一种冷板结构、电池冷板以及电池热管理系统

文档序号:37395 发布日期:2021-09-24 浏览:25次 >En<

阅读说明:本技术 一种冷板结构、电池冷板以及电池热管理系统 (Cold drawing structure, battery cold drawing and battery thermal management system ) 是由 谭思聪 王涛 郭聪 姜玉雁 李志刚 蔡浩飞 于 2021-07-30 设计创作,主要内容包括:本发明提供一种冷板结构、电池冷板以及电池热管理系统,冷板结构包括冷板本体以及防逆流结构;冷板本体具有呈相对设置的入口端以及出口端,冷板本体内形成有至少一流体通道,流体通道包括两个主通道段以及处于两个主通道段之间的防逆流通道段,两个主通道段呈分别贯穿入口端以及出口端设置,流体通道自入口端向出口端输送流体;防逆流结构设于防逆流通道段,用以防止流体自出口端向入口端逆流。流体自入口端向出口端流动,以便于进行热循环,流体通道包括防逆流通道段,且在防逆流通道段设置有防逆流结构流体由于产生自出口端向入口端的逆流趋势时,通过防逆流结构阻碍流体逆流,保证冷板的正常工作。(The invention provides a cold plate structure, a battery cold plate and a battery thermal management system, wherein the cold plate structure comprises a cold plate body and an anti-reflux structure; the cold plate body is provided with an inlet end and an outlet end which are arranged oppositely, at least one fluid channel is formed in the cold plate body, the fluid channel comprises two main channel sections and an anti-backflow channel section positioned between the two main channel sections, the two main channel sections respectively penetrate through the inlet end and the outlet end, and the fluid channel conveys fluid from the inlet end to the outlet end; the anti-reflux structure is arranged on the anti-reflux channel section and used for preventing the fluid from flowing back from the outlet end to the inlet end. Fluid flows from the inlet end to the outlet end so as to be convenient for thermal cycle, the fluid channel comprises an anti-reflux channel section, and the anti-reflux channel section is provided with anti-reflux structure fluid which prevents the fluid from flowing backwards through the anti-reflux structure when the anti-reflux trend from the outlet end to the inlet end is generated, so that the normal work of the cold plate is ensured.)

一种冷板结构、电池冷板以及电池热管理系统

技术领域

本发明涉及热管理

技术领域

,特别涉及一种冷板结构、电池冷板以及电池热管理系统。

背景技术

近年来,风能、太阳能等新能源在当今能源结构中比例逐渐增大,储能作为新能源中一项关键技术得到更多关注及应用。锂电池储能作为储能的一种方式,具有应用条件受限小、安全性高、技术难度低、能量密度高等优势,应用范围较广。此外,在交通领域内,以锂电池为电力储存和利用载体的纯电动汽车、混合动力汽车得到大力发展,不论是储能电池亦或是电动汽车电池,锂离子电池的性能和寿命与温度密切相关,电池温度过高、过低或者温度分布不均,都会对电池性能和寿命造成严重影响。

电池热管理系统一般有风冷、液冷,还有冷媒直冷等方式;风冷式对流换热系数太低,冷却能力很有限,而且受外界环境温度影响较大;液冷式冷却系统较重,系统相对复杂;冷媒直冷技术利用制冷剂(如R134a等)蒸发潜热的原理,在整车或电池系统中建立空调系统,将空调系统的蒸发器安装在电池系统中,制冷剂在蒸发器中蒸发并快速高效地将电池系统的热量带走,从而完成对电池系统冷却。

然而,由于直冷技术依靠制冷工质相变带走热量,相变的潜热相对于液体显热极大,所以冷媒直冷相对于液冷,进入冷板的流体量很少,这就会使得如果不同通道或者不同冷板之间流量分配差异稍大,该通道或者冷板极有可能发生干烧,干烧会使得换热系数急剧减小,从而造成电池过热。因此限制冷媒直冷技术推广应用所面对的核心问题之一便是由于流动不稳定导致的逆流,进而导致流量分配不均,以及由此产生的干烧问题。所谓的流动不稳定性问题,即通道内工质发生相变后,产生气泡,相变后气体密度远小于液体,体积会急剧增大,向流道两端膨胀,流道内的压力骤然增加,造成流道中液体工质的堵塞。对于并行冷板或者通道,这种不稳定性产生的压力波动会使得绝大部分液体涌向一个通道,而液体最少的通道末端则会发生干烧,导致该处电池温度急剧升高。因此,设计具有流动不稳定性抑制结构的冷板,提高流体在通道内的分配均匀性,是推动直冷技术发展和应用的重要环节。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种冷板结构、电池冷板以及电池热管理系统,旨在解决冷板内流动不稳定,导致逆流的问题。

为实现上述目的,本发明提出一种冷板结构,包括:

冷板本体,具有呈相对设置的入口端以及出口端,冷板本体内形成有至少一流体通道,流体通道包括两个主通道段以及处于两个主通道段之间的防逆流通道段,两个主通道段呈分别贯穿入口端以及出口端设置,流体通道自入口端向出口端输送流体;以及,

防逆流结构,设于防逆流通道段,用以防止流体自出口端向入口端逆流。

可选的,防逆流通道段包括第一流道,第一流道的轴线方向与主通道段的轴线方向呈倾斜设置,第一流道的两端连通至两个主通道段;

防逆流结构包括:

第二流道,与第一流道呈间隔设置,第二流道靠近出口端的一端呈朝向第一流道倾斜设置,且连通至第一流道内;以及,

连接流道,呈弧形设置,连接流道的两端分别连通至第一流道以及第二流道靠近入口端的一端。

可选的,第一流道设置有多个,多个第一流道沿流体通道的延伸方向呈间隔设置,且相邻的两个第一流道呈相互连通设置;

防逆流结构对应第一流道设置有多个。

可选的,第二流道与呈相邻设置且处于靠近出口端一侧的第一流道呈同轴设置。

可选的,第一流道的直径与主通道段的直径相等;和\或,

第二流道的直径呈小于第一流道的直径设置。

可选的,防逆流通道段包括两个呈并联设置的分流流道以及处于两个分流流道之间的分流块;

分流块朝向入口端的侧壁面上对应两个分流流道设置有两个导向斜面,分流块朝向出口端的侧壁面上凹设有阻力槽。

可选的,阻力槽设置有多个,多个阻力槽沿两个分流流道的并联方向间隔设置。

可选的,导向斜面呈弧形设置。

本发明还提供一种电池冷板,包括:

送料管,具有多个送料口;

收料管,对应送料口设置有多个收料口;以及,

冷板结构,冷板结构为上述的冷板结构;

其中,冷板结构对应送料口设置有多个,每一冷板结构中,两个主通道段分别对应连通至送料口以及收料口。

本发明还提供一种电池热管理系统,包括:

压缩机;

冷凝器,连通至压缩机内;

膨胀阀,连通至冷凝器内;以及,

电池冷板,电池冷板为上述的电池冷板,送料管连通至膨胀阀内,收料管连通至压缩机内。

在本发明提供的技术方案中,冷板本体内设置有流体通道,流体自入口端向出口端流动,以便于进行热循环,流体通道包括防逆流通道段,且在防逆流通道段设置有防逆流结构,防流体通道段内的流体由于各种因素产生自出口端向入口端的逆流趋势时,通过防逆流结构阻碍流体逆流,进而保证冷板本体不会由于逆流导致出现干烧等情况,保证冷板的正常工作。

附图说明

图1为本发明提供的冷板结构的一实施例的剖视结构示意图;

图2为本发明提供的冷板结构的第二实施例的剖视结构示意图;

图3为本发明提供的冷板结构的第三实施例的剖视结构示意图;

图4为本发明提供的冷板结构的第四实施例的剖视结构示意图;

图5为本发明提供的冷板结构的第五实施例的剖视结构示意图;

图6为本发明提供的包含有图1中冷板结构的电池冷板的一实施例的立体结构示意图;

图7为本发明提供的包含有图6中电池冷板的电池热管理系统一实施例的连接结构示意图。

附图标号说明:

标号 名称 标号 名称
1000 电池冷板 21 第二流道21
100 冷板结构 22 连接流道
1 冷板本体 200 送料管
11 主通道段 300 收料管
12 防逆流通道段 2000 压缩机
121 第一流道 3000 冷凝器
122 分流流道 4000 膨胀阀
123 分流块

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白,以下结合具体实施例,并参照附图,对本发明进一步详细说明。

需要说明,若本发明实施例中有涉及方向性指示,则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系、运动情况等,如果该特定姿态发生改变时,则该方向性指示也相应地随之改变。

另外,若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述,则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外,各个实施例之间的技术方案可以相互结合,但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础,当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在,也不在本发明要求的保护范围之内。

近年来,风能、太阳能等新能源在当今能源结构中比例逐渐增大,储能作为新能源中一项关键技术得到更多关注及应用。锂电池储能作为储能的一种方式,具有应用条件受限小、安全性高、技术难度低、能量密度高等优势,应用范围较广。此外,在交通领域内,以锂电池为电力储存和利用载体的纯电动汽车、混合动力汽车得到大力发展,不论是储能电池亦或是电动汽车电池,锂离子电池的性能和寿命与温度密切相关,电池温度过高、过低或者温度分布不均,都会对电池性能和寿命造成严重影响。

电池热管理系统一般有风冷、液冷,还有冷媒直冷等方式;风冷式对流换热系数太低,冷却能力很有限,而且受外界环境温度影响较大;液冷式冷却系统较重,系统相对复杂;冷媒直冷技术利用制冷剂(如R134a等)蒸发潜热的原理,在整车或电池系统中建立空调系统,将空调系统的蒸发器安装在电池系统中,制冷剂在蒸发器中蒸发并快速高效地将电池系统的热量带走,从而完成对电池系统冷却。

然而,由于直冷技术依靠制冷工质相变带走热量,相变的潜热相对于液体显热极大,所以冷媒直冷相对于液冷,进入冷板的流体量很少,这就会使得如果不同通道或者不同冷板之间流量分配差异稍大,该通道或者冷板极有可能发生干烧,干烧会使得换热系数急剧减小,从而造成电池过热。因此限制冷媒直冷技术推广应用所面对的核心问题之一便是由于流动不稳定导致的逆流,进而导致流量分配不均,以及由此产生的干烧问题。所谓的流动不稳定性问题,即通道内工质发生相变后,产生气泡,相变后气体密度远小于液体,体积会急剧增大,向流道两端膨胀,流道内的压力骤然增加,造成流道中液体工质的堵塞。对于并行冷板或者通道,这种不稳定性产生的压力波动会使得绝大部分液体涌向一个通道,而液体最少的通道末端则会发生干烧,导致该处电池温度急剧升高。因此,设计具有流动不稳定性抑制结构的冷板,提高流体在通道内的分配均匀性,是推动直冷技术发展和应用的重要环节。

本发明提供一种热管理系统,所述热管理系统包括电池冷板,所述电池冷板包括冷板结构,只要是包括有所述冷板结构的电池冷板,以及包括有所述电池冷板的热管理系统均是本发明的内容,其中,图1至图7为本发明提供的一实施例。

请参阅图1至图2,本发明提供一种冷板结构100,包括冷板本体1以及防逆流结构;冷板本体1具有呈相对设置的入口端以及出口端,冷板本体1内形成有至少一流体通道,流体通道包括两个主通道段11以及处于两个主通道段11之间的防逆流通道段12,两个主通道段呈分别贯穿入口端以及出口端设置,流体通道自入口端向出口端输送流体;防逆流结构设于防逆流通道段12,用以防止流体自出口端向入口端逆流。

在本发明提供的技术方案中,冷板本体1内设置有流体通道,流体自入口端向出口端流动,以便于进行热循环,流体通道包括防逆流通道段12,且在防逆流通道段12设置有防逆流结构,防流体通道段12内的流体由于各种因素产生自出口端向入口端的逆流趋势时,通过防逆流结构阻碍流体逆流,进而保证冷板本体1不会由于逆流导致出现干烧等情况,保证冷板的正常工作。

在本发明提供的一实施例中,防逆流通道段12包括第一流道121,第一流道121的轴线方向与主通道段11的轴线方向呈倾斜设置,第一流道121的两端连通至两个主通道段11;防逆流结构包括第二流道21以及连接流道22;第二流道21与第一流道121呈间隔设置,第二流道21靠近出口端的一端呈朝向第一流道121倾斜设置,且连通至第一流道121内,连接流道22呈弧形设置,连接流道22的两端分别连通至第一流道121以及第二流道21靠近入口端的一端。在本实施例中,流体由入口端向出口端流动时,流动阻力小,流体沿第一流道121流动,然而,在流体产生逆流趋势时,流体逆流时会同时进入第一流道121以及第二流道21,并由连接流道22流入第一流道121内,连接流道22内流出的流体与第一流道121内逆流的流体产生干扰,导致逆流的阻力变大,形成特斯拉阀结构,实现防逆流通道段12的自动防逆流。

进一步的,第一流道121设置有多个,多个第一流道121沿流体通道的延伸方向呈间隔设置,且相邻的两个第一流道121呈相互连通设置;所述防逆流结构对应多个第一流道121设置有多个。通过沿流体通道的延伸方向设置多个第一流道121以及防逆流结构,提高防逆流的效果,进一步的防止流体逆流。

需要说明的是,多个第一流道121均相对主通道段11呈倾斜设置,多个第一流道121可以处于同一平面内,也可以分设于不同平面内,在本实施例中,多个第一流道121处于同一平面内。

同样的,多个防逆流结构也可以处于同一平面内,也可以分设于不同平面内,在本实施例中,多个防逆流结构处于同一平面内。

更进一步的,第二流道21与呈相邻设置且处于靠近出口端一侧的第一流道121呈同轴设置。使得在逆流产生时,第一流道121内的流体会优先进入第二流道21内,防止流体逆流进入靠近入口端的第一流道121,进一步加强防逆流效果。

在本实施例中,第一流道121的直径与主通道段11的直径相等,以便于最大程度减小沿入口端向出口端顺流时的流体阻力。

另一方面,第二流道21的直径呈小于第一流道121的直径设置。便于增大沿出口端向入口端逆流时的流体阻力。

需要说明的是,上述第一流道121的直径设置与第二流道21的直径设置两个相关技术特征中,可以择一存在,电可以同时存在,显而易见的是,同时存在带来的技术效果最好。

请参阅图3,在本发明提供的另一实施例中,防逆流通道段12包括两个呈并联设置的分流流道122以及处于两个所述分流流道122之间的分流块123;分流块123朝向入口端的侧壁面上对应两个分流流道122设置有两个导向斜面,分流块123朝向出口端的侧壁面上凹设有阻力槽。在流体由入口端向出口端流动时,通过导向斜面减小流动阻力,便于流体顺流,然而在流体发生逆流趋势时,由出口端向入口端流动的过程中,流体会先冲击到阻力槽内,并顺阻力槽扰动由分流通道122内逆流的流体,进而使得逆流的流体阻力增大,防止流体产生逆流。

进一步的,请参阅图4,阻力槽设置有多个,多个阻力槽沿两个分流流道122的并联方向间隔设置。通过设置多个阻力槽,进一步扰乱由出口端向入口端逆流时的流体阻力。

另外,请参阅图5,在本发明提供的另一实施例中,导向斜面呈弧形设置。进一步减小有入口端向出口端顺流时的阻力。

请参阅图6,本发明还提供一种电池冷板1000,包括上述的冷板结构100,电池冷板1000包括冷板结构100的全部技术特征,因此,也具有上述全部技术特征带来的技术效果,此处不再一一赘述。

电池冷板1000还包括送料管200以及收料管300;送料管200具有多个送料口;收料管300对应送料口设置有多个收料口;其中,冷板结构100对应送料口设置有多个,每一冷板结构100中,两个主通道段11分别对应连通至送料口以及收料口。在电池冷板1000内设置有多个冷板结构100,使得电池冷板1000的冷却效果最好,覆盖面积更大,保证对整个电池的冷却,防止由于冷却的面积不够导致电池过热。

更进一步的,请参阅图7,本发明还提供一种电池热管理系统,包括上述的电池冷板1000,电池热管理系统包括电池冷板1000的全部技术特征,因此,也具有上述全部技术特征带来的技术效果,此处不再一一赘述。

电池热管理系统还包括压缩机2000、冷凝器3000以及膨胀阀4000;冷凝器3000连通至压缩机2000内;膨胀阀4000连通至冷凝器3000内;送料管200连通至膨胀阀内4000,收料管300连通至压缩机2000内。以便于电池冷板1000完成循环吸热。

以上所述的具体实施例,对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,所应理解的是,以上所述仅为本发明的具体实施例而已,并不用于限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

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