一种高效风冷电池系统

—— CN201920558824.9

摘要

本实用新型涉及一种高效风冷电池系统,下箱体内自下而上设有热管和并列设置的若干电芯,下箱体顶部配合设有上箱盖,下箱体底部配合热管设有散热风道,散热风道配合设有散热风机;下箱体的内侧底部设有槽,槽内设有第一导热结构胶层,第一导热结构胶层与热管配合设置;相邻的电芯间设有导热铝片,任一电芯与对应的导热铝片间设有第二导热结构胶层,任一导热铝片的底部与导热板连接,导热板设于热管上。本实用新型中热管和风道的流向一致,能有效利用风冷的散热能力,充分利用热管轴向导热率高的特点,将温度较高区域的热量导向温度低的区域,减少流道前后的温度差,使箱体底部的温度场更加均匀,从而最大程度减少电芯的温升及电芯间的温差。

权利要求书

1.一种高效风冷电池系统,包括下箱体,所述下箱体内自下而上设有热管和并列设置的若干电芯,所述下箱体顶部配合设有上箱盖,其特征在于:所述下箱体底部配合所述热管设有散热风道,所述散热风道配合设有散热风机;所述下箱体的内侧底部设有槽,所述槽内设有第一导热结构胶层,所述第一导热结构胶层与热管配合设置;相邻的所述电芯间设有导热铝片,任一电芯与对应的导热铝片间设有第二导热结构胶层,任一导热铝片的底部与导热板连接,所述导热板设于热管上。

2.根据权利要求1所述的一种高效风冷电池系统,其特征在于:所述热管包括若干并列设置的输入管,任一所述输入管的末端通过过渡管连接有与输入管平行的输出管,任一所述输出管与对应的电芯配合设置。

3.根据权利要求2所述的一种高效风冷电池系统,其特征在于:所述若干并列设置的输入管的设置密度大于输出管间的设置密度。

4.根据权利要求2所述的一种高效风冷电池系统,其特征在于:散热风道包括对应所述若干并列的输入管和过渡管设置的主入风通道,所述主入风通道的末端配合所述输出管设有主出风通道;所述散热风道内沿散热方向设有若干隔栏,任一所述隔栏两侧的子入风通道对应输入管和过渡管设置,任一所述隔栏两侧的子出风通道对应输出管设置。

5.根据权利要求4所述的一种高效风冷电池系统,其特征在于:所述主入风通道为喇叭形通道;所述主出风通道的出风口口径大于等于主出风通道的入风口口径。

6.根据权利要求1所述的一种高效风冷电池系统,其特征在于:所述热管包括贯穿下箱体底部两端的2个主输入管,所述2个主输入管两侧并列设有若干子输入管,主输入管和子输入管的输入端齐平,所述若干子输入管的长度由主输入管向两侧逐渐减小,任一所述子输入管的末端朝向对应的下箱体侧部连接有输出管。

7.根据权利要求6所述的一种高效风冷电池系统,其特征在于:所述子输入管和对应的输出管垂直设置。

8.根据权利要求6所述的一种高效风冷电池系统,其特征在于:散热风道包括对应主输入管和子输入管的输入端设置的入风通道,所述入风通道相对侧的下箱体底部设有第一导流板,所述入风通道的末端两侧分别设有第二导流板;所述散热风道内朝向下箱体底部的两侧设有若干隔栏,任一所述隔栏两侧的出风通道对应输出管设置。

9.根据权利要求8所述的一种高效风冷电池系统,其特征在于:所有所述出风通道的出风口口径之和大于等于出风通道的入风口口径。


说明书

技术领域

本实用新型涉及用于直接转变化学能为电能的方法或装置,例如电池组的技术领域,特别涉及一种高效风冷电池系统。

背景技术

电池包主要由锂电池组的加工组装,是组合电池的一种,其将电芯、电池保护板、电池连接片、标签纸等零部件通过电池PACK工艺组合加工成型。

电池包在组合的过程中,需要考虑系统机械强度、热管理、BMS匹配等问题,其主要的技术体现在整体结构设计、焊接和加工工艺控制、防护等级、主动热管理系统等。使用过程中,电池包内的温度对电池电芯的性能、寿命及可靠性都有很大影响,因此,将电池包内的温度控制在合理的范围内尤为重要。国内目前的电池包大多采用风冷散热,结构简单,成本更低,也更符合客户的常规需求。然而,现有技术中,电池包采用风冷散热的途径时,明显存在散热能力不足、温升较高、温差较大的缺点,这导致用户不得不选用其他成本更高的散热途径取代或辅助风冷撒热,同时也增加了电池包的重量和结构复杂度。

实用新型内容

本实用新型解决了现有技术中,电池包采用风冷散热的途径时,明显存在散热能力不足、温升较高、温差较大的缺点,这导致用户不得不选用其他成本更高的散热途径取代或辅助风冷撒热,同时也增加了电池包的重量和结构复杂度的问题,提供了一种优化结构的高效风冷电池系统。

本实用新型所采用的技术方案是,一种高效风冷电池系统,包括下箱体,所述下箱体内自下而上设有热管和并列设置的若干电芯,所述下箱体顶部配合设有上箱盖,所述下箱体底部配合所述热管设有散热风道,所述散热风道配合设有散热风机;所述下箱体的内侧底部设有槽,所述槽内设有第一导热结构胶层,所述第一导热结构胶层与热管配合设置;相邻的所述电芯间设有导热铝片,任一电芯与对应的导热铝片间设有第二导热结构胶层,任一导热铝片的底部与导热板连接,所述导热板设于热管上。

优选地,所述热管包括若干并列设置的输入管,任一所述输入管的末端通过过渡管连接有与输入管平行的输出管,任一所述输出管与对应的电芯配合设置。

优选地,所述若干并列设置的输入管的设置密度大于输出管间的设置密度。

优选地,散热风道包括对应所述若干并列的输入管和过渡管设置的主入风通道,所述主入风通道的末端配合所述输出管设有主出风通道;所述散热风道内沿散热方向设有若干隔栏,任一所述隔栏两侧的子入风通道对应输入管和过渡管设置,任一所述隔栏两侧的子出风通道对应输出管设置。

优选地,所述主入风通道为喇叭形通道;所述主出风通道的出风口口径大于等于主出风通道的入风口口径。

优选地,所述热管包括贯穿下箱体底部两端的2个主输入管,所述2个主输入管两侧并列设有若干子输入管,主输入管和子输入管的输入端齐平,所述若干子输入管的长度由主输入管向两侧逐渐减小,任一所述子输入管的末端朝向对应的下箱体侧部连接有输出管。

优选地,所述子输入管和对应的输出管垂直设置。

优选地,散热风道包括对应主输入管和子输入管的输入端设置的入风通道,所述入风通道相对侧的下箱体底部设有第一导流板,所述入风通道的末端两侧分别设有第二导流板;所述散热风道内朝向下箱体底部的两侧设有若干隔栏,任一所述隔栏两侧的出风通道对应输出管设置。

优选地,所有所述出风通道的出风口口径之和大于等于出风通道的入风口口径。

本实用新型提供了一种优化结构的高效风冷电池系统,通过在下箱体和上箱盖内的空间中自下而上设置热管和并列设置的若干电芯,在下箱体底部配合热管设置散热风道,以散热风道配合散热风机,并以第一导热结构胶层和第二导热结构胶层完成传热路径的串联,使得散热风道和热管可以共同完成散热工作。

本实用新型中,热管和风道的流向一致,能有效利用风冷的散热能力,充分利用热管轴向导热率高的特点,将温度较高区域的热量导向温度低的区域,减少流道前后的温度差,使箱体底部的温度场更加均匀,从而最大程度减少电芯的温升及电芯间的温差。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图;

图2为本实用新型的爆炸图结构示意图;

图3为本实用新型中下箱体与电芯、热管及风道配合的结构示意图;

图4为本实用新型中下箱体与电芯、热管配合的俯视图结构示意图;

图5为本实用新型中下箱体的结构示意图;

图6为本实用新型中导热铝片和导热板配合的结构示意图;

图7为本实用新型的实施例1的热管设置结构示意图;

图8为本实用新型的实施例1的风道设置结构示意图;

图9为本实用新型的实施例2的热管设置结构示意图;

图10为本实用新型的实施例2的风道设置结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型做进一步的详细描述,但本实用新型的保护范围并不限于此。

本实用新型涉及一种高效风冷的电池包,包括下箱体1,所述下箱体1内自下而上设有热管2和并列设置的若干电芯3,所述下箱体1顶部配合设有上箱盖4,所述下箱体1底部配合所述热管2设有散热风道5,所述散热风道5配合设有散热风机6;所述下箱体1的内侧底部设有槽7,所述槽7内设有第一导热结构胶层,所述第一导热结构胶层与热管2配合设置;相邻的所述电芯3间设有导热铝片8,任一电芯3与对应的导热铝片8间设有第二导热结构胶层,任一导热铝片8的底部与导热板9连接,所述导热板9设于热管2上。

本实用新型中,电池包包括若干并列的电芯3和设置在电芯3外侧的箱体,箱体主要设置为下箱体1和设置在其上的上箱盖4;电池包配合电芯3和箱体设置有散热机构。

本实用新型中,散热机构主要包括设置在电芯3底部的热管2,一般情况下,热管2与液冷单元配合、用于冷却液的导入,同时,下箱体1的底部与热管2配合铺设有散热风道5,通过散热风机6的鼓风,将热量从箱体外侧配合热管2往外输送。

本实用新型中,热管2和散热风道5的布置大方向一致,有效地利用风冷的散热能力——风道5进口处的流通面积小,空气流速最大,散热能力最强,温度最低,而风道5后半部分,因为流通面积变大加上风道5的流动阻力,空气流速下降,此处换热能力较差,温度较高——故此结构可以充分利用热管2轴向导热率高的特点,将温度较高区域的热量导向温度低的区域,减少流道前后的温度差,使下箱体1底部的温度场更加均匀。

本实用新型中,为了保证电芯3的正常工作、不发生热失控,故配合热管2的铺设的散热方向、散热风机6鼓风的散热风道5的散热方向,热管2和散热风道5的散热方向与电芯3的排布方向垂直。

本实用新型中,在热管2和下箱体1间设置第一导热结构胶层,为了保证设置的便利性及适配性,在下箱体1的内侧底部设置用于铺设第一导热结构胶层的槽7。

本实用新型中,相邻的电芯3间设置导热铝片8,通过穿插在电芯3间的导热铝片8与热管2配合,导热铝片8将热量导向导热板9,导热板9一方面将热量传送至热管2进行散热,一方面以第二导热结构胶层、导热铝片8与电芯3对接,增加整体结构的完整性,增加电芯3的换热面积,从而最大程度减少电芯3的温升及电芯3间的温差。

本实用新型中,关于热管2和散热风道5的配合设置至少包括2种实施方案,但本实用新型的保护范围并不限于此。

实施例1

所述热管2包括若干并列设置的输入管10,任一所述输入管10的末端通过过渡管11连接有与输入管10平行的输出管12,任一所述输出管12与对应的电芯3配合设置。

所述若干并列设置的输入管10的设置密度大于输出管12间的设置密度。

散热风道5包括对应所述若干并列的输入管10和过渡管11设置的主入风通道13,所述主入风通道13的末端配合所述输出管12设有主出风通道14;所述散热风道5内沿散热方向设有若干隔栏15,任一所述隔栏15两侧的子入风通道对应输入管10和过渡管11设置,任一所述隔栏15两侧的子出风通道对应输出管12设置。

所述主入风通道13为喇叭形通道;所述主出风通道14的出风口口径大于等于主出风通道14的入风口口径。

本实施例中,热管2整体造型为进入端和输出端相对设置,即在整体散热途径中为直线散热;散热风道5与其对应。

本实施例中,为了降低设置成本,一般情况下,进入端的输入管10设置密度大,即冷却液同时通入,而电芯3的排布方向与输入管10垂直,为了保证所有电芯3的热量都能被带走,故采用过渡管11将输入管10的末端散开,以输出管12与过渡管11连接,所有输出管12与所有电芯3对应而使得热管2经过所有电芯3底部。

本实施例中,散热风道5与热管2对应设置,即主入风通道13与输入管10和过渡管11整体对应、主出风通道14与输出管12整体对应,当然,过渡管11作为过渡件,主入风通道13或主出风通道14的对应关系中包括过渡管11均在本实用新型的保护范围内。

本实施例中,为了保证整体的散热效果,将散热风道5内沿散热方向通过若干隔栏15隔开为多个子通道,具体来说,子入风通道对应输入管10和过渡管11的整体、子出风通道对应输出管12。

本实施例中,由于过渡管11的存在,故主入风通道13整体为喇叭形通道。

本实施例中,同样由于过渡管11的存在,为了保证中轴部分的散热完整,可以将位于中心的2个输入管10直接贯穿下箱体1的底部,如图7所示的中心2个输入管10,事实上,此时输入管10、过渡管11和输出管12呈直线设置。

本实施例中,为了保证散热的顺利,主出风通道14的出风口口径大于等于主出风通道14的入风口口径。

实施例2

所述热管2包括贯穿下箱体1底部两端的2个主输入管16,所述2个主输入管16两侧并列设有若干子输入管17,主输入管16和子输入管17的输入端齐平,所述若干子输入管17的长度由主输入管16向两侧逐渐减小,任一所述子输入管17的末端朝向对应的下箱体1侧部连接有输出管18。

所述子输入管17和对应的输出管18垂直设置。

散热风道5包括对应主输入管16和子输入管17的输入端设置的入风通道19,所述入风通道19相对侧的下箱体1底部设有第一导流板20,所述入风通道19的末端两侧分别设有第二导流板21;所述散热风道5内朝向下箱体1底部的两侧设有若干隔栏15,任一所述隔栏15两侧的出风通道22对应输出管18设置。

所有所述出风通道22的出风口口径之和大于等于出风通道22的入风口口径。

本实施例中,热管2整体造型为进入端和输出端非相对设置,而是通过进入端的两侧进行输出,在整体散热途径中为折线散热,散热风道5与其对应;这种结构中,出风口口径较实施例1更大,散热路径更长,适用于散热需求更大的电池包产品。

本实施例中,2个主输入管16贯穿下箱体1底部,即整体将热量往后、往外输送,子输入管17为了连接输出管18,故其长度由主输入管16向两侧逐渐减小;为了降低设置成本,一般情况下,主输入管16和子输入管17的输入端齐平且设置密度大,即冷却液同时通入,而电芯3的排布方向与主输入管16及子输入管17垂直,为了保证所有电芯3的热量都能被带走,故在每个长度不一的子输出管17的末端设置输出管18,输出管18朝向对应侧的箱体侧部伸出,与电芯3的设置方向对应,使得热管2经过所有电芯3底部。

本实施例中,为了便于以标准件的形式设置热管2,故子输入管17和对应的输出管18垂直设置。

本实施例中,散热风道5与热管2对应设置,即入风通道19与主输入管16和子输入管17的输入端对应、各个出风通道22与各个输出管18整体对应。

本实施例中,由于输出管18均朝向箱体两侧设置,则散热风道5也呈L型出风,故以入风通道19相对侧的第一导流板20和入风通道19的末端两侧的第二导流板21进行挡风和导流,即散热用的风从箱体两侧散出。

本实施例中,为了保证整体的散热效果,在散热风道5内沿散热方向设置若干隔栏15,任一隔栏15两侧的出风通道22对应输出管18设置。

本实施例中,为了保证散热的顺利,出风通道22的出风口口径大于等于出风通道22的入风口口径。

本实用新型的采用所述的高效风冷电池系统的散热控制方法包括以下步骤:

步骤1:以电芯3至第二导热结构胶层为第一传热路径、以第二导热结构胶层通过导热铝片8至导热板9为第二传热路径、以导热板9至热管2为第三传热路径、以热管2至第一导热结构胶层为第四传热路径,以第一导热结构胶层至下箱体1为第五传热路径,第一传热路径、第二传热路径、第三传热路、第四传热路径和第五传热路径的传热量分别为q1、q2、q3、q4和q5;

步骤2:构建等效热阻传热模型,得到导热板9的等效热阻模型热管2的等效热阻模型第二导热结构胶层的等效热阻模型第一导热结构胶层的等效热阻模型及下箱体1底板的等效热阻模型其中,δplate、λpalte及Splate分别为导热板9的厚度、导热率及导热面积,δpipe、λpipe及Spipe分别为热管2的厚度、导热率及传热面积,δglue1、λglue1及Sglue1分别为第一导热结构胶层的厚度、导热率及传热面积,δglue2、λglue2及Sglue2分别为第二导热结构胶层的厚度、导热率及传热面积,δbox、λbox及Sbox分别为下箱体1的底板的厚度、导热率及传热面积;

步骤3:令电芯3的保护温度为T1,达到热平衡时下箱体1外表面的温度为T2,,则电芯3从保护温度起至热平衡温度的等效热阻模型的传热路径的传热量

步骤4:令通过下箱体1的散热风道5散出的热量其中,h为风道5的对流换热系数,S1为下箱体1底面总面积S1=l×w,l、w分别为下箱体1底面积的长和宽,S2为用于分隔散热风道5的隔栏15的截面积,S2=a×w,a为隔栏15的厚度,n为隔栏15的个数,P为每个隔栏15的截面周长,P=2×(a+w),ΔT=Tf-T2,Tf为通过散热风道5灌入的冷却空气的温度,H为隔栏15的高度;

步骤5:通过设定Rplate、Rpipe、Rglue1、Rglue2及Rbox,并已知电芯3保护温度T1和冷却空气温度Tf、电芯发热功率q0,根据能量守恒q7=q6=q5=q4=q3=q2=q1=q0联立方程组,在同时满足mH<2的情况下,计算得到风道5中隔栏15的个数n、厚度a、高度H;

步骤6:设置风道5及对应的隔栏15,完成散热控制。

本实用新型中,第一传热路径,第二传热路径、第三传热路径、第四传热路径和第五传热路径顺次串联。

本实用新型中,步骤2中的等效热阻传热模型未涉及导热铝片8,这是由于导热铝片8很薄,故导热率很大,其热阻一般情况下可以被忽略。

本实用新型中,隔栏15的高度和间距等参数不宜过大,一般要求mH<2,以防止风道5风阻过大。

本实用新型中,可以进一步通过限制风道5进口处的扩张角大小,对风道5中隔栏15的设置进行进一步限定,保证散热效率。

本实用新型通过在下箱体1和上箱盖4内的空间中自下而上设置热管2和并列设置的若干电芯3,在下箱体1底部配合热管2设置散热风道5,以散热风道5配合散热风机6,并以第一导热结构胶层和第二导热结构胶层完成传热路径的串联,使得散热风道5和热管2可以共同完成散热工作。

本实用新型中,热管2和风道5的流向一致,能有效利用风冷的散热能力,充分利用热管2轴向导热率高的特点,将温度较高区域的热量导向温度低的区域,减少流道前后的温度差,使箱体底部的温度场更加均匀,从而最大程度减少电芯3的温升及电芯3间的温差。

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技术领域

本实用新型涉及用于直接转变化学能为电能的方法或装置,例如电池组的技术领域,特别涉及一种高效风冷电池系统。

背景技术

电池包主要由锂电池组的加工组装,是组合电池的一种,其将电芯、电池保护板、电池连接片、标签纸等零部件通过电池PACK工艺组合加工成型。

电池包在组合的过程中,需要考虑系统机械强度、热管理、BMS匹配等问题,其主要的技术体现在整体结构设计、焊接和加工工艺控制、防护等级、主动热管理系统等。使用过程中,电池包内的温度对电池电芯的性能、寿命及可靠性都有很大影响,因此,将电池包内的温度控制在合理的范围内尤为重要。国内目前的电池包大多采用风冷散热,结构简单,成本更低,也更符合客户的常规需求。然而,现有技术中,电池包采用风冷散热的途径时,明显存在散热能力不足、温升较高、温差较大的缺点,这导致用户不得不选用其他成本更高的散热途径取代或辅助风冷撒热,同时也增加了电池包的重量和结构复杂度。

实用新型内容

本实用新型解决了现有技术中,电池包采用风冷散热的途径时,明显存在散热能力不足、温升较高、温差较大的缺点,这导致用户不得不选用其他成本更高的散热途径取代或辅助风冷撒热,同时也增加了电池包的重量和结构复杂度的问题,提供了一种优化结构的高效风冷电池系统。

本实用新型所采用的技术方案是,一种高效风冷电池系统,包括下箱体,所述下箱体内自下而上设有热管和并列设置的若干电芯,所述下箱体顶部配合设有上箱盖,所述下箱体底部配合所述热管设有散热风道,所述散热风道配合设有散热风机;所述下箱体的内侧底部设有槽,所述槽内设有第一导热结构胶层,所述第一导热结构胶层与热管配合设置;相邻的所述电芯间设有导热铝片,任一电芯与对应的导热铝片间设有第二导热结构胶层,任一导热铝片的底部与导热板连接,所述导热板设于热管上。

优选地,所述热管包括若干并列设置的输入管,任一所述输入管的末端通过过渡管连接有与输入管平行的输出管,任一所述输出管与对应的电芯配合设置。

优选地,所述若干并列设置的输入管的设置密度大于输出管间的设置密度。

优选地,散热风道包括对应所述若干并列的输入管和过渡管设置的主入风通道,所述主入风通道的末端配合所述输出管设有主出风通道;所述散热风道内沿散热方向设有若干隔栏,任一所述隔栏两侧的子入风通道对应输入管和过渡管设置,任一所述隔栏两侧的子出风通道对应输出管设置。

优选地,所述主入风通道为喇叭形通道;所述主出风通道的出风口口径大于等于主出风通道的入风口口径。

优选地,所述热管包括贯穿下箱体底部两端的2个主输入管,所述2个主输入管两侧并列设有若干子输入管,主输入管和子输入管的输入端齐平,所述若干子输入管的长度由主输入管向两侧逐渐减小,任一所述子输入管的末端朝向对应的下箱体侧部连接有输出管。

优选地,所述子输入管和对应的输出管垂直设置。

优选地,散热风道包括对应主输入管和子输入管的输入端设置的入风通道,所述入风通道相对侧的下箱体底部设有第一导流板,所述入风通道的末端两侧分别设有第二导流板;所述散热风道内朝向下箱体底部的两侧设有若干隔栏,任一所述隔栏两侧的出风通道对应输出管设置。

优选地,所有所述出风通道的出风口口径之和大于等于出风通道的入风口口径。

本实用新型提供了一种优化结构的高效风冷电池系统,通过在下箱体和上箱盖内的空间中自下而上设置热管和并列设置的若干电芯,在下箱体底部配合热管设置散热风道,以散热风道配合散热风机,并以第一导热结构胶层和第二导热结构胶层完成传热路径的串联,使得散热风道和热管可以共同完成散热工作。

本实用新型中,热管和风道的流向一致,能有效利用风冷的散热能力,充分利用热管轴向导热率高的特点,将温度较高区域的热量导向温度低的区域,减少流道前后的温度差,使箱体底部的温度场更加均匀,从而最大程度减少电芯的温升及电芯间的温差。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图;

图2为本实用新型的爆炸图结构示意图;

图3为本实用新型中下箱体与电芯、热管及风道配合的结构示意图;

图4为本实用新型中下箱体与电芯、热管配合的俯视图结构示意图;

图5为本实用新型中下箱体的结构示意图;

图6为本实用新型中导热铝片和导热板配合的结构示意图;

图7为本实用新型的实施例1的热管设置结构示意图;

图8为本实用新型的实施例1的风道设置结构示意图;

图9为本实用新型的实施例2的热管设置结构示意图;

图10为本实用新型的实施例2的风道设置结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型做进一步的详细描述,但本实用新型的保护范围并不限于此。

本实用新型涉及一种高效风冷的电池包,包括下箱体1,所述下箱体1内自下而上设有热管2和并列设置的若干电芯3,所述下箱体1顶部配合设有上箱盖4,所述下箱体1底部配合所述热管2设有散热风道5,所述散热风道5配合设有散热风机6;所述下箱体1的内侧底部设有槽7,所述槽7内设有第一导热结构胶层,所述第一导热结构胶层与热管2配合设置;相邻的所述电芯3间设有导热铝片8,任一电芯3与对应的导热铝片8间设有第二导热结构胶层,任一导热铝片8的底部与导热板9连接,所述导热板9设于热管2上。

本实用新型中,电池包包括若干并列的电芯3和设置在电芯3外侧的箱体,箱体主要设置为下箱体1和设置在其上的上箱盖4;电池包配合电芯3和箱体设置有散热机构。

本实用新型中,散热机构主要包括设置在电芯3底部的热管2,一般情况下,热管2与液冷单元配合、用于冷却液的导入,同时,下箱体1的底部与热管2配合铺设有散热风道5,通过散热风机6的鼓风,将热量从箱体外侧配合热管2往外输送。

本实用新型中,热管2和散热风道5的布置大方向一致,有效地利用风冷的散热能力——风道5进口处的流通面积小,空气流速最大,散热能力最强,温度最低,而风道5后半部分,因为流通面积变大加上风道5的流动阻力,空气流速下降,此处换热能力较差,温度较高——故此结构可以充分利用热管2轴向导热率高的特点,将温度较高区域的热量导向温度低的区域,减少流道前后的温度差,使下箱体1底部的温度场更加均匀。

本实用新型中,为了保证电芯3的正常工作、不发生热失控,故配合热管2的铺设的散热方向、散热风机6鼓风的散热风道5的散热方向,热管2和散热风道5的散热方向与电芯3的排布方向垂直。

本实用新型中,在热管2和下箱体1间设置第一导热结构胶层,为了保证设置的便利性及适配性,在下箱体1的内侧底部设置用于铺设第一导热结构胶层的槽7。

本实用新型中,相邻的电芯3间设置导热铝片8,通过穿插在电芯3间的导热铝片8与热管2配合,导热铝片8将热量导向导热板9,导热板9一方面将热量传送至热管2进行散热,一方面以第二导热结构胶层、导热铝片8与电芯3对接,增加整体结构的完整性,增加电芯3的换热面积,从而最大程度减少电芯3的温升及电芯3间的温差。

本实用新型中,关于热管2和散热风道5的配合设置至少包括2种实施方案,但本实用新型的保护范围并不限于此。

实施例1

所述热管2包括若干并列设置的输入管10,任一所述输入管10的末端通过过渡管11连接有与输入管10平行的输出管12,任一所述输出管12与对应的电芯3配合设置。

所述若干并列设置的输入管10的设置密度大于输出管12间的设置密度。

散热风道5包括对应所述若干并列的输入管10和过渡管11设置的主入风通道13,所述主入风通道13的末端配合所述输出管12设有主出风通道14;所述散热风道5内沿散热方向设有若干隔栏15,任一所述隔栏15两侧的子入风通道对应输入管10和过渡管11设置,任一所述隔栏15两侧的子出风通道对应输出管12设置。

所述主入风通道13为喇叭形通道;所述主出风通道14的出风口口径大于等于主出风通道14的入风口口径。

本实施例中,热管2整体造型为进入端和输出端相对设置,即在整体散热途径中为直线散热;散热风道5与其对应。

本实施例中,为了降低设置成本,一般情况下,进入端的输入管10设置密度大,即冷却液同时通入,而电芯3的排布方向与输入管10垂直,为了保证所有电芯3的热量都能被带走,故采用过渡管11将输入管10的末端散开,以输出管12与过渡管11连接,所有输出管12与所有电芯3对应而使得热管2经过所有电芯3底部。

本实施例中,散热风道5与热管2对应设置,即主入风通道13与输入管10和过渡管11整体对应、主出风通道14与输出管12整体对应,当然,过渡管11作为过渡件,主入风通道13或主出风通道14的对应关系中包括过渡管11均在本实用新型的保护范围内。

本实施例中,为了保证整体的散热效果,将散热风道5内沿散热方向通过若干隔栏15隔开为多个子通道,具体来说,子入风通道对应输入管10和过渡管11的整体、子出风通道对应输出管12。

本实施例中,由于过渡管11的存在,故主入风通道13整体为喇叭形通道。

本实施例中,同样由于过渡管11的存在,为了保证中轴部分的散热完整,可以将位于中心的2个输入管10直接贯穿下箱体1的底部,如图7所示的中心2个输入管10,事实上,此时输入管10、过渡管11和输出管12呈直线设置。

本实施例中,为了保证散热的顺利,主出风通道14的出风口口径大于等于主出风通道14的入风口口径。

实施例2

所述热管2包括贯穿下箱体1底部两端的2个主输入管16,所述2个主输入管16两侧并列设有若干子输入管17,主输入管16和子输入管17的输入端齐平,所述若干子输入管17的长度由主输入管16向两侧逐渐减小,任一所述子输入管17的末端朝向对应的下箱体1侧部连接有输出管18。

所述子输入管17和对应的输出管18垂直设置。

散热风道5包括对应主输入管16和子输入管17的输入端设置的入风通道19,所述入风通道19相对侧的下箱体1底部设有第一导流板20,所述入风通道19的末端两侧分别设有第二导流板21;所述散热风道5内朝向下箱体1底部的两侧设有若干隔栏15,任一所述隔栏15两侧的出风通道22对应输出管18设置。

所有所述出风通道22的出风口口径之和大于等于出风通道22的入风口口径。

本实施例中,热管2整体造型为进入端和输出端非相对设置,而是通过进入端的两侧进行输出,在整体散热途径中为折线散热,散热风道5与其对应;这种结构中,出风口口径较实施例1更大,散热路径更长,适用于散热需求更大的电池包产品。

本实施例中,2个主输入管16贯穿下箱体1底部,即整体将热量往后、往外输送,子输入管17为了连接输出管18,故其长度由主输入管16向两侧逐渐减小;为了降低设置成本,一般情况下,主输入管16和子输入管17的输入端齐平且设置密度大,即冷却液同时通入,而电芯3的排布方向与主输入管16及子输入管17垂直,为了保证所有电芯3的热量都能被带走,故在每个长度不一的子输出管17的末端设置输出管18,输出管18朝向对应侧的箱体侧部伸出,与电芯3的设置方向对应,使得热管2经过所有电芯3底部。

本实施例中,为了便于以标准件的形式设置热管2,故子输入管17和对应的输出管18垂直设置。

本实施例中,散热风道5与热管2对应设置,即入风通道19与主输入管16和子输入管17的输入端对应、各个出风通道22与各个输出管18整体对应。

本实施例中,由于输出管18均朝向箱体两侧设置,则散热风道5也呈L型出风,故以入风通道19相对侧的第一导流板20和入风通道19的末端两侧的第二导流板21进行挡风和导流,即散热用的风从箱体两侧散出。

本实施例中,为了保证整体的散热效果,在散热风道5内沿散热方向设置若干隔栏15,任一隔栏15两侧的出风通道22对应输出管18设置。

本实施例中,为了保证散热的顺利,出风通道22的出风口口径大于等于出风通道22的入风口口径。

本实用新型的采用所述的高效风冷电池系统的散热控制方法包括以下步骤:

步骤1:以电芯3至第二导热结构胶层为第一传热路径、以第二导热结构胶层通过导热铝片8至导热板9为第二传热路径、以导热板9至热管2为第三传热路径、以热管2至第一导热结构胶层为第四传热路径,以第一导热结构胶层至下箱体1为第五传热路径,第一传热路径、第二传热路径、第三传热路、第四传热路径和第五传热路径的传热量分别为q1、q2、q3、q4和q5;

步骤2:构建等效热阻传热模型,得到导热板9的等效热阻模型热管2的等效热阻模型第二导热结构胶层的等效热阻模型第一导热结构胶层的等效热阻模型及下箱体1底板的等效热阻模型其中,δplate、λpalte及Splate分别为导热板9的厚度、导热率及导热面积,δpipe、λpipe及Spipe分别为热管2的厚度、导热率及传热面积,δglue1、λglue1及Sglue1分别为第一导热结构胶层的厚度、导热率及传热面积,δglue2、λglue2及Sglue2分别为第二导热结构胶层的厚度、导热率及传热面积,δbox、λbox及Sbox分别为下箱体1的底板的厚度、导热率及传热面积;

步骤3:令电芯3的保护温度为T1,达到热平衡时下箱体1外表面的温度为T2,,则电芯3从保护温度起至热平衡温度的等效热阻模型的传热路径的传热量

步骤4:令通过下箱体1的散热风道5散出的热量其中,h为风道5的对流换热系数,S1为下箱体1底面总面积S1=l×w,l、w分别为下箱体1底面积的长和宽,S2为用于分隔散热风道5的隔栏15的截面积,S2=a×w,a为隔栏15的厚度,n为隔栏15的个数,P为每个隔栏15的截面周长,P=2×(a+w),ΔT=Tf-T2,Tf为通过散热风道5灌入的冷却空气的温度,H为隔栏15的高度;

步骤5:通过设定Rplate、Rpipe、Rglue1、Rglue2及Rbox,并已知电芯3保护温度T1和冷却空气温度Tf、电芯发热功率q0,根据能量守恒q7=q6=q5=q4=q3=q2=q1=q0联立方程组,在同时满足mH<2的情况下,计算得到风道5中隔栏15的个数n、厚度a、高度H;

步骤6:设置风道5及对应的隔栏15,完成散热控制。

本实用新型中,第一传热路径,第二传热路径、第三传热路径、第四传热路径和第五传热路径顺次串联。

本实用新型中,步骤2中的等效热阻传热模型未涉及导热铝片8,这是由于导热铝片8很薄,故导热率很大,其热阻一般情况下可以被忽略。

本实用新型中,隔栏15的高度和间距等参数不宜过大,一般要求mH<2,以防止风道5风阻过大。

本实用新型中,可以进一步通过限制风道5进口处的扩张角大小,对风道5中隔栏15的设置进行进一步限定,保证散热效率。

本实用新型通过在下箱体1和上箱盖4内的空间中自下而上设置热管2和并列设置的若干电芯3,在下箱体1底部配合热管2设置散热风道5,以散热风道5配合散热风机6,并以第一导热结构胶层和第二导热结构胶层完成传热路径的串联,使得散热风道5和热管2可以共同完成散热工作。

本实用新型中,热管2和风道5的流向一致,能有效利用风冷的散热能力,充分利用热管2轴向导热率高的特点,将温度较高区域的热量导向温度低的区域,减少流道前后的温度差,使箱体底部的温度场更加均匀,从而最大程度减少电芯3的温升及电芯3间的温差。

  • 标题:一种高效风冷电池系统
  • 申请人:杭州捷能科技有限公司
  • 发明人:蒋碧文, 朱帮守, 陈敏
  • 申请号:CN201920558824.9
  • 申请日:2019-04-23
  • 公开号:CN210200909U
  • 公开日:2020-03-27
  • 优先权号:
  • 代理人:郭薇
  • 代理机构:33230杭州赛科专利代理事务所(普通合伙)
  • 申请人地址:浙江省杭州市余杭区文一西路1324号利尔达物联网科技园3号楼1002室
  • 是否有效:授权
  • 标签:风冷,高效,电池,系统