電池冷卻換熱器的製作方法

2023-05-02 19:11:41 1

本發明屬於新能源汽車電池技術領域，具體涉及一種電池冷卻換熱器。

背景技術：

目前，電動汽車的發展受到人們的廣泛關注，而作為電動汽車心臟的電池更是電動汽車研究的重點。電動汽車的電池一般採用動力電池組，在使用過程中，特別是在快速充放電和高速行駛過程中會產生大量的熱量，為了保證電池工作在合適的溫度範圍內，需要對電池組進行有效的冷卻。現有技術中，電池包換熱器多為上下兩個板或單個金屬板擠壓成型，金屬板之間採用釺焊或攪拌摩擦焊接方式連接，內部流體流道基本是衝壓或擠壓形成，流體在內部腔體流動中多為平流或擾流，換熱係數不高。另外，為了實現電絕緣，在金屬板連接後使其覆蓋有塑料薄膜或絕緣墊。如此，又增加了電池包系統的複雜性和成本。

此外，隨著日益競爭加劇，汽車設計的成本控制和輕量化成為重要指標，在傳統水冷板設計中，水冷板結構為根據具體需求設計加工，其結構尺寸固定不變，當電池模組或電池包結構發生變化時，水冷板結構需要重新設計和重新開模製造，水冷板後期可擴展性較差，加工成本較高。

因此，本領域需要一種新的換熱器來解決現有技術中的上述問題。

技術實現要素：

為了解決現有技術中的上述問題，即為了解決現有換熱器換熱效率低、無法擴展的問題，本發明提供了一種新型電池冷卻換熱器。該電池冷卻換熱器包括第一集液單元、第二集液單元以及設置在所述第一集液單元和所述第二集液單元之間的至少一個冷板單元，所述第一集液單元至少包括第一集液區；所述第二集液單元至少包括第二集液區；所述冷板單元包括多個導流元件；其中，所述第一集液單元的內壁、所述第二集液單元的內壁、所述冷板單元的內壁以及所述導流元件共同構成冷卻液的流動空間。

在上述電池冷卻換熱器的優選實施方式中，所述導流元件為薄壁圓筒結構，其沿冷卻液流動方向交錯地設置在所述冷板單元上。

在上述電池冷卻換熱器的優選實施方式中，所述冷板單元包括第一連接結構和第二連接結構；所述第一集液單元設置有與所述第一連接結構相配合的第三連接結構；所述第二集液單元設置有與所述第二連接結構相配合的第四連接結構；並且，所述第一連接結構與所述第三連接結構、所述第二連接結構與所述第四連接結構以相互嵌入的方式連接在一起。

在上述電池冷卻換熱器的優選實施方式中，所述冷板單元的所述第一連接結構能夠與所述第二連接結構以相互嵌入的方式連接，從而能夠在所述第一集液區與所述第二集液區之間增加所述冷板單元。

在上述電池冷卻換熱器的優選實施方式中，所述第一連接結構與所述第三連接結構、所述第二連接結構與所述第四連接結構、所述第一連接結構與所述第二連接結構以相互嵌入的方式連接在一起，並通過膠黏劑、熔焊或雷射焊接的方式密封連接。

在上述電池冷卻換熱器的優選實施方式中，所述第一集液單元、所述第二集液單元和所述冷板單元均由導熱塑料材料加工而成。

在上述電池冷卻換熱器的優選實施方式中，所述冷板單元與所述導流元件為一體注塑成型。

在上述電池冷卻換熱器的優選實施方式中，所述第一集液單元還包括第三集液區，以及與所述第一集液區連通的第一進液口和與所述第三集液區連通的第一出液口，所述第三集液區和所述第一集液區之間設置有第一隔板，所述冷板單元至少包括第一冷板單元和第二冷板單元，所述第一冷板單元、所述第二冷板單元的一端分別與所述第一集液單元密封連接，其另一端分別與所述第二集液單元密封連接，冷卻液從所述第一進液口流入，依次經所述第一集液區、所述第一冷板單元、所述第二集液區、所述第二冷板單元和所述第三集液區，從所述第一出液口流出。

在上述電池冷卻換熱器的優選實施方式中，所述第一集液單元還包括第四集液區以及與所述第一集液區連通的第二進液口，所述第二集液單元還包括第五集液區以及與所述第五集液區連通的第二出液口，所述第四集液區和所述第一集液區之間設置有第二隔板，所述第五集液區和所述第二集液區之間設置有第三隔板，所述冷卻單元至少包括第三冷卻單元、第四冷卻單元和第五冷卻單元，所述第三冷卻單元、所述第四冷卻單元和所述第五冷卻單元的一端與分別與所述第一集液單元密封連接，其另一端與分別所述第二集液單元密封連接，冷卻液從所述第二進液口流入，依次經過所述第一集液區、所述第三冷板單元、所述第二集液區、所述第四冷板單元、所述第四集液區、所述第五冷板單元和所述第五集液區，從所述第二出液口流出。

在上述電池冷卻換熱器的優選實施方式中，所述第一集液單元還包括與所述第一集液區連通的第三進液口，所述第二集液單元還包括與所述第二集液區連通的第三出液口，所述冷卻單元至少包括第六冷卻單元、第七冷卻單元和第八冷卻單元，所述第六冷卻單元、所述第七冷卻單元和所述第八冷卻單元的一端分別與所述第一集液單元密封連接，其另一端分別與所述第二集液單元密封連接，冷卻液從所述第三進液口進入所述第一集液區，分別沿所述第六冷卻單元、所述第七冷卻單元和所述第八冷卻單元流入所述第二集液區，從所述第三出液口流出

在本發明的技術方案中，電池冷卻換熱器採用模塊化設計，能夠根據電池包的結構尺寸變化做相應的調整，結構尺寸自由度大，降低了成本和生產周期。此外，冷卻液在交錯設置的導流元件的作用下沿各個方向流動，並因此形成湍流，有利於在冷板單元中的速度均勻分布，從而使得冷板單元整個區域溫度分布更均勻，並同時有利於提高冷板的換熱效率。

附圖說明

圖1是本發明的電池冷卻換熱器的實施例一的整體結構圖；

圖2是本發明的電池冷卻換熱器的實施例一的整體結構截面圖；

圖3是本發明的電池冷卻換熱器的實施例一的第一集液單元的結構圖；

圖4是本發明的電池冷卻換熱器的實施例一的第二集液單元的結構圖；

圖5是本發明的電池冷卻換熱器的實施例一的冷板單元的半剖結構圖；

圖6是本發明的電池冷卻換熱器的實施例一的冷卻液流動路徑圖；

圖7是本發明的電池冷卻換熱器的實施例二的結構示意圖；

圖8是本發明的電池冷卻換熱器的實施例三的結構示意圖。

具體實施方式

下面參照附圖來描述本發明的優選實施方式。本領域技術人員應當理解的是，這些實施方式僅僅用於解釋本發明的技術原理，並非旨在限制本發明的保護範圍。例如，儘管附圖中的各個構件以特定比例繪製，但是這種比例關係僅僅是示例性的，本領域技術人員可以根據需要對其作出調整，以便適應具體的應用場合。

需要說明的是，在本發明的描述中，術語「中心」、「上」、「下」、「左」、「右」、「豎直」、「水平」、「內」、「外」等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。此外，術語「第一」、「第二」、「第三」僅用於描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

此外，還需要說明的是，在本發明的描述中，除非另有明確的規定和限定，術語「安裝」、「相連」、「連接」應作廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對於本領域技術人員而言，可以根據具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。

本發明的電池冷卻換熱器包括第一集液單元、第二集液單元以及設置在第一集液單元和第二集液單元之間的至少一個冷板單元，第一集液單元上至少包括第一集液區；第二集液單元至少包括第二集液區；冷板單元包括多個導流元件；其中，第一集液單元的內壁、第二集液單元的內壁、冷板單元的內壁以及導流元件共同構成冷卻液的流動空間。具體而言，參照圖1，圖1是本發明的電池冷卻換熱器的實施例一的整體結構圖。如圖1所示，在該實施例中，電池冷卻換熱器包括第一集液單元1和第二集液單元2以及設置在第一集液單元1和第二集液單元2之間的四個冷板單元，其中四個冷板單元包括兩個第一冷板單元31和兩個第二冷板單元32。本領域技術人員能夠理解的是，在該實施例中，以四個冷板單元作為示例對本發明進行說明，旨在更清楚地說明本發明的電池冷卻換熱器的結構，該冷板單元的數量並不限制本發明的保護範圍。此外，本發明的冷板單元可以僅包括一個第一冷板單元31和一個第二冷板單元32，以四個冷板單元為例是為了更好地說明本發明的電池冷卻換熱器能夠進行擴展，這點將在下文中進行詳細說明。

參照圖2，圖2是本發明的電池冷卻換熱器的實施例一的整體結構截面圖。如圖2所示，第一集液單元1包括第一集液區11和第三集液區12，第二集液單元2包括第二集液區21，第一冷板單元31和第二冷板單元32上規律地分布多個導流元件300。優選地，該導流元件300為薄壁結構。具體地，如圖2所示，導流元件300為垂直地(或者以其他角度)設置在第一冷板單元31和第二冷板單元32中的薄壁圓筒。並且，如圖6中最清楚示出地，導流元件300沿冷卻液的流動方向彼此交錯地設置，以便冷卻液能在流動時形成湍流。更具體地，按照圖6中的方位，所述「交錯設置」是指上下相鄰的兩個導流元件300不沿垂直方向對齊，而是彼此錯開。其中，第一集液單元1的內壁、第二集液單元2的內壁、冷板單元(包括第一冷板單元31和第二冷板單元32)的內壁以及導流元件30共同構成冷卻液的流動空間4。進一步，第一集液區11和第三集液區12之間設置有第一隔板13，該第一隔板13能防止第一集液區11內的流體直接流入第三集液區12內，並且，第二集液區21內為連通的結構。繼續參照圖1，第一集液單元1還包括與第一集液區11連通的第一進液口14和與第三集液區12連通的第一出液口15。進行冷卻時，冷卻液從第一進液口14流入第一集液區11，然後從第一集液區11流入第一冷板單元31，之後流過第一冷板單元31並匯聚到第二集液區21，該第二集液區21作為冷卻液的流動變向區域，冷卻液經過該第二集液區21時能夠改變流動方向，然後流入第二冷板單元32，流過第二冷板單元32之後冷卻液匯聚到第三集液區12，最終從第一出液口15流出。一方面，由於第二集流區21構成了冷卻液的流動變向區域並能夠使通過該第二集流區21的冷卻液改變方向，從而增大了該電池冷卻換熱器內流體的流動路徑，提高了冷卻劑的有效利用率。另一方面，交錯分布的導流元件300能夠對冷卻液起到攪混作用，使其在流動過程中形成湍流，從而增強冷卻液與冷板單元之間的熱交換能力。

下面參照圖3、圖4和圖5對本發明的電池冷卻換熱器的結構進行更清楚的說明。圖3是本發明的電池冷卻換熱器的實施例一的第一集液單元的結構圖；圖4是本發明的電池冷卻換熱器的實施例一的第二集液單元的結構圖；圖5是本發明的電池冷卻換熱器的實施例一的冷板單元的半剖結構圖。如圖5所示，冷板單元3包括交錯分布的多個導流元件300，此外，冷板單元3還包括第一連接結構301和第二連接結構302。圖3清楚地展示了第一集液單元1各個部分的結構，如圖3所示，第一集液單元1包括第一集液區11、第三集液區12、第一隔板13、第一進液口14和第一出液口15，並且第一集液單元1上還設置有與第一連接結構302相配合的第三連接結構16。圖4清楚地展示了第二集液單元2各部分的結構，如圖4所示，第二集液單元2包括第二集液區21，第二集液區21內為連通的結構，並且第二集液單元2上還設置有與第二連接結構302相配合的第四連接結構22。其中第一連接結構301與第三連接結構16、第二連接結構302與第四連接結構22、第一連接結構301與第二連接結構302均以相互嵌入的方式連接，從而組成整個電池冷卻換熱器的結構。進一步，為了防止出現漏液現象，第一連接結構301與第三連接結構16、第二連接結構302與第四連接結構22、第一連接結構301與第二連接結構302均以相互嵌入的方式連接之後，再通過膠黏劑、熔焊或雷射焊接等方式對其進行密封連接。

參照圖6，圖6是本發明的電池冷卻換熱器的實施例一的冷卻液流動路徑圖。如圖6所示，冷卻液從第一進液口14流入並匯聚在第一集液區11，然後流入第一冷板單元31，流過第一冷板單元31之後匯聚到第二集液區21，該第二集液區21作為冷卻液的流動換向區域，冷卻液經過該第二集液區21時能夠改變流動方向流入第二冷板單元32，並流過第二冷板單元32匯聚到第三集液區12，最終從第一出液口15流出。一方面，由於第二集流區21構成了冷卻液的流動換向區域，能夠使通過該第二集流區21的冷卻液改變方向，從而增大該電池冷卻換熱器內流體的流動路徑，提高冷卻劑的有效利用率。另一方面，交錯分布的導流元件300能夠對冷卻液起到攪混作用，形成湍流，從而增強冷卻液與冷板單元之間的熱交換能力。在圖6中，冷卻液的流道呈「u」型。

本發明的電池冷卻換熱器用於新能源汽車電池包冷卻系統中，其放置於電池包模組單元下部或電池包模組之間，通過導熱材料與模組單元連接。進一步，實際應用中還可以由多個電池冷卻換熱器單元以並聯或串聯的形式組成電池包冷卻系統。在上述實施方式中，為了滿足不同尺寸電池包或電池模組的冷卻需求，可以通過在第一集液單元1和第二集液單元2之間橫向以及縱向上增加冷板單元31、32的數量，並對第一集液單元1和第二集液單元2作適應性設計修改以滿足要求。具體而言，參照圖7，圖7是本發明的電池冷卻換熱器的實施例二的結構示意圖。為了清楚起見，圖中省略了導流元件300。該實施例與實施例一的區別是在第一集液單元1和第二集液單元2之間縱向(圖7中的上下方向)增加了冷板單元，因此僅示例性地示出了該實施例的結構示意圖。如圖7所示，第一集液單元1和第二集液單元2包括第三冷板單元33、第四冷板單元34和第五冷板單元35；第一集液單元1包括第四集液區17和第一集液區11以及與第一集液區11連通的第二進液口101；第二集液單元2包括第五集液區23和第二集液區21以及與第五集液區23連通的第二出液口201，第四集液區17和第一集液區11之間設置有第二隔板18，第五集液區23和第二集液區21之間設置有第三隔板24。在進行冷卻時，冷卻液從第二進液口101流入並匯聚在第一集液區11，然後經過第三冷板單元33流入第二集液區21，冷卻液在第二集液區21改變流向流入第四冷板單元34並匯聚到第四集液區17，然後冷卻液在第四集液區17再一次改變方向流入第五冷板單元35並匯聚到第五集液區23，最終從第二出液口201流出。在圖7中，冷卻液的流道呈「s」型。在第二實施例中，通過在第一集流單元1和第二集流單元2之間縱向增加冷板單元3，並適應性對第一集流單元1和第二集流單元2作適應性設計修改以滿足要求。本領域技術人員能夠理解的是，按照本實施例的設計思路，還可以根據需要在第一集流單元1和第二集流單元2之間縱向增加多個冷板單元3。

參照圖8，圖8是本發明的電池冷卻換熱器的實施例三的結構示意圖。為了清楚起見，圖中省略了導流元件300。相對於實施例二，本實施例修改了第一集流單元1和第二集流單元2的設計。具體地，如圖8所示，第一集液單元1和第二集液單元2包括第六冷卻單元36、第七冷卻單元37和第八冷卻單元38；第一集液單元1還包括與第一集液區11連通的第三進液口102；第二集液單元2還包括與第二集液區21連通的第三出液口202。其中，第一集液區11和所述第二集液區21均具為傾斜式連通的結構。在進行冷卻時，冷卻液從第三進液口102進入第一集液區11並在該區域匯聚，然後分別同時沿第六冷卻單元36、第七冷卻單元37和第八冷卻單元38流入第二集液區21，並在第二集液區21進行匯聚，最終從第三出液口202流出。冷卻液的流道呈「i」型。

需要說明的是，在上述實施例中，第一集流單元1和第二集流單元2之間的冷板單元3還可以通過第一連接結構301和第二連接結構302相互嵌入的方式在橫向(圖中的左右方向)上根據需要增加合適的冷板單元。

在上述優選的實施方式中，第一集液單元1、第二集液單元2和冷板單元3均由塑料或導熱塑料材料加工而成，並且冷板單元3與導流元件300為一體注塑成型。

綜上所述，本發明的電池冷卻換熱器採用模塊化設計，能夠根據電池包的結構尺寸變化做相應組合變更，結構尺寸自由度大，例如上述實施例一中的呈「u」型的冷卻液流道、實施例二中的呈「s」型的冷卻液流道以及實施例三中的呈「i」型的冷卻液流道。具有較好的可擴展性，降低成本和生產周期。此外，以實施例一為例，冷卻液由第一進液口進入電池冷卻液換熱器並在第一集液區匯聚隨即流經冷板單元，在交錯設置的導流元件作用下，冷卻液向各個方向流動，有利於冷卻液在冷板單元中的速度均勻分布以及提高冷板與冷卻液之間的對流換熱，從而使得冷板單元的整個區域溫度分布更均勻並同時提高冷板的換熱效率，冷卻液經過第二集液區被改變流動方向，再次進入冷板單元體中，最終冷卻液在第三集液區匯聚，並通過出液口流出。

至此，已經結合附圖所示的優選實施方式描述了本發明的技術方案，但是，本領域技術人員容易理解的是，本發明的保護範圍顯然不局限於這些具體實施方式。在不偏離本發明的原理的前提下，本領域技術人員可以對相關技術特徵作出等同的更改或替換，這些更改或替換之後的技術方案都將落入本發明的保護範圍之內。