動力電池液冷系統、設計方法以及動力電池與流程
2024-04-12 17:41:05
1.本發明涉及動力電池技術領域，具體而言，涉及一種動力電池液冷系統、設計方法以及動力電池。
背景技術：
2.隨著電動汽車的不斷發展，用戶對於車輛續駛裡程的需求不斷增大、對於快充時間縮短需求也不斷增加，由於車輛提供給電池的空間有限，亟需開發高比能快充電池系統，對於高比能快充電池系統解決其安全、冷卻為重點需要突破的技術。
3.針對上述的問題，目前尚未提出有效的解決方案。
技術實現要素：
4.本發明的主要目的在於提供一種動力電池液冷系統、設計方法以及動力電池，以解決高比能快充電池系統的安全性能以及冷卻性能較差的技術問題。
5.為了實現上述目的，根據本發明的一個方面，提供了一種動力電池液冷系統，包括：液冷板，液冷板包括第一液冷板和第二液冷板中的至少一種，第一液冷板用於與電芯的側面貼合，第二液冷板用於與電芯的底面貼合；噴淋系統，噴淋系統用於設置在電芯的頂部，噴淋系統包括液冷管路和噴淋管路，液冷管路與液冷板循環連通，噴淋管路的噴淋部用於與電芯的防爆閥相對地設置。
6.進一步地，第一液冷板與第二液冷板同時存在時，第一液冷板與第二液冷板連通設置，液冷接頭設置在第一液冷板的頂部，通過液冷接頭與液冷管路連通。
7.進一步地，第一液冷板與第二液冷板為一體成型結構。
8.進一步地，液冷接頭為矩形結構，液冷接頭的厚度、第一液冷板的厚度以及第二液冷板的厚度均相等。
9.進一步地，液冷板通過彈性導熱元件與電芯貼合設置。
10.根據本發明的另一方面，提供了一種動力電池的液冷系統的設計方法，包括：獲取電芯的型號以及電芯的散熱量需求；將電芯的散熱量需求與預置散熱量進行比較，獲得比較結果；根據電芯的型號以及比較結果，確定液冷策略，液冷策略包括如下至少之一：布置第一液冷板、布置第二液冷板以及布置噴淋系統，其中，第一液冷板用於對電芯的側面進行散熱，第二液冷板用於對電芯的底面進行散熱，噴淋系統用於對電芯進行熱失控防護。
11.進一步地，根據電芯的型號以及比較結果，確定液冷策略，包括：在電芯為三元鋰電芯的情況下，判斷電芯的鎳含量是否超過預設含量；如果是，液冷策略需要同時布置噴淋系統以及第一液冷板；繼續判斷電芯的散熱量需求是否大於第一預置散熱量，如果是，液冷策略需要同時布置第二液冷板。
12.進一步地，根據電芯的型號以及比較結果，確定液冷策略，包括：在電芯為三元鋰電芯的情況下，判斷電芯的鎳含量是否超過預設含量；如果否，液冷策略需要布置噴淋系統；在電芯的散熱量需求大於第一預置散熱量時，液冷策略需要同時布置第一液冷板和第
二液冷板；在電芯的散熱量需求小於第一預置散熱量時，判斷電芯的散熱量需求是否大於第二預置散熱量，其中，第二預置散熱量小於第一預置散熱量時，如果是，液冷策略僅需要同時布置第一液冷板；在電芯的散熱量需求小於第二預置散熱量時，液冷策略僅需要同時布置第二液冷板。
13.進一步地，根據電芯的型號以及比較結果，確定液冷策略，包括：在電芯為磷酸鐵鋰電芯的情況下，液冷策略中無需布置噴淋系統；根據電芯的散熱量需求與預置散熱量的比較結果，選擇性布置第一液冷板和第二液冷板。
14.根據本發明的另一方面，提供了一種動力電池，包括動力電池液冷系統，動力電池液冷系統為上述的動力電池液冷系統。
15.應用本發明的技術方案，液冷板用於對電芯進行冷卻，根據散熱量需求，可選擇第一液冷板與第二液冷板中的至少一種，以使電芯快速散熱，由於液冷板與電芯進行貼合設置，故液冷板將電池包內的布置空間進行了網格化分，在進行冷卻的同時，起到隔熱效果，減小電芯間的熱傳導。當電芯出現高熱時，液冷板無法滿足冷卻要求，為了避免造成安全性事故，利用噴淋系統進行噴淋冷卻。與此同時，噴淋系統設置有液冷管路，液冷管路與液冷板進行循環連通，將噴淋系統與冷卻板設計為一個整體，進一步提升電池包的體積成組率。
附圖說明
16.構成本技術的一部分的說明書附圖用來提供對本發明的進一步理解，本發明的示意性實施例及其說明用於解釋本發明，並不構成對本發明的不當限定。在附圖中：
17.圖1示出了根據本發明的動力電池液冷系統的實施例的結構示意圖；
18.圖2示出了第一液冷板與第二液冷板的連接關係示意圖；
19.圖3示出了噴淋系統與液冷板的裝配關係示意圖；
20.圖4示出了根據本發明的動力電池液冷系統的一可選實施例的設計流程示意圖；
21.圖5示出了根據本發明的動力電池液冷系統的另一可選實施例的設計流程示意圖。
22.其中，上述附圖包括以下附圖標記：
23.10、電芯；
24.20、第一液冷板；21、液冷接頭；
25.30、第二液冷板；
26.40、噴淋系統；41、管接頭。
具體實施方式
27.需要說明的是，在不衝突的情況下，本技術中的實施例及實施例中的特徵可以相互組合。下面將參考附圖並結合實施例來詳細說明本發明。
28.需要注意的是，這裡所使用的術語僅是為了描述具體實施方式，而非意圖限制根據本技術的示例性實施方式。如在這裡所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數形式也意圖包括複數形式，此外，還應當理解的是，當在本說明書中使用術語「包含」和/或「包括」時，其指明存在特徵、步驟、操作、器件、組件和/或它們的組合。
29.需要說明的是，本技術的說明書和權利要求書及上述附圖中的術語「第一」、「第
二」等是用於區別類似的對象，而不必用於描述特定的順序或先後次序。應該理解這樣使用的術語在適當情況下可以互換，以便這裡描述的本技術的實施方式例如能夠以除了在這裡圖示或描述的那些以外的順序實施。此外，術語「包括」和「具有」以及他們的任何變形，意圖在於覆蓋不排他的包含，例如，包含了一系列步驟或單元的過程、方法、系統、產品或設備不必限於清楚地列出的那些步驟或單元，而是可包括沒有清楚地列出的或對於這些過程、方法、產品或設備固有的其它步驟或單元。
30.現在，將參照附圖更詳細地描述根據本技術的示例性實施方式。然而，這些示例性實施方式可以由多種不同的形式來實施，並且不應當被解釋為只限於這裡所闡述的實施方式。應當理解的是，提供這些實施方式是為了使得本技術的公開徹底且完整，並且將這些示例性實施方式的構思充分傳達給本領域普通技術人員，在附圖中，為了清楚起見，有可能擴大了層和區域的厚度，並且使用相同的附圖標記表示相同的器件，因而將省略對它們的描述。
31.實施例1
32.結合圖1至圖3所示，根據本技術的具體實施例，提供了一種動力電池液冷系統。
33.具體地，動力電池液冷系統包括：液冷板和噴淋系統40。液冷板包括第一液冷板20和第二液冷板30中的至少一種，第一液冷板20用於與電芯10的側面貼合，第二液冷板30用於與電芯10的底面貼合。噴淋系統40用於設置在電芯10的頂部，噴淋系統40包括液冷管路和噴淋管路，液冷管路與液冷板循環連通，噴淋管路的噴淋部用於與電芯10的防爆閥相對地設置。
34.在本技術的實施例中，液冷板用於對電芯10進行冷卻，根據散熱量需求，可選擇第一液冷板20與第二液冷板30中的至少一種，以使電芯10快速散熱，由於液冷板與電芯10進行貼合設置，故液冷板將電池包內的布置空間進行了網格化分，在進行冷卻的同時，起到隔熱效果，減小電芯10間的熱傳導。當電芯10出現高熱時，液冷板無法滿足冷卻要求，為了避免造成安全性事故，利用噴淋系統40進行噴淋冷卻。與此同時，噴淋系統40設置有液冷管路，液冷管路與液冷板進行循環連通，將噴淋系統40與冷卻板設計為一個整體，進一步提升電池包的體積成組率。
35.進一步地，第一液冷板20與第二液冷板30同時存在時，第一液冷板20與第二液冷板30連通設置，液冷接頭21設置在第一液冷板20的頂部，通過液冷接頭21與液冷管路連通。將液冷接頭21設置在第一液冷板20的頂部，便於與液冷管路的插接。具體的，噴淋系統40設置有多個管接頭41，管接頭41與液冷管路連接，管接頭41與液冷接頭21一一對應，實現液冷管路與液冷板的循環連通。另外，將液冷管路設置在電芯10的上方，防止側面碰撞電池導致水管洩露的問題。
36.當第一液冷板20與第二液冷板30同時存在時，第一液冷板20與第二液冷板30為一體成型結構。具體地，第一液冷板20與第二液冷板30均採用鋁型材擠壓工藝進行一體成型。一體成型結構，便於組裝裝配。其中，第一液冷板20同時起到電芯10間的隔離支撐作用，第二液冷板30同時起到對電芯10的支撐作用，一體成型結構，使第一液冷板20與第二液冷板30的支撐更加牢靠。
37.進一步地，液冷接頭21為矩形結構，液冷接頭21的厚度、第一液冷板20的厚度以及第二液冷板30的厚度均相等。通過將液冷接頭21、第一液冷板20以及第二液冷板30設計為
等厚結構，能夠增加水流量，進一步增強冷卻效果。
38.進一步地，液冷板通過彈性導熱元件與電芯10貼合設置。彈性導熱元件不僅能夠起到導熱的作用，加快液冷板與電芯10的熱交換，還能夠吸收電芯10膨脹。具體地，彈性導熱元件由三部分組成，中間層是彈性導熱纖維結構，在彈性導熱纖維結構兩側覆蓋0.1-0.3mm的雙面膠保證電芯10與液冷板之間的固定。彈性導熱纖維結構的可壓縮量一般為30％-70％，厚度一般為0.2-0.5mm。該彈性導熱元件具備裝配工藝簡單、成本低、易量產化等特點。
39.實施例2
40.根據本技術的另一具體實施例，提供了一種動力電池的液冷系統的設計方法，如圖4所示，包括如下步驟：
41.步驟s1：獲取電芯10的型號以及電芯10的散熱量需求。
42.步驟s2：將電芯10的散熱量需求與預置散熱量進行比較，獲得比較結果。
43.步驟s3：根據電芯10的型號以及比較結果，確定液冷策略，液冷策略包括如下至少之一：布置第一液冷板20、布置第二液冷板30以及布置噴淋系統40，其中，第一液冷板20用於對電芯10的側面進行散熱，第二液冷板30用於對電芯10的底面進行散熱，噴淋系統40用於對電芯10進行熱失控防護。
44.上述設計步驟，根據電芯10的型號以及電芯10的散熱量需求，對液冷系統進行設計，在電芯10能夠及時散熱的同時，使電池包的結構更加緊湊。
45.進一步地，在步驟s3中，根據電芯10的型號以及比較結果，確定液冷策略，如圖5所示，包括如下步驟：
46.步驟s311：在電芯10為三元鋰電芯(ncm)的情況下，判斷電芯10的鎳含量是否超過預設含量。
47.步驟s312：如果是，液冷策略需要同時布置噴淋系統40以及第一液冷板20。
48.步驟s313：繼續判斷電芯10的散熱量需求是否大於第一預置散熱量(q1)，如果是，液冷策略需要同時布置第二液冷板30。
49.需要說明的是，根據鎳含量，三元鋰電芯(ncm)劃分為高鎳體系和中鎳體系，由於鎳含量越高，電芯10的熱穩定性越差，容易產生更多熱量，故高鎳體系的三元鋰電芯(ncm)需要同時布置噴淋系統40以及第一液冷板20。電芯10的鎳含量是否超過預設含量即為高鎳體系的三元鋰電芯(ncm)。其中，第一液冷板20與電芯10的側面貼合，即與電芯10的大面貼合，散熱量較大。第二液冷板30與電芯10的底面貼合，即與電芯10的小面貼合，散熱量較小。
50.進一步地，在步驟s3中，根據電芯10的型號以及比較結果，確定液冷策略，如圖5所示，還包括如下步驟：
51.步驟s321：在電芯10為三元鋰電芯10的情況下，判斷電芯10的鎳含量是否超過預設含量。
52.步驟s322：如果否，液冷策略需要布置噴淋系統40。
53.步驟s323：在電芯10的散熱量需求大於第一預置散熱量(q1)時，液冷策略需要同時布置第一液冷板20和第二液冷板30。
54.步驟s324：在電芯10的散熱量需求小於第一預置散熱量(q1)時，判斷電芯10的散熱量需求是否大於第二預置散熱量(q2)，其中，第二預置散熱量(q2)小於第一預置散熱量
(q1)時，如果是，液冷策略僅需要同時布置第一液冷板20。
55.步驟s325：在電芯10的散熱量需求小於第二預置散熱量(q2)時，液冷策略僅需要同時布置第二液冷板30。
56.需要說明的是，三元鋰電芯(ncm)的熱穩定性越差，無論是高鎳體系，還是中鎳體系，均需要設置噴淋系統40，避免因高熱造成安全性事故。
57.進一步地，在步驟s3中，根據電芯10的型號以及比較結果，確定液冷策略，如圖5所示，還包括如下步驟：
58.步驟s331：在電芯10為磷酸鐵鋰電芯(lfp)的情況下，液冷策略中無需布置噴淋系統40。
59.步驟s332：根據電芯10的散熱量需求與預置散熱量的比較結果，選擇性布置第一液冷板20和第二液冷板30。
60.需要說明的是，磷酸鐵鋰電芯(lfp)的熱穩定性較好，不容易因高熱造成事故，故為了結構緊湊，無需設置噴淋系統40。
61.其中，步驟s332的具體步驟如下：
62.當電芯10的散熱量需求大於第一預置散熱量(q1)時，液冷策略中需要同時布置第一液冷板20和第二液冷板30。
63.當電芯10的散熱量需求小於第一預置散熱量(q1)且大於第二預置散熱量(q2)時，液冷策略中僅需要布置第一液冷板20。
64.當電芯10的散熱量需求小於第二預置散熱量(q2)時，液冷策略僅需要布置第二液冷板30。
65.實施例3
66.根據本技術的另一具體實施例，提供了一種動力電池，包括動力電池液冷系統，動力電池液冷系統為上述實施例中的動力電池液冷系統。
67.為了便於描述，在這裡可以使用空間相對術語，如「在
……
之上」、「在
……
上方」、「在
……
上表面」、「上面的」等，用來描述如在圖中所示的一個器件或特徵與其他器件或特徵的空間位置關係。應當理解的是，空間相對術語旨在包含除了器件在圖中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附圖中的器件被倒置，則描述為「在其他器件或構造上方」或「在其他器件或構造之上」的器件之後將被定位為「在其他器件或構造下方」或「在其他器件或構造之下」。因而，示例性術語「在
……
上方」可以包括「在
……
上方」和「在
……
下方」兩種方位。該器件也可以其他不同方式定位(旋轉90度或處於其他方位)，並且對這裡所使用的空間相對描述作出相應解釋。
68.除上述以外，還需要說明的是在本說明書中所談到的「一個實施例」、「另一個實施例」、「實施例」等，指的是結合該實施例描述的具體特徵、結構或者特點包括在本技術概括性描述的至少一個實施例中。在說明書中多個地方出現同種表述不是一定指的是同一個實施例。進一步來說，結合任一實施例描述一個具體特徵、結構或者特點時，所要主張的是結合其他實施例來實現這種特徵、結構或者特點也落在本發明的範圍內。
69.在上述實施例中，對各個實施例的描述都各有側重，某個實施例中沒有詳述的部分，可以參見其他實施例的相關描述。
70.以上所述僅為本發明的優選實施例而已，並不用於限制本發明，對於本領域的技
術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。