液冷板、电池包及流量控制方法与流程

1.本发明涉及电池冷却技术领域，尤其提供一种液冷板、具有该液冷板的电池包以及该液冷板的流量控制方法。


背景技术：

2.车用动力电池的充电功率、放电功率和发热功率都与电池内部的温度直接相关。当温度过低时电池无法充、放电；当温度过高时，电池的使用寿命降低，存在热失控的风险。因此有必要采取主动式温控系统来调节电池内部的温度，使其温度变化在合理范围内。
3.口琴管式液冷板是目前比较成熟的一种动力电池散热/加热设备，因其结构简单、质量轻便和模具成本低等诸多优点，广泛应用于纯电动汽车和混合动力汽车上。
4.对于动力电池液冷系统来说，通过集流管将多个串并联的口琴管连接起来，理论上，各口琴管的流阻是一致的，但实际上，靠近进出口的口琴管流阻小，冷却液流量较大；而远离进出口的口琴管流阻大，冷却液流量较小。为了改善各口琴管流阻的问题，通常是在集流管内部或者管路街头上设置节流孔，该种方式不但流量调配效果达不到预期，反而会使液冷系统的压降大大提高，增加了水泵的功耗，最终降低电池包的功率输出。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种液冷板，旨在解决现有的液冷板的流阻不均衡所导致热交换能力不均衡的问题。
6.为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种液冷板，包括间隔设置的第一集流管和第二集流管、两端分别连通第一集流管和第二集流管的口琴管组，第一集流管设有进水口，第二集流管设有出水口，口琴管组包括依次间隔且并排设置的多个子口琴管，各子口琴管具有连通于第一集流管的第一端以及连通于第二集流管的第二端，各子口琴管均具有若干流道；各子口琴管的第一端的各流道的截面面积沿背离进水口方向呈递增趋势；和\或，各子口琴管的第二端的各流道的截面面积沿背离出水口方向呈递增趋势。
7.本发明的有益效果：本发明提供的液冷板，其中，与电池模组进行热交换的各子口琴管的各流道的截面面积根据当前子口琴管的第一端和第二端的位置进行适应性调整，以均衡各子口琴管的流阻，达到热交换均衡的目的。具体地，在排列在第一集流管和第二集流管之间的各子口琴管，由于靠近进水口处的流量大、流阻小，因此，各子口琴管的第一端的各流道的截面面积沿背离进水口方向呈递增趋势，以使远离进水口的子口琴管获得相同或相近的流量大小。同理地，由于靠近出水口处的流量大、流阻小，各子口琴管的第二端的各流道的截面面积沿背离出水口方向呈递增趋势，以使远离出水口的子口琴管获得相同或相近的流量大小。
8.在一个实施例中，各子口琴管的第一端的各流道的截面面积递增趋势为非连续性递增；和/或，各子口琴管的第二端的各流道的截面面积递增趋势为非连续性递增。
9.在一个实施例中，同一子口琴管中，各流道的截面面积以第一端或第二端作为递
增起始端；
10.若第一端至进水口的最小距离小于第二端至出水口的最小距离，则第一端为各流道的截面面积的递增起始端，反之，则第二端为各流道截面面积的递增起始端。
11.通过采用上述技术方案，即当同一子口琴管的第一端至进水口的最小距离与其的第二端至出水口的最小距离不同时，以距离小的一端为递增起始端，该种情况适用于进水口和出水口在异侧，或者，各子口琴管呈不对等设置。
12.在一个实施例中，同一子口琴管中，各流道的截面面积递增趋势为非连续性递增。
13.在一个实施例中，同一子口琴中，第一端至进水口的最小距离等于第二端至出水口的最小距离，当前子口琴的各流道的截面面积沿冷却液流动方向保持一致。
14.通过采用上述技术方案，即当同一子口琴管的第一端至进水口的最小距离与其的第二端至出水口的最小距离相同，适用于进水口和出水口在同侧，或者，各子口琴管呈对等设置的情况。
15.在一个实施例中，各流道沿径向方向的截面面积为1.95mm2～3.2mm2。
16.通过采用上述技术方案，将各流道进行微通道化，即各流道的流阻更小，流速更快，更有利于实现各子口琴管流量达到均衡的目的。
17.在一个实施例中，第一集流管设有多个第一紧固件；和/或，第二集流管设有多个第二紧固件。
18.通过采用上述技术方案，利用各第一紧固件和各第二紧固件对液冷板整体进行固定限位。
19.在一个实施例中，第一集流管具有朝向第二集流管弯折形成的第一弯折段，第二集流管具有朝向第一弯折段的第二弯折段，其中若干子口琴管的两端分别连通于第一弯折段和第二弯折段。
20.通过采用上述技术方案，进一步增加子口琴管的排布数量，以适应数量更多的电池模组的热交换需求。
21.本发明还提供一种电池包，包括多个电池模组、隔板以及上述的液冷板，隔板设于电池模组与液冷板之间。
22.本发明的有益效果：本发明提供电池包，在具有上述液冷板的基础上，各电池模组的工作热量均衡，工作效率高。同时，利用隔板将电池模组与液冷板分离，杜绝了因液冷板漏液造成的电池包短路的危害。
23.本发明还提供一种上述液冷板的流量控制方法，该流量控制方法步骤如下：
24.建立仿真模型，确定液冷板的理论冷却液流量重量；
25.确定冷却对象的数量以及对应的子口琴管的数量，根据液冷板的理论冷却液流量，确定液冷板各子口琴管的理论流阻值；
26.将各子口琴管的理论流阻与实际流阻进行比对，以对各子口清管的流道的截面面积进行调整，以使实际流阻趋于理论流阻。
27.本发明的有益效果：本发明提供液冷板的流量控制方法，将各子口琴管的理论流阻与实际流阻进行比对，从而获得调整各子口清管的流道的截面面积的依据，使得各子口琴管的实际流阻趋于理论流阻。
附图说明
28.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
29.图1为本发明实施例提供的液冷板的结构示意图；
30.图2为本发明实施例提供的液冷板的子口琴管的截面图；
31.图3为本发明实施例提供的液冷板的子口琴管的结构示意图；
32.图4a为本发明实施例一提供的液冷板的结构示意图；
33.图4b为本发明实施例二提供的液冷板的结构示意图；
34.图5为本发明实施例提供的液冷板冷却液的流阻网络图；
35.图6为本发明实施例提供的液冷板的各子口琴管的冷却液流量对照统计图；
36.图7为本发明实施例提供的液冷板的各子口琴管的另一冷却液流量对照统计图；
37.图8为本发明实施例提供的液冷板的各子口琴管的冷却液流速云图；
38.图9为本发明实施例提供的液冷板的各子口琴管的压力云图；
39.图10为本发明实施例提供的电池包的爆炸图。
40.其中，图中各附图标记：
41.液冷板100、第一集流管10、第一弯折段11、第二集流管20、第二弯折段21、口琴管组30、进水口10a、出水口20a、子口琴管31、第一端31a、第二端31b、流道31c、进水接头41、出水接头42、管体311、折弯部312、第一紧固件51、第二紧固件52、电池模组200、隔板300。
具体实施方式
42.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
43.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
44.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示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一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
45.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
46.请参考图1至图4b，本发明实施提供的液冷板100，包括间隔设置的第一集流管10和第二集流管20、两端分别连通第一集流管10和第二集流管20的口琴管组30，第一集流管10设有进水口10a，第二集流管20设有出水口20a，口琴管组30包括依次间隔且并排设置的多个子口琴管31，各子口琴管31具有连通于第一集流管10的第一端31a以及连通于第二集流管20的第二端31b，各子口琴管31均具有若干流道31c。根据各子口琴管31的理论流阻值和实际流阻值的比对，适应性的调整各子口琴管31的流道31c的截面面积，以使液冷板100的各子口琴管31流量均衡，即各子口琴管31的热交换能力均衡，具体设计思路如下：
47.在外部液冷系统的供液能力一定的情况下，需要保证口琴管组30的各子口琴管31的冷却液流量可能接近该其理论冷却液流量值m。例如，如图1所示，在本实施例中，口琴管组30中有17个子口琴管31，设外部液冷系统的供液总流量为m
total
，那么，每一子口琴管31的理论冷却液流量为m＝m
total
*/17。在借助图5，图5为本发明实施例提供的液冷板冷却液的流阻网络图，图中r1、r2、r3…
r
n
代表第一集流管10上的流阻和r1’
、r2’
、r3’…
r
n’代表第二集流管20上的流阻；r1、r2、r3…
r
n
代表子口琴管31上的流阻。p1、p2、p3…
p
n
和p1’
、p2’
、p3’…
p
n’代表各个分叉节点位置压力。设液冷板100的冷却液总流量为恒定值，流经各个子口琴管31的流量为m1、m2、m3…
m
n
，则：
48.m1 m2 m3
…
m
n
＝m
total
49.当r
i
＜＜r
i
，且r
i’＜＜r
i
，且(i＝1,2,3
…
n)时，则：
50.p1≈p2≈p3≈
…
≈p
n
51.p1’
≈p2’
≈p3’
≈
…
≈p
n’52.由此可得：
53.δp1≈δp2≈δp3≈
…
≈δp
n
54.其中δp
i
＝p
i-p
i’(i＝1,2,3
…
n)
55.假设每个子口琴管31的流阻一样，即r1＝r2＝r3＝
…
＝r
n
＝r时，而每个子口琴管31进出口的压差相近，δp1≈δp2≈δp3≈
…
≈δp
n
，则：
56.m1≈m2≈m3≈
…
≈m
n
57.说明各个子口琴管31的冷却液流量接近目标值m。
58.请参考图6，图6为本发明实施例提供的液冷板的各子口琴管的冷却液流量对照统计图，其中，将17个子口琴管31依次标记为1-1、2-1、2-2、2-3、2-4、3-1、3-2、3-3、3-4、4-1、4-2、4-3、4-4、5-1、5-2、5-3、5-4。以及，图中三个条形图依次为各子口琴管31的理论冷却液流量、各子口琴管31的实际冷却液流量以及对照组各子口琴管31的实际冷却液流量。本技术的各子口琴管31的流道31c截面面积为1.95mm2～3.2mm2，并且，各子口琴管31的流道31c截面面积保持一致，而对照组的各子口琴管31的流道31c的规格为现有常规规格，其流道31c截面面积为12mm2～30mm2，且各常规口琴管的流道截面面积也保持一致。从图6中可知，本技术的液冷板100的各子口琴管31的冷却液流量趋于平均，且比现有常规规格的液冷板的各口琴管的冷却液流量更加均衡。
59.然而，继续参考图6，靠近进水口10a和出水口20a的子口琴管1-1、2-1、2-2、2-3、2-4的流量大于远离进水口10a和出水口20a的子口琴管5-1、5-2、5-3、5-4，根据上述现象，需对各子口琴管31的流道31c截面面积进行调整。减小靠近进水口10a和出水口20a的子口琴管31的流道31c的截面面积，提高其流阻，减小流量，以增加远离进水口10a和出水口20a的
各子口琴管31的流量，同时，增大远离进水口10a和出水口20a的各子口琴管31的流道31c的截面面积，降低其流阻，增大流量。其结果就是，各子口琴管31的第一端31a的各流道31c的截面面积沿背离进水口10a方向呈递增趋势；和\或，各子口琴管31的第二端31b的各流道31c的截面面积沿背离出水口20a方向呈递增趋势。即包括三种情况，一是，仅各子口琴管31的第一端31a的各流道31c的截面面积沿背离进水口10a方向呈递增趋势的横向调整；二是，仅各子口琴管31的第二端31b的各流道31c的截面面积沿背离出水口20a方向呈递增趋势的另一横向调整；三是，子口琴管31的第一端31a的各流道31c的截面面积沿背离进水口10a方向呈递增趋势和各子口琴管31的第二端31b的各流道31c的截面面积沿背离出水口20a方向呈递增趋势，即在同一子口琴管31中，各流道31c的截面面积因以第一端31a或第二端31b为递增起始端而呈现递增趋势，这样，可以理解为横向调整和纵向调整。具体地，请参考图7，图7为本发明实施例提供的液冷板的各子口琴管的另一冷却液流量对照统计图，其中，将17个子口琴管31依次标记为1-1、2-1、2-2、2-3、2-4、3-1、3-2、3-3、3-4、4-1、4-2、4-3、4-4、5-1、5-2、5-3、5-4。以及，图中三个条形图依次为各子口琴管31的理论冷却液流量、各子口琴管31的实际冷却液流量以及调整过流道31c截面面积后的各子口琴管31的实际冷却液流量。从图7可知，相较下，按照上述原理调整流道31c截面面积后，各子口琴管31的冷却液流量更佳均衡，并且，各子口琴管31的冷却液流量趋于理论值。同时，请参考图8和图9，其中，图8为本发明实施例提供的液冷板的各子口琴管的冷却液流速云图，从图8中可知，各子口琴管31的冷却液流速均衡。以及，图9为本发明实施例提供的液冷板的各子口琴管31的压力云图，从图9中可知，各子口琴管31的流阻均衡，未出现压力淤积的情况。
60.本发明提供的液冷板100，根据各子口琴管31的理论冷却液流量和实际冷却液流量进行对比，从而不断调试各子口琴管31的各流道31c的截面面积，具体地，调试结果为各子口琴管31的第一端31a的各流道31c的截面面积沿背离进水口10a方向呈递增趋势；和\或，各子口琴管31的第二端31b的各流道31c的截面面积沿背离出水口20a方向呈递增趋势。这样，使得液冷板100的各子口琴管31的流阻趋于均衡，即整个液冷板100的热交换能均衡。
61.在一个实施例中，各子口琴管31的第一端31a的各流道31c的截面面积递增趋势为非连续性递增；和/或，各子口琴管31的第二端31b的各流道31c的截面面积递增趋势为非连续性递增。可以理解地，在实际使用过程中，各子口琴管31的各流道31c的截面面积可呈连续性递增或非连续性递增，而非连续性递增是指同为连接第一集流管10的各子口琴管31，沿着冷却液流动的方向，相邻的两子口琴管31的第一端31a的各流道31c的截面面积可以相等。同理地，同为连接第二集流管20的各子口琴管31，沿着冷却液流动的方向，相邻的两子口琴管31的第二端31b的各流道31c的截面面积可以相等。其中，这里，子口琴管31的各流道31c的截面面积的递增趋势可以表现为流道31c数量的增加或者单个流道31c的截面面积增大。
62.实施例一
63.请参考图4a，在本实施例中，由于越靠近进水口10a或出水口20a的子口琴管31的流阻越小，因此，在同一子口琴管31中，各流道31c的截面面积的递增起始端由子口琴管31的第一端31a至进水口10a的最小距离与其第二端31b至出水口20a的最小距离来决定。具体地，在同一子口琴管31中，当子口琴管31的第一端31a至进水口10a的最小距离小于其第二端31b至出水口20a的最小距离，则该子口琴管的流量受进水口的影响更大，那么第一端31a
为各流道31c的截面面积的递增起始端。同时，第二端31b的各流道31c的截面面积大于第一端31a的各流道31c的截面面积，即各流道31c的流量沿冷却液的流动方向呈递增趋势，反之，则第二端31b为各所述流道31c截面面积的递增起始端。该种情况适用于液冷板100的进水口10a和出水口20a在异侧，由于连通于第一集流管10的各子口琴管31越是靠近进水口10a，子口琴管31的流阻越低，流量越高；同理地，连通于第二集流管20的各子口琴管31越是靠近出水口20a，子口琴管31的流阻越低，流量越高。因此，为了均衡各子口琴管31的冷却液的流量，根据其流组来判断其递增起始端。
64.优选地，在同一子口琴管31中，各流道31c的截面面积递增趋势为非连续性递增。可以理解地，同一子口琴管31的各流道31c的截面面积可呈连续性递增或非连续性递增，连续性递增是指各流道31c的内径连续递增，呈喇叭状，而非连续性递增是指子口琴管31沿着冷却液流动的方向，流道31c的内径可呈分段式阶梯状递增，这样，在调整流道31c的流量的同时也方便加工。
65.请参考图2，在一个实施例中，各子口琴管31的流道31c的截面呈圆形或多边形。根据实际使用需求，选择合适的流道31c截面形状。具体地，各子口琴管31的流道31c的截面呈矩形，流道31c的高度w为1.3mm～1.6mm，例如，流道31c的高度w可为1.3mm、1.4mm、1.5mm、1.6mm等。流道31c的宽度h为1.5mm～2.0mm，例如，流道31c的高度h可为1.5mm、1.6mm、1.7mm、1.8mm、1.9mm、2mm等。具体地，如图2a所示，图2a为标号4-1至5-4的子口琴管31的流道31c的截面图；图2板为标号3-1至3-4的子口琴管31的流道31c的截面图；图2c为标号2-1至2-4的子口琴管31的流道31c的截面图；图2d为标号1-1子口琴管31的流道31c的截面图。
66.请参考图1，在一个实施例中，进水口10a设有进水接头41，出水口20a设有出水接头42。这里，进水接头41和出水接头42通过焊接方式连接于对应的集流管，即通过进水接头41和出水接头42连接外部冷却液循环系统，从而向口琴管组30提供循环冷却液。
67.请参考图3，在一个实施例中，子口琴管31包括管体311，管体311的相对两端朝同侧弯折形成折弯部312，折弯部312连接于第一集流管10或第二集流管20。这里，子口琴管31呈“n”型，其两个折弯部312连接对应的集流管后，使得管体311部分向外凸出，以缩短管体311与电池包的电池模组之间的距离，即缩短子口琴管31与电池模组之间的导热路径，提高了换热效率。
68.请参考图1，在一个实施例中，第一集流管10设有多个第一紧固件51；第二集流管20设有多个第二紧固件52。这里。利用各第一紧固件51和各第二紧固件52实现对液冷板100整体进行固定，防止液冷板100发生偏移。
69.在一个实施例中，第一集流管10和\或第二集流管20的截面为矩形扁状结构，这样，充分利用空间，满足包络限制要求，并确保压力损失满足设计要求。
70.请参考图1，在一个实施例中，第一集流管10具有朝向第二集流管20弯折形成的第一弯折段11，第二集流管20具有朝向第一弯折段11的第二弯折段21，其中若干子口琴管31的两端分别连通于第一弯折段11和第二弯折段21。可以理解地，将第一集流管10和第二集流管20进行折弯设置以满足液冷板100实际的液冷需要，即在第一弯折段11与第二弯折段21之间可设置待热交换的电池模组。
71.实施例二
72.请参考图4b，与上述实施例不同之处在于，在同一子口琴管中，当子口琴管31的第
一端31a至进水口10a的最小距离等于其第二端31b至出水口20a的最小距离，则当前子口琴的各流道31c的截面面积沿冷却液流动方向保持一致。该种情况适用于进水口10a和出水口20a在同一侧，即当各子口琴管31并排的设于第一集流管10和第二集流管20之间时，同一子口琴管31的第一端31a至进水口10a的最小距离与其第二端31b至出水口20a的最小距离相等。这样，只需根据远离进水口10a或出水口20a的距离，调整各子口琴管31的各流道31c的截面面积，即单一的横向调整。
73.请参考图10，本发明还提供一种电池包，包括多个电池模组200、隔板300以及上述的液冷板100，隔板设于电池模组200与液冷板100之间。在具有上述液冷板100的基础上，各电池模组200的工作热量均衡，工作效率高。同时，利用隔板300将电池模组200与液冷板100分离，杜绝了因液冷板100漏液造成的电池包短路的危害。
74.优选地，在一个实施例中，在隔板300与电池模组200之间填充导热材料，以及，在隔板300与液冷板100之间填充导热材料。即形成类似“三明治”结构完全杜绝因液冷板100漏液造成的电池短路风险。
75.本发明还提供一种上述液冷板100的流量控制方法，该流量控制方法步骤如下：
76.s100、建立仿真模型，确定液冷板100的理论冷却液流量总量；
77.在外部液冷系统的流量一定以及待热交换的对象数量确定时，液冷板100的理论冷却液流量为定值。
78.s200、确定冷却对象的数量以及对应的子口琴管31的数量，根据液冷板100的理论冷却液流量，确定液冷板100各子口琴管31的理论流阻值；
79.根据液冷板100的子口琴管31的数量，确定各子口琴管31的理论流阻值。
80.例如，当液冷板100的子口琴管31的数量为17，设外部液冷系统的供液总流量为m
total
，那么，每一子口琴管31的理论冷却液流量为m＝m
total
*/17。
81.s300、将各子口琴管31的理论流阻与实际流阻进行比对，以对各子口清管的流道31c的截面面积进行调整，以使实际流阻趋于理论流阻。
82.在借助图，图为本技术的液冷板100冷却液的流阻网络图，图中r1、r2、r3…
r
n
和r1’
、r2’
、r3’…
r
n’代表集流管上的流阻；r1、r2、r3…
r
n
代表子口琴管31上的流阻。p1、p2、p3…
p
n
和p1’
、p2’
、p3’…
p
n’代表各个分叉节点位置压力。设液冷板100的冷却液总流量为恒定值，流经各个子口琴管31的流量为m1、m2、m3…
m
n
，则：
83.m1 m2 m3
…
m
n
＝m
total
84.当r
i
＜＜r
i
，且r
i’＜＜r
i
(i＝1,2,3
…
n)时，则：
85.p1≈p2≈p3≈
…
≈p
n
86.p1’
≈p2’
≈p3’
≈
…
≈p
n’87.由此可得：
88.δp1≈δp2≈δp3≈
…
≈δp
n
89.其中δp
i
＝p
i-p
i’(i＝1,2,3
…
n)
90.假设每个子口琴管31的流阻一样，即r1＝r2＝r3＝
…
＝r
n
＝r时，而每个子口琴管31进出口的压差相近，δp1≈δp2≈δp3≈
…
≈δp
n
，则：
91.m1≈m2≈m3≈
…
≈m
n
92.说明各个子口琴管31的冷却液流量接近目标值m。
93.在以靠近进出口的子口琴管31的流量大，远离进出口的子口琴管31流量小为依据，对液冷板100的各子口琴管31的流道31c截面面积进行微调。
94.本发明提供液冷板100的流量控制方法，将各子口琴管31的理论流阻与实际流阻进行比对，从而获得调整各子口清管的流道31c的截面面积的依据，使得各子口琴管31的实际流阻趋于理论流阻值。
95.以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。