本發(fā)明涉及電動汽車動力電池成組結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及純電動汽車或混合動力汽車用動力電池液冷成組箱體及其液冷換熱薄板。

背景技術(shù)：

電動汽車的技術(shù)關(guān)鍵是動力電池，動力電池性能的優(yōu)劣直接決定了電動汽車的整車性能、安全與使用壽命等。在動力電池各項性能參數(shù)中，溫度是影響電池的安全、性能和壽命的關(guān)鍵參數(shù)，過低則會導(dǎo)致整車性能下降，過高則可能會引發(fā)安全事故。

在高溫環(huán)境下，特別是在炎熱的夏季，動力電池在充放電過程中和高溫環(huán)境下使用時會釋放出大量的熱，受空間影響產(chǎn)生熱量累積，如果該熱量不能及時被排出，熱量將會使得電池包的溫度上升，此時須啟動散熱系統(tǒng)對動力電池冷卻；在低溫情況下，特別在寒冷的冬季，動力電池工作性能很差，甚至無法正常運行，此時必須對電池進(jìn)行加熱升溫，使之處于最佳的使用溫度水平。

動力電池組的散熱和加熱結(jié)構(gòu)不完善會引起電池包各個模塊溫度分布不均勻，使得每個電池單體的工作環(huán)境不一樣，嚴(yán)重影響單體電池性能的一致性，影響整個動力電池組的使用壽命。

隨著新能源汽車對動力電池容量需求的增大，動力電池箱體內(nèi)裝載的單體電池數(shù)量在增多，但箱體空間有限，如何在一定空間內(nèi)布置足夠多的單體電池，并組織有效的加熱與散熱結(jié)構(gòu)設(shè)計，就顯得異常關(guān)鍵。

長方體動力電池是新能源汽車行業(yè)普遍采用的一種形狀規(guī)格，考慮到成本、密封性和安全性的因素，目前電動汽車動力電池組散熱和加熱的傳熱介質(zhì)大都是氣體空氣。但是，使用空氣為介質(zhì)存在有局限，包括：由于需要加熱或冷卻的空氣需要流過每一塊電池單體，而車內(nèi)上千塊電池單體，電池單體之間的空隙很小，空氣流通的阻力太大，使得選用的風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速和功率增加，造成不必要的電能消耗，風(fēng)機(jī)噪聲增加；一些結(jié)構(gòu)設(shè)計甚至沒有空隙，無法實現(xiàn)針對每一塊電池單體進(jìn)行空氣溫度調(diào)節(jié)。

近年來使用液體為傳熱介質(zhì)的電動汽車熱管理方案也在逐漸得到重視，但其密封性要求高，液體的流道布局復(fù)雜，且大都由于電池箱體內(nèi)的單體電池布局不規(guī)整，使得與單體電池直接換熱的單個液冷換熱元件的結(jié)構(gòu)不統(tǒng)一，導(dǎo)致每個液冷換熱元件內(nèi)部流過的液體阻力損失不一致，即液體流過所需的壓頭不一致，容易導(dǎo)致液體流量與所需換熱量不成比例關(guān)系，造成換熱效果不均勻，使得單體電池的溫差過大。

在動力電池的成組結(jié)構(gòu)設(shè)計上，國務(wù)院頒布的《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2012-2020年)》已明確了至2020年動力電池模塊的能量密度達(dá)到300Wh/kg，對應(yīng)的單體電池能量密度至少達(dá)到330Wh/kg以上的目標(biāo)；該目標(biāo)一方面對單體電池性能指標(biāo)提出要求，另一方面在電池模塊設(shè)計上，對于電池箱體內(nèi)盡可能放置比較多的單體電池提出要求，是在保證固定安裝的前提下減輕箱體的重量。據(jù)文獻(xiàn)報道，現(xiàn)階段單體電池比能量僅為120-200Wh/kg，組合成電池包后，電池系統(tǒng)能量密度還不到90-120Wh/kg。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明是為避免上述現(xiàn)有技術(shù)所存的不足，針對長方體動力電池提供一種動力電池液冷成組箱，實現(xiàn)長方體動力電池的高效、均一的降溫散熱和升溫加熱，并通過模塊化設(shè)計，實現(xiàn)電池模組的緊湊布置以提高動力電池箱的能量密度。

本發(fā)明為解決技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案：

本發(fā)明動力電池液冷成組箱的結(jié)構(gòu)特點是：包括箱體、設(shè)置在箱體側(cè)壁上的總進(jìn)出水模塊、固定在箱體內(nèi)部的多組電池模組；

呈長方體的單體電池為立式排放，并以最大面積的面呈相對構(gòu)成電池列，每個電池模組是由兩個電池列并列設(shè)置，并有液冷換熱薄板直立在兩列單體電池之間，在構(gòu)成電池模組的兩個電池列的外部設(shè)置固定框，使兩個電池列形成一整體模塊；各單體電池的正極耳和負(fù)極耳均處在上部；

所述液冷換熱薄板是以長方形薄板為本體，在本體沿長度方向上的兩端、位于底部凸伸有凸耳，在其一端凸耳的正反兩面固聯(lián)有進(jìn)水接頭形成進(jìn)液端，在其另一端凸耳的正反兩面固聯(lián)有出水接頭形成出液端，所述本體的內(nèi)腔設(shè)置有液體流道；所述進(jìn)水接頭和出水接頭均與液體流道相貫通；

所述本體內(nèi)腔液體流道的結(jié)構(gòu)形式是：在所述進(jìn)液端設(shè)置一條豎直導(dǎo)流筋，利用豎直導(dǎo)流筋將本體內(nèi)腔分隔為進(jìn)水側(cè)和出水側(cè)，所述進(jìn)水側(cè)是與進(jìn)水接頭相連通的豎直流道，豎直導(dǎo)流筋的頂端與長方形薄板的頂邊之間的空隙形成豎直流道出口，在所述出水側(cè)呈水平且上下間隔設(shè)置多道水平導(dǎo)流筋，形成水平折返的水平流道。

本發(fā)明動力電池液冷成組箱的結(jié)構(gòu)特點也在于：設(shè)置各電池模組中液冷換熱薄板的進(jìn)水接頭同處在一側(cè)，出水接頭同處在另一側(cè)，利用連接管將各液冷換熱薄板的進(jìn)水接頭與進(jìn)水總接頭相連接，并利用連接管將液冷換熱薄板的出水接頭與出水總接頭相連接，實現(xiàn)各液冷換熱薄板在進(jìn)水總接頭和出水總接頭之間的并聯(lián)連接。

本發(fā)明動力電池液冷成組箱的結(jié)構(gòu)特點也在于：所述固定框包括上框和下框，所述上框為一條包裹電池模組的兩個側(cè)面和頂面的長窄筋條，長窄筋條的兩端相連有T形筋條；在電池模組的頂面，與長窄筋條呈十字相連有橫向筋條，所述橫向筋條兩端向下折彎并緊固電池模組；所述下框托承在電池模組的底面，并在兩側(cè)邊連有向上的折彎板，所述折彎板為鏤空板，所述折彎板在兩端延伸有耳板，利用所述耳板與T形筋條的兩端緊固連接。

本發(fā)明動力電池液冷成組箱的結(jié)構(gòu)特點也在于：所述液冷換熱薄板的厚度為1mm-4mm，在其本體的兩個換熱面均設(shè)置有導(dǎo)熱膜和絕緣膜。

本發(fā)明動力電池液冷成組箱的結(jié)構(gòu)特點也在于：所述凸耳是自本體底邊向下凸伸形成在本體下方，或是自本體側(cè)邊沿本體長度方向凸伸形成在本體兩側(cè)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明有益效果體現(xiàn)在：

1、本發(fā)明采用液冷換熱，合理布置各單體電池構(gòu)成電池模組，并在電池模組中設(shè)置液冷換熱薄板，利用液冷換熱薄板與單體電池的大面積的緊密接觸，實現(xiàn)快速冷熱量的傳遞，在單體電池與液冷換熱薄板之間實現(xiàn)了傳熱效率的最大化，從而實現(xiàn)對單體電池的迅速有效的升溫和降溫控制。

2、本發(fā)明將多組電池模組并列布置，實現(xiàn)各液冷換熱薄板在進(jìn)水總接頭和出水總接頭之間的并聯(lián)連接，使各液冷換熱薄板之間的液體流動與換熱形成了并列的關(guān)系，進(jìn)出每個液冷換熱薄板的液體流量與換熱量均能保持一致，每塊單體電池獲得相等的換熱量，從而實現(xiàn)每組電池模組內(nèi)單體電池溫差的最小化，保證整個動力電池箱體內(nèi)單體電池溫度的均一性，避免因常規(guī)成組連接所導(dǎo)致的箱體內(nèi)單體電池過大的問題。

3、本發(fā)明基于輕量化設(shè)計的液冷換熱薄板和固定框，降低了換熱器件和緊固連接件的重量，同時根據(jù)箱體內(nèi)部結(jié)構(gòu)實現(xiàn)模塊化的電池模組在其內(nèi)部的組合布局，易于在不同結(jié)構(gòu)的電池箱體內(nèi)部裝配更多的動力電池，從而能夠顯著提高動力電池箱體的能量密度。

附圖說明

圖1為本發(fā)明電池箱體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明中電池模組結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明中液冷換熱薄板立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明中液冷換熱薄板內(nèi)部流道示意圖；

圖5和圖6為本發(fā)明中液冷換熱薄板另一實施方式示意圖；

圖7是本發(fā)明應(yīng)用于“T”箱體的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中標(biāo)號：1箱體，2單體電池，21正極耳，22負(fù)極耳，3電池模組，31上框，311長窄筋條，312為T形筋條，313橫向筋條，32下框，33支撐板，34邊條，4液冷換熱薄板，41進(jìn)水接頭，42出水接頭，43長方形薄板，44凸耳，45豎直導(dǎo)流筋，46豎直流道，47水平導(dǎo)流筋，48水平流道，5總進(jìn)出水模塊，51進(jìn)水總接頭，52出水總接頭，53連接管。

具體實施方式

參見圖1和圖2，本實施例中動力電池液冷成組箱包括箱體1、設(shè)置在箱體1側(cè)壁上的總進(jìn)出水模塊5、固定在箱體1內(nèi)部的多組電池模組3；箱體1是規(guī)則的長方體結(jié)構(gòu)，其進(jìn)出水模塊5上設(shè)置有分別貫穿通過的進(jìn)水總接頭51和出水總接頭52。

在箱體1中，呈長方體的單體電池2為立式排放，并以最大面積的面呈相對構(gòu)成電池列，單體電池2是長方體型塑殼或鋼殼或鋁殼的鋰離子動力電池，每個電池模組3是由兩個電池列并列設(shè)置，并有液冷換熱薄板4直立在兩列單體電池之間，在構(gòu)成電池模組3的兩個電池列的外部設(shè)置固定框，使兩個電池列形成一整體模塊；設(shè)置每個電池列中單體電池2的個數(shù)為2-6塊，各單體電池2的正極耳21和負(fù)極耳22均處在上部，以便于極柱的焊接操作，箱體1中并列且緊鄰擺放有10-50個電池模組3；圖1和圖2所示的一個電池模組3中排列有兩列電池列，每列電池列中有兩塊單體電池2，箱體1中共擺放有20個電池模組3。

參見圖3和圖4，本實施例中液冷換熱薄板4是以長方形薄板43為本體，在本體沿長度方向上的兩端、位于底部凸伸有凸耳44，在其一端凸耳44的正反兩面固聯(lián)有進(jìn)水接頭41形成進(jìn)液端，在其另一端凸耳44的正反兩面固聯(lián)有出水接頭42形成出液端，本體的內(nèi)腔設(shè)置有液體流道；進(jìn)水接頭41和出水接頭42均與液體流道相貫通；液冷換熱薄板4的厚度為1mm-4mm，在其本體的兩個換熱面均設(shè)置有導(dǎo)熱膜和絕緣膜，圖3及圖4所示的凸耳44是自本體底邊向下凸伸形成在本體下方，這一形式可以減小整個電池模組3的寬度。

圖2所示，為了實現(xiàn)對電池模組3的支撐，在電池箱體1內(nèi)、處在電池模組3的底部設(shè)置有支撐板33，也利用支撐板33形成凸耳44的高度空間；在電池模組3的兩側(cè)邊，與下框32通過螺釘連接有邊條34，形成電池模組3在箱體1中的限位結(jié)構(gòu)。

如圖4所示，本實施例中本體內(nèi)腔液體流道的結(jié)構(gòu)形式是：

在進(jìn)液端設(shè)置一條豎直導(dǎo)流筋45，利用豎直導(dǎo)流筋45將本體內(nèi)腔分隔為進(jìn)水側(cè)和出水側(cè)，進(jìn)水側(cè)是與進(jìn)水接頭41相連通的豎直流道46，豎直導(dǎo)流筋45的頂端與長方形薄板43的頂邊之間的空隙形成豎直流道出口，空隙的寬度是豎直流道46的寬度0.5-1倍；在出水側(cè)呈水平且上下間隔設(shè)置多道水平導(dǎo)流筋47，形成水平折返的水平流道48；具體實施中，形成各層水平流道48的水平導(dǎo)流筋47為分段設(shè)置，段間形成過流通道，圖4中水平導(dǎo)流筋47共有7道，自上而下依次為第一道至第七道；其中，第一、第三、第五和第七道水平導(dǎo)流筋是在中部分段，在兩端與側(cè)壁有空隙，以此形成三個過流通道；第二、第四和第六道水平導(dǎo)流筋分為三段，在兩端與側(cè)壁形成相連，以此形成三個過流通道，相鄰兩層水平導(dǎo)流筋形成的過流通道處在相互交錯的位置上，以此避免過流短路。

如圖1和圖2所示，具體設(shè)置中，設(shè)置各電池模組3中液冷換熱薄板4的進(jìn)水接頭41同處在一側(cè)，出水接頭42同處在另一側(cè)，利用連接管53將各液冷換熱薄板4的進(jìn)水接頭41與進(jìn)水總接頭51相連接，并利用連接管53將液冷換熱薄板4的出水接頭42與出水總接頭52相連接，實現(xiàn)各液冷換熱薄板4在進(jìn)水總接頭51和出水總接頭52之間的并聯(lián)連接。

圖2示出，為了保證電池模組3的穩(wěn)固性及符合輕量化準(zhǔn)則，設(shè)置固定框包括有上框31和下框32，上框31為一條包裹電池模組3的兩個側(cè)面和頂面的長窄筋條311，長窄筋條311的兩端相連有T形筋條312；在電池模組3的頂面，與長窄筋條311呈十字相連有橫向筋條313，橫向筋條313兩端向下折彎并緊固電池模組3；下框32托承在電池模組3的底面，并在兩側(cè)邊連有向上的折彎板，折彎板為鏤空板，是在保證底部固定強(qiáng)度的前提下進(jìn)一步減輕重量，提升箱體的能量密度，折彎板在兩端延伸有耳板，利用耳板與T形筋條312的兩端緊固連接。

具體實施中，在電池箱體1的外部，通過管道將加熱器、散熱器、微型泵以及控制閥等與總進(jìn)出水模塊5上的進(jìn)水總接頭51與出水總接頭52相連通，形成回路，傳熱介質(zhì)可以是去離子水與醇類的混合液。

工作過程：在電池溫度過高時，啟動散熱器、不啟動加熱器，通過與單體電池2緊密接觸的液冷換熱薄板4，將單體電池2的熱量傳遞給液冷換熱薄板4內(nèi)的流體，流體并流匯集后經(jīng)過出水總接頭52流出電池箱體1，將熱量通過散熱器傳遞外界環(huán)境，散熱器中的流體溫度降低后再循環(huán)流入電池箱體1內(nèi)再次帶走單體電池2的熱量，也達(dá)到單體電池2持續(xù)散熱的目的；而在電池溫度過低情況下，則啟動加熱器、不啟動散熱器，加熱器將流體加熱，升溫后的流體通過進(jìn)水總接頭51后通過每個電池模組3上的進(jìn)水接頭41，然后并流分散進(jìn)入每一塊液冷換熱薄板4，最終將熱量傳遞給每一塊單體電池2，達(dá)到加熱升溫的目的。

圖5和圖6所示針對長方體型軟包聚合物電池，其厚度相比與鋰離子動力電池要小得多，在與圖1所示同樣結(jié)構(gòu)和尺寸的箱體中，共放置50個電池模組3；液冷換熱薄板43中凸耳44設(shè)置為自本體側(cè)邊沿本體長度方向凸伸形成在本體兩側(cè)。以此節(jié)省整個電池模組所占高度，相應(yīng)的，支撐板33和邊條34的高度都調(diào)整為更小；這一結(jié)構(gòu)形式也適用于長方體型鋰離子動力電池。

圖7所示的箱體1設(shè)置為平面形狀呈“T”字形，“T”字的豎桿位置與圖1的排布形式相同，“T”字橫桿位置為加寬箱體，對于加寬的箱體，電池模組3設(shè)置為兩排。為了減少換熱流體介質(zhì)在電池箱體1內(nèi)部的迂回流動，將總進(jìn)出水模塊5設(shè)置在T形箱體1的中間段側(cè)壁上，各不同的分支管道分別與箱體1豎桿位置及橫桿位置中電池模組3中進(jìn)水接頭及出水接頭相連通。