一种柔性换热件及采用该柔性换热件的电池包散热装置的制作方法

本发明属于电动汽车电池热管理领域，特别涉及一种柔性换热件及采用该柔性换热件的电动汽车电池冷却装置。

背景技术：

动力电池作为纯电动汽车的唯一能量来源，其性能的优劣直接影响整车性能，而温度又是影响电池性能的主要因素之一，温度过高或过低都会引起电池性能的衰减。动力电池在使用过程中需要将大量单体串并联连接起来，以满足整车的能量和功率需求。同时电池在充放电过程中会产生大量的热，如若电池包内电池结构布置较差，散热性能较差时，充放电时电池包内的热量会不断聚集，导致电池温度持续上升，甚至引发热失控；同时如若汽车与外界发生刮擦、碰撞，可能会导致电池发生挤压或穿刺，电池内部出现短路，短时间内产生大量的热，引起电池燃烧或爆炸，给整车安全带来威胁。

增大换热面积和换热系数是增大水冷板换热量的有效手段。换热量是决定水冷板性能优劣的关键因素，通过实验和理论证明，增大换热面积可以有效增大换热量，并且减小水冷板中载冷剂流量，进而减小系统的运行功率，降低成本。导热微分方程的表达式为：

对流传热换热量为：

φ＝haδt(2)

简化后的导热热阻：

简化后的对流传热热阻：

因此，总体的换热量可以表示为：

从公式(5)中可以看到，水冷板的换热量与换热面积以及传热温差密切相关。然而，传统水冷板采用冲压成型的载冷剂流道，使得换热面积小，且流道距离长，导致流道后半部分传热温差较小，这就导致了其散热结果不理想。

雷诺数计算公式为：

换热系数计算公式可表示为：

目前现有的散热结构，换热性能较低，且需要独立的安装空间，安装要求高。根据业界的需求，更可靠、体积小、重量轻、充注小的换热器，随着电动汽车行业的发展，会有更大的发展空间。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种高效、小体积、可柔性变形的柔性换热件，该柔性换热件可以根据待换热器件的外部形状进行换热段形状的调整，保证使用时柔性换热件能够贴合在待换热器件的外壁，进一步提高换热效率。

同时本发明还提供了一种采用该柔性换热件的电动汽车电池散热器，通过水冷的方式，由水冷的微通道管道为电池进行直接散热，合理利用车内空间，微通道管道与电池贴合紧密，使散热板有更高的散热面积，更好的散热效果。

为实现上述发明目的，本发明提供如下技术方案：

一种柔性换热件，包括：

介质入口流通管道；

介质出口流通管道；

并联设置在介质入口流通管道和介质出口流通管道之间的一根或多根柔性换热管，该柔性换热管具有能够缠绕待换热器件外表面布置的一个或多个换热段。

当柔性换热管设置多个换热段时，多个换热段依次通过连接段连接，实际上整个柔性换热管为一体结构，所述换热段可以根据待换热器件的外壁形状进行弯折而成。

换热介质通过介质入口流通管道分别进入到多个具有换热微通道的柔性换热管内，然后最终通过介质出口流通管道汇聚后回流至换热介质驱动和输送组件中，在其驱动下，再次进入介质入口流通管道，实现下一轮的换热循环。多根柔性换热管并联于介质入口流通管道和介质出口流通管道之间，实现对待换热器件的热交换(冷却或者预热)。

作为一种实施方案，多根柔性换热管沿待换热器件轴向依次平行布置或者近似平行设置。采用该方案，可以实现对待换热器件的均匀换热，即保证换热效率，又能保证换热质量。

作为一种实施方案，当待换热器件为多个时，每个柔性换热管上依次设有与所述待换热器件对应的换热段。多个换热器件可以平行或者近似平行设置；通过每根柔性换热管可以实现对每个待换热器件对应部分的换热。

作为一种实施方案，每个柔性换热管上相邻两个换热段分别对应于两个待换热器件的半侧，使用时，每个柔性管依次缠绕所述待换热器件的半侧。采用该方案，便于实现对柔性换热管换热段的加工，也方便了安装。

作为一种实施方案，每个柔性换热管上相邻两个换热段分别对应于两个待换热器件相对的半侧，使用时，每个柔性管依次蛇形交错缠绕所述待换热器件。采用该方案，一方面进一步增强了换热均匀性，同时也增加了柔性换热管安装的稳定性，安装时每根柔性换热管交替的位于相邻的待换热器件两侧，具有一定的增强稳定作用。

本发明采用柔性换热管，应用时，柔性换热管呈蛇形环绕在待换热器件侧面，进出口分别连接在介质入口流通管道、介质出口流通管道上，冷却电池单体的侧面。

本发明所述柔性换热件采用微通道换热管，其可以柔性变形，既可以放在电池的上下端面，也可以贴在电池柱的外表面上。不同于传统电池包水冷板，只冷却电池的下端面。

作为一种实施方案，每个待换热器件上，多个柔性换热管的换热段交替设置在待换热器件两侧。采用该技术方案，进一步提高了换热均匀性。这样，多个柔性换热管形成了网格结构，即保证了换热质量和效率，也增强了整体的安装强度。

作为优选的方案，所述柔性换热管的内径小于等于1mm。保证换热管柔性的同时，大大增加了换热面积，增强了换热效率。

作为一种实施方案，所述介质入口流通管道、介质出口流通管道或柔性换热管为金属管，优选为铜管或铝管。作为进一步优选，介质入口流通管道、介质出口流通管道或柔性换热管采用铜管，柔性换热管采用铜质微通道圆管，其几何形状可以变化，增加换热器和电池的接触面积，提高换热效率。因此，其为柔性的水冷板换热器。

作为一种实施方案，所述柔性换热管外壁包裹有绝缘胶。防止漏电。

本发明还提供了一种电池包散热装置，包括散热介质驱动和输送组件，以及与所述散热介质驱动和输送组件形成循环换热回路的水冷板，所述水冷板为上述任一技术方案中任一项所述的柔性换热件。散热介质驱动和输送组件主要包括驱动泵、管路以及相关的阀门等，也可以包括自动控制器(可以是电脑、控制芯片、集成电路等)等，均可采用现有的驱动件和控制件。

本发明的电池包可以是各种用电部件的电池组或者电池包，具体应用包括电动汽车的电池包等。电池包形状可以是各种形状，比如可以是圆柱状电池、长方体状电池、正方体状电池、以及片状电池、椭圆形圆柱状电池、三角形圆柱状电池等。换热段的形状主要由待换热器件的外形决定，当选择对称结构的电池包时，每个换热段可以加工成半个待换热器件横截面外壁形状，比如对于圆柱形待换热器件来讲，换热段可以加工为半圆形的结构，与对应的圆柱形外壁圆弧形状对应。换热管的形状和数量可以根据电池形状与数量进行调整，实现有效贴合电池表面。比如对于圆柱形换热元件，换热段一般为圆弧形结构。

本发明提供的换热件，体积小、重量轻、换热效率高，采用该柔性换热件(作为柔性水冷板)作为电动汽车电池包散热水冷板，不占用空间，紧凑性好，换热面积大。所述的柔性换热件通过冷却介质实现换热，其包括蛇形紧贴电池单体侧面的微通道柔性换热管、介质入口流通管道和介质出口流通管道，其中，所述柔性微通道水冷管道并联排布，蛇形缠绕在电池单体侧面，进出口分别连接在一根介质流通管道上，冷却电池单体的侧面。微通道柔性换热管的管道直径小于等于1mm，具体管道长度与直径根据电池包的具体尺寸而定。微通道柔性换热管采用金属圆管，并且采用多根管道并联排布的形式。所述冷却介质通过一侧的介质入口流通管道流入每一根微通道柔性换热管中，将电池产生的热量带走，流向另一侧的介质出口流通管道，之后流入汽车空调蒸发换热器进行冷却。

所述柔性换热件中介质入口流通管道设有冷却介质入口，且另一端的介质出口流通管道上设有冷却介质出口。该种换热件由一侧的冷却介质入口进入冷却介质，而后在整个换热件中流通，最终通过冷却介质出口流出。

本发明作为上述方案的优选，所述柔性换热件采用铜质微通道圆管，其柔性换热管的几何形状可以变化，增加换热件和电池的接触面积，提高换热效率，进一步减小散热器体积，增强散热效果。

本发明作为上述方案的优选，所述柔性换热件中的微通道柔性换热管与介质入口流通管道、介质出口流通管道采用焊接的方式连接，防止液体泄露。

本发明作为上述方案的优选，所述的柔性换热件中的微通柔性换热管之间采用加强筋加固。

本发明作为上述方案的优选，所述微通道柔性换热管的管道直径小于1mm，具体管道长度与直径根据电池包的具体尺寸而定。

本发明作为上述方案的优选，所述微通道管采用金属圆管，并且采用多根管道并联排布的形式。

本发明中微通道换热件中换热管的密度可以通过改变管道间距进行调节，根据所需的换热量与操作压力进行调整。

本发明的优点和产生的有益效果是：

本发明采用微通道换热件可以柔性变形，可以与电池单体紧密贴合，不同于传统电池包水冷板，只能冷却电池的下表面。本发明减少冷却介质的使用量，减小散热装置体积，同时增大了换热面积，提高散热效果，并且其结构简单，便于实现，能量利用率高，对冷却装置其他部件没有特殊要求，可以通过增减管道和排布使其拥有很大的拓展性。微通道换到为压力加工一体化成型，因此无需机械加工及焊接即可形成流体通道。微通道管包裹电池周围，可以起到柔性支撑的作用。

采用微通道换热件作为电动汽车柔性水冷板，结构简单，便于实现，能量利用率高，对冷却装置其他部件没有特殊要求，散热效果均匀且与电池的贴合面积大，结构紧凑，换热效果强。采用本发明的微通道换热件结构，可以有效解决传统水冷板换热量不足的问题，提升了电池散热装置的冷却能力，可以通过增减管道和排布使其拥有很大的拓展性。此外，本发明采用若干个柔性水冷板拼接而成，因此散热器的若干部件可以拆卸以方便维护和更换，具有更久的使用寿命和成本低廉的优点。电动汽车电池箱体内部空间小，采用微通道换热器作为水冷板可以有效降低电池包体积，增加电池箱体空间利用率，减小整车重量，减少整车运行时的耗电量。因此，本发明具有散热效果好、成本低廉、体积小的特点，在电动汽车市场上由广泛的应用前景。

附图说明

图1为本发明中柔性水冷板与电池的接触示意图；

图2为本发明图1中的俯视图；

图3为本发明柔性水冷板结构示意图；

图4为现有的一款电池水冷板的结构示意图。

其中，1、介质入口流通管道；2、电池侧面的柔性换热管；21～2n、n个微通道柔性换热管；3、电池单体；31～3m、m个电池单体；4、介质出口流通管道。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部地实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护地范围。

如图2和图3所示，一种柔性换热件，包括：介质入口流通管道1；介质出口流通管道4；以及并联设置在介质入口流通管道和介质出口流通管道之间的一根或多根柔性换热管2，该柔性换热管具有能够缠绕待换热器件外表面布置的一个或多个换热段。

其中多根柔性换热管沿待换热器件轴向依次平行布置或者近似平行设置。当待换热器件为多个时，每个柔性换热管上依次设有与所述待换热器件对应的换热段。图中，换热段为圆弧形结构，可以用于圆柱形的换热元件的散热冷却或者预热等。当然，根据换热元件的形状不同，可以调整换热段的形状，使其更加贴合换热元件外壁，实现高效换热。

每个柔性换热管上相邻两个换热段分别对应于两个待换热器件的半侧，使用时，每个柔性管依次缠绕所述待换热器件的半侧。对于圆柱形换热元件或换热器件，换热段为对应的圆弧形半圆结构。

每个柔性换热管上相邻两个换热段分别对应于两个待换热器件相对的半侧，使用时，每个柔性管依次蛇形交错缠绕所述待换热器件。多个柔性换热管的换热段交替设置在待换热器件两侧。

如图1所示，为一种采用柔性水冷板的电动汽车电池包散热装置，一般包括散热介质驱动和输送组件，以及与所述散热介质驱动和输送组件形成循环换热回路的水冷板，其中水冷板采用上述的柔性换热件；该柔性换热件包括紧贴电池单体3(实施例中，设置多个，依次为电池单体31～3m)侧表面的多根微通道柔性换热管2(依次为柔性换热管21～2n)，多个所述柔性换热管沿电池单体3轴向依次平行排布，以及介质入口流通管道1、介质出口流通管道4，所述介质入口流通管道、介质出口流通管道分别与微通道柔性换热管两端通过焊接方式连接。运行时，冷却介质通过介质入口流通管道1，均匀流过微通道柔性换热管21～2n，最终汇集到介质出口流通管道4，所述微通道柔性换热管21～2n蛇形缠绕在电池单体3的侧表面。柔性换热管的设置数量可以根据需要调整。

在本实施例中，所述柔性换热件中，微通道柔性换热管21～2n外部包裹绝缘胶，防止电池单体3漏电。

在本实施例中，所述微通道柔性换热管21～2n两端采用焊接方式分别与介质入口流通管道1、介质出口流通管道4相连，防止冷却介质泄露。

在本实施例中，所述微通道柔性换热管21～2n、介质入口流通管道1、介质出口流通管道4的材质为铜或铝，所述冷却介质为50％的乙二醇溶液。

在本实施例中，柔性换热件中的微通道柔性换热管可以采用加强筋加固，防止在汽车运行过程中产生断裂。

在本实施例中，微通道柔性换热管21～2n的管道直径小于1mm，具体管道长度与直径根据电池包的具体尺寸而定。

在本实施例中，所述冷却介质经过介质入口流通管道1进入微通道柔性换热管21～2n，冷却电池的侧面，之后回到介质出口流通管道4，然后通过密封管道回到车辆内部空调换热器中冷却，最后回到介质入口流通管道1，依次反复，散热效果均匀，且与电池单体3的贴合面积大，结构紧凑，热交换效果强。此外，本发明采用微通道管道，具有散热效果好、成本低廉、体积小的特点，且各部件均可进行拆卸以方便维护和更换，具有更久的使用寿命和成本低廉的优点，在电动汽车市场上由广泛的应用前景。

为进一步体现本发明技术方案的优势，根据背景技术公式(5)，针对某公司的一款电池水冷板进行热负荷计算，见图4。这款传统水冷板由上下两部分组成，采用冲压工艺，将上板i冲压出流道，再与下板ii焊接成型，两股流体分别从一侧的两个入口流入，另一侧两个出口流出，冷却电池包的下表面。根据计算得到雷诺数表明传统水冷板和本发明柔性换热管的电动汽车电池包散热装置中，载冷剂均为层流。工质采用50％浓度的乙二醇溶液，在给定工况(25℃入口水温，电池恒温35℃)、流量下(1.36l/min)，计算得到传统水冷板出口水温32.96℃，换热量637.74w。采用本发明结构的柔性换热管在同样工况下进行热负荷计算，得到柔性换热管出口处水温37.47℃，换热量999.07w。采用柔性换热管的电动汽车电池包散热装置的换热性能提高56.7％。

根据公式(7)可计算出传统水冷板换热系数为537.6w/m²k，柔性换热管的电动汽车电池包散热装置换热系数为3698.53w/m²k。采用柔性换热管的电动汽车电池包散热装置的换热系数相比于传统水冷板，换热系数提高了5倍以上。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。