高换热效率电池组热管理系统及其进口集流面板的制作方法

1.本发明涉及电池技术领域，具体涉及高换热效率的电池组热管理系统及其进口集流面板。


背景技术：

2.电池在工作过程中会产生大量的热量，使温度升高，过高的温度会影响到电池的效率，降低电池循环寿命；当电池成组安装时，电池组温度不均匀，会导致其放电不一致，影响电池组的功率输出。为了保证电池组的使用性能、安全性和使用寿命，必须对电池组加强热管理，使电池组始终保持在一个合适的温度范围内进行工作。电池组热管理的主要功能包括：在电池温度较高时进行有效散热，防止产生热失控事故；在电池温度较低时进行预热，提升电池温度，确保低温下的充电、放电性能和安全性；减小电池组内的温度差异，抑制局部热区的形成，防止高温位置处电池过快衰减，降低电池组整体寿命。
3.目前，电池组普遍采用的是串行热管理系统，具有结构简单、制造难度低的优点，但是其换热效果差、流阻大、前后端温度梯度明显，从而导致控制均匀性差，影响电池组的安全性、倍率性能及循环寿命。


技术实现要素：

4.为了克服现有技术中存在的上述问题，本技术提供了一种高换热效率电池组热管理系统。本技术的高换热效率电池组热管理系统在进口集流面板的内部通过创成式设计构建有均流结构，用于实现电池组并行热管理，使得相邻电芯之间的各换热通道内的换热介质均匀分布、流速基本一致、流阻小，从而提高了电池组的换热效率。对应的，本技术还提供了一种用于本技术的高换热效率电池组热管理系统的进口集流面板。
5.对于电池组热管理系统而言，本技术的技术方案为：
6.高换热效率电池组热管理系统，包括平行设置的进口集流面板和出口集流面板，以及设于进口集流面板和出口集流面板之间的电池组；所述电池组包括堆叠为一体的电芯，且相邻两电芯之间设有一组换热通道；与各组换热通道一一对应，所述进口集流面板的内部设有一组相互平行的进口集流腔，所述出口集流面板的内部设有一组相互平行的出口集流腔；所述进口集流面板的边沿设有与进口集流腔的进口相连通的进水总管，所述出口集流面板的边沿设有与出口集流腔的出口相连通的出水总管；所述进口集流面板与电芯相接触的那一面上设有一组平行的长条形进口分流槽，所述出口集流面板与电芯相接触的那一面上设有一组平行的长条形出口分流槽；所述换热通道的两端分别对齐进口分流槽和出口分流槽，使得分布于电芯两侧的进口集流腔和出口集流腔连通；
7.所述进口集流面板的内部通过创成式设计构建有均流结构，用于将进入进口集流面板中的换热介质均匀分流至每个换热通道；所述均流结构包括设于进口集流腔和进水总管之间的挡流孔板，以及设于进口集流腔内部的一组分流鳍片；所述挡流孔板上设有透水孔，所述透水孔的密度沿进水总管中换热介质的流动方向逐渐增加；所述分流鳍片呈流线
型分布于进口分流槽的周围；
8.所述创成式设计的具体步骤如下：
9.s1，定义进口集流面板内部所在的空间为创成式设计的求解域，定义进口分流槽的尺寸和位置，定义进水总管的尺寸和位置；
10.s2，定义换热介质的物理参数和入口流速；设定进口分流槽的均匀度和压降目标；
11.s3，在求解域空间内进水总管旁设置初始的挡流孔板，并在挡流孔板上依经验分配透水孔的原始种子位置并赋值初始的尺寸；在进口分流槽的周围设置多个分流鳍片，依经验分配其原始种子位置并赋值初始的长度、厚度、曲率；设定上述优化参数(即分流鳍片的位置、长度、厚度、曲率，以及透水孔的位置、尺寸)，将进口分流槽的均匀度和整体流阻设为响应变量；
12.s4，使用navier-stokes方程或其衍生的流体动力学控制方程计算求解域内的稳态流体分布和整体压降；获得稳态求解后，对比现有结果与目标均匀度和压降，采用粒子群算法和遗传算法对现有空间结构进行一次填充或删减，生成新的结构，并重新求解；
13.s5，重复迭代步骤s4，直至进口分流槽的均匀度和压降目标达到，均流结构构建完成。
14.与现有技术相比，本技术的高换热效率电池组热管理系统在进口集流面板的内部通过创成式设计构建有均流结构，用于实现电池组并行热管理，符合流体动力学，流阻低；该均流结构包括设于进口集流腔和进水总管之间的挡流孔板以及设于进口集流腔内部的分流鳍片，其中，挡流孔板上的透水孔的密度沿进水总管中换热介质的流动方向逐渐增加(透水孔的密度和尺寸为变化量，主要取决于挡流孔板两侧的流体压差和流速需求。靠近进水总管进口处的流速和压差大，透水孔的密度小)，分流鳍片呈流线型分布于进口分流槽的周围，且在不同位置具有不同的尺寸和形状，从而可以将进入进口集流面板的换热介质均匀分散和引导至各换热通道，使得相邻两电芯之间的各个换热通道内的换热介质流量均匀、流速基本一致、流阻小，提高了电池组的换热效率，便于精准均匀地控制电池组的工作温度。
15.作为优化，前述的高换热效率电池组热管理系统中，所述电芯包括间隔堆叠的一组第一电芯和一组第二电芯；所述第一电芯的外表面上间隔设有一组导流槽，在相邻的第一电芯和第二电芯之间形成一组换热通道，供换热介质流动。此时，换热介质与两侧电芯的外表面直接接触，从而可以实现换热介质与电芯之间高效的对流传热，进一步提高了电池组的换热效率。可以选择在第一电芯的其中一侧外表面上构建一组导流槽；也可以选择在第一电芯的两侧外表面上分别构建一组导流槽。当第一电芯的两侧均构建有导流槽时，可以在第一电芯和第二电芯的两侧分别形成换热通道，同时对第一电芯和第二电芯进行换热，换热效率更高。
16.进一步的，所述第一电芯和第二电芯的外部均设有硬质外壳；所述硬质外壳由金属材料(可以选择铝、钢等导热优良的硬质材料)通过热挤出，铣削，粘结焊接或增材制造等方式加工成型。由此，使得电芯具有足够的强度，并且方便相邻两电芯进行安装固定。进一步的，所述第一电芯与第二电芯可以通过焊接等刚性连接方式固定为一体。此时，操作简单，连接牢固度高。
17.作为优化，前述的高换热效率电池组热管理系统中，所述电池组的两个侧面上，垂
直于第一电芯和第二电芯的堆叠方向，设有钢带或螺杆，用于约束内部应力。在使用时，可以防止电芯膨胀，同时维持换热通道的结构稳定。
18.作为优化，前述的高换热效率电池组热管理系统中，相邻两个进口分流槽之间的间距可以为5-50毫米，对应的，相邻两个出口分流槽之间的间距可以为5-50毫米。由此，可以保证电池组具有高效的热传递性能。
19.作为优化，前述的高换热效率电池组热管理系统中，所述透水孔的形状可以为圆形、方形或异形。此时，制造方便。
20.作为优化，前述的高换热效率电池组热管理系统中，所述进口集流面板和出口集流面板可以由高分子材料通过增材制造一体成型。从而，使得进口集流面板和出口集流面板具有重量轻、强度高、耐高温的特性。
21.作为优化，前述的高换热效率电池组热管理系统中，所述进口集流面板和出口集流面板分别通过胶粘、螺接、铆接或插嵌的方式与电池组相连接，并通过密封胶进行密封，将进口集流面板、出口集流面板和电池组固定连接为一个整体，此时结构简单、易于装配。
22.对于进口集流面板而言，本技术的技术方案为：
23.高换热效率电池组热管理系统的进口集流面板，所述进口集流面板的内部设有一组相互平行的进口集流腔，边沿设有与进口集流腔相连通的进水总管，所述进口集流面板的其中一个表面上设有一组平行的长条形进口分流槽；所述进口集流面板的内部通过创成式设计构建有均流结构；所述均流结构包括设于进口集流腔和进水总管之间的挡流孔板，以及设于进口集流腔内部的一组分流鳍片；所述挡流孔板上设有透水孔，所述透水孔的密度沿进水总管中换热介质的流动方向逐渐增加；所述分流鳍片呈流线型分布于进口分流槽的周围；
24.所述创成式设计的具体步骤如下：
25.s1，定义进口集流面板内部所在的空间为创成式设计的求解域，定义进口分流槽的尺寸和位置，定义进水总管的尺寸和位置；
26.s2，定义换热介质的物理参数和入口流速；设定进口分流槽的均匀度和压降目标；
27.s3，在求解域空间内进水总管旁设置初始的挡流孔板，并在挡流孔板上依经验分配透水孔的原始种子位置并赋值初始的尺寸；在进口分流槽的周围设置多个分流鳍片，依经验分配其原始种子位置并赋值初始的长度，厚度，曲率；设定上述优化参数，将进口分流槽的均匀度和整体流阻设为响应变量；
28.s4，使用navier-stokes方程或其衍生的流体动力学控制方程计算求解域内的稳态流体分布和整体压降；获得稳态求解后，对比现有结果与目标均匀度和压降，采用粒子群算法和遗传算法对现有空间结构进行一次填充或删减，生成新的结构，并重新求解；
29.s5，重复迭代步骤s4，直至进口分流槽的均匀度和压降目标达到，均流结构构建完成。
30.与现有技术相比，本技术的高换热效率电池组热管理系统的进口集流面板的内部通过创成式设计构建有均流结构，该均流结构包括设于进口集流腔和进水总管之间的挡流孔板以及设于进口集流腔内部的分流鳍片，其中，挡流孔板上的透水孔的密度沿进水总管中换热介质的流动方向逐渐增加，分流鳍片呈流线型分布于进口分流槽的周围，且在不同位置具有不同的尺寸和形状，从而使得进入进口集流面板的换热介质可以从进口分流槽处
均匀流出；将进口集流面板应用于电池组热管理系统中后，其内部的换热介质可以均匀分流至相邻两电芯之间的各换热通道内，保证各换热通道内的换热介质流速基本一致，从而提高电池组的换热效率。
附图说明
31.图1是本技术的高换热效率电池组热管理系统的结构示意图；
32.图2是本技术中的出口集流面板的结构示意图；
33.图3是本技术中的出口集流面板的截面图；
34.图4是本技术中的进口集流面板的结构示意图；
35.图5是本技术中的进口集流面板的截面图；
36.图6是本技术中的分流鳍片在进口集流腔内的分配示意图；
37.图7是本技术中的电池组的结构示意图；
38.图8是本技术中的第一电芯的结构示意图；
39.图9是本技术中的第一电芯与第二电芯的装配示意图；
40.图10是本技术中的挡流孔板的结构示意图；
41.图11是本技术中的创成式设计的步骤流程图；
42.图12是ptc电阻与流速的关系图。
43.附图中的标记为：1-进口集流面板，101-进口集流腔，102-进水总管，103-进口分流槽，104-挡流孔板，105-分流鳍片，106-第一安槽，107-第一隔板；2-出口集流面板，201-出口集流腔，202-出水总管，203-出口分流槽，204-第二安装槽，205-第二隔板；3-电池组，31-第一电芯、3101-导流槽，32-第二电芯，33-钢板；4-固定板。
具体实施方式
44.下面结合附图和实施例对本技术作进一步的说明，但并不作为对本技术限制的依据。
45.参见图1至图10，本技术的高换热效率电池组热管理系统，包括平行设置的进口集流面板1和出口集流面板2，以及设于进口集流面板1和出口集流面板2之间的电池组3；所述电池组3包括堆叠为一体的电芯，且相邻两电芯之间设有一组换热通道；与各组换热通道一一对应，所述进口集流面板1的内部通过第一隔板107隔成一组相互平行的进口集流腔101，所述出口集流面板2的内部通过第二隔板205隔成一组相互平行的出口集流腔201；所述进口集流面板1长边的边沿设有与进口集流腔101的进口相连通的进水总管102，所述出口集流面板2长边的边沿设有与出口集流腔201的出口相连通的出水总管202；所述进口集流面板1与电芯相接触的那一面上设有一组平行的长条形进口分流槽103，所述出口集流面板2与电芯相接触的那一面上设有一组平行的长条形出口分流槽203；所述换热通道的两端分别对齐进口分流槽103和出口分流槽203，使得分布于电芯两侧的进口集流腔101和出口集流腔201连通；
46.所述进口集流面板1的内部通过创成式设计构建有均流结构，用于将进入进口集流面板1中的换热介质均匀分流至每个换热通道；所述均流结构包括设于进口集流腔101和进水总管102之间的挡流孔板104(挡流孔板104用于高流速区域的分流，位于主入流道旁)，
以及设于进口集流腔101内部的一组分流鳍片105(分流鳍片阵列用于低流速区域的分流，位于进口分流槽105的周围)；所述挡流孔板104上设有透水孔1041，所述透水孔1041的密度沿进水总管102中换热介质的流动方向逐渐增加；所述分流鳍片105呈流线型分布于进口分流槽103的周围；
47.所述创成式设计的具体步骤如下(参见图12)：
48.s1，定义进口集流面板1内部所在的空间为创成式设计的求解域，定义进口分流槽103的尺寸和位置，定义进水总管102的尺寸和位置；
49.s2，定义换热介质(换热介质可以为气体或液体)的物理参数(即一系列流体物理参数)和入口流速；设定进口分流槽103的均匀度和压降目标；
50.s3，在求解域空间内进水总管102旁设置初始的挡流孔板104，并在挡流孔板104上依经验分配透水孔1041的原始种子位置并赋值初始的尺寸等关键参数；在进口分流槽103的周围设置多个分流鳍片105，依经验分配其原始种子位置并赋值初始的关键参数，包括长度、厚度、曲率等；设定上述优化参数(即分流鳍片105的位置、长度、厚度、曲率等关键参数，以及透水孔1041的位置、尺寸等关键参数)，将进口分流槽103的均匀度和整体流阻设为响应变量；
51.s4，使用navier-stokes方程或其衍生的流体动力学控制方程计算求解域内的稳态流体分布和整体压降，获得稳态求解后，对比现有结果与目标均匀度和压降，采用粒子群算法和遗传算法对现有空间结构进行一次填充或删减，生成新的结构，并重新求解(具体为：首先，初始化粒子群，设定每个粒子的位置和速度，表示拓扑设计的解空间；其次，计算每个粒子的适应度函数值，评估设计方案的性能；然后，更新粒子的位置和速度，利用全局最优解引导搜索方向，逐步优化设计方案)；
52.s5，重复迭代步骤s4，直至进口分流槽103的均匀度和压降目标达到，均流结构构建完成，输出最终进口集流面板1的三维文件。
53.实施例：
54.本实施例中，所述电芯包括间隔堆叠的一组第一电芯31和一组第二电芯32；所述第一电芯31的其中一侧外表面上间隔设有一组导流槽3101，在相邻的第一电芯31和第二电芯32之间形成一组换热通道，供换热介质流动。
55.本实施例中，相邻两个进口分流槽103之间的间距为25毫米，对应的，相邻两个出口分流槽203之间的间距为25毫米。由此，可以保证电池组具有高效的热传递性能。
56.本实施例中，第一电芯31和第二电芯32均为20ah三元锂方形电芯，采用叠片工艺生产制造。
57.电芯的硬质外壳的材料为5000系列焊接铝合金，主要成分为zn(0.5～6.1％)，mg(0.1～2.9％)，cu(0.1～2.0％)和余量的铝；其首先通过热挤出成型，具体地，是通过将预热铝合金毛坯在高压下通过特定形状的模具，使其形成方形截面的口字形型材，截面尺寸为13毫米
×
120毫米，型材壁厚为1.5毫米；主要参数包括挤出温度(450摄氏度)、挤出速度(50毫米每秒)、模具温度(350摄氏度)和挤出压力(140mpa)；热挤出成型后使用铣削工艺在型材的大面积表面加工出一组导流槽3101，导流槽3101的宽度为18毫米，深度为1毫米，相邻槽间距为1毫米。
58.硬质外壳制造完成后，再加工方形电芯；首先进行电池材料的制备，包括三元正极
材料、人造石墨负极材料和隔离膜。首先，将镍钴锰三元正极材料(ncm811)与导电剂(石墨和碳黑)按一定比例混合；接着，加入粘结剂(聚丙烯酸或聚醋酸乙烯，占浆料总质量的约3％)和溶剂(n-甲基-2-吡咯烷酮)制备成均匀的浆料；三元正极材料与导电剂的质量比约为96:4；然后，将浆料涂布在铝箔集流体上，并通过医生刮板控制涂布厚度；涂布厚度在100-200μm之间；接下来，进行干燥处理，分为预干和主干两个阶段，预干温度在100℃，主干温度在130℃，干燥时间80分钟；最后，通过压辊将涂布好的电极片压实至厚度为80微米。接下来，将正负极材料涂布在导电基底上，并经过干燥、压实，形成电极片。然后，将电极片与隔离膜交替叠放，对齐裁切成预定尺寸。接着，将叠放好的电极片放入方形硬质外壳，并注入电解液。最后，封装方形电芯，进行充放电测试和老化处理，确保电芯性能稳定可靠。整个过程在严格控制的环境条件下进行。
59.本实施例中，所述第一电芯31与第二电芯32通过焊接固定；相邻电芯最表面的接合处使用激光焊接后密封，将第一电芯31和第二电芯32固定为一体。
60.进一步的，所述电池组3的两个侧面上，垂直于第一电芯31和第二电芯32的堆叠方向，设有钢带33，钢带33与第一电芯31和第二电芯32的侧面焊接固定，用于约束内部应力，防止电芯膨胀，同时可以维持换热通道的结构稳定。此时，整个电池组3为可承力的刚性结构。
61.本实施例中，所构建的电池组3的能量为5.2千瓦时，电压为120伏特；尺寸为590毫米
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140毫米
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115毫米；质量能量密度为190瓦时每公斤。
62.本实施例中，所述进口集流面板1上设有第一安装槽106，所述出口集流面板1上设有第二安装槽204。装配时，将焊接为一体的电池组3的下端置于第一安装槽106内，上端置于第二安装槽204内，并通过密封胶实现密封；再使用两块固定板4分别将进口集流面板1与出口集流面板2的两端连接在一起，且两个固定板4的内表面分别与首尾两个电芯的外表面相抵；钢带33的两端分别与两侧的固定板4焊接固定。从而，将进口集流面板1、出口集流面板2和电池组3固定连接为一个整体，此时结构简单、易于装配。
63.本实施例中，所述进口集流面板1和出口集流面板2均由高分子材料尼龙pa66通过增材制造一体成型。从而，使得进口集流面板1和出口集流面板2具有重量轻、强度高、耐高温的特性。
64.本实施例在创成式设计中，定义进口集流面板1的尺寸为590毫米
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140毫米
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8毫米，进水总管102的尺寸为590毫米
×
8毫米
×
8毫米；进口分流槽103为长条形，相邻两个进口分流槽103之间的间距为25毫米；挡流孔板104设置在进水总管102的旁侧，透水孔1041的形状为圆形；换热介质为乙二醇防冻液，主要成分为乙二醇、腐蚀抑制剂、抗泡剂、防锈剂，其入口流速为8升每分钟；换热介质的冰点通常在-25℃至-50℃之间，沸点一般在100℃至130℃之间，密度通常在1.03至1.15g/cm3之间，动力粘度通常在1至4mpa
·
s之间，具体数值受到乙二醇浓度、温度和其他成分的影响，并在创成式设计模拟中加以考虑。
65.为了验证本发明的电池组热管理系统的散热均匀性，发明人使用自行开发的测试装置对电池组热管理系统内部不同位置的换热介质的流速进行探测，以得到整体的流速分布情况；该测试装置基于ptc(正温度系数热敏电阻)的非介入式流速测量原理而开发。
66.基于ptc的非介入式流速测量原理是通过测量流体对传感器的冷却作用来推断流速。这种方法不需要直接接触流体，因此称为非介入式。ptc热敏电阻具有特殊的特性，即其
电阻值随温度的变化而变化，因此能够根据电阻值的变化来推断流速。基本原理如下：
67.1)ptc热敏电阻被加热到一个稳定的温度，通常高于流体温度；
68.2)当流体通过热敏电阻时，会对其产生冷却作用，使得热敏电阻的温度下降(冷却作用与流速成正比，流速越大，冷却效果越明显)；
69.3)由于ptc热敏电阻的电阻值随温度变化，因此当流体对热敏电阻产生冷却作用时，热敏电阻的电阻值也会发生变化，这种变化可以通过测量电阻值来检测；
70.4)通过收集热敏电阻的电阻值变化数据，可以推导流体流速。
71.流速测试的具体操作步骤如下：
72.1)标定构建一个关于换热介质流速与电阻值变化的关系模型；将铝扁管的两端通过钎焊连接进水总管和出水总管，换热介质选择冷却水；控制通过铝扁管内的水流速度，水温为20摄氏度，速度范围为0到50毫米每秒；将ptc探头紧压在铝扁管表面；由于流水的冷却作用，ptc探头的电阻值逐渐降低，电流逐渐增大，待稳定后记录电阻值；
73.2)重复步骤1)，获得ptc电阻与流速的关系(参见图11)，作为测量的标定依据；
74.3)将本发明的电池组热管理系统组装完成后，去除电芯内部的所有物质，只留下硬质外壳，此时共含有26个热管理界面(即电芯与冷却水接触的壁面)；
75.4)在每个热管理界面的中间位置和靠近四个角的位置进行测量，获得流速数据；具体为将已加热的ptc探头伸入电芯内部并使其与电芯外壳的热管理界面相接触，监测其电阻值变化并等待数值稳定，然后利用预先标定好的关系模型来反推流速。
76.测量结果如表1和表2所示：
77.表1：部分热管理界面的中心位置流速测量结果
78.界面序号13579流速(mm/s)25.625.326.722.625.6界面序号1113151719流速(mm/s)24.923.725.825.324.8界面序号212325
ꢀꢀ
流速(mm/s)23.724.424.5
ꢀꢀ
79.表2：第15个热管理界面的中心和四个角处的流速测量结果
80.位置流速(mm/s)中心25.8左上23.5左下24.5右上25.8右下26.6
81.上述对本技术中涉及的发明的一般性描述和对其具体实施方式的描述不应理解为是对该发明技术方案构成的限制。本领域所属技术人员根据本技术的公开，可以在不违背所涉及的发明构成要素的前提下，对上述一般性描述或/和具体实施方式(包括实施例)中的公开技术特征进行增加、减少、拆分或组合，形成属于本技术保护范围之内的其它的技术方案。
82.例如，进口集流面板的主要创新性功能是通过内部挡流孔板和分流鳍片的流体设
计，将热管理介质的集中流束均匀的分散至相邻两电芯之间的多个换热通道，同时满足整体体积，重量，流阻的要求。符合此要义的空心板状分流结构均在此专利的保护范围内。仅对挡流孔板和分流鳍片的数量，位置和尺寸做改变，或仅使用挡流孔板和分流鳍片结构其中之一，为基于此发明专利显而易见的改动。另外，仅对热管理介质的流动方向，进出口位置，形状和数量的调整也不脱离此发明专利的保护范围。
83.再例如，本发明中优选的电芯结构为硬壳方形电芯，但使用软包电芯放入硬质壳体或黏附在硬质金属型材的表面均可构建类似的热管理系统。此类改动和优化对于行业类技术人员显而易见，不脱离此发明专利的保护范围。

技术特征：
1.高换热效率电池组热管理系统，其特征在于：包括平行设置的进口集流面板(1)和出口集流面板(2)，以及设于进口集流面板(1)和出口集流面板(2)之间的电池组(3)；所述电池组(3)包括堆叠为一体的电芯，相邻两电芯之间设有一组换热通道；与各组换热通道一一对应，所述进口集流面板(1)的内部设有一组相互平行的进口集流腔(101)，所述出口集流面板(2)的内部设有一组相互平行的出口集流腔(201)；所述进口集流面板(1)的边沿设有与进口集流腔(101)的进口相连通的进水总管(102)，所述出口集流面板(2)的边沿设有与出口集流腔(201)的出口相连通的出水总管(202)；所述进口集流面板(1)与电芯相接触的那一面上设有一组平行的长条形进口分流槽(103)，所述出口集流面板(2)与电芯相接触的那一面上设有一组平行的长条形出口分流槽(203)；所述换热通道的两端分别对齐进口分流槽(103)和出口分流槽(203)，使得分布于电芯两侧的进口集流腔(101)和出口集流腔(201)连通；所述进口集流面板(1)的内部通过创成式设计构建有均流结构，用于将进入进口集流面板(1)中的换热介质均匀分流至每个换热通道；所述均流结构包括设于进口集流腔(101)和进水总管(102)之间的挡流孔板(104)，以及设于进口集流腔(101)内部的一组分流鳍片(105)；所述挡流孔板(104)上设有透水孔(1041)，透水孔(1041)的密度沿进水总管(102)中换热介质的流动方向逐渐增加；所述分流鳍片(105)呈流线型分布于进口分流槽(103)的周围；所述创成式设计的具体步骤如下：s1，定义进口集流面板(1)内部所在的空间为创成式设计的求解域，定义进口分流槽(103)的尺寸和位置，定义进水总管(102)的尺寸和位置；s2，定义换热介质的物理参数和入口流速；设定进口分流槽(103)的均匀度和压降目标；s3，在求解域空间内进水总管(102)旁设置初始的挡流孔板(104)，在挡流孔板(104)上依经验分配透水孔(1041)的原始种子位置并赋值初始的尺寸；在进口分流槽(103)的周围设置多个分流鳍片(105)，依经验分配分流鳍片(105)的原始种子位置并赋值初始的长度、厚度、曲率；设定上述优化参数，将进口分流槽(103)的均匀度和整体流阻设为响应变量；s4，使用navier-stokes方程或其衍生的流体动力学控制方程计算求解域内的稳态流体分布和整体压降；获得稳态求解后，对比现有结果与目标均匀度和压降，采用粒子群算法和遗传算法对现有空间结构进行一次填充或删减，生成新的结构，并重新求解；s5，重复迭代步骤s4，直至进口分流槽(103)的均匀度和压降目标达到，均流结构构建完成。2.根据权利要求1所述的高换热效率电池组热管理系统，其特征在于：所述电芯包括间隔堆叠的一组第一电芯(31)和一组第二电芯(32)；所述第一电芯(31)的外表面上间隔设有一组导流槽(3101)，在相邻的第一电芯(31)和第二电芯(32)之间形成一组换热通道。3.根据权利要求2所述的高换热效率电池组热管理系统，其特征在于：所述第一电芯(31)和第二电芯(32)的外部均设有硬质外壳，所述硬质外壳由金属材料通过热挤出，铣削，粘结焊接或增材制造的方式加工成型。4.根据权利要求3所述的高换热效率电池组热管理系统，其特征在于：所述第一电芯(31)与第二电芯(32)通过刚性连接方式固定为一体。
5.根据权利要求4所述的高换热效率电池组热管理系统，其特征在于：所述电池组(3)的两个侧面上，垂直于第一电芯(31)和第二电芯(32)的堆叠方向，设有钢带或螺杆，用于约束内部应力。6.根据权利要求1所述的高换热效率电池组热管理系统，其特征在于：相邻两个进口分流槽(103)之间的间距为5-50毫米，对应的，相邻两个出口分流槽(203)之间的间距为5-50毫米。7.根据权利要求1所述的高换热效率电池组热管理系统，其特征在于：所述透水孔(1041)的形状为圆形、方形或异形。8.根据权利要求1所述的高换热效率电池组热管理系统，其特征在于：所述进口集流面板(1)和出口集流面板(2)均由高分子材料通过增材制造一体成型。9.根据权利要求8所述的高换热效率电池组热管理系统，其特征在于：所述进口集流面板(1)和出口集流面板(2)分别通过胶粘、螺接、铆接或插嵌的方式与电池组(3)相连接，并通过密封胶密封。10.高换热效率电池组热管理系统的进口集流面板，其特征在于：所述进口集流面板(1)的内部设有一组相互平行的进口集流腔(101)，边沿设有与进口集流腔(101)相连通的进水总管(102)；所述进口集流面板的(1)其中一个表面上设有一组平行的长条形进口分流槽(103)；所述进口集流面板(1)的内部通过创成式设计构建有均流结构；所述均流结构包括设于进口集流腔(101)和进水总管(102)之间的挡流孔板(104)，以及设于进口集流腔(101)内部的一组分流鳍片(105)；所述挡流孔板(104)上设有透水孔(1041)，所述透水孔(1041)的密度沿进水总管(102)中换热介质的流动方向逐渐增加；所述分流鳍片(105)呈流线型分布于进口分流槽(103)的周围；所述创成式设计的具体步骤如下：s1，定义进口集流面板(1)内部所在的空间为创成式设计的求解域，定义进口分流槽(103)的尺寸和位置，定义进水总管(102)的尺寸和位置；s2，定义换热介质的物理参数和入口流速；设定进口分流槽(103)的均匀度和压降目标；s3，在求解域空间内进水总管(102)旁设置初始的挡流孔板(104)，并在挡流孔板(104)上依经验分配透水孔(1041)的原始种子位置并赋值初始的尺寸；在进口分流槽(103)的周围设置多个分流鳍片(105)，依经验分配分流鳍片(105)的原始种子位置，并赋值初始的长度、厚度、曲率；设定上述优化参数，将进口分流槽(103)的均匀度和整体流阻设为响应变量；s4，使用navier-stokes方程或其衍生的流体动力学控制方程计算求解域内的稳态流体分布和整体压降；获得稳态求解后，对比现有结果与目标均匀度和压降，采用粒子群算法和遗传算法对现有空间结构进行一次填充或删减，生成新的结构，并重新求解；s5，重复迭代步骤s4，直至进口分流槽(103)的均匀度和压降目标达到，均流结构构建完成。

技术总结
本发明公开了一种高换热效率电池组热管理系统及其进口集流面板；其中，在进口集流面板的内部通过创成式设计构建有均流结构，包括设于进口集流腔和进水总管之间的挡流孔板，以及设于进口集流腔内部的分流鳍片，挡流孔板上的透水孔的密度沿进水总管中换热介质的流动方向逐渐增加(透水孔的密度和尺寸主要取决于挡流孔板两侧的流体压差和流速需求)，分流鳍片呈流线型分布于进口分流槽的周围，在不同位置具有不同的尺寸和形状，从而可以将换热介质均匀分散和引导至各换热通道，使得相邻电芯之间的各换热通道内的换热介质流量均匀、流速基本一致、流阻小，提高了电池组的换热效率，便于精准均匀地控制电池组的工作温度。精准均匀地控制电池组的工作温度。精准均匀地控制电池组的工作温度。


技术研发人员：王亚超
受保护的技术使用者：王亚超
技术研发日：2023.04.24
技术公布日：2023/7/21