一种基于折流杆强化换热技术的浸没式电池热管理系统的制作方法

1.本发明属于电池管理领域，特别涉及一种基于折流杆强化对流换热技术的浸没式动力电池热管理系统。


背景技术：

2.动力电池是电动汽车的关键部件之一，其性能和寿命直接影响电动汽车的驾驶体验。为了提高动力电池的性能和延长其使用寿命，动力电池热管理系统是有效途径之一。
3.目前，动力电池热管理系统按接触方式分类可以分为非浸没式和浸没式。非浸没式动力电池热管理系统已经广泛应用于各种动力系统中，但是其传热热阻大、管道容易泄露等问题限制了动力系统的发展。浸没式电池热管理系统通过流体与动力电池直接接触的方式降低了传热热阻，对动力电池的温度进行有效的控制，并提高动力电池系统的能量密度。但是浸没式电池热管系统大多数通过相变方式进行热交换，这使得容器内的压力发生变化，容易造成泄露。而通过非相变方式进行热交换的浸没式电池热管理系统则通过增加分流结构或增加电池单体间的间距实现强化换热，这使得单个模组的能量密度降低。此外，目前浸没式电池热管理系统以使用电子氟化液作为换热介质为主，电子氟化液虽然粘度较小，有利于对流换热，但是其带有密度大、比热容小等缺点，而且生产和使用成本极高，这严重限制了浸没式电池热管理系统的应用。


技术实现要素：

4.本发明针对以上问题提出了一种基于折流杆强化对流换热技术的浸没式动力电池热管理系统。
5.为了实现本发明目的，本发明提供的一种基于折流杆强化对流换热技术的浸没式动力电池热管理系统，包括多个模组，多个所述模组沿x、y或z方向扩展；
6.每个模组均包括外壳、动力电池模块和多个折流杆组，
7.外壳的两端设置有封头，外壳为封闭腔体，外壳上设有与所述封闭腔体相通的进液口和出液口；
8.动力电池模块位于封闭腔体内，动力电池模块包括多个并联的动力电池组，每个动力电池组包括多个串联的动力电池单体；
9.多个折流杆组位于封闭腔体内且沿着外壳的长度方向排列，每个折流杆组包括多个交错排列的折流杆以形成多个分别供动力电池组穿过的空间，相邻折流杆之间留有间距。
10.进一步地，每个折流杆组包括多个折流杆，每个折流杆包括一个折流圈和固定在折流圈内的多根杆体，多根杆体之间平行设置。
11.进一步地，每个折流杆组包括个折流杆，每个折流杆包括包括一个折流圈和固定在折流圈内的两根相互平行的杆体，相邻折流杆中的杆体交错设置，形成个供动力电池组穿过的空间。
12.进一步地，动力电池模块包括个动力电池组，每个每个动力电池组包括节动力电池单体。
13.进一步地，单个模组中，外壳的两端设置有出线接头，每个动力电池组的两端通过汇流电线并联与出线接头连接，以输出电能。
14.进一步地，所述系统包括封头法兰和密封螺栓，外壳与封头法兰连接形成组合体，封头通过密封螺栓与所述组合体连接。
15.进一步地，封头和密封螺栓之间、封头法兰和密封螺栓之间之间还设置有垫圈。
16.进一步地，所述系统还包括定位杆，单个模组中，相邻两个折流杆之间均设置有定位杆以使相邻折流杆之间保持有间距。
17.进一步地，所述系统还包括拉紧杆和缓冲垫，每个折流杆和定位杆上均开设有定位通孔，拉紧杆通过所述定位通孔穿过所有折流杆和所有定位杆，且拉紧杆的两端分别通过所述缓冲垫与外壳两端的封头相抵。
18.进一步地，所述系统还包括拉紧螺母，拉紧杆的两端均开设有螺纹，拉紧螺母与拉紧杆螺纹连接，且拉紧螺母靠近两边最外侧的折流杆设置。
19.与现有技术相比，本发明至少具备以下有益效果：
20.(1)本发明提供的一种基于折流杆强化对流换热技术的浸没式动力电池热管理系统，使得液体与动力电池直接接触，能够有效降低动力电池与传热介质之间的热阻。通过折流杆强化对流换热技术，使得液体在流动过程中充分发展成紊流状态，破坏动力电池表面的液体边界层，可以提高液体与动力电池表面的对流换热能力，能够极大地扩展换热流体介质的选用范围。
21.(2)本发明通过使用低倾点、高沸点、无挥发性的液体作为换热流体介质，容器内主要以对流换热的方式进行热交换，不发生蒸发或冷凝的过程，从而实现容器内压力稳定和换热流体介质状态稳定。
22.(3)本发明使用了折流杆强化对流换热技术，折流杆既能提升传热性能，也能作为动力电池单体的支撑结构，简化了系统结构，实现动力电池单体的密集型布置，提高了单个模组的能量密度。
23.(4)本发明可以对动力电池进行有效的热管理，提高动力电池的性能和安全性，延长动力电池的使用寿命，降低浸没式电池热管理系统的生产和使用成本，推动该系统的应用。
附图说明
24.为了更清楚地说明发明实施例或现有技术中的技术方案，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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，其中：
25.图1是本发明实施例提供的一种基于折流杆强化对流换热技术的浸没式动力电池热管理系统的结构示意图。
26.图2是本发明实施例中单个模组的三维结构示意图。
27.图3是本发明实施例中单个模组的三视图，(a)、(b)、(c)分别为主视图、侧视图和
俯视图。
28.图4中，(a)图是本发明实施例中单个模组的侧视图，(b)图是(a)图的a-a向剖视图。
29.图5是本发明实施例中折流杆的结构示意图。
30.图6是本发明实施例中折流杆排流示意图，其中，(a)图是折流杆排流轴测图，(b)图是折流杆排流主视图。
31.图7中，(b)图是主视图，(a)图是(b)图b-b向剖视图。
32.图中，1-外壳、2-封头法兰、3-封头、4-动力电池单体、5-折流杆、6-汇流电线、7-定位圈、8-拉紧杆、9-拉紧螺母、10-定位杆、11-出线接头、12-缓冲垫、13-进液口、14-垫圈、15-密封螺母、16-密封螺栓、17-出液口。
具体实施方式
33.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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，都是本发明保护的范围。
34.本发明提供的一种基于折流杆强化对流换热技术的浸没式动力电池热管理系统，包括多个模组，如图1所示，多个所述模组可根据实际需要沿x、y或z方向扩展。每个模组如图2所示，单模组的三视图如图3所示。
35.其中，每个模组均包括外壳1、动力电池模块和多个折流杆组，外壳1的两端设置有封头3，外壳1为封闭腔体，外壳1上设有与所述封闭腔体相通的进液口13和出液口17，通过进液口13可以往外壳1的封闭腔体内通入换热流体介质，所述换热流体介质为低倾点、高沸点、无挥发性的液体；动力电池模块位于封闭腔体内，动力电池模块包括多个并联的动力电池组，每个动力电池组包括多个串联的动力电池单体4；多个折流杆组位于封闭腔体内且沿着外壳1的长度方向排列，每个折流杆组包括多个交错排列的折流杆以形成多个分别供动力电池组穿过的空间，相邻折流杆之间留有间距。
36.其中，所述低倾点、高沸点、无挥发性的液体为脂族化合物(例如c14
–
c50烷基、c14
–
c50烯基、c14
–
c50炔基、聚烯烃例如聚α
–
烯烃)、脂族含氧化合物(例如酮、醚、酯或酰胺)、芳族化合物(例如二烷基苯如二乙基苯、环己基苯、1
–
烷基萘、2
–
烷基萘、二苄基甲苯和烷基化的联苯)、芳族含氧化合物(例如酮、醚、酯或酰胺)、有机硅(例如硅油和硅酸酯)及其任何组合。
37.具体地，在本发明的其中一些实施例中，请参阅图2、图3和图4所示，每个模组均包括外壳1、封头法兰2、封头3、动力电池单体4、折流杆5、汇流电线6、定位圈7、拉紧杆8、拉紧螺母9、定位杆10、出线接头11、缓冲垫12、进液口13、出液口17、垫圈14、密封螺母15、密封螺栓16。外壳1作为主体结构，与封头法兰2紧密连接形成组合体，封头3则通过密封螺栓16与外壳1和封头法兰2连接形成的组合体紧密连接，其中垫圈14作为密封螺栓16与封头3和封头法兰2与密封螺母16之间的保护件，避免密封螺栓16损坏封头3和密封螺母16损坏封头法兰2。外壳1、封头法兰2和封头3之间紧密连接形成封闭腔体。如图6所示，多个折流杆组沿外壳1的长度方向排列并穿过拉紧杆8，由所述定位杆10固定每个所述折流杆5之间的间距，前
后两端则通过定位圈7和拉紧螺母9固定。所述拉紧杆8与所述封头3之间由缓冲垫12隔开，所述缓冲垫12不仅可以起到缓冲作用，还可以避免折流杆5前后移动。多个所述动力电池单体4以串联方式形成动力电池组并放置于折流杆组中由折流杆5形成的多个空间，如图7(a)所示。汇流电线6通过焊接方式与动力电池组的正极或负极连接并延伸至出线接头11。出线接头11位于封头3上，作为动力电池组的能量输出接头，与外部用电设备连接。外壳1上设置有进液口13和出液口17，为液体流入或流出模组内部提供接口。
38.在本发明的其中一些实施例中，每个所述定位杆10为圆筒，所述拉紧杆8可以从定位杆10中穿过。
39.在本发明的其中一些实施例中，所述缓冲垫12为缓冲胶垫。
40.在本发明的其中一些实施例中，所述动力电池单体4为圆柱形动力电池单体。
41.其中，单个模组中，形成的空间个数与动力电池组的个数相等。电池管理系统有多个模组，每个模组里面有多个动力电池组，在本发明的其中一些实施例中，每10节动力电池单体4以串联形式组成1个所述动力电池组，每7个动力电池组以并联形式组成一个动力电池模块放置于所述模组内，7个动力电池组在两端通过汇流电线6并联后从模组两端的出线接头11输出电能。可以理解的是，在其他实施例中，动力电池模块中动力电池组的个数可以根据需要设置成其他数量，单个动力电池组中动力电池单体4的个数也可以根据需要设置成其他数量。
42.图5为折流杆示意图。
43.在本发明的其中一些实施例中，如图6所示，所述折流杆5交错排列，每三个为一组，一直延伸至动力电池组末端，而动力电池组放置在所述折流杆5之间，如图7所示。所述折流杆5不仅可以提高对流换热系数，还能作为支撑结构为动力电池提供保护。
44.每个折流杆组包括多个折流杆5，每个所述折流杆5包括一个折流圈和固定在折流圈内的多根杆体，多根所述杆体之间平行设置。在本发明的其中一些实施例中，如图6所示，每个所述折流杆5的折流圈的形状为六边形，在所述折流圈的每个端角处均开设有定位通孔，所述折流圈内平行设置有有两根杆体，每三个折流杆5为一组折流杆组，所述折流杆组中相邻两个折流杆5内的杆体交错设置，形成7个用于支撑和供动力电池组穿过的空间，动力电池模块包括7个并联的动力电池组，每个动力电池组分别位于一个所述空间内。单个模组中，相邻折流杆5之间均设置有一圆筒状的定位杆10，所述定位杆10中空，定义其中空处为定位通孔，所述定位杆10上的定位通孔和所述折流杆5上相应位置处的定位通孔重合，共设置有6根所述拉紧杆8，每个所述拉紧杆8通过各所述折流杆5和各所述定位杆10上的定位通孔依次穿过“折流杆-定位杆-折流杆-定位杆
……‑
定位杆-折流杆”，且所述拉紧杆8上靠近两最外侧的折流杆5处开设有螺纹，所述拉紧杆8通过该螺纹与拉紧螺母9螺纹连接，以将所述折流杆5和所述定位杆10的位置固定，防止所述折流杆5与所述定位杆10松动，使其形成一个整体。所述拉紧杆8的两侧端部分别通过所述缓冲垫12与所述封头3压紧，以避免所述折流杆5的位置沿外壳长度方向发生移动。
45.本发明前述浸没式动力电池热管理系统的装配方式为：
46.1、将外壳1与封头法兰2紧密连接形成组合体；
47.2、若干折流杆沿外壳1的长度方向排列并穿过拉紧杆8，由定位杆10固定每个折流杆5之间的间距，前后两端则由定位圈7和拉紧螺母9固定；
48.3、动力电池单体4以串联方式连接形成动力电池组，多个圆柱形动力电池组如图7所示(a)放置于折流杆5之间。汇流电线6分别与动力电池组的首端、末端焊接；
49.4、圆柱形动力电池组与折流杆5同时放入外壳1与封头法兰2形成的组合体内，汇流电线6与出线接头11连接；
50.5、封头3通过密封螺栓16与外壳1和封头法兰2连接形成的组合体紧密连接。
51.本发明前述实施例提供的浸没式动力电池热管理系统，工作时，液体从所述进液口13流入所述外壳1的封闭腔体后，在所述折流杆5的扰流作用下，液体与动力电池单体4进行热交换。液体与动力电池完成热交换后从所述出液口17流出。
52.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

技术特征：
1.一种基于折流杆强化换热技术的浸没式电池热管理系统，其特征在于，包括多个模组，多个所述模组沿x、y或z方向扩展；每个模组均包括外壳(1)、动力电池模块和多个折流杆组，外壳(1)的两端设置有封头(3)，外壳(1)为封闭腔体，外壳(1)上设有与所述封闭腔体相通的进液口(13)和出液口(17)；动力电池模块位于封闭腔体内，动力电池模块包括多个并联的动力电池组，每个动力电池组包括多个串联的动力电池单体(4)；多个折流杆组位于封闭腔体内且沿着外壳(1)的长度方向排列，每个折流杆组包括多个交错排列的折流杆以形成多个分别供动力电池组穿过的空间，相邻折流杆之间留有间距。2.根据权利要求1所述的一种基于折流杆强化换热技术的浸没式电池热管理系统，其特征在于，每个折流杆组包括多个折流杆(5)，每个折流杆(5)包括一个折流圈和固定在折流圈内的多根杆体，多根杆体之间平行设置。3.根据权利要求2所述的一种基于折流杆强化换热技术的浸没式电池热管理系统，其特征在于，每个折流杆组包括3个折流杆(5)，每个折流杆(5)包括包括一个折流圈和固定在折流圈内的两根相互平行的杆体，相邻折流杆(4)中的杆体交错设置，形成7个供动力电池组穿过的空间。4.根据权利要求3所述的一种基于折流杆强化换热技术的浸没式电池热管理系统，其特征在于，动力电池模块包括7个动力电池组，每个每个动力电池组包括10节动力电池单体(4)。5.根据权利要求1所述的一种基于折流杆强化换热技术的浸没式电池热管理系统，其特征在于，单个模组中，外壳(1)的两端设置有出线接头(11)，每个动力电池组的两端通过汇流电线(6)并联与出线接头(11)连接，以输出电能。6.根据权利要求1所述的一种基于折流杆强化换热技术的浸没式电池热管理系统，其特征在于，所述系统包括封头法兰(2)和密封螺栓(16)，外壳(1)与封头法兰(2)连接形成组合体，封头(3)通过密封螺栓(16)与所述组合体连接。7.根据权利要求6所述的一种基于折流杆强化换热技术的浸没式电池热管理系统，其特征在于，封头(3)和密封螺栓(16)之间、封头法兰(2)和密封螺栓(16)之间之间还设置有垫圈(4)。8.根据权利要求1-7任一所述的一种基于折流杆强化换热技术的浸没式电池热管理系统，其特征在于，所述系统还包括定位杆(10)，单个模组中，相邻两个折流杆(5)之间均设置有定位杆(10)以使相邻折流杆(5)之间保持有间距。9.根据权利要求8所述的一种基于折流杆强化换热技术的浸没式电池热管理系统，其特征在于，所述系统还包括拉紧杆(8)和缓冲垫(12)，每个折流杆(5)和定位杆上均开设有定位通孔，拉紧杆(8)通过所述定位通孔穿过所有折流杆(4)和所有定位杆(10)，且拉紧杆(8)的两端分别通过所述缓冲垫(12)与外壳(1)两端的封头(3)相抵。10.根据权利要求9所述的一种基于折流杆强化换热技术的浸没式电池热管理系统，其特征在于，所述系统还包括拉紧螺母(9)，拉紧杆(8)的两端均开设有螺纹，拉紧螺母(9)与拉紧杆(8)螺纹连接，且拉紧螺母(9)靠近两边最外侧的折流杆(5)设置。

技术总结
本发明提供的一种基于折流杆强化换热技术的浸没式电池热管理系统，包括多个模组，多个所述模组沿x、y或z方向扩展；每个模组均包括外壳、动力电池模块和多个折流杆组，外壳的两端设置有封头，外壳为封闭腔体，外壳上设有进液口和出液口；动力电池模块位于封闭腔体内，动力电池模块包括多个动力电池组，每个动力电池组包括多个动力电池单体；多个折流杆组位于封闭腔体内，每个折流杆组包括多个交错排列的折流杆以形成多个分别供动力电池组穿过的空间，相邻折流杆之间留有间距。通过折流杆强化对流换热技术，使得液体在流动过程中充分发展成紊流状态，破坏动力电池表面的液体边界层，可以提高液体与动力电池表面的对流换热能力。可以提高液体与动力电池表面的对流换热能力。可以提高液体与动力电池表面的对流换热能力。


技术研发人员：汪双凤 罗玉浩 贾喆 王典
受保护的技术使用者：上海清江督源科技有限公司
技术研发日：2023.04.17
技术公布日：2023/8/9