一种基于波节管结构的相变液冷耦合电池热管理装置

本发明涉及电池热管理，特别涉及一种基于波节管结构的相变液冷耦合电池热管理装置。

背景技术：

1、在电动汽车和便携式电子设备领域，电池的性能和安全性是技术发展的关键。随着电池能量密度的不断提高，电池在充放电过程中产生的热量也随之增加。这些热量如果不能及时有效地散发，会导致电池温度升高，进而影响电池的循环寿命、性能稳定性以及安全性。

2、现有的电池热管理系统主要采用风冷、液冷或相变冷却等单一冷却方式。风冷系统通过风扇驱动空气流动，虽然结构简单、成本低廉，但在高功率或密闭环境下散热效果有限。液冷系统通过液体介质循环带走热量，散热效率较高，但系统复杂，维护成本高。相变冷却利用相变材料在相变过程中吸收大量潜热，散热效果显著，但相变材料存在热饱和限制。

3、因此，市场急需一种能够综合多种冷却方式优势，提高散热效率，同时降低成本和复杂性的电池热管理解决方案。

技术实现思路

1、针对以上问题，本发明提供了一种基于波节管结构的相变液冷耦合电池热管理装置，通过波节管的特殊结构设计，实现了相变材料冷却和液体冷却的有效耦合，克服传统电池热管理设备散热性能差和温度不稳定的缺点，具有高热交换效率和良好的温度均匀性。

2、一种基于波节管结构的相变液冷耦合电池热管理装置，包括若干电芯构成的电池组，还包括相变冷却箱体、液冷顶板、液冷底板和若干波节管；

3、所述相变冷却箱体为顶部开口的中空长方体结构，相变冷却箱体的底板上设置有若干底部电池穿孔和若干波节管穿孔；

4、所述液冷顶板为固定于相变冷却箱体顶部的中空结构，并设置若干贯穿液冷顶板的顶部电池穿孔；液冷顶板的一个侧面设置液冷出口；

5、所述液冷底板为中空结构，液冷底板的一个侧面设置液冷入口；

6、每根所述波节管的中间部分的管壁包括若干膨胀部分和收缩部分，膨胀部分和收缩部分交替分布；

7、若干所述波节管均设置在所述相变冷却箱体内，波节管的底部穿过相变冷却箱体的波节管穿孔，波节管的底部端口与所述液冷底板连通，波节管的顶部端口与所述液冷顶板连通；所述电池组的电芯的长度大于所述相变冷却箱体的高度与所述液冷顶板厚度之和，电池组的电芯贯穿所述液冷顶板的顶部电池穿孔和所述相变冷却箱体的底板上的底部电池穿孔；所述液冷顶板、相变冷却箱体和电池组的电芯围成的密封腔室用于填充相变材料；所述液冷顶板、波节管和液冷底板构成液冷通道，通过液冷顶板的液冷出口和液冷底板的液冷入口分别连接外部液冷循环装置的两个液冷端口，实现液冷冷却液的循环流动。

8、优选的，所述波节管的中间部分的管壁的膨胀部分为类八面体结构，水平截面为四角星型。

9、优选的，所述波节管的外壁设置若干平行于波节管轴向的翅片。

10、优选的，所述翅片为4个。

11、优选的，所述电池组的电芯呈阵列分布，所述波节管布置于电芯阵列中每四个相邻电芯之间的空隙；波节管的翅片均匀分布于波节管外壁，各波节管的每个翅片摆放于该波节管周围四个电芯两两之间的缝隙间。

12、优选的，所述液冷底板的内部空腔呈相互连通的工字形纹路分布，液冷底板与各个波节管的连通处到液冷入口的路径长度相等。

13、优选的，所述液冷顶板的底部设置若干顶部连接孔，所述液冷底板的顶部设置若干底部连接孔；所述波节管的顶部端口通过顶部连接孔与液冷顶板连通；所述波节管的底部端口通过底部连接孔与液冷底板连通。

14、优选的，所述电池组的电芯与所述液冷顶板的顶部电池穿孔的接触位置通过密封圈进行密封；所述电芯与所述相变冷却箱体的底部电池穿孔的接触位置通过密封圈进行密封；所述波节管与所述相变冷却箱体的波节管穿孔的接触位置通过密封圈进行密封；所述波节管与所述液冷顶板连接处通过密封圈进行密封；所述波节管与所述液冷底板连接处通过密封圈进行密封；所述液冷顶板与所述相变冷却箱体顶部通过粘连剂进行固定和密封。

15、优选的，所述液冷底板设置于电芯下方，液冷底板与电芯底部通过粘连剂固定。

16、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

17、(1)本发明的电池组电芯经相变材料的填充包裹提高了整体的热吸收能力，同时波节管的设计增加了液冷通道与相变材料接触的表面积，波节管外围翅片结构的设计增强了结构的导热性能，从而提高了液体冷却的热交换效率，快速将相变材料储存的热量进行转移，维持电池组的工作温度。

18、(2)本发明的液冷底板内的工字纹通道的工字形纹路设计保证冷却液进入波节管时压力和温度的一致性，确保了电芯热量能够均匀地从电芯表面传递到冷却系统；相变材料的均匀涂覆进一步保证了在相变过程中吸收的热量分布均匀，避免了局部过热或过冷现象；液体冷却系统通过循环流动的液冷冷却液，将热量均匀地带走，使得电池内部各个电芯温度均匀，温差小，实现了电池内部各个电芯的温度一致性，这种温度均匀性对于电池的性能和寿命至关重要。

19、(3)本发明采用了液体冷却与相变材料冷却相结合的技术，融合了两种冷却方式的优势：相变材料在相变过程中持续吸收热量，液体冷却系统具有高效热传导和对流作用，波节管结构的设计能实现相变材料和液体冷却系统的大面积热交换；此外，借助液体冷却系统解决相变材料在达到热饱和后继续散热的问题，维持电池在一个相对稳定的温度范围内，具有温度稳定性。

20、(4)本发明的波节管的膨胀部分采用星型结构，有利于电池组的电芯与波节管的排列布置，提高空间利用率，使得结构更加紧凑。

技术特征：

1.一种基于波节管结构的相变液冷耦合电池热管理装置，包括若干电芯构成的电池组，其特征在于，还包括相变冷却箱体、液冷顶板、液冷底板和若干波节管；

2.根据权利要求1所述的基于波节管结构的相变液冷耦合电池热管理装置，其特征在于，所述波节管的中间部分的管壁的膨胀部分为类八面体结构，水平截面为四角星型。

3.根据权利要求1或2所述的基于波节管结构的相变液冷耦合电池热管理装置，其特征在于，所述波节管的外壁设置若干平行于波节管轴向的翅片。

4.根据权利要求3所述的基于波节管结构的相变液冷耦合电池热管理装置，其特征在于，所述翅片为4个。

5.根据权利要求4所述的基于波节管结构的相变液冷耦合电池热管理装置，其特征在于，所述电池组的电芯呈阵列分布，所述波节管布置于电芯阵列中每四个相邻电芯之间的空隙；波节管的翅片均匀分布于波节管外壁，各波节管的每个翅片摆放于该波节管周围四个电芯两两之间的缝隙间。

6.根据权利要求1所述的基于波节管结构的相变液冷耦合电池热管理装置，其特征在于，所述液冷底板的内部空腔呈相互连通的工字形纹路分布，液冷底板与各个波节管的连通处到液冷入口的路径长度相等。

7.根据权利要求1所述的基于波节管结构的相变液冷耦合电池热管理装置，其特征在于，所述液冷顶板的底部设置若干顶部连接孔，所述液冷底板的顶部设置若干底部连接孔；所述波节管的顶部端口通过顶部连接孔与液冷顶板连通；所述波节管的底部端口通过底部连接孔与液冷底板连通。

8.根据权利要求7所述的基于波节管结构的相变液冷耦合电池热管理装置，其特征在于，所述电池组的电芯与所述液冷顶板的顶部电池穿孔的接触位置通过密封圈进行密封；所述电芯与所述相变冷却箱体的底部电池穿孔的接触位置通过密封圈进行密封；所述波节管与所述相变冷却箱体的波节管穿孔的接触位置通过密封圈进行密封；所述波节管与所述液冷顶板连接处通过密封圈进行密封；所述波节管与所述液冷底板连接处通过密封圈进行密封；所述液冷顶板与所述相变冷却箱体顶部通过粘连剂进行固定和密封。

9.根据权利要求1所述的基于波节管结构的相变液冷耦合电池热管理装置，其特征在于，所述液冷底板设置于电芯下方，液冷底板与电芯底部通过粘连剂固定。

技术总结
本发明公开了一种基于波节管结构的相变液冷耦合电池热管理装置，涉及电池热管理技术领域，包括液冷顶板、相变冷却箱体、液冷底板、若干波节管和若干电芯构成的电池组；波节管的膨胀部分为星型结构，管壁外设置若干翅片；电芯贯穿相变冷却箱体和液冷顶板构成的腔室，腔室内填充相变材料，对电芯实现相变冷却；波节管设置于相变冷却箱体中，液冷顶板、液冷底板和波节管连通构成液冷通道，并连接外部液冷循环装置实现液体冷却。本发明将带翅片的星型波节管用于构建液冷通道，增大了液冷通道与相变材料的接触表面积，实现了相变材料冷却和液体冷却的有效耦合，此外，液冷底板采用工字纹通道，能够实现高热交换效率和良好的温度均匀性。

技术研发人员：黄浩墘,张勇,黄文臻,刘汝宁,江沐鸿
受保护的技术使用者：华侨大学
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5