用于动力电池的冷却装置及动力电池的制作方法

专利检索2026-03-08  2


本发明涉及动力电池,特别涉及一种用于动力电池的冷却装置及动力电池。


背景技术:

1、目前量产车的动力电池电芯主要分为方形电芯和圆柱电芯,方形电芯相较于圆柱电芯排布更加紧密,容易实现较高的空间利用率。但是,在电芯排布过于紧密的情况下,电池的散热管路布置也更加困难,使得动力电池的散热性能大打折扣,进而影响电池包的性能和使用寿命。此外,为了提高电池的能量密度,动力电池朝着ctp(cell to pack,无模组技术)、ctb(cell to body,电池车身一体化)、ctc(cell to chassis,电池底盘一体化)的技术发展。随着模组的取消,电芯直接集成于电池包的壳体内,在电池包需要承载的情况下,电芯也需要直接承载,或在电芯与壳体内部设置间隙,因此,电池包的结构力学性能也越来越受到重视,电池包壳体及内部结构的承载能力也成为电池包设计需要考虑的重要因素。

2、动力电池的冷却装置是动力电池热管理系统中的重要组成部件,用于对电芯进行冷却散热,主要包括设置在电池包内部的冷却管路。冷却管路内注有冷却液,用于与电芯交换热量,冷却管路表面与电芯或模组之间设置有导热材料,可以减小热阻,提高热传导效率。然而,现有技术中的动力电池冷却装置承载能力较弱,容易变形损坏,且无法兼顾散热能力和电池整体的能量密度。

3、例如,常见的动力电池通常将冷却管路设置在电池包的壳体上,冷却管路中的冷却液无法流经电芯的各个表面,冷却散热的效果不理想,电池在工作过程中积累的热量无法及时排出,则会导致电池内阻增加,加剧电芯发热现象,形成恶性循环,影响汽车的动力性能和电池包的使用寿命。并且,在电芯排布较为集中的情况下,为了阻止电芯之间相互传递热量,还需在相邻的电芯之间设置隔热材料,导致电池包的结构复杂化,空间利用率低。

4、为了提升电池的散热能力,常规的手段是在电池包内设置多条冷却管路,让多条冷却管路尽可能多的缠绕每个电芯的表面。现有技术中的冷却装置采取类似编织物的方法布置多条冷却管路,将各冷却管路交错缠绕于每一个电芯的侧围,使得冷却液能够流经每一个电芯的四周。这种方法虽然能够使电池的散热能力得到提升,但由于每一条冷却管路都具有一定厚度,加之需要在电芯之间预留多条冷却管路交错缠绕的空间,造成了电芯布局不够紧凑,电池的能量密度降低的问题。在电池能量密度低的情况下,为了维持车辆续航能力,就需要增加电池的体积来提升电池容量,但同时也会造成整车的负载增加,影响汽车的操作性能,且不利于车内零件布置。另外,采用上述方式布置冷却管路的动力电池通常承载能力较弱,一方面是因为冷却管路对电芯的覆盖面较小,另一方面是为了便于管路安装,多条冷却管路需要采用质地较软、具有一定变形能力的材料,承载能力有限,且为了提升换热效率,冷却管路的壁厚一般较薄,更加削弱了电池冷却装置的结构强度。因此,当动力电池受到外力冲击时(例如车辆在交通事故中受到撞击、电池生产过程中遭受挤压或踩踏等),电芯的直接受力面较大,冷却管路的缓冲作用不明显,且冷却管路在外力的作用下极易损坏或变形,无法起到对电芯的保护作用。

5、综上所述,现有的动力电池冷却装置承载能力较弱,无法兼顾散热能力和电池能量密度。


技术实现思路

1、本发明的目的在于解决现有技术中动力电池冷却装置承载能力较弱,无法兼顾散热能力和电池能量密度的问题。本发明提供了一种用于动力电池的冷却装置及动力电池,冷却装置可提升电池的承载能力和散热效率,同时还能实现较高的能量密度。

2、为解决上述技术问题,本发明实施方式公开了一种用于动力电池的冷却装置,包括多个横向冷却管路和多个纵向冷却管路。多个横向冷却管路沿纵向依次排布,且各横向冷却管路在横向上沿波浪形折线延伸。多个纵向冷却管路沿横向依次排布,且各纵向冷却管路在纵向上沿波浪形折线延伸。

3、其中,多个横向冷却管路与多个纵向冷却管路相互垂直交错排列。并且,在各横向冷却管路与各纵向冷却管路的重叠处形成多个安装腔,多个安装腔中各安装腔内用于容纳安装动力电池的电芯,以使得多个横向冷却管路和多个纵向冷却管路中形成有各安装腔的管路结构能够包围容纳于该安装腔内的电芯的外表面,以将电芯产生的热量传递至该管路结构。

4、采用上述技术方案,冷却管路不仅包围每个电芯的四周,还可以覆盖每个电芯的上、下表面,六个面同时散热,更加高效。横纵交错的冷却管路紧密排布,将每一个电芯围绕在独立的安装腔内,安装腔周围的冷却管路均对内部的电芯起到支撑和保护的作用。由于横向冷却管路和纵向冷却管路的波状结构相互吻合,则各冷却管路之间相互独立,便于安装,因此可以采用承载能力较强的刚性材质。当电池受到撞击或挤压时,暴露在各电芯外部的多条冷却管路共同组成一个较大的受力面,能够将外力分散,使每一条冷却管路受到的作用力减小,降低变形或受损程度。撞击力在多条冷却管路间相互传递,起到对电芯的缓冲作用,因此,电池整体的承载能力显著提升。

5、由于横向冷却管路和纵向冷却管路均呈波浪状结构,并通过交错排列的形式相互吻合,可避免横向和纵向的冷却管路之间相互缠绕,电芯与电芯之间仅需预留单条冷却管路的排布空间,使电池整体布局更加紧凑,提高了能量密度。

6、此外,相邻电芯之间的冷却管路可阻挡电芯之间交换热量,无需在电芯之间填充隔热材料,进一步提高空间利用率,电池的能量密度得到提升。

7、根据本发明的另一具体实施方式,多个横向冷却管路和多个纵向冷却管路中每个冷却管路均具有多个波峰和多个波谷。相邻的波峰和波谷之间通过侧壁相接,各横向冷却管路的多个波峰与各纵向冷却管路的多个波谷一一对应设置。对应的一组波峰和波谷、以及位于该波峰两侧的侧壁和位于该波谷两侧的侧壁围绕形成一个安装腔。

8、采用上述方案,安装腔由一个波峰、一个波谷、及该波峰和该波谷两侧的侧壁围绕形成,且横向冷却管路和纵向冷却管路的波峰、波谷一一对应,仅利用横向冷却管路和纵向冷却管路的形状特点即可实现将冷却管路覆盖每个电芯的外表面,且避免了横向冷却管路和纵向冷却管路间相互缠绕。

9、根据本发明的另一具体实施方式,各横向冷却管路的多个波谷对应于相邻的横向冷却管路的多个波峰,各纵向冷却管路的多个波谷对应于相邻的纵向冷却管路的多个波峰。

10、采用上述方案,多个横向冷却管路之间错峰布置,多个纵向冷却管路之间错峰布置,从而实现每一个横向冷却管路的各个波峰与纵向冷却管路的各个波谷一一对应。

11、根据本发明的另一具体实施方式,位于各波峰两侧的侧壁的壁厚大于该波峰的壁厚。位于各波谷两侧侧壁的壁厚大于该波谷的壁厚。波峰和波谷两侧的侧壁在横向和纵向上可用于抵抗外力的冲击,在竖向上起到支撑作用,防止电池上方物体直接挤压电芯。适当增加侧壁的壁厚,能够加强冷却管路的结构强度,提升电池的承载能力和对电芯的保护作用。

12、根据本发明的另一具体实施方式,各横向冷却管路采用分体结构,使得各横向冷却管路的多个波峰和多个波谷能够相互分离,便于安装冷却管路和电芯。

13、根据本发明的另一具体实施方式,各横向冷却管路包括上部冷却管路和下部冷却管路。上部冷却管路形成多个波峰,并包括间隔设置的多个上部管段。下部冷却管路形成多个波谷,并包括间隔设置的多个下部管段。

14、其中,多个上部管段与多个下部管段之间交错相接,且多个上部管段位于多个下部管段的上方。多个上部管段中各上部管段远离相接的下部管段的顶部构成波峰,多个下部管段中各下部管段远离相接的上部管段的底部构成波谷。

15、采用上述方案,装配电池时可以先排列多个纵向冷却管路,并将各个电芯安装于纵向冷却管路的波峰、波谷与侧壁形成的空腔内,然后将横向冷却管路中上部冷却管路的各个上部管段插装到对应的电芯上方,下部冷却管路的各个下部管段插装到对应的电芯的下方,使各上部管段、各下部管段与其对应的电芯周围的纵向冷却管路形成一个完整的安装腔,最后将上部冷却管路与下部冷却管路相接的部位密封连接。

16、根据本发明的另一具体实施方式,多个横向冷却管路和多个纵向冷却管路中每个冷却管路设置成扁平的管状结构,内部设置有供冷却液流通的冷却液流道。每个冷却管路都呈扁平状,整体厚度较小,缩小相邻电芯之间的距离,提升空间利用率,从而提升电池能量密度。

17、根据本发明的另一具体实施方式,多个横向冷却管路和多个纵向冷却管路中每个冷却管路均呈方形波结构。冷却管路的波峰、波谷和侧壁都与方形电芯的表面完全贴合,能够增大换热面积,强化冷却散热效果。多个横向冷却管路和多个纵向冷却管路中每个冷却管路的材质采用刚性材质,承载能力更强,提升对电芯的保护作用。

18、本发明的实施方式还公开了一种动力电池,包括多个电芯和上述任意实施方式中的冷却装置。多个电芯中各电芯安装于冷却装置中对应的安装腔内,能够使该动力电池具有较强的承载承载能力、散热效果和较高的能量密度。

19、根据本发明的另一具体实施方式,动力电池包括多个连接片和多个引出片,多个连接片中各连接片和多个引出片中各引出片位于各电芯与包围该电芯的管路结构之间的间隙内,每个电芯通过连接片和引出片与电池管理系统及外部电路连接。


技术特征:

1.一种用于动力电池的冷却装置,其特征在于,所述冷却装置包括:

2.如权利要求1所述的冷却装置,其特征在于,所述多个横向冷却管路和所述多个纵向冷却管路中每个冷却管路均具有多个波峰和多个波谷,相邻的所述波峰和所述波谷之间通过侧壁相接,各所述横向冷却管路的所述多个波峰与各所述纵向冷却管路的所述多个波谷一一对应设置,对应的一组所述波峰和所述波谷、以及位于该波峰两侧的侧壁和位于该波谷两侧的侧壁围绕形成一个所述安装腔。

3.如权利要求2所述的冷却装置,其特征在于,各所述横向冷却管路的所述多个波谷对应于相邻的所述横向冷却管路的所述多个波峰,各所述纵向冷却管路的所述多个波谷对应于相邻的所述纵向冷却管路的所述多个波峰。

4.如权利要求2所述的冷却装置,其特征在于,位于各波峰两侧的侧壁的壁厚大于该波峰的壁厚,位于各波谷两侧侧壁的壁厚大于该波谷的壁厚。

5.如权利要求2所述的冷却装置,其特征在于,各所述横向冷却管路采用分体结构,使得各所述横向冷却管路的所述多个波峰和所述多个波谷能够相互分离。

6.如权利要求5所述的冷却装置,其特征在于,各所述横向冷却管路包括:

7.如权利要求1所述的冷却装置,其特征在于,所述多个横向冷却管路和所述多个纵向冷却管路中每个冷却管路设置成扁平的管状结构,内部设置有供冷却液流通的冷却液流道。

8.如权利要求1-7中任一项所述的冷却装置,其特征在于,所述多个横向冷却管路和所述多个纵向冷却管路中每个冷却管路均呈方形波结构;

9.一种动力电池,包括多个电芯,其特征在于,还包括如权利要求1-8中任一项所述的冷却装置,所述多个电芯中各电芯安装于所述冷却装置中对应的所述安装腔内。

10.如权利要求9所述的动力电池,其特征在于,所述动力电池包括多个连接片和多个引出片,所述多个连接片中各连接片和所述多个引出片中各引出片位于各所述电芯与包围该电芯的所述管路结构之间的间隙内。


技术总结
本发明公开了一种用于动力电池的冷却装置及动力电池,冷却装置包括多个横向冷却管路和多个纵向冷却管路。多个横向冷却管路沿纵向依次排布,且各横向冷却管路在横向上沿波浪形折线延伸。多个纵向冷却管路沿横向依次排布,且各纵向冷却管路在纵向上沿波浪形折线延伸。多个横向冷却管路与多个纵向冷却管路相互垂直交错排列,在各横向冷却管路与各纵向冷却管路的重叠处形成多个安装腔,各安装腔内用于容纳安装动力电池的电芯,以使得多个横向冷却管路和多个纵向冷却管路中形成有各安装腔的管路结构能够包围容纳于该安装腔内的电芯的外表面,以将电芯产生的热量传递至该管路结构。可以提升动力电池的散热性能和承载能力,且具有较高的能量密度。

技术研发人员:张天鹏,张滕滕,李岩,王磊,蒋丽,赵雪,谢莹莹,陈旭,杨辉,彭利军,郑杰汉,郭其飞,江岸
受保护的技术使用者:上海汽车集团股份有限公司
技术研发日:
技术公布日:2024/5/29
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