一种液冷散热器和储能电池pack系统

技术领域

本发明具体涉及一种液冷散热器和储能电池pack系统。

背景技术

储能电池pack(组)系统中，储能电池的寿命和使用温度息息相关，目前普遍认为锂电池最佳工作温度区间为10℃～35℃，过低的温度会导致电解液凝固、阻抗增加，过高的温度则隔膜易熔融。储能电池内的发热元器件，即电芯的排列十分紧密，产热很大且散热不均，当电池电芯温差超过10℃时电池寿命将缩短15％

以上。而电池模组间温升差异造成内阻差加大，将导致全部电池寿命进一步缩短，因此动力电池热管理的目标不仅是保证电池模组在合适的温度范围内工作，而且要尽量保证模组内部电芯的温度均匀。

液冷散热器是电池模组主动液体冷却系统的一个重要组成部分，目前对电池热管理的研究大多集中在散热器排布方式及位置对电池模组温度发散情况的影响，故无法保证电池电芯温度均匀性，也就不能提供更良好的液冷效果。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种液冷散热器，能够为发热元件提供良好的散热效果，且能够使发热元件之间的温度更均衡，保证元件工作稳定性。本发明还提供一种储能电池pack系统。

本发明提供一种液冷散热器，包括散热板，所述散热板内部设有冷却液流道，多个发热元件沿第一方向依次安装于散热板的表面上，所述第一方向为从散热板一端至另一端，所述冷却液流道包括多个冷却区，多个冷却区沿第一方向设置，各冷却区分别对应各发热元件的覆盖位置，所述冷却液流道中，冷却液沿第一方向流经各冷却区，且靠近流动行程末端的冷却区内的流道表面积大于靠近流动行程首端的冷却区内的流道表面积。

优选的，所述冷却液流道中，靠近流动行程末端的冷却区内的流道宽度和/或长度大于靠近流动行程首端的冷却区内的流道宽度和/或长度。

优选的，所述冷却液流道中，靠近流动行程首端的多个冷却区相互并联连通形成并联单元，余下的冷却区与所述并联单元串联连通。

优选的，所述冷却液流道还包括连接流道，所述连接流道用于将形成并联单元的各冷却区并联连通，并与余下的冷却区串联连通，每个冷却区内设有多条第一主流道，各第一主流道相互并联连通形成基本模块，每个冷却区内还设有第二主流道，所述第二主流道将基本模块连通至连接流道。

优选的，散热板上设有与冷却液流道连通的进口和出口，所述进口和出口分布于散热板上同一侧的两端，进口至出口的方向为所述第一方向，所述连接流道设有两条，沿第一方向布置，并分别位于散热板的两侧，靠近进口侧的连接流道连通进口，远离进口侧的连接流道通过余下的所述冷却区串联连通至出口，所述第一主流道和第二主流道在散热板上均沿第二方向布置，所述第二方向垂直于第一方向。

优选的，形成并联单元的各个所述冷却区中，基本模块靠近散热板一侧的端部通过第二主流道连通至位于远离散热板该侧的连接流道上。

优选的，余下的所述冷却区中，基本模块串联连通在远离进口侧的连接流道和出口之间，第二主流道的一端连通至靠近进口侧的连接流道上，另一端从靠近进口侧延伸至远离进口侧后，折返至再次回到靠近进口侧，并与出口以及基本模块的端部连通。

优选的，所述散热板包括导热板和底板，发热元件安装于导热板上，所述底板中部设有下凹区，下凹区中设有向上凸起的凸筋，导热板和底板贴合连接，从而使下凹区和凸筋形成位于导热板和底板之间的冷却液流道。

本发明还提供一种储能电池pack系统，包括电池模组以及上述的液冷散热器，所述电池模组包括多组电池电芯，各组电池电芯作为发热元件，安装于液冷散热器的散热板上，所述散热板内的冷却液流道与外部冷却液提供设备连通，用于冷却电池电芯。

优选的，所述电池电芯呈垂直于第一方向的条形结构，所述冷却区呈垂直于第一方向的条形区域。

本发明的液冷散热器，其散热板内部的冷却液流道根据发热元件分布位置划分为各冷却区，且其中靠近流动行程末端的冷却区内的流道表面积大于靠近流动行程首端的冷却区内的流道表面积。由于冷却液在流道内会因换热而逐渐升温，而采用本液冷散热器的设置结构，冷却液流经各冷却区时，能够使冷却液在行程首端与发热元件的换热面积小于在行程末端与发热元件的换热面积，也就导致冷却液流动前后的吸热量差值降低，即，让冷却液对前端发热元件吸热量和对后端发热元件吸热量差值减小。

本发明通过冷却液流道不均等的结构设置方案恰恰起到了使发热元件散热均等的技术效果，用于电池热管理领域时，能够解决现有技术中存在的电池液冷不均匀的技术问题，有效提高电池模组温度均匀性，进而提高电池使用寿命以及使用过程中的稳定性，提供了更良好的液冷效果。

附图说明

图1是本发明实施例1中液冷散热器与发热元件的连接结构示意图；

图2是本发明实施例1中液冷散热器与发热元件的另一连接结构示意图；

图3是本发明实施例1中液冷散热器的冷却液流道的结构示意图；

图4是本发明实施例1中液冷散热器的冷却液流道温度分布示意图。

图中：1、散热板；11、导热板；12、底板；121、凸筋；2、冷却液流道；21、冷却区；22、连接流道；23、第一主流道；24、第二主流道；3、进口；4、出口；5、发热元件。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对发明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的一部分实施例，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的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示方位或位置关系是基于附图所示的方位或者位置关系，仅是为了便于和简化描述，而并不是指示或者暗示所指的装置或者元件必须设有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或者暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“设置”、“安装”、“固定”等应做广义理解，例如可以是固定连接也可以是可拆卸地连接，或者一体地连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

如图1至图3所示，本实施例的液冷散热器，包括散热板1，散热板1内部设有冷却液流道2，多个发热元件5沿第一方向依次安装于散热板1的表面上，第一方向为从散热板1一端至另一端，冷却液流道2包括多个冷却区21，多个冷却区21沿第一方向设置，各冷却区21分别对应各发热元件5的覆盖位置，冷却液流道2中，冷却液沿第一方向流经各冷却区21，且靠近流动行程末端的冷却区21内的流道表面积大于靠近流动行程首端的冷却区21内的流道表面积。该“表面积”是指流道通过散热板1与发热元件5接触的流道换热面积。

本实施例中，冷却液流道2根据发热元件5分布位置划分为各冷却区21，且其中靠近流动行程末端的冷却区21内的流道表面积大于靠近流动行程首端的冷却区21内的流道表面积。由于冷却液在流道内会因换热而逐渐升温，而采用本液冷散热器的设置结构，冷却液流经各冷却区21时，能够使冷却液在行程首端与发热元件5的换热面积小于在行程末端与发热元件5的换热面积，也就导致冷却液流动前后的吸热量差值降低，即，让冷却液对前端发热元件吸热量和对后端发热元件吸热量差值减小。

这一通过冷却液流道2不均等的结构设置方案恰恰起到了使发热元件5散热均等的技术效果，用于电池热管理领域时，能够解决现有技术中存在的电池液冷不均匀的技术问题，有效提高电池模组温度均匀性，保证每个电芯散热区域的散热量与电芯温度适配，从而达到电池模组内部各处温度相对均匀，扩大其适用范围，进而提高电池使用寿命以及使用过程中的稳定性，提供了更良好的液冷效果。

本实施例中，可以选用50％乙二醇与50％去离子纯水混合防冻液作为冷却液，其流量为6L/min。

本实施例中，冷却液流道2中，靠近流动行程末端的冷却区21内的流道宽度和/或长度大于靠近流动行程首端的冷却区21内的流道宽度和/或长度。即，前述的靠近流动行程末端的冷却区21内的流道表面积大于靠近流动行程首端的冷却区21内的流道表面积，具体是指，可以通过宽度差距带来的表面积差距、长度差距带来表面积差距、又或者是长度和宽度均具有差距导致的表面积差距。

本实施例中，冷却液流道2中，靠近流动行程首端的多个冷却区21相互并联连通形成并联单元，余下的冷却区21与并联单元串联连通。本实施例中，冷却区21设有四个，靠近流动行程首端的三个冷却区21相并联，余下的一个冷却区21与并联单元串联连通。具体实施时，当存在更多冷却区21时，可以按四个冷却区21为一块整体，以上述串并联形式连接，也可以将前端多个冷却区21并联再与最后一个冷却区21串联进行连接。

按照常规设想中冷却液依次流过各个区域的方案会导致各个区域中的冷却液温度逐渐升高，以四个区域为例，依次流过会使最前端至最后端产生三次升温，这一升高幅度导致的散热不均很难通过结构设置来抵消。

而本实施例中将各冷却区21采用串并联形式连接起来，前端三个冷却区21并联，冷却液几乎同时到达各区域，能够使各个并联的冷却区21之间的温度差极小，能够通过前述的长度和宽度设置方案抵消各区之间的吸热量差值；后部串联的冷却区21直接接收三个冷却区21的冷却液，即冷却液从最前端至最后端仅产生一次升温，温度升高幅度非常小，且三个冷却区21的冷却液同时进入最后的冷却区21中，使得冷却液流量加快，进一步提高换热效率，导致最后一个冷却区21与前三个冷却区之间的吸热量差值进一步降低，能够通过前述的长度和宽度设置方案抵消剩余的吸热量差值。

每个作为发热元件5的电池电芯设有多个电芯块，如图1所示，本实施例中，将从流动行程首端至末端的各冷却区21顺次标号为一至四，那么：一号冷却区21的流道长度比四号冷却区21的流道长度短一个电芯块厚度，二、三号冷却区21的流道长度均比四号冷却区21的流道长度短半个电芯块厚度；一号冷却区21的流道宽度与四号冷却区21的流道宽度之比为1：1.1至1：1.5。

这种设置方式中，二、三号冷却区21的宽度和四号冷却区21的宽度一致，使得三者的表面积差距仅由长度拉开，却能够抵消由于内侧热量堆积导致的内部温度升高。

本实施例中，还可以设置各冷却区21的厚度不同，如靠近流动行程末端的冷却区21内的流道厚度大于靠近流动行程首端的冷却区21内的流道厚度，使得过流面积不同导致各区不同程度散热，从而产生温度均衡效果。

本实施例中，冷却液流道2还包括连接流道22，连接流道22用于将形成并联单元的各冷却区21并联连通，并与余下的冷却区21串联连通，每个冷却区21内设有多条第一主流道23，各第一主流道23相互并联连通形成基本模块，每个冷却区21内还设有第二主流道24，第二主流道24将基本模块连通至连接流道22。

本实施例中，各冷却区21内的基本模块由两条第一主流道23并联连接得到，在其他实施方式中，可以视空间布局大小适当增加第一主流道23数目。

本实施例中，散热板1上设有与冷却液流道2连通的进口3和出口4，进口3和出口4分布于散热板1上同一侧的两端，进口3至出口4的方向为第一方向，冷却液从进口3进入冷却液流道2，流经各个冷却区21后从出口4流出。

连接流道22设有两条，沿第一方向布置，并分别位于散热板1的两侧，靠近进口3侧的连接流道22连通进口3，远离进口3侧的连接流道22通过余下的冷却区21串联连通至出口4，形成并联单元的各冷却区21并联于两条连接流道22之间。第一主流道23和第二主流道24在散热板1上均沿第二方向布置，第二方向垂直于第一方向。

本实施例中，形成并联单元的各个冷却区21中，基本模块靠近散热板1一侧的端部通过第二主流道24连通至位于远离散热板1该侧的连接流道22上。根据附图3，基本模块的左端部通过一条第二主流道24连通至位于散热板1右侧的连接流道22上，基本模块的右端部通过另一条第二主流道24连通至位于散热板1左侧的连接流道22上。即，同一条第二主流道24所连接的连接流道22和基本模块端部分别位于散热板1的两侧，这种设置方式使第二主流道24的长度尽可能的长，从而延长冷却液的换热时间以及扩大换热面积。

本实施例中，余下的(即用于最终串联的)冷却区21中，基本模块串联连通在远离进口3侧的连接流道22和出口4之间，第二主流道24的一端连通至靠近进口3侧的连接流道22上，另一端从靠近进口3侧延伸至远离进口3侧后，折返至再次回到靠近进口3侧，并与出口4以及基本模块的端部连通。第二主流道24的这种折弯方式不仅同样能够延长冷却液的换热时间以及扩大换热面积，同时还能使该冷却区21中的流道数目和其他冷却区21中的流道数目尽可能接近。

本实施例中，散热板1包括导热板11和底板12，发热元件5安装于导热板11上，通过导热板11将热量传递到散热板1内部，底板12中部设有下凹区，下凹区中设有向上凸起的凸筋121，导热板11和底板12贴合连接，从而使下凹区和凸筋121形成位于导热板11和底板12之间的冷却液流道2，即各流道环绕在凸筋121外。本实施例中，导热板11和底板12均为铝板，导热板11厚度1-1.5mm，底板12厚度1-1.5mm，通过焊接方式连接，进口3与出口4为水嘴状结构，通过焊接方式连接导热板11。

本实施例在液温低的地方通过调整流道尺寸适当减少散热量，将该区域的器件温度升高；在液温高的地方通过调整流道尺寸适当增加散热量，将该区域的器件温度降低；从而达到将整个散热器面上的发热器件均温的效果，如图4所示(箭头颜色从浅至深表示温度从低至高)。

实施例2

本实施例的储能电池pack系统，包括电池模组以及实施例1中的液冷散热器，电池模组包括多组电池电芯，各组电池电芯作为发热元件5，安装于液冷散热器的散热板1上，散热板1内的冷却液流道2与外部冷却液提供设备连通，用于冷却电池电芯。

本实施例中，电池电芯呈垂直于第一方向的条形结构，冷却区21呈垂直于第一方向的条形区域，这一设置方式在延长散热接触面的同时不会增大散热板1占用空间。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。