一种电芯液冷板、电池热管理系统、电动车辆及设计方法与流程

1.本发明公开了一种电芯液冷板、电池热管理系统、电动车辆及设计方法，属于新能源汽车技术领域。

背景技术：

2.目前，新能源汽车的发展前景非常广阔。新能源汽车具有能量效率高、零排放、无污染、比能量高、噪音低、可靠性高等优点。动力电池系统作为新能源电池车的主要储能部件，主要保证整车的行驶、高低压零部件的用电需求、制动能量回收、混合动力发动机系统能量调节等功能。电池总成的下箱体与液冷板作为电池总成的结构保护和实现热管理功能的核心部件，其重要性不言而喻。
3.目前主流的电池总成方案是标准模组或者ctp构型电池总成，这两种方案结构比较复杂，受制于z向布置高度限制、集成化低、热管理系统效率低、热交换效率低的问题。

技术实现要素：

4.针对现有技术的缺陷，本发明提出电芯液冷板、电池热管理系统、电动车辆及设计方法，主要解决现有技术中液冷板热交换效率低、热管理系统模块化水平低、电池总成集成度不高的行业难题。
5.本发明的技术方案如下：根据本发明实施例的第一方面，提供一种电芯液冷板，所述电芯液冷板包括侧面呈倒梯形的液冷基板，所述液冷基板侧面的两端分别对称布置有出水口和入水口，所述出水口和入水口之间的液冷基板两侧对称布置有结构相同且相互连通的流道筋结构，所述出水口和入水口通过液冷基板内部流道与流道筋结构连通。
6.优选的是，所述出水口和入水口分别在液冷基板同侧布置。
7.优选的是，所述流道筋结构包括对称布置在液冷基板上的分流结构，两个所述分流结构之间的液冷基板上对称布置有缓冲结构，两个所述缓冲结构之间的液冷基板上布置有流道均匀结构，两个所述分流结构通过液冷基板内部流道分别与两个缓冲结构连通，两个所述缓冲结构通过液冷基板内部流道分别与流道均匀结构连通。
8.优选的是，所述出水口和入水口通过液冷基板内部流道分别与两个分流结构连通，所述流道均匀结构为沿着中心垂直的凹槽结构。
9.优选的是，所述液冷基板上出水口和入水口处分别设有圆柱形凸台，所述液冷基板顶部两端边缘角设为圆弧状结构，所述圆柱形凸台与圆弧状结构同轴线布置。
10.根据本发明实施例的第二方面，提供一种电池模组，应用于第一方面所述的一种电芯液冷板，包括多个电芯，多个所述电芯组成的电池模组两端呈几何原点中心对称布置有电芯液冷板，两个所述电芯液冷板相连通。
11.根据本发明实施例的第三方面，提供一种电池热管理系统，应用于第二方面所述的一种电池模组，包括与多个电芯电性连接的电池管理系统，所述电池管理系统分别与加
热模块、降温模块和电子水泵电性连接，所述加热模块和降温模块分别与电芯液冷板和电子水泵管路连接；所述电池管理系统用于在一个采样时间段内分别获取电池模组的最高温度和最低温度，根据所述电池模组的最高温度和最低温度进行工作模式判断：当所述电池模组的最高温度＞冷却模式阈值-1℃时，所述工作模式为冷却工作模式；当所述电池模组的最低温度＜加热模式阈值+4℃时，所述工作模式为加热工作模式；当所述电池模组的最高温度-电池模组的最低温度＞保温模式阈值-1℃时，所述工作模式为保温工作模式；当所述电池模组的最高温度＞均衡模式阈值-1.5℃时，所述工作模式为均衡工作模式；当所述电池模组的最高温度＞安全模式阈值时，所述工作模式为安全工作模式；根据所述工作模式生成相应工作模式指令分别发送给加热模块、降温模块和电子水泵；所述加热模块、降温模块和电子水泵分别接收到相应工作模式指令并执行相应加热工作、冷却工作和流量调节工作。
12.优选的是，所述工作模式为冷却工作模式时，所述相应工作模式指令包括：冷却液入水口温度≤20℃，冷却液流量≥15l/min，且冷却板左右板的入水口温度差≤1℃，冷却板左右板的入水口流量差≤0.1 l/min；所述工作模式为加热工作模式时，所述相应工作模式指令包括：冷却液入水口温度≥55℃，冷却液流量≥15l/min，且冷却板左右板的入水口温度差≤3℃，冷却板左右板的入水口流量差≤0.1 l/min；所述工作模式为保温工作模式，所述相应工作模式指令包括：25℃≤冷却液入水口温度≤30℃，冷却液流量≤1l/min，且冷却板左右板的入水口温度差≤0.5℃，冷却板左右板的入水口流量差≤0.05 l/min；所述工作模式为均衡工作模式，所述相应工作模式指令包括：26℃≤冷却液入水口温度≤29℃，冷却液流量≤0.5l/min，且冷却板左右板的入水口温度差≤1℃，冷却板左右板的入水口流量差≤0.2 l/min；所述工作模式为安全工作模式，所述相应工作模式指令包括：冷却液入水口温度≤10℃，冷却液流量≥30l/min，且冷却板左右板的入水口温度差≤2℃，冷却板左右板的入水口流量差≤1 l/min。
13.根据本发明实施例的第四方面，提供一种电动车辆，包括车辆本体以及第三方面所述的一种电池热管理系统。
14.根据本发明实施例的第五方面，提供一种设计方法，用于设计第一方面所述的电芯液冷板，包括：步骤s1，将电芯总热管理功率和热管理系统极限安装尺寸作为设计输入；步骤s2，根据所述电芯总热管理功率和热管理系统极限安装尺寸确定电芯液冷板的极限尺寸，所述电池液冷板的极限尺寸包括：极限尺寸面积和电池液冷板的极限厚度尺
寸，具体步骤包括：所述电芯总热管理功率和热管理系统极限安装尺寸通过公式（1）得到电池液冷板的极限尺寸面积：
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(1)其中：ch为电芯总热管理功率，gc为热管理系统极限安装尺寸，cc为电池模组总能量相关结构系数，取值为0.65-0.76，a为质心结构补偿参数，取值为0＞a＞-0.32，d为电芯膨胀压力补偿参数，取值为56
°
＞d＞32
°
；所述电池液冷板的极限尺寸面积根据公式（2）确定电池液冷板的极限厚度尺寸：
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(2)其中：c为电池液冷板的极限厚度尺寸，gb 为电芯工艺长度极限尺寸，e为电芯膨胀安全尺寸系数，取值为1.53-1.73，d为电芯膨胀压力补偿参数，取值为56
°
＞d＞32
°
；步骤s3，确定流道筋结构；步骤s4，采用计算结构力学仿真，调节所述电芯液冷板的极限尺寸和流道筋结构。
15.本发明的有益效果在于：本发明公开了一种电芯液冷板、电池热管理系统、电动车辆及设计方法，通过在基板两侧分别布置流道筋结构，使液冷板散热性能优异，在均温性表现出优越的性能，可以对电池热失控起到保护作用，降低电芯的热蔓延速度，延缓温度剧烈变化，电池管理系统在一个采样时间段内分别获取电池模组的最高温度和最低温度，根据电池模组的最高温度和最低温度进行工作模式判断，根据工作模式生成相应工作模式指令分别发送给加热模块、降温模块和电子水泵，加热模块、降温模块和电子水泵分别接收到相应工作模式指令并执行相应加热工作、冷却工作和流量调节工作，可以对电芯起到控温作用。
附图说明
16.图1是本发明一种电芯液冷板的等轴测视图。
17.图2是本发明一种电池模组的等轴测视图。
18.图3是本发明一种电池热管理系统的电气连接图。
19.图4是本发明一种电池热管理系统的管路连接图。
20.其中，1-电芯，2-电芯液冷板，201-流道均匀结构，202-缓冲结构，203-出水口，204-入水口，205-液冷基板，206-圆柱形凸台，207-圆弧状结构，208-分流结构。
具体实施方式
21.以下根据附图1-4对本发明做进一步说明：下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，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，都属于本发明保护的范围。
22.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了
便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、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。
23.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“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
24.如图1所示，本发明第一实施例在现有技术的基础上提供了一种电芯液冷板，电芯液冷板2包括侧面呈倒梯形的液冷基板205，液冷基板205侧面的两端分别对称布置有出水口203和入水口204，出水口203和入水口204之间的液冷基板205两侧对称布置有结构相同且相互连通的流道筋结构，出水口203和入水口204通过液冷基板205内部流道与流道筋结构连通。
25.其中，一种实施例为出水口203和入水口204分别在液冷基板205两侧布置，另一种实施例为出水口203和入水口204分别在液冷基板205同侧布置，本实施例的附图为同侧布置。
26.流道筋结构包括对称布置在液冷基板205上的分流结构208，两个分流结构208之间的液冷基板205上对称布置有缓冲结构202，两个缓冲结构202之间的液冷基板205上布置有流道均匀结构201，两个分流结构208通过液冷基板205内部流道分别与两个缓冲结构202连通，两个缓冲结构202通过液冷基板205内部流道分别与流道均匀结构201连通。出水口203和入水口204通过液冷基板205内部流道分别与两个分流结构208连通，流道均匀结构201为沿着中心垂直的凹槽结构。
27.液冷基板205上出水口203和入水口204处分别设有圆柱形凸台206，液冷基板205顶部两端边缘角设为圆弧状结构207，圆柱形凸台206与圆弧状结构207同轴线布置。
28.如图2所示，本发明第二实施例在第一实施例的基础上提供了一种电池模组，应用于第一实施例所述的一种电芯液冷板，包括多个电芯1，多个电芯1组成的电池模组呈几何原点中心对称布置有电芯液冷板2，两个电芯液冷板2相连通，电池冷却液通过相应出水口203和入水口204从两个电芯液冷板2流动交换，实现对电池的热管理功能，包括但不限于加热、冷却、保温、均衡、安全等热管理功能。
29.如图3-4所示，本发明第三实施例在第二实施例的基础上提供了一种电池热管理系统，应用于第二实施例所述的一种电池模组，包括与多个电芯1电性连接的电池管理系统，电池管理系统分别与加热模块、降温模块和电子水泵电性连接，加热模块和降温模块分别与电芯液冷板和电子水泵管路连接。
30.电池管理系统用于在一个采样时间段内分别获取电池模组的最高温度和最低温度，根据所述电池模组的最高温度和最低温度进行工作模式判断：当所述电池模组的最高温度＞冷却模式阈值-1℃时，所述工作模式为冷却工作模式；当所述电池模组的最低温度＜加热模式阈值+4℃时，所述工作模式为加热工作模式；当所述电池模组的最高温度-电池模组的最低温度＞保温模式阈值-1℃时，所述
工作模式为保温工作模式；当所述电池模组的最高温度＞均衡模式阈值-1.5℃时，所述工作模式为均衡工作模式；当所述电池模组的最高温度＞安全模式阈值时，所述工作模式为安全工作模式；根据所述工作模式生成相应工作模式指令分别发送给加热模块、降温模块和电子水泵，其中：工作模式为冷却工作模式时，相应工作模式指令包括：冷却液入水口温度≤20℃，冷却液流量≥15l/min，且冷却板左右板的入水口温度差≤1℃，冷却板左右板的入水口流量差≤0.1 l/min；工作模式为加热工作模式时，相应工作模式指令包括：冷却液入水口温度≥55℃，冷却液流量≥15l/min，且冷却板左右板的入水口温度差≤3℃，冷却板左右板的入水口流量差≤0.1 l/min；工作模式为保温工作模式，相应工作模式指令包括：25℃≤冷却液入水口温度≤30℃，冷却液流量≤1l/min，且冷却板左右板的入水口温度差≤0.5℃，冷却板左右板的入水口流量差≤0.05 l/min；工作模式为均衡工作模式，相应工作模式指令包括：26℃≤冷却液入水口温度≤29℃，冷却液流量≤0.5l/min，且冷却板左右板的入水口温度差≤1℃，冷却板左右板的入水口流量差≤0.2 l/min；工作模式为安全工作模式，相应工作模式指令包括：冷却液入水口温度≤10℃，冷却液流量≥30l/min，且冷却板左右板的入水口温度差≤2℃，冷却板左右板的入水口流量差≤1 l/min。
31.加热模块、降温模块和电子水泵分别接收到相应工作模式指令并执行相应加热工作、冷却工作和流量调节工作。其中，冷却液可以为水或水与乙二醇混合物，但并不做具体限定，加热模块为本领域人员的公知常识，加热模块可为水加热器(water positivetemperature coefficient，wptc)，通过相应工作模式指令将冷却液入水口温度加热到相应温度范围，降温模块为本领域人员的公知常识，加热模块可为散热器、温度传感器以及冷却风扇，根据相应工作模式指令调整冷却风扇转速，通过出口温度传感器反馈冷却液温度将冷却液入水口温度冷却到相应温度范围。
32.本发明第四实施例在第三实施例的基础上提供了一种电动车辆，包括车辆本体以及第三实施例所述的一种电池热管理系统。
33.本发明第五实施例在第四实施例的基础上提供了一种设计方法，用于设计第一实施例所述的电芯液冷板，包括：步骤s1，将电芯总热管理功率和热管理系统极限安装尺寸作为设计输入；步骤s2，根据电芯总热管理功率和热管理系统极限安装尺寸确定电芯液冷板的极限尺寸，电池液冷板的极限尺寸包括：极限尺寸面积和电池液冷板的极限厚度尺寸，具体步骤包括：电芯总热管理功率和热管理系统极限安装尺寸通过公式（1）得到电池液冷板的极限尺寸面积：
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(1)其中：ch为电芯总热管理功率，gc为热管理系统极限安装尺寸，cc为电池模组总能量相关结构系数，取值为0.65-0.76，a为质心结构补偿参数，取值为0＞a＞-0.32，d为电芯膨胀压力补偿参数，取值为56
°
＞d＞32
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；电池液冷板的极限尺寸面积根据公式（2）确定电池液冷板的极限厚度尺寸：
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(2)其中：c为电池液冷板的极限厚度尺寸，gb 为电芯工艺长度极限尺寸，e为电芯膨胀安全尺寸系数，取值为1.53-1.73，d为电芯膨胀压力补偿参数，取值为56
°
＞d＞32
°
；步骤s3，确定流道筋结构；步骤s4，采用计算结构力学仿真，调节所述电芯液冷板的极限尺寸和流道筋结构。
34.尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

技术特征：

1.一种电芯液冷板，其特征在于，所述电芯液冷板（2）包括侧面呈倒梯形的液冷基板（205），所述液冷基板（205）侧面的两端分别对称布置有出水口（203）和入水口（204），所述出水口（203）和入水口（204）之间的液冷基板（205）两侧对称布置有结构相同且相互连通的流道筋结构，所述出水口（203）和入水口（204）通过液冷基板（205）内部流道与流道筋结构连通。2.根据权利要求1所述的一种电芯液冷板，其特征在于，所述出水口（203）和入水口（204）分别在液冷基板（205）同侧布置。3.根据权利要求1或2所述的一种电芯液冷板，其特征在于，所述流道筋结构包括对称布置在液冷基板（205）上的分流结构（208），两个所述分流结构（208）之间的液冷基板（205）上对称布置有缓冲结构（202），两个所述缓冲结构（202）之间的液冷基板（205）上布置有流道均匀结构（201），两个所述分流结构（208）通过液冷基板（205）内部流道分别与两个缓冲结构（202）连通，两个所述缓冲结构（202）通过液冷基板（205）内部流道分别与流道均匀结构（201）连通。4.根据权利要求3所述的一种电芯液冷板，其特征在于，所述出水口（203）和入水口（204）通过液冷基板（205）内部流道分别与两个分流结构（208）连通，所述流道均匀结构（201）为沿着中心垂直的凹槽结构。5.根据权利要求4所述的一种电芯液冷板，其特征在于，所述液冷基板（205）上出水口（203）和入水口（204）处分别设有圆柱形凸台（206），所述液冷基板（205）顶部两端边缘角设为圆弧状结构（207），所述圆柱形凸台（206）与圆弧状结构（207）同轴线布置。6.一种电池模组，其特征在于，应用于权利要求1-5中任一项所述的一种电芯液冷板，包括多个电芯（1），多个所述电芯（1）组成的电池模组两端呈几何原点中心对称布置有电芯液冷板（2），两个所述电芯液冷板（2）相连通。7.一种电池热管理系统，应用于权利要求6所述的一种电池模组，其特征在于，包括与多个电芯（1）电性连接的电池管理系统，所述电池管理系统分别与加热模块、降温模块和电子水泵电性连接，所述加热模块和降温模块分别与电芯液冷板和电子水泵管路连接；所述电池管理系统用于在一个采样时间段内分别获取电池模组的最高温度和最低温度，根据所述电池模组的最高温度和最低温度进行工作模式判断：当所述电池模组的最高温度＞冷却模式阈值-1℃时，所述工作模式为冷却工作模式；当所述电池模组的最低温度＜加热模式阈值+4℃时，所述工作模式为加热工作模式；当所述电池模组的最高温度-电池模组的最低温度＞保温模式阈值-1℃时，所述工作模式为保温工作模式；当所述电池模组的最高温度＞均衡模式阈值-1.5℃时，所述工作模式为均衡工作模式；当所述电池模组的最高温度＞安全模式阈值时，所述工作模式为安全工作模式；根据所述工作模式生成相应工作模式指令分别发送给加热模块、降温模块和电子水泵；所述加热模块、降温模块和电子水泵分别接收到相应工作模式指令并执行相应加热工作、冷却工作和流量调节工作。8.根据权利要求7所述的一种电池热管理系统，其特征在于，所述工作模式为冷却工作
模式时，所述相应工作模式指令包括：冷却液入水口温度≤20℃，冷却液流量≥15l/min，且冷却板左右板的入水口温度差≤1℃，冷却板左右板的入水口流量差≤0.1 l/min；所述工作模式为加热工作模式时，所述相应工作模式指令包括：冷却液入水口温度≥55℃，冷却液流量≥15l/min，且冷却板左右板的入水口温度差≤3℃，冷却板左右板的入水口流量差≤0.1 l/min；所述工作模式为保温工作模式，所述相应工作模式指令包括：25℃≤冷却液入水口温度≤30℃，冷却液流量≤1l/min，且冷却板左右板的入水口温度差≤0.5℃，冷却板左右板的入水口流量差≤0.05 l/min；所述工作模式为均衡工作模式，所述相应工作模式指令包括：26℃≤冷却液入水口温度≤29℃，冷却液流量≤0.5l/min，且冷却板左右板的入水口温度差≤1℃，冷却板左右板的入水口流量差≤0.2 l/min；所述工作模式为安全工作模式，所述相应工作模式指令包括：冷却液入水口温度≤10℃，冷却液流量≥30l/min，且冷却板左右板的入水口温度差≤2℃，冷却板左右板的入水口流量差≤1 l/min。9.一种电动车辆，其特征在于，包括车辆本体以及权利要求7或8所述的一种电池热管理系统。10.一种设计方法，用于设计权利要求1-4任一项所述的电芯液冷板，其特征在于，包括：步骤s1，将电芯总热管理功率和热管理系统极限安装尺寸作为设计输入；步骤s2，根据所述电芯总热管理功率和热管理系统极限安装尺寸确定电芯液冷板的极限尺寸，所述电池液冷板的极限尺寸包括：极限尺寸面积和电池液冷板的极限厚度尺寸，具体步骤包括：所述电芯总热管理功率和热管理系统极限安装尺寸通过公式（1）得到电池液冷板的极限尺寸面积：
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(1)其中：ch为电芯总热管理功率，gc为热管理系统极限安装尺寸，cc为电池模组总能量相关结构系数，取值为0.65-0.76，a为质心结构补偿参数，取值为0＞a＞-0.32，d为电芯膨胀压力补偿参数，取值为56
°
＞d＞32
°
；所述电池液冷板的极限尺寸面积根据公式（2）确定电池液冷板的极限厚度尺寸：
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(2)其中：c为电池液冷板的极限厚度尺寸，gb 为电芯工艺长度极限尺寸，e为电芯膨胀安全尺寸系数，取值为1.53-1.73，d为电芯膨胀压力补偿参数，取值为56
°
＞d＞32
°
；步骤s3，确定流道筋结构；步骤s4，采用计算结构力学仿真，调节所述电芯液冷板的极限尺寸和流道筋结构。

技术总结

本发明公开了一种电芯液冷板、电池热管理系统、电动车辆及设计方法，属于新能源汽车技术领域，所述电芯液冷板包括侧面呈倒梯形的液冷基板，所述液冷基板侧面的两端分别对称布置有出水口和入水口，所述出水口和入水口之间的液冷基板两侧对称布置有结构相同且相互连通的流道筋结构，所述出水口和入水口通过液冷基板内部流道与流道筋结构连通。本发明通过在基板两侧分别布置流道筋结构，使液冷板散热性能优异，电池管理系统在一个采样时间段内分别获取电池模组的最高温度和最低温度，根据电池模组的最高温度和最低温度进行工作模式判断，可以对电芯起到控温作用。以对电芯起到控温作用。以对电芯起到控温作用。