本發(fā)明涉及新能源汽車動力電池的技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，本發(fā)明涉及一種phev電池包冷卻結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

在現(xiàn)有技術(shù)中，新能源汽車中的ev和phev汽車的動力電池采用的冷卻方式為自然冷卻、風(fēng)冷和水冷、冷媒管帶接觸冷卻等。其中風(fēng)冷的方式結(jié)構(gòu)特點為電池包設(shè)計新風(fēng)口，通過鼓風(fēng)機將新風(fēng)循環(huán)進(jìn)電池包，通過空氣輻射傳導(dǎo)的方式換熱，它的缺點是換熱效率低、動力電池包密封效果差；冷媒管帶接觸冷卻的方式特點為設(shè)計可通過冷媒的管帶，布置在電池模組下端直接接觸電池模組，通過傳導(dǎo)換熱的方式冷卻，其缺點為冷卻回路需要設(shè)計控制閥，對控制要求較高，而且管帶有結(jié)露的問題。水冷方式的結(jié)構(gòu)特點為將冷卻循環(huán)水路布置在電池模組內(nèi)，通過傳導(dǎo)的方式冷卻模組，其缺點為成本較高，增重較多；故障情況下，有安全風(fēng)險。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于提供一種phev電池包冷卻結(jié)構(gòu)。

為了解決發(fā)明所述的技術(shù)問題并實現(xiàn)發(fā)明目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案：

本發(fā)明的phev電池包冷卻結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述冷卻結(jié)構(gòu)包括位于電池包內(nèi)部的內(nèi)部模塊和位于電池包外部的外部模塊；所述電池包外部模塊包括用于將氣態(tài)制冷劑壓縮成高溫高壓的制冷劑氣體的壓縮機，用于將所述高溫高壓的制冷劑氣體冷凝成高溫高壓的液態(tài)制冷劑的冷凝器，用于緩沖以及存儲所述液態(tài)制冷劑的干燥儲液器，以及與所述干燥儲液器通過管路連接的膨脹閥；所述電池包內(nèi)部模塊包括蒸發(fā)器芯體、過渡風(fēng)道、鼓風(fēng)機和分風(fēng)風(fēng)道，所述蒸發(fā)器芯體的制冷劑輸入端與所述膨脹閥的輸出端連接，制冷劑輸出端與所述膨脹閥的輸入端連接，所述蒸發(fā)器芯體的冷空氣出口與過渡風(fēng)道的入口連通，所述過渡風(fēng)道的出口與鼓風(fēng)機的入口連通，所述鼓風(fēng)機的出口與分風(fēng)風(fēng)道的入口連通。

其中，所述蒸發(fā)器芯體包括箱體，所述箱體的前端設(shè)置有空氣入口通道，所述箱體的后端設(shè)置有與所述空氣入口通道連通的冷空氣艙，所述冷空氣艙上設(shè)置有與所述過渡風(fēng)道連通的冷空氣出口，所述空氣入口通道內(nèi)布置有呈格柵狀的制冷劑通道陣列，所述制冷劑通道陣列的入口端通過制冷劑入口管路與膨脹閥的輸出端連接，所述制冷劑通道陣列的出口端通過制冷劑出口管路與膨脹閥的輸入端連接。

其中，所述箱體的下部還設(shè)置有集水槽，并且所述集水槽設(shè)置在所述制冷劑通道陣列的下方，而所述集水槽的底部設(shè)置有單向出水口。

其中，所述過渡風(fēng)道包括與所述蒸發(fā)器芯體的冷空氣出口連通的扁平風(fēng)管和與所述扁平風(fēng)管連通的旋風(fēng)出口，并且所述扁平風(fēng)管的長度大于所述旋風(fēng)出口的直徑。

其中，所述分風(fēng)風(fēng)道包括與所述鼓風(fēng)機出口端連通的入口段，以及將冷空氣分配至電池模組附近的出口段，所述入口段和出口段之間為過渡段；并且所述入口段沿著鼓風(fēng)機出口端至過渡段的方向具有逐漸變高的高度，和逐漸變寬的寬度；所述過渡段沿著所述入口段和出口段的方向具有逐漸變低的高度，和逐漸變寬的寬度。

其中，所述出口段的兩側(cè)和外端部均設(shè)置有出風(fēng)口，作為優(yōu)選地，所述出口段具有恒定的寬度和高度(即橫截面具有相同的形狀)。

其中，所述分風(fēng)風(fēng)道的長高比為15～35∶1之間，寬高比為1.8～5.5∶1之間。

其中，所述電池包內(nèi)設(shè)置有主隔艙，所述主隔艙內(nèi)布置有電池模組。

其中，所述電池包還包括副隔艙，所述蒸發(fā)器芯體、過渡風(fēng)道和鼓風(fēng)機位于所述副隔艙內(nèi)，所述分風(fēng)風(fēng)道位于主隔艙內(nèi)。

與最接近的現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所述的phev電池包冷卻結(jié)構(gòu)具有以下有益效果：

本發(fā)明的phev電池包冷卻結(jié)構(gòu)，根據(jù)phev動力電池的溫度要求特點，采用冷卻芯體與電池模組分艙設(shè)計，結(jié)合了冷媒冷卻和風(fēng)冷的優(yōu)點，同時將整個系統(tǒng)布置在電池包內(nèi)，不僅保證了冷卻效果，而且還進(jìn)一步提高了密封性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的phev電池包冷卻原理示意圖。

圖2本發(fā)明的phev電池包冷卻結(jié)構(gòu)中的氣流流動方向示意圖。

圖3為本發(fā)明的phev電池包內(nèi)部冷卻結(jié)構(gòu)的立體示意圖。

圖4為本發(fā)明的phev電池包內(nèi)部冷卻結(jié)構(gòu)的平面示意圖。

圖5為phev電池包內(nèi)部冷卻結(jié)構(gòu)采用的蒸發(fā)器芯體的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6為圖5沿a-a方向的橫截面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7為圖6圓圈部分指示的c區(qū)域的放大結(jié)構(gòu)示意圖。

圖8為圖5沿b-b方向的橫截面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖9為phev電池包內(nèi)部冷卻結(jié)構(gòu)采用的蒸發(fā)器芯體的左視圖。

圖10為phev電池包內(nèi)部冷卻結(jié)構(gòu)采用的蒸發(fā)器芯體的俯示圖。

圖11為phev電池包內(nèi)部冷卻結(jié)構(gòu)采用的過渡風(fēng)道結(jié)構(gòu)示意圖。

圖12為圖11沿a-a方向的橫截面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖13為phev電池包內(nèi)部冷卻結(jié)構(gòu)采用的扁平鼓風(fēng)機的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖14為圖13沿a-a方向的橫截面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖15為phev電池包內(nèi)部冷卻結(jié)構(gòu)采用的分風(fēng)風(fēng)道結(jié)構(gòu)示意圖。

圖16為圖15沿a-a方向的橫截面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖17為phev電池包內(nèi)部冷卻結(jié)構(gòu)采用的分風(fēng)風(fēng)道的左視圖。

圖18為集成了本發(fā)明的內(nèi)部冷卻結(jié)構(gòu)的phev電池包結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

以下將結(jié)合具體實施例對本發(fā)明所述的phev電池包冷卻結(jié)構(gòu)做進(jìn)一步的闡述，以期對本發(fā)明的技術(shù)方案做出更完整和清楚的說明。

本發(fā)明的phev電池包冷卻結(jié)構(gòu)，包括電池包內(nèi)部模塊和電池包外部模塊。如圖1所示，所述電池包外部模塊包括壓縮機1、冷凝器2、冷凝風(fēng)扇3、干燥儲液器4和膨脹閥5。所述電池包內(nèi)部模塊主要包括蒸發(fā)器芯體和鼓風(fēng)機。本發(fā)明的冷卻結(jié)構(gòu)的制冷原理如下：通過壓縮機1將氣態(tài)制冷劑壓縮成高溫高壓的制冷劑氣體后排出，流經(jīng)冷凝器，冷凝器通過冷凝風(fēng)扇3散熱、降溫將高溫高壓的制冷劑氣體冷凝成高溫高壓的液態(tài)制冷劑，然后經(jīng)干燥儲液器、管路和膨脹閥，節(jié)流后狀態(tài)變成低溫低壓的液態(tài)制冷劑，進(jìn)入蒸發(fā)器芯體，吸收流經(jīng)蒸發(fā)器的空氣熱量，使空氣溫度降低，通過鼓風(fēng)機吹出冷風(fēng)，并經(jīng)分風(fēng)風(fēng)道組織氣流流經(jīng)各個動力電池模組，產(chǎn)生制冷效果。同時制冷劑因吸熱而蒸發(fā)成低溫低壓的氣態(tài)制冷劑，經(jīng)膨脹閥和管路再次被壓縮機吸入，壓縮，進(jìn)入下一個循環(huán)。本發(fā)明的phev電池包冷卻結(jié)構(gòu)中的氣流流動方向如圖3所示，因電池工作產(chǎn)生熱量，電池包內(nèi)形成熱空氣，當(dāng)溫度達(dá)到空調(diào)冷卻系統(tǒng)工作的閾值，鼓風(fēng)機工作，將熱空氣吸入本設(shè)計的蒸發(fā)器芯體，吸收流經(jīng)蒸發(fā)器的空氣熱量，使空氣溫度降低，通過鼓風(fēng)機吹出冷風(fēng)，并經(jīng)分風(fēng)風(fēng)道組織氣流流經(jīng)各個動力電池模組，產(chǎn)生制冷效果。

如圖2和圖4所示，在本發(fā)明中，電池包內(nèi)部模塊包括蒸發(fā)器芯體10、過渡風(fēng)道20、鼓風(fēng)機30和分風(fēng)風(fēng)道40。所述蒸發(fā)器芯體的制冷劑輸入端與所述膨脹閥的輸出端連接，制冷劑輸出端與所述膨脹閥的輸入端連接，所述蒸發(fā)器芯體的冷空氣出口與過渡風(fēng)道的入口連通，所述過渡風(fēng)道的出口與鼓風(fēng)機的入口連通，所述鼓風(fēng)機的出口與分風(fēng)風(fēng)道的入口連通。

如圖5-10所示，所述蒸發(fā)器芯體包括箱體，所述箱體的前端設(shè)置有空氣入口通道，所述箱體的后端設(shè)置有與所述空氣入口通道連通的冷空氣艙，所述冷空氣艙上設(shè)置有與所述過渡風(fēng)道連通的冷空氣出口，所述空氣入口通道內(nèi)布置有呈格柵狀的制冷劑通道陣列，所述制冷劑通道陣列的入口端通過制冷劑入口管路與膨脹閥的輸出端連接，所述制冷劑通道陣列的出口端通過制冷劑出口管路與膨脹閥的輸入端連接。所述箱體的下部還設(shè)置有集水槽，并且所述集水槽設(shè)置在所述制冷劑通道陣列的下方，而所述集水槽的底部設(shè)置有單向出水口。

如圖11-12所示，所述過渡風(fēng)道包括與所述蒸發(fā)器芯體的冷空氣出口連通的扁平風(fēng)管和與所述扁平風(fēng)管連通的旋風(fēng)出口，并且所述扁平風(fēng)管的長度大于所述旋風(fēng)出口的直徑。

如圖13-14所示，本發(fā)明采用的鼓風(fēng)機為吸風(fēng)式鼓風(fēng)機，為了方便設(shè)置并減少空間體積的占用，所述鼓風(fēng)機設(shè)計成側(cè)端出風(fēng)的形式。

如圖15-17所示，所述分風(fēng)風(fēng)道包括與所述鼓風(fēng)機出口端連通的入口段，以及將冷空氣分配至電池模組附近的出口段，所述入口段和出口段之間為過渡段；并且所述入口段沿著鼓風(fēng)機出口端至過渡段的方向具有逐漸變高的高度，和逐漸變寬的寬度；所述過渡段沿著所述入口段和出口段的方向具有逐漸變低的高度，和逐漸變寬的寬度。所述出口段的兩側(cè)和外端部均設(shè)置有出風(fēng)口，作為優(yōu)選地，所述出口段具有恒定的寬度和高度。所述分風(fēng)風(fēng)道的長高比為15～35∶1之間，寬高比為1.8～5.5∶1之間。

如圖18所示，所述電池包內(nèi)設(shè)置有主隔艙，所述主隔艙內(nèi)布置有電池模組。其中，所述電池包還包括副隔艙，所述蒸發(fā)器芯體、過渡風(fēng)道和鼓風(fēng)機位于所述副隔艙內(nèi)，所述分風(fēng)風(fēng)道位于主隔艙內(nèi)。

通過電池包熱負(fù)荷計算，本發(fā)明設(shè)計了小型化的蒸發(fā)器芯體10，布置在隔艙化設(shè)計的電池包內(nèi)，其作用為使電池包內(nèi)的空氣流經(jīng)芯體時進(jìn)行換熱。因電池包高度限制，需要設(shè)計扁平鼓風(fēng)機結(jié)構(gòu)30，其作用為空氣流動提供動力。為均衡冷卻電池模組，通過進(jìn)行仿真分析，設(shè)計了過渡風(fēng)道20和分風(fēng)風(fēng)道40。針對空調(diào)冷媒傳熱性能好，安全性佳的特點，充分利用汽車空調(diào)的原理，通過熱負(fù)荷計算，將其小型化并布置在電池包內(nèi)，該技術(shù)方案成熟、可靠，相對水冷方案還具有成本優(yōu)勢；為解決冷芯凝露積水問題，在冷芯箱體結(jié)構(gòu)下部，設(shè)計水槽及單向出水孔，及時排出凝結(jié)水，保證電池包的安全性；隔艙化設(shè)計冷卻系統(tǒng)；為提高空氣流動的風(fēng)速，采用鼓風(fēng)機吸風(fēng)的布置方式，有效保證了使風(fēng)道末端電池模組附近氣流流速滿足冷卻換熱的要求。

實施例1

下面我們以某20ah電芯為例來設(shè)計相應(yīng)的phev電池包冷卻結(jié)構(gòu)。

首先，通過arc設(shè)備測試得到電芯的絕熱產(chǎn)熱量如表1所示。

表1

以電芯4c持續(xù)放電作為輸入條件，電池包為2p92s，因此整包理論產(chǎn)熱量為：

2×92×9441.24＝1737188.16j，放電時間為15min＝900s；計算w值如下：

1737188.16j/900s＝1930.21w。

因此，選用的蒸發(fā)器的功率帶走全部的理論產(chǎn)熱即可，本電池包中，選用2000w制冷量的蒸發(fā)器＞1930w，可以滿足制冷要求。

phev動力電池系統(tǒng)的技術(shù)要求如表2所示。

表2

為了減少副隔艙的體積，在本實施中選擇的鼓風(fēng)機的長寬尺寸均為120mm，厚度為32mm；蒸發(fā)器芯體的長度為285mm，高度為約77mm，寬度為約110mm。分風(fēng)風(fēng)道的總長度約為860mm，并且風(fēng)道的寬度為約68～144mm，高度為約27～45mm。本發(fā)明的實施例通過建立模型，模擬電池包的溫度場各個區(qū)域的溫度，求出滿足溫度的限值，確定分風(fēng)風(fēng)道的流速及各個風(fēng)口流速的溫度。根據(jù)分風(fēng)風(fēng)道的流速、風(fēng)口流速的溫度等要求，設(shè)計出了如上述所述具有入口段、過渡段和出口段的分風(fēng)風(fēng)道結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)不僅有效減少了體積，而且還有利于減少風(fēng)阻，使得溫度分布更加合理。通過cfd仿真設(shè)計計算分風(fēng)風(fēng)道內(nèi)的氣體場分布，從中看以看出在入口段風(fēng)速為12～18m/s的條件下，在出口段可維持在0.1～5.0m/s的水平。通過cfd仿真設(shè)計計算電池包內(nèi)溫度場分布，從中可以看出主隔艙內(nèi)的溫度維持在約20～45℃的水平。

對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，具體實施例只是對本發(fā)明進(jìn)行了示例性描述，顯然本發(fā)明具體實現(xiàn)并不受上述方式的限制，只要采用了本發(fā)明的方法構(gòu)思和技術(shù)方案進(jìn)行的各種非實質(zhì)性的改進(jìn)，或未經(jīng)改進(jìn)將本發(fā)明的構(gòu)思和技術(shù)方案直接應(yīng)用于其它場合的，均在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。