一种换热板及电池模组

本发明涉及电池热管理，尤其涉及一种换热板及电池模组。

背景技术：

1、锂离子电池具有循环寿命长、自放电率低、能量密度高等优点，被广泛用作电动汽车的动力源。然而，锂离子电池对温度非常敏感，相关文献表明，锂离子电池的最佳工作温度为20～40℃，而且电池组的温差应控制在5℃以下。电池温度过高是会发生热失控，温度过低时会形成锂枝晶，严重影响电池的安全性、可靠性和有效性。因此，为了适应复杂的车载环境，迫切需要电池热管理系统来保持电池模组的最佳工作温度和温度均匀性。

2、目前，已经开发出了不同类型的电池热管理系统，主要分为主动系统和被动系统两大类，包括空气冷却、液体冷却、相变材料冷却和热管冷却。其中空气冷却因其设计简单、成本低、维护要求简单而广泛应用于电动汽车。但空气冷却无法满足高放电率和或高工作温度下的热管理需求。相变材料冷却因其经济性好、结构简单、无额外能耗等优点而受到广泛关注和研究，但由于工作介质的热导率仍然太低，无法实现有效的传热和热管理，且成本昂贵并没有广泛应用在电池热管理系统中。热管冷却因其具有高导热性能做到高效散热和精确的温度控制，但其设计和维护成本较高，且受工作温度限制。相比之下，液体冷却不仅具有高效的散热能力，且能应用在高温的工作环境下。能为目前电动汽车亟需大倍率充放电的重大需求提供较好的解决方案。

3、目前在电池热管理系统设计的过程中，往往需要考虑它解决散热问题时所需要的的功耗，从而增加电动汽车的续航里程。而液冷系统是通过水泵来实现换热介质的循环流动，水泵的功耗对电动汽车续航里程具有重大的影响。目前，传统液冷电池热管理系统中大多采用的换热板方式，而换热板因流道结构的局限性无法同时满足液冷系统散热和泵浦功耗的双层功能需求，即一方面换热板的无法实现对电池模组换热均温性，另一方面换热板的整体压降偏大，导致热管理系统中水泵功耗增大，从而无法满足电池热管理系统低能耗、温控均衡的需求。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提出了一种换热板及电池模组，在保持电池模组内的温度一致性的同时，能够降低换热板进出口压降，从而节约水泵驱动冷却液循环流动的功耗，进而提高能源有效利用效率。

2、本发明的技术方案是这样实现的：

3、一方面，本发明提供了一种换热板，其包括流道板及盖板，所述流道板表面凹陷形成有液体腔，所述盖板设置于流道板表面并与液体腔外周形成密封，所述流道板或盖板沿液体流动方向设置有与液体腔相连通的进液口和出液口；

4、所述液体腔内固定设置有多个蜂窝状排布的扰流结构，扰流结构的顶部与盖板的底面相接触，每个扰流结构由中央的扰流柱和至少一圈同心环绕在扰流柱外侧的环形凸起构成，所述扰流柱和环形凸起均为正六边形结构，各圈环形凸起同扰流柱边缘保持边对边的平行排布，环形凸起与扰流柱之间以及多圈环形凸起之间均设置有第一流道，相邻两个扰流结构最外圈的环形凸起之间具有第二流道，每个环形凸起在水平方向的两个端点处分别开设有导流口，导流口与第一流道及第二流道相连通。

5、在上述技术方案的基础上，优选的，各所述环形凸起的的壁厚相同。

6、在上述技术方案的基础上，优选的，各所述导流口的开口方向平行于液体流动方向，并与相邻扰流结构之间的第二流道相对应。

7、进一步，优选的，所述导流口和第二流道的宽度相同。

8、更进一步，优选的，所述第一流道和第二流道的宽度相同。

9、在上述技术方案的基础上，优选的，所述流道板与盖板相连接的一面沿液体流动方向设置有向上的倾斜角度，所述盖板底面与流道板表面倾斜配合。

10、优选的，所述倾斜角度为0.1°～1°。

11、在上述技术方案的基础上，优选的，所述液体腔包括沿液体流动方向顺次设置的进液腔、分流腔及出液腔，所述进液口和进液腔相连通，出液口和出液腔相连通，多个蜂窝状排布的扰流结构设置在分流腔中。

12、优选的，所述分流腔内壁与其相邻的扰流结构之间具有第三流道，所述第三流道和第一流道的宽度相同。

13、第二方面，本发明还公开了一种电池模组，包括多个单体电池及如所述的换热板，多个单体电池层叠排布在换热板的盖板表面。

14、本发明相对于现有技术具有以下有益效果：

15、(1)本发明公开的换热板，结合了流线型流道平面和蜂窝状结构，创造了复杂但有序的流动路径，提高了流体与换热板接触面的湍流程度，这促使热量沿着高效路径传递，提升了整体热交换效率。在此基础上，每个扰流结构的环形凸起与扰流柱的平行排布和同心配置使得第一流道之间的距离相等，有助于统一流体流速，避免出现速度峰值或低谷，从而降低了热量集中区域的形成几率，实现了更加均衡的温度分布。同时，这种结构有利于当流体移动到扰流结构之间时，能够通过精心设计的第二流道平稳过渡，进一步降低压降，因为连续且均等的流道减少了流动中的阻力和控制了流体的加速度，避免了由于流体流动状态突变而产生的额外压力损失。再加上每个环形凸起端点的导流口的存在，流体可以更灵活地在不同流道间切换，保持了进出液动态的协调性。这全面的设计不仅降低了液体进出时的压力损耗，还确保了温度场在整个换热板的液体腔中的一致性，有效提高热交换的质量和系统的稳定性。

16、(2)具备相同壁厚的环形凸起为换热板提供了结构上的均一性以及热管理上的均衡，使得其在热交换场合下能够有效提升热稳定性和能效。

17、(3)导流口的平行设计与流体流动方向的一致性以及其与第二流道的直接对应布局增强了换热板的流体动力效率和热交换均衡性，这使换热板的整体性能得到优化。

18、(4)第一流道和第二流道宽度的一致性有利于实现高效、稳定并且均匀的流体流动与热交换，减少因流道设计不当造成的压降和热分布不均，提升了换热板在使用过程中的整体性能。

19、(5)通过流道板表面沿液体流动方向设置倾斜角度提供了一个流体动力与热力学相结合的设计，随着液体流动方向上扰流结构的逐渐增高，可以在液体逐步加热、势能增加的同时，通过增大流道截面积来调节流体的势能和动能，减小流体动力学压降，同时降低由于流速差异造成的局部热分布不均匀性。

技术特征：

1.一种换热板，其包括流道板(1)及盖板(2)，所述流道板(1)表面凹陷形成有液体腔(10)，所述盖板(2)设置于流道板(1)表面并与液体腔(10)外周形成密封，所述流道板(1)或盖板(2)沿液体流动方向设置有与液体腔(10)相连通的进液口(12)和出液口(13)；

2.如权利要求1所述的换热板，其特征在于：各所述环形凸起(142)的的壁厚相同。

3.如权利要求2所述的换热板，其特征在于：各所述导流口(1421)的开口方向平行于液体流动方向，并与相邻扰流结构(14)之间的第二流道(l2)相对应。

4.如权利要求3所述的换热板，其特征在于：所述导流口(1421)和第二流道(l2)的宽度相同。

5.如权利要求4所述的换热板，其特征在于：所述第一流道(l1)和第二流道(l2)的宽度相同。

6.如权利要求5所述的换热板，其特征在于：所述流道板(1)与盖板(2)相连接的一面沿液体流动方向设置有向上的倾斜角度，所述盖板(2)底面与流道板(1)表面倾斜配合。

7.如权利要求6所述的换热板，其特征在于：所述倾斜角度为0.1°～1°。

8.如权利要求5或7所述的换热板，其特征在于：所述液体腔(10)包括沿液体流动方向顺次设置的进液腔(101)、分流腔(102)及出液腔(103)，所述进液口(12)和进液腔(101)相连通，出液口(13)和出液腔(103)相连通，多个蜂窝状排布的扰流结构(14)设置在分流腔(102)中。

9.如权利要求8所述的换热板，其特征在于：所述分流腔(102)内壁与其相邻的扰流结构(14)之间具有第三流道(l3)，所述第三流道(l3)和第一流道(l1)的宽度相同。

10.一种电池模组，其特征在于：包括多个单体电池(3)及如权利要求1至9任一项所述的换热板，多个单体电池(3)层叠排布在换热板的盖板(2)表面。

技术总结本发明提出了一种换热板及电池模组，涉及电池技术领域，其包括流道板及盖板，流道板表面凹陷形成有液体腔，液体腔内固定设置有多个蜂窝状排布的扰流结构，扰流结构由中央的扰流柱和至少一圈同心环绕在扰流柱外侧的环形凸起构成，扰流柱和环形凸起均为正六边形结构，各圈环形凸起同扰流柱边缘保持边对边的平行排布，环形凸起与扰流柱之间以及多圈环形凸起之间均设置有第一流道，相邻两个扰流结构最外圈的环形凸起之间具有第二流道，每个环形凸起在水平方向的两个端点处分别开设有与第一流道及第二流道相连通的导流口。本发明不仅降低了液体进出时的压力损耗，还确保了温度场在整个换热板的液体腔中的一致性，有效提高热交换质量和系统的稳定性。技术研发人员：汪朝晖,熊肖,张博文,周子杨,高全杰,王红霞受保护的技术使用者：武汉科技大学技术研发日：技术公布日：2024/11/14