一种液冷板及液冷板设计的优化方法

摘要

本申请公开了一种液冷板及液冷板设计的优化方法，液冷板包括主板体，主板体内部具有至少两个连通的流道，任意两个流道的冷却面积比与流体体积比的偏差值为a，所述a的取值范围是0≤a≤20％。流道的冷却面积体现了流道的散热需求，流道的流体体积体现了流道的散热能力，通过减小冷却面积比与流体体积比的偏差值，使得各个流道散热需求与散热能力的分配更加精准和均匀，降低各个流道间的温度差，提升液冷板的散热效果，降低电池部分区域温度过高的可能性。

权利要求

1.一种液冷板，其特征在于，包括主板体，所述主板体内部具有至少两个连通的流道，用于冷却液的循环流动，所述液冷板具有进液口和出液口，所述流道具有入流口和出流口，所述进液口与流道的入流口连通，所述出液口与流道的出流口连通，任意两个流道的冷却面积比与流体体积比的偏差值为a，所述a的取值范围是0≤a≤20％；

所述主板体具有入流集中区，所述入流集中区位于流道的入流口处，所述入流集中区一侧与进液口连通，另一侧与入流口连通；所述主板体具有出流集中区，所述出流集中区位于流道的出流口处，所述出流集中区一侧与出液口连通，另一侧与出流口连通，所述入流集中区和出流集中区隔开；

所述流道仅在入流集中区和出流集中区汇合，所述入流集中区的宽度大于在入流集中区汇合的流道的宽度的总和，所述出流集中区的宽度大于在出流集中区汇合的流道的宽度的总和。

2.如权利要求1所述的液冷板，其特征在于，所述a的取值范围是0≤a≤10％。

3.如权利要求1或2所述的液冷板，其特征在于，所述主板体包括第一板体和第二板体，所述第一板体和/或第二板体具有凸起的凸起部，所述第一板体和第二板体相互连接并围合形成至少两个连通的流道。

4.如权利要求3所述的液冷板，其特征在于，所述凸起部包括第一凸起部、第二凸起部和至少一个第三凸起部，所述第一凸起部沿所述第一板体和/或第二板体的边沿延伸，所述第二凸起部一端与第一凸起部连接并呈直线延伸，所述第三凸起部呈U形延伸，所述第一凸起部与相邻的第三凸起部围合形成至少一个流道，所述第二凸起部与相邻的第三凸起部围合形成至少一个流道，流道的入流口和出流口分别位于第二凸起部的两侧。

5.如权利要求4所述的液冷板，其特征在于，所述第三凸起部设置有至少两个，任意两相邻的第三凸起部围合形成U形的流道，所述流道的入流口和出流口分别位于第二凸起部的两侧。

6.如权利要求1或2所述的液冷板，其特征在于，所述液冷板具有至少两个耳板部，所述耳板部从主板体的边沿向外延伸，所述进液口和出液口设置在耳板部上，每个进液口和出液口与一个耳板部对应。

7.一种液冷板设计的优化方法，其特征在于，包括：

参数测量步骤：测量流道的长度L和流道宽度D，所述流道的宽度D为流道用于与动力电池接触一侧的宽度，得到各个流道的长度L1、L2…Ln与宽度D1、D2…Dn，n≥2，n为整数；

冷却面积计算步骤：通过参数测量步骤得到的参数计算流道的冷却面积A，计算公式为A＝D×L，得到各个流道的冷却面积A1、A2…An；

仿真分析步骤：通过仿真分析计算出每个流道的流体体积V1、V2…Vn；

比值计算步骤：选取任一流道为基准流道，该流道的冷却面积为基准冷却面积Ax，该流道的流体体积为基准流体体积Vx，计算每个流道与基准流道的冷却面积比K和流体体积比T，得到每个流道与基准流道的冷却面积比K1、K2…Kn以及每个流道与基准流道的流体体积比T1、T2…Tn；

计算偏差步骤：计算每个流道的冷却面积比K和流体体积比T之间的偏差值a，得到每个流道冷却面积比K和流体体积比T间的偏差值a1、a2…an；

调整步骤：调整流道的宽度D，使得偏差值a的取值范围为0≤a≤20％，a为a1、a2…an中任意一个。

8.如权利要求7所述的优化方法，其特征在于，在调整步骤中，调整流道的宽度D，使得偏差值a的取值范围为0≤a≤10％，a为a1、a2…an中任意一个。

9.如权利要求7或8所述的优化方法，其特征在于，在调整步骤中，当流道的冷却面积比T小于流体体积比K时，增大流道宽度D，以减小偏差值，当流道的冷却面积比T大于流体体积比K时，减小流道宽度D，以减小偏差值。

10.如权利要求7或8所述的优化方法，其特征在于，在调整步骤中，选择梯度值Z，每次调整时将宽度D增大或减小Z，计算并记录每次调整后的偏差值a，选择多次记录中偏差值a最小时对应的宽度D为优化宽度。

说明书

一种液冷板及液冷板设计的优化方法

技术领域

[0001] 本申请涉及电池领域，特别涉及一种液冷板及液冷板设计的优化方法。

背景技术

[0002] 液冷板常用于汽车动力电池的冷却系统。

[0003] 有的液冷板内部具有有多个流道，流道内具有流动的冷却液，动力电池通过一导热垫与液冷板紧密贴合。在进行散热工作时，动力电池将热量经过导热垫传递给液冷板，低温冷却液在液冷板内部循环流动，通过冷却液的对流换热将热量带走，实现对动力电池的散热。

[0004] 现有液冷板各个流道的宽度通常相等，但是由于各个流道的长度、形状等不同，各个流道的散热需求和散热能力的分配不够精准或均匀，容易导致不同流道间产生温差，电池部分区域温度过高的情况。

发明内容

[0005] 本申请提供一种液冷板及液冷板设计的优化方法，用以解决液冷板散热不均匀的问题。

[0006] 本申请所提供的一种液冷板，包括主板体，所述主板体内部具有至少两个连通的流道，用于冷却液的循环流动，所述液冷板具有进液口和出液口，所述流道具有入流口和出流口，所述进液口与流道的入流口连通，所述出液口与流道的出流口连通，任意两个流道的冷却面积比与流体体积比的偏差值为a，所述a的取值范围是0≤a≤20％。

[0007] 作为所述液冷板的进一步改进，a的取值范围是0≤a≤10％。

[0008] 作为所述液冷板的进一步改进，所述主板体包括第一板体和第二板体，所述第一板体和/或第二板体具有凸起的凸起部，所述第一板体和第二板体相互连接并围合形成至少两个连通的流道。

[0009] 作为所述液冷板的进一步改进，所述凸起部包括第一凸起部、第二凸起部和至少一个第三凸起部，所述第一凸起部沿所述第一板体和/或第二板体的边沿延伸，所述第二凸起部一端与第一凸起部连接并呈直线延伸，所述第三凸起部呈U形延伸，所述第一凸起部与相邻的第三凸起部围合形成至少一个流道，所述第二凸起部与相邻的第三凸起部围合形成至少一个流道，流道的入流口和出流口分别位于第二凸起部的两侧。

[0010] 作为所述液冷板的进一步改进，所述第三凸起部设置有至少两个，任意两相邻的第三凸起部围合形成U形的流道，所述流道的入流口和出流口分别位于第二凸起部的两侧。

[0011] 作为所述液冷板的进一步改进，所述主板体具有入流集中区，所述入流集中区位于流道的入流口处，所述入流集中区一侧与进液口连通，另一侧与入流口连通；所述主板体具有出流集中区，所述出流集中区位于流道的出流口处，所述出流集中区一侧与出液口连通，另一侧与出流口连通，所述入流集中区和出流集中区隔开。

[0012] 作为所述液冷板的进一步改进，所述液冷板具有至少两个耳板部，所述耳板部从主板体的边沿向外延伸，所述进液口和出液口设置在耳板部上，每个进液口和出液口与一个耳板部对应。

[0013] 本申请提供一种液冷板设计的优化方法，包括：

[0014] 参数测量步骤：测量流道的长度L和流道宽度D，所述流道的宽度D为流道用于与动力电池接触一侧的宽度，得到各个流道的长度L1、L2…Ln与宽度D1、D2…Dn，n≥2，n为整数；

[0015] 冷却面积计算步骤：通过参数测量步骤得到的参数计算流道的冷却面积A，计算公式为A＝D×L，得到各个流道的冷却面积A1、A2…An；

[0016] 仿真分析步骤：通过仿真分析计算出每个流道的流体体积V1、V2…Vn；

[0017] 比值计算步骤：选取任一流道为基准流道，该流道的冷却面积为基准冷却面积Ax，该流道的流体体积为基准流体体积Vx，计算每个流道与基准流道的冷却面积比K和流体体积比T，得到每个流道与基准流道的冷却面积比K1、K2…Kn以及每个流道与基准流道的流体体积比T1、T2…Tn；

[0018] 计算偏差步骤：计算每个流道的冷却面积比K和流体体积比T之间的偏差值a，得到每个流道冷却面积比K和流体体积比T间的偏差值a1、a2…an；

[0019] 调整步骤：调整流道的宽度D，使得偏差值a的取值范围为0≤a≤20％，a为a1、a2…an中任意一个。

[0020] 作为所述优化方法的进一步改进，在调整步骤中，调整流道的宽度D，使得偏差值a的取值范围为0≤a≤10％，a为a1、a2…an中任意一个。

[0021] 作为所述优化方法的进一步改进，在调整步骤中，当流道的冷却面积比T小于流体体积比K时，增大流道宽度D，以减小偏差值，当流道的冷却面积比T大于流体体积比K时，减小流道宽度D，以减小偏差值。

[0022] 作为所述优化方法的进一步改进，在调整步骤中，选择梯度值Z，每次调整时将宽度D增大或减小Z，计算并记录每次调整后的偏差值a，选择多次记录中偏差值a最小时对应的宽度D为优化宽度。

[0023] 本申请的有益效果：

[0024] 本申请所提供的一种液冷板，包括主板体，主板体内部具有至少两个连通的流道，任意两个流道的冷却面积比与流体体积比的偏差值为a，所述a的取值范围是0≤a≤20％。流道的冷却面积体现了流道的散热需求，流道的流体体积体现了流道的散热能力，通过减小冷却面积比与流体体积比的偏差值，使得各个流道散热需求与散热能力的分配更加精准和均匀，降低各个流道间的温度差，提升液冷板的散热效果，降低电池部分区域温度过高的可能性。

[0025] 本申请所提供的一种液冷板设计的优化方法，通过分析每个流道的冷却面积比和流体体积比的偏差值，定量判断各个流道散热需求与散热能力的分配是否达到要求，由此可以初步判断温度场的均匀情况，这样可以节约繁琐、耗时长的试错以及热场仿真分析时间，提高设计效率及设计质量。

附图说明

[0026] 图1为本申请一种实施例中液冷板的爆炸图；

[0027] 图2为本申请一种实施例中第二板体的结构示意图；

[0028] 图3为本申请一种实施例中液冷板、导热垫和电池的结构示意图；

[0029] 图4为本申请一种实施例中液冷板设计优化方法的流程图；

[0030] 图5为本申请一种实施例中优化设计前液冷板的参数表；

[0031] 图6为本申请一种实施例中优化设计后液冷板的参数表；

[0032] 图7为本申请一种实施例中优化设计前后温差随电池工作时间变化的曲线图。

[0033] 附图标记：100、主板体；110、第一板体；120、第二板体；200、耳板部；300、凸起部；310、第一凸起部；320、第二凸起部；330、第三凸起部；400、流道；410、第一流道；420、第二流道；430、第三流道；440、第四流道；450、入流口；460、出流口；500、进液口；600、出液口；800、入流集中区；900、出流集中区；1000、电池；1100、导热垫。

具体实施方式

[0034] 下面通过具体实施方式结合附图对本申请作进一步详细说明其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。

[0035] 另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。

[0036] 本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。

[0037] 实施例一：

[0038] 本实施例提供一种液冷板。

[0039] 请参考图1和图2，该液冷板包括主板体100，主板体100内部具有至少两个连通的流道400，用于冷却液的循环流动，液冷板具有进液口500和出液口600，流道400具有入流口450和出流口460，进液口500与流道400的入流口450连通，出液口600与流道400的出流口
460连通，任意两个流道400的冷却面积比与流体体积比的偏差值为a，a的取值范围是0≤a≤20％。

[0040] 流道400的冷却面积体现了流道400的散热需求，流道400的流体体积体现了流道400的散热能力，通过减小冷却面积比与流体体积比的偏差值，使得各个流道400散热需求与散热能力的分配更加精准和均匀，降低各个流道400间的温度差，提升液冷板的散热效果，降低电池部分区域温度过高的可能性。

[0041] 在一种更为具体的实施例中，a的取值范围是0≤a≤10％。在取值范围内，a的值越小，液冷板的散热效果越好。

[0042] 请参考图1-图3，在一种实施例中，主板体100包括第一板体110和第二板体120，第一板体110和/或第二板体120具有凸起的凸起部300，第一板体110和第二板体120相互连接并围合形成至少两个连通的流道400。

[0043] 通过两块板体连接形成主板体100，通过凸起部300使得主板体100内部形成至少两个流道400，结构简单，第一板体110和第二板体120成型工艺简单，易于实现。

[0044] 具体地，第一板体110和第二板体120可以通过模压成型或其他合适的成型方式，第一板体110和第二板体120间可以通过焊接或其他合适的方式连接。主板体100的材料可以使用导热性好的金属材料或其他合适的材料。

[0045] 流道400沿垂直于液体流动方向的截面可以是矩形，也可以是梯形或其他合适的形状。流道400上侧的宽度与下侧的宽度可以相同，也可以不同，流道400上侧的宽度指的是流道400用于与电池1000接触一侧的宽度，流道400下侧的宽度指的是流道400不与电池1000接触一侧的宽度。

[0046] 请参考图1和图2，在一种实施例中，凸起部300包括第一凸起部310、第二凸起部320和至少一个第三凸起部330，第一凸起部310沿所述第一板体110和/或第二板体120的边沿延伸，第二凸起部320一端与第一凸起部310连接并呈直线延伸，第三凸起部330呈U形延伸，第一凸起部310与相邻的第三凸起部330围合形成至少一个流道400，第二凸起部320与相邻的第三凸起部330围合形成至少一个流道400，流道400的入流口450和出流口460分别位于第二凸起部320的两侧。

[0047] 通过第一凸起部310将液冷板内部的空间密封，通过第一凸起部310与第三凸起部330配合以及第二凸起部320与第三凸起部330的配合在液冷板内部形成至少两条连通的流道400，通过第二凸起部320将流道400的入流口450和出流口460隔开，可以有效防止从出流口460流出的高温冷却液回流到入流口450的低温冷却液中，影响液冷板的冷却效果。

[0048] 请参考图1和图2，在一种实施例中，第三凸起部330设置有至少两个，任意两相邻的第三凸起部330围合形成U形的流道400，流道400的入流口450和出流口460分别位于第二凸起部320的两侧。

[0049] 通过增加第三凸起部330的数量，可以增加流道400的数量，方便于根据实际需求灵活地设置流道400的数量，增加的流道400呈U形，通过第二凸起部320将流道400的入流口450和出流口460隔开，可以有效防止从出流口460流出的高温冷却液回流到入流口450的低温冷却液中，影响液冷板的冷却效果。

[0050] 请参考图1和图2，在一种实施例中，主板体100具有入流集中区800，入流集中区800位于流道400的入流口450处，入流集中区800一侧与进液口500连通，另一侧与入流口
450连通；主板体100具有出流集中区900，出流集中区900位于流道400的出流口460处，出流集中区900一侧与出液口600连通，另一侧与出流口460连通，入流集中区800和出流集中区
900隔开。

[0051] 在冷却液进入液冷板时，冷却液通过进液口500进入入流集中区800，再分别流通至与入流集中区800连通的多个入流口450中，在冷却液排出液冷板时，冷却液从多个入流口450汇集到出流集中区900内，再从出流集中区900排出至液冷板外，无需针对每个入流口450和出流口460对应设置进液口500和出液口600，方便于液冷板的进液和排液工作。

[0052] 请参考图2，箭头a所示的方向为冷却液进入流道400时的流动方向，箭头b所示的方向为冷却液排出流道400时的流动方向。

[0053] 具体地，入流集中区800和出流集中区900的形状可以是矩形、扇形、梯形或其他合适的形状。

[0054] 请参考图1和图2，在一种实施例中，液冷板具有至少两个耳板部200，耳板部200从主板体100的边沿向外延伸，进液口500和出液口600设置在耳板部200上，每个进液口500和出液口600与一个耳板部200对应。

[0055] 方便于通过延伸出的耳板部200将液冷板与冷却液循环管道或其他部件连接。可以根据需要设置的进液口500和排液口数量灵活设置耳板部200的数量。

[0056] 具体地，耳板部200可以是与主板体100一体成型的，也可以是通过焊接等方式连接在主板体100上。

[0057] 请参考图3，在进行散热工作时，液冷板与电池1000之间设置有导热垫1100，通过导热垫1100将电池1000的热量均匀传导到液冷板的表面。

[0058] 实施例二：

[0059] 本实施例提供一种液冷板设计的优化方法。

[0060] 请参考图1-图4，该优化方法包括：

[0061] 参数测量步骤：测量流道400的长度L和流道400宽度D，所述流道400的宽度D为流道400用于与动力电池1000接触一侧的宽度，得到各个流道400的长度L1、L2…Ln与宽度D1、D2…Dn，n≥2，n为整数；

[0062] 冷却面积计算步骤：通过参数测量步骤得到的参数计算流道400的冷却面积A，计算公式为A＝D×L，得到各个流道400的冷却面积A1、A2…An；

[0063] 仿真分析步骤：通过仿真分析计算出每个流道400的流体体积V1、V2…Vn；

[0064] 比值计算步骤：选取任一流道400为基准流道，该流道400的冷却面积为基准冷却面积Ax，该流道400的流体体积为基准流体体积Vx，计算每个流道400与基准流道400的冷却面积比K和流体体积比T，得到每个流道400与基准流道的冷却面积比K1、K2…Kn以及每个流道400与基准流道的流体体积比T1、T2…Tn；

[0065] 计算偏差步骤：计算每个流道400的冷却面积比K和流体体积比T之间的偏差值a，得到每个流道400冷却面积比K和流体体积比T间的偏差值a1、a2…an；

[0066] 调整步骤：调整流道400的宽度D，使得偏差值a的取值范围为0≤a≤20％，a为a1、a2…an中任意一个。

[0067] 在一种实施例的调整步骤中，调整流道400的宽度D，使得偏差值a的取值范围为0≤a≤10％，a为a1、a2…an中任意一个。

[0068] 在一种实施例的调整步骤中，当流道400的冷却面积比T小于流体体积比K时，增大流道400宽度D，以减小偏差值，当流道400的冷却面积比T大于流体体积比K时，减小流道400宽度D，以减小偏差值。

[0069] 在一种实施例的调整步骤中，选择梯度值Z，每次调整时将宽度D增大或减小Z，计算并记录每次调整后的偏差值a，选择多次记录中偏差值a最小时对应的宽度D为优化宽度。

[0070] 通过设置合适的梯度值Z，可以记录到偏差值a在每次调整后的变化趋势，从而得到优选的偏差值a。

[0071] 具体地，梯度值Z可以根据现有流道400的宽度设置，例如1mm、2mm、3mm、4mm、5mm或其他合适的值，通过初步的尝试选择较优的梯度值。

[0072] 请参考图1和图2，在一种实施例中，液冷板共有4个流道400，分别按顺序标识第一流道410、第二流道420、第三流道430和第四流道440。请参考图5，优化前液冷板各流道参数如图5中表格所示。请参考图6，优化后液冷板各流道参数如图6中表格所示。请参考图7，优化前后温差随电池工作时间变化的曲线如图7所示,图7中曲线q为优化设计前的曲线，曲线h为优化设计后的曲线。

[0073] 请参考图2和图5，优化前，各流道的冷却面积与流体分配不合理，例如第四流道440的冷却面积最小，而它的流体体积却最大，冷却面积比与流体体积比偏差a可达到33％。
流体不均匀分布，会导致第四流道440的冷却能力相对过剩，带走电池热量较多，使得电池温度较低。反之，第一流道410上部的锂电池散发热量带走较少，温度较高。请参考图7，经过热场仿真分析确认，这样的流场分配会使得锂电池在整个冷却过程中温差越来越大，最大达到5.4℃，超过设计要求的5℃。

[0074] 请参考图2和图5，优化前的设计中，4个流道宽度相近，而第一流道410最长，所以其流阻最大、流体体积最小。调整时可以减少第一流道410的流阻，或者增加其余流道流阻，流体体积越大的流道，流阻需要增加越多。第四流道440冷却面积最小、流体体积最大，调整时可以增加第四流道440的流阻，或者减少除第四流道440外其余流道的流阻。具体地，可以通过增大流道的宽度D来减小流阻，通过减小流道的宽度D来增大流阻。可以选择1mm、2mm、3mm、4mm、5mm或其他合适的值作为调整宽度D的梯度。调整宽度后，通过流场仿真，分析流体体积的分布，并计算出调整后的偏差值，通过多次调整，得到多组偏差值，从多组偏差值中选择较优的偏差值。

[0075] 请参考图2和图6，对偏差值进行优化设计后，从第一流道410到第四流道440的冷却面积逐渐减小，而每个流道400的流体体积也是逐渐减小的，并且每个流道400的冷却面积比和每个流道400的流体体积比基本可以吻合，偏差不大，各流道400偏差值中最大的只有8％。

[0076] 请参考图7，最后通过热场仿真验证设计效果，在高温高速爬坡(90km/h+7.2％坡道)工况中，仿真结果显示电池1000之间的最大温差为3.9℃，满足了设计的5℃要求。优化后，锂电池1000温差降低了1.5℃，降低了约28％，效果明显。

[0077] 以上内容是结合具体的实施方式对本申请所作的进一步详细说明，不能认定本申请的具体实施只局限于这些说明。对于本申请所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。