液体换热系统结构设计

图3.1是原箱体电池包结构图，箱体内部分无关零件被压缩或透明化处理。电池在高度上呈3层排列，在水平上分为2列，2列之间用环氧板隔开，每层每列各_5块电池，共30块电池。2列电池极柱方向均为Y轴正方向，在xz面电池被挡板隔住，在xy面电池由压条固定。电池具体尺寸为297mm* 182mm*66mm，如图2.3。电池箱体给电池组在x方向两侧各有40~的间隙、在z方向均留有20mm的间隙。

本文采用非直接接触式液体换热系统，铝制多孔扁管式温控板直接和电池面接触，温控板内流动的是水和乙二醇各_50%的混合液，使其兼具换热系数高和低温防冻的特点。根据2.4.1节可知，电池沿极柱方向的导热系数特别低，而且换热面小，所以不考虑在xz面上放置温控板。另外2个方向的导热系数相同且是极柱方向导热系数的10倍，若在yz面上放置温控板，需要放置10块(扁管与1列电池接触)扁管;若在xy面上放置温控板则只需要放置4块温控板，而且电池的xy面是其最大截面，换热面积最大。所以本文选择在系统的xy面上布置2列共4块温控板，每2层电池中间布置一层温控板，即第一层和第三层电池只有一面与温控板接触。

箱体内液体换热系统整体图如图3.2所示，温控板从上到下布置分别命名为:板1、板2(左列);板3、板4(右列)。在冷却工况下，蓝色管为温控板的入口管，红色管为温控板的出口管，进出口管均布置在电池箱内的左侧，同时分流排布置在电池箱内的前段的左侧使流道较短，箱体管道的温控板内的液体工质经过分流排后即从总的进出口流出。

铝制多孔扁管原多用于平行流环保制冷剂空调系统中的平行流换热器，因其换热面积大，成本低，制冷剂使用量少，相对于传统换热器优势明显。随着电动汽车的发展，特别是1$650圆柱形电池的大规模应用，多孔扁管式温控板逐步应用在电动汽车中。本文初步采用的铝制多孔扁管式温控板结构如图3.3和3.4所示。

由图2.13可知，电池极柱侧发热较高，因此温控板的入口选择靠近电池极柱，在冷却工况时可以得到更好的效果。如图3.3，电池在Y方向尺寸为297mm，除去极耳外的尺寸为279 mm，但是扁管宽高比所限，最终选择宽度为100 mm，高5 mm的多孔挤压扁管。为了防止电池极柱所接线与温控板接触摩擦造成漏电风险，也为了减小温控板磨损，要求在Y方向温控板距离电池外沿10mm距离左右。因此，本文选择2个100mm*5 mm规格的多孔挤压扁管串联，间隙60 mm，一端用φ18mm的铝圆管连接，组成一块整体的温控板。根据Mehrndale等人的定义，温控板内单通道的当量直径为3.2mm，因此此温控板内多孔通道属于紧凑型通道，模型截面尺寸如图3.4所示，扁管规格为100mm*5 mm，通道尺寸为3.3 mm*3.17 mm，单侧有23个通道，扁管壁厚0.915mmo

对于3层2列方型锂离子动力电池结构，布置了2列2层共4块温控板，每个温控板一进一出，进出口均为焊接的外接12mm橡胶管的塔形接头，塔形接头配合环形卡箍可以有效防止漏水。对于电池包来讲，进出口越少，电池包密封性越好;对于多个温控板，串联是最简单的连接方式，但是在冷却工况中，随着液体介质从板一流入板二，其温度会逐步升高，造成板二冷却的电池整体温度高于板一冷却的电池，加大了电池组的温度不一致性，加大了电池管理BMS的难度，容易造成某个电池的过冲或过放，所以综合考虑本文选择4块温控板并联，采用如图3._5的分流排进行4块温控板间的流量分配。

图3._5是作者选用的五通分流排，五通的进出口为内丝螺纹接口，可以采购对应的外丝宝塔接头，其中四个接口用于四块连接温控板，其中一个接口用于连接电池包总的进出口，内径为温控板接管内径的1.5倍。五通水冷排在x方向和y方向均有用于固定的方型孔，方便了电池包内分流排固定件的设计。

橡胶管套在塔形接头上，再用如图3.6的紧固卡箍将橡胶管锁死，可以确保接头点不发生泄露。