CN103367836A - 一种基于烧结热管的动力电池热管理系统 - Google Patents

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李复活
汪双凤
成松
饶中浩
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Abstract

本发明公开了一种基于烧结热管的动力电池热管理系统，包括模块箱体、模块箱体顶盖，在模块箱体内放置有至少两个电池组单体壳体，每个电池组单体壳体内放置有两块以上由电池单体串连或者并联构成的电池模块组，其中，所述每两块电池单体之间设有呈排状的烧结热管，所述烧结热管分为蒸发端和冷凝端，所述蒸发端设在电池单体表面，所述冷凝端伸出电池单体表面之外。本发明具有散热量大、散热效率高、加工简单的特点，能高效的解决动力电池高温散热、低温加热保温以及热量循环利用的技术问题。

Description

一种基于烧结热管的动力电池热管理系统
技术领域
本发明涉及一种动力电池热管理系统，尤其涉及一种基于烧结热管的动力电池热管理系统。 
背景技术
随着能源危机与环境污染等问题的日益突出，以及世界各国对节能减排与环保认识的不断加深，依靠动力电池驱动的电动汽车与混合动力汽车等电动设备必然成为清洁能源发展的趋势。尤其是电动汽车，通过动力电池提供动力，无污染物排放，同时比燃油车更具经济性，已引起世界范围内的普遍重视。由于动力电池在充放电过程中，内部化学反应复杂，尤其是大尺寸以及大电流放电过程中，电池内部迅速产生大量的热，热量的堆积必然引起电池温度升高，进而使电池性能下降，甚至可能会出现漏液、放气、冒烟等现象，严重时电池发生剧烈燃烧且发生爆炸，影响整车性能。因此，动力电池严重制约着电动汽车等的发展。
近年来，电池热管理的迫切需求已引起许多电动汽车生产厂商和电池制造商的关注，目前，市场上动力电池普遍都采用最为简单的空气冷却方式，极少采用其它的冷却方式。专利号为ZL200920055746.7 和ZL200920060473.5的中国实用新型专利公开了带有相变材料与高效散热的两种动力电池装置，两种方式均有一定的热管理效果，但前者相变材料的热量仅通过电池箱体板与外界交换，后者加工制作比较麻烦。公开号CN201646430U公开了一种车用电池散热模块，该模块散热装置流道并未考虑动力电池充放电时产热机理，散热效果优先，且未考虑到热量的再利用。公开号CN201421869公开了一种包括散热器、热电元件及热管的电池散热装置，该装置中所用热管已插入方式与收容架接触，热阻较大，且散热能力优先，同样未考虑电池产热特性以及热量循环利用。
发明内容
由鉴于此，本发明的目的是提供一种基于烧结热管的动力电池热管理系统，具有散热量大、散热效率高、加工简单的特点，能高效的解决动力电池高温散热、低温加热保温以及热量循环利用的技术问题。  
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种基于烧结热管的动力电池热管理系统，包括模块箱体、模块箱体顶盖，在模块箱体内设有至少两个电池组单体壳体，每个电池组单体壳体内放置有两块以上由电池单体串连或者并联构成的电池模块组，其中，所述每两块电池单体之间设有呈排状的烧结热管，所述烧结热管分为蒸发端和冷凝端，所述蒸发端设在电池单体表面，所述冷凝端伸出电池单体表面之外。 
作为优选，所述模块箱体内底部设有固定电池组单体壳体的凸块。
作为优选，所述模块箱体顶盖为多孔平板或实心密封平板。 
作为优选，所述蒸发端通过导热板与电池单体表面粘合。
作为优选，所述模块箱体两端的冷凝端伸出模块箱体外部。
作为优选，所述呈排状的烧结热管，由一端至另一端之间的排序间隔为逐渐增大或者逐渐变小。 
作为优选，所述烧结热管由高导热铜材或者轻质高导热铝材制成。
作为优选，所述模块箱体内填充有液体或固体相变材料。
作为优选，所述模块箱体顶盖以及模块箱体均为密封的实心平板，所述模块箱体开设有流体入口和流体出口。
本发明的有益效果为：
本发明通过各种热管尤其是烧结热管与电池的巧妙结合，将电池热量通过烧结热管等传递到电池本体外的环境中去，其中烧结热管或其它热管均依据电池产热的不均衡性合理设计，具有散热量大，散热效率高，加工简单等优点，能高效的解决动力电池高温散热、低温加热保温以及热量循环利用等各种问题。
本发明的模块箱体可根据内部填充是固体还是液体等选择实心平板或多孔平板等加工制作，同时，模块箱体底部的凸块等可与模块箱体整体铸造而成，既能紧固电池又结构简单。烧结热管的冷凝端可根据箱体结构选择是包裹在模块箱体内部还是伸出模块箱体，电池模块组整体散热功能可与整车设计相匹配。 
本发明具有高效、节能、环保、结构简单、成本低、安装方便、运行稳定且可靠，功能多样化等优点。在无需外力或无需额外电池电能消耗、各种充放电情况下，对动力电池进行高效热管理，包括散热、加热、工作温度控制、余热循环利用等，适用于各种依靠动力电池驱动的电动设备，具有广阔的市场前景。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书或者附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
图1为本发明基于烧结热管的动力电池热管理系统的结构示意图；
图2图1的俯视结构示意图；
图3是本发明采用多孔平板箱体顶盖时的俯视结构示意图；
图4是本发明电池组单体壳体与电池模块组的结构示意图；
图5是本发明电池单体表面布局的烧结热管结构示意图；
图6是本发明烧结热管结构示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
如图1、图2所示，本系统包括模块箱体4、模块箱体顶盖2，在模块箱体4内放置有至少两个电池组单体壳体6，每个电池组单体壳体6内放置有至少两块以上由电池单体1串连或者并联构成的电池模块组，所述每块电池单体1的表面分布有排状的烧结热管3。如图5所示，烧结热管3分为蒸发端8和冷凝端9，蒸发端8与电池单体1表面贴合，冷凝端9伸出电池单体1表面之外。对于冷凝端非自然对流换热时，可不设置如图2所示的电池组单体壳体6。本系统在无需额外动力的情况下，通过烧结热管3将电池单体产生的热量转移到电池模块外部环境中，对电池进行高效的热管理。
图2所示，电池单体1可采用铅酸电池、镍氢电池、锂离子电池等所有类型在充放电过程中有热量产生的电池与动力电池；电池组单体壳体6起隔开烧结热管3的蒸发端8和冷凝端9的作用，避免冷凝端热量回流。
如图1所示，模块箱体4的内底部设置有凸块5，起到紧固电池模块组的作用。该凸块5可与模块箱体4为一整体铸造而成，也可分离成不同块状，根据模块箱体4整体的尺寸具体设计与安装。 
如图2和图4所示，所述蒸发端8与导热板粘合，然后直接接触电池单体1表面，通过在接触部位填充具有高导热系数的导热粘合剂7与电池单体1表面粘合。导热粘合剂7和导热板起固定烧结热管3和增大电池单体1与烧结热管3接触面积的作用。具有高导热系数的导热粘合剂包括常用绝缘以及非绝缘导热粘合剂、以及在这些导热粘合剂添加纳米铜粉等金属纳米级微米级各种级别颗粒或粉末，或添加碳纳米管、石墨等非金属系高导热纳米级微米级各种级别粒子或粉末，制备成具有高导热系数的导热粘合剂。
如图1、图5、图6所示，可在模块箱体4内填充有液体或固体相变材料，包括：水以及其中掺杂微胶囊、纳米胶囊相变材料的液体、浆体材料，以及石蜡、基于石蜡的各种固体液体等相变材料；通过在模块箱体4内填充的各类液体或各类相变材料吸热或放热，在电池单体1各种充放电情况下，维持其合适的温度范围，包括低温下的加热与保温等；烧结热管3的蒸发端8直接接触与各类液体或者各类相变材料接触将电池产生的热量循环利用，包括用于电动汽车或混合动力车车厢内的暖通、余热发电等。当模块箱体内填充有液体或固体相变材料时，模块箱体的顶盖以及模块箱体均为密封的实心平板，模块箱体开设有流体入口和流体出口。
如图3所示，所述模块箱体4的箱体顶盖2为多孔平板。但根据工艺要求可采用实心密封平板。采用实心平板时，用于电池余热循环利用；采用多孔平板时，结合电池模块组在电动设备中安装位置，用于依靠各种流体加速散热的热管理系统；即如果模块箱体和模块箱体顶盖均由多孔平板组合而成，适用于各种散热环境尤其是对散热要求较高的环境。 
如图5所示，根据电池单体尤其大尺寸电池的产热不均衡特性，烧结热管3两段折叠向上，冷凝段通过重力重力冷凝回流。对于正负极热量分布差异明显的电池，烧结热管3由一端至另一端之间的排序间隔可逐渐增大或者逐渐变小，呈渐变梯度分布，在减少耗材同时满足散热需求。烧结热管3由高导热铜材或者轻质高导热铝材制成。热管在电池表面的排列方式依据不同电池的但热特性而排列或布置。
电池组单体两端的冷凝端可伸出电池组单体外部，伸出电池单体的冷凝端9可以设计依靠汽车行驶是空气横掠而强化散热的作用。电池充放电时，烧结热管3的蒸发端8吸收电池产生的热量，通过冷凝端9将热量放出，为强化散热，位于模块箱体4两端的冷凝端9可穿过模块箱体4的外部，且箱体顶盖2以及模块箱体4均为多孔平板组成时，利用电动汽车等行进中的空气横掠冷凝端9加速热量传递。在高温环境中，其热量可用于余热发电小型装置；在低温环境中，其热量可作为辅助加热措施为电动汽车车厢供暖。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种基于烧结热管的动力电池热管理系统，包括模块箱体、模块箱体顶盖，在模块箱体内放置有至少两个电池组单体壳体，每个电池组单体壳体内设有两块以上由电池单体串连或者并联构成的电池模块组，其特征在于：所述每两块电池单体之间设有呈排状的烧结热管，所述烧结热管分为蒸发端和冷凝端，所述蒸发端设在电池单体表面，所述冷凝端伸出电池单体表面之外。
2.根据权利要求1所述的一种基于烧结热管的动力电池热管理系统，其特征在于：所述模块箱体内底部设有固定电池组单体壳体的凸块。
3.根据权利要求1所述的一种基于烧结热管的动力电池热管理系统，其特征在于：所述模块箱体顶盖为多孔平板或实心密封平板。
4.根据权利要求1所述的一种基于烧结热管的动力电池热管理系统，其特征在于：所述蒸发端通过导热板与电池单体表面粘合。
5.根据权利要求1所述的一种基于烧结热管的动力电池热管理系统，其特征在于：所述模块箱体两端的冷凝端伸出模块箱体外部。
6.根据权利要求1所述的一种基于烧结热管的动力电池热管理系统，其特征在于：所述呈排状的烧结热管，由一端至另一端之间的排序间隔为逐渐增大或者逐渐变小。
7.根据权利要求1所述的一种基于烧结热管的动力电池热管理系统，其特征在于：所述烧结热管由高导热铜材或者轻质高导热铝材制成。
8.根据权利要求1所述的一种基于烧结热管的动力电池热管理系统，其特征在于：所述模块箱体内填充有液体或固体相变材料。
9.根据权利要求8所述的一种基于烧结热管的动力电池热管理系统，其特征在于：所述模块箱体顶盖以及模块箱体均为密封的实心平板，所述模块箱体开设有流体入口和流体出口。
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