CN103825067A - 一种锂离子动力电池高效散热装置 - Google Patents

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陆龙生
陈维
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杨嵩
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Abstract

本发明公开了一种锂离子动力电池高效散热装置，包括能与电池紧密贴合的集热平板、内部灌注有工作液体的U型热管、散热翅片组，所述U型热管中部的弯曲段内嵌地设置在集热平板内，其两端的外伸段延伸至集热平板外，所述散热翅片组通过孔紧密地固定在U型热管外伸段上。采用本发明，可以实现锂离子电池高效散热，提高电池组各电池单体间温度均匀性，从而提高电池组使用性能，降低热失控风险，延长其使用寿命。本发明采用具有高传热系数的相变传热元件热管，其储热、散热性能好，运行可靠性高。同时，本装置具有结构简单、成本低、节能环保等优点。

Description

一种锂离子动力电池高效散热装置
 
技术领域
本发明涉及一种电动汽车动力电池技术，具体是涉及一种可提高电池散热效率的动力电池散热装置。
背景技术
锂离子动力电池因其高比能量、环保、无记忆特性等优点被广泛关注。但是，锂离子动力电池高倍率充放电过程会伴随较大的热流量，如果不能及时导出，热量将在电池内部积聚，使电池温度升高，缩短电池使用寿命、降低使用性能并影响其安全性。
此外，在实际应用中，动力电池通常以电池组密堆积的形式出现，因此各电池单体产生的热量更加容易在电池组内聚集。同时，各电池单体之间的温度差异将会导致各动力电池充放电容量出现差异。放电时，容量低的电池单体将会提前到达截止电压；充电时，这部分电池会容易产生过充。在经过多次充放电循环后，各电池单体之间的差异将会越来越大，产生恶性循环，使电池结构损坏，大大降低电池组的使用性能。
因此，各厂商越来越关注动力电池散热问题。一种用于电池散热的现行方法采用空气对流冷却，但是不能有效降低电池组温度；一种采用相变材料的散热方案，由于密封要求高，提高了制造成本，且难以保证运行的可靠性。但其散热效果高于前者。
锂离子动力电池作为汽车的动力源，往往需要提供较大的功率，因此会产生较大的热量，包括焦耳热、极化热、反应热等。由于功率要求较高，因此动力电池通常以电池组形式出现。为了使电池组结构紧凑，各电池之间紧密贴合或者靠近，这样的结构不利于电池产生的热量及时导出，特别是对于中心部位的电池。越靠近中心，空气对流散热性能越低，此时电池温度将会远高于电池最佳操作温度范围25℃至40℃。一般情况下，锂离子电池在25℃下使用寿命超过一年，而超过40℃时使用寿命将会大大缩短。同时，由于温度场在锂离子电池组内部分布不均匀，导致各电池单体充放电容量的差异，也会缩短电池寿命。本发明可以对所述。
发明内容
针对上述技术问题，本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题。
为了克服目前动力电池散热方案的不足，本发明提出一种对电池进行有效散热，并且使电池组内部温度分布均匀的锂离子动力电池高效散热装置。
      与现有散热方案相比，本发明具有散热效率高、结构简单、成本低廉、无需额外提供电能驱动等优点。本装置能够在不同安装条件下正常工作，满足电动汽车实际行驶工况要求。
      为实现如上目的，本发明采用如下技术方案：
一种锂离子动力电池高效散热装置，包括能与电池1紧密贴合的集热平板、内部灌注有工作液体的U型热管、散热翅片组，所述U型热管中部的弯曲段内嵌地设置在集热平板内， 其两端的外伸段延伸至集热平板外，所述散热翅片组通过孔紧密地固定在U型热管外伸段上。
进一步地，所述集热平板贴合电池1的外表面设置有导热硅胶层，以降低接触热阻，进一步促进集热平板和电池之间热量的传导；
进一步地，所述集热平板为长方体，且所述集热平板沿长度方向钻有两个相对底面中心轴对称的通孔，底面沿集热平板宽度方向设置有相对底面中心轴对称的槽，所述通孔和槽相互连接，形成用于内嵌U型热管的U型通道。
集热平板上述结构便于加工，降低制造成本，也利用热量的均匀传导。
进一步地，所述集热平板的材料为工业纯铝。
进一步地，所述U型热管的横截面形状为横截面形状呈圆形的烧结式吸液芯铜质热管。
进一步地，所述工作液体为水、乙醇或丙酮。
进一步地，所述散热翅片组由铝或铜为材质的平行薄片组成；各薄片沿U型热管的外伸段等距分布，且与U型热管的外伸段紧密配合。
与现有动力电池散热方案相比，本发明具有以下有益效果：
1.采用高效传热元件热管作为传热媒介。热管达到启动温度后，内部工作液体发生相变。由于液体具有高的汽化潜热，因此能够带走大量的热量。
2.与普通热管相比，U型热管蒸发段为U型，符合电池温度场分布特性。此外，U型热管理论上拥有两个冷凝段，其散热功率相当于两根热管共同作用。因此，本发明能够及时、高效地导出锂离子动力电池充放电过程中产生的热量，实现对锂离子动力电池的高效热管理。
3.集热平板表面和整个电池表面直接贴合，因此能够将电池表面的个别高热流密度热源近乎等温地展开到整个电池表面，提高电池温度场分布的均匀性。
4.本发明中热管依靠毛细力工作，因此不受散热装置安装角度影响，因此能够满足电动汽车实际运行时由于工况改变而导致的电池角度变化的要求。
附图说明
图1是本发明的散热装置立体结构示意图。
图2是散热装置局部剖视示意图。
图3是散热装置和电池单体组装示意图。
图4是电池组与散热装置组装示意图。
图中：1-电池；2-集热平板；3-U型热管；4-散热翅片组。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的发明目的作进一步详细地描述，实施例不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施例。
下面结合附图和实施对本散热装置进行具体说明。
如图1及图2所示，一种锂离子动力电池高效散热装置，包括能与电池1紧密贴合的集热平板2、内部灌注有水的U型热管3、散热翅片组4，所述U型热管3中部的弯曲段内嵌地设置在集热平板2内，作为蒸发段， U型热管3两端的外伸段延伸至集热平板2外，作为冷凝段，所述散热翅片组4通过孔紧密地固定在U型热管3外伸段上，从而将U型热管3中的热量吸收并散发到空气中去，另外，U型热管3中也可以灌入乙醇或丙酮作为工作液体。
所述集热平板2贴合电池1的外表面设置有导热硅胶层；
所述集热平板2为长方体，且所述集热平板2沿长度方向钻有两个相对底面中心轴对称的通孔，底面沿集热平板2宽度方向设置有相对底面中心轴对称的槽，所述通孔和槽相互连接，形成用于内嵌U型热管3的U型通道。
进一步地，所述集热平板2的材料为工业纯铝。
进一步地，所述U型热管3为横截面形状呈圆形的烧结式吸液芯铜质热管。
进一步地，所述散热翅片组4由铝或铜为材质的平行薄片组成；各薄片沿U型热管3的外伸段等距分布，且与U型热管3的外伸段紧密配合。
进一步地，所述U型热管3通过相变胀管与集热平板2和散热翅片组4紧密贴合，以减小接触热阻。
相变胀管具体操作方法如下：
1.加热U型热管3壁面，使壁面温度达到260至280℃；
2.保温5分钟，使U型热管3发生膨胀与集热平板2和散热翅片组4紧密贴合，然后停止加热，使热管冷却。
散热装置与电池1的一种组装方式如图3所示，本散热装置与单体电池1装配。所述电池1和集热平板2接触面间涂抹高导热系数的导热硅胶，以降低接触热阻。
电池1充放电过程产生的热量，传导至具有高导热系数的集热平板2，并进一步传导至U型热管3的蒸发段；当U型热管3温度达到其启动温度后，其内部工作液体发生相变；工作液体因其高的汽化潜热而带走蒸发段吸收的热量；工作介质到达U型热管3冷凝段后，热量由散热翅片组4表面通过与空气对流散发出去，从而使工作介质液化；工作液体因U型热管3吸液芯毛细作用重新返回蒸发段；如此循环，达到了散热的目的。
由于集热平板2采用具有高导热系数的金属加工而成，并且表面积大，因此能够消除电池1的局部热点，提高电池1温度场均匀性
散热装置与电池1的另一种组装方式如图4所示，当多个电池1和多散热装置组成电池组时，所述各散热装置结构如图1、2所示，多个电池1和集热平板4交替层叠。所述各电池1和各集热平板4接触面均涂抹导热硅胶，以降低接触热阻。电池组中各电池1产生的热量传递至与之直接接触的两集热平板2，并由U型热管3传递，最终通过散热翅片组4经空气对流传导出去，实现电池组的高效散热。
本发明所采用的U型热管启动温度，可根据不同型号的锂离子电池的最佳工作温度选择。对于常规的锂离子电池，其最佳工作温度为20℃一40℃，则U型热管3的启动温度为20℃—40℃；其它电池部分型号根据最佳工作温度，选择U型热管3启动温度与之对应。
      所述U型热管3包括蒸发段和冷凝段；蒸发段为与集热平板2内部U型槽配合的U型弯曲段；冷凝段外伸于集热平板2实体外，并且与散热翅片组4孔配合。所述U型热管3实现与集热平板2和散热翅片组
所述散热翅片组4为多片铝质散热薄片层叠而成，各铝质散热薄片沿U型热管冷凝段等距分布。
优选地，所述U型热管3采用水为工作液体的烧结式吸液芯铜质热管，启动温度为30℃，理想工作温度为30至200℃。
优选地，所述集热平板2材料为工业纯铝。
优选地，所述锂离子动力电池为平板型。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例限制。如果只用到一个或者两个电池单体时，只需要选择一个散热模块就可以满足散热需求。散热模块的数量根据实际使用中电池单体的数量进行选择。凡是利用本发明上述方法、形状、构造、装置所为之变化，皆应包含于本案之权利范围内。

Claims (7)

1.一种锂离子动力电池高效散热装置，其特征在于，包括能与电池(1)紧密贴合的集热平板（2）、内部灌注有工作液体的U型热管（3）、散热翅片组（4），所述U型热管（3）中部的弯曲段内嵌地设置在集热平板（2）内， 其两端的外伸段延伸至集热平板（2）外，所述散热翅片组（4）通过孔紧密地固定在U型热管（3）外伸段上。
2.根据权利要求1所述锂离子动力电池高效散热装置，其特征在于，所述集热平板（2）贴合电池(1)的外表面设置有导热硅胶层。
3.根据权利要求1所述的锂离子动力电池高效散热装置，其特征在于，所述集热平板（2）为长方体，且所述集热平板（2）沿长度方向钻有两个相对底面中心轴对称的通孔，底面沿集热平板（2）宽度方向设置有相对底面中心轴对称的槽，所述通孔和槽相互连接，形成用于内嵌U型热管（3）的U型通道。
4.根据权利要求1至3任一项所述的锂离子动力电池高效散热装置，其特征在于，所述集热平板（2）的材料为工业纯铝。
5.根据权利要求4所述锂离子动力电池高效散热装置，其特征在于，所述U型热管（3）为横截面形状呈圆形的烧结式吸液芯铜质热管。
6.根据权利要求1所述的锂离子动力电池高效散热装置，其特征在于，所述工作液体为水、乙醇或丙酮。
7.根据权利要求1所述的锂离子动力电池高效散热装置散，其特征在于，所述散热翅片组（4）由铝或铜为材质的平行薄片组成；各薄片沿U型热管（3）的外伸段等距分布，且与U型热管（3）的外伸段紧密配合。
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