CN104143669A - 一种具有超薄轻量级散热装置的动力电池 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有超薄轻量级散热装置的动力电池，包括至少2组电池组和箱体，所述电池组放置于箱体内，相邻2组电池组之间设置有散热装置，所述散热装置包括金属基板、金属盖板、弯管和相变材料包，所述金属盖板的边缘与金属基板的边缘密封连接，且所述金属盖板和金属基板形成蒸发腔，所述蒸发腔内填充有工质，所述弯管的2个开口端均与蒸发腔连通，所述弯管的上端穿出箱体；在相邻2组电池组中，所述金属基板紧贴其中一个电池组表面，所述相变材料包的一侧面紧贴金属盖板和弯管下端，所相变材料包的另一侧面紧贴另一个电池组表面。本发明降低了接触热阻，提高了散热效果和散热效率，同时均温性好，避免了动力电池的局温度过高。

Description

一种具有超薄轻量级散热装置的动力电池

技术领域

本发明涉及动力电池，具体涉及一种具有超薄轻量级散热装置的动力电池。

背景技术

汽车保有量的持续增长与能源资源巨大消耗以及生态环境不断恶化等问题之间的矛盾带动了新能源汽车尤其是电动汽车行业的飞速发展。而制约电动汽车快速发展和广泛应用的关键因素就是电池的安全性和可靠性。在使用过程中，电池内部产热快且产热量大，在正常运行(0.5C-1.0C放电倍率)工况下，单片电池产热速率达到10W，在上坡、启动或加速等(1.0C-3.0C放电倍率)极端工况下，单片电池的产热速率可增至46W。电池温度上升引发其性能下降，甚至出现漏液、着火、失效等情况，严重时发生剧烈燃烧或爆炸，引发安全事故和人身伤亡。因此，动力电池严重制约着电动汽车等的发展。因此电动汽车动力电池系统需要配备高效的散热措施。目前在动力电池热管理系统的研究中，已采用热管类型主要是回路型重力热管，脉动热管和烧结热管。

当汽车的动力电池采用上述的热管进行散热时，存在以下缺陷：1、热管与动力电池的接触面积少，散热效果差，且均温性差，导致动力电池局部温度较高；2、热管内的工质遇到的阻力较大，无法迅速启动，散热效率低，从而容易造成电池损坏；3、热管需要向管填充材料烧结毛细结构，这结构复杂，加工难度大，重量较大，体积大；4、热管多为圆形管，而动力电池大多为方形，这造成热管与动力电池的贴合度不高，且安装不方便；5、同一热管仅应用于同一型号的动力电池，这造成热管的通用性差。

发明内容

本发明的目的是为了克服以上现有技术存在的不足，提供了一种结构简单、合理，散热效率高、安装方便的具有超薄轻量级散热装置的动力电池。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：本具有超薄轻量级散热装置的动力电池，包括至少2组电池组和箱体，所述电池组放置于箱体内，相邻2组电池组之间设置有散热装置，所述散热装置包括金属基板、金属盖板、弯管和相变材料包，所述金属盖板的边缘与金属基板的边缘密封连接，且所述金属盖板和金属基板形成蒸发腔，所述蒸发腔内填充有工质，所述弯管的2个开口端均与蒸发腔连通，所述弯管的上端穿出箱体；在相邻2组电池组中，所述金属基板紧贴其中一个电池组表面，所述相变材料包的一侧面同时紧贴金属盖板和弯管下端，所相变材料包的另一侧面紧贴另一个电池组表面。

上述结构中，主要由金属基板、金属盖板和弯管构成环路热管，而且金属基板和金属盖板构成蒸发腔，蒸发腔成板状结构，弯管露出箱体的上端作为冷凝部。则蒸发腔与电池组中单体动力电池很好的贴合，提高散热效率，且还方便安装。同时，再将环路热管与相变材料包结合，两者共同对电池组进行散热，这进一步提高了散热效率。相变材料包不仅增大了该散热装置的被动控温效果，而且既能解决动力电池高温散热、又能实现低温加热保温。

优选的，为保证良好的毛细作用力及提高散热效率，所述金属基板的两端分别设有第一凹槽和第二凹槽，所述金属基板的中部设有多个第三凹槽，多个所述第三凹槽平行排列形成具有毛细作用力的通道，此通道的两端分别连通第一凹槽和第二凹槽；所述金属盖板同时覆盖第一凹槽、第二凹槽和第三凹槽；所述弯管的2个开口端分别与第一凹槽和第二凹槽连通，所述通道与电池组正对设置。

优选的，为提高结构的紧凑性，且所述第三凹槽和第一凹槽垂直设置，同时所述第三凹槽与第二凹槽垂直设置。此结构保证了金属基板被充分利用，这使第三凹槽排列紧凑；同时，第三凹槽紧密排列时还保证第三凹槽形成通道具有良好的毛细作用力，从进一步提高了散热效率及保证及时启动。

优选的，所述第三凹槽的槽宽为1mm～5mm，所述第三凹槽的槽深为0.4mm～0.8mm；在相邻2个所述第三凹槽之间具有分隔部，此分隔部的宽度为1mm～5mm，所述第一凹槽的槽深、第二凹槽的槽深和第三凹槽的槽深均相等。此设计，第三凹槽的宽度较小，从而可使通道具有很好的毛细作用。同时，槽深一样也保证了工质可顺畅流动。

优选的，为减少变形，所述第一凹槽和第二凹槽中均设有多个突起，多个突起均匀分布；所述多个突起均与金属盖板焊接。

优选的，所述突起的截面呈方形或圆形。具体的，突起的截面形状还可为其他形状，而不局限于上述的两种。

所述金属基板设有与蒸发腔连通的注液口。注液口用于向蒸发腔注入或倒出工质，则工质可进行更换，以适应不同的需要。通过注液口注入的工质为水、乙醇和丙醇等中的一种。

优选的，为进一步提高散热效率及方便安装，所述散热装置还包括翅片组件，所述翅片组件包括翅片座和多张翅片，多张所述翅片均固定于翅片座的一侧面，所述翅片座的另一侧面设有安装槽，所述弯管嵌入安装槽，同时所述弯管与翅片座的另一侧面焊接。

优选的，所述相变材料包包括密封的包体和放置于包体内的相变材料，所述相变材料为石蜡。采用密封的包体封装相变材料，不易泄露，提高了安全性。

优选的，为方便安装和维护，所述箱体包括顶盖和底箱，所述顶盖盖住底箱的上端，形成用于放置电池组的容纳腔，所述顶盖设有被弯管穿过的通孔。

本发明相对于现有技术具有如下的优点：

1、本发明中的动力电池采用了新型的散热装置，此散热装置包括金属基板、金属盖板、弯管和相变材料包，金属基板和金属盖板构成板状的蒸发腔，则蒸发腔与动力电池之间的贴合面积大，而且采用了相变材料包增加了蒸发腔与动力电池之间的贴合度，大大降低了接触热阻，提高了散热效果和散热效率，同时均温性好，避免了动力电池的局温度过高。

2、本发明中散热装置的蒸发腔内设有多个第三凹槽构成的具有毛细作用力的通道，利用此通道代替传统热管烧结形成的毛细结构，则工质在通道内受到的流动阻力小，使其能迅速启动，提高了散热效率，从而避免动力电池因温度过高造成损坏。

3、本发明中金属基板第一凹槽、第二凹槽和第三凹槽均可采用铣床加工，金属盖板的边缘与金属基板的边缘密封连接，且金属盖板同时覆盖第一凹槽、第二凹槽和第三凹槽，从而形成蒸发腔，这不需要像传统的热管进行填充、烧结等工序，因此加工工序少、简单，降低了制造成本，同时还具有重量轻、体积小等的特点。

4、本发明中散热装置的蒸发腔主要由板状的金属基板和金属盖板等构成，且金属基板和金属盖板的表面平滑，则金属基板与动力电池的贴合度高这非常方便散热装置的安装和维护。

5、本发明中的散热装置具有紧凑高效、节能、环保、结构简单、成本低、体积小、安装方便、运行稳定且可靠等特点，适用于各种型号的动力电池，通用性好。

附图说明

图1是本发明的具有超薄轻量级散热装置的动力电池的结构示意图。

图2是本发明的超薄轻量级环路热管的正视图。其中，金属盖板和翅片组件没画出。

图3是图2中A处的局部放大图。

图4是本发明金属基板仰视方向的局部示意图。

图5是本发明翅片组件的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

如图1至图5所示的具有超薄轻量级散热装置的动力电池，包括至少2组电池组11和箱体12，所述电池组11放置于箱体12内，相邻2组电池组11之间设置有散热装置，所述散热装置包括金属基板1、金属盖板、弯管2和相变材料包13，所述金属盖板的边缘与金属基板1的边缘密封连接，且所述金属盖板和金属基板1形成蒸发腔，所述蒸发腔内填充有工质，所述弯管2的2个开口端均与蒸发腔连通，所述弯管2的上端穿出箱体12；在相邻2组电池组11中，所述金属基板1紧贴其中一个电池组11表面，所述相变材料包13的一侧面同时紧贴金属盖板和弯管2下端，所相变材料包13的另一侧面紧贴另一个电池组11表面。

工质采用水、乙醇或丙醇中的任意一种。通过注液口7向蒸发腔充液，充液率为蒸发腔的1～2倍，本实施例优选1.5倍。当完成充液后，使用真空设备对蒸发腔和弯管2的内腔进行抽真空，接着封闭注液口7。而金属基板1和金属盖板使用的金属材料为铜，利用铜的高导热性。

为保证良好的毛细作用力及提高散热效率，如图2所述金属基板1的两端分别设有第一凹槽3和第二凹槽4，所述金属基板1的中部设有多个第三凹槽5，多个所述第三凹槽5平行排列形成具有毛细作用力的通道6，此通道6的两端分别连通第一凹槽3和第二凹槽4；所述金属盖板同时覆盖第一凹槽3、第二凹槽4和第三凹槽5；所述弯管2的2个开口端分别与第一凹槽3和第二凹槽4连通，所述通道6与电池组11正对设置。通道6与电池组正对设置，这使通道中的液态工质与电池组11之间的距离短，则热量的传递距离短，进一步提高散热效率。

为提高结构的紧凑性，所述第三凹槽5为矩形槽，且所述第三凹槽5和第一凹槽3垂直设置，同时所述第三凹槽5与第二凹槽4垂直设置。此结构保证了金属基板1被充分利用，这使第三凹槽5排列紧凑；同时，第三凹槽5紧密排列时还保证第三凹槽5形成通道6具有良好的毛细作用力，从进一步提高了散热效率及保证散热工作及时启动。

所述第三凹槽5的槽宽为3mm，所述第三凹槽5的槽深为0.6mm；在相邻2个所述第三凹槽5之间具有分隔部10，此分隔部10的宽度为3mm，所述第一凹槽3的槽深、第二凹槽4的槽深和第三凹槽5的槽深均相等。此设计，第三凹槽5的宽度较小，从而可使通道具有很好的毛细作用。同时，第一凹槽3、第二凹槽4和第三凹槽5这三者的槽深一样也保证了工质可顺畅流动。

为减少变形，如图2所示，所述第一凹槽3和第二凹槽4中均设有多个突起8，多个突起8均匀分布；所述多个突起8均与金属盖板焊接。为方便加工，此突起8的截面呈方形。如图2所示，位于第一凹槽3中的多个突起8均匀分布成3行，而位于第二凹槽4中的多个突起8分成2组，其中一组以一行的形式均匀分布第二凹槽4的下侧，而另一组以2行为一单元，2个单元分布位于第二凹槽4的左、右两端。

如图2所示，所述金属基板1设有与蒸发腔连通的注液口7。注液口用于向蒸发腔注入或倒出工质，则工质可进行更换，以适应不同的需要。且此蒸发腔位于金属基板的上端右侧。

为进一步提高散热效率及方便安装，如图1和图5所示，所述散热装置还包括翅片组件9，所述翅片组件9包括翅片座91和多张翅片92，多张所述翅片92均固定于翅片座91的一侧面，所述翅片座91的另一侧面设有安装槽911，所述弯管2嵌入安装槽911，同时所述弯管2与翅片座91的另一侧面焊接。

如图1所示，所述相变材料包13包括密封的包体和放置于包体内的相变材料，所述相变材料为石蜡。采用密封的包体封装相变材料，不易泄露，提高了安全性。

为方便安装和维护，如图1所示，所述箱体12包括顶盖121和底箱122，所述顶盖121盖住底箱122的上端，形成用于放置电池组11的容纳腔，所述顶盖121设有被弯管2穿过的通孔14。

在实际工作中，如图2，位于金属基板1上端的为第一凹槽3，第一凹槽3用于集气，而位于金属基板1下端的为第二凹槽4，第二凹槽4用于储液。当电动汽车行驶时，电池组11因工作而产生热量，这些热量被位于通道6中的液态工质吸收，则这些液态工质转化为气态工质，气态工质上升到第一凹槽3，这此气态工质自第一凹槽3进入弯管2内进行冷却；气态工质在弯管2内经过冷却后，又恢复为液态工质，这些液态工质自弯管2内进入第二凹槽4。由于第三凹槽5形成的通道6具有毛细作用力，则位于第二凹槽4的液态工质被吸上通道6中，位于通道6内的液态工质再次受热转化为气态工质，这些气态工质再次上升到第一凹槽3。如此工质通过液态和气态的转换形成循环，从而实现散热效果，保证了动力电池避免自身发热的影响，令动力电池可持续有效的工作。

实施例2

本具有超薄轻量级散热装置的动力电池除以下技术特征外同实施例1：所述第三凹槽的槽宽为3mm，所述第三凹槽的槽深为0.5mm；在相邻2个所述第三凹槽之间具有分隔部，此分隔部的宽度为3mm，所述第一凹槽的槽深、第二凹槽的槽深和第三凹槽的槽深均相等。

上述具体实施方式为本发明的优选实施例，并不能对本发明进行限定，其他的任何未背离本发明的技术方案而所做的改变或其它等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种具有超薄轻量级散热装置的动力电池，包括至少2组电池组和箱体，所述电池组放置于箱体内，其特征在于：相邻2组电池组之间设置有散热装置，所述散热装置包括金属基板、金属盖板、弯管和相变材料包，所述金属盖板的边缘与金属基板的边缘密封连接，且所述金属盖板和金属基板形成蒸发腔，所述蒸发腔内填充有工质，所述弯管的2个开口端均与蒸发腔连通，所述弯管的上端穿出箱体；在相邻2组电池组中，所述金属基板紧贴其中一个电池组表面，所述相变材料包的一侧面同时紧贴金属盖板和弯管下端，所相变材料包的另一侧面紧贴另一个电池组表面。

2.根据权利要求1所述的具有超薄轻量级散热装置的动力电池，其特征在于：所述金属基板的两端分别设有第一凹槽和第二凹槽，所述金属基板的中部设有多个第三凹槽，多个所述第三凹槽平行排列形成具有毛细作用力的通道，此通道的两端分别连通第一凹槽和第二凹槽；所述金属盖板同时覆盖第一凹槽、第二凹槽和第三凹槽；所述弯管的2个开口端分别与第一凹槽和第二凹槽连通，所述通道与电池组正对设置。

3.根据权利要求2所述的具有超薄轻量级散热装置的动力电池，其特征在于：所述第三凹槽和第一凹槽垂直设置，同时所述第三凹槽与第二凹槽垂直设置。

4.根据权利要求2所述的具有超薄轻量级散热装置的动力电池，其特征在于：所述第三凹槽的槽宽为1mm～5mm，所述第三凹槽的槽深为0.4mm～0.8mm；在相邻2个所述第三凹槽之间具有分隔部，此分隔部的宽度为1mm～5mm，所述第一凹槽的槽深、第二凹槽的槽深和第三凹槽的槽深均相等。

5.根据权利要求2所述的具有超薄轻量级散热装置的动力电池，其特征在于：所述第一凹槽和第二凹槽中均设有多个突起，多个突起均匀分布；所述多个突起均与金属盖板焊接。

6.根据权利要求5所述的具有超薄轻量级散热装置的动力电池，其特征在于：所述突起的截面呈方形或圆形。

7.根据权利要求1所述的具有超薄轻量级散热装置的动力电池，其特征在于：所述金属基板设有与蒸发腔连通的注液口。

8.根据权利要求1所述的具有超薄轻量级散热装置的动力电池，其特征在于：所述散热装置还包括翅片组件，所述翅片组件包括翅片座和多张翅片，多张所述翅片均固定于翅片座的一侧面，所述翅片座的另一侧面设有安装槽，所述弯管嵌入安装槽，同时所述弯管与翅片座的另一侧面焊接。

9.根据权利要求1所述的具有超薄轻量级散热装置的动力电池，其特征在于：所述相变材料包包括密封的包体和放置于包体内的相变材料，所述相变材料为石蜡。

10.根据权利要求1所述的具有超薄轻量级散热装置的动力电池，其特征在于：所述箱体包括顶盖和底箱，所述顶盖盖住底箱的上端，形成用于放置电池组的容纳腔，所述顶盖设有被弯管穿过的通孔。