CN107017448A - 一种换热器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种换热器，其具体涉及一种电池冷却装置，包括一块弯曲的金属板，上面带有和圆柱型电池配合的弧形凹面，热管布置在金属板内，金属板表面涂敷有导热系数高于金属板的柔性导热膜；金属板纵向截面为等腰梯形，且等腰梯形的顶边长与底边长之比为1.08‑1.12；金属板的每一弧形凹面上设置若干弹性金属片，弹性金属片的至少一端与金属板表面固定连接，在弹力的作用下与圆柱形电池表面相贴合。

Description

一种换热器
技术领域
本发明涉及一种换热器，其具体为一种用于电池热管理系统的的冷却装置，可实现电池与冷板之间的高效换热，保护电池安全，提高电池工作效率。
背景技术
在电动汽车中，动力电池为核心的储能元件，电池的工作效率直接影响到整车的行驶里程。电池在充放电过程中，其会输出或输入较大时，会释放处大量的热量，如果不及时对电池的温度进行控制，会导致电池自燃现象甚至会发生爆炸。但是传统电动汽车电池热管理系统中，间接冷却式的冷却系统通常使用单一的铝板作为电池冷却装置，换热效率不高，存在不能及时散热的问题。
热管是利用介质在热端蒸发后在冷端冷凝的相变过程(即利用液体的蒸发潜热和凝结潜热)，使热量快速传导。热管一端为蒸发端，另外一端为冷凝端，当热管一端受热时，毛细管中的液体迅速汽化，蒸气在热扩散的动力下流向另外一端，并在冷端冷凝释放出热量，液体再沿多孔材料靠毛细作用流回蒸发端，如此循环不止，直到热管两端温度相等。这种循环是快速进行的，热量可以被源源不断地传导开来。
利用热管技术改进传统的电池冷却装置，可提高电池冷却装置的换热效率，维持电池工作温度在合适范围，保护电池安全，提升电池工作效率。
发明内容
本发明旨在解决普通电池冷却装置换热能力不足的问题，提出了一种应用热管技术的电池冷却装置方案。
一种换热器，其包括：冷板，以及安装在冷板上的弯曲金属板，所述金属板上有与圆柱型电池侧面配合的弧形凹面，构成与圆柱型电池接触面；热管布置在金属板内，金属板表面涂敷有导热系数高于金属板的柔性导热膜。
所述热管分为三个部分：蒸发段，绝热段，和冷凝段；蒸发段用于吸收热量，促使热管内部介质蒸发，气态介质流经绝热段后，在冷凝段冷凝，变为液态，释放热量；最后冷凝段液体通过毛细管流回蒸发段，至此热管内部实现循环。电池散发的热量透过金属板后进入热管，继而被蒸发段吸收。热管的冷凝段部分插入冷板，与冷板流道内的冷却液接触，热量释放至冷板流道内的冷却液中，排出来自电池的热量。热管为压扁热管，其流道形状由直线与圆弧组成；热管流道壁面与圆弧形换热面之间间距为压扁热管宽度的1/10-1/20。
所述金属板为铝板，底部通过沟槽插入冷板，用于释放热管内热量；插入冷板的热管部分为热管的冷凝段；热管的上部与电池相对应的为蒸发段。冷板流道内有冷却液流通，冷板长时间保持在较低温度。
所述金属板纵向截面为等腰梯形，且等腰梯形的顶边长与底边长之比为1.08-1.12；金属板的每一弧形凹面上设置若干弹性金属片，弹性金属片的至少一端与金属板表面固定连接，在弹力的作用下与圆柱形电池表面相贴合。
所述金属板包括一第一金属板和两块第二金属板，第一金属板固定在两第二金属板中间，其中第一金属板热膨胀系数远低于第二金属板，第二金属板上设置有热传导率高于第一金属板和第二金属板的导热膜，导热膜的形状为梯形，且从上到下宽度逐渐减小，厚度也逐渐减小；第二金属板热膨胀系数高于第一金属板。
换热器的安装方式为：电池首先安装在冷板上一固定位置；金属板和冷板上的沟槽配合，整体插入冷板，使得冷却装置与冷板流道内冷却液接触；电池安装的固定位置和沟槽位置，使得电池侧面与金属板上的弧形凹面紧密贴合。
所述铝板的厚度根据加工工艺，尽量减小，一方面可节省单个电池冷却装置的制作成本，一方面可减少电池冷却装置占用体积，使得由电池和电池冷却装置组成的换热单元结构更为紧凑。
所述铝板上由电池和一段圆弧构成的换热单元数量不限定，可根据实际需要匹配。
所述热管的端部与铝板的端部相重合，其两端封闭。
所述热管的蒸发段长度和电池高度相对应，可充分吸收电池产生的热量；冷凝段和铝板插入冷板的部分相对应，可充分吸收由冷板传递来的冷量。热管内部蒸发段吸收电池热量，液态介质蒸发，流向冷凝段；介质在冷凝段实现换热，介质冷凝后形成的液体通过毛细管流回蒸发段，至此热管内部形成一个封闭循环，可实现高效换热。
本发明有以下优点：
1、利用热管技术的换热器换热效率高，可解决普通冷却装置散热不及时的问题。
2、换热器可和电池紧密配合，所占空间小，可使电池紧密排布。
3、换热器结构简单，便于拆装。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明提供的换热器的示意图；
图2为本发明提供的换热器热管部分的剖视图；
图3为本发明提供的换热器的安装示意图；
图4为本发明提供的冷板的示意图。
图中：1-热管；2-圆弧形接触面；3-蒸发段；4-绝热段；5-冷凝段；6-冷却装置与冷却液接触面；7-热管流道；8-换热面；9-金属板(铝板)；10-电池；11-冷板；12-冷板沟槽；13-冷板流道。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
在电池(10)工作过程中，会产生一定的热量，热量通过金属板与电池接触面(2)，进入热管蒸发段(3)；蒸发段(3)内介质吸热蒸发，蒸发腔内蒸汽在压力推动下，流经绝热段(4)后，进入冷凝段(5)；冷凝段(5)对应着金属板插入沟槽(12)的部分，与冷却液直接接触；冷板流道(13)内流通的的冷却液使得热管冷凝段(5)外部保持在较低温度；热管内的蒸汽介质进入冷凝段(5)后，在冷凝段(5)气液交界面冷凝换热，热量经由金属板与冷却液交界面(6)传递至冷却液，由冷却液带出。
电池(10)首先固定在冷板上的特定位置，之后再安装金属板：金属板(9)可以为铝板，插入冷板，与冷板沟槽(12)相配合。沟槽(12)的位置和电池安装的位置相配合，可使得电池与铝板(9)紧密接触，实现高效换热的同时，能使得电池尽量紧凑的安装。
作为本申请的第二实施例，为了增强向热管蒸发段的传热以及使得换热部件与电池更加贴合，在上一实施例的基础上进行改进，此处仅描述其与上一实施例不同之处，相同之处不再赘述。金属板纵向截面为等腰梯形，且等腰梯形的顶边长与底边长之比为1.08-1.12；金属板的每一弧形凹面上设置若干弹性金属片，弹性金属片的至少一端与金属板表面固定连接，在弹力的作用下与圆柱形电池表面相贴合。
作为本申请的第三实施例，将金属板设置成纵向截面从上到下宽度逐渐减小的倒梯形，在铝板的弧形凹面上固定连接一弹性金属薄片的一端，弹性金属薄片的另一端连接一倒V形弹性簧片，弹性簧片与弧形凹面底端接触；金属板弧形凹面和弹性金属薄片表面涂敷一层导热膜，导热膜的形状为梯形，且从上到下宽度逐渐减小，厚度也逐渐减小。当带有弹性金属薄片的铝板装入电池阵列中，由于弹性力的作用，使得弹性金属片能够紧贴电池表面，增强传热效果；由于热管的蒸发段主要用于吸收热量，在与电池直接接触的表面设置热传导率更高的导热膜，通过控制该导热膜的面积和厚度，使得热量集中向热管的蒸发段进行传导，进一步提高换热效率。
作为本申请的第四实施例，将金属板设置成双金属板，其包括一第一金属板和两块第二金属板，第一金属板固定在两第二金属板中间，其中第一金属板热膨胀系数远低于第二金属板，第二金属板上设置有热传导率更高的导热膜，导热膜的形状为梯形，且从上到下宽度逐渐减小，厚度也逐渐减小；第二金属板热膨胀系数高于第一金属板，在传热的过程中第二金属板会发生热膨胀，使得换热表面与电池表面更加贴合。
上述实施例仅用于说明本发明技术方案，但其并不是用来限定本发明。任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的内容对本发明所提出的方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明的技术内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种换热器，其特征在于，包括：冷板，以及安装在冷板上的弯曲金属板，所述金属板上有与圆柱型电池侧面配合的弧形凹面，构成与圆柱型电池接触面；热管布置在金属板内，金属板表面涂敷有导热系数高于金属板的柔性导热膜。
2.根据权利要求1所述的换热器，其特征在于：所述金属板纵向截面为等腰梯形，且等腰梯形的顶边长与底边长之比为1.08-1.12；金属板的每一弧形凹面上设置若干弹性金属片，弹性金属片的至少一端与金属板表面固定连接，在弹力的作用下与圆柱形电池表面相贴合。
3.根据权利要求1所述的换热器，其特征在于：在金属板的弧形凹面上固定连接一弹性金属薄片的一端，弹性金属薄片的另一端设置有一倒V形弹性簧片，弹性簧片与弧形凹面底端接触；金属板弧形凹面和弹性金属薄片表面涂敷一层导热膜，导热膜的形状为梯形，且从上到下宽度逐渐减小，厚度也逐渐减小。
4.根据权利要求2所述的换热器，其特征在于：所述热管包括蒸发段、绝热段、和冷凝段，其冷凝段部分插入冷板，与冷板流道内的冷却液接触，热量释放至冷板流道内的冷却液中，排出来自电池的热量。
5.根据权利要求4所述的换热器，其特征在于：所述热管为压扁热管，其流道形状由直线与圆弧组成；热管流道壁面与圆弧形换热面之间间距为压扁热管宽度的1/10-1/20。
6.根据权利要求1所述的换热器，其特征在于：所述金属板包括一第一金属板和两块第二金属板，第一金属板固定在两第二金属板中间，其中第一金属板热膨胀系数远低于第二金属板，第二金属板上设置有热传导率高于第一金属板和第二金属板的导热膜，导热膜的形状为梯形，且从上到下宽度逐渐减小，厚度也逐渐减小；第二金属板热膨胀系数高于第一金属板。
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