CN107732358B - 一种用于无人机的散热装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种用于无人机的散热装置，包括：放置无人机锂电池的导热腔体；设置在所述导热腔体内表面的液态金属吸热层；设置在所述导热腔体外表面的多个翅片，每个所述翅片上设有通孔；装有液态金属的热管穿过所述通孔形成回路。通过在导热腔体内表面设置液态金属吸热层，以及在导热腔体外表面设置翅片和热管，利用液态金属的高导热率、热管的快速吸热性能以及利用翅片增大散热面积，使得散热装置能快速散失无人机锂电池产生的热量，从而使导热腔体内部的温度快速降低，进而达到对锂电池散热的目的，且该散热装置的散热效率高、结构简单、无需额外的能源供给。

Description

一种用于无人机的散热装置

技术领域

本发明涉及散热技术领域，更具体地，涉及一种用于无人机的散热装置。

背景技术

随着无人机的快速发展和社会的需求日益增加，无人机开始在民用市场崭露头角，从发展前景来看，无人机已经应用在航拍、快递、灾后搜救、数据采集等领域，表明无人机的发展潜力巨大，也从侧面反映出市场需求比较大，有极大的应用空间。但是，无人机锂电池可能因为快速放电、过度充电、制造缺陷、设计不良或机械损坏等原因，在使用过程中产生发热现象，发热达到一定温度就会造成锂电池自然，一旦燃烧温度达到上千度，甚至能直接融化钢铁非常危险，每年因锂电池自燃造成的经济损失巨大。

现有的用于无人机锂电池的散热装置包括：微通道均热板、换热器、第一主管和第二主管；微通道均热板与电池单体连接；微通道均热板上均设置有相互连通的分布腔和多个槽道；分布腔与第一主管和第二主管相通；第一主管和第二主管之间连接有换热器。

但是，现有的用于无人机锂电池的散热装置结构复杂，工艺要求高，且散热效果不太理想。

发明内容

针对上述的技术问题，本发明提供一种用于无人机的散热装置。

根据本发明的一方面提供一种用于无人机的散热装置，包括：放置无人机锂电池的导热腔体；设置在所述导热腔体内表面的液态金属吸热层；设置在所述导热腔体外表面的多个翅片，每个所述翅片上设有通孔；装有液态金属的热管穿过所述通孔形成回路。

其中，所述液态金属吸热层包括液态金属和导热胶膜，用所述导热胶膜包裹所述液态金属形成液态金属吸热层；且所述液态金属吸热层设置在所述导热腔体内表面与所述无人机锂电池之间。

其中，所述多个翅片均匀布置在所述导热腔体外表面；所述通孔为成排布置且分布均匀的多个通孔，且每个所述翅片上的通孔相互对应；每根所述热管穿过相邻两个翅片上的一行通孔，并形成回路。

其中，所述导热胶膜的材料包括液晶型环氧树脂或者复配含有高导热无机填料的胶膜树脂。

其中，所述液态金属为低熔点金属、低熔点金属合金中的一种或多种。

其中，所述低熔点金属包括镓、铋、铟或锡；所述低熔点金属合金包括镓基合金、铋基合金、铟基合金或锡基合金。

其中，所述液态金属吸热层的厚度根据所述无人机锂电池的功率而定。

其中，所述热管和翅片的材料均为铝或铝合金。

其中，所述导热腔体的材料为铝或铝合金。

本发明提供的一种用于无人机的散热装置，通过在导热腔体内表面设置液态金属吸热层，以及在导热腔体外表面设置翅片和热管，利用液态金属的高导热率、热管的快速吸热性能以及利用翅片增大散热面积，使得散热装置能快速散失无人机锂电池产生的热量，从而使导热腔体内部的温度快速降低，进而达到对锂电池散热的目的，且该散热装置的散热效率高、结构简单、无需额外的能源供给。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的用于无人机的散热装置的结构图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

液态金属作为一种新兴的散热工质，导热性远优于空气和水，其导热性能是水的40～60余倍，其在锂电池散热领域的应用将为无人机产业的发展带来新的机遇。液态金属材料的高导热率是其应用于散热领域的主要优势体现，高导热率，用极少的量就可以实现与水、空气等传统介质相同甚至更优的传热效果，带来的最直观的好处就是散热器结构可以做得很小。有利于散热器结构的微型化，且散热过程不产生任何噪音。

图1为本发明实施例提供的用于无人机的散热装置的结构图，如图1所示，该散热装置包括：导热腔体1、液态金属吸热层2和热管3。

在一个实施例中，导热腔体1内放置有无人机锂电池，且在导热腔体1内表面设有液态金属吸热层2，该液态金属吸热层2可以较快的将无人机锂电池的热量传递至导热腔体1。在导热腔体1外表面设置多个翅片，增大了散热面积，使得导热腔体1上的热量被快速散失。该多个翅片可以任意方式设置在导热腔体1的外表面，例如，以间距不等的方式设置在导热腔体1外表面、以等间距的方式设置在导热腔体1外表面、或者以螺旋的方式设置在导热腔体1外表面等。在这些翅片上设置通孔，热管3穿过这些通孔，以形成回路，通过设置热管3可以快速吸收翅片上的热量。

其中，液态金属是指一种不定型金属，液态金属可看作由正离子流体和自由电子气组成的混合物。液态金属也是一种不定型、可流动液体的金属。

其中，热管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。一般热管由管壳、吸液芯和端盖组成。热管内部被抽成负压状态，且充入适当的液体，这种液体沸点低，容易挥发。管壁有吸液芯，其由毛细多孔材料构成。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(此时蒸汽热扩散停止)。这种循环是快速进行的，热量可以被源源不断地传导开来。

具体地，当无人机工作时，无人机锂电池会产生热量，由于液态金属的高导热性能，设置在导热腔体1内表面的液态金属吸热层2会快速吸收热量，并将其吸收的热量传递至导热腔体1。由于导热腔体1自身的导热性能，会将液态金属吸热层2传递过来的热量和无人机锂电池产生的热量自发的传递至翅片。由于热管3的快速散热性能和液态金属的高导热性，在将液态金属装入热管3内后，进一步加强了其导热和散热的能力，则传递至翅片的热量会被装有液态金属的热管3快速吸收；同时翅片增大了与空气的接触面积，可以使导热腔体1和热管3快速冷却，并且外界空气的流动也会带走翅片上的热量，以使无人机锂电池的热量快速散失。

在本发明实施例中，通过在导热腔体内表面设置液态金属吸热层，以及在导热腔体外表面设置翅片和热管，利用液态金属的高导热率、热管的快速吸热性能以及利用翅片增大散热面积，使得散热装置能快速散失无人机锂电池产生的热量，从而使导热腔体内部的温度快速降低，进而达到对锂电池散热的目的，且该散热装置的散热效率高、结构简单、无需额外的能源供给。

在上述实施例的基础上，所述液态金属吸热层2包括液态金属和导热胶膜，用所述导热胶膜包裹所述液态金属形成液态金属吸热层2；且所述液态金属吸热层2设置在所述导热腔体1与所述无人机锂电池之间。

具体地，设置在导热腔体1内表面的液态金属吸热层2由液态金属和导热胶膜构成，由于导热胶膜的高导热性能，同时结合液态金属的高导热性能，以提高该液态金属吸热层2的导热性能和吸热性能。当无人机工作时，无人机锂电池产生的热量可以更快的被液态金属吸热层2带走，以传递至导热腔体1，加快对无人机锂电池的散热速度。

在上述各实施例的基础上，所述多个翅片均与布置在所述导热腔体1外表面；所述通孔为成排布置且分布均匀的多个通孔，且每个所述翅片上的通孔相互对应；每根热管3穿过相邻两个翅片上的一行通孔，并形成回路。

具体地，多个翅片均与布置在所述导热腔体1外表面，例如，翅片以竖直状等间距的布置在导热腔体1外表面，但并不局限于此，使得导热腔体1上的热量可以较均匀的被翅片带走，以使导热腔体1内各部位的温度保持均匀。每个翅片上的多个通孔成排布置，且通孔分布均匀，并且每个翅片上的通孔相互对应，这样使得热管3可以较方便的穿过通孔，热管3与翅片无缝装配，还可以布置多根热管3，从而能够更快的带走导热腔体1上的热量，进而使得无人机锂电池的温度快速降低。热管3穿过相邻两个翅片上的一行通孔，并形成回路，使得热管3成蛇状，且成排布置。多根热管3可以加速散热，从而加快对无人机锂电池的散热速度，实现快速降低无人机锂电池的温度。

在另一实施例中，还可以在导热腔体上的某一面设置风扇，该面为除布置有翅片的面和液压金属吸热层的面外的某一面，即将该面设置为通风面，风扇直接对无人机锂电池进行散热。该风扇可以嵌设在导热腔体1的某一面内，其可以使导热腔体内的空气与外界的空气进行流通换热，进而可以快速降低无人机锂电池的温度。

当无人机工作时，无人机锂电池会产生热量，该热量一部分被液态金属吸热层2快速吸收，并将其传递至导热腔体1；另一部分则直接通过风扇与外界空气进行换热而散失。然后传递至导热腔体1的热量会传递至翅片，由于翅片上设置有热管3，使得传递至翅片的热量一部分被热管3快速吸收，另一部分则因空气流动而带走，进而加快热量的散失速度，达到快速降温的目的。在上述各实施例的基础上，所述导热胶膜的材料包括液晶型环氧树脂或者复配含有高导热无机填料的胶膜树脂。所述液态金属吸热层的厚度根据所述无人机锂电池的功率而定。

其中，液晶型环氧化合物是指具有液晶特性的环氧树脂，其固化过程中介晶基元易发生取向形成自增强结构，从而改善固化产物的韧性。液晶型环氧树脂融合了液晶有序与交联网络结构的优点，具有强度高、模量大、耐高温、导热性能好的特点。

具体地，将导热胶膜选取为液晶型环氧树脂或者复配含有高导热无机填料的胶膜树脂，使得高导热胶膜在具有高导热性的同时，还能具有较好的稳定性，以保证液态金属可以较安全的设置在其中，提高了液态金属吸热层2的安全性能，避免液态金属因受热流动溢出导致损坏无人机锂电池的情况，进而提高了散热装置的安全性能。以及液态金属吸热层2的厚度根据无人机锂电池的功率而定，则当无人机锂电池的功率较大时，可以将液态金属吸热层2的厚度设置的较厚；或者当无人机锂电池的功率较小时，可以将液态金属吸热层2的厚度设置的较薄。

当无人机锂电池的功率较大时，无人机工作则无人机锂电池会产生较多的热量，此时将液态金属吸热层2的厚度设置的较厚，则较多的液态金属吸热后，可以快速带着无人机锂电池的热量，进而使无人机锂电池可以快速的降低温度，达到提高散热效率的目的。或者，当无人机锂电池的功率较小时，无人机工作则无人机锂电池产生的热量也较少，在保证达到无人机锂电池散热要求的同时，为了不浪费材料，可以将液态金属吸热层2的厚度设置的相对较小。另外，液态金属吸热层2的厚度还可以根据无人机的型号或者散热性能的要求来确定，且液态金属吸热层2在放入导热腔体1内之前，需要进行去氧化处理，例如，用NaOH溶液或者其他碱性溶液进行去氧化处理。

在本发明实施例中，通过将导热胶膜选取为液晶型环氧树脂或者复配含有高导热无机填料的胶膜树脂，在保证导热胶膜导热性能的同时，提高了导热胶膜的稳定性；以及液态金属吸热层的厚度根据所述无人机锂电池的功率而定，在保证无人机锂电池散热需要的同时，达到节约材料的目的。

在上述各实施例的基础上，所述液态金属为低熔点金属、低熔点金属合金中的一种或多种。所述低熔点金属包括镓、铋、铟或锡；所述低熔点金属合金包括镓基合金、铋基合金、铟基合金或锡基合金。

其中，镓是灰蓝色或银白色的金属。熔点很低，沸点很高。铟是银白色并略带淡蓝色的金属，质地非常软，能用指甲刻痕。铟的可塑性强，有延展性，可压成片。金属铟主要用于制造低熔合金、轴承合金、半导体、电光源等的原料。金属锡柔软，易弯曲，熔点231.89℃，沸点2260℃。

具体地，将液态金属吸热层2内的液态金属和热管内的液态金属选取为低熔点金属、低熔点金属合金中的一种或多种，使得无人机工作时，液态金属能够在较短时间内，因吸收无人机锂电池产生的热量而流动，从而能够快速带走无人机锂电池的热量，进而达到对无人机锂电池快速散热的目的。

将低熔点金属选取为镓、铋、铟或锡，低熔点金属合金选取为镓基合金、铋基合金、铟基合金或锡基合金，进一步提高了液态金属吸热层2的导热性能，尤其是镓、镓基合金中的一种或多种，例如，镓铟合金，当镓铟合金中镓的质量百分比为(0.3-0.7)时，可以进一步提高镓铟合金的导热性能。

在上述各实施例的基础上，所述热管3和翅片的材料均为铝或铝合金。所述导热腔体1的材料为铝或铝合金。

其中，铝具有质量轻、导电性能好、导热性能好、高反射性和耐氧化等特性而被广泛使用。铝合金密度低，但强度比较高，接近或超过优质钢，塑性好，可加工成各种型材，具有优良的导电性、导热性和抗蚀性，工业上广泛使用，使用量仅次于钢。一些铝合金可以采用热处理获得良好的机械性能、物理性能和抗腐蚀性能。

具体地，将热管3、翅片和导热腔体1的材料均设置为铝或铝合金，当无人机工作时，由于铝或铝合金具有较高的导热性，导热腔体1可以将无人机锂电池产生的热量快速传递至翅片，进而铝质翅片再迅速的将热量传递至热管3，以使无人机锂电池的热量被快速散失。同时，由于铝或铝合金的密度小，在加强对无人机锂电池的散热时，无人机的重量增加非常小。

另外，导热腔体1可以设置为方形、矩形、圆形或其它形状，以方便与不同型号的无人机配置。且在导热腔体1的四个顶角上设置螺纹孔，以及在无人机机体上设置相应的螺纹孔，通过将螺栓紧固在导热腔体和无人机机体的螺纹孔中，以使该散热装置与无人机机体固定连接。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种用于无人机的散热装置，其特征在于，包括：

放置无人机锂电池的导热腔体；设置在所述导热腔体内表面的液态金属吸热层；设置在所述导热腔体外表面的多个翅片，每个所述翅片上设有通孔；装有液态金属的热管穿过所述通孔形成回路；

所述液态金属吸热层包括液态金属和导热胶膜，用所述导热胶膜包裹所述液态金属形成液态金属吸热层；且所述液态金属吸热层设置在所述导热腔体内表面与所述无人机锂电池之间。

2.根据权利要求1所述的散热装置，其特征在于，所述多个翅片均匀布置在所述导热腔体外表面；

所述通孔为成排布置且分布均匀的多个通孔，且每个所述翅片上的通孔相互对应；

每根所述热管穿过相邻两个翅片上的一行通孔，并形成回路。

3.根据权利要求1所述的散热装置，其特征在于，所述导热胶膜的材料包括液晶型环氧树脂或者复配含有高导热无机填料的胶膜树脂。

4.根据权利要求1所述的散热装置，其特征在于，所述液态金属为低熔点金属、低熔点金属合金中的一种或多种。

5.根据权利要求4所述的散热装置，其特征在于，所述低熔点金属包括镓、铋、铟或锡；

所述低熔点金属合金包括镓基合金、铋基合金、铟基合金或锡基合金。

6.根据权利要求1所述的散热装置，其特征在于，所述液态金属吸热层的厚度根据所述无人机锂电池的功率而定。

7.根据权利要求1所述的散热装置，其特征在于，所述热管和翅片的材料均为铝或铝合金。

8.根据权利要求1所述的散热装置，其特征在于，所述导热腔体的材料为铝或铝合金。