CN107834130A - 复合导热片及其制法以及配置该复合导热片的电池组 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种适用于电池组散热降温的复合导热片，而且还公开了这种复合导热片的制法，同时还提出了一种配置这种复合导热片的电池组。所述复合导热片包括：导热石墨片，其具有相互背离的上表面和下表面；第一导热金属片，其设于所述导热石墨片的上表面；第二导热金属片，其设于所述导热石墨片的下表面。本申请大大提高了电池组的散热降温效率。
Description
技术领域
本申请涉及电池组散热领域，具体涉及一种复合导热片及其制法以及配置该复合导热片的电池组。
背景技术
现有技术中，常见的圆柱形锂离子电池组包括众多矩阵排布的电池单体，这些电池单体相互之间隔开一定距离而形成有狭小的缝隙。工作时，各电池单体产生的热量多通过缝隙中的空气散发出去。为了提高电池组的散热性能，人们提出在缝隙中插设与电池单体接触的金属导热片，利用金属导热片将各电池单体的热量引出，从而降低电池组热量，避免电池组温度过高影响其使用寿命或引发安全事故。
比如专利号为CN201520401685.0的中国实用新型专利就提出了利用夹在各电池单体缝隙中的导热片来将电池组热量引出而降温的结构。然而，该专利中的导热片为纯金属片结构，优选为铝片，铝的导热系数虽高，但因为电池单体间的缝隙十分狭小，约1mm，故而铝片厚度也只能做的非常薄才能嵌入该缝隙中，薄铝片的截面非常小，故而沿着铝片平面方向的传热速度也就非常的低，在工作时，铝片虽能够快速吸收与之接触的电池单体的热量，但是却不能将其吸收的热量沿铝片平面迅速引出至外界，电池组的降温速度并没有想象的好。
石墨片是一种全新的导热散热材料，其能够沿平面方向快速导热，在平面方向的热传导系数可达1200W/m.k，是铝的7倍，而在垂直方向的热传导系数仅有20-30W/m.k。
石墨片受到外力作用很容易破碎，如果单纯地将上述专利文件中的铝片替换为平面导热系数更高的石墨片，不仅装配十分困难，而且在使用过程中石墨片很容易破损断裂，在石墨片吸收的热量无法在断裂处继续向外传导。
发明内容
本申请目的是：针对上述技术问题，本申请提出一种新型结构的适用于电池组散热降温的复合导热片，而且还提出了这种复合导热片的制法，同时还提出了一种配置这种复合导热片的电池组，旨在提高电池组的散热降温效率。
本申请的技术方案是：
一种复合导热片，包括：
导热石墨片，其具有相互背离的上表面和下表面；
第一导热金属片，其设于所述导热石墨片的上表面；以及
第二导热金属片，其设于所述导热石墨片的下表面。
本申请这种复合导热片在上述技术方案的基础上，还包括以下优选方案：
所述的导热石墨片被完全包覆于所述第一导热金属片和所述第二导热金属片之间。
所述第一导热金属片的外缘边与所述第二导热金属片的外缘边密封连接。
所述第一导热金属片的外缘边与所述第二导热金属片的外缘边咬边连接或焊接连接。
所述第一导热金属片、所述第二导热金属片与所述导热石墨片挤压复合。
所述第一导热金属片或/和所述第二导热金属片为铝箔或铜箔。
所述第一导热金属片或/和所述第二导热金属片为铝箔，且所述铝箔经氧化处理而在其表面形成有绝缘氧化层。
本申请提出了上述复合导热片的一种制法，该制法的主要特点在于：在第一导热金属片和第二导热金属片之间布置石墨粉，采用挤压工艺将所述第二导热金属片、所述第一导热金属片和所述石墨粉复合在一起，所述石墨粉在所述挤压工艺的处理下形成导热石墨片。
本申请还提出了上述复合导热片的另一种制法，该制法包括：在第一导热金属片和第二导热金属片之间布置导热石墨片，采用挤压工艺将所述第二导热金属片、所述第一导热金属片和所述导热石墨片复合在一起。
本申请还公开了一种电池组，其包括若干颗电池单体以及形成于所述电池单体之间的缝隙，在所述缝隙中设置有与所述电池单体接触布置的上述结构的复合导热片。
本申请这种电池组在上述技术方案的基础上，还包括以下优选方案：
所述复合导热片连接散热器。
所述电池单体为圆柱形结构，且各颗电池单体呈矩阵分布并且相互平行，任意相邻的两颗所述电池单体之间均隔开一定距离而形成所述缝隙；所述复合导热片为包括若干个弧形折弯段的连续S型折弯结构，其与处于同一列的若干个所述电池单体接触布置，所述弧形折弯段的内弧面与所述电池单体的外壁面紧贴布置。
所述第一导热金属片和所述第二导热金属片的厚度均为0.45mm，所述导热石墨片的厚度为0.1mm。
本申请的优点是：
1、本申请这种复合导热片包括中间的导热石墨片和两侧的导热金属片，两侧导热金属片将导热石墨片夹在二者之间，可对导热石墨片形成结构保护，导热石墨片不会直接接触外物，降低了石墨片的破损几率，而且在实际应用时只有两侧的金属片会与被吸热物直接接，而金属片具有一定的硬度和韧度，受外力作用时不会产生大尺寸形变，从而保护中间的石墨片不会破损。而中间的导热石墨片又弥补了纯金属片平面导热能力不足的问题，二者相互配合，既保证了复合导热片的结构稳定性，又保证了其导热速率。
2、实际应用时，将该复合导热片布置在电池组的缝隙中并与电池单体外表面接触布置。电池单体发出的热量首先传递至与之大面积直接接触的导热金属片，导热金属片再将热量传递至与之大面积接触的导热石墨片，导热石墨片在其平面方向具有超高的导热系数，故而能够将热量沿其表面方向快速引出，如此迅速降低各电池单体的温度。
3、两侧的导热金属片将中间的石墨片完全包覆住，即便石墨片出现破损现象，破碎的石墨片也不会从两侧金属片掉出，仍然保持在来那个金属片之间而具有一定的导热能力。
4、导热石墨片是通过挤压石墨粉的方式而形成，故而可以根据所需要的导热石墨片形状而预先设计好石墨粉在两导热金属片之间的分布形状，挤压处理后，预先设计好分布形状的石墨粉便自然形成了所需导热石墨片的形状，非常方便。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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为本申请实施例中电池组的立体结构示意图；
图2为本申请实施例中电池组的具备结构示意图；
图3为图2的正视图；
图4为图3的X1部放大图；
图5为图4的X2部放大图；
图6为本申请实施例中复合导热片的立体结构示意图；
其中：A-复合导热片，1-第一导热金属片，2-第二导热金属片，3-导热石墨片，4-电池单体，5-缝隙，6-电池支架。
具体实施方式
以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明本申请而不限于限制本申请的范围。实施例中采用的实施条件可以根据具体厂家的条件做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。
图1至图6示出了本申请这种复合导热片在某一电池组中的一个具体应用例，所述电池组为圆柱形的锂离子电池组，与传统结构相同的是，其也包括一电池支架6(或称电池夹具)，电池支架6上开设有呈矩阵分布的众多电池插装孔，每个电池插装孔中插设有圆柱形结构的锂离子电池单体4。这些电池单体4也呈矩阵分布且相互平行。并且各电池单体4相互隔开一定距离(距离值很小，约1mm)，如此使得在电池单体4间形成有狭小的缝隙5。缝隙5的存在，使得空气能够进入并流动，从而提高电池组的散热能力，并且还具有一定的绝缘能力，同时还方便了各电池单体与电池支架的安装装配。
需要说明的是，组成电池组的各颗单体电池也可以采用其他形式相互连接组装在一起，并不局限于本实施例这种电池支架的组装方式。比如：通过串并联金属片焊接连接、用捆扎带捆扎固定等等。
本实施例的关键改进在于，在上述缝隙5中夹有与电池单体4接触布置的复合导热片A。前述复合导热片A包括三层结构，具体为：位置中间的导热石墨片3，设于导热石墨片3上表面的第一导热金属片1，设于导热石墨片3下表面的第二导热金属片2。其中，与电池单体4接触的具体为前述第一导热金属片1和第二导热金属片2。
实际应用时，电池单体4发出的热量首先传递至与之大面积直接接触的导热金属片2，导热金属片2再将热量传递至与之大面积接触的导热石墨片3，导热石墨片3在其平面方向具有超高的导热系数，故而能够将热量沿其表面方向快速引出。实际应用时，将该复合导热片的引出端连接外界的散热设备(比如冷凝器、电池箱的箱壁)，从而可通过将引出的热量迅速散发，如此快速降低各电池单体的温度。
上述导热石墨片3被完全包覆于第一导热金属片1和第二导热金属片2之间。因为导热石墨片3很容易破损，若不将其包覆住，可能会出现导热石墨片3因破损而掉渣掉粉的问题。而且，将导热石墨片3包覆于第一导热金属片1和第二导热金属片2之间，可对中间的导热石墨片3形成防护，防止外界物体接触导热石墨片3而使导热石墨片3破损。
上述第一导热金属片1的外缘边与第二导热金属片2的外缘边密封连接，即连接处无空隙以防止外物进入。第一导热金属片1外缘边与第二导热金属片2外缘边的密封连接形式可选择咬边连接，也可以旋转焊接连接。
上述第一导热金属片1、第二导热金属片2和导热石墨片3三者通过挤压工艺挤压复合在一起。为了增强导热石墨片3与各导热金属片的连接强度，可在导热石墨片3与第一导热金属片1、第二导热金属片2之间设置胶合剂，进一步保证三者的连接稳定性。
本实施例中，上述第一导热金属片1和第二导热金属片2选用价格低廉、重量轻且导热系数高的铝箔，当然，也可以选用导热系数更高的铜箔，不过铜箔的造价较高，而且偏重，不如铝箔实用。或者，仅第一导热金属片1和第二导热金属片2其中之一为铜箔或铝箔，而另一导热金属片为其他材质。
构成上述第一导热金属片1和第二导热金属片2的铝箔还经氧化处理而在其表面形成有绝缘氧化层，从而保证该导热片的绝缘性，增强电池组的使用安全性。
考虑到电池单体4之间的缝隙非常狭窄，通常为1mm左右，对此本实施例将导热石墨片3的厚度设置为0.1mm，将第一导热金属片1和第二导热金属片2的厚度均设为0.45mm。如此使得该复合导热片能够刚好嵌入缝隙5中并与电池单体4贴紧吸热。0.1mm厚度的导热石墨片3在平面方向的热传导能力相当于0.7mm厚度的铝片，故而这种复合导热片整体的热传导能力相当于1.6mm厚度的铝片，相当可观。
为了适应本实施例这种电池组的结构，我们将上述复合导热片设置成连续S型折弯结构，其包括多个连续的弧形折弯段。而且处于同一列的几个电池单体4对应一块复合导热片，复合导热片的每个弧形折弯段的内弧面与对应电池单体4的外壁面紧贴布置。
不难理解，将复合导热片设置成连续S型折弯结构，可增大其与电池单体4表面的接触面积，提高电池单体向该复合导热片的传热速度。
本申请这种复合导热片在制作时，可先在第一导热金属片1和第二导热金属片2之间布置石墨粉，然后采用挤压工艺将第二导热金属片2、第一导热金属片1和石墨粉复合在一起，石墨粉在前述挤压工艺的挤压处理下而形成致密结合在一起的导热石墨片3，之后再经其他工序处理(比如咬边或焊接、切割等)而获得成品。
在第一导热金属片1和第二导热金属片2之间布置石墨粉时，可加入一定量的胶合剂，使石墨粉与金属片预定位，防止挤压过程中出现掉粉现象，同时加入的胶合剂可提高石墨与金属片的结合力。
因为导热石墨片3是通过挤压石墨粉的方式而形成，故而我们可以根据所需要的导热石墨片形状而预先设计好石墨粉在两导热金属片之间的分布形状，挤压处理后，预先设计好分布形状的石墨粉便自然形成了所需导热石墨片的形状，非常方便。比如：将第二导热金属片2和第一导热金属片1设置呈连续S型折弯结构，那么位于两导热金属片之间的石墨粉自然也会呈连续S型分布，对第二导热金属片2、第一导热金属片1和石墨粉挤压复合后，所形成的导热石墨片3也就为连续S型折弯结构。如果直接对成品石墨片作折弯处理而使其呈连续S型结构，容易发生石墨片破裂的问题，从而影响石墨片的平面导热性能，使石墨片吸收的热量不能快速导出。
当然，我们也可以直接利用成品石墨片而非原始石墨粉为原料制作该复合导热片，具体地：在第一导热金属片1和第二导热金属片2之间布置导热石墨片3，并采用挤压工艺将第二导热金属片2、第一导热金属片1和导热石墨片3挤压复合在一起，之后再经其他工序处理(比如咬边或焊接、切割等)而获得成品。
在第一导热金属片1和第二导热金属片2之间布置石墨片时，可加入一定量的胶合剂，使石墨片与金属片预定位，提高石墨与金属片的结合力，并可防止挤压处理时石墨片发生偏位。
需要说明的是，采用上述第二种方法制作该复合导热片时，更容易出现导热石墨片3破损的问题。
上述实施例只为说明本申请的技术构思及特点，其目的在于让人们能够了解本申请的内容并据以实施，并不能以此限制本申请的保护范围。凡根据本申请主要技术方案的精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本申请的保护范围之内。
Claims (13)
1.一种复合导热片，其特征在于，包括：
导热石墨片(3)，其具有相互背离的上表面和下表面；
第一导热金属片(1)，其设于所述导热石墨片的上表面；以及
第二导热金属片(2)，其设于所述导热石墨片的下表面。
2.如权利要求1所述的复合导热片，其特征在于，所述的导热石墨片(3)被完全包覆于所述第一导热金属片(1)和所述第二导热金属片(2)之间。
3.如权利要求2所述的复合导热片，其特征在于，所述第一导热金属片(1)的外缘边与所述第二导热金属片(2)的外缘边密封连接。
4.如权利要求3所述的复合导热片，其特征在于，所述第一导热金属片(1)的外缘边与所述第二导热金属片(2)的外缘边咬边连接或焊接连接。
5.如权利要求1所述的复合导热片，其特征在于，所述第一导热金属片(1)、所述第二导热金属片(2)与所述导热石墨片(3)挤压复合。
6.如权利要求1所述的复合导热片，其特征在于，所述第一导热金属片(1)或/和所述第二导热金属片(2)为铝箔或铜箔。
7.如权利要求6所述的复合导热片，其特征在于，所述第一导热金属片(1)或/和所述第二导热金属片(2)为铝箔，且所述铝箔经氧化处理而在其表面形成有绝缘氧化层。
8.一种如权利要求1至7中任一所述复合导热片的制法，其特征在于，包括：
在第一导热金属片(1)和第二导热金属片(2)之间布置石墨粉，采用挤压工艺将所述第二导热金属片(2)、所述第一导热金属片(1)和所述石墨粉复合在一起，所述石墨粉在所述挤压工艺的处理下形成导热石墨片(3)。
9.一种如权利要求1至7中任一所述复合导热片的制法，其特征在于，包括：
在第一导热金属片(1)和第二导热金属片(2)之间布置导热石墨片(3)，采用挤压工艺将所述第二导热金属片(2)、所述第一导热金属片(1)和所述导热石墨片(3)复合在一起。
10.一种电池组，包括若干颗电池单体(4)以及形成于所述电池单体(4)之间的缝隙(5)，其特征在于，在所述缝隙(5)中设置有与所述电池单体(4)接触布置的如权利要求1至6中任一权利要求所述的复合导热片。
11.根据权利要求10所述的电池组，其特征在于，所述复合导热片连接散热器。
12.根据权利要求10所述的电池组，其特征在于，
所述电池单体(4)为圆柱形结构，且各颗电池单体(4)呈矩阵分布并且相互平行，任意相邻的两颗所述电池单体(4)之间均隔开一定距离而形成所述缝隙(5)；
所述复合导热片为包括若干个弧形折弯段的连续S型折弯结构，其与处于同一列的若干个所述电池单体(4)接触布置，所述弧形折弯段的内弧面与所述电池单体(4)的外壁面紧贴布置。
13.根据权利要求10所述的电池组，其特征在于，所述第一导热金属片(1)和所述第二导热金属片(2)的厚度均为0.45mm，所述导热石墨片(3)的厚度为0.1mm。
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| CN (1) | CN107834130A (zh) |
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| CN109301365A (zh) * | 2018-09-27 | 2019-02-01 | 华南理工大学 | 一种热管结合相变材料形成复合板的电池热管理系统 |
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2017
- 2017-11-03 CN CN201711067916.9A patent/CN107834130A/zh not_active Withdrawn
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