CN108390126A - 一种液冷散热片及内嵌液冷散热片式铅酸蓄电池 - Google Patents

一种液冷散热片及内嵌液冷散热片式铅酸蓄电池 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种液冷散热片及内嵌液冷散热片式铅酸蓄电池，包括蓄电池主体、设置在蓄电池主体内部的中隔和放置在所述中隔内的液冷散热片片体，所述液冷散热片片体上设有若干用于流通液体的液体流道和作为该液体流道的进出水口的铝管，该铝管位于蓄电池主体底部，所述液冷散热片片体与蓄电池主体上的极板面对平行设置；所述液冷散热片片体通过中隔中的绝缘层与铅酸蓄电池酸液隔离。

Description

一种液冷散热片及内嵌液冷散热片式铅酸蓄电池
技术领域
本发明涉及一种液冷散热片及内嵌该液冷散热片式铅酸蓄电池，属于铅酸蓄电池技术领域。
背景技术
本发明涉及锂电池热管理技术，锂电池包括硬方形锂电池、软包锂电池、圆柱形锂电池；液冷散热片也指液冷散热，介质包含水、冷冻液、流动性好的油脂在内的液体物质，是与风冷相对应的，属于主动型高效散热技术；散热指降温和升温，可以对电池进行温度控制，使之可以工作在适宜的温度。
目前锂电池热管理分为：自然冷却、风冷散热和水冷散热；自然冷却无任何散热部件，依靠自身散热；风冷散热依靠散热片和风扇，带走电池内部热量，此方式受环境温度影响，实际冷却和加热效果有限，但是价格便宜，实施简单；主动水冷散热方式，通过管道输送液体到电池内部，液体可以是加热或冷却，通过液体强制流动，将热量带入或带出电池，电池内部升温或降温，使电池工作在最佳状态，延长电池寿命，提高电池效能，这是目前仅次于直冷的最高效的热管理方式。
由于主动液冷散热技术复杂，目前技术还有很多缺陷，主流技术有两种：一种是直接将有毛细管路的铝片放置在电池之间，毛细管路出口有一个椭圆形空缺，铝片和框架的空缺叠放在一起构成主流道，这种技术的优点是将液冷片放置在电池之间，缺点是叠放形成的主流道非常脆弱，密封线长度长，在颠簸的汽车使用环境中，容易造成液体泄漏，需要极高的尺寸工艺稳定性。
另外一种是在电池组的底部或侧面设置一个液冷板，电池间放置无流道的散热片与液冷板连接，电池的热量通过无流道散热片传导给液冷板。这种方法避免了第一种技术缺陷，提高了主流道和液冷板密封性，缺点是热量不直接传导给液冷板，而是通过无流道散热片间接传递给液冷板，同时液冷板在底部和侧面决定接触面积小于前一种技术，导致热传导效率低。
以能量密度230Wh/kg锂电池包为例，常温25℃下，循环寿命≥2000次，高温45℃下，循环寿命只能≥1200次，锂电池寿命受电池温度影响是显著的；同时低温充电，充电时间长,-25℃充电时间比25℃充电时间慢了63％。因此有效控制电池温度是提高电池寿命，加快充电的关键因素。
作为热管理系统的核心部件，液冷片在其中起着重要作用，要求体积小，成本低，可靠性高，灵活度大，传热效率高，本发明针对上述技术特点对现有技术进行了改进。
同时，本发明涉及铅酸蓄电池技术，一般铅酸蓄电池应用在汽车启动、通讯不间断电源、储能以及动力牵引等领域，通常均采用自然冷却。
铅酸蓄电池性能受环境温度影响较大，环境温度高时，电池温度40℃，连续充电500小时，水损耗最多1g/AH，而在75℃环境中，同样条件下，水损耗可以达到4g/AH，以普通轿车60AH为例，每只电池充电后水损耗达到240g，是40℃条件下的4倍水耗量，电池因此寿命明显降低。
低温环境中充放电效率低，造成汽车启动困难，一般25％浓度的硫酸，+10℃下电阻为160.6×104Ω·m，而到了-10℃时，电阻则增大到250×104Ω·m，同时粘度从2.01增大到3.82，导致电池充电和放电能力下降30％，到-20℃时，容量会下降至60％。
有些车辆将电池放置在后备箱中，控制电池温度，但是线路长、成本高、电压衰减；通信领域为满足长寿命使用要求，通常配备空调设备给铅酸蓄电池降温，但效率低。
发明内容
本发明为解决现有技术中存在的问题，提出一种液冷散热片，直接放置在电池组内部，为电池组降温和升温，同时，本发明还提出一种内嵌液冷散热片式铅酸蓄电池，在铅酸蓄电池内设有隔墙，在隔墙内嵌入一个有液体流动通道以及出入水口的铝片，在连接比如汽车空调或专用制冷加热装置后，可以在环境温度高时通入冷却液来给铅酸蓄电池降温，在环境温度低时，通入高温液体给铅酸蓄电池加温，达到使电池工作在适宜的温度，从而延长电池寿命。
为了解决上述技术问题，本发明公开了一种液冷散热片，包括散热片主体和设置在所述散热片主体上作为进出水口的铝管，所述散热片主体由两片结构相同的铝片相对粘合构成，所述铝片上端成半圆结构，所述铝管固定在该半圆结构内，且该铝管上设有若干缺口，该铝片上均匀分布有若干贯通凹槽，该贯通凹槽的首端和尾端均汇集至铝片的上端处，且该贯通凹槽的首尾端均与铝管的缺口相对应，所述铝管中段设有用于隔断进水口和出水口的堵塞件。
进一步的，本发明的铝片与铝片、散热片本体与铝管均通过胶粘进行固连。
进一步的，本发明的铝片的外表面处设有树脂绝缘层。
进一步的，本发明的缺口长度大于贯通凹槽宽度，且其缺口宽度大于贯通凹槽内径小于铝管内径。
进一步的，本发明的铝管的内截面积与贯通凹槽总通道面积比值为0.5～1.5：1。
本发明还公开了一种内嵌液冷散热片式铅酸蓄电池，包括蓄电池主体、设置在蓄电池主体内部的中隔和放置在所述中隔内的液冷散热片片体，所述液冷散热片片体上设有若干用于流通液体的液体流道和作为该液体流道的进出水口的铝管，该铝管位于蓄电池主体底部，所述液冷散热片片体与蓄电池主体上的极板面对平行设置；所述液冷散热片片体通过中隔中的绝缘层与铅酸蓄电池酸液隔离。
进一步的，本发明的液冷散热片片体宽度和高度均与蓄电池主体的极板宽度和高度一致。
进一步的，本发明的液冷散热片片体由两片结构相同的铝片相对粘合构成，所述铝片上端成半圆结构，所述铝管固定在该半圆结构内，且该铝管上设有若干缺口，该铝片上均匀分布有若干贯通凹槽，该贯通凹槽的首端和尾端均汇集至铝片的上端处，且该贯通凹槽的首尾端均与铝管的缺口相对应，所述贯通凹槽粘连构成液体流道。
进一步的，本发明的铝管内设有用于分隔进水口和出水口的堵塞件，且在该堵塞件处设有浇口区域。
进一步的，本发明的铝管成对设置分别作为液冷散热片片体的进水口和出水口，该铝管的一端呈封闭式结构，该铝管与铝管之间设有用于形成浇口区域的空档。
本发明所述的散热片内液体介质可以是水质、油质，甚至可以是制冷剂，作为直冷式散热片。
有益效果：
本发明的液冷散热片可直接放置在电池组内部，与电芯直接贴合，传热效率高；通过铝片上的贯通凹槽构成毛细管道，并通过将铝管的缺口与毛细管道连接，铝管被包裹在铝片内部，铝管起到骨架作用，并且密封性好；铝管与主管道可以采用软管连接，提高耐振动性，满足国标要求放电条件下，上下单向，10Hz～55Hz，最大加速度30m/s2，扫频循环10次，3小时无泄漏，以及跌落标准1.2米高度跌落无泄漏；本发明的液冷散热片片体部分比较薄，在电芯之间，可以减小电池组体积，提高能量密度，同时铝管在电芯外侧，占用空间小；
本发明采用的铝片冲压、贴合、覆膜技术均为成熟技术，成本低廉，可靠性高，无搅拌摩擦焊、钎焊等高成本工艺；铝片的绝缘膜可以达到耐500V尖端放电，以及2500V漏电电流小于20mA；铝片胶黏剂粘接强度可以达到铝片本体强度，大于150Mpa；通过统一铝管直径以及连接方式，可以实现标准模块化设计；通过铝管排布与主管连接方式，可以灵活布置，实现串联、并联以及串并联组合方式，适合不同的散热要求。
本发明通过将液冷散热片注塑在铅酸蓄电池内部，并将液冷散热片与比如汽车空调或专用制冷加热装置连接，在环境温度高时通入冷却液来给铅酸蓄电池降温，在环境温度低时，通入高温液体给铅酸蓄电池加温，达到使电池工作在适宜的温度，从而延长电池寿命，其结构简单，可以做到电池外部尺寸与现有产品一致，产品变化小，实施成本低。
附图说明
图1为液冷散热片的结构示意图；
图2为液冷散热片的毛细通道结构示意图；
图3为液冷散热片的毛细通道结构示意图；
图4为内嵌液冷散热片式铅酸蓄电池结构示意图；
图5为本发明的液冷散热片与蓄电池位置示意图；
图6为内嵌液冷散热片式铅酸蓄电池的出水口结构示意图；
图7为内嵌液冷散热片式铅酸蓄电池的液冷散热片结构示意图；
图8为内嵌液冷散热片式铅酸蓄电池的进出水口位置示意图；
图9为内嵌液冷散热片式铅酸蓄电池的进出水口位置示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明专利做进一步说明。参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
如图1、图2和图3所示，本实施例通过铝片Y1冲压的方式冲出多条贯通凹槽Y2，贯通凹槽Y2的首端和尾端均汇集至铝片Y1的一侧，且该贯通凹槽Y2的首端和尾端分别设置在该铝片Y1一侧的两端，同时在该铝片Y1一侧上冲压出一个半圆形状，半圆凹凸方向与贯通凹槽Y2的凹凸方向一致；本实施例的液冷散热片使用两片上述结构的铝片Y1粘连构成，两个贯通凹槽Y2相对设置且其内表面粘连构成毛细通道Y3，该贯通凹槽Y2的首尾端即为毛细通道Y3的进出水口，该两个半圆相对设置且在该两个半圆相对设置形成的区域内放置有铝管Y4，在该铝管Y4沿轴向方向上开设有铝管缺口Y5，该缺口Y5长度大于贯通凹槽Y2宽度，该铝管缺口Y5宽度大于毛细通道Y3宽度，小于铝管Y4的内径，铝管缺口Y5与毛细通道Y3的进出水口相对应，本实施例采用两段铝管Y4，为确保两段铝管Y4中的液体不会从一个铝管Y4直接流到另一个铝管Y4，分别将两个铝管Y4位于内侧的管口通过堵塞件Y10进行封闭，也可直接封闭。
本实施例在铝片Y1的凹槽突出面敷一层绝缘树脂膜，为整个液冷散热片提供绝缘性能；本实施例采用的铝片Y1厚度为0.2～0.4mm，长宽尺寸与锂电池相当。
本实施例将两段铝管Y4位于外侧的端口作为液冷散热片的进水口Y7和出水口Y8，可以与外部主管路通过软管Y12连接；本实施例的铝管Y4外径为3～8mm，铝管Y4的内截面积与毛细通道Y3总通道面积比值为(0.5～1.5)：1。本实施例的两片铝片1和两个铝管Y4用胶黏或超声波焊接方式贴合，现有的铝合金专用胶水可以提供达到或超过铝合金本体强度，具有很好的耐腐性和耐高低温性能，属于成熟技术。
液冷散热片外有一层绝缘树脂膜，膜的厚度为0.001～0.05mm，膜的材料可以是PET、PE、PI等绝缘膜，此膜可以在铝片Y1冲压前涂覆，也可以在铝片Y1粘合时贴敷，效果相同，属于成熟技术。
液冷散热片的铝片片体部分厚度在0.5～3mm之间，液冷散热片放置在电池包内部电芯之间，除铝管Y4部位在电芯外侧以外，其他片体部分与电芯完全贴合。
参考图1到图6，本实施例的一种内嵌液冷散热片式铅酸蓄电池，用于汽车启动、通讯电源、储能电源、动力牵引等铅酸蓄电池，在铅酸蓄电池1中设有中隔2并在该中隔2内放置一个有液体流道3和出入水口4的液冷散热片片体5，可以将冷却的或加温的液体直接输送到电池内部，达到升温或降温的效果，使电池工作在最佳的温度条件下，该液冷散热片片体5宽度和高度均与极板9宽度和高度一致，且该液冷散热片片体5与极板9平行；液冷散热片片体5被中隔2中的塑料所包围，通过塑料封闭与铅酸蓄电池1酸液隔离，并且液冷散热片片体高度低于铅酸蓄电池对焊孔10。
本实施例将液冷散热片片体5与蓄电池1的极板面对，在电解液面以下，能有效作用与电池内部电解液；该液冷散热片片体5的出入水口4位于蓄电池1底部，可在正面分别引出，也可根据车型管路设计需要，在蓄电池任意方向安排进出水口，液冷散热片片体5间也可设计成串联、并联方式，实现集中安插出入水管。
本实施例的液冷散热片片体中的液冷介质可以使用车载冷却液，与空调系统连接，实现统一控制，无需增加额外装置，本实施里的液冷散热片片体5在壳体注塑时一次注塑成型，外壳材料完全包裹液冷散热片片体5，可靠性高，不易泄漏和受外力影响，液冷散热片片体5也可在注塑完壳体后，放置在预留空间再封闭的方式实现。
液冷散热片片体5结构简单，由两片铝片Y1和两个铝管Y4构成，之间用胶黏剂连接，用于铅酸蓄电池与用于锂电池唯一不同是铝片外无需绝缘层；本实施例的液冷散热片片体5通过流道面积的设置，外部控制液体流速和液体温度，来控制输入和带出热量。
液冷散热片片体5的铝片Y1及铝管Y4可以用胶黏剂粘接，也可以采用成熟技术比如超声波、分子扩散焊、钎焊、搅拌摩擦焊、爆炸焊等方式连接。
本实施例的铝管Y4部分设置在铅酸蓄电池底部，出入水口可设置在底部侧面，每个液冷散热片可以单独引出出入水，也可通过弯头13和三通管14连接起来，汇集到一对出入水口；底部的铝管Y4部位同样被壳体塑料包围，为注塑一次成型，起到防护和底部承重作用。
本实施例的液冷散热片片体5采用两个铝管Y4，且在该两个铝管Y4之间设有空档，一方面隔离进出水，另一方面，该空挡为壳体注塑的浇口区域15，方便壳体成型。也可以采用封堵16连接两个铝管Y4，但需在封堵16的中央设计浇口区域15；液冷散热片片体5的集中出入水口，可根据需要设计在电池同侧、对侧或临侧。

Claims (10)

1.一种液冷散热片，其特征在于：包括散热片主体和设置在所述散热片主体上作为进出水口的铝管，所述散热片主体由两片结构相同的铝片相对粘合构成，所述铝片上端成半圆结构，所述铝管固定在该半圆结构内，且该铝管上设有若干缺口，该铝片上均匀分布有若干贯通凹槽，该贯通凹槽的首端和尾端均汇集至铝片的上端处，且该贯通凹槽的首尾端均与铝管的缺口相对应，所述铝管中段设有用于隔断进水口和出水口的堵塞件。
2.根据权利要求1所述的一种液冷散热片，其特征在于：所述铝片与铝片、散热片本体与铝管均通过胶粘进行固连。
3.根据权利要求1所述的一种液冷散热片，其特征在于：所述铝片的外表面处设有树脂绝缘层。
4.根据权利要求1所述的一种液冷散热片，其特征在于：所述缺口长度大于贯通凹槽宽度，且其缺口宽度大于贯通凹槽内径小于铝管内径。
5.根据权利要求1所述的一种液冷散热片，其特征在于：所述铝管的内截面积与贯通凹槽总通道面积比值为0.5～1.5：1。
6.一种内嵌液冷散热片式铅酸蓄电池，其特征在于：包括蓄电池主体、设置在蓄电池主体内部的中隔和放置在所述中隔内的液冷散热片片体，所述液冷散热片片体上设有若干用于流通液体的液体流道和作为该液体流道的进出水口的铝管，该铝管位于蓄电池主体底部，所述液冷散热片片体与蓄电池主体上的极板面对平行设置；所述液冷散热片片体通过中隔中的绝缘层与铅酸蓄电池酸液隔离。
7.根据权利要求6所述的一种内嵌液冷散热片式铅酸蓄电池，其特征在于：所述液冷散热片片体宽度和高度均与蓄电池主体的极板宽度和高度一致。
8.根据权利要求6或7所述的一种内嵌液冷散热片式铅酸蓄电池，其特征在于：所述液冷散热片片体由两片结构相同的铝片相对粘合构成，所述铝片上端成半圆结构，所述铝管固定在该半圆结构内，且该铝管上设有若干缺口，该铝片上均匀分布有若干贯通凹槽，该贯通凹槽的首端和尾端均汇集至铝片的上端处，且该贯通凹槽的首尾端均与铝管的缺口相对应，所述贯通凹槽粘连构成液体流道。
9.根据权利要求8所述的一种内嵌液冷散热片式铅酸蓄电池，其特征在于：所述铝管内设有用于分隔进水口和出水口的堵塞件，且在该堵塞件处设有浇口区域。
10.根据权利要求8所述的一种内嵌液冷散热片式铅酸蓄电池，其特征在于：所述铝管成对设置分别作为液冷散热片片体的进水口和出水口，该铝管的一端呈封闭式结构，该铝管与铝管之间设有用于形成浇口区域的空档。
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