CN108649296B - 一种基于液态金属导热的锂离子电池储能快速散热装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于液态金属导热的锂离子电池储能快速散热装置及方法，所述装置包括：箱体、电池组、导热管、液态金属驱动模块以及相变热交换模块；所述导热管内置可流动的液态金属，所述导热管与液态金属驱动模块共同构成闭环回路；所述导热管在电池箱体内与电池组表面紧密接触，通过所述导热管的外壁进行热传导，并将热量传递至导热管内部的液态金属；所述导热管在所述相变热交换模块中与相变材料发生热交换，将热量传递至相变材料；所述液态金属驱动模块用于驱动液态金属在导热管内流动；所述相变热交换模块内置用于与导热管热交换的相变材料，所述导热管在所述相变热交换模块中按预设规则布置，与相变材料紧密接触。

Description

一种基于液态金属导热的锂离子电池储能快速散热装置及 方法

技术领域

本发明涉及电池技术领域，更具体地，涉及一种基于液态金属导热的锂离子电池储能快速散热装置及方法。

背景技术

科学技术蓬勃发展的今日，电能早已成为人们生活中不可或缺的重要能源；而且随着移动技术以及传统行业与电能相结合的发展，各类便携式电子产品、电动汽车等都应运而生，用于储存电能的电池组技术变得越来越重要，电池组在释放能量时，会伴随发热，过热的电池组会使电池组的转化效率变低、电池寿命变差，故对于电池组的散热十分重要；

目前，对电池组的散热主要采用风冷、水冷、空调冷却的方式进行散热。然而，传统的风冷散热的散热效果差；而水冷散热虽然散热能力要比风冷散热强，但整体结构笨重，且存在漏液问题；而空调冷却散热，结构庞大复杂，成本高，自身耗能高，在需要便携或小空间的电池组使用场景下均存在弊端。相变材料冷却是利用材料发生相变时储存或释放热量实现对电池的冷却或加热，虽然该方法散热效果较好，但是相变材料散热技术尚未成熟，结构复杂，成本较高，维护不方便。

发明内容

为了解决背景技术存在的对于电池组的散热存在的散热效果差、整体结构复杂笨重、成本高等问题，本发明提供了一种基于液态金属导热的锂离子电池储能快速散热装置及方法；所述装置及方法使用液态金属通过导热管作为媒介将所述电池组发出的热量吸收，吸收了热量的液态金属流动至在相变材料中的导热管内时，在通过热交换将热量传导给相变材料；所述装置及方法，通过液态金属及导热管间接的将相变材料应用到电池组散热中，所述装置包括：

箱体，所述箱体包括电池箱体以及功能箱体，所述电池箱体用于将电池组包裹固定在其内，所述功能箱体用于将包括液态金属驱动模块以及相变热交换模块的多个功能模块固定在其内；所述电池箱体与功能箱体之间有中空的通路相连，所述中空的通路用于供导热管通过；

电池组，所述电池组由一个或多个锂电池构成，所述电池组用于存储电能；

导热管，所述导热管内置可流动的液态金属，所述导热管的输入端与液态金属驱动模块的输出端相连，所述导热管的输出端与液态金属驱动模块输入端相连，所述导热管与液态金属驱动模块共同构成闭环回路；所述导热管在电池箱体内与电池组表面紧密接触，通过所述导热管的外壁进行热传导，并将热量传递至导热管内部的液态金属；所述导热管穿过所述电池箱体与功能箱体间的中空的通路，在所述相变热交换模块中与相变材料发生热交换，将热量传递至相变材料；

液态金属驱动模块，所述液态金属驱动模块用于驱动液态金属在导热管内流动，所述液态金属在导热管内的流通方向为从箱体内的导热管流向相变热交换模块内的导热管；

相变热交换模块，所述相变热交换模块内置用于与导热管热交换的相变材料，所述导热管在所述相变热交换模块中按预设规则布置，与相变材料紧密接触；

进一步的，所述导热管在电池箱体内蛇形布置于电池组表面，与电池组表面紧密连接；所述电池组内的一块或多块锂电池的结合方式包括串联、并联以及混联；

进一步的，所述液态金属驱动模块包括驱动单元，所述驱动单元用于给流经液态金属驱动模块的液态金属提供流动的动力；所述驱动单元的实现方式包括液压驱动、电磁泵驱动、脉冲激光驱动以及声波驱动；

进一步的，所述导热管以单一路径由电池箱体经所述中空的通路输入至相变热交换模块；所述导热管以单一路径由相变热交换模块输出至液态金属驱动模块；所述导热管在所述相变热交换模块内部呈现多路径的分布，以增大导热管与相变材料的接触面积；

进一步的，所述液态金属为镓镁合金、镓铟合金、镓铟锡合金、铟锡铋合金、钾钠合金以及水银中的任一种；

进一步的，所述导热管的材料为铜、铝、铝合金、石墨烯、人工石墨、天然石墨、碳纤维以及C/C复合材料中的任一种；

进一步的，所述相变材料为聚乙二醇、六水氯化钙、十水合硫酸钠、三水合醋酸钠、十水合磷酸氢钠、石蜡、正癸酸、十二酸、十四酸、十六酸、十八酸、2-二羟甲基丙醇、新戊二醇以及泡沫铜中的任一种；

所述一种基于液态金属导热的锂离子电池储能装置快速散热方法包括：

将导热管内注入液态金属，并通过驱动使得液态金属在导热管内闭环流动；

将闭环的导热管的一部分布置于电池组表面，且与所述电池组表面紧密接触；通过所述导热管将电池组表面的热量传导至导热管内部的液态金属；

将所述导热管的另一部分布置于相变材料中，且与所述相变材料紧密接触；所述导热管内部的液态金属通过流动将在电池组表面吸收的热量传导至所述相变材料中。

进一步的，所述导热管在电池箱体内蛇形布置于电池组表面，与电池组表面紧密连接；

进一步的，所述驱动液态金属在导热管内闭环流动的方式包括液压驱动、电磁泵驱动、脉冲激光驱动以及声波驱动；

进一步的，所述导热管在所述相变材料内部呈现多路径的分布，以增大导热管与相变材料的接触面积。

本发明的有益效果为：本发明的技术方案，给出了一种基于液态金属导热的锂离子电池储能快速散热装置及方法，所述装置及方法使用液态金属通过导热管作为媒介将所述电池组发出的热量吸收，吸收了热量的液态金属流动至在相变材料中的导热管内时，在通过热交换将热量传导给相变材料；所述装置及方法，通过液态金属及导热管间接的将相变材料应用到电池组散热中，发挥了相变材料利用本身特性实现快速散热的优点；所述装置结构简单、成本低且维护方便。

附图说明

通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：

图1为本发明具体实施方式的一种基于液态金属导热的锂离子电池储能快速散热装置的结构图；

图2为本发明具体实施方式的一种基于液态金属导热的锂离子电池储能快速散热方法的流程图。

具体实施方式

现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

图1为本发明具体实施方式的一种基于液态金属导热的锂离子电池储能快速散热装置的结构图；所述装置及方法使用液态金属通过导热管作为媒介将所述电池组发出的热量吸收，吸收了热量的液态金属流动至在相变材料中的导热管内时，在通过热交换将热量传导给相变材料；所述装置包括：

箱体，所述箱体包括电池箱体111以及功能箱体112，所述电池箱体111用于将电池组包裹固定在其内，所述功能箱体112用于将包括液态金属驱动模块以及相变热交换模块的多个功能模块固定在其内；所述电池箱体111与功能箱体112之间有中空的通路相连，所述中空的通路用于供导热管通过；

电池组120，所述电池组120由一个或多个锂电池构成，所述电池组120用于存储电能；

进一步的，所述电池组120内的一块或多块锂电池的结合方式包括串联、并联以及混联；

导热管130，所述导热管130内置可流动的液态金属，所述导热管130的输入端与液态金属驱动模块的输出端相连，所述导热管130的输出端与液态金属驱动模块输入端相连，所述导热管130与液态金属驱动模块共同构成闭环回路；所述导热管130在电池箱体111内与电池组120表面紧密接触，通过所述导热管130的外壁进行热传导，并将热量传递至导热管130内部的液态金属；所述导热管130穿过所述电池箱体111与功能箱体112间的中空的通路，在所述相变热交换模块中与相变材料发生热交换，将热量传递至相变材料；

进一步的，所述导热管130在电池箱体111内蛇形布置于电池组120表面，与电池组120表面紧密连接；紧密连接的方式包括多种，以本实施例为例，可使用散热性能好的材料填充至电池箱体111与导热管130之间，使导热管130承受方向向电池组120表面的压力，使之紧密连接；或可使用压力支架将导热管130压制在电池组120表面上，使之紧密连接；

进一步的，所述导热管130的材料为铜、铝、铝合金、石墨烯、人工石墨、天然石墨、碳纤维以及C/C复合材料中的任一种；

液态金属驱动模块140，所述液态金属驱动模块140用于驱动液态金属在导热管130内流动，所述液态金属在导热管130内的流通方向为从箱体内的导热管130流向相变热交换模块内的导热管130；

进一步的，所述液态金属驱动模块140包括驱动单元，所述驱动单元用于给流经液态金属驱动模块140的液态金属提供流动的动力；所述驱动单元的实现方式包括液压驱动、电磁泵驱动、脉冲激光驱动以及声波驱动；

进一步的，所述液态金属为镓镁合金、镓铟合金、镓铟锡合金、铟锡铋合金、钾钠合金以及水银中的任一种；

相变热交换模块150，所述相变热交换模块150内置用于与导热管130热交换的相变材料，所述导热管130在所述相变热交换模块150中按预设规则布置，与相变材料紧密接触；

进一步的，所述相变热交换模块150内部布置的预设规则包括以蛇形、S形、U形、毛细血管网形式分布布置，以增大导热管130与相变材料的接触面积；

进一步的，所述导热管130以单一路径由电池箱体111经所述中空的通路输入至相变热交换模块150；所述导热管130以单一路径由相变热交换模块150输出至液态金属驱动模块140；所述导热管130在所述相变热交换模块150内部呈现多路径的分布，以增大导热管130与相变材料的接触面积；

进一步的，所述相变热交换模块150可以为多个，与所述导热管130内部的液态金属进行多次热交换；

进一步的，所述相变材料为聚乙二醇、六水氯化钙、十水合硫酸钠、三水合醋酸钠、十水合磷酸氢钠、石蜡、正癸酸、十二酸、十四酸、十六酸、十八酸、2-二羟甲基丙醇、新戊二醇以及泡沫铜中的任一种；

图2位本发明具体实施方式的一种基于液态金属导热的锂离子电池储能快速散热方法的流程图；如图2所示，所述一种基于液态金属导热的锂离子电池储能快速散热方法包括：

步骤201，将导热管内注入液态金属，并通过驱动使得液态金属在导热管内闭环流动；

步骤202，将闭环的导热管的一部分布置于电池组表面，且与所述电池组表面紧密接触；通过所述导热管将电池组表面的热量传导至导热管内部的液态金属；

进一步的，所述导热管在电池箱体内蛇形布置于电池组表面，与电池组表面紧密连接；

步骤203，将所述导热管的另一部分布置于相变材料中，且与所述相变材料紧密接触；所述导热管内部的液态金属通过流动将在电池组表面吸收的热量传导至所述相变材料中。

进一步的，所述导热管在所述相变材料内部呈现多路径的分布，以增大导热管与相变材料的接触面积。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本公开的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。本说明书中涉及到的步骤编号仅用于区别各步骤，而并不用于限制各步骤之间的时间或逻辑的关系，除非文中有明确的限定，否则各个步骤之间的关系包括各种可能的情况。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本公开的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在权利要求书中所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

本公开的各个部件实施例可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。本公开还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的设备或者系统程序(例如，计算机程序和计算机程序产品)。这样的实现本公开的程序可以存储在计算机可读介质上，或者可以具有一个或者多个信号的形式。这样的信号可以从因特网网站上下载得到，或者在载体信号上提供，或者以任何其他形式提供。

应该注意的是上述实施例对本公开进行说明而不是对本公开进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本公开可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干系统的单元权利要求中，这些系统中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。

以上所述仅是本公开的具体实施方式，应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本公开精神的前提下，可以作出若干改进、修改、和变形，这些改进、修改、和变形都应视为落在本申请的保护范围内。

Claims (7)

1.一种基于液态金属导热的锂离子电池储能快速散热装置，所述装置包括：

箱体，所述箱体包括电池箱体以及功能箱体，所述电池箱体用于将电池组包裹固定在其内，所述功能箱体用于将包括液态金属驱动模块以及相变热交换模块的多个功能模块固定在其内；所述电池箱体与功能箱体之间有中空的通路相连，所述中空的通路用于供导热管通过；

电池组，所述电池组由一个或多个锂电池构成，所述电池组用于存储电能；

导热管，所述导热管内置可流动的液态金属，所述导热管的输入端与液态金属驱动模块的输出端相连，所述导热管的输出端与液态金属驱动模块输入端相连，所述导热管与液态金属驱动模块共同构成闭环回路；所述导热管在电池箱体内与电池组表面紧密接触，通过所述导热管的外壁进行热传导，并将热量传递至导热管内部的液态金属；所述导热管穿过所述电池箱体与功能箱体间的中空的通路，所述导热管在所述相变热交换模块中按预设规则布置，与相变材料紧密接触在所述相变热交换模块中与相变材料发生热交换，将热量传递至相变材料，所述预设规则包括：对导热管以蛇形、S形、U形、毛细血管网形式分布布置；

所述导热管以单一路径由电池箱体经所述中空的通路输入至相变热交换模块；所述导热管以单一路径由相变热交换模块输出至液态金属驱动模块；所述导热管在所述相变热交换模块内部呈现多路径的分布，以增大导热管与相变材料的接触面积；

液态金属驱动模块，所述液态金属驱动模块用于驱动液态金属在导热管内流动，所述液态金属在导热管内的流通方向为从箱体内的导热管流向相变热交换模块内的导热管；

所述液态金属驱动模块包括驱动单元，所述驱动单元用于给流经液态金属驱动模块的液态金属提供流动的动力；所述驱动单元的实现方式包括液压驱动、电磁泵驱动、脉冲激光驱动以及声波驱动；

相变热交换模块，所述相变热交换模块内置用于与导热管热交换的相变材料。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述导热管在电池箱体内蛇形布置于电池组表面，与电池组表面紧密连接；所述电池组内的多块锂电池的结合方式包括串联、并联以及混联。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述液态金属为镓镁合金、镓铟合金、镓铟锡合金、铟锡铋合金、钾钠合金以及水银中的任一种。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述导热管的材料为铜、铝、铝合金、石墨烯、人工石墨、天然石墨以及碳纤维中的任一种。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述相变材料为聚乙二醇、六水氯化钙、十水合硫酸钠、三水合醋酸钠、十水合磷酸氢钠、石蜡、正癸酸、十二酸、十四酸、十六酸、十八酸、2-二羟甲基丙醇以及新戊二醇中的任一种。

6.一种使用如权利要求1所述的装置对锂离子电池储能的快速散热方法，所述方法包括：

将导热管内注入液态金属，并通过驱动使得液态金属在导热管内闭环流动；

将闭环的导热管的一部分布置于电池组表面，且与所述电池组表面紧密接触；通过所述导热管将电池组表面的热量传导至导热管内部的液态金属；

将所述导热管的另一部分布置于相变材料中，且与所述相变材料紧密接触；所述导热管内部的液态金属通过流动将在电池组表面吸收的热量传导至所述相变材料中。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述导热管在电池箱体内蛇形布置于电池组表面，与电池组表面紧密连接。

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