CN109416227A - 热管的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及热管的制造方法，包括在由可锻材料制成的第一管件上进行的如下步骤：‑在第一端部处通过卷曲减小管件的直径，并且使以这种方式卷曲的端部密封封闭，‑将直径小于第一管件的第二管件插入第一管件的第二端部，‑围绕第二管件卷曲第一管件的第二端部，并且密封两个管件之间的交界面，‑使用传热流体部分地填充以这种方式形成的管，‑除去管中包含的空气，以及‑使第二管件的自由端部密封封闭。

Description

热管的制造方法

技术领域

本发明属于使用包含传热流体的热管进行冷却的领域。优选地，本发明涉及电池冷却领域，特别是但不限于车辆或者固定电池中使用的电池的冷却。

背景技术

随着电动车辆和混合动力车辆的发展，电池已经成为汽车工业中的一个主要问题。电池目前需要提供足够的能量来为车辆提供足够的自主性，同时具有不需要更换电池的寿命。此外，有用的是电池能够在所有的车辆运行条件下正确地操作，而无论这些条件是温度、湿度还是其他条件。

目前，已知这种电池的最佳操作温度通常在20℃和35℃之间。因此，提供高性能冷却系统以防止电池过热是有用的。

申请PCT/EP2014/062136已经公开了一种包括一组单电池和至少一个冷却设备的电池单元。冷却设备包括与至少一个单电池的外表面接触的集热板、与集热板接触的热管和散热元件。散热元件包括圆形孔，圆柱形热管位于所述圆形孔中。

冷却设备的原理如下：每根热管(有时称为热-管)包含一种流体，所述流体在电池操作过程中发出的热量的作用下在单电池附近蒸发。因此，如此形成的蒸汽填充热管直到耗散元件的起点，即直到最靠近单电池的耗散设备入口。当蒸汽处于热管的设置在耗散元件中的部分中的时候，在该耗散元件中循环的大气将流体冷却到流体恢复液相并且朝向单电池滴下的点。

本文使用的术语单电池等同于术语蓄电池或者电池元件。在一个示例中，单电池是圆柱形形状。然而，本发明适用于任何形状和任何功率的单电池。

根据申请US 2009/0208829还已知一种采用平行六面体热管的电池单元。然而，已经发现使用这种热管会导致额外的复杂性和额外的质量，因为为了避免当热管中产生凹陷的时候平行六面体的两个相对的面接触，必须使用更硬的材料或者赋予期望硬度的设计，因此其通常更重。

因此，本发明的目的是提供热管，使其能够克服现有技术的这一缺点，同时提供良好的冷却性能。更具体而言，本发明试图提供一种用于制造这种热管的方法。

发明内容

因此，本发明涉及一种用于制造热管的方法，包括在由可锻材料制成的第一管件上进行的如下步骤：

-在第一端部处锻造管件的直径，并且使如此锻造的端部密封封闭，

-将由可锻材料制成的直径小于第一管件的第二管件插入到第一管件的第二端部中，

-围绕第二管件锻造第一管件的第二端部，并且密封两个管件之间的交界面，

-用传热流体部分地填充如此形成的管，例如用大约1毫升的流体量，

-除去管中包含的空气，以及

-使第二管件的自由端部密封封闭。

在说明书的其余部分中，术语“管件”将使用于表示制造方法中采用的基本圆柱形的元件。术语“热管”或者“热-管”将无区别地使用于表示管件的组件。

在一个优选的实施方案中，可锻材料是具有高导热性的材料，例如退火铜，即硬化之后经过加热使其更具可锻性的铜。为了获得最佳的性能，有用的是热管的发生蒸发的端部由具有高导热性的材料制成。相比之下，热管的中央部分可以由另一种材料制成，因为其仅使用于使流体能够循环。因此，在一个实施方案中，只有热管的端部由具有高导热性的材料制成。然而，使用由单一材料制成的热管能够降低成本并且简化制造方法。

这里强调的是，在根据本发明的方法中，锻造步骤和随后的步骤在环境温度下在比未退火铜更具可锻性的退火铜上进行。

在一个优选的实施方案中，制造方法中采用的管件在其内表面上以螺旋面的形状开槽。

为了实现良好的热管操作，需要使已经恢复液相的流体移动至待冷却的元件。在电池模块处于基本竖直位置的情况下，这种移动是在重力的作用下实现的，因为液相的流体比气相的流体更重。因此发现，当电池以非竖直位置的位置操作的时候，由于重力不再以平行于热管取向的方向上作用，因此不再允许流体的这种有效的移动，导致操作变差。为了克服这一点，有许多可行的方案。因此，在一个优选的实施方案中，热管在其内表面上开槽，以便增加冷凝面积，这是为了增加热交换。在另一种配置中，有用的是在热管内安装使流体能够通过毛细作用移动的装置，例如网格。

在一个优选的实施方案中，通过钎焊实现第一管件的第一端部的密封封闭。

在一个优选的实施方案中，第二管件的自由端部的密封封闭包括如下步骤：

-挤压第二管件的位于第一管件外部的部分直到将其密封，

-在挤压部分处切割第二管件。

此外，为了保持密封，特别是长期地保持密封，在一个有利的实施方案中，密封第二管件的自由端部的步骤包括焊接第二管件的新自由端部的最后步骤。在这种情况下，挤压步骤能够在进行该焊接步骤所需的时间内实现临时密封。

在根据本发明的方法中，存在两种进行锻造的可行方案。因此，在第一个实施方案中，使用三爪或者四爪卡盘进行锻造，从而能够获得星形锻造。在第二个实施方案中，使用快门形式的锻造工具进行锻造，从而能够获得在整个圆周上形状完全均匀的环形锻造。

对于难以以其他方式锻造的大直径管件来说，星形锻造是特别有利的。由于与在通过星形锻造获得的锯齿形表面上相比，在圆形表面上更容易进行使两个管件之间的交界面能够密封的钎焊，因此，使用环形锻造使得制造过程更容易。

如前所述，根据本发明的制造方法包括除去管中存在的空气的步骤。本发明再次考虑了许多方案。因此，第一种方案是将真空泵连接到第二管件的自由端部并且抽出空气，直到管件中获得0至70mbar之间的空气分压。这里必须强调的是，将需要正确地选择真空泵从而能够实现这些压力水平。

能够避免使用真空泵的第二种方案是加热第一管件的封闭端部直到传热流体沸腾。在这种情况下，传热流体蒸发，由此形成的气体在热管中产生升高的压力，从而将空气排出热管。然而，可以证明这种方案难以实施，因为其需要对沸腾时间进行精细控制，从而确保在空气排出步骤结束的时候，热管中仍留有足够的传热流体，使得一旦将热管安装在待冷却的系统中热管就能够正确地操作。

本发明还涉及通过根据本发明的制造方法获得的热管，以及包括至少一个这样的热管的电池单元。

附图说明

通过如下附图显示的优选但非限制性实施方案的如下描述，使得本发明的其它目的和优点将变得明显，在附图中：

·图1a和图1b示出了根据本发明的方法的一个实施方案制造的热管的端部，该热管采用星形锻造。

·图2a和图2b示出了根据本发明的方法的一个实施方案制造的热管的端部，该热管采用环形锻造，以及

·图3示出了根据本发明的方法的一个具体实施方案中采用的工具。

具体实施方式

如前所述，使用根据本发明的方法制造的热管包括两个管件，所述两个管件组装从而形成管。如此形成的管包括两个端部，第一端部可以被描述为“普通”，第二端部可以被称为“复合”，因为其包括插在第一管件内的第二管件。

下文将描述本发明的一个具体实施方案。如图1和图2可见，第一管件包括第一端部10、10’和第二端部20、20’。第二管件30、30’插入到该第二端部20、20’中。

第一管件优选由退火铜制成。其直径约为10毫米，长度为数厘米。第二管件也优选由退火铜制成，并且具有4毫米的直径。还需要强调的是，第二管件的壁需要足够厚，例如约1毫米厚，使其在挤压步骤期间不会损坏。它还需要足够硬以便在挤压之后保持原状，从而防止管件再次打开，因为这会导致管件密封问题。

在普通端部处，需要实现整体锻造以便后续可以进行钎焊从而密封管。在复合端部处，围绕第二管件进行锻造。如前所述，有许多能够进行该锻造的方案。因此，在图1a和图1b所示的第一个实施方案中，使用三爪或者四爪卡盘进行锻造，产生星形锻造。从图1a和图1b中可以看出，对于普通端部，例如可以使用如图1b所示的三爪卡盘，以及四爪卡盘或者其他类型的卡盘。该方案对于大直径管件可能是有利的，但是由于需要焊接的形状比较复杂，使得例如通过钎焊或者焊接实现密封的后续操作更加复杂。

在准备安装在电池单元中的热管的情况下，例如将根据期望的结构，特别是根据待安装在每个热管周围的单电池的数目选择所使用的卡盘爪的数目。

如图2a和图2b所示的第二种方案是进行环形锻造。有利的是，为此将使用如图3所示的锻造工具。环形锻造使得根据本发明的制造方法更容易工业化，因为例如通过焊接进行的密封操作更容易并且更容易以批量生产的方式重复。

图3所示的锻造工具是根据与照相快门相同的操作原理制造的。因此，该工具包括外盘40，所述外盘40的中央具有圆形开口41。安装在该圆形开口内的是叶片42和启动环43。叶片在其一个端部处紧固至启动环43。旋转启动环43使叶片移动到使孔口41更小的位置。

因此，如果管件插入到孔口41中并且起动启动环，由叶片施加至管件的压力导致管件形状的圆形锻造。这种叶片几何形状能够获得在管件的整个圆周上均匀的锻造。将仔细地进行叶片的数目和尺寸的选择，从而能够锻造整个管件而不损坏管件的壁。

一旦锻造操作已经进行、第二管件已经插入第一管件内并且钎焊和/或焊接步骤已经进行，根据本发明的方法包括用传热流体填充由此产生的管然后除去管中包含的空气的步骤。

Claims (12)

1.热管的制造方法，包括在由可锻材料制成的第一管件上进行的如下步骤：

·在第一端部(10、10’)处锻造管件的直径，并且使如此锻造的端部密封封闭，

·将直径小于第一管件的第二管件(30、30’)插入到第一管件(20、20’)的第二端部中，

·围绕第二管件锻造第一管件的第二端部，并且密封两个管件之间的交界面，

·用传热流体部分地填充如此形成的管，

·除去管中包含的空气，以及

·使第二管件的自由端部密封封闭。

2.根据权利要求1所述的制造方法，其中所述第一管件由具有高导热性的材料制成。

3.根据权利要求1或2所述的制造方法，其中通过钎焊实现第一管件的第一端部的密封封闭。

4.根据前述权利要求中任一项所述的制造方法，其中所述第二管件的自由端部的密封封闭包括以下步骤：

-挤压第二管件的位于第一管件外部的部分直到将其密封，以及

-在挤压部分处切割第二管件。

5.根据权利要求4所述的制造方法，其中所述第二管件的自由端部的密封封闭进一步包括焊接第二管件的新自由端部以加强密封的最后步骤。

6.根据前述权利要求中任一项所述的制造方法，其中使用三爪或者四爪卡盘进行锻造。

7.根据前述权利要求中任一项所述的制造方法，其中使用快门形状的锻造工具进行锻造。

8.根据前述权利要求中任一项所述的制造方法，其中通过将真空泵连接到第二管件的自由端部并且抽出空气直到管件中获得0至70mbar之间的空气分压，来进行除去管中存在的空气的步骤。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的制造方法，其中通过加热第一管件的封闭端部直到传热流体沸腾，来进行除去管中存在的空气的步骤。

10.一种热管，其通过根据前述权利要求中任一项所述的制造方法获得，其特征在于，第一管件和第二管件由退火铜制成。

11.根据权利要求10所述的热管或者通过根据权利要求1至8中任一项所述的制造方法获得的热管，其中管件在其内表面上螺旋地开槽。

12.一种电池单元，其包括至少一个根据权利要求10或11所述的热管。