CN109888436A - 结合相变材料的集成冷板电池热控系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种结合相变材料的集成冷板电池热控系统，涉及电池热控系统领域。包括骨架外壳、骨架冷板、定形相变材料、电池；所述骨架外壳的两侧分别设有骨架外壳入口、骨架外壳出口，所述骨架冷板的两侧分别设有冷板入口、冷板出口；所述骨架冷板固定连接在所述骨架外壳的内部空腔中，所述骨架外壳入口、骨架外壳出口分别连通所述冷板入口、冷板出口；所述定形相变材料设在所述骨架外壳的内部空腔中并接触所述骨架冷板的冷却面，所述定形相变材料包围在所述电池的周围。本发明的优点在于：结合了相变热控技术与集成冷板技术，提高了散热能力。

Description

结合相变材料的集成冷板电池热控系统

技术领域

本发明涉及电池热控系统领域，尤其涉及一种结合相变材料的集成冷板电池热控系统。

背景技术

在当前能源问题与环境问题的压力下，在节能与环保方面具有巨大优势的电动汽车等电动交通工具成为重点发展对象，而动力电池正是电动交通工具的核心部件。大部分电池的能源效率和循环寿命受温度影响显著，过高或过低的温度不利于充放电效率，而且高温下电池过热、燃烧、爆炸的安全问题，低温下电池可靠性问题等都困扰着厂家与用户。现有的动力电池热控系统存在瞬态发热或热冲击适应性较差，结构不够紧凑，系统能耗较高等方面的不足。

相变材料在相变过程中温度保持较低的变化范围，同时吸收或释放大量热量，其在动力电池热控方面的应用已经引起较大的关注，与其他热控技术相比，相变热控技术具有系统简单、成本低廉、可靠性高、周期性可逆、控温精度高、节能环保等优点，尤其在应对周期性或波动性发热、瞬态热冲击的防护上应用前景广阔。但是，相变热控系统也存在几个关键问题：相变材料的热导率较低，导致传热速率较低；相变材料存在渗漏与相分离的缺点。这些问题显著制约了相变热控系统的普及。

液冷冷板是热控系统中常用的散热部件，具有工艺成熟、构造简单、响应灵敏、可靠性高等优点，在电子设备热控等方面被广泛采用。当前对冷板的散热面积扩展、结构材料强化、液体流态控制等研究较为充分，而对其与相变热控技术结合的研究尚且不足，尤其是在骨架集成、与相变材料特性互补、适应性与通用性等方面未得到充分改善。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能够结合相变热控技术与集成冷板技术，提高散热能力的结合相变材料的集成冷板电池热控系统。

本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的：结合相变材料的集成冷板电池热控系统，包括骨架外壳(1)、骨架冷板(2)、定形相变材料(3)、电池(4)；所述骨架外壳(1)、骨架冷板(2)均为中空腔体，所述骨架外壳(1)的两侧分别设有骨架外壳入口(11)、骨架外壳出口，所述骨架冷板(2)的两侧分别设有冷板入口(21)、冷板出口(22)；所述骨架冷板(2)固定连接在所述骨架外壳(1)的内部空腔中，所述骨架外壳入口(11)、骨架外壳出口分别连通所述冷板入口(21)、冷板出口(22)；所述定形相变材料(3)设在所述骨架外壳(1)的内部空腔中并接触所述骨架冷板(2)的冷却面，所述定形相变材料(3)包围在所述电池(4)的周围。结合了相变热控技术与集成冷板技术，通过定形相变材料包裹电池应对热冲击，对瞬态发热或热冲击适应性强，热控温度均匀，同时结合了液冷冷板响应灵敏、可靠性高的优点，弥补了相变材料散热能力的不足，提高了散热能力；并且，该结合相变材料的集成冷板电池热控系统可以根据电池数量调节骨架冷板大小，适应不同电池容量的动力系统。

作为优化的技术方案，共设有多个骨架冷板(2)，各骨架冷板(2)相互平行间隔设置；多个骨架外壳入口(11)分别连通各骨架冷板(2)的冷板入口(21)，多个骨架外壳出口分别连通各骨架冷板(2)的冷板出口(22)；所述定形相变材料(3)为多个套筒，各套筒上分别开有电池孔(31)，各电池孔(31)中分别插有电池(4)；所述定形相变材料(3)的套筒排成多排，各排套筒与各骨架冷板(2)依次穿插设置。结构紧凑，占用空间少。

作为优化的技术方案，还包括进液均液腔(5)、出液均液腔(6)，所述进液均液腔(5)、出液均液腔(6)均为中空腔体，所述进液均液腔(5)、出液均液腔(6)分别连接在所述骨架外壳(1)的外表面两侧；所述进液均液腔(5)上设有均液腔入口(51)，所述均液腔入口(51)连通外界与所述进液均液腔(5)的内部空腔；所述进液均液腔(5)连通各骨架外壳入口(11)；所述出液均液腔(6)上设有均液腔出口(61)，所述均液腔出口(61)连通外界与所述出液均液腔(6)的内部空腔；所述出液均液腔(6)连通各骨架外壳出口。通过设置均液腔对进出液进行缓冲，使进入各骨架冷板的冷却液流量均衡。

作为优化的技术方案，所述定形相变材料(3)采用石蜡基复合定形相变材料。石蜡基复合定形相变材料热容大，热导率高，反复使用不融化不泄露。

作为优化的技术方案，所述定形相变材料(3)中混合有膨胀石墨。通过混合膨胀石墨增强热导率。

作为优化的技术方案，所述定形相变材料(3)中加入了聚乙烯。通过加入高密度聚乙烯形成支撑网络，在相变过程中保持更好的定形效果。

作为优化的技术方案，所述骨架冷板(2)的冷却面的外部设有冷板翅片(23)，所述冷板翅片(23)接触所述定形相变材料(3)。通过设置冷板翅片，增大了骨架冷板与定形相变材料的接触面积，强化了换热效果。

作为优化的技术方案，所述骨架冷板(2)的内部设有导流翅片(24)，若干导流翅片(24)间隔设置，各导流翅片(24)之间形成往返折线型流道。通过设置导流翅片，强化了换热效果，并且可以引导冷却液S型流动。

作为优化的技术方案，还包括感温探头，所述感温探头分布在所述定形相变材料(3)中，所述感温探头连接液冷系统。感温探头能够探测定形相变材料的温度，使该结合相变材料的集成冷板电池热控系统可以采用两级冷却模式，当电池的发热量较低或瞬态发热时仅通过相变热控系统带走热量，当电池发热量较高或持续发热时自动启动液冷系统，相变热控系统与冷板热控系统共同工作，温控精度高，节能高效。

作为优化的技术方案，所述骨架外壳(1)上设有强化翅片。通过设置强化翅片，增大了换热面积，强化了换热效果。

本发明的优点在于：

1、结合了相变热控技术与集成冷板技术，通过定形相变材料包裹电池应对热冲击，对瞬态发热或热冲击适应性强，热控温度均匀，同时结合了液冷冷板响应灵敏、可靠性高的优点，提高了散热能力；并且，该结合相变材料的集成冷板电池热控系统可以根据电池数量调节骨架冷板大小，适应不同电池容量的动力系统。

2、结构紧凑，占用空间少。

3、通过设置进液均液腔和出液均液腔对进出液进行缓冲，使进入各骨架冷板的冷却液流量均衡

4、采用石蜡基复合定形相变材料，热容大，热导率高，反复使用不融化不泄露，通过混合膨胀石墨增强热导率，通过加入高密度聚乙烯形成支撑网络，在相变过程中保持更好的定形效果。

5、通过设置导流翅片，强化了换热效果，并且可以引导冷却液S型流动。

6、通过设置冷板翅片、强化翅片，增大了换热面积，强化了换热效果。

7、感温探头能够探测定形相变材料的温度，使该结合相变材料的集成冷板电池热控系统可以采用两级冷却模式，当电池的发热量较低或瞬态发热时仅通过相变热控系统带走热量，当电池发热量较高或持续发热时自动启动液冷系统，相变热控系统与冷板热控系统共同工作，温控精度高，节能高效。

附图说明

图1是本发明实施例结合相变材料的集成冷板电池热控系统的整体结构示意图。

图2为本发明实施例结合相变材料的集成冷板电池热控系统的内部结构示意图。

图3是本发明实施例骨架冷板的整体结构示意图。

图4是本发明实施例骨架冷板的内部结构示意图。

图5为本发明实施例定形相变材料的结构示意图。

图6为本发明实施例进液均液腔的外侧结构示意图。

图7为本发明实施例进液均液腔的内侧结构示意图。

具体实施方式

实施例一

如图1-7所示，结合相变材料的集成冷板电池热控系统，包括骨架外壳1、骨架冷板2、定形相变材料3、电池4、进液均液腔5、出液均液腔6、感温探头。

骨架外壳1为长方体中空薄板腔体，骨架外壳1的两侧分别设有骨架外壳入口11、骨架外壳出口(图中未示出)，骨架外壳入口11、骨架外壳出口分别包括3个竖直的条形开口，骨架外壳1的内表面或外表面设有强化翅片(图中未示出)。

骨架冷板2为长方体中空薄板腔体；骨架冷板2的两侧分别设有冷板入口21、冷板出口22；3个骨架冷板2相互平行间隔设置并固定连接在骨架外壳1的内部空腔中，各骨架外壳入口11分别连通各骨架冷板2的冷板入口21，各骨架外壳出口分别连通各骨架冷板2的冷板出口22。

骨架冷板2的两个冷却面的外部均设有冷板翅片23，冷板翅片23为竖直的条形，其横截面为长方形，若干冷板翅片23间隔设置，各冷板翅片23均嵌入到定形相变材料3的各套筒之间。

骨架冷板2的内部设有导流翅片24，导流翅片24为竖直的条形，其横截面为长方形，若干导流翅片24间隔设置，各导流翅片24之间形成往返折线型流道。

定形相变材料3设在骨架外壳1的内部空腔中并接触骨架冷板2的冷却面，定形相变材料3为多个长方体套筒，各套筒上分别开有适应电池尺寸的圆柱体电池孔31，各电池孔31分别插有电池4，各电池孔31中的电池4可以单层或多层叠加；定形相变材料3的套筒排成4排，4排套筒与3个骨架冷板2依次穿插设置。

定形相变材料3采用石蜡基复合定形相变材料，定形相变材料3中混合有膨胀石墨并加入了高密度聚乙烯。

进液均液腔5为由L形薄板槽与骨架外壳1的侧面共同形成中空腔体，出液均液腔6与进液均液腔5的结构相同，进液均液腔5、出液均液腔6对称连接在骨架外壳1的外表面两侧。

进液均液腔5的顶部设有均液腔入口51，均液腔入口51连通外界与进液均液腔5的内部空腔；进液均液腔5的下部连通3个骨架外壳入口11。

出液均液腔6的顶部设有均液腔出口61，均液腔出口61连通外界与出液均液腔6的内部空腔；出液均液腔6的下部连通3个骨架外壳出口。

骨架外壳1、骨架冷板2、进液均液腔5、出液均液腔6共同构成该结合相变材料的集成冷板电池热控系统的骨架。

骨架冷板2连接控制系统，通过控制系统控制冷却液从均液腔入口51进入进液均液腔5，然后从各骨架外壳入口11分别进入各骨架冷板2，经过各骨架冷板2的内部流道后从各骨架外壳出口汇集到出液均液腔6，最后由均液腔出口61排出，完成内部冷却。

感温探头与骨架贴合设置(图中未示出)，感温探头分布在定形相变材料3中，感温探头连接液冷系统。

当电池4的发热量较低或瞬态发热时，热量被定形相变材料3吸收，然后传递至骨架，通过骨架外壳1传递至外界，此时采用被动的相变冷却，仅通过相变热控系统带走热量，液冷系统不工作；当电池4发热量较高或持续发热时，定形相变材料3大量吸热，内部温度升高，感温探头探测温升达到或超过阈值时，液冷系统自动启动，冷却液进入骨架冷板2带走热量，此时采用被动的相变冷却与液冷系统的主动冷却相结合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种结合相变材料的集成冷板电池热控系统，其特征在于：包括骨架外壳(1)、骨架冷板(2)、定形相变材料(3)、电池(4)；所述骨架外壳(1)、骨架冷板(2)均为中空腔体，所述骨架外壳(1)的两侧分别设有骨架外壳入口(11)、骨架外壳出口，所述骨架冷板(2)的两侧分别设有冷板入口(21)、冷板出口(22)；所述骨架冷板(2)固定连接在所述骨架外壳(1)的内部空腔中，所述骨架外壳入口(11)、骨架外壳出口分别连通所述冷板入口(21)、冷板出口(22)；所述定形相变材料(3)设在所述骨架外壳(1)的内部空腔中并接触所述骨架冷板(2)的冷却面，所述定形相变材料(3)包围在所述电池(4)的周围。

2.如权利要求1所述的结合相变材料的集成冷板电池热控系统，其特征在于：共设有多个骨架冷板(2)，各骨架冷板(2)相互平行间隔设置；多个骨架外壳入口(11)分别连通各骨架冷板(2)的冷板入口(21)，多个骨架外壳出口分别连通各骨架冷板(2)的冷板出口(22)；所述定形相变材料(3)为多个套筒，各套筒上分别开有电池孔(31)，各电池孔(31)中分别插有电池(4)；所述定形相变材料(3)的套筒排成多排，各排套筒与各骨架冷板(2)依次穿插设置。

3.如权利要求2所述的结合相变材料的集成冷板电池热控系统，其特征在于：还包括进液均液腔(5)、出液均液腔(6)，所述进液均液腔(5)、出液均液腔(6)均为中空腔体，所述进液均液腔(5)、出液均液腔(6)分别连接在所述骨架外壳(1)的外表面两侧；所述进液均液腔(5)上设有均液腔入口(51)，所述均液腔入口(51)连通外界与所述进液均液腔(5)的内部空腔；所述进液均液腔(5)连通各骨架外壳入口(11)；所述出液均液腔(6)上设有均液腔出口(61)，所述均液腔出口(61)连通外界与所述出液均液腔(6)的内部空腔；所述出液均液腔(6)连通各骨架外壳出口。

4.如权利要求1-3任一项所述的结合相变材料的集成冷板电池热控系统，其特征在于：所述定形相变材料(3)采用石蜡基复合定形相变材料。

5.如权利要求4所述的结合相变材料的集成冷板电池热控系统，其特征在于：所述定形相变材料(3)中混合有膨胀石墨。

6.如权利要求4所述的结合相变材料的集成冷板电池热控系统，其特征在于：所述定形相变材料(3)中加入了聚乙烯。

7.如权利要求1-3任一项所述的结合相变材料的集成冷板电池热控系统，其特征在于：所述骨架冷板(2)的冷却面的外部设有冷板翅片(23)，所述冷板翅片(23)接触所述定形相变材料(3)。

8.如权利要求1-3任一项所述的结合相变材料的集成冷板电池热控系统，其特征在于：所述骨架冷板(2)的内部设有导流翅片(24)，若干导流翅片(24)间隔设置，各导流翅片(24)之间形成往返折线型流道。

9.如权利要求1-3任一项所述的结合相变材料的集成冷板电池热控系统，其特征在于：还包括感温探头，所述感温探头分布在所述定形相变材料(3)中，所述感温探头连接液冷系统。

10.如权利要求1-3任一项所述的结合相变材料的集成冷板电池热控系统，其特征在于：所述骨架外壳(1)上设有强化翅片。