CN110165332A - 一种集中散热的电池组散热装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种集中散热的电池组散热装置，包括底座，设置在底座上端面上的散热箱和若干个电池组，该散热箱设置有用于填充复合相变材料的内腔，每个电池组对应朝向散热箱的一个侧面，所述电池组由多块电池单体沿竖直方向堆叠而成，相邻两个电池单体之间设置有一块导热片，所述导热片通过定位机构与散热箱的外侧壁导热连接，所述电池单体朝向散热箱的端面与散热箱的外侧壁导热连接。相比现有技术，动力电池里面的每个电池单体都通过导热片集中传导热量到一个装有复合相变材料的散热箱进行散热，提高电池组的热量交换率，对电池单体起到较好的散热效果，合理利用复合相变材料，避免复合相变材料熔融泄漏，提高使用安全性。
Description
技术领域
本发明涉及动力汽车电池技术领域，特别涉及一种集中散热的电池组散热装置。
背景技术
动力电池通常作为电动汽车的能量来源，其散热系统关系到电池的使用安全，电池温度的分布特性不仅影响其转换效率和寿命，更影响其使用安全。
现有技术中，一般把相变材料填充至电池之间或者电池周围的空隙里，但这种方式会产生一系列问题，1.用来提高相变材料导热性能的一些高导热材料，例如金属纳米颗粒、泡沫金属等大都是良好的导体，如果电池模块被挤压或者相变材料高温膨胀时，这些导热材料极有可能与电池电极接触，从而导致电池短路；2.当电池在长时间或者高放电倍率的工况下工作时，相变材料的熔化率也在不断提高，当相变材料全部溶解时，无法对电池将无法得到散热。因此，采用上述散热结构的动力电池体积大，电池散热效果一般，容易造成安全问题。
可见，现有技术还有待改进和提高。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种集中散热的电池组散热装置，旨在提高动力电池的结构紧凑性，提高电池的散热效果和安全性能。
为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：
一种集中散热的电池组散热装置，包括底座，设置在底座上端面上的散热箱和若干个电池组，该散热箱设置有用于填充复合相变材料的内腔，每个电池组对应朝向散热箱的一个侧面，所述电池组由多块电池单体沿竖直方向堆叠而成，相邻两个电池单体之间设置有一块导热片，所述导热片通过定位机构与散热箱的外侧壁导热连接，所述电池单体朝向散热箱的端面与散热箱的外侧壁导热连接。
所述定位机构包括两个对称设置在散热箱外侧壁上的卡块以及对应卡块设于导热片一端部上的第一卡凸，所述卡块与散热箱的外侧壁围成卡槽，所述第一卡凸可沿所述卡槽竖向移动。
所述底座包括底壳以及设置在底壳上的盖板，所述底壳的内部设置有用于冷却液流通的冷却通道，所述冷却通道呈蛇形设置。
所述盖板上设置有一根位于散热箱中心位置的散热管，所述散热管的一端封闭设置，另一端与盖板连接且与冷却通道连通。
所述散热管内腔设置有隔片，所述隔片将散热管的内腔分隔为一个U型导流腔，所述隔片的底部伸出散热管且能够插在冷却通道中阻隔冷却液往水平方向流动。
还包括泵体、水箱以及换热器，所述底壳上对应冷却通道的两端设置有进液口和排液口，所述进液口与泵体连接，所述排液口与换热器连接，所述水箱分别和换热器和泵体连接。
所述复合相变材料包括石蜡、石墨烯粉末、聚氨酯软泡沫铜。
所述电池组位于最上方的电池单体的上端面上设置有散热鳍片，所述散热鳍片靠近散热箱的端部设置有与卡槽相适配的第二卡凸，所述第二卡凸可沿所述卡槽竖向移动。
所述电池单体通过石墨烯涂层与导热片连接。
所述散热箱包括方管型的箱体以及箱盖，所述盖板上固定设置有一个密封环，所述箱体的底部套装在密封环上，密封环的外壁抵压在所述箱体内壁上形成密封。
有益效果：
本发明提供了一种集中散热的电池组散热装置，相比现有技术，动力电池里面的每个电池单体都通过导热片集中传导热量到一个装有复合相变材料的散热箱进行散热，提高电池组的热量交换率，对电池单体起到较好的散热效果，合理利用复合相变材料，避免复合相变材料熔融泄漏，提高使用安全性。进一步的，由于相邻两个电池单体之间采用导热片分隔结构，每个电池组的电池单体的厚度和数量可根据实际生产情况设置，从而适应不同动力电池的生产方案需求。较佳的是，底座中设置有冷却通道，冷却通道可以同时对位于底座上端面的电池单体进行散热，还可以对散热箱里面的复合相变材料进行散热，降低复合相变材料熔融速率，保证电池单体能够得到有效散热，避免电池组发生热失控导致剧烈燃烧甚至爆炸的情况发生。
附图说明
图1为本发明提供的集中散热的电池组散热装置的结构示意图。
图2为本发明提供的集中散热的电池组散热装置的爆炸图。
图3为图2中L区域的局部放大图。
图4为本发明提供的集中散热的电池组散热装置中盖板的结构示意图。
具体实施方式
本发明提供一种集中散热的电池组散热装置，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明的保护范围。
请参阅图1-图2，本发明提供一种集中散热的电池组散热装置包括底座1，设置在底座上端面上的散热箱2和若干个电池组3（不多于4个），该散热箱设置有用于填充复合相变材料的内腔，每个电池组对应朝向散热箱的一个侧面，所述电池组3由多块电池单体3.1沿竖直方向堆叠而成，相邻两个电池单体之间设置有一块导热片4，所述导热片4通过定位机构5与散热箱的外侧壁导热连接，所述电池单体朝向散热箱的端面与散热箱的外侧壁导热连接。需要说明的是，为了保证散热箱具有良好导热性能，散热箱优选采用铜、铝等导热性能较佳的金属制成。电池单体3.1为锂离子动力电池，锂离子电池水平放置，其正反两极朝远离散热箱的方向设置，电池模块中的各个电池单体之间可以串并联连接。
具体的，请参阅图2，所述定位机构5包括两个对称设置在散热箱外侧壁上的卡块5.1以及对应卡块设于导热片一端部上的第一卡凸5.2，所述卡块与散热箱的外侧壁围成卡槽5.3，所述第一卡凸5.2可沿所述卡槽5.3竖向移动。所述卡块为L型，设置在散热箱外侧壁的边沿上，进一步的，所述第一卡凸与导热片一体成体，呈T字型，所述第一卡凸与卡槽形状相适配，第一卡凸设为不可脱离所述卡槽的形状。通过这样设置，导热片的顶部可以很好与散热箱的外侧壁贴合导热，提高电池组的热量交换率，对电池单体起到较好的散热效果。
本实施例中，请参阅图1，采用双电池组的结构，双电池组3分别设置在散热箱2的两侧，由于不同型号的动力电池，所需的电池单体的厚度和数量不一样，从而导致电池单体难以固定和散热，所以在装配时，每个电池组根据实际需要选取合适电池单体，先将第一个电池单体放置在底座上，并使电池单体朝向散热箱的端面与散热箱的外侧壁导热连接(电池单体与散热箱的接触面之间涂抹石墨烯涂料，填充由于表面粗糙度而产生的微孔，降低接触热阻)，然后在该电池单体上放着一片导热片（优选为紫铜材质），导热片4通过卡槽5.3和第一卡凸5.2定位，再另一块电池单体在叠放在导热片上，导热片只需在相邻两个电池单体之间放置，剩下的电池单体和导热片依照上述方式堆叠放置，较佳的是，电池单体与导热片之间还可以涂抹石墨烯涂料，填充由于表面粗糙度而产生的微孔，降低接触热阻。此处，每个电池组的电池单体的厚度和数量，并不限定于相同，可根据实际生产情况设置，从而适应不同动力电池的生产方案需求。
当电池组金属充放电时，每个电池单体产生大量的电化学反应热和焦耳热，使电池表面温度逐渐升高。首先将产生的大量热量传递到与电池单体侧面相接触的导热片上，然后再传递给散热箱中的复合相变材料。如果这时温度已经超过复合相变材料的熔点温度，则相变材料开始发生相位变化，通过固态变为液态相变吸收大量潜热，从而很好地减缓电池组温度的上升，避免其过热。双电池组均通过同一个散热箱集中散热，最大化地提高复合相变材料的利用率，使整体结构更加紧凑、合理，减少生产成本，同时由于复合相变材料设置在散热箱中，复合相变材料并不会熔融泄漏，引发电池短路。
进一步的，请参阅图2、图4，所述底座1包括底壳1.1以及设置在底壳上的盖板1.2，所述底壳的内部设置有用于冷却液流通的冷却通道1.3，所述冷却通道呈蛇形设置。所述冷却通道为由多块设置在底壳上的挡板1.4围成的方形通道。所述盖板1.2优选采用导热性能较好的金属材料，如铜或铝。冷却液可以选用如水等比热容较大的液体。由于位于电池组最底端的电池单体的端面抵压在盖板上，所以位于电池组最底端的电池单体可以通过冷却通道进行水冷散热，起到较佳的散热效果。同时位于盖板上侧的复合相变材料能够将一部分潜热转移到冷却通道中，加速对复合相变材料的散热，降低复合相变材料熔融速率。
优选的，请参阅图1和图2，复合相变材料填充到散热箱中呈长方体，为了能够对复合相变材料的整体起到更佳的散热效果，避免复合相变材料吸收各个电池组的热量后，从固态全部转变为液态失去散热作用，发生电池组热失控引发火灾的问题，所述盖板1.2上设置有一根位于散热箱中心位置的散热管6，所述散热管的一端封闭设置，另一端与盖板连接且与冷却通道连通。所述散热管内腔设置有隔片9，所述隔片将散热管的内腔分隔为一个U型导流腔6.1，所述隔片9的底部伸出散热管5且能够插在冷却通道1.3中阻隔冷却液往水平方向流动。由于复合相变材料包裹散热管，冷却液流动到隔片时，遭到隔片阻隔流进U型导流腔，复合相变材料通过散热管将潜热转移到冷却液上实现降温散热，使复合相变材料在竖直方向的各部分得到有效散热，从而很好地减缓复合相变材料整体温度的上升，避免其过热熔融而失去对电池组的吸热。
进一步的，请参阅图1，所述集中散热的电池组散热装置还包括泵体7.1、水箱7.2以及换热器7.3，所述底壳上对应冷却通道的两端设置有进液口1.5和排液口1.6，所述进液口与泵体连接，所述排液口与换热器连接，所述水箱分别和换热器和泵体连接。泵体促使冷却通道里的水流动循环，使水吸手热量后可以通过换热器进行散热，然后回流到水箱中，保证冷却通道的散热效果。
优选的，所述复合相变材料(图中未示出)包括石蜡、石墨烯粉末、聚氨酯软泡沫铜。石蜡、石墨烯粉末、聚氨酯软泡沫铜混合加压到散热箱内，待冷却凝固后复合相变材料附着在散热箱的内侧壁、散热管的外壁以及盖板上，实现吸热相变。石墨烯粉末和聚氨酯软泡沫铜弥补了石蜡导热性能低的缺点，改善相变材料的导热性能。
优选的，请参阅图2和图3，所述电池组位于最上方的电池单体的上端面上设置有散热鳍片8，所述散热鳍片靠近散热箱的端部设置有与卡槽相适配的第二卡凸8.1，所述第二卡凸可沿所述卡槽竖向移动。第一卡凸5.2和第二卡凸8.1的结构相同，所述第二卡凸与卡槽形状相适配，第一卡凸设为不可脱离所述卡槽的形状。散热鳍片8可以根据实际需要安装，加装散热鳍片后可以对电池组起到更好的散热效果，整体提高电池组的安全性和使用寿命。
优选的，请参阅图1和图2，所述散热箱2包括方管型的箱体2.1以及箱盖2.2，所述盖板上固定设置有一个密封环10，所述箱体的底部套装在密封环上，密封环的外壁抵压在所述箱体内壁上形成密封。密封环10不仅可以对箱体2.1的径向定位，还可以避免复合相变材料从箱体底部泄漏，导致电池短路。优选地，箱盖上开设有多个透气孔2.3，有利于相变复合材料通过空气对流散热。
可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种集中散热的电池组散热装置，其特征在于，包括底座，设置在底座上端面上的散热箱和若干个电池组，该散热箱设置有用于填充复合相变材料的内腔，每个电池组对应朝向散热箱的一个侧面，所述电池组由多块电池单体沿竖直方向堆叠而成，相邻两个电池单体之间设置有一块导热片，所述导热片通过定位机构与散热箱的外侧壁导热连接，所述电池单体朝向散热箱的端面与散热箱的外侧壁导热连接。
2.根据权利要求1所述的集中散热的电池组散热装置，其特征在于，所述定位机构包括两个对称设置在散热箱外侧壁上的卡块以及对应卡块设于导热片一端部上的第一卡凸，所述卡块与散热箱的外侧壁围成卡槽，所述第一卡凸可沿所述卡槽竖向移动。
3.根据权利要求1所述的集中散热的电池组散热装置，其特征在于，所述底座包括底壳以及设置在底壳上的盖板，所述底壳的内部设置有用于冷却液流通的冷却通道，所述冷却通道呈蛇形设置。
4.根据权利要求3所述的集中散热的电池组散热装置，其特征在于，所述盖板上设置有一根位于散热箱中心位置的散热管，所述散热管的一端封闭设置，另一端与盖板连接且与冷却通道连通。
5.根据权利要求4所述的集中散热的电池组散热装置，其特征在于，所述散热管内腔设置有隔片，所述隔片将散热管的内腔分隔为一个U型导流腔，所述隔片的底部伸出散热管且能够插在冷却通道中阻隔冷却液往水平方向流动。
6.根据权利要求3-5任一项所述的集中散热的电池组散热装置，其特征在于，还包括泵体、水箱以及换热器，所述底壳上对应冷却通道的两端设置有进液口和排液口，所述进液口与泵体连接，所述排液口与换热器连接，所述水箱分别和换热器和泵体连接。
7.根据权利要求1所述的集中散热的电池组散热装置，其特征在于，所述复合相变材料包括石蜡、石墨烯粉末、聚氨酯软泡沫铜。
8.根据权利要求2所述的集中散热的电池组散热装置，其特征在于，所述电池组位于最上方的电池单体的上端面上设置有散热鳍片，所述散热鳍片靠近散热箱的端部设置有与卡槽相适配的第二卡凸，所述第二卡凸可沿所述卡槽竖向移动。
9.根据权利要求1所述的集中散热的电池组散热装置，其特征在于，所述电池单体通过石墨烯涂层与导热片连接。
10.根据权利要求3所述的集中散热的电池组散热装置，其特征在于，所述散热箱包括方管型的箱体以及箱盖，所述盖板上固定设置有一个密封环，所述箱体的底部套装在密封环上，密封环的外壁抵压在所述箱体内壁上形成密封。
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