CN112349998A - 一种锂离子电池包散热装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种锂离子电池包散热装置，涉及动力电池领域，本发明设置有渐扩管、第一导热柱、第二导热柱、相变材料。本发明采用渐扩管、第一导热柱、第二导热柱和相变材料的结合，更好的降低了电池包中电池单体正极区域、中间区域和负极区域之间的温差，延长电池单体的使用寿命，提高了电池包的散热速率。

Description

一种锂离子电池包散热装置
技术领域
本发明涉及动力电池领域，特别是一种锂离子电池包散热并且能使电池温差减少的散热装置。
背景技术
锂离子电池是电动汽车核心的组成部分，其中，电池组中电池的温差过大会导致整车性能与寿命的下降；电池单体中不同的部位产热率不一样，会造成电池组内部的温度差，这会影响电池组放电的一致性，导致其寿命与容量的降低。
传统的电池管理方式往往采用单一的风冷、水冷或者相变材料的冷却，具有如下的缺点，
1、在小功率的动力电池上，采用风冷维持电池的散热，但是在大功率的情况下，风冷就难以维持电池的散热速率；
2、水冷是目前商用车用得最多的冷却方式，但是水冷是被动运输方式，需要消耗大量的电能，造成电动车里程下降，而且水会导电，这也会存在一定漏电的安全隐患；
3、采用相变材料进行散热，将相变材料直接与电池单体接触虽然可以维持电池单体之间的温差，但其导热率比较低，不足以维持其散热。
鉴于此，有必要提出一种新型的综合性的电池包结构来克服以上缺陷。
发明内容
为了解决上述问题，本发明针对现有技术中电池单体中不同的部位产热率不一样，会造成电池组内部的温度差，这会影响电池组放电的一致性，导致其寿命与容量的降低的问题，提出一种锂离子电池包散热装置，具体技术方案如下：
一种锂离子电池包散热装置，所述电池包包括多个电池单体，所述多个电池单体于电池箱体内呈等间距的矩阵形式排列，所述电池箱体内还设置有渐扩管、第一导热柱、第二导热柱、相变材料；
所述渐扩管设置在四个相邻的电池单体围成的矩阵的中心位置，所述渐扩管的首端和尾端分别贯穿电池箱体的顶面和底面；
所述第一导热柱设置在两两上下相邻的电池单体之间的间隙中；
所述第二导热柱贴于电池箱体内侧壁设置；
所述渐扩管、第一导热柱和第二导热柱相互接触，所述渐扩管、第一导热柱、第二导热柱以及电池单体的外表面和电池箱体的内表面形成的间隙空间填充相变材料。
优选的，所述渐扩管，包括进风口和出风口，所述渐扩管的小端口为进风口，其大端口为出风口。
优选的，所述第一导热柱为中空的四棱柱体，所述四棱柱体的内部填充有乙二醇和水的混合液。
优选的，所述第二导热柱为中空的三棱柱体，所述三棱柱体的内部填充有乙二醇和水的混合液。
优选的，所述三棱柱体的大小根据电池单体与电池箱体之间形成的空隙设定。
优选的，所述电池箱体、渐扩管、第一导热柱和第二导热柱采用铝、铝合金、铜、铜合金或不锈钢材料制成。
优选的，所述相变材料采用石蜡材料制成。
本发明的有益效果为：
本发明采用渐扩管、第一导热柱、第二导热柱和相变材料的结合，更好的降低了电池包中电池单体正极区域、中间区域和负极区域之间的温差，进一步的减少了电池组内部的温度差，提高了电池组的散热速率，提高电池组放电的一致性，延长电池组的使用寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，以下将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本发明装置的俯视结构示意图。
图2为本发明装置的俯视图。
图3为本发明装置的仰视结构示意图。
图4为本发明装置的电池单体分布示意图。
图5为本发明的渐扩管的具体结构示意图。
图6为本发明装置的第一导热柱的具体结构示意图。
图7为本发明装置的相变材料的形态构造示意图。
图中所示标号分别表示：1：电池包；101：电池单体；2：电池箱体；3：渐扩管；301：进风口；302：出风口；4：第一导热柱；5：第二导热柱；6：相变材料。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1至如4所示，一种锂离子电池包散热装置，电池包1包括多个电池单体101，多个电池单体101于电池箱体2内呈等间距的矩阵形式排列，电池箱体2内设置有渐扩管3、第一导热柱4、第二导热柱5、相变材料6。
渐扩管3设置在四个相邻的电池单体101围成的矩阵的中心位置，渐扩管3的首端和尾端分别贯穿电池箱体2的顶面和底面，使得冷风可从大气环境向渐扩管3的内部流动；
第一导热柱4设置在两两上下相邻的电池单体101之间的间隙中；
第二导热柱5的一个侧面与电池箱体2内侧壁匹配接触；
渐扩管3、第一导热柱4和第二导热柱5相互接触，渐扩管3、第一导热柱4、第二导热柱5以及电池单体101的外表面和电池箱体2的内表面形成的间隙空间填充相变材料6。
在优选的实施例中，电池箱体2、渐扩管3、第一导热柱4和第二导热柱5采用铝、铝合金、铜、铜合金或不锈钢材料制成，在现有的锂电池外壳制备过程中，铝、铝合金、铜、铜合金或不锈钢材料具有优良的导热性能，能快速将电池单体101的散发的热量吸收并传导，并且采用铝、铝合金、铜、铜合金或不锈钢材料能够快速进行整体的封装。
在优选的实施例中，如图5所示，渐扩管3的横截面为棱形，包括进风口301和出风口302，渐扩管的小端口为进风口301，其大端口为出风口302，采用菱形的渐扩管3的外表面的面积相较于常用的圆形渐扩管具有更大的接触面积，实现更好的接触散热。
冷风从渐扩管3的进风口301进入渐扩管3的内部，此时的冷风从大气中进入进风口301，由于受到进风口301的相互作用力，相比与大气中压力，进风口301的压力增加，并且使得进来的风速减慢，冷风将相变材料6放热过程中产生的热量，逐步从进风口301传递至出风口302后散发至大气中，实现和大气的换热。热量从进风口301到出风口302散热时，由于热量的逐级传递增加，热量集中在出风口302处排出，并且出风口302的散热面积大使得热量加速散失。
在优选的实施例中，如图6所示，第一导热柱4为中空的四棱柱体，四棱柱体设置多个，其大小根据上下两个电池单体之间的间距设定，第一导热柱4的内部填充有乙二醇所占的比例在40%~50%的乙二醇和水的混合液，混合液由于改变了水的蒸气压，使得混合液的冰点相对于单独使用水时的0℃冰点显著降低，其冰点的降低程度在乙二醇的百分含量不超过75%的比例范围内随乙二醇的含量增加而下降，具体如下：
当采用40％的乙二醇和60％的水混合成的混合液，冰点温度可达到-25℃；
当混合液中乙二醇和水各占50％时，冰点温度可达到为-35℃；
当混合液中乙二醇的百分含量超过75%的比例时，混合液的冰点将上升；
故在本优选的实施例中，采用50%的乙二醇和50%的水的混合液可满足混合液在不同地区以及不同的季节使用，即在达到较优的冰点时，50%的乙二醇和50%的水的混合液具有更好的导热系数，有利于提高换热的效率。
第一导热柱4的两端与电池箱体1的内壁接触，第一导热柱4的外表面直接与相变材料6接触，同体积下，四棱柱体的外表面面积优选于其他柱体，故采用四棱柱体更进一步的使得换热率更高。
在优选的实施例中，第二导热柱5为中空的三棱柱体，第二导热柱5的内部也填充50%的乙二醇和50%的水的混合液，第二导热柱5设置多个，其大小不同，第二导热柱5的大小根据电池单体101与电池箱体2之间形成的空隙设定，第二导热柱5的外表面直接与相变材料6接触，第二导热柱5合理的大小能够充分的利用空隙空间更好的提高散热换热的效率。
第二导热柱5的两端与电池箱体1的内壁接触，第二导热柱5的一个侧面贴合在电池箱体2的内侧壁上，由于电池箱体2与电池单体101的形状限定，使得电池箱体2的内表面和电池单体101的外表面之间形成的空间为一个类三棱柱的空间，故采用三棱柱更好的利用了散热的空间间隙，更进一步的提高了换热的效率。
在优选的实施例中，如图7所示，相变材料6采用石蜡材料制成，相变材料6直接与电池单体101的外表面接触，相变材料6发生固—液变化时，相变材料6将电池单体101产生的热量吸收。
本发明的工作原理为：
在室温条件下，锂离子电池包以1C的放电速率时，锂离子电池单体101的正极区域、中间区域和负极区域产热率不一致，其局部温度能升高到57℃，在使用时，电池单体101的正极区域靠近渐扩管3的进风口301处设置，电池单体101释放的热量经过电池单体101的外壳传递给相变材料6，常温下相变材料6为固体，电池单体101的外壳直接与相变材料6接触，相变材料6吸收电池单体101散发的热量，通过固—液变化将电池单体101释放的热量吸收传导至相变材料6中。
第一导热柱4和第二导热柱5的外表面直接与相变材料6接触，其内部填充50%的乙二醇和50%的水的混合液作为间接的导热介质，将热量进一步地传导散发。
同时，设置的渐扩管3的外表面也直接与相变材料6接触，渐扩管3作为通风通道，冷风由大气环境进入渐扩管3的进风口301，此时的风速由于受到进风口301的作用，相比与大气中压力，进风口301处的大气压力增加，使得进来的风速减慢，冷风将相变材料6传导给渐扩管3的热量进一步地传递至出风口302附近，由于渐扩管3从进风口301至出风口302的内部空间是逐渐扩大的，且冷风吸收的热量逐渐递增，当到达出风口302后变为热风通过出风口302排出到大气环境中，完成和大气的换热。
本发明不局限于以上所述的具体实施方式，以上所述仅为本发明的较佳实施案例而已，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 (7)

1.一种锂离子电池包散热装置，所述电池包（1）包括多个电池单体（101），所述多个电池单体（101）于电池箱体（2）内呈等间距的矩阵形式排列，其特征在于，所述电池箱体（2）内还设置有渐扩管（3）、第一导热柱（4）、第二导热柱（5）、相变材料（6）；
所述渐扩管（3）设置在四个相邻的电池单体（101）围成的矩阵的中心位置，所述渐扩管（3）的首端和尾端分别贯穿电池箱体（2）的顶面和底面；
所述第一导热柱（4）设置在两两上下相邻的电池单体（101）之间的间隙中；
所述第二导热柱（5）贴于电池箱体（2）内侧壁设置；
所述渐扩管（3）、第一导热柱（4）和第二导热柱（5）相互接触，所述渐扩管（3）、第一导热柱（4）、第二导热柱（5）以及电池单体（101）的外表面和电池箱体（2）的内表面形成的间隙空间填充相变材料（6）。
2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池包散热装置，其特征在于，所述渐扩管（3），包括进风口（301）和出风口（302），所述渐扩管（3）的小端口为进风口（301），其大端口为出风口（302）。
3.根据权利要求1所述的一种锂离子电池包散热装置，其特征在于，所述第一导热柱（4）为中空的四棱柱体，所述四棱柱体的内部填充有乙二醇和水的混合液。
4.根据权利要求1所述的一种锂离子电池包散热装置，其特征在于，所述第二导热柱（5）为中空的三棱柱体，所述三棱柱体的内部填充有乙二醇和水的混合液。
5.根据权利要求4所述的一种锂离子电池包散热装置，其特征在于，所述三棱柱体的大小根据电池单体（101）与电池箱体（2）之间形成的空隙设定。
6.根据权利要求1所述的一种锂离子电池包散热装置，其特征在于，所述电池箱体（2）、渐扩管（3）、第一导热柱（4）和第二导热柱（5）采用铝、铝合金、铜、铜合金或不锈钢材料制成。
7.根据权利要求1所述的一种锂离子电池包散热装置，其特征在于，所述相变材料（6）采用石蜡材料制成。
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WW01 Invention patent application withdrawn after publication

Application publication date: 20210209

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