CN113675494B - 一种应用于动力电池模组的热管翅片式冷却结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于动力电池模组的热管翅片式冷却结构。该冷却结构包括顶部冷却板和底部冷却板，顶部冷却板和底部冷却板之间设置有电芯模组，电芯模组包括若干个对齐排列的电芯，各个电芯之间均设置有翅片，翅片的两端设置导热管，导热管经过弯折后与顶部冷却板或底部冷却板的表面接触。通过顶部冷却板和底部冷却板从电芯模组的上、下两面同时冷却散热，并且在电芯和电芯之间设置翅片，吸收传递电芯中部产生的热量，利用导热管实现热量从电芯模组中部转移到冷却板上侧实现散热，从而在模组的顶部、底部、中间同时建立散热路径，有效避免模组内外、不同电芯之间产生明显的温度差，达到更佳的冷却效果，提高电池的寿命和使用安全性。

Description

一种应用于动力电池模组的热管翅片式冷却结构

技术领域

本发明涉及动力电池领域，具体涉及一种应用于动力电池模组的热管翅片式冷却结构。

背景技术

目前车用动力电池的冷却，主要是在电池模组底部设置冷却板，通过冷却板内冷却液的流动从模组底部带走电池工作时产生的热量。以软包电芯模组底部设置冷却板为例说明该种冷却方案的具体实施过程，其结构如图1所示。模组内部电芯和电芯之间堆叠布置，模组底部设置冷却板，冷却板中设计流道，流道内通入冷却介质。为确保换热顺畅，分别在模组内部电芯底部和模组外壳之间、模组外壳和冷却板之间分别设置导热胶(垫)，构成自内向外、自上向下的散热路径。电池模组工作时，电芯会因为充放电会成为热源，热量到达电芯底部时，会通过电芯与模组外壳之间的导热胶传递到模组外壳上，再经模组外壳与冷却板之间的导热垫传递到冷却板上，冷却板内部冷却介质的循环流动将热量带走，实现换热。

由上述分析可知，现有动力电池模组冷却方案，具有以下特征：

1、换热界面单一，电芯模组工作时的热交换效率较高的换热界面只存在于模组的底部，导致在高度方向上存在较大的温差。由于电芯工作时作为放热源，靠近底部冷却板的位置，热传递环境好，对外散热快，温度低；而远离底部冷却板的位置，热传递路径长，对外散热慢，温度高，其外在表现是同一个电芯沿高度方向，存在明显的温度梯度。

2、模组内部电芯之间堆叠布局，不可避免的会出现部分电芯处在模组中部位置，中部的电芯热量容易聚集且不易导出散热，使得电芯模组内外侧存在较大的温差。模组充放电时，其内部每个电芯都会产热，成为热源，处于中部位置的电芯由于两侧均是热源，其自身热量无法向外传递。外在表现是，靠近模组外壳的电芯散热好，温度低，远离模组外壳处于模组中间位置的电芯散热差，温度高，模组内外不同电芯之间存在明显的温度差。

3、导热效率低，电芯模组内部的主要散热路径上，多处(如电芯和模组外壳、模组外壳和冷却板之间)设置有热导填充材料(导热胶和导热垫)，而此类热导填充材料的导热系数相比较金属和导热管往往会低一个量级，故在以上部位容易形成导热瓶颈，冷却效果有限。

综上，现有的电池散热方式冷却效果有限，会导致电芯本体、电芯与电芯之间均存在较明显的温度差，模组内均温性差，使同一电池的电芯长时间工作在不同的温度环境下，长久使用会影响电池自身的循环寿命、电性能表现，甚至会导致电池热失控发生安全事故。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种应用于动力电池模组的热管翅片式冷却结构，从模组顶部、底部、内部电芯和电芯之间带走热量，为电芯模组提供全方位的散热冷却环境，使电芯模组内部散热更加均匀充分。

为了解决上述技术问题，本发明的一种应用于动力电池模组的热管翅片式冷却结构包括顶部冷却板和底部冷却板，所述顶部冷却板和所述底部冷却板之间设置有电芯模组，所述电芯模组包括若干个对齐排列的电芯，各个所述电芯之间均设置有翅片，所述翅片的两端设置导热管，所述导热管经过弯折后与所述顶部冷却板或所述底部冷却板的表面接触。

在上述应用于动力电池模组的热管翅片式冷却结构中，通过顶部冷却板和底部冷却板从电芯模组的上、下两面同时冷却散热，增加换热界面，有效提高换热效率，同时在电芯和电芯之间设置翅片，吸收传递电芯中部产生的热量，并最终通过高导热率的导热管将该热量传递到顶部冷却板或底部冷却板散去，即快速实现将热量从模组中导出到冷却板上散热，从而在电芯模组的顶部、底部、中间同时建立散热路径，提供一个立体的、全方位的导热散热空间，使模组的换热不再局限于单一换热界面，有效避免出现电芯模组内外出现温度差、不同电芯之间产生温度梯度的散热不良现象，使各个电芯散热均匀且充分，电芯模组达到更佳的冷却效果。

作为本发明应用于动力电池模组的热管翅片式冷却结构的改进，所述电芯模组的两端设置有汇流排支架，所述汇流排支架的中部设置有汇流排，所述电芯模组的两侧设置有模组侧板，所述模组侧板的侧面设置有固定耳。利用汇流排支架和模组侧板将电芯模块打包成电池。

在上述的汇流排支架结构中，所述翅片的主体紧贴于所述电芯的侧面，所述翅片的两端中部均设置有缺口，所述汇流排伸入所述缺口的内部，所述电芯的两端对应所述缺口处分别设置有正或负极片的引出端，所述引出端与对应侧的所述汇流排连接。通过翅片两端中部的缺口巧妙避让汇流排与电芯的极片引出端连接结构，不影响电芯的正常工作。

作为本发明应用于动力电池模组的热管翅片式冷却结构的另一种改进，所述导热管包括沿所述翅片排列方向延伸并嵌设于所述翅片端部的吸热管段，所述吸热管段的两端向顶部或底部弯折延伸到所述顶部冷却板或所述底部冷却板的表面形成放热管段。导热管具有高于所有金属的导热特性，且可以通过折弯实现在空间内以设计的路径将热量从翅片转移到冷却板，形成多个导热散热回路，提高散热效率。

综上所述，采用上述应用于动力电池模组的热管翅片式冷却结构，可以在电芯模组的顶部、底部，以及电芯和电芯之间建立多处换热散热路径，有效降低电芯高度方向上的温度梯度，以及电芯模组内外温度差，提高散热效果，提高电池的寿命和使用安全性。

附图说明

在附图中：

图1为现有的软包电芯模组的冷却结构示意图。

图2为本发明的整体结构示意图。

图3为本发明的整体拆分结构示意图。

图4为本发明的翅片和热管安装结构示意图。

图5为本发明的翅片结构示意图。

图6为本发明的翅片排列堆叠结构示意图。

图中，1、顶部冷却板；2、底部冷却板；3、电芯模组；31、电芯；32、极耳；4、翅片；41、缺口；42、支脚板；43、支腿板；44、卡接豁口；5、导热管；6、汇流排支架；61、汇流排；7、模组侧板；71、固定耳；8、盖板。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。

图2-6示出了本发明的一种应用于动力电池模组的热管翅片式冷却结构。如图2和图3所示，该冷却结构包括顶部冷却板1和底部冷却板2，顶部冷却板1和底部冷却板2之间设置有电芯模组3，电芯模组3包括若干个对齐排列的电芯31，各个电芯31之间均设置有翅片4，翅片4的两端设置导热管5，导热管5经过弯折后与顶部冷却板1或底部冷却板2的表面接触。

在上面的冷却结构中，与现有的做法类似，电芯模组3的顶面与顶部冷却板1的底面之间设有导热胶，电芯31的顶面和翅片4的顶边与顶部冷却板1的底面直接进行热交换；电芯模组3的底面与底部冷却板2的底面之间设有导热胶，使电芯31的底面和翅片4的底边与底部冷却板2的顶面直接进行热交换。在顶部冷却板1和底部冷却板2的内部均设置有循环流动的冷却介质，通道中循环流动着冷却介质，不断带走冷却板(以下冷却板都指的是顶部冷却板1和底部冷却板2)表面的热量，使其具有冷却效果，不断对与冷却板接触的其他部件冷却降温。

另外，翅片4的两端、电芯模组3的两端和电芯31的两端，以及它们的端部均是指电芯31的极耳32所在的端部。导热管5具有很好的热传递性能，从一端的热量可以迅速传递到另一端。导热管5可以采用热管制作，由热管组成。热管就是利用蒸发制冷，使得热管两端温度差很大，使热量快速传导。一般热管由管壳、吸液芯和端盖组成。热管内部是被抽成负压状态，充入适当的液体，这种液体沸点低，容易挥发。管壁有吸液芯，其由毛细多孔材料构成。热管一端为蒸发端，另外一端为冷凝端，当热管一端受热时，毛细管中的液体迅速蒸发，蒸气在微小的压力差下流向另外一端，并且释放出热量，重新凝结成液体，液体再沿多孔材料靠毛细力的作用流回蒸发端，如此循环不止，热量由热管一端传至另外一端。这种循环是快速进行的，热量可以被源源不断地传导开。

上述冷却结构在使用时，首先冷却板的内侧面与电芯模组3直接接触，直接从电芯模组3的顶面或底面带走电池工作时产生的热量，其次，导热管5的蒸发端与排列布置在电芯31之间的各翅片4相连，冷凝端与冷却板的外表面接触，进而将电芯模组3内部热量传导并经冷却板散去。从而实现不仅在电芯模组3的顶部和底部同时建立换热界面，而且在电芯模组3的内部搭建散热路径，提供一个立体的、全方位的导热散热结构，高效均匀的散去电芯模组3产生的热量。

如图2所示，电芯模组3的两端设置有汇流排支架6，汇流排支架6的中部设置有汇流排61，电芯模组3的两侧设置有模组侧板7，模组侧板7的侧面设置有固定耳71。利用利用汇流排61将各个电芯31串或并联起来，并通过模组侧板7和汇流排支架6将电芯31组装固定，打包成电池。

在上述的电池组装结构中，如图3所示，翅片4的主体紧贴于电芯31的侧面，翅片4为金属导热板，整体呈薄壁状，实际以厚度0.3-0.5mm的铝板为宜，翅片4布局在电芯31和电芯31之间，具有较高的平面度、表面粗糙度，实现与电芯31表面的面对面贴合，高效吸收电芯31表面热量。同时为了避让汇流排61与电芯31的极耳32连接，翅片4的两端中部均设置有缺口41，汇流排61伸入缺口41的内部，电芯31的两端对应缺口41处分别设置有极耳32，极耳32与对应侧的汇流排61连接。

在上述的组装结构中，如图5所示，每个翅片4的两端均向同一侧弯折成L形的支撑结构，支撑结构包括平行于翅片4主体的支脚板42，以及连接支脚板42与翅片4主体的支腿板43。具体制造时，可以对翅片4的四角处进行两次折弯，使其呈矩形状，折弯处的高度与电芯31厚度一致，这样如图6所示，当多个翅片4在并列堆叠时，两两之间的间隔通过支腿板43支撑，支脚板42与相邻侧的其它翅片4主体贴合，且使间隔恰好能够放入一块电芯31，对电芯31提供散热和框架保护。

翅片4与导热管卡接固定，如图4所示，在翅片4的顶边两端和底边两端均设置有与导热管5卡合的卡接豁口44。如图5和图6所示，在翅片4的四角处设置开放式卡接豁口44，顶边或底边的两个卡接豁口44成“八”字外扩状，方便安装。在支脚板42的顶边上也可以设置卡接豁口44，这样多个翅片4对齐堆叠，卡接豁口44处连接成一条卡接槽，使导热管5卡接在该卡接槽内，接触稳定不松脱。卡接豁口44的边缘处设置有翻边，增大热传递的接触面面积，提高导热效率。

导热管5的结构如图4和图3所示，导热管5包括沿翅片4排列方向延伸并嵌设于翅片4端部的吸热管段，吸热管段的两端向顶部或底部弯折延伸到顶部冷却板1或底部冷却板2的表面形成放热管段。导热管5自身具有高于所有金属的导热特性和良好的可弯折性，通过折弯后可以实现在空间内以设计的路径将热量从翅片4转移到冷板。

在图4中，吸热管段位于导热管5的中部，它与翅片4卡接配合，工作时为导热管5的蒸发段，吸收热量，其形状随卡接豁口44的排列情况而定，当卡接豁口44排列为一条直线时，吸热管段即为平直状。放热管段为导热管5的冷凝段，工作时，向外放热到冷却板表面，导热管5的两端分别向内弯折成U形结构，且相互交错在一个平面内，紧贴在顶部冷却板1或底部冷却板2的表面显著增大与冷却板接触换热的面积。在放热管段的管体上设置有压扁结构，进一步提高向冷却板放热的效率。

在图4中，顶部冷却板1和底部冷却板2的两端均设置有盖板8，放热管段嵌设于盖板8的内部，将导热管5固定到冷却板的两端。

需要说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种应用于动力电池模组的热管翅片式冷却结构，其特征在于，包括顶部冷却板（1）和底部冷却板（2），所述顶部冷却板（1）和所述底部冷却板（2）之间设置有电芯模组（3），所述电芯模组（3）包括若干个对齐排列的电芯（31），各个所述电芯（31）之间均设置有翅片（4），所述翅片（4）的两端设置导热管（5），所述导热管（5）经过弯折后与所述顶部冷却板（1）或所述底部冷却板（2）的表面接触；

所述电芯模组（3）的两端设置有汇流排支架（6），所述汇流排支架（6）的中部设置有汇流排（61），所述电芯模组（3）的两侧设置有模组侧板（7），所述模组侧板（7）的侧面设置有固定耳（71）；

每个所述翅片（4）的两端均向同一侧弯折成L形的支撑结构，所述支撑结构包括平行于所述翅片（4）主体的支脚板（42），以及连接所述支脚板（42）与所述翅片（4）主体的支腿板（43），所述支脚板（42）与相邻侧的其它所述翅片（4）主体贴合；

所述翅片（4）的主体紧贴于所述电芯（31）的侧面，所述翅片（4）的两端中部均设置有缺口（41），所述电芯（31）的两端对应所述缺口（41）处分别设置有极耳（32），所述极耳（32）与对应侧的所述汇流排（61）连接；

所述翅片（4）为金属导热板；多个所述翅片（4）并列堆叠时，两两之间的间隔通过所述支腿板（43）支撑，对之间的所述电芯（31）提供散热和框架保护；

所述翅片（4）的顶边两端和底边两端均设置有与所述导热管（5）卡合的卡接豁口（44），多个所述翅片（4）对齐堆叠，所述卡接豁口（44）处连接成一条卡接槽，使所述导热管（5）卡接在该卡接槽内。

2.根据权利要求1所述的一种应用于动力电池模组的热管翅片式冷却结构，其特征在于，所述汇流排（61）伸入所述缺口（41）的内部。

3.根据权利要求1所述的一种应用于动力电池模组的热管翅片式冷却结构，其特征在于，所述支脚板（42）的顶边上设置所述卡接豁口（44）。

4.根据权利要求3所述的一种应用于动力电池模组的热管翅片式冷却结构，其特征在于，所述卡接豁口（44）的边缘处设置有翻边。

5.根据权利要求1所述的一种应用于动力电池模组的热管翅片式冷却结构，其特征在于，所述导热管（5）包括沿所述翅片（4）排列方向延伸并嵌设于所述翅片（4）端部的吸热管段，所述吸热管段的两端向顶部或底部弯折延伸到所述顶部冷却板（1）或所述底部冷却板（2）的表面形成放热管段。

6.根据权利要求5所述的一种应用于动力电池模组的热管翅片式冷却结构，其特征在于，所述放热管段的管路折弯成U型结构，且紧贴在所述顶部冷却板（1）或所述底部冷却板（2）的表面。

7.根据权利要求5所述的一种应用于动力电池模组的热管翅片式冷却结构，其特征在于，所述顶部冷却板（1）和所述底部冷却板（2）的两端均设置有盖板（8），所述放热管段嵌设于所述盖板（8）的内部。

8.根据权利要求1所述的一种应用于动力电池模组的热管翅片式冷却结构，其特征在于，所述电芯模组（3）的顶面与所述顶部冷却板（1）的底面之间设置有导热胶，所述电芯模组（3）的底面与所述底部冷却板（2）的顶面之间设置有导热胶，所述顶部冷却板（1）和所述底部冷却板（2）的内部均设置有循环流动的冷却介质。