CN115241574A - 一种面向小型动力电池包的主动式强化散热结构及电动车 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种面向小型动力电池包的主动式强化散热结构及电动车，包括双壳层腔体，双壳层腔体包括容置腔和形成容置腔的内壳，和包围在内壳外的外壳；其中，外壳和内壳之间围合形成散热腔，容置腔用于容纳动力电池包；内壳位于散热腔的一侧上设置有至少一个金属面，在内壳上还开设有将散热腔与容置腔连通的多个通气孔，部分通气孔对应地开设在金属面处；金属面和外壳之间还设置有蒸汽腔，蒸汽腔内填充有冷却工质；在内壳上的部分通气孔内还设置有主动导流组件，主动导流组件用于将散热腔内的气体导流至容置腔内，通过本申请提供的散热结构，兼具换热结构简单，换热能力强，可靠性高及电池组内部的均温性提升等诸多效果。

Description

一种面向小型动力电池包的主动式强化散热结构及电动车

技术领域

本申请涉及电动汽车领域，特别是涉及一种面向小型动力电池包的主动式强化散热结构及电动车。

背景技术

目前，我国两轮电动车保有量已超3.2亿辆，仅2021年新增量就达4100万辆，其中锂电池两轮电动车约有960万辆，占比高达20%以上。根据《中国储能、二轮车、电动工具锂电池行业大数据》预测，随着《电动摩托车和电动轻便摩托车通用技术条件（GB/T 24158-2018）》标准在各城市陆续落地，预计到2026年，以锂电池为动力的两轮电动车将达到两轮电动车年销量的70%以上。在电动两轮车“锂电化”的转变过程中，受限于上游供应端对电池单体的标准化要求，为电动两轮车供能的小型动力电池包主要采用与乘用车相同的锂电池单体，目前乘用车的动力电池能量密度已经突破300 Wh/kg，2025年的目标是400 Wh/kg，2030年将达到500 Wh/kg。

如果采用高能量密度的电池单体为电动两轮车供能，就要求电池包有合理的散热结构以满足各种工作环境和条件下的电池散热需求，否则不可逆放热反应引发电池热失控的风险将不断增加。锂电池最佳的工作温度区间是15℃至35℃，而车辆在启动、加速和充放电时会使电池内部产生焦耳热、极化热、反应热和副反应热，这些热量如果不能及时排除，电池温度就会超出最佳温度区间，降低电池的循环寿命和容量，严重时甚至会诱发热失控，导致燃烧和爆炸等重大安全事故。根据2021年电动汽车安全全球技术法规会议的数据显示，近年来的电动汽车燃烧和爆炸等安全事故中，63.35%的事故与电池热失控有关。

当今在售的小型动力电池包仅有部分配备了专设的主动散热结构，其余大部分都是通过自然冷却进行被动散热。为了确保采用高能量密度锂电池单体的小型动力电池包工作在合理的温度区间，需要采取有效的热管理手段防止热失控。目前主要的主动散热方式有液体冷却和空气冷却两种，液体冷却方式换热能力强，冷却效果好，可以有效降低电池温度，但需考虑冷却剂泄漏，空间占用较大，结构复杂和后期维护成本较高等问题，因此较少在小型动力电池包中使用；而空气冷却方式换热系数较低，冷却效果也不如液体冷却方式，但具备换热结构简单，可靠及成本低等特点。

当今相关研究人员设计出的主动散热结构都无法克服上述液体冷却或空气冷却所存在的相关问题。例如有人基于空气冷却技术设计出的空气冷却电池箱结构，通过将冷却箱体设置为非均匀结构，沿着空气流动的方向逐渐提升空气流速，强化了空气与电池间的对流换热，但该方案没有考虑有限空间条件下具有密封性要求的电池供电环境，且存在冷却箱体结构刚性较差和耗能较高等问题；有人基于液体冷却技术设计出的模块化圆柱形电池液体冷却结构，以间接式液冷的方式对电池进行冷却，通过在电池单体周围增设导流管道和冷却模组，向冷却管道内不断泵送冷却液从而带出系统内的电池释热，但该装置内的构件多，质量大，整体结构复杂，运载该装置和泵送冷却液所需要的能耗较大，且一旦出现冷却液工质泄露的情况将带来额外的安全隐患；再有人对液体冷却技术进一步改进而设计出的热电冷却耦合液冷的电池热管理装置，该装置采用热电制冷技术耦合液体冷却的方式对电池进行散热，将热电制冷片放置于电池和液冷模组之间，通过控制热电制冷片的热电转换强度，可以有效的调整电池组的低温温升和高温温降效果，但其仅在单个电池表面布置热电制冷片会导致电池表面的温差增大，无法解决电池内部温度分布不均匀的问题，需考虑引入均热结构控制电池组的整体均温性。

因此，亟待有人设计出新的主动散热结构以同时满足小型动力电池包在大负载条件下的散热需求和供能环境要求。

发明内容

针对上述问题，本发明第一方面提供了一种面向小型动力电池包的主动式强化散热结构，兼具换热结构简单，换热能力强，可靠性高及电池组内部的均温性提升等诸多效果。

本发明的技术方案是：

一种面向小型动力电池包的主动式强化散热结构，包括双壳层腔体，所述双壳层腔体包括容置腔和形成所述容置腔的内壳，和包围在所述内壳外的外壳；其中，所述外壳和所述内壳之间围合形成散热腔，所述容置腔用于容纳动力电池包；

所述内壳位于所述散热腔的一侧上设置有至少一个金属面，在所述内壳上还开设有将所述散热腔与所述容置腔连通的多个通气孔，部分所述通气孔对应地开设在所述金属面处；

所述金属面和所述外壳之间还设置有蒸汽腔，所述蒸汽腔内填充有冷却工质；

在所述内壳上的部分所述通气孔内还设置有主动导流组件，所述主动导流组件用于将所述散热腔内的气体导流至所述容置腔内。

作为优选方案之一，所述金属面为网面，且所述金属面的第一区域的网孔内径小于第二区域的网孔内径；

所述第一区域为所述金属面与所述蒸汽腔相接触的区域，所述第二区域为所述金属面上除所述第一区域外的区域。

作为优选方案之一，所述金属面包括多个层叠设置的金属网；

其中，相邻两层设置的所述金属网的网孔相互错开。

作为优选方案之一，所述第二区域设置有射流孔。

作为优选方案之一，所述蒸汽腔的底面与所述金属面紧贴，所述蒸汽腔的顶面与所述外壳的内壁面紧贴。

作为优选方案之一，在所述外壳的内壁面上，和/或在所述内壳的外壁面上设置有多个扰流肋，所述扰流肋的长度方向与所述散热腔的长度方向平行。

作为优选方案之一，所述散热结构还包括间隔设置在所述容置腔内的至少一个支撑板，所述支撑板的两端分别与所述内壳的内壁连接，至少一个所述支撑板用于将所述容置腔分隔为至少两个腔体，每个所述腔体用于容纳所述动力电池包；其中，

在每个所述支撑板上设置有多个电池安装点，在多个所述电池安装点之间开设有连通多个所述腔体的通孔。

作为优选方案之一，所述散热结构还包括将所述外壳和所述内壳连接的加强组件，所述加强组件包括多个第一加强筋，每个所述第一加强筋沿环绕所述容置腔的方向设置，以将所述散热腔分割为环绕所述容置腔的多个子散热腔，其中，在每个所述子散热腔中均设置有所述金属面、所述蒸汽腔和所述主动导流组件。

作为优选方案之一，所述加强组件还包括设置在每个所述子散热腔中的多个第二加强筋，每个所述第二加强筋的两端分别连接在两个所述第一加强筋的上部，且每两个所述第二加强筋分别固定在相对应的所述金属面和所述蒸汽腔之间。

本发明第二方面还提供了一种电动车，配置有如上所述的面向小型动力电池包的主动式强化散热结构。

与现有技术相比，本申请包括以下优点：

本发明提出一种面向小型动力电池包的主动式强化散热结构，包括双壳层腔体，双壳层腔体包括容置腔和形成容置腔的内壳，和包围在内壳外的外壳；其中，外壳和内壳之间围合形成散热腔，容置腔用于容纳动力电池包；内壳位于散热腔的一侧上设置有至少一个金属面，在内壳上还开设有将散热腔与容置腔连通的多个通气孔，部分通气孔对应地开设在金属面处；金属面和外壳之间还设置有蒸汽腔，蒸汽腔内填充有冷却工质；在内壳上的部分通气孔内还设置有主动导流组件，所述主动导流组件用于将所述散热腔内的气体导流至所述容置腔内。

通过采用本申请的技术方案：存在至少以下5点显著优势：

1、本发明实施例通过双壳层腔体形成主动式循环气道，使空气从散热腔进入容置腔，对容置腔内的动力电池包进行充分冷却后回流到散热腔，整个散热过程在密闭的空间内进行，满足了小型动力电池包在有限空间内对工作环境的密闭性的要求；

2、本发明实施例通过在散热腔内设置金属面和蒸汽腔，改善了密封空间内的循环气道，金属面和蒸汽腔的体积小，换热系数高，换热能力强，可将动力电池包释放的热量高效地导入到外界环境中，同时具有空气冷却技术（换热结构简单，可靠性高，后期维护成本低等）和液体冷却技术（换热系数高，冷却效果好等）的多重优势，但无需增设多余的冷却构件（冷却液循环水箱、水泵、冷却管道等），且蒸汽腔为密闭的腔体，不会出现冷却工质的泄露，安全度高，适用于对采用高能量密度锂电池单体的小型动力电池包的散热，有效避免了热失控现象的发生；

3、本发明实施例所采用的金属面由高导热系数的金属材质制备而成，体积小，换热面积大，可快速高效地吸收从容置腔内流出的空气的热量；通过在金属面的上方设置蒸汽腔，蒸汽腔内下表面的低温冷却工质吸热蒸发，蒸发形成的工质蒸汽在温差驱动下逐渐向蒸汽腔的上表面移动，在到达蒸汽腔内的上表面后遇冷液化，同时将热量传出给外壳，而液化后的低温工质逐渐回落至蒸汽腔内的下表面，再次吸热蒸发，从而在上述循环过程中将热量高效、快速地导出至外壳；

在该循环过程中，金属面和蒸汽腔相互作用，从容置腔内流出的空气的热量至少经过了金属面的第一次换热和蒸汽腔的第二次换热，同时蒸汽腔加快了金属面的冷却，以维持金属面在较低温度下与空气进行反复地第一次换热，极大地提高了空气的冷却效果，从而提高了在容置腔内冷却空气对动力电池包的冷却效果；

4、本发明实施例通过在内壳上设置多个通孔，多个部分通孔将散热腔内的空气经过对应的主动导流组件流入至容置腔，并从其他通孔流出至对应的金属面，使得空气在双壳层腔体内的各个区域进行循环式流动，最大程度解决了当前小型动力电池包散热不及时、散热不均匀等问题；

5、本发明实施例的散热腔内的空气进行循环流动过程中，可继续吸收内壳的热量并将热量传递给外壳，实现整个循环过程对内壳内的容置腔的全方位强化换热。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对本申请的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请一实施例所述面向小型动力电池包的主动式强化散热结构的整体结构分解图；

图2是本申请又一实施例所述面向小型动力电池包的主动式强化散热结构的立体结构示意图；

图3是本申请又一实施例所述面向小型动力电池包的主动式强化散热结构的侧视剖面图；

图4是本申请再一实施例所述金属面的俯视图。

附图标记说明：

1、底盖；101、外壳；102、散热腔；103、第一加强筋；104、内壳；105、端盖；106、第二通气孔；107、内壳扰流肋；108、第一通气孔；109、外壳扰流肋；2、BMS芯片；3、金属面；301、射流孔；4、蒸汽腔；5、下支撑板；501、中支撑板；502、上支撑板；503、电池正极孔；504、通孔；505、电池座孔；6、动力电池包；7、主动导流组件。

具体实施方式

当今在售的小型动力电池包6仅有部分配备了专设的主动散热结构，其余大部分都是通过自然冷却进行被动散热。为了确保采用高能量密度锂电池单体的小型动力电池包6工作在合理的温度区间，需要采取有效的热管理手段防止热失控。目前主要的主动散热方式有液体冷却和空气冷却两种，液体冷却方式换热能力强，冷却效果好，可以有效降低电池温度，但需考虑冷却剂泄漏，空间占用较大，结构复杂和后期维护成本较高等问题，因此较少在小型动力电池包6中使用；而空气冷却方式换热系数较低，冷却效果也不如液体冷却方式，但具备换热结构简单，可靠及成本低等特点。

由于小型动力电池包6所处的工作空间体积有限，且其释热量远低于大型乘用车电池组，本发明旨设计出一种新的散热结构，可以同时具备空气冷却方式和液体冷却方式的优势，并克服空气冷却方式和液体冷却方式所存在的弱点，以满足小型动力电池包6的散热需求和供能环境的要求，也为未来的高能量密度的动力电池的规模化应用提供技术支持。

参照图1和图2所示，图1为本发明示出的面向小型动力电池包6的主动式强化散热结构的整体结构分解图；图2是本发明示出的所述面向小型动力电池包6的主动式强化散热结构的立体结构示意图。

如图1和图2所示，本发明提供了一种面向小型动力电池包6的主动式强化散热结构，一种面向小型动力电池包6的主动式强化散热结构，包括双壳层腔体，双壳层腔体包括容置腔和形成容置腔的内壳104，和包围在内壳104外的外壳101；其中，外壳101和内壳104之间围合形成散热腔102，容置腔用于容纳动力电池包6；内壳104位于散热腔102的一侧上设置有至少一个金属面3，在内壳104上还开设有将散热腔102与容置腔连通的多个通气孔，部分通气孔对应地开设在金属面3处；金属面3和外壳101之间还设置有蒸汽腔4，蒸汽腔4内填充有冷却工质；在内壳104上的部分通气孔内还设置有主动导流组件7，主动导流组件7用于将散热腔102内的气体导流至容置腔内。

具体而言，双壳层腔体指由内至外依次为容置腔、内壳104、散热腔102和外壳101。内壳104和外壳101可指将金属材料加工变形成所需要形状的箱体，容置腔为内壳104围合所形成的空腔，散热腔102为外壳101和内壳104之间的缝隙所形成的空腔，而内壳104和外壳101的形状可相同或者不同。内壳104的形状根据所容纳的动力电池包6的形状决定，通常动力电池包6为多个锂电池平行排布形成的方块，可将外壳101和内壳104形状相同设置且通过压缩弯曲成左右开口内部中空的方形箱体，在左右两侧开口分别通过密封条卡接端盖105和底盖1形成具有密闭空间的方形箱体。或者，动力电池包6为多个锂电池堆砌排布形成的棱台，则内壳104可冲压成型为顶部开口的棱台箱体，在顶部开口通过密封条卡接顶盖等。本实施例所指金属材料可为钢制件、铝制件、合金件和碳纤增强复合材料等，用于起到防护作用。当然地，外壳101和内壳104的成型工艺可根据使用目的进行选择，考虑到保养维修等，外壳101和内壳104亦可通过个6个金属板材相互焊接成密闭的方形箱体。

应当理解的是，在双壳层腔体的任意一个端面设置有BMS（Battery ManagementSystem，电芯管理系统）芯片，可选地，BMS芯片2设置靠近在底盖1一侧的端面上，具有电池状态监测和评估，充放电控制、电池均衡等功能，以保证容置腔内的动力电池包6安全可靠地运行。

通过在内壳104上设置多个通气孔，将散热腔102和容置腔连通，以使空气从散热腔102流入容置腔并回流至散热腔102。首先在多个通气孔中的部分通气孔内设置主动导流组件7，将空气从散热腔102内驱动至容置腔，空气在容置腔内流动至其他通气孔所在位置的流出，通过在其他通气孔处设置金属面3，使得空气通过金属面3后再流入散热腔102内，利用金属面3的高导热系数，加强与空气的换热效率，将空气快速冷却后回流至散热腔102。

在本实施例中，内壳104上所开设的所有通气孔均被主动散热组件和金属面3综合利用，合理利用了散热结构的有限空间，最大程度地强化了散热结构的散热性能。当然地，主动散热组件和金属面3所对应的通气孔可以为部分通气孔，即通气孔的总数量大于主动散热组件和金属面3的数量总和亦在本发明所保护的范围。此外，主动散热组件的数量和金属面3的数量可不同，则主动散热组件所对应的通气孔的数量与金属面3所对应的通气孔的数量不同。

为了便于更清楚地理解的本申请，本申请以下将与金属面3对应的通气孔统称为第一通气孔108，嵌设有主动散热组件的通气孔统称为第二通气孔106。

作为较佳的实施方式，主动散热组件的数量大于金属面3的数量，且第二通气孔106的形状尺寸小于第一通气孔108的形状尺寸，如此通过多个主动散热组件驱动空气从多个第二通气孔106所在的方向进入容置腔，使得空气在腔内均匀地流动，有效改善换热均匀性，又使得换热后的空气从较大的第一通气孔108处集中流出，在金属面3处集中换热，即设置一个金属面3即可充分解决小型动力电池包6的释热量，在不额外占空散热结构的基础上所需的零件更少，结构更简单，空气可在散热腔102内顺畅地流动。

优选地，主动散热组件为风扇，通过设置风扇的转速可加快空气的流动速度，通过设置风扇的扇片转动方向使得空气从散热腔102散入容置腔内。

作为本实施例的改进，在金属面3的上方设置蒸汽腔4，利用蒸汽腔4的热传导模式，可将热量更高效地传递给外壳101，将动力电池包6的热量排出。通过在蒸汽腔4内填充冷却工质，冷却工质吸收金属面3和空气的热量蒸发，蒸发形成的工质蒸汽由于温差驱动自然循环的原因逐渐向上方移动，在到达蒸汽腔4内的上表面后遇冷液化，将热量传出给外壳101，液化后的低温工质逐渐回落至蒸汽腔4内的下表面。如此，将集中吸收热量后的金属面3的热量更高效地传递给外界环境，保证金属面3以较低的温度直接与空气大面积接触，强化了金属面3的换热效率。

本申请实施例所采用的蒸汽腔4一体成型的密闭腔体，腔体内填充冷却工质，以蒸发冷凝的方式实现了蒸汽腔4的热循环，具备液体冷却方式的换热能力强，冷却效果好的优势，由于无需补充冷却工质，不用设置外部冷却循环系统来供能，不存在冷却工质泄露的安全问题，且占地体积小，质量轻，满足有限空间体积的小型动力电池包6的散热条件。优选地，蒸汽腔4为真空蒸汽腔4，蒸汽腔4内仅为冷却工质，排出了不凝性气体，冷却工质充分吸热蒸发，提高蒸汽腔4的换热效率。

发明人针对动力电池包6的最佳温度区间，根据蒸汽腔4内冷却工质的热量传输模态，冷却工质的选择需要考虑其饱和压力及沸点，若蒸汽腔4内的冷却工质工作时的压力太高，将需要更厚的容器壁进行密封，使得热量导出的效率降低；若蒸汽腔4内的冷却工质工作时的压力太低，会使整体传热性能变差。由于电池包最佳工作温度区间为15～35℃，蒸汽腔4内的冷却工质可优先采用五氟丙烷（R245fa），其在1atm条件下的沸点为15.3℃，熔点小于-160℃；更优选地，采用一氟三氯甲烷（R11），其在1atm条件下的沸点为23.7℃，熔点为-111℃；再优选地，采用一氟二氯乙烷（R141b），其在1atm条件下的沸点为32.2℃，熔点为-103.5℃。

本发明实施例的一次散热循环的工作原理如下：

首先设定风扇的转速和转向，风扇驱动散热腔102内的低温空气从第二通气孔106流入容置腔内，低温空气与动力电池包6进行第一次换热，冷却动力电池包6，空气的温度升高；

然后升温后的空气经过第二通气孔106流向金属面3，与金属面3进行第二次换热，空气的温度降低，金属面3的温度升高；

又然后部分空气和金属面3分别与蒸汽腔4同时进行第三次换热，空气的温度进一步降低，金属面3的温度降低，蒸汽腔4的温度升高；

又然后升温后的蒸汽腔4与外壳101进行第四次换热，将热量释放到外界环境中，蒸汽腔4的温度降低；

再然后降温后的空气流入散热腔102内，由于空气与内壳104具有温差，空气与内壳104进行第五次换热，空气的温度略升高，内壳104的温度降低，间接降低内部动力电池包6的温度；

最后，略升温后的空气与外壳101进行第六次换热，将热量释放到外界环境中，空气的温度降低，以备风扇的下一次循环驱动。

需要说明的是，其中第二次换热过程、第三次换热过程、第四次换热过程、第五次换热过程和第六换热过程的换热时间不是严格先后顺序，可以在同一时间段内发生。

因此，本发明实施例实现了多级换热，相比于传统的散热方式是一大显著的进步，可高效全面的将电池组内部释热外散到环境中，为小型动力电池包6提供了一种主动式均温型热管理技术方案。

在第二次换热过程中，为实现空气与金属面3充分地热交换后流入散热腔102，本发明的金属面3为网面，且金属面3的第一区域的网孔内径小于第二区域的网孔内径；第一区域为金属面3与蒸汽腔4相接触的区域，第二区域为金属面3上除第一区域外的区域。

如图4所示，图4是是本发明示出的金属面3的俯视图。

具体而言，金属面3设置多个网孔，以使容置腔内的空气从多孔结构中缓慢通过，与金属网面充分换热，并从网孔流入散热腔102。多孔结构的金属网面与蒸汽腔4相接触，部分空气可直接经过第一区域内的网孔与蒸汽腔4的下表面接触，同时与金属网面和蒸汽腔4进行二级换热后再从第二区域的网孔内流入散热腔102。通过将第一区域的网孔的内径设置更小，形成第一区域网孔密集第二区域网孔疏阔的金属网面，从而使第一区域的容热能力增加，使热量集中在第一区域的金属网面上，以与蒸汽腔4配合以将热量高效导出外壳101，整个过程无需外部动力输入，更加高效可靠。

进一步地，第二区域设置有射流孔301。本发明实施例在金属网面的多层结构的基础上，网孔数量越多金属网面的吸热能量越强，基于网孔数量与空气的流动阻力相互影响，通过在金属网面的第二区域上设置射流孔301，部分高温空气从金属网面的多孔结构中缓慢通过，另一部分高温空气会从金属网面的射流孔301通过，预留的射流孔301会降低流经金属网面的空气的流动阻力，引导高温空气经过射流孔301后射流冲击外壳101进行热量交换，提高热量释放至外界环境的换热效率。

在本实施例中，第一区域位于金属网面的中间区域，第二区域沿包围第一区域的方向位于金属网面的四周，射流孔301可分散地设置在第二区域内的四周，或者对称地排布在第二区域的相对两侧，每侧设置至少一组，每组至少排布等距的两个射流孔301，亦或者其他分布形式。当然地，金属网面也可为依次由第二区域、第一区域和第二区域拼接而成的夹心形状，在该实施方式中，第一区域的面积与第二区域的面积接近，以使第一区域大规模换热。

其中射流孔301的具体数量、尺寸和形状根据金属网面和蒸汽腔4的形状大小可进行合理地设计，本实施例不作限定。

相应地，本发明的实施例可一体成型为第一区域网孔密集第二区域网孔疏阔的金属网面。通过将金属面3设置为多个层叠设置的金属网；其中，相邻两层设置的金属网的网孔相互错开。将多层金属网通过特殊的叠层压制结合真空烧结成型为孔型错落的立体多孔金属面3，其各层金属网的网孔相互交错，可对每层金属网的孔隙大小、渗透性能和强度特性进行合理的匹配与设计，以适用于不同导热目的散热结构。例如对每层金属网的中间区域的金属材料密集叠层，从而形成不定孔形状的具有高导热性和过滤性的金属面3。

示例性地，多层金属网的网孔的形状相同，但网孔的尺寸不同，使得多层金属网层叠形成网孔相互交错的金属面3；示例性地，多层金属网的网孔的形状不同，使得多层金属网层叠形成网孔相互交错的金属面3；示例性地，多层金属网的网孔的形状和尺寸均相同，但每层金属网的网孔位置不同，使得多层金属网层叠形成网孔相互交错的金属面3；通过针对性地构建金属面3的网孔分布模型，从而提升金属面3的散热效率。

其中，金属面3可采用导热性好的铜丝、铝丝等材料压制成型。金属面3同时具备良好的弹性性能，能缓冲蒸汽腔4在电动汽车行车过程中受到的振动和冲击。

在进一步地技术方案中，蒸汽腔4的底面与金属面3紧贴，蒸汽腔4的顶面与外壳101的内壁面紧贴。将蒸汽腔4的底面与金属面3紧贴形成吸热面，高效快速地吸收金属面3的热量使蒸汽腔4内的冷却工质蒸发，蒸汽腔4与外壳101紧贴，蒸汽腔4的顶面与外壳101紧贴形成放热面，高效快速地将热量传递给外壳101使蒸汽腔4内的冷却工质放热冷凝，实现在有限空间的供能环境内建立完善的温差梯度，提高热传导的效率。

如图3所示，图3是本发明示出的面向小型动力电池包6的主动式强化散热结构的侧视剖面图。

本实施例用于进一步增强位于散热腔102内的第五次换热过程和第六次换热过程的散热效率，在外壳101的内壁面上，和/或在内壳104的外壁面上设置有多个扰流肋，扰流肋的长度方向与散热腔102的长度方向平行。

具体而言，可只在内壳104上设置内壳扰流肋107，或者只在外壳101上设置外壳扰流肋109，或者同时在内壳104和外壳101上设置内壳扰流肋107和外壳扰流肋109，其中内壳扰流肋107和外壳扰流肋109的数量可以是一对一的数量关系，多对多的数量关系，或者个数不等的数量关系，同时内壳扰流肋107和外壳扰流肋109的设置位置可以为交错地设置或者相对应的两个内壳扰流肋107和外壳扰流肋109位于同一水平面上。

空气在散热腔102内流动时，在内壳104的外壁面和外壳101的内壁面存在边界层，对流传热的热阻主要集中在壁面附近的热边界层内，边界层厚度越大，越不利于对流传热，通过设置扰流肋，使得相对应的壁面的边界层减薄，增强了空气将内壳104的热量传递给外壳101的换热效率；另一方面相对的内壳104和外壳101分别设置扰流肋，增强了空气的掺混程度，进一步加快了热量的传递。其中内壳扰流肋107的长度与该内壳扰流肋107所在壁面处的长度平行且相等，以全方位地减弱壁面的边界效应。

作为优选的实施例，多个内壳扰流肋107间隔均匀地设置在内壳104的外壁面上，多个外壳扰流肋109间隔均匀地设置在外壳101的内壁面上，且外壳扰流肋109与内壳扰流肋107错开，以协同削弱散热腔102内的壁面流阻。

可选地，扰流肋还可以在内壳104的外壁面上呈波浪形地延伸，呈圆条形地延伸，呈方块形地延伸等，更可选地，每个扰流肋上还可以增设若干个微型凸起，或者开设若干个微型凹槽。通过变换扰流肋的结构，加大扰流肋与相对应的壁面的接触面积，从而增强对边界层的削弱效应，同时加大扰流肋与散热腔102内的空气的接触面积，从而加强对空气的掺混程度，故而协同加快了热量的传递，有效提高了对流传热效率。

在另外一个实施例中，散热结构还包括间隔设置在容置腔内的至少一个支撑板，支撑板的两端分别与内壳104的内壁连接，至少一个支撑板用于将容置腔分隔为至少两个腔体，每个腔体用于容纳动力电池包6；其中，在每个支撑板上设置有多个电池安装点，在多个电池安装点之间开设有连通多个腔体的通孔504。

具体而言，容置腔内可容纳一个动力电池包6，对一个动力电池包6进行散热。对于某些所需功率大的电动汽车而言，可能需要配套至少2个动力电池包6以满足行车需要。在多个动力电池包6的配置下，若单纯地扩大容置腔的体积，会使动力电池包6之间相互膨胀损坏寿命，且还需要额外设置绝缘结构壁面动力电池包6之间导电。本发明实施例通过设置支撑板，一方面将容置腔分隔为多个腔体以容纳若个动力电池包6，可满足大功率电动汽车的使用需求，且防止动力电池包6与内壳104上的通气孔产生干扰，以将动力电池包6稳固地安装在腔体内。

本发明以在容置腔内设置3个支撑板为例，从上至下依次为上支撑板502、中支撑板501和下支撑板5，其中上支撑板502与内壳104的顶壁接近齐平，下支撑板5与内壳104的底壁接近齐平，中支撑板501位于容置腔的正中央，从而将容置腔分隔为两个相同的上腔体和下腔体。在内壳104的侧壁上设置有卡槽，支撑板分别卡入到卡槽内，以将支撑板定位到内壳104上。其中，中支撑板501的卡槽可为两个凸条的一端焊接在内壳104上所形成的U型卡槽，以将中支撑板501夹持，由于上支撑板502和下支撑板5分别靠近内壳104的顶壁和底壁，本申请将内壳104设置为截面为圆角方形的结构，在该结构上，内壳104的侧壁的顶角和底角的弧度对支撑板具有限位作用，只需设置一个凸条与圆角相配合，就可将上支撑板502和下支撑板5固定在内壳104上，节约成本和装配流程，具备良好的经济和社会效益。

可以理解的是，中支撑板501的厚度为上支撑板502和下支撑板5的大约两倍，以在中支撑板501的顶面和底面均开设电池安装点，上支撑板502的底面单侧开设有电池安装点，与中支撑板501的顶面的电池安装点配合嵌设位于上腔体的动力电池包6的两端，下支撑板5的顶面单侧开设有电池安装点，与中支撑板501的底面的电池安装点配合嵌设位于下腔体的动力电池包6的两端。

如图2所示，作为本实施例的具体解释，动力电池包6由多个锂电池排布形成，锂电池均包括正负极，为了定位每个锂电池，提高行车过程中动力电池包6的抗振性能，每个支撑板上的电池安装点均包括电池正极孔503和电池座孔505，电池正极孔503与锂电池的电池正极端的形状大小相匹配，用于嵌设锂电池的正极端，电池座孔505与锂电池的电池负极端的形状大小相匹配，用于嵌设锂电池的负极端。

示例性地，上腔体内的动力电池包6为多个锂电池方向相同地排布，多个锂电池的负极端和正极端均位于同一侧，即可在上支撑板502的底面全部开设为电池正极孔503或者电池座孔505，中支撑板501的顶面全部开设电池座孔505或者电池正极孔503。

示例性地，动力电池包6由多个锂电池方向相反地排布，在上支撑板502的底面开设电池正极孔503和电池座孔505，其中电池正极孔503和电池座孔505的位置和数量均可任意选择，在中支撑板501的顶面开设与上支撑板502的电池正极孔503的位置和数量相同的电池座孔505，及除电池座孔505外的电池正极孔503。

锂电池的形状通常为圆柱形，多个锂电池之间排布形成间隙，由于每个锂电池的都位于对应的电池安装点内，多个电池安装点之间形成该间隙。当设置支撑板时，在间隙处开设通孔504，风扇驱动空气从第二通气孔106、下支撑板5的通孔504进入下腔体，对下腔体内的动力电池包6进行冷却后，经过中支撑板501的通孔504进入上腔体，对上腔体内的动力电池冷却后，从上支撑板502的通孔504流出，通过第一通气孔108流入散热腔102，以使空气循环流通。

在本实施例延伸出的另外一个优选实施方式中，散热结构还包括将外壳101和内壳104连接的加强组件，加强组件包括多个第一加强筋103，每个第一加强筋103沿环绕容置腔的方向设置，以将散热腔102分割为环绕容置腔的多个子散热腔102，其中，在每个子散热腔102中均设置有金属面3、蒸汽腔4和主动导流组件7。

面对需要配置大规格动力电池包6的高功率、大负载的电动汽车，可根据动力电池包6的规格型号延长外壳101和内壳104的尺寸，形成与动力电池包6规格相适应的双壳层腔体。基于此，本发明实施例通过环状的第一加强筋103一方面将散热腔102分割为多个子散热腔102，相对的两个第一加强筋103的距离即为子散热腔102的长度，一方面提升外壳101与内壳104之间的稳定性，另一方面可根据实际使用需求，灵活地调控每个子散热腔102的散热能力。

例如在每个子散热腔102内安装金属面3、蒸汽腔4和主动导流组件7，提供本发明如上的主动式强化热管理技术，或者根据散热目标的不同，多个子散热腔102可在主动导流组件7只与金属面3的配合，或者只与蒸汽腔4配合，或者增减主动导流组件7、金属面3和蒸汽腔4的数量和体积，或者仅仅设置主动导流组件7等多种方式中进行选择以组合形成新的散热结构，以满足电动汽车各种工作环境和条件下的电池散热需求。

在本实施例延伸出的再一个优选实施方式中，加强组件还包括设置在每个子散热腔102中的多个第二加强筋，每个第二加强筋的两端分别连接在两个第一加强筋103的上部，且每两个第二加强筋分别固定在相对应的金属面3和蒸汽腔4之间。

具体而言，通过设置第二加强筋在增强散热结构的稳固性的同时，将金属面3和蒸汽腔4限位在子散热腔102内，避免设置多余的构件来阻止金属面3和/或蒸汽腔4在行车过程中的滑落。其中多个第二加强筋的两端分别连接在第一加强筋103的上部，其中第二加强筋的长度与子散热腔102的长度相等，第二加强筋与内壳104的外壁面之间形成空隙，多个第二加强筋之间形成空隙。将两个第二加强筋的底端与内壳104的外壁面的距离与金属面3的厚度相契合，以将金属面3限位，两个第二加强筋之间的距离与蒸汽腔4的宽度相契合，以将蒸汽腔4限位。

更具体而言，最外侧的第一加强筋103与容置腔的端面之间所对应的外壳101区域上还设置有多个第三加强筋，进一步支撑内壳104和外壳101所形成双壳层结构，提升电池包的抗振、防冲击性能。

本发明的另一方面在于提出一种电动车，配置有如上所述的面向小型动力电池包6的主动式强化散热结构。

本发明实施例中的电动车的具体实现方式、原理和诸多有益效果在与本发明实施例中的面向小型动力电池包6的主动式强化散热结构基本相同，故在此不再做赘述。

示例性地，图1、图2和图3展示了较佳的实施例，结合图1-图3对本发明的具体结构及在该结构下的工作流程进行说明：

散热腔102通过6个环状加强筋分割为3个子散热腔102，位于每个子散热腔102内的内壳104上的顶壁的中间区域开设一个矩形的第一通气孔108，在内壳104的底壁矩阵式排布有多个矩形的第二通气孔106，每个第二通气孔106过盈配合有风扇，第一通气孔108的孔型面积约占顶壁的一半，在第一通气孔108上覆盖恰好遮住第一通气孔108的金属面3，在金属面3的上方的中间区域紧贴蒸汽腔4，蒸汽腔4的上表面紧贴外壳101，在两个相对的环状加强筋的上部之间连接有两个将金属面3和蒸汽腔4限位在子散热腔102内的平行地第二加强筋，且第二加强筋的底部投影与环状加强筋的底部投影相垂直，最外侧的环状加强筋与容置腔的端面之间所对应的外壳101区域上还设置有多个第三加强筋。在容置腔内设置有如上所述的3个支撑板结构。

如图1-图3中箭头方向所指，箭头表示空气的流动方向，风扇驱动低温空气从子散热腔102进入到内壳104内，经过下支撑板5上的通孔504分流后进入下腔体的冷却通道，空气向上流动的同时充分与下腔体内的动力电池包6换热，再经过中支撑板501上的通气孔进入上腔体的冷却通道，向上流动的同时继续与上腔体内的动力电池包6换热，再经过上支撑板502上的通气孔流出到矩形的第一通气口，进而离开内壳104内部；由于金属面3具备多孔特性，从第一通气口流出的高温空气一部分会从金属面3的多孔结构中缓慢通过，与金属面3充分换热，另一部分高温空气会从金属面3的射流孔301通过，过程中高温空气与金属面3充分换热，并在流出射流孔301后射流冲击外壳101进行热量交换；金属面3将热量进一步传递给蒸汽腔4，蒸汽腔4内下表面的低温冷却工质吸热蒸发，蒸发形成的工质蒸汽由于温差驱动自然循环的原因逐渐向上方移动，在到达蒸汽腔4内的上表面后遇冷液化，同时将热量传出给外壳101，液化后的低温工质逐渐回落至蒸汽腔4内的下表面，再次吸热蒸发后反复通过上述循环过程将热量快速导出至外壳101；

空气从散热腔102的顶部流动至底部的过程中，不断吸收内壳104热量并与外壳101换热，受内壳104的外壁的内壳扰流肋107和外壳101的内壁的外壳扰流肋109的影响，流动边界层分离，强化了空气在内壳104与外壳101间的换热效果，直至风扇再次驱动空气进入内壳104内部，完成密封空间内的循环流动及主动散热过程。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

还需要说明的是，在本文中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，诸如“第一”和“第二”之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。而且，术语“包括”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。

以上对本申请所提供的一种面向小型动力电池包的主动式强化散热结构及电动车，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请，在具体实施方式及应用范围上均会有不同形式的改变之处，这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举，而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本申请的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种面向小型动力电池包的主动式强化散热结构，其特征在于，包括双壳层腔体，所述双壳层腔体包括容置腔和形成所述容置腔的内壳，和包围在所述内壳外的外壳；其中，所述外壳和所述内壳之间围合形成散热腔，所述容置腔用于容纳动力电池包；

所述内壳位于所述散热腔的一侧上设置有至少一个金属面，在所述内壳上还开设有将所述散热腔与所述容置腔连通的多个通气孔，部分所述通气孔对应地开设在所述金属面处；

所述金属面和所述外壳之间还设置有蒸汽腔，所述蒸汽腔内填充有冷却工质；

在所述内壳上的部分所述通气孔内还设置有主动导流组件，所述主动导流组件用于将所述散热腔内的气体导流至所述容置腔内。

2.根据权利要求1所述的一种面向小型动力电池包的主动式强化散热结构，其特征在于，所述金属面为网面，且所述金属面的第一区域的网孔内径小于第二区域的网孔内径；

所述第一区域为所述金属面与所述蒸汽腔相接触的区域，所述第二区域为所述金属面上除所述第一区域外的区域。

3.根据权利要求1或2所述的一种面向小型动力电池包的主动式强化散热结构，其特征在于，所述金属面包括多个层叠设置的金属网；

其中，相邻两层设置的所述金属网的网孔相互错开。

4.根据权利要求2所述的一种面向小型动力电池包的主动式强化散热结构，其特征在于，所述第二区域设置有射流孔。

5.根据权利要求1所述的一种面向小型动力电池包的主动式强化散热结构，其特征在于，所述蒸汽腔的底面与所述金属面紧贴，所述蒸汽腔的顶面与所述外壳的内壁面紧贴。

6.根据权利要求1所述的一种面向小型动力电池包的主动式强化散热结构，其特征在于，在所述外壳的内壁面上，和/或在所述内壳的外壁面上设置有多个扰流肋，所述扰流肋的长度方向与所述散热腔的长度方向平行。

7.根据权利要求1所述的一种面向小型动力电池包的主动式强化散热结构，其特征在于，所述散热结构还包括间隔设置在所述容置腔内的至少一个支撑板，所述支撑板的两端分别与所述内壳的内壁连接，至少一个所述支撑板用于将所述容置腔分隔为至少两个腔体，每个所述腔体用于容纳所述动力电池包；其中，

在每个所述支撑板上设置有多个电池安装点，在多个所述电池安装点之间开设有连通多个所述腔体的通孔。

8.根据权利要求1所述的一种面向小型动力电池包的主动式强化散热结构，其特征在于，所述散热结构还包括将所述外壳和所述内壳连接的加强组件，所述加强组件包括多个第一加强筋，每个所述第一加强筋沿环绕所述容置腔的方向设置，以将所述散热腔分割为环绕所述容置腔的多个子散热腔，其中，在每个所述子散热腔中均设置有所述金属面、所述蒸汽腔和所述主动导流组件。

9.根据权利要求8所述的一种面向小型动力电池包的主动式强化散热结构，其特征在于，所述加强组件还包括设置在每个所述子散热腔中的多个第二加强筋，每个所述第二加强筋的两端分别连接在两个所述第一加强筋的上部，且每两个所述第二加强筋分别固定在相对应的所述金属面和所述蒸汽腔之间。

10.一种电动车，其特征在于，配置有如权利要求1-9任意一项所述的面向小型动力电池包的主动式强化散热结构。

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