CN206558582U - 一种用于电池组的格栅状复合散热结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于电池组的格栅状复合散热结构，其包括箱体，所述箱体内设有若干导热的格栅单元，构成电池组的多个电池单体分别放置在一个格栅单元内，并且，在格栅单元与电池单体之间以及箱体与格栅单元之间均填充有相变材料或/和导热灌封材料。本实用新型提供的格栅状复合散热结构，具有结构简单、成本低廉、散热均匀等优点，可有效降低电池组的最高温度，保证电池组内具有良好的均温性，实用性强，具有推广应用价值。

Description

一种用于电池组的格栅状复合散热结构

技术领域

本实用新型是涉及一种用于电池组的格栅状复合散热结构，属于动力电池温度控制技术领域。

背景技术

近年来，锂离子动力电池因其能量密度高、体积小、循环寿命较长等特点逐渐成为电动汽车的主流电源。在电动汽车中，通常是将多个单体锂电池以不同的形式串联或并联装在一起构成一个电池装置，以提供所需的电压或容量。由于电池在充放电过程中其自身温度会升高，且充放电倍率越高时升温越快，尤其是对于多个单体电池组成的装置，温度的聚集更快，这将影响电池的最佳工作性能和寿命，严重时还会导致电池燃烧，甚至发生爆炸。因此，温度控制对电池装置的性能影响很大，温度过高、过低以及不均衡都会影响电池的性能，锂电池的理想工作温度适合保持在0～50℃，温差应在5℃左右。

为避免温度过高影响电池的性能和寿命，需要在电池中设有散热系统，传统的散热系统通常采取风冷或液体冷却。风冷散热系统体积小，但是散热效果有限，而液体冷却系统效果较好，但是体积大，结构复杂、泵功能耗高，且存在泄漏等潜在缺点。中国专利CN201210399617.6中公开了一种波纹翅片电池模块，其包括两个或更多个电池单体和设置在电池单体之间的连续的波纹翅片，还包括刚性散热器和膨胀单元；其中波纹翅片的结构大致是一体式的，使得需要较少的部件来形成电池模块；波纹翅片由高导热性材料制成，以便在电池操作期间促进由电池产生的热量的移除；散热器设有液体冷却剂所通过的通道，波纹翅片没有与电池单体直接接触的部分与散热器直接接触，以便帮助从模块移除过量的热量；膨胀单元沿着各种电池单体放置在大致蜿蜒形状的波纹翅片之间以便提供单体间隔的均匀性。该电池模块在散热器的基础上增设有波纹翅片，虽然可以利用波纹翅片强化散热，但是一方面波纹翅片占用的体积较大，布置需要多个部件，因此结构较为复杂，另一方面该实用新型波纹翅片与电池的接触面积相当有限，散热性也有限。

相变材料具有相变过程吸收潜热高、温升小、化学稳定性好、体积小、结构简单、价格低廉等优点，将其应用在动力锂离子电池上能降低电池温升、缓和热冲击，提高电池寿命和稳定性。中国专利CN200910039125.4公开了一种带有相变材料冷却系统的动力电池装置，该装置包括螺钉、若干电池单体、箱盖通风孔、电极连接轴、箱体顶盖、侧面通风孔、 框体；所述的电池单体是以电池作为基体，外部加装箱体；电池和箱体之间填充相变材料并采用绝缘橡胶密封；电池箱体开设通风孔散热。该专利在每个单体电池周围填充相变材料，代替传统的散热系统，对电池的发热起到了缓和作用，但是相变材料导热率低，不能迅速、均匀地传热，因此散热效果达不到预期要求，通常需要对相变材料进行改进，采用价格昂贵的复合相变材料。

中国专利CN201110457984.2公开了一种基于泡沫金属/复合相变材料的动力电池冷却系统。包括有单体电池、电池连接极、相变材料、泡沫金属、高导热绝缘胶、电池外壳、电池上挡板、电池下挡板；电池单体与电池外壳之间填充有以泡沫金属为骨架材料和以相变材料为基体复合而成的的复合相变材料，相变材料灌注到泡沫金属中，单体电池与灌注后的泡沫金属用高导热绝缘胶连接，电池上挡板及电池下挡板分别装设在单体电池的上端及下端，电池连接极与单体电池连接。该专利将泡沫金属与传统的相变材料相复合，制备出复合相变材料，虽然克服了传统相变材料导热率低等缺陷，可以使电池模块的温度保持在电池理想工作范围内，且能够使模块内单体电池间的温差保持在几度之内，但是泡沫金属制备成本高，使得复合相变材料的成本较高，并且在相变材料内填充泡沫金属会限制相变材料的自然对流，另外结构也较为复杂。

中国专利CN201410006737.4公开了一种复合式相变材料填充的锂电池模块，包括上盖、壳体、密封栅板、锂电池、复合相变材料、电池固持组件、导热肋板、电池保护板及自恢复电路保护器，复合相变材料具有2个或多个相变点。该专利中的采用具有2个或多个相变点的复合相变材料进行散热，以便将电池维持在理想的工作温度范围内，同时在电池热失控时能有效的吸收热量，提高电池模块的安全性，但是，该专利不仅结构复杂，安装困难，使用的复合相变材料价格昂贵，同时在实际运行过程中运行较为复杂，无法保障运行效果。

因此，目前急需开发出一种结构简单、成本低廉、散热均匀，能有效降低电池组的最高温度，保证电池组内具有良好均温性的散热结构。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题和需求，本实用新型的目的是提供一种结构简单、成本低廉、散热均匀的用于电池组的格栅状复合散热结构。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种用于电池组的格栅状复合散热结构，包括箱体，所述箱体内设有若干导热的格栅 单元，构成电池组的多个电池单体分别放置在一个格栅单元内，并且，在格栅单元与电池单体之间以及箱体与格栅单元之间均填充有相变材料或/和导热灌封材料。

作为优选方案，放置在格栅单元中的电池单体与该格栅单元的一侧相接触。

作为进一步优选方案，在电池单体与其相接触的格栅单元的侧面之间设有导热胶。

作为进一步优选方案，在电池单体远离格栅单元的侧部设有固定加强筋，以进一步加固电池单体与格栅单元的一侧之间的紧密接触。

作为优选方案，在所述箱体的顶部设有密封绝缘板，在所述密封绝缘板位于栅格单元的顶部设有用于电池单体的电极穿出的穿孔。

作为优选方案，所述格栅单元的材质为导热材料，以铜、铝、石墨等高导热材料为佳，以表面经过阳极氧化的铝最佳。

作为优选方案，每个格栅单元为四边形或六边形，若干格栅单元之间以顺排或者叉排连接形成格栅整体。

作为优选方案，格栅单元的高度与电池单体的高度相适配，一般格栅单元的高度与电池单体的高度相仿或低于电池高度即可，格栅单元的边框厚度为0.01～10mm。

作为优选方案，格栅单元的截面尺寸比电池单体的截面尺寸大0.01～10mm。

作为优选方案，所述箱体的材质为高强度材料，以铝、铁等高强度材料为佳，以金属铝最佳。

作为优选方案，在所述箱体的侧壁与底壁设有冷却通道，以通入空气或液体进行冷却，从而加强对电池的散热效果。

作为优选方案，所述相变材料的导热率≥0.2W/mK，选自石蜡、脂肪酸、无机盐中的任意一种，以熔点为30～70℃的石蜡为佳。

作为优选方案，所述导热灌封材料的导热率≥0.2W/mK，选自聚氨酯、有机硅、环氧树脂中的任意一种。

相较于现有技术，本实用新型的有益技术效果在于：

本实用新型通过在箱体内设有若干高导热的格栅单元，将构成电池组的多个电池单体分别放置在一个格栅单元内，在格栅单元与电池单体之间以及箱体与格栅单元之间均填充相变材料或/和导热灌封材料，即可实现使用常规相变材料就能有效降低电池组的最高温度，保证电池组内具有良好的均温性，设置的若干栅格单元之间相互连接，不仅起到强化装置的作用，还具有增强单元之间热传导和均温的作用，不仅具有结构简单、成本低廉、散热均匀等优点，而且可显著提高电池等发热器件的运行可靠性和使用寿命；并且，本实用新 型相对于现有的液冷方式及风冷方式，不需额外的动力消耗装置(如液冷的泵、风冷的压缩机等)，克服了以往电池包散热结构所存在的重量重、安装困难等缺点，使用方便，实用性强，相对于现有技术，具有显著性进步和推广应用价值。

附图说明

图1是实施例1提供的一种用于电池组的格栅状复合散热结构的立体结构示意图；

图2是实施例1提供的一种用于电池组的格栅状复合散热结构的俯视结构示意图；

图3是实施例1提供的一种用于电池组的格栅状复合散热结构的剖视结构示意图；

图4是实施例2提供的一种用于电池组的格栅状复合散热结构的俯视结构示意图；

图5是实施例3提供的一种用于电池组的格栅状复合散热结构的俯视结构示意图；

图6是位于不同散热结构中的电池组的表面最高温度随时间的变化图；

图7是对比例提供的散热结构的温度云图；

图8实施例1提供的格栅状复合散热结构的温度云图。

图中标号示意如下：1-箱体；2-格栅单元；3-电池单体；4-相变材料或导热灌封材料；5-导热胶；6-密封绝缘板；61-穿孔；7-固定加强筋。

具体实施方式

以下将结合附图和实施例对本实用新型的技术方案做进一步清楚、完整地描述。

实施例1

结合图1和图2所示：本实施例提供的一种用于电池组的格栅状复合散热结构，包括箱体1，所述箱体1内设有若干导热的格栅单元2，构成电池组的多个电池单体3分别放置在一个格栅单元2内，在格栅单元2与电池单体3之间以及箱体1与格栅单元2之间均填充有相变材料4。放置在格栅单元2中的电池单体3与该格栅单元2的一侧相接触，并且，在电池单体3与其相接触的格栅单元2的侧面之间设有导热胶5(如图2所示，该导热胶可采用道康宁EA9189硅胶)，以使电池单体3与格栅单元2紧密连接，以提高导热性能。

所述箱体1材料选用强度较高的金属铝(例如可以为6063铝)，其高度与电池单体3的高度相仿，可以设计为65mm，在箱体1的侧壁与底壁设有冷却通道，以通入空气或液体进行冷却，从而加强对电池的散热效果。

所述栅格单元2的材料选用高强度、高导热的金属铝(例如可以为6063铝)，栅格单元2的个数与电池单体3的个数相一致，本实施例设置为12个，其形状设定为正方形。

所述电池单体3选用18650柱状商用锂离子电池，所述相变材料4选用熔点为41～43℃的石蜡。

如图3所示：在所述箱体1的顶部设有密封绝缘板6，以免填充的相变材料4溢出或泄露；在所述密封绝缘板6位于栅格单元2的顶部设有用于电池单体3的电极穿出的穿孔61，所述穿孔61的大小与电池单体3的电极大小相适配，以露出电池单体3的电极。

实施例2

结合图3和图4所示：本实施例提供的一种用于电池组的格栅状复合散热结构，包括箱体1，所述箱体1内设有若干导热的格栅单元2，构成电池组的多个电池单体3分别放置在一个格栅单元2内，在格栅单元2与电池单体3之间以及箱体1与格栅单元2之间均填充有相变材料4。其中，电池单体3向格栅单元2的一侧偏移并紧密接触，在电池单体3远离格栅单元2的一侧设有固定加强筋7(如图4所示，该加强筋可以选用硬质塑料)，以进一步加固电池单体与格栅单元的一侧之间的紧密接触。

本实施例所述格栅状复合散热结构的其余内容均与实施例1中所述相同。

所述栅格单元2的材料选用高强度、高导热的石墨，栅格单元2的个数与电池单体3的个数相一致，本实施例设置为12个，其形状设定为正方形。

所述电池单体3选用26650柱状商用锂离子电池，所述相变材料4选用熔点为50～53℃的石蜡。

实施例3

结合图3和图5图所示，本实施例提供的一种用于电池组的格栅状复合散热结构，包括箱体1，所述箱体1内设有若干导热的格栅单元2，所述格栅单元2为正六边形(如图5所示)。

本实施例所述格栅状复合散热结构的其余内容均与实施例1中所述相同。

实施例4

参考图3和图5所示，本实施例提供的一种用于电池组的格栅状复合散热结构，包括箱体1，所述箱体1内设有若干导热的格栅单元2，构成电池组的多个电池单体3分别放置在一个格栅单元2内，在格栅单元2与电池单体3之间填充有导热灌封材料4，在箱体1与格栅单元2之间均填充有相变材料4。本实施例所述格栅状复合散热结构的其余内容均与实施例3中所述相同。

所述电池单体3选用26650柱状商用锂离子电池，所述相变材料4选用熔点为50～53℃的石蜡，所述导热灌封材料4选用导热率为0.6W/mK的有机硅灌封胶。

实施例5

参考图3和图5所示，本实施例提供的一种用于电池组的格栅状复合散热结构，包括箱体1，所述箱体1内设有若干导热的格栅单元2，构成电池组的多个电池单体3分别放置在一个格栅单元2内，在格栅单元2与电池单体3之间以及箱体1与格栅单元2之间均填充有相变材料4。

本实施例所述格栅状复合散热结构的其余内容均与实施例3中所述相同，区别在于所述电池单体3没有向格栅单元2的一侧偏移。

对比例

对比例的散热结构与实施例1基本一致，区别在于箱体1内没有设置格栅单元2。

所述用于电池组的格栅状复合散热结构的工作原理如下：

由于在箱体1内设有若干高导热的格栅单元2，构成电池组的多个电池单体3分别放置在一个格栅单元2内，在格栅单元2与电池单体3之间以及箱体1与格栅单元2之间均填充有相变材料或导热灌封材料4，因此，当电池组在高功率状态工作时，电池单体3产生的热量一部分直接传递给贴合格栅单元2与电池单体3的相变材料或导热灌封材料4，另一部分热量直接传递给格栅单元2，并通过箱体1耗散到外部环境，而储存在相变材料或导热灌封材料4内的那部分热量可经高导热格栅单元2逐渐传递到箱体1，最终耗散到外部环境，从而实现对电池组的温度控制，使电池组的温度控制在合理的范围内。

性能测试

表面平均温度的测试：

选取实施例1、实施例3的所提供的格栅状复合散热结构，与无栅格单元只有相变材料的对比例中的散热结构，在相同的测试条件下分别进行数值仿真，分别检测位于实施例1、实施例3和对比例所提供的散热结构中的电池组的平均表面温度，相变材料均选用熔点为41～43℃的石蜡，调节电池组的加热功率分别为4.4W来模拟锂离子电池在高倍率放电发热情况，数值模拟15min时的测试结果如表1所示。

表1

样品	对比例	实施例3	实施例1
				电池表面平均温度(℃)	60	50	48

由表1可见：采用本实用新型的技术方案所得到的散热结构，可使工作中的电池组的表面平均温度远远低于位于无栅格单元的散热结构中的电池组的表面平均温度，因此说明通过本实用新型提供的格栅状复合散热结构可使电池组内部的温差更小，散热性能更为优异，能有效降低电池尤其是锂离子电池的温度。

表面最高温度的测试：

选取实施例1、实施例3、实施例5所提供的格栅状复合散热结构，与无栅格单元只有相变材料的对比例提供的散热结构，在相同的测试条件下，分别测试不同时间点位于其内的电池组的表面最高温度，具体测试结果如图6所示。

图6是位于不同散热结构中的电池组的表面最高温度随时间的变化图；从图中可以看出，随着工作时间的延长，位于无栅格单元的散热结构(对比例)中的电池组的表面最高温度远远高于位于实施例1、3、5所提供的格栅状复合散热结构中的电池组的表面最高温度，尤其是高于电池单体与格栅单元的一侧发生接触(实施例1、3)的电池组的表面最高温度，例如：900s时，位于无栅格单元的散热结构(对比例)中的电池组的最高表面温度高达333K，而位于实施例1、3所提供的格栅状复合散热结构中的电池组的表面最高温度则分别为321K和323K，温度分别降低了12℃和10℃。这也说明本实用新型所提供的格栅状复合散热结构具有更为优异的散热性能，能有效降低电池尤其是锂离子电池的表面温度。

温度云图测试：

选取实施例1所提供的格栅状复合散热结构和对比例所提供的无栅格单元、只有相变材料的散热结构，在相同的测试条件下，测位于其内的不同位置的电池表面温度，具体测试结果如图7和图8所示。

图7是位于对比例所提供的散热结构中的电池组的温度云图，温度单位为K，图8是位于实施例1所提供的格栅状复合散热结构中的电池组的温度云图，温度单位为K，由图7和图8可见：位于对比例所提供的散热结构中的电池单体的最高温差达到6.4℃，而位于实施例1所提供的格栅状复合散热结构中的电池单体的最高温差为4℃左右(处于锂电池的理想工作温差范围之内)，电池组的温差有效降低了2.4℃，从而说明本实用新型所述的格栅状复合散热结构可以有效地将电池组的温差控制在较小范围以内。

最后有必要在此指出的是：以上所述仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于电池组的格栅状复合散热结构，其特征在于：包括箱体，所述箱体内设有若干导热的格栅单元，构成电池组的多个电池单体分别放置在一个格栅单元内，并且，在格栅单元与电池单体之间以及箱体与格栅单元之间均填充有相变材料或/和导热灌封材料。

2.根据权利要求1所述的格栅状复合散热结构，其特征在于：放置在格栅单元中的电池单体与该格栅单元的一侧相接触。

3.根据权利要求2所述的格栅状复合散热结构，其特征在于：在电池单体与其相接触的格栅单元的侧面之间设有导热胶。

4.根据权利要求2或3所述的格栅状复合散热结构，其特征在于：在电池单体远离格栅单元的侧部设有固定加强筋。

5.根据权利要求1所述的格栅状复合散热结构，其特征在于：在所述箱体的顶部设有密封绝缘板，在所述密封绝缘板位于栅格单元的顶部设有用于电池单体的电极穿出的穿孔。

6.根据权利要求1所述的格栅状复合散热结构，其特征在于：所述格栅单元的材质为导热材料。

7.根据权利要求1所述的格栅状复合散热结构，其特征在于：每个格栅单元为四边形或六边形，若干格栅单元之间以顺排或者叉排连接形成格栅整体。

8.根据权利要求1所述的格栅状复合散热结构，其特征在于：格栅单元的截面尺寸比电池单体的截面尺寸大0.01～10mm。

9.根据权利要求1所述的格栅状复合散热结构，其特征在于：在所述箱体的侧壁与底壁设有通入空气或液体进行冷却的冷却通道。