CN209993696U - 一种基于石墨烯辅助传热的电池模块散热装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于石墨烯辅助传热的电池模块散热装置，包括散热单元和电池箱体，所述散热单元包括若干个横向排列的电池单体、热管以及复合相变材料块，热管的蒸发段通过石墨烯散热涂层与电池单体导热连接，石墨烯散热涂层涂抹在电池单体与热管相对的侧面上，所述热管的冷凝段与复合相变材料块导热连接，所述复合相变材料块远离电池单体的侧壁上设置有散热组件，所述电池箱体上设置有散热风扇。与现有技术相比，再由于电池单体与复合相变材料采用分离式的结构，石墨烯散热涂层可以更好地对电池进行散热降温，同时加快电池表面的热量传导，可以提高数倍的热量交换率，对电池单体起到更佳的散热效果。
Description
技术领域
本实用新型涉及动力汽车电池散热设备技术领域，特别涉及一种基于石墨烯辅助传热的电池模块散热装置。
背景技术
电动汽车是以电能为动力源的汽车，相比于传统汽车，其优点有排放污染少，噪声小，能源利用率高。动力电池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。采用相变材料进行散热不仅能将电池组温度控制在阀值以内，保证电池组在较佳的工作温度范围内工作。
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。
可见，现有技术还有待改进和提高。
实用新型内容
鉴于上述现有技术的不足之处，本实用新型的目的在于提供一种基于石墨烯辅助传热的电池模块散热装置，旨在实现电池和复合相变材料的分离式导热，解决相变材料熔融造成的性能问题。
为了达到上述目的，本实用新型采取了以下技术方案：
一种基于石墨烯辅助传热的电池模块散热装置，包括散热单元和电池箱体，所述散热单元包括若干个横向排列的电池单体、热管以及复合相变材料块，所述热管包括蒸发段和冷凝段，热管的蒸发段通过石墨烯散热涂层与电池单体导热连接，石墨烯散热涂层设置在电池单体与热管相对的侧面上，所述热管的冷凝段与复合相变材料导热连接，所述复合相变材料块远离电池单体的侧壁上设置有散热组件，所述散热组件包括贴附于复合相变材料块上的散热贴片以及多片竖向间隔设置在散热贴片上的散热翅片，若干个散热单元纵向排列紧贴设置，并收纳在电池箱体的空腔内，所述电池箱体上设置有散热风扇，所述散热风扇朝向复合相变材料块。
所述热管设置为片状的铝带热管。
所述铝带热管的蒸发段通过单组分室温硫化硅胶粘接于石墨烯散热涂层上。
所述铝带热管的冷凝段段通过单组分室温硫化硅胶粘接于复合相变材料块。
所述复合相变材料块组成成分包括聚氨酯软泡沫铜和石蜡。
所述电池箱体内还设置有温度传感器和控制器，所述温度传感器与控制器连接，其温度探头设置在电池单体上，所述散热风扇与控制器电连接；所述控制器用于根据温度传感器探测的温度信息控制散热风扇的开关。
所述散热贴片和散热翅片一体成型且采用紫铜材质。
所述电池箱体包括箱体和用于盖合于箱体开口上的盖体。
所述箱体的一个侧壁上设置有散热风扇，所述散热风扇朝向复合相变材料块,与这侧壁相对的另一侧壁上设置有多个通风孔。
所述箱体和盖体的内侧壁上设置有绝热隔膜。
有益效果：
本实用新型提供了一种基于石墨烯辅助传热的电池模块散热装置，与现有技术相比，热管通过石墨烯散热涂层与电池单体导热连接，石墨烯散热涂层设置在电池单体与热管相对的侧面上，石墨烯散热涂层可以更好地对电池进行散热降温，同时加快电池表面的热量传导，可以提高数倍的热量交换率，对电池单体起到更佳的散热效果。再由于电池单体与复合相变材料采用分离式的结构，从而不需要将相变材料填充至电池内部，避免了熔融相变材料泄露所造成的安全和性能问题。进一步的，散热风扇进行风冷，减低电池箱体内的环境温度，进一步提高散热效果，避免电池模块热失控。
附图说明
图1为本实用新型提供的基于石墨烯辅助传热的电池模块散热装置的结构示意图。
图2为本实用新型提供的基于石墨烯辅助传热的电池模块散热装置中，电池模块的结构示意图。
具体实施方式
本实用新型提供一种基于石墨烯辅助传热的电池模块散热装置，为使本实用新型的目的、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实用新型进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型的保护范围。
请参阅图1和图2，本实用新型提供一种基于石墨烯辅助传热的电池模块散热装置，包括散热单元1和电池箱体2，所述散热单元包括若干个横向排列的电池单体11、热管4以及复合相变材料块5，所述热管4包括蒸发段41和冷凝段42，热管的蒸发段41通过石墨烯散热涂层3与电池单体11导热连接，石墨烯散热涂层3设置在电池单体11与热管4相对的侧面上，所述热管4的冷凝段42与复合相变材料块5导热连接，所述复合相变材料块5远离电池单体的侧壁上设置有散热组件6，所述散热组件6包括贴附于复合相变材料块上的散热贴片61以及多片竖向间隔设置在散热贴片上的散热翅片62，若干个散热单元1纵向排列紧贴设置，并收纳在电池箱体的空腔内，所述电池箱体上设置有散热风扇7，所述散热风扇7朝向复合相变材料块5。需要说明的是，电池单体为锂离子动力电池，锂离子电池竖向设置，其正反两极朝上，电池模块中的各个电池单体之间可以串并联连接。
本实施例中，所述石墨烯散热涂层3制造过程通过石墨烯溶液均匀涂抹在电池单体11与热管相对的侧面上，然后放在温度为45°的恒温箱中1小时，最后固化制成石墨烯散热涂层。所述石墨烯散热涂层3是一种以石墨烯纳米材料的形式辐射散发物体热量或是加快热量传导的涂料，耐温幅度20-180℃，石墨烯散热涂层3可以更好地对电池进行散热降温，同时加快电池表面的热量传导，涂层以>0.92ε左右的发射率和红外波长波段向大气空间或是物体内在空间自动辐射热量，加快热量交换；相比现有技术中的热管与电池单体直接接触导热的结构方式，通过石墨烯散热涂层辅助传热，可以提高数倍的热量交换率，对电池单体起到更佳的散热效果。
优选的，所述热管4设置为片状的铝带热管。铝带热管能够增加与电池单体以及复合相变材料块的接触面积，提高导热效率。
优选的，所述铝带热管的蒸发段41通过单组分室温硫化硅胶粘接于石墨烯散热涂层3上。所述铝带热管的冷凝段段42通过单组分室温硫化硅胶粘接于复合相变材料块5。通过使用单组分室温硫化硅胶进行粘接，减少两者之间的接触热阻对传热效果的影响。
优选的，所述复合相变材料块5组成成分包括聚氨酯软泡沫铜和石蜡。复合相边材料板的制造过程是石蜡加压填充至聚氨酯软泡沫铜内，待冷却凝固后对样件上下表面进行校平，最后制成复合相变材料块，聚氨酯软泡沫铜弥补了石蜡相变材料导热系数低，起到相辅相成的作用。
具体的，所述电池箱体2内还设置有温度传感器和控制器（图中未画出），所述温度传感器与控制器连接，其温度探头设置在电池单体上，所述散热风扇与控制器电连接。本实施例中，所述控制器设置为单片机，设置于电池箱体底部，温度传感器将探测的温度信息传输给单片机，单片机通过编写的程序对温度信息进行处理，如果电池单体的温度高于设定值，单片机控制散热风扇转动；若电池单体的温度在低于设定值，则散热风扇不工作。通过这样设置，可以使电池的温度维持在最佳的工作温度范围内，同时还能节省效能。
优选的，所述散热贴片61和散热翅片62一体成型且采用紫铜材质。通过这样设置，便于散热架的装配以及提高散热性能。
优选的，所述电池箱体2包括箱体21和用于盖合于箱体开口上的盖体22。所述箱体的一个侧壁上设置有散热风扇7，所述散热风扇朝向复合相变材料块,与这侧壁相对的另一侧壁上设置有多个通风孔8。通过设置散热风扇和通风孔，能够保证空气在流通性，在散热同时起到带走电池箱内产生的有害气体。
所述箱体21和盖体22的内侧壁上设置有绝热隔膜。所述电池箱体由绝缘材料制成，所述绝缘材料优选采用PET材料。通过这样设置，保证电池箱体的使用安全性。
以下简述工作原理，当电池模块进行充放电时，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石墨烯散热涂层上，然后石墨烯散热涂层再通过铝带热管传递给复合相变材料块。如果这时温度已经超过复合相变材料块的熔点温度，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。由于电池单体与复合相变材料采用分离式的结构，从而不需要将相变材料填充至电池内部，避免了熔融相变材料泄露所造成的一系列安全问题，进一步的，如果电池模块处于高放电倍率、高工作温度的特殊工况下，仅仅依靠相变材料的相位变化吸热已经无法满足电池组冷却的要求，此时温度传感器探测到电池单体的温度超过设定温度时，控制散热风扇进行风冷，减低电池箱体内的环境温度，起到散热效果。与此同时，散热风扇还可以对复合相变材料块、散热贴片以及散热翅片进行强制风冷，减缓复合相变材料块的相变速度，从而延长相变材料的工作时间。
可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本实用新型的技术方案及其实用新型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实用新型的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于石墨烯辅助传热的电池模块散热装置，其特征在于，包括散热单元和电池箱体，所述散热单元包括若干个横向排列的电池单体、热管以及复合相变材料块，所述热管包括蒸发段和冷凝段，热管的蒸发段通过石墨烯散热涂层与电池单体导热连接，石墨烯散热涂层设置在电池单体与热管相对的侧面上，所述热管的冷凝段与复合相变材料块导热连接，所述复合相变材料块远离电池单体的侧壁上设置有散热组件，所述散热组件包括贴附于复合相变材料块上的散热贴片以及多片竖向间隔设置在散热贴片上的散热翅片，若干个散热单元纵向排列紧贴设置，并收纳在电池箱体的空腔内，所述电池箱体上设置有散热风扇，所述散热风扇朝向复合相变材料块。
2.根据权利要求1所述的基于石墨烯辅助传热的电池模块散热装置，其特征在于，所述热管设置为片状的铝带热管。
3.根据权利要求2所述的基于石墨烯辅助传热的电池模块散热装置，其特征在于，所述铝带热管的蒸发段通过单组分室温硫化硅胶粘接于石墨烯散热涂层上。
4.根据权利要求2所述的基于石墨烯辅助传热的电池模块散热装置，其特征在于，所述铝带热管的冷凝段通过单组分室温硫化硅胶粘接于复合相变材料块。
5.根据权利要求1所述的基于石墨烯辅助传热的电池模块散热装置，其特征在于，所述复合相变材料块组成成分包括聚氨酯软泡沫铜和石蜡。
6.根据权利要求1所述的基于石墨烯辅助传热的电池模块散热装置，其特征在于，所述电池箱体内还设置有温度传感器和控制器，所述温度传感器与控制器连接，其温度探头设置在电池单体上，所述散热风扇与控制器电连接；所述控制器用于根据温度传感器探测的温度信息控制散热风扇的开关。
7.根据权利要求1所述的基于石墨烯辅助传热的电池模块散热装置，其特征在于，所述散热贴片和散热翅片一体成型且采用紫铜材质。
8.根据权利要求1所述的基于石墨烯辅助传热的电池模块散热装置，其特征在于，所述电池箱体包括箱体和用于盖合于箱体开口上的盖体。
9.根据权利要求8所述的基于石墨烯辅助传热的电池模块散热装置，其特征在于，所述箱体的一个侧壁上设置有散热风扇，所述散热风扇朝向复合相变材料块,与这侧壁相对的另一侧壁上设置有多个通风孔。
10.根据权利要求8所述的基于石墨烯辅助传热的电池模块散热装置，其特征在于，所述箱体和盖体的内侧壁上设置有绝热隔膜。
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