CN211451991U - 一种用于电池堆冷却的多蒸发表面共用冷凝腔的平板热管 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于动力电池的技术领域，提供了一种用于电池堆冷却的多蒸发表面共用冷凝腔的平板热管。利用工质在蒸发表面的汽化带走电池在工作过程中所产生的热量，汽化的工质在冷凝腔进行凝结，凝结所放出的热量直接被蛇形管路内部的冷却工质带走，使得电池组最高温度及电池单体之间的温差得到了有效的控制。相比于传统风冷、液冷等冷却方式，具有以下优点：利用工质的相变来带走电池组工作过程中所产生的热量，散热效率高；通过蛇形管路在热管内部进行冷却，省去了热沉结构；每个相通的蒸发腔内部工质的相变点相同，因此可以有效地控制每个电池单体之间温度的一致性；多蒸发表面共用一个冷凝腔，使得结构更加紧凑，减小了电池组冷却装置的总体积。

Description

一种用于电池堆冷却的多蒸发表面共用冷凝腔的平板热管

技术领域

本实用新型属于动力电池的技术领域，具体涉及一种用于电池堆冷却的多蒸发表面共用冷凝腔的平板热管

背景技术

如今，新能源汽车日益成为了人们所关注的焦点，但其发展却受到了动力电池技术水平的制约。动力电池包含了许多种类型，其中，由于锂离子电池能量密度高、循环寿命长、无记忆效应、单体电压高等优点而得到了广泛的社会认可。然而，锂离子电池的使用寿命以及工作性能与温度密切相关，最佳工作温度范围为15～40℃，当锂离子电池的工作温度超过40℃以后，温度每升高1℃，其循环寿命将缩减两个月。与此同时为了使系统内每个电池单体的工作性能充分发挥，各电池单体的温度差异要小于5℃。此外，当温度超过锂离子电池所能承受的上限时，锂离子电池内部材料由于过高的温度将会发生复杂的化学反应，并产生大量的热量，促使锂离子电池进入热失控状态，引起起火爆炸等危险事故，严重威胁乘客的生命安全。

动力电池的散热方式主要有三种，分别为风冷式、液冷式以及利用相变材料来进行散热。虞跨海等人在“锂离子电池热管理系统”专利中(专利号： CN201610114215.5)利用风冷对电池组进行散热，但是对动力电池组这种低温差散热而言，由于空气的对流换热系数有限，因此风冷式散热效果不明显；李闻铮等人在“一种新型车载锂离子电池的热管理系统”专利中(专利号：CN201810584328.0)采用了液冷的方式对电池组进行散热，由于液体的导热系数大于空气，因此可以有效地降低车载动力电池的温度，但是很难解决电池单体之间的温差问题；戴朝华在“一种大功率锂离子电池热管理系统”专利中(专利号：CN201820855714.4)以相变材料作为冷却工质，利用相变材料的潜热在达到相变温度点时，发生相态变化吸收动力电池工作时产生的热量。目前石蜡为主要的相变材料，但是由于石蜡的热导率过低，这就造成动力电池在大倍率放电产热量较大时，石蜡无法及时地将热量吸收。

由于平板热管具有极高的导热性、优良的等温性以及传热面积也更大等优点，可以满足动力电池设备对散热装置紧凑、高散热效率等要求。因此，本实用新型将平板热管的换热理念与动力电池组的实际结构相结合，提出了一种用于电池堆冷却的多蒸发表面共用冷凝腔的平板热管

实用新型内容

本实用新型解决的技术问题在于提供一种用于电池堆冷却的多蒸发表面共用冷凝腔的平板热管，在实现对电池组最高温度及电池单体之间的温差控制的同时，又使得整体结构更加紧凑。

本实用新型的技术方案：

一种用于电池堆冷却的多蒸发表面共用冷凝腔的平板热管，包括壳体1、蛇形管路2、充液管5以及吸液芯6，其中：

所述的壳体1主要由一个水平壳体和多个竖直壳体组成的连通壳体结构；所述的壳体1上设有连通其内部的孔，充液管5通过孔固定连接于壳体1上；所述的壳体1的材质为铝基材质，其内表面涂有一层纳米厚度的超亲水涂层，该超亲水涂层主要成分为纳米氧化硅和纳米氧化钛，接触角小于10度；

所述的蛇形管路2安装于水平壳体内，其两端分别为蛇形管路进口3和蛇形管路出口4，均从壳体1上通出；所述的蛇形管路2为铝基材质，其外表面具有超疏水涂层，超疏水涂层为接触角大于150度的特氟龙涂层；

所述的吸液芯6安装于竖直壳体内，其为单一的泡沫铝结构，其具有超亲水特性，对吸液芯6做超亲水改性的材料主要成分为纳米氧化硅和纳米氧化钛。

通过充液管5向平板壳体内部充冷却工质后，平板壳体某一区域被加热，被加热区域温度升高，该区域对应的内部蒸发面附近区域的液体沸腾，产生的气体工质由于气压差而向上流动，在蛇形管路2的外表面进行珠状凝结，蒸发端的部分工质从液态转化成了气态，在吸液芯6毛细力以及重力的驱动下，凝结的液态工质不断向蒸发端流动和补充。通过工质的气液相变和循环流动，将受热区的热量不断向蛇形管路2内部的冷却工质传递。

蛇形管路2与外界相通，冷却工质通过蛇形管路进口3进入蛇形管路2，通过蛇形管路出口4流出蛇形管路2。流动的液态冷却工质不断带走蒸汽凝结时所放出的热量，如此往复循环实现了电池组最高温度及电池单体之间的温差的有效控制。

本实用新型的有益效果：

1)利用工质的相变来带走电池组工作过程中所产生的热量，散热效率高；

2)通过蛇形管路在热管内部进行冷却，省去了热沉结构；

3)蛇形管路在对蒸汽进行冷凝的同时也起到了对平板热管内部的支撑作用，提高了机械强度；

4)多蒸发表面共用一个冷凝腔，使得结构更加紧凑，减小了电池组冷却装置的总体积；

5)每个蒸发腔内部工质的相变点相同，因此可以有效地控制每个电池单体之间温度的一致性；

附图说明

图1为壳体的斜视图；

图2为蛇形管路；

图3为多蒸发表面共用冷凝腔的平板热管的斜视图(壳体高透明度)；

图4为多蒸发表面共用冷凝腔的平板热管的俯视图(壳体高透明度)；

图5为多蒸发表面共用冷凝腔的平板热管的斜视图(壳体不透明)；

图6为壳体与吸液芯装配体的主视图(壳体高透明度)；

图7为动力电池组模型；

图8为动力电池组与多蒸发表面共用冷凝腔的平板热管的装配体。

图中：1壳体；2蛇形管路；3蛇形管路进口；4蛇形管路出口；5充液管；6吸液芯；7最低液位线。

具体实施方式

以下结合附图和技术方案，进一步说明本实用新型的具体实施方式。

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。但是应当理解，这些描述只是为了进一步说明本实用新型的特征和优点，而不是对本实用新型权利要求的限制。

本实用新型公开了一种动力电池热管冷却装置，包括壳体、吸液芯、蛇形管路以及充液管。

所述的壳体的材质为铝基材质，其内表面涂有一层纳米厚度的超亲水涂层，该超亲水涂层主要成分为纳米氧化硅和纳米氧化钛，接触角小于10度。

所述的吸液芯为单一的泡沫铝粉结构，其具有超亲水特性；对吸液芯做超亲水改性的材料主要成分为纳米氧化硅和纳米氧化钛。

所述的蛇形管路为铝基材质，其管路外表面具有超疏水涂层，超疏水涂层为接触角大于150度的特氟龙涂层。

所述的壳体上设有连通其内部的孔，充液管通过孔固定连接于壳体；

所述的蛇形管路外表面与壳体内表面形成的空间是密封的，壳体密封采用的是焊接的形式。

如图1所示为壳体的斜视图，壳体内表面具有超亲水特性，由于超亲水改性技术已经得到充分发展与应用，因此超亲水改性的办法有很多种，本示例选用涂敷的方式。即在平板壳体内表面涂敷一层的超亲水涂层，该涂层主要成分为纳米氧化硅、纳米氧化钛。涂敷结束后置于真空干燥箱中干燥两个小时，最终所得的表面接触角小于10度。壳体是由铝板焊接而成的，对焊接方法没有特别的限制，但是需要保证良好的密封性。示例的，本实用新型采用的焊接方式为钎焊。

如图2所示为蛇形管路，在其表面涂敷一层特氟龙涂层，使得管路外表面具有超疏水特性，待表面干燥后，测得表面接触角大于150度。

如图3所示为为多蒸发表面共用冷凝腔的平板热管的斜视图(壳体高透明度)，其中包含吸液芯6，该吸液芯6的毛细结构可以为烧结的铝粉、泡沫铝、金属丝网以及微槽道结构。本示例采用的是孔径较大的泡沫铝作为吸液芯2，具有单一的毛细结构，因而结构更加稳定，有效的增加了平板热管的机械强度。将烧结成的吸液芯6浸泡在配置好的超亲水溶液中(该溶液主要成分为纳米氧化硅、纳米氧化钛)，浸泡约1个小时候，取出吸液芯2，置于真空干燥箱中干燥2个小时，最终得到具有超亲水特性的吸液芯2。

可以看出吸液芯6外表面紧贴壳体内表面，可以通过压紧的方式使其贴合。蛇形管路外表面紧贴壳体内壁，对壳体起到了支撑的作用，有效的提高了装置的机械强度。

如图4所示为为多蒸发表面共用冷凝腔的平板热管的俯视图(壳体高透明度)，其中包含蛇形管路进口3和蛇形管路出口4。蛇形管路与外界相通，冷却工质通过工质入口进入蛇形管路，通过蛇形管路出口流出蛇形管路。流动的液态冷却工质不断带走蒸汽凝结时所放出的热量，如此往复循环实现了电池组最高温度及电池单体之间的温差的有效控制。

如图6所示为壳体与吸液芯装配体的主视图(壳体高透明度)，其中包含最低液位线7，即在充液的过程中需要满足充液高度需要高于或等于最低液位线7，这样才能整个蒸发表面温度均匀一致。在本示例中以锂离子电池组为例，当锂离子电池的工作温度超过40℃以后，温度每升高1℃，其循环寿命将缩减两个月，因此需要使用低沸点工质。本示例中使用的是氨水(25％溶液)，其沸点为 38℃。

如图7所示为本示例中所采用的电池组模型，该模型为1组6块式电池组。与平板热管装配后如图8所示，通过充液管向平板热管内部充氨水后，平板热管某一区域被加热，被加热区域温度升高，该区域对应的内部蒸发面附近区域的液体沸腾，产生的气体工质由于气压差而向上流动，在蛇形管路的外表面进行珠状凝结，蒸发端的部分工质从液态转化成了气态，在吸液芯毛细力以及重力的驱动下，凝结的液态工质不断向蒸发端流动和补充。通过工质的气液相变和循环流动，将受热区的热量不断向蛇形管路内部的冷却工质传递。

蛇形管路与外界相通，冷却工质通过工质入口进入蛇形管路，通过蛇形管路出口流出蛇形管路。流动的液态冷却工质不断带走蒸汽凝结时所放出的热量，如此往复循环实现了电池组最高温度及电池单体之间的温差的有效控制。需要强调的是蛇形管路内部并不是真空的，

但是蛇形管路外表面和壳体内表面之间组成的密闭空间是真空的。

综上所述，本实用新型公开了一种用于电池堆冷却的多蒸发表面共用冷凝腔的平板热管，将平板热管的换热理念与动力电池组的实际结构相结合。在原有平板热管的理论上进行了改进，省去了热沉结构，蒸发面产生的蒸汽可直接在蛇形管路外表面凝结，凝结所放出的热量直接被蛇形管路内的冷却工质带走，使得电池组最高温度及电池单体之间的温差得到了有效的控制。

以上所述的具体示例，对本公开的技术方案以及有益效果进行了详尽的阐述，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体示例而已，并不限制本实用新型。图中各元件的尺寸和形状不反应真实大小和比例，而仅表示本示例的内容。凡是在本公开的原则和精神上，所做的任何修改、改进以及等同替换等，均在本公开的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种用于电池堆冷却的多蒸发表面共用冷凝腔的平板热管，其特征在于，该用于电池堆冷却的多蒸发表面共用冷凝腔的平板热管包括壳体(1)、蛇形管路(2)、充液管(5)以及吸液芯(6)，其中：

所述的壳体(1)主要由一个水平壳体和多个竖直壳体组成的连通壳体结构；所述的壳体(1)上设有连通其内部的孔，充液管(5)通过孔固定连接于壳体(1)上；

所述的蛇形管路(2)安装于水平壳体内，其两端分别为蛇形管路进口(3)和蛇形管路出口(4)，均从壳体(1)上通出；

所述的吸液芯(6)安装于竖直壳体内。

2.根据权利要求1所述的用于电池堆冷却的多蒸发表面共用冷凝腔的平板热管，其特征在于，所述的壳体(1)的材质为铝基材质，其内表面涂有一层纳米厚度的超亲水涂层，该超亲水涂层主要成分为纳米氧化硅和纳米氧化钛，接触角小于10度。

3.根据权利要求1或2所述的用于电池堆冷却的多蒸发表面共用冷凝腔的平板热管，其特征在于，所述的蛇形管路(2)为铝基材质，其外表面具有超疏水涂层，超疏水涂层为接触角大于150度的特氟龙涂层。

4.根据权利要求1或2所述的用于电池堆冷却的多蒸发表面共用冷凝腔的平板热管，其特征在于，所述的吸液芯(6)为单一的泡沫铝结构，其具有超亲水特性，对吸液芯(6)做超亲水改性的材料主要成分为纳米氧化硅和纳米氧化钛。

5.根据权利要求3所述的用于电池堆冷却的多蒸发表面共用冷凝腔的平板热管，其特征在于，所述的吸液芯(6)为单一的泡沫铝结构，其具有超亲水特性，对吸液芯(6)做超亲水改性的材料主要成分为纳米氧化硅和纳米氧化钛。

Images