CN212461810U - 基于s型微热管阵列的电池包热管理系统 - Google Patents

Abstract

基于S型微热管阵列的电池包热管理系统，包括电池包、电池包外壳、和液冷热沉和/或风冷热沉，所述电池包外壳围绕所述电池包且为封闭结构；所述电池包内包括一列或多列电池和/或电池组，所述S型微热管阵列呈S型在电池和/或电池组各表面往复贴合，所述S型微热管阵列至少一个最外侧的部分为冷凝段，其余部分为蒸发段，冷凝段与电池包外壳内侧直接贴合或与电池包外壳通过L型微热管阵列间接贴合，电池包外壳对应处外侧为液冷热沉和/或风冷热沉。本实用新型有效防止液冷热沉内的冷却介质泄露至电池包内，保证电池包的防护等级达到IP67防水和防尘等级，且能够有效将电池内部的温度传导出去，防止温度过高，保证电池的温度均匀，散热效率高。

Description

基于S型微热管阵列的电池包热管理系统

技术领域

本实用新型涉及基于S型微热管阵列的电池包热管理系统，属于电动汽车的电池包散热领域。

背景技术

锂电包的热管理不仅对电池寿命至关重要，也对电池的安全性至关重要。

传统的电池包热管理方法——空冷技术不仅不能满足锂电池包的防护等级的要求，而且由于风冷系统进出口温差大，造成电芯及电芯之间较大的温差，对锂电池的伤害大，因此目前看基本没有使用价值。

传统的具有高防护等级的锂电池包热管理方法一般采用液冷模式，目前大部分厂家采用的液冷底板，即只在电池组的底部设置单一的液冷板，而电池组的底部单一液冷板散热方式会造成电池单体内部上下很大的温度差，在快速充放电以及低温预热时，对电池的伤害较大。只有特斯拉采用所有电池全侧表面液冷模式。但目前液冷介质采用防冻液或者制冷介质直接冷却，后者相当于直膨式蒸发器。制冷介质直膨式冷却由于存在制冷介质温度过低，对电池会造成严重的冷冲击以及造成电池内部极大的温差，对电池造成很大的伤害。使用较多的是防冻液，防冻液中含有水，对于焊接部位多的液冷底板，在使用过程中，焊接部位容易破损，导致内部防冻液泄露；对于特斯拉使用到全侧面到液冷管，其焊接口虽然位于电池包到外部，一旦撞击，电芯之间的液冷管破坏，也会造成防冻液泄露，且焊接口在全侧面分布，焊接口被破坏的概率大。不论哪种情况，泄露的防冻液如果与电池包中的电池接触则会使电池包短路，都会造成严重的安全事故。

实用新型内容

为了解决现有技术安全隐患大、散热效率低、对电池伤害大的问题，本实用新型提出基于S型微热管阵列的电池包热管理系统。

本实用新型的技术方案：

基于S型微热管阵列的电池包热管理系统，其特征在于包括电池包、电池包外壳、和液冷热沉和/或风冷热沉，所述电池包外壳围绕所述电池包且为封闭结构；

所述电池包内包括一列或多列电池和/或电池组，所述电池和/或电池组表面贴合S型微热管阵列，所述S型微热管阵列在一侧的电池和/或电池组外表面贴合延伸，长度至少大于其覆盖的该层的所述电池和/或电池组的跨度，伸出的部分弯折后继续贴合在该电池和/或电池组的另一表面和与之相邻电池和/或电池组的表面，如此往复直至另一侧的电池和/或电池组外表面，

所述S型微热管阵列两个最外侧的部分中其中至少一个为S型微热管阵列冷凝段，所述 S型微热管阵列冷凝段与电池包外壳内侧直接贴合且所述液冷热沉和/或风冷热沉至少贴合在电池包外壳对应S型微热管阵列冷凝段的外侧表面，所述电池包外壳至少在对应所述S型微热管阵列冷凝段处为导热隔板，或所述S型微热管阵列冷凝段与电池包外壳通过L型微热管阵列间接贴合，所述L型微热管阵列包括相互垂直弯折的L型微热管阵列蒸发段和L型微热管阵列冷凝段，所述L型微热管阵列蒸发段贴合所述S型微热管阵列冷凝段，所述L型微热管阵列冷凝段与电池包外壳的内侧表面贴合，所述电池包外壳至少在对应所述L型微热管阵列冷凝段处为导热隔板；

所述S型微热管阵列其它贴合所述电池和/或电池组的部分为S型微热管阵列蒸发段；

所述液冷热沉和/或风冷热沉的基板密封，并通过电池包外壳与电池和/或电池组完全物理隔离。

优选的所述电池和/或电池组为多列叠加分布，每列包括多排，每个电芯的表面至少贴合一个所述S型微热管阵列。

优选的冷热沉和/或风冷热沉的基板与所述电池包外壳的外表面通过密封圈连接或者焊接，所述电池包外壳为IP67级别。

优选的所述S型微热管阵列蒸发段与所述电池和/或电池组之间设置有可压缩变形的导热垫片，所述S型微热管阵列冷凝段与所述电池包外壳之间或所述S型微热管阵列冷凝段与所述L型微热管阵列蒸发段、所述L型微热管阵列冷凝段与所述电池包外壳间之间设置有可压缩变形的导热垫片，所述液冷热沉和/或风冷热沉与所述电池包外壳间设置有可压缩变形的导热垫片。

优选的所述液冷热沉的基板具有冷媒入口和冷媒出口，分别与电动汽车制冷系统连接。

优选的所述风冷热沉具有风扇和散热翅片，并由电动汽车本身的蓄电池或动力电池包供给电力，

优选的还包括自动控制系统和电芯温度检测单元，所述自动控制系统分别与所述电芯温度检测单元和所述电动汽车制冷系统或风冷热沉的风扇连接。

优选的型微热管阵列和/或L型微热管阵列是由金属材料经挤压形成的具有多孔结构的扁平状的导热体，内部具有多个并排排列的互不连通且独立运行的微热管，且每个微热管的水力直径为0.2-3.0mm，内部相变工质为非导电介质。

优选的所述独立热管之间沿热管长度方向根据安装孔的位置尺寸留有宽度3-10mm、长度与所述微热管阵列长度相同的用来打安装孔的实心金属带。

本实用新型的有益技术效果：

基于S型微热管阵列的电池包热管理系统及方法，在电池(电芯)或电池组的表面贴合 S型微热管阵列导热体，通过S型和/或L型微热管阵列将热量通过导热隔板传输给液冷热沉和/或风冷热沉(液冷热沉结合电动汽车的制冷系统构成液冷系统)，采用间接的液冷和/或风冷方式管理电芯的温度。一方面，S型微热管阵列与每组电芯的双侧表面贴合，这样即使位于内部的电芯，其温度也能够通过与之贴合的S型微热管阵列在两端有效传导给与其贴合的导热隔板或L型微热管阵列，进而传导至电池外部，然后通过液冷热沉和/或风冷热沉，通过液冷和/或风冷的方式将电池内部的温度散发到电池箱之外的环境中，散热效率高。另一方面，由于微热管阵列是由金属材料经挤压形成的具有多孔结构的扁平状的导热体，内部具有多个并排排列的互不连通的微热管，且每个微热管的水力直径只有1.0nm，甚至更小，管壁承压能力极高，因此泄露问题几乎可以忽略，且相变工质为微量、不导电介质，即使极端情况下被损坏泄露，也不会引起电池的损坏；且导热隔板同时作为电芯的保护外壳，将液冷热沉和/ 或风冷热沉与电池包隔开，并通过密封圈或者焊接等密封措施将液冷热沉和/或风冷热沉的基板密封，实现与所述外壳体内的电芯完全物理隔离，有效防止液冷热沉内的冷却介质泄露至电池包内，保证电池包的防护等级达到IP67防水和防尘等级。

本实用新型的基于S型微热管阵列的电池包热管理系统及方法，当内部的电芯的温度高于第一设定值时，如35℃-42℃，控制系统自动启动汽车的制冷系统制冷并与液冷热沉换热(或控制系统自动启动风冷热沉内的风扇)，电芯表面的热量通过S型微热管阵列传导至电池包外壳外部设置的液冷热沉和/或风冷热沉换出；或S型微热管阵列传导给L型微热管阵列，再通过L型微热管阵列传导至电池包外壳外部设置的液冷热沉和/或风冷热沉。

综上，本实用新型有效的将具有高效传热的微热管阵列与液冷和/或风冷的方式结合，进一步通过微热管阵列与电池单元的位置和排列关系，使得每个电池包的外部设置一个或一个以上液冷热沉和/或风冷热沉，能够有效将电池内部的温度传导出去，防止温度过高，保证电池的温度均匀，散热效率高。

伸出部分弯折设置后与导热隔板贴合，可以使得L型微热管阵列的冷凝段与导热隔板的接触面积更大，增加导热效率。

所述导热垫片具有导热、电绝缘及保证微热管阵列与电池良好接触的功能。

附图说明

图1为本实用新型的基于S型微热管阵列的电池包热管理系统的实施例1的外观示意图；

图2为图1分解后的示意图；

图3为实施例1电池单元部分的结构示意图；

图4为S型微热管阵列去除电池单元后的外观示意图；

图5为本实用新型的基于S型微热管阵列的电池包热管理系统实施例2的外观示意图。

图6为图5分解后的示意图；

图7为实施例2电池单元部分的结构示意图；

1-电池单元；2-S型微热管阵列蒸发段；3-S型微热管阵列冷凝段；4-L型微热管阵列蒸发段；5-L型微热管阵列冷凝段；6-电池包外壳，7-液冷热沉。

具体实施方式

为了更清楚理解本实用新型的内容，将通过附图1-7和具体实施例详细说明。

实施例1

如图1-3所示，本实施例的基于S型微热管阵列的电池包热管理系统，包括电池包和贴附于电池包外壳6外侧的液冷热沉7(本实施例为液冷热沉，也可为风冷热沉)，所述电池包内的电芯共分一列，每列四排。其中所有电池单元1的表面均匀贴合上下两组S型微热管阵列，所述S型微热管阵列去除电池单元后的外观如图4所示。S型微热管阵列为金属材料经挤压形成的具有多孔结构的扁平状的导热体，内部具有多个并排排列的互不连通且独立运行的微热管，且每个微热管的水力直径为1mm，内部相变工质为非导电介质。所述独立热管之间沿热管长度方向根据安装孔的位置尺寸留有宽度3-10mm、长度与所述微热管阵列长度相同的实心金属带可以打安装孔。微热管阵列是一种传热效果强化的导热体，其中S型微热管阵列通过导热硅胶粘贴在电池单元1的表面，两组彼此间隔分布，也可以紧密排在一起，所述 S型微热管阵列自一侧的电池单元1的外表面开始贴合延伸，长度至少大于其覆盖的该层的所述电池单元1的跨度，伸出部分弯折后贴合在该电池单元1的另一表面和与之相邻电池单元1的表面，如此往复直至另一侧的电池单元1的外表面。电池包外设置电池包外壳6，所述电池包外壳6围成封闭结构。所述S型微热管阵列其中一个外侧面作为S型微热管阵列冷凝段3与电池包外壳6内侧贴合，液冷热沉7与对应的电池包外壳6的外表面贴合，与所述 S型微热管阵列冷凝段3通过所述电池包外壳6进行热交换，其中贴合的电池包外壳6部分为导热隔板。液冷热沉7基板的一侧表面与电池包外壳6的外表面焊接，也可通过密封圈连接，实现液冷热沉7与内部的电池单元1的完全物理隔离，保证电池包的防护等级达到IP67。所述液冷热沉7的基板具有冷媒入口和冷媒出口，与电动汽车的制冷系统连接构成电池的液冷系统。

如图3所示，位于每组所述电池单元1一侧平面的S型微热管阵列蒸发段2的伸出部分弯折后继续均匀的贴合在电池单元1的表面，S型微热管阵列将电池单元1包围在内部，可增强电池包的稳定性，抵挡电池单元1的位移。

另外，所述S型微热管阵列蒸发段2与电池单元1之间设置有可压缩变形的导热垫片，所述S型微热管阵列冷凝段3与电池包外壳6内侧表面之间设置有可压缩变形的导热垫片，所述电池包外壳6外侧表面与所述液冷热沉7之间同样设置有可压缩变形的导热垫片。

本实施例还包括自动控制系统和电芯温度检测单元，自动控制系统分别与所述电芯温度检测单元和所述电动汽车制冷系统(或风冷热沉的风扇)连接。

使用时，在每组电池单元1的单侧表面贴合的S型微热管阵列蒸发段2吸收每个电池单元1的热量，并传导至S型微热管阵列冷凝段3，然后冷凝段将热量传导至与之贴合的电池包外壳6的导热隔板部分，最后电池包外壳6的导热隔板将热量传导至液冷热沉7(和/或风冷热沉)，当检测单元所检测的电池单元1的温度高于35℃时，控制系统自动启动电动汽车的制冷系统，从而利用液冷热沉7和微热管阵列对电芯进行散热(或控制系统启动风冷热沉内的风扇，从而利用风冷热沉和微热管阵列)，将电芯的热量换出；当电池单元1的温度低于 35℃时，电动汽车的制冷系统停止向所述液冷系统制冷(或风冷热沉内的风扇关闭)。

实施例2

如图5-7所示，本实施例的基于S型微热管阵列的电池包热管理系统，包括电池包和贴附于电池包外壳6外侧的液冷热沉7(本实施例为液冷热沉，也可为风冷热沉)，所述电池包内的电芯共分一列，每列四排。其中所有电池单元1的表面均匀贴合上下两组S型微热管阵列2。S型微热管阵列为金属材料经挤压形成的具有多孔结构的扁平状的导热体，内部具有多个并排排列的互不连通且独立运行的微热管，且每个微热管的水力直径为1mm，内部相变工质为非导电介质。所述独立热管之间沿热管长度方向根据安装孔的位置尺寸留有宽度 3-10mm、长度与所述微热管阵列长度相同的实心金属带可以打安装孔。微热管阵列是一种传热效果强化的导热体，其中S型微热管阵列通过导热硅胶粘贴在电池单元1的表面，两组彼此间隔分布，也可以紧密排在一起，所述S型微热管阵列自一侧的电池单元1的外表面开始贴合延伸，长度至少大于其覆盖的该层的所述电池单元1的跨度，伸出部分弯折后贴合在该电池单元1的另一表面和与之相邻电池单元1的表面，如此往复直至另一侧的电池单元1的外表面。电池包外设置电池包外壳6，所述电池包外壳6围成封闭结构。所述S型微热管阵列其中一个外侧面作为S型微热管阵列冷凝段，所述S型微热管阵列冷凝段3与L型微热管阵列蒸发段4贴合，与蒸发段垂直的L型微热管阵列冷凝段5与两侧电池包外壳6的内侧表面贴合，所述液冷热沉7贴合在对应的电池包外壳6的外侧表面，电池包外壳6对应的贴合处为导热隔板，所述液冷热沉7与所述L型微热管阵列冷凝段5通过所述电池包外壳6的导热隔板部分进行热交换，其基板的一侧表面与电池包外壳6的外表面焊接，也可通过密封圈连接，实现液冷热沉7与内部的电池单元1的完全物理隔离，保证电池包的防护等级达到IP67。

如图7所示，位于每组所述电池单元1一侧平面的S型微热管阵列蒸发段2的伸出部分弯折后继续均匀的贴合在电池单元1的表面，S型微热管阵列将电池单元1包围在内部，可增强电池包的稳定性，抵挡电池单元1的位移。

所述液冷热沉7的基板具有冷媒入口和冷媒出口，与电动汽车制冷系统连接，构成电池的液冷系统。

另外，所述S型微热管阵列蒸发段2与电池单元1之间设置有可压缩变形的导热垫片，所述S型微热管阵列冷凝段3与L型微热管阵列蒸发段4之间设置有可压缩变形的导热垫片，所述L型微热管阵列冷凝段5与所述电池包外壳6内侧表面之间设置有可压缩变形的导热垫片，所述电池包外壳6外侧表面与所述液冷热沉7之间同样设置有可压缩变形的导热垫片。

本实施例还包括自动控制系统和电芯温度检测单元，自动控制系统分别与所述电芯温度检测单元和所述电动汽车制冷系统以及风冷热沉的风扇连接。

使用时，在每组电池单元1的表面贴合的S型微热管阵列蒸发段2吸收每个电池单元1 的热量，并传导至S型微热管阵列冷凝段3，然后S型微热管阵列冷凝段3将热量传导至与之贴合的L型微热管阵列蒸发段4，L型微热管阵列蒸发段4将热量传导至L型微热管阵列冷凝段5，最后L型微热管阵列冷凝段5通过电池包外壳6导热隔板部分将热量传导至液冷热沉7(或风冷热沉)，当检测单元所检测的电池单元1的温度高于35℃时，控制系统自动启动电动汽车的制冷系统，从而利用液冷热沉7和微热管阵列对电芯进行散热(或控制系统启动风冷热沉内的风扇，从而利用风冷热沉和微热管阵列)，将电芯的热量换出；当电池单元1的温度低于35℃时，电动汽车的制冷系统停止向所述液冷系统制冷(或风冷热沉内的风扇关闭)。

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，可轻易想到的防伪塑封尺寸的变化或纵向撕裂线的尺寸和数目等都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (9)

1.基于S型微热管阵列的电池包热管理系统，其特征在于包括电池包、电池包外壳、和液冷热沉和/或风冷热沉，所述电池包外壳围绕所述电池包且为封闭结构；

所述电池包内包括一列或多列电池和/或电池组，所述电池和/或电池组表面贴合S型微热管阵列，所述S型微热管阵列在一侧的电池和/或电池组外表面贴合延伸，长度至少大于其覆盖的该层的所述电池和/或电池组的跨度，伸出的部分弯折后继续贴合在该电池和/或电池组的另一表面和与之相邻电池和/或电池组的表面，如此往复直至另一侧的电池和/或电池组外表面，

所述S型微热管阵列两个最外侧的部分中其中至少一个为S型微热管阵列冷凝段，所述S型微热管阵列冷凝段与电池包外壳内侧直接贴合且所述液冷热沉和/或风冷热沉至少贴合在电池包外壳对应S型微热管阵列冷凝段的外侧表面，所述电池包外壳至少在对应所述S型微热管阵列冷凝段处为导热隔板，或所述S型微热管阵列冷凝段与电池包外壳通过L型微热管阵列间接贴合，所述L型微热管阵列包括相互垂直弯折的L型微热管阵列蒸发段和L型微热管阵列冷凝段，所述L型微热管阵列蒸发段贴合所述S型微热管阵列冷凝段，所述L型微热管阵列冷凝段与电池包外壳的内侧表面贴合，所述电池包外壳至少在对应所述L型微热管阵列冷凝段处为导热隔板；

所述S型微热管阵列其它贴合所述电池和/或电池组的部分为S型微热管阵列蒸发段；

所述液冷热沉和/或风冷热沉的基板密封，并通过电池包外壳与电池和/或电池组完全物理隔离。

2.根据权利要求1所述的基于S型微热管阵列的电池包热管理系统，其特征在于所述电池和/或电池组为多列叠加分布，每列包括多排，每个电芯的表面至少贴合一个所述S型微热管阵列。

3.根据权利要求1所述的基于S型微热管阵列的电池包热管理系统，其特征在于所述液冷热沉和/或风冷热沉的基板与所述电池包外壳的外表面通过密封圈连接或者焊接，所述电池包外壳为IP67级别。

4.根据权利要求1所述的基于S型微热管阵列的电池包热管理系统，其特征在于所述S型微热管阵列蒸发段与所述电池和/或电池组之间设置有可压缩变形的导热垫片，所述S型微热管阵列冷凝段与所述电池包外壳之间或所述S型微热管阵列冷凝段与所述L型微热管阵列蒸发段、所述L型微热管阵列冷凝段与所述电池包外壳间之间设置有可压缩变形的导热垫片，所述液冷热沉和/或风冷热沉与所述电池包外壳间设置有可压缩变形的导热垫片。

5.根据权利要求1所述的基于S型微热管阵列的电池包热管理系统，其特征在于所述液冷热沉的基板具有冷媒入口和冷媒出口，分别与电动汽车制冷系统连接。

6.根据权利要求1所述的基于S型微热管阵列的电池包热管理系统，其特征在于所述风冷热沉具有风扇和散热翅片，并由电动汽车本身的蓄电池或动力电池包供给电力。

7.根据权利要求1所述的基于S型微热管阵列的电池包热管理系统，其特征在于还包括自动控制系统和电芯温度检测单元，所述自动控制系统分别与所述电芯温度检测单元和电动汽车制冷系统或风冷热沉的风扇连接。

8.根据权利要求1所述的基于S型微热管阵列的电池包热管理系统，其特征在于所述微热管阵列是由金属材料经挤压形成的具有多孔结构的扁平状的导热体，内部具有多个并排排列的互不连通且独立运行的微热管，且每个微热管的水力直径为0.2-3.0mm，内部相变工质为非导电介质。

9.根据权利要求8所述的基于S型微热管阵列的电池包热管理系统，其特征在于所述微热管之间沿热管长度方向留有宽度3-10mm、长度与所述微热管阵列长度相同的用来打安装孔的实心金属带。

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