CN214706046U - 一种相变与风冷复合的电池散热系统 - Google Patents

一种相变与风冷复合的电池散热系统 Download PDF

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张西龙
闫涵超
王鑫
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Abstract

本实用新型提供一种相变与风冷复合的电池散热系统，包括散热箱体、风冷散热组件以及相变散热组件；所述风冷散热组件包括设置在散热箱体侧面下方的进风口，散热箱体上方的出风口，内壳、外壳以及位于两者之间的导热翅片组成的风道；所述风道内放置电池；所述相变散热组件包括设置在外壳外的相变材料。该系统能够克服相变冷却中相变材料导热系数低的缺陷，具有冷却效果好，能耗较低，质量小，结构紧凑等优点。

Description

一种相变与风冷复合的电池散热系统
技术领域
本实用新型涉及电池散热技术领域，特别涉及一种相变与风冷复合的电池散热系统。
背景技术
资源枯竭和环境恶化问题越来越严重，引起了全社会的高度关注。近几年出现的电动汽车和混合动力汽车脱颖而出，具有明显的环保和节能优势。锂电池具有重量轻、能量和功率密度高，寿命长等优点，目前市面上的电动汽车大多都采用锂电池作为动力电池。但在实际使用时，往往因为散热系统的散热效果差，导致电池的寿命缩短，温度过高时甚至会存在安全问题。
空气冷却和液体冷却的相关技术较为成熟，所以目前的电动汽车大多采用空气冷却或液体冷却。然而空气冷却效率低，均温性差，液体冷却虽然冷却效果好，但存在液体泄漏风险以及要携带冷却液，冷却系统重量过大，增加了车重。与空气和液体冷却相比，相变冷却因为材料的潜热大、不需要额外给泵提供能量，这也使得很多学者对其进行了很多研究。针对相变材料存在导热系数低的缺点，通常采用将相变材料与其他材料混合制成复合相变材料，虽然导热系数有一定的提高，但还是不能满足恶劣工况下电池的散热要求。
实用新型内容
针对上述现有技术存在的问题，本实用新型提供一种相变与风冷复合的电池散热系统，该系统能够克服相变冷却中相变材料导热系数低的缺陷，具有冷却效果好，能耗较低，质量小，结构紧凑等优点。
为了达到上述目的，本实用新型采用如下方案：
一种相变与风冷复合的电池散热系统，包括散热箱体、风冷散热组件以及相变散热组件；所述风冷散热组件包括设置在散热箱体侧面下方的进风口，散热箱体上方的出风口，内壳、外壳以及位于两者之间的导热翅片组成的风道；所述风道内放置电池；
所述相变散热组件包括设置在外壳外的相变材料。
在本申请的一些实施例中，所述散热箱体为楔形结构。
在本申请的一些实施例中，风道为多个，每个风道内均放置电池，每个电池外均有一个内壳和一个外壳，内壳和外壳之间用导热翅片连接传热，内壳与电池直接接触，外壳与相变材料直接接触。
在本申请的一些实施例中，相变材料下方设有一块支撑板，其固定在散热箱体上，用于支撑和固定内壳、外壳、导热翅片以及相变材料的相对位置，在相变材料上方安装有箱盖，其固定在箱体上，用于保护箱体内部结构。
在本申请的一些实施例中，所述散热箱体侧面下方的进风口处设置有散热风扇。
在本申请的一些实施例中，所述相变材料为膨胀石墨与石蜡制成的复合相变材料。
在本申请的一些实施例中，箱体、内壳、外壳、导热翅片、支撑板、箱盖均采用铝合金材料。
在本申请的一些实施例中，所述电池采用18650锂电池。
在本申请的一些实施例中，所述多个风道并行排列。
在本申请的一些实施例中，所述支撑板上设计有与风道同样大小、相对位置的开口，便于空气进入风道。
在本申请的一些实施例中，所述箱盖上设计有与风道同样大小、相对位置的出风口，便于空气流出风道。
有益效果：本实用新型的一种电池散热系统，结构设计合理，将风道位置设内层，相变材料位置设置在外层，首先由空气对流换热带走大部分热量后，再由相变材料吸收掉剩余热量，缓解了相变材料导热系数低的缺点，并减少了相变材料的用量，减轻车重；该设计不仅使空气冷却效果更好，而且在外圈的相变材料截面周长增大，从而换热面积增大。解决了相变冷却由于相变材料导热系数低，在恶劣工况下难以满足散热要求的难题；此外，还可以根据不同的电池产热速率与环境温度调节进风口风速，可以在满足散热要求的前提下尽可能的节省能耗；箱体内设有多道由内外壳与翅片组成的并行空气通道，减小了电池之间的温差；因此，可以适应不同的工作环境，有效提高冷却效果，并减少相变材料的用量，减轻车重。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例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，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型的电池散热系统结构示意图。
图2为散热组件的结构示意图。
图3为散热箱体内各组件的结构示意图。
图4为支撑板的俯视图。
图5为箱盖的俯视图。
图6为导热翅片的示意图。
图中：1-散热箱体、2-进风口、3-内壳、4-外壳、5-导热翅片、6-风道、7-电池、8-出风口、9-相变材料、10-支撑板、11-箱盖。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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申请和简化描述，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申请的限制。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
如图1-6，一种相变与风冷复合的电池散热系统包括散热箱体1，散热箱体1内包括风冷散热组件和相变散热组件；
风冷散热组件包括设置于散热箱体1右下方位置的进风口2，空气从进风口2进入箱体1后，由于下方为楔形机构，空气的流动方向改变，于是空气就进入由内壳3、外壳4以及导热翅片5组成的风道6，电池7产生的热量传递给内壳3、外壳4、导热翅片5，所述内壳3、外壳4、导热翅片5优选为含铝材料，低温空气与高温的铝管壁面以及铝管外壳内的导热翅片5进行对流换热，最后由散热箱体1上方的出风口8排出散热箱体1。
相变散热组件包括位于外壳4外的相变材料，导热性能良好的内壳3将电池7产生的热量快速导出，传递给导热翅片5，再由外壳4将热量传递给由膨胀石墨与石蜡制成的相变材料9，相变材料9通过低于熔点时的显热形式以及达到熔点时的潜热形式将热量暂时储存起来。
散热箱体1内设置有一块支撑板10，其固定在散热箱体1的两侧，优选为含铝材料，支撑板10上方与内壳3、外壳4、导热翅片5、电池7、相变材料9的底部连接，用来支撑和固定它们的位置。支撑板10上设计有与风道6形状、大小、位置一致的通风口，使空气可以顺利进入风道6。
散热箱体1上方设置有一块箱盖11，其固定在箱体1上方，并与内壳3、外壳4、导热翅片5、电池7、相变材料9的顶部连接，用来保护和固定它们的位置。箱盖11同样设计有与风道6形状、大小、位置一致的出风口8，使空气可以顺利排出散热箱体1。
在本申请的一些实施例中，所述电池散热系统的工作过程为：新能源汽车在普通工况下电池7的产热速率不高，电池温度不高的情况下，此时散热系统的风扇处于关闭状态，由于铝合金的导热系数高，热量可以由电池7快速的经内壳3、外壳4、导热翅片5传递给相变材料9，与此同时导热翅片5与空气进行自由对流换热；当新能源汽车在恶劣工况下电池7的产热速率升高，电池7温度升高，此时散热系统的风扇处于打开状态。根据电池7的温度高低来调整风扇转速，电池7温度越高风扇转速越快，进风口2处空气流速越快。电池7产生的热量传递给内壳3、外壳4、导热翅片5，首先与空气进行强制对流换热，带走大部分热量，剩余热量传递给相变材料9进行相变冷却。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不驱使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种相变与风冷复合的电池散热系统，其特征在于，包括散热箱体、风冷散热组件以及相变散热组件；所述风冷散热组件包括设置在散热箱体侧面下方的进风口，散热箱体上方的出风口，内壳、外壳以及位于内壳和外壳之间的导热翅片组成的风道；所述风道内部用于放置电池；
所述相变散热组件包括设置在外壳外的相变材料。
2.根据权利要求1所述的一种相变与风冷复合的电池散热系统，其特征在于，所述散热箱体为楔形结构。
3.根据权利要求1所述的一种相变与风冷复合的电池散热系统，其特征在于，所述风道为多个，每个风道内均放置电池，每个电池外均有一个内壳和一个外壳，内壳和外壳之间用导热翅片连接传热，内壳与电池直接接触，外壳与相变材料直接接触。
4.根据权利要求1所述的一种相变与风冷复合的电池散热系统，其特征在于，相变材料下方设有一块支撑板，其固定在散热箱体上，用于支撑和固定内壳、外壳、导热翅片以及相变材料的相对位置。
5.根据权利要求1所述的一种相变与风冷复合的电池散热系统，其特征在于，在相变材料上方安装有箱盖，其固定在箱体上，用于保护箱体内部结构。
6.根据权利要求1所述的一种相变与风冷复合的电池散热系统，其特征在于，所述散热箱体侧面下方的进风口处设置有散热风扇。
7.根据权利要求1所述的一种相变与风冷复合的电池散热系统，其特征在于，所述相变材料为膨胀石墨与石蜡制成的复合相变材料。
8.根据权利要求3所述的一种相变与风冷复合的电池散热系统，其特征在于，所述多个风道并行排列。
9.根据权利要求4所述的一种相变与风冷复合的电池散热系统，其特征在于，所述支撑板上设计有与风道同样大小、相对位置的开口，便于空气进入风道。
10.根据权利要求5所述的一种相变与风冷复合的电池散热系统，其特征在于，所述箱盖上设计有与风道同样大小、相对位置的出风口，便于空气流出风道。
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WO2024087148A1 (zh) * 2022-10-28 2024-05-02 扬州纳力新材料科技有限公司 混合冷却单元及冷却机构

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