CN218039429U - 一种应用于电池散热的基于微柱阵列的薄膜蒸发器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种应用于电池散热的基于微柱阵列的薄膜蒸发器，包括安装在电池组中的循环冷凝装置，所述循环冷凝装置内设封闭区，所述封闭区包括两块竖直的基板，两块所述基板设置于相邻的电池之间，所述基板与所述电池的侧壁抵接，所述封闭区包括位于基板上部的冷凝腔，位于所述基板下部的储液池，两块基板之间设置有微柱阵列，所述储液池储存有冷凝介质，所述微柱阵列形成于所述基板上，并自所述基板下部间隔设置延伸至所述基板上部。本实用新型通过增设微柱阵列，利用冷凝介质在微柱阵列中通过毛细泵送效应来实现流动，无需外部泵送，同时充分利用了冷凝介质的潜热进行换热，有助于延长液膜并延缓蒸发，极大提高散热效率。

Description

一种应用于电池散热的基于微柱阵列的薄膜蒸发器

技术领域

本实用新型涉及电池热管理技术领域，具体是指一种应用于电池散热的基于微柱阵列的薄膜蒸发器。

背景技术

随着新电动汽车的不断发展与普及，锂离子动力电池的安全问题逐渐凸显出来，热失控也成为了一个主要问题，炎热的环境加上电池供电过程中产生的大量热量导致电池高温，进一步会破坏电池内的化学平衡导致副反应，引发电池燃烧，甚至爆炸，造成巨大的损失。现有电池散热的典型方法有：空气冷却方法，其结构简单，但冷却效率较低；液体冷却或者基于制冷剂的冷却，热效率较高，但组件结构复杂、需要额外供能；热管传热效果好、成本低、导热系数高、结构简单，但因热管系统很难集成，具有一定的局限性。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种结构简单紧凑、易于集成，在保证电池热量可以及时散发出去的同时，可以有效控制电池系统热失控蔓延的应用于电池散热的基于微柱阵列的薄膜蒸发器。

为了实现上述目的，本实用新型通过下述技术方案实现：一种应用于电池散热的基于微柱阵列的薄膜蒸发器，包括安装在电池组中的循环冷凝装置，所述循环冷凝装置内设置封闭区，所述封闭区包括两块竖直的基板，所述基板与电池的侧壁直接接触，所述封闭区具体包括位于基板上部的冷凝腔，基板下部的储液池，两块基板之间设置有微柱阵列，所述微柱阵列每列的间距相等，每行从上至下间距逐渐缩小，使得微柱阵列能够形成毛细泵送效应，所述储液池储存有冷凝介质。所述微柱阵列形成于所述基板上，并自所述基板下部间隔设置延伸至所述基板上部。

本技术方案的工作原理为，基于微柱阵列的毛细泵送薄膜蒸发进行相变传热，即微柱阵列中液-气弯月界面产生毛细管力，推动冷凝介质自发向上流动，无需外部泵送，有助于延长冷凝介质薄膜并延缓蒸发，极大提高散热效率，针对电池放电过程中热量分布不均匀情形，设计了非均匀分布的微柱阵列，极大提高了换热效率与电池使用的安全性。

为了更好地实现本实用新型，进一步地，所述循环冷凝装置呈长方体，置于电池组中相邻两电池之间。

为了更好地实现本实用新型，进一步地，所述微柱阵列的长度小于两块基板之间的宽度，且微柱阵列的每行交错分布在两块基板之间。

为了更好地实现本实用新型，进一步地，所述微柱阵列中每根微柱的长度相同，且垂直固定在基板上。

为了更好地实现本实用新型，进一步地，所述微柱阵列中每根微柱均为圆柱，且横截面的直径相同。

为了更好地实现本实用新型，进一步地，所述冷凝介质为水。

为了更好地实现本实用新型，进一步地，所述基板的侧面设置前板和后板，以及所基板的上下方向设置顶板和底板，所述基板和所述前板、后板、顶板和底板围合成封闭区。

本实用新型与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

（1）本实用新型通过增设微柱阵列，利用冷凝介质在微柱阵列中通过毛细泵送效应来实现流动，无需外部泵送，同时充分利用了冷凝介质的潜热进行换热，有助于延长液膜并延缓蒸发，极大提高散热效率；

（2）本实用新型通过电池放电过程中热量分布不均匀情形，设置微柱阵列为非均匀分布，同时充分考虑热失控情形，设置两组微柱阵列相互交错分布，极大提高了换热效率与电池使用的安全性；

（3）本实用新型充分利用循环冷凝装置的结构，实现了蒸发后的冷凝介质经冷凝腔冷凝后回收至储液池，提高了散热器的续航时间，其可以降低电池间的热传导，能够有效控制电池系统热失控蔓延，具有良好的市场前景，适宜广泛推广应用。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其他特征、目的和优点将会变得更为明显：

图1为本实用新型的立体结构示意图；

图2为本实用新型中微柱阵列非均匀排布示意图；

图3为本实用新型中微柱阵列交错排布的结构示意图；

图4为本实用新型中微柱阵列毛细泵送原理示意图。

其中：1—锂电池组、2—循环冷凝装置，21—冷凝腔，22—储液池，3—基板，4—微柱阵列。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，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；也可以是直接相连，也可以是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实用新型中的具体含义。

实施例1：

本实施例的主要结构，如图1所示，包括安装在电池组1中的循环冷凝装置2，所述循环冷凝装置2内设封闭区，所述封闭区包括两块竖直的基板3，两块所述基板3设置于相邻的电池之间，所述基板3与所述电池的侧壁抵接，所述封闭区包括位于基板3上部的冷凝腔21，位于所述基板3下部的储液池22，可以理解的是，两块所述基板3之间形成冷凝区，以及基板3侧面还设置前板、后板（未图示），以及基板3的上下方向还设置顶板和底板（未图示），所述基板3和前板、后板、顶板和底板共同围合成封闭区域；两块基板3之间设置有微柱阵列4，所述微柱阵列4每列间的间距相等，每行从上至下间距逐渐缩小，且微柱阵列4能够形成毛细泵送效应，所述储液池22储存有冷凝介质。

具体实施方式为，在微柱阵列4的毛细泵送效应作用下，置于循环冷凝装置2中储液池22内的冷凝介质沿着微柱阵列4泵送至基板3上部，在吸收电池组1中的热量后，冷凝介质蒸发，冷凝介质在冷凝腔21中冷凝成液态，在重力作用下，回流进入储液池22，以此实现循环工作。整个过程无需外部泵送，完全利用微柱阵列4中液-气弯月界面产生毛细管力，实现冷凝介质的循环相变传热。

其中毛细泵送原理，如图4所示。在被液体润湿的多孔芯吸结构中，液体−蒸汽界面弯曲，这是平衡液气界面压差的结果，界面上的压差可利用Young-Lapalace公式求得，表观接触角是弯月面与固体表面形成的角度。界面上的压差驱动液芯内的流体从液体源（平面界面）流出，并通过与流经液芯的流体相关的粘性压力损失进行平衡。粘性阻力f来自基板壁以及微柱壁面，通常将其定义为压力梯度与平均速度之比，并将其与微柱群间渗透率K联系起来。液体传播过程中，接触线近似看做钉扎在微柱顶部，随传播距离增大弯月面曲率逐渐增大，当距离液体源最远位置的弯月面曲率达到最大值，接触角达到其后退模式值，芯吸装置极限值达到，最有效传热的薄膜区域达到其最大延伸面积。

实施例2：

本实施例在上述实施例的基础上，进一步限定循环冷凝装置2的形状，如图1所示，所述循环冷凝装置2呈长方体，置于电池组1中相邻两电池之间。循环冷凝装置2作为对电池组1进行散热的主体，进一步限定循环冷凝装置2的形状，是为了更好的将循环冷凝装置2安装在电池组1中，一般电池组1均为矩形结构，因此这里优选循环冷凝装置2的形状为长方体，能够对电池组1中两侧的电池进行散热，其他能够更好安装在电池组1中的循环冷凝装置2形状也可选取。本实施例的其他部分与上述实施例相同，不再赘述。

实施例3：

本实施例在上述实施例的基础上，进一步限定微柱阵列4的结构，如图1~4所示，所述微柱阵列4的长度小于两块基板3之间的宽度，且微柱阵列4的每行交错分布在两块基板3之间。为了充分考虑热失控情形，微柱阵列4分为两组，其中一组一端固定在左侧的基板3上，另一组一端固定在右侧的基板3上，两组微柱阵列4每行相互交错分布，提高换热效率的同时增强了电池使用的安全性。本实施例的其他部分与上述实施例相同，不再赘述。

实施例4：

本实施例在上述实施例的基础上，进一步限定微柱阵列4中的每根微柱结构，如图1~4所示，所述微柱阵列4中每根微柱的长度相同，且垂直固定在基板3上。为了更好地使微柱阵列实现对冷凝介质的毛细泵送过程，这里优选微柱阵列4中每根微柱的长度相同，且垂直固定在基板3上。本实施例的其他部分与上述实施例相同，不再赘述。

实施例5：

本实施例在上述实施例的基础上，进一步限定微柱阵列4的每根微柱结构，如图1~4所示，所述微柱阵列4中每根微柱均为圆柱，且横截面的直径相同。圆柱状的微柱构成的微柱阵列4能够更好地实现对冷凝介质的毛细泵送过程，其他的微柱结构也可选取。本实施例的其他部分与上述实施例相同，不再赘述。

实施例6：

本实施例在上述实施例的基础上，进一步限定冷凝介质，所述冷凝介质为水。这里优选冷凝介质为水，其他能够实现电池散热效果的冷凝介质也可选取，如煤油等。本实施例的其他部分与上述实施例相同，不再赘述。

可以理解的是，根据本实用新型一个实施例的薄膜蒸发器结构，例如基板3和微柱阵列4等部件的工作原理和工作过程都是现有技术，且为本领域的技术人员所熟知，这里就不再进行详细描述。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种应用于电池散热的基于微柱阵列的薄膜蒸发器，其特征在于，包括安装在电池组（1）中的循环冷凝装置（2），所述循环冷凝装置（2）内设封闭区，所述封闭区包括两块竖直的基板（3），两块所述基板（3）设置于相邻的电池之间，所述基板（3）与所述电池的侧壁抵接，所述封闭区包括位于基板（3）上部的冷凝腔（21），位于所述基板（3）下部的储液池（22），两块基板（3）之间设置有微柱阵列（4），所述储液池（22）储存有冷凝介质，所述微柱阵列（4）形成于所述基板（3）上，并自所述基板（3）下部间隔设置延伸至所述基板（3）上部。

2.根据权利要求1所述的一种应用于电池散热的基于微柱阵列的薄膜蒸发器，其特征在于，所述循环冷凝装置（2）呈长方体，置于电池组（1）中相邻两电池之间。

3.根据权利要求1或2所述的一种应用于电池散热的基于微柱阵列的薄膜蒸发器，其特征在于，所述微柱阵列（4）的长度小于两块基板（3）之间的宽度，且微柱阵列（4）的每行交错分布在两块基板（3）之间。

4.根据权利要求3所述的一种应用于电池散热的基于微柱阵列的薄膜蒸发器，其特征在于，所述微柱阵列（4）中每根微柱的长度相同，且垂直固定在基板（3）上。

5.根据权利要求1或2所述的一种应用于电池散热的基于微柱阵列的薄膜蒸发器，其特征在于，所述微柱阵列（4）中每根微柱均为圆柱，且横截面的直径相同。

6.根据权利要求1或2所述的一种应用于电池散热的基于微柱阵列的薄膜蒸发器，其特征在于，所述冷凝介质为水。

7.根据权利要求1所述的一种应用于电池散热的基于微柱阵列的薄膜蒸发器，其特征在于，所述基板（3）的侧面设置前板和后板，以及所基板（3）的上下方向设置顶板和底板，所述基板（3）和所述前板、后板、顶板和底板围合成封闭区。

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