CN220230195U - 超薄平面热管、电池热管理系统及电池系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了超薄平面热管，包括：第一壳体，所述第一壳体具有亲水处理表面；第二壳体，所述第二壳体和所述第一壳体配置成封围工作流体；网状材料层，所述网状材料层设置于所述第一壳体和所述第二壳体之间；以及支撑柱阵列，所述支撑柱阵列的多个支撑柱彼此间隔地设置于所述第一壳体和所述第二壳体之间，且每个所述支撑柱以所述支撑柱的轴向方向垂直于所述第一壳体的方式设置。本实用新型还提供了电池热管理系统及电池系统。本实用新型的超薄平面热管具有更好的传热效果。本实用新型的电池热管理系统能够在高的充放电速率快速充电状态下在宽范围的环境温度条件下将电池单元维持在期望的温度范围内。

Description

超薄平面热管、电池热管理系统及电池系统

技术领域

本实用新型涉及电动车辆技术领域，具体地，涉及一种超薄平面热管(ultrathinthermal ground plane，UTTGP)、利用该超薄平面热管的电池热管理系统(UTTGP-BTMS)以及电池系统。

背景技术

电动汽车(electric vehicle,EV)中锂离子电池(lithium-ion battery,LiB)组的温度在决定电池的能效、安全性、寿命和性能方面起着至关重要的作用。将电池组的温度保持在最佳范围内在电动汽车的发展中是重大挑战，特别是在具有高的充放电速率(charge rates,C-rates)的快速充电(fast charge,FC)的背景下，更是如此。存在一些利用薄的扁平热管的电池热管理系统的现有技术。这些现有技术中的问题是电池热管理系统通常是重型的、不灵活的且笨重的。然而，对于续航里程更长的电动汽车，对于锂离子动力电池组的功率密度要求越来越高。现有技术中提出的电池热管理系统相对难以在实现良好的热性能的同时保持优异的灵活性。

因此，需要提供一种改进的电池热管理系统，以克服或减少上述现有技术中所存在的至少一部分缺点。

实用新型内容

在本实用新型的第一方面中，提供了一种超薄平面热管，该超薄平面热管包括：

第一壳体，第一壳体具有亲水处理表面；

第二壳体，第二壳体和第一壳体配置成封围工作流体；

网状材料层，网状材料层设置于第一壳体和第二壳体之间；以及

支撑柱阵列，支撑柱阵列的多个支撑柱彼此间隔地设置于第一壳体和第二壳体之间，且每个支撑柱以支撑柱的轴向方向垂直于第一壳体的方式设置。

可选地，第一壳体和支撑柱阵列为一体成型。

可选地，第一壳体、第二壳体、支撑柱的材质均为高导热材料；

网状材料层是具有至少#200筛网目数的超亲水处理的铜编织网。

可选地，网状材料层的数量为两层、三层或四层，多层网状材料层沿支撑柱的轴向方向叠放，并且网状材料层的线径不大于100μm。

可选地，超薄平面热管的总厚度小于1mm；

第一壳体的厚度为40μm-80μm；

第二壳体的厚度为40μm-50μm；

网状材料层的厚度为50μm-400μm；

每个支撑柱的高度为150μm-200μm，不同的支撑柱之间的高度差不大于25μm，每个支撑柱的直径为500μm-1000μm，相邻的两个支撑柱之间的距离为支撑柱的直径的1-1.5倍。

可选地，超薄平面热管完全地密封并且抽真空到至少1Pa；

工作流体为脱气工作流体。

在本实用新型的第二方面中，提供了一种电池热管理系统，该电池热管理系统包括：一个或多个前述的超薄平面热管，超薄平面热管与电池单元接触以便从电池单元吸取热量。

可选地，超薄平面热管夹设于相邻的两个电池单元之间。

可选地，超薄平面热管具有延伸超出电池单元的至少一个散热部段。

可选地，电池热管理系统还包括风冷装置，风冷装置配置成向至少一个散热部段提供冷风以便冷却至少一个散热部段。

可选地，超薄平面热管配置成与电池单元的表面区域最大的侧部接触。

可选地，电池热管理系统还包括热界面材料层，热界面材料层夹设于超薄平面热管和电池单元之间以便降低接触热阻。

可选地，电池热管理系统还包括夹持装置，夹持装置配置成夹紧超薄平面热管和电池单元以便减小超薄平面热管和电池单元之间的间隙。

可选地，电池热管理系统还包括刚性的外壳或封装框架，外壳或封装框架配置成至少容纳和保护超薄平面热管和电池单元。

可选地，电池热管理系统还包括：

至少一个平面热管用温度传感器，至少一个平面热管用温度传感器与超薄平面热管连接，用于检测超薄平面热管的温度；

至少一个电池用温度传感器，至少一个电池用温度传感器与电池单元连接，用于检测电池单元的温度；

电压传感器，电压传感器与电池单元连接，用于检测电池单元的电压；

电流传感器，电流传感器与电池单元连接，用于检测电池单元的电流。

在本实用新型的第三方面中，提供了一种电池系统，该电池系统包括：

一个或多个电池单元；以及

前述的电池热管理系统。

本实用新型的超薄平面热管设置成包括第一壳体、第二壳体、网状材料层、以及支撑柱阵列，通过设置网状材料层和支撑柱阵列可以提供合适的蒸汽芯结构，保证超薄平面热管的传热效果，同时通过将第一壳体设置成具有亲水处理表面，可以增强材料浸润性，从而使毛细力增强以便获得更好的传热效果。进一步地，本实用新型的超薄平面热管的厚度可以缩小到0.2mm，该超薄厚度能减少电池单元之间的间隙，从而允许单位体积安装更多电池单元，有利于长续航电动汽车动力电池组总能量密度的提升。

本实用新型的电池热管理系统能够在高的充放电速率快速充电状态下在宽范围的环境温度条件下将电池单元或模块维持在期望的温度范围内。进一步地，本实用新型的电池热管理系统大大提高了电池热管理系统的热性能，通过实验对比，与相同配置的具有裸铜板的电池热管理系统相比，本实用新型的电池热管理系统将电池表面温度、表面温度标准差和热阻分别降低了23.3％、28.4％和62.6％。

根据下文结合附图对本实用新型具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本实用新型的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

下面将参照附图对本实用新型的特征、优点以及示例性实施方式进行描述，在附图中，相同的附图标记指示相同的元件，并且其中：

图1是根据本实用新型的一个实施例的超薄平面热管的局部剖视示意图。

图2是根据本实用新型的一个实施例的电池系统的立体示意图，其中，该电池系统包括8个电池单元和根据本实用新型的一个实施例的电池热管理系统，该电池热管理系统包括图1所示的超薄平面热管。

图3是图2的电池热管理系统的夹持装置和侧板的局部示意图。

图4是图1的超薄平面热管和电池单元的示意图。

图5是图1的超薄平面热管和电池单元的局部剖视示意图。

图6是根据本实用新型的另一个实施例的电池系统的立体示意图，其中，该电池系统包括2个电池单元和电池热管理系统。

图7是根据本实用新型的又一个实施例的电池系统的立体示意图，其中，该电池系统包括16个电池单元和电池热管理系统。

图8是热性能测试系统的示意图。

图9是根据本实用新型的一个实施例的电池热管理系统和具有裸铜板的电池热管理系统之间的热性能比较图，其中，

(a)在3C条件下，电池表面温度随SOC(即电池荷电状态)的变化图；

(b)在4C条件下，电池表面温度随SOC的变化图；

(c)在3C条件下，电池表面温度不均匀率随SOC的变化图；

(d)在4C条件下，电池表面温度不均率随SOC的变化图；

(e)在3C条件下，热阻随时间的变化图；

(f)在4C条件下，热阻随时间的变化图。

具体实施方式

下面参照附图对本实用新型示例性实施方式进行详细描述。对示例性实施方式的描述仅仅是示例性的，而绝不是对本实用新型及其应用或用法的限制。而且，图中各部件的尺寸和比例也仅仅是示意性的，并不严格对应于实际产品。

本实用新型提供了超薄平面热管4、包括该超薄平面热管4的电池热管理系统、以及包括该电池热管理系统的电池系统。

如图1所示，本实用新型实施例的超薄平面热管4可以包括第一壳体41A、第二壳体43、网状材料层42以及支撑柱阵列41B。第一壳体41A具有亲水处理表面。第二壳体43和第一壳体41A配置成封围工作流体。网状材料层42设置于第一壳体41A和第二壳体43之间。支撑柱阵列41B的多个支撑柱彼此间隔地设置于第一壳体41A和第二壳体43之间，且每个支撑柱以支撑柱的轴向方向垂直于第一壳体41A的方式设置。本实用新型实施例的超薄平面热管4设置成包括第一壳体41A、第二壳体43、网状材料层42、以及支撑柱阵列41B，通过设置网状材料层42和支撑柱阵列41B可以提供合适的蒸汽芯结构，保证超薄平面热管4的传热效果，同时通过将第一壳体41A设置成具有亲水处理表面，可以增强材料浸润性，从而使毛细力增强以便获得更好的传热效果。实验表明，如果不对第一壳体41A进行亲水处理，则使用时测得的平均温度和温差均会大幅提高。考虑到工艺成本，第二壳体43可以不进行亲水处理。可以理解，也可以对第一壳体41A和第二壳体43均进行亲水处理。

如图2和图4所示，本实用新型实施例的电池热管理系统可以包括一个或多个前述的超薄平面热管4，超薄平面热管4与电池单元5接触以便从电池单元5吸取热量。超薄平面热管4与电池单元5接触使得超薄平面热管4直接地传导来自电池单元5的热量，而不是现有技术中用作热电发电机的二次冷却组件。本实用新型实施例的基于超薄平面热管4的电池热管理系统能够在高的充放电速率快速充电机制下、在宽范围的环境温度条件下将电池单元5或模块维持在期望的温度范围内，由此可以防止电池寿命缩短。同时，本实用新型实施例的电池热管理系统的部件数量较少，更容易安装和维护。

本实用新型实施例的电池系统可以包括一个或多个电池单元5、以及前述的电池热管理系统。如图2所示，该电池系统包括8个电池单元5和电池热管理系统。如图6所示，该电池系统包括2个电池单元5和电池热管理系统。如图7所示，该电池系统包括16个电池单元5和电池热管理系统。

下面将结合附图更详细地介绍各个部件的结构以及性能测试等。

本实用新型实施例的电池系统中，电池单元5通常为具有平整的、刚性的电池表面的电池单元5，电池单元5可以是方形的，从而可以保证超薄平面热管4与电池单元5的接触是平整的、刚性的。电池单元5可以为锂离子动力电池，但也可以为锂离子动力电池之外的其他电池。

本实用新型实施例的超薄平面热管4、电池热管理系统在使用时，通常是在相邻的两个电池单元5之间夹设一个超薄平面热管4，如图2、图6和图7所示。以图2为例，设置有8个沿前后方向间隔设置的电池单元5，共设置了7个沿前后方向间隔设置的超薄平面热管4。可以理解，当仅存在一个电池单元5时，可以在该电池单元5的侧部设置一个超薄平面热管4。也可以在该电池单元5的两个侧部各设置一个超薄平面热管4。在本文中，“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”均是参考图2来描述，在图2中用双向箭头表示出了上下方向、前后方向以及左右方向。

如图1和图2所示，第二壳体43和第一壳体41A限定出一封闭空间，在该封闭空间内封围有适当量的工作流体。通常，将超薄平面热管4完全地密封并且抽真空到至少1Pa。工作流体可以为脱气工作流体，包括但不限于脱气水，工作流体被填充到超薄平面热管4中。继续参考图1，网状材料层42贴靠第二壳体43设置，支撑柱阵列41B的多个支撑柱以自第一壳体41A朝向第二壳体43延伸的方式设置。超薄平面热管4整体通常为长方体形状，其中网状材料层42的矩形片的尺寸比矩形的第一壳体41A的每个边分别至少小2mm，以便封围在第一壳体41A和第二壳体43之间。

本实用新型实施例的超薄平面热管4是超薄扁平热管，其厚度为亚毫米，即超薄平面热管4的总厚度小于1mm。与大部分厚度超过1mm的导热散热片/热管/扁平热管相比，本实用新型实施例的超薄平面热管4由于仅具有亚毫米的厚度，减少了材料用量，同时使得在电池热管理系统中使用该超薄平面热管4时更易于安装。本实用新型实施例的超薄平面热管4的厚度优选地可以缩小到0.2mm，该超薄厚度能减少电池单元5之间的间隙，从而允许单位体积安装更多电池单元5，有利于长续航电动汽车动力电池组总能量密度的提升。

在一些实施例中，本实用新型实施例的超薄平面热管4中，第一壳体41A和支撑柱阵列41B为一体成型。通过将第一壳体41A和支撑柱阵列41B一体成型，可以简化支撑柱阵列41B的设置。例如，支撑柱阵列41B可以是由第一壳体41A通过光刻和电镀而形成，即支撑柱阵列41B直接生长于第一壳体41A之上，在光刻和电镀工序完成后即得到第一壳体41A和支撑柱阵列41B的一体件。

本实用新型实施例的超薄平面热管4中，第一壳体41A、第二壳体43、支撑柱的材质均为高导热材料；网状材料层42是具有至少#200筛网目数的超亲水处理的铜编织网。高导热材料可以是导热系数通常高于50w/mk的金属材料，例如可以为铝、铜等。网状材料层42的筛网目数对传热效果有极大影响。当网状材料层42低于#200筛网目数时，会显著降低毛细力，从而使浸润性下降，使最终的传热效果不佳。网状材料层42的筛网目数可以例如为#300、#400、#450、#500、#600。铜编织网的超亲水处理采用现有的铜网超亲水处理方法即可，在此不进行详述。

在一些实施例中，网状材料层42的数量优选可以为两层、三层或四层，多层网状材料层42沿支撑柱的轴向方向叠放，并且网状材料层42的线径不大于100μm。经研究和实验测试，与单层网状材料层42相比，两层以上的网状材料层42会因为不同的网状材料层42之间的交叉区域而形成各向异性的渗透率并且增强毛细力，从而达到更好的毛细性能和传热效果。在一个优选实施方式中，多层网状材料层42通过真空退火等技术紧密结合在一起。与将多层网状材料层42简单的叠放相比，设置紧密结合的多层网状材料层42的超薄平面热管4的传热效果更佳。网状材料层42的线径如果过大会限制蒸汽通道的宽度，从而影响最终的传热效果，因此，网状材料层42的线径优选不大于100μm，例如为100μm、80μm、60μm、40μm、25μm。网状材料层42的厚度可以为50μm-400μm，例如为50μm、200μm、300μm、400μm。

第一壳体41A的厚度可以为40μm-80μm；第二壳体43的厚度可以为40μm-50μm。第一壳体41A、第二壳体43如果过薄，容易发生变形并且在抽真空过程中第二壳体43可能被支撑柱扎破，而第一壳体41A、第二壳体43如果过厚会增加超薄平面热管4的整体厚度并且增加额外热阻，因此，第一壳体41A的厚度优选为40μm-80μm，例如为40μm、50μm、60μm、80μm，第二壳体43的厚度优选为40μm-50μm，例如为40μm、45μm、50μm。

通过支撑柱阵列41B的支撑柱的柱高可以确定超薄平面热管4的蒸汽芯厚度。本实用新型实施例的超薄平面热管4中，每个支撑柱的高度可以为150μm-200μm，不同的支撑柱之间的高度差可以不大于25μm，每个支撑柱的直径可以为500μm-1000μm，相邻的两个支撑柱之间的距离可以为支撑柱的直径的1-1.5倍。

支撑柱的高度决定了蒸汽通道高度。如果支撑柱的高度过低，例如小于150μm，会使蒸汽通道过窄，而过窄的蒸汽通道会大幅增加热阻；如果支撑柱的高度过高，例如大于200μm，带来的增益相对不明显并且会增加超薄平面热管4的整体厚度。因此，本实用新型实施例的超薄平面热管4的支撑柱的高度优选为150μm-200μm，例如为150μm、180μm、200μm。

不同的支撑柱之间的高度差最佳为0。如果不同的支撑柱之间的高度差过大，会导致支撑柱和网状材料层42的接触不足或者第一壳体41A在抽真空时发生变形，进而可能会影响传热效果。因此，本实用新型实施例的超薄平面热管4的不同的支撑柱之间的高度差优选不大于25μm，例如为25μm、10μm、0μm。

支撑柱的直径过大，会影响蒸汽通道宽度；支撑柱的直径过小，则不易加工，在实践中将无法保证电镀的质量。因此，本实用新型实施例的超薄平面热管4的每个支撑柱的直径优选为500μm-1000μm，例如为500μm、800μm、1000μm。不同的支撑柱的直径可以相同，也可以不相同。但不同的支撑柱的直径优选是相同的，以便降低加工难度。

通过将相邻的两个支撑柱之间的距离设置为支撑柱的直径的1-1.5倍，例如1倍、1.2倍、1.5倍，最有利于保证合适的蒸汽通道宽度。

本实用新型实施例的电池热管理系统大大提高了电池热管理系统的热性能，与相同配置的具有裸铜板的电池热管理系统相比，本实用新型实施例的电池热管理系统将电池表面温度、表面温度标准差和热阻分别降低了23.3％、28.4％和62.6％，使得本实用新型实施例的电池热管理系统成为电动汽车中强劲的、轻便的和灵活的电池热管理系统的可行的选择。

在一些实施例中，如图2和图4所示，超薄平面热管4具有延伸超出电池单元5的至少一个散热部段44。该至少一个散热部段44是超薄平面热管4的不与电池单元5直接接触的部分。通过设置散热部段44，使得超薄平面热管4可以自身集成有散热区域，无需设置额外的散热部件。结合图2和图4，超薄平面热管4具有在左侧和右侧分别延伸超出电池单元5的两个散热部段44。电池单元5可以包括负极51A、正极51B和压力释放阀52。如图4所示，负极51A、正极51B和压力释放阀52通常朝上设置，如此无需在电池单元5的底部预留空间。在所示的实施例中，超薄平面热管4的左右长度大于电池单元5的左右长度，上下高度等于电池单元5的上下高度。可以理解，电池单元5的电极等不限于朝上设置。

在一些实施例中，本实用新型实施例的电池热管理系统还可以包括风冷装置，风冷装置配置成向至少一个散热部段44提供冷风以便冷却至少一个散热部段44。电池单元5产生的热量通过超薄平面热管4传导，并且在散热部段44通过强制风冷来消散传导到超薄平面热管4的热量。如此，使得电池单元5可以在强制风冷条件下、在宽范围的环境温度条件下以高的充放电速率进行充电/放电。同时，由于风冷装置仅需要对散热部段44散热，即仅存在非常有限的区域暴露于强制风冷，保证了良好的散热。风冷装置可以为风扇、鼓风机等任意可以提供冷风的装置。风冷装置的数量可以为一个或多个。例如，一个散热部段44可以对应设置至少一个风冷装置。以图2为例，每个散热部段44可以对应设置一个风冷装置。再例如，位于同一侧的多个散热部段44可以对应设置至少一个风冷装置。强制风冷的方向优选垂直于超薄平面热管4的壳体表面。以图2为例，强制风冷的流动方向可以是从前向后，也可以是从后向前。风冷装置的风量可以通过控制装置来调节，通常每个风冷装置的最大风量至少为22.5CFM，以保证散热效率。

在一些实施方式中，本实用新型实施例的超薄平面热管4可以配置成与电池单元5的表面区域最大的侧部接触。通过将超薄平面热管4与电池单元5的表面区域最大的侧部接触，可以增大传热面积，进一步提高传热效果。以图2的方形电池单元5为例，该方形电池单元5具有前侧部、后侧部、左侧部、右侧部、上侧部和下侧部，其中，电池单元5的表面区域最大的侧部是前侧部和后侧部，因此超薄平面热管4配置成与电池单元5的前侧部、后侧部接触，具体地，超薄平面热管4的第一壳体41A与位于靠前侧的一个电池单元5的后侧部接触，第二壳体43与位于靠后侧的另一个电池单元5的前侧部接触。

在一些实施例中，本实用新型实施例的电池热管理系统还可以包括热界面材料层10，热界面材料层10夹设于超薄平面热管4和电池单元5之间以便降低接触热阻。通过设置热界面材料层10可以降低超薄平面热管4和电池单元5之间的间隙中的接触热阻。热界面材料可以例如为导热凝胶、导热硅脂、导热垫/导热膏、或相变材料(PCM)。热界面材料层10的厚度不易过厚，过厚反而会增加热阻。导热硅脂的厚度一般不大于50μm，例如40μm、30μm。PCM的厚度一般不大于100μm，例如80μm、50μm。导热垫/导热膏的厚度一般不大于100μm，例如80μm、50μm。

在一些实施例中，本实用新型实施例的电池热管理系统还可以包括夹持装置，夹持装置配置成夹紧超薄平面热管4和电池单元5以便减小超薄平面热管4和电池单元5之间的间隙。利用夹持装置实现超薄平面热管4和电池单元5的夹层配置使得可以有效地冷却的电池单元5的最大表面区域。夹持装置只需满足可以对超薄平面热管4和电池单元5施加足够的夹持力来确保超薄平面热管4和电池单元5之间的间隙尽可能的小即可。如图2和图3所示，夹持装置可以包括夹持臂2、螺杆8、蝶形螺钉1。夹持臂2的数量至少为两个，分别设置于电池单元5整体组的前侧和电池单元5整体组的后侧。每个夹持臂2包括主体部20、第一延伸部21和第二延伸部22，主体部20沿左右方向延伸，第一延伸部21自主体部20的左端倾斜向上或向下延伸形成，第二延伸部22自主体部20的右端倾斜向上或向下延伸形成。螺杆8的数量至少为一个，沿前后方向延伸。第一延伸部21、第二延伸部22分别活动穿设于螺杆8。通过转动蝶形螺钉1可以改变第一延伸部21、第二延伸部22在螺杆8上的位置，进而可以调节主体部20与电池单元5之间的距离，从而可以使超薄平面热管4和电池单元5夹紧。在不损坏电池的情况下，夹持装置通常施加至少2.37psi的夹紧压力，以消除电池单元5和超薄平面热管4之间所有可能的间隙。

本实用新型实施例的电池热管理系统还可以包括刚性的外壳或封装框架，外壳或封装框架配置成至少容纳和保护超薄平面热管4和电池单元5。通过设置刚性的外壳或封装框架可以保护电池热管理系统的所有内部部件。夹持装置可以独立于电池热管理系统的外壳或封装框架设置，也可以附接到电池热管理系统的外壳或封装框架。在图2所示的实施例中，螺杆8既构成夹持装置的一部分，还形成为封装框架的一部分。在该实施例中，电池热管理系统包括4个螺杆8、前板6、后板(图中未标号)和侧板3，前板6和后板上开设有固定孔，螺杆8穿过固定孔并且通过固定螺钉7来分别与前板6和后板固定，侧板3与前板6和后板可以使用焊接、粘贴等方式连接。

通过获取传热相关数据(诸如温度数据)和电化学数据(诸如电池的开路电压、电流和工作电压)、评价电池生热速率、冷却电池热管理系统、评估电池热管理系统的热性能，来实现热调节。

本实用新型实施例的电池热管理系统还可以包括至少一个平面热管用温度传感器91B，至少一个平面热管用温度传感器91B与超薄平面热管4连接，用于检测超薄平面热管4的温度。平面热管用温度传感器91B可以为热电偶。平面热管用温度传感器91B优选地附接到超薄平面热管4的散热部段44，以使温度测量结果更精准。如图4所示，共设置了2个平面热管用温度传感器91B，该2个平面热管用温度传感器91B分别布置在超薄平面热管4的左侧散热部段44和右侧散热部段44。平面热管用温度传感器91B测得的数据被传输到控制装置。

本实用新型实施例的电池热管理系统还可以包括至少一个电池用温度传感器91A，至少一个电池用温度传感器91A与电池单元5连接，用于检测电池单元5的温度。电池用温度传感器91A可以为热电偶。该至少一个电池用温度传感器91A优选地附接到每个电池单元5的表面区域最大的侧部，以使温度测量结果更精准。如图4所示，共设置了9个电池用温度传感器91A，该9个电池用温度传感器91A间隔布置在电池单元5的表面区域最大的侧部。电池用温度传感器91A测得的数据被传输到控制装置。

本实用新型实施例的电池热管理系统还可以包括电压传感器，电压传感器与电池单元5连接，用于检测电池单元5的电压。电池热管理系统还可以包括电流传感器，电流传感器与电池单元5连接，用于检测电池单元5的电流。电压传感器和电流传感器测得的数据被传输到控制装置。

本实用新型实施例的超薄平面热管4、电池热管理系统在使用时，将电池单元5和超薄平面热管4以夹层结构布置，并且利用夹持装置夹紧，热量从电池单元5的表面通过热界面材料层10有效地传导到超薄平面热管4，超薄平面热管4对热量进行传导，利用风冷装置对散热部段44进行强制风冷处理，从而成功地处理了电池单元5的大量热量。本实用新型实施例的电池热管理系统功效已通过其在各种环境温度和高的充放电速率下的出色的热性能得到了证明。

评估电池热管理系统的热性能的方法是计算用于热性能评价的三个标准，该三个标准是电池表面温度、温度不均匀率和超薄平面热管4的平均热阻。图8是热性能测试系统的示意图。该热性能测试系统包括电池驱动子系统108和热性能测试子系统107，其中，电池驱动子系统108包括电池测试系统105、电压源106等，热性能测试子系统107包括恒温箱101，电池测试系统105经路由交换机104与计算机103连接，恒温箱101经数据采集系统102与计算机103连接。数据采集系统102可以包括前述的平面热管用温度传感器91B、电池用温度传感器91A、电压传感器、电流传感器等。

下面提供实施例1来对超薄平面热管4、电池热管理系统、电池系统进行进一步描述。

实施例1

如图1所示，是超薄平面热管4的侧截面图。带有支撑柱阵列41B的第一壳体41A进行亲水处理。第一壳体41A通过支撑柱阵列41B的支撑柱的柱高来确定超薄平面热管4的蒸汽芯厚度。支撑柱阵列41B中的每个支撑柱的高度为150μm-200μm。支撑柱阵列41B中的不同的支撑柱之间的高度差在25μm以下。支撑柱阵列41B中的每个支撑柱的直径为500μm-1000μm，相邻的两个支撑柱之间的距离为直径的1-1.5倍。第一壳体41A的厚度为40μm-50μm。在带有支撑柱阵列41B的第一壳体41A与第二壳体43之间是两层网状材料层42。网状材料层42是具有至少#450的高筛网目数的超亲水处理的铜编织网。两层网状材料层42通过诸如真空退火之类的技术牢固地接合一起。第二壳体43可以是清洁的高导热材料。第二壳体43的厚度可以为40μm-50μm。第一壳体41A和第二壳体43之间进行接合，接合方法可以包括焊接、锡焊、或扩散结合。接合完成后应当避免密封胶产生的不凝性气体。在第二壳体43和第一壳体41A之间封围有适当量的工作流体。

如图2和图3所示，方形的电池单元5由夹持臂2夹持。电池单元5可以是锂离子动力电池。螺杆8沿前后方向延伸，夹持臂2可以沿着螺杆8前后来回移动。附接到螺杆8的蝶形螺钉1可以改变夹持臂2的位置，从而对电池单元5施加力。超薄平面热管4夹设在相邻的两个电池单元5之间。前板6、后板、侧板3和螺钉7固定螺杆8，共同形成封装框架。

如图4所示，是具有单个超薄平面热管4的单个电池单元5的前视图。电池单元5可以包括负极51A、正极51B和压力释放阀52。如图4所示，负极51A、正极51B和压力释放阀52通常朝上设置。多个电池用温度传感器91A直接附接到电池单元5的表面。超薄平面热管4的左右两端分别延伸超出电池单元5的左右两侧形成散热部段44。平面热管用温度传感器91B附接到超薄平面热管4的散热部段44。

如图5所示，是夹层式“电池单元5-超薄平面热管4-电池单元5”的相交部分的侧截面图。超薄平面热管4夹设在两个电池单元5之间，该两个电池单元5带有电池用温度传感器91A。在电池单元5和超薄平面热管4之间的间隙中设置有热界面材料层10。热界面材料层10可以是热硅脂或薄膜相变材料的层。

下面提供实施例2来对电池热管理系统的热性能测试进行进一步描述。

实施例2

如图6所示，是用于热性能测试的包含2个电池单元5和电池热管理系统的电池系统。两个方形的电池单元5通过夹持臂2夹持，夹持臂2可以沿着螺杆8前后移动。附接到螺杆8的蝶形螺钉1可以改变夹持臂2的位置，从而对电池单元5施加力。超薄平面热管4夹设在相邻的两个电池单元5之间。前板6、后板、侧板3和螺钉7固定螺杆8，共同形成封装框架。

在设计和开发热管理系统时，对电池生热情况的评价是关键因素。在不指定电池的生热速率的情况下，无法设计电池热管理系统，因为系统的热负荷是未知的。Bernardi模型是估算锂离子电池的生热速率的最常用的模型。单个电池的生热速率可以简化为由下面的公式计算得到：

式中，Q是电池的生热速率；Eoc是开路电压；Eo是工作电压，也称为端电压；I是流过电池的电流；T是电池的平均温度。

在本实施例中，将上述的电池系统放置在防爆恒温箱101(MSK-TE906-80L-40-1，深圳科晶有限公司)中。通过该防爆恒温箱101，可以将腔室温度用作试验环境温度，并且控制在-40℃至120℃之间，腔室温度的精度为1℃，误差为±0.5℃。将电池单元5的电极连接到电池测试系统105(Neware CT-8004-5V200A-NFTA，深圳新威有限公司)，精度为±0.05％FS。利用路由交换机104(TL-SF1008D Fast Switch，TP-Link)来保持电池测试系统105和计算机103之间的通信。电池测试系统105附接有24个辅助通道(CA-4008-VT-TX，深圳新威有限公司)用于传输温度数据、电流数据和电压数据，也连接到计算机103以显示电池单元5和超薄平面热管4的温度曲线，精度为±0.1℃。

在本实施例中，使用三个标准来评估电池热管理系统的热性能，该三个标准是电池的平均温度T_batt、温度不均匀率Ψ和超薄平面热管4的平均热阻R_mean。在本实施例中，它们可以利用下面的公式计算：

式中，T_batt是电池的平均温度；Ψ是温度不均匀率；R_mean是超薄平面热管4的平均热阻；n是单个电池表面上的温度传感器的数量；T_avg,con是超薄平面热管4的散热部段44的平均温度。

将本实用新型实施例的电池热管理系统和具有裸铜板的电池热管理系统进行比较实验。具有裸铜板的电池热管理系统具有与本实用新型实施例的电池热管理系统相同的配置，不同之处仅在于将本实用新型实施例的超薄平面热管44替换成相同尺寸的铜板。

实验测试结果见图9(a)至图9(f)，在3C条件下即表示电池在三分之一个小时(20分钟)内充满电，在4C条件下即表示电池在四分之一个小时(15分钟)内充满电。根据实验结果，通过利用本实用新型实施例的电池热管理系统，即使在4C充电中，电池表面温度也成功地被控制在42.7℃以下。此外，在每个测试试验中，温度不均匀率均低于7％，并且表面温度的标准偏差小于1.5℃。与使用铜板的电池热管理系统相比，本实用新型实施例的电池热管理系统将电池表面温度、表面温度的标准偏差和热阻分别降低了23.3％、28.4％和62.6％。对于每个超薄平面热管4，通过将非常有限的区域(45mm×88mm)，即散热部段44，暴露于强制风冷，实现了良好的热性能。即使在环境温度高达50℃的情况下，本实用新型实施例的电池热管理系统仍能将电池的平均表面温度控制在57.3℃以下，并且温度均匀性好，从而有效地防止电池寿命缩短。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“一些实施方式”、“一个实施例”、“一些实施例”、或“优选实施方式”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上详细描述了本实用新型的实施方式。然而，本实用新型的方面不限于上述实施方式。在不脱离本实用新型的范围的情况下，各种改型和替换均可以应用到上述实施方式中。

Claims (16)

1.一种超薄平面热管，其特征在于，所述超薄平面热管包括：

第一壳体，所述第一壳体具有亲水处理表面；

第二壳体，所述第二壳体和所述第一壳体配置成封围工作流体；

网状材料层，所述网状材料层设置于所述第一壳体和所述第二壳体之间；以及

支撑柱阵列，所述支撑柱阵列的多个支撑柱彼此间隔地设置于所述第一壳体和所述第二壳体之间，且每个所述支撑柱以所述支撑柱的轴向方向垂直于所述第一壳体的方式设置。

2.根据权利要求1所述的超薄平面热管，其特征在于，

所述第一壳体和所述支撑柱阵列为一体成型。

3.根据权利要求1或2所述的超薄平面热管，其特征在于，

所述第一壳体、所述第二壳体、所述支撑柱的材质均为高导热材料；

所述网状材料层是具有至少#200筛网目数的超亲水处理的铜编织网。

4.根据权利要求3所述的超薄平面热管，其特征在于，

所述网状材料层的数量为两层、三层或四层，多层所述网状材料层沿所述支撑柱的轴向方向叠放，并且所述网状材料层的线径不大于100μm。

5.根据权利要求1或2所述的超薄平面热管，其特征在于，

所述超薄平面热管的总厚度小于1mm；

所述第一壳体的厚度为40μm-80μm；

所述第二壳体的厚度为40μm-50μm；

所述网状材料层的厚度为50μm-400μm；

每个所述支撑柱的高度为150μm-200μm，不同的所述支撑柱之间的高度差不大于25μm，每个所述支撑柱的直径为500μm-1000μm，相邻的两个所述支撑柱之间的距离为所述支撑柱的直径的1-1.5倍。

6.根据权利要求1或2所述的超薄平面热管，其特征在于，

所述超薄平面热管完全地密封并且抽真空到至少1Pa；

所述工作流体为脱气工作流体。

7.一种电池热管理系统，其特征在于，所述电池热管理系统包括：

一个或多个根据权利要求1-6中任一项所述的超薄平面热管，所述超薄平面热管与电池单元接触以便从所述电池单元吸取热量。

8.根据权利要求7所述的电池热管理系统，其特征在于，

所述超薄平面热管夹设于相邻的两个所述电池单元之间。

9.根据权利要求7或8所述的电池热管理系统，其特征在于，

所述超薄平面热管具有延伸超出所述电池单元的至少一个散热部段。

10.根据权利要求9所述的电池热管理系统，其特征在于，

所述电池热管理系统还包括风冷装置，所述风冷装置配置成向所述至少一个散热部段提供冷风以便冷却所述至少一个散热部段。

11.根据权利要求7或8所述的电池热管理系统，其特征在于，

所述超薄平面热管配置成与所述电池单元的表面区域最大的侧部接触。

12.根据权利要求7或8所述的电池热管理系统，其特征在于，

所述电池热管理系统还包括热界面材料层，所述热界面材料层夹设于所述超薄平面热管和所述电池单元之间以便降低接触热阻。

13.根据权利要求7或8所述的电池热管理系统，其特征在于，

所述电池热管理系统还包括夹持装置，所述夹持装置配置成夹紧所述超薄平面热管和所述电池单元以便减小所述超薄平面热管和所述电池单元之间的间隙。

14.根据权利要求7或8所述的电池热管理系统，其特征在于，

所述电池热管理系统还包括刚性的外壳或封装框架，所述外壳或封装框架配置成至少容纳和保护所述超薄平面热管和所述电池单元。

15.根据权利要求7或8所述的电池热管理系统，其特征在于，

所述电池热管理系统还包括：

至少一个平面热管用温度传感器，所述至少一个平面热管用温度传感器与所述超薄平面热管连接，用于检测所述超薄平面热管的温度；

至少一个电池用温度传感器，所述至少一个电池用温度传感器与所述电池单元连接，用于检测所述电池单元的温度；

电压传感器，所述电压传感器与所述电池单元连接，用于检测所述电池单元的电压；

电流传感器，所述电流传感器与所述电池单元连接，用于检测所述电池单元的电流。

16.一种电池系统，其特征在于，所述电池系统包括：

一个或多个电池单元；以及

根据权利要求7-15中任一项所述的电池热管理系统。