CN220253332U - 一种电池用热管外壳 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种电池用热管外壳，包括：壳体，所述壳体为由内侧壁和外侧壁构成的双层壳体，其中，所述壳体的内侧壁的内部形成有空腔以容纳电池，在所述内侧壁和外侧壁中间形成有环状的容置腔；多根导热管，多根所述导热管设于所述容置腔内并且一端连接所述内侧壁另一端连接所述外侧壁。根据本实用新型的电池用热管外壳，结构简单，换热效率高，可解决电池散热慢、不同部位散热不均匀的问题，进一步延长电池使用寿命、提高电池安全性。
Description
技术领域
本实用新型涉及电池技术领域，具体涉及一种电池用热管外壳。
背景技术
电池的结构包括：外壳、盖帽、正极、负极、隔膜、电解液、PTC元件、垫圈、安全阀等。电池外壳为电池的负极，盖帽为电池的正极，电池外壳采用镀镍钢板。电池内部由正极、隔膜、负极重叠卷绕组成。重叠卷绕结构导致圆柱电池在工作过程中出现内部温度高外部温度较低的情况，且内部热量散发较慢从而影响电池的使用寿命和安全性能。
通常，镀镍钢材料作为圆柱电池的负极，在电池工作过程中发挥着重要的作用。除了正常的充放电功能外，其散热性能也是影响电池性能的主要因素之一。为了提升圆柱电池的散热效率，改善电池的使用寿命，通常在电池外部增设散热机构。该方法不仅会导致电池组部件增多，电池能量密度降低，另一方面也增加了成本。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型提供一种电池用热管外壳，结构简单，能够解决圆柱电池散热慢、不同部位散热不均匀的问题。
为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案：
根据本实用新型实施例的电池用热管外壳，包括：
壳体，所述壳体为由内侧壁和外侧壁构成的双层壳体，其中，所述壳体的内侧壁的内部形成有空腔以容纳电池，在所述内侧壁和外侧壁中间形成有环状的容置腔；
多根导热管，多根所述导热管设于所述容置腔内并且一端连接所述内侧壁另一端连接所述外侧壁。
进一步地，所述壳体为柱状，所述壳体为金属材料制件。
进一步地，所述容置腔的两侧间距为1～3cm。
进一步地，所述导热管为封闭管，所述导热管水平或倾斜设于所述容置腔内。
进一步地，所述导热管倾斜设于所述容置腔内，所述导热管的低端连接所述壳体的内侧壁且高端连接所述壳体的外侧壁，所述导热管内填充有导热液体。
进一步地，所述导热管在所述容置腔内在所述壳体的周向上均匀排布，且在所述壳体的轴向方向上下均匀布设。
进一步地，所述导热管为金属、碳纤维或石墨烯材料制件，其中，在选用金属材料制件的情况下，靠近所述壳体的内侧壁的一端涂有绝缘层。
进一步地，所述导热管的长度为10～85.4mm，直径为2～10mm，所述导热管设置时与水平面的角度为0～82.5°。
进一步地，所述导热液体包括水银、水、硅油或熔融盐中的任一种。
进一步地，所述壳体的外侧壁上还连接有冷源，所述冷源为冷水循环系统、石墨烯散热板、或制冷机。
本实用新型的上述技术方案至少具有如下有益效果之一：
根据本实用新型实施例的电池用热管外壳，包括：壳体以及多根导热管，其中，壳体为由内侧壁和外侧壁构成的双层壳体，壳体的内侧壁的内部形成有空腔以容纳电池，在壳体内侧壁和外侧壁的中间形成有环状的容置腔，多根导热管设于容置腔内并且一端连接内侧壁另一端连接外侧壁，由此，通过在壳体内侧壁和外侧壁之间容置腔内设置的多根导热管对壳体内部空腔内放置的电池对外进行导热，结构简单，换热效率高，可解决电池散热慢、不同部位散热不均匀的问题，进一步延长电池使用寿命、提高电池安全性。
附图说明
图1为本实用新型实施例的电池用热管外壳的结构示意图；
图2为本实用新型实施例的电池用热管外壳的导热管的散热示意图。
附图标记：100.壳体；110.空腔；120.容置腔；200.导热管；210.热端；220.冷端。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例的附图，对本实用新型实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本实用新型的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
除非另作定义，本实用新型中使用的技术术语或者科学术语应当为本实用新型所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本实用新型中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也相应地改变。
下面首先结合附图具体描述根据本实用新型实施例的电池用热管外壳。
根据本实用新型实施例的电池用热管外壳，如图1所示，可以包括：壳体100和多根导热管200。
其中，壳体100为由内侧壁和外侧壁构成的双层壳体，其中，壳体100的内侧壁的内部形成有空腔110以容纳电池，在内侧壁和外侧壁中间形成有环状的容置腔120。
多根导热管200设于容置腔120内并且一端连接内侧壁另一端连接外侧壁。
根据本实用新型实施例的电池用热管外壳，设置柱状的壳体100，壳体100为由内侧壁和外侧壁构成的双层壳体，其中，在壳体100的内侧壁的内部设置空腔110来放置电池，而在内侧壁和外侧壁中间形成有环状的容置腔120内设置多根导热管200，且导热管200地一端连接内侧壁另一端连接外侧壁，由此，空腔内的电池在工作过程中发热温度升高时，通过容置腔120内的导热管200来对空腔110内的电池对外进行导热，结构简单，换热效率高，可解决电池散热慢、不同部位散热不均匀的问题，进一步延长电池使用寿命、提高电池安全性。
具体地，在壳体100的内、外侧壁形成的容置腔120中放置导热管200，导热管200的一端连接壳体100的内侧壁即靠近空腔110的侧壁，另一端连接壳体100的外侧壁，从而将空腔110内电池的热量由壳体100的内侧壁传导至外侧壁，最终通过外侧壁流入外界环境中，实现对空腔110内电池的高效散热，以提高电池使用寿命。该结构导热管200不会直接暴露在外，因此更加稳固，使用寿命长。
此处，需要说明的是，在一些实施例中，热管外壳还可以是单层壳体，即导热管直接连接在壳体内壁，使用时将热管外壳直接套在电池上以使导热管与电池连接。
优选地，壳体100为柱状，壳体100为金属材料制件。
金属材料制件导热性好，壳体采用金属材料制件可以进一步提升散热地效率，具体地，可以根据实际需求，例如，壳体100可以选用铁、钢、铜等金属材料制件。
优选地，容置腔120的两侧间距为1～3cm。
设置容置腔120的两侧间距为1～3cm时，既可以保证能容置导热管200，又不会使得电池整体体积过大，节省电池占用空间。
在一些实施例中，如图1、2所示，导热管200为封闭管，导热管200水平或倾斜设于容置腔120内。
具体地，根据导热管200的长度和对应的容置腔120间距的大小，选择水平或倾斜设置导热管200。导热管200水平或倾斜设置时，导热管200的接触内侧壁一端与电池之间发生热传导温度较高，而接触外侧壁一端则温度较低，从而通过导热管内的导热液体在内侧壁和外侧壁之间发生热传导，对电池起到散热的作用。
在一些实施例中，导热管200倾斜设于容置腔120内，导热管200的低端连接壳体100的内侧壁且高端连接壳体100的外侧壁，导热管200内填充有导热液体。
具体地，导热管200倾斜设于容置腔120内时，其低端连接壳体的内侧壁，高端连接壳体100的外侧壁，在空腔110内的电池发热时，热量由导热管200的低端(即热端210)通过导热管内200填充的导热液体，传导至导热管200的高端(即冷端220)，有利于热量的传导。
在一些实施例中，导热管200在容置腔120内在壳体100的周向上均匀排布，且在壳体100的轴向方向上下均匀布设。
由此提升了空腔110内的电池的散热速率，且不同部位散热更加均匀。
在一些实施例中，导热管200与壳体100通过胶粘或点焊方式连接。
由此使得导热管200与壳体100连接时，不易破坏壳体100本身结构，该结构简单、稳固、加工成本低。
在一些实施例中，导热管200为金属、碳纤维或石墨烯材料制件，其中，选用金属材料制件时，靠近壳体100的内侧壁的一端涂有绝缘层。
具体地，导热管200可以选用金属、碳纤维或石墨烯材料制件时，这些材料的导热效率高，而在选用金属材料制件时，靠近壳体100的内侧壁的一端涂有绝缘层以防止空腔110内电池漏电，起到保护效果。
优选地，导热管200的长度为10～85.4mm，直径为2～10mm，导热管200设置时与水平面的角度为0～82.5°。
具体地，上述参数是对应于在容置腔的两侧间距分别取最小值1cm和最大值3cm时，单侧容置腔内放置一个导热管而进行关联设计得出。
换言之，根据容置腔的两侧之间的间距、以及管长，可以得到相应的倾斜角度，而根据容置腔的两侧之间的间距、以及倾斜角度，可以得到相应的管长。
优选地，导热液体包括水银、水、硅油或熔融盐中的任一种。
具体地，根据实际需要，参照介质导热系数，来选用水银、水、硅油或熔融盐中的一种作为导热液体。
在一些实施例中，壳体100的外侧壁上还连接有冷源。
通过在壳体100的外侧壁上连接冷源，来吸收导热管200导出的热量，避免导出的热量淤积在壳体100的外侧壁，从而改善导热管200向外排出热量的效率。
其中，冷源可以为冷水循环系统、石墨烯散热板、或制冷机。
需要说明的是，本实用新型实施例的电池用热管外壳所适用的电池类型包括但不限于锂离子电池、锂金属电池、燃料电池、空气电池、钠硫电池、镉镍电池、氢镍电池等，优选为锂离子电池。此外，对电池内部所有原料的来源并没有特殊的限制，符合工艺要求即可。
以下结合实施例对本实用新型实施例的电池用热管外壳进一步详细说明。
下述实施例中，均采用NCM811为正极，石墨材料为负极，制作的4680电池，电池容量为30Ah。
实施例1
采用双层镀镍钢材质的电池用热管外壳，容置腔的间距为12mm，内侧壁的壳直径为46mm，高度为80mm；导热管直径4mm，长度为12mm，导热管设置时与水平面呈0°，导热管内导热介质为去离子水，电池用热管外壳的外侧壁外接循环水冷系统。
实施例2
与实施例1的区别在于，导热管直径为6mm。
实施例3
与实施例1的区别在于，容置腔的间距为14mm，导热管长度为22mm。
实施例4
与实施例1的区别在于，导热管与水平面的角度为45°，导热管长度为17mm。
实施例5
与实施例1的区别在于，导热管内填充物为硅油。
实施例6
与实施例1的区别在于，外接石墨烯散热板。
对比例
为常规4680电池结构，外壳为普通镀镍钢板。
对于上述各实施例和对比例中得到的电池，测定电池用热管外壳的换热功率，如表1所示。
表1各实施例和对比例中得到的电池用热管外壳的换热功率结果
对比对比例和实施例1，可以分析得出，相较常规外壳结构，采用电池用热管外壳，在电池工作过程中产生的热量可以更快速传递给导热管的一端，导热管内液体受热后膨胀流动，传输到导热管的另一端并且释放热量。同时，外壳外层连接有冷源，可以彻底将热量传导出去。导热管结构和冷源系统的结合可以提升电池的散热效率。
对比实施例1和实施例2，可以分析得出，随着导热管直径增加，导热管靠近电池的一端的接触面增大，每次传导热量的载体增多，导热效率提升，表现为换热功率增大。
对比实施例1和实施例3，可以分析得出，随着壳体的容置腔间距和导热管长度增加，导热介质传输路程增加，每次承载的热量不变，导致导热效率有所下降。
对比实施例1和实施例4，可以分析得出，随着导热管在容置腔内设置的倾斜角度增大，导热管长度增加，传输距离增加，导热液体在传输过程中不能将热量直接输送至冷端，有一部分热量转移至外壳内外夹层中间，导致导热效率降低。
对比实施例1和实施例5，可以分析得出，将导热管内的导热介质换为硅油，硅油的导热系数相对于去离子水较高，每次可传输更多的热量，因此导热效率较高。
对比实施例1和实施例6，可以分析得出，与冷源采用循环水相比，石墨烯导热效率高于循环水，故采用石墨烯散热板作为冷源的热传导效率更高。
由上述测试结果可知，电池热管外壳重量较轻，与常规外壳相比，对于电池能量密度的影响较小。热管内部导热管的尺寸和排布方式对于电池的导热效果有影响，即导热管的导热效率随长度的增加而降低，随倾斜角度的增加而降低。
此外，外接冷源种类也影响电池的导热功率，外接冷源种类热传导效率越高，从而使得电池用热管外壳的导热效率越高。
以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (10)
1.一种电池用热管外壳，其特征在于，包括：
壳体，所述壳体为由内侧壁和外侧壁构成的双层壳体，其中，所述壳体的内侧壁的内部形成有空腔以容纳电池，在所述内侧壁和外侧壁中间形成有环状的容置腔；
多根导热管，多根所述导热管设于所述容置腔内并且一端连接所述内侧壁另一端连接所述外侧壁。
2.根据权利要求1所述的电池用热管外壳，其特征在于，所述壳体为柱状，所述壳体为金属材料制件。
3.根据权利要求1所述的电池用热管外壳，其特征在于，所述容置腔的两侧间距为1～3cm。
4.根据权利要求1所述的电池用热管外壳，其特征在于，所述导热管为封闭管，所述导热管水平或倾斜设于所述容置腔内。
5.根据权利要求4所述的电池用热管外壳，其特征在于，所述导热管倾斜设于所述容置腔内，所述导热管的低端连接所述壳体的内侧壁且高端连接所述壳体的外侧壁，所述导热管内填充有导热液体。
6.根据权利要求5所述的电池用热管外壳，其特征在于，所述导热管在所述容置腔内在所述壳体的周向上均匀排布，且在所述壳体的轴向方向上下均匀布设。
7.根据权利要求5所述的电池用热管外壳，其特征在于，所述导热管为金属、碳纤维或石墨烯材料制件，其中，在选用金属材料制件的情况下，靠近所述壳体的内侧壁的一端涂有绝缘层。
8.根据权利要求5所述的电池用热管外壳，其特征在于，所述导热管的长度为10～85.4mm，直径为2～10mm，所述导热管设置时与水平面的角度为0～82.5°。
9.根据权利要求5所述的电池用热管外壳，其特征在于，所述导热液体包括水银、水、硅油或熔融盐中的任一种。
10.根据权利要求1所述的电池用热管外壳，其特征在于，所述壳体的外侧壁上还连接有冷源，所述冷源为冷水循环系统、石墨烯散热板、或制冷机。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |