CN220731633U - 一种圆柱电池的热管结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种圆柱电池的热管结构，属于电池技术领域；包括，一热管外壳本体，热管外壳本体包括，一外壳体和一设于外壳体内部的内壳体，外壳体与内壳体之间构成一空心结构，空心结构内设有导热源；内壳体内设有一电池，电池的极耳端连接用于吸收导热源热量的冷源。上述技术方案的有益效果是：改善了现有电池组件的结构，对电池能量密度的影响较小，在提升散热效率的基础上控制了电池成本。
Description
技术领域
本实用新型涉及电池技术领域，尤其涉及一种圆柱电池的热管结构。
背景技术
热失控是锂离子电池失效的重要原因之一，电池内部热量的控制和管理是电池发生热失控的因素之一，其决定着电池的最终使用寿命，也是衡量电池安全性能的重要指标。
目前，对于电池内部热量的管理和控制的方法主要有：高性能电池材料的选择，如热稳定性较高的正负极材料，高性能电解液添加剂，高性能隔膜等，优化电池结构，调整电池工作电压区间等；另一方面，将电池工作过程中产生的热量快速地传导出去，是降低电池环境温度、提升电池性能的重要手段。
在现有技术中，提升电池散热的办法通常是在电池外部增设散热机构，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
本实用新型的目的在于，提供一种圆柱电池的热管结构，解决以上技术问题；
一种圆柱电池的热管结构，包括，
一热管外壳本体，所述热管外壳本体包括，
一外壳体和一设于所述外壳体内部的内壳体，所述外壳体与所述内壳体之间构成一空心结构，所述空心结构内设有导热源；
所述内壳体内设有一电池，所述电池的极耳端连接用于吸收所述导热源热量的冷源。
优选地，所述外壳体为圆柱体，所述外壳体的厚度为0.5mm～2mm。
优选地，所述内壳体为圆柱体，所述内壳体的厚度为0.5mm～2mm。
优选地，两个所述圆柱体的底面同心。
优选地，所述底面的半径差为0.1cm～2cm。
优选地，所述导热源为导热液体，所述导热源占所述空心结构体积的1/4～2/3。
优选地，所述冷源为冷水循环系统或石墨烯散热板或制冷机。
优选地，所述导热源为水银或水或硅油或熔融盐。
优选地，所述电池为圆柱体，所述电池的类型包括锂离子电池、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。
优选地，所述内壳体是由金属材料制成，所述外壳体是由不锈钢材料制成。
本实用新型的有益效果是：由于采用以上技术方案，改善了现有电池组件的结构，对电池能量密度的影响较小，在提升散热效率的基础上控制了电池成本。
附图说明
图1是本实用新型的热管结构的示意图；
图2是本实用新型的空心结构中导热源的散热原理图。
附图中：1、热管外壳本体；2、外壳体；3、内壳体；4、空心结构；5、导热源；51、热端；52、冷端；6、冷源。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明，但不作为本实用新型的限定。
一种圆柱电池的热管结构，如图1、图2所示，包括，
一热管外壳本体1，热管外壳本体1包括，
一外壳体2和一设于外壳体2内部的内壳体3，外壳体2与内壳体3之间构成一空心结构4，空心结构4内设有导热源5；
内壳体3内设有一电池，电池的极耳端连接用于吸收导热源5热量的冷源6。
具体地，本实用新型提供了一种圆柱电池的热管结构，主要应用于电池散热，热管结构的换热功率高，可解决圆柱电池散热慢、不同部位散热不均匀的问题，节约成本，从而达到延长电池使用寿命、提升电池安全性的效果。
进一步具体地，电池不工作时，导热源5受重力作用沉积于底部，电池工作过程中发热温度升高，导热源5受热膨胀，导热源由热端51流至冷端52，极耳端连接额外的冷源6，可吸收热量及时降低热管温度。
在一种较优的实施例中，外壳体2为圆柱体，外壳体2的厚度为0.5mm～2mm；内壳体3为圆柱体，内壳体3的厚度为0.5mm～2mm；两个圆柱体的底面同心。
具体地，外壳体2与内壳体3为同心圆柱，外壳体2与内壳体3在电池中起到了保护、隔离、散热和连接等多种作用，确保电池的正常运行和安全性。
在一种较优的实施例中，底面的半径差为0.1cm～2cm。
具体地，形成的半径差构成了空心结构4，便于导热源5受热膨胀，热量流向冷端52，利于冷源6吸收热量，从而降低热管温度，使电池各部位受热均匀。
在一种较优的实施例中，导热源5为导热液体，导热源5占空心结构4体积的1/4～2/3。
具体地，导热源5的体积影响热交换传递的热量以及换热功率，空心结构4的设计可以减少材料的使用量，同时增加热量传导的表面积，提高热量的传递效率，导热源5可以通过空心结构4的内部空间传导热量，使得热量能够更快速地传递到周围环境中，有效控制热管温度，避免过热或过冷的情况发生，同时，空心结构4还可以增加散热的表面积，提高散热效果，保证电池的正常工作温度。
在一种较优的实施例中，冷源6为冷水循环系统或石墨烯散热板或制冷机。
具体地，避免了电池组件的增加，节约成本，又能有效提高散热率。
在一种较优的实施例中，导热源5为水银或水或硅油或熔融盐。
具体地，导热源5将热量从一个地方传递到另一个地方，以水银或水或硅油或熔融盐作为导热介质，具有较高的热传导性能，能有效实现散热。
在一种较优的实施例中，电池为圆柱体，电池的类型包括锂离子电池、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，应用范围广，适应度高。
在一种较优的实施例中，内壳体3由导热性能较好的金属材料制成，如铜、铝、铁、碳钢中的一种或者其中两种或多种的合金，优选铜铝合金，外壳体2由不锈钢材料制成。
具体地，本实用新型所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；对电池内部所有原料的来源并没有特殊的限制，为符合工艺要求的市售材料即可；设计使用NCM811为正极，石墨材料为负极，制作4680电池，设计容量为30Ah。
为了进一步说明本实用新型，以下结合实施例对本实用新型进行详细描述，
对比例为常规4680电池结构，外壳为普通镀镍钢板；实施例1的电池外壳采用热管结构，内壳材质为纯铝，外壳材质为不锈钢，内外壳厚度为3mm，热管内填充物为去离子水，外接循环水冷系统；实施例2与实施例1的区别在于，内外壳厚度为8mm；实施例3与实施例1的区别在于，内壳材质为铜铝合金；实施例4与实施例1的区别在于，导热管内填充物为硅油；实施例5与实施例1的区别在于，外接石墨烯散热板。
更进一步地，为了验证本实用新型实施例的进步性，分别对实施例1～实施例5和对比例进行了测试，测试结果如下表所示，
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，但可以有效提升电池的热转换效率。
对比对比例和实施例1，相较常规外壳结构，热管可以将电池工作过程中产生的热量快速传导出去，热管内液体受热后膨胀流动，传输到圆柱电池顶端并且释放热量；同时，外壳外层连接有冷源6，可以彻底将热量传导出去，热管结构和冷源6的结合可以提升电池的散热效率。
对比实施例2和实施例1，热管外壳内外壳间距增加，则热管中导热液体的量增多，每次热交换传递的热量增多，换热功率增大。
对比实施例3和实施例1，热管内壳换为铜铝合金，其导热系数大，因此对于热量的传递增多，换热功率增大，但是铜铝合金密度大，因此导致外壳质量增加，进一步影响电池的质量能量密度。
对比实施例4和实施例1，将导热管内的液体换为硅油，硅油的导热系数较高，每次可传输更多的热量，因此导热效率较高。
对比实施例5和实施例1，与循环水相比，石墨烯散热板的热传导效率更高。
综上，本实用新型提供的一种圆柱电池的热管结构，用于电池领域，电池工作过程中发热温度升高，液体受热膨胀，流动至极耳端，极耳端连接额外的冷源6，可吸收热量及时降低热管温度，该热管外壳换热功率高，可解决圆柱电池散热慢、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。
以上所述仅为本实用新型较佳的实施例，并非因此限制本实用新型的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本实用新型说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本实用新型的保护范围内。
Claims (10)
1.一种圆柱电池的热管结构，其特征在于，包括，
一热管外壳本体(1)，所述热管外壳本体(1)包括，
一外壳体(2)和一设于所述外壳体(2)内部的内壳体(3)，所述外壳体(2)与所述内壳体(3)之间构成一空心结构(4)，所述空心结构(4)内设有导热源(5)；
所述内壳体(3)内设有一电池，所述电池的极耳端连接用于吸收所述导热源(5)热量的冷源(6)。
2.根据权利要求1所述的圆柱电池的热管结构，其特征在于，所述外壳体(2)为圆柱体，所述外壳体(2)的厚度为0.5mm～2mm。
3.根据权利要求1所述的圆柱电池的热管结构，其特征在于，所述内壳体(3)为圆柱体，所述内壳体(3)的厚度为0.5mm～2mm。
4.根据权利要求3所述的圆柱电池的热管结构，其特征在于，两个所述圆柱体的底面同心。
5.根据权利要求4所述的圆柱电池的热管结构，其特征在于，所述底面的半径差为0.1cm～2cm。
6.根据权利要求1所述的圆柱电池的热管结构，其特征在于，所述导热源(5)为导热液体，所述导热源(5)占所述空心结构(4)体积的1/4～2/3。
7.根据权利要求1所述的圆柱电池的热管结构，其特征在于，所述冷源(6)为冷水循环系统或石墨烯散热板或制冷机。
8.根据权利要求6所述的圆柱电池的热管结构，其特征在于，所述导热源(5)为水银或水或硅油或熔融盐。
9.根据权利要求1所述的圆柱电池的热管结构，其特征在于，所述电池为圆柱体，所述电池的类型包括锂离子电池、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。
10.根据权利要求1所述的圆柱电池的热管结构，其特征在于，所述内壳体(3)是由金属材料制成，所述外壳体(2)是由不锈钢材料制成。
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