一種圓柱型動力電池組的冷卻裝置與方法與流程
2023-06-03 20:26:31 2
本發明涉及部件的散熱，尤其涉及一種圓柱型動力電池組的冷卻裝置與方法。
背景技術：
動力電池因其能量密度高、循環壽命長、綠色環保性能高等優點，成為電動汽車和混合動力汽車等電動設備的動力電源。然而，動力電池在充放電過程中會產生大量熱量，導致電池溫度升高，尤其對整個動力電池組而言，處於中心位置的電池的散熱效果最差，造成整個電池組的溫差較大；同時，電池在高溫條件下工作會導致電池壽命較低。合理的控制動力電池的工作溫度對保證電池的性能、安全和壽命至關重要。因此，有必要對動力電池組採取合適的冷卻結構及方法。
目前，對動力電池組的冷卻方式主要有空氣冷卻、液體冷卻和相變材料冷卻。空氣冷卻能力弱，隨著動力電池組能量密度的不斷提高，空冷將難以滿足高能量密度的動力電池的熱管理的需要；液體冷卻存在漏液的可能性；相變材料冷卻不僅需要考慮相變材料的物性，也要兼顧相變材料的封裝等問題。圓柱型動力電池因生產線成熟、成本低、成組散熱性好、一致性較好、安全性能好等優點受到越來越多的關注和青睞，如何更好地進行圓柱型動力電池的電池熱管理至關重要，然而，對於較大規模成包安裝的動力電池系統，採用以上冷卻方式難以兼顧結構簡單緊湊和散熱效果好兩方面。相比而言，熱管因其具有良好的啟動性能、等溫性能、高導熱性能、無需電力驅動等優點，可對動力電池進行有效的冷卻。將扁平熱管應用於圓柱型動力電池組冷卻，可增加電池與熱管之間的接觸面積，提高導熱能力，有效地降低電池的溫度，提高電池的使用性能。
技術實現要素：
本發明的目的在於克服上述現有技術的缺點和不足，提供一種結構簡單、散熱效果好、安全可靠的圓柱型動力電池組的冷卻裝置與方法。
本發明通過下述技術方案實現：
一種圓柱型動力電池組的冷卻裝置，包括電池組2及其冷卻結構；該冷卻結構包括分布在電池組2兩個側面的內部有循環流動冷卻工質的冷卻通道1、將電池組2產生的熱量傳遞給冷卻通道1的通道本體的熱管3；
電池組2產生的熱量通過熱管3間接傳遞給冷卻通道1的通道本體，冷卻通道1內循環流動的冷卻工質將電池組2產生的熱量帶走。
所述熱管3的蒸發端3-1伸入電池組2內部並接觸電池外表面，冷凝端3-2伸出電池組外部並接觸通道本體。
所述電池組2由若干個電池單體構成的數個排狀電池組子陣列，每一排電池組子陣列均由導熱套管4圍固，各相鄰電池單體之間具有間隙，即不接觸；
所述熱管3也是由數根扁平狀單體熱管構成的一個熱管陣列，熱管陣列的各蒸發端3-1均與各組電池組子陣列的導熱套管4緊密貼合，冷凝端3-2具有一折彎部，折彎部伸入通道本體上開設的槽道內並緊密貼合；
電池組2產生的熱量通過熱管陣列間接傳遞給冷卻通道1的通道本體，通過冷卻通道1內循環流動的冷卻工質將電池組2產生的熱量帶走，實現熱交換。
所述冷卻通道1內冷卻工質入口統一與分液器相連，冷卻工質出口統一與集液器相連，即冷卻工質通過分液器流入冷卻通道1，最後由集液器統一收集。
所述熱管3為微孔槽燒結複合吸液芯式熱管。
所述蒸發端3-1與導熱套管4之間的接觸面以及冷凝端3-2與通道本體槽道的接觸面均塗覆有導熱矽膠6，以增大它們之間的接觸面積。
所述蒸發端3-1的長度方向與電池單體的長度方向相互垂直。
一種動力電池組散熱方法，其包括如下步驟：
電池組2產生的熱量依次傳導給導熱套管4、蒸發端3-1、冷凝端3-2、通道本體、冷卻工質；冷卻工質通過分液器持續在冷卻通道1內流動並帶走電池組產生的熱量，最後由集液器統一收集，實現電池組的散熱。
所述冷卻工質為冷卻液。
本發明相對於現有技術，具有如下的優點及效果：
本發明通過扁平熱管與電池組的結合，將電池組的熱量通過扁平熱管傳遞到冷卻通道中，其中扁平熱管根據電池的布置方式進行設計，熱管蒸發端與單體電池緊密貼合，能有效地將單體電池包括處於中心位置處的單體電池的熱量進行散熱。
本發明的熱管採用的是微孔槽燒結複合吸液芯扁平熱管。其內的軸向微孔槽燒結複合吸液芯在蒸發段提供了附加的蒸發通道；微溝槽及微型齒的存在提高了管壁與吸液芯的結合面積和結合強度，減少了接觸熱阻。該熱管較之普通的燒結熱管毛細限更大、啟動性能及導熱性能更好、抗重力性能更強，有利於滿足不同工況和路況下電動汽車的動力電池的散熱要求。
本發明將冷卻流道布置在電池包兩側，扁平熱管的冷凝端伸入到冷卻通道內側的槽道內，實現了熱管冷凝端與冷卻通道的間接接觸，可有效避免冷卻通道中冷卻液的漏液而引起的電池組安全問題。同時，冷卻流道結構簡單，冷卻液流動過程中阻力較小，有利於減小熱管理系統的二次能耗。
本發明導熱套管一側與電池組貼合，另一側與熱管蒸發端貼合。導熱套管採用的高複合材料具有較強的導熱和耐腐蝕等優點，導熱套管具有弧形段與直線段，即呈波浪狀的結構設計，既起到了固定電池組的作用，又起到了增加電池的散熱面積，加強電池的散熱。本發明相鄰電池並不直接接觸，同時導熱套管絕緣，避免了單體電池之間的直接接觸，從而減少單體電池產熱時的互相影響。
本發明採用熱管對電池組進行散熱，整個裝置結構緊湊，佔地空間小，布置靈活，且方便單體電池之間的聯接。本發明結構簡單、環保節能、易於安裝、維護方便，可解決圓柱型動力電池組在不同的工作條件下的散熱以減少電池組的最高溫度和整體溫差，具有良好的應用前景。
附圖說明
圖1為本發明圓柱型動力電池組的冷卻裝置結構示意圖。
圖2為圖1的俯視結構示意圖。
圖3為本發明電池組的俯視結構示意圖。
圖4為本發明熱管與冷卻通道的結合狀態示意圖。
圖5為本發明熱管的結構示意圖。
具體實施方式
下面結合具體實施例對本發明作進一步具體詳細描述。
實施例
如圖1至5所示。本發明公開了一種圓柱型動力電池組的冷卻裝置，包括電池組2及其冷卻結構；該冷卻結構包括分布在電池組2兩個側面的內部有循環流動冷卻工質的冷卻通道1、將電池組2產生的熱量傳遞給冷卻通道1的通道本體的熱管3；
電池組2產生的熱量通過熱管3間接傳遞給冷卻通道1的通道本體，冷卻通道1內循環流動的冷卻工質將電池組2產生的熱量帶走。
所述熱管3的蒸發端3-1伸入電池組2內部並接觸電池外表面，冷凝端3-2伸出電池組外部並接觸通道本體。這種結構實現了熱管3冷凝端3-2與冷卻通道1的間接接觸，可有效避免冷卻通道1中冷卻工質(液)的漏液而引起的電池組安全問題。同時，冷卻流道結構簡單，冷卻液流動過程中阻力較小，有利於減小熱管理系統的二次能耗。
所述電池組2由若干個電池單體構成的數個排狀電池組子陣列，每一排電池組子陣列均由導熱套管4圍固，各相鄰電池單體之間通過導熱套管4的弧形段與直線段隔開，即具有間隙，使各相鄰電池單體之間不接觸；同時導熱套管4絕緣，避免了單體電池之間的直接接觸，從而也減少單體電池產熱時的互相影響。
所述熱管3也是由數根扁平狀單體熱管構成的一個熱管陣列，熱管陣列的各蒸發端3-1均與各組電池組子陣列的導熱套管4緊密貼合，冷凝端3-2具有一折彎部，折彎部伸入通道本體上開設的槽道內並緊密貼合；
電池組2產生的熱量通過熱管陣列間接傳遞給冷卻通道1的通道本體，通過冷卻通道1內循環流動的冷卻工質將電池組2產生的熱量帶走，實現熱交換。
所述冷卻通道1內冷卻工質入口統一與分液器相連，冷卻工質出口統一與集液器相連，即冷卻工質通過分液器流入冷卻通道1，最後由集液器統一收集。
所述熱管3為微孔槽燒結複合吸液芯式熱管；其內的軸向微孔槽燒結複合吸液芯在蒸發段提供了附加的蒸發通道；微溝槽及微型齒的存在提高了管壁與吸液芯的結合面積和結合強度，減少了接觸熱阻。該熱管較之普通的燒結熱管毛細限更大、啟動性能及導熱性能更好、抗重力性能更強，有利於滿足不同工況和路況下電動汽車的動力電池的散熱要求。
所述蒸發端3-1與導熱套管4之間的接觸面以及冷凝端3-2與通道本體槽道的接觸面均塗覆有導熱矽膠6，以增大它們之間的接觸面積，以減小接觸熱阻。
導熱矽膠6採用xk-p10ld系列。導熱套管4採用的高導熱複合材料的熱阻較低，重量較輕；採用導熱套管可將各電池單體之間隔開一定距離，即相鄰電池單體並不直接接觸，同時導熱套筒絕緣，避免了單體電池之間的直接接觸，從而減少單體電池產熱時的互相影響。既可減小電池組整體重量，也起到固定電池的作用。又起到了增加電池的散熱面積，加強電池組的散熱。
所述蒸發端3-1的長度方向與電池單體的長度方向相互垂直。
本發明動力電池組散熱方法可通過如下步驟實現：電池組2產生的熱量依次傳導給導熱套管4、蒸發端3-1、冷凝端3-2、通道本體、冷卻工質；冷卻工質通過分液器持續在冷卻通道1內流動並帶走電池組產生的熱量，最後由集液器統一收集，實現電池組的散熱。
所述冷卻工質為冷卻液。
如上所述，便可較好地實現本發明。
本發明的實施方式並不受上述實施例的限制，其他任何未背離本發明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護範圍之內。