一種基於脈動熱管的動力電池熱管理系統的製作方法
2023-06-01 15:38:46
專利名稱：一種基於脈動熱管的動力電池熱管理系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及動力電池熱管理系統，尤其涉及一種基於脈動熱管的動力電池熱管理系統。
背景技術：
隨著能源危機與環境汙染等問題的日益突出，以及世界各國對節能減排與環保認識的不斷加深，依靠動力電池驅動的電動汽車與混合動力汽車等電動設備必然成為清潔能源發展的趨勢。尤其是電動汽車，通過動力電池提供動力，無汙染物排放，同時比燃油車更具經濟性，已引起世界範圍內的普遍重視。由於動力電池在充放電過程中，內部化學反應複雜，尤其是大尺寸以及大電流放電過程中，電池內部迅速產生大量的熱，熱量的堆積必然引起電池溫度升高，進而使電池性能下降，甚至可能會出現漏液、放氣、冒煙等現象，嚴重時電池發生劇烈燃燒且發生爆炸，影響整車性能。因此，動力電池嚴重製約著電動汽車等的發展。近年來，電池熱管理的迫切需求已引起許多電動汽車生產廠商和電池製造商的關注，目前，市場上動力電池普遍都採用最為簡單的空氣冷卻方式，極少採用其它的冷卻方式。專利號為ZL200920055746. 7和ZL200920060473. 5的中國實用新型專利公開了帶有相變材料與高效散熱的兩種動力電池裝置，兩種方式均有一定的熱管理效果，但前者相變材料的熱量僅通過電池箱體板與外界交換，後者加工製作比較麻煩。公開號為CN201646430U 的中國臺灣專利公開了一種車用電池散熱模塊，該模塊散熱裝置流道並未考慮動力電池充放電時產熱機理，散熱效果優先，且未考慮到熱量的再利用。公開號為CN201421869的中國實用新型專利公開了一種包括散熱器、熱電元件及熱管的電池散熱裝置，該裝置中所用熱管已插入方式與收容架接觸，熱阻較大，且散熱能力優先，同樣未考慮電池產熱特性以及熱量循環利用。
發明內容
本發明的目的在於克服上述現有技術的缺點和不足，提供一種基於脈動熱管的動力電池熱管理系統，與現有技術相比具有散熱量大，散熱效率高，加工簡單，能高效的解決動力電池高溫散熱、低溫加熱保溫以及熱量循環利用的技術問題。本發明通過下述技術方案實現一種基於脈動熱管的動力電池熱管理系統，包括模塊箱體、模塊箱體頂蓋，在模塊箱體內放置有至少兩個電池組單體殼體，每個電池組單體殼體內放置有至少兩塊以上由電池單體串連或者並聯構成的電池模塊組，其特徵在於所述每塊電池單體的表面分布有來回彎折呈排狀的脈動熱管，所述脈動熱管分為蒸發端和冷凝端，所述蒸發端與電池單體表面貼合，所述冷凝端伸出電池單體表面之外。所述脈動熱管的蒸發端開有充液口。所述模塊箱體的內底部設置有緊固凸肩，該緊固凸肩用於隔開電池組單體殼體。
所述蒸發端通過導熱粘合劑與電池單體表面粘合。所述模塊箱體頂蓋為多孔平板，或者實心密封平板。所述模塊箱體兩端的冷凝端伸出模塊箱體外部。所述模塊箱體內填充有液體或固體相變材料。當模塊箱體內填充有液體或固體相變材料時，模塊箱體的頂蓋以及模塊箱體本省均為密封的實心平板，所述模塊箱體開設有流體入口和流體出口。所述來回彎折呈排狀的脈動熱管，由一端至另一端之間的排序間隔為逐漸增大或者逐漸變小。所述脈動熱管由高導熱銅材或者輕質高導熱鋁材製成。與現有技術相比本發明的有益效果在於本發明通過各種熱管尤其是脈動熱管與電池的巧妙結合，將電池熱量通過脈動熱管等傳遞到電池本體外的環境中去，其中脈動熱管或其它熱管均依據電池產熱的不均衡性合理設計，具有散熱量大，散熱效率高，加工簡單等優點，能高效的解決動力電池高溫散熱、低溫加熱保溫以及熱量循環利用等各種問題。本發明的模塊箱體可根據內部填充是固體還是液體等選擇實心平板或多孔平板等加工製作，同時，模塊箱體底部的凸肩等可與模塊箱體整體鑄造而成，急能緊固電池又結構簡單。脈動熱管的冷凝端可根據箱體結構選擇是包裹在模塊箱體內部還是伸出模塊箱體，電池模塊組整體散熱功能可與整車設計相匹配。本發明的電池模塊組，既能在高溫環境下散熱，同時具備低溫環境中加熱電池以及保持恆定溫度，使各個電池單體達到最佳工作溫度，且在低溫環境中能通過合理設計將電池再次放電中產生的熱量用於加熱車廂內，為車廂供暖。本發明具有高效、節能、環保、結構簡單、成本低、安裝方便、運行穩定且可靠，功能多樣化等優點。在無需外力或無需額外電池電能消耗、各種充放電情況下，對動力電池進行高效熱管理，包括散熱、加熱、工作溫度控制、餘熱循環利用等，適用於各種依靠動力電池驅動的電動設備，具有廣闊的市場前景。
圖1為本發明基於脈動熱管的動力電池熱管理系統的結構示意圖。圖2圖1的俯視結構示意圖。圖3是本發明採用多孔平板箱體頂蓋時的俯視結構示意圖。圖4是本發明電池組單體殼體與電池模塊組的結構示意圖。圖5是本發明電池單體表面布局的脈動熱管結構示意圖。圖6是本發明脈動熱管結構示意圖。圖7是本發明電池單體表面布局的脈動熱管另一種結構示意圖。圖8是本發明模塊箱體另一種結構示意圖。
具體實施例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，但本發明的實施方式不限於此，對於未特別註明的工藝參數，可參照常規技術進行。實施例
如圖1所示，本發明基於脈動熱管的動力電池熱管理系統，在無需額外動力的情況下，通過脈動熱管3將電池單體產生的熱量轉移到電池模塊外部環境中，對電池進行高效的熱管理。本系統包括模塊箱體4、模塊箱體頂蓋2，在模塊箱體4內放置有至少兩個電池組單體殼體6，每個電池組單體殼體6內放置有至少兩塊以上由電池單體1串連或者並聯構成的電池模塊組，所述每塊電池單體1的表面分布有來回彎折呈排狀的兩路脈動熱管3。 如圖5所示，所述脈動熱管3分為蒸發端9和冷凝端8，所述蒸發端9與電池單體1表面貼合，所述冷凝端8伸出電池單體1表面之外。對於冷凝端非自然對流換熱時，可不設置如圖 2所示的電池組單體殼體6。圖2所示，所述電池單體1可採用鉛酸電池、鎳氫電池、鋰離子電池等所有類型在充放電過程中有熱量產生的電池與動力電池；電池組單體殼體6起隔開脈動熱管3的蒸發端9和冷凝端8的作用，避免冷凝端熱量回流。如圖5和圖6所示，所述兩個脈動熱管3的蒸發端9分別開有充液口 10。各個充液口 10不對稱的錯開設置，其目的是儘量增加蒸發端9與電池單體1表面的接觸面積。如圖1所示，所述模塊箱體4的內底部設置有緊固凸肩5，起到緊固電池模塊組的作用。該緊固凸肩5可與模塊箱體4為一整體鑄造而成，也可分離成不同塊狀，根據模塊箱體4整體的尺寸具體設計與安裝；如圖4和圖5所示，所述蒸發端9直接接觸電池單體1表面，通過在接觸部位填充具有高導熱係數的導熱粘合劑7與電池單體1表面粘合。導熱粘合劑7起固定脈動熱管3 和增大電池單體1與脈動熱管3接觸面積的作用。具有高導熱係數的導熱粘合劑7包括常用絕緣以及非絕緣導熱粘合劑、以及在這些導熱粘合劑添加納米銅粉等金屬納米級微米級各種級別顆粒或粉末，或添加碳納米管、石墨等非金屬系高導熱納米級微米級各種級別粒子或粉末，製備成具有高導熱係數的導熱粘合劑；如圖2所示，所述靠近模塊箱體4兩端的冷凝端8伸出模塊箱體4外部。依靠車在行進時氣體橫掠熱管冷凝端8，強化散熱。如圖1、圖5所示，可在模塊箱體4內填充有液體或固體相變材料，包括水以及其中慘雜微膠囊、納米膠囊相變材料的液體、漿體材料，以及石蠟、基於石蠟的各種固體液體等相變材料；通過在模塊箱體4內填充的各類液體或各類相變材料吸熱或放熱，在電池單體1各種充放電情況下，維持其合適的溫度範圍，包括低溫下的加熱與保溫等；脈動熱管3 的蒸發端9直接接觸與各類液體或者各類相變材料接觸將電池產生的熱量循環利用，包括用於電動汽車或混合動力車車廂內的暖通、餘熱發電等；如圖3所示，所述模塊箱體4的箱體頂蓋2為多孔平板。但根據工藝要求可採用實心密封平板。如圖8所示，當模塊箱體4內填充有液體材料時，模塊箱體4的箱體頂蓋2 以及模塊箱體4本身均為密封的實心平板，可通過在模塊箱體4設置流體入口 13與流體出口 12，通過流體流動，強化傳熱。當模塊箱體4內填充為相變材料時，無需流體入口 13與流體出口 12，通過相變材料自身潛熱吸收與釋放熱量；也就是說選擇實心平板或多孔平板可根據本系統具體要求而選取與設計而定。採用實心平板時，用於電池餘熱循環利用；採用多孔平板時，結合電池模塊組在電動設備中安裝位置，用於依靠各種流體加速散熱的熱管理系統；即如果模塊箱體和模塊箱體頂蓋均由多孔平板組合而成，適用於各種散熱環境尤其是對散熱要求較高的環境；
如圖8所示，模塊箱體4設置流體入口 13與流體出口 12，當採用的熱管為環路熱管時，通過流體入口 13與流體出口 12，將熱管內液體介質導入或者導出，且環路熱管冷凝端可以設置在遠離各動力電池的位置。如圖5所示，根據電池單體尤其大尺寸電池的產熱不均衡特性，脈動熱管3可折彎成任意幾何形狀。如來回彎折呈排狀。對於正負極熱量分布差異明顯的電池，脈動熱管 3由一端至另一端之間的排序間隔可逐漸增大或者逐漸變小，呈漸變梯度分布，在減少耗材同時滿足散熱需求。如圖1所示，所述脈動熱管3由高導熱銅材或者輕質高導熱鋁 材製成。包括普通熱管、分離式熱管、毛細泵迴路熱管、微型熱管、平板熱管、徑向熱管、環路熱管等，熱管在電池表面的排列方式依據不同電池的但熱特性而排列或布置。 脈動熱管3的冷凝端可折彎成任何幾何形狀，如圖7所示的折彎結構11，以適應不同的散熱要求。電池充放電時，脈動熱管3的蒸發端9吸收電池產生的熱量，通過冷凝端8將熱量放出，為強化散熱，位於模塊箱體4兩端的冷凝端8可穿過模塊箱體4的外部，且箱體頂蓋2 以及模塊箱體4均為多孔平板組成時，利用電動汽車等行進中的空氣橫掠冷凝端8加速熱量傳遞。在高溫環境中，其熱量可用於餘熱發電小型裝置；在低溫環境中，其熱量可作為輔助加熱措施為電動汽車車廂供暖。如上所述便可較好地實現本發明。上述實施例為本發明較佳的實施方式，但本發明的實施方式並不受上述實施例的限制，其他的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。
權利要求
1.一種基於脈動熱管的動力電池熱管理系統，包括模塊箱體、模塊箱體頂蓋，在模塊箱體內放置有至少兩個電池組單體殼體，每個電池組單體殼體內放置有至少兩塊以上由電池單體串連或者並聯構成的電池模塊組，其特徵在於所述每塊電池單體的表面分布有來回彎折呈排狀的脈動熱管，所述脈動熱管分為蒸發端和冷凝端，所述蒸發端與電池單體表面貼合，所述冷凝端伸出電池單體表面之外。
2.根據權利要求1所述的基於脈動熱管的動力電池熱管理系統，其特徵在於所述脈動熱管的蒸發端開有充液口。
3.根據權利要求1所述的基於脈動熱管的動力電池熱管理系統，其特徵在於所述模塊箱體的內底部設置有緊固凸肩，該緊固凸肩用於隔開電池組單體殼體。
4.根據權利要求1所述的基於脈動熱管的動力電池熱管理系統，其特徵在於所述蒸發端通過導熱粘合劑與電池單體表面粘合。
5.根據權利要求1至4中任一項所述的基於脈動熱管的動力電池熱管理系統，其特徵在於所述模塊箱體頂蓋為多孔平板，或者實心密封平板。
6.根據權利要求5所述的基於脈動熱管的動力電池熱管理系統，其特徵在於所述模塊箱體兩端的冷凝端伸出模塊箱體外部。
7.根據權利要求5所述的基於脈動熱管的動力電池熱管理系統，其特徵在於所述模塊箱體內填充有液體或固體相變材料。
8.根據權利要求7所述的基於脈動熱管的動力電池熱管理系統，其特徵在於當模塊箱體內填充有液體或固體相變材料時，模塊箱體的頂蓋以及模塊箱體本省均為密封的實心平板，所述模塊箱體開設有流體入口和流體出口。
9.根據權利要求5所述的基於脈動熱管的動力電池熱管理系統，其特徵在於所述來回彎折呈排狀的脈動熱管，由一端至另一端之間的排序間隔為逐漸增大或者逐漸變小。
10.根據權利要求1所述的基於脈動熱管的動力電池熱管理系統，其特徵在於所述脈動熱管由高導熱銅材或者輕質高導熱鋁材製成。
全文摘要
本發明公開了一種基於脈動熱管的動力電池熱管理系統，包括模塊箱體、模塊箱體頂蓋，在模塊箱體內放置有至少兩個電池組單體殼體，每個電池組單體殼體內放置有至少兩塊以上由電池單體串連或者並聯構成的電池模塊組，每塊電池單體的表面分布有來回彎折呈排狀的脈動熱管，脈動熱管分為蒸發端和冷凝端，蒸發端與電池單體表面貼合，冷凝端伸出電池單體表面之外。本發明具有高效、節能、環保、結構簡單、成本低、運行穩定且可靠，功能多樣化等優點。在無需外力或無需額外電池電能消耗、各種充放電情況下，對動力電池進行高效熱管理，包括散熱、加熱、工作溫度控制、餘熱循環利用等，適用於各種依靠動力電池驅動的電動設備，具有廣闊的市場前景。
文檔編號H01M10/50GK102157761SQ20111006624
公開日2011年8月17日 申請日期2011年3月18日 優先權日2011年3月18日
發明者張豔來, 汪雙鳳, 陳金建, 霍傑鵬, 饒中浩 申請人:華南理工大學