CN104701587A - 一种电池组散热装置及使用该散热装置的电池模组 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电池组散热装置及使用该散热装置的电池组。电池组散热装置包括至少一块集热板，至少一条循环管道，散热片，电磁泵。其中，集热板紧贴于待散热电池组，用于吸收待散热电池组的热量。所述循环管道内充满液态金属，所述循环管道部分镶嵌于所述集热板上。散热片与循环管道连接。所述电磁泵为液态金属提供磁场旋转动力，驱使液态金属在循环管道内循环流动。本发明的电池组散热装置，采用液态金属的循环散热与散热片相结合的方式，能将电池组产生的热量的迅速有效的传导出来，整体结构紧凑，导热效能高，安全可靠，同时，通过电磁泵驱动液态金属，驱动效率高，能耗低，泵体寿命长，降低散热装置的成本，满足电池组的散热要求。

Description

一种电池组散热装置及使用该散热装置的电池模组

技术领域

本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种新能源汽车的电池组散热装置及使用该散热装置的电池模组。

背景技术

随着能源资源的短缺和节能减排压力的不断增大，新能源汽车由于对环境影响相对传统汽车较小，前景被广泛看好。电池组作为新能源汽车的动力源，通常由大量的单体电池串联或并联组合形成。然而，单体电池在充放电过程中，往往会产生大量的热。如果热不能有效的散去，电池的温度会上升，从而改变电池的电特性。对于电池组而言，如果各个单体电池产生温度差，则电特性基于温度差而失衡，内阻增大，进而导致电池组的供电效能会降低、整体使用寿命会缩短。

目前，对电池组的散热主要采用风冷、水冷、空调冷却的方式进行散热。然而，传统的风冷散热的散热效果差；而水冷散热虽然散热能力要比风冷散热强，但整体结构笨重，且存在漏液问题；而空调冷却散热，结构庞大复杂，成本高，自身耗能高，均存在弊端。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种结构紧凑、成本低、导热效能高的电池组散热装置，满足电池组的散热要求。

本发明的发明目的是通过以下技术方案来实现的：

一种电池组散热装置，包括至少一块集热板，至少一条循环管道，散热片，电磁泵。其中，集热板紧贴于待散热电池组，用于吸收所述待散热电池组的热量。所述循环管道内充满液态金属，所述循环管道部分镶嵌于所述集热板上。散热片与所述循环管道连接。所述电磁泵为所述液态金属提供磁场旋转动力，驱使所述液态金属在所述循环管道内循环流动。

上述的电池组散热装置，其中：所述电磁泵包括绕线架，以及缠绕于所述绕线架的第一绕组与第二绕组；当所述第一绕组和第二绕组通电后，所述第一绕组、第二绕组中的电流在空间上相差90度。

上述的电池组散热装置，其中：所述电磁泵还包括电容，所述电容的一端连接于所述第一绕组的一端与交流电源的一端之间，所述电容的另一端与所述第二绕组的一端相连，所述第一绕组的另一端连接于所述交流电源的另一端与所述第二绕组的另一端之间。

上述的电池组散热装置，其中：所述绕线架为硅钢材质，在所述绕线架的周向上间隔地延伸设置有至少三个齿部，所述第一绕组、第二绕组交错缠绕在所述齿部。

上述的电池组散热装置，其中：所述循环管道弯曲成型，其裸露在外的一端弯曲成C型，所述电磁泵设置在所述循环管道C型处。

上述的电池组散热装置，其中：所述液态金属为液态钾钠合金或镓合金。

上述的电池组散热装置，其中：所述散热片的一侧面上设置有供所述循环管道镶嵌的凹槽，与凹槽相对的另一侧面裸露，以使散热片形成前后空气流动通路；所述散热片的顶面和底面部分裸露以形成上下空气流动通路。

上述的电池组散热装置，其中：所述电池组散热装置还包括风扇，所述风扇与所述散热片另一侧面相连。

上述的电池组散热装置，其中：所述电池组散热装置还包括温度传感器，设置在所述集热板和散热片之间、所述液态金属流动进入凹槽处的循环管道上。

上述的电池组散热装置，其中：所述电池组散热装置还包括电池箱外壳，所述集热板、循环管道以及电磁泵设置在所述电池箱外壳内，所述电池箱外壳的两端分别开设有进风口、出风口，所述散热板镶嵌于所述电池箱外壳的出风口。

另外，本发明还提供一种使用效能和寿命高的电池模组。

一种电池模组，包括：电池组以及上述所述的电池组散热装置，其中，所述电池组由至少两块单体电池串联或并联组合形成。

本发明的电池组散热装置，采用液态金属的循环散热与散热片相结合的方式，能将电池组产生的热量的迅速有效的传导出来，整体结构紧凑，导热效能高，安全可靠，同时，通过电磁泵驱动液态金属，驱动效率高，能耗低，泵体寿命长，降低散热装置的成本，满足电池组的散热要求；另外，在液态金属的循环散热的基础上，结合风扇，进一步提高散热装置的整体散热能力，使电池组的热量更均衡。而采用本发明的电池组散热装置的电池模组，能够把电池组产生的热量迅速的消散出去，使电池组的热量更均衡，提高电池组的使用效能和寿命。

附图说明

图1是本发明实施例电池组散热装置第一实施方式的结构示意图；

图2是图1提供的电池组散热装置的***图；

图3a是图1中散热片一侧面的结构示意图；

图3b是图1中散热片另一侧面的结构示意图；

图4a是图1中电磁泵磁场旋转绕线图；

图4b是图1中电磁泵的接线原理图；

图4c是图1中电磁泵的部分***图；

图5是本发明实施例电池组散热装置第二实施方式的立体结构示意图；

图6是图1中电池箱外壳的结构示意图；

图7是图5揭开电池箱外壳后电池组散热装置的平面结构示意图；

图8是图7中固定座、固定块的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1所示为本发明实施例电池组散热装置第一实施方式的结构示意图，同时参阅图2，是图1提供的电池组散热装置的***图。该电池组散热装置包括：至少一块集热板10、至少一条循环管道20、散热片30以及电磁泵40。

集热板10紧贴于待散热电池组(图1中未示出)，用于吸收待散热电池组的热量。本发明实施例中，该集热板10的数量为两块，对称设置在电池组的两侧。

循环管道20内充满液态金属，部分镶嵌于集热板10上。本发明实施例中，循环管道20为薄壁铜管，铜管的外径约6mm，内外均电镀惰性镍，避免化学腐蚀。参阅图2，为了更快速的将热量传导出去，本发明实施例采用4条循环管道20，集热板10上设置有供该循环管道20镶嵌的通槽，通槽的横截面形状与循环管道20的横截面形状相匹配，且，通槽的数量与循环管道的数量一致。为了便于装配，每块集热板10被加工成两块子板，每块子板上均开有半圆槽，将循环管道20镶嵌在槽中后，通过螺钉连接组合而成。本发明实施例中，将循环管道20部分镶嵌在集热板10上，有利于将集热板10吸收的热量迅速、有效的传导到循环管道20中的液态金属。

本发明实施例中，液态金属为液态钾钠合金或镓合金，优选液态钾钠合金。液态镓合金为镓和锡、铋、铟组成的合金。当镓和锡、铋、铟这些金属以不同比例化合时(二元、三元或四元合金)，可以得到熔点更低的合金。本发明实施例中，钾钠合金的熔点较低，通常为-11℃，常温下为液态。采用液态金属作为热传导介质，由于其热导率远高于传统的水、空气及许多非金属介质，因此比传统风冷、水冷具备更加高效的热量输运及散热能力。另外，由于液态金属不易蒸发，不易泄漏，安全无毒，物化性质稳定，且，极易回收，是一种非常安全的流动工质，因此可以有效保证采用液态金属的散热装置的长期，高效，稳定运行。

在本发明其它实施例中，循环管道20的数量也可以根据需要设置为1条，两条或者更多。集热板10的数量也可以设置为1块或者更多。

散热片30与循环管道20连接。具体说，散热片30与循环管道20镶嵌连接，即，散热片30的一侧面上设置有供循环管道20镶嵌的凹槽301(参阅图3a)，通过镶嵌连接的方式，加强散热片30和循环管道20的紧密接触，有利于热量更快速的传导到散热片30处进行散发。参阅图3a、图3b，本实施例的散热片30为四通散热片，散热片30的顶面和底面部分裸露以形成上下空气流动通路；散热片30与凹槽相对的另一侧面裸露(参阅图3b)，以使散热片30形成前后空气流动通路，本实施例采用四通散热片，有利于提高电池组散热装置的散热效果。

电磁泵40为液态金属提供磁场旋转动力，驱使液态金属在循环管道20内循环流动。本发明实施例中，循环管道20是封闭的薄壁管道，可以任意弯曲，内部光滑阻力小，循环管道20布置灵活，通过多次弯折，易实现长距离热量传输。参阅图1、图2，该循环管道20弯曲成型，其裸露在外的一端弯曲成C型，电磁泵40设置在循环管道C型处，采用电磁泵40为动力，热传导效率高。本发明实施例中，由于采用的是高电导属性的液态金属，因此，可以采用无任何运动部件的电磁泵作为驱动，驱动效率高，能耗低，而且没有任何噪音。

电池组散热装置还包括风扇50以及温度传感器(图中未示出)。其中，风扇50作为副散热，与散热片30另一侧面(此处散热片30另一侧面为散热片30与凹槽相对的另一侧面)相连。温度传感器设置在集热板10和散热片30之间、液态金属流动进入凹槽处的循环管道20上，以绑缚的方式设置在循环管道20上。由于液态金属会把热量传导到散热片进行消散，因此，温度传感器绑缚在液态金属流动进入凹槽处的循环管道20上的绑缚点是散热装置内温度最高的绑缚点。本发明实施例中，温度传感器为热电偶，其数量与循环管道20的数量一致。各热电偶之间并行连接，采集到的温度信号通过航空插头703(参阅图7)连接到电池管理***(BATTERY MANAGEMENT SYSTEM，BMS，图中未示出)，电池管理***根据接收到的信号控制电磁泵、风扇的运转速度，从而控制热量的消散，实现对电池组温度的控制，使电池组在理想温度下工作。

本实施例的电池组散热装置工作过程如下：

电池组产生的热量通过集热板把热量迅速传给循环通道内的液态金属，液态金属在电磁泵的驱动下流动，从而将热量传到散热片，再通过散热片把热量散发到外界，降温后的液态金属继续流动经集热板后再将集热板吸收的电池组的热量带走，不断循环，实现电池组的散热，使电池组始终工作在理想的温度(0-40°)。另外，还通过设置在散热片上的风扇，一方面加快散热片上的热量散发，另一方面，通过风扇的旋转，促进散热装置的空气流动，能有效降低电池组的温度。

因此，本发明实施例的电池组散热装置，采用液态金属的循环散热与散热片相结合的方式，能将电池组产生的热量的迅速有效的传导出来，整体结构紧凑，导热效能高，安全可靠，同时，通过电磁泵驱动液态金属，驱动效率高，能耗低，泵体寿命长，降低散热装置的成本，满足电池组的散热要求；另外，在液态金属的循环散热的基础上，结合风扇，进一步提高散热装置的整体散热能力，使电池组的热量更均衡。

参阅图4a，本发明实施例的电磁泵40是电磁感应式电磁泵，其包括绕线架401，以及缠绕于绕线架401的第一绕组402与第二绕组403。其中，绕线架401为硅钢材质，在绕线架401的周向上间隔地延伸设置有至少三个齿部4011，第一绕组402、第二绕组403交错缠绕在齿部4011。本发明实施例中，齿部4011呈T形，其数量为8个，相邻齿部4011之间形成绕组收容槽1、2、3、4、5、6、7、8。绕组收容槽1、3、5、7收容第一绕组402，绕组收容槽2、4、6、8收容第二绕组403。当第一绕组402和第二绕组403通电后，第一绕组402、第二绕组403中的电流在空间上相差90度。

参阅图4b，电磁泵40还包括电容C，电容C的一端连接于第一绕组402的一端A与交流电源的一端之间，电容C的另一端与第二绕组403的一端B相连；第一绕组402的另一端a连接于交流电源的另一端与第二绕组403的另一端b之间。本发明实施例采用的交流电源为12V。在第二绕组403上串联电容C，利用电容C的电流超前电压90度的移相特性，可使第二绕组403首先启动，由于通电后，第一绕组402和第二绕组403同时得到互差90度的两相交流电，在第二绕组403启动后，第一绕组402跟随启动，产生顺时针旋转磁场(参阅图4a)。

参阅图4c，电磁泵40还包括壳体404。该壳体404一端开口，开口处设置有密封壳体404的盖板405，盖板405上设置有导电触头销4051，该导电触头销4051延伸通过盖板405进入壳体404的内部空间，绕线架401装配于壳体404内，缠绕于绕线架401上的第一绕组和第二绕组通过导电触头销4051与外部交流电源连接，壳体404开口延伸的固定脚4041向内弯折，卡住盖板405，将壳体404密封。当电磁泵40通电，第一绕组和第二绕组产生顺时针旋转的磁场，设置在循环管道C型处的循环管道内的液态金属形成前进磁场分量，即由超前相位指向滞后相位的前进磁场分量。在前进磁场分量中，液态金属切割磁力线，受到一个向前的感应力，达到泵送液态金属的目的。因此，液态金属在电磁泵40的驱动下，在循环管道内顺时针循环流动，将热量传输到散热片，实现电池组散热。

本发明其它实施例，改变交流电源的连接，将交流电源从第二绕组的两端bB输入，电磁泵也可以产生逆时针旋转磁场，液态金属在电磁泵的驱动下，在循环管道内逆时针循环流动，将热量传输到散热片。

图5所示为本发明实施例电池组散热装置第二实施方式的立体结构示意图。该电池组散热装置与图1所示的电池组散热装置的结构基本相同，区别在于：电池组散热装置还包括电池箱外壳60，集热板、循环管道以及电磁泵设置在电池箱外壳内(参阅图7)。电池箱外壳60的两端分别开设有进风口601、出风口602(参阅图6)，散热片镶嵌于电池箱外壳60的出风口602，具体说，散热片通过螺钉固定在电池箱外壳60的出风口602。电磁泵装配于具有通孔的固定座603(参阅图8)，通过固定座603与电池箱外壳60底部的连接固定于电池箱外壳60内。低温空气从进风口601进入电池组散热装置，与箱内热量交换后，热气从出风口602到散热片，再到风扇排出，有效降低了电池组散热装置内部温度，提高电池组使用效能和寿命。

本发明还提供了一种电池模组，其包括：电池组以及上述的电池组散热装置。其中，电池组由至少两块单体电池70串联或并联组合形成。每块单体电池均与集热板接触面紧贴，为了增加二者的导热能力，在单体电池和集热板之间还涂抹有导热硅脂(图中未标示)。为了避免电池组松动上行，在单体电池和集热板的表面，还设置有至少一块压块701，通过压块将各单体电池更为紧密的连接固定。另外，为了避免电池组的前后移动，在电池组的首尾两端还设置有两块固定块702，通过固定块702包夹电池组，限制电池组的前后移动。固定块702的具体结构可参阅图8。因此，本发明实施例的电池组被非常紧密的固定在集热板之间，整个电池模组结构紧凑。

因此，本发明的电池模组，通过电池组散热装置，能够把电池组产生的热量迅速的消散出去，使电池组的热量更均衡，提高电池组的使用效能和寿命。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种电池组散热装置，其特征在于，包括：

至少一块集热板，紧贴于待散热电池组，用于吸收所述待散热电池组的热量；

至少一条循环管道，所述循环管道内充满液态金属，所述循环管道部分镶嵌于所述集热板上；

散热片，与所述循环管道连接；以及

电磁泵，所述电磁泵为所述液态金属提供磁场旋转动力，驱使所述液态金属在所述循环管道内循环流动。

2.如权利要求1所述的电池组散热装置，其特征在于，所述电磁泵包括绕线架，以及缠绕于所述绕线架的第一绕组与第二绕组；当所述第一绕组和第二绕组通电后，所述第一绕组、第二绕组中的电流在空间上相差90度。

3.如权利要求2所述的电池组散热装置，其特征在于，所述电磁泵还包括电容，所述电容的一端连接于所述第一绕组的一端与交流电源的一端之间，所述电容的另一端与所述第二绕组的一端相连，所述第一绕组的另一端连接于所述交流电源的另一端与所述第二绕组的另一端之间。

4.如权利要求2所述的电池组散热装置，其特征在于，所述绕线架为硅钢材质，在所述绕线架的周向上间隔地延伸设置有至少三个齿部，所述第一绕组、第二绕组交错缠绕在所述齿部。

5.如权利要求1所述的电池组散热装置，其特征在于，所述循环管道弯曲成型，其裸露在外的一端弯曲成C型，所述电磁泵设置在所述循环管道C型处。

6.如权利要求1所述的电池组散热装置，其特征在于，所述液态金属为液态钾钠合金或镓合金。

7.如权利要求1所述的电池组散热装置，其特征在于，所述散热片的一侧面上设置有供所述循环管道镶嵌的凹槽，与凹槽相对的另一侧面裸露，以使散热片形成前后空气流动通路；所述散热片的顶面和底面部分裸露以形成上下空气流动通路。

8.如权利要求7所述的电池组散热装置，其特征在于，所述电池组散热装置还包括风扇，所述风扇与所述散热片另一侧面相连。

9.如权利要求7所述的电池组散热装置，其特征在于，所述电池组散热装置还包括温度传感器，设置在所述集热板和散热片之间、所述液态金属流动进入凹槽处的循环管道上。

10.如权利要求1-9任意一项所述的电池组散热装置，其特征在于，所述电池组散热装置还包括电池箱外壳，所述集热板、循环管道以及电磁泵设置在所述电池箱外壳内，所述电池箱外壳的两端分别开设有进风口、出风口，所述散热板镶嵌于所述电池箱外壳的出风口。

11.一种电池模组，包括：电池组以及如权利要求1-10任意一项所述的电池组散热装置，其中，所述电池组由至少两块单体电池串联或并联组合形成。