CN107221727A - 一种全天候电动汽车的锂离子电池相变散热结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种全天候电动汽车的锂离子电池相变散热结构，其特征在于：主要由下表面嵌入主锂离子电池组且上表面嵌入吸液芯的电池隔板(4)，设置在电池隔板(4)上的散热部件组成，以及设置在电池隔板(4)上且嵌入副锂离子电池组的电池底板(5)组成。本发明不仅结构简单，而且成本低廉，在环境温度过低时可使用副锂离子电池组为电动汽车供电，副锂离子电池组作为辅助电池工作并能预热电池隔板上的主锂离子电池组，当环境温度合适时即可使用主锂离子电池组供电，同时可通过散热部件快速有效地散热，从而能确保在使用锂离子电池为电动汽车供电时更加安全可靠，并能极大地提高锂离子电池的使用寿命，因此适合推广使用。

Description

一种全天候电动汽车的锂离子电池相变散热结构
技术领域
本发明涉及一种散热结构，尤其涉及一种全天候电动汽车的锂离子电池相变散热结构。
背景技术
长期以来，电动汽车作为一种新能源交通工具有环保节能等优势，但是一直没有办法撼动传统化石燃料汽车的地位，主要原因就在于电动汽车的电池，一个是电池的充电效率，一个是电池的使用寿命。随着现在快充技术的发展，对于电池充电效率的瓶颈即将突破，但是对于电池使用寿命的研究仍在进行当中。影响电池使用寿命的原因有两个，一是电池本身的属性，二是电池的工作环境。一般来说，电动汽车电池的工作环境主要就是电池工作时的工作温度，电池的工作温度对于锂离子电池使用寿命的影响非常大。
温度过高时会导致锂离子电池各方面性能都会受到一定的影响，包括电池内部电化学反应、充放电效率、功率输出、容量保持和稳定性等。如果温度继续升高超过安全使用限制范围就会发生***，进而会影响到电动汽车的整车性能、可靠性和安全性。研究表明，45℃工作环境下，锂电池的循环次数降低约60％，尤其大倍率放电时，温度每升高5℃，电池的寿命将减少50％，而如果对其采用合理的热管理技术，电池组的性能可以提高30％～40％。
而温度过低同样也影响锂离子电池的工作性能。为了了解低温对于锂电池的影响，首先要分析锂电池的结构。锂电池的基本结构简单来说就是正负两极以及中间的电解液，电荷随着化学反应的迁移和填补让电池实现正负极的电势差，然后就产生了电流，然后电流带动电机从而让电动汽车跑起来。在电动汽车中使用的锂电池所用的电解液是一种有机液体,会在低温情况下会变得粘稠甚至凝结。此时,导电的锂盐在里面的活动大大受到限制,这样的话充电效率很低,从而会导致锂电池在低温下充电慢,充不满，在低温情况下对锂离子电池充电,会在电池阳极表面析出金属锂,而且这个过程不可逆。这样就会对电池造成永久损害,降低电池的安全性。所以很多锂电池设备会有保护装置,使得在低温情况下无法充电。放电亦是如此。短时间在低温环境下使用,或者温度不够低的情况下只会暂时影响锂离子电池的电池容量,但不会造成永久伤害。但是如果长时间在低温环境中使用,或者在-40℃超低温环境中,锂离子电池可能会被“冻坏”造成永久损害。
发明内容
本发明的目的在于克服电动汽车采用锂离子电池供电时环境温度过高或过低都将严重影响电池的使用寿命的缺陷，提供一种能在温度过低时选择使用副锂离子电池组工作并预热主锂离子电池组，且在主锂离子电池组工作产生大量的热量时能快速有效地散热，从而能极大地提高锂离子电池的使用寿命的全天候电动汽车的锂离子电池相变散热结构。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种全天候电动汽车的锂离子电池相变散热结构，主要由下表面嵌入主锂离子电池组且上表面嵌入吸液芯的电池隔板，设置在电池隔板上的散热部件组成，以及设置在电池隔板上且嵌入副锂离子电池组的电池底板组成。
进一步的，所述散热部件包括设置在电池隔板上侧的上盖，设置在电池隔板左侧并与上盖相连接的左侧冷凝箱，以及设置在散热主板右侧并与上盖相连接的右侧冷凝箱。
再进一步的，所述电池隔板的下表面上设有用于安装锂离子电池包的电池包安装槽，该电池隔板的上表面上设有用于安装吸液芯的吸液芯安装槽；所述上盖与左侧冷凝箱以及右侧冷凝箱之间形成有与吸液芯安装槽相连通的散热空腔。
更进一步的，所述电池包安装槽的宽度大于吸液芯安装槽的宽度，且电池包安装槽位于两个吸液芯安装槽之间。
所述左侧冷凝箱与右侧冷凝箱上均设有与吸液芯安装槽相连通的冷凝腔，所述电池隔板上设有分隔电池包安装槽与冷凝腔的电池包安装槽挡板。
为了便于散热，所述上盖包括设置在左侧冷凝箱与右侧冷凝箱之间并位于电池隔板上方的上盖底板，分别设置在上盖底板前后两侧并均与电池隔板相连接的两个上盖侧板；在两个上盖侧板与上盖底板之间形成有分别与左侧冷凝气腔和右侧冷凝气腔以及吸液芯安装槽相连通的散热腔。
为了更好地实现本发明，在所述两个上盖侧板上间隔设置有多个均与上盖底板相连接的上盖隔板，所述上盖隔板的长度小于两个上盖侧板之间的距离。
为了确保效果，所述电池底板上设有副电池组安装槽，且该电池底板可拆卸式安装在电池隔板的下侧。
本发明较现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
(1)本发明不仅结构简单，而且成本低廉，在环境温度过低时选择使用电池底板上嵌入的副锂离子电池组为电动汽车供电，副锂离子电池组作为辅助电池工作并能预热电池隔板上的主锂离子电池组，当环境温度达到主锂离子电池组的工作温度要求时即可选择使用主锂离子电池组供电，而在主锂离子电池组工作产生大量的热量时则可通过设置在电池隔板上的散热部件快速有效地散热，从而能确保在使用锂离子电池为电动汽车供电时更加安全可靠，并能极大地提高锂离子电池的使用寿命。
(2)本发明的电池隔板能将锂离子电池包与散热介质分隔开，因此能够确保本发明的使用安全。
(3)本发明的上盖与左侧冷凝箱以及右侧冷凝箱之间形成有与吸液芯安装槽相连通的散热空腔，可方便工质吸热汽化后在散热空腔中流通的过程中进行散热。
(4)本发明的电池包安装槽的宽度大于吸液芯安装槽的宽度，且电池包安装槽位于两个吸液芯安装槽之间，使用时将锂离子电池包安装在电池包安装槽中，将吸液芯安装在吸液芯安装槽，并将工质吸附在吸液芯上，从而使电池隔板形成一个承载锂离子电池包与散热介质的载体；同时，可在有限的空间安装足够量的锂离子电池包，从而可有效的节约空间。
(5)本发明的左侧冷凝箱与右侧冷凝箱上均设有与吸液芯安装槽相连通的冷凝腔，可便于将气体工质冷凝为液体并再次吸附在吸液芯上，然后通过液体工质继续吸收热量并汽化后带走热量，从而形成一个相变循环；而电池隔板上设有分隔电池包安装槽与冷凝腔的电池包安装槽挡板，则可防止在冷凝腔中冷凝为液体的工质进入电池包安装槽中损坏锂离子电池包，从而可提高本发明使用时的安全性。
(6)本发明的上盖包括上盖底板与两个上盖侧板，在两个上盖侧板与上盖底板之间形成有分别与左侧冷凝气腔和右侧冷凝气腔以及吸液芯安装槽相连通的散热腔，可便于吸液芯中的液体工质吸热蒸发后进入散热腔进行散热。
(7)本发明的上盖侧板上间隔设置有多个均与上盖底板相连接的上盖隔板，且上盖隔板的长度小于两个上盖侧板之间的距离，在整个散热腔中则可形成一条从左至右的弯曲的并与冷凝腔相连通的导流通道，通过这条导流通道即可将散热腔中的气体工质引导入冷凝腔中进行冷凝；由于该导流通道极大地延长了散热腔中的气体工质进入冷凝腔的路径，则气体工质在通过导流通道进入冷凝腔的过程中即可进行散热。
(8)本发明的电池底板上设有副电池组安装槽，方便将副锂离子电池组安装在副电池组安装槽中；该电池底板可拆卸式安装在电池隔板的下侧，一方面可便于封装安装在电池包安装槽中并组成主锂离子电池组的多个锂离子电池包，并可方便拆卸后更换电池包；另一方面还可便于过低温度环境时使用副锂离子电池组可预热主锂离子电池组。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为本发明的电池隔板的结构示意图。
图3为本发明的电池隔板的截面剖视图。
图4为本发明的上盖的结构示意图。
图5为本发明的上盖与电池底板分别安装在电池隔板上的结构示意图。
图6为本发明的左侧冷凝箱的结构示意图，
图7为本发明的电池底板的结构示意图。
其中，附图标记说明为：
1—左侧冷凝箱，2—上盖，21—上盖底板，22—上盖侧板，23—上盖隔板，3—右侧冷凝箱，4—电池隔板，5—电池底板，6—吸液芯安装槽，7—电池包安装槽挡板，8—电池包安装槽，9—散热腔，10—冷凝腔，11—副电池组安装槽。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式并不限于此。
实施例
如图1～7所示，本发明的全天候电动汽车的锂离子电池相变散热结构，主要由电池隔板4和设置在电池隔板4上的散热部件，以及设置在电池隔板4上的电池底板5组成。所述电池隔板4的下表面嵌入锂离子电池包，其上表面嵌入吸液芯。本发明的锂离子电池包工作时产生热量，并通过电池隔板4将热量传导到吸液芯，吸液芯中设置有用于散热的冷凝介质，本发明采用工质作为冷凝介质。工质常温下为液体状态，并吸附在吸液芯中，当吸液芯接收到通过电池隔板4传导的锂离子电池包所散发的热量时，工质受热蒸发，并将热量带入散热部件中进行散热。
同时，所述电池隔板4的下表面上设有用于安装主锂离子电池组的电池包安装槽8，且该电池隔板4的上表面上设有用于安装吸液芯的吸液芯安装槽6，如图3所示。所述吸液芯安装槽6设置有多个，且该吸液芯安装槽6贯穿电池隔板4的左右侧面，所述电池包安装槽8也设置为多个，为了便于在有限的空间安装足够量的锂离子电池包，该电池包安装槽8的宽度大于吸液芯安装槽6的宽度。安装在电池包安装槽8中的多个锂离子电池包即组成了本发明的主锂离子电池组，该主锂离子电池组作为为电动汽车供电的主要电源。所述电池包安装槽8位于两个吸液芯安装槽6之间，该电池包安装槽8的侧壁即为吸液芯安装槽6的侧壁，如此设置可有效的节约空间。使用时将锂离子电池包安装在电池包安装槽8中，将吸液芯安装在吸液芯安装槽6，并将工质吸附在吸液芯上，从而使电池隔板4形成一个承载锂离子电池包与散热介质的载体。所述电池隔板4采用导热性能良好的材质制作，则可在锂离子电池包工作发热时将锂离子电池包的热量传导至吸液芯上，工质接收到吸液芯吸收的热量后蒸发为气体，即可进行散热。
为了便于工质气体散热，所述散热部件包括设置在电池隔板4上侧的上盖2，设置在电池隔板左侧的左侧冷凝腔1和和设置在电池隔板4右侧的右侧冷凝腔3，如图1所示。所述上盖2位于所述左侧冷凝腔1与右侧冷凝腔3之间，所述右侧冷凝腔3与左侧冷凝腔1结构相同，所述上盖4与左侧冷凝箱1以及右侧冷凝箱3之间形成有与吸液芯安装槽6相连通的散热空腔，气体工质即可从吸液芯安装槽6中的吸液芯中挥发至散热空腔，从而将锂离子电池包所散发出来的热量带走，即可达到散热的目的。
具体的，所述上盖2包括上盖底板21和设置在上盖底板21前后两侧的上盖侧板22，如图4所示。所述上盖底板21设置在左侧冷凝箱1与右侧冷凝箱3之间并位于电池隔板4的上方，所述两个上盖侧板22分别连接在电池隔板4的前后两侧。所述上盖侧板22的高度大于上盖底板21的厚度，在该两个上盖侧板22与上盖底板21之间形成有散热腔9，该散热腔9与吸液芯安装槽6相连通，如图5所示，工质受热蒸发为气体即可挥发至散热腔9中。
为了便于将气体工质冷凝为液体并再次吸附在吸液芯上，然后通过液体工质继续吸收热量并汽化后带走热量，从而形成一个相变循环，所述左侧冷凝箱1与右侧冷凝箱3上均设有与吸液芯安装槽6相连通的冷凝腔10，如图6所示。同时，所述电池隔板4上设有分隔电池包安装槽8与冷凝腔10的电池包安装槽挡板7，如图2所示，从而可防止在冷凝腔10中冷凝为液体的工质进入电池包安装槽8中损坏锂离子电池包，从而可提高本发明使用时的安全性。
由于位于电池隔板4中部的锂离子电池包比较集中，其散发的热量也更多，即电池隔板4中部的温度将高于其两端的温度，液体工质在电池隔板4的中部的挥发量也将大于其两端的挥发量，液体工质汽化后变成气体直接上升并进入散热腔9中，则散热腔9在位于其中部的工质气体密度也将大于其两端的密度，而位于电池隔板4的左右两端的冷凝腔10中的温度则比较低。为了便于将散热腔9中的工质气体引导入冷凝腔10中进行冷凝并液化，在所述两个上盖侧板22上间隔设置有多个上盖隔板23，如图4所示。
具体的，所述上盖隔板23从左至右平行设置在散热腔9中，该上盖隔板23均与上盖底板21相连接，且该上盖隔板23的长度小于两个上盖侧板22之间的距离，相邻两个上盖隔板23分别连接在两个上个侧板22上，则可在相邻两个上盖隔板23之间形成一个导流通路，而在整个散热腔9中则可形成一条从左至右的弯曲的并与冷凝腔10相连通的导流通道，通过这条导流通道即可将散热腔9中的气体工质引导入冷凝腔10中进行冷凝。所述上盖2与左侧冷凝箱1与右侧冷凝箱3均采用散热性能良好的材质制作而成，由于导流通道极大地延长了散热腔9中的气体工质进入冷凝腔10的路径，则气体工质在通过导流通道进入冷凝腔10的过程中可通过上盖2将热量导出，从而进行散热。当气体工质进入低温环境的冷凝腔10中即可被液化为液体，气体工质液化所散发的热量则可通过左侧冷凝箱1与右侧冷凝箱3导出。吸液芯利用毛细力将冷凝腔10中液化为液体的工质吸入在吸液芯中，则液体工质将再次吸收锂离子电池包所散发的热量并汽化后带走热量，即可形成一个相变循环。
由于散热腔9与冷凝腔10以及吸液芯安装槽6共同形成一个封闭的空腔，为了保证工质能够在该空腔中进行有效的蒸发和冷凝，实施时可将该空腔内设为真空或负压状态。实施时，吸液芯可采用蜂窝状吸液芯结构，以此保证冷凝腔10中的液体工质的回流效率。
为了便于安装副锂离子电池组，所述电池底板5上设有副电池组安装槽11，如图7所示，副锂离子电池组即可安装在副电池组安装槽11中。所述副锂离子电池组作为电动汽车的辅助电源，在环境温度过低时为保护主锂离子电池组，即可使用该辅助电源。本发明的副电池组安装槽11设置在电池底板5的上表面上，且该副电池组安装11与电池包安装槽8相连通，而该电池底板5可拆卸式安装在电池隔板4的下侧。如此设置一方面可便于封装安装在电池包安装槽8中并组成主锂离子电池组的多个锂离子电池包，并可方便拆卸后更换电池包；另一方面还可便于过低温度环境时使用副锂离子电池组能快速预热主锂离子电池组，使主锂离子电池组能快速达到环境温度并为电动汽车供电。
如上所述，便可很好的实施本发明。

Claims (8)

1.一种全天候电动汽车的锂离子电池相变散热结构，其特征在于：主要由下表面嵌入主锂离子电池组且上表面嵌入吸液芯的电池隔板(4)，设置在电池隔板(4)上的散热部件组成，以及设置在电池隔板(4)上且嵌入副锂离子电池组的电池底板(5)组成。
2.根据权利要求1所述的一种全天候电动汽车的锂离子电池相变散热结构，其特征在于：所述散热部件包括设置在电池隔板(4)上侧的上盖(2)，设置在电池隔板(4)左侧并与上盖(2)相连接的左侧冷凝箱(1)，以及设置在散热主板(4)右侧并与上盖(2)相连接的右侧冷凝箱(3)。
3.根据权利要求2所述的一种全天候电动汽车的锂离子电池相变散热结构，其特征在于：所述电池隔板(4)的下表面上设有用于安装锂离子电池包的电池包安装槽(8)，该电池隔板(4)的上表面上设有用于安装吸液芯的吸液芯安装槽(6)；所述上盖(4)与左侧冷凝箱(1)以及右侧冷凝箱(3)之间形成有与吸液芯安装槽(6)相连通的散热空腔。
4.根据权利要求3所述的一种全天候电动汽车的锂离子电池相变散热结构，其特征在于：所述电池包安装槽(8)的宽度大于吸液芯安装槽(6)的宽度，且电池包安装槽(8)位于两个吸液芯安装槽(6)之间。
5.根据权利要求3或4所述的一种全天候电动汽车的锂离子电池相变散热结构，其特征在于：所述左侧冷凝箱(1)与右侧冷凝箱(3)上均设有与吸液芯安装槽(6)相连通的冷凝腔(10)，所述电池隔板(4)上设有分隔电池包安装槽(8)与冷凝腔(10)的电池包安装槽挡板(7)。
6.根据权利要求5所述的一种全天候电动汽车的锂离子电池相变散热结构，其特征在于：所述上盖(2)包括设置在左侧冷凝箱(1)与右侧冷凝箱(3)之间并位于电池隔板(4)上方的上盖底板(21)，分别设置在上盖底板(21)前后两侧并均与电池隔板(4)相连接的两个上盖侧板(22)；在两个上盖侧板(22)与上盖底板(21)之间形成有分别与左侧冷凝气腔(1)和右侧冷凝气腔(3)以及吸液芯安装槽(6)相连通的散热腔(9)。
7.根据权利要求6所述的一种全天候电动汽车的锂离子电池相变散热结构，其特征在于：在所述两个上盖侧板(22)上间隔设置有多个均与上盖底板(21)相连接的上盖隔板(23)，所述上盖隔板(23)的长度小于两个上盖侧板(22)之间的距离。
8.根据权利要求1～4任一项所述的一种全天候电动汽车的锂离子电池相变散热结构，其特征在于：所述电池底板(5)上设有副电池组安装槽(11)，且该电池底板(5)可拆卸式安装在电池隔板(4)的下侧。
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