CN109346795A - 电池模块的散热*** - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种电池模块的散热***，该散热***包括：第一导热管、第二导热管、散热结构和至少一个循环水箱；其中，第一导热管和第二导热管内设有液态金属；第一导热管蛇形分布在电池模块的电池箱内，电池模组的锂电池卡设于第一导热管的迂回部；散热结构设置于第一导热管和锂电池之间；循环水箱设置于电池箱外；第二导热管设置于循环水箱内且与第一导热管相连通，第一导热管内的液态金属与锂电池进行热交换后与循环水箱内的冷却水进行热交换；散热结构为相变复合材料。本发明通过散热快、散热效果好的液态金属与高导热率的相变复合材料结合实现锂电池的快速高效地散热，换热速度快，工作效率高，提高了该散热***对锂电池散热的效率和效果。

Description

电池模块的散热***
技术领域
本发明涉及电池技术领域，具体而言，涉及一种电池模块的散热***。
背景技术
在能源危机和环境污染的双重压力之下，车辆动力***的电气化越来越受到人们的欢迎。由于锂电池具有较高的能量密度和长循环寿命，因此经常被选为车载能源存储设备为电动车提供动力，以其优秀的稳定性和一致性在电动汽车领域得到广泛应用。然而，锂电池只能在特定的温度范围内工作，超出该温度范围将导致电池性能显著下降甚至发生热失控现象对车辆和驾乘人员造成危害。当外部环境温度过高或者电池内部产热速率较大时，由于电池单体之间及其内部导热性能较差，电池组内热量将会迅速积累，造成电池温度过高，电池性能和循环寿命降低；当外部环境温度过低时，电池电解液活性下降，电池内阻增加，电池无法正常进行充放电。为了预防该类问题的出现，针对电池组的热管理***的设计和实现至关重要，现有的针对动力电池的散热***主要可以分为三类：风冷***、液冷***以及搭配热管或半导体制冷器的混合冷却***。风冷***结构简单成本较低，但是当环境温度较高或者电池组内部产热功率较大时，风冷散热效果十分有限；液冷***散热效果较好，电池组内温度一致性较高，但是***设计复杂度较高且存在漏液等风险，需要定期维护；基于热管或半导体制冷器的混合冷却***可以结合主动冷却方式的散热优势及被动冷却方式的导热优势，冷却及均温效果较好，但是应用成本较高，多处于理论研究阶段。
中国公开号为：CN 207368172 U，公开了一种应用相变材料的电池组热管理***。所述应用相变材料的电池组热管理***包括由若干电芯组成的电池组、密封电池箱以及换热器，电芯单体之间缝隙内设置有由相变材料裹覆的加器件，电池组安置在密封电池箱内，换热器安装在密封电池箱箱体外侧；所述加热器件为PTC加热器；所述换热器包括按顺序设置的第一散热风扇、第一散热片、半导体制冷片、第二散热片和第二散热风扇。
上述技术方案提供的应用相变材料的电池组热管理***，，用相变材料的高导热和相变焓吸热实现对动力电池组的温度调控，但是相变材料冷却是利用材料发生相变时储存或释放热量实现对电池的冷却或加热，虽然该方法散热效果较好，但是相变材料散热技术尚未成熟，而且大多数相变材料的导热率较差，影响散热速度。
发明内容
鉴于此，本发明提出了一种电池模块的散热***，旨在解决现有电池组散热速度低的问题。
本发明提出了一种电池模块的散热***，该散热***包括：第一导热管、第二导热管、散热结构和至少一个循环水箱；其中，所述第一导热管和所述第二导热管内设有液态金属；所述第一导热管蛇形分布在所述电池模块的电池箱内，所述电池模组的锂电池卡设于所述第一导热管的迂回部；所述散热结构设置于所述第一导热管和所述锂电池之间，用于对所述锂电池充放电时产生的热量进行散热；所述循环水箱设置于所述电池箱外；所述第二导热管设置于所述循环水箱内且与所述第一导热管相连通，所述第一导热管内的液态金属与所述锂电池进行热交换后，流动至所述第二导热管内并与所述循环水箱内的冷却水进行热交换；所述散热结构的材料为相变复合材料。
进一步地，上述电池模块的散热***，所述相变复合材料包括相变材料和毛细管；所述毛细管内部填充有液态金属。
进一步地，上述电池模块的散热***，所述毛细管占所述相变复合材料的质量比例小于或等于30%。
进一步地，上述电池模块的散热***，所述毛细管的长度小于或等于1厘米。
进一步地，上述电池模块的散热***，所述相变材料为聚乙二醇、六水氯化钙、十水合硫酸钠、三水合醋酸钠、十水合磷酸氢钠、石蜡、正癸酸、十二酸、十四酸、十六酸、十八酸、2-二羟甲基丙醇、新戊二醇或泡沫铜。
进一步地，上述电池模块的散热***，所述相变复合材料还包括金属、热管、石墨颗粒、金属颗粒。
进一步地，上述电池模块的散热***，所述毛细管内、所述第一导热管和所述第二导热管内的液态金属为镓镁合金、镓铟合金、镓铟锡合金、铟锡铋合金、钾钠合金或水银。
进一步地，上述电池模块的散热***，所述第一导热管为铜管、铝管、铝合金管、石墨烯管、人工石墨管、天然石墨管、碳纤维管或C/C复合材料管；和/或，所述第二导热管为铜管、铝管、铝合金管、石墨烯管、人工石墨管、天然石墨管、碳纤维管或C/C复合材料管。
进一步地，上述电池模块的散热***，所述循环水箱和/或所述电池箱为铝合金箱体。
进一步地，上述电池模块的散热***，所述第二导热管为毛细血管网状结构。
本发明提供的电池模块的散热***，通过第一导热管和第二导热管内散热快、散热效果好的液态金属与高导热率的相变复合材料结合实现锂电池的快速高效地散热，同时，通过循环水箱内的冷却水对液态金属进行冷却降温以便持续对锂离子电池组进行高效散热，以便避免锂电池温度过高或过低，进而确保了锂电池的电池性能和循环寿命。同时，相变复合材料和液态金属导热率高，换热速度快，工作效率高，提高了该散热***对锂电池散热的效率和效果。
尤其是，高导热率的相变复合材料对锂离子电池组进行散热降温，降温速度快，工作效率高，可保证了电池的正常工作，同时，液态金属作为热传导介质，由于其导热率远高于传统的水、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。
进一步地，第二导热管为毛细血管网状结构，以便增大第二导热管与冷却水的接触面积，进而提高第二导热管内液态金属的冷却效率，从而进一步提高该散热***对锂电池散热的效率。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为本发明实施例提供的电池模块的散热***的结构示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
参见图1，其为本发明实施例提供的电池模块的散热***的结构示意图，如图所示，该散热***包括：第一导热管1、第二导热管2、散热结构3和至少一个循环水箱4；其中，
第一导热管1和所述第二导热管2内设有液态金属，在第一导热管1和所述第二导热管2内循环流动，以便将电池箱5内的热量带出；电池模块的电池箱5内设置有多块锂电池，多块锂电池串联、并联或混联结合成电池组。所述第一导热管1蛇形分布在所述电池模块的电池箱5内，所述电池模组的锂电池卡设于所述第一导热管1的迂回部a即导热管中折弯之间的空间部分，该迂回部用于卡住电池即可使得第一导热管1沿锂电池的外壁绕设，这样一来，电池的热量就可以直接传导给第一导热管，以提高第一导热管1与锂电池之间的接触面积，进而提高第一导热管1内的液态金属与锂电池之间进行热交换的效率，即提高锂电池散热效率。其中，电池箱5可以为铝合金箱体，其导热率较高，以便提高电池箱5的散热效率。
所述散热结构3设置于所述第一导热管1和所述锂电池之间，用于对所述锂电池充放电时产生的热量进行散热。为进一步提高散热结构3对锂电池进行散热的效率，优选地，散热结构3沿第一导热管外壁紧密覆盖，同时，所述散热结构3与电池组中的锂电池紧密接触，以便通过散热结构3直接与锂电池接触，即锂电池充放电时产生的热量直接传递至散热结构3上，以便通过散热结构3对锂电池进行初级散热。散热结构3获得的热量与第一导热管1的外壁进行热传导，通过第一导热管1传递给第一导热管1内的液态金属进行再次散热，即散热结构3与第一导热管1内的液态金属进行热交换，以便将锂电池充放电时产生的热量传递至第一导热管1内的液态金属。其中，所述第一导热管1为铜管、铝管、铝合金管、石墨烯管、人工石墨管、天然石墨管、碳纤维管或C/C复合材料管；和/或，所述第二导热管2为铜管、铝管、铝合金管、石墨烯管、人工石墨管、天然石墨管、碳纤维管或C/C复合材料管，其导热率较高，以便提高散热结构3与锂电池之间热交换的效率和散热结构3通过第一导热管1与液态金属进行热交换的效率，进而进一步提高该散热***的散热效率。所述第一导热管1和所述第二导热管2内的液态金属为镓镁合金、镓铟合金、镓铟锡合金、铟锡铋合金、钾钠合金或水银，以便进一步提高液态金属与散热结构3进行热交换的效率。散热结构3的材料为相变复合材料，以便提高其散热效率。
所述循环水箱4设置于所述电池箱5外的一侧，第二导热管2设置于所述循环水箱4内且与所述第一导热管1相连通，即使得第一导热管1从电池箱5内穿过电池箱5外壁，穿经循环水箱4内的第二导热管2，然后再次穿过电池箱5的外壁回到电池箱5内的第一导热管1，形成完整的循环回路。所述第一导热管1内的液态金属与所述锂电池进行热交换后，流动至所述第二导热管2内并与所述循环水箱4内的冷却水进行热交换，以便使得循环水箱4内循环流动的冷却水将高效能地带走液态金属的热量，进而高效能地实现锂电池的散热，从而维持电池运行安全。为进一步提高第二导热管2内液态金属的冷却效率即液态金属与冷却水进行热交换的效率，优选地，第二导热管2为毛细血管网状结构，以便增大第二导热管2与冷却水的接触面积，进而提高第二导热管2内液态金属的冷却效率。其中，循环水箱4可以为铝合金箱体，其导热率较高，以便提高电池箱5的散热效率。
进一步地，散热结构3可以为套设于第一导热管1外部的环形套管结构或设置于第一导热管1和所述锂电池之间的散热层例如板状结构；相变复合材料包括相变材料、金属、热管、毛细管、石墨颗粒、金属颗粒等。优选地，相变复合材料由相变材料和毛细管组成。进一步优选地，所述毛细管内部填充有液态金属，以便进一步提高相变复合材料对锂电池进行散热的效率。其中，所述毛细管的长度小于或等于5毫米；优选地，所述毛细管的长度不超过2毫米；进一步优选地，所述毛细管的长度不超过1厘米。其中，内填充有液态金属的毛细管占所述相变复合材料的质量比例不超过30%；优选地，内填充有液态金属的毛细管占所述相变复合材料的质量比例不超过15%；进一步优选地，内部填充有液态金属的毛细管占相变复合材料的质量比例不超过5%。相变材料为聚乙二醇、六水氯化钙、十水合硫酸钠、三水合醋酸钠、十水合磷酸氢钠、石蜡、正癸酸、十二酸、十四酸、十六酸、十八酸、2-二羟甲基丙醇（PG）、新戊二醇（NPG）或泡沫铜。
参见图1，现对本实施例中提供的电池模块的散热***的工作过程进行详细的说明：
通过散热结构3对锂电池充放电时产生的热量进行初级散热，散热结构3获得的热量与第一导热管1的外壁进行热传导，通过第一导热管1传递给第一导热管1内的液态金属，即散热结构3与第一导热管1内的液态金属进行再次热交换，以便将锂电池充放电时产生的热量依次传递至第一导热管1内的液态金属，第一导热管1内的液态金属流动至所述第二导热管2内并与所述循环水箱4内的冷却水进行热交换，以便使得循环水箱4内循环流动的冷却水将高效能地带走液态金属的热量，进而高效能地实现锂电池的散热，从而维持电池运行安全。
综上，本实施例提供的电池模块的散热***，通过第一导热管1和第二导热管2内散热快、散热效果好的液态金属与高导热率的相变复合材料结合实现锂电池的快速高效地散热，同时，通过循环水箱4内的冷却水对液态金属进行冷却降温以便持续对锂离子电池组进行高效散热，以便避免锂电池温度过高或过低，进而确保了锂电池的电池性能和循环寿命。同时，相变复合材料和液态金属导热率高，换热速度快，工作效率高，提高了该散热***对锂电池散热的效率和效果。
尤其是，高导热率的相变复合材料对锂离子电池组进行散热降温，降温速度快，工作效率高，可保证了电池的正常工作，同时，液态金属作为热传导介质，由于其导热率远高于传统的水、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。
进一步地，第二导热管2为毛细血管网状结构，以便增大第二导热管2与冷却水的接触面积，进而提高第二导热管2内液态金属的冷却效率，从而进一步提高该散热***对锂电池散热的效率。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种电池模块的散热***，其特征在于，包括：第一导热管（1）、第二导热管（2）、散热结构（3）和至少一个循环水箱（4）；其中，
所述第一导热管（1）和所述第二导热管（2）内设有液态金属；
所述第一导热管（1）蛇形分布在所述电池模块的电池箱（5）内, 所述电池模组的锂电池卡设于所述第一导热管（1）的迂回部；
所述散热结构（3）设置于所述第一导热管（1）和所述锂电池之间，用于对所述锂电池充放电时产生的热量进行散热；
所述循环水箱（4）设置于所述电池箱（5）外；
所述第二导热管（2）设置于所述循环水箱（4）内且与所述第一导热管（1）相连通，所述第一导热管（1）内的液态金属与所述锂电池进行热交换后，流动至所述第二导热管（2）内并与所述循环水箱（4）内的冷却水进行热交换；
所述散热结构（3）的材料为相变复合材料。
2.根据权利要求1所述的电池模块的散热***，其特征在于，
所述相变复合材料包括相变材料和毛细管；
所述毛细管内部填充有液态金属。
3.根据权利要求2所述的电池模块的散热***，其特征在于，
所述毛细管占所述相变复合材料的质量比例小于或等于30%。
4.根据权利要求2所述的电池模块的散热***，其特征在于，
所述毛细管的长度小于或等于1厘米。
5.根据权利要求2所述的电池模块的散热***，其特征在于，
所述相变材料为聚乙二醇、六水氯化钙、十水合硫酸钠、三水合醋酸钠、十水合磷酸氢钠、石蜡、正癸酸、十二酸、十四酸、十六酸、十八酸、2-二羟甲基丙醇、新戊二醇或泡沫铜。
6.根据权利要求2所述的电池模块的散热***，其特征在于，
所述相变复合材料还包括金属、热管、石墨颗粒、金属颗粒。
7.根据权利要求2所述的电池模块的散热***，其特征在于，
所述毛细管内、所述第一导热管（1）和所述第二导热管（2）内的液态金属为镓镁合金、镓铟合金、镓铟锡合金、铟锡铋合金、钾钠合金或水银。
8.根据权利要求1至7任一项所述的电池模块的散热***，其特征在于，
所述第一导热管（1）为铜管、铝管、铝合金管、石墨烯管、人工石墨管、天然石墨管、碳纤维管或C/C复合材料管；和/或，
所述第二导热管（2）为铜管、铝管、铝合金管、石墨烯管、人工石墨管、天然石墨管、碳纤维管或C/C复合材料管。
9.根据权利要求1至7任一项所述的电池模块的散热***，其特征在于，
所述循环水箱（4）和/或所述电池箱（5）为铝合金箱体。
10.根据权利要求1至7任一项所述的电池模块的散热***，其特征在于，
所述第二导热管（2）为毛细血管网状结构。
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