CN111490312B - 一种用于动力电池组的基于扩散焊技术的一体式散热器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于动力电池组的基于扩散焊技术的一体式散热器，本实施例的一体式散热器由散热器进口联箱、散热器主体和散热器出口联箱构成；所述散热器进口联箱、散热器主体和散热器出口联箱通过扩散焊方式由上而下依次连接形成一体化的散热结构；所述一体化的散热结构内部均匀设置多个电池安装座孔，在每个电池安装座孔的四周和底部均设置有冷却通道；冷却工质通过散热器入口进入到电池安装座孔的四周的冷却通道之后再进入电池安装座孔的底部，最后由散热器出口流出。本发明的一体式散热器为基于扩散焊技术的一体化换热结构，散热能力以及换热均匀性均优于现有的动力电池冷却***。

Description

一种用于动力电池组的基于扩散焊技术的一体式散热器
技术领域
本发明涉及动力电池散热技术领域，具体涉及一种用于动力电池组的基于扩散焊技术的一体式散热器及其在动力电池热管理***中的应用。
背景技术
随着传统燃油汽车产销量的急剧增加，由此带来的能源和环境问题也日益突出。近年来以电动汽车为主的新能源汽车受到了全球汽车市场的青睐，有望降低对传统燃油汽车的依赖。锂电池具有使用寿命长、能量密度高和维护成本低等特点，是作为新能源汽车动力电池的首选。在实用中，常规锂电池工作温度一般在-20℃~60℃，若电池组不能及时散热，将导致电池组的温度过高或分布不均匀，降低电池充放电循环效率，影响电池的功率和能量输出，严重时还将导致热失控，影响电池组***的安全性与可靠性。针对这个问题，通常需要专门构建动力电池组热管理***对其温度进行调节。散热器作为电池热管理***的核心部件，其性能直接影响了整个热管理***的整体性能。通过高效紧凑的散热器结构设计，可有效构建电池组热管理***，提高电池组的性能和寿命。
鉴于汽车动力电池的效能、寿命等均受工作温度的影响，通常需要专门的动力电池组热管理***对其温度进行调节，以确保其始终工作在合理的温度区间。散热器作为热管理***的核心部件，决定了***的总体性能。采用高效紧凑的散热器结构设计，一方面可以有效控制动力电池组的温度，解决温度过高带来的运行和安全问题，另一方面又不会过多占用使用空间，提高***的经济性。目前锂电池组散热方式主要有空气冷却、液体冷却和相变材料冷却三种方式。由于相变材料冷却方式成本昂贵，目前商用的主要是空气和液体冷却两种。相比较之下，液体冷却方式具有较大的换热系数和比热容，冷却效果最佳。液冷技术当中，通常在锂电池组底部布置液冷板，通过冷却工质在冷板内布置的冷却通道中的循环流动带出电池的释热，这种散热方式存在热阻大、工质流动阻力大或流量分配不均、散热不均的问题。
发明内容
为了解决现有液冷技术存在的技术问题，本发明提供了一种用于动力电池组的基于扩散焊技术的一体式散热器。本发明的一体式散热器为基于扩散焊技术的一体化换热结构，散热能力以及换热均匀性均优于现有的动力电池冷却***。
本发明通过下述技术方案实现：
一种用于动力电池组的基于扩散焊技术的一体式散热器，所述一体式散热器由散热器进口联箱、散热器主体和散热器出口联箱构成；
其中，所述散热器进口联箱、散热器主体和散热器出口联箱通过扩散焊方式由上而下依次连接形成一体化的散热结构；
所述一体化的散热结构内部均匀设置多个电池安装座孔，在每个电池安装座孔的四周和底部均设置有冷却通道；
冷却工质通过散热器入口进入入口联箱，然后分配到到电池安装座孔四周的冷却通道之后，再汇集电池安装座孔底部的出口联箱，最后由散热器出口流出。
本发明基于扩散焊技术构建一体式散热器，冷却通道均匀布置在一体式散热器内部，整个散热器相当于是一个带有内部冷却通道的均热块，所有电池均置于散热器的内部，这样可实现对电池组的良好冷却，确保整个电池组处于温度适宜且均匀的热环境中。
优选的，本发明的散热器进口联箱的顶面与底面之间均匀设置多个孔台；
本发明的散热器主体的顶面与底面之间设置有与孔台一一对应的电池安装孔；
本发明的散热器出口联箱的顶面作为电池安装座孔底面；
由散热器进口联箱上的孔台、散热器主体上对应的电池安装孔和散热器出口联箱顶面对应电池安装座孔底面位置构成底部封闭的电池安装座孔，用于放置动力电池。
优选的，本发明的一体式散热器在每个孔台的四周且位于所述散热器进口联箱的底面上有多个均匀布置的冷却通道入口，与散热器主体（4）的冷却通道（4.1）相连通；
所述散热器主体的顶面与底面之间设置有与多个冷却通道入口一一对应的冷却通道，所述冷却通道作为电池安装座孔四周的冷却通道；
所述散热器出口联箱的顶面设置有与多个冷却通道一一对应的冷却通道出口，与散热器出口连通。
优选的，本发明的散热器入口设置于散热器进口联箱的侧面，所述散热器出口设置于散热器出口联箱的侧面；
冷却工质经由散热器入口进入所述散热器进口联箱内部进行分流流入各冷却通道入口，流经冷却通道，最后经过冷却通道出口汇集到散热器出口联箱内腔中，由散热器出口流出。
优选的，本发明的一体式散热器的各部件均采用铜、铜合金、铝或铝合金制成。
另一方面，本发明还提出了一种动力电池组热管理***，该动力电池热管理***采用上述一体式散热器。
本发明具有如下的优点和有益效果：
1、相较于现有的冷却结构，本发明基于扩散焊技术构建一体式的散热器，冷却通道布置在散热器内部，散热器由导热性好的材料制成（例如铜、铜合金、铝或铝合金），整个散热器相当于是一个带有内部冷却通道的均热块，所有电池均放置于散热器的内部，仅电气连接部分裸露在外，这样，可实现对电池组良好的冷却，确保整个电池组处于温度适宜且均匀的热环境。基于扩散焊的一体式的设计，可有效避免冷却液的泄露，整个散热器具有更好的运行安全和可靠性。
2、本发明在电池单体的底部和四周均布置冷却通道，实现对电池的整体冷却，相比较于一般仅在电池底部冷却的设计，当前设计有换热面积大、冷却效率高且冷却效果更佳均匀的优势。
3、本发明中锂电池固定在均热性好的散热器中，所有电池几乎被散热面包覆，各电池之间均布置有冷却通道，可以及时带出电池充放电过程中产生的热量；同时，通过改变孔道直径、孔道位置、数量等方式，可以对释热强度不同的区域进行相应的散热量调整，进而实现整个电池组自身保持在较为恒定和均匀的温度条件，避免电池局部过热现象发生，提高***的安全性。此外，一体式的换热器设计可有效避免使用过程中冷却工质的泄露，***安全性大大提高。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明的一体式散热器整体结构示意图。
图2为本发明的散热器进口联箱结构示意图。
图3为本发明的散热器主体结构示意图。
图4为本发明的散热器出口联箱结构示意图。
图5为本发明的散热器工作原理图。
具体实施方式
在下文中，可在本发明的各种实施例中使用的术语“包括”或“可包括”指示所发明的功能、操作或元件的存在，并且不限制一个或更多个功能、操作或元件的增加。此外，如在本发明的各种实施例中所使用，术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。
在本发明的各种实施例中，表述“或”或“A或/和B中的至少一个”包括同时列出的文字的任何组合或所有组合。例如，表述“A或B”或“A或/和B中的至少一个”可包括A、可包括B或可包括A和B二者。
在本发明的各种实施例中使用的表述(诸如“第一”、“第二”等)可修饰在各种实施例中的各种组成元件，不过可不限制相应组成元件。例如，以上表述并不限制所述元件的顺序和/或重要性。以上表述仅用于将一个元件与其它元件区别开的目的。例如，第一用户装置和第二用户装置指示不同用户装置，尽管二者都是用户装置。例如，在不脱离本发明的各种实施例的范围的情况下，第一元件可被称为第二元件，同样地，第二元件也可被称为第一元件。
应注意到：如果描述将一个组成元件“连接”到另一组成元件，则可将第一组成元件直接连接到第二组成元件，并且可在第一组成元件和第二组成元件之间“连接”第三组成元件。相反地，当将一个组成元件“直接连接”到另一组成元件时，可理解为在第一组成元件和第二组成元件之间不存在第三组成元件。
在本发明的各种实施例中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的并且并非意在限制本发明的各种实施例。如在此所使用，单数形式意在也包括复数形式，除非上下文清楚地另有指示。除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本发明的各种实施例中被清楚地限定。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1
本实施例提出了一种用于动力电池组的一体式散热器。
如图1所示，本实施例的一体式散热器由散热器进口联箱1、散热器主体4、散热器出口联箱5组成。
其中，本实施例的散热器进口联箱1、散热器主体4和散热器出口联箱5通过扩散焊方式7由上而下依次连接形成一体化的散热结构；
本实施例的一体化的散热结构内部均匀设置多个电池安装座孔2，在每个电池安装座孔2的四周和底部均设置有冷却通道；
本实施例中，冷却工质通过散热器入口3进入到电池安装座孔2的四周的冷却通道之后再进入电池安装座孔的底部，最后由散热器出口6流出。
本实施例的散热器进出口联箱和散热器主体通过扩散焊方式7连接，形成一体化的散热器，因此，密封性可以得到有效保证，避免冷却液泄露引起短路等问题。电池侧面及底部分别与动力电池孔座侧面和底部直接接触，电池释热以导热方式传至散热器主体，然后冷却通道内流动液体工质以对流方式带出释热，最后再通过外部冷却设备将释热散至环境，完成电池释热向外部的传输过程。
本实施例的一体式散热器的各个部件均采用导热性较好的金属（例如铜或铝）或者合金材料制成，良好的导热性能会使散热器具有更好的均温性。
实施例2
本实施例对上述实施例1的散热器进口联箱1、散热器本体4和散热器出口联箱5作了进一步优化。
本实施例的散热器进口联箱1除了冷却功能之外，主要起到向各个冷却通道分配流体的作用，散热器主体则担负主要的冷却功能；本实施例的散热器出口联箱5除了冷却电池底部外，所有冷却工质均需要在此汇集，流出散热器。
如图2-4所示，本实施例的散热器进口联箱的顶面与底面之间均匀设置多个孔台1.1；
本实施例的散热器主体的顶面与底面之间设置有与孔台一一对应的电池安装孔4.2；
本实施例的散热器出口联箱的顶面同时作为电池安装座孔的底面（图4的虚线圆圈部分）；
本实施例中，由散热器进口联箱上的孔台1.1、散热器主体上对应的电池安装孔4.2和散热器出口联箱上对应的座孔底面构成底部封闭的电池安装座孔，用于放置动力电池。
如图2-4所示，本实施例的一体式散热器在每个第一容纳通孔的四周且位于所述散热器进口联箱的底面上均匀设置有多个冷却通道入口1.2，与散热器入口3连通；
本实施例的散热器主体的顶面与底面之间设置有与多个冷却通道入口一一对应的冷却通道4.1，作为电池安装座孔四周的冷却通道；
本实施例的散热器出口联箱的顶面设置有与多个冷却通道一一对应的冷却通道出口5.2，与散热器出口6连通。
本实施例的散热器入口3设置于散热器进口联箱1的侧面。
本实施例的散热器出口6设置于散热器出口联箱5的侧面。
如图5所示，冷却工质经由散热器入口3进入所述散热器进口联箱1内部进行分流流入各冷却通道入口1.2，流经冷却通道4.1，最后经过冷却通道出口5.2汇集到散热器出口联箱内腔5.1中，由散热器出口6流出。
本实施例还可通过以下任意方式对上述方案进行变形：
（1）改变电池安装孔座以及冷却通道的数量、尺寸和形状等。
（2）改变进出口联箱的结构和尺寸等。
（3）采用不同导热性能的散热体结构材料。
本实施例还可通过改变散热器中冷却通道的直径、位置、数量等方式改变冷却工质的流量分配，进而控制散热过程，实现针对不能释热强度区域的精细化散热，进而进一步提高电池组和散热器内部温度分布均匀性，更加有利于电池发挥工作效能。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种用于动力电池组的基于扩散焊技术的一体式散热器，其特征在于，所述一体式散热器由散热器进口联箱（1）、散热器主体（4）和散热器出口联箱（5）构成；
其中，所述散热器进口联箱（1）、散热器主体（4）和散热器出口联箱（5）通过扩散焊方式由上而下依次连接形成一体化的散热结构；
所述一体化的散热结构内部均匀设置多个电池安装座孔（2），在每个电池安装座孔（2）的四周和底部均设置有冷却通道；
冷却工质通过散热器入口（3）进入到进口联箱（1），然后分配到电池安装座孔（2）的四周的冷却通道，流出之后进入电池安装座孔（2）的底部的出口联箱（5），最后由散热器出口（6）流出；
所述散热器进口联箱（1）的顶面与底面之间均匀设置多个孔台（1.1）；
所述散热器主体（4）的顶面与底面之间设置有与孔台（1.1）一一对应的电池安装孔（4.2）；
所述散热器出口联箱（5）的顶面作为电池安装座孔底面；
由散热器进口联箱（1）上的孔台（1.1）、散热器主体（4）上对应的电池安装孔（4.2）和散热器出口联箱（5）上对应的电池安装座孔底面位置构成底部封闭的电池安装座孔，用于放置动力电池。
2.根据权利要求1所述的一种用于动力电池组的基于扩散焊技术的一体式散热器，其特征在于，在每个孔台（1.1）的四周且位于所述散热器进口联箱（1）的底面上有多个均匀布置的冷却通道入口（1.2），与散热器主体（4）的冷却通道（4.1）相连通；
所述散热器主体（4）的顶面与底面之间设置有与多个冷却通道入口（1.2）一一对应的冷却通道（4.1），所述冷却通道（4.1）作为电池安装座孔四周的冷却通道；
所述散热器出口联箱（5）的顶面设置有与多个冷却通道一一对应的冷却通道出口（5.2），所述冷却通道出口（5.2）与散热器出口（6）连通。
3.根据权利要求2所述的一种用于动力电池组的基于扩散焊技术的一体式散热器，其特征在于，所述散热器入口（3）设置于散热器进口联箱（1）的侧面，所述散热器出口（6）设置于散热器出口联箱（5）的侧面；
冷却工质经由散热器入口（3）进入所述散热器进口联箱（1）内，然后流经各冷却通道入口，进入各冷却通道，最后经冷却通道出口汇集到散热器出口联箱，最终经由散热器出口（6）流出。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种用于动力电池组的基于扩散焊技术的一体式散热器，其特征在于，所述一体式散热器的各部件均采用铜、铜合金、铝或铝合金制成。
5.一种动力电池组热管理***，其特征在于，该***采用如上述权利要求1-4任一项所述的一体式散热器。
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