CN112968247A - 一种散热器、电池包及用电设备 - Google Patents

Abstract

本申请涉及电池包装置技术领域，特别公开了一种散热器、电池包及用电设备，包括：壳体和相变材料。壳体设置有封闭的中空腔，相变材料设置于所述中空腔内，所述相变材料未发生相变时，所述相变材料不超过所述中空腔体积的95％。通过上述方式，本申请能够在电池管理***板(BMS板)上的发热元件温度升高且达到相变材料的相变温度时，相变材料发生相变，吸收BMS板上发热元件产生的热量，大大提高了BMS板的散热，降低了BMS上的元件因BMS板温升过高而损坏的几率，同时，可减少相变材料发生相变时，从壳体内溢出而影响散热器的散热效果。

Description

一种散热器、电池包及用电设备

技术领域

本申请及电池包装置技术领域，特别是涉及一种散热器、电池包及用电设备。

背景技术

目前市场上，对两轮电动车的充电及驾驶性能要求越来越高，两轮电动车的电池包趋于向快充和高倍率放电方向发展。其中，电池包通常设置有电池包控制组件电池管理***板(BMS板)和散热器，其中散热器通常设置于BMS板上，通常利用散热器的自然对流散热原理对BMS板起到散热作用，自然对流散热指的是由参与换热的流体由于各部分温度不均匀形成密度差所引起的对流换热现象，但往往利用自然对流散热原理的散热器对BMS板进行散热效果不佳。

发明内容

本申请的发明人发现两轮电动车的电池包在快充和高倍率放电过程中，电池包控制组件BMS板上的发热元器件温升较高，而BMS板通常位于电池包内封闭的环境，气体流动速度很小，常规散热器往往达不到较好的散热效果。鉴于上述问题，本申请提供了一种散热器、电池包及用电设备，改善散热器散热效果不佳的问题。

根据本发申请的一个方面，提供了一种散热器，包括：壳体，设置有封闭的中空腔；相变材料，设置于所述中空腔内，所述相变材料未发生相变时，所述相变材料不超过所述中空腔体积的95％。

在一种可选的方式中，所述相变材料不超过所述中空腔体积的90％-95％。

在一种可选的方式中，所述相变材料的相变温度为60摄氏度-180摄氏度，相变材料发生相变吸收发热元件产生的热量，降低发热元件的温度。

在一种可选的方式中，所述相变材料的相变温度为90摄氏度-180摄氏度，所述相变材料发生相变，吸收发热元件产生的热量或所处环境的热量。

在一种可选的方式中，所述相变材料的相变温度为90摄氏度-150摄氏度，所述相变材料发生相变，以吸收发热元件产生的热量。

在一种可选的方式中，所述相变材料的相变温度为130摄氏度-150摄氏度，所述相变材料发生相变，吸收发热元件产生的热量或所处环境的热量。

在一种可选的方式中，所述相变材料的相变焓值大于60J/g，表示每一克的相变材料在发生相变时可吸收大于60焦耳的能量。

在一种可选的方式中，所述相变材料的相变焓值范围为80J/g-250J/g，表示每一克的相变材料在发生相变时可吸收80焦耳至250焦耳的能量。

在一种可选的方式中，所述相变材料的相变焓值范围为150J/g-250J/g，表示每一克的相变材料在发生相变时可吸收150焦耳至250焦耳的能量，每一克相变材料此时吸收的能量较多。

在一种可选的方式中，所述壳体的内表面朝所述中空腔延伸有第一齿片，所述第一齿片可增大与相变材料的接触面积，即相变材料与壳体的接触面积增大，提高了相变材料相变时吸收热量的效率。

在一种可选的方式中，所述壳体的外表面设置有凸台；所述导热板设置有凹部，所述凸台插接于所述凹部，所述凸台用于增大与被散热部件的接触面积，提高散热器对被散热部件的散热。

在一种可选的方式中，所述壳体包括第一壳体、第二壳体和第三壳体；所述第二壳体设置于所述第一壳体的第一端，所述第三壳体设置于所述第一壳体的第二端，由所述第一壳体、第二壳体和第三壳体围合形成封闭的中空腔。

在一种可选的方式中，所述散热器包括封装膜，所述封装膜包覆所述相变材料，所述封装膜限制所述相变材料的流动。

根据本申请实施例的另一方面，提供了一种电池包，包括：电芯组件，包括多个堆叠设置的电芯；电连接于所述电芯的电池控制组件，及如上所述的散热器，所述散热器安装于所述于电池控制组件，所述散热器用于对所述电池控制组件进行散热。

在一种可选的方式中，所述电池控制组件包括电路板；所述电池包包括导热板，所述导热板的一表面贴附于所述壳体的外表面，所述导热板的另一表面贴附于所述电路板上的发热元件。

根据本申请实施例的另一个方面，提供了一种用电设备，包括如上所述的电池包。

本申请的有益效果包括：区别于现有技术，本申请通过设置壳体和相变材料，壳体设置封闭的中空腔，相变材料置于中空腔内，相变材料未发生相变时，相变材料不超过中空腔体积的95％，这样设置，在BMS板上的发热元器件温度升高且达到相变材料的相变温度时，相变材料发生相变，吸收BMS板上发热元器件产生的热量，提高了对BMS板的散热，降低了BMS板上的元器件因BMS板温升过高而损坏的几率。同时，相变材料不超过中空腔体积的95％，可减少相变材料发生相变时从壳体内溢出而影响散热器的散热效果。

附图说明

为了更清楚地说明本申请具体实施例或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1是本申请实施例散热器的整体结构***示意图；

图2是本申请实施例散热器的整体结构组装示意图；

图3是本申请实施例散热器的一实施例局部结构示意图；

图4是本申请实施例散热器的另一实施例局部结构示意图；

图5是图2的侧面剖视图；

图6是本申请实施例散热器的一实施例局部结构示意图；

图7是本申请实施例散热器的一实施例的组装结构示意图；

图8是本申请散热器的另一实施例整体结构***示意图；

图9是本申请散热器的另一实施例整体结构组装示意图；

图10是本申请散热器的另一实施例局部结构组装示意图；

图11是本申请另一实施例电池包的整体结构***示意图；

图12是本申请另一实施例电池包的局部结构示意图。

附图说明：10、壳体；10a、中空腔；101、第一齿片；102、第二齿片；103、凸台；104、第一壳体；104a、第一开口；105、第二壳体；106、第三壳体；107、第四壳体；107a、第一收容腔；1071、第二开口；20、相变材料；30、电芯组件；40、电池控制组件；401、电路板；50、导热板；60、电池外壳；70、第一盖板；80、第二盖板；90、封装膜。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面结合附图和具体实施例，对本申请进行更详细的说明。需要说明的是，当元件被表述“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。当一个元件被表述“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。本说明书所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本申请。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1，散热器01包括壳体10和相变材料20。所述相变材料20设置于所述壳体10内。相变材料是指在外界温度达到相变材料的相变温度时，相变材料发生相变，可吸收外界高热量，以降低外界温度。

散热器01还包括封装膜90，所述封装膜90包覆相变材料20，限制相变材料20流动。优选的，所述封装膜90包括铝塑膜，但不限于利用铝塑膜封装。

对于上述壳体10，如图1和图2所示，壳体10设置有封闭的中空腔10a，所述中空腔10a用于放置相变材料20，同时所述壳体10具有较高的导热性，所述壳体10的制作材料包括铝，但不限于为铝材料，也可以为其他材料，只要满足壳体10具有较高的导热性即可，例如：铜等等。优选的，所述壳体10的厚度为0.5mm-4mm。

在一些实施例中，如图1和图3所示，所述壳体10的内表面朝所述中空腔10a的方向延伸有第一齿片101，所述第一齿片101可增大与相变材料20的接触面积，即相变材料20与壳体10的接触面积增大，提高了相变材料20相变时吸收热量的效率。

在一些实施例中，如图1和图4所示，所述壳体10的外表面朝远离中空腔10a的方向延伸有第二齿片102，所述第二齿片102可增大壳体10与外界空气的接触面积，提高壳体10的散热效率，同时利用自然对流散热原理对壳体10进行散热。在其他的一些实施例中，所述第二齿片102可与其他冷却板或冷却剂连接散热。

在一些实施例中，所述壳体10的设置有凸台103，所述凸台103用于增大与被散热部件的接触面积，提高散热器01对被散热部件的散热。

在一些实施例中，如图1和图5所示，所述壳体10包括第一壳体104、第二壳体105和第三壳体106，所述中空腔10a自第一壳体104的第一端往第一壳体104的第二端方向贯穿所述第一壳体104，所述第二壳体105设置于所述第一壳体104的第一端，所述第三壳体106设置于所述第一壳体104的第二端，实现将所述中空腔10a的两端封闭，形成封闭的中空腔10a。

在一些实施例中，所述第二壳体105和第三壳体106与第一壳体104的固定方式可为螺接，但不限于利用螺接固定，也可以为其他固定方式，例如：焊接等无缝连接固定方式。

在一些实施例中，如图6和图7所示，所述第一壳体104设有第一开口104a，所述相变材料20通过所述第一开口104a设于第一壳体104内，所述封装膜90包覆于所述相变材料20。优选的，所述封装膜90包覆于所述相变材料20的外表面，并将所述相变材料20密封于所述封装膜90内，限制相变材料20的移动。第一壳体104封闭第一开口104a，限制相变材料20在第一壳体104内流动。

在一些实施例中，如图8-图10所示，所述壳体10包括第四壳体107，所述第四壳体107设置有第一收容腔107a以及连通所述第一收容腔107a的第二开口1071，第一收容腔107a可用于收容相变材料20，所述相变材料20通过所述第二开口1071设于第四壳体107内，所述封装膜90贴附在所述第四壳体107和所述相变材料20上，限制相变材料20在第四壳体107内的流动。

对于上述相变材料20，如图1所示，所述相变材料20设置于所述中空腔10a内。优选的，相变材料20为固体相变材料20，所述相变材料20未发生相变时，所述相变材料20不超过所述中空腔10a体积的95％，可减少相变材料20发生相变时从壳体10内溢出，从而影响散热器的散热效果。优选的，在环境温度为20摄氏度到30摄氏度时，所述相变材料20不超过所述中空腔10a的体积的95％。

相变材料未发生相变指的是相变材料所处的环境温度低于相变材料的相变温度。例如，环境温度为25摄氏度时，若相变材料的相变温度为60摄氏度，此时，由于相变材料所处的环境温度低于相变材料的相变温度，相变材料处于未发生相变状态。此外，相变温度指的是：物质在不同相之间转变时的临界温度，例如相变材料由固态变为液态、气态、融化状态等所需要的温度。

在一些实施例中，所述相变材料20的相变温度为60摄氏度-180摄氏度，所述相变材料20发生相变，吸收发热元件产生的热量或周围环境中的热量，降低发热元件的温度。

在一些实施例中，所述相变材料20的相变温度为90摄氏度-180摄氏度，所述相变材料20发生相变，吸收发热元件产生的热量或周围环境中的热量，降低发热元件的温度。

在一些实施例中，所述相变材料20的相变温度为90摄氏度-150摄氏度，所述相变材料20发生相变，吸收发热元件产生的热量或周围环境中的热量，降低发热元件的温度。

在一些实施例中，所述相变材料20的相变温度为130摄氏度-150摄氏度，所述相变材料20发生相变，吸收发热元件产生的热量或周围环境中的热量，降低发热元件的温度。

在一些实施例中，所述相变材料20的相变焓值大于60J/g，表示每一克的相变材料20在发生相变时可吸收大于60焦耳的能量。

在一些实施例中，所述相变材料20的相变焓值范围为80J/g-250J/g，表示每一克的相变材料20在发生相变时可吸收80焦耳至250焦耳的能量。

在一些实施例中，所述相变材料20的相变焓值范围为150J/g-250J/g，表示每一克的相变材料20在发生相变时可吸收150焦耳至250焦耳的能量，每一克相变材料20此时吸收的能量较多。

在本申请实施例中，通过设置有壳体10和相变材料20，壳体10设置有封闭的中空腔10a，相变材料20设置于中空腔10a内，相变材料20未发生相变时，相变材料20不超过中空腔10a的体积的95％，这样设置，在BMS板上的发热元器件温度升高且达到相变材料20的相变温度时，相变材料20发生相变，吸收BMS板上发热元器件产生的热量，提高了对BMS板的散热，降低了BMS板上的元器件因BMS板温升过高而损坏的几率。同时，相变材料20不超过中空腔10a体积的95％，可减少相变材料20发生相变时从壳体10内溢出而影响散热器的散热效果。

本申请还提供了一种电池包100的实施例，如图11、12所示，电池包100包括电芯组件30、电池控制组件40、导热板50、电池外壳60、第一盖板70、第二盖板80及以上所述的散热器01。其中，电芯组件30、电池控制组件40和导热板50均设置于电池外壳60内，第一盖板70盖设于电池外壳60的一端，第二盖板80盖设于电池外壳60的另一端，电池控制组件40电连接于所述电芯组件30，散热器01安装于所述电池控制组件40上，散热器01用于对所述电池控制组件40进行散热，散热器01的功能和结构可参阅上述实施例，此处不再一一赘述。

对于上述电芯组件30和电池控制组件40，如图11和图12所示，所述电芯组件30包括多个堆叠设置的电芯(未标示)，所述电池控制组件40电连接于所述电芯。所述电芯组件30可用于充放电，所述电池控制组件40用于控制电芯组件30的充放电，保护电芯组件30。

在一些实施例中，所述电池控制组件40包括电路板401，所述电路板401可用于稳定电池包的电压，保护电池包正常工作，同时，当所述电池包处于放电过程中时，所述电路板401会检测电芯的电压，当电芯电量过低时，停止输出电量，对电芯起到保护作用，当所述电池包处于充电过程中时，在电池充满电时，电路板401可自动断开充电电路避免电芯过充而损坏。

对于上述导热板50，如图11和图12所示，所述导热板50的一表面贴附于所述壳体10的外表面，所述导热板50的另一表面贴附于发热元件，实现对发热元件的散热。可以理解的是：所述导热板50的制作材料可为导热硅胶垫、导热硅脂、导热泥等导热界面材料。

在一些实施例中，所述导热板50的数量为两块，所述两块导热板50分别设置于所述凸台103的两侧，增大导热板50与散热器壳体10的接触面积，提高对发热元件的热传导，有效保护发热元件。

在一些实施例中，所述导热板50设置有凹部(未标示)，所述凹部用于所述壳体10上的凸台103插接，可增大导热板50与散热器壳体10的接触面积，提高对发热元件的热传导，有效保护发热元件。

对于上述电池外壳60、第一盖板70和第二盖板80，如图11所示，所述电池外壳60设置有第二收容腔以及连通第二收容腔的第三开口(未标示)，所述第一盖板70盖设于所述电池外壳60的一端，所述第二盖板80盖设于所述电池外壳60的另一端，所述第二收容腔形成封闭的腔室。其中，第二收容腔可用于收容电芯组件、电池控制组件40以及导热板50。电池外壳60可减少电池包的内部部件与外界部件的接触，限制外界灰尘以及降低外界部件造成电池包内部部件短路的几率。

本申请还提供了一种用电设备的实施例，用电设备包括以上的电池包，所述用电设备包括但不限于二轮电动车，储能设备，手持电动工具等，电池包的功能和结构可参阅上述实施例，此处不再一一赘述。

此外，本申请还提供了相变材料的相变温度和相变焓值为不同数值时的相关试验。具体试验过程如下：

试验材料：电池包、发热元器件MOS管、多路测温仪、普通齿片散热器、散热器、导热硅胶垫，其中电池包包括电池模组、电池控制组件BMS板以及外壳组件。

对比例1：对发热元器件MOS管没有采取散热措施。

对比例2：普通齿片散热器通过螺栓固定在BMS板上且位于两排MOS管上方，齿片散热器通过两条导热硅胶垫与两排MOS管相连，MOS管在充放电过程中产生的热量通过导热硅胶垫导入齿片散热器，利用自然对流原理散失掉。

MOS管温升测试方法：将电池包置于25℃恒温箱中，静置1小时使电池包达到恒温，然后电池包以45A恒流充电至总压为83V，之后以83V恒压充电至电流为0.5A；之后将电池包静置2小时，再将电池包以130A恒流放电至总压为60V截止，电池包充放电过程中用多路测温仪全程监控MOS管的温度。

相变材料是否溢出测试方法：将散热器置于150℃高温箱中，保持120h，之后将散热器从高温箱中取出，观察散热器中的相变材料是否从封装间隙中溢出。

本申请一实施例A组：散热器通过螺栓固定在BMS板上且位于两排MOS管上方，散热器通过两条导热硅胶垫与两排MOS管相连，MOS管在充放电过程中产生的热量通过导热硅胶垫传导入散热器，同时，散热器通过相变储热吸收大部分热量以及通过自然对流散热原理散失掉一部分热量。散热器的第一壳体的两端通过螺栓与第二壳体和第三壳体连接封装，相变材料灌满中空腔体积的95％，散热器中相变材料的相变焓值固定为200J/g，相变温度分别为50℃、60℃、90℃、130℃、150℃、180℃、190℃。

本申请一实施例B组：散热器通过螺栓固定在BMS板上且位于两排MOS管上方，散热器通过两条导热硅胶垫与两排MOS管相连，MOS管在充放电过程中产生的热量通过导热硅胶垫传导入散热器，同时，散热器通过相变储热吸收大部分热量以及通过自然对流散热原理散失掉一部分热量。散热器的第一壳体的两端通过螺栓与第二壳体和第三壳体连接封装，相变材料灌满中空腔体积的95％，设置相变材料的相变温度固定为130℃，相变焓值分别为50J/g、60J/g、80J/g、100J/g、150J/g、250J/g。

本申请一实施例C组：散热器通过螺栓固定在BMS板上且位于两排MOS管上方，散热器通过两条导热硅胶垫与两排MOS管相连，MOS管在充放电过程中产生的热量通过导热硅胶垫传导入散热器，同时，散热器通过相变储热吸收大部分热量以及通过自然对流散热原理散失掉一部分热量。散热器的第一壳体的两端通过螺栓与第二壳体和第三壳体连接封装，设置散热器中的相变温度固定为130℃，相变焓值固定为200J/g，使散热器中的相变材料分别灌满中空腔的100％、98％、96％、90％。

试验参数以及测试结果如表1所示。

表1

由表1的试验结果可知：实施例A组中，相变材料的相变温度为50℃-190℃范围内，和没有采取散热措施的实施例对比，相变材料的相变温度为60℃-180℃范围内时对发热元器件MOS管有明显的散热作用。

由实施例A组中的试验数据可知，在相变温度为60℃-180℃区间内，MOS管温度都小于对比例1和例2中的MOS管温度值，说明在此阶段，相变材料吸热较多，散热器的散热效果较明显。其中，在相变温度为90℃-180℃区间内，散热器的散热效果逐渐升高最后趋于良好，在130℃时，散热器的散热效果最好。同样的，在相变温度为90℃-150℃区间内，散热器的散热效果逐渐升高最后趋于良好，在130℃时，散热器的散热效果最好。此外，在相变温度为130℃-150℃区间内，散热器的散热效果较其他区段散热效果较好。

由实施例B组中的试验数据可知，随着相变材料的相变焓值增加，MOS管温度降幅逐渐增加，同实施例A组中A4相比，随着相变材料的相变焓值的增加，MOS管的降温幅度逐渐增加，说明散热器的散热效果越来越好。其中，在相变焓值为80J/g-150J/g区间内，随着相变材料的相变焓值增加，MOS管温度降幅逐渐增加，说明散热器的散热效果较好，同时在此区段内，MOS管温度降幅与其他区段比，较为明显。

由实施例C组中的试验数据可知，相变材料灌封占据中空腔的体积为90％时，相变材料不易从封装间隙中溢出，且同实施例A组中A4相比可知，相变材料灌封中空腔的比例在90％-95％时，相变材料不易从封装间隙中溢出，此时相变材料可正常进行散热。

散热器的散热效果总体上优于齿片散热器的散热效果，变散热器的散热效果又与相变材料的相变温度和相变焓值相关。实施例B组中B4的散热器散热效果较明显，即相变温度为130℃，相变焓值为250J/g，相变材料灌封中空腔的比例为95％，此时，MOS管降温幅度为45℃，散热器降温效果明显，且无出现相变材料溢出的情况。

以上所述仅为本申请的实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种散热器，其特征在于，包括：

壳体，设置有封闭的中空腔；

相变材料，设置于所述中空腔内，所述相变材料未发生相变时，所述相变材料不超过所述中空腔的体积的95％。

2.根据权利要求1所述的散热器，其特征在于，

所述相变材料不超过所述中空腔的体积的90％-95％。

3.根据权利要求1所述的散热器，其特征在于，所述相变材料的相变温度为60摄氏度-180摄氏度。

4.根据权利要求1所述的散热器，其特征在于，所述相变材料的相变温度为130摄氏度-150摄氏度。

5.根据权利要求1所述的散热器，其特征在于，所述相变材料的相变焓值大于60J/g。

6.根据权利要求1-5中任意一项所述的散热器，其特征在于，所述壳体包括第一壳体、第二壳体和第三壳体；

所述第二壳体设置于所述第一壳体的第一端，所述第三壳体设置于所述第一壳体的第二端，由所述第一壳体、第二壳体和第三壳体围合形成封闭的中空腔。

7.根据权利要求1-5中任意一项所述的散热器，其特征在于，

包括封装膜，所述封装膜包覆所述相变材料。

8.一种电池包，其特征在于，包括：

电芯组件，包括多个堆叠设置的电芯；

电池控制组件，电连接于所述电芯；及

如权利要求1-7任意一项所述的散热器，所述散热器用于对所述电池控制组件进行散热。

9.根据权利要求8所述的电池包，其特征在于，

所述电池控制组件包括电路板；

所述电池包还包括导热板，所述导热板的一表面贴附于所述壳体的外表面，所述导热板的另一表面贴附于所述电路板上的发热元件。

10.一种用电设备，其特征在于，包括如权利要求8-9任一项所述的电池包。

Images