CN209641783U - 一种基于热管原理的电池两相散热装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于热管原理的电池两相散热装置。该装置包括冷凝端以及设置在冷凝端底部的若干蒸发端；所述冷凝端包括冷凝腔体以及设置在冷凝腔体内侧底部的第一毛细芯；所述蒸发端包括与冷凝腔体相连通的蒸发腔体以及设置在蒸发腔体内壁上的第二毛细芯；所述冷凝腔体的顶部设有散热机构。由以上技术方案可知，本实用新型采用热管原理，利用工质的相变传热，将电池单元的热量转换为充注在装置内的工质的相变潜热，并且使相变潜热沿着蒸发端快速导出进入冷凝端，在冷凝端与外部散热装置进行热交换，从而实现对单个电池单元的有效散热。

Description

一种基于热管原理的电池两相散热装置

技术领域

本实用新型涉及电动汽车电池散热技术领域，具体涉及一种基于热管原理的电池两相散热装置。

背景技术

通过对大量试验数据的分析发现，温度对电池使用性能的影响是十分显著的。以现阶段最适宜车辆使用的磷酸铁锂电池为例，其最适宜工作温度范围在 20—25℃之间，高于45℃时，放电量会大大提升，电池使用时间明显缩短，高于60℃时，电池会出现***燃烧风险，电池温度低于0℃时，电池充电效能将受到严重影响，所以过高或过低的温度都会降低电池的充放电效率。此外，长期的温度不均匀也会导致电池组性能的不一致，影响电池组的性能和寿命。研究表明电池组的温度变化速率较大和温差较大是引起电池组早期损坏和热失控的主要原因。

电池组是大量的单体电池按照一定的连接方式连接组装而成，大量电池单体的堆积，极易造成热量在电池组内部的堆积，使得电池组内部温度急剧升高，在高温条件下，不仅动力电池的使用性能会大打折扣，其寿命和安全性也会受到很大影响。尤其是动力电池的安全性是决定其能否在电动汽车上使用的关键所在，所以采取有效的散热方式将电池组内部热量快速导出以使电池组内部各个电池单元工作温度维持在安全使用温度以下是十分重要的。

现有电池组的冷却方式主要是采用风冷和液冷两种散热方式，风冷结构简单可靠，但其散热能力有限，随着电能能量密度的提升，风冷已越来越无法满足电池组散热需求；液冷散热方式相比较风冷具有较高的散热能力，但是需要配套冷却水循环回路，并且这两种散热方式均针对电池组整体进行散热，并不关注单个电池热量导出问题。尽管有论文及专利采用热管方案解决单个电池的热量导出，但其解决方案为单个电池配套一根热管，热管与热管间是独立运行的，对于整个电池组来说需要成百上千根热管，这无疑增加了***的复杂性，降低整个电池***的可靠性。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于热管原理的电池两相散热装置，该散热装置能够解决现有技术中存在的不足，实现单个电池单元的有效散热。

为实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：

一种基于热管原理的电池两相散热装置，包括冷凝端以及设置在冷凝端底部的若干蒸发端；所述冷凝端包括冷凝腔体以及设置在冷凝腔体内侧底部的第一毛细芯；所述蒸发端包括与冷凝腔体相连通的蒸发腔体以及设置在蒸发腔体内壁上的第二毛细芯；所述冷凝腔体的顶部设有散热机构。

进一步的，该装置还包括外壳。

进一步的，所述冷凝腔体上开设有抽气嘴。

进一步的，所述散热机构为风冷装置或液冷装置；所述风冷装置为翅片风机，所述液冷装置为冷板。

进一步的，所述第一毛细芯上开设有若干开口，所述开口的两端分别与第二毛细芯的两端相连。

进一步的，所述蒸发腔体内填充有液体工质。

进一步的，所述液体工质采用水、丙酮、乙醇、氨水等可在电池工作温度区间工作的任意一种。

由以上技术方案可知，本实用新型采用热管原理，利用工质的相变传热，将电池单元的热量转换为充注在装置内的工质的相变潜热，并且蒸汽沿着蒸发端快速导出进入冷凝端，在冷凝端与外部散热装置进行热交换，从而实现对单个电池单元的有效散热。

附图说明

图1是本实用新型中散热装置的结构示意图；

图2是本实用新型中散热装置的使用状态示意图；

图3是本实用新型中蒸发端的工作原理示意图；

图4是本实用新型中冷凝端的工作原理示意图。

其中：

1、冷凝端，11、冷凝腔体，12、第一毛细芯，2、蒸发端，21、蒸发腔体，22、第二毛细芯，3、外壳，4、风冷/液冷装置，5、电池单元，6、抽气嘴。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步说明：

如图1-图4所示的一种基于热管原理的电池两相散热装置，包括冷凝端1以及设置在冷凝端1底部的若干蒸发端2。冷凝端1为长方形腔体结构。蒸发端2的长度和个数可根据电池单元5的个数进行调整。所述蒸发端2为片状结构，蒸发端2的上端连接到冷凝端1的底部，且蒸发端2的空腔和冷凝端1的空腔是相连通的。在使用时，在相邻的两个蒸发端2之间分别放置一电池单元5，该电池单元的左右两侧侧壁分别与两个蒸发端2的侧壁相贴合。同时，在最外侧两个蒸发端2外侧的侧壁上分别贴合一个电池单元5。本实用新型所述的散热装置包括冷凝端和蒸发端，其中，冷凝端为冷端，蒸发端为热端，本实用新型利用液体工质在热端蒸发后又在冷端冷凝的相变过程，即利用液体的蒸发潜热和凝结潜热，使热量快速传导。

所述冷凝端1包括冷凝腔体11以及设置在冷凝腔体11内侧底部的第一毛细芯12。所述蒸发端2包括与冷凝腔体11相连通的蒸发腔体21以及设置在蒸发腔体21内壁上的第二毛细芯22。所述冷凝腔体11的顶部设有散热机构。所述第一毛细芯和第二毛细芯均为多孔结构或沟槽结构。所述第一毛细芯12和第二毛细芯22能够为液体工质提供强大的循环动力，使液体工质在冷凝端1与蒸发端2之间进行运输。为了使遇冷凝结在冷凝端1顶部内侧的液体更迅速的运输到蒸发端1，本实用新型在冷凝腔体11的底部内侧设置了第一毛细芯12，用于吸收运输液体工质。本实用新型通过采用第一毛细芯12和第二毛细芯22，能够与液体工质自身的重力共同作用，增强液体工质由冷凝端1向蒸发端2回流的回流速度。

进一步的，该装置还包括外壳3。外壳3的具体形状可以根据需要进行设计。可以在冷凝端1的外侧设置一个外壳，将冷凝端1包裹住，然后再在蒸发端2的外侧设置另外一个外壳，将蒸发端2包裹住；也可以在冷凝端1和蒸发端2的外侧设置一个共用的外壳，使冷凝端1和蒸发端2位于同一个外壳内。散热机构贴合位于冷凝端1顶部上方的外壳的顶部。

进一步的，所述冷凝腔体11上开设有抽气嘴。抽气嘴，用于对冷凝腔体和蒸发腔体进行抽气操作，所述抽气嘴在完成抽气操作后，采用焊接方式密封，确保冷凝腔体和蒸发腔体中的气压的稳定。优选的，所述抽气嘴采用铜管，在抽真空后，将抽气嘴压扁熔焊焊接封死，保证密封。

进一步的，所述散热机构为风冷装置或液冷装置4；所述风冷装置为翅片风机，所述液冷装置为冷板。所述散热机构，用于对冷凝端进行冷却，使冷凝端空腔的温度，尤其是冷凝腔体顶部的温度降低，从而使进入到冷凝端空腔的蒸汽遇冷变为液体。

进一步的，所述第一毛细芯12上开设有若干开口，所述开口的两端分别与第二毛细芯22的两端相连。这样设计使第一毛细芯和第二毛细芯是相连通的，能够保证液体运输的连贯性。

进一步的，所述蒸发腔体内填充有液体工质。所述液体工质为低沸点液体。优选的，所述液体工质采用水、丙酮、乙醇、氨水等可在电池工作温区内正常工作的任意一种。

本实用新型所述的基于热管原理的电池两相散热装置的散热方法为：

（1）将冷凝端1和蒸发端2的内部抽成10^-1~10^-4Pa的负压。通过将冷凝端和蒸发端的内部抽成真空，主要目的有两个：一方面是给内部提供一个干净的环境；由于循环介质蒸发和液化都需要一个良好的环境，如果在空气中灌装介质，空气中的杂质会对工作过程造成不良影响，影响装置性能。另一方面是降低内部充注液体沸点，使得其在常温状态正常工作（蒸发-冷凝）。

（2）向蒸发腔体21中注入适量的液体工质，当液体工质充满第二毛细芯22后，将冷凝腔体11和蒸发腔体21密封。此时，蒸发腔体21内和第二毛细芯22中都含有液体工质。

（3）在两个相邻的蒸发端2之间放置电池单元5，使电池单元5的两侧分别与两个相邻的蒸发端2相贴合，并在最外侧的两个蒸发端2的外侧分别贴合一个电池单元5。

（4）电池单元5产生热量后，热量从电池单元5表面通过蒸发端2的侧壁进入到蒸发端2中，使蒸发端2中的液体工质温度升高，当液体工质的温度上升到沸点后，液体工质变为蒸汽，蒸汽沿蒸发端2的空腔上升进入到冷凝端1的空腔中，各蒸发端2产生的蒸汽在冷凝端1中汇集。

（5）在贴合在冷凝端1顶部的散热机构的作用下，冷凝端1中的蒸汽在冷凝端1的顶部内侧遇冷凝结成液体（该液体即为液体工质），该液体在重力作用下，一部分向下滴落到第一毛细芯11上，另一部分向下滴落到蒸发端2的空腔中；进入到第一毛细芯11的液体，沿着第一毛细芯11运输到蒸发端2中的第二毛细芯22中，从而完成一次散热。重新进入到蒸发端2的空腔和第二毛细芯22的液体工质，在电池单元5产生的热量的作用下，会再次吸热蒸发，进行下一次散热。蒸发端的空腔指蒸发腔体除去第二毛细芯之外的腔体。冷凝端的空腔指冷凝腔体除去第一毛细芯之外的腔体。

以上所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种基于热管原理的电池两相散热装置，其特征在于：包括冷凝端以及设置在冷凝端底部的若干蒸发端；所述冷凝端包括冷凝腔体以及设置在冷凝腔体内侧底部的第一毛细芯；所述蒸发端包括与冷凝腔体相连通的蒸发腔体以及设置在蒸发腔体内壁上的第二毛细芯；所述冷凝腔体的顶部设有散热机构。

2.根据权利要求1所述的一种基于热管原理的电池两相散热装置，其特征在于：该装置还包括外壳。

3.根据权利要求1所述的一种基于热管原理的电池两相散热装置，其特征在于：所述冷凝腔体上开设有抽气嘴。

4.根据权利要求1所述的一种基于热管原理的电池两相散热装置，其特征在于：所述散热机构为风冷装置或液冷装置；所述风冷装置为翅片风机，所述液冷装置为冷板。

5.根据权利要求1所述的一种基于热管原理的电池两相散热装置，其特征在于：所述第一毛细芯上开设有若干开口，所述开口的两端分别与第二毛细芯的两端相连。

6.根据权利要求1所述的一种基于热管原理的电池两相散热装置，其特征在于：所述蒸发腔体内填充有液体工质。

7.根据权利要求6所述的一种基于热管原理的电池两相散热装置，其特征在于：所述液体工质采用水、丙酮、乙醇、氨水等可在电池工作温度区间工作的任意一种。