一種鋰離子動力電池高效散熱裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種鋰離子動力電池高效散熱裝置，包括能與電池緊密貼合的集熱平板、內部灌注有工作液體的U型熱管、散熱翅片組，所述U型熱管中部的彎曲段內嵌地設置在集熱平板內，其兩端的外伸段延伸至集熱平板外，所述散熱翅片組通過孔緊密地固定在U型熱管外伸段上。采用本發(fā)明，可以實現鋰離子電池高效散熱，提高電池組各電池單體間溫度均勻性，從而提高電池組使用性能，降低熱失控風險，延長其使用壽命。本發(fā)明采用具有高傳熱系數的相變傳熱元件熱管，其儲熱、散熱性能好，運行可靠性高。同時，本裝置具有結構簡單、成本低、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點。
【專利說明】一種鋰離子動力電池高效散熱裝置
[0001]
【技術領域】
[0002]本發(fā)明涉及一種電動汽車動力電池技術，具體是涉及一種可提高電池散熱效率的動力電池散熱裝置。
【背景技術】
[0003]鋰離子動力電池因其高比能量、環(huán)保、無記憶特性等優(yōu)點被廣泛關注。但是，鋰離子動力電池高倍率充放電過程會伴隨較大的熱流量，如果不能及時導出，熱量將在電池內部積聚，使電池溫度升高，縮短電池使用壽命、降低使用性能并影響其安全性。
[0004]此外，在實際應用中，動力電池通常以電池組密堆積的形式出現，因此各電池單體產生的熱量更加容易在電池組內聚集。同時，各電池單體之間的溫度差異將會導致各動力電池充放電容量出現差異。放電時，容量低的電池單體將會提前到達截止電壓；充電時，這部分電池會容易產生過充。在經過多次充放電循環(huán)后，各電池單體之間的差異將會越來越大，產生惡性循環(huán)，使電池結構損壞，大大降低電池組的使用性能。
[0005]因此，各廠商越來越關注動力電池散熱問題。一種用于電池散熱的現行方法采用空氣對流冷卻，但是不能有效降低電池組溫度；一種采用相變材料的散熱方案，由于密封要求高，提高了制造成本，且難以保證運行的可靠性。但其散熱效果高于前者。
[0006]鋰離子動力電池作為汽車的動力源，往往需要提供較大的功率，因此會產生較大的熱量，包括焦耳熱、極化熱、反應熱等。由于功率要求較高，因此動力電池通常以電池組形式出現。為了使電池組結構緊湊，各電池之間緊密貼合或者靠近，這樣的結構不利于電池產生的熱量及時導出，特別是對于中心部位的電池。越靠近中心，空氣對流散熱性能越低，此時電池溫度將會遠高于電池最佳操作溫度范圍25°C至40°C。一般情況下，鋰離子電池在25°C下使用壽命超過一年，而超過40°C時使`用壽命將會大大縮短。同時，由于溫度場在鋰離子電池組內部分布不均勻，導致各電池單體充放電容量的差異，也會縮短電池壽命。本發(fā)明可以對所述。

【發(fā)明內容】

[0007]針對上述技術問題，本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決上述技術問題。
[0008]為了克服目前動力電池散熱方案的不足，本發(fā)明提出一種對電池進行有效散熱，并且使電池組內部溫度分布均勻的鋰離子動力電池高效散熱裝置。
[0009]與現有散熱方案相比，本發(fā)明具有散熱效率高、結構簡單、成本低廉、無需額外提供電能驅動等優(yōu)點。本裝置能夠在不同安裝條件下正常工作，滿足電動汽車實際行駛工況要求。
[0010]為實現如上目的，本發(fā)明采用如下技術方案:
一種鋰離子動力電池高效散熱裝置，包括能與電池I緊密貼合的集熱平板、內部灌注有工作液體的U型熱管、散熱翅片組，所述U型熱管中部的彎曲段內嵌地設置在集熱平板內，其兩端的外伸段延伸至集熱平板外，所述散熱翅片組通過孔緊密地固定在U型熱管外伸段上。
[0011]進一步地，所述集熱平板貼合電池I的外表面設置有導熱硅膠層，以降低接觸熱阻，進一步促進集熱平板和電池之間熱量的傳導；
進一步地，所述集熱平板為長方體，且所述集熱平板沿長度方向鉆有兩個相對底面中心軸對稱的通孔，底面沿集熱平板寬度方向設置有相對底面中心軸對稱的槽，所述通孔和槽相互連接，形成用于內嵌U型熱管的U型通道。
[0012]集熱平板上述結構便于加工，降低制造成本，也利用熱量的均勻傳導。
[0013]進一步地，所述集熱平板的材料為工業(yè)純鋁。
[0014]進一步地，所述U型熱管的橫截面形狀為橫截面形狀呈圓形的燒結式吸液芯銅質熱管。
[0015]進一步地，所述工作液體為水、乙醇或丙酮。
[0016]進一步地，所述散熱翅片組由鋁或銅為材質的平行薄片組成；各薄片沿U型熱管的外伸段等距分布，且與U型熱管的外伸段緊密配合。
[0017]與現有動力電池散熱方案相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
1.采用高效傳熱元件熱管作為傳熱媒介。熱管達到啟動溫度后，內部工作液體發(fā)生相變。由于液體具有高的汽化潛熱，因此能夠帶走大量的熱量。
[0018]2.與普通熱管相比，U型熱管蒸發(fā)段為U型，符合電池溫度場分布特性。此外，U型熱管理論上擁有兩個冷凝段，其散熱功率相當于兩根熱管共同作用。因此，本發(fā)明能夠及時、高效地導出鋰離子動力電池充放電過程中產生的熱量，實現對鋰離子動力電池的高效
熱管理。
[0019]3.集熱平板表面和整個電池表面直接貼合，因此能夠將電池表面的個別高熱流密度熱源近乎等溫地展開到整個電池表面，提高電池溫度場分布的均勻性。
[0020]4.本發(fā)明中熱管依靠毛細力工作，因此不受散熱裝置安裝角度影響，因此能夠滿足電動汽車實際運行時由于工況改變而導致的電池角度變化的要求。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1是本發(fā)明的散熱裝置立體結構示意圖。
[0022]圖2是散熱裝置局部剖視示意圖。
[0023]圖3是散熱裝置和電池單體組裝示意圖。
[0024]圖4是電池組與散熱裝置組裝示意圖。
[0025]圖中:1-電池；2_集熱平板；3-U型熱管；4_散熱翅片組。
【具體實施方式】
[0026]下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明的發(fā)明目的作進一步詳細地描述，實施例不能在此一一贅述，但本發(fā)明的實施方式并不因此限定于以下實施例。
[0027]下面結合附圖和實施對本散熱裝置進行具體說明。
[0028]如圖1及圖2所示，一種鋰離子動力電池高效散熱裝置，包括能與電池I緊密貼合的集熱平板2、內部灌注有水的U型熱管3、散熱翅片組4，所述U型熱管3中部的彎曲段內嵌地設置在集熱平板2內，作為蒸發(fā)段，U型熱管3兩端的外伸段延伸至集熱平板2外，作為冷凝段，所述散熱翅片組4通過孔緊密地固定在U型熱管3外伸段上，從而將U型熱管3中的熱量吸收并散發(fā)到空氣中去，另外，U型熱管3中也可以灌入乙醇或丙酮作為工作液體。
[0029]所述集熱平板2貼合電池I的外表面設置有導熱硅膠層；
所述集熱平板2為長方體，且所述集熱平板2沿長度方向鉆有兩個相對底面中心軸對稱的通孔，底面沿集熱平板2寬度方向設置有相對底面中心軸對稱的槽，所述通孔和槽相互連接，形成用于內嵌U型熱管3的U型通道。
[0030]進一步地，所述集熱平板2的材料為工業(yè)純鋁。
[0031]進一步地，所述U型熱管3為橫截面形狀呈圓形的燒結式吸液芯銅質熱管。
[0032]進一步地，所述散熱翅片組4由鋁或銅為材質的平行薄片組成；各薄片沿U型熱管3的外伸段等距分布，且與U型熱管3的外伸段緊密配合。
[0033]進一步地，所述U型熱管3通過相變脹管與集熱平板2和散熱翅片組4緊密貼合，以減小接觸熱阻。
[0034]相變脹管具體操作方法如下:
1.加熱U型熱管3壁面，使壁面溫度達到260至280°C；
2.保溫5分鐘，使U型熱管3發(fā)生膨脹與集熱平板2和散熱翅片組4緊密貼合，然后停止加熱，使熱管冷卻。
[0035]散熱裝置與電池I的一種組裝方式如圖3所示，本散熱裝置與單體電池I裝配。所述電池I和集熱平板2接觸面間涂抹高導熱系數的導熱硅膠，以降低接觸熱阻。
[0036]電池I充放電過程產生的熱量，傳導至具有高導熱系數的集熱平板2，并進一步傳導至U型熱管3的蒸發(fā)段；當U型熱管3溫度達到其啟動溫度后，其內部工作液體發(fā)生相變；工作液體因其高的汽化潛熱而帶走蒸發(fā)段吸收的熱量；工作介質到達U型熱管3冷凝段后，熱量由散熱翅片組4表面通過與空氣對流散發(fā)出去，從而使工作介質液化；工作液體因U型熱管3吸液芯毛細作用重新返回蒸發(fā)段；如此循環(huán)，達到了散熱的目的。
[0037]由于集熱平板2采用具有高導熱系數的金屬加工而成，并且表面積大，因此能夠消除電池I的局部熱點，提高電池I溫度場均勻性
散熱裝置與電池I的另一種組裝方式如圖4所示，當多個電池I和多散熱裝置組成電池組時，所述各散熱裝置結構如圖1、2所示，多個電池I和集熱平板4交替層疊。所述各電池I和各集熱平板4接觸面均涂抹導熱硅膠，以降低接觸熱阻。電池組中各電池I產生的熱量傳遞至與之直接接觸的兩集熱平板2，并由U型熱管3傳遞，最終通過散熱翅片組4經空氣對流傳導出去，實現電池組的高效散熱。
[0038]本發(fā)明所采用的U型熱管啟動溫度，可根據不同型號的鋰離子電池的最佳工作溫度選擇。對于常規(guī)的鋰離子電池，其最佳工作溫度為20°C — 40°C，則U型熱管3的啟動溫度為20°C—40°C ;其它電池部分型號根據最佳工作溫度，選擇U型熱管3啟動溫度與之對應。
[0039]所述U型熱管3包括蒸發(fā)段和冷凝段；蒸發(fā)段為與集熱平板2內部U型槽配合的U型彎曲段；冷凝段外伸于集熱平板2實體外，并且與散熱翅片組4孔配合。所述U型熱管3實現與集熱平板2和散熱翅片組
所述散熱翅片組4為多片鋁質散熱薄片層疊而成，各鋁質散熱薄片沿U型熱管冷凝段等距分布。
[0040]優(yōu)選地，所述U型熱管3采用水為工作液體的燒結式吸液芯銅質熱管，啟動溫度為300C，理想工作溫度為30至200°C。
[0041]優(yōu)選地，所述集熱平板2材料為工業(yè)純鋁。
[0042]優(yōu)選地，所述鋰離子動力電池為平板型。
[0043]上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例限制。如果只用到一個或者兩個電池單體時，只需要選擇一個散熱模塊就可以滿足散熱需求。散熱模塊的數量根據實際使用中電池單體的數量進行選擇。凡是利用本發(fā)明上述方法、形狀、構造、裝置所為之變化，皆應包含于本案之權利范圍內。
【權利要求】
1.一種鋰離子動力電池高效散熱裝置，其特征在于，包括能與電池(I)緊密貼合的集熱平板(2)、內部灌注有工作液體的U型熱管(3)、散熱翅片組(4)，所述U型熱管(3)中部的彎曲段內嵌地設置在集熱平板(2)內，其兩端的外伸段延伸至集熱平板(2)外，所述散熱翅片組(4)通過孔緊密地固定在U型熱管(3)外伸段上。
2.根據權利要求1所述鋰離子動力電池高效散熱裝置，其特征在于，所述集熱平板(2)貼合電池(I)的外表面設置有導熱硅膠層。
3.根據權利要求1所述的鋰離子動力電池高效散熱裝置，其特征在于，所述集熱平板(2)為長方體，且所述集熱平板(2)沿長度方向鉆有兩個相對底面中心軸對稱的通孔，底面沿集熱平板(2)寬度方向設置有相對底面中心軸對稱的槽，所述通孔和槽相互連接，形成用于內嵌U型熱管(3)的U型通道。
4.根據權利要求1至3任一項所述的鋰離子動力電池高效散熱裝置，其特征在于，所述集熱平板(2)的材料為工業(yè)純鋁。
5.根據權利要求4所述鋰離子動力電池高效散熱裝置，其特征在于，所述U型熱管(3)為橫截面形狀呈圓形的燒結式吸液芯銅質熱管。
6.根據權利要求1所述的鋰離子動力電池高效散熱裝置，其特征在于，所述工作液體為水、乙醇或丙酮。
7.根據權利要求1所述的鋰離子動力電池高效散熱裝置散，其特征在于，所述散熱翅片組(4)由鋁或銅為材質的平行薄片組成；各薄片沿U型熱管(3)的外伸段等距分布，且與U型熱管(3)的外伸段緊密配合。`
【文檔編號】H01M10/647GK103825067SQ201410071040
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年2月28日 優(yōu)先權日:2014年2月28日
【發(fā)明者】曾健, 陸龍生, 陳維, 何浩, 韓旭, 楊嵩 申請人:華南理工大學