一種風(fēng)冷式動(dòng)力電池散熱裝置的制造方法
【專利摘要】一種風(fēng)冷式動(dòng)力電池散熱裝置，開(kāi)口向上的電池包箱體內(nèi)間隔布置若干個(gè)柱形電池，在電池頂部和底部之間的電池包箱體內(nèi)配置至少一塊熱擴(kuò)散板，熱擴(kuò)散板通過(guò)套筒緊密外套在電池上；所述熱擴(kuò)散板兩端與電池包箱體兩側(cè)側(cè)壁留有空隙，在上述兩側(cè)側(cè)壁上分別開(kāi)設(shè)進(jìn)風(fēng)口和排風(fēng)口，并且，進(jìn)風(fēng)口和/或排風(fēng)口上配置風(fēng)扇，熱擴(kuò)散板上開(kāi)設(shè)或不開(kāi)設(shè)通風(fēng)孔，如果開(kāi)設(shè)通風(fēng)孔，通風(fēng)孔連通熱擴(kuò)散板上下方的電池包箱體空間。本裝置散熱效果好，溫度分布更均勻，外形緊湊，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適用于動(dòng)力電池系統(tǒng)。
【專利說(shuō)明】
一種風(fēng)冷式動(dòng)力電池散熱裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及動(dòng)力電池冷卻技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種風(fēng)冷式動(dòng)力電池散熱裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]動(dòng)力電池如鋰離子電池能量密度高，體積小，循環(huán)壽命較長(zhǎng)，在電動(dòng)乘用車、商務(wù)車上應(yīng)用潛力很大。然而由于鋰離子電池在充放電過(guò)程中溫度升高影響自身性能與循環(huán)壽命，過(guò)高的溫度甚至引起熱失控，導(dǎo)致自燃、爆炸等事故，常規(guī)的鈷酸鋰正極材料電池溫度需要控制在50攝氏度以內(nèi)，以避免熱失控和起火爆炸，提高安全性。隨著電池材料和工藝的進(jìn)步，以磷酸鐵鋰為正極材料的電池工作溫度雖然可以提升到60攝氏度或更高，但隨著溫度進(jìn)一步上升，電池容量衰減明顯，在高溫下仍然會(huì)發(fā)生熱失控和著火現(xiàn)象。因此動(dòng)力鋰離子電池散熱技術(shù)的研究和實(shí)施尤為迫切。
[0003]動(dòng)力鋰離子電池散熱系統(tǒng)通常采取風(fēng)冷方式冷卻電池通道，常規(guī)風(fēng)冷散熱系統(tǒng)體積小，但是散熱效果有限，并且電池溫度均勻性差。利用相變材料潛熱吸熱是另外一種電池?zé)峁芾矸绞?，相變材料如石蠟材料具有相變過(guò)程吸收潛熱高、溫升小、化學(xué)穩(wěn)定性好、體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用在動(dòng)力鋰離子電池上能降低電池溫升速度、緩和熱沖擊，提高電池壽命和穩(wěn)定性，但是相變材料也同時(shí)存在導(dǎo)熱率低，不能迅速、均勻地傳熱等缺點(diǎn)。
[0004]專利201210399617.6公開(kāi)了一種電池模塊，包括:多個(gè)方形電池單體；以及限定了大致蜿蜒形狀的波紋翅片，所述波紋翅片帶有交替的直線段和頂部段，使得所述多組電池單體中的至少一個(gè)設(shè)置在所述波紋翅片的限定在相鄰直線段之間的區(qū)域中。該專利雖然具有一定的散熱效果，但動(dòng)力電池向翅片傳熱沒(méi)有專門的緊固機(jī)制，導(dǎo)致接觸縫隙和接觸熱阻較大，中心向外傳熱具有較大溫差，不適合于大功率動(dòng)力型電池。
[0005]專利200910039125.4公開(kāi)了一種帶有相變材料冷卻系統(tǒng)的動(dòng)力電池裝置，該裝置包括螺釘、若干電池單體、箱蓋通風(fēng)孔、電極連接軸、箱體頂蓋、側(cè)面通風(fēng)孔、框體;所述的電池單體是以電池作為基體，外部加裝殼體；電池和殼體之間填充相變材料并采用絕緣橡膠密封;電池箱體開(kāi)設(shè)通風(fēng)孔散熱。該專利通過(guò)填充相變材料雖然緩和了電池發(fā)熱沖擊，但是沒(méi)有解決相變材料導(dǎo)熱率低而導(dǎo)致散熱速度慢和溫度控制不足的缺點(diǎn)。當(dāng)相變材料完全溶化后，潛熱吸熱結(jié)束，過(guò)低的導(dǎo)熱系數(shù)反而阻擋熱量向電池箱體的散熱速度。
[0006]專利201110345442.6公開(kāi)了一種LED燈太陽(yáng)花散熱器，包括圓形散熱座和若干散熱鰭片，在圓形散熱座的外圓上排列有散熱鰭片，其特征在于:還包括散熱筋，在相鄰兩個(gè)散熱鰭片之間連接有散熱筋，所述散熱筋為弧形。所述散熱座由銅材料制成。該專利的散熱鰭片通過(guò)擠壓工藝制備而成，工藝相對(duì)復(fù)雜、耗時(shí)，且制得的散熱鰭片重量過(guò)重，體積龐大，不能用于對(duì)重量、體積要求高的如汽車等的動(dòng)力電池系統(tǒng)。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0007]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種風(fēng)冷式動(dòng)力電池散熱裝置，該裝置通過(guò)熱擴(kuò)散板形成優(yōu)良導(dǎo)熱通路，加裝風(fēng)扇形成強(qiáng)制對(duì)流的主動(dòng)冷卻方式，一方面提高散熱速度，降低最大溫度，另一方面，電池使用過(guò)程中的均溫性好，并且裝置結(jié)構(gòu)緊湊，體積相對(duì)較小，利于在有限的空間內(nèi)布置。
[0008]本實(shí)用新型是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0009]一種風(fēng)冷式動(dòng)力電池散熱裝置，其特征在于:
[0010]開(kāi)口向上的電池包箱體內(nèi)間隔布置若干個(gè)柱形電池，在電池頂部和底部之間的電池包箱體內(nèi)配置至少一塊熱擴(kuò)散板，熱擴(kuò)散板上開(kāi)設(shè)與電池對(duì)應(yīng)的通孔，通孔內(nèi)緣通過(guò)套筒緊密外套在電池上；
[0011]所述熱擴(kuò)散板兩端與電池包箱體兩側(cè)側(cè)壁留有空隙，在上述兩側(cè)側(cè)壁上分別開(kāi)設(shè)進(jìn)風(fēng)口和排風(fēng)口，并且，進(jìn)風(fēng)口和/或排風(fēng)口上配置風(fēng)扇，熱擴(kuò)散板上開(kāi)設(shè)或不開(kāi)設(shè)通風(fēng)孔，如果開(kāi)設(shè)通風(fēng)孔，通風(fēng)孔連通熱擴(kuò)散板上下方的電池包箱體空間。
[0012]電池包箱體具有進(jìn)風(fēng)口和排風(fēng)口，在進(jìn)風(fēng)口和/或排風(fēng)口上配置若干風(fēng)扇，以形成強(qiáng)制對(duì)流的主動(dòng)式風(fēng)冷散熱結(jié)構(gòu);熱擴(kuò)散板一方面可增加對(duì)流換熱面積，從而降低最高溫差，另一方面，熱擴(kuò)散板一般由導(dǎo)熱系數(shù)較高的材料如鋁、銅、鈦等制成，具有反向?qū)崮芰?，從而降低電池上游和下游之間的溫差，提高電池溫度均勻性;熱擴(kuò)散板上的通孔內(nèi)緣由沖壓工藝或其它加工方式形成套筒結(jié)構(gòu)，可增大熱擴(kuò)散板和電池之間的導(dǎo)熱面積，提高機(jī)械穩(wěn)定性和導(dǎo)熱效率;熱擴(kuò)散板上可開(kāi)設(shè)若干通風(fēng)孔，降低風(fēng)阻，平衡熱擴(kuò)散板上下兩側(cè)的風(fēng)量，從而進(jìn)一步提升風(fēng)扇效率和風(fēng)速、降低電池最高溫度。
[0013]進(jìn)一步的，所述通孔在熱擴(kuò)散板上叉排或者順排。這種布置方式不僅充分利用了電池包箱體的內(nèi)部空間，在有限的空間內(nèi)盡可能多的布置電池，結(jié)構(gòu)緊湊，并且電池的均勻間隔布置，也有利于提高散熱效率。
[0014]再進(jìn)一步，所述套筒和電池之間填充界面導(dǎo)熱材料層;所述界面導(dǎo)熱材料層為以聚氨酯、有機(jī)硅、環(huán)氧樹(shù)脂或丙烯酸為基體，導(dǎo)熱率不小于0.2W/mK的導(dǎo)熱粘結(jié)膠層。界面導(dǎo)熱材料層具有兩個(gè)作用:一是保證套筒和電池之間的導(dǎo)熱接觸面充分，避免局部區(qū)域因加工、裝配等原因形成的空隙造成的導(dǎo)熱中空帶，二是界面導(dǎo)熱材料層還可以起到固定作用，避免接觸界面松動(dòng)。
[0015]再進(jìn)一步，所述熱擴(kuò)散板為上、下間隔布置的多層，以便于加大換熱面積，進(jìn)一步降低電池溫升和溫度梯度。
[0016]再進(jìn)一步，所述熱擴(kuò)散板上的通孔沖壓成形，所述套筒為沖壓時(shí)在通孔內(nèi)緣形成的70?90度的直角或者接近直角翻折面，套筒可朝上或者朝下，通孔沖壓時(shí)四周翻成直邊而自然形成的套筒，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，利于加工。
[0017]再進(jìn)一步，熱擴(kuò)散板為鋁、銅、鈦、鐵等高導(dǎo)熱率金屬板，厚度為0.1?5mm;導(dǎo)熱柱為鋁、銅等高導(dǎo)熱率金屬柱體。熱擴(kuò)散板、導(dǎo)熱柱的材料選擇不僅導(dǎo)熱效率高，并且易于加工。
[0018]再進(jìn)一步，所述熱擴(kuò)散板為鋁板或鋁合金板，其外表面覆蓋一層經(jīng)陽(yáng)極氧化鈍化處理后，具有中壓電絕緣強(qiáng)度的氧化膜層。陽(yáng)極氧化后的鋁或其合金，提高了硬度和耐磨性，硬質(zhì)陽(yáng)極氧化膜熔點(diǎn)高達(dá)2320K，耐擊穿電壓高達(dá)2000V，具有優(yōu)良的電絕緣性。
[0019]再進(jìn)一步，所述進(jìn)風(fēng)口上配置的風(fēng)扇是離心式鼓風(fēng)扇，排風(fēng)口上配置的風(fēng)扇是軸流式排風(fēng)扇，以加強(qiáng)空氣對(duì)流效果。
[0020]再進(jìn)一步，在電池包箱體內(nèi)配置上絕緣定位板，上絕緣定位板緊套在電池頂部，位于熱擴(kuò)散板上方;所述電池包箱體通過(guò)空氣冷卻或者液體冷卻，電池箱體材料為金屬鋁，并帶有加強(qiáng)筋。加強(qiáng)筋不僅增大電池包箱體的機(jī)械強(qiáng)度和耐沖擊性，也增加了電池箱的表面積，加速電池包箱體表面的傳熱作用。
[0021 ]本實(shí)用新型的有益效果在于:
[0022]1、傳熱強(qiáng)化效果優(yōu)良。由于電池表面積有限，熱阻大，本實(shí)用新型采用高導(dǎo)熱率金屬材料制作的熱擴(kuò)散板和套筒，可大大提高換熱面積，強(qiáng)化風(fēng)冷換熱，降低了電池散熱熱阻，從而大大降低電池最高溫度。同時(shí)，熱擴(kuò)散板的高導(dǎo)熱能力，也降低電池溫度不均勻性，具有優(yōu)良的強(qiáng)化傳熱和均溫效果。
[0023]2、緩沖撞擊效果好、成本低:熱擴(kuò)散板結(jié)構(gòu)加工容易，成本低，具有較好的韌性、更低的硬度，當(dāng)在外部沖撞等極端情況下，受到?jīng)_擊即可彎曲變形，吸收應(yīng)力從而緩沖對(duì)產(chǎn)熱器件的撞擊強(qiáng)度；
[0024]3、強(qiáng)制對(duì)流加強(qiáng)散熱效果，通過(guò)開(kāi)設(shè)進(jìn)風(fēng)口和排風(fēng)口形成強(qiáng)制對(duì)流風(fēng)道，對(duì)熱擴(kuò)散板、電池本身等散熱，進(jìn)一步加強(qiáng)了散熱效果。
【附圖說(shuō)明】
[0025]圖1為本裝置一種優(yōu)選方案的透視正視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖2為圖1的A-A向剖視圖。
[0027]圖3為圖2的B-B向剖視圖。
[0028]圖4?5為兩種不同的套筒結(jié)構(gòu)與熱擴(kuò)散板的配合示意圖。
[0029]圖6為具有三層熱擴(kuò)散板的散熱裝置截面剖視圖。
[0030]圖7?9為8X8順排陣列的18650圓柱形電池(18表示直徑，65表示長(zhǎng)度，單位均為_(kāi))風(fēng)扇冷卻的計(jì)算模擬結(jié)果，其中:
[0031]圖7模擬結(jié)果:沒(méi)有安裝熱擴(kuò)散板的電池的溫度云圖(單位:°C);
[0032]圖8模擬結(jié)果:在電池中部安裝一塊熱擴(kuò)散板的電池的溫度云圖(單位:°C);
[0033]圖9模擬結(jié)果:在電池上部、中部、下部分別安裝三片熱擴(kuò)散板的電池的溫度云圖(單位,C)。
[0034]其中:I為電池，2為熱擴(kuò)散板，4為通風(fēng)孔，6為風(fēng)扇，7為界面導(dǎo)熱材料層，8為套筒，9為連接電路，10為上絕緣定位板，11為電池包箱體側(cè)壁。
【具體實(shí)施方式】
[0035]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0036]如圖1?3，圖6所不，開(kāi)口向上的電池包箱體內(nèi)立式間隔布置若干個(gè)柱形電池I，電池I可以是方柱、圓柱或者鋁塑膜軟包形等不同包裝形式?？拷姵豂頂部，在電池包箱體內(nèi)配置上絕緣板1，上絕緣定位板1緊套在電池I上。
[0037]如圖6所示，在電池頂部和底部之間的電池包箱體內(nèi)配置了三塊熱擴(kuò)散板2，如圖1所示，在電池頂部和底部之間的電池包箱體內(nèi)配置了一塊熱擴(kuò)散板2。熱擴(kuò)散板2為鋁、銅、鈦、鐵等高導(dǎo)熱率金屬板，厚度為0.1?5mm，熱擴(kuò)散板2外表面帶有一層經(jīng)陽(yáng)極氧化鈍化處理后，具有電絕緣強(qiáng)度的氧化膜層。
[0038]如圖1?3，圖6所示，所述熱擴(kuò)散板2兩端與電池包箱體兩側(cè)側(cè)壁11留有空隙，在上述兩側(cè)側(cè)壁上分別開(kāi)設(shè)進(jìn)風(fēng)口和排風(fēng)口，并且，進(jìn)風(fēng)口和/或排風(fēng)口上配置風(fēng)扇，熱擴(kuò)散板2上開(kāi)設(shè)若干通風(fēng)孔4，連通熱擴(kuò)散板2上下方的電池包箱體空間。
[0039]如圖4?5所示，熱擴(kuò)散板2上沖壓出與電池I對(duì)應(yīng)的通孔，沖壓時(shí)在通孔內(nèi)緣形成的向上、向下的90度直角翻折面，即為套筒8。套筒8緊密外套在電池I的中、上部高度位置。熱擴(kuò)散板2可以具有單向套筒，也可以具有雙向套筒，形成雙向套筒的一個(gè)方法是將兩個(gè)具有同樣單向套筒的熱擴(kuò)散板2呈鏡像相對(duì)粘結(jié)而成。
[0040]如圖3所示，套筒8和電池I之間填充界面導(dǎo)熱材料層7，界面導(dǎo)熱材料層7為以聚氨酯、有機(jī)硅、環(huán)氧樹(shù)脂或丙烯酸為基體，導(dǎo)熱率不小于0.2W/mK的導(dǎo)熱粘結(jié)膠層。
[0041]如圖1?3所示，若干風(fēng)扇6設(shè)置在電池包箱體排風(fēng)口處，距離熱擴(kuò)散板2些余間隙，可降低熱擴(kuò)散板2尾端回流效應(yīng)。風(fēng)扇也可設(shè)置在電池包箱體進(jìn)風(fēng)口，其中以風(fēng)扇6設(shè)置在電池包箱體排風(fēng)口處為宜，可避免冷風(fēng)直吹電池I，減少電池I溫度不均勻度。
[0042]如圖6所示，電池I正極朝上成組，為了進(jìn)一步降低溫升和溫度梯度，可以安裝多層熱擴(kuò)散板，分別位于電池I的下部、中部和上部位置。
[0043]如圖7?9所示，在計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬過(guò)程中，熱擴(kuò)散板2、電池包箱體底部6材料均為鋁合金6063，熱擴(kuò)散板2厚度為1.8mm，電池型號(hào)為18650鋰電池(其中18表示直徑為18mm，65表示長(zhǎng)度為65mm，0表示為圓柱形電池)，發(fā)熱功率模擬普通倍率放電下發(fā)熱情況，發(fā)熱量為IW，進(jìn)風(fēng)口空氣溫度設(shè)為定溫30 °C。
[0044]如圖7所示，沒(méi)有熱擴(kuò)散板2時(shí)，其散熱主要依賴于電池的強(qiáng)迫對(duì)流，由于空氣的熱容效應(yīng)，隨著流通方向空氣溫度上升，導(dǎo)致電池上下游溫差較大，接近排風(fēng)口的最高溫度為53°C，上下游電池溫差超過(guò)13°C.
[0045]如圖8所示，當(dāng)采用熱擴(kuò)散板2時(shí)，電池單體熱量可直接通過(guò)熱擴(kuò)散板的擴(kuò)展表面向空氣換熱，從而降低電池?zé)嶙?，避免電池溫度過(guò)高。同時(shí)，由于熱擴(kuò)散板2的導(dǎo)熱作用，電池溫度均勻性好，避免了因溫度梯度造成的部分電池容量過(guò)快衰減，從而提高電池整體壽命和使用年限。當(dāng)采用三塊熱擴(kuò)散板時(shí)，電池的最高溫度進(jìn)一步下降，電池間的溫差進(jìn)一步降低，如圖9所示。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種風(fēng)冷式動(dòng)力電池散熱裝置，其特征在于: 開(kāi)口向上的電池包箱體內(nèi)間隔布置若干個(gè)柱形電池(I)，在電池頂部和底部之間的電池包箱體內(nèi)配置至少一塊熱擴(kuò)散板(2)，熱擴(kuò)散板(2)上開(kāi)設(shè)與電池(I)對(duì)應(yīng)的通孔，通孔內(nèi)緣通過(guò)套筒(8)緊密外套在電池(I)上； 所述熱擴(kuò)散板(2)兩端與電池包箱體兩側(cè)側(cè)壁(11)留有空隙，在上述兩側(cè)側(cè)壁上分別開(kāi)設(shè)進(jìn)風(fēng)口和排風(fēng)口，并且，進(jìn)風(fēng)口和/或排風(fēng)口上配置風(fēng)扇，熱擴(kuò)散板(2)上開(kāi)設(shè)或不開(kāi)設(shè)通風(fēng)孔(4)，如果開(kāi)設(shè)通風(fēng)孔(4)，通風(fēng)孔(4)連通熱擴(kuò)散板(2)上下方的電池包箱體空間。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)冷式動(dòng)力電池散熱裝置，其特征在于:所述通孔在熱擴(kuò)散板(2)上叉排或者順排。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)冷式動(dòng)力電池散熱裝置，其特征在于: 所述套筒(8)和電池(I)之間填充界面導(dǎo)熱材料層(7); 所述界面導(dǎo)熱材料層(7)為以聚氨酯、有機(jī)硅、環(huán)氧樹(shù)脂或丙烯酸為基體，導(dǎo)熱率不小于0.2W/mK的導(dǎo)熱粘結(jié)膠層。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)冷式動(dòng)力電池散熱裝置，其特征在于:所述熱擴(kuò)散板(2)上的通孔沖壓成形，所述套筒(8)為沖壓時(shí)在通孔內(nèi)緣形成的70?90度翻折面。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)冷式動(dòng)力電池散熱裝置，其特征在于:所述熱擴(kuò)散板(2)為高導(dǎo)熱率金屬板，厚度為0.1?5mm。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)冷式動(dòng)力電池散熱裝置，其特征在于:所述熱擴(kuò)散板(2)為鋁板或鋁合金板，其外表面覆蓋一層經(jīng)陽(yáng)極氧化鈍化處理后，具有中壓電絕緣強(qiáng)度的氧化膜層。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)冷式動(dòng)力電池散熱裝置，其特征在于:所述進(jìn)風(fēng)口上配置的風(fēng)扇是離心式鼓風(fēng)扇，排風(fēng)口上配置的風(fēng)扇是軸流式排風(fēng)扇。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)冷式動(dòng)力電池散熱裝置，其特征在于: 在電池包箱體內(nèi)配置上絕緣定位板(10)，上絕緣定位板(10)緊套在電池(I)頂部，位于熱擴(kuò)散板(2)上方;所述電池包箱體通過(guò)空氣冷卻或者液體冷卻，電池箱體材料為金屬鋁，并帶有加強(qiáng)筋。
【文檔編號(hào)】H01M10/625GK205646065SQ201620405413
【公開(kāi)日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年5月6日
【發(fā)明人】張恒運(yùn), 王兆強(qiáng), 許莎, 王之偉
【申請(qǐng)人】上海工程技術(shù)大學(xué)