[發明專利]一種基于電池模組的一體化換熱結構

有效

• 申請號: 201810609014.1
• 申請日: 2018-06-13
• 公開（公告）號: CN108847511B
• 公開（公告）日: 2020-08-18
• 發明（設計）人: 張揚軍;姚程寧;丹聃;諸葛偉林;李志勇;錢煜平
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H01M10/613
• 分類號: H01M10/613;H01M10/617;H01M10/6552;H01M10/6554;H01M10/6556;H01M10/6567
• 代理公司: 北京鴻元知識產權代理有限公司 11327
• 代理人: 邸更巖

一種基于電池模組的一體化換熱結構，含有冷板和至少一塊分離式平板熱管。冷板布置在電池模組下方；熱管蒸發段緊貼于電池模組的兩側，通過熱管彎折段和熱管連接件與熱管冷凝段連接；平面為平行四邊形的熱管冷凝段布置在冷板內部，使相鄰熱管冷凝段之間以及熱管冷凝段與冷板側壁面之間形成雙流向的葉脈式流道，中心線兩側流體流向相反，流道中增加微型擾流片或微型凹槽。本發明采用平板熱管與冷板技術相組合的結構設計，使熱管冷凝段與冷板成為一體，不僅能實現高效散熱，降低電池工作溫度，提升電池模組均溫性，且其體積小、結構緊湊，有效克服了傳統熱管冷卻方式中熱管散熱能力上下游不一致所帶來的電池均溫性差的技術缺陷。

技術領域

本發明涉及一種電池模組的一體化換熱結構，屬于電池熱管理與傳熱技術領域。

背景技術

高溫強化散熱與低溫快速加熱是動力電池熱管理研究的重點，其中電池的強化傳熱研究是前沿與熱點。目前研究方法主要有基于相變過程的相變材料(PCM)、熱管的導熱與基于風冷、液冷的散熱。相變材料PCM或熱管結構可顯著強化電池的導熱，實現均溫。PCM利用其潛熱吸收電池產生的熱量，通過PCM的制備或增加泡沫金屬、石墨等材料提高其導熱性能，但存在泄露、潛熱量不足等缺陷。熱管導熱能力強、溫度均衡性好，常用熱管有重力熱管、燒結熱管、脈動熱管等，新型結構還有微通道熱管、平板熱管、回路熱管等。以空氣或液體為冷卻介質的風冷、液冷散熱，是目前商用電池模組實現散熱的兩種主要方式。風冷分為自然對流和強制冷卻兩種方式，但是散熱與均溫效果不佳，特別是在電池模組大倍率、大功率充放電情況下。液冷分為直接冷卻和間接冷卻，直接冷卻將電池模組浸沒在絕緣液體中實現熱量傳遞而間接冷卻通過冷卻液在液冷板流道中流通與電池模組實現對流換熱。由于液體對流換系數高于氣體對流換熱系數，實際液冷效果優于風冷，目前已成為主流趨勢，但是液冷散熱方式下電池模組的均溫性較差。隨著電池能量密度的提升以及電池大倍率充放電的需要，僅采用單一散熱方式難以實現高效散熱，特別是應對極端條件下的劇烈生熱情況。研究表明，通過熱管導熱與液冷板集中散熱的組合能夠實現更為有效的電池散熱，這種集中導熱、梯度散熱的換熱結構設計能夠有效降低電池工作溫度，提升電池模組均溫性。

目前熱管與液冷技術組合散熱的結構設計仍處于研究階段，眾多實驗與仿真的結構基礎基于若干帶翅片的圓柱熱管將電池產熱導入液冷通道，兩者為獨立部件且單向液冷通道的結合，熱管冷凝段與冷卻液體換熱不充分，為增強冷凝段換熱，需加大冷卻流量而使得液冷通道體積較大，且下游液體由于溫度較高而對下游熱管的散熱能力明顯低于上游熱管，使熱管之間的均溫性較差。

發明內容

本發明旨在提出一種基于電池模組的一體化換熱結構，將分離式平板熱管與冷板相結合，實現快速散熱和均溫效果。

本發明的技術方案如下：

一種基于電池模組的一體化換熱結構，其特征在于，該換熱結構含有冷板和至少一塊分離式平板熱管，冷板布置在電池模組下方；熱管蒸發段緊貼于電池模組的兩側；熱管冷凝段布置在冷板內部，使相鄰熱管冷凝段之間以及熱管冷凝段與冷板側壁面之間形成一體化的流體通道結構。

優選的，每塊熱管蒸發段和熱管冷凝段之間設有熱管彎折段，熱管彎折段的一端通過熱管連接件與熱管蒸發段相連；另一端與熱管冷凝段固定連接。

優選地，在熱管蒸發段與熱管彎折段中間增加絕熱段。

優選地，熱管冷凝段的厚度與冷板厚度相同，為毫米量級，其垂直于厚度方向上的薄平面為平行四邊形。

優選地，所述冷板中的流體通道呈雙流向的葉脈式流道；該葉脈式流道由多塊熱管冷凝段以冷板平面長度方向的中心線對稱布置而成；對稱線同一側的熱管冷凝段均勻間隔布置；相鄰熱管冷凝段之間以及熱管冷凝段與冷板側壁面之間形成一體化的流體通道。

優選地，所述冷板內的流體通道為微型通道，流體通道中布置有微型擾流片和微型凹槽中的一種或兩種。

本發明與現有的技術相比，具有以下優點及突出性的技術效果：