[發明專利]一種基于三維閉孔晶格結構的傳熱結構及其制備方法

在審

• 申請號: 202210342963.4
• 申請日: 2022-03-31
• 公開（公告）號: CN114784410A
• 公開（公告）日: 2022-07-22
• 發明（設計）人: 王春陽;鄭興華;張挺;楊嘯;申亞南;陳海生
• 申請（專利權）人: 中國科學院工程熱物理研究所
• 主分類號: H01M10/613
• 分類號: H01M10/613;H01M10/617;H01M10/6551;H01M10/659;B29C64/30;B33Y40/20
• 代理公司: 北京三聚陽光知識產權代理有限公司 11250
• 代理人: 周淑歌

本發明涉及電池相變冷卻技術領域，提供了一種基于三維閉孔晶格結構的傳熱結構及其制備方法，該傳熱結構，包括：本體，具有中空的內腔，所述內腔中設置有若干互不連通的晶格單元；相變材料，填充在所述晶格單元中。該傳熱結構，每個晶格單元均為封閉結構，晶格的各個側壁都為高導熱材料壁面，從而增大了接觸熔化區域的面積，有利于提高換熱效率。而且，晶格單元之間彼此互不連通，熔化后的相變材料無法流入其它晶格單元內，且流動速度較小，有效減小了自然對流導致的溫度分布不均勻的影響，使傳熱結構頂部和底部溫度分布更均勻，提高電池的均溫性；同時，三維閉孔晶格結構的穩固性高，因此可以提高鋰電池系統的機械性能。

技術領域

本發明涉及電池相變冷卻技術領域，具體涉及一種基于三維閉孔晶格結構的傳熱結構及其制備方法。

背景技術

常用的鋰電池熱管理技術包括空氣冷卻技術、液體冷卻技術、熱管冷卻技術和相變材料冷卻技術。空氣冷卻技術的散熱結構簡單，而散熱效果較差。液體冷卻的散熱效果較好，但管路結構復雜且容易泄露。熱管冷卻技術則制造成本高且安裝復雜。與以上兩種熱管理方式相比，相變材料冷卻能有效降低鋰電池的峰值溫度和提高電池組的穩定性。然而大多數相變材料，尤其是一些有機相變材料的導熱系數較低，導致相變材料的相變傳熱過程緩慢，限制了該技術的應用。

現有技術中采用開孔泡沫金屬或三維開孔晶格結構與相變材料相結合來高相變材料的熱轉換效率，開孔泡沫金屬或開孔的三維晶格結構越復雜，其比表面積越大，換熱效率越高。但開孔泡沫金屬或開孔晶格結構內相變材料熔化過程中，由于自然對流的影響，會導致相變材料在頂部和底部的熔化速率和傳熱速率不同，造成系統的均溫性較差，且這種對流也會產生高壓降導致能量損失問題。

發明內容

因此，本發明要解決的技術問題在于現有技術中的傳熱結構的開孔泡沫金屬或開孔晶格結構內相變材料熔化過程中，由于自然對流的影響，會導致相變材料在頂部和底部的熔化速率和傳熱速率不同，造成系統的均溫性較差，且這種對流也會產生高壓降導致能量損失問題，從而提供一種基于三維閉孔晶格結構的傳熱結構及其制備方法。

為解決上述技術問題，本發明的技術方案如下：

一種基于三維閉孔晶格結構的傳熱結構，包括：本體，具有中空的內腔，所述內腔中設置有若干互不連通的晶格單元；相變材料，填充在所述晶格單元中。

進一步地，所述晶格單元在所述內腔中呈陣列均勻布設。

進一步地，所述晶格單元包括空心的多邊體、錐體、球體以及類球體中的一種或多種。

進一步地，所述相變材料包括有機材料、熔融鹽以及復合材料中的一種或多種。

進一步地，所述本體由高導熱系數和高抗壓強度的金屬或合金材料制成。

一種基于三維閉孔晶格結構的傳熱結構的制備方法，包括上述所述的傳熱結構，包括如下步驟：建立所述傳熱結構的物理模型；基于所述物理模型，利用3D打印技術進行一體加工制造；在打印好的所述傳熱結構中的晶格單元中填充相變材料。

進一步地，所述建立所述傳熱結構的物理模型具體包括；根據電池組的形貌與尺寸參數，使用數值建模軟件建立與電池組相適配的物理模型。

進一步地，所述在打印好的所述傳熱結構中的晶格單元中填充相變材料具體包括；在所述晶格結構的壁面上打微小細孔，采用熔化、抽真空、滲透的方法將所述相變材料填充至所述晶格單元中。

本發明技術方案，具有如下優點：