一種基于金屬相變材料的動力電池熱管理系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于金屬相變材料的動力電池熱管理系統(tǒng)，包括電池模塊箱以及開有通孔的模塊箱頂蓋，所述電池模塊箱內還放置有至少三塊的電池單體，電池單體之間形成的空隙中設置有基于金屬相變材料的燒結熱管，基于金屬相變材料的燒結熱管包括蒸發(fā)端和冷凝端，蒸發(fā)端設置在電池單體之間形成的空隙中，冷凝端通過通孔伸出電池模塊箱；蒸發(fā)端的管壁包括外層、包裹在外層中的內層以及填充在內層和外層之間的第一中間層，第一中間層的材料為金屬相變材料，內層和外層的材料為金屬銅或者鋁；冷凝端的管壁為螺紋結構。本實用新型解決了利用熱管散熱的動力電池，其散熱效果仍然不理想，能量利用率亦不高的問題。
【專利說明】一種基于金屬相變材料的動力電池熱管理系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及動力電池熱管理系統(tǒng)，具體涉及一種基于金屬相變材料的動力電池熱管理系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]能源危機與環(huán)境污染等問題正日益突出，燃油與尾氣的排放污染又是未來大中城市大氣污染的主要污染源，依靠動力電池驅動的電動汽車與混合動力汽車已然成為清潔能源發(fā)展的趨勢，特別是電動汽車，其通過動力電池提供動力，由于其無污染物排放，同時相對燃油車更具經濟性，為此我國發(fā)展電動車輛無疑是未來發(fā)展的必然趨勢，也符合國家的生態(tài)文明建設，但是動力電池在充放電過程中，內部化學反應非常復雜，尤其是大尺寸以及大電流放電過程中，電池內部迅速產生大量的熱，熱量的迅速堆積必然引起電池溫度升高，這意味著電池性能會隨之下降，甚至可能會出現漏液、放氣、冒煙等現象，嚴重時電池發(fā)生劇烈燃燒且發(fā)生爆炸，以至影響整車性能以及人身安全。動力電池的技術現狀嚴重制約著電動汽車等的發(fā)展。
[0003]近幾年來，對于電池熱管理系統(tǒng)的迫切需求已引起眾多電動汽車生產廠商和電池制造商的關注，目前，電動汽車熱管理系統(tǒng)除了能量利用率低下的風冷以及安全性問題突出的液冷方式之外，熱管的使用使得動力電池散熱技術進入一個嶄新的階段，但是通常的利用熱管散熱的動力電池，其散熱效果仍然不理想，能量利用率亦不高。

【發(fā)明內容】

[0004]發(fā)明目的:為了克服現有技術中存在的不足，本實用新型提供一種基于金屬相變材料的動力電池熱管理系統(tǒng)，解決了利用熱管散熱的動力電池，其散熱效果仍然不理想，能量利用率亦不高的問題。
[0005]為解決上述技術問題，本實用新型采用的技術方案是:
[0006]—種基于金屬相變材料的動力電池熱管理系統(tǒng)，包括電池模塊箱以及開有通孔的模塊箱頂蓋，所述電池模塊箱內還放置有至少三塊的電池單體，所述電池單體之間形成的空隙中設置有基于金屬相變材料的燒結熱管，所述基于金屬相變材料的燒結熱管包括蒸發(fā)端和冷凝端，所述蒸發(fā)端設置在電池單體之間形成的空隙中，所述冷凝端通過通孔伸出電池模塊箱；所述蒸發(fā)端的管壁包括金屬外層、包裹在金屬外層中的金屬內層以及填充在金屬內層和金屬外層之間的第一中間層，所述第一中間層的材料為金屬相變材料。
[0007]所述第一中間層的金屬相變材料為熔點在28°C至39°C的金屬變相材料，所述蒸發(fā)端的管壁厚度第一中間層厚度為蒸發(fā)端管壁厚度的30%_50% ;所述蒸發(fā)端通過導熱粘合劑與電池單體表面貼合。
[0008]所述金屬內層和金屬外層的材料為銅或者鋁。
[0009]所述電池模塊箱的箱壁包括內壁、外壁以及填充在內壁和外壁之間的第二中間層，所述第二中間層的材料為金屬相變材料；所述第二中間層的金屬相變材料為熔點在35°C至45°C的金屬變相材料，電池模塊箱的箱壁厚度為0.5cm-2cm，第二中間層的厚度為電池模塊箱箱壁厚度的50%-75%。
[0010]所述電池單體的殼體包括外層殼體、內層殼體以及填充在外層殼體和內層殼體之間的第三中間層，所述第三中間層的材料為金屬相變材料；所述第三中間層的金屬相變材料為熔點在30°c至40°C的金屬變相材料，且所述電池單體的殼體厚度為lmm-2mm，第三中間層的厚度為電池單體殼體厚度的33%-66%。
[0011]所述電池單體的形狀為圓柱形。
[0012]所述冷凝端的管壁為螺紋結構。
[0013]本實用新型的有益效果:1、本實用新型通過在電池單體之間形成的空隙中設置有基于金屬相變材料的燒結熱管，將電池熱量通過基于金屬相變材料的燒結熱管傳遞到外部環(huán)境中去，其中基于金屬相變材料的燒結熱管包括蒸發(fā)端和冷凝端，蒸發(fā)端的管壁包括金屬內層、包裹在金屬內層中的金屬外層以及填充在金屬內層和金屬外層之間的第一中間層，第一中間層的材料為金屬相變材料，冷凝端通過通孔伸出電池模塊箱，利用電動汽車等行進中的空氣橫掠冷凝端加速熱量傳遞，依照該設計，具有散熱量大，散熱效率高，加工簡單等優(yōu)點，能高效的解決動力電池高溫散熱、低溫加熱保溫以及熱量循環(huán)利用不理想的問題；2、本實用新型的電池單體的殼體包括外層殼體、內層殼體以及填充在外層殼體和內層殼體之間的第三中間層，第三中間層的材料為金屬相變材料，這種結構使電池單體自身具備相當強的散熱能力，能夠有效強化傳熱過程，增加電池壽命；3、本實用新型的所述電池模塊箱的箱壁包括內壁、外壁以及填充在內壁和外壁之間的第二中間層，所述第二中間層的材料為金屬相變材料，這種結構在冷凝端散熱能力不足時，部分熱量可以先存儲在電池模塊箱的金屬相變材料中，以降低箱內溫度，起到維持電池組工作溫度范圍合適的作用；4、本實用新型的冷凝端的管壁為螺紋結構，增大冷凝端散熱面積，強化其傳熱過程；5、本實用新型具有節(jié)能、環(huán)保、結構簡單、運行穩(wěn)定且可靠的優(yōu)點，在無需外力或無需額外電池電能消耗的情況下，對動力電池進行高效熱管理，尤其適用于電動汽車，具有廣闊的市場前景。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本實用新型的結構示意圖。
[0015]圖2為基于金屬相變材料的燒結熱管的橫剖結構示意圖。
[0016]圖3為基于金屬相變材料的燒結熱管的蒸發(fā)端縱剖結構示意圖。
[0017]圖4為基于金屬相變材料的燒結熱管的冷凝端的結構示意圖。
[0018]圖5為本實用新型的電池單體橫剖結構示意圖。
【具體實施方式】
[0019]下面結合附圖對本實用新型作更進一步的說明。
[0020]如圖1所示，一種基于金屬相變材料的動力電池熱管理系統(tǒng)，包括電池模塊箱4以及開有通孔的模塊箱頂蓋，所述電池模塊箱4內還放置有至少三塊圓柱形的電池單體1，所述電池單體I的形狀為圓柱形，電池單體I之間串聯(lián)連或者并聯(lián)，所述電池單體I之間形成的空隙中設置有基于金屬相變材料的燒結熱管2，所述基于金屬相變材料的燒結熱管2包括蒸發(fā)端5和冷凝端6，所述蒸發(fā)端5設置在電池單體I之間形成的空隙中，所述冷凝端6通過通孔伸出電池模塊箱4。
[0021]所述電池模塊箱4的箱壁包括內壁、外壁以及填充在內壁和外壁之間的第二中間層3，所述第二中間層3的材料為金屬相變材料，所述第二中間層3的金屬相變材料熔點為35°C至45°C，其厚度為箱壁厚度的50%-75%，電池模塊箱4的箱壁厚度為0.5cm-2cm0這種結構在冷凝端散6熱能力不足時，部分熱量可以先存儲在電池模塊箱4的金屬相變材料中，以降低箱內溫度，起到維持電池組工作溫度范圍合適的作用。
[0022]如圖2和3所示，所述蒸發(fā)端5的管壁包括金屬外層、包裹在金屬外層中的金屬內層以及填充在金屬內層和金屬外層之間的第一中間層7,所述第一中間層7的材料為金屬相變材料，熔點為28°C至39°C，金屬內層和金屬外層的材料為銅或者鋁，其中管壁的厚度為第一中間層7為管壁厚度的30%_50%。第一中間層7的金屬相變材料融化是能夠吸收并存儲部分熱量，維持蒸發(fā)端5恒定的熱環(huán)境，對整個系統(tǒng)的熱管理效果起著重要的作用，此設計利用金屬相變材料固液相變吸熱機理，極大程度上強化了蒸發(fā)端5的熱量緩沖能力。
[0023]本實用新型中將蒸發(fā)端5通過導熱粘合劑與電池單體I表面貼合，導熱粘合劑起固定基于金屬相變材料的燒結熱管2以及增大電池單體I與基于金屬相變材料的燒結熱管2接觸面積的作用。具有高導熱系數的導熱粘合劑包括常用絕緣以及非絕緣導熱粘合劑、以及在這些導熱粘合劑添加納米銅粉等金屬納米級微米級各種級別顆?；蚍勰蛱砑犹技{米管、石墨等非金屬系高導熱納米級微米級各種級別粒子或粉末，制備成具有高導熱系數的導熱粘合劑。
[0024]如圖4所示，所述冷凝端6的管壁為螺紋結構。旨在增大冷凝端6散熱面積，強化其傳熱過程。
[0025]如圖5所示，所述電池單體I可采用鉛酸電池、鎳氫電池、鋰離子電池等所有在充放電過程中有熱量產生的電池與動力電池；所述電池單體I的殼體包括外層殼體、內層殼體以及填充在外層殼體和內層殼體之間的第三中間層8，所述第三中間層8的材料為金屬相變材料，所述第三中間層8的金屬相變材料熔點為30°C至40°C，其中電池單體I殼體厚度為lmm-2mm，第三中間層8的厚度為殼體厚度的33%_66%。這種結構在電池單體I產熱速率較大時，過多的熱量可以及時存儲在外殼的相變材料中，避免溫度瞬間過高，保證電池單體I在較為合適的溫度范圍內運行。
[0026]所述的基于金屬相變材料的動力電池熱管理系統(tǒng)，在充放電時，基于金屬相變材料的燒結熱管2的蒸發(fā)端5吸收電池單體I產生的熱量，通過冷凝端6將熱量放出，為強化散熱，冷凝端6伸出電池模塊箱4，其利用電動汽車等行進中的空氣橫掠冷凝端6加速熱量傳遞。本實用新型結合金屬相變過程中的潛熱特性，在基于金屬相變材料的燒結熱管2的蒸發(fā)端5、電池單體I殼體內以及電池模塊箱4的箱壁內設置金屬相變材料，在很大程度上強化了傳熱過程，同時也提高了能量利用率，增加了電池使用壽命，本實用新型具有節(jié)能、環(huán)保、結構簡單、運行穩(wěn)定且可靠等優(yōu)點，在無需外力或無需額外電池電能消耗的情況下，對動力電池進行高效熱管理，尤其適用于電動汽車，具有廣闊的市場前景。
[0027]以上所述僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，應當指出:對于本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本實用新型的保護范圍。
【權利要求】
1.一種基于金屬相變材料的動力電池熱管理系統(tǒng)，其特征在于:包括電池模塊箱(4)以及開有通孔的模塊箱頂蓋，所述電池模塊箱(4)內還放置有至少三塊的電池單體(1)，所述電池單體(I)之間形成的空隙中設置有基于金屬相變材料的燒結熱管(2)，所述基于金屬相變材料的燒結熱管(2)包括蒸發(fā)端(5)和冷凝端(6)，所述蒸發(fā)端(5)設置在電池單體(I)之間形成的空隙中，所述冷凝端(6 )通過通孔伸出電池模塊箱(4 ); 所述蒸發(fā)端(5)的管壁包括金屬外層、包裹在金屬外層中的金屬內層以及填充在金屬內層和金屬外層之間的第一中間層(7 )，所述第一中間層(7 )的材料為金屬相變材料。
2.根據權利要求1所述的一種基于金屬相變材料的動力電池熱管理系統(tǒng)，其特征在于:所述第一中間層(7)的金屬相變材料為熔點在28°C至39°C的金屬變相材料，所述蒸發(fā)端(5)的管壁厚度第一中間層(7)厚度為蒸發(fā)端(5)管壁厚度的30%_50%。
3.根據權利要求2所述的一種基于金屬相變材料的動力電池熱管理系統(tǒng)，其特征在于:所述蒸發(fā)端(5 )通過導熱粘合劑與電池單體(I)表面貼合。
4.根據權利要求1所述的一種基于金屬相變材料的動力電池熱管理系統(tǒng)，其特征在于:所述金屬內層和金屬外層的材料為銅或者鋁。
5.根據權利要求1所述的一種基于金屬相變材料的動力電池熱管理系統(tǒng)，其特征在于:所述電池模塊箱(4)的箱壁包括內壁、外壁以及填充在內壁和外壁之間的第二中間層(3),所述第二中間層(3)的材料為金屬相變材料。
6.根據權利要求5所述的一種基于金屬相變材料的動力電池熱管理系統(tǒng)，其特征在于:所述第二中間層(3)的金屬相變材料為熔點在35°C至45°C的金屬變相材料，電池模塊箱(4)的箱壁厚度為0.5cm-2cm，第二中間層(3)的厚度為電池模塊箱(4)箱壁厚度的50%-75%。
7.根據權利要求1所述的一種基于金屬相變材料的動力電池熱管理系統(tǒng)，其特征在于:所述電池單體(I)的殼體包括外層殼體、內層殼體以及填充在外層殼體和內層殼體之間的第三中間層(8)，所述第三中間層(8)的材料為金屬相變材料。
8.根據權利要求7所述的一種基于金屬相變材料的動力電池熱管理系統(tǒng)，其特征在于:所述第三中間層(8)的金屬相變材料為熔點在30°C至40°C的金屬變相材料，且所述電池單體(I)的殼體厚度為lmm-2mm，第三中間層(8)的厚度為電池單體(I)殼體厚度的33%-66%。
9.根據權利要求1所述的一種基于金屬相變材料的動力電池熱管理系統(tǒng)，其特征在于:所述電池單體(I)的形狀為圓柱形。
10.根據權利要求1所述的一種基于金屬相變材料的動力電池熱管理系統(tǒng)，其特征在于:所述冷凝端(6)的管壁為螺紋結構。
【文檔編號】H01M2/02GK203690445SQ201420001895
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年1月2日 優(yōu)先權日:2014年1月2日
【發(fā)明者】饒中浩, 劉新健, 梁運民, 陳娟, 黃能 申請人:中國礦業(yè)大學