一種具有超薄輕量級散熱裝置的動力電池的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種具有超薄輕量級散熱裝置的動力電池，包括至少2組電池組和箱體，所述電池組放置于箱體內(nèi)，相鄰2組電池組之間設(shè)置有散熱裝置，所述散熱裝置包括金屬基板、金屬蓋板、彎管和相變材料包，所述金屬蓋板的邊緣與金屬基板的邊緣密封連接，且所述金屬蓋板和金屬基板形成蒸發(fā)腔，所述蒸發(fā)腔內(nèi)填充有工質(zhì)，所述彎管的2個(gè)開口端均與蒸發(fā)腔連通，所述彎管的上端穿出箱體；在相鄰2組電池組中，所述金屬基板緊貼其中一個(gè)電池組表面，所述相變材料包的一側(cè)面緊貼金屬蓋板和彎管下端，所相變材料包的另一側(cè)面緊貼另一個(gè)電池組表面。本發(fā)明降低了接觸熱阻，提高了散熱效果和散熱效率，同時(shí)均溫性好，避免了動力電池的局溫度過高。
【專利說明】一種具有超薄輕量級散熱裝置的動力電池

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及動力電池，具體涉及一種具有超薄輕量級散熱裝置的動力電池。

【背景技術(shù)】
[0002] 汽車保有量的持續(xù)增長與能源資源巨大消耗以及生態(tài)環(huán)境不斷惡化等問題之間 的矛盾帶動了新能源汽車尤其是電動汽車行業(yè)的飛速發(fā)展。而制約電動汽車快速發(fā)展和廣 泛應(yīng)用的關(guān)鍵因素就是電池的安全性和可靠性。在使用過程中，電池內(nèi)部產(chǎn)熱快且產(chǎn)熱量 大，在正常運(yùn)行（〇. 5C-1. 0C放電倍率）工況下，單片電池產(chǎn)熱速率達(dá)到10W，在上坡、啟動或 加速等（1.0C-3. 0C放電倍率）極端工況下，單片電池的產(chǎn)熱速率可增至46W。電池溫度上 升引發(fā)其性能下降，甚至出現(xiàn)漏液、著火、失效等情況，嚴(yán)重時(shí)發(fā)生劇烈燃燒或爆炸，引發(fā)安 全事故和人身傷亡。因此，動力電池嚴(yán)重制約著電動汽車等的發(fā)展。因此電動汽車動力電 池系統(tǒng)需要配備高效的散熱措施。目前在動力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的研究中，已采用熱管類型 主要是回路型重力熱管，脈動熱管和燒結(jié)熱管。
[0003] 當(dāng)汽車的動力電池采用上述的熱管進(jìn)行散熱時(shí)，存在以下缺陷：1、熱管與動力電 池的接觸面積少，散熱效果差，且均溫性差，導(dǎo)致動力電池局部溫度較高；2、熱管內(nèi)的工質(zhì) 遇到的阻力較大，無法迅速啟動，散熱效率低，從而容易造成電池?fù)p壞；3、熱管需要向管填 充材料燒結(jié)毛細(xì)結(jié)構(gòu)，這結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工難度大，重量較大，體積大；4、熱管多為圓形管，而 動力電池大多為方形，這造成熱管與動力電池的貼合度不高，且安裝不方便；5、同一熱管僅 應(yīng)用于同一型號的動力電池，這造成熱管的通用性差。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是為了克服以上現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供了一種結(jié)構(gòu)簡單、合理， 散熱效率高、安裝方便的具有超薄輕量級散熱裝置的動力電池。
[0005] 本發(fā)明的目的通過以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：本具有超薄輕量級散熱裝置的動力電 池，包括至少2組電池組和箱體，所述電池組放置于箱體內(nèi)，相鄰2組電池組之間設(shè)置有散 熱裝置，所述散熱裝置包括金屬基板、金屬蓋板、彎管和相變材料包，所述金屬蓋板的邊緣 與金屬基板的邊緣密封連接，且所述金屬蓋板和金屬基板形成蒸發(fā)腔，所述蒸發(fā)腔內(nèi)填充 有工質(zhì)，所述彎管的2個(gè)開口端均與蒸發(fā)腔連通，所述彎管的上端穿出箱體；在相鄰2組電 池組中，所述金屬基板緊貼其中一個(gè)電池組表面，所述相變材料包的一側(cè)面同時(shí)緊貼金屬 蓋板和彎管下端，所相變材料包的另一側(cè)面緊貼另一個(gè)電池組表面。
[0006] 上述結(jié)構(gòu)中，主要由金屬基板、金屬蓋板和彎管構(gòu)成環(huán)路熱管，而且金屬基板和金 屬蓋板構(gòu)成蒸發(fā)腔，蒸發(fā)腔成板狀結(jié)構(gòu)，彎管露出箱體的上端作為冷凝部。則蒸發(fā)腔與電池 組中單體動力電池很好的貼合，提高散熱效率，且還方便安裝。同時(shí)，再將環(huán)路熱管與相變 材料包結(jié)合，兩者共同對電池組進(jìn)行散熱，這進(jìn)一步提高了散熱效率。相變材料包不僅增大 了該散熱裝置的被動控溫效果，而且既能解決動力電池高溫散熱、又能實(shí)現(xiàn)低溫加熱保溫。
[0007] 優(yōu)選的，為保證良好的毛細(xì)作用力及提高散熱效率，所述金屬基板的兩端分別設(shè) 有第一凹槽和第二凹槽，所述金屬基板的中部設(shè)有多個(gè)第三凹槽，多個(gè)所述第三凹槽平行 排列形成具有毛細(xì)作用力的通道，此通道的兩端分別連通第一凹槽和第二凹槽；所述金屬 蓋板同時(shí)覆蓋第一凹槽、第二凹槽和第三凹槽；所述彎管的2個(gè)開口端分別與第一凹槽和 第二凹槽連通，所述通道與電池組正對設(shè)置。
[0008] 優(yōu)選的，為提高結(jié)構(gòu)的緊湊性，且所述第三凹槽和第一凹槽垂直設(shè)置，同時(shí)所述第 三凹槽與第二凹槽垂直設(shè)置。此結(jié)構(gòu)保證了金屬基板被充分利用，這使第三凹槽排列緊湊； 同時(shí)，第三凹槽緊密排列時(shí)還保證第三凹槽形成通道具有良好的毛細(xì)作用力，從進(jìn)一步提 高了散熱效率及保證及時(shí)啟動。
[0009] 優(yōu)選的，所述第三凹槽的槽寬為1mm?5mm，所述第三凹槽的槽深為0· 4mm? 0. 8mm ;在相鄰2個(gè)所述第三凹槽之間具有分隔部，此分隔部的寬度為1mm?5mm，所述第一 凹槽的槽深、第二凹槽的槽深和第三凹槽的槽深均相等。此設(shè)計(jì)，第三凹槽的寬度較小，從 而可使通道具有很好的毛細(xì)作用。同時(shí)，槽深一樣也保證了工質(zhì)可順暢流動。
[0010] 優(yōu)選的，為減少變形，所述第一凹槽和第二凹槽中均設(shè)有多個(gè)突起，多個(gè)突起均勻 分布；所述多個(gè)突起均與金屬蓋板焊接。
[0011] 優(yōu)選的，所述突起的截面呈方形或圓形。具體的，突起的截面形狀還可為其他形 狀，而不局限于上述的兩種。
[0012] 所述金屬基板設(shè)有與蒸發(fā)腔連通的注液口。注液口用于向蒸發(fā)腔注入或倒出工 質(zhì)，則工質(zhì)可進(jìn)行更換，以適應(yīng)不同的需要。通過注液口注入的工質(zhì)為水、乙醇和丙醇等中 的一種。
[0013] 優(yōu)選的，為進(jìn)一步提高散熱效率及方便安裝，所述散熱裝置還包括翅片組件，所述 翅片組件包括翅片座和多張翅片，多張所述翅片均固定于翅片座的一側(cè)面，所述翅片座的 另一側(cè)面設(shè)有安裝槽，所述彎管嵌入安裝槽，同時(shí)所述彎管與翅片座的另一側(cè)面焊接。
[0014] 優(yōu)選的，所述相變材料包包括密封的包體和放置于包體內(nèi)的相變材料，所述相變 材料為石蠟。采用密封的包體封裝相變材料，不易泄露，提高了安全性。
[0015] 優(yōu)選的，為方便安裝和維護(hù)，所述箱體包括頂蓋和底箱，所述頂蓋蓋住底箱的上 端，形成用于放置電池組的容納腔，所述頂蓋設(shè)有被彎管穿過的通孔。
[0016] 本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)點(diǎn)：
[0017] 1、本發(fā)明中的動力電池采用了新型的散熱裝置，此散熱裝置包括金屬基板、金屬 蓋板、彎管和相變材料包，金屬基板和金屬蓋板構(gòu)成板狀的蒸發(fā)腔，則蒸發(fā)腔與動力電池之 間的貼合面積大，而且采用了相變材料包增加了蒸發(fā)腔與動力電池之間的貼合度，大大降 低了接觸熱阻，提高了散熱效果和散熱效率，同時(shí)均溫性好，避免了動力電池的局溫度過 商。
[0018] 2、本發(fā)明中散熱裝置的蒸發(fā)腔內(nèi)設(shè)有多個(gè)第三凹槽構(gòu)成的具有毛細(xì)作用力的通 道，利用此通道代替?zhèn)鹘y(tǒng)熱管燒結(jié)形成的毛細(xì)結(jié)構(gòu)，則工質(zhì)在通道內(nèi)受到的流動阻力小，使 其能迅速啟動，提高了散熱效率，從而避免動力電池因溫度過高造成損壞。
[0019] 3、本發(fā)明中金屬基板第一凹槽、第二凹槽和第三凹槽均可采用銑床加工，金屬蓋 板的邊緣與金屬基板的邊緣密封連接，且金屬蓋板同時(shí)覆蓋第一凹槽、第二凹槽和第三凹 槽，從而形成蒸發(fā)腔，這不需要像傳統(tǒng)的熱管進(jìn)行填充、燒結(jié)等工序，因此加工工序少、簡 單，降低了制造成本，同時(shí)還具有重量輕、體積小等的特點(diǎn)。
[0020] 4、本發(fā)明中散熱裝置的蒸發(fā)腔主要由板狀的金屬基板和金屬蓋板等構(gòu)成，且金屬 基板和金屬蓋板的表面平滑，則金屬基板與動力電池的貼合度高這非常方便散熱裝置的安 裝和維護(hù)。
[0021] 5、本發(fā)明中的散熱裝置具有緊湊高效、節(jié)能、環(huán)保、結(jié)構(gòu)簡單、成本低、體積小、安 裝方便、運(yùn)行穩(wěn)定且可靠等特點(diǎn)，適用于各種型號的動力電池，通用性好。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022] 圖1是本發(fā)明的具有超薄輕量級散熱裝置的動力電池的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023] 圖2是本發(fā)明的超薄輕量級環(huán)路熱管的正視圖。其中，金屬蓋板和翅片組件沒畫 出。
[0024] 圖3是圖2中A處的局部放大圖。
[0025] 圖4是本發(fā)明金屬基板仰視方向的局部示意圖。
[0026] 圖5是本發(fā)明翅片組件的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0027] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0028] 實(shí)施例1
[0029] 如圖1至圖5所示的具有超薄輕量級散熱裝置的動力電池，包括至少2組電池組 11和箱體12,所述電池組11放置于箱體12內(nèi)，相鄰2組電池組11之間設(shè)置有散熱裝置， 所述散熱裝置包括金屬基板1、金屬蓋板、彎管2和相變材料包13,所述金屬蓋板的邊緣與 金屬基板1的邊緣密封連接，且所述金屬蓋板和金屬基板1形成蒸發(fā)腔，所述蒸發(fā)腔內(nèi)填充 有工質(zhì)，所述彎管2的2個(gè)開口端均與蒸發(fā)腔連通，所述彎管2的上端穿出箱體12 ;在相鄰 2組電池組11中，所述金屬基板1緊貼其中一個(gè)電池組11表面，所述相變材料包13的一側(cè) 面同時(shí)緊貼金屬蓋板和彎管2下端，所相變材料包13的另一側(cè)面緊貼另一個(gè)電池組11表 面。
[0030] 工質(zhì)采用水、乙醇或丙醇中的任意一種。通過注液口 7向蒸發(fā)腔充液，充液率為蒸 發(fā)腔的1?2倍，本實(shí)施例優(yōu)選1. 5倍。當(dāng)完成充液后，使用真空設(shè)備對蒸發(fā)腔和彎管2的 內(nèi)腔進(jìn)行抽真空，接著封閉注液口 7。而金屬基板1和金屬蓋板使用的金屬材料為銅，利用 銅的高導(dǎo)熱性。
[0031] 為保證良好的毛細(xì)作用力及提高散熱效率，如圖2所述金屬基板1的兩端分別設(shè) 有第一凹槽3和第二凹槽4,所述金屬基板1的中部設(shè)有多個(gè)第三凹槽5,多個(gè)所述第三凹 槽5平行排列形成具有毛細(xì)作用力的通道6,此通道6的兩端分別連通第一凹槽3和第二凹 槽4 ;所述金屬蓋板同時(shí)覆蓋第一凹槽3、第二凹槽4和第三凹槽5 ;所述彎管2的2個(gè)開口 端分別與第一凹槽3和第二凹槽4連通，所述通道6與電池組11正對設(shè)置。通道6與電池 組正對設(shè)置，這使通道中的液態(tài)工質(zhì)與電池組11之間的距離短，則熱量的傳遞距離短，進(jìn) 一步提高散熱效率。
[0032] 為提高結(jié)構(gòu)的緊湊性，所述第三凹槽5為矩形槽，且所述第三凹槽5和第一凹槽3 垂直設(shè)置，同時(shí)所述第三凹槽5與第二凹槽4垂直設(shè)置。此結(jié)構(gòu)保證了金屬基板1被充分 利用，這使第三凹槽5排列緊湊；同時(shí)，第三凹槽5緊密排列時(shí)還保證第三凹槽5形成通道 6具有良好的毛細(xì)作用力，從進(jìn)一步提高了散熱效率及保證散熱工作及時(shí)啟動。
[0033] 所述第三凹槽5的槽寬為3mm，所述第三凹槽5的槽深為0. 6mm ;在相鄰2個(gè)所述 第三凹槽5之間具有分隔部10,此分隔部10的寬度為3mm，所述第一凹槽3的槽深、第二凹 槽4的槽深和第三凹槽5的槽深均相等。此設(shè)計(jì)，第三凹槽5的寬度較小，從而可使通道具 有很好的毛細(xì)作用。同時(shí)，第一凹槽3、第二凹槽4和第三凹槽5這三者的槽深一樣也保證 了工質(zhì)可順暢流動。
[0034] 為減少變形，如圖2所示，所述第一凹槽3和第二凹槽4中均設(shè)有多個(gè)突起8,多 個(gè)突起8均勻分布；所述多個(gè)突起8均與金屬蓋板焊接。為方便加工，此突起8的截面呈方 形。如圖2所示，位于第一凹槽3中的多個(gè)突起8均勻分布成3行，而位于第二凹槽4中的 多個(gè)突起8分成2組，其中一組以一行的形式均勻分布第二凹槽4的下側(cè)，而另一組以2行 為一單元，2個(gè)單元分布位于第二凹槽4的左、右兩端。
[0035] 如圖2所示，所述金屬基板1設(shè)有與蒸發(fā)腔連通的注液口 7。注液口用于向蒸發(fā)腔 注入或倒出工質(zhì)，則工質(zhì)可進(jìn)行更換，以適應(yīng)不同的需要。且此蒸發(fā)腔位于金屬基板的上端 右側(cè)。
[0036] 為進(jìn)一步提高散熱效率及方便安裝，如圖1和圖5所示，所述散熱裝置還包括翅片 組件9,所述翅片組件9包括翅片座91和多張翅片92,多張所述翅片92均固定于翅片座91 的一側(cè)面，所述翅片座91的另一側(cè)面設(shè)有安裝槽911，所述彎管2嵌入安裝槽911，同時(shí)所 述彎管2與翅片座91的另一側(cè)面焊接。
[0037] 如圖1所示，所述相變材料包13包括密封的包體和放置于包體內(nèi)的相變材料，所 述相變材料為石蠟。采用密封的包體封裝相變材料，不易泄露，提高了安全性。
[0038] 為方便安裝和維護(hù)，如圖1所示，所述箱體12包括頂蓋121和底箱122,所述頂蓋 121蓋住底箱122的上端，形成用于放置電池組11的容納腔，所述頂蓋121設(shè)有被彎管2穿 過的通孔14。
[0039] 在實(shí)際工作中，如圖2,位于金屬基板1上端的為第一凹槽3,第一凹槽3用于集 氣，而位于金屬基板1下端的為第二凹槽4,第二凹槽4用于儲液。當(dāng)電動汽車行駛時(shí)，電池 組11因工作而產(chǎn)生熱量，這些熱量被位于通道6中的液態(tài)工質(zhì)吸收，則這些液態(tài)工質(zhì)轉(zhuǎn)化 為氣態(tài)工質(zhì)，氣態(tài)工質(zhì)上升到第一凹槽3,這此氣態(tài)工質(zhì)自第一凹槽3進(jìn)入彎管2內(nèi)進(jìn)行冷 卻；氣態(tài)工質(zhì)在彎管2內(nèi)經(jīng)過冷卻后，又恢復(fù)為液態(tài)工質(zhì)，這些液態(tài)工質(zhì)自彎管2內(nèi)進(jìn)入第 二凹槽4。由于第三凹槽5形成的通道6具有毛細(xì)作用力，則位于第二凹槽4的液態(tài)工質(zhì)被 吸上通道6中，位于通道6內(nèi)的液態(tài)工質(zhì)再次受熱轉(zhuǎn)化為氣態(tài)工質(zhì)，這些氣態(tài)工質(zhì)再次上升 到第一凹槽3。如此工質(zhì)通過液態(tài)和氣態(tài)的轉(zhuǎn)換形成循環(huán)，從而實(shí)現(xiàn)散熱效果，保證了動力 電池避免自身發(fā)熱的影響，令動力電池可持續(xù)有效的工作。
[0040] 實(shí)施例2
[0041] 本具有超薄輕量級散熱裝置的動力電池除以下技術(shù)特征外同實(shí)施例1 :所述第三 凹槽的槽寬為3mm，所述第三凹槽的槽深為0. 5mm ;在相鄰2個(gè)所述第三凹槽之間具有分隔 部，此分隔部的寬度為3mm，所述第一凹槽的槽深、第二凹槽的槽深和第三凹槽的槽深均相 等。
[0042] 上述【具體實(shí)施方式】為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并不能對本發(fā)明進(jìn)行限定，其他的任 何未背離本發(fā)明的技術(shù)方案而所做的改變或其它等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù) 范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種具有超薄輕量級散熱裝置的動力電池，包括至少2組電池組和箱體，所述電池 組放置于箱體內(nèi)，其特征在于：相鄰2組電池組之間設(shè)置有散熱裝置，所述散熱裝置包括金 屬基板、金屬蓋板、彎管和相變材料包，所述金屬蓋板的邊緣與金屬基板的邊緣密封連接， 且所述金屬蓋板和金屬基板形成蒸發(fā)腔，所述蒸發(fā)腔內(nèi)填充有工質(zhì)，所述彎管的2個(gè)開口 端均與蒸發(fā)腔連通，所述彎管的上端穿出箱體；在相鄰2組電池組中，所述金屬基板緊貼其 中一個(gè)電池組表面，所述相變材料包的一側(cè)面同時(shí)緊貼金屬蓋板和彎管下端，所相變材料 包的另一側(cè)面緊貼另一個(gè)電池組表面。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有超薄輕量級散熱裝置的動力電池，其特征在于：所述金 屬基板的兩端分別設(shè)有第一凹槽和第二凹槽，所述金屬基板的中部設(shè)有多個(gè)第三凹槽，多 個(gè)所述第三凹槽平行排列形成具有毛細(xì)作用力的通道，此通道的兩端分別連通第一凹槽和 第二凹槽；所述金屬蓋板同時(shí)覆蓋第一凹槽、第二凹槽和第三凹槽；所述彎管的2個(gè)開口端 分別與第一凹槽和第二凹槽連通，所述通道與電池組正對設(shè)置。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有超薄輕量級散熱裝置的動力電池，其特征在于：所述第 三凹槽和第一凹槽垂直設(shè)置，同時(shí)所述第三凹槽與第二凹槽垂直設(shè)置。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有超薄輕量級散熱裝置的動力電池，其特征在于：所述第 三凹槽的槽寬為1mm?5mm，所述第三凹槽的槽深為0· 4mm?0· 8mm ;在相鄰2個(gè)所述第三 凹槽之間具有分隔部，此分隔部的寬度為1mm?5mm，所述第一凹槽的槽深、第二凹槽的槽 深和第三凹槽的槽深均相等。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有超薄輕量級散熱裝置的動力電池，其特征在于：所述第 一凹槽和第二凹槽中均設(shè)有多個(gè)突起，多個(gè)突起均勻分布；所述多個(gè)突起均與金屬蓋板焊 接。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的具有超薄輕量級散熱裝置的動力電池，其特征在于：所述突 起的截面呈方形或圓形。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有超薄輕量級散熱裝置的動力電池，其特征在于：所述金 屬基板設(shè)有與蒸發(fā)腔連通的注液口。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有超薄輕量級散熱裝置的動力電池，其特征在于：所述散 熱裝置還包括翅片組件，所述翅片組件包括翅片座和多張翅片，多張所述翅片均固定于翅 片座的一側(cè)面，所述翅片座的另一側(cè)面設(shè)有安裝槽，所述彎管嵌入安裝槽，同時(shí)所述彎管與 翅片座的另一側(cè)面焊接。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有超薄輕量級散熱裝置的動力電池，其特征在于：所述相 變材料包包括密封的包體和放置于包體內(nèi)的相變材料，所述相變材料為石蠟。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有超薄輕量級散熱裝置的動力電池，其特征在于：所述箱 體包括頂蓋和底箱，所述頂蓋蓋住底箱的上端，形成用于放置電池組的容納腔，所述頂蓋設(shè) 有被彎管穿過的通孔。
【文檔編號】H01M10/625GK104143669SQ201410366298
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2014年7月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月29日
【發(fā)明者】汪雙鳳, 洪思慧, 張新強(qiáng), 周遊, 胡艷鑫 申請人:華南理工大學(xué)