电池散热装置和电池包

技术领域

本发明涉及电池技术领域，具体而言，涉及一种电池散热装置和电池包。

背景技术

在全球气候变暖以及能源危机的形势下，发展电动汽车已成为节能减排的重要措施。电池技术是电动汽车发展的核心技术之一，锂离子电池因其能量密度高、寿命长和环境友好等特性在电动汽车中得到广泛使用。但锂离子电池的工作性能和寿命受温度影响很大，因此，电动汽车都配备有专门的电池冷却系统进行电池温度控制。

随着电动汽车快充加速落地、电池能量密度持续提升，电池热管理的要求进一步提高。液体介质冷却技术(液冷和直冷技术)因冷却速度快、冷却效率高等特点，被广泛用来解决电池温升过快带来的整车性能和安全问题。但液体介质冷却技术使用过程中存在如下问题：1、冷媒蒸发温度低，运行过程易在电池内部出现凝露问题；2、工艺要求高，安装过程冷板与电池不能紧密贴合；3、电池使用过程中，会发生形变，电池形状变化会影响冷板和电池的贴合。

相关技术中公开了一种基于复合相变材料与液体冷却的锂离子电池热管理装置，包括电池包，电池包上设有底座和顶盖；电池包内设有翅片和多个锂离子电池，翅片将电池包、底座和顶盖形成的密闭空间分隔为多个独立空间单元，多个锂离子电池布置在独立空间单元内，多个锂离子电池通过线排电性连接；电池包内还设有液冷板，液冷板与翅片连接；电池包内还设有复合相变材料，复合相变材料设置在电池包、底座和顶盖形成的密闭空间内，与翅片、锂离子电池充分接触。

该方案中，当复合相变材料融化后，会具有流动性，流动的复合相变材料容易渗入到电池底部，渗入到电池底部的复合相变材料的热量无法导出，会对电池的散热形成不利影响，降低电池的散热效率。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种电池散热装置和电池包，能够防止流动的复合相变材料渗入到电池底部，降低电池的散热效率。

为了实现上述目的，根据本发明的一方面，提供了一种电池散热装置，包括电池安装壳和封装相变材料，电池安装壳包括换热装置和至少一个电池容纳腔，电池容纳腔被构造为安装电池单体，封装相变材料被构造为填充在换热装置与电池单体之间，并且与换热装置和电池单体相贴合，以将电池单体的热量传输至换热装置。

进一步地，封装相变材料包括封装壳和相变材料，相变材料容置在封装壳内，并由封装壳密封。

进一步地，封装壳采用柔性导热材料制成。

进一步地，封装壳的热膨胀系数大于电池单体和电池安装壳的热膨胀系数。

进一步地，换热装置包括微通道扁管和间隔板，多个微通道扁管沿第一方向间隔排布，多个间隔板沿相邻的两个微通道扁管的长度方向间隔排布，并与相邻的两个微通道扁管配合，围成相互间隔的多个电池容纳腔，封装相变材料填充在微通道扁管和电池单体之间。

进一步地，位于最外侧的微通道扁管的外壁包覆有保温材料。

进一步地，相邻电池单体之间的间隔板采用隔热材料制成。

进一步地，微通道扁管在设置封装相变材料的一侧设置有多个换热片。

进一步地，封装相变材料具有突出部，突出部的形状与相邻的换热片之间的间隙的形状相适配，突出部填充在相邻的换热片之间的间隙内。

进一步地，换热片的横截面为矩形、梯形或者三角形。

进一步地，换热片突出于微通道扁管的高度为L1，微通道扁管与电池单体之间的间距为L2，2/3≤L1/L2≤4/5。

进一步地，换热片沿排布方向的宽度为W1，换热片的间隔距离为W2，2W1≤W2≤3W1。

进一步地，微通道扁管和间隔板被构造为电池安装壳的侧板，电池安装壳还包括上盖板和下底板，上盖板盖设在微通道扁管和间隔板的顶部，下底板安装在微通道扁管和间隔板的底部。

根据本发明的另一方面，提供了一种电池包，包括电池单体以及上述电池散热装置，电池单体设置在电池容纳腔内。

应用本发明的技术方案，封装相变材料由于其封装的作用，使得封装相变材料在受到电池散发的热量后不会发生无界限的流动，进而不会渗入至电池底部，始终位于换热装置与电池单体之间，实现传递热量的功能，因此，不会对电池的散热造成不利影响，进而不会降低电池单体的散热效率。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了本发明实施例的电池包的结构示意图；

图2示出了图1中除上盖板和下底板之外的电池包的结构示意图；

图3示出了图1的换热装置的俯视图；

图4示出了图1的微通道扁管与换热片配合的俯视图；

图5示出了图2中部分结构的俯视图；

图6示出了图1的上盖板和下底板的爆炸示意图；以及

图7示出了本发明实施例的控制流程图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

11、换热装置；111、微通道扁管；1111、入口；1112、出口；112、间隔板；113、换热片；114、上盖板；1141、固定孔；115、下底板；1151、限位孔；90、电池单体；91、极耳。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

参见图1至图5所示，根据本发明的实施例，提供了一种电池散热装置，包括电池安装壳和封装相变材料，电池安装壳包括换热装置11和至少一个电池容纳腔，电池容纳腔被构造为安装电池单体90，封装相变材料被构造为填充在换热装置11与电池单体90之间，并且与换热装置11和电池单体90相贴合，以将电池单体90的热量传输至换热装置11。

在上述技术方案中，封装相变材料充分吸收电池单体90散发的热量，并将热量传递至换热装置11，通过换热装置11将热量排出，达到电池单体90散热的效果。由于封装相变材料的吸热性能强，更有利于电池单体90的散热。

通过上述设置，在封装相变材料吸收热量后，由于自身封装的作用，不会无界限的流动，也就不会流动到电池底部，始终位于换热装置11与电池单体90之间，始终起到传递热量的作用，使得电池单体90的散热效率不会受到影响。换热装置11与电池单体90相贴合的设置，使得电池单体90的散热效率提高。

在本发明的一个实施例中，封装相变材料包括封装壳和相变材料，相变材料容置在封装壳内，并由封装壳密封。

在上述技术方案中，相变材料用于吸收电池单体90的热量并将热量传递至换热装置11中，相较于其他材料，相变材料的吸热性能更好，因此使用相变材料作为热传递的材料，使得电池单体90的热量散发效率更高。

相变材料在吸热后液化，形成具有流动性的流体，通过密封的封装壳的设置，限制了相变材料的流动空间，使得相变材料始终位于密封壳内，无法从密封壳内流出，进而使得相变材料始终位于换热装置11和电池单体90之间，不会流动到其他位置，始终实现热量传递的功能。

在本发明的一个实施例中，封装壳采用柔性导热材料制成。

通过上述设置，一方面，封装壳柔性的设计，在相变材料受热产生流动性时，能够作用于封装壳，使得封装壳能够发生适应性的形变，填充换热装置11和电池单体90之间的空间，增加相变材料的吸热效果；另一方面，封装壳导热性的设计，使得相变材料吸收的热量能够传递至封装壳，并通过封装壳传递至换热装置11，防止因为封装壳的存在而影响相变材料的传热效果。

封装壳可以采用高分子聚合物材料制成，需要具有一定的机械强度，从而有效避免在使用过程中发生破损的问题。

在本发明的一个实施例中，封装壳的热膨胀系数大于电池单体90和电池安装壳的热膨胀系数。

通过上述设置，在相变材料受热产生流动性时，封装壳能够最大程度发生形变，填充在换热装置11和电池单体90之间。在封装壳吸热膨胀时，能够充分填充换热装置11和电池单体90之间的空间，使得封装壳与换热装置11和电池单体90之间形成更加充分的接触，进而提高电池单体90和换热装置11之间的热传递效率。

参见图1至图5所示，在本发明的一个实施例中，换热装置11包括微通道扁管111和间隔板112，多个微通道扁管111沿第一方向间隔排布，多个间隔板112沿相邻的两个微通道扁管111的长度方向间隔排布，并与相邻的两个微通道扁管111配合，围成相互间隔的多个电池容纳腔，封装相变材料填充在微通道扁管111和电池单体90之间。

在上述技术方案中，微通道扁管111的两端分别为入口1111和出口1112，换热介质从入口1111进入，沿微通道扁管111流动进行换热后，又沿出口1112排出，在此过程中，换热介质吸收从相变材料传递至微通道扁管111的热量，并将该热量带出微通道扁管111，实现电池单体90散热的功能。

通过上述设置，使得微通道扁管111上接收的热量能够快速被换热介质排出，实现电池单体90的快速散热。

在一个实施例中，微通道扁管111由铜管代替。

在本发明的一个实施例中，位于最外侧的微通道扁管111的外壁包覆有保温材料。

在上述技术方案中，保温材料用于隔绝换热介质与外界环境，也用于隔绝封装相变材料与外界环境。

通过上述设置，换热介质和封装相变材料不会吸收外界环境的热量，防止外界环境对电池单体90换热效果产生影响，使得换热介质和封装相变材料能够更加充分地与电池单体90进行换热，进一步提高换热介质和封装相变材料的能量利用效率和换热效率，此外，由于保温材料隔绝换热装置11与外界环境，因此能够避免外界环境的热空气在达到换热装置11的表面时预冷凝结，形成冷凝水，进而避免电池箱内部出现的凝露问题。

在本发明的一个实施例中，相邻电池单体90之间的间隔板112采用隔热材料制成。

在上述技术方案中，间隔板112将相邻的电池单体90分隔开，防止电池单体90之间的互相影响。

通过上述设置，在某个电池单体90发生故障，并产生大量热量时，间隔板112能够使该故障电池的温度不会影响到其相邻的正常电池单体90的温度，进而不会因此造成其他正常电池单体90发生故障。

参见图2至图5所示，在本发明的一个实施例中，微通道扁管111在设置封装相变材料的一侧设置有多个换热片113。

在上述技术方案中，换热片113位于微通道扁管111与封装相变材料之间，用于加大封装相变材料与微通道扁管111之间的接触面积。

通过上述设置，使得封装相变材料的热量能够快速充分的传递至微通道扁管111，使换热介质能够及时吸收微通道扁管111壁面的热量，进而提高换热效率。

在本发明的一个实施例中，封装相变材料具有突出部，突出部的形状与相邻的换热片113之间的间隙的形状相适配，突出部填充在相邻的换热片113之间的间隙内。

通过上述设置，突出部与换热片113相适配，使得封装相变材料在吸热后能够与换热片113充分接触，进而使得封装相变材料的热量能够充分传递至换热片113，并由换热片113传递至微通道扁管111。

参见图2至图5所示，在本发明的一个实施例中，换热片113的横截面为矩形、梯形或者三角形。

在本发明的一个实施例中，换热片113突出于微通道扁管111的高度为L1，微通道扁管111与电池单体90之间的间距为L2，2/3≤L1/L2≤4/5。

在本发明的一个实施例中，换热片113沿排布方向的宽度为W1，换热片113的间隔距离为W2，2W1≤W2≤3W1。

通过该方式设计微通道扁管的换热片113，与相变材料可以达到最优的换热效果，另一方面从加工工艺来说，采用此设计加工工艺加工产品的质量可以保证，且便于加工，成本低。

参见图1至图3以及图6所示，在本发明的一个实施例中，微通道扁管111和间隔板112被构造为电池安装壳的侧板，电池安装壳还包括上盖板114和下底板115，上盖板114盖设在微通道扁管111和间隔板112的顶部，下底板115安装在微通道扁管111和间隔板112的底部。

在上述技术方案中，上盖板114上开设有固定孔1141，电池单体90的极耳91穿过固定孔1141，并与固定孔1141的边缘通过绝缘密封胶粘接。下底板115上开设有限位孔1151，电池单体90的底部嵌入限位孔1151内进行位置固定。上盖板114和下底板115均采用防火材料，用于防止电池单体90着火的现象发生。

通过上述设置，使得电池单体90位于密封的空间内，防止外界环境的温度和湿度对电池单体90的工作性能造成影响，还防止外界环境的温度对电池散热装置的散热性能造成影响。

在一个实施例中，换热装置11也可以设置在电池的底部或者顶部，此种情况下，封装相变材料也相应设置在电池单体90的底部或者顶部，并且位于换热装置11与电池单体90之间。

在一个实施例中，上述的微通道扁管11和换热片结构也可以替换成铜管和翅片结构，电池单体90与电池单体90之间设置隔热材料，在铜管上下侧设置均温板，分别与上盖板和下底板相连接，同时铜管设置有翅片，封装的相变材料填充在上盖板、下底板、电池侧面和连接有均温板的铜管以及隔热材料围成的空间中。若采用多列铜管设计，则铜管与铜管之间也设置均温板。

在一个实施例中，微通道扁管111和间隔板112被构造为电池安装壳的上板和下板，上盖板114和下盖板均为电池的侧板。

在本发明的一个实施例中，电池散热装置还包括通信连接的热管理系统和预定数量温度传感器，每个温度传感器设置在一个电池单体90处，所有温度传感器均匀间隔布置，微通道扁管111的入口1111连通有制冷系统，制冷系统与热管理系统通信连接。

参见图2和图7所示，在上述技术方案中，温度传感器实时检测对应电池单体90的温度，并将检测到的温度值T0发送至热管理系统，热管理系统将T0与自身内部预设的设定值T1比较，若T0＞T1，则热管理系统控制制冷系统开启，制冷系统向微通道扁管111内通入换热介质；若T0≤T1，则热管理系统继续接收温度传感器检测的温度值。

电池散热装置进行电池冷却的具体运行情况如下：设置于电池模组内部的温度传感器实时的接收电池的温度信号，并将温度信号传递给电池热管理系统。首先，由于快充或高倍率充放电，电池温度升高，与电池直接接触的相变材料通过相变吸收电池的热量，当相变材料吸收热量的能力接近饱和，电池的温度快速升高，热管理系统接收到的温度实测值T0大于温度的设定值T1时，液体介质冷却系统启动，液体介质由液体介质入口1111流入微通道扁管111，由液体介质出口1112流出，并在微通道扁管111中进行循环，液体介质在微通道扁管111循环过程中吸收相变材料的热量，降低其温度，而温度降低的相变材料会继续吸收电池的热量，对电池进行降温。当某时刻电池热管理系统接收来自散热装置中温度传感器的温度信号，测得电池温度的实测值T0小于温度的设定值T1，电池温度恢复到正常工作范围，不需要再进行冷却，液体介质冷却系统停止运行，冷却结束。

通过上述设置，能够减少制冷系统的能耗。

根据本发明的实施例，还提供了一种电池包，包括电池单体90以及上述电池散热装置，电池单体90设置在电池容纳腔内。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。