热压转换刚性扁管及电池热管理装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种热压转换刚性扁管及电池热管理装置，该热压转换刚性扁管用于发热元件的热管理，所述热压转换刚性扁管具有加热端及冷却端，且内部具有封闭循环回路，所述加热端和所述冷却端之间由连接通道连通，所述封闭循环回路内充装有导热工质，所述加热端的液态导热工质受到发热元件的加热而产生热压转换传热效应，通过所述连接通道流至冷却端，将发热元件工作时产生的热量迅速传输至与冷却端的壁面接触的冷凝器并散掉，然后再流回加热端，如此循环，使热压转换传热效应持续维持，实现对发热元件的热管理。本发明专利技术的热压转换刚性扁管比普通的热管传热更快，响应更迅速。

【技术实现步骤摘要】
热压转换刚性扁管及电池热管理装置
本专利技术属于电池热管理
，特别是涉及一种热压转换刚性扁管及电池热管理装置。
技术介绍
随着电池功率密度的提升，电池的发热问题愈发突出。其中，锂电池的最佳工作温度环境为20～35℃，但工作过程中由于不停的充放电，会造成温度持续升高，因此需要热管理装置使电池保持在适合高效工作的温度范围内。风冷电池散热系统和液冷电池散热系统为常见的电池热管理装置。风冷电池散热系统通过引入与环境温度相同的冷却风吹过电池表面的方式对工作中的电池进行温度管理，与无冷却系统的电池相比，其表面温度能够下降10～20℃。液冷电池散热系统是在风冷无法满足电池热管理需求时采用的控温方法，与风冷电池散热系统相比，具有换热系数更高、散热量更大、冷却速度更快的优点，但是液冷电池散热系统需要专用泵驱动，系统较复杂，且需要放置在电池包内部使用，或者与电池模组直接通过壁面传热使用，而且随着电池功率密度的提升，其发热量日益增大，面对更大发热量时液冷技术的传热效果会表现出较明显的滞后性。另外，电池热管理采用液冷电池散热系统对于密封性和安全性要求很高。可见，现有技术中，风冷电池散热系统的散热能力较低，而液冷电池散热系统需要专用泵驱动、严实的密封和复杂的管路设计，其成本较高，面对更大发热量的电池传热滞后。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对现有的风冷电池散热系统的散热能力较低，而液冷电池散热系统需要专用泵驱动、严实的密封和复杂的管路设计，其成本较高，面对大发热量的电池传热滞后的缺陷，提供一种热压转换刚性扁管及电池热管理装置，获得比现有风冷和液冷技术控温能力更强、传热更迅速、使用方式更灵活便利的效果。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为：提供一种热压转换刚性扁管，用于发热元件的热管理，所述热压转换刚性扁管具有加热端及冷却端，且内部具有封闭循环回路，所述加热端和所述冷却端之间由连接通道连通，所述封闭循环回路内充装有导热工质，所述加热端的液态导热工质受到发热元件的加热而产生热压转换传热效应，通过所述连接通道流至冷却端，将发热元件工作时产生的热量迅速传输至与冷却端的壁面接触的冷凝器并散掉，然后再流回加热端，如此循环，使热压转换传热效应持续维持，实现对发热元件的热管理。可选地，所述导热工质的种类根据发热元件的工作温度区间T选择，所选择的导热工质在所述工作温度区间T内对应的工质压力P的变化满足：且所选择的导热工质在所述工作温度区间T内处于气液两相共存状态；向所述封闭循环回路内充装的所述导热工质其质量由公式m＝ρ1V1+ρg(V-V1)确定；其中，m为导热工质充装质量，单位为kg；T1为工作温度，取工作温度区间T的最高温度和最低温度的平均值作为T1的温度，单位为℃；V为封闭循环回路总容积，单位为m3；V1为所述工作温度T1下，所述封闭循环回路内导热工质的液态体积，V1选取为V1＝(60％～99％)V，单位为m3；ρ1为在所述工作温度T1时饱和液态导热工质的密度，单位为kg/m3；ρg为在所述工作温度T1时饱和气态导热工质的密度，单位为kg/m3。可选地，所述热压转换刚性扁管由扁管壳体、充装帽和封头共同组成，所述充装帽和封头与扁管壳体的内部共同形成所述封闭循环回路。可选地，所述充装帽和封头的内部均设置有与所述扁管壳体装配的扁槽；所述充装帽的一侧设置有与所述扁槽连通的短管，所述短管用于向所述热压转换刚性扁管内部充装导热工质。可选地，所述充装帽的扁槽内部端面与扁管壳体的端面之间留有1-5mm间隙，所述封头的扁槽内部端面与扁管壳体之间留有0-5mm间隙。另外，本专利技术还提供了一种电池热管理装置，包括电池模组、上述的热压转换刚性扁管及冷凝器，所述电池模组构成所述发热元件，所述热压转换刚性扁管的加热端与所述电池模组的壁面接触，所述热压转换刚性扁管的冷却端与所述冷凝器的壁面接触；所述加热端的液态导热工质受到电池模组的加热而产生热压转换传热效应，通过所述连接通道流至冷却端，将电池模组工作时产生的热量迅速传输至冷凝器并散掉，然后再流回加热端，如此循环，使热压转换传热效应持续维持，实现对电池模组的热管理。可选地，所述热压转换刚性扁管的外形为I型、L型及U型中的一种。可选地，所述热压转换刚性扁管的加热端通过导热界面材料与所述电池模组的壁面连接，所述热压转换刚性扁管的冷却端通过导热界面材料与冷凝器的壁面连接，所述导热界面材料选自导热硅胶、导热硅脂、导热硅胶垫片及导热双面胶中的一种。可选地，所述热压转换刚性扁管的加热端通过所述导热界面材料与所述电池模组的下表面连接。可选地，所述热压转换刚性扁管的加热端通过所述导热界面材料与所述电池模组的侧表面连接。本专利技术的热压转换刚性扁管，利用液体工质在特定热力学状态下的急剧膨胀效应将热能转换为压力波进行传递，称之为热压转换传热效应。由于压力波传播速度大，热化效应迅速，使得热压转换刚性扁管比普通的热管传热更快，响应更迅速。在这种热压转换刚性扁管中，热压转换传热效应还与其他传热效应结合，即热压转换刚性扁管中内通常有三重传热效应叠加，即热压转换、局部相变、对流传热，因此无论传递热负荷的能力，还是当量导热系数等都优于普通热管，普通热管的当量导热系数一般不超过20kW/m·K，而本专利技术的热压转换刚性扁管的当量导热系数达到50～150kW/m·K。由于加热端的膨胀作用可以在封闭循环回路内形成压力梯度，驱动导热工质产生对流，热压转换刚性扁管比单纯依靠重力作用的热管适应重力变化的能力更强一些，因此，即使以较大角度倾斜或水平放置，仍能较好地工作。同时，由于压力波具有较强的驱动对流的作用，使得封闭循环回路具有更大的自由度，可以是复杂的多回路、并列回路或长回路。另外，应用这种热压转换刚性扁管的电池热管理装置，热压转换刚性扁管的加热端与电池模组的壁面接触，热压转换刚性扁管的冷却端与冷凝器的壁面接触，加热端的液态导热工质受到电池模组的加热而产生热压转换传热效应，通过连接通道流至冷却端，将电池模组工作时产生的热量迅速传输至冷凝器并散掉，然后再流回加热端，如此循环，使热压转换传热效应持续维持，实现对电池模组的热管理。相比于风冷和液冷电池散热系统，提升了电池自身的温度均匀性，控温效果更迅速，从而使电池模组的工作效率得到提升，安全性得到保障，且制造成本比液冷电池散热系统低。附图说明图1是一种形式的热压转换刚性扁管的示意图；图2是沿图1中A-A方向的剖视图；图3是另一种形式的热压转换刚性扁管的示意图；图4是本专利技术第一实施例提供的电池热管理装置的示意图；图5是本专利技术第二实施例提供的电池热管理装置的示意图；图6是本专利技术第三实施例提供的电池热管理装置的示意图。图7是本专利技术实验测得的热压转换刚性扁管其导热工质内压力波的示意图；图8是本专利技术通过可压缩流体的计算机仿真得到的液体热压转换传热效应的图(其中，图8a为封闭循环回路内的瞬时压力波分布图；图8b是封闭循环回路内某点随时间变化的压力波动图)；图9是本专利技术实验测得的热压转换刚性扁管的当量导热系数的图；图10是R134a的饱和曲线图。说明书中的附图标记如下：1、电池模组；2、热压转换刚性扁管；21、扁管壳体；22、充装帽；221、扁槽；222、短管；23、封头；24、连接通道；25、加热端；26、冷本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热压转换刚性扁管，用于发热元件的热管理，其特征在于，所述热压转换刚性扁管具有加热端及冷却端，且内部具有封闭循环回路，所述加热端和所述冷却端之间由连接通道连通，所述封闭循环回路内充装有导热工质，所述加热端的液态导热工质受到发热元件的加热而产生热压转换传热效应，通过所述连接通道流至冷却端，将发热元件工作时产生的热量迅速传输至与冷却端的壁面接触的冷凝器并散掉，然后再流回加热端，如此循环，使热压转换传热效应持续维持，实现对发热元件的热管理。

【技术特征摘要】
1.一种热压转换刚性扁管，用于发热元件的热管理，其特征在于，所述热压转换刚性扁管具有加热端及冷却端，且内部具有封闭循环回路，所述加热端和所述冷却端之间由连接通道连通，所述封闭循环回路内充装有导热工质，所述加热端的液态导热工质受到发热元件的加热而产生热压转换传热效应，通过所述连接通道流至冷却端，将发热元件工作时产生的热量迅速传输至与冷却端的壁面接触的冷凝器并散掉，然后再流回加热端，如此循环，使热压转换传热效应持续维持，实现对发热元件的热管理。2.根据权利要求1所述的热压转换刚性扁管，其特征在于，所述导热工质的种类根据发热元件的工作温度区间T选择，所选择的导热工质在所述工作温度区间T内对应的工质压力P的变化满足：且所选择的导热工质在所述工作温度区间T内处于气液两相共存状态；向所述封闭循环回路内充装的所述导热工质其质量由公式m＝ρ1V1+ρg(V-V1)确定；其中，m为导热工质充装质量，单位为kg；T1为工作温度，取工作温度区间T的最高温度和最低温度的平均值作为T1的温度，单位为℃；V为封闭循环回路总容积，单位为m3；V1为所述工作温度T1下，所述封闭循环回路内导热工质的液态体积，V1选取为V1＝(60％～99％)V，单位为m3；ρ1为在所述工作温度T1时饱和液态导热工质的密度，单位为kg/m3；ρg为在所述工作温度T1时饱和气态导热工质的密度，单位为kg/m3。3.根据权利要求1所述的热压转换刚性扁管，其特征在于，所述热压转换刚性扁管由扁管壳体、充装帽和封头共同组成，所述充装帽和封头与扁管壳体的内部共同形成所述封闭循环回路。4.根据权利要求3所述的热压转换刚性扁管，其特征在于，所述充装帽...

【专利技术属性】
技术研发人员：李铁，姜玉雁，岳鹏，肖立峰，
申请(专利权)人：中国科学院工程热物理研究所，深圳市奥拓汉智电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11