一种动力电池散热结构制造技术

一种动力电池散热结构，开口向上的电池包箱体内立式间隔布置若干个柱形电池，靠近电池顶部，在电池包箱体内配置上绝缘定位板，上绝缘定位板紧套在电池上，电池底部与电池包箱体底部之间衬垫缓冲下绝缘板，在上绝缘定位板和缓冲下绝缘板之间配置热扩散板，热扩散板外缘紧贴电池包箱体侧壁，热扩散板上开设与电池对应的通孔，通孔具有加大热扩散体，紧密外套在电池外壁，两者之间填充界面导热材料层，在电池周围间隔配置若干个导热柱，导热柱上下两端分别紧密接触热扩散板和电池包箱体，热扩散板下方填充相变材料层或热塑性灌封材料层。本装置传热强化效果优良，散热效果更好，温度分布更均匀，外形紧凑，结构简单，适用于动力电池系统。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及动力电池冷却
，尤其是涉及一种带有热扩散板和导热柱的复合散热装置。
技术介绍
动力电池如锂离子电池能量密度高，体积小，循环寿命较长，在电动乘用车、商务车上应用潜力和市场很大。然而由于锂离子电池在充放电过程中温度升高影响自身性能与循环寿命，过高的温度甚至引起热失控，导致自燃、爆炸等事故，常规的钴酸锂正极材料电池温度需要控制在50摄氏度以内，以避免热失控和起火爆炸，提高安全性。随着电池材料和工艺的进步，以磷酸铁锂为正极材料的电池工作温度虽然可以提升到60摄氏度或更高，但随着温度进一步上升，电池容量衰减明显，在高温下仍然会发生热失控和着火现象。因此动力锂离子电池散热技术的研究和实施尤为迫切。动力锂离子电池散热系统通常采取风冷方式冷却电池通道，风冷散热系统体积小，但是散热效果非常有限，并且电池温度均匀性差；此外，利用相变材料通常是石蜡材料具有相变过程吸收潜热高、温升小、化学稳定性好、体积小、结构简单、价格低廉等优点，应用在动力锂离子电池上能降低电池温升速度、缓和热冲击，提高电池寿命和稳定性亦有一定的效果，但是相变材料也同时存在导热率低，不能迅速、均匀地传热等缺点。专利201210399617.6公开了一种电池模块，包括：多个方形电池单体；以及限定了大致蜿蜒形状的波纹翅片，所述波纹翅片带有交替的直线段和顶部段，使得所述多组电池单体中的至少一个设置在所述波纹翅片的限定在相邻直线段之间的区域中。该专利虽然具有一定的散热效果，但动力电池向翅片传热没有专门的紧固机制，导致接触缝隙和接触热阻较大，中心向外传热具有较大温差，不适合于大功率动力型电池。专利200910039125.4公开了一种带有相变材料冷却系统的动力电池装置，该装置包括螺钉、若干电池单体、箱盖通风孔、电极连接轴、箱体顶盖、侧面通风孔、框体；所述的电池单体是以电池作为基体，外部加装壳体；电池和壳体之间填充相变材料并采用绝缘橡胶密封；电池箱体开设通风孔散热。该专利通过填充相变材料虽然缓和了电池发热冲击，但是没有解决相变材料导热率低而导致散热速度慢和温度控制不足的缺点。当相变材料完全溶化后，潜热吸热结束，过低的导热系数反而阻挡热量向电池箱体的散热速度。专利201110345442.6公开了一种LED灯太阳花散热器，包括圆形散热座和若干散热鳍片，在圆形散热座的外圆上排列有散热鳍片，其特征在于：还包括散热筋，在相邻两个散热鳍片之间连接有散热筋，所述散热筋为弧形。所述散热座由铜材料制成。该专利的散热鳍片通过挤压工艺制备而成，工艺相对复杂、耗时，且制得的散热鳍片重量过重，体积庞大，不能用于对重量、体积要求高的如汽车等的动力电池系统。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题在于提供一种动力电池散热结构，该装置通过热扩散板、导热柱形成导热通路，复合运用相变材料吸热等多种散热方式，不仅散热速度快，散热效果好，电池使用过程中的均温性好，并且装置结构紧凑，重量相对较轻，利于在有限的空间内布置。本技术是通过以下技术方案实现的：开口向上的电池包箱体内立式间隔布置若干个柱形电池；在电池顶部和底部之间的电池包箱体内横向配置至少一块热扩散板，热扩散板上开设与电池对应的通孔，通孔内缘紧密外套电池外壁；在电池周围间隔配置若干个导热柱，导热柱紧密接触热扩散板和电池包箱体。电池包箱体预先加工、安装导热柱，并与热扩散板连接，形成电池单体–热扩散板–导热柱–电池包箱体底部的导热通路，热扩散板紧密套装在电池的中下部、中部或者上部高度，避免圆柱电池顶部因缺乏散热途径导致温度过高。
电池单体外部涂覆或包裹有绝缘膜层以实现电池外部的电绝缘。进一步的，所述热扩散板下方的电池包箱体空间内填充相变材料层或热塑性灌封材料层。相变材料层为包含相变温度在30～80℃的石蜡、脂肪酸和无机盐相变材料中的一种或多种的相变材料层；所述复合相变材料的多孔泡沫结构层为高导热泡沫结构层，如铝质泡沫金属，铜泡沫结构层，石墨泡沫结构层等，其空度在70％～98％之间，其多孔结构内填充相变材料，具有结构轻质、提高相变材料导热的作用。热塑性灌封材料层为导热率大于0.2W/mK的有机硅、聚氨酯材料层。填充在热扩散板下部电池包箱体空间内的相变材料层或热塑性灌封材料层具有一定的导热效果：相变材料在溶化时的潜热可以吸收电池产生的部分热量，并保持温度不变，从而降低电池温度热冲击幅度，此外，通过热扩散板、导热柱和电池包箱体导出另外部分热量，从而进一步降低电池温度；热塑性灌封材料通常具有导热填料，也可以进一步加强导热，降低热冲击，此外，热塑性灌封材料具有较好的韧性和延展性能，可降低机械应力，减缓机械冲击。再进一步，所述热扩散板下方的电池包箱体空间内部分填充或完全充满绝缘导热油或者具有导热填料的复合绝缘导热油；所述绝缘导热油为导热率大于0.05W/mK的有机导热油，为普通合成油或者精制矿物油的一种，例如：烷基苯型(苯环型)导热油，联苯和联苯醚低熔导热油，有机硅油，典型品牌如陶氏化学的DowTherm导热油，所述导热填料导热率在10W/mK以上,主要选择包括氧化铝、氢氧化铝、氮化硼、氮化铝、碳化硅等类似的具有导热功能的绝缘颗粒。在车辆行驶过程中，导热油的液态震荡产生的导热、对流综合作用有利于电池向外散热。导热填料可进一步增强传热。再进一步，所述通孔内缘具有加大热扩散体，加大热扩散体紧密外套电池外壁。加大热扩散体可以增大热扩散板和电池之间的导热面积，提高导热效率。再进一步，所述加大热扩散体和电池之间填充界面导热材料层。界面导热材料层为以聚氨酯、有机硅、环氧树脂或丙烯酸为基体，导热率不小于0.2W/mK的导热粘结胶层。界面导热材料层具有两个作用：一是保证加大热扩散体和电池之间的导热接触面充分，避免局部区域因加工、装配等原因形成的空隙造成
的导热中空带，二是界面导热材料层还可以起到密封作用，避免热扩散板下方的相变材料或绝缘导热油，复合绝缘导热油等填充物因溶化而泄漏。再进一步，所述热扩散板上的通孔冲压成形，所述加大热扩散体为冲压时在通孔内缘形成的70～90度的直角或者接近直角翻折面,加大热扩散体可朝上或者朝下，通孔冲压时四周翻成直边而自然形成的加大热扩散体，结构简单，利于加工。再进一步，所述热扩散板为上、下间隔布置的两层，分别位于电池的中下部和上部高度位置。以便于进一步降低温升和温度梯度，多层热扩散板之间通过导热柱连接，从而增加电池向外的导热通路，消除局部热点、降低温升。再进一步，多层热扩散板之间的导热柱可以采用以下连接方式：所述导热柱为上、下配置的两段式导热柱，两段导热柱的连接端面位于下层的热扩散板内，固定螺栓将上层热扩散板和两段导热柱紧固连接在一起。安装时，先将下段导热柱固定安装在电池包箱体底部上，然后安装下层热扩散板，再安装上段导热柱和上层热扩散板，便于装配和定位。再进一步，所述通孔在热扩散板上叉排或者顺排，导热柱在电池包箱体内叉排或者顺排，导热柱与电池间隔平行排列。这种布置方式不仅充分利用了电池包箱体的内部空间，在有限的空间内尽可能多的布置导热柱和电池，结构紧凑，并且导热柱和电池的均匀间隔布置，也有利于提高导热效率。再进一步，热扩散板为铝、铜、钛、铁等高导热率金属板，厚度为0.3～3mm；导本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种动力电池散热结构，其特征在于：开口向上的电池包箱体内立式间隔布置若干个柱形电池(1)；在电池顶部和底部之间的电池包箱体内横向配置至少一块热扩散板(2)，热扩散板(2)上开设与电池(1)对应的通孔，通孔内缘紧密外套于电池(1)的外壁；在电池周围间隔配置若干个导热柱(3)，导热柱(3)紧密接触热扩散板(2)和电池包箱体。

【技术特征摘要】
1.一种动力电池散热结构，其特征在于：开口向上的电池包箱体内立式间隔布置若干个柱形电池(1)；在电池顶部和底部之间的电池包箱体内横向配置至少一块热扩散板(2)，热扩散板(2)上开设与电池(1)对应的通孔，通孔内缘紧密外套于电池(1)的外壁；在电池周围间隔配置若干个导热柱(3)，导热柱(3)紧密接触热扩散板(2)和电池包箱体。2.根据权利要求1所述的动力电池散热结构，其特征在于：所述热扩散板(2)下方的电池包箱体空间内填充相变材料层(5)，或者复合相变材料的多孔泡沫结构层，或者热塑性灌封材料层，或者绝缘导热油；所述的相变材料层(5)为相变温度在30～80℃的石蜡、脂肪酸或无机盐相变材料层；所述相变材料为相变温度在30～80℃的石蜡、脂肪酸或无机盐相变材料；所述复合相变材料的多孔泡沫结构层为空度在70％～98％之间的高导热泡沫结构层，其多孔结构内填充相变材料；所述热塑性灌封材料层为导热率大于0.2W/mK的有机硅、聚氨酯材料层；所述绝缘导热油是导热率大于0.05W/mK的有机导热油。3.根据权利要求1所述的动力电池散热结构，其特征在于：所述通孔内缘具有加大热扩散体(8)，加大热扩散体(8)紧密外套于电池(1)的外壁。4.根据权利要求3所述的动力电池散热结构，其特征在于：所述加大热扩散体(8)和电池(1)之间填充界面导热材料层；所述界面导热材料层为以聚氨酯、有机硅、环氧树脂或丙烯酸为基体，导热率不小于0.2...

【专利技术属性】
技术研发人员：张恒运，夏欣，王之伟，金光灿，
申请(专利权)人：上海工程技术大学，
类型：新型
国别省市：上海;31