(12)实用新型专利
(10)授权公告号 CN 212434707 U(45)授权公告日 2021.01.29
(21)申请号 202020535695.4(22)申请日 2020.04.13
(73)专利权人 淄博博一新能源科技发展有限公
司
地址 255200 山东省淄博市博山经济开发
区创业大道创业大厦
H01M 10/6567(2014.01)H01M 10/6563(2014.01)H01M 10/66(2014.01)H01M 50/209(2021.01)H01M 50/244(2021.01)H01M 50/249(2021.01)
(72)发明人 赵耀华 徐红霞
(74)专利代理机构 北京海虹嘉诚知识产权代理
有限公司 11129
代理人 巩固(51)Int.Cl.
H01M 10/613(2014.01)H01M 10/625(2014.01)H01M 10/6552(2014.01)H01M 10/6556(2014.01)
权利要求书2页 说明书5页 附图3页
CN 212434707 U(54)实用新型名称
基于微热管阵列的刀片电池包热管理系统(57)摘要
基于微热管阵列的刀片电池包热管理系统，包括电池包、电池包外壳、和液冷热沉和/或风冷热沉，所述电池包内每层所述刀片电池和/或电池组底部横向贴合U型微热管阵列底部的U型微热管阵列蒸发段，两侧弯折的伸出部分U型微热管阵列冷凝段直接与电池包外壳贴合和/或通过L型微热管阵列与电池包外壳贴合；所述电池包外壳至少在对应所述U型微热管阵列冷凝段和/或L型微热管阵列冷凝段处为导热隔板；所述液冷热沉和/或风冷热沉至少对应贴合所述导热隔板的外表面。本实用新型能够有效将刀片电池内部的温度传导出去，且实现与所述外壳体内的电芯完全物理隔离，有效防止液冷热沉内的冷却介质泄露至电池包内。
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权 利 要 求 书
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1.基于微热管阵列的刀片电池包热管理系统，其特征在于包括电池包、电池包外壳、和液冷热沉和/或风冷热沉，所述电池包外壳围绕所述电池包且为封闭结构，
所述电池包内包括一层或多层刀片电池和/或电池组，且每层的刀片电池和/或电池组包括一个或多个，每层所述刀片电池和/或电池组横向贴合U型微热管阵列，所述U型微热管阵列底部横向贴合所述刀片电池和/或电池组表面的部分为U型微热管阵列蒸发段，两侧弯折的伸出部分为U型微热管阵列冷凝段，
所述U型微热管阵列冷凝段直接与电池包外壳贴合，所述电池包外壳至少在对应所述U型微热管阵列冷凝段；或所述U型微热管阵列冷凝段通过L型微热管阵列与电池包外壳贴合，所述L型微热管阵列与U型微热管阵列冷凝段贴合的一侧为L型微热管阵列蒸发段，垂直弯折的另一侧为L型微热管阵列冷凝段，其与电池包外壳贴合，所述电池包外壳至少在对应所述L型微热管阵列冷凝段处为导热隔板；
所述液冷热沉和/或风冷热沉的基板密封，并通过电池包外壳与电池和/或电池组完全物理隔离；
所述液冷热沉和/或风冷热沉至少对应贴合所述导热隔板的外表面。2.根据权利要求1所述的基于微热管阵列的刀片电池包热管理系统，其特征在于所述刀片电池和/或电池组为多层叠加分布，横向、纵向均包括多个。
3.根据权利要求2所述的基于微热管阵列的刀片电池包热管理系统，其特征在于每层的所述刀片电池和/或电池组至少贴合一个所述U型微热管阵列，所述U型微热管阵列沿纵向排布。
4.根据权利要求1所述的基于微热管阵列的刀片电池包热管理系统，其特征在于所述液冷热沉和/或风冷热沉的基板与所述电池包外壳的外表面通过密封圈连接或者焊接，所述电池包外壳为IP67级别。
5.根据权利要求1所述的基于微热管阵列的刀片电池包热管理系统，其特征在于所述U型微热管阵列与所述刀片电池和/或电池组之间设置有可压缩变形的导热垫片，和/或所述U型微热管阵列与L型微热管阵列之间设置有可压缩变形的导热垫片，和/或所述L型微热管阵列与电池包外壳的盖板间设置有可压缩变形的导热垫片。
6.根据权利要求1所述的基于微热管阵列的刀片电池包热管理系统，其特征在于所述液冷热沉的基板具有冷媒入口和冷媒出口，分别与电动汽车制冷系统连接。
7.根据权利要求1所述的基于微热管阵列的刀片电池包热管理系统，其特征在于所述风冷热沉具有风扇和散热翅片，并由电动汽车本身的蓄电池或动力电池包供给电力。
8.根据权利要求1所述的基于微热管阵列的刀片电池包热管理系统，其特征在于还包括自动控制系统和电芯温度检测单元，所述自动控制系统分别与所述电芯温度检测单元、和电动汽车制冷系统和/或风冷热沉的风扇连接。
9.根据权利要求1所述的基于微热管阵列的刀片电池包热管理系统，其特征在于所述微热管阵列是由金属材料经挤压形成的具有多孔结构的扁平状的导热体，内部具有多个并排排列的互不连通且独立运行的微热管，且每个微热管的水力直径为0.2-3.0mm，内部相变工质为非导电介质。
10.根据权利要求9所述的基于微热管阵列的刀片电池包热管理系统，其特征在于所述微热管之间沿热管长度方向留有宽度3-10mm、长度与所述微热管阵列长度相同的用来打安
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装孔的实心金属带。
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说 明 书
基于微热管阵列的刀片电池包热管理系统
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技术领域
[0001]本实用新型涉及基于微热管阵列的刀片电池包热管理系统，属于电动汽车的电池包散热领域。
背景技术
[0002]锂电包的热管理不仅对电池寿命至关重要，也对电池的安全性至关重要。
[0003]传统的电池包热管理方法——空冷技术不仅不能满足锂电池包的防护等级的要求，而且由于风冷系统进出口温差大，造成电芯及电芯之间较大的温差，对锂电池的伤害大，因此目前看基本没有使用价值。
[0004]传统的具有高防护等级的锂电池包热管理方法一般采用液冷模式，目前大部分厂家采用的液冷底板，即只在电池组的底部设置单一的液冷板，而电池组的底部单一液冷板散热方式会造成电池单体内部上下很大的温度差，在快速充放电以及低温预热时，对电池的伤害较大。只有特斯拉采用所有电池全侧表面液冷模式。但目前液冷介质采用防冻液或者制冷介质直接冷却，后者相当于直膨式蒸发器。制冷介质直膨式冷却由于制冷介质温度过低，对电池会造成严重的冷冲击以及造成电池内部极大的温差，对电池造成很大的伤害，也基本没有实用价值。使用较多的是防冻液，防冻液中含有水，对于焊接部位多的液冷底板，在使用过程中，焊接部位容易破损，导致内部防冻液泄露；对于特斯拉使用到全侧面的液冷管，其焊接口虽然位于电池包到外部，一旦撞击，电芯之间的液冷管破坏，也会造成防冻液泄露，且焊接口在全侧面分布，焊接口被破坏的概率大。不论哪种情况，泄露的防冻液如果与电池包中的电池接触则会使电池包短路，都会造成严重的安全事故。实用新型内容
[0005]为了解决现有技术安全隐患大、散热效率低、对电池伤害大的问题，本实用新型提出基于微热管阵列的刀片电池包热管理系统。[0006]本实用新型的技术方案：
[0007]基于微热管阵列的刀片电池包热管理系统，其特征在于包括电池包、电池包外壳、和液冷热沉和/或风冷热沉，所述电池包外壳围绕所述电池包且为封闭结构，[0008]所述电池包内包括一层或多层刀片电池和/或电池组，且每层的刀片电池和/或电池组包括一个或多个，每层所述刀片电池和/或电池组横向贴合U型微热管阵列，所述U型微热管阵列底部横向贴合所述刀片电池和/或电池组表面的部分为U型微热管阵列蒸发段，两侧弯折的伸出部分为U型微热管阵列冷凝段，
[0009]所述U型微热管阵列冷凝段直接与电池包外壳贴合，所述电池包外壳至少在对应所述U 型微热管阵列冷凝段；或所述U型微热管阵列冷凝段通过L型微热管阵列与电池包外壳贴合，所述L型微热管阵列与U型微热管阵列冷凝段贴合的一侧为L型微热管阵列蒸发段，垂直弯折的另一侧为L型微热管阵列冷凝段，其与电池包外壳贴合，所述电池包外壳至少在对应所述L型微热管阵列冷凝段处为导热隔板；
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CN 212434707 U[0010]
说 明 书
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所述液冷热沉和/或风冷热沉的基板密封，并通过电池包外壳与电池和/或电池组
完全物理隔离；
[0011]所述液冷热沉和/或风冷热沉至少对应贴合所述导热隔板的外表面。[0012]优选的所述刀片电池和/或电池组为多层叠加分布，横向、纵向均包括多个。
[0013]进一步优选的每层的每组所述刀片电池和/或电池组横向至少贴合一个所述U型微热管阵列，两端的弯折部分与导热隔板贴合或与L型微热管阵列蒸发段贴合。
[0014]优选的所述液冷热沉和/或风冷热沉的基板与所述电池包外壳的外表面通过密封圈连接或者焊接，所述电池包外壳为IP67级别。
[0015]优选的所述U型微热管阵列与所述刀片电池和/或电池组之间设置有可压缩变形的导热垫片，和/或所述U型微热管阵列与L型微热管阵列之间设置有可压缩变形的导热垫片，和/ 或所述L型微热管阵列与电池包外壳的盖板间设置有可压缩变形的导热垫片。[0016]优选的所述液冷热沉的基板具有冷媒入口和冷媒出口，分别与电动汽车制冷系统连接。
[0017]优选的所述风冷热沉具有风扇和散热翅片，并由电动汽车本身的蓄电池或动力电池包供给电力。
[0018]优选的还包括自动控制系统和电芯温度检测单元，所述自动控制系统分别与所述电芯温度检测单元、和所述电动汽车制冷系统和/或风冷热沉的风扇连接。
[0019]优选的所述U型微热管阵列和/或L型微热管阵列是由金属材料经挤压形成的具有多孔结构的扁平状的导热体，内部具有多个并排排列的互不连通且独立运行的微热管，且每个微热管的水力直径为0.2-3.0mm，内部相变工质为非导电介质。
[0020]进一步优选的所述独立热管之间沿热管长度方向根据安装孔的位置尺寸留有宽度 3-10mm、长度与所述微热管阵列长度相同的用来打安装孔的实心金属带。[0021]本实用新型的有益技术效果：
[0022]基于微热管阵列的刀片电池包热管理系统，刀片电池和/或电池组表面贴合的U型微热管阵列蒸发段吸收刀片电池和/或电池组的热量，将热量传导至两翼伸出部分的U型微热管阵列冷凝段，然后通过导热隔板将热量传导至与导热隔板的外表面贴合的液冷热沉和/或风冷热沉，或U型微热管阵列冷凝段通过L型微热管阵列蒸发段将热量传导至L型微热管阵列冷凝段，然后通过电池包外壳盖板导热隔板将热量传导至与盖板的外表面贴合的液冷热沉和/或风冷热沉。当所检测的电芯温度高于第一设定值时，控制系统自动启动电动汽车的制冷系统，带动液冷热沉启动，对电芯进行散热(或控制系统自动启动风冷热沉中的风扇进行散热)；当电芯温度低于第二设定值时，电动汽车的制冷系统停止向液冷板管换热器供冷(或风扇停止运转)。
[0023]本实用新型通过U型和/或L型微热管阵列将热量通过导热隔板传输给液冷热沉和/或风冷热沉(液冷热沉结合电动汽车的制冷系统构成液冷系统)，采用间接的液冷和/或风冷方式管理电芯的温度。一方面，U型微热管阵列至少与每组电芯的单侧或双侧表面贴合，这样即使位于内部的电芯，其温度也能够通过与之贴合的U型微热管阵列在两端有效传导给与其贴合的导热隔板(或L型微热管阵列)，进而传导至电池外部，然后通过液冷热沉和/或风冷热沉，通过液冷和/或风冷的方式将电池内部的温度散发到电池箱之外的环境中，散热效率高。另一方面，由于微热管阵列是由金属材料经挤压形成的具有多孔结构的扁
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平状的导热体，内部具有多个并排排列的互不连通的微热管，且每个微热管的水力直径只有0.2-3.0mm，甚至更小，管壁承压能力极高，因此泄露问题几乎可以忽略且相变工质为微量、不导电介质，即使极端情况下被损坏泄露，也不会引起电池的损坏；且导热隔板同时作为电芯的保护外壳，将液冷热沉和/或风冷热沉与电池包隔开，并通过密封圈或者焊接等密封措施将液冷热沉和/或风冷热沉的基板密封，实现与所述外壳体内的电芯完全物理隔离，有效防止液冷热沉内的冷却介质泄露至电池包内，保证电池包的防护等级达到IP67防水和防尘等级。
[0024]本实用新型的基于微热管阵列的刀片电池包热管理系统，当内部的电芯的温度高于第一设定值时，如35℃-42℃，控制系统自动启动汽车的制冷系统制冷并与液冷热沉换热(或控制系统自动启动风冷热沉内的风扇)，电芯表面的热量通过U型和/或L型微热管阵列传导至电池包外壳外部设置的液冷热沉和/或风冷热沉换出。[0025]综上，本实用新型有效的将具有高效传热的微热管阵列与液冷和/或风冷的方式结合，进一步通过微热管阵列与刀片电池单元的位置和排列关系，使得每个电池包的外部设置一个或一个以上液冷热沉和/或风冷热沉，能够有效将刀片电池内部的温度传导出去，防止温度过高，保证电池的温度均匀，散热效率高。
[0026]U型两翼伸出部分弯折设置后与导热隔板贴合，可以使得U型微热管阵列的冷凝段与导热隔板的接触面积更大，通过L型微热管阵列的蒸发段和U型微热管阵列冷凝段的贴合，也扩大了接触面积，L型微热管阵列冷凝段与盖板的贴合进一步扩大了接触面积，增加导热效率。
[0027]所述导热垫片具有导热、电绝缘及保证微热管阵列与刀片电池良好接触的功能。附图说明
[0028]图1为本实用新型的基于微热管阵列的刀片电池包热管理系统的实施例1的外观示意图；
[0029]图2为图1分解后的示意图；
[0030]图3为实施例1电池单元部分的结构示意图；
[0031]图4为本实用新型的基于微热管阵列的刀片电池包热管理系统的实施例2的外观示意图。
[0032]图5为图4分解后的示意图；
[0033]图6为实施例2电池单元部分的结构示意图；[0034]1-刀片电池单元；2-U型微热管阵列蒸发段；3-U型微热管阵列冷凝段；4-L型微热管阵列蒸发段；5-L型微热管阵列冷凝段；6-电池包外壳，7-液冷热沉，8-电池包外壳上表面盖板。
具体实施方式
[0035]为了更清楚理解本实用新型的内容，将通过附图1-6和具体实施例详细说明。[0036]实施例1
[0037]如图1-3所示，本实施例的基于微热管阵列的刀片电池包热管理系统，包括电池包和贴附于电池包外壳6外侧的液冷热沉7(本实施例为液冷热沉，也可为风冷热沉)，所述电
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池包内的刀片电芯共分三层，每层纵向各三个。其中每层的三个刀片电池单元1下表面沿横向贴合五组沿横向延伸的U型微热管阵列蒸发段2。U型微热管阵列为金属材料经挤压形成的具有多孔结构的扁平状的导热体，内部具有多个并排排列的互不连通且独立运行的微热管，且每个微热管的水力直径为0.2-3.0mm，内部相变工质为非导电介质。所述独立热管之间沿热管长度方向根据安装孔的位置尺寸留有宽度3-10mm、长度与所述微热管阵列长度相同的实心金属带可以打安装孔。微热管阵列是一种传热效果强化的导热体，其中U型微热管阵列蒸发段 2通过导热硅胶粘贴在刀片电池单元1的下表面，彼此间隔分布，也可以紧密排在一起，所述U型微热管阵列的长度大于每组电芯的部分形成伸出部分，伸出部分向两侧弯折后作为U 型微热管阵列冷凝段3。电池包外设置电池包外壳6，所述电池包外壳6围成封闭结构。每个所述U型微热管阵列冷凝段3与电池包外壳6内侧贴合，且对应的电池包外壳6部分为导热隔板。液冷热沉7至少与电池包外壳6两侧的导热隔板部分的外表面贴合，与所述U型微热管阵列冷凝段3通过所述电池包外壳6进行热交换，其基板的一侧表面与电池包外壳6的外表面焊接，也可通过密封圈连接，实现液冷热沉7与内部的刀片电池单元1的完全物理隔离，保证电池包的防护等级达到IP67。所述液冷热沉7与电动汽车的制冷系统连接构成电池的液冷系统。
[0038]如图3所示，位于每组所述刀片电池单元1下侧平面的U型微热管阵列蒸发段2的伸出部分向上弯折，形成U型微热管阵列冷凝段3，U型微热管阵列将刀片电池单元1包围在内部，可增强电池包的稳定性，抵挡刀片电池单元1的位移。[0039]所述液冷热沉7的基板具有冷媒入口和冷媒出口，与电动汽车制冷系统连接。[0040]另外，所述U型微热管阵列蒸发段2与刀片电池单元1之间可设置有可压缩变形的导热垫片，所述U型微热管阵列冷凝段3与电池包外壳6之间同样设置有可压缩变形的导热垫片。
[0041]本实施例还包括自动控制系统和电芯温度检测单元，自动控制系统分别与所述电芯温度检测单元和所述电动汽车制冷系统以及风冷热沉的风扇连接。[0042]使用时，在每组刀片电池单元1的下表面贴合的U型微热管阵列蒸发段2吸收每个刀片电池单元1的热量，并传导至两侧的U型微热管阵列冷凝段3，然后冷凝段将热量传导至与之贴合的电池包外壳6(导热隔板)，电池包外壳6将热量传导至与导热隔板的外表面贴合的液冷热沉7，当检测单元所检测的刀片电池单元1的温度高于35℃时，控制系统自动启动电动汽车的制冷系统，从而利用液冷热沉7、导热隔板和微热管阵列对电芯进行散热，或控制系统启动风冷热沉7内的风扇，从而利用风冷热沉7、导热隔板和微热管阵列，将电芯的热量换出；当刀片电池单元1的温度低于35℃时，电动汽车的制冷系统停止向所述液冷系统制冷或将风冷热沉7内的风扇关闭。[0043]实施例2
[0044]如图4-6所示，本实施例的基于微热管阵列的刀片电池包热管理系统，包括电池包和贴附于电池包外壳6外侧的液冷热沉7(图中画为液冷热沉，也可为风冷热沉)，所述电池包内的刀片电芯共分三层，每层纵向三个。其中每层的三个刀片电池单元1下表面贴合五组沿横向延伸的U型微热管阵列蒸发段2。微热管阵列为金属材料经挤压形成的具有多孔结构的扁平状的导热体，内部具有多个并排排列的互不连通且独立运行的微热管，且每个微热管的水力直径为0.2-3.0mm，内部相变工质为非导电介质。所述独立热管之间沿热管长度方
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向根据安装孔的位置尺寸留有宽度3-10mm、长度与所述微热管阵列长度相同的实心金属带可以打安装孔。微热管阵列是一种传热效果强化的导热体，其中U型微热管阵列蒸发段2通过导热硅胶粘贴在刀片电池单元1的下表面，彼此间隔分布，也可以紧密排在一起，所述U型微热管阵列的长度大于每组电芯的部分形成伸出部分，伸出部分向两侧弯折后作为U型微热管阵列冷凝段3。所述U型微热管阵列冷凝段3再贴合L型微热管阵列蒸发段4，所述L型微热管阵列蒸发段4的长度至少大于其覆盖的所述U型微热管阵列冷凝段3在一个方向的跨度，且伸出弯折的部分作为L型微热管阵列冷凝段5与电池包外壳上表面盖板8内侧贴合，该盖板也为导热隔板。所述电池包外壳6围成封闭结构。液冷热沉7与盖板的外表面贴合，与所述L 型微热管阵列冷凝段5通过所述电池包外壳上表面盖板8进行热交换，其基板的一侧表面与电池包外壳上表面盖板8的外表面焊接，也可通过密封圈连接，实现液冷热沉7与内部的刀片电池单元1的完全物理隔离，保证电池包的防护等级达到IP67。所述液冷热沉7与电动汽车的制冷系统连接构成电池的液冷系统。
[0045]位于每组所述刀片电池单元1下侧平面的U型微热管阵列蒸发段2的伸出部分向上弯折，形成U型微热管阵列冷凝段3，U型微热管阵列将刀片电池单元1包围在内部，可增强电池包的稳定性，抵挡刀片电池单元1的位移。如图6所示，所述L型微热管阵列蒸发段4与所述U型微热管阵列冷凝段3贴合，伸出部分弯折后作为L型微热管阵列冷凝段5，所述L型微热管阵列冷凝段5与电池包外壳上表面盖板8内侧贴合。[0046]另外，所述U型微热管阵列蒸发段2与刀片电池单元1之间、所述U型微热管阵列冷凝段3与所述L型微热管阵列蒸发段4可设置有可压缩变形的导热垫片，电池包外壳上表面盖板8内侧与所述L型微热管阵列冷凝段5之间同样设置有可压缩变形的导热垫片。[0047]以上所述仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的防伪塑封尺寸的变化或纵向撕裂线的尺寸和数目等都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
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