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CN109560344B - 一种耐压柔性液冷散热片 - Google Patents

一种耐压柔性液冷散热片 Download PDF

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Abstract

一种耐压柔性液冷散热片，包括散热片主体和设置在所述散热片主体上作为进水口/出水口的铝管，所述散热片主体由两外侧铝片、位于两外侧铝片之间的中间橡胶片相对连接构成，两外侧铝片的半圆结构相对连接形成通道，两外侧铝片的平片结构、中间橡胶片的流道缝隙相对连接形成液体流道；所述铝管固定在该通道内，且该铝管上设有缺口，该液体流道的首端/尾端均汇集至通道处，且该液体流道的首端/尾端均与铝管的缺口相对应，所述铝管中段设有用于隔断进水口和出水口的堵塞件。本发明可直接放置在电池组内部，为电池组降温和升温，结构简单可靠，体积小，韧性好，耐压效果好。

Description

一种耐压柔性液冷散热片
技术领域
本发明属于锂电池热管理技术领域，涉及一种液冷散热片。
背景技术
本发明涉及锂电池热管理技术，锂电池包括硬方形锂电池、软包锂电池、圆柱形锂电池；液冷散热片也指液冷散热，介质包含水、冷冻液、流动性好的油脂在内的液体物质，是与风冷相对应的，属于主动型高效散热技术；散热指降温和升温，可以对电池进行温度控制，使之可以工作在适宜的温度。
目前锂电池热管理分为：自然冷却、风冷散热和水冷散热；自然冷却无任何散热部件，依靠自身散热；风冷散热依靠散热片和风扇，带走电池内部热量，此方式受环境温度影响，实际冷却和加热效果有限，但是价格便宜，实施简单；主动水冷散热方式，通过管道输送液体到电池内部，液体可以是加热或冷却，通过液体强制流动，将热量带入或带出电池，电池内部升温或降温，使电池工作在最佳状态，延长电池寿命，提高电池效能，这是目前仅次于直冷的最高效的热管理方式。
由于主动液冷散热技术复杂，目前技术还有很多缺陷，主流技术有两种：一种是直接将有毛细管路的铝片放置在电池之间，毛细管路出口有一个椭圆形空缺，铝片和框架的空缺叠放在一起构成主流道，这种技术的优点是将液冷片放置在电池之间，缺点是叠放形成的主流道非常脆弱，密封线长度长，在颠簸的汽车使用环境中，容易造成液体泄漏，需要极高的尺寸工艺稳定性。
另外一种是在电池组的底部或侧面设置一个液冷板，电池间放置无流道的散热片与液冷板连接，电池的热量通过无流道散热片传导给液冷板。这种方法避免了第一种技术缺陷，提高了主流道和液冷板密封性，缺点是热量不直接传导给液冷板，而是通过无流道散热片间接传递给液冷板，同时液冷板在底部和侧面决定接触面积小于前一种技术，导致热传导效率低。
以能量密度230Wh/kg锂电池包为例，常温25℃下，循环寿命≥2000次，高温45℃下，循环寿命只能≥1200次，锂电池寿命受电池温度影响是显著的；同时低温充电，充电时间长,-25℃充电时间比25℃充电时间慢了63%。因此有效控制电池温度是提高电池寿命，加快充电的关键因素。
由于锂电池在使用过程中，由于内部气体积聚，会导致硬质方形铝壳或软质包装发生鼓胀现象，积压其中放置的散热片液体通道，导致实际通道面积减少，甚至完全阻断，导致散热不良。
对于圆柱形电芯，因为散热片需要围绕圆形形成波浪形态，因此不能发生分离脱胶；作为热管理系统的核心部件，液冷片在其中起着重要作用，要求体积小，成本低，可靠性高，灵活度大，传热效率高，并且能够承受电芯鼓胀造成的压力，保持通道畅通，又能适应圆形电池折弯成复杂曲线形状，本发明针对上述技术特点对现有技术进行了改进。
发明内容
本发明为解决现有技术中存在的问题，提出一种耐压柔性液冷散热片，直接放置在电池组内部，为电池组降温和升温，结构简单可靠，体积小，韧性好，耐压效果好。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：包括散热片主体和设置在所述散热片主体上作为进水口/出水口的铝管，所述散热片主体由两外侧铝片、位于两外侧铝片之间的中间橡胶片相对连接构成，两外侧铝片的半圆结构相对连接形成通道，两外侧铝片的平片结构、中间橡胶片的流道缝隙相对连接形成液体流道；所述铝管固定在该通道内，且该铝管上设有缺口，该液体流道的首端/尾端均汇集至通道处，且该液体流道的首端/尾端均与铝管的缺口相对应，所述铝管中段设有用于隔断进水口和出水口的堵塞件。
所述两外侧铝片的平片结构、中间橡胶片可围绕圆柱形电芯或其他异形电芯进行反复折弯卷绕，包裹圆形电芯表面。
形成液体流道的散热片主体部分为柔性部分，可以弯曲。
所述散热片主体外表面处设有绝缘层。
所述铝管上设有两缺口，一缺口对应液体流道首端，另一缺口对应液体流道尾端。
所述液体流道首端/尾端位于缺口内。所述缺口长度大于液体流道宽度，且其缺口宽度大于液体流道内径小于铝管内径。
所述散热片主体上液体流道为多条，铝管的内截面积与散热片主体上各液体流道截面积之和比值为0.5~1.5：1。
所述外侧铝片、中间橡胶片、铝管之间均通过胶粘进行固连。
所述通道位于散热片主体上端，液体流道位于散热片主体下端。
本发明所述的散热片内液体介质可以是水质、油质，甚至可以是制冷剂，作为直冷式散热片。本发明与现有技术相比，本发明的液冷散热片可直接放置在圆形电池芯之间，由于中间是橡胶层，有足够弹性和韧性，可以将散热片曲折成任意形状，与圆形电芯直接贴合，传热效率高；中间橡胶片的流道缝隙与两外侧铝片相对连接构成液体流道，并通过将铝管的缺口与液体流道连接，铝管被包裹在外侧铝片内部，铝管起到骨架作用，并且密封性好；散热片主体部分为全平结构，中间橡胶片也为平片结构，起到支撑骨架作用，在收到压力时，防止流道缝隙的塌缩，绝对不会完全封闭液体流道，起到抗压作用；铝管与主管道可以采用软管连接，提高耐振动性，满足国标要求放电条件下，上下单向，10Hz~55Hz，最大加速度30m/s2，扫频循环10次，3小时无泄漏，以及跌落标准1.2米高度跌落无泄漏；本发明的液冷散热片片体部分比较薄，在电芯之间，可以减小电池组体积，提高能量密度，同时铝管在电芯外侧，占用空间小。
本发明采用的铝片冲压、贴合、覆膜技术均为成熟技术，成本低廉，可靠性高，无搅拌摩擦焊、钎焊等高成本工艺；铝片的绝缘膜可以达到耐500V尖端放电，以及2500V漏电电流小于20mA；铝片胶黏剂粘接强度可以达到铝片本体强度，大于150Mpa；通过统一铝管直径以及连接方式，可以实现标准模块化设计；通过铝管排布与主管连接方式，可以灵活布置，实现串联、并联以及串并联组合方式，适合不同的散热要求。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的液体流道结构示意图。
图3为外侧铝片结构示意图。
图4为中间橡胶片结构示意图。
图5为本发明的使用状态图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明做进一步说明。参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
如图1、图2、图3和图4所示，本实施例的液冷散热片使用两片外侧铝片3和一片中间橡胶片2粘连构成。在外侧铝片3上端冲压出一个半圆形状，该两个半圆相对设置且在该两个半圆相对设置形成的区域内放置有铝管5，外侧铝片3下端为平片结构，中间橡胶片2冲压的方式冲出多条流道缝隙1，外侧铝片3下端的平片结构与流道缝隙1形成液体流道4，液体流道4的首端和尾端均汇集至铝片3的上端，且该液体流道4的首端和尾端分别设置在该外侧铝片3一侧的两端，在铝管5沿轴向方向上开设有两个缺口6，该缺口6长度大于液体流道4宽度，该缺口6宽度大于液体流道4内径且小于铝管5的内径，缺口6与液体流道4的进出水口相对应，本实施例采用两段铝管5，为确保两段铝管5中的液体不会从一个铝管5直接流到另一个铝管5，分别将两个铝管5位于内侧的管口通过堵塞件10进行封闭，也可直接封闭。本实施例在外侧铝片3的外面敷一层绝缘树脂膜17，为整个液冷散热片提供绝缘性能，绝缘树脂膜17的厚度为0.001-0.05mm，膜的材料可以是PET、PE、PI等绝缘膜，此膜可以在铝片3冲压前涂覆，也可以在铝片3粘合时贴敷，效果相同，属于成熟技术。
本实施例将两段铝管5位于外侧的端口作为液冷散热片的进水口7和出水口8，可以与外部主管路通过软管12连接，进水口7/出水口8与软管12之间设有密封胶圈11。本实施例的铝管5外径为3-8mm，铝管5的内截面积与液体流道4总通道面积比值为（0.5-1.5）：1。本实施例的两片铝片3和两个铝管5用胶黏或超声波焊接方式贴合，现有的铝合金专用胶水可以提供达到或超过铝合金本体强度，具有很好的耐腐性和耐高低温性能，属于成熟技术。
图5中，本实施例采用的2片铝片和1片橡胶片厚度均为0.2-0.4mm，长宽尺寸与锂电池电芯相当。液冷散热片的片体部分14加上液体流道总厚度在0.5-3mm之间，片体部分14卷绕成弯曲形状，放置在电池包内部圆形电芯16之间，除铝管5部位在电芯外侧以外，其他片体部分与圆形电芯完全贴合。其中，7为进水口。

Claims (9)

1.一种耐压柔性液冷散热片，其特征在于：包括散热片主体和设置在所述散热片主体上作为进水口/出水口的铝管，所述散热片主体由两外侧铝片、位于两外侧铝片之间的中间橡胶片相对连接构成，两外侧铝片的半圆结构相对连接形成通道，两外侧铝片的平片结构、中间橡胶片的流道缝隙相对连接形成液体流道；所述铝管固定在该通道内，且该铝管上设有缺口，该液体流道的首端/尾端均汇集至通道处，且该液体流道的首端/尾端均与铝管的缺口相对应，所述铝管中段设有用于隔断进水口和出水口的堵塞件；所述散热片可直接放置在圆形电池芯之间，由于中间是橡胶层，有足够弹性和韧性，可以将散热片曲折成任意形状，与圆形电芯直接贴合，传热效率高；中间橡胶片的流道缝隙与两外侧铝片相对连接构成液体流道，并通过将铝管的缺口与液体流道连接，铝管被包裹在外侧铝片内部，铝管起到骨架作用，并且密封性好；散热片主体部分为全平结构，中间橡胶片也为平片结构，起到支撑骨架作用，在收到压力时，防止流道缝隙的塌缩，绝对不会完全封闭液体流道，起到抗压作用。
2.根据权利要求1所述的耐压柔性液冷散热片，其特征在于：所述两外侧铝片的平片结构、中间橡胶片可围绕圆柱形电芯或其他异形电芯进行反复折弯卷绕，包裹圆形电芯表面。
3.根据权利要求1所述的耐压柔性液冷散热片，其特征在于：形成液体流道的散热片主体部分为柔性部分。
4.根据权利要求1所述的耐压柔性液冷散热片，其特征在于：所述散热片主体外表面处设有绝缘层。
5.根据权利要求1所述的耐压柔性液冷散热片，其特征在于：所述铝管上设有两缺口，一缺口对应液体流道首端，另一缺口对应液体流道尾端。
6.根据权利要求1所述的耐压柔性液冷散热片，其特征在于：所述液体流道首端/尾端位于缺口内。
7.根据权利要求1所述的耐压柔性液冷散热片，其特征在于：所述散热片主体上液体流道为多条，铝管的内截面积与散热片主体上各液体流道截面积之和比值为0.5～1.5：1。
8.根据权利要求1所述的耐压柔性液冷散热片，其特征在于：所述外侧铝片、中间橡胶片、铝管之间均通过胶粘进行固连。
9.根据权利要求1所述的耐压柔性液冷散热片，其特征在于：所述通道位于散热片主体上端，液体流道位于散热片主体下端。
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