一種帶翅片和泡沫導熱結構的復合散熱裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型設及裡離子電池散熱技術領域，尤其是設及一種帶翅片和泡沫導熱結 構的復合散熱裝置。
【背景技術】
[0002] 汽車動力電池如裡離子電池能量密度高，體積小，循環(huán)壽命較長，在電動汽車上應 用潛力很大。然而由于裡離子電池在充放電過程中溫度升高影響自身性能與循環(huán)壽命，過 高的溫度甚至引起熱失控，導致自燃等事故，因此動力裡離子電池散熱技術的研究和實施 尤為迫切。散熱系統(tǒng)通常采取風冷或液體冷卻。風冷散熱系統(tǒng)體積小，但是散熱效果有限， 而液體冷卻系統(tǒng)效果較好，但是體積大，結構復雜、累功能耗高，且存在泄漏等潛在缺點。而 相變材料具有相變過程吸收潛熱高、溫升小、化學穩(wěn)定性好、體積小、結構簡單、價格低廉等 優(yōu)點，應用在動力裡離子電池上能降低電池溫升、緩和熱沖擊，提高電池壽命和穩(wěn)定性。但 是相變材料導熱率低，不能迅速、均勻地傳熱。
[0003] 中國專利200910039125. 4公開了一種帶有相變材料冷卻系統(tǒng)的動力電池裝置， 該裝置包括螺釘、若干電池單體、箱蓋通風孔、電極連接軸、箱體頂蓋、側面通風孔、框體；所 述的電池單體是W電池作為基體，外部加裝殼體；電池和殼體之間填充相變材料并采用絕 緣橡膠密封；電池箱體開設通風孔散熱。該專利通過填充相變材料雖然有效的緩和了電池 發(fā)熱沖擊，但是沒有解決相變材料導熱率低而導致散熱速度慢的缺點。
[0004] 中國專利化201120571466. 9公開了一種基于泡沫金屬/復合相變材料的動力電 池冷卻系統(tǒng)，包括有單體電池、電池連接極、相變材料、泡沫金屬、高導熱絕緣膠、電池外殼、 電池上檔板、電池下檔板；單體電池與電池外殼之間填充有W泡沫金屬為骨架材料和W相 變材料為基體復合而成的復合相變材料，相變材料灌注到泡沫金屬中，單體電池與灌注后 的泡沫金屬用高導熱絕緣膠連接，電池上檔板及電池下檔板分別裝設在單體電池的上端及 下端，電池連接極與單體電池連接。該專利的泡沫金屬與電池的有效接觸面積小，并且沒有 減小接觸界面空氣縫隙機制，從而導致其傳熱效果強化不充分。 【實用新型內容】 陽0化]本實用新型的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術存在的缺陷而提供一種帶翅片和 泡沫導熱結構的復合散熱裝置。
[0006] 本實用新型的目的可W通過W下技術方案來實現(xiàn)：
[0007] 一種帶翅片和泡沫導熱結構的復合散熱裝置，用于輔助電池單體的散熱，所述的 復合散熱裝置包括套設在電池單體外部的外殼套筒，所述的外殼套筒與電池單體之間填充 泡沫結構，所述的泡沫結構由大量的隨機排列、結構相似單元組成，每個單元包括加強筋、 交叉部位和開口孔桐，泡沫結構開口孔桐內填充滿相變材料，所述的外殼套筒與電池單體 之間還設有多塊隔開泡沫結構的翅片W強化傳熱，該翅片的兩側分別緊密貼合外殼套筒與 電池單體。 陽OO引所述的泡沫結構的高度與電池單體高度相仿，厚度為2~7mm。
[0009] 所述的泡沫結構為孔密度為10~IOOPPI、孔隙率為70~99%的多孔型的泡沫銅 結構、泡沫侶結構、泡沫石墨結構或泡沫陶瓷結構?？紫堵屎涂酌芏茸鳛榕菽Y構的主要 表征參數(shù)，孔隙率影響復合材料的導熱率，不同孔隙率下的導熱率可由W下公式計算（引 用自V.V.CalmidiandR.L.Mahajan，TheEffectiveThermalConductivityofHigh PorosityFibrousMetalI^ams,ASMEJ.HeatTransfer,Vol.I2I,pp. 466-471, 1999)， 即：
[0011] 其中，k。為有效導熱率，e是孔隙率，r是金屬加強筋厚度與交叉部位尺寸之比， 一般取0.09,心為固體導熱率，kf為相變材料導熱率。b/L為交叉部位尺寸和泡沫結構單 元尺寸比值，由下面公式求得：
百：
[0013] 具體計算結果如圖5所示，由上述公式可知，孔隙率越低，復合材料導熱率越高， 但相變材料體積分數(shù)下降，潛熱吸熱能力下降，較為合適的孔隙率在70~99%之間。泡沫 結構由大量的隨機排列但結構相似單元組成，每個單元包括加強筋、交叉部位和開口孔桐。 開口孔桐結構尺寸常用孔密度表示，多個開口孔桐結構形成具有一定結構強度的泡沫體， 實施當中，孔桐的結構尺寸在0. 2~2mm之間，即孔密度為10-100PPI，可W填充電池組之間 的空間并保持一定的結構強度?？淄┏叽缣蠼咏牧铣叽鐒t強度太小，孔桐尺寸太小則 泡沫結構加工困難，成本較高。
[0014] 所述的相變材料的烙點為30~80°C，與電池單體的理想工作溫度范圍相一致，相 變材料的添加量保證其烙化時，能使電池單體、泡沫結構和翅片整體浸沒，相變材料和泡沫 材料可采用柔性袋子容納，避免溶融的液態(tài)相變材料流澗。
[0015] 所述的相變材料為石蠟。
[0016] 所述的翅片為矩形翅片，其高度與電池單體高度相仿，厚度為0. 1~1. 5mm。
[0017] 所述的翅片為侶制翅片、銅制翅片或其它高導熱材料制翅片。
[0018] 所述的外殼套筒為侶制套筒、銅制套筒或其它高導熱材料制套筒。
[0019] 所述的外殼套筒與泡沫結構之間還設有模形插片，由于加工誤差，泡沫結構和電 池等產(chǎn)熱體之間總會有空氣間隙，進一步加大接觸熱阻。為了確保泡沫結構緊密貼合產(chǎn)熱 部件，避免較大的空隙分層和額外的接觸熱阻，在外部套筒和泡沫結構之間插入模形插片， 模形插片材料可W是金屬、塑料、電木等容易加工、低成本的薄片。
[0020] 所述的外殼套筒內設有多個電池單體，所述的外殼套筒與電池單體之間填充泡沫 結構，該泡沫結構中間通過多塊翅片隔開，所述的翅片的兩側分別緊密貼合外殼套筒和電 池單體或相鄰的兩電池單體。
[0021] 本實用新型通過采用泡沫結構復合相變材料進行傳熱，相變材料在相變過程中吸 熱而使電池最高溫度保持在相變烙點附近，降低了電池溫升，緩和熱沖擊的優(yōu)點，同時，泡 沫結構采用孔密度為10~100PPI、孔隙率70~99%的通孔型泡沫材料，改善了石蠟導熱 系數(shù)低、傳熱不均勻的缺點。此外，在電池單體壁面與外殼套筒之間還設有采用高導熱材 料制成的翅片，翅片設置在相鄰半環(huán)狀的泡沫結構之間的槽縫中，并分別緊密貼合外殼套 筒與電池單體，從而增加了電池單體與泡沫結構之間的換熱面積，當電池發(fā)熱時，熱量可W 經(jīng)由電池外殼、通過翅片迅速傳至泡沫結構，并通過泡沫結構向相變材料傳遞熱量，相變 材料吸收熱能，提高了換熱效率，克服了單純的泡沫結構復合相變材料因泡沫結構與電池 單體之間孔隙度大、有效換熱面積小、接觸熱阻大的缺點。已有研究表明化Fiedler,N. White,M.Dahari,K.Hooman,Ontheelectricalandthermalcontactresistanceof metalfoam,InternationalJournalofHeatandMassTransferVol. 72(2014)pp. 565 -571。），泡沫材料的界面接觸熱阻可W達到甚至明顯超過本體泡沫材料的熱阻，如果接觸面 積小，會導致傳熱效果不理想。本實用新型在實際應用時，針對不同的電池輸出功率要求， 還可W通過在外殼套筒內設置多個電池單體組成電池包。
[0022] 與現(xiàn)有技術相比，本實用新型的復合散熱裝置W泡沫結構為骨架，泡沫結構內部 填充相變材料，并設有強化傳熱的翅片，具有接觸熱阻小、輕質、緊湊、便于加工和熱控性好 等優(yōu)點，同時，復合散熱裝置工作時，較一般的散熱裝置而言，溫度分布更均勻，換熱效率更 局。
【附圖說明】
[0023] 圖1為本實用新型的復合散熱裝置的結構示意圖；
[0024] 圖2為本實用新型的復合散熱裝置的A-A剖視結構示意圖；
[0025] 圖3為本實用新型的復合散熱裝置的B-B剖視結構示意圖；
[00%] 圖4為本實用新型的復合散熱裝置組合制成的電池包的結構示意圖；
[0027] 圖5為本實用新型的不同孔隙率的泡沫結構與導熱率的關系圖；
[0028] 圖中，1-相變材料，2-泡沫結構，3-翅片，4-外殼套筒，5-電池單體，6-模形插片。
【具體實施方式】
[0029] 下面結合附圖和具體實施例對本實用新型進行詳細說明。 陽〇3〇] 實施例1
[0031] 一種帶翅片和泡沫導熱結構的復合散熱裝置，用于輔助電池單體5的散熱，其結 構如圖1、圖2和圖3所示，復合散熱裝置包括套設在電池單體5外部的外殼套筒4,外殼套 筒4為侶制套