一种基于PCM吸热板散热的动力电池模组

本发明涉及动力电池散热领域，尤其涉及到一种基于pcm吸热板散热的动力电池模组。

背景技术：

1、动力电池技术是制约电动汽车发展的关键技术，一个高效的电池模组散热系统对保证电动汽车各项性能至关重要。动力电池的化学性能受温度影响显著，在工作过程中，其自身释放热量导致电池温升，同时电动汽车的电池模组由数百节电池串并联形成且排布紧密，致使热量堆积，造成电池局部过热和温度分布不均，影响电池性能进而影响整车性能。电池模组的散热性能与均温性能对电池的使用性能、循环寿命以及安全性都具有重要影响。

2、目前市面上针对圆柱形和方形动力电池模组的散热技术主要是风冷和液冷。风冷和液冷都是利用冷却介质与电池散热表面发生对流换热带走热量，主要区别在于冷却介质的不同。风冷具有低成本，系统结构简单、便于维护等优点，但空气的比热容与导热系数低，随着电池能量密度的提高，仅用空气冷却无法满足将电池维持在50℃以下，电池温差也不能维持在5℃之内的使用要求。液冷具有冷却速度快、冷却效率高的优点，但对系统密封性和冷却液性能要求较高，结构复杂，安装维护不易，制造和使用成本高。

3、例如专利号为202010772517.8的专利文件公开了一种集风冷和液冷的电动汽车电池热管理装置，包括箱体和设置在箱体内的多排电池组；每排电池组均由多个单体电池组成；每个单体电池均嵌入于复合相变材料体中；复合相变材料体的顶部和底部分别与液冷板相贴合；液冷板与水泵连接；水泵与水箱连接；每两排相邻的电池组之间均设置有散热板；散热板的一端嵌入于复合相变材料体内，另一端裸露在箱体内的空气中；箱体上设置有用于对散热板进行换热的散热风扇。

4、上述专利方案通过在每两排相邻电池组之间设置散热板，利用散热板将单体电池的热量带走，达到冷却效果，并通过散热风扇将热空气排出至箱体外；与此同时利用水箱与液冷板之间形成的循环水路将单体电池顶部和底部以及复合相变材料体的热量带走，达到冷却效果，如此形成的散热循环，可以将电池的最高温升控制在合理的工作范围内。

5、但是，随着动力电池能量密度的提高和大规模集成化，对电动汽车的散热要求越来越高，需要开发更为高效的电池散热技术，并能够抑制某一电池热失控向周围电池的热蔓延和大规模热失控。同时动力电池在低温环境下，内阻增加，动力电池的输出能量不能充分释放，导致电动车续航里程缩短，影响乘驾体验。

6、因此，有必要对这样一种结构进行改善，以克服上述缺陷。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种基于pcm吸热板散热的动力电池模组，采用多开孔pcm吸热板可以大大增强电池之间导热能力，从而降低了电池局部热点与电池之间的温差，能够实现高效热管理甚至于抑制电池热失控蔓延。通过引流风扇，以及尾部翅片，将多余热量带走，将电池整体温度保持在安全范围之内。并且，在吸热板底板和顶板加工了独特的套筒结构强化传热，顶板套筒和底板套筒沿着流动方向通过顶板套筒连接板以及底板套筒连接板连接。不仅起到固定电池的作用，避免电池在运行中移位，而且增大了电池与吸热板之间的接触面积增加了热流量，电池组的均温性能进一步改善。

2、本发明的上述技术目的是通过以下技术方案实现的：

3、一种基于pcm吸热板散热的动力电池模组，包括

4、电池组，所述电池组为若干阵列式排布的圆柱形电池；

5、pcm吸热板，所述pcm吸热板内部填充pcm复合导热多孔结构，其上设置有若干中空套筒，中空套筒内置圆柱形电池；具体地，所述中空套筒以直列排列或交错排列的形式分布在pcm吸热板上，多个圆柱形电池通过中空套筒间隔安装在pcm吸热板上，圆柱形电池和中空套筒之间微小缝隙填充导热硅胶以降低接触热阻，提升导热性能。

6、加热条，所述加热条成条状，设置在pcm吸热板的底部或者顶部套筒之间位置，不占用电池位置空间，其用于在低温情况下对电池组进行加热。

7、引流风扇，所述引流风扇设置在pcm吸热板的侧方，其用于对电池组和pcm吸热板进行风冷散热。

8、进一步的，所述吸热顶板和吸热底板构成中空腔，在中空腔内灌注有pcm相变材料，在所述吸热顶板上设有若干顶板套筒，在所述吸热底板上设有若干底板套筒，导热多孔结构设有若干中间套筒，顶板套筒、底板套筒和中间套筒对应设置，且构成用于安装圆柱形电池的套筒结构；

9、所述吸热顶板上的顶板套筒沿风冷流动方向通过上连接板相互连接，吸热底板上的底板套筒沿风冷流动方向通过下连接板相互连接；所述上连接板和下连接板用于增强圆柱形电池之间的导热；

10、所述吸热顶板上设有注液管，所述注液管用于往中空腔内灌注pcm相变材料以及维修和散热；在吸热顶板上设有排气孔，所述排气孔用于注液过程中吸热板内部排气；在所述吸热底板上设有与吸热顶板上排气孔对应的排气盲孔，所述排气盲孔用于注液完成后，通过与螺帽的连接，完成顶板套筒、导热多孔结构和吸热底板的密封与加固。

11、进一步的，所述顶板套筒和底板套筒呈直列排列分布于吸热顶板和吸热底板上；或

12、所述顶板套筒和底板套筒呈交错排列分布于吸热顶板和吸热底板上。

13、进一步的，所述顶板套筒和底板套筒的内表面设有导热硅胶。

14、进一步的，所述上游套筒与下游套筒之间具有套筒连接板、尾部套筒或者布置相连接加长翅片，或者在尾部套筒之间间隙布置非连接翅片，进一步加大散热面积，提高电池散热能力。所述的非连接翅片比连接套筒的加长翅片获得更低的温差。

15、进一步的，靠近下游的套筒以及尾部套筒沿电池方向加长，高于上游电池套筒长度，进一步加大下游电池接触面积以及下游电池两端向中部吸热板的导热能力，降低下游电池温度水平，提高电池模组均温性能。

16、进一步的，所述导热多孔结构包括由吸热顶板和吸热底板构成的若干中空腔，中空腔的内部布置导热多孔结构，并在其中灌注液态pcm相变材料。

17、进一步的，所述pcm为有机石蜡等相变材料；所述吸热顶板、吸热底板的材料为铝合金。

18、进一步的，所述加热条的外部材质为聚酰亚胺，在加热条上开设有若干略大于底板套筒的开口。

19、进一步的，所述吸热顶板和吸热底板真空钎焊工艺连接。

20、进一步的，所述吸热底板套筒具有加大表面焊接扩展面，通过底部切削工艺实现，和吸热底板真空钎焊工艺大面积焊接连接，提高了加工便利性和密封性。

21、进一步的，所述吸热板的顶部和底部设置散热翅片，以提高吸热板的散热性能。

22、进一步的，所述注液孔位置可以放在边缘、中间或者四角，所述吸热板排气孔尽量放在容易形成流动死区的四角，远离注液孔位置，以利于气泡排除，避免嵌入空气气泡而影响吸热性能。

23、进一步的，所述吸热板的排气孔最后由螺帽进行密封，并且由于吸热底板排气盲孔的作用，螺帽同时起到了加固顶板与底板连接的作用。

24、进一步的，所述的吸热板套筒之间增加连接板，增强电池之间的导热，使电池模组的温度更加均匀一致。

25、所述pcm吸热板的外表面通过阳极氧化形成绝缘防腐耐热层。

26、综上所述，本发明具有以下有益效果：

27、其一，采用pcm吸热板，内置pcm相变材料复合高空度多孔导热结构，中间开口间隔安装电池，和单纯金属热扩散板相比，在减轻重量同时增强了吸热能力，或者在同样重量与同样模组外廓尺寸下填充更多pcm以进一步提高吸热能力，从而降低了电池局部热点与电池之间的温差，能够实现高效热管理。并且，在吸热板底板和顶板均加工了套筒结构强化传热，顶板套筒和底板套筒沿着流动方向通过套筒连接板连接，不仅起到固定电池、稳定结构的作用，而且增大了电池与吸热板之间的接触面积，增强了电池向吸热板的传热速率。同时电池组的温差减小，均温性能也进一步改善。

28、其二，电池组一端的引流风扇工作可以根据工况打开，对pcm吸热板进行强制对流换热，同时加大了下游吸热板套筒高度，套筒之间、套筒与尾部翅片相连，利用pcm吸热板的高效吸热与翅片散热的协同效应，使得电池组最高温度与温差进一步下降，效果显著，且散热结构简单、紧凑、安全可靠，具有良好的应用前景。

29、其三，通过真空钎焊工艺将底板套筒加大表面和顶板进行焊接，焊接牢固、密封性好，pcm熔化也不会泄露。电池与套筒之间添加导热硅胶，降低贴合面的接触热阻并吸收接触面膨胀应力，导热性能得到进一步提高。

30、其四，在pcm吸热板底部设置加热条，加热时通过pcm吸热板的均温效应，降低加热条的热点温度，提高加热效率，快速加热电池，保证电池模组在低温情况下的正常使用。