一种热管用于极耳散热的液冷储能电箱复合热管理系统

本发明涉及电池冷却，更具体地说，涉及一种热管用于极耳散热的液冷储能电箱复合热管理系统。

背景技术：

1、当前，整个电动汽车行业蓬勃发展，锂离子电池具有比功率高、能量密度高、自放电率低、循环寿命长、重量轻等优点，电动汽车采用锂离子电池为储能装置电池，成为电动汽车核心部件。对于锂电池而言，工作温度及温度一致性均对其效率、寿命及安全性有很大影响。而设计合理的热管理系统结构，可保证电池工作温度在适宜的范围内，对于提升电池寿命、效率及系统安全经济性极其重要。

2、目前常见的热管理冷却技术包括以下几种：1)空气冷却：空气冷却结构简单、成本较低、易于实现与维护，但其散热效率低，易受环境影响，不适用于高功率场景；2)液体冷却：液体冷却的散热效率高，温度均匀性好，适用于高功率场景，发展前景广阔，但结构布局复杂，部件繁多、整体质量大；3)相变材料冷却：相变材料冷却与相同条件下的风冷、液冷来说，它在电池表面提供了更均匀的温度分布，并且储能密度高、结构紧凑，节约成本，但易发生泄漏事故；4)热管冷却：热管冷却具有极高的导热性、优良的等温性、高散热效率且不需要维修，应用前景广阔，但系统结构复杂、成本高。各类热管理技术都在某些方面存在一定的缺陷，单一的冷却手段在某些工况下可能无法满足电池的散热要求。

3、电池芯体极耳处电流密度比较大，高温区域主要集中在电池靠近极耳的位置，当电池模组高温运行时，电池表面将会出现显著的温度梯度，温度一致性遭到破坏，影响电池的性能。现有的中国专利数据库中公开了名称为一种基于极耳液冷方式的动力电池热管理系统的专利,该专利文献号为cn111403848a，公告日为2022.07.15，包括电池模组、极耳液冷板、储液箱、加热器、内循环水泵、外循环水泵、压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器、板式换热器，构成电池极耳液冷单元、压缩机组主制冷单元、板式换热器副冷却单元、液冷内循环单元和液冷外循环单元。基于极耳液冷方式的动力电池热管理系统，通过流通的冷媒在电池极耳处散、预热，可以大大减小换热热阻，利于电池更快速换热，提高热管理效率，系统集成度高。但该装置将液冷板设置在极耳处，两者直接接触可能会使电池模组短路，存在安全隐患。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明旨在提供一种热管用于极耳散热的液冷储能电箱复合热管理系统，使得储能电箱具有较高的散热效率，同时电池芯体表面温度分布得更加均匀。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种热管用于极耳散热的液冷储能电箱复合热管理系统，包括电池壳体以及设于所述电池壳体内部的上部液冷板、供液管路、热管组件、电池模组和下部液冷板；所述电池模组固定安装于所述电池壳体内部，所述电池模组顶部的极耳处之间安装所述热管组件，所述上部液冷板布置安装在所述热管组件的上方，所述下部液冷板布置安装在所述电池模组的下方，并且所述上部液冷板、所述下部液冷板均与所述电池壳体的内壁固连，以横向传导热量；所述供液管路包括进液管路、输液管路、出液管路，所述进液管路连接所述上部液冷板或者所述下部液冷板，相应的，所述出液管路连接所述下部液冷板或所述上部液冷板；进液管路进口及出液管路出口均设于所述电池壳体外部，上部液冷板与下部液冷板之间连接所述输液管路。

4、通过采用上述技术方案，本发明根据电池模组中电池芯体极耳和底部散热的实际应用需求，集成液体冷却和热管冷却的优点，采用两个液冷板，上部液冷板不直接接触电池芯体，布置在热管组件上方，仅作为热管组件的冷源转移热量，安全高效，下部液冷板与电池芯体底部进行热量交换，将热量横向传导至电池壳体。

5、本发明通过采用热管与液冷板结合的复合热管理技术，可以获得更好的冷却效果，可在电池模组高温运行时进行散热，在低温冷启动时，反向传输热量给电池模组加热，促进电池模组温度一致性，从而进一步提升电池箱能量密度和电池寿命，使电池箱可在冬季寒冷工况或高寒地区应用。

6、优选地，当所述电池模组高温运行时，电池模组极耳处产热传输至所述热管组件，所述热管组件的中间段液态工质受热蒸发，并向两端扩散，将热量散发到周围空间中；

7、当所述电池模组低温冷启动时，所述热管组件两端吸收周围空间的热量，两端液态工质受热蒸发，并向中间段扩散，反向将热量传输至电池模组极耳处，所述电池模组温度升高，加速储能电箱的冷启动。

8、优选地，所述热管组件属于径向热管，由管壳、管芯及液态工质组成，所述管芯设置在所述管壳内腔中，所述液态工质填充在所述管壳内；所述热管组件采用管路嵌入结构形式，将热管嵌入壳板中。

9、优选地，所述热管组件上预留防爆阀位置。

10、优选地，所述热管组件的上表面通过硅胶垫一与所述上部液冷板接触；所述电池模组的上表面通过硅胶垫二与所述热管组件接触；所述电池模组的下表面通过硅胶垫三与所述下部液冷板接触。

11、优选地，所述电池模组的数量为两个，其由多个电池芯体分两排布置。

12、优选地，所述电池模组中的电池芯体正极极耳采用铝条，电池芯体负极极耳采用镍条或者铜镀镍条。

13、优选地，所述上部液冷板及所述下部液冷板的内部冷却通道采用蛇形设计，所述供液管路与对应的蛇形冷却通道相通，冷却液先从进液管路进口流入，依次流过上部液冷板、下部液冷板，最后从出液管路出口流出。

14、优选地，所述上部液冷板的底部需高过电池模组极耳所处位置。

15、优选地，所述进液管路进口设置在所述上部液冷板外侧对应位置，所述出液管路出口设置在所述下部液冷板外侧对应位置，进液管路出口连接上部液冷板进液口，出液管路进口连接下部液冷板出液口，上部液冷板出液口与下部液冷板进液口之间连接所述输液管路。

16、优选地，所述电池模组通过支撑架固定安装于所述电池壳体内部。

17、通过采用上述技术方案，本发明具有了以下有益效果：

18、1.本发明将热管组件设在在电池模组的极耳处之间，可迅速解决快充/放电工况下电池模组极耳处产生的热量，与相关利用热管进行热管理的电池箱专利相比，对极耳处产热更具有针对性热管理。

19、2.本发明在极耳处设置热管组件，与相关利用液冷板解决极耳处散热的专利相比，本发明的上部液冷板不直接接触电池芯体，仅作为热管的冷源转移热量，增大了电池模组上表面的换热面积，改善了均温效果，促进电池温度一致性，从而达到进一步提升电池箱能量密度和电池寿命的效果。

20、3.本发明的热管与液冷板结合的热管理系统可在电池模组高温运行时进行散热，在低温冷启动时，反向传输热量给电池模组加热，因此与相关采用热管液冷结合的电池箱专利相比，本发明兼具高温散热和低温加热的双重功能，使电池箱可在冬季寒冷工况或高寒地区应用。

21、4.本发明的液冷板和热管组件换热面积大，设计裕度大，无需高精度加工，热管使用数量少，成本低廉，有利于进一步提高电池箱的比能；还可根据不同尺寸的电池箱及储能系统进行灵活修改，可操作性强。

技术特征：

1.一种热管用于极耳散热的液冷储能电箱复合热管理系统，其特征在于，包括电池壳体以及设于所述电池壳体内部的上部液冷板、供液管路、热管组件、电池模组和下部液冷板；所述电池模组固定安装于所述电池壳体内部，所述电池模组顶部的极耳处之间安装所述热管组件，所述上部液冷板布置安装在所述热管组件的上方，所述下部液冷板布置安装在所述电池模组的下方，并且所述上部液冷板、所述下部液冷板均与所述电池壳体的内壁固连，以横向传导热量；所述供液管路包括进液管路、输液管路、出液管路，所述进液管路连接所述上部液冷板或者所述下部液冷板，相应的，所述出液管路连接所述下部液冷板或所述上部液冷板；进液管路进口及出液管路出口均设于所述电池壳体外部，上部液冷板与下部液冷板之间连接所述输液管路。

2.根据权利要求1所述的一种热管用于极耳散热的液冷储能电箱复合热管理系统，其特征在于，

3.根据权利要求1或2所述的一种热管用于极耳散热的液冷储能电箱复合热管理系统，其特征在于，所述热管组件属于径向热管，由管壳、管芯及液态工质组成，所述管芯设置在所述管壳内腔中，所述液态工质填充在所述管壳内；所述热管组件采用管路嵌入结构形式，将热管嵌入壳板中。

4.根据权利要求3所述的一种热管用于极耳散热的液冷储能电箱复合热管理系统，其特征在于，所述热管组件上预留防爆阀位置。

5.根据权利要求1所述的一种热管用于极耳散热的液冷储能电箱复合热管理系统，其特征在于，所述热管组件的上表面通过硅胶垫一与所述上部液冷板接触；所述电池模组的上表面通过硅胶垫二与所述热管组件接触；所述电池模组的下表面通过硅胶垫三与所述下部液冷板接触。

6.根据权利要求1所述的一种热管用于极耳散热的液冷储能电箱复合热管理系统，其特征在于，所述电池模组的数量为两个，其由多个电池芯体分两排布置。

7.根据权利要求6所述的一种热管用于极耳散热的液冷储能电箱复合热管理系统，其特征在于，所述电池模组中的电池芯体正极极耳采用铝条，电池芯体负极极耳采用镍条或者铜镀镍条。

8.根据权利要求1所述的一种热管用于极耳散热的液冷储能电箱复合热管理系统，其特征在于，所述上部液冷板及所述下部液冷板的内部冷却通道采用蛇形设计，所述供液管路与对应的蛇形冷却通道相通。

9.根据权利要求1所述的一种热管用于极耳散热的液冷储能电箱复合热管理系统，其特征在于，所述上部液冷板的底部需高过电池模组极耳所处位置。

10.根据权利要求1所述的一种热管用于极耳散热的液冷储能电箱复合热管理系统，其特征在于，所述进液管路进口设置在所述上部液冷板外侧对应位置，所述出液管路出口设置在所述下部液冷板外侧对应位置，进液管路出口连接上部液冷板进液口，出液管路进口连接下部液冷板出液口，上部液冷板出液口与下部液冷板进液口之间连接所述输液管路。

技术总结
本发明涉及电池冷却技术领域，公开了一种热管用于极耳散热的液冷储能电箱复合热管理系统，包括电池壳体以及设于电池壳体内部的上部液冷板、供液管路、热管组件、电池模组和下部液冷板；电池模组固定安装于电池壳体内部，电池模组顶部的极耳处之间安装热管组件，上部液冷板布置安装在热管组件的上方，下部液冷板布置安装在电池模组的下方，并且上部液冷板、下部液冷板均与电池壳体的内壁固连；供液管路包括进液管路、输液管路、出液管路。本发明采用热管与液冷板结合的复合热管理技术，可在电池模组高温运行时进行散热，在低温冷启动时，反向传输热量给电池模组加热，使电池箱可在冬季寒冷工况或高寒地区应用。

技术研发人员：秦江,申丽艳,徐静,王聪,刘泽宽
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/31