换热装置、电池模组及电池包的制作方法

1.本实用新型涉及电池技术领域，尤其涉及一种换热装置及电池包。


背景技术：

2.现有电池包在大功率充放电下，存在发热量大的问题，传统的冷却方案是采用液冷方式，如使用液冷板，其冷却效率较低而且在单体电池的高度方向温差较大。同时，随着电池包中的电池数量增多，液冷板的冷却流道越来越长，导致流道上方的电池组散热不均匀，单体电池间的温差较大。因此，现有的动力电池散热装置的散热能力不足，且会导致电池间散热温差大。


技术实现要素：

3.本实用新型的一个主要目的在于克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种散热能力较佳的换热装置。
4.为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
5.根据本实用新型的一个方面，提供一种换热装置，其中：所述换热装置用以对电池进行换热，所述换热装置包含换热板，所述换热板为双层结构；所述换热板的第一层结构包含第一腔室，所述第一腔室内设置有相变介质，所述相变介质的相变点的温度为15℃～50℃；所述换热板的第二层结构包含第二腔室，所述第二腔室充注有换热介质，用以于外界进行热交换；所述换热装置以所述换热板的第一层结构的背向第二层结构的表面接触于所述电池。
6.由上述技术方案可知，本实用新型提出的换热装置的优点和积极效果在于：
7.本实用新型提出的换热装置包含双层结构的换热板，第一层结构包含设置有相变介质的第一腔室，第二层结构包含充注有换热介质的第二腔室，且换热装置以换热板的第一层结构的背向第二层结构的表面接触于电池。通过上述结构设计，本实用新型能够通过换热板实现液冷与相变冷却相结合的冷却方式，实现较佳的散热能力。
8.本实用新型的另一个主要目的在于克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种散热能力较佳、系统温差较小的电池模组。
9.为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
10.根据本实用新型的另一个方面，提供一种电池模组，其中，所述电池模组包含电池以及本实用新型提出的换热装置。
11.由上述技术方案可知，本实用新型提出的电池模组的优点和积极效果在于：
12.本实用新型提出的电池模组，通过采用本实用新型提出的换热装置，能够提升冷却能力，减小系统温差。
13.本实用新型的另一个主要目的在于克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种散热能力较佳、系统温差较小的电池包。
14.为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
15.根据本实用新型的一个方面，提供一种电池包，其中，所述电池包包含电池以及本实用新型提出的换热装置。
16.由上述技术方案可知，本实用新型提出的电池包的优点和积极效果在于：
17.本实用新型提出的电池包，通过采用本实用新型提出的换热装置，能够提升冷却能力，减小系统温差，提高电池高度方向以及多个电池间散热的一致性。
附图说明
18.通过结合附图考虑以下对本实用新型的优选实施例的详细说明，本实用新型的各种目标、特征和优点将变得更加显而易见。附图仅为本实用新型的示范性图解，并非一定是按比例绘制。在附图中，同样的附图标记始终表示相同或类似的部件。其中：
19.图1是根据一示例性实施例示出的一种换热装置的剖视图；
20.图2是根据另一示例性实施例示出的一种换热装置的剖视图；
21.图3是根据另一示例性实施例示出的一种换热装置的立体剖视图；
22.图4是图3示出的换热装置的另一立体剖视图；
23.图5是图3示出的换热装置的第一腔室的截面图；
24.图6是根据另一示例性实施例示出的一种换热装置的剖视图；
25.图7是根据一示例性实施例示出的一种电池包的部分结构的立体图。
26.附图标记说明如下：
27.100.换热装置；
28.110.换热板；
29.111.第一相变板；
30.1111.毛细结构；
31.1112.支撑结构；
32.1113.毛细结构；
33.112.液冷板；
34.1121.管路；
35.1122.立板；
36.113.隔板；
37.120.第二相变板；
38.121.毛细流道；
39.200.框架；
40.300.电池组；
41.a.第一腔室；
42.a1.毛细层区域；
43.a2.相变层区域；
44.b.第二腔室；
45.c1.凹槽；
46.c2.凹槽；
47.d.内径；
48.g.空隙；
49.m.相变介质。
具体实施例
50.体现本实用新型特征与优点的典型实施例将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本实用新型能够在不同的实施例上具有各种的变化，其皆不脱离本实用新型的范围，且其中的说明及附图在本质上是作说明之用，而非用以限制本实用新型。
51.在对本实用新型的不同示例性实施例的下面描述中，参照附图进行，所述附图形成本实用新型的一部分，并且其中以示例方式显示了可实现本实用新型的多个方面的不同示例性结构、系统和步骤。应理解的是，可以使用部件、结构、示例性装置、系统和步骤的其他特定方案，并且可在不偏离本实用新型范围的情况下进行结构和功能性修改。而且，虽然本说明书中可使用术语“之上”、“之间”、“之内”等来描述本实用新型的不同示例性特征和元件，但是这些术语用于本文中仅出于方便，例如根据附图中所述的示例的方向。本说明书中的任何内容都不应理解为需要结构的特定三维方向才落入本实用新型的范围内。
52.换热装置实施例一
53.参阅图1，其代表性地示出了本实用新型提出的换热装置100的剖视图。在该示例性实施例中，本实用新型提出的换热装置100是以应用于电池包为例进行说明的。本领域技术人员容易理解的是，为将本实用新型的相关设计应用于其他产热设备中，而对下述的具体实施例做出多种改型、添加、替代、删除或其他变化，这些变化仍在本实用新型提出的换热装置100的原理的范围内。
54.如图1所示，在本实施方式中，本实用新型提出的换热装置100能够用以对电池进行换热。其中，换热装置100包含换热板110，该换热板110为双层结构。具体而言，换热板110的第一层结构包含第一腔室a，该第一腔室a内设置有相变介质，该相变介质的相变点的温度为15℃～50℃。换热板110的第二层结构包含第二腔室b，该第二腔室b充注有换热介质，用以与外界进行热交换。据此，换热装置100以换热板110的第一层结构的背向第二层结构的表面接触于电池，则第一腔室a的靠近该侧表面的一侧为热端，第一腔室a的相反的另一侧则为冷端。据此，换热板110的形成有第一腔室a的部分能够提供相变方式的换热功能，由于相变方式换热具有超高的导热特性，可以实现热量高效快速地传递。以应用于电池为例，本实用新型在降低最高温度的同时，能够大幅减小各电池与换热板接触的面的温差。通过上述结构设计，本实用新型能够通过双层结构的换热板110，实现液冷与相变冷却相结合的冷却方式，实现较佳的散热能力。
55.可选地，在本实施方式中，相变介质在15℃～50℃的相变点下，可以具有固-液相变的特性，或者可以具有气-液相变的特性。
56.可选地，在本实施例中，第一腔室a可以为真空密闭腔室。据此，本实用新型能够进一步提升相变方式换热的换热效率。
57.可选地，在本实施例中，第二腔室b可以呈蛇形流道结构。在其他实施例中，第二腔室b亦可呈其他形状的流道结构，例如螺旋形流道结构、口琴流道结构等，并不以本实施例为限。
58.换热装置实施例二
59.基于上述对本实用新型的第一实施例的详细说明，以下将对本实用新型的第二实施例进行说明。如图2所示，图2中代表性地示出了第二实施例中的换热装置100的剖视图。以下将结合上述附图，对第二实施例区别于第一实施例的结构设计进行详细说明。
60.如图2所示，在本实施方式中，第一腔室a可以设置有毛细结构1111。在此基础上，该毛细结构1111能够为相变介质从冷端向热端移动提供毛细冷作用。相变介质在热端的作用下，被加热汽化，吸收产热设备产生的热量，高温气体在接触冷端时，迅速冷凝释放热量，最终在第二腔室b内的换热介质的作用下将热量带走。
61.可选地，如图2所示，在本实施例中，毛细结构1111可以设置于第一腔室a的远离第二腔室b的内壁，以使第一腔室a的毛细结构1111与设置相变介质的空间大致呈分层结构。即，第一腔室a形成毛细层区域a1以及相变层区域a2，该毛细层区域a1具有毛细结构1111，该相变层区域a2未设置毛细结构1111而呈空腔结构，用以设置相变介质。通过上述结构设计，相变介质受热膨胀后，能够均匀地分布于毛细结构1111中，使得换热板110的相变冷却方式的散热效果更加均匀。将上述结构的换热装置100设置于电池包时，能够使电池包的散热性能更优，提高电池系统的温度一致性，电池组中的各电池换热能力一致性好，提升电池组的使用寿命和安全性。
62.在其他实施例中，毛细结构1111在第一腔室a中亦可采用其他布置形式，例如设置于第一腔室a的全部内壁，据此，本实用新型可以使冷凝后的液体及时回到第一腔室a的热端(即第一腔室a的邻近第二腔室b的一端)，吸收热量，加速了第一腔室a中相变介质的循环速率，进一步提高了第一腔室a的导热能力，可以更为有效地抑制热失控。
63.可选地，如图2所示，在本实施例中，以毛细结构1111设置于第一腔室a的远离第二腔室b的内壁为例，毛细结构1111可以铺满于该内壁，据此能够使得毛细结构1111的在该内壁上提供毛细作用的范围更加全面，使得毛细作用更加充分。当然，在其他实施例中，无论毛细结构1111设置于上述内壁或者第一腔室a的其他内壁，均可以针对每一个内壁采用铺满的布置方式。
64.可选地，在本实施例中，第一腔室a内设置的相变介质的体积可以占第一腔室a的体积的20％～40％，例如20％、25％、30％、40％等。据此，考虑到相变介质由液态转变为气态之前，会因受热而产生液体的体积膨胀，本实用新型通过上述设计，能够为上述液态的相变介质的体积膨胀提供空间。并且，由于第一腔体可以为真空环境，通过调节液态的相变材料的体积占比，可以改变换热板110通过相变换热方式的导热效果。
65.可选地，如图2所示，在本实施例中，换热板110具有内腔，该内腔具有隔板113，该隔板113将内腔分隔为不连通的两个腔室，这两个腔室即分别为第一腔室a和第二腔室b。其中，换热板110可以采用一体结构，即换热板110与设置在其内腔中的隔板113可以为一体结构。通过上述结构设计，本实用新型能够采用一体成型工艺制造，有利于简化工艺制程。在其他实施例中，换热板110亦可为双层结构，并通过双层结构分别具有的腔室或者凹陷分别形成不连通的第一腔室a和第二腔室b，并不以本实施例为限。
66.可选地，在本实施例中，毛细结构1111可以包含多孔金属材料。在其他实施例中，毛细结构1111亦可采用其他材料或者结构，例如金属粉末烧结而成的结构等，并不以本实施例为限。
67.换热装置实施例三
68.基于上述对本实用新型的第二实施例的详细说明，以下将对本实用新型的第三实施例进行说明。如图3至图5所示，图3中代表性地示出了第三实施例中的换热装置100的立体剖视图；图4中代表性地示出了换热装置100的另一立体剖视图；图5中代表性地示出了第一腔室a的截面图。以下将结合上述附图，对第三实施例区别于第二实施例的结构设计进行详细说明。
69.如图3和图4所示，区别于第二实施例的换热板110和隔板113采用一体结构的结构设计，在本实施例中换热板110包含第一相变板111以及液冷板112。具体而言，该液冷板112设置于该第一相变板111一侧，且液冷板112内部设置腔室，即第一实施例中的第二腔室b，且第二腔室b通过管路1121与外界连通。第一相变板111和液冷板112的相对的两个表面之间形成有另一腔室，即第一实施例中的第一腔室a。通过上述结构设计，第一相变板111与液冷板112共同形成第一腔室a，有利于节省空间，提高能量密度。
70.可选地，如图3和图4所示，在本实施例中，第一相变板111和液冷板112的相对的两个表面可以分别形成有凹槽，即第一相变板111的朝向液冷板112的一侧表面设置有凹槽c1，且液冷板112的朝向第一相变板111的一侧表面设置有凹槽c2。据此，第一相变板111与液冷板112分别以上述两个相对表面组合，使得凹槽c1与凹槽c2共同形成第一腔室a。在其他实施例中，亦可仅在第一相变板111表面设置凹槽，或可仅在液冷板112表面设置凹槽。换言之，在符合本实用新型的设计构思的各种可能的实施例中，当换热板110采用双层结构时，这两个表面的至少其中之一设置凹槽，以使第一腔室a形成于第一相变板111与液冷板112的相对两个表面之间。
71.可选地，如图3和图4所示，在本实施例中，第一腔室a内可以设置有多个支撑结构1112，该支撑结构1112可以支撑于第一腔室a的相对的两侧内壁之间，这两个侧壁分别为第一腔室a的远离和靠近第二腔室b的两侧内壁。通过上述结构设计，本实用新型能够利用支撑结构1112对第一相变板111提供支撑，从而加强换热板110，特别是第一相变板111的结构强度。在其他实施例中，第一腔室a内亦可不设置支撑结构1112，或者仅设置一个支撑结构1112，并不以本实施例为限。
72.进一步地，如图3和图4所示，基于第一腔室a内设置有支撑结构1112的结构设计，在本实施例中，支撑结构1112可以大致呈圆柱型。通过上述结构设计，本实用新型利用圆柱型的支撑结构1112，能够在加强结构强度的同时，例如圆柱型的圆弧形柱面，减小支撑结构1112对第一腔室a内设置的相变介质的流动性的影响，保证换热装置100的相变换热效果。在其他实施例中，支撑结构1112亦可大致呈椭圆柱型、三棱柱形、四棱柱型等，并不以本实施例为限。
73.可选地，如图3和图4所示，在本实施例中，第二腔室b内可以设置有立板1122，该立板1122将第二腔室b分隔为流道结构。通过上述结构设计，本实用新型能够在利用立板1122形成流道结构的同时，通过立板1122支撑于第二腔室b的相对两侧内壁之间，即第二腔室b的远离和靠近第一腔室a的两侧内壁，进一步加强换热板110，特别是液冷板112的结构强度。在其他实施例中，第二腔室b亦可通过其他方式形成流道结构，并不以本实施例为限。
74.进一步地，如图3和图4所示，基于第一腔室a内设置有多个支撑结构1112，且第二腔室b内设置有立板1122的结构设计，在本实施例中，多个支撑结构1112可以大致沿立板1122的延伸路径间隔布置。其中，所谓立板1122的延伸路径可以理解为，以第一相变板111
或者液冷板112的表面为投影平面，立板1122在该投影平面上的正投影图形的延伸路径。通过上述结构设计，当第一腔室a设置支撑结构1112，且第二腔室b设置立板1122时，本实用新型能够利用上述支撑结构1112与立板1122的位置对应关系，进一步加强换热板110的整体结构强度。在其他实施例中，支撑结构1112与立板1122的位置关系亦不限于本实施例的描述。
75.可选地，如图3至图5所示，在本实施例中，本实用新型提出的换热装置100还可以包含第二相变板120。具体而言，该第二相变板120竖直设置于换热板110的第一层结构的背向第二层结构的表面，第二相变板120内设置有多个毛细流道121，毛细流道121大致沿竖直方向延伸，毛细流道121的一端(即邻近换热板110的一端)连通于第一腔室a。通过上述结构设计，本实用新型应用于电池包时，第二相变板120可以与电池组的侧面相接触，从而进一步加强换热装置100对电池组侧面的冷却效果，进而可以减小电池高度方向上的温度差，提高换热装置100的均温性能。
76.进一步地，如图3和图4所示，基于换热装置100包含第二相变板120，且第二相变板120内设置有多个毛细流道121的结构设计，在本实施例中，多个毛细流道121中，至少两个毛细流道121的各自另一端(即远离换热板110的一端)相连接，使得相邻的两个毛细流道121在第二相变板120上的正投影图形大致呈“ㄇ”形。通过上述结构设计，本实用新型能够实现相变介质的互补流动，优化相变介质在毛细流道121内的流动性，提高其换热能力，相连接的两个毛细流道121的各一端分别与第一腔室a中的相变层区域连通，能够便于第二相变板120的高温气体在压力作用下流入第一腔室a而进行冷凝，且冷凝后的相变介质便于进入毛细流道121。
77.进一步地，如图3和图4所示，基于两个毛细流道121的各自另一端相连接的结构设计，在本实施例中，两个毛细流道121的各自另一端与连接两者的流道可以为平滑过渡，即两个毛细流道121连接后大致呈“∩”形。通过上述结构设计，本实用新型能够进一步优化相变介质在毛细流道121内的流动性，进一步提高其换热能力。
78.进一步地，如图5所示，基于第二相变板120内设置有毛细流道121的结构设计，在本实施例中，毛细流道121的内径d可以为1mm～2mm，例如1mm、1.2mm、1.5mm、2mm等。通过上述结构设计，本实用新型通过对毛细流道121的内径d的选择，能够避免毛细流道121因内径d过小而影响相变介质的流动性，同时能够避免毛细流道121因内径d过大而减弱毛细作用。在其他实施例中，毛细流道121的内径d亦可小于1mm，或可大于2mm，例如0.9mm、2.1mm等，并不以本实施例为限。
79.换热装置实施例四
80.基于上述对本实用新型的第三实施例的详细说明，以下将对本实用新型的第四实施例进行说明。如图6所示，图6中代表性地示出了第四实施例中的换热装置100的剖视图，并示例性地示出了第一腔室a内设置的相变介质m。以下将结合上述附图，对第四实施例区别于第三实施例的结构设计进行详细说明。
81.如图6所示，在本实施例中，支撑结构1112周围可以设置有毛细结构1113，且第一腔室a的上内壁(即第一腔室a的远离第二腔室b的内壁)设置有毛细结构1111。其中，相变介质m与支撑结构1112上的形成的毛细柱(即近似呈柱面状的毛细结构1113)相作用，相变介质m与毛细结构1111之间有空隙g，以供相变介质m由液体转变为气体(或者有固体转变为液
体)后体积变大而占用该空隙g的一部分空间。
82.可选地，如图6所示，在本实施例中，以毛细结构1113设置于支撑结构1112周围为例，毛细结构1113可以铺满于支撑结构1112的周面，据此能够使得毛细结构1113的在支撑结构1112上提供毛细作用的范围更加全面，使得毛细作用更加充分。
83.在此应注意，附图中示出而且在本说明书中描述的换热装置仅仅是能够采用本实用新型原理的许多种换热装置中的几个示例。应当清楚地理解，本实用新型的原理绝非仅限于附图中示出或本说明书中描述的换热装置的任何细节或任何部件。
84.综上所述，本实用新型提出的换热装置包含换热板，换热板设置有不连通的双层腔室结构，一层腔室设置相变介质并设置毛细结构，另一层腔室呈流道结构并充注有换热介质。通过上述结构设计，本实用新型能够通过换热板实现液冷与相变冷却相结合的冷却方式，实现较佳的散热能力。
85.电池模组实施例
86.基于上述对本实用新型提出的换热装置的几个示例性实施例的详细说明，以下将对本实用新型提出的电池模组的示例性实施例进行说明。
87.在本实施例中，本实用新型提出的电池模组包含电池以及本实用新型提出的并在上述实施方式中详细说明的换热装置。通过上述结构设计，本实用新型通过采用本实用新型提出的换热装置，能够提升冷却能力，减小系统温差，提高电池高度方向以及多个电池间散热的一致性。
88.电池包实施例
89.基于上述对本实用新型提出的换热装置的几个示例性实施例的详细说明，以下将结合图7，对本实用新型提出的电池包的示例性实施例进行说明。
90.参阅图7，其代表性地示出了本实用新型提出的电池包的部分结构的立体图。在该示例性实施例中，本实用新型提出的电池包是以动力电池为例进行说明的。本领域技术人员容易理解的是，为将本实用新型的相关设计应用于其他类型的电池中，而对下述的具体实施例做出多种改型、添加、替代、删除或其他变化，这些变化仍在本实用新型提出的电池包的原理的范围内。
91.如图7所示，在本实施例中，本实用新型提出的电池包包含电池组300以及换热装置100。具体而言，该电池组300和换热装置100均设置在框架200中，换热装置100为本实用新型提出的并在上述实施例中详细说明的换热装置100。其中，换热装置100设置于电池组300的底部，换热装置100以换热板110的第一层结构的背向第二层结构的表面接触于电池组300的电池。通过上述结构设计，本实用新型通过采用本实用新型提出的换热装置100，能够提升冷却能力，减小系统温差。
92.需说明的是，在其他实施例中，换热装置100亦可设置在电池组300的顶部或者侧部，即，换热板110的第一层结构的背向第二层结构的表面与电池组300的顶部或者侧面相接触。其中，电池组300可以为多个单体电池的组合，也可以为电池模组。
93.可选地，如图7所示，在本实施例中，在换热板110设置于电池组300的底部(或者顶部)的基础上，当换热装置100还包含上述第二相变板120时，第二相变板120可以与电池组300的侧面相接触。
94.在此应注意，附图中示出而且在本说明书中描述的电池包仅仅是能够采用本实用
新型原理的许多种电池包中的几个示例。应当清楚地理解，本实用新型的原理绝非仅限于附图中示出或本说明书中描述的电池包的任何细节或任何部件。
95.综上所述，本实用新型提出的电池包，通过采用本实用新型提出的换热装置，能够提升冷却能力，减小系统温差，提高电池高度方向以及多个电池间散热的一致性。
96.以上详细地描述和/或图示了本实用新型提出的换热装置及电池包的示例性实施例。但本实用新型的实施例不限于这里所描述的特定实施例，相反，每个实施例的组成部分和/或步骤可与这里所描述的其它组成部分和/或步骤独立和分开使用。一个实施例的每个组成部分和/或每个步骤也可与其它实施例的其它组成部分和/或步骤结合使用。在介绍这里所描述和/或图示的要素/组成部分/等时，用语“一个”、“一”和“上述”等用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等。术语“包含”、“包括”和“具有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等。此外，权利要求书及说明书中的术语“第一”和“第二”等仅作为标记使用，不是对其对象的数字限制。
97.虽然已根据不同的特定实施例对本实用新型提出的换热装置及电池包进行了描述，但本领域技术人员将会认识到可在权利要求的精神和范围内对本实用新型的实施进行改动。