[发明专利]一种基于三维闭孔晶格结构的传热结构及其制备方法

说明书

本发明涉及电池相变冷却技术领域，提供了一种基于三维闭孔晶格结构的传热结构及其制备方法，该传热结构，包括：本体，具有中空的内腔，所述内腔中设置有若干互不连通的晶格单元；相变材料，填充在所述晶格单元中。该传热结构，每个晶格单元均为封闭结构，晶格的各个侧壁都为高导热材料壁面，从而增大了接触熔化区域的面积，有利于提高换热效率。而且，晶格单元之间彼此互不连通，熔化后的相变材料无法流入其它晶格单元内，且流动速度较小，有效减小了自然对流导致的温度分布不均匀的影响，使传热结构顶部和底部温度分布更均匀，提高电池的均温性；同时，三维闭孔晶格结构的稳固性高，因此可以提高锂电池系统的机械性能。

技术领域

本发明涉及电池相变冷却技术领域，具体涉及一种基于三维闭孔晶格结构的传热结构及其制备方法。

背景技术

常用的锂电池热管理技术包括空气冷却技术、液体冷却技术、热管冷却技术和相变材料冷却技术。空气冷却技术的散热结构简单，而散热效果较差。液体冷却的散热效果较好，但管路结构复杂且容易泄露。热管冷却技术则制造成本高且安装复杂。与以上两种热管理方式相比，相变材料冷却能有效降低锂电池的峰值温度和提高电池组的稳定性。然而大多数相变材料，尤其是一些有机相变材料的导热系数较低，导致相变材料的相变传热过程缓慢，限制了该技术的应用。

现有技术中采用开孔泡沫金属或三维开孔晶格结构与相变材料相结合来高相变材料的热转换效率，开孔泡沫金属或开孔的三维晶格结构越复杂，其比表面积越大，换热效率越高。但开孔泡沫金属或开孔晶格结构内相变材料熔化过程中，由于自然对流的影响，会导致相变材料在顶部和底部的熔化速率和传热速率不同，造成系统的均温性较差，且这种对流也会产生高压降导致能量损失问题。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于现有技术中的传热结构的开孔泡沫金属或开孔晶格结构内相变材料熔化过程中，由于自然对流的影响，会导致相变材料在顶部和底部的熔化速率和传热速率不同，造成系统的均温性较差，且这种对流也会产生高压降导致能量损失问题，从而提供一种基于三维闭孔晶格结构的传热结构及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种基于三维闭孔晶格结构的传热结构，包括：本体，具有中空的内腔，所述内腔中设置有若干互不连通的晶格单元；相变材料，填充在所述晶格单元中。

进一步地，所述晶格单元在所述内腔中呈阵列均匀布设。

进一步地，所述晶格单元包括空心的多边体、锥体、球体以及类球体中的一种或多种。

进一步地，所述相变材料包括有机材料、熔融盐以及复合材料中的一种或多种。

进一步地，所述本体由高导热系数和高抗压强度的金属或合金材料制成。

一种基于三维闭孔晶格结构的传热结构的制备方法，包括上述所述的传热结构，包括如下步骤：建立所述传热结构的物理模型；基于所述物理模型，利用3D打印技术进行一体加工制造；在打印好的所述传热结构中的晶格单元中填充相变材料。

进一步地，所述建立所述传热结构的物理模型具体包括；根据电池组的形貌与尺寸参数，使用数值建模软件建立与电池组相适配的物理模型。

进一步地，所述在打印好的所述传热结构中的晶格单元中填充相变材料具体包括；在所述晶格结构的壁面上打微小细孔，采用熔化、抽真空、渗透的方法将所述相变材料填充至所述晶格单元中。

本发明技术方案，具有如下优点：