[发明专利]一种基于微柱阵列相变换热的电池夹层装置及换热方法

权利要求书

1.一种基于微柱阵列相变换热的电池夹层装置，其特征在于：包括锂电池组（1）、微通道Ⅰ（2）、微通道Ⅱ（4）、微通道Ⅲ（5），微通道Ⅰ（2）与微通道Ⅲ（5）平行，微通道Ⅰ（2）固定设置在锂电池组（1）顶端，微通道Ⅲ（5）固定设置在锂电池组（1）底端，微通道Ⅱ（4）固定设置在锂电池组（1）侧端，微通道Ⅰ（2）、微通道Ⅱ（4）和微通道Ⅲ（5）依次连通形成相变换热夹层，微通道Ⅰ（2）的底面内壁均匀设置有微柱阵列Ⅰ（3），微通道Ⅲ（5）的顶面内壁均匀设置有微柱阵列Ⅱ（6），微柱阵列Ⅰ（3）与微通道Ⅰ（2）的底面垂直，微柱阵列Ⅱ（6）与微通道Ⅲ（5）的顶面垂直，微柱阵列Ⅰ（3）和微柱阵列Ⅱ（6）均利用亲水性双面抛光硅（100）晶片制备，微柱阵列Ⅱ（6）表面涂覆有超疏水表面；

微柱阵列Ⅰ（3）的微柱为圆柱体或方形柱结构，微柱阵列Ⅰ（3）的微柱直径或边长为10~100μm，高度为微通道Ⅰ（2）高度的0.5~0.75倍，相邻微柱的间距为10~100μm；微柱阵列Ⅱ（6）的微柱为圆柱体或方形柱结构，微柱阵列Ⅱ（6）的微柱直径或边长为300~500nm，高度为6~10μm，相邻微柱的间距为2~10μm；微通道Ⅰ（2）与微通道Ⅲ（5）的高度相等，微通道Ⅰ（2）高度为500~1000μm。

2.根据权利要求1所述基于微柱阵列相变换热的电池夹层装置，其特征在于：微通道Ⅱ（4）垂直于微通道Ⅰ（2）。

3.根据权利要求1所述基于微柱阵列相变换热的电池夹层装置，其特征在于：微通道Ⅰ（2）与微通道Ⅲ（5）的长度和宽度均相等。

4.根据权利要求3所述基于微柱阵列相变换热的电池夹层装置，其特征在于：微通道Ⅰ（2）的长度为锂电池组（1）长度的1~1.1倍，宽度为锂电池组（1）宽度的1~1.1倍。

5.基于权利要求1~4任一项所述基于微柱阵列相变换热的电池夹层装置的换热方法，其特征在于，包括以下具体步骤：

（1）锂电池组位于低温状态时，将高温蒸汽从微通道Ⅲ的蒸汽口通入微通道Ⅲ内，蒸汽与锂电池组底端进行热交换，蒸汽在微通道Ⅲ顶端的微柱阵列Ⅱ表面持续凝结成离散小液滴，离散小液滴生长合并成冷凝液滴，冷凝液滴在重力作用下脱落聚集在微通道Ⅲ底部并沿微通道Ⅲ的轴向流动，未冷凝的蒸汽沿微通道Ⅱ通入微通道Ⅰ，蒸汽与锂电池组顶端进行热交换，蒸汽在微通道Ⅰ底端的微柱阵列Ⅰ表面持续凝结成离散小液滴，离散液滴生长合并成冷凝液滴并沿微通道Ⅰ的轴向流动，实现对锂电池组二次预热，从微通道Ⅰ的液体口排出，利用蒸汽冷凝的相变传热实现锂电池组的快速预热；

（2）锂电池组位于高温状态时，将冷却液从微通道Ⅰ的液体口加入到微通道Ⅰ的储液池内，冷却液与锂电池组顶端进行热交换，储液池中的冷却液通过微柱阵列Ⅰ的毛细泵送作用在微通道Ⅰ底端的微柱阵列Ⅰ间形成毛细流动，并持续远离微通道Ⅰ的储液池，微通道Ⅰ的底面形成冷却液薄液膜，并与锂电池组顶端持续热交换蒸发形成蒸汽，其中远离储液池的毛细作用力最大，微柱阵列Ⅰ间隙里的冷却液最少，蒸发得最快，储液池中的冷却液由于微柱阵列Ⅰ的毛细泵送作用不断被吸入以补充微柱阵列Ⅰ间减少的冷却液；未被蒸发的冷却液在微柱阵列Ⅰ的泵送作用和重力作用下沿微通道Ⅱ流入微通道Ⅲ中，冷却液与锂电池组底端进行热交换蒸发形成蒸汽，实现对锂电池组二次冷却，从微通道Ⅲ的蒸汽口排出，利用薄膜蒸发产生的汽化潜热实现锂电池组的快速冷却。