用于具有相對(duì)主表面的電池單元的熱管理組件的制作方法
【專利摘要】一種用于具有相對(duì)主表面的電池單元的熱管理組件包括：柔性石墨散熱器，所述散熱器具有兩個(gè)相對(duì)的主表面并且具有至少250W/m-K的面內(nèi)熱導(dǎo)率；流體經(jīng)過(guò)的第一管道；并且其中，所述柔性石墨散熱器的所述兩個(gè)相對(duì)主表面中的至少一個(gè)接觸所述電池的相對(duì)主表面之一的至少一部分以及所述第一管道的外表面的至少一部分。
【專利說(shuō)明】用于具有相對(duì)主表面的電池單元的熱管理組件
[0001]本申請(qǐng)是2013年I月21日提交的、名稱為“用于棱柱形鋰離子電池組的熱方案”、申請(qǐng)?zhí)枮?01190000623.9的中國(guó)專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本公開總體上涉及具有高能量密度的電池組和電化學(xué)電池以及它們?cè)谥圃旆矫?例如電動(dòng)汽車)中的使用。
【背景技術(shù)】
[0003]機(jī)動(dòng)車輛(例如，混合動(dòng)力車輛)使用多種推進(jìn)系統(tǒng)來(lái)提供動(dòng)力。這最通常是指汽油-電動(dòng)混合動(dòng)力車輛，該車輛使用汽油給內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)(ICE)提供動(dòng)力并且使用蓄電池給電動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力。這些混合動(dòng)力車輛通過(guò)利用再生制動(dòng)捕獲動(dòng)能而給蓄電池再充電。當(dāng)處于巡航或怠速狀態(tài)時(shí)，內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的部分輸出被提供給發(fā)電機(jī)(通常是以發(fā)電機(jī)模式運(yùn)行的(一個(gè)或多個(gè))電動(dòng)機(jī))，發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電力并給蓄電池充電。這與使用由外部電源(例如電網(wǎng))充電的蓄電池的全電動(dòng)轎車、或者增程拖車形成了對(duì)比。幾乎所有的混合動(dòng)力車輛仍然需使用汽油作為其唯一燃料源，盡管偶爾使用柴油或其它燃料(例如乙醇或植物油)。
[0004]蓄電池和電池是本【技術(shù)領(lǐng)域】眾所周知的重要能量存儲(chǔ)裝置。蓄電池和電池通常包括:電極以及位于兩個(gè)電極之間的離子導(dǎo)電電解質(zhì)。包含鋰離子蓄電池的電池組在汽車應(yīng)用和各種商業(yè)電子裝置中正日益普及，因?yàn)樗鼈兛稍俪潆姴⑶覜]有記憶效應(yīng)。為了使蓄電池保持充電狀態(tài)達(dá)延長(zhǎng)的時(shí)段，在最佳工作溫度下存放和操作鋰離子電池是非常重要的。
[0005]由于鋰離子電池的特性，電池組在_20°C至60°C的環(huán)境溫度范圍內(nèi)工作。然而，即使在此溫度范圍內(nèi)工作，但如果環(huán)境溫度下降至低于o°c那么電池組會(huì)開始失去其充電或放電的容量或能力。根據(jù)環(huán)境溫度，當(dāng)溫度從(TC偏離時(shí)蓄電池的壽命周期容量或者充/放電能力會(huì)大大降低。但是，不可避免的是在環(huán)境溫度落在所述溫度范圍之外的情況下使用鋰離子電池。
[0006]鑒于上述情況，電池之間會(huì)產(chǎn)生顯著的溫度變化，這對(duì)電池組的性能是有害的。為了延長(zhǎng)整個(gè)電池組的使用壽命，電池可以處在低于期望的閾值溫度。為了提升最佳性能，應(yīng)使電池組中電池之間的溫差最小化。然而，根據(jù)與環(huán)境的熱路徑，在充電和放電操作期間不同的電池將達(dá)到不同的溫度。因此，如果一個(gè)電池處于相對(duì)于其它電池為較高的溫度下，其充電或放電效率將不同，因此它會(huì)比其它電池更快地充電或放電。這導(dǎo)致整個(gè)電池組的性能下降。
[0007]因此，仍然有可能改進(jìn)現(xiàn)有技術(shù)的鋰電池電池組以提高鋰電池工作的環(huán)境溫度范圍并且提供具有改進(jìn)的封裝特性的新電池組。同樣地，仍然有可能將電池組保持在最佳工作溫度以確保最長(zhǎng)的可能生命周期、標(biāo)稱容量、和標(biāo)稱的充電率和放電率。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0008]根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)方面，鋰離子電池組包括:多個(gè)棱柱形鋰聚合物電池、與多個(gè)電池中的一個(gè)或多個(gè)電池?zé)徇B通的第一熱沉、至少兩個(gè)石墨散熱器。每個(gè)散熱器具有至少兩個(gè)主表面，其中，每個(gè)散熱器是壓縮塊膨脹石墨顆粒板、石墨化聚酰亞胺板、或者其組合中的至少一種。每個(gè)散熱器與熱沉熱連通，并且每個(gè)散熱器在大約室溫下具有大于大約300W/mK的面內(nèi)熱導(dǎo)率并且具有與至少一個(gè)鋰聚合物電池接觸的主表面。
[0009]根據(jù)本實(shí)用新型的另一方面，鋰離子電池組包括多個(gè)棱柱形鋰聚合物電池和第一熱沉，該第一熱沉與多個(gè)電池中的一個(gè)或多個(gè)熱連通。對(duì)于每對(duì)聚合物電池而言，至少一個(gè)石墨散熱器與這對(duì)電池的每個(gè)電池?zé)徇B通。每個(gè)散熱器具有至少兩個(gè)主表面，并且每個(gè)散熱器是壓縮塊膨脹石墨顆粒板、石墨化聚酰亞胺板、及其組合中的至少一種。每個(gè)散熱器與熱沉熱連通，足夠量的散熱器在大約25°C下具有大于鋁板的面內(nèi)熱導(dǎo)率的面內(nèi)熱導(dǎo)率，因此與具有由鋁所制成散熱器的電池組相比減小電池組的重量。
[0010]根據(jù)本實(shí)用新型的另一方面，鋰離子電池組包括多個(gè)電池堆，每個(gè)電池堆定位成鄰近至少另一個(gè)電池堆。每個(gè)電池堆具有多個(gè)棱柱形鋰聚合物電池，每個(gè)棱柱形鋰聚合物電池包括兩個(gè)相對(duì)的主表面。至少一個(gè)石墨散熱器具有至少兩個(gè)主表面并且在大約室溫下具有大于大約300W/mK的面內(nèi)熱導(dǎo)率，散熱器是膨脹石墨顆粒壓縮塊板、石墨化聚酰亞胺板、或者其組合中的至少一種。該散熱器與電池堆內(nèi)的兩個(gè)相鄰電池的每個(gè)電池的主表面之一熱接觸，該散熱器進(jìn)一步接觸一個(gè)或多個(gè)相鄰電池堆中的一個(gè)或多個(gè)電池的主表面。
[0011]根據(jù)本實(shí)用新型的又一方面，鋰離子電池組包括布置在具有中心和相對(duì)端的電池堆中的多個(gè)電池單元。至少一個(gè)石墨散熱器具有截面為大致U形的部分以及第一支腳、第二支腳和第三支腳。第一支腳位于電池堆中的相鄰電池單元之間，第三支腳定位成鄰近電池堆中至少一個(gè)電池單元。第一支腳定位成比第三支腳更靠近中心，并且第二支腳將第一支腳連接到第二支腳。每個(gè)散熱器具有至少兩個(gè)主表面，其中，每個(gè)散熱器是壓縮塊膨脹石墨顆粒板、石墨化聚酰亞胺板、或者其組合中的至少一種。在大約室溫下每個(gè)散熱器具有大于大約300W/mK的面內(nèi)熱導(dǎo)率。
[0012]根據(jù)本實(shí)用新型的又一方面，鋰離子電池組包括布置在具有中心和一對(duì)相對(duì)端以及至少兩個(gè)石墨散熱器的電池堆中的多個(gè)棱柱形鋰聚合物電池。每個(gè)散熱器包括延伸超過(guò)電池堆的部分，并且每個(gè)散熱器具有至少兩個(gè)主表面。每個(gè)散熱器是膨脹石墨顆粒壓縮塊板、石墨化聚酰亞胺板、或者其組合中的至少一種，并且在大約室溫下每個(gè)散熱器具有大于大約300W/mK的面內(nèi)熱導(dǎo)率，并且至少一個(gè)主表面與至少一個(gè)鋰聚合物電池接觸。與定位成相對(duì)更遠(yuǎn)離中心的部分相比，定位成相對(duì)靠近中心的部分從電池堆延伸更遠(yuǎn)。
[0013]根據(jù)本實(shí)用新型的再一方面，提供一種用于具有相對(duì)主表面的電池單元的熱管理組件。該熱管理組件包括柔性石墨散熱器，該石墨散熱器具有兩個(gè)相對(duì)主表面以及流體經(jīng)過(guò)的第一管道并且具有至少250W/m-K的面內(nèi)熱導(dǎo)率。柔性石墨散熱器的兩個(gè)相對(duì)主表面中的至少一個(gè)接觸電池單元的相對(duì)主表面的之一的至少一部分以及第一管道的外表面的至少一部分。
[0014]根據(jù)本實(shí)用新型的另一方面，提供一種用于具有相對(duì)主表面的電池單元的熱管理組件。熱管理組件包括:大致U形的空心框架，該框架的尺寸被設(shè)計(jì)成在其中承載電池單元；以及具有兩個(gè)相對(duì)主表面和至少250W/H1-K的面內(nèi)熱導(dǎo)率的柔性石墨散熱器。流體經(jīng)過(guò)的第一管道與空心框架流體連通。柔性石墨散熱器的兩個(gè)相對(duì)主表面的至少一個(gè)主表面接觸電池單元的相對(duì)主表面的一個(gè)主表面的至少一部分，并且還接觸至少一部分的空心框架。
[0015]根據(jù)本實(shí)用新型的另一方面，提供一種用于具有相對(duì)主表面的電池單元的熱管理組件。熱管理組件包括:引導(dǎo)流體介質(zhì)經(jīng)過(guò)的冷板、多個(gè)大致L形的柔性石墨散熱器；每個(gè)散熱器具有從冷板向上延伸的直立支腳以及平行于所述冷板的上表面并且與之熱接觸的接觸支腳。該柔性石墨散熱器具有至少250W/m-K的面內(nèi)熱導(dǎo)率，并且直立的支腳在其之間形成間隙。電池單元被接收在間隙中。
[0016]根據(jù)本實(shí)用新型的又一方面，提供一種用于具有相對(duì)主表面的電池單元的熱管理組件。該熱管理組件包括:一對(duì)間隔的平行管道，傳熱介質(zhì)被引導(dǎo)經(jīng)過(guò)所述一對(duì)間隔的平行
管道；
[0017]安裝板，其具有尺寸被設(shè)計(jì)成等于或大于電池單元的主表面的主體部以及在主體的相對(duì)側(cè)上的延伸部。每個(gè)延伸部包括接收間隔的平行管道之一的孔。柔性石墨散熱器固定到安裝板，并且柔性石墨散熱器介于安裝板和電池單元之間，該柔性石墨散熱器具有至少250W/m-K的面內(nèi)熱導(dǎo)率。
[0018]應(yīng)該理解的是，前面的概述和下面的詳細(xì)說(shuō)明提供本實(shí)用新型的實(shí)施例并且旨在提供對(duì)本實(shí)用新型的理解的概述或框架以及被請(qǐng)求保護(hù)的性質(zhì)和特征。附圖提供對(duì)本實(shí)用新型的進(jìn)一步理解，并且附圖并入本說(shuō)明書中而構(gòu)成本說(shuō)明書的一部分?！緦＠綀D】

【附圖說(shuō)明】了本實(shí)用新型的各種實(shí)施例，并且連同說(shuō)明部分用以說(shuō)明本實(shí)用新型的原理和操作。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1是大型棱柱形鋰離子電池的俯視平面圖。
[0020]圖2是根據(jù)本實(shí)用新型所制造的電池組的側(cè)視圖。
[0021]圖3是電池組的另一個(gè)實(shí)施例的側(cè)視圖，其中僅在其一側(cè)設(shè)置熱沉。
[0022]圖4是包括多個(gè)相鄰電池堆的電池組的另一個(gè)實(shí)施例的俯視圖。
[0023]圖5是圖4的電池組的側(cè)視圖。
[0024]圖6是包括多個(gè)相鄰電池堆的電池組的另一個(gè)實(shí)施例的俯視圖，其中，一個(gè)或多個(gè)散熱器從電池堆的至少一個(gè)邊緣向外延伸。
[0025]圖7是圖6的電池組的側(cè)視圖。
[0026]圖8是包括大致U形的散熱器的電池組的另一個(gè)實(shí)施例的側(cè)視圖。
[0027]圖9是圖8的電池組的俯視圖。
[0028]圖10是包括多個(gè)大致U形的散熱器的電池組的另一個(gè)實(shí)施例的側(cè)視圖。
[0029]圖11是包括多個(gè)大致U形的散熱器的電池組的另一個(gè)實(shí)施例的側(cè)視圖。
[0030]圖12是包括具有尺寸變化的延伸部的散熱器電池組的另一個(gè)實(shí)施例的側(cè)視圖，所述散熱器是用于使電池堆上的熱均等。
[0031]圖13是具有尺寸變化的延伸部的電池組的另一個(gè)實(shí)施例的側(cè)視圖，所述延伸部是用于使一排電池單元上的熱均等。
[0032]圖14是具有大致U形的散熱器和管道的電池組的另一個(gè)實(shí)施例的等軸測(cè)視圖。
[0033]圖15是圖14的電池組的正視圖。
[0034]圖16是圖14的電池組的側(cè)視圖。
[0035]圖17是具有多個(gè)U形散熱器和蛇形管道的電池組的另一個(gè)實(shí)施例的等軸測(cè)視圖。[0036]圖18是圖17的電池組的正視圖。
[0037]圖19是圖17的電池組的俯視圖。
[0038]圖20是具有大致J形的散熱器和管道的電池組的另一個(gè)實(shí)施例的等軸測(cè)視圖。
[0039]圖21是圖20的電池組的側(cè)視圖。
[0040]圖22是圖20的電池組的正視圖。
[0041]圖23是具有大致U形的散熱器的電池組的另一個(gè)實(shí)施例的等軸測(cè)視圖，該散熱器具有位于U形散熱器的相對(duì)支腳之間的多個(gè)電池。
[0042]圖24是圖23的電池組的側(cè)視圖。
[0043]圖25是圖23的電池組的俯視圖。
[0044]圖26是電池組的另一個(gè)實(shí)施例的等軸測(cè)視圖，該電池組具有在電池堆相對(duì)側(cè)上的管道以及包圍電池單元和管道的散熱器。
[0045]圖27是圖26的電池組的側(cè)視圖。
[0046]圖28是圖26的電池組的俯視圖。
[0047]圖29是電池組的另一個(gè)實(shí)施例的等軸測(cè)視圖，該電池組具有位于兩對(duì)堆疊電池之間的中心管道并且具有位于電池的相對(duì)主表面之間且與管道熱接觸的散熱器。
[0048]圖30是圖29的電池組的側(cè)視圖。
[0049]圖31是圖29的電池組的俯視圖。
[0050]圖32是電池組的另一個(gè)實(shí)施例的等軸測(cè)視圖，該電池組具有多個(gè)間隔的大致L形的散熱器和冷板。
[0051]圖33是圖32的電池組的側(cè)視圖。
[0052]圖34是電池組的另一個(gè)實(shí)施例的等軸測(cè)視圖，該電池組具有多個(gè)大致U形的散熱器和歧管。
[0053]圖35是圖34的電池組的俯視圖。
[0054]圖36是沿圖35的線A-A截取的剖視圖。
[0055]圖37是具有外空心框架的電池組的另一個(gè)實(shí)施例的等軸測(cè)視圖，該外空心框架具有散熱器，該散熱器固定到框架的一面，框架與一對(duì)管道流體連接并且形狀設(shè)計(jì)成在其中接收電池。
[0056]圖38是圖37的電池組的第二等軸測(cè)視圖。
[0057]圖39是圖37的電池組的側(cè)視圖。
[0058]圖40是具有多塊平板的電池組的另一個(gè)實(shí)施例的等軸測(cè)視圖，這些平板具有固定在平板上的散熱器以及位于這些平板之間的電池。
[0059]圖41是圖40的電池組的正視圖。
[0060]圖42是圖40的電池組的側(cè)視圖。
[0061]圖43是具有多個(gè)并置電池以及在這些電池之間交織的蛇形管道的電池組的另一個(gè)實(shí)施例的等軸測(cè)視圖，這些電池包括定位成與兩個(gè)主表面接觸的散熱器。
[0062]圖44是圖43的電池組的俯視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0063]與常規(guī)的棱柱形或圓柱形電池相比，本實(shí)用新型的電池組和大型棱柱形鋰離子電池具有某些優(yōu)點(diǎn)。不僅具有更高的能量密度，而且當(dāng)把電池用于裝配多電池電池組時(shí)顯著降低由于“熱”電池問(wèn)題所致蓄電池失效的可能性。
[0064]通過(guò)串聯(lián)地組裝若干個(gè)大型棱柱形鋰離子電池以增加電壓或者并聯(lián)地組裝以增加容量，而制造蓄電池或電池組。例如，當(dāng)串聯(lián)地把兩個(gè)鋰離子電池(各具有3.7V的電壓和
4.5V的容量)組裝到一起時(shí)，所形成的蓄電池具有加倍的電壓(7.2V)和相同的容量4.5Ah。如果并聯(lián)地組裝這兩個(gè)電池，那么所形成的蓄電池具有加倍的容量(9.0Ah)和相同的3.7V電壓。
[0065]在電池組的一個(gè)實(shí)施例中，大型棱柱形鋰離子電池具有至少16平方英寸的主表面占用面積、更優(yōu)選至少25平方英寸或者至少36平方英寸的占用面積、更優(yōu)選至少49平方英寸或者至少大約400平方英寸的占用面積、更優(yōu)選大約16平方英寸至大約2500平方英寸的占用面積、最優(yōu)選大約400平方英寸至大約1600平方英寸的占用面積。
[0066]每個(gè)電池單元的外殼可由硬化的金屬和/或塑料外殼制成。替代地，外殼可以是鋁箔層壓的塑料膜。正電極是鋰離子正電極，負(fù)電極是鋰離子負(fù)電極，電解質(zhì)是鋰離子電解質(zhì)。更優(yōu)選地，電解質(zhì)是液體鋰離子電解質(zhì)或者聚合物鋰離子電解質(zhì)。
[0067]負(fù)電極通常由碳材料制成，諸如焦炭、MCMB、或者石墨。正電極可以由鋰化合物制成，諸如 LiCo02、LiNi02、LiMn204、LiFePO4 和 LiCoxNi1^xO2 (其中 x 為 0.1 至 0.9)。然而，本文中可以使用本領(lǐng)域已知的任何電極材料。
[0068]液體鋰離子電解質(zhì)優(yōu)選的是非水電解質(zhì)，該電解質(zhì)通常包含:(I)電解質(zhì)鹽和(2)非水溶劑。這些電解質(zhì)鹽的例子包括LiPF6、LiBF4, LiAsF6, LiCl4, LiN(SO2CF3)2、全氟磺酸鋰。非水溶劑的例子包括:碳酸乙烯酯“EC”、碳酸丙烯酯“PC”、碳酸二乙酯“DEC”、碳酸二甲酯“DMC”、碳酸甲乙酯“EMC”、α - 丁內(nèi)酯“ a -BL”、乙酸甲酯“ΜΑ”、甲酸甲酯“MF”、二甲醚“DME”、以及美國(guó)專利公開第2005/0123835號(hào)(專利申請(qǐng)序列號(hào)10/731，268)中所述的溶劑，其內(nèi)容以允許的程度并入本文中作為參考。
[0069]正電極和負(fù)電極被至少一個(gè)微孔膜隔開，如美國(guó)專利第6，998, 193號(hào)(其內(nèi)容以參考的方式并入本文中)中所述。
[0070]在一個(gè)實(shí)施例中，大型棱柱形鋰離子電池為大致矩形或正方形的形狀并且具有大約Imm至大約IOmm的厚度。更優(yōu)選地，電池具有大約3mm至大約6mm的厚度。優(yōu)選地,大型鋰離子電池具有大于200wh/kg、更優(yōu)選大于210wh/kg、最優(yōu)選大約220wh/kg或更大的比能量密度(specific energy density)。
[0071]在又一個(gè)實(shí)施例中，大型鋰離子電池具有至少450wh/L、優(yōu)選地至少500wh/L、更優(yōu)選地至少510wh/L、并且最優(yōu)選至少520wh/L的能量密度。
[0072]在再一個(gè)實(shí)施例中，大型鋰離子電池組具有至少16kWh、優(yōu)選至少24kWh、更優(yōu)選至少53kWh、最優(yōu)選至少IOOkWh的能量?jī)?chǔ)存容量。
[0073]在一個(gè)實(shí)施例中，電池組用于給電動(dòng)汽車提供動(dòng)力，每次充電至少達(dá)40英里的延長(zhǎng)的續(xù)駛里程，電池組占電動(dòng)汽車總重量的大約10%至大約50% ;在另一個(gè)實(shí)施例中，占總重量的至少15%。在某個(gè)實(shí)施例中，電動(dòng)汽車的續(xù)駛里程延長(zhǎng)到每次充電至少300英里或者每次充電至少350英里。更優(yōu)選地，電動(dòng)汽車的續(xù)駛里程延長(zhǎng)到每次充電至少大約400英里或者每次充電至少大約450英里。更優(yōu)選地，電動(dòng)汽車的續(xù)駛里程延長(zhǎng)到每次充電至少大約500英里或者每次充電至少大約550英里。更優(yōu)選地，電動(dòng)汽車的續(xù)駛里程延長(zhǎng)到每次充電至少大約600英里或者每次充電至少大約650英里。
[0074]本文中使用的術(shù)語(yǔ)“電池”或“電池單元”表示由至少一個(gè)正電極、至少一個(gè)負(fù)電極、電解質(zhì)、和隔離膜制成的電化學(xué)電池。術(shù)語(yǔ)“電池”和“電池單元”可互換地使用?！靶铍姵亍被颉半姵亟M”表示由多于兩個(gè)的電池制成的電存儲(chǔ)裝置。術(shù)語(yǔ)“蓄電池”和“電池組”可互換地使用。
[0075]電池單元外殼優(yōu)選地是用鋁箔層壓塑料膜制成，該膜具有大約20 μπι至大約200 μπι的厚度。更優(yōu)選地，鋁箔層壓塑料膜具有大約30 μπι至大約100 μπι的厚度。更優(yōu)選地，鋁箔層壓的塑料膜具有大約40 μ m至大約50 μ m的厚度。
[0076]大型棱柱形鋰離子電池的一個(gè)重要應(yīng)用是大型電池組的組件，該組件是用作如下用途的電源，諸如電動(dòng)汽車(EV)、混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(HEV)、插電式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(PHEV)、以及用于負(fù)荷平衡、調(diào)峰及電網(wǎng)能量?jī)?chǔ)存的備用電站。
[0077]大型棱柱形電池提供高能量密度并且具有較少由于“熱電池”而導(dǎo)致蓄電池(電池組)失效的優(yōu)點(diǎn)。通常用以串聯(lián)及并聯(lián)方式連接的許多電池來(lái)組裝電池組。如果一個(gè)電池具有例如較低容量或較高內(nèi)阻的問(wèn)題，那么整個(gè)電池組變壞并且可能不再被使用。該問(wèn)題電池即所謂的“熱電池”。
[0078]通常以堆疊構(gòu)造將大型棱柱形電池組裝成電池組，其中每個(gè)電池的主表面面對(duì)每個(gè)相鄰電池的主表面。此堆疊布置使能量密度最大化，但是不能把電池工作期間所產(chǎn)生的熱從電池中傳遞出去。對(duì)于相對(duì)地遠(yuǎn)離電池組一個(gè)外表面的電池組內(nèi)部電池而言尤其如此。為了便于熱傳遞，可以將導(dǎo)熱片或板“散熱器”插入在堆疊的棱柱形電池之間的空間中。該散熱器通過(guò)減小導(dǎo)熱片的面內(nèi)溫度梯度并且將熱直接地傳送至電池組的周圍環(huán)境或外部熱沉，而確保電池的高性能和長(zhǎng)壽命。
[0079]下面以本文中所涉及電池組的具體說(shuō)明的方式而給出實(shí)施例。然而，應(yīng)當(dāng)理解的是本實(shí)用新型并不局限于每個(gè)實(shí)施例中所陳述的具體細(xì)節(jié)。除非另有說(shuō)明，實(shí)施例以及說(shuō)明書其余部分中的所有“份”和“百分比”是以重量計(jì)的。
[0080]另外，對(duì)本實(shí)用新型各方面進(jìn)行描述或請(qǐng)求保護(hù)的本說(shuō)明書或下文段落中所陳述的任意范圍的數(shù)字，諸如表述特定的一組性質(zhì)、測(cè)量單位、條件、物理狀態(tài)或者百分比的數(shù)字，意圖是按字面地明確地以參考方式并入本文中的落在在這種范圍內(nèi)的任意數(shù)，包括在如此陳述的任何范圍內(nèi)的數(shù)量或范圍的任何子集。術(shù)語(yǔ)“大約”當(dāng)用作變量的修飾語(yǔ)或者結(jié)合變量而使用時(shí)意圖是表達(dá)本文中所公開的數(shù)字和范圍是可變的，以及本領(lǐng)域技術(shù)人員使用在單個(gè)數(shù)值的范圍以外或者不同于單個(gè)數(shù)值的溫度、濃度、量、含量、碳數(shù)及性質(zhì)來(lái)實(shí)施本實(shí)用新型將獲得期望的結(jié)果。
[0081]可以用石墨負(fù)電極、LiCoO2正電極、和可粘合的隔離膜來(lái)組裝大型棱柱形鋰離子電池的一個(gè)實(shí)施例?？梢詫⒎撬娊赓|(zhì)注入組裝的蓄電池外殼中。負(fù)電極和正電極均可以是常規(guī)的液體鋰離子電池電極，即分別涂布在銅和鋁箔兩側(cè)的正極和負(fù)極材料，含有大約90%石墨活性材料的碳負(fù)電極，含有大約91%活性材料的LiCoO2正電極。
[0082]現(xiàn)在參照?qǐng)D1，大型棱柱形鋰離子電池總體上用附圖標(biāo)記10表示。例如，可通過(guò)如下方法組裝電池10: (a)用可粘合的隔離膜包裹七個(gè)正電極，(b)被包裹的正電極與八個(gè)負(fù)電極堆疊，開始于底部上的負(fù)電極，然后正電極，交替的電極，結(jié)束于頂部上的第8負(fù)電極。
[0083]然后，可通過(guò)于100°C下在109psi的壓力下擠壓3分鐘，而對(duì)所形成的堆疊電池組件實(shí)施熱激活步驟。在這種“干壓”步驟后，可使隔離膜與電極牢固地結(jié)合并且可使電池組件變成一個(gè)硬的單件。
[0084]負(fù)電極導(dǎo)線可焊接到由銅箔制成的電池負(fù)極端子11。正電極導(dǎo)線可焊接到由鋁箔制成的電池正極端子12。
[0085]然后，可將電池組件封裝入冷成型的電池單元外殼13內(nèi)。可以用例如由日本東京新宿區(qū)大日本印刷公司生產(chǎn)的鋁箔層壓塑料膜制作外殼13。然后，使用熱密封機(jī)將電池外殼的端子側(cè)14和一個(gè)相鄰側(cè)15加以密封。在使電池完全干燥后，將其轉(zhuǎn)移入處在氮?dú)鈿夥罩械母上鋬?nèi)。大體上將約Hg的電解質(zhì)注入電池中。通過(guò)對(duì)最后的開放側(cè)16進(jìn)行熱密封而對(duì)該電池進(jìn)行最終密封，靜置一天，然后進(jìn)行充/放電循環(huán)測(cè)試。使用由俄克拉荷馬州突沙市(Tulsa, Okla)的Maccor公司制造的蓄電池測(cè)試儀型號(hào)系列4000進(jìn)行充/放電循環(huán)測(cè)試。盡管主表面18為大致正方形，但應(yīng)當(dāng)理解的是也可以是其它形狀，例如矩形。
[0086]在下面的實(shí)施例中，相同的附圖標(biāo)記表示相同的元件。參照?qǐng)D2，圖中示出了 Li離子電池組組件的一個(gè)實(shí)施例，總體上用附圖標(biāo)記30表示該電池組組件。電池組30包括布置成堆疊構(gòu)造的多個(gè)棱柱形鋰聚合物電池32。介于每?jī)蓚€(gè)電池32之間的是散熱器36。因此，根據(jù)本實(shí)施例，散熱器接觸每個(gè)電池32的至少一個(gè)主表面。第一熱沉34可與多個(gè)電池32中的一個(gè)或多個(gè)熱連通并且進(jìn)一步與散熱器36中的至少一個(gè)熱連通。第二熱沉34b位于電池堆的與第一熱沉34a的相對(duì)側(cè)。第二熱沉34b可與多個(gè)電池32中的一個(gè)或多個(gè)熱連通，并且進(jìn)一步與散熱器36中的至少一個(gè)熱連通。盡管在本實(shí)施例中，散熱器36位于每?jī)蓚€(gè)電池32之間，但應(yīng)當(dāng)理解的是散熱器36也可定位成其它布置。例如，散熱器36可位于每個(gè)電池32之間。此外,散熱器36可以位于電池堆的一端或兩端處。
[0087]可利用流體主動(dòng)地冷卻熱沉34。在一個(gè)實(shí)施例中，利用液體冷卻熱沉34。如果期望這樣，可利用熱沉34將熱施加給電池組30?？梢酝ㄟ^(guò)使比熱沉34內(nèi)的環(huán)境溫度熱的流體循環(huán)而實(shí)現(xiàn)該目的。
[0088]現(xiàn)在參照?qǐng)D3，圖中示出了 Li離子電池組組件的一個(gè)替代實(shí)施例，總體上用附圖標(biāo)記40表示該電池組組件。如圖中可見，電池組40基本上類似于電池組30，除了電池組40僅包括一個(gè)熱沉34。此外，散熱器36位于每個(gè)電池32之間。如圖中可見，每個(gè)散熱器36包括從電池堆中向熱沉34的相對(duì)側(cè)向外延伸的部分42。因此，散熱器36接觸電池堆內(nèi)兩個(gè)相鄰電池32的主表面，另外在除朝向熱沉34的方向以外的方向上延伸超過(guò)電池堆。
[0089]現(xiàn)在參照?qǐng)D4和圖5，圖中示出了 Li離子電池組組件的另一個(gè)實(shí)施例，總體上用附圖標(biāo)記50表不該電池組組件。電池組50包括布置在多個(gè)相鄰電池堆52中的多個(gè)電池32。盡管本實(shí)施例示出了具有十二個(gè)電池32的四個(gè)電池堆52，但應(yīng)當(dāng)理解的是，根據(jù)本實(shí)施例可使用任意數(shù)量的電池堆。而且，每個(gè)電池堆中可使用任意數(shù)量的電池。在一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)電池堆中的電池?cái)?shù)量為偶數(shù)。在本實(shí)施例或其它實(shí)施例中，每個(gè)電池堆中包含相同數(shù)量的電池。散置在電池堆52中每個(gè)相鄰電池32之間是散熱器36。散熱器36延伸至每個(gè)電池堆52并且與電池堆52熱接觸。因此，根據(jù)本實(shí)施例，散熱器與電池堆內(nèi)的兩個(gè)相鄰電池32的主表面、以及一個(gè)或多個(gè)相鄰電池堆中的電池32的主表面接觸。在圖4和圖5中所示的實(shí)施例，盡管未設(shè)置熱沉，但應(yīng)當(dāng)理解的是可以以圖2和圖3中所示的方式包括熱沉。
[0090]盡管在本實(shí)施例中散熱器36位于電池堆52中的每個(gè)電池32之間，但應(yīng)當(dāng)理解的是散熱器36可定位成其他布置。例如，散熱器36可位于電池堆52中的每?jī)蓚€(gè)電池32之間。此外，盡管圖中顯示散熱器36位于電池堆52的兩端，但應(yīng)當(dāng)理解的是散熱器36可以僅位于電池堆52的一端或者不位于任一端。
[0091]現(xiàn)在參照?qǐng)D6和圖7，圖中示出了 Li離子電池組件的另一個(gè)實(shí)施例，總體上用附圖標(biāo)記60表示該電池組組件。如圖中可見，除了每個(gè)散熱器36的部分62向外延伸超過(guò)每個(gè)電池堆52外，電池組60基本上類似于電池組50。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，部分62從電池堆52的邊緣向外延伸至少5mm。在其它實(shí)施例中，部分62從電池堆52向外延伸至少10mm。在又一個(gè)實(shí)施例中，部分62從電池堆向外延伸至少20mm。在又一個(gè)實(shí)施例中，部分62從電池堆向外延伸至少50mm。因此,散熱器36與電池堆內(nèi)兩個(gè)相鄰電池32的主表面、一個(gè)或多個(gè)相鄰電池堆52中電池32的主表面接觸，另外在除朝向相鄰電池堆的方向以外的方向上延伸超過(guò)電池堆52。這樣，能夠改進(jìn)熱排出和散熱。為了改進(jìn)熱排出，可通過(guò)利用此布置使空氣在(一個(gè)或多個(gè))部分62上流動(dòng)而實(shí)現(xiàn)對(duì)流冷卻。
[0092]現(xiàn)在參照?qǐng)D8和圖9，圖中示出了 Li離子電池組組件的一個(gè)實(shí)施例，總體上用附圖標(biāo)記70表示該電池組組件。電池組70包括布置成堆疊構(gòu)造的多個(gè)棱柱形鋰聚合物電池32。散熱器36被布置成截面為大致U形的構(gòu)造。因此，散熱器36包括三個(gè)支腳。第一支腳72位于兩個(gè)相鄰電池32的相對(duì)主表面之間。在一個(gè)實(shí)施例中，第一支腳72的尺寸被設(shè)計(jì)成接觸兩個(gè)相鄰電池的相對(duì)主表面的至少一半。在一個(gè)實(shí)施例中，第一支腳72的尺寸被設(shè)計(jì)成與基本上全部的兩個(gè)相鄰電池的相對(duì)主表面接觸。在一個(gè)實(shí)施例中，兩個(gè)相鄰的電池32是最中心(即，最內(nèi)部)的一對(duì)電池。換句話說(shuō)，例如，如果該電池堆包括六個(gè)電池32，那么在一個(gè)實(shí)施例中第一支腳72可位于第3電池與第4電池之間。
[0093]第二支腳74從第一支腳72延伸并且沿著電池組70的一側(cè)延伸和/或大致最接近電池組70的一側(cè)并延伸到電池組70的一端。在一個(gè)實(shí)施例中，第二支腳74大致垂直于第一支腳72。第三支腳76連接到第二支腳并且沿在電池組70外部端的一個(gè)電池32的面朝外部的主表面而延伸。在一個(gè)實(shí)施例中，第三支腳76大致垂直地從第二支腳74延伸。在一個(gè)實(shí)施例中，第三支腳與在電池組70外部端的一個(gè)電池32的面朝外部的主表面的大部分接觸。應(yīng)當(dāng)理解的是，雖然圖8示出了端電池的面朝外部的主表面延伸的第三支腳，但第三支腳76可以替代地在兩個(gè)相對(duì)的電池32的相對(duì)主表面之間延伸，其中電池32定位成相比電池堆中心相對(duì)更靠近電池堆的一端。這樣,可被動(dòng)地將熱能從電池堆中的更中心位置(相對(duì)較熱)傳遞至外圍位置(相對(duì)較冷)，從而平衡電池堆上的溫度曲線。
[0094]支腳72和76的部分73可向外延伸超過(guò)在與第二支腳74相對(duì)的支腳的端部處的每個(gè)電池堆。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，部分73從電池堆的邊緣向外延伸至少5mm。在其它實(shí)施例中，部分73從電池堆52向外延伸至少10mm。在其它實(shí)施例中，部分73從電池堆向外延伸至少20mm。在其它實(shí)施例中，部分73從電池堆向外延伸至少50mm。
[0095]在一個(gè)實(shí)施例中，散熱器36的第一、第二和第三支腳72、74和76由單個(gè)連續(xù)板制成。在支腳由連續(xù)板制成的實(shí)施例中，在支腳72與74之間的連接點(diǎn)處以及在支腳74與76之間的連接點(diǎn)處的半徑優(yōu)選小于1cm。在其它實(shí)施例中，半徑小于1_。
[0096]現(xiàn)在參照?qǐng)D10，其中相同的附圖標(biāo)記表示相同的元件，圖中示出了電池組并且總體上用附圖標(biāo)記80表不。電池組80包括位于電池堆相對(duì)端的一對(duì)U形散熱器36。這樣，可使熱能從電池堆的內(nèi)部電池32分散到在電池堆兩端的外部電池32。圖11示出了電池組90，其中相同的附圖標(biāo)記表示相同的元件。如圖可見，U形散熱器36位于電池堆的相對(duì)側(cè)。此外，每個(gè)散熱器36定位成使得第三支腳76位于電池堆的相對(duì)端。第二支腳74的尺寸被設(shè)計(jì)成使得每個(gè)U形散熱器的第一支腳72位于其他U形散熱器的第一支腳72與第三支腳76之間。換句話說(shuō)，每個(gè)散熱器36的第二支腳74具有大于電池堆的一半長(zhǎng)度的長(zhǎng)度。
[0097]現(xiàn)在參照?qǐng)D12，圖中示出了被動(dòng)地使電池堆內(nèi)電池單元的溫度均等的另一個(gè)實(shí)施例。如圖中可見，散熱器36位于堆疊的電池32之間。在一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)散熱器36包括從電池堆向外延伸的部分42。在本實(shí)施例或其它實(shí)施例中，靠近電池堆中心的散熱器36的部分42比靠近電池堆端部的散熱器36的部分42長(zhǎng)(B卩，從電池堆進(jìn)一步向外延伸)。在這些或其它實(shí)施例中，部分42的長(zhǎng)度可作為與電池堆中心之間距離的函數(shù)而線性地變化。在其它實(shí)施例中，部分42的長(zhǎng)度可作為與電池堆中心之間距離的函數(shù)而非線性地變化(例如對(duì)數(shù)函數(shù)或冪函數(shù))?？梢越Y(jié)合使用風(fēng)扇或其它對(duì)流形成裝置以增加散熱。正如應(yīng)該理解的，通過(guò)使用在較熱的中心電池(由此散發(fā)相對(duì)較多的熱)處的較長(zhǎng)部分42和接近電池堆外部的較短部分42，可被動(dòng)地使電池堆兩側(cè)的總體溫度曲線均等。此方法也可適用于非棱柱形蓄電池，如圖13中所示。如圖中可見，可用散熱器36部分地包裹布置成一排的多個(gè)圓柱形蓄電池100。在一個(gè)實(shí)施例中，散熱器36與每個(gè)圓柱形蓄電池的圓柱形外表面的一半接觸。每個(gè)散熱器36包括從圓柱形蓄電池延伸的部分102。在本實(shí)施例或其它實(shí)施例中，接近這排的中心的散熱器36的部分102比接近這排的端部的散熱器36的部分102更長(zhǎng)(SP從圓柱形蓄電池進(jìn)一步延伸)。
[0098]現(xiàn)在參照?qǐng)D14-16，其中相同的附圖標(biāo)記表示相同的元件，圖中示出了蓄電池組件并且總體上用附圖標(biāo)記100表示。電池組件100包括電池32和大致U形的散熱器36。散熱器36包括兩個(gè)支腳102，這兩個(gè)支腳102各自與電池32的相對(duì)主表面18熱接觸。有利地，支腳102與主表面18的表面積的至少大約50%熱接觸。更有利地，支腳102與主表面18的表面積的至少大約75%熱接觸。更有利地，支腳與基本上全部的主表面18的表面積熱接觸。
[0099]彎曲連接部104在接近與端子11/12相對(duì)的電池32的端部處連接支腳102。管道106位于彎曲連接部104和電池32之間并且與彎曲連接部104熱接觸。管道106有利地由導(dǎo)熱材料制成，例如金屬(諸如鋁或銅)。如圖中可見，彎曲連接部104的內(nèi)半徑大致與管道106的外半徑匹配，以便在連接部104與管道106之間形成良好的熱接觸。這樣，可經(jīng)由支腳102和彎曲連接部104在主表面18與管道106之間傳遞熱能。
[0100]可引導(dǎo)任何流體介質(zhì)經(jīng)過(guò)管道106以冷卻或加熱(一個(gè)或多個(gè))電池32。在一個(gè)實(shí)施例中，流體是液體。在本實(shí)施例或其它實(shí)施例中，流體介質(zhì)可以是水，然而應(yīng)當(dāng)理解的是可采用其它流體介質(zhì)。例如，流體介質(zhì)可以是基于乙二醇的或者基于丙二醇的流體介質(zhì)。
[0101]現(xiàn)在參照?qǐng)D17-19，可以看見如何將蓄電池組件100布置成堆疊構(gòu)造，該堆疊構(gòu)造包括布置成主表面彼此面對(duì)的多個(gè)電池單元102。管道106可布置成蛇形構(gòu)造，以便蛇形管道中的每個(gè)折返部(switch-back) 108經(jīng)過(guò)一個(gè)彎曲連接部104。
[0102]現(xiàn)在參照?qǐng)D20-22，圖中示出了蓄電池組件的另一個(gè)實(shí)施例并且總體上用附圖標(biāo)記110表示。如圖中可見，除了僅設(shè)置一個(gè)支腳102外，電池組110基本上類似于蓄電池組件100，支腳102僅接觸電池單元32的一個(gè)主表面18，因此散熱器36為大致J形。
[0103]現(xiàn)在參照?qǐng)D23-25，圖中示出了電池組組件的另一個(gè)實(shí)施例并且總體上用附圖標(biāo)記120表示。如圖中可見，除了將兩個(gè)電池單元32定位在散熱器36的相對(duì)支腳102之間以外，電池組120基本上類似于蓄電池組件100。這樣，每個(gè)電池32上的一個(gè)主表面18與一個(gè)相對(duì)的支腳102接觸。
[0104]現(xiàn)在參照?qǐng)D26-28，其中相同的附圖標(biāo)記表示相同的元件，圖中示出了電池組組件并且總體上用附圖標(biāo)記130表示。電池組組件130包括布置成堆疊構(gòu)造的一對(duì)電池32，該對(duì)電池32具有鄰接的主表面18。一對(duì)管道106位于電池32的相對(duì)側(cè)，并沿其縱向長(zhǎng)度延伸。散熱器36包圍電池32和每個(gè)管道106的一部分。散熱器36包括兩個(gè)相對(duì)的平面部132，每個(gè)平面部132與每個(gè)電池單元32的一個(gè)主表面18接觸。一對(duì)連接部134連接每個(gè)平面部132，并且每個(gè)包裹在管道106之一周圍。為了實(shí)現(xiàn)良好的熱接觸，管道106的外半徑可有利地與連接部134的內(nèi)半徑大致匹配。
[0105]現(xiàn)在參照?qǐng)D29-31，其中相同的附圖標(biāo)記表示相同的元件，圖中示出了電池組組件并且總體上用附圖標(biāo)記140表示。電池組組件140包括四(4)個(gè)電池單元32，這些電池布置成位于管道106的相對(duì)側(cè)上的兩對(duì)電池。一對(duì)散熱器36定位成包圍并接觸管道106的至少一部分接觸管道106和電池32。每個(gè)散熱器36包括兩個(gè)大致平面的部分142，利用彎曲部144在散熱器36中心將這兩個(gè)平面部142連接。每個(gè)平面部142位于兩個(gè)堆疊的電池32的相對(duì)的主表面18之間。彎曲部144可有利地具有與管道106的外半徑大致匹配的內(nèi)半徑。因此，在圖示的實(shí)施例中，平面部142每個(gè)接觸一個(gè)電池32的主表面18的一側(cè)，并且在另一側(cè)接觸其它散熱器36的平面部。
[0106]然而，應(yīng)當(dāng)理解的是盡管在本實(shí)施例中示出了兩個(gè)散熱器，但在替代實(shí)施例中可包括單個(gè)散熱器36，其中每個(gè)平面部142與兩個(gè)相鄰電池32的主表面接觸。另外，應(yīng)當(dāng)理解的是，組件140可布置成平行于電池32的主表面的一排。根據(jù)此實(shí)施例(未圖示)，多個(gè)雙電池的電池堆可布置成使得管道介于每個(gè)雙電池的電池堆之間。這樣，以圖29-31中所示的方式，一個(gè)或多個(gè)散熱器定位成接合每個(gè)電池堆和管道。
[0107]現(xiàn)在參考圖32-33，其中相同的附圖標(biāo)記表示相同的元件，圖中示出了電池組組件并且總體上用附圖標(biāo)記150表示。組件150包括傳熱塊152，傳熱塊152可包括引導(dǎo)流體介質(zhì)經(jīng)過(guò)的內(nèi)部通道(未圖示)。介質(zhì)在入口 154進(jìn)入并在出口 156排出。變冷的流體被引導(dǎo)至入口 154，因而該流體降低傳熱塊152的溫度，由此使其能夠起熱沉的作用。傳熱塊152由導(dǎo)熱材料(例如金屬材料)制成。例如，傳熱塊152可由鋁、鋼、銅等制成。此外，盡管傳熱塊152圖示為具有流體通道的固體物件，但傳熱塊152可以替代地采用例如固定到底部波紋板的頂部平板的形式，并且其中，將電池和散熱器固定到頂部平板并且管道可延伸穿過(guò)在頂部平板與底部波紋板之間形成的空間。
[0108]多個(gè)大致L形的散熱器36布置在傳熱塊152上。第一支腳158固定到傳熱塊152的上表面160并且與之熱接觸。第二支腳162在大致垂直于上表面160的方向上從第一支腳158向上延伸。散熱器36被布置成一排，以便在相鄰散熱器36的向上延伸的第二支腳之間限定縫槽164。電池32可被接收在每個(gè)縫槽164中，使得電池32的每個(gè)主表面18與向上延伸的第二支腳162接觸。盡管本實(shí)施例公開了位于每個(gè)縫槽164內(nèi)的一個(gè)電池32，但應(yīng)當(dāng)理解的是多于一個(gè)的電池32 (例如兩個(gè)電池)可位于每個(gè)縫槽164內(nèi)。
[0109]第一支腳158與第二支腳162之間的連接點(diǎn)可有利地具有半徑。該半徑有利地小于大約1cm、更有利地小于大約0.5cm、進(jìn)一步有利地小于大約1_。根據(jù)本實(shí)施例或其它實(shí)施例，散熱器36可包括層壓或以其他方式附著到一個(gè)主表面上的薄金屬箔?？衫煤附?例如電弧焊接、鎢極惰性氣體焊接、金屬惰性氣體焊接、電阻焊接、摩擦焊接、超聲波焊接、激光焊接、或者擴(kuò)散焊接)將此金屬箔層附著到傳熱塊152。在其它實(shí)施例中，可利用例如樁、鉚釘、螺釘?shù)葘訅喊鍣C(jī)械地緊固到傳熱塊152。在其它實(shí)施例中，可利用膠粘劑粘接(例如膠粘劑或PSA)將該層壓板附著到傳熱塊152。散熱器的機(jī)械緊固可有利地增加附接點(diǎn)的透面導(dǎo)熱性，因此改善從散熱器至傳熱塊152的傳熱。
[0110]現(xiàn)在參照?qǐng)D34-36，其中相同的附圖標(biāo)記表示相同的元件，圖中示出了電池組組件并且總體上用附圖標(biāo)記170表示。電池組170包括布置成連續(xù)堆疊構(gòu)造的多個(gè)電池32。多個(gè)散熱器36散置在電池之間并且與歧管172接觸。歧管172包括兩個(gè)一級(jí)管道174，所述兩個(gè)一級(jí)管道174位于電池堆的相對(duì)側(cè)上并且通過(guò)所述兩個(gè)一級(jí)管道174接收流體介質(zhì)。多個(gè)二級(jí)管道176在兩個(gè)一級(jí)管道之間延伸并且將兩個(gè)一級(jí)管道互相連接。因此，可將傳熱介質(zhì)泵送經(jīng)過(guò)一級(jí)和二級(jí)管道，以便從電池堆中除去熱能或向電池堆添加熱能。
[0111]散熱器36為大致U形，并且為每三個(gè)電池提供兩個(gè)散熱器。就每個(gè)三電池的亞組而言，第一散熱器178包圍一個(gè)電池32 (即與電池的兩個(gè)主表面18接合)，并且包裹在二級(jí)管道176之一周圍。第二散熱器180包圍三個(gè)電池32(即與三電池亞組的兩個(gè)面朝外的主表面18接合)并且包裹在二級(jí)管道和第一散熱器178周圍。這樣，可經(jīng)由兩個(gè)散熱器36將電池所產(chǎn)生的熱傳遞至歧管172。
[0112]現(xiàn)在參照?qǐng)D37-39，其中相同的附圖標(biāo)記表示相同的元件，圖中示出了蓄電池組件并且用附圖標(biāo)記190表示。蓄電池組件190包括外空心框架192，該空心框架192的尺寸被設(shè)計(jì)成在其中接收電池32。空心框架192包括兩個(gè)間隔的側(cè)支腳194，側(cè)支腳194在一端連接到頂支腳196并且在相對(duì)端各自連接到位于電池32的相對(duì)側(cè)的管道106。傳熱介質(zhì)可被泵送經(jīng)過(guò)管道196因此使傳熱介質(zhì)經(jīng)過(guò)空心框架192。
[0113]散熱器36被固定到空心框架192的一側(cè)并且有利地與至少兩個(gè)支腳熱接觸甚至更有利地與所有三個(gè)支腳194和196接觸。電池32的一個(gè)主表面18與散熱器36熱接觸。這樣，將熱從電池32傳遞到框架192。此外，框架192可提高結(jié)構(gòu)完整性并且提供加強(qiáng)功能以在其內(nèi)保護(hù)并承載電池32。
[0114]應(yīng)當(dāng)理解的是，盡管僅示出了單個(gè)電池，但可以以堆疊構(gòu)造沿管道196布置多個(gè)組件190。此外，盡管僅示出了單個(gè)散熱器36，但應(yīng)當(dāng)理解的是可將第二散熱器設(shè)置在框架192的與設(shè)置第一散熱器的那側(cè)相對(duì)的一側(cè)上并且與電池32的另一主表面熱接觸。根據(jù)本實(shí)施例，電池32位于由兩個(gè)散熱器36和框架192限定的空間內(nèi)。
[0115]現(xiàn)在參照?qǐng)D40-42，其中相同的附圖標(biāo)記表示相同的元件，圖中示出了電池組組件并且總體上用附圖標(biāo)記200表示。電池組200包括布置成堆疊構(gòu)造的多個(gè)電池32。介于每個(gè)電池32之間的是安裝板202?？蓪惭b板202的尺寸和形狀設(shè)計(jì)成近似電池32的外形。在一個(gè)實(shí)施例中，安裝板由金屬材料制成。在一個(gè)實(shí)施例中，安裝板材料具有小于大約350ff/m-K的熱導(dǎo)率。在其它實(shí)施例中，安裝板由具有小于大約250W/m-K的熱導(dǎo)率的材料制成。在其它實(shí)施例中，安裝板材料具有小于大約150W/m-K的熱導(dǎo)率。
[0116]固定到安裝板202的一個(gè)或兩個(gè)主表面上的是散熱器36，散熱器的形狀和尺寸可大致近似電池32的主表面18的形狀和尺寸。安裝板202還包括在電池32的相對(duì)側(cè)上的一對(duì)延伸部204。每個(gè)延伸部204包括孔206，通過(guò)孔206來(lái)接收管道106。如上所述，可經(jīng)過(guò)管道106泵送傳熱介質(zhì)。還應(yīng)理解的是，管106可用作使電池堆與安裝板保持在一起的加強(qiáng)構(gòu)件。
[0117]現(xiàn)在參考圖43-44，其中相同的附圖標(biāo)記表示相同的元件，圖中示出了電池組組件并且總體上用附圖標(biāo)記220表示。電池組220可包括并列布置成連續(xù)排的多個(gè)電池32(為了清楚起見，僅示出了一個(gè)電池)。介于每個(gè)電池32之間的是形狀為大致蛇形的管道222。一對(duì)散熱器36定位成各自與電池32的主表面18之一以及蛇形管道222接合。散熱器36有利地跨越電池32的整個(gè)連續(xù)排?？蓪鳠峤橘|(zhì)泵送經(jīng)過(guò)管道222。
[0118]在一個(gè)或多個(gè)上述實(shí)施例中，應(yīng)當(dāng)理解的是通過(guò)設(shè)置管道而主動(dòng)地從系統(tǒng)中除去熱能或者為系統(tǒng)添加熱能。因此，這些管道有利地由導(dǎo)熱材料(例如金屬)制成。示例性的金屬可包括鋁、黃銅、銅和不銹鋼。
[0119]每個(gè)管道可提供流入和流出所述系統(tǒng)的傳熱介質(zhì)的連續(xù)流，用以從系統(tǒng)除去熱能和向系統(tǒng)添加熱能。在其它實(shí)施例中，傳熱介質(zhì)的流量是與溫度相關(guān)的，由此例如當(dāng)一個(gè)或多個(gè)電池中的溫度升高時(shí)傳熱介質(zhì)的流量增加。在這些或者其它實(shí)施例中，根據(jù)需要一旦傳熱介質(zhì)離開該組件可將傳熱介質(zhì)冷卻或加熱然后使其再循環(huán)至該組件，由此冷卻或加熱該組件。
[0120]上述實(shí)施例的每個(gè)散熱器36可以任選地是薄的且是板狀的，具有兩個(gè)相對(duì)的主表面。在一個(gè)實(shí)施例中，散熱器36的厚度可以小于大約2mm。在其它實(shí)施例中，散熱器36的厚度可以小于大約1_。在其它實(shí)施例中，該散熱器的厚度可以小于大約0.5_。根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，散熱器36可以是膨脹石墨顆粒壓縮塊板、石墨化聚酰亞胺板、或者其組
八
口 ο
[0121 ] 在散熱器36包括多個(gè)部分(即，彎曲部和平直部或者第一和第二支腳)的情況下，應(yīng)當(dāng)理解的是，散熱器36可以是單個(gè)連續(xù)板。在其它實(shí)施例中，散熱器可以是通過(guò)例如熱敏性粘合劑、機(jī)械緊固件、或者其它方式連接到一起的多個(gè)板。
[0122]每個(gè)散熱器36在大約室溫下可具有大于大約250W/mK的面內(nèi)熱導(dǎo)率(采用Angstrom方法在大約25°C的室溫下測(cè)試)。在另一個(gè)實(shí)施例中，散熱器36的面內(nèi)熱導(dǎo)率為至少大約400W/mK。在另一個(gè)實(shí)施例中，散熱器36的面內(nèi)熱導(dǎo)率可為至少大約550W/mK。在其它實(shí)施例中，面內(nèi)熱導(dǎo)率可以在至少250W/mK?至少大約1500W/mK的范圍內(nèi)。進(jìn)一步優(yōu)選的是，散熱器中的至少一個(gè)具有鋁的面內(nèi)熱導(dǎo)率的至少大約兩倍的面內(nèi)熱導(dǎo)率。而且，每個(gè)散熱器36可具有相同或不同的面內(nèi)熱導(dǎo)率?？蓪?shí)行上述面內(nèi)熱導(dǎo)率的任意組合。在一個(gè)實(shí)施例中，石墨板材料的厚度可以是10至1500微米。在其它實(shí)施例中，石墨板材料的厚度可以是20至40微米。合適的石墨板制造工藝公開于例如美國(guó)專利第5，091, 025和3，404, 061號(hào)(它們的內(nèi)容以參考的方式并入本文中)。
[0123]在一個(gè)任選的實(shí)施例中，可用樹脂加強(qiáng)一個(gè)或多個(gè)散熱器36。該樹脂可用于例如提高散熱器36的剛性和/或散熱器36的不可滲透性。連同樹脂加強(qiáng)件，或者替代地，一個(gè)或多個(gè)散熱器36可包括碳和/或石墨纖維加強(qiáng)件。優(yōu)選地，散熱器36可包括足夠量的加強(qiáng)件，以幫助或者為電池組30提供結(jié)構(gòu)完整性。
[0124]散熱器36是比電池組中所使用的用于散熱的常規(guī)材料(例如招)更加柔順的材料。與電池32和散熱器的常規(guī)材料相比，散熱器36的使用減小散熱器36和電池32之間的界面熱傳遞阻力。因?yàn)樯崞?6更加柔順，所以具有非平直主表面的電池32之間的界面熱傳遞優(yōu)于常規(guī)散熱器。柔順性和所形成的界面熱傳遞阻力下降可以減小或者甚至排除將導(dǎo)熱脂或?qū)釢{涂布于散熱器36表面的需要，通常通過(guò)涂布導(dǎo)熱脂或?qū)釢{來(lái)克服常規(guī)散熱器材料的界面阻力。
[0125]如果期望獲得電池間的電隔離，可以任選地用電絕緣膜包覆在散熱器36的一個(gè)或兩個(gè)主表面上，其中，該膜相當(dāng)?shù)乇∽阋圆幻黠@地阻礙向散熱器36的熱傳遞。示例性的膜包括PET和聚酰亞胺膜。
[0126]可以任選地用膠膜涂布散熱器36的一個(gè)或兩個(gè)主表面，其中粘接層足夠薄因而不明顯地阻礙向散熱器的熱傳遞。通過(guò)使得對(duì)單個(gè)電池單元的“剝離和粘貼”成為可能，包含施加在釋放襯里上的粘接層的散熱器36的使用可以簡(jiǎn)化電池組的組裝。此外，用包含膠膜的散熱器36所組裝的電池組可以減小或基本上排除對(duì)灌封料(諸如硅酮或者聚氨酯)的需要，該灌封料是用于防止電池在慣性力和振動(dòng)作用下的移動(dòng)，正如包含常規(guī)散熱器材料的電池組構(gòu)造中所常見。
[0127]在上述實(shí)施例的任一實(shí)施例中，可以用一層相變材料至少部分地填充相鄰散熱器36之間的空間或者散熱器36與相鄰電池32之間的空間中的至少一個(gè)。在另一個(gè)實(shí)施例中，用一層相變材料完全地填充相鄰散熱器36之間的空間或者散熱器36與相鄰電池32之間的空間中的至少一個(gè)。在這些或其它實(shí)施例中，基本上所有的散熱器36之間的空間或者散熱器36與相鄰的電池32之間的空間均包括相變材料。該相變材料可以自由流動(dòng)并且至少部分地被散熱器容納或限制。替代地，相變材料可以被物理地吸收到載體基質(zhì)中。例如，相變材料可以被吸收并承載在壓縮的膨脹石墨墊或者碳泡沫中。相變材料將幫助減小電池組溫度變化的幅度和速度。相變材料的熔化溫度范圍可有利地約等于電池組內(nèi)的電池單元的推薦工作溫度范圍。合適的相變材料的一例是固體石蠟。
[0128]在一個(gè)或多個(gè)上述實(shí)施例中任一實(shí)施例中，散熱器36還可以是復(fù)合材料。例如，每個(gè)散熱器可包括一對(duì)石墨板，這對(duì)石墨板具有設(shè)置在其間的相變材料。該相變材料可以自由流動(dòng)并且被石墨板容納或限制。替代地，相變材料可被物理地吸收到位于相對(duì)石墨板之間的載體基質(zhì)中。例如，相變材料可被吸收并承載在壓縮的膨脹石墨墊或者碳泡沫中。在替代實(shí)施例中，復(fù)合材料可包括單個(gè)石墨板層，該層被固定到單個(gè)載體基質(zhì)層，相變材料被吸收到該單個(gè)載體基質(zhì)層中。在其它實(shí)施例中，散熱器36可包括單層的石墨板材料，具有被吸收在其中的相變材料。
[0129]在又一個(gè)實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)散熱器36可附接到剛性的支撐構(gòu)件(未圖示)。該剛性支撐構(gòu)件的作用是為電池組提供結(jié)構(gòu)完整性。該剛性支撐構(gòu)件可由金屬、塑料、復(fù)合材料、或者前述材料的任何材料的層壓材料制成。在又一個(gè)實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)剛性支撐構(gòu)件可附接到熱沉、傳熱塊或管，用以支撐電池組。剛性支撐構(gòu)件的不同實(shí)施例可包括板狀構(gòu)件或框架。在板的形態(tài)下，剛性支撐構(gòu)件可具有基本上類似于散熱器的尺寸。至于剛性支撐構(gòu)件的框架形態(tài)，該框架應(yīng)當(dāng)接合散熱器36的至少一側(cè)，更優(yōu)選地接合散熱器36的至少兩側(cè)。
[0130]在又一個(gè)實(shí)施例中，電池組30可包括“η ”個(gè)石墨散熱器36并且除了散熱器36外，電池組30還可包括η+1個(gè)鋁散熱器或者η-1個(gè)鋁散熱器。優(yōu)選地至少一個(gè)更優(yōu)選地每個(gè)鋁散熱器與一個(gè)或多個(gè)熱沉34a和/或34b以及至少兩個(gè)鋰聚合物電池32熱連通。更優(yōu)選的是每個(gè)鋁散熱器不設(shè)置在與每個(gè)石墨散熱器36的相同位置。在上述實(shí)施例的替代實(shí)施例中，電池組30包括不大于一(I)個(gè)的鋁散熱器。
[0131]在另一個(gè)任選實(shí)施例中，散熱器36中的一個(gè)或多個(gè)可包括一個(gè)或多個(gè)壓印表面。在某個(gè)實(shí)施例中，壓印表面包括散熱器36的主表面上的多個(gè)橫向流體通道。在另一個(gè)實(shí)施例中，散熱器36中的一個(gè)或多個(gè)包括多個(gè)內(nèi)部流體通道。優(yōu)選地，這些流體通道從散熱器36的一端行進(jìn)至散熱器36的相對(duì)端。散熱器36的流體通道可以任選地構(gòu)造成平直、蛇形、或帶有分支的流道中的一種。在又一個(gè)實(shí)施例中，(一個(gè)或多個(gè))散熱器36的流體通道與傳熱板、管道或熱沉的流體通道連通。形成散熱器36的典型方法可包括壓縮模制、壓印、和/或絕熱成型工藝。
[0132]與用常規(guī)散熱器制造的電池組相比，根據(jù)本文所述實(shí)施例制造的電池組減小其熱管理系統(tǒng)的重量達(dá)至少大約20%、優(yōu)選高達(dá)大約50%或更多。此外，與常規(guī)電池組相比，根據(jù)本文的描述制造的電池組將會(huì)減少“熱點(diǎn)”問(wèn)題。而且，與使用傳統(tǒng)熱管理材料的電池相t匕，根據(jù)本公開制造的電池組由于電池組厚度的減小而可呈現(xiàn)總尺寸的減小。
[0133]另外，與常規(guī)電池組相比，本文中公開的電池組的實(shí)施例可包括以下優(yōu)點(diǎn)中的一個(gè)或多個(gè):改善的熱擴(kuò)散、更快地加熱、更快地冷卻、更低的界面阻力、更低的系統(tǒng)成本、更低的系統(tǒng)重量、更低的系統(tǒng)體積、更低的寄生功率、更少的零件數(shù)、更快的充電/放電、和更快的冷起動(dòng)。
[0134]所有引用專利的公開內(nèi)容以及本申請(qǐng)中所提及的專利公布的全部?jī)?nèi)容以參考的方式并入本文中。
[0135]本文中所公開的各種實(shí)施例可通過(guò)其任意組合的方式而實(shí)施。以上說(shuō)明目的是使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)嵤┍緦?shí)用新型。其目的不是詳細(xì)說(shuō)明當(dāng)本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀本說(shuō)明時(shí)將變得顯見的所有可能的變更和修改。然而，意圖是所有這種修改和變更均包含在由所附權(quán)利要求限定的本實(shí)用新型的范圍內(nèi)。除非上下文具體指出了相反的情況，權(quán)利要求意圖涵蓋任意布置或順序的有效地滿足本實(shí)用新型預(yù)期目的的所指示的元件和步驟。
【權(quán)利要求】
1.一種用于具有相對(duì)主表面的電池單元的熱管理組件，其特征在于，所述熱管理組件包括: 柔性石墨散熱器，所述散熱器具有兩個(gè)相對(duì)的主表面并且具有至少250W/H1-K的面內(nèi)熱導(dǎo)率； 流體經(jīng)過(guò)的第一管道；并且 其中，所述柔性石墨散熱器的所述兩個(gè)相對(duì)主表面中的至少一個(gè)接觸所述電池的相對(duì)主表面之一的至少一部分以及所述第一管道的外表面的至少一部分。
2.如權(quán)利要求1所述的熱管理組件，其特征在于，所述柔性石墨散熱器的所述兩個(gè)相對(duì)主表面中的至少一個(gè)接觸所述電池單元的兩個(gè)相對(duì)主表面。
3.如權(quán)利要求1所述的熱管理組件，其特征在于，還包括采用堆疊構(gòu)造的多個(gè)電池，并且所述柔性石墨散熱器接觸至少兩個(gè)電池單元的所述主表面中的至少一個(gè)。
【文檔編號(hào)】H01M10/50GK203398243SQ201320118281
【公開日】2014年1月15日 申請(qǐng)日期:2011年5月23日 優(yōu)先權(quán)日:2010年5月21日
【發(fā)明者】R.J.韋恩, J.A.泰勒, J.諾爾利, B.E.雷斯, M.波洛克, I.A.麥卡倫, T.W.韋伯, R.A.雷諾三世, M.D.斯馬爾奇, E.G.費(fèi)希曼 申請(qǐng)人:格拉弗技術(shù)國(guó)際控股有限公司