CN103123996B - 使用热管减轻电池热传播的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及使用热管减轻电池热传播的方法。具体地，电池模块具有一个或多个电池单元和放置成与电池单元热连通的热交换构件，以及从热交换构件制造热管系统的方法。热交换构件包括容器，该容器其中放置有传热流体。在一种形式中，传热流体能够经过相变，从而作为一种方式来吸收电池单元中存在的或电池单元产生的热量的至少一部分。压力控制装置与容器和传热流体配合，使得在达到电池单元内的预定热事件时，压力控制装置允许至少一部分传热流体到周围环境的释放，由此释放容器上的压力并且除去由热事件导致的一些过量热量。

Description

使用热管减轻电池热传播的方法
技术领域
本发明总体涉及电池和其部分的被动热管理，尤其涉及在热事件期间使用具有减压装置的热管来减小电池内产生热量的热传播的风险。
背景技术
统称为可再充电能量存储系统（RESS）的锂离子和相关的电池在汽车应用中使用在混合动力电动汽车（HEV）的情况下作为补充，或在纯电动汽车（EV），传统的内燃发动机（ICE）的情况下作为替代。从固定式和便携式的源被动地存储能量的能力，以及从由车辆及其部件提供的重新捕获的动能被动地存储能量的能力，使电池理想地作为用于轿车，卡车，巴士，摩托车及相关车辆平台的推进系统的一部分。在本文的背景中，电池单元是单个的电化学单元，而电池由串联、并联或二者皆有的方式结合的一个或多个电池单元组成，这取决于所需的输出电压和电容。
温度是影响电池的性能和寿命的最重要的因素之一。环境温度（如那些在长期不活动期间在冷或热的环境中所遇到的，或者由于在热天长时间的操作和伴随的热量产生所遇到的）或不正确使用的情况下（如快速充电/放电，或由物理变形、穿透或电池单元的制造缺陷导致的内部/外部短路）会负面影响电池正常运行的能力，并在严重的情况下可能完全地破坏电池。长时间暴露在高温的副作用可包括过早老化和功率及能量衰减加快，这两者都是不希望的。
多余的热量可能由外部源提供，或由超出建议容差的物理，热，或操作不正确使用情况导致的电池单元的内部故障提供，或由制造缺陷提供。起始温度已知为是发生放热反应的温度。维持放热反应所需的热量为反应热。超过起始温度和保持反应热的热源提供称为热事件。这样的热事件，如果任由其不受控制，可能会导致更加快速的热量产生条件，称为热失控，其为（一旦开始）冷却机构不能使一个或多个电池部件返回到安全操作温度的条件。在本文背景中，热失控是放热反应的自加热速率和温度的函数，反应时间是参与反应的主动部件的退化速率和质量的函数。特别令人关注的是用作推进功率源的电池单元，组或相关构件的过度加热和伴随的损坏它们的可能性。无论是作为主要还是备份系统，传统的传热方式，如强迫空气和液体冷却，可能会被证明是有效避免在这样的热事件中的这种过热暴露，但这样做显著增加了整体车辆系统的重量，成本，复杂性或寄生功率要求。
热管可以用于执行上述的一些传热方案；不过，热管的制造也会遇到困难。在一种形式中，管首先被建造然后充满合适的传热流体（通常去离子水），之后管的内部部件和材料容器与周围环境流体隔离。如果在后续制造期间暴露于太多的热量中（例如焊接或以其他方式将热管固定到冷却片、板、散热器或其他结构），这样的设置可能由于过量的内压，污染，或传热流体的化学退化而失效。处理这种挑战的一种方式追求传热流体到热管中的后处理填充；不过，这样的方法易受传热介质或组件污染的影响，任一个都能导致热管操作的失效。
发明内容
基于被动热交换构件中传热流体使用的电池热管理系统可能限制过高温度条件下对电池的损害，因而用于增加温度均匀性，以及防止热失控条件。这帮助延长热敏感部件的寿命，例如携带电荷电池单元，其形成电池模块和电池组的构建块。在特殊形式中，热管（或基于热管的系统）可包括以封闭管或翅片形式的通道和置于其中的传热流体，其在相的等温变化（即，恒温）期间可以吸收并释放大量的潜热（在某些情况下高达显热的50倍）。如同样将更详细地在下面讨论的，用于本背景的术语“热管”将被理解成不仅包括传统的管形实施例，而且还包括其他形状的实施例，例如大致翅片状构件，其中通常薄的，浅的流动通道置于相对的、大致平行的板之间。热管的使用可通过将热量从源移动到低于传热流体的凝固温度的位置而帮助降低或消除对主动冷却部件的需要，主动冷却部件例如强制空气或强制液体冷却系统中的风扇、鼓风机或泵。这益处在于热管系统可以提供将电池单元维持在预期温度范围中而不从电池或其他能源汲取功率的能力。与电池单元紧密接触的热管可以充当热缓冲器，其转而可导致降低的功率衰减，降低的电容衰减，改进电池寿命和耐久性，减少维修成本、改进车辆里程和防止热失控。
根据本发明的一方面，电池模块被公开。电池模块包括一个或多个电池单元，其配置用来输送电流（例如，但是并非局限于，提供动力给汽车）和放置成与一个或多个电池单元热连通的热管。热管包括其中放置有传热流体的容器和压力控制装置。传热流体通过使相从液态变为气态而吸收热管的热源端的热量，然后在气体在散热器再凝结时释放能量。压力控制装置（此处也称作减压装置）、容器和传热流体彼此配合，使得在达到电池单元内的热事件时，压力控制装置允许容器内的气相中现有的传热流体到周围环境的流体连通。在一种形式中，当热事件出现的时候，压力足够超过压力控制装置；这依次引起压力控制装置的释放或相关激活，导致在热管中形成空隙以便放置在管内的传热流体可以被释放到例如周围环境，因而快速地去除存在于传热流体中的潜热。在本背景中，热事件在超过预定阈值的温度存在于电池单元或热管中或在电池单元或热管周围的一种情况。这样的过度温度通常产生在暴露材料中的热膨胀（在暴露材料有机会膨胀的情况下）或流体压力的增加（在暴露材料没机会膨胀的情况下，例如包含在固定容积内时）。通过存在于在热管内的传热流体中的潜热的释放，电池模块可以减轻或消除热量到邻近电池单元或其他热敏感部件的热传播。
在一个可选形式中，热管限定大致圆柱形外部结构，而在另一形式中，其限定大致板状矩形结构或翅片。圆柱形热管可以集成在板内或连接到板用作热源或电池单元处的冷却片，其中热通路与散热器连通。矩形的热管，非常像热管冷却翅片，可以被放置成与热源连通，其中热通路与散热器连通，其中热通路可包括但是不限于热管/翅片与散热器的直接接触。热管的一个通用特征，不管它的几何形状，是大致两个区域构造，其中蒸发区域位于热源附近以吸收热量而且因此将流体从液态转换到气态，凝固区域位于散热器附近，其中流体在其从其气相重新凝固成液相时释放能量。这样的两个区域构造促进其中包含的传热流体的运动，其中运动由两个区域内的流体温度差确定作为从热源至散热器传递流体的一种方式。在另一可选形式中，热管或翅片可以使用电池组的自由空气空间作为从热管到散热器的传热通路，其中热管/翅片将与电池单元和电池组自由空气热连通，并且电池组自由空间空气温度将由位于电池组内或外的散热器控制。在此选项中，内部电池组温度将在标称工作温度内调节，热管功能是取决于热梯度为水平热管应用去除热量或输入热量。在任一形式中，热管基本上关闭使得其在正常运行期间限定基本上与周围环境流体隔离的环境。在另一特定形式中，传热流体被配置用来通过液体至气体转变从电池单元汲取热量。因而，形成为热管部分的这种流体可用作锂离子或相关电池单元的热控制装置，或者可为能够放置成与电池单元热连通的结构构件或相关部件（例如冷却板或冷却片）的部分。圆柱形或板状构造形成的内部流路用于将蒸发流体从热源输送至散热器，同时凝固流体通过重力从散热器输送至热源。可选地，当使用为水平应用设计的热管时，传热流体能够通过热管上的温度差和毛细作用系统或毛细作用输送以将传热流体输送回热源。压力控制装置优选地为破裂盘、减压阀或相似结构的形式。在另一形式中，容器由金属或其他高导热率结构材料制成。这样，热管形成热交换构件，其当热联接到外部散热器（例如，直接或通过邻近的冷却板或相关传热机构）的时候，为由电池的单独电池单元产生的热量提供相对有效的路径，以通过热管的外部结构放出。这在传热流体响应于过热和热源的内部压力（例如电池单元热事件）通过压力控制装置已经从热管被释放的情况下是特别有价值的，因为热管翅片的结构内留下的气隙将作为相邻电池单元之间的额外热障。在特定可选形式中，热管可以被放置成与冷却板、翅片或其他传热机构热连通。例如，冷却板或翅片可以具有在一个或两个表面上设置的冷却通道的大致薄的矩形结构，而热管形成大致圆柱形构件，其在板或翅片表面的一个或两个上延伸。本领域技术人员应该意识到，从热源到散热器的热通路将是专用的。同样，对于需要电池单元的主动加热的应用，具有毛细作用的水平构造的热管（双向热管）系统可用于从热源传递热量。对于重力是将凝固的传热流体输送回热源（单向热管）的基本上垂直热管的应用，柔性加热器膜可用于辅助模块中电池单元的预加热。在一种形式中，这些柔性加热器膜可以由DuPont的CooLamTM制成。本领域的技术人员应该意识到，从热源（管的一端）至散热器（另一端）的热通路将是专用的并且由可接受的传热性能规定确定。对于会需要电池单元的主动加热的应用，具有毛细作用的基本上水平热管定向（即双向热管）系统可用于从热源传递热量，例如可使用具有存储的潜热的热空气、液体或相变材料（PCM）。基本上水平（或稍微有角度）构造的优势可在于毛细作用将传热流体来回输送。
在特殊形式中，电池组由多个电池模块组成，电池模块的每个由一个或多个电池单元组成，电池单元的每个输送电流用于汽车的动力。在本背景中，术语“动力”描述了电池组，其能够提供比另一功率源（例如内燃发动机）的仅启动功率更多的功率；其包括电池组，其能够提供持续功率，该持续功率足够以与其设计一致的方式推进车辆。在一种形式中，由电池组产生的电流可以用于运行一个或多个电动机，其可转而用于转动一个或多个车轮。
在一种优选的形式中，传热流体制成在汽车应用中通常遇到的温度下，经过相变并且伴有热交换。在一种形式中，结合本发明使用的传热流体可构造成在通常大约-10oC至大约40oC的范围中经历相变，或者是该范围内更具体的值，取决于电池模块的需要；本领域技术人员将认识到这些温度附近的小变化也在本发明的范围内，只要这种变化对应于汽车操作的热环境，并且这种环境是汽车所设计的且合理地预期将在这种操作中遇到的。这样，相变温度能够通过化学成分变化或热管内部压力变化被“调节”到特定温度需要。
根据本发明的另一方面，公开了汽车。汽车的某些部分是常规的，例如底盘，带有一个或多个座椅的车身，车轮，和相关控制机构。此外，汽车包括用于提供动力的推进系统。推进系统包括一个或多个电池模块，电池模块的每个由一个或多个电池单元组成，其中发生电化学反应，以及放置成与电池单元热连通的热管。热管在其中包含有传热流体，使得在通常的构件暴露于热事件时和特别地传热流体暴露于热事件时（热事件由电池单元产生或在附近产生），过度的温度和伴随的施加给传热流体的压力将流体或气体（取决于相）从热管射出。
可选地，热管优选地包括减压装置，以便达到热事件时，减压装置允许热管内包含的传热流体和周围环境之间的流体连通；这样的流体连通允许传热流体的释放或相关解放。减压装置可以采取各种形式，例如前面讨论的，包括破裂盘，其在热管内流体地放置。在正常工作状态下（即，电池单元中或周围的温度以及热管内的传热流体的压力在管的设计极限内），破裂盘形成热管内部和周围环境之间的流体屏障器。在过度的操作条件下（例如上述的热事件的所伴随的），破裂盘将破裂或从容器射出。在另一形式中，热管可以包括（或被联接到）冷却板。
根据本发明的另一个方面，公开了制造用于电池模块的热管的方法。方法包括在热管内包含传热流体并将其布置成与组成电池模块的一个或多个电池单元热连通。这样，电池模块中或周围的温度增加导致传热流体在热管上施加压力；在温度增加足够高的情况下，热管上的传热流体施加的伴随压力增加超过预定阈值，使得减压装置被激活，使热管释放至少一部分传热流体。通过使用这样的减压装置（例如，破裂盘、减压阀、帽或其他校准的部件，其配置用来在预定高的压力或温度下部署）形成热管，后续的制造步骤（特别是会涉及热暴露和热管内的伴随超压的那些步骤）将损坏或以其他方式妨碍组装的热管的操作性的风险被降低。同样，热管的内部隔室的早期隔离帮助避免与拿掉破裂盘（或固定螺丝，其被用来在热管制造期间保持破裂盘在适当的位置）相关联的污染。
在一个可选形式中，热管包括减压装置，其至少在热管上的流体施加的压力不超过预定阈值的时候，可以用于把热管内包含的流体与周围环境隔离；这样的阈值可以为热管或包含的流体的特别的需求而调整。固定螺丝可以至少在一部分管制造期间用于维持减压装置在适当的位置，例如在热管固定到电池单元，冷却板，框架或其他结构构件期间。这样的固定的例子可以包括焊接，钎焊，铜焊或其他本领域的技术人员所知的热密集手段。如上所述，热管可以限定基本上圆柱形或基本上矩形的形状。
在一个可选形式中，传热流体的释放通过减压装置的激活而发生。在更特殊的形式中，这样的减压装置可以是破裂盘，其完成必要的致动以及通过破裂或盘的撞出至少一些传热流体的相关解放。在一种优选的形式中，热管是与减压装置一起的热管，以允许热管中包含的传热流体的选择性释放。因而，至少在热管上的传热流体施加的压力不超过预定压力阈值的时候，减压装置与热管配合以使传热流体与周围环境隔离。在另一选项中，热管可以进一步包括放置成与热管热连通的冷却板。在另一个选项中，热管布置成与一个或多个电池单元热连通包括在夹层状结构中布置冷却板和电池单元，其中电池单元和板的相邻面对表面向彼此放置以最大化它们之间的公共表面积。
本发明还提供了以下方案：
1.一种电池模块，包括：
至少一个电池单元，其被配置用来输送电流；和
放置成与所述至少一个电池单元热连通的热管，所述热管包括：
容器；
传热流体，其放置在所述容器内并且能够经过相变，从而作为一种方式来吸收所述至少一个电池单元内存在的热量的至少一部分；和
压力控制装置，其与所述容器和所述传热流体配合，使得在达到所述至少一个电池单元内的热事件时，所述压力控制装置允许所述传热流体和周围环境之间的流体连通。
2.根据方案1所述的电池模块，其特征在于，所述热管是基本上封闭的，使得其在正常操作期间限定出的环境基本上与所述周围环境流体隔离。
3.根据方案2所述的电池模块，其特征在于，所述热管限定基本上矩形的外轮廓。
4.根据方案2所述的电池模块，其特征在于，所述热管限定基本上圆柱形的外轮廓。
5.根据方案1所述的电池模块，其特征在于，所述压力控制装置包括减压阀。
6.根据方案1所述的电池模块，其特征在于，所述压力控制装置包括破裂盘。
7.根据方案1所述的电池模块，其特征在于，所述容器包括高导热性结构材料。
8.根据方案1所述的电池模块，其特征在于，其还包括放置成与所述热管热连通的冷却板。
9.一种汽车，其包括用于提供动力到汽车的推进系统，所述推进系统包括至少一个电池模块，所述至少一个电池模块包括：
至少一个电池单元；和
热管，其放置成与所述至少一个电池单元热连通，所述热管在其中包括传热流体，使得在所述传热流体暴露于由所述至少一个电池单元产生的热事件时，所述传热流体从所述热管释放。
10.根据方案9所述的汽车，其特征在于，所述热管限定出基本上圆柱形形状或基本上矩形形状中的一个。
11.根据方案10所述的汽车，其特征在于，所述热管包括联接到热管的减压装置，使得在达到所述热事件时，所述减压装置促进所述热管内包含的所述传热流体的所述释放。
12.根据方案11所述的汽车，其特征在于，所述减压装置包括流体地放置在所述热管内的破裂盘，使得在正常操作条件下，所述破裂盘形成所述热管的内部和周围环境之间的流体屏障器。
13.根据方案9所述的汽车，其特征在于，其还包括放置成与所述热管热连通的冷却板。
14.一种制造用于电池模块的热管系统的方法，所述方法包括：
在热管内包含传热流体；和
将所述热管以如下方式固定到所述热管系统内的其他结构：所述热管暴露于温度增加，如果所述温度增加足以导致热事件，则伴随有由所述传热流体施加在所述热管上的压力超过预定阈值，由此导致所述热管释放至少一部分所述传热流体。
15.根据方案14所述的方法，其特征在于，所述热管包括减压装置，所述减压装置与所述热管配合以使至少在由所述传热流体施加在所述热管上的压力不超过所述预定阈值时，所述包含的传热流体与周围环境隔离。
16.根据方案15所述的方法，其特征在于，其还包括提供补充支承从而至少在所述固定的一部分期间维持所述减压装置就位，使得置于所述热管内的所述传热流体不被过早地释放。
17.根据方案16所述的方法，其特征在于，所述将所述热管固定到所述热管系统内的其他结构包括焊接，钎焊，铜焊的至少一种。
18.根据方案16所述的方法，其特征在于，所述热管限定基本上圆柱形的形状。
19.根据方案16所述的方法，其特征在于，所述热管限定基本上矩形的形状。
20.根据方案16所述的方法，其特征在于，其还包括在所述固定之前，流体地密封所述热管中的所述传热流体。
附图说明
图1示出了具有以电池组和内燃发动机的形式的混合动力推进系统的车辆；
图2A是组成图1的电池组的电池模块的简化的分解图，其中模块包括被动式热管理；
图2B显示热管的更多细节，其可用作一个实施例为图2A的电池模块提供被动热管理；
图3A-3C在简化形式中显示被用来提供一个或多个电池模块的被动热管理的热管组件；
图4A-4C显示对于正常的（图4A）和热失控（图4B和4C）工作模式的图3A-3C的热管的工作模式；
图5A显示在电池模块的电池单元之间的用作被动热管理的热管的替代实施例；和
图5B显示图5A的替代实施例热管的细节。
具体实施方式
首先参照图1。车辆1包括以电池组10和常规ICE20形式的混合动力推进系统。正如上面提到的，这样的车辆称为HEV。电池组10使用众多的电池模块100，其典型地如图所示以重复阵列排列。在一个典型的例子中，电池组1可为大约200个单独的电池单元（将在下面更详细讨论的），虽然本领域技术人员将会理解，可能需要更多或更少的电池单元，这取决于所需的功率。本领域的技术人员将会进一步理解，车辆1也可以不需要ICE20；在这样的情况下，不是HEV，而是EV；任意方式都在本发明的范围内。
接下来参照图2A，示出了根据本发明的一个实施例的分解图，其显示了电池模块100的大部分，其具有被动热传播减轻特征。本领域的技术人员可以理解，操作所需的其他电池部件未示出以便更好地强调这样的热传播减轻特征。这种当前省略部件的实例包括框架和相关结构，冷却板和散热器，绝缘片或类似物。为了形成模块100，本文所讨论的至少一些部件可以重复堆叠状的方式排列。例如，具有承载电流的电极112、114的大量的电池单元110可插入众多的冷却板120中。另外的部件，例如加热器膜（未示出）也可以被包括。这样的膜，其在一种形式中可能是柔性片，可用于低温环境中的主动加热，其中启动和操作电池对电池寿命会是特别损害的。在一种形式中，这些柔性加热器膜可以由DuPont的CooLamTM制成。柔性加热器膜可以除了将由电池单元110产生的过量热量转移走之外用于向电池单元110传递热量。特别地，它们可以联接到外部源（例如，外部电流源）以提供用于涉及冷冻情况下的冷温度的主动加热。
如图示的，冷却板120包括热管122。本领域的技术人员应该意识到，在冷却板120的相对边缘的热管122的此描述是仅示例的，在一个特别的实施例中，热管122可以在每个板120的一个或两个主表面的基本上全部上以并排方式放置，热管122内的适当流体的使用通过排空的和密封的容器中包含的少量工作流体的选择性排空和凝固促进了额外传热，其优点在于流体内部压力的局部变化以允许潜热相应的吸收或释放。用于热管的可接受传热流体包括但不限于真空中的去离子水，其可以从液相改变至气相，然后在散热器重新凝固回到液相并利用重力或毛细作用系统转移回到热源。通过连续相变循环的潜热的释放称为热虹吸，传热流体通过压力或材料成分改变可被调整到预期的工作温度。优选地，重力或毛细作用允许在管122的一端凝固的流体移动到相对端以蒸发而允许循环重复。如热管领域技术人员将认识到的，当流体具有大量的蒸发热的时候，大量的热可被转移，即使当在管122的相对端之间的温差不大的时候。如上所述，传热流体可以用作热管122中的冷却剂。
将意识到除了当前公开的传热流体以外的其他材料可用于提供对电池单元110的增强的加热或冷却的至少一个。例如，microPCM，其由非常小双组分粒子或包覆组成，非常小双组分粒子或包覆包括芯材料，其具有的潜热变化被调整到通常汽车电池组中遇到的温度范围，以及外壳或包覆，其由聚合物或相关材料制成，使得在一起芯和壳限定了大致球形的泡沫状材料。在电池热管理系统中的microPCM的使用的例子可以是特别是合适的；这些在2011年7月1日提交的题目为LIQUIDCOOLANTWITHMICROENCAPSULATEDPHASECHANGEMATERIALSFORAUTOMOTIVEBATTERIES，由本发明受让人拥有的共同待决美国专利申请No.13/175,225中详细讨论，其通过引用全文并入本文。
在一个优选实施例中，压力控制机构位于热管122中或热管122上以允许流体（特别是当气态形式的时候）排出；这样的释放将发生的一种情况施加到热管122的温度足够高以在管密封的内部空腔内诱发超压的情况。在这样的事件中，释放的流体会被引入电池组10内包含的自由空间或释放到一个或多个特定位置，例如在车辆的发动机舱中的空隙。在另一优选实施例中，热管122壳体或容器由高导热率材料制成，从而壳体以通常类似于上述冷却片的方式工作。例如，壳体可由高导热率金属制成，例如铝基或铜基材料。
为了在电池寿命和性能之间的实现期望的平衡，本发明人确定在电池组10的模块100之间仅允许小温度变化。此外，本发明人确定某些类型电池，例如Li离子电池，最好在25oC和40oC之间的温度操作，模块到模块差异保持不超过大约5oC。热管122可为特定工作温度设计，其满足最佳电池单元110；同样，热管122的相对恒温帮助改进相对平均的电池单元110温度分布的可能性。与锂离子电池结合的热管的一个特殊使用在2011年7月1日提交的题目为COMBINATIONOFHEATPIPEANDLOUVEREDFINSFORAIR-COOLINGOFLI-IONBATTERYCELLANDPACK，由本发明受让人拥有的共同待决美国专利申请No.12/914,062中详细公开，该申请通过引用全文并入本文。热管，例如热管122，是被动传热元件的例子。在另一示例性实施例（未示出）中，热管形式的冷却元件可以是表面光滑的棱柱形容器，其中冷却元件的表面与棱柱电池单元的表面一致。通过使冷却元件的容积通过手风琴状折叠金属的收缩而膨胀，手风琴状结构将响应于压力变化。
接下来参照图2B，热管122的内部构造的细节被显示。管122内包含的传热流体126存在于在蒸发区域的液相126A中，蒸发区域邻近管122的一端的热源。在所示的实施例中，其中管122的垂直定向促进重力进给虹吸架构，进给到传热流体126的热量Q帮助其通过相变到气态形式126B，其沿着热管122的外圆周长上升部122A渗透到顶部；在到达与凝固区域一致的热管122的顶部时，更高温度气相126B进入与适当的散热器128热连通，其可为某种形式的空气或液体冷却。更密实液相126A的气相126B的凝固使传热流体126下落经过可选的下水管，毛细作用装置或其他装置122B，其在上升部122A内径向地设置，其中流体126可然后用于吸收另外的热量Q。如将被本领域的技术人员认识到的，传热流体的这些热虹吸属性能够为电池模块100的单个的电池单元110的工作温度调节。在一种形式中，这样的温度条件可以大约是30°C，虽然其他相变条件也可以被调整。如将更详细地在下面讨论的，破裂盘位于蒸发区域附近的区域中的热管122内，在蒸发区域存在传热流体126的气相126B。
接着参照图3A至3C，显示了一连串步骤，其描述热管122的制造。首先参照图3A，第一组装步骤被显示，其中可用作压力控制装置的破裂盘124被插入空的热管122，在这之后固定螺丝123拧入到管122顶部处的互补的一组螺纹以在随后的传热流体填充和相关密封期间将破裂盘124固定在适当的位置上。如可在一种形式中看到的，盘124的尺寸使得装配在管122内部的稍小直径尺寸内，盘124稍微弯曲使得其当面对内部部分时具有凹的形式，盖内部将包含传热流体。如本领域的技术人员将理解的，盘124的厚度，强度和相关破裂属性可以为管122周围的电池环境的特定热需要而调整。这样，盘124的其他形式，包括相对平坦（即非凹）形状，以及非圆柱形形状，也可以被使用。同样，如上所述，其他校准特征，例如雕刻，材料选择，厚度等，的适当使用或组合可用于施加盘124的特定激活响应特性；这样的变化被认为在本发明的范围内。
接着参照图3B，一旦盘124和固定螺丝123就位，热管122可以通过放置一定量的传热流体126进入内部而填充。在一种形式中，流体126可以被引入通过临时孔122T或通过将要被固定的覆盖物或盖，例如在热管122的底部显示的。在此步骤期间，固定螺丝123保持在适当的位置以提供对盘124的额外支承。虽然概念上地显示为临时孔122T处定位填充端口引入，本领域技术人员将认识到，取决于热管制造的类型，其他端可用作传热流体126引入的填充端口，只要这样的引入不与破裂盘124的精确校准的性质干扰。
接着参照图3C，一旦传热流体126和盘124在管122内牢固地就位，管122可以被密封（例如，在与图3B相对应的步骤的孔122T处的流体引入的点处）。此外，固定螺丝123可以被去除。虽然不显示，可用作热管122的部分的保护装置的另一形式是减压阀。这样的阀能够被使用而代替破裂盘124作为在一个或多个热管122内达到预定超压条件时允许传热流体126到周围环境的选择性通路的一种方法。这种减压阀的使用被认为再本发明的范围内。本领域技术人员同样将认识到的是，不需要基于螺丝的装置用于提供制造或组装期间热管122的增强，因为就位的临时固定盘124的其他装置可用于确保热管122组装期间盘124的结构整体性。通过非限制性实例，磨擦配合构件，以及消融的或相关牺牲产品可以被使用，只要它们具有足够的能力以经受在热管122制造期间或其随后附着到冷却盘120或电池模块100内的其他部件期间预计遇到的温度和压力条件。固定螺丝123和破裂盘124的该使用帮助避免过度加热或污染的困难，其与传统的热管制造有关。如上所述，由固定螺丝123所提供的补充支承应当足以防止热管122的制造步骤期间破裂盘124的无意或过早的激活，一旦大部分或全部的步骤（其可能具有将热管122暴露于过度加热或温度条件）已经完成，可以进行固定螺丝123的后续移除。
接着参照图4A至4C，根据图3A至3C所示的步骤制造的热管122的操作在正常热条件（图4A）以及热失控条件（图4B和4C）下示出。特别参照图4A，在正常操作条件下，热管122以及其中包含的传热流体126将吸收来自电池或相关周围环境的热量。在这种正常操作期间，破裂盘124保持就位，而过度热量Q从热管122的凝固端被释放，以被引导到散热器128。在这样的时间期间，热管122能够在流体的液气转变温度从电池单元回收热量。
特别参照图4B和4C，在热失控期间或相关不正常使用条件期间，其中热流Q超过容器122保持传热流体126的容量，由传热流体126导致的热管122内的内部压力超过破裂盘124的极限，使其破裂或以其他方式变成排出。这转而产生热管122内的高压环境和周围环境之间的流路。高度加压流体126通过新建的流路逸出；它的潜热然后被解放，以被周围环境吸收。在一种形式中，周围环境可以是电池组10内的自由空间，而在其他形式中其可以是环境空气，在另一个形式中其可以被引导（例如通过适当的管道系统或相关导管，未示出）到特定流体接收位置。一旦流体126已经从热管122逸出，管122的内部可以由周围环境的气体（例如空气）回填。剩余气体127（例如，空气）的相对低导热性帮助热管122（以及冷却板120）充当热障；这样，温度敏感部件，例如电池单元110的邻近的那些，能够另外地隔离以防暴露到由相邻电池单元110产生的过度热量，由此减少热失控的可能性。重要地，一旦一个或多个热管122已经暴露于热失控条件，牺牲破裂盘124的相对低成本构造允许相对便利的更换。补充装置，例如传感器（未示出），可以用于监视热管122健康以便达到某预定阈值时，信号可以被发送（例如到计算机或相关控制器，以及到车辆操作者），以识别一个或多个破裂或相关热事件。
接着参照图5A和5B，替代实施例热管222被显示。与大致圆柱形热管122的制造和操作相关的上述讨论同样地适用于图5A和5B的实施例，其中热管222，不是具有大致圆柱形管状结构，例如以图2至4C所示，而是具有大致板状构造，其中传热流体的运动为通道223专用，该通道223在相对的主要大致平坦表面222-1和222-2之间形成。气流200可提供在其通路上经过各种矩形热管222（以及单个的电池单元110）的边缘到散热器128的对流冷却。如所示的，破裂盘224形式的压力释放可以沿着热管222的边缘的任何地方定位以去除潜热。如前面讨论的破裂盘124，本领域的技术人员将认识到，破裂盘224或相关塞子、帽、盖或其他热管封闭机构可以特定撕破属性修正或校准，以使其具有基本上预定温度或伴随的压力属性，在这至少发生激活。类似地，上述的减压阀（未示出）可以被采用，以便通过在合适的温度或压力水平激活，其允许管222内部和周围环境之间的流体连通。任何这些变体被认为在本发明的范围内。在本构造中，热管222可以不需要分离的冷却板120（例如在图2A所示的）。尽管具有薄的，大致平面的轮廓，矩形的热管222包括在表面222-1和222-2之间形成的通道223，以允许在其中传热流体的放置。这样的流体也可以制成为循环通过相邻冷却板120，使得吸收到流体中的热量能够通过合适的热交换器（未示出）向下游抽走。在冷却板120被保持与热管222的平面轮廓协作的事件中，冷却板120具有相对大的面积作为接触表面以增加传入或传出电池单元110的热量。同样，冷却片（未示出）也可以被采用，以提供另外的冷却表面积。在一种形式中，一个或多个热敏电阻（未示出）或相关传感器可以位于各种部件之间以监视电池单元110温度。在一种形式中，通道223是大致细长的以便内部放置的传热流体可以在热管222的相对端部或区域222A和222B的一个处被加热和蒸发，而以类似于上述圆柱形对等物的方式在其他相应端部或区域处被冷却和凝固。增加矩形热管222的传热能力的一种方法是使表面222-1和222-2由非常高导热性（例如铝基或铜基）材料制成，以及具有显著的贯穿厚度接触。
注意类似“优选”、“通常”和“典型地”的术语在本文中不用于限制要求保护的发明的范围或暗示某些特征对于要求保护的发明的结构或功能是至关重要的、必不可少的或甚至重要的。而是这些术语仅意于强调在本发明的特别实施方案中可以使用或可以不使用的可替代的或另外的特征。同样，使用术语“基本上”表示可能归因于任意定量比较、数值、测量值或其他表示的固有不确定性程度。该术语在本文中还用于表示定量表示可以偏离所述参考值而不会导致所述主题的基本功能发生改变的程度。
为了描述和限定本发明的目的，注意本文中使用术语“装置”表示部件的组合或单一部件，无论该部件是否与其他部件结合。例如，根据本发明的装置可包括动力源，包含动力源的车辆，或者可组成或结合车辆或动力源使用的其他设备。此外，术语“汽车”，“机动车”，“车辆”等的变体意味着通常含义，除非上下文另有规定。这样，对汽车的参考将被理解为包括轿车，卡车，公共汽车，摩托车和其他类似模式的交通工具，除非上下文中更具体地说明。同样，本发明可结合与汽车应用不相关的电池单元使用，其中温度敏感设备会需要额外的热防护，这种额外的构造被理解为在本发明的范围内。
参考其特别实施方案详细描述了本发明，但在不脱离后附权利要求限定的本发明的范围的情况下可以进行改进和变化，这将是显而易见的。更特别地，尽管本发明的一些方面在本文中认定为优选的或特别有利的，但认为本发明并不必须限制于本发明的这些优选方面。

Claims (21)

1.一种电池模块，包括：
至少一个电池单元，其被配置用来输送电流；和
放置成与所述至少一个电池单元热连通的热管，所述热管包括：
容器；
传热流体，其放置在所述容器内并且能够经过相变，从而作为一种方式来吸收所述至少一个电池单元内存在的热量的至少一部分，其中传热流体的流体热虹吸属性为30°C的工作温度调节；和
压力控制装置，其与所述容器和所述传热流体配合，使得在达到所述至少一个电池单元内的热事件时，所述压力控制装置允许所述传热流体和周围环境之间的流体连通。
2.根据权利要求1所述的电池模块，其特征在于，所述热管是封闭的，使得其在正常操作期间限定出的环境与所述周围环境流体隔离。
3.根据权利要求2所述的电池模块，其特征在于，所述热管限定矩形的外轮廓。
4.根据权利要求2所述的电池模块，其特征在于，所述热管限定圆柱形的外轮廓。
5.根据权利要求1所述的电池模块，其特征在于，所述压力控制装置包括减压阀。
6.根据权利要求1所述的电池模块，其特征在于，所述压力控制装置包括破裂盘。
7.根据权利要求1所述的电池模块，其特征在于，所述容器包括高导热性结构材料。
8.根据权利要求1所述的电池模块，其特征在于，其还包括放置成与所述热管热连通的冷却板。
9.一种汽车，其包括用于提供动力到汽车的推进系统，所述推进系统包括至少一个根据权利要求1所述的电池模块，所述电池模块包括：
至少一个电池单元；和
热管，其放置成与所述至少一个电池单元热连通，所述热管在其中包括传热流体，使得在所述传热流体暴露于由所述至少一个电池单元产生的热事件时，所述传热流体从所述热管释放。
10.根据权利要求9所述的汽车，其特征在于，所述热管限定出圆柱形形状或矩形形状中的一个。
11.根据权利要求10所述的汽车，其特征在于，所述热管包括联接到热管的减压装置，使得在达到所述热事件时，所述减压装置促进所述热管内包含的所述传热流体的所述释放。
12.根据权利要求11所述的汽车，其特征在于，所述减压装置包括流体地放置在所述热管内的破裂盘，使得在正常操作条件下，所述破裂盘形成所述热管的内部和周围环境之间的流体屏障器。
13.根据权利要求9所述的汽车，其特征在于，其还包括放置成与所述热管热连通的冷却板。
14.一种制造用于电池模块的热管系统的方法，所述方法包括：
在热管内包含传热流体；和
将所述热管以如下方式固定到所述热管系统内的其他结构：所述热管暴露于温度增加，如果所述温度增加足以导致热事件，则伴随有由所述传热流体施加在所述热管上的压力超过预定阈值，由此导致所述热管释放至少一部分所述传热流体。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述热管包括减压装置，所述减压装置与所述热管配合以使至少在由所述传热流体施加在所述热管上的压力不超过所述预定阈值时，所述包含的传热流体与周围环境隔离。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，其还包括提供补充支承从而至少在所述固定的一部分期间维持所述减压装置就位，使得置于所述热管内的所述传热流体不被过早地释放。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述将所述热管固定到所述热管系统内的其他结构包括钎焊。
18.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述将所述热管固定到所述热管系统内的其他结构包括铜焊。
19.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述热管限定圆柱形的形状。
20.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述热管限定矩形的形状。
21.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，其还包括在所述固定之前，流体地密封所述热管中的所述传热流体。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108081973A (zh) * 2016-11-23 2018-05-29 上海汽车集团股份有限公司 电动汽车、控制单元及控制方法

Families Citing this family (41)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2997234B1 (fr) * 2012-10-22 2016-05-06 Renault Sa Cellule electrochimique de stockage d'electricite.
US20140356652A1 (en) * 2013-06-04 2014-12-04 Ford Global Technologies, Llc Battery thermal management system for electrified vehicle
FR3007211A1 (fr) * 2013-06-13 2014-12-19 Michelin & Cie Bloc batterie pour vehicule automobile
DE102013222293A1 (de) * 2013-11-04 2015-05-07 Robert Bosch Gmbh Batteriemodul
DE202014010473U1 (de) 2014-01-15 2015-09-17 Hans Kunstwadl Passive Temperaturregelung von Akkus durch Zweiphasen-Wärmetransport und - speicherung
DE102014100420A1 (de) 2014-01-15 2015-07-30 Hans Kunstwadl Passive Temperaturregelung von Akkus durch zweiphasen Wärmetransport und -speicherung
DE102014202043A1 (de) * 2014-02-05 2015-08-06 Robert Bosch Gmbh Vorrichtung zur Erhöhung der Sicherheit beim Gebrauch von Batteriesystemen
US9761919B2 (en) 2014-02-25 2017-09-12 Tesla, Inc. Energy storage system with heat pipe thermal management
US11402160B2 (en) * 2014-10-01 2022-08-02 Hamilton Sundstrand Corporation Heat transfer fins
US20170271912A1 (en) * 2014-12-16 2017-09-21 Sinewatts, Inc. Dispatchable photovoltaic panel with fully integrated energy storage and grid interactive power conversion
DE102015108426B4 (de) * 2015-05-28 2020-01-16 Lisa Dräxlmaier GmbH Vorrichtung zur Kühlung einer Batterie
DE102015219536B4 (de) * 2015-10-08 2023-04-27 Volkswagen Aktiengesellschaft Batteriezellenmodul
GB2545204A (en) * 2015-12-08 2017-06-14 Gm Global Tech Operations Llc A heat management system for an automotive system
US10193196B1 (en) 2016-04-19 2019-01-29 Mainstream Engineerding Corporation Internal battery cell cooling with heat pipe
JP7149269B2 (ja) 2016-11-18 2022-10-06 ロメオ・システムズ，インコーポレーテッド 蒸気チャンバを利用したバッテリ熱管理のためのシステムおよび方法
WO2018118976A1 (en) * 2016-12-22 2018-06-28 Romeo Systems, Inc. Battery cell with integrated vapor chamber
EP3563439A4 (en) 2016-12-29 2020-09-16 Romeo Systems, Inc. SYSTEMS AND PROCEDURES FOR BATTERY STRUCTURE, CONNECTIONS, MEASUREMENT AND BALANCING
WO2019035571A1 (ko) * 2017-08-14 2019-02-21 주식회사 엘지화학 온도 조절 성능이 개선된 배터리 팩
KR20190043277A (ko) * 2017-10-18 2019-04-26 현대자동차주식회사 냉각 장치 및 이를 포함하는 배터리 모듈
DE102017219552A1 (de) * 2017-11-03 2019-05-09 Gs Yuasa International Ltd. Batteriemodul, Kühlelement und Verwendung eines solchen Batteriemoduls
CN110137616A (zh) * 2018-02-02 2019-08-16 北京海博思创科技有限公司 一种电池热管理系统
CN108390130A (zh) * 2018-04-28 2018-08-10 华霆（合肥）动力技术有限公司 降温装置、电池模组及电动汽车
DE102018114417A1 (de) * 2018-06-15 2019-12-19 Man Truck & Bus Se Technik zur Erwärmung eines Traktionsenergiespeichers
DE102018123707B4 (de) 2018-09-26 2022-07-07 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Batterieeinrichtung
US11183732B2 (en) 2018-11-26 2021-11-23 International Business Machines Corporation Non-sealed apparatus for batteries with a containment structure for gasses
NL2023100B1 (en) * 2019-05-09 2020-11-30 Mgenergy Systems B V Battery with thermal propagation safety system and method for preventing thermal propagation
DE102019118905A1 (de) * 2019-07-12 2021-01-14 Carl Freudenberg Kg Kühlsystem und Energiespeicher mit einem Kühlsystem
KR20210011640A (ko) * 2019-07-23 2021-02-02 에스케이이노베이션 주식회사 배터리 모듈
GB2589149B (en) * 2019-11-25 2021-12-15 Reaction Engines Ltd Thermal ground plane
DE102019133204A1 (de) * 2019-12-05 2021-06-10 Automotive Lighting Reutlingen Gmbh Verbund mehrerer elektronischer Steuergeräte und Verfahren zum Kühlen eines Verbunds mehrerer Steuergeräte
EP3907779A1 (en) 2020-05-08 2021-11-10 Volvo Car Corporation A battery module
JP7422790B2 (ja) 2020-07-10 2024-01-26 寧徳時代新能源科技股▲分▼有限公司 電池のケース、電池、電力消費装置、電池製造方法及び装置
PL3965214T3 (pl) * 2020-07-10 2023-08-21 Contemporary Amperex Technology Co., Limited Akumulator i powiązany z nim przyrząd oraz sposób przygotowywania i jego urządzenie przygotowawcze
EP3965213B1 (en) 2020-07-10 2023-03-29 Contemporary Amperex Technology Co., Limited Battery and related apparatus thereof, preparation method and preparation device
WO2022006892A1 (zh) 2020-07-10 2022-01-13 宁德时代新能源科技股份有限公司 电池、用电装置、制备电池的方法和装置
CN111786056B (zh) * 2020-07-13 2022-09-23 重庆广播电视大学重庆工商职业学院 用于纯电动汽车动力单元的电池冷却板
US11877423B2 (en) 2020-10-08 2024-01-16 Toyota Motor Engineering And Manufacturing North America, Inc. Battery thermal management with large area planar heat pipes
CN112467242B (zh) * 2020-11-09 2021-10-01 清华大学 电池防护组件和电池包
DE102021105782A1 (de) 2021-03-10 2022-09-15 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Elektrischer Energiespeicher für ein Kraftfahrzeug sowie Verfahren zum Betreiben eines solchen elektrischen Energiespeichers
US20230030003A1 (en) * 2021-07-28 2023-02-02 GM Global Technology Operations LLC Battery module with thermal energy storage member
EP4286781A1 (en) * 2022-06-02 2023-12-06 Airbus S.A.S. Heat conducting element for transferring heat away from a battery system

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2324525Y (zh) * 1998-05-04 1999-06-16 陈希立 回路型热管的蓄热能电池

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2819600C2 (de) * 1978-05-05 1983-03-17 Brown, Boveri & Cie Ag, 6800 Mannheim Elektrochemische Speicherbatterie
JP4123541B2 (ja) * 1997-07-02 2008-07-23 株式会社デンソー 電池冷却装置
US6010800A (en) * 1998-06-17 2000-01-04 Hughes Electronics Corporation Method and apparatus for transferring heat generated by a battery
US20060272830A1 (en) * 2002-09-23 2006-12-07 R. Giovanni Fima Systems and methods for monitoring and controlling water consumption
RU2007112833A (ru) * 2004-09-08 2008-10-20 Хонейвелл Интернэшнл Инк. (Us) Ионообменные смолы, способ их получения, устройства и агрегаты теплопередачи, содержащие их
KR20060027578A (ko) 2004-09-23 2006-03-28 삼성에스디아이 주식회사 이차 전지 모듈 온도 제어 시스템
WO2006111005A1 (en) * 2005-04-22 2006-10-26 Angstrom Power Inc. Composite hydrogen storage material and methods related thereto
US8119280B2 (en) * 2007-06-07 2012-02-21 A123 Systems, Inc. Cap assembly for a high current capacity energy delivery device
JP4650577B2 (ja) * 2009-03-24 2011-03-16 パナソニック株式会社 燃料電池コージェネレーションシステム
US9433128B2 (en) * 2009-05-26 2016-08-30 Deep Science, Llc System and method of operating an electrical energy storage device or an electrochemical energy generation device, during charge or discharge using microchannels and high thermal conductivity materials
DE102009045271A1 (de) 2009-10-02 2011-04-07 Robert Bosch Gmbh Notfallkühleinrichtung
DE102009057163A1 (de) 2009-12-05 2011-06-09 Volkswagen Ag Vorrichtung und Verfahren zur Kühlung
US8785024B2 (en) 2010-02-23 2014-07-22 GM Global Technology Operations LLC Combination of heat pipe and louvered fins for air-cooling of Li-Ion battery cell and pack
US8623538B2 (en) 2011-07-01 2014-01-07 GM Global Technology Operations LLC Liquid coolant with microencapsulated phase change materials for automotive batteries

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2324525Y (zh) * 1998-05-04 1999-06-16 陈希立 回路型热管的蓄热能电池

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108081973A (zh) * 2016-11-23 2018-05-29 上海汽车集团股份有限公司 电动汽车、控制单元及控制方法

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Publication number Publication date
DE102012220873B4 (de) 2024-02-01
US9689624B2 (en) 2017-06-27
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DE102012220873A1 (de) 2013-05-23

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