CN105633503A - 包括用导热膜包裹的蓄电池单元的蓄电池总成 - Google Patents

Abstract

根据本公开的示例性方面的蓄电池总成，除其他方面以外，包括多个蓄电池单元和包裹多个蓄电池单元中的每个的导热膜。每个导热膜与多个蓄电池单元中的每个的六个面邻接。

Description

包括用导热膜包裹的蓄电池单元的蓄电池总成

技术领域

本公开涉及一种用于电动车辆的蓄电池总成。蓄电池总成包括多个蓄电池单元和包裹每个蓄电池单元的导热膜。蓄电池总成不包括定位在总成的相邻蓄电池单元之间的间隔件。

背景技术

降低汽车燃料消耗和排放的需要是众所周知的。因此，正在开发降低对内燃发动机的依赖或完全消除对内燃发动机的依赖的车辆。电动车辆是当前为了这个目的而正在被开发的一种类型的车辆。通常，电动车辆与传统的机动车辆不同，因为它们是由一个或多个蓄电池供电的电机选择性地驱动。相比之下，传统的机动车辆完全依赖内燃发动机来驱动车辆。

用于为电机提供动力的高电压蓄电池通常包括多个蓄电池阵列。每个蓄电池阵列包括多个蓄电池单元和设置在相邻蓄电池单元之间的多个间隔件。蓄电池单元和间隔件以交替的方式并排堆叠以使相邻蓄电池单元彼此物理上隔开。间隔件使蓄电池单元与相邻的蓄电池单元电绝缘。

发明内容

根据本公开的示例性方面的蓄电池总成，除其他方面以外，包括多个蓄电池单元和包裹多个蓄电池单元中的每个的导热膜。每个导热膜与多个蓄电池单元中的每个的六个面邻接。

在上述蓄电池总成的另一非限制性实施例中，多个蓄电池单元中的每个包括具有顶面、底面、相对的端壁和相对的侧壁的外壳。

在任一上述蓄电池总成的另一非限制性实施例中，导热膜覆盖底面、相对的端壁和相对的侧壁，但仅部分地覆盖顶面。

在任何上述蓄电池总成的另一非限制性实施例中，导热膜由聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或聚酰亚胺制成。

在任何上述蓄电池总成的另一非限制性实施例中，多个蓄电池单元夹在端板之间。

在任何上述蓄电池总成的另一非限制性实施例中，间隔件定位在端板和多个蓄电池单元之间。

在任何上述蓄电池总成的另一非限制性实施例中，蓄电池总成不包括定位在多个蓄电池单元的相邻的蓄电池单元之间的间隔件，使得仅导热膜在相邻的蓄电池单元之间延伸。

在任何上述蓄电池总成的另一非限制性实施例中，多个蓄电池单元定位在热交换器的顶上。

在任何上述蓄电池总成的另一非限制性实施例中，热交换器包括配置成输送冷却剂的内部通道。

在任何上述蓄电池总成的另一非限制性实施例中，多个翼片在内部通道内延伸。

在任何上述蓄电池总成的另一非限制性实施例中，导热膜仅部分地覆盖多个蓄电池单元中的每个的顶面。

在任何上述蓄电池总成的另一非限制性实施例中，多个蓄电池单元中的每个包括在导热膜的边缘部分之间延伸的暴露面，并且包含设置在暴露面上的陶瓷涂层。

在任何上述蓄电池总成的另一非限制性实施例中，多个蓄电池单元的第一蓄电池单元的暴露面与多个蓄电池单元的第二蓄电池单元的暴露面间隔开至少1.2mm(0.047英寸)。

在任何上述蓄电池总成的另一非限制性实施例中，多个蓄电池单元定位在热交换器的顶上，并且热界面材料设置在多个蓄电池单元的至少一部分和热交换器之间。

根据本公开的另一示例性方面的方法，除其他方面以外，包括用导热膜包裹蓄电池单元。导热膜覆盖蓄电池单元的底面、相对端壁和相对侧壁，但仅部分地覆盖蓄电池单元的顶面。

在上述方法的另一非限制性实施例中，方法包括将热量从蓄电池单元传导到相邻蓄电池单元或将热量从蓄电池单元传导到热交换器。

在任一上述方法的另一非限制性实施例中，方法包括将热量从蓄电池单元传导通过导热膜并且然后传导到相邻的蓄电池单元并且在将热量传导到相邻的蓄电池单元之后，使热量消散到热交换器中。

在任何上述方法的另一非限制性实施例中，方法包括将冷却剂输送通过热交换器。

在任何上述方法的另一非限制性实施例中，蓄电池单元的顶面包括未被导热膜覆盖的暴露面，并且将陶瓷涂层施加到暴露面。

可以独立地或以任意组合地采取上述段落、权利要求或下面说明书和附图的实施例、示例和可选方案，包括它们的任何各个方面或各自单独的特征。针对一个实施例所描述的特征适用于所有的实施例，除非这样的特征是不相容的。

根据下面的具体实施方式，本公开的各种特征和优势对本领域技术人员来说，将变得显而易见。伴随具体实施方式的附图可以简短地描述如下。

附图说明

图1示意性地说明电动车辆的动力传动系统；

图2说明电动车辆的蓄电池总成；

图3示意性地说明用导热膜包裹的蓄电池单元；

图4示意性地说明蓄电池总成的蓄电池单元提升情况；

图5说明根据本公开的另一个实施例的蓄电池总成；

图6说明根据本公开的又一实施例的蓄电池总成；

图7示意性地说明蓄电池单元包裹过程；

图8说明示例性导热膜。

具体实施方式

本公开详述用于电动车辆的蓄电池总成。蓄电池总成包括多个蓄电池单元和包裹每个蓄电池单元的导热膜。导热膜与蓄电池单元的六个面邻接。在某些实施例中，导热膜覆盖蓄电池单元的底面、相对的端壁和相对的侧壁，但仅部分地覆盖蓄电池单元的顶面。蓄电池总成不包括定位在总成的相邻的蓄电池单元之间的任何间隔件。导热膜促进相邻的蓄电池单元之间的热传导和电绝缘。在本公开的下面的段落中更详细地讨论这些和其他特征。

图1示意性地说明用于电动车辆12的动力传动系统10。虽然在这个非限制性实施例中描绘为混合动力电动车辆(HEV)，但应该理解的是，在此描述的构思不限于HEV并且可以扩展到包括但不限于插电式混合动力电动车辆(PHEV)、纯电动车辆(BEV)和燃料电池车辆(FCV)的其他电动车辆。

在一个实施例中，动力传动系统10是使用第一驱动系统和第二驱动系统的动力分配动力传动系统。第一驱动系统包括发动机14和发电机18(即，第一电机)的组合。第二驱动系统至少包括马达22(即，第二电机)、发电机18、和蓄电池总成24。在这个示例中，第二驱动系统被认为是动力传动系统10的电驱动系统。第一和第二驱动系统生成扭矩以驱动电动车辆12的一组或多组车辆驱动轮28。

比如内燃发动机这样的发动机14和发电机18可以通过比如行星齿轮组这样的动力传输单元30连接。当然，包括其他齿轮组和变速器的其他类型的动力传输单元，可以用于将发动机14连接到发电机18。在一个非限制性实施例中，动力传输单元30是包括环形齿轮32、中心齿轮34和托架总成36的行星齿轮组。

发电机18可以由发动机14通过动力传输单元30驱动以将动能转换为电能。发电机18可以可选地起马达的作用以将电能转换为动能，从而输出扭矩到连接到动力传输单元30的轴38。因为发电机18可操作地连接到发动机14，发动机14的转速可以由发电机18控制。

动力传输单元30的环形齿轮32可以连接到轴40，轴40通过第二动力传输单元44连接到车辆驱动轮28。第二动力传输单元44可以包括具有多个齿轮46的齿轮组。其他动力传输单元也可能是合适的。齿轮46将扭矩从发动机14传输到差速器48以最终向车辆驱动轮28提供牵引力。差速器48可以包括实现到车辆驱动轮28的扭矩传输的多个齿轮。在一个实施例中，第二动力传输单元44通过差速器48机械地连接到轮轴50以将扭矩分配给车辆驱动轮28。

通过输出扭矩到也连接到第二动力传输单元44的轴52，马达22也可以用于驱动车辆驱动轮28。在一个实施例中，马达22和发电机18配合作为再生制动系统的一部分，在再生制动系统中，马达22和发电机18两者可以用作马达以输出扭矩。例如，马达22和发电机18可以各自向蓄电池总成24输出电力。

蓄电池总成24是示例类型的电动车辆蓄电池总成。蓄电池总成24可以是高电压蓄电池组的一部分，高电压蓄电池组包括能够输出电力以操作马达22和发电机18的多个蓄电池阵列。其他的储能装置和/或输出装置也可以用于电力地为电动车辆12提供动力。

在一个非限制性实施例中，电动车辆12具有两个基本操作模式。电动车辆12可以在电动车辆(EV)模式下操作，在电动车辆模式下，马达22用于车辆推进(通常没有来自发动机14的帮助)，从而消耗蓄电池总成24荷电状态直到在特定驾驶模式/循环下其最大可容许放电率。EV模式是用于电动车辆12的操作的电荷消耗模式的示例。在EV模式期间，蓄电池总成24的荷电状态在某些情况下可以增加，例如归因于一段时间的再生制动。发动机14在默认EV模式下通常关闭(OFF)，但必要时可以根据车辆系统状态或如操作者所允许地操作。

此外，电动车辆12可以在混合动力(HEV)模式下操作，在混合动力模式下发动机14和马达22两者都用于车辆推进。HEV模式是用于电动车辆12的操作的电荷维持模式的示例。在HEV模式期间，电动车辆12可以减少马达22推进力使用以便通过增加发动机14推进力使用而将蓄电池总成24的荷电状态维持在恒定或近似恒定的水平。电动车辆12可以在本公开范围内除EV和HEV模式之外的其他操作模式下操作。

图2说明蓄电池总成54的侧视图。蓄电池总成54可以在比如图1的电动车辆12这样的电动车辆内使用。蓄电池总成54包括多个蓄电池单元56。蓄电池总成54可以包括任何数量的蓄电池单元，并且本公开不限于图2所示的具体配置。蓄电池单元56并排堆叠以建立蓄电池单元56堆栈。

蓄电池单元56可以夹在支撑结构57之间，支撑结构57可以包括端板60和间隔件62。在一个实施例中，间隔件62是热绝缘的并且定位在蓄电池单元56堆栈的相对的端处，并且相对的端板60定位在间隔件62的外侧。间隔件62可以包括表现出相对高的隔热能力的耐热和电绝缘塑料和/或泡沫材料。支撑结构57轴向地约束堆叠的蓄电池单元56。蓄电池单元56和支撑结构57一起可以被称为蓄电池阵列59。

在一个非限制性实施例中，蓄电池单元56是棱柱形锂离子电池。然而，包括但不限于镍氢电池或铅酸电池的其他类型的蓄电池单元，也可以预期在本公开的范围内。

导热膜58可以包裹蓄电池阵列59的每个蓄电池单元56。导热膜58促进相邻的蓄电池单元56之间的热传导并且还使相邻的蓄电池单元56彼此电绝缘。在一个实施例中，导热膜58建立蓄电池阵列59的相邻的蓄电池单元56之间的介质阻挡。以这种方式，蓄电池总成54可以完全不包括位于蓄电池单元56之间的蓄电池单元间隔件，使得仅导热膜58设置在相邻的蓄电池单元56之间。蓄电池单元间隔件通常也被称为隔板或分隔器。

导热膜58可以由导热材料制成。在一个实施例中，导热膜58由塑料制成。合适的导热塑料材料的一个非限制性示例是聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。在另一个非限制性实施例中，导热膜58由聚酰亚胺制成。然而，导热膜58可以由本公开范围内的其他导热且电绝缘的材料制成。其他合适的材料的非限制性示例包括具有高热导率的热塑性聚酯膜(聚对苯二甲酸乙二醇酯(PETP))和有机硅涂覆聚酰亚胺。

蓄电池总成54可以包括用于热管理蓄电池单元56的其他部件。在一个实施例中，蓄电池总成54包括热交换器70。蓄电池阵列59可以定位在热交换器70的顶上。热交换器70可以包括用于输送冷却剂C通过热交换器70的内部通道72以便从蓄电池单元56中移走热量(或给蓄电池单元56增加热量)。冷却剂C通过进口77、通过内部通道72、然后通过出口74被输送以在某些情况期间从蓄电池单元56中移走热量，或可选地在其他情况期间给蓄电池单元56增加热量。冷却剂C可以是传统类型的冷却剂混合物，比如与乙二醇混合的水。其他冷却剂也可以被预期并且可以可选地被使用。

在一个非限制性实施例中，热交换器70的内部通道72包括多个翼片76。翼片76可以从限制内部通道72的内壁78向内地突出。翼片76减慢冷却剂C通过内部通道72的流速以促进蓄电池单元56和冷却剂C之间的增加的热量传递。

现在参考图2和3，每个蓄电池单元56包括具有顶面82、底面84、相对的端壁86和相对的侧壁88的外壳80。导热膜58覆盖底面84、相对的端壁86和相对的侧壁88。然而，每个导热膜58仅部分地覆盖每个蓄电池单元56的顶面82。以这种方式，每个导热膜58与每个蓄电池单元56的六个面邻接。导热膜58可以在多个折痕89(参照图3)处弯曲以便围绕蓄电池单元56包裹导热膜58。蓄电池单元56的相对的侧壁88不能凭借导热膜58而彼此接触。

在一个实施例中，导热膜58包括边缘(flap)部分92，当导热膜58在折痕89处弯曲时，边缘部分92从蓄电池单元56的相对的侧壁88中的每个朝向彼此地延伸以部分地覆盖顶面82。蓄电池单元56的暴露面94在边缘部分92之间延伸。一个或多个端子90(参照图3)，或电触头，从顶面82向上地突出。端子90可以从导热膜58的暴露面94向外地延伸。另一个蓄电池单元包裹过程在图7中示出，其在下面讨论。

导热膜58可以使相邻的蓄电池单元56的暴露面94分隔距离X(参照图2)。在一个实施例中，距离X大于或等于1.2mm(0.047英寸)以限制相邻的蓄电池单元56之间的电蠕变。

图4说明在提升蓄电池单元情况期间的蓄电池总成54。当一个或多个蓄电池单元56从热交换器70移位时，发生提升蓄电池单元情况。当这样的移位发生时，间隙G可以在导热膜58和热交换器70之间延伸。甚至在提升蓄电池单元情况期间，通过导热膜58来促进蓄电池总成54的热管理。

例如，表现出相对极小水平的热阻的导热膜58，建立热传导的两条路径以比如在蓄电池充电或放电操作期间热管理由蓄电池单元56生成的任何热量。第一路径P1在相邻的蓄电池单元56之间水平延伸，使得热量可以从蓄电池单元56传递到蓄电池单元56。第二路径P2在每个蓄电池单元56和热交换器70之间竖直地延伸，使得热量可以从蓄电池单元56移走并且消散到热交换器70中。因此，甚至在提升蓄电池单元情况期间，由已经从热交换器70移位的蓄电池单元56生成的任何热量仍然可以通过沿第一路径P1首先传递到相邻的蓄电池单元56而消散。热量然后可以沿第二路径P2传递到热交换器70。热量然后凭借与冷却剂C的热量传递而被移走。

图5说明根据本公开的另一个实施例的蓄电池总成154。在本公开中，相同的附图标记在适当的情况下表示相同的元件，并且增加100或其倍数的附图标记表示改进的元件，改进的元件理解为包含相应原始元件的相同特征和益处。

蓄电池总成154与上面描述的蓄电池总成54几乎相同。然而，在这个实施例中，蓄电池总成154包括用于使相邻的蓄电池单元156电绝缘的附加部件。每个蓄电池单元156包括顶面182。蓄电池单元156的顶面182的部分可以用陶瓷涂层99涂覆。在一个实施例中，陶瓷涂层99施加到蓄电池单元156的暴露面194并且还可以施加到蓄电池单元156在导热膜158的下方延伸的部分。暴露面194在包裹每个蓄电池单元156的导热膜158的边缘部分192之间延伸。

图6说明又一个蓄电池总成254。在这个实施例中，蓄电池总成254包括蓄电池阵列259、热交换器270以及在蓄电池阵列259和热交换器270之间的热界面材料201。热界面材料201可以由具有相对高的热导率的材料制成，并且配置成保持蓄电池阵列259的蓄电池单元256和热交换器270之间的热触点以在热量传递事件期间增加这些邻近部件之间的热导率。热界面材料201还可以填充热交换器270上的微裂缝并且适应沿蓄电池阵列259的底部平面的蓄电池单元256之间的任何小的变化。

图7示意性地说明用导热膜358A、358B包裹蓄电池单元356的另一个过程。蓄电池单元356包括顶面382、底面384、相对的端壁386和相对的侧壁388。一个或多个端子390从顶面382向上地突出。

在蓄电池单元包裹过程的一个非限制性实施例中，第一导热膜358A可以包裹第一端壁386A并且第二导热膜358B可以包裹第二端壁386B。每个导热膜358A、358B可以总体上是U形的。

第一导热膜358A和第二导热膜358B在接缝305处相遇以围绕蓄电池单元356并且可以在接缝305处结合在一起。例如，导热膜358A、358B可以覆盖底面384、相对的端壁386和相对的侧壁388，并且至少部分地覆盖顶面382。以这种方式，导热膜358A、358B与每个蓄电池单元356的六个面邻接。接缝305可以沿导热膜358A、358B的顶部、底部和侧面延伸。

图8说明导热膜458的示例性配置。导热膜458可以包括夹在外层403之间的基部401。基部401可以由PET或聚酰亚胺制成，并且外层403可以或者由有机硅胶粘剂或者由丙稀酸胶粘剂制成。衬垫405可以附接到外层403中的一个。衬垫405是可移动的并且在围绕蓄电池单元包裹导热膜458之前可以移除。

尽管不同的非限制性实施例说明为具有具体的部件或步骤，但本公开的实施例不限于那些特定的组合。将来自任何非限制性实施例中的一些部件或特征与来自任何其他非限制性实施例的特征或部件的结合使用是可能的。

应该理解的是，贯穿几个附图的相同的附图标记识别对应或相似的元件。应该理解的是，尽管在这些示例性实施例中公开并且说明了的特定部件布置，但其他布置也可以从本公开的这些教导中受益。

上述说明书应该理解为说明性的并且无任何限制的意义。本领域普通技术人员应该理解，某些修改可以在本公开的范围内。由于这些原因，下面的权利要求应该被研究以确定本公开的准确范围和内容。

Claims (14)

1.一种蓄电池总成，所述蓄电池总成包含：

多个蓄电池单元；以及

包裹所述多个蓄电池单元中的每个的导热膜，其中每个所述导热膜与所述多个蓄电池单元中的每个的六个面邻接。

2.如权利要求1所述的蓄电池总成，其中所述多个蓄电池单元中的每个包括具有顶面、底面、相对的端壁和相对的侧壁的外壳。

3.如权利要求2所述的蓄电池总成，其中所述导热膜覆盖所述底面、所述相对的端壁和所述相对的侧壁，但仅部分地覆盖所述顶面。

4.如权利要求1所述的蓄电池总成，其中所述导热膜由聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或聚酰亚胺制成。

5.如权利要求1所述的蓄电池总成，其中所述多个蓄电池单元夹在端板之间。

6.如权利要求5所述的蓄电池总成，所述蓄电池总成包含定位在所述端板和所述多个蓄电池单元之间的间隔件。

7.如权利要求1所述的蓄电池总成，其中所述蓄电池总成不包括定位在所述多个蓄电池单元的相邻的蓄电池单元之间的间隔件，使得仅所述导热膜在所述相邻的蓄电池单元之间延伸。

8.如权利要求1所述的蓄电池总成，其中所述多个蓄电池单元定位在热交换器的顶上。

9.如权利要求8所述的蓄电池总成，其中所述热交换器包括配置成输送冷却剂的内部通道。

10.如权利要求9所述的蓄电池总成，所述蓄电池总成包含在所述内部通道内延伸的多个翼片。

11.如权利要求1所述的蓄电池总成，其中所述导热膜仅部分地覆盖所述多个蓄电池单元中的每个的顶面。

12.如权利要求1所述的蓄电池总成，其中所述多个蓄电池单元中的每个包括在所述导热膜的边缘部分之间延伸的暴露面，并且包含至少设置在所述暴露面上的陶瓷涂层。

13.如权利要求12所述的蓄电池总成，其中所述多个蓄电池单元的第一蓄电池单元的所述暴露面与所述多个蓄电池单元的第二蓄电池单元的所述暴露面至少间隔开1.2mm(0.047英寸)。

14.如权利要求1所述的蓄电池总成，其中所述多个蓄电池单元定位在热交换器的顶上，并且热界面材料设置在所述多个蓄电池单元的至少一部分和所述热交换器之间。