CN105659429A - 汽车用电池和使用该电池的汽车 - Google Patents

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Abstract

本发明的电池单元包括壳体、电极和电解液，其中壳体具有盛放用于温度调节的介质的结构并具有外壳部，其中，外壳部本身是用导热材料制成的并具有盛放该介质的内部结构。因为电池单元的壳体可用作物理保护构件或热调节构件，所以可省去用于温度调节的额外组件以及这些组件的安装空间和重量。

Description

汽车用电池和使用该电池的汽车
技术领域
本发明涉及一种电池，特别是汽车用电池。
背景技术
动力电池(tractionbatteries)已被用作电动汽车或混合动力汽车的主电源或辅助电源。须使电池的温度保持在电池可稳定工作的工作温度范围内。
目前，动力电池的温度调节途径包括被动调节和主动调节。被动调节的一个例子是随着车辆的移动通过空气冷却来制冷。需要安装散热片和/或冷却板来实现这种被动调节。另一方面，主动调节通常通过泵和冷却介质或加热介质来稳定电池的温度。因此需要安装额外组件，比如泵、介质容器、管道和阀门，等等。
中国专利ZL200820047962.2披露了一种电池的双壳结构。这种结构可提高隔热效果以及机械阻尼和密封。具体而言，双壳包括外壳、内壳和两壳之间的空间。外壳和内壳可组装在一起。
中国专利申请201110108209.6披露的电池模块的结构具有通风口、隔板和电池单元组。具体而言，该结构包括：壳体、盖子、多个电池单元(每个均有一个组)、多个隔板和多个通风口。电池单元组用复合材料制成以便传热。隔板位于每两个相邻组的相对表面上，每个通风口设置在两个相邻隔板之间。
中国专利申请200910097116.0披露了一种电池的双壳结构。这种壳具有连接在一起的外壳和内壳。因此，外壳和内壳之间有腔，腔中填充有传热材料。具体而言，这种壳包括：盖板、外壳、内壳、传热介质、设置在内壳开口端的外缘、设置在外缘上的孔隙(传热介质通过该孔隙填充到内壳和外壳之间的腔中)，以及位于内壳和外壳中间和位于外壳底部内表面上的支撑件。
被动调节和主动调节均会由于安装额外组件而导致重量和占用的空间增加。增加的重量将降低使用动力电池的汽车每次充电后可以行驶的距离。
为了降低电池温度调节装置的重量，可使用更轻的材料来制造这种装置。但是，该调节装置材料上的替换并不能显著降低该装置的重量，也不能显著节省安装该装置所需的额外空间。
发明内容
本发明的实施例提供一种电池单元,包括：壳体、两个电极、(最好有)盖板和电解液,其中所述壳体具有盛放用于温度调节的介质的结构，其中所述壳体具有外壳部，而该外壳部本身是用导热材料制成的并具有盛放介质的内部结构。电池单元的壳体可用作物理保护构件或热调节构件。因此，可省去用于温度调节的额外组件以及这些组件的安装空间和重量。
根据示例实施例，优选地，该介质包含相变材料。这种相变材料的性质在于可实现有效的热调节，以加强电池单元内紧急情况(热逃逸)下的向外保护作用。
根据示例实施例，优选地，相变材料为蜡或石蜡。蜡或石蜡适用于调节动力电池的温度，因为其熔点较低。
根据示例实施例，优选地，外壳部的内部结构为多孔结构。这种多孔结构可盛放用于热调节的介质。尤其是，蜡或石蜡可被注入这种结构的孔隙。
根据示例实施例，优选地，外壳部用金属泡沫制成。金属泡沫的热导率和结构稳定性足以达到制造外壳部或壳体的要求。
根据示例实施例，优选地，金属泡沫用铝制成。除了热传导性和结构稳定性以外，用铝制成的金属泡沫更轻、更划算。
根据示例实施例，优选地，外壳部进一步包括附在其内表面上的分离层。分离层可使外壳部免受电解液的侵蚀。
根据示例实施例，优选地，外壳部进一步包括附在其外表面上的隔离层。隔离层能以电气方式将外壳部与外部组件隔离开来。
根据示例实施例，优选地，外壳部的内部结构包括同向微孔管组或微槽组。生产外壳部时，可以比较容易地将介质注入预制的同向微孔管组或微槽组。
根据示例实施例，优选地，电池单元为薄膜单元。由于这种薄膜单元的壳体或外壳部具有导热性和内部介质的内部多孔性，因此可省去现有技术方案中用于温度调节的额外组件。
根据示例实施例，优选地，每个电极具有通过盖板连接到外壳的电极端子，电解液盛放在外壳中，每个电极的一部分浸入电解液。此外，电极还可获得在电池单元内部产生热量。
根据示例实施例，优选地，电池单元进一步包括位于两个电极之间的分离部，分离部浸入电解液。分离部可通过物理方法隔离各电极。
本发明的另一个实施例提供了一种包括不只一个上述电池单元的电池。这种电池可省去电池单元的额外温度调节构件以及这些构件的安装空间和重量。
本发明的又一个实施例提供了一种使用不只一个上述电池单元的汽车。电池单元的设计可以省去额外温度调节构件以及这些构件的安装空间和重量。因此，这可提高每次充电后汽车行驶的距离。
尽管以上概述中描述的某些特征以及下面的详细说明结合了特定示例实施例，但是除非另有说明，否则本文描述的特征可以相互组合。
附图说明
为了清楚地说明本发明实施例的技术解决方案，将实施例的附图简要描述如下；显然，描述的附图仅与本发明的某些实施例相关，因此并不限制本发明。
图1示意性地示出根据本发明实施例的电池单元；
图2是图1所示电池单元的俯视图；
图3是图1所示电池单元的截面图。
具体实施方式
为了让本发明实施例的目的、技术细节和优势明白易懂，本文将以清楚而完全可理解的方式结合本发明实施例的附图来说明实施例的技术解决方案。显然，说明的实施例只是本发明的一部分而非全部实施例。根据本文说明的实施例，在本发明范围内，本领域技术人员可在不付出任何创造性劳动的情况下获得其他实施例。
图1示意性地示出根据本发明实施例的电池单元100。如图1所示，电池单元100包括：壳体1、两个电极2、盖板3和电解液4。其中，每个电极2的一部分位于蓄电池单元的壳体1中，因此无法从外部看到。每个电极2具有电极端子21。各端子21通过盖板3连接到壳体1，因此可从外部看到。或者，盖板3是壳体1的一部分。
电极端子21可制成各种几何形状，比如长方体或圆柱体。图1所示的电极端子21为圆柱体。通常情况下，端子21包括阳极端子和阴极端子。
图2为图1所示电池单元100的俯视图。在图2中，盖板3与电极端子21相连，盖板3的两侧嵌入壳体1的顶部。
图3为图1所示电池单元100的截面图。电池单元100的内截面参见图3。电解液4可盛放在壳体1中。电极2的一部分浸入电解液4。或者，电池单元可进一步包括位于两个电极2之间的分离部(未显示)。分离部可通过物理方法隔离各电极。
图3的放大图显示壳体1的内部结构。如图3所示，壳体1在结构上其内部具有孔隙。这种多孔结构可盛放适当的介质5，用于电池单元100的传热和/或温度调节。例如，该介质可为相变材料(PhaseChangeMaterial，PCM)，其物理特性是可通过状态的改变来实现热交换。例如，介质在吸收热量时其相态可从固相变为液相，在释放热量时可从液相变为固相。壳体1用导热材料制成，因此可凭借其材料的导热性，在电池单元100的内部和介质5之间热交换。
具体而言，当电池单元100的内部温度变得高于预设的阈值/范围(比如电池单元100的正常工作温度/温度范围)时，壳体1将热量从电解液4传递到介质5，介质5吸收传递的热量，然后部分或全部介质5从固相变为液相。同样，当电池单元100的内部温度变得低于预设的阈值/范围时，壳体1将热量从介质5传递到电解液4，介质5释放热量，然后部分或全部介质5从液相变为固相。因此，电池单元100的壳体1和盛放于壳体1内的介质5可执行针对电池单元100的温度调节或恒温控制的功能。因此，根据本发明的实施例，电池单元的技术方案可省去位于蓄电池单元外部的用于温度调节的额外组件，比如泵、介质容器、管道和阀门，等等。
根据本发明的实施例，介质5可以是蜡或石蜡等材料。根据本发明的其他实施例，介质5可被石蜡处理而与其他一些材料(比如铝粉、石墨)混合以提高介质的导热性。根据本发明的其他实施例，介质5可为其他相变材料，例如聚乙二醇、硬脂醇、新戊二醇和环己烷。根据本发明的实施例，介质5可以是有机材料，也可以是无机材料和有机材料的混合物。
如上所述，根据本发明的实施例，电池单元100的壳体1可用导热材料制成。尤其是，多孔结构的内表面、外表面和内部整体上是用这种导热材料制成的。或者，表面的孔隙度可以低于内部。此外，表面可以无孔，以密封内部的介质5。
壳体1还可具有电池单元100的物理支持功能。因此，电池单元100安装于汽车时可以稳定地支撑和保护自身，不必安装外部支撑组件，从而减轻重量和减少占用的空间。
根据本发明，例如，壳体1的材料可以是金属泡沫(又称多孔金属、发泡金属或泡沫金属)。金属泡沫的物理性能包括导热、内部空隙和物理支持。因此，用金属泡沫制成的壳体1可从物理上保护电池单元100的内部，并调节电池单元100的内部温度，从而省去用于温度调节或物理支持的额外组件。金属泡沫材料例如既可以是开孔金属泡沫，也可以是闭孔金属泡沫。或者，壳体1的金属泡沫是用铝制成的。
一般而言，壳体和电解液之间没有分离层。在壳体1由金属泡沫制成的实施例中，壳体1可进一步包括附在其内表面上以将壳体1和电解液4分离开来的分离层6，分离层6是用导热材料制成的。因此，分离层6可保护壳体1免受电解液4的侵蚀。或者，壳体1可进一步包括附于壳体1外表面上而以电气方式将电池单元100与外部组件隔离开来的隔离层7。因此，隔离层7可防止电池单元100的漏电。图3显示分离层6和隔离层7。
如图1至图3所示，电池单元100大体为矩形体，即长方体。在本发明的其他实施例中，电池单元100可为其他形状，比如圆柱体和棱柱，等等。
根据本发明的另一实施例，电池单元可为薄膜单元。在该实施例中，壳体是具有内部孔隙性和热导性的薄膜。尽管电池单元可能需要一些外部组件来提供强有力的物理支持，但是本实施例中的蓄电池单元可省去现有技术方案中用于调节动力电池温度的额外组件。或者，把薄膜单元安装到汽车中时，额外保护构件可安装在薄膜单元上，这是因为其对外部机械冲击比较敏感。
本发明的实施例还提供一种电池或电池模块，其包括不只一个上述电池单元。或者，除了单个蓄电池单元的隔离层之外，电池盒可具有增强电池单元与外部组件之间电气隔离的隔离层。此外，电池或电池模块还可为其整体安全性而配备减压阀或减压薄膜。
根据本发明，除了多孔结构之外，电池单元的壳体可采用其他内部结构，以盛放用于温度调节的材料。例如，壳体内部的结构具有同向微孔管组或微槽组。
本发明提出的技术解决方案属于一种简化且因此更轻、更紧凑的设计，尤其适用于提高机械和热性能的动力电池。电池单元的壳体可用作物理保护构件或热调节构件。因此，可省去用于调节温度的额外组件以及这些组件的安装空间和重量。此外，壳体的机械性能可为电池单元提供刚性支撑，因此电池单元并不需要其他支撑装置来避免外界机械作用的危害。
本发明的电池单元或电池可用于汽车，尤其是用作电动汽车或混合动力汽车的动力电池。
虽然示范性实施例已在上文中描述，但是可以在其他示例实施例中做出各种改动。

Claims (14)

1.一种电池单元(100)，包括：壳体(1)，电极(2)和电解液(4)，其中所述壳体(1)具有盛放用于温度调节的介质(5)的结构，其特征在于，所述壳体(1)具有外壳部，所述外壳部本身是用导热材料制成的且具有盛放所述介质(5)的内部结构。
2.根据权利要求1所述的电池单元，其特征在于，所述介质(5)包含相变材料。
3.根据权利要求2所述的电池单元，其特征在于，所述相变材料为蜡或石蜡。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的电池单元，其特征在于，所述外壳部的内部结构为多孔结构。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的电池单元，其特征在于，所述外壳部是用金属泡沫制成的。
6.根据权利要求5所述的电池单元，其特征在于，所述金属泡沫是用铝制成的。
7.根据权利要求5或6所述的电池单元，其特征在于，所述外壳部进一步包括附于其内表面上的分离层(6)。
8.根据权利要求5或6所述的电池单元，其特征在于，所述外壳部进一步包括附于其外表面上的隔离层(7)。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的电池单元，其特征在于，所述外壳部的内部结构包括同向微孔管组或微槽组。
10.根据权利要求1至3中任一项所述的电池单元，其特征在于，所述电池单元为薄膜单元。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的电池单元，其特征在于，每个电极(2)具有通过盖板(3)连接到所述壳体(1)的电极端子(21)，所述电解液(4)盛放在壳体(1)中，每个电极(2)的一部分浸入所述电解液(4)。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的电池单元，其特征在于，进一步包括位于两个电极(2)之间的分离部，所述分离部浸入所述电解液(4)。
13.一种电池，其特征在于，所述电池包括不只一个根据权利要求1至12中任一项所述的电池单元。
14.一种汽车，其特征在于，所述汽车使用不只一个根据权利要求1至12中任一项所述的电池单元。
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