CN107645023A - 电池热界面材料安装总成及方法 - Google Patents

Abstract

一种示例性的热界面材料安装方法，尤其包括将材料通过导管移动到电池阵列内的空腔中。导管至少部分地由电池阵列的热交换板提供。该方法还包括将材料保持在空腔内以在热交换板和至少一个电池单元组件之间提供热界面材料。示例性电池热界面材料安装总成包括热交换板，该热交换板包括具有至少一个通向电池阵列外部的入口和至少一个通向热交换板和多个电池单元组件之间的空腔的出口的导管。

Description

电池热界面材料安装总成及方法

技术领域

本公开总体上涉及在电池阵列内安装热界面材料。更具体地，本公开涉及使用电池阵列的热交换板内的导管安装热界面材料。

背景技术

电动车辆与常规机动车辆不同，原因在于电动车辆使用由电池组供电的一个或多个电机选择性地驱动。电机可以替代或者附加于内燃机驱动电动车辆。示例电动车辆包括混合动力电动车辆(HEV)、插电式混合动力电动车辆(PHEV)、燃料电池车辆(FCV)和电池电动汽车(BEV))。

电动车辆的电池组可以包括布置在一个或多个电池阵列中的多个电池单元组件。例如当电池单元组件被充电和放电时，电池单元组件中的热能可以在操作的某些阶段期间增加。因此，一些电池组使冷却剂循环通过热交换板。冷却剂将热能带离电池组，以降低电池单元组件和电池组的其它部分中的热能水平。电池组可以包含热界面材料，以确保热交换板与电池组的其它区域之间良好的热接触。热界面材料也可以结合到电池组的其它区域中。

发明内容

一种根据本公开的示例性方面的热界面材料安装方法尤其包括：将材料通过导管移动到电池阵列内的空腔。导管至少部分地由电池阵列的热交换板提供。该方法还包括将材料保持在空腔内以在热交换板和至少一个电池单元组件之间提供热界面材料。

前述方法的另一非限制性实施例包括通过多个导管出口将材料从导管移动到空腔。

任何前述方法的另一非限制性实施例包括通过至少一个导管入口将材料移动到导管。距离至少一个导管入口更远的导管出口的直径大于靠近至少一个导管入口的导管出口。

任何前述方法的另一非限制性实施例包括在移动之后阻挡至少一个导管入口以防止材料从导管移动通过至少一个导管入口。

任何前述方法的另一个非限制性实施例包括通过至少一个导管入口将材料沿第一方向移动到导管，以及将材料沿第二方向从导管移动通过至少一个导管出口。导管重新导向材料的流动使得第一方向横向于第二方向。

任何前述方法的另一非限制性实施例包括使用从电池单元组件延伸的结构特征来引导空腔内的材料的流动。

任何前述方法的另一个非限制性实施例包括在移动期间将材料以液态注入导管中，并随后固化材料。

任何上述方法的另一非限制性实施例包括热交换器板中的与导管分开并且不同的多个冷却剂通道。

任何前述方法的另一个非限制性实施例包括通过具有第一直径并且位于热交换板的第一轴向端部附近的第一导管出口将一些材料从导管移动到空腔、以及通过具有更大的第二直径并且位于热交换板的相对的第二轴向端部附近的第二导管出口将一些材料从导管移动到空腔。

一种根据本公开另一示例性方面的电池热界面材料安装总成，尤其包括热交换板，该热交换板包括导管，该导管具有通向电池阵列外部的至少一个导管入口、以及通向热交换板和多个电池单元组件之间的空腔的至少一个导管出口。

在前述总成的另一非限制性实施例中，该总成包括空腔内的热界面材料。

在任何前述总成的另一非限制性实施例中，总成包括导管内的热界面材料。

在任何前述总成的另一非限制性实施例中，总成包括固定到导管入口以阻挡热界面材料流过入口的盖。

在任何前述总成的另一非限制性实施例中，导管入口设置在热交换板的第一表面中，并且导管出口设置在热交换板的第二表面中，该第二表面横向于第一表面。

在任何上述总成的另一非限制性实施例中，导管入口设置在热交换板的第一表面中，并且导管出口设置在热交换板的第二表面中，该第二表面大体垂直于第一表面。

在任何前述总成的另一非限制性实施例中，导管从至少一个入口线性地延伸到至少一个出口。

在任何前述总成的另一非限制性实施例中，热交换板还包括与导管分开并且不同的多个冷却剂通道。

在任何前述总成的另一非限制性实施例中，该总成包括空腔内的热界面材料、以及沿着轴线分布的多个电池单元组件。热界面材料配置为将热能从多个电池单元组件传递到热交换板。

在任何前述总成的另一非限制性实施例中，多个电池单元组件是第一组多个电池单元组件，并且该总成包括与第一组多个电池单元组件间隔开的第二组多个电池单元组件。热界面材料配置为将热能从第一组多个电池单元组件和第二组多个电池单元组件传递到热交换板。

在任何前述总成的另一非限制性实施例中，多个电池单元组件在一对端板之间被轴向压缩。

附图说明

通过详细描述，所公开的示例的各种特征和优点对于本领域技术人员将变得显而易见。伴随详细说明的附图可以简要描述如下：

图1示出了电动车辆的示例动力传动系统的示意图；

图2示出了包括多个单独电池阵列的图1的动力传动系统的电池组的透视图；

图3示出了图2的电池组的热交换板的俯视图；

图4示出了其中选择的部分被切除以示出多个冷却通道和热界面材料导管的图3的热交换板；

图5示出了其中所选择的侧壁被移除的图2的电池组的示意性侧视图；

图6示出了图5的电池组的电池阵列的示意性的、部分截面的侧视图；

图7示出了图2的电池组中使用的另一示例热交换板的透视图；

图8示出了图2的电池组中使用的另一示例热交换板的侧视图。

具体实施方式

本公开总体上涉及在电池组内安装热界面材料(TIM)。在安装期间，TIM通过至少部分地由热交换板提供的导管移动到电池组内的空腔。如果需要，TIM可以固化。在某些示例中，TIM可以在空腔内固化。通过将TIM移动通过电池组中的导管来安装TIM可以减少TIM的泄漏。

参考图1，混合动力电动车辆(HEV)的动力传动系统10包括具有多个电池阵列18'、18的电池组14、内燃机20、马达22和发电机24。马达22和发电机24是电机的类型。马达22和发电机24可以是分离的或具有组合的马达-发电机的形式。

在该实施例中，动力传动系统10是采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。第一和第二驱动系统产生扭矩以驱动一组或多组车辆驱动轮28。第一驱动系统包括发动机20和发电机24的组合。第二驱动系统至少包括马达22、发电机24和电池组14。马达22和发电机24是动力传动系统10的电驱动系统的一部分。

发动机20和发电机24可以通过诸如行星齿轮组的动力传递单元30连接。当然，其他类型的动力传递单元(包括其他齿轮组和变速器)可用于将发动机20连接到发电机24。在一个非限制性实施例中，动力传递单元30是行星齿轮组，其包括环形齿轮32、中心齿轮34和行星齿轮架总成36。

发电机24可以由发动机20通过动力传递单元30驱动，以将动能转换成电能。发电机24可以替代地用作马达，以将电能转换成动能，从而向连接到动力传递单元30的轴38输出扭矩。

动力传递单元30的环形齿轮32连接到轴40，轴40通过第二动力传递单元44连接到车辆驱动轮28。第二动力传递单元44可以包括具有多个齿轮46的齿轮组。在其他示例中，可以使用其他动力传递单元。

齿轮46将扭矩从发动机20传递到差速器48以最终为车辆驱动轮28提供牵引力。差速器48可以包括能够将扭矩传递到车辆驱动轮28的多个齿轮。在该示例中，第二动力传递单元44通过差速器48机械地连接到车轴50，以将扭矩分配到车辆驱动轮28。

马达22可以通过将扭矩输出到也连接到第二动力传递单元44的轴54来选择性地用于驱动车辆驱动轮28。在该实施例中，马达22和发电机24协作作为再生制动系统的部分，其中马达22和发电机24二者都可以用作马达以输出转矩。例如，马达22和发电机24可以各自输出电力以对电池组14的电池进行再充电。

现在参考图2并继续参考图1，示例电池组14包括沿轴线A设置的四个电池阵列18'、18。电池阵列18'、18中的每一个包括多个电池单元组件60、一对端板64和侧壁68。电池阵列18'、18定位在热交换板72上，热交换板72用于控制电池单元组件60和电池组14的其它区域内的热能级。

在每个电池阵列18'、18内，电池单元组件60在一对端板64之间被轴向地压缩。侧壁68位于电池单元组件60的相对的侧向外边缘处。电池单元组件60的端子70可以将电池阵列18'、18与动力传动系统10的其它部分电连接。

在该示例中，电池单元组件60包括棱柱形电池单元。在另一个示例中，替代地或另外地，电池单元组件包括袋式电池单元。

不时地，电池单元组件60和电池组14的其它部分的热能可以增加。可能需要减少热能以有效地操作电池组14并且避免与高水平的热能相关的并发症。

现在参考图3和图4并继续参考图2，热交换板72可用于从电池单元组件60移除热能。阵列18'、18定位在热交换区域74内的热交换板72上。

在一个非限制性实施例中，热交换板72是冲压的铝结构。

为了减少电池组14内的热能，诸如液体冷却剂的冷却剂从热交换器76移动通过热交换板72内的冷却剂入口80。然后，冷却剂在热交换区域74附近循环通过热交换板72内的冷却剂通道78。在冷却剂通道78内，冷却剂从电池单元组件60和电池组14的其它部分获得热能。

加热的冷却剂然后从冷却剂通道78移动通过热交换板72的冷却剂出口84返回到热交换器76。在热交换器76处，加热的冷却剂内的热能从冷却剂传送出去。热交换器76例如可以将加热的冷却剂中的热能交换到环境空气。

现在参考图5-6并继续参考图2-4，TIM 88大体上填充在电池单元组件60和热交换板72的表面之间的空腔92。TIM 88有助于热交换区域74内的电池阵列18'和热交换板72之间的热导率。电池组14的其余电池组18类似地配置为在电池单元组件60和热交换板72的表面之间包括相应的空腔。

TIM 88夹在电池单元组件60和热交换板72之间。TIM88的第一侧面向热交换板72。TIM 88的相对的第二侧面向电池单元组件60。TIM 88用于将热能从电池单元组件60传递到热交换板72。

通常，TIM 88可以是有助于热导率的任何材料。在一个非限制性实施例中，TIM 88是硅基材料。在另一非限制性实施例中，TIM 88是两部分环氧材料。

在该示例中，TIM 88在安装期间是液体。一旦安装在空腔92中，TIM 88可以保持液体，或者可以在腔92内固化以提供非液体TIM 88。在另一个示例中，TIM 88在部分地安装在空腔内时或者在安装在空腔的外部时固化。

为了将TIM88安装到空腔92中，泵94将TIM 88从TIM供应源96泵送通过热交换板72中的导管入口100。TIM 88在压力下移动通过导管入口100，这迫使TIM 88从导管入口100移动通过热交换板72中的导管110。在另一个实例中，使用注射器来将TIM88压入导管110。在该示例中，整个导管110由热交换板72提供。在另一示例中，热交换板72提供导管110的一部分，以及电池组14的另一部分(例如端板64或侧壁68)提供剩余部分。

值得注意的是，导管110至少部分地设置在热交换板72内，并且与热交换板72内的冷却剂通道78是分离的并且是不同的。冷却剂通道78将来自热交换器76的冷却剂传输通过热交换板72以在操作期间冷却电池阵列18'和电池组14的其它部分。

TIM 88中的一些从导管110移动通过至少一个导管出口114进入空腔92。在进入空腔92之后，TIM88展开以填充空腔92。一些TIM 88也从导管110通过其它导管出口114进入与设置在热交换板72顶部的其它电池阵列18相关联的空腔。

在一些示例中，电池组14的结构特征可以用于引导空腔92内的TIM88的流动。例如，电池单元组件60可以包括直接接触TIM的散热片(未示出)。散热片有助于热能从电池单元组件60传递到TIM88。散热片还可以引导空腔92内的流动到达空腔92的更难以用TIM88填充的特定区域。例如，散热片可以成角度以将TIM 88的流动引导到最远离导管出口114的空腔92的区域。

热交换板72还可以包括延伸到空腔92中的结构特征(例如脊或挡板)，其用以保持TIM88不流动到空腔92的一些区域中或者引导TIM88沿着特定的方向流动。

在另一示例中，电池单元组件60可以阻挡或以其它方式阻止TIM 88流动到更接近导管出口114的区域中的空腔92，以及开放为促进TIM 88流动到距离导管出口144更远的区域中的空腔92。

距离导管出口114更远的一个示例区域可以是空腔92的外拐角区域，例如与图4中的附图标记122相关联的引导线附近的区域。在这样的示例中，TIM 88流过导管出口114进入空腔92，然后被控制以离开可能更难填充的空腔92的拐角附近的空腔92。当TIM88中的一些已经在拐角处离开空腔92时，空腔92被认为充分填满了TIM 88。

TIM供应源96继续通过导管入口100以液体形式泵送TIM 88，直到与电池阵列18'相关联的空腔92填满了TIM 88，并且直到与其他阵列18相关联的空腔填满了TIM88。然后将盖118固定在导管入口100上，以防止液体TIM88通过导管入口100流出导管110。

当TIM88移动到空腔94中时，来自导管出口114中的一个的TIM88的流动可以接触来自导管出口114中的另一个的TIM88的流动(图4)。当来自不同导管出口114的TIM 88的流动开始重叠时，TIM 88在垂直于轴线A的方向上横向向外定向。这可以促进完全填充空腔92。

在一些示例中，在将盖118固定在导管入口100上之前，可以将空气、氮气或其它流体强制通过导管入口100进入导管110。空气或其它流体可以迫使残留在导管110中的TIM88进入空腔92中。然后用与TIM 88不同的流体填满导管110。因此，减少了TIM 88的总量。也就是说，不是空腔92和导管110填满了TIM88，而是仅空腔92填满了TIM88。由于TIM 88可能是昂贵的并且增加了重量，所以减少TIM 88的总量可以降低成本。

导管110沿着热交换板72从导管入口100轴向延伸。在该示例中，导管110具有单个导管入口100和多个导管出口114。对于电池阵列18'、18中的每个，导管出口114中的两个与腔92相关联。可以使用其它数量的导管入口100和导管出口114。

值得注意的是，导管出口114各自具有直径。可以调节出口114的放置以促进TIM88进入空腔92的特定流速。具体出口114的直径也可以被调节以促进TIM88进入空腔92的特定流速。

在该示例中，最靠近导管入口100的导管出口114的直径小于距离导管入口100更远的导管出口114的直径。导管出口114的直径可以随着从导管入口100轴向移动远离而逐渐增加。也就是说，沿着导管110从导管入口100轴向移动的每个后续的导管出口114具有比前一个导管出口114更大的直径。

在另一示例中，通向电池阵列18'的空腔92的导管出口114都具有相同的第一直径。从导管入口100向与第二电池阵列18相关联的空腔92开口的导管出口114具有大于第一直径的相同的第二直径。从导管入口100起，第二电池阵列18直接邻近电池阵列18'。从导管入口100向与第三电池组18相关联的空腔92开口的导管出口114然后具有大于第二直径的相同的第三直径。此外，从导管入口100向与第四电池阵列18相关联的空腔92开口的导管出口114具有大于第二直径的相同的第四直径。

增加导管出口114的直径可以促进TIM88流入空腔92。由于位于最远离导管入口100的电池阵列18可能经历压力损失，因此增加这些导管出口114的直径可以有助于确保与电池阵列18相关联的空腔92被完全充满。

当空腔92填满TIM88时，TIM88可以凝固或凝结。之后，减小了TIM 88从空腔92通过导管出口114移动回去的可能性。除了电池组14的周围结构(例如，端板64和侧壁68)之外，诸如胶带的密封件可以在凝固期间用于保持TIM 88。

或者，TIM 88可以保持液体形式并且用空腔92密封。

当安装时，TIM88直接接触电池单元组件60的朝向下的表面。向下是参考地平线或地面。其他方向是可能的。也就是说，在其他示例中，除了别的以外，TIM88可以被定位在电池组14的其它区域中，这取决于热交换板72如何相对于电池单元组件60来定位。

在一个非限制性实施例中，电池阵列18'、18和热交换板之间的距离D为0.25至0.30毫米。容差堆叠、构造变化和其他因素可能导致距离D在空腔92中的一个内的不同区域变化。在图4的示例中，电池单元组件60的轴向压缩导致在电池阵列18'、18的轴向中心附近的电池单元组件60比在电池阵列18'、18的轴向端部处的电池单元组件60更远离热交换板72。因此，电池阵列18'、18的轴向中心处的距离D相对于电池阵列18'、18的轴向端部处的距离D被增加。

由于示例TIM 88作为液体安装，所以TIM 88可以符合空腔92中的距离D和其它尺寸变化的这些差异。在压力下将TIM88压入空腔92进一步确保TIM 88符合空腔92的尺寸并且完全填满空腔92。用TIM 88完全填满空腔92确保电池单元组件60和TIM 88之间良好的热接触以及TIM 88与热交换板72之间良好的热接触。在一些示例中，TIM 88可以被注入到空腔92中直到达到阈值压力，这可以允许用于填充特定空腔92的TIM 88的量的变化。

在一个非限制性实施例中，空腔92的周边可以配置为将TIM88连通到一个或多个排水孔。排水孔的尺寸设计为形成与泵94的填充压力相当的背压。排水孔的尺寸可以变化。例如，较小的排水孔可以通向空腔92的最接近导管出口114的区域，并且较大的排水孔可以通向空腔92的远离导管出口114的区域，例如靠近空腔92的外部拐角的区域。

随着空腔92被填充以TIM 88，较小的排水孔可以允许空气从空腔92逸出，以促进空腔92的更完整的填充。较小的排水孔的尺寸可以设计为阻止TIM 88的大量流动，这将促使TIM 88在空腔92的其它区域中流动。也就是说，示例较小的排水孔不会大到使得大量的TIM 88流过较小的排水孔以及使空腔92的拐角填充不足。

在该示例中，通向导管110的导管入口100以及导管出口114都通向热交换板72的面向上的表面122。导管入口100和导管出口114的其它定位是可能的。

由于示例空腔92大体垂直于作用在电池组14上的重力定向，所以当进入空腔92时，TIM 88从导管出口114向外扩展。该定向可以促进用TIM填充空腔92，因为TIM 88大体上不会通过重力而扩散到空腔92的侧面中的一个。

现在参考图7，另一示例热交换板130具有在轴向面向表面138中的通向导管136的导管入口134。多个导管出口142从导管通向与电池组内的电池阵列接口的热交换板130的表面146。表面138横向于表面146。

类似于图6的导管110，导管136用于将液体形式的TIM移动到热交换板130和多个电池阵列之间的空腔。由于导管入口134横向于导管出口142，导管136将TIM的流动从第一方向重定向到横向于第一方向的第二方向。导管入口134可以被盖住，以防止TIM通过导管136回流出空腔。

现在参考图8，另一个示例热交换板150包括多个导管入口154、导管158和导管出口162。TIM沿着方向D移动通过导管158而到达电池阵列和热交换板150之间的空腔。一旦空腔被填满，导管出口162或导管158可被盖住。

导管入口154中的每个与导管出口142中的一个相关联。导管158中的每个从导管入口154线性地延伸穿过热交换板150而到达导管出口162。

示例导管158中的每个与电池组中的一个空腔相关联。将热交换板150构造为具有用于将TIM连通到空腔的多个导管可以帮助控制多少TIM传递到每个空腔。由于空腔的尺寸可以由于构造公差、阵列尺寸等而变化，所以不同量的TIM可以连通通过每个导管158。

在一些示例中，热交换板150可以包括与每个空腔相关联的观察孔164。观察孔164延伸穿过热交换板150并且通向空腔中的一个。在一些示例中，观察孔164提供用于观察空腔是否填满TIM的路径。在其他示例中，当空腔填满TIM时，TIM通过观察孔164沿方向F流出空腔。因此，观察TIM流出观察孔164提供了空腔填满TIM的指示。填充之后，可以将观察孔164盖住，以防止一旦填满空腔TIM通过观察孔164从空腔移出。在一些示例中，如先前所述的排水孔，观察孔164策略地设置以促进空腔92的大体上完全的填充，特别是在更难填充的区域中，例如空腔92的远离出口导管114的外部拐角。

除了热交换板150之外，可以使用与图2-6的热交换板72或图7的热交换板130连接的观察孔。

所公开的示例的特征可以包括有助于在无间隙的情况下完全填充电池阵列和热界面板之间的空腔的TIM安装方法。所公开的示例除了在热界面板内建立的导管之外不需要单独的导管或安装位置。

TIM导管出口孔的设计、TIM的量和用于TIM的引导特征可以促进TIM快速安装到电池组中，以完全填充空腔而没有间隙，并且没有大量的TIM被挤出空腔。

前面的描述本质上是示例性的而不是限制性的。对所公开的示例的变化和修改对于本领域技术人员来说可能变得显而易见，这些变化和修改不一定偏离本公开的实质。因此，给予本公开的法律保护的范围只能通过研究以下权利要求来确定。

Claims (12)

1.一种热界面材料安装方法，包含：

将材料通过导管移动到电池阵列内的空腔，所述导管至少部分地由所述电池阵列的热交换板提供；和

将所述材料保持在所述空腔内以在所述热交换板和至少一个电池单元组件之间提供热界面材料。

2.一种电池热界面材料安装总成，包含：

热交换板，所述热交换板包括导管，所述导管具有通向电池阵列外部的至少一个导管入口、以及通向所述热交换板和多个电池单元组件之间的空腔的至少一个导管出口。

3.根据权利要求2所述的总成，包含所述空腔内的热界面材料。

4.根据权利要求3所述的总成，包含所述导管内的所述热界面材料界面材料。

5.根据权利要求2所述的总成，包含固定到所述入口以阻挡所述热界面材料流过所述导管入口的盖。

6.根据权利要求2所述的总成，其中所述至少一个导管入口设置在所述热交换板的第一表面中，并且所述至少一个出口设置在所述热交换板的第二表面中，所述第二表面横向于所述第一表面。

7.根据权利要求2所述的总成，其中所述至少一个入口设置在所述热交换板的第一表面中，并且所述至少一个导管出口设置在所述热交换板的第二表面中，所述第二表面大体垂直于所述第一表面。

8.根据权利要求7所述的总成，其中所述导管从所述至少一个导管入口线性地延伸到所述至少一个导管出口。

9.根据权利要求2所述的总成，其中所述热交换板进一步包括与所述导管分开并且不同的多个冷却剂通道。

10.根据权利要求2所述的总成，包含所述空腔内的热界面材料、以及沿着轴线分布的所述多个电池单元组件，所述热界面材料配置为将热能从所述多个电池单元组件传递到所述热交换板。

11.根据权利要求10所述的总成，其中所述多个电池单元组件是第一组多个电池单元组件，并且所述总成包含与所述第一组多个电池单元组件间隔开的第二组多个电池单元组件，所述热界面材料配置为将热能从所述第一组多个电池单元组件和所述第二组多个电池单元组件传递到所述热交换板。

12.根据权利要求10所述的总成，其中所述多个电池单元组件在一对端板之间被轴向地压缩。