CN109301378A - 用于软包电池的接片冷却 - Google Patents

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Abstract

一种锂离子软包电池单元，其包括多个电极，这些电极堆叠在一起以形成电极堆叠。每个电极均包括主要电极层和从主要电极层突出的电极接片。电极堆叠具有接片表面区域，且主要电极层具有主要表面区域。锂离子软包电池单元进一步包括联接于多个电极的散热引线接片。散热引线接片覆盖电极接片的接片表面区域和主要电极层的主要表面区域，以便于从电极堆叠向散热引线接片的热传递。

Description

用于软包电池的接片冷却
背景技术
本发明涉及用于软包电池的接片冷却。
一些车辆包括用于推进的电池。例如，混合电动车辆(HEV)和纯电动车辆(EV)包括电池。这些电池能被动地存储电能。电流流向和流出各个电池(即，单个电化学单元)的流动使得，当若干这些电池依次组合为较大组件(例如模块和包装)时，电流或电压可增大以产生期望的电力输出。在本文中，较大的模块和包装组件由串联连结(例如，增大电压)、并联连结(例如，增大电流)或两者兼而有之的一个或多个电池构成，并且可包括附加的结构以确保这些电池的合适安装和操作。
发明内容
在本发明中，锂离子软包电池单元包括电池接片，该电池接片具有修改轮廓，以包含电极堆叠的大多数或整个面，从而以直接面冷却板的构造排放热量。具体地说，本文公开的软包电池允许经由接片的直接接片冷却，并且实现就位热通量路径和贯通平面热通量路径两者，以便于电池在快速放电事件期间的有效冷却。此种接片焊接于电极，且电池组件受到最小程度地影响。此外，电池组件次序不受影响，且其它电池部件的设计同样不受影响。可设想的是，本文公开的电池接片可结合至除了锂离子电池单元以外的电池单元。
在本发明的某些方面中，锂离子软包电池单元包括多个电极，这些电极堆叠在一起以形成电极堆叠。每个电极均包括主要电极层和从主要电极层突出的电极接片。电极接片具有接片表面区域，且主要电极层具有主要表面区域。锂离子软包电池进一步包括联接于多个电极的散热引线接片。散热引线接片覆盖电极接片的接片表面区域和主要电极层的主要表面区域，以便于从电极堆叠向散热引线接片的热传递。散热引线接片包括主要引线主体和联接于主要引线主体的散热突部。散热突部覆盖电极接片的整个接片表面区域，以便于从电极堆叠向散热引线接片的热传递。散热引线接片包括导热材料。主要引线主体覆盖主要电极层的主要表面区域的大部分，以便于从电极堆叠向散热引线接片的热传递。电极包括最内电极和与最内电极相对的最外电极，且散热引线接片与靠近最外电极相比更靠近最内电极。散热引线接片直接地联接于多个电极的一个的电极接片。散热引线接片的散热突部联接于多个电极的一个的电极接片。散热突部焊接于多个电极的一个的电极接片，且散热突部从主要引线主体直接地突出，而电极接片从主要电极层直接地突出。散热突部具有平面构造，以便于从电极堆叠向散热引线接片的热传递。主要引线主体具有平面构造，以便于从电极堆叠向散热引线接片的热传递。
本发明还描述电池组件，该电池组件包括冷却板和与冷却板热连通的锂离子软包电池单元。锂离子电池单元包括多个电极，这些电极堆叠在一起以形成电极堆叠。每个电极均包括主要电极层和从主要电极层突出的电极接片。电极接片具有接片表面区域，且主要电极层具有主要表面区域。锂离子软包电池单元进一步包括联接于多个电极的散热引线接片。散热引线接片覆盖电极接片的接片表面区域和主要电极层的主要表面区域，以便于从电极堆叠向散热引线接片的热传递。散热引线接片包括主要引线主体和联接于主要引线主体的散热突部，且散热突部覆盖电极接片的整个接片表面区域，以便于从电极堆叠向散热引线接片的热传递。散热引线接片包括导热材料。主要引线主体覆盖主要电极层的主要表面区域的大部分，以便于从电极堆叠向散热引线接片的热传递。电极包括最内电极和与最内电极相对的最外电极。散热引线接片比起靠近最外电极更靠近最内电极。散热引线接片直接地联接于多个电极的一个的电极接片。散热引线接片的散热突部直接地联接于多个电极的一个的电极接片。散热突部焊接于多个电极的一个的电极接片。散热突部从主要引线主体直接地突出，而电极接片从主要电极层直接地突出。散热突部具有平面构造，以便于从电极堆叠向散热引线接片的热传递。主要引线主体具有平面构造，以便于从电极堆叠向散热引线接片的热传递。冷却板限定构造成接纳冷却剂的通道。散热引线接片设置在冷却板和电极堆叠之间，以便于通过散热引线接片从电极堆叠向冷却板的热传递。散热引线接片比起靠近最外电极更靠近最内电极。冷却板比起靠近最外电极更靠近最内电极。主要表面区域大于接片表面区域。多个电极是多个阳极电极。主要电极层是主要阳极层，且电极接片是阳极接片。锂离子软包电池单元进一步包括多个阴极电极。每个阴极电极均包括主要阴极层和从主要阴极层突出的阴极接片。阳极接片沿着第一方向从阴极接片隔开。最内电极沿着第二方向与最外电极隔开。第二方向垂直于第一方向。电极堆叠限定第一堆叠端部和与第一堆叠端部相对的第二堆叠端部。第一堆叠端部沿着第三方向与第二堆叠端部隔开。第三方向垂直于第一方向。第三方向垂直于第二方向。阴极接片比起靠近于第二堆叠端部更靠近第一堆叠端部。阳极接片比起靠近于第二堆叠端部更靠近第一堆叠端部。锂离子软包电池单元进一步包括封围电极堆叠的软包。
本发明还描述一种车辆，该车辆包括多个车轮和电动机，该电动机机械地联接于多个车轮的至少一个。该车辆进一步包括电池组件，该电池组件电气地连接于电动机。该电池组件包括冷却板和与冷却板热连通的锂离子软包电池单元。锂离子软包电池单元包括多个电极，这些电极堆叠在一起以形成电极堆叠。每个电极均包括主要电极层和从主要电极层突出的电极接片。电极接片具有接片表面区域，且主要电极层具有主要表面区域。电池单元进一步包括联接于多个电极的散热引线接片。散热引线接片覆盖电极接片的接片表面区域和主要电极层的主要表面区域，以便于从电极堆叠向散热引线接片的热传递。散热引线接片包括主要引线主体和联接于主要引线主体的散热突部，且散热突部覆盖电极接片的整个接片表面区域，以便于从电极堆叠向散热引线接片的热传递。散热引线接片包括导热材料，且主要引线主体覆盖主要电极层的主要表面区域的大部分，以便于从电极堆叠向散热引线接片的热传递。电极包括最内电极和与最内电极相对的最外电极，且散热引线接片与靠近最外电极相比更靠近最内电极。
当结合附图时，从用于执行本发明的最佳模式的以下详细描述中，本发明的上述特征和优点以及其它特征和优点显而易见。
附图说明
图1是车辆的示意立体图，该车辆包括电池组件和电气地连接于电池组件的电动机。
图2是图1中示出的电池组件的示意立体图。
图3是图2中示出的电池组件的锂离子软包电池单元的示意立体图。
图4是图3中示出的锂离子软包电池单元的一部分的示意立体图，示出电极堆叠和与电极堆叠热连通的散热引线接片。
图5是图4中示出的电极堆叠和散热引线接片的示意分解立体图。
图6是电池组件的电极堆叠和与冷却板热连通的散热引线接片的示意分解侧视图。
具体实施方式
首先参照图1，车辆1包括混合推进系统和电池组件10，该混合推进系统呈由内燃机(ICE)5构成的电力源的形式，且该混合推进系统和电池组件两者均与一个或多个电动机7和变速器(例如，呈行星齿轮组的形式)协配。车辆1包括一个或多个车轮9。电动机7机械地联接于车轮9(通过变速器)。因此，电动机7能推进车辆1。此种车辆识别为混合电动车辆(HEV)。车辆1可并不需要ICE 5；在此种情形中，车辆1是电动车辆(EV)而非HEV。电池组件可呈电源电池组或发动机电池组的形式，具体变型从上下文中变得显而易见。用于将推进动力提供给车轮9的一个或多个并且联接于电池组件10和ICE 5的一个或两个的附加传动系部件(均未示出)理解为包括旋转轴、车轴、控制器等等。虽然车辆1目前示作汽车，但混合推进系统对其它此类机动形式(包括卡车、公交车、飞行器、船只、宇宙飞船和摩托车)的可适用性视为落在本发明的范围内。
接下来参照图1—3，电池组件10电气地连接于电动机7，并且是用于车辆1和电动机7的电流源。电池组件10呈多个棱柱软包锂离子电池单元100(图3)的形式，这些棱柱软包锂离子电池单元沿着堆叠方向、尺寸或轴线A-A和B-B在面向结构(很像一副卡片)中对准。所示出的堆叠轴线的双重性对于电池组件10的T形特性是独特的，而在所有电池单元100沿着单个共同轴线(例如轴线A-A)对准的变型(未示出)中，无需参照此种附加的堆叠轴线。如同上文讨论的附加传动系部件那样，用于将电池组件10结合到车辆1中的其它设备可包括(尤其是)电池系统监控器(BSM)单元和人工服务断开(MSD)单元以及电池断开单元(BDU)和用于电气控制、结构支承、冷却、电气连接性(例如经由汇流条和线缆)的辅助结构等等。在所示出的能量电池形式中，构成电池组件10的各个电池单元100构造成矩形的(即，棱柱)软包101，这些软包具有所连结的大体平面表面102、104。呈突出接片106、108形式的正极端子和负极端子可在外部位于软包101的一个边缘110(目前在图3中示作顶部边缘)上，以用作用于(例如，经由汇流条)连接于外侧负载或电路的电触件。在另一形式中，接片106、108可从软包形容器(例如在图3中示出)的相对边缘延伸。例如下文详细讨论的是，接片108这里称为散热突部。然而，替代地或附加地，接片106可称为散热引线接片。接片106、108的位置的选择通过汽车环境内可用的空间以及集电汇流条或相关电源线缆的优选布置来决定。此外，在本文中，边缘是软包101的由接缝117限定并且围绕该接缝的区域，相对表面102、104的粘合或相关连结在该接缝处发生。本领域技术人员会意识到的是，在棱柱锂离子软包电池单元100的情形中，此种连结会限定四个边缘，且为了使得扩散和相关气体渗透性最小，所有四个边缘的基本上整体会需要以这里公开的方式处理，但应注意的是，紧邻于突出接片106、108的区域可能并不具有与不存在此种突部的情形下一样多的阻隔层涂层连续性。例如下文会更详细讨论的是，接缝117是所连结的相对表面102、104之间的位置。
参照图3，锂离子软包电池单元100限定堆叠型内部电极堆叠112，该堆叠型内部电极堆叠完整地封围在挠性软包101内。挠性软包101在一个形式中使得其表面102、104由铝箔制成，该铝箔具有保护性聚合物涂层。在软包101内，多个板形负极碳基电极(阳极，未示出)连接于接片106的一个，且多个板形负极锰基存储电极(阴极，未示出)连接于接片108的另一个；这些电极与电解质堆叠，该电解质提供多孔介质，用于从存储阳极转移电荷离子以在阴极处化学地结合，同时还用作每个电极之间的绝缘体或分隔器。锂离子软包电池单元100可通过使用电流再充电，以将锂离子从阴极强制地分开，并且将这些锂离子传送通过电解质并且返回至阳极。在本文内，经堆叠的阳极、阴极和电解质形成产生电流的活性区域(即，电极堆叠112)，并且完整地容纳在所连结的铝箔表面102、104内。
虽然能量电池变型中使用的锂离子软包电池单元100具有大体平面的构造，但实际上，锂离子软包电池单元100可呈现沿边梯形轮廓。所制造的电池组件10并不限于这里示出的实施例和示例，且各种改变和修改是可能的，而不会偏离本发明的范围。例如，多个单独的替代正极和负极电极可组合在每个电极堆叠112内，并且由非导电分隔器(未示出)沿着堆叠方向彼此隔开，以保持电气地隔离。来自每个负极电极的引线在锂离子软包电池单元100的软包101内聚集在一起，以馈给接片108，同时来自每个负极电极的引线类似地聚集在一起以馈给接片106。
参照图4和5，锂离子电池单元100包括多个电极114，这些电极堆叠在一起，以形成电极堆叠112的至少一部分。每个电极114均包括主要电极层116和从主要电极层116突出的电极接片118。在所示出的实施例中，电极接片118从主要电极层116直接地突出。电极接片具有接片表面区域TSA，且主要电极层116具有主要表面区域MSA。主要表面区域MSA大于接片表面区域TSA。散热引线接片联接于多个电极114。散热引线接片108覆盖电极接片118的接片表面区域TSA和主要电极层116的主要表面区域MSA(大部分或整体)，以便于从电极堆叠112向散热引线接片108的热传递。在所示出的实施例中，电极114是阳极电极。因此，主要电极层116可称为主要阳极层，且电极接片118可称为阳极接片。锂离子软包电池单元100进一步包括多个阴极电极132。每个阴极电极132包括主要阴极层134和从主要阴极层134直接地突出的阴极接片。电极接片118(即，阳极接片)沿着第一方向FD与阴极接片136隔开。
散热引线接片108包括主要引线主体120和联接于主要引线主体120的散热突部122。在所示出的实施例中，散热突部122从主要引线主体120直接地突出。散热突部122覆盖电极接片118的接片表面区域TSA(大部分或整体)，以便于电极堆叠112向散热引线接片108的热传递。散热引线接片108总地或部分地由诸如铝、铜或镍的导热(和导电)材料制成。主要引线主体120覆盖主要电极层116的主要表面区域MSA的(大部分或整体)，以便于从电极堆叠112向散热引线接片108的热传递。电极114包括最内电极126和与最内电极126相对的最外电极124。散热引线接片108比起靠近最外电极124更靠近最内电极126。最内电极126沿着第二方向SD与最外电极124隔开。第二方向SD垂直于第一方向FD。电极堆叠112限定第一堆叠端部138和与第一堆叠端部138相对的第二堆叠端部140。第一堆叠端部138沿着第三方向TD与第二堆叠端部140隔开。阴极接片136比起靠近于第二堆叠端部140更靠近第一堆叠端部138。阳极接片(即，电极接片118)比起靠近第二堆叠端部140更靠近第一堆叠端部138。
如图5中所示，散热引线接片108直接地联接于电极114的一个的电极接片118。确切地说，散热引线接片108直接地联接于最内电极126的电极接片118。因此，散热引线接片108比起靠近最外电极124更靠近最内电极126。具体地说，散热引线接片108的散热突部122直接地联接于电极114的一个的电极接片118(例如，最内电极126或最外电极124)。例如，散热突部122(超声或激光)焊接于电极的一个(例如，最外电极126)的电极接片118。散热突部122具有平面构造，以便于从电极堆叠112向散热引线接片108的热传递。主要引线主体120具有平面构造，以便于从电极堆叠112向散热引线接片108的热传递。
参照图6，电池组件10进一步包括冷却板128，该冷却板与锂离子软包电池单元100热连通，以允许从锂离子软包电池单元100向冷却板128的热传递。冷却板128限定构造成接纳冷却剂C的通道130。散热引线接片108设置在冷却板128和电极堆叠112之间，以便于通过散热引线接片108从电极堆叠112向冷却板128的热传递。换言之，散热接片108便于贯通平面的热传递tpQ。此外，电极堆叠112的构造允许平面内热传递ipQ。因此，本发明中描述的电池组件10允许平面内热传递ipQ和贯通平面的热传递tpQ。冷却板128比起靠近最外电极124更靠近最内电极126。
虽然已详细地描述了用于执行本发明的最佳模式，但熟悉本发明领域的技术人员会认识到，用于实践所附权利要求范围内的本发明的各个替代设计和实施例。

Claims (10)

1.一种锂离子软包电池单元，包括：
多个电极，所述多个电极堆叠在一起形成电极堆叠，所述电极的每个包括主要电极层和从所述主要电极层突出的电极接片，所述电极接片具有接片表面区域，且所述主要电极层具有主要表面区域；
散热引线接片，所述散热引线接片联接于所述多个电极；以及
其中，所述散热引线接片覆盖所述电极接片的所述接片表面区域和所述主要电极层的所述主要表面区域，以便于从所述电极堆叠向所述散热引线接片的热传递。
2.根据权利要求1所述的锂离子软包电池单元，其中，所述散热引线接片包括主要引线主体和联接于所述主要引线主体的散热突部，且所述散热突部覆盖所述电极接片的整个接片表面区域，以便于从所述电极堆叠向所述散热引线接片的热传递。
3.根据权利要求2所述的锂离子软包电池单元，其中，所述散热引线接片包括导热材料。
4.根据权利要求3所述的锂离子软包电池单元，其中，所述主要引线主体覆盖所述主要电极层的所述主要表面区域的大部分，以便于从所述电极堆叠向所述散热引线接片的热传递。
5.根据权利要求4所述的锂离子软包电池单元，其中，所述多个电极包括最内电极和与所述最内电极相对的最外电极，且所述散热引线接片与靠近所述最外电极相比更靠近所述最内电极。
6.根据权利要求5所述的锂离子软包电池单元，其中，所述散热引线接片直接地联接于所述多个电极的一个的电极接片。
7.根据权利要求6所述的锂离子软包电池单元，其中，所述散热引线接片的所述散热突部直接地联接于所述多个电极的一个的电极接片。
8.根据权利要求7所述的锂离子软包电池单元，其中，所述散热突部焊接于所述多个电极的一个的电极接片，所述散热突部从所述主要引线主体直接地突出，且所述电极接片从所述主要电极层直接地突出。
9.根据权利要求8所述的锂离子软包电池单元，其中，所述散热突部具有平面构造，以便于从所述电极堆叠向所述散热引线接片的热传递。
10.根据权利要求9所述的锂离子软包电池单元，其中，所述主要引线主体具有平面构造，以便于从所述电极堆叠向所述散热引线接片的热传递。
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