CN109326845A - 电池组模块和这种电池组模块的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电池组模块，所述电池组模块包括：至少一个电池组电池(2)、尤其锂离子电池组电池；和与所述至少一个电池组电池(2)导热连接的冷却板(3)，其中，在所述至少一个电池组电池(2)和所述冷却板(3)之间还布置热均衡层(4)，其被构造用于提高所述至少一个电池组电池(2)和所述冷却板(3)之间的导热能力，其中所述热均衡层(4)由基础材料(5)构造并且还包括至少一个聚合物致动器(6)，所述至少一个聚合物致动器具有高于50℃温度的转换温度。

Description

电池组模块和这种电池组模块的应用
技术领域
本发明从根据独立权利要求所述类型的电池组模块出发。此外，本发明也涉及所述电池组模块的应用。
背景技术
由现有技术已知的是，电池组模块可以由多个单个的电池组电池组成，所述电池组电池可以串联地和/或并联地相互导电接线。
尤其在电运行的车辆(EV)、混合动力车辆(HEV)或插电式混合动力车辆(PHEV)的情况下，使用包括能量富足的和功率强的锂离子电池组电池或锂聚合物电池组电池的电池组模块，其中所述电池组模块优选具有约一百个电池组电池，以便能够满足经提高的对行驶功率的预期。
基于化学转换过程，锂离子电池组电池或锂聚合物电池组电池尤其在释放和吸收电能量时变热，从而为了在优选的温度范围中运行这样高功率的电池组电池，还已知的是，电池组模块可以包括调温系统，所述调温系统尤其应导致，所述电池组电池不超出预给定的温度。
在此应注意，锂离子电池组电池的优选的温度范围大致在5℃和35℃之间。此外，锂离子电池组电池的寿命从大致40℃的运行温度起持续下降，由此为了满足对足够寿命的要求，应借助调温系统将电池组电池保持在低于40℃之下的热学上不危急(thermischunkritisch)的状态中。此外，不同的电池组电池之间的温度差也不应该超出5开尔文。
对此，由现有技术例如已知利用流过冷却板的流体的调温系统，其中所述流体诸如是水/乙二醇混合物。
此外，由现有技术已知，在这样的冷却板和电池组模块的电池组电池之间布置热均衡层，所述热均衡层用英语表示为“Thermal Interface Material(热界面材料)”(TIM)。
如果相反地电池组电池超出预给定的安全性关键的温度，则这可能导致被称作“thermal runaway(热失控)”的电池组电池的失控(Durchgehen)并且导致可能与此相关联的扩展，也称作“Propagation(传播)”，这导致巨大的安全性风险。
发明内容
具有独立权利要求的特征的电池组模块提供以下优点：通过可靠的方式可以在电池组电池的热失控期间提供传播保护(Propagationsschutz)。
对此，提供一种电池组模块，所述电池组模块包括至少一个电池组电池和冷却板。
电池组电池在此尤其是锂离子电池组电池。
此外，冷却板与至少一个电池组电池导热地连接。
在此，在所述至少一个电池组电池和所述冷却板之间还布置有热均衡层，所述热均衡层被构造用于提高所述至少一个电池组电池和所述冷却板之间的导热能力。
在此，热均衡层由基础材料(Grundmaterial)构造并且还包括至少一个聚合物致动器(Polymer-Aktuator)。
所述至少一个聚合物致动器在此具有在50℃的温度之上的转换温度。
优选地，至少一个聚合物致动器在此具有在65℃的温度之上的转换温度。
至少一个聚合物致动器尤其具有在80℃的温度之上的转换温度。
通过在从属权利要求中列举的措施，在独立权利要求中说明的设备的有利的扩展方案和改进方案是可能的。
尤其在具有在80℃之上的温度的电池组电池情况下，论及相应的电池组电池的热失控。在此，例如可能由于内部短路而发生电池温度的迅速增加，由此可能使另外的放热反应加速并且由此最终可能甚至使相应的电池组电池爆炸。
因此，传播保护在此处一方面应理解为：防止超出确定的、安全性关键的温度的电池组电池的进一步加热。因此，可以将电池组电池再次转化到不危急的状态中并且防止电池组电池的失控。
由具有安全性关键的状态的电池组电池引起的电池组电池的直接的或间接的加热被称作热传播并且同样具有高的、安全性相关的风险。
因此，传播保护在此处另一方面应理解为：防止与具有超出确定的安全性关键的温度的电池组电池相邻地布置的电池组电池加热。
利用电池组模块的根据本发明的实施方式，在此可能的是，在至少一个电池组电池热失控的情况下，通过热均衡层贯穿(hindurch)来中断在所述至少一个电池组电池和冷却板之间的尤其被用于至少一个电池组电池的冷却的并且也被优化的导热路径，由此可以因此防止经由冷却板的进一步热传导。因此总体上可能的是，提供具有集成的传播保护元件的热均衡层。
在此处应注意，聚合物致动器应理解为如下元件，所述元件在周围环境温度改变的情况下可以在不同的形状(Formen)之间一再地来回变换。这样的变换在此在超出或未达到所谓的转换温度的情况下进行。
不同的形状在此尤其描述聚合物致动器的材料的膨胀或收缩或者也描述聚合物致动器的材料的变形，诸如弯曲。
在此，尤其可以限定和按所期望地调整所述来回变换的方向和温度。在不同形状之间的这种来回变换尤其被构造为可逆过程。
聚合物致动器在此例如由寡核苷酸(聚己内酯)(Oligo(e-caprolatonen))和丙烯酸正丁酯(n-Butyl Acrylaten)的共聚物网络构造。
有利的是，所述热均衡层的基础材料由电绝缘材料来构造。
由此可能的是，在至少一个电池组电池和冷却板之间构造限定的电绝缘部(elektrische Isolation)。此外，热均衡层的基础材料可以以如下方式选择，使得附加地也可以在至少一个电池组电池和冷却板之间构造足够的导热能力。
热均衡层的基础材料尤其可以例如由聚合材料构造或者由糊状的或高黏度的材料构造。
符合目的的是，所述热均衡层的基础材料是以弹性和/或塑性的方式可变形的。
基础材料尤其可以是可逆地可变形的。
由此可能的是，在电池组模块运行期间补偿在至少一个电池组电池相对于冷却板的布置方面的不均匀性。
根据本发明的一个有利的方面，聚合物致动器被布置在热均衡层的基础材料内。这具有以下优点：在超出至少一个聚合物致动器的转换温度的情况下，至少一个聚合物致动器改变其形状并且优选地也扩张(expandieren)，由此可以增大在至少一个电池组电池和冷却板之间的间距，其中所述转换温度优选地处于至少一个电池组电池的安全性关键的温度之下。
由此，在至少一个电池组电池和冷却板之间优选地也可以形成用空气来填充的间隙，由此，在至少一个电池组电池和冷却板之间的导热能力相比于基础材料相对强烈下降。尤其因为具有0.026瓦特每米开尔文的空气具有相对更小的导热能力，所以可以构造具有高的热阻的局部的热阻挡层(thermische)。
有利的是，所述至少一个聚合物致动器布置在所述至少一个电池组电池和所述基础材料之间，和/或所述至少一个聚合物致动器布置在所述冷却板和所述基础材料之间。
这具有以下优点：在超出至少一个聚合物致动器的转换温度的情况下，至少一个聚合物致动器改变其形状并且优选地也扩张，由此可以增大在至少一个电池组电池和冷却板之间的间距，其中所述转换温度优选地处于至少一个电池组电池的安全性关键的温度之下。由此，在至少一个电池组电池和冷却板之间优选地也可以形成用空气来填充的间隙，由此，在至少一个电池组电池和冷却板之间的导热能力相对于基础材料相对强烈地下降。尤其因为具有0.026瓦特每米开尔文的空气具有相对更小的导热能力，所以可以构造具有高的热阻的局部的热阻挡层。
根据一种优选的实施方式，热均衡层包括多个聚合物致动器。由此可能的是，提供更可靠的传播保护。
根据本发明的一个符合目的的方面，所述至少一个聚合物致动器以以下方式构造，使得所述至少一个聚合物致动器在所述转换温度之上具有第一形状并且在所述转换温度之下具有第二形状。
在此，尤其所述第一形状和所述第二形状不同。第一形状在此尤其具有如第一形状的体积的两倍大的体积。由此可能的是，在超出至少一个电池组电池的安全性关键的温度的情况下可靠地提供传播保护。
在此处，整体上还应注意，借助根据本发明的电池组模块不仅可以提供在至少一个电池组电池和冷却板之间的足够的导热能力，而且可以提供可靠的传播保护。此外应注意，在至少一个电池组电池的热失控和至少一个聚合物致动器的转换之后，在再次未达到转换温度的情况下，至少一个聚合物致动器又可以回复到其初始形状并且该过程因此可逆地构造。
此外，本发明也涉及根据本发明的电池组模块的应用，其用于防止热量从所述至少一个电池组电池传输到所述冷却板上，尤其在超出安全性关键的温度的情况下。
根据本发明的电池组模块不仅可以用于在电动车辆、混合动力车辆和插电式混合动力车辆以及在移动的娱乐设备和通信设备中的电池组而且可以应用在固定存储器(Speicher)中和用于医学目的的存储器中，诸如体内的电池组。
附图说明
在附图中示出并且在下面的描述中详细阐述本发明的实施例。其中：
图1示意性地示出具有聚合物致动器的根据本发明的电池组模块的一种实施方式；
图2示意性地示出具有聚合物致动器的根据本发明的电池组模块的另一种实施方式。
具体实施方式
图1示意性地示出电池组模块1的一种实施方式。
电池组模块1在此包括至少一个电池组电池2，所述至少一个电池组电池尤其是锂离子电池组电池。
此外，电池组模块1包括冷却板3。在此，冷却板3与至少一个电池组电池2导热连接。
为了提高所述至少一个电池组电池2和所述冷却板3之间的导热能力，在此，在所述至少一个电池组电池2和所述冷却板3之间布置热均衡层4。
在此，热均衡层4由基础材料5构造。热均衡层4的基础材料5在此优选地由电绝缘材料7构造。例如，基础材料可以由硅酮或环氧化物构造并且可以附加地还包括能导热的填充材料(Füllstoff)。此外，基础材料也可以由聚合的和/或糊状的或高黏度的材料构造。
此外，所述热均衡层4的基础材料5优选以弹性和/或塑性地可变形的方式构造。
此外，热均衡层4包括聚合物致动器6。聚合物致动器6在此具有在50℃的温度之上的转换温度。聚合物致动器6优选在此具有在65℃的温度之上的转换温度。聚合物致动器6在此尤其具有在80℃的温度之上的转换温度。热均衡层4在此尤其可以包括多个聚合物致动器6。
聚合物致动器6在此如此构造，使得所述聚合物致动器在所述转换温度之上的情况下具有第一形状61并且在低于所述转换温度之下的情况下具有第二形状62。
在此，图1的右面的示图示出聚合物致动器6的以下状态：在该状态中，聚合物致动器形成第一形状61，并且图1的左面的示图示出聚合物致动器6的以下状态：在该状态中，聚合物致动器形成第二形状62。
尤其从图1的右面的示图与图1的左面的示图的比较可以看出，第一形状61的体积是第二形状62的体积的至少两倍大。
因此，左面的示图尤其示出以下状态：在该状态中，温度处于转换温度之下，并且右面的示图示出以下状态：在该状态中，温度处于转换温度之上。
在此，图1示出电池组模块1的一种实施方式，其中，至少一个聚合物致动器6布置在冷却板3和热均衡层4的基础材料5之间。
显然在此也可能的是，至少一个聚合物致动器6布置在至少一个电池组电池2和热均衡层4的基础材料5之间。
图2示出根据本发明的电池组模块1的另一种实施方式。
在此，在图2中示出的电池组模块1的唯一区别在于，至少一个聚合物致动器6布置在热均衡层4的基础材料5之内。
此外，从图1和2应看出，在超出至少一个聚合物致动器6的转换温度以及至少一个聚合物致动器6以第二形状62布置的情况下可以形成空气间隙8。
在此，空气间隙8可以形成在至少一个电池组电池2和冷却板3之间的热阻挡层。

Claims (8)

1.一种电池组模块，所述电池组模块包括：
至少一个电池组电池(2)、尤其锂离子电池组电池，和
与所述至少一个电池组电池(2)导热连接的冷却板(3)，其中，在所述至少一个电池组电池(2)和所述冷却板(3)之间还布置有热均衡层(4)，所述热均衡层被构造用于提高在所述至少一个电池组电池(2)和所述冷却板(3)之间的导热能力，
其特征在于，
所述热均衡层(4)由基础材料(5)构造并且还包括至少一个聚合物致动器(6)，所述至少一个聚合物致动器具有在50℃的温度之上的转换温度，优选地具有在65℃的温度之上的转换温度并且尤其具有在80℃的温度之上的转换温度。
2.根据前述权利要求1所述的电池组模块，其特征在于，所述热均衡层(4)的所述基础材料(5)由电绝缘材料(7)构造。
3.根据前述权利要求1或2之一所述的电池组模块，其特征在于，所述热均衡层(4)的所述基础材料(5)是以弹性和/或塑性的方式可变形的。
4.根据前述权利要求1至3之一所述的电池组模块，其特征在于，所述至少一个聚合物致动器(6)布置在所述基础材料(5)之内。
5.根据前述权利要求1至5之一所述的电池组模块，其特征在于，所述至少一个聚合物致动器(6)布置在所述至少一个电池组电池(2)和所述基础材料(5)之间；和/或所述至少一个聚合物致动器(6)布置在所述冷却板(3)和所述基础材料(5)之间。
6.根据前述权利要求1至5之一所述的电池组模块，其特征在于，所述热均衡层(4)包括多个聚合物致动器(6)。
7.根据前述权利要求1至6之一所述的电池组模块，其特征在于，所述至少一个聚合物致动器(6)以如下方式构造，使得所述至少一个聚合物致动器(6)在所述转换温度之上具有第一形状(61)并且在所述转换温度之下具有第二形状(62)，其中，尤其所述第一形状(61)和所述第二形状(62)不同。
8.根据权利要求1至7之一所述的电池组模块以如下方式的应用，使得防止热量从所述至少一个电池组电池(2)传输到所述冷却板(3)上。
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