CN109863625A - 互连件 - Google Patents

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Abstract

一种用于包括多个电池单元的电池的互连件，所述互连件包括：具有第一面和第二面的电绝缘基板；在所述基板的第一面上的散热器；以及在所述基板的第二面上的导电材料层，所述导电材料层提供用于与所述多个电池单元连接的一个或多个电池单元容纳区域。

Description

互连件
技术领域
本发明涉及一种用于包括多个电池单元的电池的互连件。本发明还涉及一种包括这样互连件的电池，以及一种用于控制电池的温度的方法。
背景技术
典型的电化学电池单元包括阳极、阴极和布置在阳极和阴极之间的电解质。阳极、阴极和电解质可以被包含在壳体(例如，袋)内。电连接(例如，连接接线片)可以被耦合到壳体，以提供与电池单元的阳极和阴极的电连接。
典型的电池包括多个电化学电池单元。例如，通过将电连接耦合到电连接器，可以将电池单元串联或并联耦合。
随着电池充电或放电，电化学电池单元的温度会升高。在某些情况下，可能期望确保电池在最佳温度下工作。例如，通过允许空气在电池单元和/或被耦合到电池单元壳体的电连接周围循环，可以降低电池的温度。
附图说明
仅通过示例的方式在附图中示意性地示出了本发明的一个或多个实施例，其中：
图1是根据本发明的实施例的互连件的等距投影；
图2A是图1的互连件的俯视图；
图2B是图1的互连件的侧视图；
图2C是图1的互连件的端视图；
图3A是图1的互连件的俯视图；
图3B是通过如图3A中所示H-H得到的互连件的截面图；以及
图3C是图3A的互连件的部分J的俯视图。
具体实施方式
在描述本发明的特定示例之前，要理解的是本公开不限于本文公开的特定互连件、电池或方法。还要理解的是，本文使用的术语仅用于描述特定示例，而不旨在作为范围是限制性的。
在描述和要求保护本发明的互连件、电池和方法时，将使用以下术语：除非上下文另有明确规定，否则单数形式“一”、“一个”和“该”包括复数形式。因此，例如，提及“阳极”包括提及一个或多个这样的元件。
根据本公开，提供了一种用于包括多个电池单元的电池的互连件，所述互连件包括：具有第一面和第二面的电绝缘基板；在基板的第一面上的散热器；在基板的第二面上的导电材料层，所述导电材料层提供用于连接到多个电池单元的电池单元容纳(cell-receiving)区域。
本公开还涉及一种电池，其包括：如本文所述的互连件；以及电连接到所述互连件的一个或多个电池单元容纳区域的多个电池单元。
本公开还涉及一种控制如本文所述的电池的温度的方法。该方法包括将在电池单元中生成的任何热量传导到基板的第二面上的电池单元容纳区域，并通过基板传导到散热器，从而使热量从电池消散。
如上所述，本公开的互连件包括具有第一面和第二面的电绝缘基板。第一面设置有散热器，例如，以布置在基板的第一面上的金属板的形式。导电材料层被布置在基板的第二面上，以提供用于与多个电池单元连接的一个或多个电池单元容纳区域。当电池单元被连接到电接口时，电池单元中生成的热能可以从电池单元传导到电绝缘基板的第二面上的电池单元容纳区域。通过在电绝缘基板的第二面上提供散热器，可以以有效的方式将热量从电池单元容纳区域传递到散热器，从而允许热量从互连件中消散。有利地，电绝缘基板是导热的，从而允许热量以有效的方式从基板的一个面传导到另一个面。还可以选择电绝缘基板的厚度，以在基板的一个面与另一个面之间提供期望的热传递速率。
电绝缘基板
电绝缘基板可以具有至少0.1W.m-1.K-1的导热率。导热率可以至少为0.2W.m-1.K-1，优选至少为0.5W.m-1.K-1。导热率可以至多为6.5W.m-1.K-1，优选至多为10W.m-1.K-1。在一些示例中，导热率可以是0.6至4.8W.m-1.K-1，优选为1至3W.m-1.K-1，更优选为1.5至4W.m-1.K-1。在优选的示例中，导热率为2W.m-1.K-1。
电绝缘基板可以由任何合适的材料形成。示例包括玻璃增强型环氧树脂材料，例如FR-4。
电绝缘基板的厚度可以具有小于3mm、优选小于2mm、更优选小于1mm的厚度。在一个示例中，电绝缘基板可以具有10微米至2mm、优选30微米至1mm、更优选50微米至0.5或1mm的厚度。在优选的示例中，基板具有70至300微米、例如100至200微米的厚度。
电绝缘基板可以基本上是平坦的。
散热器被布置在电绝缘基板的第一面上。散热器可以用作无源热交换器，其允许热量从电池消散掉。例如，当一个或多个电池单元被耦合到基板的第二面上的电池单元容纳区域时，电池单元中生成的热量可以被传导到电池单元容纳区域并通过基板的主体传导到散热器。有利地，散热器由高度导热的材料制成，从而允许热量通过例如传导到周围空气而消散到周围环境中。散热器可以与电绝缘基板的第一面直接接触。
散热器可以由具有至少20W.m-1.K-1、优选至少50W.m-1.K-1的导热率的材料形成。导热率可以至多为500W.m-1.K-1，优选至多为300W.m-1.K-1。在一些示例中，导热率可以是20至500W.m-1.K-1，优选50至400W.m-1.K-1，更优选80至300W.m-1.K-1。在优选的示例中，导热率为100至250W.m-1.K-1。
散热器可以与电绝缘基板的第一面直接接触。例如，散热器可以采用与电绝缘基板相邻并与之接触的金属层的形式。金属层可以由任何合适的金属形成。示例包括钢、不锈钢、镍、铜和铝。优选地，金属是铝。金属层可以是任何合适的厚度。例如，金属层可以是0.1至10mm厚，优选0.5至5mm厚，例如1至3mm厚。在优选的示例中，金属层是1至2mm厚，例如1.5mm厚。金属层可以比电绝缘基板和导电材料层中的每一个更厚。金属层可以比电绝缘基板厚至少5倍，例如至少10倍。
散热器可以包括有助于空气或其他流体(例如气体)冷却剂流过散热器的表面特征。这些表面特征可包括散热片。
导电材料层被沉积在基板的第二面上。在一个示例中，基板的第二面与基板的第一面相对。导电材料层提供用于连接到多个电池单元的一个或多个电池单元容纳区域。例如，电池单元容纳区域可以提供电池可以被耦合到的电接口。在一个示例中，提供了多个电池单元容纳区域，所述电池单元容纳区域以彼此隔开的关系被布置在基板上。因此，当电池单元被连接到电池单元容纳区域时，电池单元可以被彼此相邻地定位，例如，作为堆叠。在堆叠中，电池单元可以相互接触或者可以相互不接触。在一些示例中，在电池单元之间可以存在间隙，其允许空气在电池单元和/或用于将电池单元连接到电池单元容纳区域的接触或连接接线片之间流动。
电池单元容纳区域可以采用基板的第二面上的导电带的形式。条带可以提供用于多个电池单元的连接。替代地，电池单元容纳区域或接口可以是通过导电材料的导电迹线而被彼此连接的离散的电池单元容纳区域或焊盘。这些电池单元容纳区域或焊盘中的每一个可以将大小定为允许连接到电池单元的至少一个连接接线片。电池可以经由一个或多个电池单元容纳焊盘而被连接到互连件。在一个示例中，电池单元的一个或多个阳极经由耦合到一个电池单元容纳焊盘的接触接线片而被连接到互连件，而电池单元的一个或多个阴极经由耦合到不同电池单元容纳焊盘的接触接线片而被连接到接口。电池单元的一个或多个阳极所附接到的电池单元容纳焊盘(“阳极焊盘”)与电池单元的一个或多个阴极所附接到的接触接线片(“阴极焊盘”)之间的间隔可以是根据电池单元的一个或多个阳极的接触接线片与一个或多个阴极的接触接线片之间的间隔来选择。在一个示例中，一个或多个阳极的接触接线片与一个或多个阴极的接触接线片之间的间隔可以是5至30mm，例如，约10mm。因此，阳极焊盘与阴极焊盘之间的间隔可以是5至30mm，例如，约10mm。
导电材料层可以由金属形成。合适的金属是铜。在一个示例中，连续的导电材料层(例如铜)被沉积在基板的第二面上。此后，例如通过酸处理蚀刻掉该层的部分，以留下一个或多个期望的电池单元容纳区域和连接该一个或多个区域的任何导电迹线。
导电材料层的厚度可以具有小于1mm的厚度。在一个示例中，该层可以具有1微米至1mm、优选5微米至0.5mm、更优选10至200微米的厚度。在优选的示例中，基板具有15至100微米、例如20至50微米(例如30至40微米)的厚度。在一个示例中，导电材料层具有小于电绝缘基板的厚度的厚度。例如，导电材料层具有为电绝缘基板的厚度的50％或比其更小的厚度。
在一个示例中，互连件可以是金属包覆的印刷电路板(PCB)。例如，印刷电路板可以包括在一面上设置(例如印刷)有导电材料层(例如铜)的电绝缘基板。可以在基板的相对面上布置金属层(例如铝)(“包覆”)以提供散热器。
在一些示例中，导电材料层被设置(例如，印刷)在电绝缘基板的第二面上，作为通过导电材料的导电迹线而被彼此连接的离散的电池单元容纳区域或焊盘。
还可以选择电绝缘基板的厚度、导电材料层的厚度以及散热器的厚度，以优化整体结构的刚度和重量之间的平衡。有利地，本公开的互连件是轻质且刚性的。这有利于构造轻质电池，其可以用于广泛的应用，例如用于车辆(例如机动车辆和飞机)的电池。
充电状态和温度控制
在某些情况下，可能期望控制多个电池单元中的一个或多个的充电状态。这可能要求电池单元中的一个或多个被放电。在一些示例中，可能期望使电池中的电池单元的充电状态的任何差异最小化。
为了控制充电状态，互连件可以包括用于控制多个电池单元中的一个或多个的充电状态的电路。例如，电路可以包括被安装在电绝缘基板的第二面上的一个或多个电阻器。电阻器可以通过由布置或印刷到电绝缘基板的第二面上的导电迹线形成的电路而被连接到电池单元容纳区域。当电池单元被连接到电池单元容纳区域时，可以通过这些电阻器从电池单元汲取电流以减小电池单元的充电状态。
电路还可以包括一个或多个开关，其可以开启或关闭以便控制电流通过一个或多个电阻器的流动。一个或多个开关可以被耦合到控制器，以用于控制开关的状态，从而控制电流从电池单元并通过电阻器的流动。该电路还可以包括一个或多个电压计，其被布置为测量电池单元两端的电压。控制器可以被配置为根据由电压计进行的测量来控制来自电池单元的电流的流动。例如，具有大于最低电压电池单元的电压的电池单元可以被连接到电阻器，以便减小该电池单元的充电状态。充电状态可以被减小以便使其与最低电压电池单元一致，从而平衡电池单元的充电状态。
在一个示例中，可以为每个电池单元提供电阻器或电阻器集，从而允许每个电池单元根据需要进行放电。在该放电期间由一个或多个电阻器生成的任何热能可以被传导到散热器并以便捷的方式被消散。
在某些情况下，可能期望控制电池单元中的一个或多个的温度。这可能要求电池单元中的一个或多个被加热或被冷却。在一些示例中，可能期望使电池中的电池单元的温度的差异最小化。因此，可能期望使电池中电池单元上的温度梯度最小化。例如，可以选择性地加热一个或多个电池单元以使电池中的温度梯度最小化。
为了控制电池单元的温度，互连件可以设置有用于控制多个电池单元中的一个或多个的温度的电路。例如，互连件可以包括可操作以升高电池中的一个或多个电池单元的温度的加热器。在一个示例中，互连件包括被安装在电绝缘基板的第二面上的一个或多个电阻器。可以使电流经过电阻器以生成热量。优选地，电阻器被定位在接近或者甚至邻近电池单元容纳区域的位置处，使得来自电阻器的热能可以被传导到电池单元容纳区域，并经由例如用于将电池单元连接到基板的电池单元容纳区域的任何连接器(例如连接接线片)而被传导到电池单元。在一个示例中，提供了多个电阻器，由此每个电阻器位于接近或者甚至邻近电池单元容纳区域的位置处，并且每个电池单元设置有相应的电阻器或电阻器组。
在电池单元的阳极被耦合到电池单元容纳区域并且电池单元的阴极被耦合到另一个(例如，接近的)电池单元容纳区域的情况下，一个或多个电阻器可以被定位在电池单元容纳区域之间。这些电阻器可被用于控制电池单元的温度和/或改变其充电状态。
电路还可以包括一个或多个开关，其可以开启或关闭以便控制电流通过一个或多个电阻器的流动。一个或多个开关可以被耦合到控制器，以用于控制开关的状态，从而控制电流通过电阻器的流动。
任何电能源可被用于供应电流。然而，如下所述，电池单元本身可以提供电流源。例如，电阻器可以通过由布置或印刷到电绝缘基板的第二面上的导电迹线形成的电路而被连接到电池单元容纳区域。当电池单元被连接到电池单元容纳区域时，可以通过这些电阻器从电池单元汲取电流。该电流的流动可以增加电阻器的温度。如上所述，产生的热能可以被传导到电池单元以增加电池单元的温度，特别是如果电阻器位于接近电池单元容纳区域的位置处。
在一个示例中，用于控制电池单元的充电状态的电路与用于控制电池单元的温度的电路相同。例如，用于控制电池单元的充电状态的一个或多个电阻器与用于控制电池单元的温度的一个或多个电阻器相同。
用于控制电池单元的充电状态的电路和/或用于控制电池单元的温度的电路可以由可以被耦合到电池的电池管理系统控制。
互连件可以包括被安装在电绝缘基板的第二面上的一个或多个温度计。温度计可以沿着电绝缘基板定位，以提供指示电池单元中的一个或多个的温度的温度读数。温度计可以沿着电绝缘基板定位，以提供沿着基板被连接在不同的电池单元容纳区域处的电池单元之间的任何温度差异的指示。在一个示例中，提供了多个温度计，由此每个温度计位于接近或者甚至邻近电池单元容纳区域的位置处，并且每个电池单元设置有相应的温度计或温度计组。如果检测到温度差异，则可以激活电路以加热所选择的一个或多个电池单元以减小出现的任何温度差异。
可以采用任何合适的温度计。例如，可以采用温度计、双金属条带或温度换能器。导电层中的到连接器或电路的导电迹线可以被用于允许由控制电路来测量温度。
用于连接除电池单元之外的部件的一个或多个电连接器可以被安装在基板上。例如，适合于测量电压(例如电池单元电压)的部件、适合于测量温度的部件、适合于提供电力(例如，为一个或多个热源供电)的部件和/或适合于控制一个或多个部件(诸如安装在基板上的开关)的部件可以被连接到安装在基板上的一个或多个连接器。合适的连接器可以例如采用电路板连接器(诸如通常用于建立与PCB的电连接的电连接器的那些连接器)的形式。安装在基板上的连接器可以允许(例如，以基板上的导电迹线的形式)与基板上的电路建立电连接。例如，可以建立电连接以用于监视和/或控制基板上的电路的目的。
电池
电池可以是任何合适的电池。电池可包括多个电化学电池单元。每个电化学电池单元可以包括电池堆，电池堆包括阳极和阴极以及布置在阳极和阴极之间的电解质。电池堆可以被包含在壳体内，例如圆柱形壳体或袋。
电连接(例如，连接接线片)可以被耦合到壳体，以提供与电池单元的阳极和阴极的电连接。连接接线片可以被焊接到、焊合到或以其他方式连接到电极或壳体内的电极的集电器。
电连接可以从壳体的一侧或一面延伸。例如，在袋状电池单元的情况下，电连接或连接接线片可以从袋的一侧延伸。在一个示例中，壳体(例如，袋)可以包括被连接到壳体(例如袋)中的一个或多个阳极的阳极连接接线片和被连接到袋中的一个或多个阴极的阴极连接接线片。阳极接线片可以被耦合到一个电池单元容纳区域，而阴极接线片可以被耦合到另一个(例如，接近的)电池单元容纳区域。
可以使用任何合适的方法将电连接耦合到互连件的电池单元容纳区域。例如，可以使用导电粘合剂或导电焊料将电连接耦合到互连件的电池单元容纳区域。替代地，电连接可以被焊接(例如，超声波焊接或激光焊接)到由电池单元容纳区域提供的电接口。在一个示例中，电连接可以采用由金属箔形成的接触接线片的形式。合适的金属箔包括铝箔或镍箔。这些电连接可以被焊接到互连件的电池单元容纳区域。电池单元容纳区域可以由例如铜形成。在一些示例中，电池单元容纳区域可以采用焊盘的形式。
在本公开的一个示例中，电化学电池单元是袋状电池。袋状电池设置有由金属箔形成的接触接线片形式的电连接。
可以使用任何合适的电化学电池单元。在本公开的一些示例中，电化学电池单元是锂电池单元。合适的锂电池单元包括锂离子电池单元、锂-空气电池单元、锂-聚合物电池单元和锂-硫电池单元。
在本公开的一个示例中，电化学电池单元是锂-硫电池单元。锂-硫电池单元可以包括锂阳极和包含电活性硫材料的阴极。阳极可以由锂金属或锂金属合金形成。优选地，阳极是金属箔电极，诸如锂箔电极。锂箔可以由锂金属或锂金属合金形成。
阴极可包括基质，该基质包含电活性硫材料和导电材料。该基质可以形成电活性层，其被放置为与集电器接触。电流可以由例如铝箔形成。
电活性硫材料可以包括元素硫、硫基有机化合物、硫基无机化合物和含硫聚合物。优选地，使用元素硫。
导电材料可以是任何合适的固体导电材料。优选地，该固体导电材料可以由碳形成。示例包括碳黑、碳纤维、石墨烯和碳纳米管。其他合适的材料包括金属(例如薄片、锉屑和粉末)和导电聚合物。优选地，采用碳黑。
电活性硫材料可以以60至90重量％、优选65至85重量％、更优选70至80重量％的量存在于沉积在集电器上的基质中。
导电材料可以以10至45重量％、优选15至35重量％、更优选20至25重量％的量存在于沉积在集电器上的基质中。
电活性硫材料与导电材料的重量比可以是0.01-10：10-50，优选0.1-5：15-45，更优选1-5：20-35。
可以使用任何合适的电解质。电解质可以包含有机溶剂和锂盐。合适的有机溶剂包括醚、酯、酰胺、胺、亚砜、磺酰胺、有机磷酸酯和砜。示例包括四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、丙酸甲基丙基酯、丙酸乙酯、乙酸甲酯、1,2-二甲氧基乙烷、1,3-二氧戊环、二甘醇二甲醚(2-甲氧基乙基醚)、三甘醇二甲醚、四甘醇二甲醚、丁内酯、1,4-二噁烷、1,3-二噁烷、六甲基磷酰胺、吡啶、二甲基亚砜、磷酸三丁酯、磷酸三甲酯、N，N，N，N-四乙基氨基磺酰胺和砜及其混合物。
合适的电解质盐包括锂盐。合适的锂盐包括六氟磷酸锂、六氟砷酸锂、硝酸锂、高氯酸锂、三氟甲磺酰亚胺锂、双(草酸)硼酸锂和三氟甲磺酸锂。优选地，锂盐是三氟甲烷磺酸锂(也称为三氟甲磺酸锂)。可以采用盐的组合。例如，三氟甲磺酸锂可以与硝酸锂组合使用。锂盐可以以0.1至5M、优选0.5至3M的浓度存在于电解质中。
隔板可以被放置在阳极和阴极之间。在存在隔板的情况下，隔板可以包括允许离子在电池单元的电极之间移动的任何合适的多孔基板。隔板应该被定位在电极之间，以防止电极之间的直接接触。基材的孔隙率应该为至少30％、优选至少50％，例如，高于60％。合适的隔板包括由聚合物材料形成的网。合适的聚合物包括聚丙烯、尼龙和聚乙烯。非织造聚丙烯是特别优选的。可以采用多层隔板。
现在将参考附图来描述本发明的方面。
图1-图3通过多个不同的视角示意性地示出了根据本发明的实施例的用于电池的互连件1。图中还示出了贯穿始终使用的笛卡尔坐标系。图3B和图3C更详细地示出了互连件1的部分。图3A中所示的图示包括互连件1的部分J的分界。互连件1的部分J在图3C中详细示出。图3A中还示出了线H-H。图3B示出了通过线H-H得到的互连件1的截面。
互连件1适用于包括多个电化学电池单元(未示出)的电池。互连件1可以提供多个电池单元之间的电连接，并且可以提供电池单元和电池的端子之间的电连接。电池可以通过端子并经由互连件进行充电和/或放电。例如，负载可以被连接到端子，并且电池可以对负载放电。附加地或替代地，电源可以被连接到端子，并且可以从电源对电池充电。
互连件1可以提供多个电池单元之间的电连接，以便将电池单元中的至少一些彼此串联连接。附加地或替代地，互连件1可以提供多个电池单元之间的电连接，以便将电池单元中的至少一些彼此并联连接。
互连件1包括电绝缘基板3、散热器2和导电材料层4。基板3具有第一面3a和第二面3b。散热器2位于第一面3a上，并且导电材料层4位于第二面3b上。在图中所示的实施例中，第二面3b与第一面3a相对。虽然图中所示的互连件包括平坦基板3，其中第一面3a基本上与第二面3b平行，但是可以设想其他结构，其中第一面和第二面不平行。
导电材料层4被布置成提供多个电池单元容纳区域4，以用于与多个电池单元电连接。通过该描述，电池单元容纳区域4可以被称为用于连接到一个或多个电池单元的接口。在图中示出了多个连接接线片5，其被电连接到接口4。出于该描述的目的，接线片5被认为形成电池单元(未示出)的一部分，并且不被认为形成互连件1的一部分。接线片5可以例如形成电池单元的负端子和正端子。接线片5可以通过任何合适的手段而被连接到接口4。例如，接线片5可以通过焊接(诸如超声波焊接或激光焊接)来连接，可以通过导电粘合剂和/或通过将接线片5焊接到接口4来连接。
虽然在图中通过连接接线片5示出了接口4和电池单元之间的电连接，但是在其他实施例中，可以使用其他形式的连接。例如，一个或多个导电线、导电棒或导电杆可以被连接到接口4。特别地，连接接线片5可以用于电化学电池单元被容纳在袋中的实施例。但是，可以使用任何兼容的电池单元和连接的组合。
在图中所示的实施例中，电池单元容纳区域4(也称为接口)由基本上平坦的导电材料的焊盘形成。然而，在其他实施例中，接口4可以包括任何适当形状的导电材料区域，利用该区域可以建立与电池单元的电连接。接口4可以被布置在基板3上，以便于将电池单元连接到接口4。例如，相邻接口4之间的间隔可以大致对应于电池单元上的连接接线片5之间的间隔。接口的一个或多个尺寸可以被布置为大致匹配与电池单元的连接的尺寸。例如，在所描绘的实施例中，接口4在y方向上的范围大致对应于连接接线片5在y方向上的范围，以便于接线片5与接口4的连接。
虽然未在图中明确示出，但是互连件1还可以包括在接口4和/或其他部件中的至少一些之间的电连接。例如，导电材料层还可以包括电耦合到接口4中的一个或多个的导电迹线(未示出)。导电迹线可以形成在接口4中的一个或多个和/或一个或多个其他部件之间的电连接。
导电材料层可以由金属(诸如铜)形成。在制造期间，可以在基板的第二面3b上沉积连续的导电材料层(使用任何合适的技术)。例如，连续的导电材料层可以被沉积在整个第二面3b上或第二面3b的离散区域上。随后可以蚀刻掉导电材料的一个或多个部分以留下接口4和在接口4和/或其他电气部件之间延伸的任何期望的导电迹线。在基板3上制造电路和/或接口4的方法可以与通常用于制造印刷电路板(PCB)的方法类似或相同。在一些实施例中，互连件中的至少一些可以被认为是PCB(例如，金属包覆PCB)的示例。
虽然未在图中示出，但是互连件1可以设置有一个或多个连接器，电池的端子被电连接到该连接器。连接器可以经由基板的第二面3b上的导电迹线而被电耦合到接口4。因此，电池可以通过互连件1和端子进行充电和/或放电。
在电池的工作期间(例如，电池的充电和/或放电)，电流流过连接接线片5、接口4和任何其他电路(例如，位于互连件上的导电迹线)。因此，例如，由于焦耳加热，互连件1、连接接线片5和/或电池单元的一个或多个区域可能变热。除了由于流过互连件1的电流引起的互连件1的直接焦耳加热之外，热量可以例如通过连接接线片5从电池单元被传导到互连件1。例如，热能可以在电池单元本身中生成并且可以例如通过通过连接接线片5和到接口4的热传导而导致对互连件的加热。
可能期望提供对电池的互连件1、电池单元和/或其他部件的热管理。有利地，互连件1设置有在基板2的第一面3a上的散热器2，热量可以被传导到该散热器。散热器2可以例如包括导电材料(诸如金属)层。在一些实施例中，散热器2可以由铝形成，但是也可以使用其他材料。散热器2用作无源热交换器，其允许热量从电池消散掉。例如，散热器2可以吸收电池中其他地方(例如，在电池单元和/或互连件1中)生成的热量并将热量消散到其周围。
散热器2可以与诸如空气的流体介质接触，热量被消散到该流体介质。在一些实施例中，可以生成在散热器上方的流体的流动，以便有助于热量从散热器消散掉。例如，可以在散热器上方生成空气流。附加地或替代地，液体冷却剂可以被放置在散热器2附近(例如，在一个或多个导管中)，以允许热量从散热器2传递到冷却剂。散热器2可以设置有相对大的表面区域，以便增加与流体(诸如空气和/或液体冷却剂)接触的表面区域，从而增加可以交换热量的表面区域。虽然未在图中示出，但是在一些实施例中，散热器2可以设置有一个或多个特征，诸如散热片，其用于增加散热器2的表面区域和/或有助于流体在散热器2上方的流动。
互连件1被构造成有助于将热量从位于基板3的第二面3b上的接口4和/或其他部件传递到散热器2。基板3由导热材料形成，其允许热量从基板3的第二面3b传导到第一面3a。例如，基板3可以具有至少约0.2W.m-1.K-1的导热率以促进热量传导到散热器2。用于基板3的合适材料选择可以例如包括玻璃增强型环氧树脂材料，例如FR-4。
基板3可以是相对薄的并且可以例如具有小于约3mm的厚度，并且在许多实施例中可以显著小于3mm。提供相对薄的基板3有利地促进了基板3的第一面和第二面之间的热传导，并且另外允许互连件1具有紧凑和轻质的结构。
如图中所示，散热器2可以基本上在基板3的整个第一面3a上延伸。有利地，这提供了相对大的表面区域(从该表面区域热量可以从散热器2消散)并且促进热量从第二面3b上的不同位置传导到散热器2。
在一些操作条件下，散热器2可以另外用于防止在电池中以及在互连件1上建立大的温度梯度。例如，在操作期间，电池的多个电池单元中的一个或多个可能变得比其他电池单元更热。这可能是由于电池单元的操作条件的差异(例如，流向/流出不同电池单元的电流量的差异)，或者可能是由电池单元的环境条件的差异引起的。例如，电池可以包括彼此相邻定位的一组电池单元。这样的一组电池单元可以包括位于该组的边缘附近的电池单元和位于该组电池单元的中间的其他电池单元。位于该组电池单元的边缘附近的那些电池单元可以将电池单元中生成的热量中的一些消散到它们的周围环境中，并因此可以比该组中其他电池单元更冷些。位于该组电池单元的中间的那些电池单元可以被其他电池单元环绕，并且因此不可以能够将热量有效率地消散到它们的周围环境中。因此，位于该组的中间附近的那些电池单元可以变得比位于该组的边缘附近的那些电池单元更热些。因此，较热电池单元被连接到的接口4可以变得比较冷电池单元被连接到的接口4更热些，并且可以在互连件1上建立温度梯度。
在操作期间，通常期望电池中的多个电池单元中的每一个被保持在大致相同的温度并且避免不同电池单元之间的大的温度差异。散热器2可以由高导热性的材料形成。因此，热量可以通过散热器2从互连件1的一个区域传导到另一个区域，从而减少可以在互连件1上建立的任何温度梯度。例如，在一个或多个接口4被加热到比其他接口4更高的温度的情况下，热量可以通过基板3和散热器2从相对热的接口4有效率地传导到相对冷的接口4。因此，散热器2可以用于减小接口1上的任何温度梯度，并且可以减小电池中的不同电池单元之间的温度差异。
在一些实施例中，可以在电池中提供主动热管理。也就是说，互连件1可以包括用于控制多个电池单元中的一个或多个的温度的电路。在所描绘的实施例中，用于控制多个电池单元的温度的电路以安装在基板3的第二面3b上的电阻器6的形式提供。电阻器6中的每一个被定位在接近接口4中的一个或多个的位置处。因此，电阻器6中生成的热量可以导致对一个或多个邻近接口4的加热(例如，由于热量通过基板和/或散热器2从电阻器6传导到接口4)。连接到被加热的接口4的电池单元可以通过接口4和连接到接口4的连接接线片5的传导来接收热量。因此，电阻器6可被用于在接口1上提供局部加热，以便加热连接到接口1的一个或多个电池单元。
如图所示，电阻器6被设置在基板3上的不同位置处，使得不同的电阻器6对互连件1的不同区域提供加热。因此，不同的电阻器6可以对不同的接口4并因而对连接到接口4的不同电池单元提供加热。以这种方式，电阻器对互连件1提供可控的和局部的加热。在所描绘的实施例中，电阻器6被线性地布置在图中所示的x轴上的不同位置处。然而，可以设想电阻器6的其他合适布置。
可以通过控制流过电阻器6的电流来控制对位于电阻器6附近的一个或多个电池单元的加热。例如，在期望加热电池单元的情况下，电位差可以被连接在位于电池单元附近的电阻器6的两端，以便生成通过电阻器6的电流，从而导致电阻器6被加热。在一些实施例中，例如，通过基板3的第二面3b上的导电迹线形式的电路，可以将电阻器6连接在接口4之间。在接口4之间连接电阻器6允许从连接到接口4的一个或多个电池单元以及通过电阻器6汲取电流。因此，一个或多个连接的电池单元用作电阻器6的电源。虽然连接的电池单元提供方便的电源，其可被用于驱动电流通过电阻器6并提供对互连件1的局部加热，但是任何电源可被用于驱动电流通过电阻器6。例如，电阻器6中的一个或多个可以跨单独的电源(未示出)来连接，该电源被提供用于对互连件1提供局部加热的目的。
电阻器6可以与一个或多个开关(未示出)串联连接，一个或多个开关可以开启和关闭，以便控制电流通过电阻器6的流动，并且从而控制提供给互连件1的加热。可以通过任何合适的控制电路来控制电流的流动。例如，互连件1可以包括控制器(例如，以微处理器的形式)，其被布置成控制通过电阻器6中的一个或多个的电流的流动。控制器(未示出)可以被安装在基板1上，或者可以与基板3分离地定位。控制器可以经由设置在基板8上的连接8而被连接到位于基板上的电路(例如，以一个或多个电阻器6和/或一个或多个开关的形式)。连接8可以包括用于连接一个或多个外部部件(诸如控制器)的任何合适的接口(例如插座)。连接8可以经由一个或多个导电迹线(未示出)而被连接到基板上的电路，所述导电迹线在基板3的第二面3b上延伸。在所描绘的实施例中，示出了两个连接8，但是可以提供任何数量的连接8。不同的连接8可以提供用于连接不同的部件，或者可以提供到相同部件的多个连接。
在一些实施例中，根据一个或多个温度测量结果来控制互连件1的加热。在所描绘的实施例中，互连件设置有安装在基板3的第二面3b上的多个温度计7。温度计7被定位在接口4附近，并因此提供温度读数，其指示接口4的温度并因此指示电池单元的温度(因为电池单元经由导热连接接线片5而被热耦合到接口4)。特别地，温度计7可以被布置成使得由温度计进行的测量提供连接到不同接口4的电池单元之间的任何温度差异的指示。在所描绘的实施例中，温度计7被线性地布置在图中所示的x轴上的不同位置处。然而，可以设想温度计7的其他布置。
温度计7可以被连接到控制器，该控制器被布置成控制电流通过电阻器6的流动。例如，温度计7可以(例如，经由形成在基板3上的导电迹线)被通信地耦合到连接8中的一个或多个，控制器被连接到连接8中的一个或多个。控制器可以从温度计7接收温度测量结果，并根据接收到的测量结果来控制电流通过电阻器6的流动。例如，如果来自温度计7的测量结果指示不同的电池单元处于不同的温度，则可以使电流流过(例如通过开启开关)接近一个或多个电池单元的一个或多个电阻器6，该温度测量结果与其他电池单元相比时为相对冷的。因此，相对冷的电池单元被一个或多个邻近的电阻器加热，并且不同电池单元之间的温度差异被减小。
如上所述，位于电池的边缘附近的电池单元(例如，在图中所示的x轴上的极限位置处)可以比位于电池的中心附近的电池单元更冷些。由温度计7进行的测量向控制器提供了对电池中的任何这样温度梯度的指示。控制器可以通过使电流流过(例如通过开启一个或多个开关)位于电池单元(位于电池的边缘附近)附近的电阻器6来进行响应，从而对那些电池单元提供加热。例如，可以使电流流过图中所示的最外面的电阻器6(即图2A中最左边和最右边的电阻器6)。通过位于相对冷的电池单元附近的电阻器提供加热，可以减小电池中的任何温度梯度。
温度计7可以包括能够测量温度的任何合适的部件。虽然已经描述了电阻器6形式的热源，但是在一些实施例中，可以使用其他形式的热源来对互连件1提供加热。通常，可以使用任何合适的热源。
除了对互连件1提供受控制的加热之外或作为其替代，可以响应于温度测量(诸如由温度计7进行的那些)来控制互连件1的冷却。如上所述，可以通过在散热器2附近提供流体(例如，空气和/或液体冷却剂)的流动来冷却互连件1。在一些实施例中，可以根据由温度计7进行的测量来控制流体的流速。例如，可以根据温度测量结果来控制用于生成冷却流体流的风扇或泵，以便控制提供给互连件1的冷却量。在由温度计7得到的温度读数指示电池单元的温度超过电池的期望工作温度的情况下，可以增加冷却流体的流动。在由温度计7得到的温度读数指示电池单元的温度低于电池的期望工作温度的情况下，可以减少冷却流体的流动。
可以期望电池的不同电池单元以大致相同的速率充电和/或放电，使得在电池单元中的每一个中充电状态基本相同。然而，随着时间推移，在充电-放电循环期间电池中的不同电池单元的健康状态和性能通过使用可能开始偏离。因此，在充电/放电操作的给定时间，不同的电池单元可以具有不同的充电状态。因此，可以期望管理电池中的电池单元的充电状态，例如，使得不同电池单元之间的充电状态的任何差异被减小。
在一些实施例中，接口1设置用于控制电池的电池单元的充电状态的电路。电路可以被布置成提供对电池单元的充电状态的被动和/或主动控制。对电池单元的充电状态的被动控制可以包括将一个或多个旁路电阻器连接在一个或多个电池单元两端，以便使电池单元通过电阻器来放电，从而减小电池单元的充电状态。例如，用于控制充电状态的电路可以包括用于测量每个电池单元两端的电压的电压计。具有大于最低电压电池单元的电压的任何电池单元可以被连接到旁路电阻器，以便减小该电池单元的充电状态，从而使其与最低电压电池单元一致。因此，该电路还可以包括一个或多个电阻器和用于将电阻器连接在电池单元中的一个或多个的两端的开关。通过将电阻器(例如，经由基板上的导电迹线)电连接到接口4中的一个或多个，可以将电阻器连接在电池单元中的一个或多个的两端，所述电池单元被连接到接口4中的一个或多个。
形成用于控制电池单元的充电状态的电路的一部分的电阻器可以被安装在基板的第二面3b上。当通过电阻器汲取电流时，将在电阻器中生成热量。如上所述，在基板3的第二面3b上(例如在电阻器中)生成的热量被传导通过基板3并传导到散热器2。因此，散热器用于减少由用于控制电池单元的充电状态的电路引起的任何不期望的局部加热。
在一些实施例中，用于控制电池单元的充电状态的电阻器可以与被提供用于控制电池单元的温度的电阻器6相同。因此，相同的电路可被用于控制电池单元的充电状态和控制电池单元的温度两者，从而减少所需的部件数量。在其他实施例中，用于控制电池单元的充电状态的电路可以与用于控制电池单元的温度的电路不同，从而允许独立控制充电状态和温度。
在一些实施例中，用于控制电池单元的充电状态的电路可以附加地或替代地被配置为提供对充电状态的主动控制。对充电状态的主动控制可以包括将电荷从电池单元中的一个转移到电池单元中的另一个。例如，可以将电荷从被测量为具有相对高电压的电池单元转移到被测量为具有相对低电压的电池单元，从而平衡电池单元的充电状态。用于提供主动控制的电路可以包括例如一个或多个DC转换器和/或开关电容器。这些部件(未示出)可以被安装在基板3的第二面3b上并被电连接到接口4(例如，经由第二面3b上的导电迹线)。
在一些实施例中，用于控制电池单元的充电状态的电路可以包括控制器(例如，以微处理器的形式)。控制器(未示出)可以被安装在基板3上，或者可以与基板3分离地定位。控制器可以经由设置在基板3上的连接8中的一个或多个而被连接到位于基板3上的电路(例如，以一个或多个电阻器、开关、DC转换器、开关电容器和/或其他部件的形式)。
用于控制电池单元的充电状态的控制器可以与用于控制电池单元的温度的控制器相同或不同。在一些实施例中，电池管理系统可以被提供用于管理电池的一个或多个属性，诸如电池单元的充电状态和/或电池单元的温度。例如，通过连接到连接器8中的一个或多个，电池管理系统可以被耦合到互连件1。
虽然在附图中示出了互连件1的特定实施例并且如上所述，但是将理解的是，可以设想本发明的其他实施例。例如，在不脱离本发明的范围的情况下，根据本发明的实施例的互连件可以包括与图中所示的部件不同地布置的部件。附加地或替代地，根据本发明的实施例的互连件可以包括比图中所示更多或更少的部件。例如，在一些实施例中，互连件可以包括比图中所示的五个电池单元容纳区域4更多或更少的接口。
结合本发明的特定方面、实施例或示例描述的特征、整数、特性、化合物、化学部分或基团要被理解为适用于本文描述的任何其他方面、实施例或示例，除非与其不兼容。本说明书中公开的所有特征(包括任何所附权利要求、摘要和附图)和/或如此公开的任何方法或过程的所有步骤可以以任何组合进行组合，其中这些特征和/或步骤中的至少一些是互斥的组合除外。本发明不限于任何前述实施例的细节。本发明扩展到本说明书中公开的特征(包括任何所附权利要求、摘要和附图)中的任何新颖特征的或任何新颖组合，或扩展到如此公开的任何方法或过程的步骤的任何新颖步骤或任何新颖组合。
读者的注意力指向与本说明书同时提交或在本说明书之前提交的与本申请有关并且与本说明书一起对公开查阅开放的所有论文和文献，所有这些论文和文献的内容均通过引用并入本文。

Claims (24)

1.一种用于包括多个电池单元的电池的互连件，所述互连件包括：
具有第一面和第二面的电绝缘基板；
在所述基板的第一面上的散热器；以及
在所述基板的第二面上的导电材料层，所述导电材料层提供用于与所述多个电池单元连接的一个或多个电池单元容纳区域。
2.根据权利要求1所述的互连件，其中，所述电绝缘基板具有至少0.1W.m-1.K-1的导热率。
3.根据权利要求1或2所述的互连件，其中，所述电绝缘基板具有小于3mm的厚度。
4.根据任一前述权利要求所述的互连件，其中，所述互连件包括用于控制所述多个电池单元中的一个或多个的充电状态的电路。
5.根据任一前述权利要求所述的互连件，其中，所述互连件包括用于控制所述多个电池单元中的一个或多个的温度的电路。
6.根据权利要求4或5所述的互连件，其中，用于控制所述多个电池单元中的一个或多个的充电状态的电路包括安装在所述电绝缘基板的第二面上的一个或多个电阻器。
7.根据权利要求4至6中任一项所述的互连件，其中，用于控制所述多个电池单元中的一个或多个的温度的电路包括安装在所述电绝缘基板的第二面上的一个或多个电阻器。
8.根据权利要求7所述的互连件，其中，用于控制所述多个电池单元中的一个或多个的温度的电路包括安装在所述电绝缘基板的第二面上的多个电阻器，由此每个电阻器被定位在接近所述一个或多个电池单元容纳区域的位置处。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的互连件，其中，用于控制所述多个电池单元中的一个或多个的充电状态的电阻器与用于控制所述多个电池单元中的一个或多个的温度的电阻器相同。
10.根据权利要求7所述的互连件，其中，所使用的电阻器由外部电路控制并由外部电源供电。
11.根据前述权利要求中任一项所述的互连件，其包括安装在所述电绝缘基板的第二面上的一个或多个温度计。
12.根据权利要求11所述的互连件，其包括多个温度计，每个温度计被定位在接近所述一个或多个电池单元容纳区域的位置处。
13.根据任一前述权利要求所述的互连件，其中，所述导电材料层被沉积在离散的电池单元容纳区域中的基板的第二面上，所述离散的电池单元容纳区域通过导电材料的导电迹线而彼此连接。
14.根据前述权利要求中任一项所述的互连件，其中，所述导电材料层是铜。
15.根据任一前述权利要求所述的互连件，其中，所述散热器包括沉积在基板的第一面上的金属层。
16.根据任一前述权利要求所述的互连件，其中，所述散热器由铝形成。
17.根据任一前述权利要求所述的互连件，其中，所述互连件包括金属包覆印刷电路板。
18.一种电池，包括：
根据任一前述权利要求所述的互连件；以及
被电连接到所述互连件的一个或多个电池单元容纳区域的多个电池单元。
19.根据权利要求18所述的电池，其中，所述电池单元是锂硫电池单元。
20.根据权利要求18或19所述的电池，其中，所述电池单元包括连接接线片，其被连接到所述互连件的电池单元容纳区域。
21.一种用于控制根据权利要求18-20中任一项所述的电池的温度的方法，所述方法包括：将在电池单元中生成的任何热量传导到基板的第二面上的电池单元容纳区域，并通过所述基板传导到所述散热器，从而使热量从电池消散。
22.根据权利要求21所述的方法，其包括使电流通过安装在所述基板的第二面上的一个或多个电阻器，由此在所述电阻器中生成的热量用于使所述电池单元中的一个或多个的温度增加。
23.根据权利要求22所述的方法，由此通过所述电阻器中的一个或多个的电流使所述电池单元之间的任何温度差异减小。
24.根据权利要求21至23中任一项所述的方法，其包括通过安装在所述基板的第二面上的一个或多个电阻器，从所述电池单元中的一个或多个汲取电流，以减小所述电池单元的充电状态的差异。
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