CN113948804A - 用于加热和冷却电池组模块的热装置 - Google Patents

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Abstract

一种热装置包含作为热和电的良好导体的非金属材料的第一层，其包括第一端子和第二端子并且其具有第一表面和第二表面；布置在第一层的第一表面上的金属材料；布置在所述金属材料上的第一塑料层；和布置在第一层的第二表面上的第二塑料层。第一塑料层和第二塑料层包括作为良好热导体的塑性材料。

Description

用于加热和冷却电池组模块的热装置
引言
这一节中提供的信息是为了大致呈现本公开的背景。目前具名的发明人的工作在这一节中描述的程度上，以及在提交时没有资格作为现有技术的说明书方面没有被明示或暗示承认为本公开的现有技术。
本公开大体上涉及电池组模块，更特别涉及用于加热和冷却电池组模块的热装置。
包含多个电池的电池组模块（即电池组）用于各种用途，包括混合动力车辆和电动车辆。电池组模块在运行过程中会过热。相反，电池组模块在冷起动时或在起停操作过程中是冷的。在这两种情况下，电池组模块都无法适当运行。
概述
热装置包含作为热和电的良好导体的非金属材料的第一层，其包括第一端子和第二端子并且其具有第一表面和第二表面；布置在第一层的第一表面上的金属材料；布置在所述金属材料上的第一塑料层；和布置在第一层的第二表面上的第二塑料层。第一塑料层和第二塑料层包括作为良好热导体的塑性材料。
在另一特征中，非金属材料包括石墨、石墨烯、碳纳米管、压制石墨或碳粉、聚合物或相变材料。
在另一特征中，金属材料、第一端子和第二端子包括铜、铝、镍、镀铜镍、不锈钢或铝合金。
在另一特征中，塑性材料包括聚苯硫醚、聚对苯二甲酸丁二醇酯、液晶聚合物、聚碳酸酯或聚酰胺。
在另一特征中，第一塑料层的塑性材料不同于第二塑料层的塑性材料。
在另一特征中，第一塑料层和第二塑料层的厚度不同。
在另一些特征中，一种系统包含热装置和包括N个电池的电池组，其中N是正整数。将所述热装置布置在N个电池的至少一个周围。将第一端子连接到电池组的正端子和负端子之一上。将第二端子经开关连接到电池组的正端子和负端子的另一个上。
在另一特征中，所述热装置的第一层从N个电池的至少一个导热。
在另一特征中，所述系统进一步包含启动电路，其配置为接收信号以将电池组连接到负载和响应信号接收关闭开关。
在另一特征中，电流流经第一层并加热第一层和金属材料，且金属材料生成红外辐射，其加热N个电池的至少一个。
在另一特征中，所述系统进一步包含配置为感受N个电池的至少一个的温度的温度传感器。启动电路配置为响应温度低于阈值温度而关闭开关和响应温度高于或等于阈值温度而打开开关。
在另一些特征中，一种系统包含M个权利要求1的热装置，其中M是正整数；和互相连接的M个电池组，M个电池组各自包括N个电池，其中N是正整数。将M个热装置分别布置在M个电池组的N个电池的至少一个周围；分别布置在M个电池组周围而非布置在M个电池组的N个电池周围；或两者。将M个热装置的第一端子分别连接到M个电池组的正端子和负端子之一上。将M个热装置的第二端子经各自的开关分别连接到M个电池组的正端子和负端子的另一个上。
在另一特征中，M个热装置的第一层分别从M个电池组的N个电池的至少一个；或分别从M个电池组导热。
在另一特征中，所述系统进一步包含启动电路，其配置为接收信号以将负载连接到M个电池组和响应信号接收关闭M个热装置的至少一个的开关。
在另一特征中，电流流经第一层并加热M个热装置的至少一个的第一层和金属材料，且M个热装置的至少一个的金属材料生成红外辐射，其分别加热M个电池组的N个电池的至少一个或M个电池组的至少一个。
在另一特征中，所述系统进一步包含配置为感受M个电池组的至少一个的N个电池的至少一个的温度的温度传感器。启动电路配置为响应温度低于阈值温度而关闭M个热装置的至少一个的开关和响应温度高于或等于阈值温度而打开M个热装置的至少一个的开关。
在另一些特征中，所述热装置进一步包含作为热和电的良好导体的非金属材料的第二层，其包括第三端子和第四端子并且其具有第三表面和第四表面；布置在第二层的第三表面上的第二金属材料；布置在第二金属材料上的第一塑料层；和布置在第二层的第四表面上的第二塑料层。
在另一些特征中，第一层和第二层的厚度不同，和/或金属材料和第二金属材料的厚度不同。
在另一些特征中，一种系统包含热装置和包括N个电池的电池组，其中N是正整数。将所述热装置布置在N个电池的至少一个周围。将第一端子和第三端子连接到电池组的正端子和负端子之一上。将第二端子和第四端子分别经第一开关和第二开关连接到电池组的正端子和负端子的另一个上。
在另一些特征中，第一层和第二层从N个电池的至少一个导热。所述系统进一步包含启动电路，其配置为接收信号以将电池组连接到负载和响应信号接收关闭第一开关和第二开关的至少一个。电流流经第一层和第二层的至少一个并加热第一层和第二层的至少一个和金属材料和第二金属材料的至少一个。金属材料和第二金属材料的至少一个生成红外辐射，其加热N个电池的至少一个。
由详述、权利要求书和附图显而易见本公开的进一步应用领域。详述和具体实施例仅意在举例说明并且无意限制本公开的范围。
附图简述
由详述和附图更充分理解本公开，其中：
图1A显示包含电池组模块和根据本公开的热装置的系统的一个实例；
图1B显示根据本公开的热装置的一个实例；
图2A显示根据本公开的热装置的一个实例；
图2B显示根据本公开的热装置的另一实例；
图3A显示电池组模块的一个实例；
图3B显示图3A的电池组模块的一个实例，其具有布置在根据本公开的电池组模块的电池周围的图2A的热装置；
图4A显示从热装置到根据本公开的图3B的电池组模块的电池的传热的一个实例；
图4B显示从电池组模块的电池到根据本公开的图3B的热装置的传热的一个实例；
图4C显示在具有和没有根据本公开的图3B的热装置的电池组模块的一个或多个电池中的热分布；
图5A、5B、6A、6B和6C显示电池组模块的另外的实例，其具有布置在根据本公开的电池组模块的电池周围的图2A和2B的热装置；
图7A和7B显示具有布置在根据本公开的电池组模块的电池周围的图2A的热装置的电池组模块的级联布置；
图8A-8D显示具有布置在根据本公开的双极电池的周围的图2A和2B的热装置的双极电池的实例；
图9A、9B和9C显示双极电池和布置在根据本公开的双极电池周围的图2A和2B的热装置的实例；
图10A显示根据本公开的双重热装置的一个实例；
图10B显示根据本公开的双重热装置的另一实例；
图11A显示具有布置在根据本公开的电池组模块的电池周围的图10A的双重热装置的电池组模块的一个实例；和
图11B显示具有布置在根据本公开的双极电池周围的图10A的双重热装置的双极电池的一个实例。
在附图中，附图标记可重复使用以指定类似和/或相同的元件。
详述
本公开提供用于在冷起动时和在起停操作过程中加热电池组模块和在运行过程中防止电池组模块过热的热装置。该热装置包含作为热和电的良好导体的非金属材料的第一层、布置在第一层上的一对金属丝、和包封第一层和金属丝的作为良好热导体的塑性材料的两个层。金属丝和第一层夹在两个塑料材料层之间。将包含金属丝和第一层的塑料层布置在电池组模块的一个或多个电池周围和/或布置在一个或多个电池组模块周围。
为了在冷起动时和在起停操作过程中加热电池组模块，将第一层经开关连接到电池组模块上。当开关关闭（接通）时，电池组模块向第一层供电。第一层由于焦耳加热而变热，这将金属丝加热并使金属丝生成红外辐射。塑料层传导焦耳热和来自红外辐射的热以加热电池组模块的电池。当电池组模块的温度达到阈值时，打开（切断）开关。
相反，当电池组模块在运行过程中变热时，将来自电池组模块的电池中的热点的热分布于第一层，这防止热点的形成。热装置可用于低电压电池组模块以允许宽范围的电池（例如低成本LFP电池、固态电池组等）用于高功率电池组模块。下面详细描述本公开的热装置的这些和其它特征。在本公开通篇中，尽管使用车辆作为示例性用途的一个实例，但本公开的教导也适用于非车辆实施方案。
如下组织本公开。参考图1A和1B展示和描述热装置和使用热装置的系统的实例。参考图2A和2B展示和描述热装置的实例。参考图3A和3B展示和描述电池组模块和布置在电池组模块的电池周围的热装置的实例。参考图4A-4C展示和描述通过热装置实施的加热和热分布。参考图5A-6C展示和描述电池组模块和布置在电池组模块的电池周围的热装置的附加实例。
参考图7A和7B展示和描述多个互连电池组模块和布置在电池组模块的电池周围的热装置的实例。参考图8A-8D展示和描述双极电池和布置在双极电池周围的热装置的实例。参考图9A-9C展示和描述双极电池和布置在双极电池周围的热装置的另外实例。参考图10A和10B展示和描述双重热装置的实例。参考图11A和11B展示和描述电池组模块和布置在电池组模块的电池周围的双重热装置的实例。
图1A显示包含根据本公开的热装置的系统100。系统100包含电池组模块102、热装置104、电池组管理模块(BMM) 106、启动模块108和通信模块110。将分流器111与电池组模块102串联并连接到BMM 106以测量由电池组模块102供应的电流。将BMM 106、启动模块108和通信模块110连接到车辆（未显示）中的控制器局域网(CAN)总线112并经其通信。可将控制车辆的其它子系统的附加控制模块（例如发动机控制模块、电机控制模块、变速箱控制模块、信息娱乐子系统控制模块等；都未显示）连接到CAN总线112。
仅作为实例，电池组模块102显示为包括串联的仅四个电池103-1、103-2、103-3和103-4（统称为电池103）。或者，电池组模块102可包括任何数量的电池。例如，电池组模块102可包括N个电池，其中N是正整数。此外，电池组模块102中的电池可以各种串联/并联配置互连（例如见图3A往后）。将电池组模块102的正端子和负端子连接到负载（例如电动汽车的发动机，未显示）以由电池组模块102供能。
电池组模块102可包括位于电池组模块102的一个或多个电池103附近的一个或多个温度传感器。仅作为实例，显示四个温度传感器116-1、116-2、116-3和116-4（统称为温度传感器116）。或者，电池组模块102可包括N个温度传感器，其中N是正整数。温度传感器116感受电池组模块102的一个或多个电池103的温度。可以使用下面参考图3A往后展示和描述的任何电池组模块（与一个或多个温度传感器116一起）代替系统100中的电池组模块102。
图1B显示热装置104的一个实例的示意图。下面参考图2A和2B详细描述热装置104。将热装置104布置在电池组模块102的电池103周围。热装置104包括跨过热装置104中的第一层连接的两个端子（见图2A和2B中的元件156和158）。将热装置104的第一端子直接连接到电池组模块102的第一端子。将热装置104的第二端子经开关114连接到电池组模块102的第二端子。或者，尽管未显示，但可将热装置104的第一端子经开关114连接到电池组模块102的第一端子，并可将热装置104的第二端子直接连接到电池组模块102的第二端子。例如，开关114可包括继电器、场效应晶体管或任何其它开关装置。
在冷起动过程中，启动模块108关闭（接通）开关114并将热装置104连接到电池组模块102。或者，通信模块110可接收来自远程设备（例如配有远程起动器的遥控钥匙(keyfob)，未显示）的信号并响应接收来自远程设备的信号，通信模块110可关闭开关114并将热装置104连接到电池组模块102。启动模块108和通信模块110可直接、经由BMM 106或经由另一控制器与热装置104和/或开关114通信。
当关闭开关114时，电池组模块102向热装置104供电。具体地，电池组模块102向热装置104中的第一层供电。热装置104中的第一层由于从电池组模块102接收的电力（即由于在接收来自电池组模块102的电力时流经第一层的电流）而变热。由于第一层生成的热，热装置104中的金属丝（见图2A和2B）变热并生成红外辐射105。红外辐射105加热电池组模块102的电池。温度传感器116感受电池组模块102的电池103的温度并将该温度传送到BMM106。当电池103或电池组模块102的温度达到阈值时，BMM 106打开（切断）开关114并将热装置104与电池组模块102断开。
当车辆以起停模式运行时进行类似程序。在起停模式中，从电池组模块102向负载（例如车辆中的发动机）的供电在车辆停止时（例如在红绿灯处或在交通堵塞时）切断并在车辆驾驶员决定移动车辆时再供应。当车辆在起停模式中暂时停止时，电池组模块102的温度可能降低到阈值以下。启动模块108在电池组模块102的温度在起停模式中降低到阈值以下时将热装置104连接到电池组模块102并在电池组模块102的温度达到阈值时将热装置104与电池组模块102断开。
在运行过程中，电池组模块102的温度提高。热装置104中的第一层从电池组模块102的一个或多个热点导热。将来自热点的热分布于热装置104中的第一层。因此，热装置104防止电池组模块102中的热点形成。
图2A显示热装置104的第一个实例。例如，热装置104包含非金属并且是热和电的良好导体的材料的第一层150、布置在第一层150上的一对金属丝152-1和152-2（统称为金属丝152）和包封第一层150和金属丝152的两个导热塑性材料层154-1和154-2（统称为塑料层154）。第一层150包括两个端子（或极耳）156和158以接收能量。例如，可将第一层150的端子156和158分别连接到电池或电池组模块（例如电池组模块102）的正端子和负端子（或连接到负端子和正端子）。塑料层154是良好的热导体。如本文所用，关于第一层150和塑料层154所用的术语良好的热导体是指这些层的热导率适合将所需量的热从这些层传递到电池和/或电池组模块并且这些层的热导率与这些层的机械性质同步。
图2B显示热装置104的第二个实例，其显示为元件104-1。图2A中所示的热装置104和图2B中所示的热装置104-1之间的唯一区别在于热装置104-1中的金属丝152-3、152-4的布局不同于金属丝152-1、152-2的布局并且热装置104-1中的端子156-1、158-1在第一层150的同一侧上而非如图2A中所示在相反侧上。
在本公开通篇中，除非明确指明，通常，热装置104和104-1被统称为热装置104；金属丝152-1、152-2、152-3和152-4被统称为金属丝152；端子156和156-1被称为热装置104的第一端子156；且端子158和158-1被称为热装置104的第二端子158。
下列描述适用于图2A和图2B。尽管显示一对金属丝152，但可使用任何数量的金属丝。例如，可以使用N个金属丝，其中N是正整数。此外，所示金属丝152的布局仅是实例，并且可取而代之地使用任何其它布局。金属丝152的布局可具有任何形状，只要金属丝152铺开并分布于第一层150。此外，尽管显示为丝，但金属丝152不需要是连续的。也就是说，金属丝152可包括多个不连续段。此外，金属丝152可包括金属材料的网。例如，该网可以是网格形式，或该网可具有不规则形状。在任何这些形式中，金属丝152在被加热时生成红外辐射。
例如，第一层150可由如石墨、石墨烯、碳纳米管、压制石墨或碳粉、作为热和电的良好导体的聚合物、相变材料等材料制成。由于该材料的组成和性质，第一层150包含复杂电阻网络或无规排列的电阻元件的阵列。因此，当从电池组模块102跨过第一层150供应电力并且电流流经这些电阻元件时，第一层150由于焦耳加热而变热。另外，这些电阻元件提供均匀热路径。因此，第一层150提供被动冷却(passive cooling)或电阻冷却(resistivecooling)，从电池组模块102的电池吸热并将热遍布于第一层150，这减少或消除电池组模块102的电池中的热电。相变材料可充当储热器。也就是说，相变材料可储存在电流流经第一层150时生成的热并可在将第一层150与电力断开后将储存的热供应到电池和/或电池组模块。
塑料层154可由导热塑料，例如但不限于聚苯硫醚(PPS)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、液晶聚合物(LCP)、聚碳酸酯(PC)、聚酰胺如PA6、PA46等制成。在一些实施方案中，塑料层154-1和154-2都可由相同材料制成并可具有相同厚度。或者，塑料层154-1和154-2可由相同材料制成并可具有不同厚度。在一些实施方案中，塑料层154-1和154-2可由不同材料制成并可具有相同厚度。在一些实施方案中，塑料层154-1和154-2可由不同材料制成并可具有不同厚度。金属丝152和端子156、158可由任何金属材料，例如但不限于铜、铝、镍、镀铜镍、不锈钢、铝合金等制成。
第一层150、金属丝152和塑料层154可以是均匀的或可包含多个层。可根据电池组模块中的电池数、电池和电池组模块的尺寸和形状、电池和电池组模块的电压、电池组模块中的电池类型等选择第一层150、金属丝152和塑料层154的厚度。例如，第一层150的厚度可为1微米至10毫米。
热装置104也可降低电磁干扰(EMI)。例如，第一层150可反射EMI，同时金属丝152可吸收EMI。
如参考图3A往后展示和描述，可将热装置104布置在电池组模块中的各电池之间。或者，可将热装置104布置在电池组模块周围而非布置在电池组模块的电池之间。此外，当电池组模块以级联布置连接时（例如见图7A），在级联布置的中心部分的电池或电池组模块可能花费较长时间加热。因此，在级联布置中，热装置104可布置在位于级联布置的中心部分附近的电池组模块中的各电池之间，并可布置在位于级联布置的外围的电池组模块周围，而不布置在位于级联布置的外围的电池组模块的电池之间。
在一些实施方案中，在级联布置中，热装置104可能不用于在级联布置的外围的电池组模块；相反，热装置104可仅布置在位于级联布置的中心部分附近的电池组模块中的各电池之间，或热装置104可仅布置在位于级联布置的中心部分附近的电池组模块周围。
图3A和3B显示电池组模块和布置在电池组模块的电池周围的热装置的实例。图3A显示磷酸铁锂(LFP)电池组模块200的一个实例，其包含串联的四个电池以形成12V电池组模块。四个电池显示为202-1、202-2、202-3和202-4并被统称为电池202。例如，电池组模块200中的各电池202可以是基于液体电解质的锂离子电池组(LIB)。各电池202的电压可小于或等于5V。例如，电池组模块200可用于图1A中所示的系统100。
图3B显示布置在图3A中所示的电池组模块200的各电池202之间和周围的图2A中所示的热装置104的一个实例。在所示透视图中，仅可见热装置104的塑料层154-1。
在电池组模块200中，将热装置104的第一端子156连接到电池组模块200的第一电池202-1的正端子。将第一电池202-1的负端子连接到电池组模块200的第二电池202-2的正端子。将第二电池202-2的负端子连接到电池组模块200的第三电池202-3的正端子。将第三电池202-3的负端子连接到电池组模块200的第四电池202-4的正端子。将第四电池202-4的负端子经开关114连接到热装置104的第二端子158。热装置104的第一和第二端子156、158在电池组模块200的相反侧上。热装置104可如上文参考图1A和1B所述运行。
图4A-4C显示在图3A和3B中所示的电池组模块200中通过热装置104实施的加热和热分布。图4A显示当关闭开关114时热装置104如何加热第四电池202-4的一个实例。尽管为图示的简单性没有显示电池组模块200的其它电池202，但要理解的是，类似地通过热装置104加热其它电池202。箭头210-1、210-2和210-3显示电流流经热装置104的第一层150的方向，其加热热装置104中的金属丝152，进而生成红外辐射105，其加热电池组模块200的电池202。
图4B显示热装置104如何从电池组模块200的电池202中吸收和分布热。尽管为图示的简单性仅显示第四电池202-4，但要理解的是，热装置104类似地从电池组模块200的其它电池202吸收和分布热。元件212显示第四电池202-4中的热点212的实例，并且箭头214-1和214-2显示从热点212经过热装置104的第一层150的热流动和热分布的方向。
图4C显示电池组模块200的电池202的温度 vs 时间的曲线图。曲线216显示当热装置104用于电池组模块200时如何将热点212转化成温点。曲线218显示当在电池组模块200中没有使用热装置104时在电池202中的热点212的形成。
图5A-6C显示电池组模块200和布置在电池组模块200的电池202周围的热装置104的布置200-1和200-2的另外实例。图5A中所示的电池组模块200和热装置104的布置200-1与图3B中相同，只是在图5A中，开关114位于热装置104的第一端子156和第一电池202-1的正端子之间，并将第四电池202-4的负端子直接连接到热装置104的第二端子158。布置200-1中所示的电池组模块200可用于图1A中所示的系统100，并且热装置104可如上文参考图1A和1B所述运行。
图5B显示具有图2B中所示的热装置104-1的电池组模块200的布置200-2。布置200-2与图3B中所示的布置相同，只是在图5B中，热装置104-1的第一和第二端子156-1、158-1位于电池组模块200的同一侧上；将热装置104-1的第一端子156-1连接到电池组模块200的第一电池202-1的正端子；并将热装置104-1的第二端子158-1经开关114连接到第四电池202-4的负端子。
尽管没有显示，但另一布置也是可能的，其中热装置104-1的第一和第二端子156-1、158-1位于电池组模块200的同一侧上；将热装置104-1的第一端子156-1经开关114连接到电池组模块200的第一电池202-1的正端子；并将热装置104-1的第二端子158-1直接连接到电池组模块200的第四电池202-4的负端子。布置200-2中所示的电池组模块200可用于图1A中所示的系统100，并且热装置104-1可类似于上文参考图1A和1B所述的热装置104运行。
图6A-6C显示图2A和2B中所示的电池组模块220和热装置104、104-1的布置。这些布置可用于图1A和1B中所示的系统100。图6A显示包括四个电池222-1、222-2、222-3和222-4（统称为电池222）的电池组模块220。电池222类似于图3A-5B中所示的电池组模块200的电池202，只是各电池222包括在电池的相反侧上而非在电池的同一侧上的正端子和负端子。
图6B显示布置在图6A中所示的电池组模块220的各电池222之间和周围的图2A中所示的热装置104的一个实例。在所示透视图中，仅可见热装置104的塑料层154-1。
在电池组模块220中，将热装置104的第一端子156连接到电池组模块220的第一电池222-1的正端子。将第一电池222-1的负端子连接到电池组模块220的第二电池222-2的正端子（不可见）。将第二电池222-2的负端子连接到电池组模块220的第三电池222-3的正端子。将第三电池222-3的负端子（不可见）连接到电池组模块220的第四电池222-4的正端子（不可见）。将第四电池222-4的负端子经开关114连接到热装置104的第二端子158。
热装置104的第一和第二端子156、158在电池组模块220的相反侧上。电池组模块220可用于图1A中所示的系统100，并且热装置104可如上文参考图1A和1B所述运行。
图6C显示布置在图6A中所示的电池组模块220的各电池222之间和周围的图2B中所示的热装置104-1的一个实例，其显示为布置220-1。布置220-1与图6B中所示的布置相同，只是在图6C中，热装置104-1的第一和第二端子156-1、158-1位于电池组模块220的同一侧上；将热装置104-1的第一端子156-1经开关114连接到电池组模块220的第一电池222-1的正端子；并将热装置104-1的第二端子158-1连接到第四电池222-4的负端子。
尽管没有显示，但另一布置也是可能的，其中热装置104-1的第一和第二端子156-1、158-1位于电池组模块220的同一侧上；将热装置104-1的第一端子156-1直接连接到电池组模块220的第一电池202-1的正端子；并将热装置104-1的第二端子158-1经开关114连接到第四电池222-4的负端子。布置220-2中所示的电池组模块220可用于图1A中所示的系统100，并且热装置104-1可类似于上文参考图1A和1B所述的热装置104运行。
图7A和7B显示多个互连（级联）电池组模块和布置在级联电池组模块的电池周围的热装置的一个实例。例如，在图7A中，四个电池组模块250-1、250-2、250-3和250-4（统称为电池组模块250）串联。各电池组模块250类似于电池组模块200，只是电池组模块250包括并联的三个电池252-1、252-2和252-3（统称为电池252）而非如图3A-5B中所示的串联的四个电池202。电池252类似于电池202。
各电池组模块250包括各自的（即单独的）热装置104。在各电池组模块250中，将单独的热装置104布置在电池252之间和电池组模块250周围。用于包括三个电池252的电池组模块250的热装置104的一个实例显示在图7B中。级联电池组模块250可用于图1A中所示的系统100，并且各电池组模块250的热装置104可类似于上文参考图1A和1B所述的热装置104运行。
在图7A中，在各电池组模块250中，将电池252的正端子互相连接，并将电池252的负端子互相连接。在第一和第三电池组模块250-1、250-3中，将电池252的正端子直接连接到各自的热装置104的第一端子156，并将电池252的负端子经各自的开关114连接到各自的热装置104的第二端子158。在第二和第四电池组模块250-2、250-4中，将电池252的负端子直接连接到各自的热装置104的第二端子158，并将电池252的正端子经各自的开关114连接到各自的热装置104的第一端子156。
将第一电池组模块250-1的正端子连接到第二电池组模块250-2的负端子。因此，第一电池组模块250-1的热装置104的第一端子156、第一电池组模块250-1的电池252的正端子、第二电池组模块250-2的热装置104的第二端子158和第二电池组模块250-2的电池252的负端子互相连接。
将第三电池组模块250-3的正端子连接到第四电池组模块250-4的负端子。因此，第三电池组模块250-3的热装置104的第一端子156、第三电池组模块250-3的电池252的正端子、第四电池组模块250-4的热装置104的第二端子158和第四电池组模块250-4的电池252的负端子互相连接。
另外，将第二电池组模块250-2的正端子连接到第三电池组模块250-3的负端子。尽管没有显示，但热装置104不需要由各自的电池组模块250供电；相反，可将来自一个电池组模块250的电力供应到其它电池组模块250的其它热装置104。
可以打开或关闭与四个电池组模块250相关的一个或多个开关114。例如，可在冷起动时和/或在起停操作过程中（即自动起动模式）关闭一个或多个开关114。此外，可在充电模式、再生模式、功率提升模式、试验模式、双/辅助电池组模式和电动汽车/混合动力汽车（或任何其它系统/用途）的其它运行模式的过程中关闭一个或多个开关114。
热装置104、104-1是双向的；也就是说，它们的第一和第二端子不具有特定极性；相反，可将热装置104、104-1的任何端子连接到电池或电池组模块的正端子或负端子。电流从连接到电池或电池组模块的正端子上的端子经热装置104、104-1流向连接到电池或电池组模块的负端子上的端子。
尽管没有显示，但与参考图6A-6C展示和描述的那些类似的布置可用于图7A和7B中所示的电池252和电池组模块250。换言之，电池252可包括在各电池252的相反侧上而非在各电池252的同一侧上的正端子和负端子。此外，尽管没有显示，但图2B中所示的热装置104-1可代替热装置104用于图7A和7B中所示的电池252和电池组模块250。
参考图3A-7B描述的电池、电池组模块和热装置的各种特征和配置的额外排列和组合是可行的和可考虑的。此外，可在如下文参考图11A和11B描述的各种位置（例如在电池组模块的一个或多个电池之间、在电池组模块周围而没有布置在电池组模块的电池之间，等等）使用热装置104。
图8A-8D显示双极电池和布置在双极电池周围的热装置的实例。例如，图8A显示具有在双极电池300的同一侧上的正端子和负端子的12V双极电池300。图8B中所示的热装置104包围双极电池300。在所示透视图中，仅可见热装置104的塑料层154-1。
将热装置104的第一端子156连接到双极电池300的正端子。将热装置104的第二端子158经开关114连接到双极电池300的负端子。或者，尽管没有显示，但可将热装置104的第一端子156经开关114连接到双极电池300的正端子，并可将热装置104的第二端子158直接连接到双极电池300的负端子。
热装置104的第一和第二端子156、158位于双极电池300的相反侧上。双极电池300可用于图1A中所示的系统100，并且热装置104可类似于上文参考图1A和1B所述的热装置104运行。
图8C显示双极电池300-1的一个实例，其具有在双极电池300-1的相反侧上的正端子和负端子。图8B中所示的热装置104包围双极电池300-1。在所示透视图中，仅可见热装置104的塑料层154-1。
将热装置104的第一端子156经开关114连接到双极电池300-1的正端子。将热装置104的第二端子158直接连接到双极电池300-1的负端子（不可见）。或者，尽管没有显示，但可将热装置104的第一端子156直接连接到双极电池300-1的正端子，并可将热装置104的第二端子158经开关114连接到双极电池300-1的负端子（不可见）。
热装置104的第一和第二端子156、158位于双极电池300-1的相反侧上。双极电池300-1可用于图1A中所示的系统100，并且热装置104可类似于上文参考图1A和1B所述的热装置104运行。
图8D显示双极电池300的一个实例，其具有围绕双极电池300的图2B中所示的热装置104-1。在所示透视图中，仅可见热装置104-1的塑料层154-1。将热装置104-1的第一端子156-1经开关114连接到双极电池300的正端子。将热装置104-1的第二端子158-1直接连接到双极电池300的负端子。或者，尽管没有显示，但可将热装置104-1的第一端子156-1直接连接到双极电池300的正端子，并可将热装置104-1的第二端子158-1经开关114连接到双极电池300的负端子。
热装置104-1的第一和第二端子156-1、158-1位于双极电池300的同一侧上。双极电池300可用于图1A中所示的系统100，并且热装置104-1可类似于上文参考图1A和1B所述的热装置104运行。
图9A-9C显示多个双极电池和热装置104、104-1的其它布置的实例。例如，图9A显示串联的两个双极电池310-1、310-2。双极电池310-1、310-2与图8A中所示的双极电池300相同。将第一双极电池310-1的负端子连接到第二双极电池310-2的正端子。图9B显示可用于这两个双极电池310-1、310-2的热装置104的一个实例。
在图9A中，将热装置104布置在两个双极电池310-1、310-2之间和周围。在所示透视图中，仅可见热装置104的塑料层154-1。将热装置104的第一端子156连接到第一双极电池310-1的正端子。将第二双极电池310-2的负端子经开关114连接到热装置104的第二端子158。或者，尽管没有显示，但可将热装置104的第一端子156经开关114连接到第一双极电池310-1的正端子，并可将第二双极电池310-2的负端子直接连接到热装置104的第二端子158。
热装置104的第一和第二端子156、158位于两个双极电池310-1、310-2的相反侧上。双极电池310-1、310-2可用于图1A中所示的系统100，并且热装置104可类似于上文参考图1A和1B所述的热装置104运行。
图9C显示如图9A中所示串联的两个双极电池310-1、310-2。将第一和第二双极电池310-1、310-2各自封装在各自的（即单独的）热装置104-1中（即被其覆盖或包围）。将覆盖第一双极电池310-1的第一热装置104-1的第一端子156-1连接到第一双极电池310-1的正端子。将覆盖第一双极电池310-1的第一热装置104-1的第二端子158-1经第一开关114连接到第一双极电池310-1的负端子。或者，尽管没有显示，但可将第一热装置104-1的第一端子156-1经第一开关114连接到第一双极电池310-1的正端子，并可将第一热装置104-1的第二端子158-1直接连接到第一双极电池310-1的负端子。
另外，将覆盖第二双极电池310-2的第二热装置104-1的第一端子156-1连接到第二双极电池310-2的正端子。将覆盖第二双极电池310-2的第二热装置104-1的第二端子158-1经第二开关114连接到第二双极电池310-2的负端子。或者，尽管没有显示，但可将第二热装置104-1的第一端子156-1经第二开关114连接到第二双极电池310-2的正端子，并可将第二热装置104-1的第二端子158-1直接连接到第二双极电池310-2的负端子。
图10A和10B显示双重热装置的实例。图10A显示双重热装置350-1的一个实例。双重热装置350-1类似于图2A中所示的热装置104，只是双重热装置350-1包括布置在塑料层154之间的两个第一层150（显示为150-1、150-2并分别被称为第一层150-1和第二层150-2）、两组金属丝152-1、152-2和两组第一和第二端子156、158。
将第一组第一和第二端子156、158连接到第一层150-1，并将第二组第一和第二端子156、158连接到第二层150-2。第一层150-1、布置在第一层150-1上的第一组金属丝152-1、152-2、和连接到第一层150-1上的第一组第一和第二端子156、158形成双重热装置350-1的第一热装置。第二层150-2、布置在第二层150-2上的第二组金属丝152-1、152-2、和连接到第二层150-2上的第二组第一和第二端子156、158形成双重热装置350-1的第二热装置。
图10B显示双重热装置350-2的一个实例。双重热装置350-2类似于图2B中所示的热装置104-1，只是双重热装置350-2包括布置在塑料层154之间的两个第一层150（显示为150-1、150-2并分别被称为第一层150-1和第二层150-2）、两组金属丝152-3、152-4和两组第一和第二端子156-1、158-1。
将第一组第一和第二端子156-1、158-1连接到第一层150-1，并将第二组第一和第二端子156-1、158-1连接到第二层150-2。第一层150-1、布置在第一层150-1上的第一组金属丝152-3、152-4、和连接到第一层150-1上的第一组第一和第二端子156-1、158-1形成双重热装置350-2的第一热装置。第二层150-2、布置在第一层150-2上的第二组金属丝152-3、152-4、和连接到第二层150-2上的第二组第一和第二端子156-1、158-1形成双重热装置350-2的第二热装置。
双重热装置350-1可代替图3A-9C中的热装置104使用。双重热装置350-2可代替图3A-9C中的热装置104-1使用。当使用时，可接通双重热装置350-1、350-1中的第一和第二热装置的一个或两个以加热电池和电池组模块的一个或多个部分。可在不同的占空比（dutycycles）下（例如通过图1A中所示的系统100，例如使用PWM）接通和切断双重热装置350-1、350-1中的第一和第二热装置。
在一些实施方案中，第一层150-1和第二层150-2可包括作为热和电的良好导体的不同非金属材料。此外，第一层150-1和第二层150-2可具有不同厚度。此外，布置在第一层150-1上的金属丝可包括与布置在第二层150-2上的金属丝不同的材料和/或可具有不同厚度和不同布局（即图案）。
图11A和11B显示电池组模块和布置在电池组模块的电池周围的双重热装置的实例。图11A显示与图3A中所示的电池组模块200一起使用的双重热装置350-1。将双重热装置350-1中的第一和第二热装置的第一端子156连接到电池组模块200的第一电池202-1的正端子。将双重热装置350-1中的第一和第二热装置的第二端子158经各自的开关114连接到电池组模块200的第四电池202-1的负端子。或者，尽管没有显示，但可将双重热装置350-1中的第一和第二热装置的第一端子156经各自的开关114连接到第一电池202-1的正端子，并可将双重热装置350-1中的第一和第二热装置的第二端子158直接连接到第四电池202-1的负端子。
可接通双重热装置350-1中的第一和第二热装置的一个或两个以加热电池组模块200的电池202的一个或多个部分。电池组模块200和双重热装置350-1可用于图1A中所示的系统100，并且双重热装置350-1中的第一和第二热装置各自可类似于上文参考图1A和1B所述的热装置104运行。
图11B显示与图8A中所示的双极电池300一起使用的双重热装置350-1。将双重热装置350-1中的第一和第二热装置的第一端子156连接到双极电池300的正端子。将双重热装置350-1中的第一和第二热装置的第二端子158经开关114连接到双极电池300的负端子。或者，尽管没有显示，但可将双重热装置350-1中的第一和第二热装置的第一端子156经开关114连接到双极电池300的正端子，并可将双重热装置350-1中的第一和第二热装置的第二端子158直接连接到双极电池300的负端子。
可接通双重热装置350-1中的第一和第二热装置的一个或两个以加热双极电池300的一个或多个部分。双极电池300和双重热装置350-1可用于图1A中所示的系统100，并且双重热装置350-1中的第一和第二热装置各自可类似于上文参考图1A和1B所述的热装置104运行。
在一些实施方案中，在本公开通篇展示和描述的电池组模块和电池的任何布置中，热装置104、104-1、350-1、350-2可如图3A往后所示覆盖电池或电池组模块的整个表面积。例如，热装置104、104-1、350-1、350-2可覆盖电池或电池组模块的表面积的一部分。例如，热装置104、104-1、350-1、350-2可覆盖电池或电池组模块的仅中心部分，或邻近电池或电池组模块的边缘之一的部分。例如，双重热装置350-1、350-2中的第一和第二热装置可覆盖邻近电池或电池组模块的边缘的部分。
在一些实施方案中，热装置104、104-1、350-1、350-2可布置在电池组模块的交替电池之间、在交替电池组模块之间（在级联电池组模块中）、在除第一和最后一个外的所有电池组模块中的各电池之间和在第一和最后一个电池组模块周围（在级联电池组模块中），诸如此类。可以使用本公开通篇描述的热装置104、104-1、350-1、350-2的各种布置的任何组合。
在本公开通篇中，本文中展示和描述的电池组模块可包括，但不限于，下列类型的电池：液体基锂离子电池组、杂化电池（液体+聚合物、液体+陶瓷粒子）或任何其它类型的电池。电池格式可以是，但不限于，软包、棱柱形或圆柱形。此外，使用本文中展示和描述的电池组模块可实现的电压范围可以是12V至150V。
本公开通篇描述的电池组模块和电池可包括正端子和负端子的其它布置。例如，电池和电池组模块可包括多个正端子和负端子。这些多个端子可位于电池和电池组模块上的多个位置。本公开通篇描述的热装置可用这些其它布置运行。
此外，在本公开通篇中，热装置被展示和描述为由该热装置加热的各自的电池或电池组模块供电。但是，可以取而代之地使用其它电源向热装置供电。例如，在电动汽车中，可以使用高电压电池组向热装置供电（例如经由DC-to-DC转换器）。或者，可以使用来自将电池组模块充电的充电器的电力向热装置供电（例如经由DC-to-DC转换器）。在另一些实例中，可以使用连接到墙壁插座（交流电源(AC mains)）的电源向热装置供电。可使用远程控制，如遥控钥匙向热装置供应来自这些来源的电力。在驾驶车辆的同时，可以使用来自车辆中的发电机的电力向热装置供电。设想了向热装置供电的许多其它替代性或附加的电源。
上文的描述仅是示例性的并且无意限制本公开、其应用或用途。本公开的广泛教导可以各种形式实施。因此，尽管本公开包括特定实例，但本公开的真实范围不应受此限制，因为在研究附图、说明书和下列权利要求书时容易看出其它修改。应该理解的是，方法内的一个或多个步骤可以不同顺序（或同时）实施而不改变本公开的原理。此外，尽管各实施方案在上文中被描述为具有某些特征，但参照本公开的任一实施方案描述的任何一个或多个特征可在任何其它实施方案中实施和/或与任何其它实施方案的特征组合，即使没有明确描述该组合。换言之，所述实施方案不互相排斥，并且一个或多个实施方案的彼此置换仍在本公开的范围内。
使用各种术语描述元件之间（例如模块、电路元件、半导体层等之间）的空间和功能关系，包括“连接”、“接合”、“耦合”、“相邻”、“紧邻（next to）”、“在…顶部”、“在…上”、“在…下”和“布置（disposed）”。除非明确描述为“直接”，当在上述公开中描述第一和第二元件之间的关系时，该关系可以是在第一和第二元件之间不存在其它中间元件的直接关系，也可以是在第一和第二元件之间（在空间上或功能上）存在一个或多个中间元件的间接关系。本文所用的短语“A、B和C的至少一个”应被解释为是指使用非排他的逻辑OR的逻辑（A或B或C），并且不应被解释为是指“至少一个A、至少一个B和至少一个C”。
在附图中，如箭头所示的箭头方向通常演示与图示相关的信息（如数据或说明）流向。例如，当元件A和元件B交换各种信息但从元件A传送到元件B的信息与图示相关时，箭头可从元件A指向元件B。这种单向箭头并不意味着没有其它信息从元件B传送到元件A。此外，对于从元件A传送到元件B的信息，元件B可向元件A发送对该信息的请求或接收回执。
在本申请，包括下列定义中，术语“模块”或术语“控制器”可被术语“电路”替代。术语“模块”可以是指、属于或包括：专用集成电路（ASIC）；数字、模拟或混合模拟/数字分立电路；数字、模拟或混合模拟/数字集成电路；组合逻辑电路；现场可编程门阵列（FPGA）；执行代码的处理器电路（共享、专用或组(group)）；存储由处理器电路执行的代码的存储电路（共享、专用或组(group)）；提供所述功能的其它合适的硬件部件；或上述一些或所有的组合，如在片上系统(system-on-chip)中。
模块可包括一个或多个接口电路。在一些实例中，接口电路可包括连接到局域网（LAN）、互联网、广域网（WAN）或其组合的有线或无线接口。本公开的任何给定模块的功能可分布在经接口电路连接的多个模块中。例如，多个模块可实现负载平衡。在另一实例中，服务器（也称为远程或云）模块可代表客户端模块实现一些功能。
如上所用的术语代码可包括软件、固件和/或微代码，并可以是指程序、路径(routines)、函数、类别、数据结构和/或对象。术语共享处理器电路包含执行来自多个模块的一些或所有代码的单个处理器电路。术语组处理器电路(group processor circuit)包含与附加处理器电路联合执行来自一个或多个模块的一些或所有代码的处理器电路。提到多处理器电路包含在离散管芯(dies)上的多个处理器电路、在单个管芯(die)上的多个处理器电路、单个处理器电路的多个核、单个处理器电路的多线程、或上述的组合。术语共享存储电路包含存储来自多个模块的一些或所有代码的单个存储电路。术语组存储电路(group memory circuit)包含与附加存储器联合存储来自一个或多个模块的一些或所有代码的存储电路。
术语存储电路是术语计算机可读介质的一个子集。本文所用的术语计算机可读介质不包括经介质传播的暂时电信号或电磁信号（如在载波上）；术语计算机可读介质因此可被视为有形和非暂时的。非暂时性有形计算机可读介质的非限制性实例是非易失性存储电路（如闪存电路、可擦可编程只读存储电路或掩膜只读存储电路）、易失性存储电路（如静态随机存取存储电路或动态随机存取存储电路）、磁存储介质（如模拟或数字磁带或硬盘驱动器）和光学存储介质（如CD、DVD或蓝光光盘）。
本申请中描述的装置和方法可部分或完全通过专用计算机实施，通过配置通用计算机以执行具体体现在计算机程序中的一个或多个特定功能来建立专用计算机。上述功能块、流程图组件和其它元件充当软件规范（software specifications），其可通过技术人员或程序员的常规工作翻译成计算机程序。
计算机程序包括存储在至少一个非暂时性有形计算机可读介质上的处理器可执行指令。计算机程序还可包括或依赖于存储的数据。计算机程序可包含与专用计算机的硬件相互作用的基本输入/输出系统（BIOS）、与专用计算机的特定设备相互作用的设备驱动、一个或多个操作系统、用户应用程序、后台服务、后台应用程序等。
计算机程序可包括：(i) 待解析的描述性文本，如HTML（超文本标记语言）、XML（可扩展标记语言）或JSON（JavaScript Object Notation） (ii) 汇编码、(iii) 由源代码通过编译器生成的目标代码、(iv) 通过解释器执行的源代码、(v) 通过即时编译器编译和执行的源代码等。仅作为实例，可使用来自包括C、C++、C#、Objective-C、Swift、Haskell、Go、SQL、R、Lisp、Java®、Fortran、Perl、Pascal、Curl、OCaml、Javascript®、HTML5（超文本标记语言第5版）、Ada、ASP（动态服务器页面）、PHP（PHP: 超文本预处理器）、Scala、Eiffel、Smalltalk、Erlang、Ruby、Flash®、Visual Basic®、Lua、MATLAB、SIMULINK和Python®的语言的语法书写源代码。

Claims (10)

1.一种热装置，其包括：
作为热和电的良好导体的非金属材料的第一层，其包括第一端子和第二端子并且其具有第一表面和第二表面；
布置在第一层的第一表面上的金属材料；
布置在所述金属材料上的第一塑料层；和
布置在第一层的第二表面上的第二塑料层，
其中第一塑料层和第二塑料层包含作为良好热导体的塑性材料。
2.权利要求1的热装置，其中所述非金属材料包括石墨、石墨烯、碳纳米管、压制石墨或碳粉、聚合物或相变材料。
3.一种系统，其包括：
权利要求1的热装置；和
包括N个电池的电池组，其中N是正整数；
其中将所述热装置布置在N个电池的至少一个周围；
将第一端子连接到电池组的正端子和负端子之一上；和
将第二端子经开关连接到电池组的正端子和负端子的另一个上。
4.权利要求3的系统，其中所述热装置的第一层从N个电池的至少一个导热。
5.权利要求3的系统，其中：
电流流经第一层并加热第一层和金属材料；且
所述金属材料生成红外辐射，其加热N个电池的至少一个。
6.权利要求3的系统，其进一步包括：
配置为感受N个电池的至少一个的温度的温度传感器，
其中将启动电路配置为响应温度低于阈值温度而关闭开关和响应温度高于或等于阈值温度而打开开关。
7.一种系统，其包括：
M个权利要求1的热装置，其中M是正整数；和
互相连接的M个电池组，M个电池组各自包括N个电池，其中N是正整数；
其中将M个热装置分别布置在M个电池组的N个电池的至少一个周围；分别布置在M个电池组周围而非布置在M个电池组的N个电池周围；或两者；
将M个热装置的第一端子分别连接到M个电池组的正端子和负端子之一上；和
将M个热装置的第二端子经各自的开关分别连接到M个电池组的正端子和负端子的另一个上。
8.权利要求1的热装置，其进一步包括：
作为热和电的良好导体的非金属材料的第二层，其包括第三端子和第四端子并且其具有第三表面和第四表面；
布置在第二层的第三表面上的第二金属材料；
布置在第二金属材料上的第一塑料层；和
布置在第二层的第四表面上的第二塑料层。
9.一种系统，其包括：
权利要求8的热装置；和
包括N个电池的电池组，其中N是正整数；
其中将所述热装置布置在N个电池的至少一个周围；
将第一端子和第三端子连接到电池组的正端子和负端子之一上；和
将第二端子和第四端子分别经第一开关和第二开关连接到电池组的正端子和负端子的另一个上。
10.权利要求9的系统，其中第一层和第二层从N个电池的至少一个导热，所述系统进一步包括：
启动电路，其配置为接收信号以将电池组连接到负载和响应信号接收关闭第一开关和第二开关的至少一个，
其中电流流经第一层和第二层的至少一个并加热第一层和第二层的至少一个和金属材料和第二金属材料的至少一个；且
其中金属材料和第二金属材料的至少一个生成红外辐射，其加热N个电池的至少一个。
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