CN117581412A - 用于被动式热管理的智能相变复合材料 - Google Patents

用于被动式热管理的智能相变复合材料 Download PDF

Info

Publication number
CN117581412A
CN117581412A CN202280037174.8A CN202280037174A CN117581412A CN 117581412 A CN117581412 A CN 117581412A CN 202280037174 A CN202280037174 A CN 202280037174A CN 117581412 A CN117581412 A CN 117581412A
Authority
CN
China
Prior art keywords
phase change
support structure
cells
change composite
cavities
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202280037174.8A
Other languages
English (en)
Inventor
赛义德·哈拉吉
斯托杨·斯托扬诺夫
王和旭
塞缪尔·T·普伦基特
斯科特·莫尔豪斯
派诺斯·普勒扎斯
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bim Global
Original Assignee
Bim Global
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bim Global filed Critical Bim Global
Publication of CN117581412A publication Critical patent/CN117581412A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D20/00—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
    • F28D20/02—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using latent heat
    • F28D20/023—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using latent heat the latent heat storage material being enclosed in granular particles or dispersed in a porous, fibrous or cellular structure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D20/00—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
    • F28D20/02—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using latent heat
    • F28D20/025—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using latent heat the latent heat storage material being in direct contact with a heat-exchange medium or with another heat storage material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/61—Types of temperature control
    • H01M10/613—Cooling or keeping cold
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/61—Types of temperature control
    • H01M10/617—Types of temperature control for achieving uniformity or desired distribution of temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/62—Heating or cooling; Temperature control specially adapted for specific applications
    • H01M10/625—Vehicles
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/64—Heating or cooling; Temperature control characterised by the shape of the cells
    • H01M10/643—Cylindrical cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/64—Heating or cooling; Temperature control characterised by the shape of the cells
    • H01M10/647—Prismatic or flat cells, e.g. pouch cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/653—Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by electrically insulating or thermally conductive materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/655—Solid structures for heat exchange or heat conduction
    • H01M10/6551—Surfaces specially adapted for heat dissipation or radiation, e.g. fins or coatings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/655—Solid structures for heat exchange or heat conduction
    • H01M10/6554—Rods or plates
    • H01M10/6555—Rods or plates arranged between the cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/655—Solid structures for heat exchange or heat conduction
    • H01M10/6556—Solid parts with flow channel passages or pipes for heat exchange
    • H01M10/6557—Solid parts with flow channel passages or pipes for heat exchange arranged between the cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/659—Means for temperature control structurally associated with the cells by heat storage or buffering, e.g. heat capacity or liquid-solid phase changes or transition
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/204—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells
    • H01M50/207—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape
    • H01M50/213—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape adapted for cells having curved cross-section, e.g. round or elliptic
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D20/00—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
    • F28D2020/0004—Particular heat storage apparatus
    • F28D2020/0008—Particular heat storage apparatus the heat storage material being enclosed in plate-like or laminated elements, e.g. in plates having internal compartments
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D20/00—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
    • F28D2020/0004—Particular heat storage apparatus
    • F28D2020/0013—Particular heat storage apparatus the heat storage material being enclosed in elements attached to or integral with heat exchange conduits
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

一种热管理装置和使用方法，例如在电池组或电子设备中。热响应材料设置在两个表面之间，其中所述热响应材料在加热时发生变化，以增加所述两个表面之间的热传导。所述热响应材料偏离其中一个表面，并在加热时膨胀以连接所述两个表面。所述热响应材料是相变复合材料，包括选自石蜡、水合盐及其组合的相变材料。

Description

用于被动式热管理的智能相变复合材料
技术领域
本发明总体上涉及从电子设备或电池组中去除操作热量，更具体地，涉及用于此类设备或电池组中温度调节的相变复合结构，以及制造和使用所述相变复合结构的方法，例如用于去除过多的热产生。
背景技术
温度调节对于电池组和其他发热设备(如电子设备或电机)很重要。众所周知，使用相变材料(如蜡)是为了储存和释放热量。已知相变材料由基质材料支撑，例如石墨基质中封装的石蜡或盐水合物材料。持续需要改进的电池系统和改进的温度调节材料。
发明内容
本发明的总体目的是为了改进从热源(例如电池组或电子设备)去除操作热量。
本发明包括或提供一种被动式热管理装置，例如可与任何热源一起使用，例如电池组、电子设备(例如计算机)、电机等。本发明的实施方式的被动式热管理系统充当热开关，用于激活从热源到传导元件增加的热传递。被动式热管理系统包括热响应材料，该热响应材料在吸收来自热源的热能时膨胀，直到其接触另一热导件以放大远离热源的能量热传递。在本发明的其他实施方式中，热响应材料另外是导电的，以在膨胀时进一步促使与第二元件/表面的电连接。
本发明的实施方式的热管理装置可以被认为是用于“被动”热管理的“智能”热开关。热开关是“智能”的，因为它可以设计为在相邻热源内达到限定的热水平时激活。所提供的热管理是“被动的”，因为不需要主动冷却，例如使用空气或液体来移动热量，也不需要通过传感器、处理器等进行主动管理。
本发明的总体目的可以至少部分地通过包括设置在两个表面之间的热响应材料的热管理设备来实现。热响应材料在加热时发生变化，以增加所述两个表面之间的热传导，这两个表面最好是热源组件的其他部件的导热板或导热壁。热响应材料可以表现为膜、板、块或所述两个表面之间的单个材料部件的阵列。热响应材料优选地在加热时从绝热变为导热。
在本发明的实施方式中，热响应材料从第一表面偏移，并且在加热时膨胀以连接所述两个表面。热响应材料优选地与第二表面接触，该表面是设置为朝向热源或邻近热源的表面。
在本发明的实施方式中，热响应材料包括设置在所述两个表面之间的相变材料。相变材料可以包含在复合基质材料(例如石墨)中，并且可以是任何合适的材料，例如石蜡、水合盐及其组合。
本发明的实施方式包括支撑结构以容纳和固定热响应材料，以及引导膨胀方向。支撑结构理想地包括多个腔体或单元，每个腔体或单元包封一定量的热响应材料。腔体或单元优选具有选自圆形、正方形、三角形、六边形及其组合的横截面形状。
本发明还包括一种热管理装置，该热管理装置包括具有多个腔体或单元的支撑结构，每个腔体或单元从第一端延伸到第二端。一种相变复合材料，如上文所述，设置在多个腔体或单元中的每一个中，优选地呈格子框架(lattice)或蜂窝阵列，其中相变复合材料从所述第二端偏移预定距离，并且相变复合材料被配置为在第一端在足够的热量时朝向第二端膨胀。导热表面理想地位于第二端上方。在本发明的实施方式中，第一端设置为朝向和/或抵靠热源，第二端设置为朝向主动或被动冷却板或通道。
本发明还包括具有支撑结构的热管理装置，该支撑结构包括多个腔体或单元的格子框架或蜂窝。支撑结构具有被配置为设置为朝向或抵靠热源的第一侧和与第一侧相对的第二侧，每个腔体或单元从支撑结构的第一侧上的第一开口端延伸到支撑结构的第二端上的第二开口端。相变复合材料设置在多个腔体或单元中的每一个中。传导表面在每个腔体或单元的第二开口端的上方，其中多个腔体或单元中的相变复合材料从所述传导表面偏移预定距离。相变复合材料被配置为在支撑结构的第一侧在足够的热量时朝向传导表面膨胀。
相变复合材料可以是相变材料的松散填充物，或者包括含有相变材料的石墨的基质材料，例如选自石蜡、水合盐及其组合。
在本发明的实施方式中，热源是多个电化学电池的电池组。传导表面在每个腔体或单元的第一开口端的上方。传导表面理想地是或邻近用于热源或冷却通道或其他结构(例如，散热片)的壳体壁。
本发明还包括一种制造如本文所述的热管理装置的方法。该方法包括：形成相变复合材料并将该相变复合材料插入支撑结构的单元或腔体中，其中该复合材料从该单元或腔体的至少一端偏移。
本发明还包括如本文所述的热管理装置的使用方法。该方法包括：将热管理装置的第一端朝向或抵靠热源放置，并且将第二端朝向或抵靠散热表面放置。热管理装置内的热响应材料在加热时发生变化(例如膨胀)，以增加热源和散热表面之间的热传导。
通过结合所附权利要求和附图的以下详细描述，其他目的和优点对于本领域技术人员来说是显而易见的。
附图说明
图1描述了根据本发明的一个实施方式的热管理装置的组件；
图2显示了图1的热管理装置在两个表面之间的爆炸截面图；
图3显示了图1和图2的热管理装置的单元或腔体的截面图；
图4显示了根据本发明的一个实施方式的具有热管理装置的电池组；
图5和图6分别是图4的电池组的每个截面图；
图7至图14分别显示了根据本发明的实施方式的替代支撑结构格架；
图15和16显示了根据本发明的一个实施方式的热管理装置；
图17显示了根据本发明的一个实施方式的热管理装置；
图18显示了根据本发明的实施方式的用于测试热响应材料膨胀的实验装置；
图19-22是总结示例测试结果的图表。
具体实施方式
以下将本发明描述为被动式热管理装置系统或热开关，其用于激活从电池组到传导元件的增加的热传递。本发明还可以与其他热源一起使用，例如电子或电机部件。
在本发明的实施方式中，热管理装置包括设置在两个表面之间的相变复合材料，其中相变复合材料偏离其中一个表面，并且在加热时膨胀以连接所述两个表面。另一个表面可以与热源相邻，例如抵靠热源或抵靠部分热源。所述两个表面之间的膨胀PCC“桥”允许大大提高热传导，用于从热源移动热能。因此，本发明起到了“智能”热开关的作用，因为它可以被设计为在相邻热源内达到规定的热水平时激活。
本发明的实施方式包括用于容纳相变复合材料的支撑结构。相变复合材料(PCC)提供了热开关功能，因为PCC在吸收热量时膨胀以接触另一个传导元件，这种接触提供(“接通”)热传递的大幅增加。
本发明实施方式的支撑结构包括一个或多个用于容纳热(或电)调节材料的开口(open)单元或腔体。调节材料从支撑结构的一端偏移预定距离(例如，达几毫米)，并且在热源发生足够的热变化(例如，过热事件)时膨胀以到达该端。
图1-3显示了根据本发明的一个实施方式的热管理装置20。支撑结构是具有多个腔体或单元24的蜂窝格支撑结构22。每个腔体或单元24从第一开口端26延伸到第二开口端28。支撑结构22理想地由非传导材料制成，例如塑料或陶瓷等，其在操作条件下不生长/收缩。应当理解的，支撑结构和各个腔体/单元的尺寸、形状和配置可以根据需要而变化。例如，一端或两端可以由传导材料封闭，例如薄金属箔，以便于制造/安装。
温度调节材料，理想地是相变材料(PCM)或相变复合材料(PCC)30，设置在多个腔体或单元24的每一个中。如图1m所示，PCM或PCC 30被添加到每个腔体或单元24，例如在匹配或协调形状和配置的预成型PCC中。如图3所示，PCC 30的一端从第二端28偏移预定距离25。PCC 30可以是，例如，填充到腔体或单元24中的松散填充物，装配到腔体或单元24中的预成型PCC，或者两者的组合。
在本发明的实施方式中，相变复合材料包括散布在基体材料中的相变材料。例如，用相变材料(例如蜡)浸渍石墨基质材料。浸渍是通过例如将石墨片或块在液体蜡浴中浸泡必要的时间，然后对蜡进行任何必要的冷却/固化来进行的。可以使用其他浸渍方法，例如在片材或块体形成过程中喷涂或混合相变材料与石墨。片材或块体可以在浸渍之前或之后被加工成期望的形状。
用于锂离子电池应用的合适的相变材料期望具有在约30℃和60℃之间的范围内的熔点、每单位质量比的高潜热和窄的熔融温度范围。此外，在本发明的实践中使用的相变材料也希望是可热循环的、无害的、无污染的、无反应的或相对于其他电池组分是惰性的、无毒的、廉价的并且具有相对轻的重量或密度。因此，合适的这种相变材料通常可以包括石蜡，其例如是相对便宜的、不容易或不易于分解并且通常具有在Li离子电池的推荐操作范围内的相对低的熔融温度。用于此类应用的其他可能的或合适的相变材料可包括熔点约为70℃的硬脂酸，以及熔点在约17℃至约34℃范围内的硬脂酸与甲基、丙基和丁基醇的各种市售酯。用于本发明实践的另一种候选相变材料是聚乙二醇(PEG)。非有机相变材料，如具有类似熔融温度范围(即30-60℃)的水合盐，也是该应用的良好候选者。关于合适的相变材料的进一步讨论可以在美国专利11,050,101中找到，该专利通过引用并入本文。
如图2所示，支撑结构22在两个平面内(x-y方向)传导表面/元件(即板40、42)之间在贯通平面(z方向)延伸。传导板40、42覆盖腔体或单元24的开口端。传导板40、42每个都可以是装置20的部分，或者一个或两个都可以是电池组件的部分，例如，包括热管理装置20的热源/电池组内的部件壁(另见图4)。作为示例性实施方式，内板40与电池组的外表面相邻，和/或外板42为包封电池组和热管理装置20的壳体壁或与包封电池组和热管理装置20的壳体壁相邻。传导板40、42或等效的传导元件最好由金属、碳或其他传导材料形成。
在本发明的实施方式中，如图3中一个腔体/单元24的截面图所示，PCC 30被配置为朝向第二端28膨胀到腔体或单元24的偏移气隙25中，并在第一端26处/从第一端26的热量足够时与传导板42接触。在与传导板42接触时，在板40、42之间从热源通过PCC 30到外部传导元件(例如，传导板42)的热传递大大增加。每个PCC单元独立于周围的单元起作用，可以为热源中的热点提供有针对性的热传递。PCC也优选在随后冷却时收缩，从而允许重复使用。
图4示出了电化学电池52的电池组50，并且在每个相对的纵向侧上具有如图1所示的热管理装置20。可以理解，根据需要，热管理装置20可以用在组50的附加或替代侧表面上。在没有热管理装置20的情况下，电池组52中升高的热量将继续升高。热管理装置20在一个或多个单元的PCC到达外部冷却元件时激活，以大大提高热传递的效率，并降低电池组50中的温度。
在本发明的实施方式中，热管理装置20设置在电池组50和金属外壳或壳体之间。如图4所示，电池组50包含在气流壳体60内。通常由传导材料管形成的空气流动通道62定位在电池组50的每一侧上。气流(箭头)在通道62的一侧64处进入，并在相对的第二端66处离开。本发明的热管理装置20设置在电池组50和每个空气流动通道62之间。在热管理装置20的单元或腔体内的PCC 30的外端偏离空气流动通道62，并且在膨胀和与相应通道62的内侧热接触时增加热传递。此外，在非激活的偏移配置中，热管理装置20可以为电池组50提供进一步的绝缘。
本发明的热管理装置可以使用任何合适的支撑结构配置。图7-14显示了各种腔体/单元的形状和配置，包括但不限于图7-8中的正方形、图9-10中的圆形和图11-12中的三角形。这些形状可以是各向同性的或正交异性的格子框架(格架)配置。这些形状可以用于任何合适的组合，如图13所示的三角形和六边形。不同的尺寸、形状和配置可以用于同一热源的不同侧面。一侧或两侧上的格架支撑结构单元可以填充有两种或多种不同的相变材料或复合材料，例如以交替或其他形式的相变材料，以提供双温度开关，目标是产生更高热量的区域。例如，电池组的中心附近的材料可以在比电池组的外围边缘附近的材料更低的温度下激活和膨胀。
图15和图16示出了根据本发明实施方式的热管理装置120。在这些实施方式中，温度调节材料，也希望是相变复合材料(PCC)，被形成为片状复合材料130。预成型PCC130附接(例如层压)到第一板140，并与第二板142间隔开。这里，当来自邻近第一板140的热源的热量足够时，整个片材130理想地朝向第二板140膨胀。应当理解的，各种尺寸、形状和配置可用于本发明的温度调节材料复合结构，例如，根据需要设置沿着热源间隔开的各种圆柱形PCC形式。
图15-17进一步说明了在PCC片130和第二板142之间使用可选的支座垫片150。如果两个板140、142没有以其他方式固定在一起，例如在板的端部处，则支座间垫片150可能特别有用。图15的侧视图和图16的爆炸图显示了作为沿第二板142延伸的肋材的支座垫片150。图17显示了作为在第二板140上间隔开的单独点的支座垫片150。应当理解的，根据需要，可以为支座垫片提供各种尺寸、形状和配置。
所述支座垫片150最好是不导热的。在本发明的实施方式中，支座垫片150由硬/固定材料制成，PCC 130围绕其膨胀以与第二板142接触。在本发明的另一个实施方式中，支座垫片150由可压缩材料(泡沫、橡胶等)制成，该可压缩材料在压力下收缩以允许PCC 130膨胀并接触第二板142。在本发明的另一个实施方式中，支座垫片150安装在带有弹簧的凹进通道中，这允许弹簧压缩并且支座“下沉”到凹进通道内，从而允许PCC膨胀并接触第二板。
结合以下示例进一步详细描述本发明，这些示例说明或模拟了本发明实践中涉及的各个方面。应当理解，本发明精神范围内的所有变化都希望得到保护，因此本发明不应被解释为受这些实例的限制。
实施例
图18显示了用于证明本发明的材料的示例性热膨胀能力的PCC实施例。下表总结了所示的PCC材料，其由蜡浸渍的石墨材料形成。根据ASTM E228通过LVDT对该PCC的热膨胀进行测量。
图19和图20总结了上述材料的许多样品在贯通平面方向(“z方向”，图19)和平面内方向(“x-y方向”，图20)上的热膨胀，包括对试验废料的额外挤压，以展示材料回收能力。图21是样品在温度升高时密度变化的曲线图。图22显示了样品开关在不同温度下的热导率，其中在热导率快速增加时(在PCM熔点55℃时及之后)发生气隙桥接。图19-22中的每一个都显示了PCC材料在熔点下增加的膨胀及其对热导率的益处，从而证明了根据本发明作为可膨胀开关的用途。本发明的具有特定熔点的开关可以与热源的限定过热点相匹配，以大大增加来自热源的热能传递。
因此，本发明提供了一种用于电池组或其他装置的热管理被动式热传递“开关”。
本文示例性公开的本发明可以在本文未具体公开的任何元件、部件、步骤、组分或成分的情况下适当地实践。
尽管在前面的详细描述中已经结合本发明的某些优选实施方式描述了本发明，并且出于说明的目的已经阐述了许多细节，本领域技术人员将清楚的是，本发明易受附加实施方式的影响，在不偏离本发明的基本原理的情况下，本文所述的某些细节可以有相当大的变化。

Claims (39)

1.一种热管理装置，包括设置在两个表面之间的热响应材料，其特征在于，所述热响应材料在加热时发生变化，以增加两个表面之间的热传导。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述热响应材料偏离所述表面中的一个，并在加热时膨胀以连接所述两个表面。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述表面的另一个设置在热源附近。
4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述热响应材料包括设置在所述两个表面之间的相变复合材料。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述相变复合材料包括选自石蜡、水合盐及其组合的相变材料。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述相变复合材料包括基体材料，所述基体材料包括石墨。
7.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，还包括支撑结构，所述支撑结构包括多个腔体或单元，每个腔体或单元包封一定量的热响应材料，所述腔体或单元优选地包括选自圆形、正方形、三角形、六边形及其组合的横截面形状。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述热响应材料在加热时从绝热变为导热。
9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述两个表面中的每一个包括导热板。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述热响应材料表现为薄膜、板、块或所述两个表面之间的单个材料组件的阵列。
11.一种热管理装置，其特征在于，包括：
支撑结构，包括多个腔体或单元，每个腔体或单元从第一端延伸到第二端；和
相变复合材料，所述相变复合材料设置在所述多个腔体或单元中的每一个中，其中所述相变复合材料从所述第二端偏移预定距离，并且所述相变复合材料被配置为在所述第一端在足够的热量时朝向所述第二端膨胀。
12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述相变复合材料包括选自石蜡、水合盐及其组合的相变材料。
13.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，还包括位于第二端上方的导热表面。
14.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述第一端被设置为朝向和/或抵靠热源，所述第二端被设置为朝向冷却板或通道。
15.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述支撑结构包括所述多个开口通道的格子框架或蜂窝。
16.一种热管理装置，其特征在于，包括：
支撑结构，包括多个腔体或单元的格子框架或蜂窝，所述支撑结构具有被配置为设置为朝向或抵靠热源的第一侧和与所述第一侧相对的第二侧，并且每个腔体或单元从支撑结构的第一侧上的第一开口端延伸到支撑结构的第二侧上的第二开口端；和
相变复合材料，所述相变复合材料设置在所述多个腔体或单元中的每一个中；和
传导表面，所述传导表面位于所述腔体或单元中的每一个的所述第二开口端的上方，其中所述多个腔体或单元的每一个中的所述相变复合材料从所述传导表面偏移预定距离，并且所述相变复合材料被配置为在所述支撑结构的所述第一侧在足够的热量时朝向所述传导表面膨胀。
17.根据权利要求16所述的装置，其特征在于，所述热源为多个电化学电池的电池组。
18.根据权利要求16所述的装置，其特征在于，所述相变复合材料包括：
基体材料，所述基体材料包括石墨；和
相变材料，所述相变材料选自石蜡、水合盐及其组合。
19.根据权利要求16所述的装置，其特征在于，还包括在每个腔体或单元的第一开口端上方的第二传导表面。
20.根据权利要求16所述的装置，其特征在于，所述传导表面为所述热源或冷却通道的壳体壁或者与所述热源或冷却通道的壳体壁相邻。
21.一种热管理装置，包括设置在两个表面之间的热响应材料，其特征在于，所述热响应材料在加热时发生变化，以增加所述两个表面之间的热传导，其中，所述热响应材料包括设置在所述两个表面之间的相变复合材料。
22.根据权利要求21所述的装置，其特征在于，所述热响应材料偏离所述表面中的一个，并在加热时膨胀以连接所述两个表面。
23.根据权利要求21或22所述的装置，其特征在于，所述表面的另一个设置在热源附近。
24.根据权利要求21至23中任一项所述的装置，其特征在于，所述相变复合材料包括选自石蜡、水合盐及其组合的相变材料。
25.根据权利要求21至24中任一项所述的装置，其特征在于，所述相变复合材料包括基体材料，所述基体材料包括石墨。
26.根据权利要求21-25中任一项所述的装置，其特征在于，还包括支撑结构，所述支撑结构包括多个腔体或单元，每个腔体或单元包封一定量的热响应材料，所述腔体或单元优选地包括选自圆形、正方形、三角形、六边形及其组合的横截面形状。
27.根据权利要求21至26中任一项所述的装置，其特征在于，所述热响应材料在加热时从绝热变为导热。
28.根据权利要求21至27中任一项所述的装置，其特征在于，所述两个表面中的每一个都包括导热板。
29.根据权利要求21至28中任一项所述的装置，其特征在于，所述热响应材料表现为薄膜、板、块或所述两个表面之间的单个材料组件的阵列。
30.根据权利要求21至29中任一项所述的装置，其特征在于，还包括：
支撑结构，包括多个腔体或单元，每个腔体或单元从第一端延伸到第二端；和
相变复合材料，所述相变复合材料设置在所述多个腔体或单元中的每一个中，其中所述相变复合材料从所述第二端偏移预定距离，并且所述相变复合材料被配置为在所述第一端在足够的热量时朝向所述第二端膨胀。
31.根据权利要求30所述的装置，其特征在于，还包括位于第二端上方的导热表面。
32.根据权利要求30或31所述的装置，其特征在于，所述第一端被设置为朝向和/或抵靠热源，所述第二端被设置为朝向冷却板或通道。
33.根据权利要求30至32中任一项所述的装置，其特征在于，所述支撑结构包括所述多个开口通道的格子框架或蜂窝。
34.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，包括：
支撑结构，包括多个腔体或单元的格子框架或蜂窝，所述支撑结构具有被配置为设置为朝向或抵靠热源的第一侧和与所述第一侧相对的第二侧，并且每个腔体或单元从支撑结构的第一侧上的第一开口端延伸到支撑结构的第二侧上的第二开口端；和
相变复合材料，所述相变复合材料设置在所述多个腔体或单元中的每一个中；和
传导表面，所述传导表面位于所述腔体或单元中的每一个的所述第二开口端的上方，所述多个腔体或单元的每一个中的所述相变复合材料从所述传导表面偏移预定距离，并且所述相变复合材料被配置为在所述支撑结构的所述第一侧在足够的热量时朝向所述传导表面膨胀。
35.根据权利要求34所述的装置，其特征在于，所述热源为多个电化学电池的电池组。
36.根据权利要求35或36所述的装置，其特征在于，还包括在每个腔体或单元的第一开口端上方的第二传导表面。
37.根据权利要求36所述的装置，其特征在于，所述传导表面为所述热源或冷却通道的壳体壁或者与所述热源或冷却通道的壳体壁相邻。
38.一种制造前述权利要求中任一项所述的热管理装置的方法，其特征在于，所述方法包括：形成相变复合材料并将所述相变复合材料插入支撑结构的单元或腔体中，其中所述复合材料偏离所述单元或腔体的至少一端。
39.一种根据前述权利要求中任一项所述的热管理装置的使用方法，其特征在于，所述方法包括：将所述热管理装置的第一端朝向或抵靠热源放置，并将第二端朝向或抵靠散热表面放置，其中，所述热响应材料在加热时发生变化，优选为膨胀，以增加热源和散热表面之间的热传导。
CN202280037174.8A 2021-05-24 2022-05-24 用于被动式热管理的智能相变复合材料 Pending CN117581412A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US202163192340P 2021-05-24 2021-05-24
US63/192,340 2021-05-24
PCT/US2022/030689 WO2022251187A1 (en) 2021-05-24 2022-05-24 Smart phase change composite for passive thermal management

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN117581412A true CN117581412A (zh) 2024-02-20

Family

ID=84103496

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202280037174.8A Pending CN117581412A (zh) 2021-05-24 2022-05-24 用于被动式热管理的智能相变复合材料

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20220373268A1 (zh)
EP (1) EP4348756A1 (zh)
CN (1) CN117581412A (zh)
WO (1) WO2022251187A1 (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220160717A (ko) * 2021-05-28 2022-12-06 에스케이온 주식회사 배터리 모듈

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4781243A (en) * 1986-12-11 1988-11-01 The Boeing Company Thermo container wall
US6815486B2 (en) * 2002-04-12 2004-11-09 Dow Corning Corporation Thermally conductive phase change materials and methods for their preparation and use
US10005941B2 (en) * 2013-12-17 2018-06-26 All Cell Technologies, Llc Flexible phase change material composite for thermal management systems
US10003053B2 (en) * 2015-02-04 2018-06-19 Global Web Horizons, Llc Systems, structures and materials for electrochemical device thermal management
EP3240372A1 (en) * 2016-04-27 2017-11-01 AT & S Austria Technologie & Systemtechnik Aktiengesellschaft Heat capacitive component carrier and method to produce said component carrier
DE102017200524A1 (de) * 2017-01-13 2018-07-19 Siemens Aktiengesellschaft Kühlvorrichtung mit einem Wärmerohr und einem Latentwärmespeicher, Verfahren zum Herstellen derselben und elektronische Schaltung
WO2018156251A1 (en) * 2017-02-22 2018-08-30 All Cell Technologies, Llc Thermal state of charge estimation of phase change material (pcm) in a battery pack with a pcm thermal management system
US20200274212A1 (en) * 2017-09-28 2020-08-27 KULR Technology Corporation Thermal Runaway Shield
EP3942645A4 (en) * 2019-03-22 2022-12-07 Khateeb Razack, Siddique Ali THERMAL MANAGEMENT SYSTEM AND DEVICE
US11243032B2 (en) * 2019-06-18 2022-02-08 Purdue Research Foundation Heat sink devices and methods of using such devices for thermal management
CN115917841A (zh) * 2020-07-10 2023-04-04 Sabic环球技术有限责任公司 电池用导热分隔器结构
FR3131772B1 (fr) * 2022-01-07 2023-11-24 Commissariat Energie Atomique Ensemble modulaire de stockage thermique a matériau a changement de phase, dont la fabrication est simplifiée

Also Published As

Publication number Publication date
EP4348756A1 (en) 2024-04-10
WO2022251187A1 (en) 2022-12-01
US20220373268A1 (en) 2022-11-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101233318B1 (ko) 전지 모듈
US9444123B2 (en) Battery pack assembly
US9343784B2 (en) Battery pack assembly having thermal transfer sheets and heat sink
KR101272524B1 (ko) 배터리 셀용 방열판 및 이를 갖는 배터리 모듈
CA2790036C (en) Heat dissipator and electrical energy storage device
EP2719013B1 (en) Energy storage thermal management system using multi-temperature phase change materials
US9774063B2 (en) Battery pack assembly having thermal transfer sheets
EP1665448B1 (en) Polymer batteries having thermal exchange apparatus
KR101470072B1 (ko) 배터리 셀 모듈용 열 제어 플레이트 및 이를 갖는 배터리 셀 모듈
KR101305122B1 (ko) 배터리 셀 모듈용 열 제어 파우치 및 이를 갖는 배터리 셀 모듈
CN111196878B (zh) 现场固化轻质导热界面
CN108232360B (zh) 用于电池的热分配器
WO2019107560A1 (ja) 仕切り部材及び組電池
CN106816670B (zh) 导热装置及电源装置
EP2933872A1 (en) Tri-layer material for heat spreading in battery pack modules
US11764422B2 (en) Thermal management of energy storage devices via oscillating heat pipes
JP2013222603A (ja) 二次電池、二次電池を組み込んだ二次電池モジュール、及び二次電池モジュールを組み込んだ組電池システム
WO2022008743A2 (en) Thermally conductive divider configuration for batteries
CN113826266A (zh) 用于锂离子蓄电池单元的调温系统
CN117581412A (zh) 用于被动式热管理的智能相变复合材料
KR102320263B1 (ko) 방열부재를 구비한 전지모듈
CN116806387A (zh) 用于带电池单体内部加热的电能蓄存器的蓄电池单体和用于机动车的电池
WO2017130168A1 (en) A casing for an energy storage device
KR102377870B1 (ko) 배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차
CN117897787A (zh) 包括电极、隔离膜和带有流体冷却通道的端子的电化学电芯

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination