電池組的制作方法
【專利摘要】一種電池組包括多個(gè)圓柱形電池單元以及至少一個(gè)散熱器，圓柱形電池單元具有縱向長(zhǎng)度和徑向外表面，圓柱形電池單元布置成至少一個(gè)直線排；散熱器由石墨片構(gòu)成，且至少大致在圓柱形電池單元的整個(gè)縱向長(zhǎng)度和直線排的整個(gè)長(zhǎng)度上延伸；其中單個(gè)散熱器接觸排中的各個(gè)圓柱形電池的徑向外表面的至少一部分。通過與各個(gè)圓柱形電池單元的一部分接觸的一個(gè)或多個(gè)石墨片使由電池組中生成的熱能引起的破壞最小化。
【專利說明】電池組
[0001]優(yōu)先權(quán)請(qǐng)求
[0002]本申請(qǐng)請(qǐng)求享有于2010年10月I日提交的且名稱為Thermal ManagementStructure for Battery Packs的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)序列第61/388，844號(hào)的優(yōu)先權(quán)。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本公開內(nèi)容涉及用于圓柱形單元電池組的熱管理。
【背景技術(shù)】
[0004]現(xiàn)代的裝置日益依靠可再充電的電池來提供操作電力。無論該裝置是車輛或是計(jì)算機(jī)，電池性能都是整個(gè)裝置性能的關(guān)鍵要素。
[0005]對(duì)于電池的一個(gè)最常見的形式因素為圓柱形狀，且最常見的一種電池類型為鋰離子電池。鋰離子電池的三個(gè)主要功能性構(gòu)件為陽極、陰極和電解質(zhì)。常規(guī)的鋰離子單元的陽極由碳材料(最常見的是石墨)制成。陰極為金屬氧化物，其大體上為三種材料中的一種:層狀氧化物(即，鋰鈷氧化物)、聚陰離子(即，磷酸鋰鐵)或尖晶石(即，鋰錳氧化物)。電解質(zhì)為有機(jī)溶劑中的鋰鹽，且通常為有機(jī)碳酸鹽(如，含有鋰離子復(fù)合物的碳酸乙烯或碳酸二乙酯)的混合物。這些無水電解質(zhì)大體上使用非配位陰離子鹽，如，六氟磷酸鋰(LiPF6)、六氟砷酸鋰一水化物(LiAsF6)、高氯酸鋰(LiC104)、四氟硼酸鋰(LiBF4)和三氟甲磺酸鋰(LiCF3S03)。
[0006]許多申請(qǐng)中都常包括電子電路中的多個(gè)單獨(dú)的電池單元，以在較長(zhǎng)的時(shí)間周期內(nèi)向較高的負(fù)載提供電力。在將多個(gè)電池單元集合在一起時(shí)，就存在熱管理問題。具體而言，典型的鋰離子電池具有KTC到?45°C (且針對(duì)一些單元的化學(xué)成分高達(dá)60°C )的優(yōu)選操作溫度范圍。然而，在高速充電和放電期間生成的熱可引起單元的溫度快速上升到該范圍夕卜，導(dǎo)致單元過早老化和故障。當(dāng)多個(gè)單元緊密地組裝在具有相對(duì)較小的表面面積與體積比的較大電池組中時(shí)，就構(gòu)成了該問題。
[0007]為了確保高性能和長(zhǎng)壽命，較大的電池組中的單元通常通過使空氣在電池組的外表面上流動(dòng)來冷卻。此外，可能需要的是，通過使暖空氣在電池組的外表面上流動(dòng)來加熱電池組，以改善’冷啟動(dòng)’性能。然而，這些構(gòu)造的溫度調(diào)節(jié)性能由空氣可在其上流動(dòng)的面積限制。因此，本領(lǐng)域中存在需要以改進(jìn)多單元電池組中的熱管理方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，一種電池組包括具有縱向長(zhǎng)度和徑向外表面的多個(gè)圓柱形電池單元和包括石墨片的多個(gè)散熱器，各個(gè)圓柱形電池均定位在散熱器中，且散熱器至少大致在電池單元的整個(gè)縱向長(zhǎng)度上延伸，且接觸徑向外表面的至少一部分。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，一種電池組包括具有縱向長(zhǎng)度和徑向外表面的多個(gè)圓柱形電池單元。圓柱形電池單元布置成至少一個(gè)直線排，且至少一個(gè)散熱器包括石墨片，石墨片至少大致在圓柱形電池單元的整個(gè)縱向長(zhǎng)度和直線排的整個(gè)長(zhǎng)度上延伸。單個(gè)散熱器接觸在該排中的各個(gè)圓柱形電池的徑向外表面的至少一部分。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1為電池組的第一實(shí)施例的等距視圖，其中除去了若干電池單元，以示出內(nèi)部細(xì)節(jié)。
[0011]圖2為圖1中示出的電池組的頂部視圖。
[0012]圖3為電池組的第二實(shí)施例的等距視圖，其中除去了若干電池單元，以示出內(nèi)部細(xì)節(jié)。
[0013]圖4為圖3中示出的電池組的頂部視圖。
[0014]圖5為在電池組的第三實(shí)施例中使用的單個(gè)電池單元和散熱器的等距視圖。
[0015]圖6為由圖5中示出的多個(gè)電池單元組成的電池組的頂部視圖。
[0016]圖7為電池組的第四實(shí)施例的等距視圖。
[0017]圖8為圖7中示出的電池組的頂部視圖。
[0018]圖9為電池組的第五實(shí)施例的等距視圖。
[0019]圖10為圖9中示出的電池組的頂部視圖。
[0020]圖11為電池組的第六實(shí)施例的等距視圖。
[0021]圖12為圖11中 示出的電池組的頂部視圖。
[0022]圖13為電池組的第七實(shí)施例的等距視圖。
[0023]圖14為圖13中示出的電池組的頂部視圖。
[0024]圖15為電池組的第八實(shí)施例的等距視圖。
[0025]圖16為圖15中示出的電池組的頂部視圖。
[0026]圖17為電池組的第九實(shí)施例的等距視圖。
[0027]圖18為圖17中示出的電池組的頂部視圖。
[0028]圖19為電池組的第十實(shí)施例的頂部視圖。
[0029]圖20為圖19中示出的電池組的等距視圖。
[0030]圖21為電池組的第十一實(shí)施例的等距視圖。
[0031]圖22為圖21中示出的電池組的頂部視圖。
[0032]圖23為電池組第十二實(shí)施例的側(cè)視圖。
[0033]圖24為圖23中示出的電池組的頂部視圖。
[0034]圖25a為電池組的第十三實(shí)施例的等距視圖。
[0035]圖25b為在圖25a中示出的電池組中使用的單個(gè)散熱器的等距視圖。
[0036]圖26為圖25a中示出的電池組的頂部視圖。
[0037]圖27為具有熱沉(如，冷板或熱交換歧管)的圖25a中示出的電池組的頂部視圖。
[0038]圖28為圖27中示出的電池組的等距視圖。
[0039]圖29為電池組的第十四實(shí)施例的頂部視圖，其中除去了若干電池單元，以示出內(nèi)部細(xì)節(jié)。
[0040]圖30為圖29中示出的電池組的等距視圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0041]如將變得明顯的那樣，本文中公開的各種實(shí)施例有效地在組件的各處散熱，從而促進(jìn)熱均勻性。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，通過增加空氣可在其上流動(dòng)的電池組內(nèi)和電池組周圍的表面面積來進(jìn)一步改善熱性能。這繼而又以對(duì)該組的體積能量密度有最小的影響來改善電池組的消散能力。
[0042]在以下的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，電池組包括由石墨片、擠壓成形石墨和/或熱傳導(dǎo)石墨泡沫材料制成的一個(gè)或多個(gè)散熱器。石墨片可為壓縮的膨脹天然石墨、樹脂浸潰的壓縮的膨脹天然石墨、石墨化的聚酰亞胺片或它們的組合。石墨片可選地在一側(cè)或兩側(cè)上涂有介電材料薄膜，以提供電絕緣。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，石墨片呈現(xiàn)了至少150W/m*K的平面內(nèi)導(dǎo)熱率。在又一個(gè)實(shí)施例中，石墨片呈現(xiàn)了至少300W/m*K的平面內(nèi)導(dǎo)熱率。在又一個(gè)實(shí)施例中，石墨片呈現(xiàn)了至少700W/m*K的平面內(nèi)導(dǎo)熱率。在又一個(gè)實(shí)施例中，石墨片呈現(xiàn)了至少1500W/m*K的平面導(dǎo)熱率。在一個(gè)實(shí)施例中，石墨片材料可為從10微米到1500微米厚。在其它實(shí)施例中，石墨材料可為從20微米到40微米厚。例如，在美國(guó)專利第5，091, 025和3，404, 061號(hào)中公開了適合的石墨片和片的制造工藝,其內(nèi)容通過引用并入本文中。
[0043]現(xiàn)在參看圖1和圖2，示出了電池組的第一實(shí)施例且大體上由數(shù)字10表示電池組。電池組10包括以對(duì)準(zhǔn)排布置的多個(gè)圓柱形電池單元12。由石墨片材料制成的散熱器14以如下文其將更詳細(xì)地描述的改善熱性能的方式包繞各個(gè)電池單元。在一個(gè)實(shí)施例中，散熱器14大體上為管狀，且在電池單元12的整個(gè)縱向長(zhǎng)度上大致縱向地延伸。在其它實(shí)施例中，散熱器14比電池單元12長(zhǎng)，以致于一部分在一端或兩端處延伸超過電池單元12。
[0044]在截面中，散熱器14大體上為魚形，其具有大致半圓形的部分16，其中直徑大小確定成以便部分16的內(nèi)表面與電池單元12的徑向外表面大致齊平且與其熱接觸。一對(duì)彎曲的腿部18a和18b從半圓形部分16延伸，遠(yuǎn)離電池單元12的徑向外表面。各個(gè)彎曲的腿部18均包括一定的半徑，半徑大小確定成以便各個(gè)腿部均與鄰近的散熱器14的半圓形部分16大致齊平且與其熱接觸。因此，其中具體參看圖2，彎曲的腿部18a與在正上方的排中的散熱器14的半圓形部分16熱接觸。同樣，彎曲的腿部18b與直接鄰近于相同排中的左側(cè)的散熱器14的半圓形部分16熱接觸。
[0045]散熱器14還包括連接腿部20，該連接腿部20具有一定的半徑，半徑大小確定成以便連接腿部與鄰近的散熱器14的半圓形部分16大致齊平且與其熱接觸。具體參看圖2，連接腿部20與在上方和左側(cè)的散熱器14的半圓形部分16熱接觸。以此方式，可看到的是，給定的單元12的熱沉14與三個(gè)鄰近單元的熱沉熱接觸。此外，內(nèi)部通道22由單元12、腿部18和20的徑向外表面的一部分形成。在一個(gè)實(shí)施例中，流體或氣體(如，空氣)可通過多個(gè)內(nèi)部通道22中的一個(gè)或多個(gè)來引導(dǎo)，以有助于除去熱或熱調(diào)節(jié)。
[0046]現(xiàn)在參看圖3和圖4，示出了電池組的第二實(shí)施例且電池組大體上由數(shù)字100表示。電池組100包括以對(duì)準(zhǔn)排布置的多個(gè)圓柱形電池單元112。各排均可具有任何數(shù)目的單元112，且同樣，可采用任何數(shù)目的排。由石墨片材料或擠壓成形石墨制成的散熱器114以其如以下將更詳細(xì)地描述的改善熱性能的方式圍繞各個(gè)電池單元112定位。在一個(gè)實(shí)施例中，散熱器114大體上為管狀的，且在電池單元112的整個(gè)縱向長(zhǎng)度上大致地延伸。在其它實(shí)施例中，散熱器114比電池單元112長(zhǎng)，以致于散熱器114在一端或兩端延伸超過電池單元112。
[0047]在截面中，各個(gè)散熱器114均包括大體上為十字形，其具有四個(gè)等距離的弧形區(qū)段116。弧形區(qū)段116包括一定半徑，半徑大小確定成以便其內(nèi)表面與電池單元112的徑向外表面大致齊平，且與其熱接觸。突出部118介于各個(gè)弧形區(qū)段16之間，且遠(yuǎn)離相應(yīng)的電池單元112延伸。各個(gè)突出部118均為環(huán)狀，其具有四個(gè)腿部，各個(gè)腿部布置成大體上與鄰近的腿部成90度。散熱器114的大小確定成以便各個(gè)突出部118均接合一個(gè)或多個(gè)鄰接的散熱器114的突出部118。結(jié)合電池單元112的徑向外表面，各個(gè)突出部118形成縱向地延伸的內(nèi)部通道120。單元間通道122由兩個(gè)弧形區(qū)段116和四個(gè)突出部118的一部分形成在各個(gè)鄰近的散熱器114之間。在一個(gè)實(shí)施例中，流體或氣體(如，空氣)可通過多個(gè)內(nèi)部通道120和/或單元間通道122中的一個(gè)或多個(gè)來引導(dǎo)，以有助于除去熱或熱調(diào)節(jié)。
[0048]現(xiàn)在參看圖5和圖6，示出了電池組的第三實(shí)施例且電池組大體上由數(shù)字210表示。電池組210包括以對(duì)準(zhǔn)的排布置的多個(gè)圓柱形電池單元212。各排均可具有任何數(shù)目的單元212，且同樣，可采用任何數(shù)目的排。由石墨片材料或擠壓成形石墨制成的散熱器214以其如以下將更詳細(xì)地描述的改善熱性能的方式圍繞各個(gè)電池單元212定位。在一個(gè)實(shí)施例中，散熱器214大體上為管狀，且大致在電池單元212的整個(gè)縱向長(zhǎng)度上延伸。在其它實(shí)施例中，散熱器214比電池單元212長(zhǎng)，以致于散熱器在一端或兩端延伸超過電池單元212。
[0049]在截面中，各個(gè)散熱器214包括正方形的外壁216。如圖6中所見，各個(gè)散熱器214的正方形外壁216的一部分布置成與至少一個(gè)鄰近的散熱器214的外壁216的一部分大體上齊平且與其熱接觸。多個(gè)腿部218從外壁216向內(nèi)延伸。在一個(gè)實(shí)施例中，腿部218接觸電池單元212的徑向外表面。在本實(shí)施例中，提供了八個(gè)腿部218，其中一個(gè)腿部從形成于外壁216中的各個(gè)轉(zhuǎn)角向內(nèi)延伸，而另一個(gè)腿部從外壁216的各個(gè)腿部的中點(diǎn)向內(nèi)延伸。然而，應(yīng)理解的是，可提供較多或較少的腿部218。多個(gè)內(nèi)部通道220形成于外壁216、電池單元212的徑向外表面和腿部218之間。在一個(gè)實(shí)施例中，流體或氣體(如，空氣)可通過多個(gè)內(nèi)部通道220中的一個(gè)或多個(gè)來引導(dǎo)，以有助于除去熱或熱調(diào)節(jié)。
[0050]現(xiàn)在參看圖7和圖8，示出了電池組的第四實(shí)施例且電池組大體上由數(shù)字310表示。電池組310包括以對(duì)準(zhǔn)的排布置的多個(gè)圓柱形電池單元312。各排均可具有任何數(shù)目的單元312，且同樣，可采用任何數(shù)目的排。以其如以下將更詳細(xì)地描述的改善熱性能的方式提供用于各排的由石墨片材料制成的散熱器314。在一個(gè)實(shí)施例中，散熱器314大致在電池單元312的整個(gè)縱向長(zhǎng)度上延伸。在其它實(shí)施例中，散熱器314比電池單元312長(zhǎng)，以致于一部分在一端或兩端處延伸超過電池單元312。
[0051]在截面中，各個(gè)散熱器314均具有頂部表面316和底部表面318，且大體上為波形，其具有交錯(cuò)的彎曲部分320。彎曲部分320各自具有一定的半徑，半徑大小確定成匹配各個(gè)電池單元312的徑向外表面的半徑。因此，由于交錯(cuò)的彎曲布置，頂部表面316和底部表面318交替地接觸排中的各個(gè)電池單元312。在一個(gè)實(shí)施例中，散熱器314接觸各個(gè)電池單元312的徑向外表面面積的高達(dá)大致一半。
[0052]內(nèi)部通道322形成于第一散熱器314的底部表面318、鄰近排的散熱器314的頂部表面316與位于鄰近排中的兩個(gè)電池單元312的徑向外表面的一部分之間。在一個(gè)實(shí)施例中，流體或氣體(如，空氣)可通過多個(gè)內(nèi)部通道322中的一個(gè)或多個(gè)來引導(dǎo)，以有助于除去熱或熱調(diào)節(jié)。
[0053]現(xiàn)在參看圖9和圖10，示出了電池組的第五實(shí)施例且電池組大體上由數(shù)字410表示。電池組410包括布置成對(duì)角的排的多個(gè)圓柱形電池單元412。換言之，電池單元412的中心點(diǎn)與在鄰近排中的兩個(gè)電池單元之間的中點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)。各排均可具有任何數(shù)目的單元412，且同樣，可采用任何數(shù)目的排。以其如以下將更詳細(xì)地描述的改善熱性能的方式提供用于各排的由石墨片材料制成的散熱器414。在一個(gè)實(shí)施例中，散熱器414大致在電池單元412的整個(gè)縱向長(zhǎng)度上延伸。在其它實(shí)施例中，散熱器414比電池單元412長(zhǎng)，以致于散熱器在一端或兩端處延伸超過電池單元412。
[0054]在截面中，各個(gè)散熱器414均具有頂部表面416和底部表面418,且大體上為波形的，其具有交錯(cuò)的彎曲部分420。各個(gè)彎曲部分420均具有一定半徑，半徑大小確定成大體上匹配各個(gè)電池單元412的外表面的半徑。如圖10中所見，各個(gè)散熱器414的頂部表面416接觸在第一排中的各個(gè)電池單元412的徑向外表面的一部分。同樣，相同的散熱器414的底部表面418也接觸在鄰近排和在第一排下方的各個(gè)電池單元412的徑向外表面的一部分。根據(jù)該布置，各個(gè)電池單元412(其中除電池組410的外周上的電池單元412外)均由在兩個(gè)相對(duì)側(cè)上的散熱器414接觸。此外，各個(gè)散熱器414(其中除在外周上的那些外)均與在兩個(gè)鄰近排中的電池單元412熱接觸。
[0055]內(nèi)部通道422形成于第一散熱器414的底部表面418、鄰近排的第二鄰近散熱器414的頂部表面416與排中的兩個(gè)鄰近的電池單元412的徑向外表面的一部分之間。在一個(gè)實(shí)施例中，流體或氣體(如，空氣)可通過多個(gè)內(nèi)部通道422中的一個(gè)或多個(gè)來引導(dǎo)，以有助于除去熱或熱調(diào)節(jié)。
[0056]現(xiàn)在參看圖11和圖12，示出了電池組的第六實(shí)施例且大體上由數(shù)字510表示。電池組510包括以對(duì)準(zhǔn)的排布置的多個(gè)圓柱形電池單元512。各排均可具有任何數(shù)目的單元512，且同樣，可采用任何數(shù)目的排。以其如以下將更詳細(xì)地描述的改善熱性能的方式提供用于各個(gè)電池單兀512的由石墨片材料制成的散熱器514。在一個(gè)實(shí)施例中，散熱器514大體上為管狀，且大致在電池單元512的整個(gè)縱向長(zhǎng)度上延伸。在其它實(shí)施例中，散熱器514比電池單元512長(zhǎng)，以致于一部分在一端或兩端處延伸超過電池單元512。
[0057]在截面中，各個(gè)散熱器514均圍繞各個(gè)電池單元512的整個(gè)圓周延伸。散熱器514包括用于增加其表面面積的重復(fù)圖案。在示出的實(shí)施例中，散熱器514為波紋狀，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到的是，可使用其它的重復(fù)圖案，例如，波形或正方形。在一個(gè)實(shí)施例中，散熱器514的大小確定成以便內(nèi)部波紋狀的點(diǎn)516接觸電池單元512的徑向外表面。在其它實(shí)施例中，散熱器514的大小確定成以便內(nèi)部波紋狀的點(diǎn)516與電池單元512的徑向外表面間隔開。
[0058]內(nèi)部通道518形成于各個(gè)散熱器514與其包繞的電池單元512之間。附加通道520由用于鄰接單元的那些的散熱器514的一部分形成在四個(gè)電池單元512之間的中心點(diǎn)處。在一個(gè)實(shí)施例中，流體或氣體(如，空氣)可通過多個(gè)通道518和/或520中的一個(gè)或多個(gè)來引導(dǎo)，以有助于除去熱或熱調(diào)節(jié)。
[0059]現(xiàn)在參看圖13和圖14，示出了電池組的第七實(shí)施例且電池組大體上由數(shù)字610表示。電池組610包括布置成對(duì)角的排多個(gè)圓柱形電池單元612。換言之，電池單元612的中心點(diǎn)與在鄰近排中的兩個(gè)電池單元之間的中點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)。各排均可具有任何數(shù)目的單元612，且同樣，可采用任何數(shù)目的排。以其如以下將更詳細(xì)地描述的改善熱性能的方式提供用于各個(gè)電池單元612的由石墨片材料制成的散熱器614。在一個(gè)實(shí)施例中，散熱器614大致在電池單元612的整個(gè)縱向長(zhǎng)度上延伸。在其它實(shí)施例中，散熱器614比電池單元612長(zhǎng)，以致于一部分在一端或兩端處延伸超過電池單元612。
[0060]在截面中，各個(gè)散熱器614大體上為淚滴形，其具有半圓形部分616和遠(yuǎn)離電池單兀612延伸的翼片618。半圓形部分616大小確定為與電池單兀612的徑向外表面的一部分大體上齊平，且與其熱接觸。翼片618包括從半圓形部分616的各側(cè)延伸的一對(duì)腿部620。腿部620可包括較小的半徑且在尖端622處聯(lián)結(jié)，單個(gè)腿部624從該尖端622延伸，其沿徑向方向遠(yuǎn)離相關(guān)聯(lián)的電池單元612延伸。
[0061]內(nèi)部通道626形成于翼片618與其包繞的電池單元612的徑向外表面的一部分之間。在一個(gè)實(shí)施例中，流體或氣體(如，空氣)可通過多個(gè)通道626中的一個(gè)或多個(gè)來引導(dǎo)，以有助于除去熱。此外，假定淚滴形狀/翼形形狀，還可沿有利地與腿部624對(duì)準(zhǔn)的側(cè)向/徑向方向R引導(dǎo)空氣，以獲得甚至更好的熱性能。
[0062]現(xiàn)在參看圖15和圖16，示出了電池組的第八實(shí)施例且電池組大體上由數(shù)字710表示。電池組710包括布置成對(duì)角的排的多個(gè)圓柱形電池單元712。換言之，電池單元712的中心點(diǎn)與在鄰近排中的兩個(gè)電池單元之間的中點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)。各排均可具有任何數(shù)目的單元712，且同樣，可采用任何數(shù)目的排。以其如以下將更詳細(xì)地描述的改善熱性能的方式提供用于各個(gè)電池單元712的由石墨片材料制成的散熱器714。在一個(gè)實(shí)施例中，散熱器714大致在電池單元712的整個(gè)縱向長(zhǎng)度上延伸。在其它實(shí)施例中，散熱器714比電池單元712長(zhǎng)，以致于一部分在一端或兩端處延伸超過電池單元712。
[0063]在截面中，各個(gè)散熱器714大體上為眼瞼形，其具有兩個(gè)相對(duì)的對(duì)稱半體716。各個(gè)半體具有大體上凹入的中心部分718和凸出部分720，凸出部分720在凹入的中心部分718的各個(gè)側(cè)上延伸。各個(gè)半體716的凹入部分718的一部分接觸電池單元712的徑向外表面的一部分。凸出部分720從電池單元712向外延伸，且在兩個(gè)凸出部分720的會(huì)合點(diǎn)處形成單個(gè)腿部722。在一個(gè)實(shí)施例中，單個(gè)腿部722遠(yuǎn)離與其相關(guān)聯(lián)的電池單元712徑向地延伸，且至少延伸到兩個(gè)鄰近的電池單元之間的中心點(diǎn)處。
[0064]一對(duì)相對(duì)的內(nèi)部通道724形成于各個(gè)散熱器714與相關(guān)聯(lián)的電池單元712之間。在一個(gè)實(shí)施例中，流體或氣體(如，空氣)可通過多個(gè)通道724中的一個(gè)或多個(gè)來引導(dǎo)，以有助于除去熱。此外，假定空氣動(dòng)力形狀，空氣還可沿有利地與腿部722對(duì)準(zhǔn)的側(cè)向/徑向方向R引導(dǎo)，以獲得甚至更好的熱性能。
[0065]現(xiàn)在參看圖17和圖18，示出了電池組的第九實(shí)施例且電池組大體上由數(shù)字810表示。電池組810包括布置成對(duì)準(zhǔn)的排的多個(gè)圓柱形電池單元812。各排均可具有任何數(shù)目的單元812，且同樣，可采用任何數(shù)目的排。以其如以下將更詳細(xì)地描述的改善熱性能的方式提供用于各個(gè)電池單元812的由石墨片材料制成的散熱器814。在一個(gè)實(shí)施例中，散熱器814大致在電池單元812的整個(gè)縱向長(zhǎng)度上延伸。在其它實(shí)施例中，散熱器814比電池單元812長(zhǎng)，以致于一部分在一端或兩端處延伸超過電池單元812。
[0066]在截面中，各個(gè)散熱器814大體上為U形的,其具有半圓形部分816和從半圓形部分816延伸的一對(duì)腿部818。在一個(gè)實(shí)施例中，腿部818沿與電池單元812的徑向外表面相切的方向延伸。在該實(shí)施例或其它實(shí)施例中，散熱器的腿部818與彼此平行。在一個(gè)實(shí)施例中，電池單元812間隔開，以便一個(gè)散熱器814的腿部818平行于與該排中的鄰近的電池單元812相關(guān)聯(lián)的散熱器814的腿部818，且與其間隔開。在另一個(gè)實(shí)施例中，電池單元812間隔開，以便一個(gè)散熱器814的腿部818平行于與該排中的鄰近的電池單元812相關(guān)聯(lián)的散熱器814的腿部818，且與其熱接觸。在一個(gè)實(shí)施例中，電池單元812間隔開，以便各個(gè)散熱器814的半圓形部分接觸兩個(gè)電池單元812。
[0067]一對(duì)通道820形成于腿部818與電池單元812的徑向外表面之間。在一個(gè)實(shí)施例中，流體或氣體(如，空氣)可通過多個(gè)通道820中的一個(gè)或多個(gè)來引導(dǎo)，以有助于除去熱或熱調(diào)節(jié)。此外，假定空氣動(dòng)力形狀，空氣還可沿有利地與腿部818對(duì)準(zhǔn)的側(cè)向/徑向方向R引導(dǎo)，以獲得甚至更好的熱性能。
[0068]現(xiàn)在參看圖19和圖20，示出了電池組的第十實(shí)施例且電池組大體上由數(shù)字910表示。電池組910包括布置成對(duì)準(zhǔn)的排的多個(gè)圓柱形電池單元912。各排均可具有任何數(shù)目的單元912，且同樣，可采用任何數(shù)目的排。以其如以下將更詳細(xì)地描述的改善熱性能的方式提供用于各排電池單元912的由石墨片材料制成的散熱器914。在一個(gè)實(shí)施例中，散熱器914大致在電池單元912的整個(gè)縱向長(zhǎng)度上延伸。在其它實(shí)施例中，散熱器914比電池單元912長(zhǎng)，以致于一部分在一端或兩端處延伸超過電池單元912。
[0069]在截面中，各個(gè)散熱器914橫跨一排電池單元912的長(zhǎng)度，且包括多個(gè)間隔開的半圓形部分916。各個(gè)半圓形部分大小確定為用以收納電池單元912的徑向外表面的一部分，且與其熱接觸。大體上平坦的聯(lián)結(jié)部分918在各個(gè)半圓形部分916之間延伸。在各排電池單元912的端部處，腿部920沿大致垂直于聯(lián)結(jié)部分918的方向從半圓形部分916的外端向上延伸。在一個(gè)實(shí)施例中，腿部920向上延伸到電池單元912的高度。
[0070]現(xiàn)在參看圖21和圖22，示出了電池組的第十一實(shí)施例且電池組大體上由數(shù)字1010表示。電池 組1010包括布置成對(duì)準(zhǔn)的排的多個(gè)圓柱形電池單元1012。各排均可具有任何數(shù)目的單元1012，且同樣，可采用任何數(shù)目的排。以其如以下將更詳細(xì)地描述的改善熱性能的方式提供用于各排電池單元1012的由石墨片材料制成的散熱器1014。在一個(gè)實(shí)施例中，散熱器1014大致在電池單元1012的整個(gè)縱向長(zhǎng)度上延伸。在其它實(shí)施例中，散熱器1014比電池單元1012長(zhǎng)，以致于一部分在一端或兩端處延伸超過電池單元1012。
[0071]在截面中，各個(gè)散熱器1014橫跨一排電池單元1012的長(zhǎng)度，且包括多個(gè)間隔開的半圓形部分1016。各個(gè)半圓形部分大小確定為用以收納電池單元1012的徑向外表面的一部分，且與其熱接觸。大體上平坦的聯(lián)結(jié)部分1018在各個(gè)半圓形部分1016之間延伸。在各排電池單元1012的端部處，腿部1020沿大致垂直于聯(lián)結(jié)部分1018的方向從半圓形部分1016的外端向上延伸。在一個(gè)實(shí)施例中，腿部1020向上延伸到電池單元1012的整個(gè)直徑。大體上為平面的頂片1022在各個(gè)腿部1020之間延伸。在一個(gè)實(shí)施例中，頂片1022延伸超過各個(gè)腿部1020，以形成重疊部分1024。以此方式，頂片1022形成內(nèi)部通道1026，在該內(nèi)部通道1026內(nèi)承載了一排電池單元1012。在一個(gè)實(shí)施例中，流體或氣體(如，空氣)可通過一個(gè)或多個(gè)內(nèi)部通道1026來引導(dǎo)，以有助于除去熱。
[0072]現(xiàn)在參看圖23和圖24，示出了電池組的第十二實(shí)施例且電池組大體上由數(shù)字1110表示。電池組1110包括布置成對(duì)準(zhǔn)的排的多個(gè)圓柱形電池單元1112。各排均可具有任何數(shù)目的單元1112，且同樣，可采用任何數(shù)目的排。如其以下將更詳細(xì)地描述的改善熱性能的方式提供了由石墨片材料或熱傳導(dǎo)石墨泡沫制成的多個(gè)散熱器1114，且多個(gè)散熱器1114沿電池單元1112的縱向方向間隔開。[0073]盡管圖24中示出的散熱器1114大體上為正方形，但應(yīng)理解的是，可采用其它的形狀，例如，如矩形、圓形或不規(guī)則的形狀。各個(gè)散熱器1114包括大小確定為用以將電池單元1112收納在其中的多個(gè)孔1116。在一個(gè)實(shí)施例中，孔1116的大小確定為以便以壓配合將電池單元1112收納在其中。各個(gè)孔1116的側(cè)壁與收納在其中的電池單元1112的徑向外表面大體上齊平，且與其熱接觸。以此方式，各個(gè)散熱器從該單元中吸收熱能，以有助于創(chuàng)造熱均勻性和從電池組中除去熱。在一個(gè)實(shí)施例中，流體或氣體(如，空氣)可沿側(cè)向/徑向方向R來引導(dǎo)，以有助于除去熱或熱調(diào)節(jié)。
[0074]現(xiàn)在參看圖25和圖26，示出了電池組的第十三實(shí)施例且電池組大體上由數(shù)字1210表示。電池組1210包括布置成對(duì)準(zhǔn)的排的多個(gè)圓柱形電池單元1212。各排均可具有任何數(shù)目的單元1212，且同樣，可采用任何數(shù)目的排。由石墨片材料、熱傳導(dǎo)石墨泡沫或擠壓成形石墨制成的散熱器1214如其以下將更詳細(xì)地描述的改善熱性能的方式設(shè)在電池單元1212之間的區(qū)域中。在一個(gè)實(shí)施例中，散熱器1214大致在電池單元1212的整個(gè)長(zhǎng)度上延伸。在其它實(shí)施例中，散熱器1214比電池單元1212長(zhǎng)，以致于一部分在一端或兩端處延伸超過電池單元1212。
[0075]在截面中，各個(gè)散熱器1214大體上定形為四角星。該星形形狀由四個(gè)沿周向間隔開的凹入表面1216形成。在一個(gè)實(shí)施例中，表面1216包括與電池單元1212的徑向外表面的半徑大致相同的半徑。因此，當(dāng)定位在四個(gè)電池單元1212之間的中心點(diǎn)處時(shí)，散熱器1214的各個(gè)凹入表面1216接觸不同電池單元1212的徑向外表面。各個(gè)散熱器1214均可包括在散熱器1214的整個(gè)縱向長(zhǎng)度上延伸的中心開孔1218。在一個(gè)實(shí)施例中，流體或氣體(如，空氣)可通過一個(gè)或多個(gè)開孔1218來引導(dǎo)，以有助于除去熱或熱調(diào)節(jié)。
[0076]現(xiàn)在參看圖27和圖28，散熱器1214可結(jié)合定位在電池單元1212的一端或兩端處且與散熱器1214的一端或兩端相接觸的熱交換器1220來使用。熱交換器1220可包括流體輸入端1222和流體輸出端1224，以允許載熱介質(zhì)移動(dòng)到熱交換器1220中和從熱交換器1220中移出。以此方式，熱可沿散熱器1214傳送，且轉(zhuǎn)移到熱交換器1220中的介質(zhì)上。
[0077]現(xiàn)在參看圖29和圖30，示出了電池組的第十四實(shí)施例且電池組大體上由數(shù)字1310表示。電池組1310包括布置成對(duì)準(zhǔn)的排的多個(gè)圓柱形電池單元1312。各排均可具有任何數(shù)目的單元1312，且同樣，可采用任何數(shù)目的排。由石墨片材料、熱傳導(dǎo)石墨泡沫或擠壓成形石墨制成的一個(gè)或兩個(gè)散熱器1314以其如以下將更詳細(xì)地描述的改善熱性能的方式設(shè)成用于各排中。在一個(gè)實(shí)施例中，散熱器1314大致在電池單元1312的整個(gè)長(zhǎng)度上延伸。在其它實(shí)施例中，散熱器1314比電池單元1312長(zhǎng)，以致于一部分在一端或兩端處延伸超過電池單元1312。
[0078]在截面中，各個(gè)散熱器1314大體上為矩形，其具有多個(gè)間隔開的半圓形切口1316，各個(gè)切口的大小確定為用以至少部分地將電池單元1312收納在其中。在一個(gè)實(shí)施例中，一對(duì)散熱器1314定位在一排的相對(duì)側(cè)上，且構(gòu)造成以便相對(duì)的切口 1316形成將電池單元1312收納在其中的圓形開孔。在該實(shí)施例，開孔的大小可確定為以便電池單元1312在其中保持大致齊平。各個(gè)散熱器1314均還包括在與半圓形切口 1316相對(duì)的散熱器1314的側(cè)部上的槽口 1318。槽口 1318與鄰近的散熱器1314對(duì)準(zhǔn)，以形成在散熱器1314的長(zhǎng)度上延伸的通道1320。在一個(gè)實(shí)施例中，流體或氣體(如，空氣)可通過多個(gè)內(nèi)部通道1320中的一個(gè)或多個(gè)來引導(dǎo)，以有助于除去熱或熱調(diào)節(jié)。[0079]散熱器1314可結(jié)合定位在電池單元1312的一端或兩端處且與散熱器1314的一端或兩端相接觸的熱交換器1322來使用。熱交換器1322可包括流體輸入端1324和流體輸出端1326，以允許載熱介質(zhì)移動(dòng)到熱交換器中和從熱交換器中移出。以此方式，熱可沿散熱器1314傳送，且轉(zhuǎn)移到熱交換器1322中的介質(zhì)上。
[0080]在上述任何實(shí)施例中，散熱器之間的至少一個(gè)空間至少部分地由相變材料層填充。在另一個(gè)實(shí)施例中，散熱器之間的至少一個(gè)空間完全由相變材料層填充。在這些或其它實(shí)施例中，散熱器之間的大致所有的空間都包括相變材料。例如，圖23的實(shí)施例中，相變材料可定位在各個(gè)散熱器1114之間，以此形成散熱器1114和相變材料的交錯(cuò)的疊層。相變材料可自由流動(dòng)，且至少部分地由散熱器容納和界定。作為備選，相變材料可被物理地吸入承載基質(zhì)中。例如，相變材料可被吸收和承載于壓縮的膨脹石墨墊或泡沫碳中。相變材料將有助于減小電池組中的溫度變化的程度和速度。相變材料的熔化溫度范圍可有利地大致等于電池組內(nèi)的電池單元的推薦操作溫度范圍。適合的相變材料的實(shí)例為石臘。
[0081]在上述實(shí)施例的任何一個(gè)或多個(gè)中，散熱器還為復(fù)合材料。例如，各個(gè)散熱器還包括一對(duì)石墨片，其具有設(shè)置在其間的相變材料。相變材料可自由流動(dòng)，且由石墨片容納和界定。作為備選，相變材料可被物理地吸入定位在相對(duì)的石墨片之間的承載基質(zhì)中。例如，相變材料可被吸收和承載于壓縮的膨脹石墨墊或泡沫碳中。在備選方案中，復(fù)合材料可包括固定到具有吸收到其中的相變材料的單個(gè)承載基質(zhì)層上的單個(gè)石墨片層。
[0082]應(yīng)理解的是，在各個(gè)上述實(shí)施例中，盡管僅單個(gè)單元示為沿縱向方向延伸，但一個(gè)以上的電池單元還可以以除如圖所示的成排和成列的堆疊外的堆疊布置沿縱向方向來構(gòu)造。
[0083]在各個(gè)上述實(shí)施例中，熱交換器可設(shè)在電池組的一端或兩端處。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，包繞各個(gè)電池單元的散熱器延伸超過電池單元，且接觸熱交換器。
[0084]上述描述旨在使本領(lǐng)域中的技術(shù)人員能夠?qū)嵤┍景l(fā)明。其并不旨在詳述在閱讀本說明書時(shí)將對(duì)技術(shù)人員變得清楚的所有可能的變化和變型。然而，其旨在將所有的此類變型和變化都包括在由以下權(quán)利要求限定的本發(fā)明的范圍內(nèi)。除非上下文明確地相反指出，否則權(quán)利要求旨在覆蓋有效地滿足針對(duì)本發(fā)明的預(yù)期目的以任何布置或順序的指出的元件和步驟。
【權(quán)利要求】
1.一種電池組，包括: 多個(gè)圓柱形電池單元，所述圓柱形電池單元具有縱向長(zhǎng)度和徑向外表面，所述圓柱形電池單元布置成至少一個(gè)直線排；以及 至少一個(gè)散熱器，所述散熱器由石墨片構(gòu)成，且至少大致在所述圓柱形電池單元的整個(gè)縱向長(zhǎng)度和所述直線排的整個(gè)長(zhǎng)度上延伸；以及 其中單個(gè)散熱器接觸所述排中的各個(gè)所述圓柱形電池的所述徑向外表面的至少一部分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池組，其特征在于，所述石墨片包括壓縮的膨脹天然石墨。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池組，其特征在于，所述石墨片包括樹脂浸潰的壓縮天然石墨片。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池組，其特征在于，所述石墨片包括石墨化的聚酰亞胺片。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池組，其特征在于，所述散熱器包括頂部表面和底部表面，所述散熱器接觸交替地在所述頂部表面和所述底部表面上接觸所述排中的所述電池單元。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池組，其特征在于，所述散熱器包括截面中的多個(gè)半圓形部分，各個(gè)所述半圓形部分收納在所述排中的各個(gè)電池單元的所述徑向外表面的一部分。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池組，其特征在于，腿部垂直于所述排在所述散熱器的相對(duì)端處延伸。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電池組，其特征在于，所述散熱器還包括在所述腿部之間延伸的頂片，且形成內(nèi)部通道。
9.一種電池組，包括: 多個(gè)圓柱形電池單元，所述圓柱形電池單元具有縱向長(zhǎng)度和徑向外表面；以及多個(gè)散熱器，所述多個(gè)散熱器由石墨片構(gòu)成，各個(gè)所述圓柱形電池定位在散熱器中，所述散熱器至少大致在所述電池單元的整個(gè)縱向長(zhǎng)度上延伸，且接觸所述徑向外表面的至少一部分。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電池組，其特征在于，所述散熱器在截面上為魚形。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電池組，其特征在于，所述散熱器在截面上為十字形。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電池組，其特征在于，所述散熱器各自包括正方形外壁和向內(nèi)延伸的多個(gè)腿部，至少一個(gè)所述腿部接觸所述電池單元的所述徑向外表面。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電池組，其特征在于，所述散熱器具有波紋狀截面。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電池組，其特征在于，所述散熱器在截面上為眼瞼形。
15.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電池組，其特征在于，所述散熱器在截面上為淚滴形。
16.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電池組，其特征在于，所述散熱器在截面上為U形。
17.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電池組，其特征在于，縱向地延伸的通道形成于各個(gè)所述散熱器與相關(guān)聯(lián)的電池單元之間。
18.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電池組，其特征在于，所述石墨片包括壓縮的膨脹天然石墨。
19.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電池組，其特征在于，所述石墨片包括樹脂浸潰的壓縮天然石墨片。
20.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電池組，其特征在于，所述石墨片包括石墨化的聚酰亞胺片。
【文檔編號(hào)】H01M10/643GK203491315SQ201190000916
【公開日】2014年3月19日 申請(qǐng)日期:2011年9月30日 優(yōu)先權(quán)日:2010年10月1日
【發(fā)明者】R.J.韋恩, J.泰勒, M.D.斯馬爾克, E.費(fèi)希曼 申請(qǐng)人:格拉弗技術(shù)國(guó)際控股有限公司