本申請(qǐng)主張2014年4月10日遞交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)61/977,802的權(quán)益，且在此被以引用的方式并入。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電蓄電池，且具體而言，涉及用于車(chē)輛能量存儲(chǔ)的電蓄電池。

背景技術(shù)：

電動(dòng)車(chē)輛和混合電動(dòng)車(chē)輛使用蓄電池供能量存儲(chǔ)。在此申請(qǐng)中，蓄電池可經(jīng)受包括零下溫度的一系列存儲(chǔ)溫度。在低溫下，用于許多類(lèi)型的蓄電池(包括鋰離子蓄電池)的可用功率大幅度減小，且蓄電池效率降低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種用于電動(dòng)車(chē)輛蓄電池的加熱器，所述加熱器可直接應(yīng)用于單個(gè)“軟包電池”的平薄膜壁，所述單個(gè)軟包電池被按緊湊堆疊組裝在一起以提供合適電壓的蓄電池。通過(guò)將薄加熱元件直接附著到軟包電池，加熱器結(jié)構(gòu)的體積顯著減小，伴有成本和重量的相應(yīng)減少。同等重要地，可局部地將熱量施加到每一電池以使蓄電池迅速變暖，這種方式對(duì)于加熱器在蓄電池外部且受到更大隔離熱阻的情況將變得困難。每一加熱器可包括恒溫控制以基本消除基于蓄電池內(nèi)的電池的不同位置可另外預(yù)期會(huì)發(fā)展出的熱點(diǎn)。

在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明提供一種電池組組合件，包括提供固持蓄電池電極的對(duì)置的聚合物薄膜壁且提供暴露的蓄電池端子的至少一個(gè)軟包電池。具有暴露的加熱器端子的柔性薄膜加熱器熱接觸地應(yīng)用于至少一個(gè)聚合物薄膜壁以當(dāng)電流穿過(guò)加熱器端子之間時(shí)對(duì)所述至少一個(gè)聚合物薄膜壁加熱。

因此，本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例的特征為提供具有減小的結(jié)構(gòu)的緊湊加熱器，所述加熱器可與軟包電池的壁直接接觸地放置。

電池組組合件可包括多個(gè)軟包電池，每一者具有附著的柔性薄膜加熱器，且被堆疊使得每一軟包電池在兩個(gè)對(duì)置的聚合物薄膜壁上接觸柔性薄膜加熱器，且使得至少一個(gè)薄膜加熱器接觸兩個(gè)鄰近的軟包電池。

因此本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例的特征為提供一種緊湊加熱器結(jié)構(gòu)，所述緊湊加熱器結(jié)構(gòu)可與軟包電池交錯(cuò)以減小加熱器與蓄電池組件之間的熱阻。

用于連續(xù)薄膜加熱器的暴露的加熱器端子可大體沿著薄膜加熱器的平面在用于不同薄膜加熱器的不同位置處延伸，因此第一薄膜加熱器的加熱器端子可附著到鄰近軟包電池的蓄電池端子，而其他薄膜加熱器的加熱器端子可卷繞軟包電池以在不接觸其他加熱器端子的情況下附著到鄰近薄膜加熱器。

因此，本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例的特征為準(zhǔn)許薄膜加熱器以串聯(lián)或并聯(lián)的方式柔性連接以提供在電阻和功率耗散之間所需的取舍。

暴露的加熱器端子上覆且接觸蓄電池端子。

因此，本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例的特征為準(zhǔn)許薄膜加熱器依賴用于軟包電池的電分布導(dǎo)體。

可沿著對(duì)置的聚合物薄膜壁之間的縫隙安置蓄電池端子以大體平行于聚合物薄膜壁延伸，且暴露的加熱器端子可沿著柔性薄膜加熱器的平面延伸以上覆且接觸蓄電池端子。

因此，本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例的特征為提供一種在薄膜加熱器與軟包電池之間的附著機(jī)構(gòu)，其與具有延伸的凸片端子的標(biāo)準(zhǔn)軟包電池設(shè)計(jì)一起工作。

暴露的加熱器端子可為柔性的，且涂布有傳導(dǎo)性粘合劑用于附著到蓄電池端子。

因此，本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例的特征為提供一種在軟包電池端子與薄膜加熱器端子之間的簡(jiǎn)單附著機(jī)構(gòu)，其與現(xiàn)有軟包電池設(shè)計(jì)一起工作。

薄膜加熱器可使用正溫度系數(shù)材料。

因此，本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例的特征為提供一種響應(yīng)可在一組軟包電池內(nèi)存在的不同溫度的溫度調(diào)節(jié)的簡(jiǎn)單方法。

可替代地，薄膜加熱器可提供根據(jù)薄膜加熱器的溫度轉(zhuǎn)換通過(guò)薄膜加熱器的電流的恒溫元件。

因此，本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例的特征為提供一種從處于閾值溫度下的蓄電池充分去除加熱器負(fù)荷的溫度調(diào)節(jié)。

恒溫元件可選自雙金屬元件和存儲(chǔ)器金屬元件。

因此，本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例的特征為提供一種適合用于薄膜加熱器的低成本恒溫器系統(tǒng)。

薄膜加熱器可提供一組聚合物導(dǎo)體，所述聚合物導(dǎo)體在側(cè)翼分布導(dǎo)體之間延伸，所述分布導(dǎo)體沿著組裝的電池組組合件中的軟包電池的邊緣延伸，且分布導(dǎo)體可為柔性金屬薄膜或箔。

因此，本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例的特征為通過(guò)聚合物導(dǎo)體的并聯(lián)連接提供一種高功率耗散加熱器。

在沿著分布導(dǎo)體的點(diǎn)處的分布導(dǎo)體的寬度可與由關(guān)于蓄電池端子距那個(gè)點(diǎn)下游的分布導(dǎo)體接合的聚合物導(dǎo)體的寬度的總和成比例。

因此，本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例的特征為使在聚合物導(dǎo)體當(dāng)中分布電池的材料成本最小化，同時(shí)促進(jìn)在薄膜加熱器的表面上的均勻加熱。

薄膜加熱器可提供被薄膜加熱器附著的電絕緣聚合物薄膜襯底。

因此，本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例的特征為準(zhǔn)許將薄膜加熱器添加到現(xiàn)有軟包電池設(shè)計(jì)。

在此情況下，聚合物襯底可涂布有壓敏粘合劑以用于附著到聚合物薄膜壁。

因此，本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例的特征為提供一種將薄膜加熱器集成到電池組同時(shí)確保與軟包電池的柔性聚合物薄膜壁的緊密熱接近的簡(jiǎn)單方法。

可替代地，薄膜加熱器可提供直接粘附到聚合物薄膜壁(例如，通過(guò)直接印刷)的傳導(dǎo)性材料。

因此，本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例的特征為通過(guò)使用軟包電池的外聚合物薄膜壁以達(dá)到減少的重量和成本來(lái)使薄膜加熱器的結(jié)構(gòu)最小化。

軟包電池可為鋰離子蓄電池。

因此，本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例的特征為準(zhǔn)許在混合型車(chē)輛和類(lèi)似者中使用的標(biāo)準(zhǔn)鋰離子蓄電池的按要求、冷天氣操作。

在審閱了以下具體實(shí)施方式、權(quán)利要求書(shū)和圖式(其中使用相似數(shù)字表示相似特征)后，本發(fā)明的其他特征和優(yōu)勢(shì)將對(duì)所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員變得顯而易見(jiàn)。

附圖說(shuō)明

圖1為根據(jù)本發(fā)明的具有附著到電池壁的集成加熱器元件的軟包電池的分解立體圖；

圖2為類(lèi)似于圖1的圖的圖，其展示被充分組裝的軟包電池；

圖3為穿過(guò)軟包電池的凸片電極的橫截面圖，其展示操作以斷開(kāi)連接在暖狀態(tài)中的加熱器的恒溫控制元件；

圖4為類(lèi)似于圖3的圖的圖，其展示將加熱器連接到蓄電池的處于冷狀態(tài)中的恒溫控制元件；

圖5為多個(gè)軟包電池與加熱器的互連以提供用于在混合型或電動(dòng)車(chē)輛中使用的蓄電池系統(tǒng)的示意性表示；

圖6為根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的在具有交錯(cuò)的加熱器的三個(gè)電池蓄電池子系統(tǒng)的組合件中的四個(gè)階段的分解立體圖；以及

圖7為類(lèi)似于圖2的圖的圖，其展示用于將薄膜加熱器附著到軟包電池的三個(gè)制造過(guò)程。

在詳細(xì)地解釋本發(fā)明的實(shí)施例前，應(yīng)理解，本發(fā)明在其應(yīng)用上不限于在以下描述中闡述或在圖式中說(shuō)明的構(gòu)造的細(xì)節(jié)和組件的布置。本發(fā)明能夠有其他實(shí)施例，且能夠以各種方式實(shí)踐或進(jìn)行。同樣，應(yīng)理解，本文中使用的用語(yǔ)和術(shù)語(yǔ)是為了描述的目的，且不應(yīng)被視為限制性。“包括(including和comprising)”及其變化的使用意味著涵蓋其后所列出的項(xiàng)目和其等效物，以及額外項(xiàng)目和其等效物。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)參看圖1，適合于組裝到用于在例如汽車(chē)或類(lèi)似的電動(dòng)車(chē)輛中使用的蓄電池內(nèi)的軟包電池(pouch cell)10可具有大體扁平的棱柱形形狀因數(shù)，其具有上部矩形軟包壁12a和下部矩形軟包壁12b。上部矩形軟包壁12a和下部矩形軟包壁12b將通常由柔性絕緣聚合物薄片構(gòu)造而成，柔性絕緣聚合物薄片可熱密封于縫隙外圍14周?chē)?，以提供界定圍封的容積16的軟包。

圍封的容積16可固持被選擇以提供電化學(xué)存儲(chǔ)和釋放電力的各種板、分離器和電解質(zhì)。具體地說(shuō)，容積16可固持例如是金屬箔或其他導(dǎo)體的上部集電器板18a，所述金屬箔或其他導(dǎo)體具有板段20以配合于容積16內(nèi)以及延伸的凸片電極22a以突出超出上部矩形軟包壁12a和下部矩形軟包壁12b的縫隙外圍14以用于到上部集電器板18a的外部連接。上部集電器板18a將鄰近上部矩形軟包壁12a定位。

類(lèi)似的下部集電器板18b可鄰近下部矩形軟包壁12b定位，且可同樣地具有配合于容積16內(nèi)的板段20和突出超出縫隙外圍14且從凸片電極22a移位(例如，在縫隙外圍14邊緣的相對(duì)的左側(cè)與右側(cè)上)的凸片電極22b。

上部集電器板18a和下部集電器板18b可側(cè)翼包圍包括鄰近上部集電器板18a的負(fù)電極材料26、鄰近下部集電器板18b的正電極材料28以及在負(fù)電極材料26與正電極材料28之間的分離器30的堆疊。通常，單獨(dú)的軟包電池10將固持單一的正電極材料28和負(fù)電極材料26。

如上描述的軟包電池的構(gòu)造可根據(jù)題為“高能鋰離子二次蓄電池(High-Energy Lithium-Ion Secondary Batteries)”、讓與給Envia Systems,Inc.且在此被以引用的方式并入的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)2012/0263987的描述。

現(xiàn)參看圖1和圖2，附著到上部矩形軟包壁12a的外上部表面的可為呈電極陣列32的形式的電阻加熱器31。電極陣列32具有分別與電極22a和22b對(duì)準(zhǔn)和附著的附著凸片34a和34b(如以下將詳細(xì)地描述)。附著凸片34a和34b導(dǎo)致左和右電力軌36沿著具有平坦范圍的上部矩形軟包壁12a的兩個(gè)對(duì)置側(cè)的全長(zhǎng)延伸，當(dāng)一個(gè)電力軌遠(yuǎn)離附著凸片34a和34b移動(dòng)時(shí)，所述平坦范圍變窄。左和右電力軌36可為(例如)金屬箔或金屬化的層或其他傳導(dǎo)性材料。

跨越加熱器導(dǎo)體38在左和右電力軌36之間延伸，就像梯子的橫檔，以提供在附著凸片34a與34b之間的電流路徑。通常，可使左和右電力軌的寬度與所有下游跨越加熱器導(dǎo)體38的寬度的總和成比例，使得當(dāng)左和右電力軌36繼續(xù)前進(jìn)遠(yuǎn)離附著凸片34時(shí)，所述左和右電力軌36變得較窄。

電極陣列32可由(例如)高電阻傳導(dǎo)性材料構(gòu)建而成，所述高電阻傳導(dǎo)性材料提供低電流汲取且在上部矩形軟包壁12a的整個(gè)表面上產(chǎn)生熱量。優(yōu)選地，跨越加熱器導(dǎo)體38為例如是傳導(dǎo)性聚酯材料的聚合物加熱器，所述傳導(dǎo)性聚酯材料展現(xiàn)正溫度系數(shù)(PTC)以提供溫度驅(qū)動(dòng)電流限制并因此當(dāng)將軟包電池10一起組裝到蓄電池內(nèi)時(shí)，第一級(jí)溫度反饋防止了熱點(diǎn)。適合于本發(fā)明的正溫度系數(shù)(PTC)加熱器也被公開(kāi)于授權(quán)給Leslie M.Watts的美國(guó)專(zhuān)利第4,857,711號(hào)和第4,931,627號(hào)中，所述專(zhuān)利在此被以引用的方式全部并入。

電極陣列32可直接印刷于上部矩形軟包壁12a或使用為人熟知的技術(shù)模切并粘附于上部矩形軟包壁12a上。傳導(dǎo)性聚合物可(例如)為具有例如銀的傳導(dǎo)性材料的顆粒填料的聚合物。

電力軌36和跨越加熱器導(dǎo)體38可被支撐于柔性絕緣聚合載體層37上。

現(xiàn)參看圖2和圖3，附著凸片34中的每一個(gè)可平行于相應(yīng)凸片電極22，但與相應(yīng)凸片電極22間隔開(kāi)，凸片電極22上覆有恒溫器結(jié)構(gòu)40，恒溫器結(jié)構(gòu)40操作以隨著溫度的變化將附著凸片34中的一或兩個(gè)與其相應(yīng)的凸片電極22連接或?qū)⒏街蛊?4中的一或兩個(gè)與其相應(yīng)的凸片電極22斷開(kāi)連接。在此方面，每一附著凸片34借助于傳導(dǎo)性粘合劑層43被層壓于存儲(chǔ)器金屬帶42(或雙金屬帶或類(lèi)似者)之上。存儲(chǔ)器金屬帶42在其左和右邊緣處借助于柔性絕緣(介電)墊44被遠(yuǎn)離凸片電極22支撐，使得當(dāng)存儲(chǔ)器金屬帶42變暖(例如，在正華氏溫度下)時(shí)，存儲(chǔ)器金屬帶42的中心部分由開(kāi)放的間隔46與凸片電極22間隔開(kāi)。

現(xiàn)參看圖4，在零下溫度下，存儲(chǔ)器金屬帶42將彎曲以閉合間隙46，從而使存儲(chǔ)器金屬帶42直接接觸凸片電極22，從而允許在凸片電極22與附著凸片34之間的電流給電阻加熱器31通電。

現(xiàn)參看圖5，可將多個(gè)軟包電池10一起組裝于堆疊50中，從而提供蓄電池52，蓄電池52與和馬達(dá)/發(fā)電機(jī)56連通的電動(dòng)車(chē)輛的電力管理系統(tǒng)54交換電流，以將電流提供至馬達(dá)并從發(fā)電機(jī)接收電流。每一個(gè)軟包電池10這樣放置于堆疊50中：其中其上部矩形軟包壁12a與鄰近的軟包電池10的下部矩形軟包壁12b鄰接，以便將每一電阻加熱器31夾入于不同軟包電池10的絕緣表面之間，并且給每一軟包電池10提供分開(kāi)的恒溫控制的加熱器元件。軟包電池10可并聯(lián)地連接到放置于外殼(未展示)中的電力管理系統(tǒng)54和堆疊50。

現(xiàn)參看圖6，多軟包電池子系統(tǒng)58可由與電阻加熱器31a到31c交錯(cuò)的軟包電池10a到10c組裝。在此方面，電阻加熱器31a和31b側(cè)翼包圍軟包電池10a的相對(duì)側(cè)，電阻加熱器31b和31c側(cè)翼包圍軟包電池10b的相對(duì)側(cè)，且電阻加熱器31c和31d側(cè)翼包圍軟包電池10c的相對(duì)側(cè)，用于如在階段62中展示的堆疊中的組裝。

各種電阻加熱器31a到31c之間的電通信可由從每一個(gè)電阻加熱器31中的左和右電力軌36被分別定位于側(cè)向左和右延伸部中的傳導(dǎo)性凸片60提供。電阻加熱器31a可接收通過(guò)如上所述的凸片34的電力，且可將該電力沿著左和右電力軌36傳遞到左和右凸片60a。如在階段64中所示，可抵靠軟包電池10a的相對(duì)側(cè)按壓電阻加熱器31a和31b并且圍繞軟包電池10a折疊凸片60a，以借助于傳導(dǎo)性粘合材料(例如(但不限于)譬如丙烯酸粘合劑的壓敏傳導(dǎo)性粘合劑)附著到電阻加熱器31a的電力軌36且與電阻加熱器31a的電力軌36電通信。凸片60a因此提供從凸片34到電阻加熱器31b的左和右電力軌的電路徑。

電阻加熱器31b可同樣地具有左和右延伸凸片60b(相對(duì)于凸片60a稍微向上移位以防止干擾)，使得當(dāng)?shù)挚寇洶姵?0b的相對(duì)側(cè)按壓電阻加熱器31b和電阻加熱器31c時(shí)，可圍繞軟包電池10b折疊凸片60b以接觸且傳導(dǎo)性地粘附到電阻加熱器31c的電力軌36以將電力提供到其上。此展示于階段66中。

最后，電阻加熱器31c可同樣地具有左和右延伸凸片60c(相對(duì)于凸片60a稍微向下移位)，使得當(dāng)?shù)挚寇洶姵?0c的相對(duì)側(cè)按壓電阻加熱器31c和電阻加熱器31d時(shí)，可圍繞軟包電池10c折疊凸片60c以接觸且傳導(dǎo)性地粘附到電阻加熱器31d的電力軌36以將電力提供到其上，如階段68中所展示。

應(yīng)了解，此技術(shù)可通過(guò)在跨越加熱器導(dǎo)體38與可充當(dāng)各種凸片60的箔之間的粘合性連接而將跨越加熱器導(dǎo)體38直接印刷到軟包材料使用。

以此方式，三個(gè)軟包電池10a到10c可具有用僅通過(guò)一對(duì)凸片34接收的電力來(lái)施加到兩側(cè)的電熱量，所述凸片34可提供以上描述的恒溫控制，從而減少此恒溫控制的成本。凸片60也用以固持組合件并使其穩(wěn)定以用于稍后的額外組裝操作。替代地，可對(duì)每一電阻加熱器31提供恒溫控制，以用于更精確的溫度控制。

電力軌36的暴露的金屬表面和用于電阻加熱器31a的凸片60a為大體連續(xù)的金屬傳導(dǎo)性材料且面向軟包電池10a的絕緣表面。同樣地，電力軌36的暴露的金屬表面和用于軟包電池10b和10c的凸片60b和60c分別面向分別軟包電池10b和10c的絕緣表面。

現(xiàn)參看圖7，電阻加熱器31可通過(guò)將電力軌36和跨越加熱器導(dǎo)體38中的一或兩者直接印刷于軟包壁12的聚合物材料上來(lái)附著到上部或下部軟包壁12。此印刷可使用(例如)本領(lǐng)域中眾所周知的絲網(wǎng)印刷技術(shù)。

替代地，電力軌36和跨越加熱器導(dǎo)體38中的一或兩者可借助于壓敏性或其他類(lèi)型的粘合劑層70附著到軟包壁12。粘合劑層70可為以上描述的類(lèi)型中的傳導(dǎo)性粘合劑。在此情況下，電力軌36和跨越加熱器導(dǎo)體38中的一或兩者可在轉(zhuǎn)印襯底(未展示)上制備，且接著應(yīng)用于軟包壁12以供按貼花釉法的方式轉(zhuǎn)印。

在混合型系統(tǒng)中，可直接將跨越加熱器導(dǎo)體38印刷于軟包壁12上，且電力軌36可為使用傳導(dǎo)性粘合劑的粘合性地涂覆的箔部件。

可替代地，電力軌36和跨越加熱器導(dǎo)體38中的一或兩者可制造于聚合物載體層37的支撐柔性薄膜襯底上，聚合物載體層37可接著由粘合劑層72附著到軟包電池10的軟包壁12。在端子34下的聚合物載體層37可在附著前被剝回和去除。

某些術(shù)語(yǔ)在本文中只是用于參考的目的，且因此并不希望為限制性的。舉例來(lái)說(shuō)，術(shù)語(yǔ)例如“上部”、“下部”、“在……上方”和“在……下方”指進(jìn)行參考的圖式中的方向。術(shù)語(yǔ)例如“前部”、“后部”、“后方”、“底部”和“側(cè)”描述在一致但任意參考系內(nèi)的組件的部分的定向，通過(guò)參考描述論述中的組件的文本和相關(guān)聯(lián)的圖式來(lái)使所述參考系清晰。此類(lèi)術(shù)語(yǔ)可包括以上具體提到的詞、其派生詞和類(lèi)似含義的詞。類(lèi)似地，涉及結(jié)構(gòu)的術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”以及其他此類(lèi)數(shù)字術(shù)語(yǔ)不暗示序列或次序，除非上下文有明確地指示。

當(dāng)介紹本公開(kāi)和示例性實(shí)施例的元件或特征時(shí)，冠詞“一”、“一個(gè)”以及“所述(the和said)”旨在意味著存在一或多個(gè)此類(lèi)元件或特征。術(shù)語(yǔ)“包括(comprising和including)”和“具有”旨在為包括性的，且意味著可存在不同于具體指出的元件或特征的額外元件或特征。應(yīng)進(jìn)一步理解，本文中描述的方法、步驟、過(guò)程和操作不應(yīng)被解釋為有必要按論述或說(shuō)明的特定次序來(lái)執(zhí)行，除非具體地確定為執(zhí)行的次序。還應(yīng)理解，可使用額外或替代步驟。

本發(fā)明的各種特征闡述于隨附的權(quán)利要求書(shū)中。應(yīng)理解，本發(fā)明在其應(yīng)用上不限于本文中闡述的構(gòu)造的細(xì)節(jié)和組件的布置。本發(fā)明能夠有其他實(shí)施例，且能夠以各種方式實(shí)踐或進(jìn)行。前述內(nèi)容的變化和修改在本發(fā)明的范圍內(nèi)。還應(yīng)理解，本文中公開(kāi)和定義的本發(fā)明的適用范圍擴(kuò)及從文本和/或圖式中提到或顯而易見(jiàn)的單獨(dú)特征中的兩個(gè)或多個(gè)的所有替代組合。所有這些不同組合構(gòu)成本發(fā)明的各種替代方面。本文中描述的實(shí)施例解釋了對(duì)于實(shí)踐本發(fā)明已知的最佳模式，且將使本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠利用本發(fā)明。

本文中描述的所有公開(kāi)(包括專(zhuān)利和非專(zhuān)利公開(kāi))在此被以引用的方式全部并入本文中。