具有相變材料的電池的制作方法
【專利說明】
[0001] 本申請是申請日為2011年7月7日、申請號是201110242038.6、名稱為"具有相 變材料的電池"的申請的分案申請。
[0002] 相關申請的交叉引用
[0003] 本申請要求2010年7月7日提交的申請號為61/362, 058的美國臨時申請的優先 權。
技術領域
[0004] 本發明大體上設及電池組，并且尤其設及使用相變材料的電池組，W及控制使用 相變材料的電池組中的溫度的方法。
【背景技術】
[0005] 大多數客用車輛大約90%的時間被停放。通常，在溫度低于約-10C時裡離子電池 的能量（放電容量）和功率（操作電壓）都大大減小。在較高的溫度（高于約45C)下，電 池壽命明顯下降。當前基于液體的車輛鐘離子電池冷卻系統在電池熱失控期間缺乏快速散 熱的能力。
【發明內容】
[0006] 本發明提供了W下解決方案：
[0007] 1. -種電池組，包括；
[000引 電池單元訊
[0009] 靠近所述電池單元的可壓縮隔離片，所述可壓縮隔離片包含相變材料。
[0010] 2.如解決方案1所述的電池組，其中，所述相變材料在小于約0C的溫度下具有從 液態向固態的相變。
[00川 3.如解決方案1所述的電池組，其中，所述相變材料在大于約40C的溫度下具有從 固態向液態的相變。
[0012] 4.如解決方案1所述的電池組，其中，所述可壓縮隔離片包含至少兩種相變材料。
[0013] 5.如解決方案4所述的電池組，其中，所述第一相變材料在小于約0C的溫度下具 有從液態向固態的相變，第二相變材料在大于約40C的溫度下具有從固態向液態的相變。
[0014] 6.如解決方案1所述的電池組，進一步包括靠近所述電池單元的散熱片。
[0015] 7.如解決方案6所述的電池組，其中，所述可壓縮隔離片和所述散熱片在所述電 池單元的相對側上。
[0016] 8.如解決方案6所述的電池組，其中，所述散熱片由液體冷卻，并且其中所述液體 包含額外的相變材料。
[0017] 9.如解決方案8所述的電池組，其中，所述額外的相變材料在大于約100C的溫度 下具有從固態向液態的相變。
[0018]10.如解決方案6所述的電池組，其中，所述散熱片包括泡沫層，所述泡沫層包含 第二相變材料。
[001引11.如解決方案1所述的電池組，其中，所述可壓縮隔離片由可壓縮泡沫制成。
[0020] 12.如解決方案1所述的電池組，進一步包括：電池斷路單元或電池管理系統，或 者其二者，W及與所述電池斷路單元或所述電池管理系統，或者其二者接觸的墊，所述包含 相變材料。
[0021] 13. -種控制電池組內溫度的方法，包括；
[002引提供電池單元；
[0023] 提供靠近所述電池單元的可壓縮隔離片，所述可壓縮隔離片包含相變材料。
[0024] 14.如解決方案13所述的方法，其中，所述相變材料在小于約0C的溫度下具有從 液態向固態的相變。
[002引 15.如解決方案13所述的方法，其中，所述相變材料在大于約40C的溫度下具有從 固態向液態的相變。
[0026] 16.如解決方案13所述的方法，其中，所述可壓縮隔離片包含至少兩種相變材料。
[0027] 17.如解決方案13所述的方法，進一步包括靠近所述電池單元的散熱片。
[0028] 18.如解決方案17所述的方法，其中，所述散熱片由液體冷卻，所述液體包含額外 的相變材料。
[002引 19.如解決方案18所述的方法，其中，所述額外的相變材料在大于約100C的溫度 下具有從固態向液態的相變。
[0030] 20.如解決方案17所述的方法，其中，所述散熱片包括泡沫層，所述泡沫層包含相 變材料。
[0031] 21.如解決方案13所述的方法，其中，所述可壓縮隔離片由可壓縮泡沫制成。
[003引 22.如解決方案13所述的方法，進一步包括：電池斷路單元或電池管理系統，或者 其二者，W及與所述電池斷路單元或所述電池管理系統，或者其二者接觸的墊，所述墊包含 相變材料。
[0033] 23. -種電池組，包括；
[0034] 電池單元；
[00巧]電池斷路單元或電池管理系統，或者其二者；和
[0036] 與所述電池斷路單元或所述電池管理系統，或者其二者接觸的墊，所述墊包含相 變材料。
【附圖說明】
[0037] 附圖示出了電池組的一部分的一個實施例。
【具體實施方式】
[003引具有相變材料（PCM)的電池，例如裡離子電池，能夠提高在不同的車輛工作狀態 下的加熱和冷卻能力。PCM可有助于最小化不必要的工作溫度變化，增加加熱和冷卻均勻 性，減少加熱和冷卻需求。
[0039] 利用了PCM的電池能在沒有或少用主動冷卻組件（例如電扇、吹風機或氣/液冷 卻系統中存在的累）的情況下控制溫度超標并維持溫度均勻性。因此，能夠獲得緊湊的、輕 重量的、能量效率高的系統，并且在混合動力電動車輛化EV)/插電式電動車輛（PEV)的全 部工作范圍內的電池壽命和性能的能量使用率能夠被優化。
[0040] 各種PCM的熱性能和熱傳遞增強方法被描述在Kenisarin和Mahkamov的"Solar energystorageusingphasechangematerials"，RenewableandSustainableEnergy Reviews11(2007) 1913-1965中，它們W引用形式并入本文。表1-3示出了一些可商購的 PCM的性能。
[0041] 附圖顯示了電池組10的一部分的一個實施例。電池組10具有端框架15和重復 框架20,端框架15能夠具有圍繞冷卻板30的邊緣部分25。如果需要，為了加強穩定性，端 框架的冷卻板30可W具有肋。具有電池單元35,散熱片40,和可壓縮的隔離片45。電池組 10將典型地包括一個或多個電池單元35, 一個或多個可壓縮的隔離片45, 一個或多個散熱 片40,W及一個或多個重復的框架15。可壓縮的隔離片45和散熱片40鄰近電池單元35。 雖然不要求，但可壓縮的隔離片45和散熱片40最好設置在電池單元35的相對側上。可壓 縮的隔離片45典型地與電池單元35接觸，但該不是必需的。例如，如果需要大量的冷卻， 可W在電池單元35的兩側都設置散熱片40,且可壓縮的隔離片45可W和散熱片40接觸。 本領域技術人員應該知道，不同配置的電池組10部件都可W使用。
[0042] 可壓縮隔離片45吸收循環期間的電池單元膨脹W使電池能夠保持需要的電池單 元壓縮。材料應當有長期的壓縮強度和熱性能。合適的材料包括但不限于可壓縮泡沫材料。 合適的可壓縮泡沫材料包括但不限于聚苯己締泡沫。合適的泡沫的一個例子是Dow化學公 司售出的Styrofoam?牌Hi曲load?100絕緣材料（例如，V型），它具有100psU690kPa) 的最小壓縮強度。
[0043] 電池組的可壓縮的隔離片45具有至少一種相變材料（PCM)，優選至少兩種不同的 PCM從而形成熱復合物。PCM是在某一溫度下能發生相變并能儲存和釋放大量能量的材料。 例如，材料在從固態到液態或從液態到固態的相變中吸收和放出熱量。例如，一種PCM能在 低溫度限制內發生相變，比如大約冰點或更低（例如，小于大約0C，或小于大約-5C，或小于 大約-10C，或大約-10C，或在0C至-10C的范圍內），另一種PCM相變在高溫度限制下（例 如，大于大約40C，或大于大約45C)。使用PCM的電池單元的熱絕緣能維持電池單元溫度長 時間在極端的溫度條件W下。如果需要，也可W包括附加的具有不同相變溫度的PCM。
[0044] 優選地，PCM具有在期望的溫度附近的相變溫度和大的熱容值。雖然有建議的溫 度（范圍），但本領域技術人員知道如果需要，其他的溫度（范圍）也是可選的。可獲得在 約-10C至約190C的任何期望的溫度范圍內的大量的PCM。
[0045]PCM的應用將提供在不從電池或其他能源上汲取功率的情況下維持電池單元溫度 在期望的溫度范圍內的能力。它也能提高在極端停放條件下的電池單元的循環/日歷壽 命。
[0046]PCM和電池單元緊密接觸可W引起一個或多個結果；降低功率衰減，降低能量衰 減，提高電池壽命和耐用性，降低維修費用，改善車輛里程，和阻止或降低熱失控。
[0047] 電池組10的端框架15和重復框架20典型地由重量輕的、非傳導性的材料制成。 合適的材料包括但不限于塑料（例如聚丙締），巧龍6-6W及其他低成本材料。如果需要， 為了結構的強度，框架15可W是纖維加強的。
[0048] 散熱片40可W是單層板或多層結構，該取決于具體裝置的冷卻需要，散熱片40可 w由任何傳統的冷卻材料制成。合適的冷卻材料包括但不限于輕質的熱導體（例如侶，氧 化侶，銅，侶娃碳化物，氧化被，及類似物），或者是兩層輕質的熱導體由一