专利名称：具有互锁结构部件的电池热系统的制作方法
技术领域：
本发明总体涉及电池，且更具体地涉及一种具有互锁结构部件的电池热系统。
背景技术：
当前的电池内部热交换器需要众多部件和密封连接件，以及复杂的制造工艺。用于冷却电池单体(cell)的一种已知方法是使两个单体与冷却剂流经的冷却翼片面向接触。 通过将翼片两侧上的进口和出口集管孔整合来连接冷却翼片。然后通过将两个或更多个翼片堆叠在一起并将进口和出口集管孔连接来形成进口和出口集管。可以使用ο形环密封件 (或类似的密封件)在两个翼片之间形成密封。用于进口和出口两者的密封件通常被整合到框架中，框架将单体和翼片保持在电池堆中的适当位置。在图1中示出了这种类型的系统的示例。示出了电池组10的展开图。电池单体 15由冷却翼片20隔开。在冷却翼片20的一侧上有冷却进口 25，并且在冷却翼片20的另一侧上有冷却出口 30。冷却剂流经冷却翼片15中的通道35。来自电池单体15的热被引导到冷却翼片20中。两个电池单体15和冷却翼片20可以容纳在框架40中。在冷却翼片 15的用于冷却进口 25和冷却出口 30的两侧上有密封件45。密封件45可以整合到框架40 中。这种布置需要多个部件和密封件，以及复杂的组装工艺。
发明内容
本发明的一方面是一种电池模块。在一个实施例中，所述电池模块包括多个电池单体；多个冷却翼片组件，每个冷却翼片组件定位在两个电池单体之间，所述冷却翼片组件包括至少一个冷却翼片和位于所述冷却翼片组件的至少一侧上的足部，所述足部具有底部和位于各端部上的互锁轮廓，所述冷却翼片组件的相邻的足部上的所述互锁轮廓将所述足部互锁并形成表面；热沉，所述热沉接触互锁的足部的所述表面。本发明的另一方面是一种冷却电池模块的方法。所述方法包括提供电池模块，所述电池模块包括多个电池单体；定位在两个电池单体之间的多个冷却翼片组件，所述冷却翼片组件包括至少一个冷却翼片和位于所述冷却翼片组件的至少一侧上的足部，所述足部具有底部和位于各端部上的互锁轮廓，所述冷却翼片组件的相邻的足部上的所述互锁轮廓将所述足部互锁并形成表面；接触互锁的足部的所述表面的热沉；以及使冷却流体循环通过所述热沉，所述足部通过所述热沉和所述表面之间的接触区域将在所述多个电池单体中产生的热传递到所述热沉。本发明还提供如下方案1. 一种电池模块，包括 多个电池单体；
多个冷却翼片组件，每个冷却翼片组件定位在两个电池单体之间，所述冷却翼片组件包括至少一个冷却翼片和位于所述冷却翼片组件的至少一侧上的足部，所述足部具有底部和位于各端部上的互锁轮廓，所述冷却翼片组件的相邻的足部上的所述互锁轮廓将所述足部互锁并形成表面；
热沉，所述热沉接触互锁的足部的所述表面。2.根据方案1所述的电池模块，还包括热界面材料层，所述热界面材料层位于所述互锁的足部的所述表面和所述热沉之间。3.根据方案1所述的电池模块，其中，所述冷却翼片组件包括一对冷却翼片。4.根据方案3所述的电池模块，其中，所述冷却翼片组件还包括位于所述一对冷却翼片之间的扩展单体。5.根据方案3所述的电池模块，其中，所述扩展单体是泡沫或片簧的层。6.根据方案3所述的电池模块，其中，所述足部具有位于所述足部的顶部上的一对狭槽，所述一对冷却翼片定位在所述一对狭槽中。7.根据方案1所述的电池模块，其中，所述互锁轮廓是舌槽轮廓。8.根据方案1所述的电池模块，其中，所述足部由铝制成。9.根据方案1所述的电池模块，还包括一对端部冷却翼片，所述一对端部冷却翼片具有位于一侧上的足部，所述足部具有底部和位于一个端部上的互锁轮廓。10.根据方案1所述的电池模块，其中，在所述冷却翼片组件的相对侧上存在足部。11.根据方案1所述的电池模块，其中，所述互锁的足部的所述表面是平坦的。12. —种电池模块，包括 多个电池单体；
多个冷却翼片组件，每个冷却翼片组件定位在两个电池单体之间，所述冷却翼片组件包括一对冷却翼片和位于所述冷却翼片组件的至少一侧上的足部，所述足部具有平坦的底部和位于相对端部上的舌槽轮廓，所述冷却翼片组件的相邻的足部上的所述舌槽轮廓将所述足部互锁并形成表面；
热沉，所述热沉接触互锁的足部的所述表面。13.根据方案12所述的电池模块，还包括热界面材料层，所述热界面材料层位于所述互锁的足部的所述表面和所述热沉之间。14.根据方案12所述的电池模块，其中，所述冷却翼片组件还包括位于所述一对冷却翼片之间的扩展单体。15.根据方案14所述的电池模块，其中，所述扩展单体是泡沫或片簧的层。16.根据方案12所述的电池模块，其中，所述足部具有位于所述足部的顶部上的一对狭槽，所述一对冷却翼片定位在所述一对狭槽中。17.根据方案12所述的电池模块，其中，所述足部由铝制成。18.根据方案12所述的电池模块，还包括一对端部冷却翼片，所述一对端部冷却翼片具有位于一侧上的足部，所述足部具有平坦的底部和位于一个端部上的互锁轮廓。
19.根据方案12所述的电池模块，其中，在所述冷却翼片组件的相对侧上存在足部。20. 一种冷却电池模块的方法，包括 提供电池模块，所述电池模块包括 多个电池单体；
多个冷却翼片组件，所述多个冷却翼片组件定位在两个电池单体之间，所述冷却翼片组件包括至少一个冷却翼片和位于所述冷却翼片组件的至少一侧上的足部，所述足部具有底部和位于各端部上的互锁轮廓，所述冷却翼片组件的相邻的足部上的所述互锁轮廓将所述足部互锁并形成表面；以及
热沉，所述热沉接触互锁的足部的所述表面；以及
使冷却流体循环通过所述热沉，所述足部通过所述热沉和所述表面之间的接触区域将在所述多个电池单体中产生的热传递到所述热沉。21.根据方案20所述的方法，还包括位于所述互锁的足部的所述表面和所述热沉之间的热界面材料层，并且其中，通过所述热界面材料层将在所述多个电池单体中产生的所述热传递到所述热沉。
图1是冷却电池单体的现有技术的方法的示图。图2是模块热交换器的一个实施例的示图。图3A-B更详细地是图2的模块基部的示图。图4更详细地是图2的模块基部的一部分的示图。图5是致密翼片组件的一个实施例的示图。图6A是不具有足部的系统的热传递的示图。图6B是示出通过图6A的系统的TIM的热通量的曲线图。图6C是具有足部的冷却翼片组件的热传递的示图。图6D是示出通过图6C的系统的TIM的热通量的曲线图。
具体实施例方式该新的设计提供了简单的、更加稳健的电池内部热交换器，其减少了成本、提高了可靠性并简化了制造。该设计允许电池内部热交换器简化。因为冷却剂流动仅在模块的侧面处而不是在每个电池单体或每隔一个电池单体之间，所以与呈现的致密(solid)翼片设计存在较少的密封。关于“致密翼片”，我们是指在位于单体之间的冷却翼片中无冷却通道(因此，无冷却剂循环)。另外，热沉设计是简单的。因为不需要塑料框架，所以在模块也存在更少的部件。 因为堆叠工序是简单的，所以制造较为容易。另外，因为在堆叠过程中未进行密封，所以仅需要正常的清洁标准。因为互锁的足部设计确保了翼片足部彼此对准且产生平坦的界面表面，所以致密翼片组件和热沉之间的热连通被最优化。
因此，该设计提供了较低的材料、制造和维护成本。图2、图3A和图;3B示出了用于构建模块50的电池内部部件的一个实施例。模块 50具有模块基部55和热沉60。模块基部55容纳电池单体65和堆叠在电池单体65之间的致密翼片组件70。致密翼片组件70将在电池单体65中产生的热引导到安装在模块基部 55的至少一侧(通常为两侧)上的热沉60。如果需要，则模块基部55可以由端板75和支架 80保持。致密翼片组件70堆叠在电池单体之间。在一个实施例中，可以在所有的电池单体之间存在致密翼片组件(即，致密翼片组件、电池单体、致密翼片组件、电池单体等)。然而， 其它布置也是可以的，例如每隔两个电池单体之间存在致密翼片组件的布置(即，致密翼片组件、2个电池单体、致密翼片组件、2个电池单体等)或每隔三个电池单体之间存在致密翼片组件的布置(即，致密翼片组件、3个电池单体、致密翼片组件、3个电池单体等)等。热沉60具有通道，通过此通道泵送冷却剂。热沉可以通过冲压(例如铝的)两个金属片并将它们铜焊或焊接在一起以形成通道来形成。因为热沉60定位在模块基部55的侧部，所以对于每个热沉仅需要一个冷却剂进口和出口。这消除了对于为每个冷却翼片进行多个密封的需要，并降低了系统的成本和复杂度。图4-5示出了致密翼片组件70的一个实施例的细节。致密翼片组件70放置在电池单体65之间。在一个实施例中，一对致密翼片85围绕扩展单体90，并插入到足部95中。 致密翼片组件70的设计允许变形，因此允许单体公差和扩展管理。足部95与热沉60接触。该接触可以是直接的，以使足部95触及热沉60，或者可以是间接的，其中在足部95和热沉60之间存在材料层，如下所述。足部95具有底部105和位于相对端上的互锁轮廓110、115。一个足部上的轮廓与下一个足部上的相对轮廓互锁。当堆叠电池单体65和致密翼片组件70时，足部95上的互锁轮廓110、115彼此互锁，从而形成表面100，热沉60可以容易地附接到表面100上。在如所示的一个实施例中，足部的底部105是平坦的，因此，表面100是平坦的。然而，其它表面形状是可以的，例如纹状表面。该表面提供与热沉的接触，因此提供与热沉的热传递。表面形状应当促进良好的接触和热传递。互锁轮廓110、115的一个示例是如所示的舌槽布置。然而，可以使用其它类型的互锁轮廓，例如搭接，这对于本领域技术人员来说是已知的。足部可以由能够传递热的任何材料制成。适当的材料包括但不限于铝。用于生产足部的适当工艺包括但不限于允许大量制造的挤压。致密翼片85可以放置在位于足部95的顶部的狭槽120中。致密翼片85可以通过扩展单体90隔开，扩展单体90可以是例如泡沫片或金属片簧。扩展单体90补偿沿单体厚度方向的单体公差和扩展变化。可选地，致密翼片可以在它们之间无任何东西的情况下隔开。为了使单体沿厚度变化，致密翼片85移动，致密翼片85在单体的端部和足部95的开始端之间的自由长度允许致密翼片85变形，并接受不同的单体厚度。在一个实施例中，足部是与致密翼片组件的分立件，并附接到致密翼片组件，如上面所示出的。在另一实施例中，足部可以是致密翼片的构成部分。热界面材料(TIM)层125可以任选地应用在热沉60的内表面和由足部95形成的表面100之间，从而有助于提供良好的热接触。用于在足部和热沉之间形成热接触的TIM材料的使用允许易于拆装电池模块(与例如将不允许易于拆装的粘合剂相比)。在单体中产生的热被引导为沿着致密翼片、通过足部、跨过TIM并到达流经热沉的冷却剂。足部的形状和材料选择成以使从电池单体到热沉的热流在足部和热沉(或者足部、TIM和热沉)之间的整个接触区域上均勻地分布，且在足部自身中没有大的温度降。因此，没有热流集中，并且足部和热沉(或者足部、TIM和热沉)之间的整个接触区域可用于热传递。图6A-B示出了不具有足部的组件的效果。在两个电池单体155之间存在冷却翼片组件150。热被强迫通过TIM 165的非常小的区域160。如在图6C-D中所示，冷却翼片组件包括互锁的足部170。这使得热在TIM 165的较大的区域175上均勻地传递。应当指出，这里使用诸如“优选”、“通常”和“典型”的术语并非来限制要求保护的本发明的范围或来暗示某些特征对于要求保护的本发明的结构或功能是关键的、必要的或更为重要的。相反，这些术语仅旨在突出在本发明的具体实施例中可以使用或者可以不使用的替代的或额外的特征。为了描述并定义本发明的目的，应当指出，这里使用术语“装置”来表示部件的组合以及单独的部件，而不管部件是否与其它部件组合。例如，根据本发明的“装置”可以包括电化学转化组件或燃料电池、合并有根据本发明的电化学转化组件的车辆等。为了描述并定义本发明的目的，应当指出，这里使用术语“基本上”来表示可归因于任何定量比较、值、测量或其它表征的固有的不确定度。这里还使用术语“基本上”来表示定量表征在不导致所论述主体的基本作用发生变化的情况下可从提及的参考改变的程度。已经详细地并参照本发明的具体实施例描述了本发明，但是将明显的是，在不脱离在所附权利要求限定的本发明的范围的情况下，可以进行修改和改变。更具体地，尽管这里将本发明的一些方面标识为优选的或特别有利的，但是应当预想到本发明不必局限于本发明的这些优选方面。
权利要求
1.一种电池模块，包括多个电池单体；多个冷却翼片组件，每个冷却翼片组件定位在两个电池单体之间，所述冷却翼片组件包括至少一个冷却翼片和位于所述冷却翼片组件的至少一侧上的足部，所述足部具有底部和位于各端部上的互锁轮廓，所述冷却翼片组件的相邻的足部上的所述互锁轮廓将所述足部互锁并形成表面；热沉，所述热沉接触互锁的足部的所述表面。
2.根据权利要求1所述的电池模块，还包括热界面材料层，所述热界面材料层位于所述互锁的足部的所述表面和所述热沉之间。
3.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述冷却翼片组件包括一对冷却翼片。
4.根据权利要求3所述的电池模块，其中，所述冷却翼片组件还包括位于所述一对冷却翼片之间的扩展单体。
5.根据权利要求3所述的电池模块，其中，所述扩展单体是泡沫或片簧的层。
6.根据权利要求3所述的电池模块，其中，所述足部具有位于所述足部的顶部上的一对狭槽，所述一对冷却翼片定位在所述一对狭槽中。
7.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述互锁轮廓是舌槽轮廓。
8.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述足部由铝制成。
9.一种电池模块，包括多个电池单体；多个冷却翼片组件，每个冷却翼片组件定位在两个电池单体之间，所述冷却翼片组件包括一对冷却翼片和位于所述冷却翼片组件的至少一侧上的足部，所述足部具有平坦的底部和位于相对端部上的舌槽轮廓，所述冷却翼片组件的相邻的足部上的所述舌槽轮廓将所述足部互锁并形成表面；热沉，所述热沉接触互锁的足部的所述表面。
10.一种冷却电池模块的方法，包括提供电池模块，所述电池模块包括多个电池单体；多个冷却翼片组件，所述多个冷却翼片组件定位在两个电池单体之间，所述冷却翼片组件包括至少一个冷却翼片和位于所述冷却翼片组件的至少一侧上的足部，所述足部具有底部和位于各端部上的互锁轮廓，所述冷却翼片组件的相邻的足部上的所述互锁轮廓将所述足部互锁并形成表面；以及热沉，所述热沉接触互锁的足部的所述表面；以及使冷却流体循环通过所述热沉，所述足部通过所述热沉和所述表面之间的接触区域将在所述多个电池单体中产生的热传递到所述热沉。
全文摘要
本发明涉及具有互锁结构部件的电池热系统，具体地，描述了一种电池模块。所述电池模块包括多个电池单体；多个冷却翼片组件，每个冷却翼片组件定位在两个电池单体之间，所述冷却翼片组件包括至少一个冷却翼片和位于所述冷却翼片组件的至少一侧上的足部，所述足部具有底部和位于各端部上的互锁轮廓，所述冷却翼片组件的相邻的足部上的所述互锁轮廓将所述足部互锁并形成表面；热沉，所述热沉接触互锁的足部的所述表面。还描述了一种冷却电池模块的方法。
文档编号H01M10/50GK102456938SQ201110331229
公开日2012年5月16日 申请日期2011年10月27日 优先权日2010年10月27日
发明者G. 安德森 A., 黑泽 A., 劳克 J., 摩尔 M., 格罗斯 P., 勒尔希 R., 埃辛格 R., 特普菲尔 S. 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司