具有相变材料的电池的制作方法
【专利说明】
[0001] 本申请是申请日为2011年7月7日、申请号是201110242038.6、名称为"具有相 变材料的电池"的申请的分案申请。
[0002] 相关申请的交叉引用
[0003] 本申请要求2010年7月7日提交的申请号为61/362, 058的美国临时申请的优先 权。
技术领域
[0004] 本发明大体上设及电池组，并且尤其设及使用相变材料的电池组，W及控制使用 相变材料的电池组中的温度的方法。
【背景技术】
[0005] 大多数客用车辆大约90%的时间被停放。通常，在温度低于约-10C时裡离子电池 的能量（放电容量）和功率（操作电压）都大大减小。在较高的温度（高于约45C)下，电 池寿命明显下降。当前基于液体的车辆钟离子电池冷却系统在电池热失控期间缺乏快速散 热的能力。
【发明内容】
[0006] 本发明提供了W下解决方案：
[0007] 1. -种电池组，包括；
[000引 电池单元讯
[0009] 靠近所述电池单元的可压缩隔离片，所述可压缩隔离片包含相变材料。
[0010] 2.如解决方案1所述的电池组，其中，所述相变材料在小于约0C的温度下具有从 液态向固态的相变。
[00川 3.如解决方案1所述的电池组，其中，所述相变材料在大于约40C的温度下具有从 固态向液态的相变。
[0012] 4.如解决方案1所述的电池组，其中，所述可压缩隔离片包含至少两种相变材料。
[0013] 5.如解决方案4所述的电池组，其中，所述第一相变材料在小于约0C的温度下具 有从液态向固态的相变，第二相变材料在大于约40C的温度下具有从固态向液态的相变。
[0014] 6.如解决方案1所述的电池组，进一步包括靠近所述电池单元的散热片。
[0015] 7.如解决方案6所述的电池组，其中，所述可压缩隔离片和所述散热片在所述电 池单元的相对侧上。
[0016] 8.如解决方案6所述的电池组，其中，所述散热片由液体冷却，并且其中所述液体 包含额外的相变材料。
[0017] 9.如解决方案8所述的电池组，其中，所述额外的相变材料在大于约100C的温度 下具有从固态向液态的相变。
[0018]10.如解决方案6所述的电池组，其中，所述散热片包括泡沫层，所述泡沫层包含 第二相变材料。
[001引11.如解决方案1所述的电池组，其中，所述可压缩隔离片由可压缩泡沫制成。
[0020] 12.如解决方案1所述的电池组，进一步包括：电池断路单元或电池管理系统，或 者其二者，W及与所述电池断路单元或所述电池管理系统，或者其二者接触的垫，所述包含 相变材料。
[0021] 13. -种控制电池组内温度的方法，包括；
[002引提供电池单元；
[0023] 提供靠近所述电池单元的可压缩隔离片，所述可压缩隔离片包含相变材料。
[0024] 14.如解决方案13所述的方法，其中，所述相变材料在小于约0C的温度下具有从 液态向固态的相变。
[002引 15.如解决方案13所述的方法，其中，所述相变材料在大于约40C的温度下具有从 固态向液态的相变。
[0026] 16.如解决方案13所述的方法，其中，所述可压缩隔离片包含至少两种相变材料。
[0027] 17.如解决方案13所述的方法，进一步包括靠近所述电池单元的散热片。
[0028] 18.如解决方案17所述的方法，其中，所述散热片由液体冷却，所述液体包含额外 的相变材料。
[002引 19.如解决方案18所述的方法，其中，所述额外的相变材料在大于约100C的温度 下具有从固态向液态的相变。
[0030] 20.如解决方案17所述的方法，其中，所述散热片包括泡沫层，所述泡沫层包含相 变材料。
[0031] 21.如解决方案13所述的方法，其中，所述可压缩隔离片由可压缩泡沫制成。
[003引 22.如解决方案13所述的方法，进一步包括：电池断路单元或电池管理系统，或者 其二者，W及与所述电池断路单元或所述电池管理系统，或者其二者接触的垫，所述垫包含 相变材料。
[0033] 23. -种电池组，包括；
[0034] 电池单元；
[00巧]电池断路单元或电池管理系统，或者其二者；和
[0036] 与所述电池断路单元或所述电池管理系统，或者其二者接触的垫，所述垫包含相 变材料。
【附图说明】
[0037] 附图示出了电池组的一部分的一个实施例。
【具体实施方式】
[003引具有相变材料（PCM)的电池，例如裡离子电池，能够提高在不同的车辆工作状态 下的加热和冷却能力。PCM可有助于最小化不必要的工作温度变化，增加加热和冷却均匀 性，减少加热和冷却需求。
[0039] 利用了PCM的电池能在没有或少用主动冷却组件（例如电扇、吹风机或气/液冷 却系统中存在的累）的情况下控制温度超标并维持温度均匀性。因此，能够获得紧凑的、轻 重量的、能量效率高的系统，并且在混合动力电动车辆化EV)/插电式电动车辆（PEV)的全 部工作范围内的电池寿命和性能的能量使用率能够被优化。
[0040] 各种PCM的热性能和热传递增强方法被描述在Kenisarin和Mahkamov的"Solar energystorageusingphasechangematerials"，RenewableandSustainableEnergy Reviews11(2007) 1913-1965中，它们W引用形式并入本文。表1-3示出了一些可商购的 PCM的性能。
[0041] 附图显示了电池组10的一部分的一个实施例。电池组10具有端框架15和重复 框架20,端框架15能够具有围绕冷却板30的边缘部分25。如果需要，为了加强稳定性，端 框架的冷却板30可W具有肋。具有电池单元35,散热片40,和可压缩的隔离片45。电池组 10将典型地包括一个或多个电池单元35, 一个或多个可压缩的隔离片45, 一个或多个散热 片40,W及一个或多个重复的框架15。可压缩的隔离片45和散热片40邻近电池单元35。 虽然不要求，但可压缩的隔离片45和散热片40最好设置在电池单元35的相对侧上。可压 缩的隔离片45典型地与电池单元35接触，但该不是必需的。例如，如果需要大量的冷却， 可W在电池单元35的两侧都设置散热片40,且可压缩的隔离片45可W和散热片40接触。 本领域技术人员应该知道，不同配置的电池组10部件都可W使用。
[0042] 可压缩隔离片45吸收循环期间的电池单元膨胀W使电池能够保持需要的电池单 元压缩。材料应当有长期的压缩强度和热性能。合适的材料包括但不限于可压缩泡沫材料。 合适的可压缩泡沫材料包括但不限于聚苯己締泡沫。合适的泡沫的一个例子是Dow化学公 司售出的Styrofoam?牌Hi曲load?100绝缘材料（例如，V型），它具有100psU690kPa) 的最小压缩强度。
[0043] 电池组的可压缩的隔离片45具有至少一种相变材料（PCM)，优选至少两种不同的 PCM从而形成热复合物。PCM是在某一温度下能发生相变并能储存和释放大量能量的材料。 例如，材料在从固态到液态或从液态到固态的相变中吸收和放出热量。例如，一种PCM能在 低温度限制内发生相变，比如大约冰点或更低（例如，小于大约0C，或小于大约-5C，或小于 大约-10C，或大约-10C，或在0C至-10C的范围内），另一种PCM相变在高温度限制下（例 如，大于大约40C，或大于大约45C)。使用PCM的电池单元的热绝缘能维持电池单元温度长 时间在极端的温度条件W下。如果需要，也可W包括附加的具有不同相变温度的PCM。
[0044] 优选地，PCM具有在期望的温度附近的相变温度和大的热容值。虽然有建议的温 度（范围），但本领域技术人员知道如果需要，其他的温度（范围）也是可选的。可获得在 约-10C至约190C的任何期望的温度范围内的大量的PCM。
[0045]PCM的应用将提供在不从电池或其他能源上汲取功率的情况下维持电池单元温度 在期望的温度范围内的能力。它也能提高在极端停放条件下的电池单元的循环/日历寿 命。
[0046]PCM和电池单元紧密接触可W引起一个或多个结果；降低功率衰减，降低能量衰 减，提高电池寿命和耐用性，降低维修费用，改善车辆里程，和阻止或降低热失控。
[0047] 电池组10的端框架15和重复框架20典型地由重量轻的、非传导性的材料制成。 合适的材料包括但不限于塑料（例如聚丙締），巧龙6-6W及其他低成本材料。如果需要， 为了结构的强度，框架15可W是纤维加强的。
[0048] 散热片40可W是单层板或多层结构，该取决于具体装置的冷却需要，散热片40可 w由任何传统的冷却材料制成。合适的冷却材料包括但不限于轻质的热导体（例如侣，氧 化侣，铜，侣娃碳化物，氧化被，及类似物），或者是两层轻质的热导体由一