用于高能量密度锂离子电池组的主动热管理和热失控预防的制作方法
【技术领域】
[0001]本公开内容涉及热管理以及热失控预防。具体地，本公开内容涉及用于高能量密度锂离子电池组的主动热管理和热失控预防。
【背景技术】
[0002]锂离子电池单元和电池组具有与热管理有关的两个主要忧虑，而这两个忧虑必须解决以确保安全性和长寿命。第一忧虑在于，单个电池单元必须保持在它们的指定温度范围内，并且必须保持电池组内的单元间的温度差以确保长寿命和使电池组价值最大化。第二忧虑在于，有缺陷的、损坏的、或者滥用的电池单元可能进入热失控(尤其在高温下)，从而通常以电池设计非受控的方式导致危害的电池单元和电池。
[0003]目前，存在用于冷却电池的各种方案，其使用限制在导管、管道、或者其他通道中的液体，其中，单个电池单元的一些部分与流体通道接触或者具有通过与导热组件(例如，散热器)接触或通过与其他电池单元直接接触而将热量排出至通道的路径。这些方法通常具有与单个电池单元的有限接触面积，跨越接触面积具有弱的导热性，并且可能存在来自电池单元的热量必须经过的几个组件以到达最终的冷却液，从而导致有效地去除热量的有限能力。这些措施将大的额外的质量和体积引入至电池组，其降低了电池组的体积、重量、和效用的同时还增加了成本，并且未提供对热失控事件的重要保护。
[0004]另一现有的解决方案在于，将单个电池单元埋入在升高的温度下改变相位的固体材料中，因此在熔化过程中去除大量热量而没有温度的相应增加在熔点以上。虽然在预防来自单个电池单元的热失控中潜在有利，但是这些解决方案是被动的并且允许热量超过通过对流从外壳去除的那些从而热量积聚到相变材料的熔点，或者需要额外的管道和/或导管来实施传统的主动管理解决方案，该方案向相变材料自身的重量、体积、和成本增加了与额外的管道和/或导管相关联的重量和体积。不论是哪种情况，存在相变材料在热失控开始时已经处于其熔融状态的可能性，并且因此不能提供防止不希望有的热事件的任何能力。另外，埋入结合混合料中的块状相变材料的制造和将产生的块状材料机械加工为适于该应用的形状使系统的总成本增加。
[0005]因此，需要用于电池单元的热管理和热失控预防的改进的系统和方法。
【发明内容】
[0006]本公开内容涉及用于高能量密度锂离子电池组(尤其是(用于通常需要冷却和热失控保护的任何化学电池组)的主动(或者被动)热管理和热失控预防的方法、系统、和装置。用于电池热管理的公开的系统包括电池壳体和至少一个电池单元。在一个或多个构造中，至少一个电池单元至少部分地浸没在包含在电池壳体内的液体内。在至少一个构造中，系统进一步包括使液体经由管道从电池壳体循环至冷却单元，然后回到电池壳体的至少一个栗。
[0007]在一个或多个构造中，用于电池热管理的公开的方法包括:利用至少一个温度传感器感测至少一个电池单元的温度。在一个或多个构造中，至少一个电池单元至少部分地浸没在包含在电池壳体内的液体中。方法进一步包括利用至少一个处理器比较至少一个电池单元的温度与最高阈值温度。另外，方法包括当至少一个处理器确定至少一个电池单元的温度高于最高阈值温度时，通过至少一个处理器指示将冷却单元激活。此外，方法包括通过至少一个栗使液体经由管道从电池壳体循环至冷却单元然后回到电池壳体。
[0008]在一个或多个构造中，方法进一步包括利用至少一个处理器比较至少一个电池单元的温度与最低阈值温度。另外，方法包括当至少一个处理器确定至少一个电池单元的温度低于最低阈值温度时，通过至少一个处理器指示将冷却单元停用。
[0009]在至少一个构造中，泄压阀连接至电池壳体。在一些构造中，泄压阀是弹簧承载的(spring-loaded)。在至少一个构造中，通风孔连接至泄压阀。
[0010]在一个或多个构造中，至少一个电池单元是锂离子电池单元。在至少一个构造中，冷却单元与风扇相关联。在一些构造中，液体是相变材料(PCM)。在一个或多个构造中，至少一个温度传感器位于至少一个电池单元上、位于电池壳体的内部、和/或位于电池壳体上。
[0011]在至少一个构造中，用于电池热管理的系统包括电池壳体和至少一个电池单元。在一个或多个构造中，至少一个电池单元至少部分地浸没在包含在电池壳体内的液体内。系统进一步包括感测至少一个电池单元的温度的至少一个温度传感器。另外，系统包括至少一个处理器，用以比较至少一个电池单元的温度与最高阈值温度，并且当至少一个处理器确定至少一个电池单元的温度高于最高阈值温度时指示将冷却单元激活。系统还包括使液体经由管道从电池壳体循环至冷却单元然后回到电池壳体的至少一个栗。
[0012]在一个或多个构造中，至少一个处理器进一步比较至少一个电池单元的温度与最低阈值温度，并且当至少一个处理器确定至少一个电池单元的温度低于最低阈值温度时指示将冷却单元停用。
[0013]在至少一个构造中，用于电池热管理的方法包括利用至少一个温度传感器感测至少一个电池单元的温度。在一个或多个构造中，至少一个电池单元至少部分地浸没在包含在电池壳体内的第一液体内。方法进一步包括利用至少一个处理器比较至少一个电池单元的温度与最高阈值温度。另外，方法包括当至少一个处理器确定至少一个电池单元的温度高于最高阈值温度时，通过至少一个处理器指示将冷却单元激活。另外，方法包括通过至少一个栗使第二液体经由管道从位于电池壳体中的热交换器循环至冷却单元然后回到热交换器。
[0014]在一个或多个构造中，第一液体和/或第二液体是相变材料(PCM)。
[0015]在至少一个构造中，用于电池热管理的系统包括电池壳体和至少一个电池单元。在至少一个构造中，至少一个电池单元至少部分地浸没在包含在电池壳体内的第一液体中。系统进一步包括感测至少一个电池单元的温度的至少一个温度传感器。另外，系统包括至少一个处理器，用以比较至少一个电池单元的温度与最高阈值温度，并且当至少一个处理器确定至少一个电池单元的温度高于最高阈值温度时指示将冷却单元激活。此外，系统包括使第二液体经由管道从位于电池壳体中的热交换器循环至冷却单元然后回到热交换器的至少一个栗。
[0016]特征、功能和优势可以在本发明的各个实施方式中单独地实现或者也可在其他实施方式中进行组合。
【附图说明】
[0017]参考以下说明书、所附权利要求和附图，将更好地理解本公开内容的这些和其他特征、方面以及优势，其中:
[0018]图1是根据本公开内容的至少一个实施方式的用于高能量密度锂离子电池组的主动热管理和热失控预防的系统的示意图，其中，冷却剂遍及系统循环。
[0019]图2是示出了根据本公开内容的至少一个实施方式的浸在包含在图1的系统的电池壳体中的液体中的多个电池单元的示图。
[0020]图3是根据本公开内容的至少一个实施方式的针对图1的系统的高能量密度锂离子电池组的主动热管理和热失控预防的公开的方法的流程图。
[0021]图4是根据本公开内容的至少一个实施方式的用于高能量密度锂离子电池组的主动热管理和热失控预防的系统的示意图，其中，冷却剂未遍及系统循环。
[0022]图5是根据本公开内容的至少一个实施方式的针对图4的系统的高能量密度锂离子电池组的主动热管理和热失控预防的公开的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0023]本文中公开的方法和装置提供用于高能量密度锂离子电池组的主动热管理和热失控预防的可操作系统。具体地，该系统向用于锂离子(或者其他化学成分)电池单元的电池热失控预防和主动流体浸泡冷却提供了改进的热性能和防止或者结束损坏的或者滥用的电池单元中的热失控的能力，从而以小的体积和轻的重量实现了安全性改善和电池寿命延长。
[0024]本公开内容的系统解决了与热电池管理有关的两个主要忧虑从而确保了安全性和电池的长寿命。这两个主要忧虑是:(1)维持电池单元之间的均匀温度范围；和(2)控制并隔离损坏的或