专利名称：具有散热和发热功能的电池组件的制作方法
技术领域：
本发明的实施例涉及具有散热和发热功能的电池组件。
背景技术：
在现有混合动力车辆中，热丝(hot-wire)加热器或陶瓷基正温度系数(PTC)加热器被分别安装以通过风扇供应热空气，其根据需要由加热器进行加热，从而改善电池效率。现有加热器具有高初始浪涌电流，其导致至少两倍的电热器所需的电流消耗，并且现有加热器被配置成供应加热的空气，从而引起由于在初始操作阶段中的高初始电流消耗和热生成而造成的电池充电容量的显著减少。进一步的，在纯电动车辆中，电池的充电总量直接影响运行效率，以使得现有加热器不适合于这种电动车。因此，本发明的一个实施例提供一种电池组件，其中使用涂敷有碳纳米管(CNT)的平面加热体来实现加热器，以使得通过直接热传导来更均匀和快速地对加热器进行加热，从而改善电池组件的初始运行效率。
发明内容
本发明的一个方面是提供具有散热和发热功能的电池组件，其中包括碳纳米管加热体(金属掺杂的碳纳米管)的散热和发热膜被涂敷在电池模块和/或外部壳体上，并且所涂敷的碳纳米管的电传导和热传导特性被最大化，从而在同一时间提供散热和发热两种功能。本发明的另一个方面是提供具有散热和发热功能的电池组件，其能够增加冬天的车辆初始运行中由于外部温度而降低的车辆的电池效率，并且能够在车辆的运行期间快速移除来自电池的热。本发明的另外方面是提供具有散热和发热功能的电池组件，其可使用温度传感器和控制器来控制电池模块和/或外部壳体的加热温度以维持电池温度处于最佳条件(0 300C )下，从而防止由于电池过热造成的火灾。本发明的方面不限于这些方面，而且对于本领域技术人员而言，本发明的其他方面会从以下描述中变得显而易见。根据本发明的一个方面，散热膜包括:由热传导材料形成的并且排出单元电池的热的第一散热层和第二散热层；以及在第一散热层和第二散热层之间形成的以使第一散热层和第二散热层相互附接的胶粘剂层。散热膜可进一步包括在第一散热层和胶粘剂层之间形成的发热膜。发热膜可包括:在其上印有电极层和碳纳米管(CNT)加热体的基底层；以及绝缘层，其在基底层的电极层和第一散热层之间形成以将基底层附接至第一散热层而使电极层与第一散热层相互绝缘。可通过在碳纳米管表面上掺杂从Ag，Cu, Ni, Au, Pt，和Pd之中选出的至少一种金属来形成碳纳米管加热体。
绝缘层可为由从丙烯酸胶粘剂，热熔胶粘剂，硅树脂胶粘剂，和橡胶胶粘剂之中选出的任意一种胶粘剂来形成的双面胶粘剂膜。基底层的电极层可电连接至每个单元电池的阳极和阴极，以为碳纳米管加热体提供发热功能。基底层可由从双轴定向聚酯(BOPET)，聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，定向聚苯乙烯(OPS)，定向聚丙烯(OPP)，聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)，聚醚砜(PES)，聚苯硫醚(PPS)，聚酰亚胺(PI)，聚醚酰亚胺(PEI)之中选出的至少一种材料来形成。胶粘剂层可为由从丙烯酸胶带，热熔胶带，硅树脂胶带，和橡胶胶带之中选出的任意一种形成的双面胶带。根据本发明的另一个方面，电池组件包括:包括多个单元电池的电池模块；用于将电池模块容纳在内部空间中的外部壳体；以及插在多个单元电池之间以紧密接触每个单元电池并被附接至外部壳体的内表面的散热膜。这里，散热膜包括:由热传导材料形成的并且排出单元电池热的第一散热层和第二散热层；以及在第一散热层和第二散热层之间形成的以使第一散热层和第二散热层相互附接的胶粘剂层。电池组件进一步包括在第一散热层和胶粘剂层之间形成的发热层。发热层可包括:其上印有电极层和碳纳米管(CNT)加热体的基底层；在基底层的电极层和第一散热层之间形成的以将基底层附接至第一散热层而使电极层和第一散热层相互绝缘的绝缘层。电池组件可进一步包括:提供给至少一个单元电池的温度传感器；和基于来自温度传感器的温度检测结果来对给基底层的电极层的功率供应进行控制的控制器。根据本发明的另外方面，外部壳体包括附接至其内表面并排出从单元电池生成的热的散热膜，其中散热膜包括:由热传导材料形成的并排出来自单元电池的热的第一散热层和第二散热层；和在第一散热层和第二散热层之间形成的以将第一散热层和第二散热层附接至彼此的胶粘剂层。外部壳体进一步包括在第一散热层和胶粘剂层之间形成的发热膜。发热膜可包括:其上印有电极层和碳纳米管(CNT)加热体的基底层；和在基底层的电极层和第一散热层之间形成的以将基底附接至第一散热层而使电极层和第一散热层相互绝缘的绝缘层。外部壳体可进一步包括:提供给外部壳体的至少一个内表面的温度传感器；基于来自温度传感器的温度检测结果来对给基底层的电极层的功率供应进行控制的控制器。其他实施例的细节会参考附图在具体描述中进行描述。本发明的上述的和其他的方面、特征和益处会与附图结合从以下实施例的具体描述中变得显而易见。应当理解的是，本发明并不限于以下实施例并可被以不同的方式来具体体现，并且提供实施例以为了完全公开和本领域技术人员对本发明的彻底理解。本发明的范围只由权利要求限定。贯穿本说明书，相同的元件会以相同的参考数字来标记。根据本发明的一个实施例，提供了具有散热和发热功能的电池组件，其中具有碳纳米管加热体的散热和发热膜被涂敷在电池模块和/或外部壳体上，所涂敷的碳纳米管的电传导和热传导特性被最优化，借此在同一时刻提供散热和发热功能。根据本发明的一个实施例，提供了具有散热和发热功能的电池组件，其能够使车辆的电池效率增加，甚至是在冬天车辆初始运行时，并且能够在车辆的运行期间快速移除来自电池的热。根据本发明的一个实施例，提供了具有散热和发热功能的电池组件，其使用温度传感器和控制器来控制电池模块和/或外部壳体的加热温度，以使得电池温度维持在最优条件(0 30°C )下，从而防止由于电池过热造成的火灾。
图1是示出与在安装于电动车辆中的电池模块中的环境温度相关的放电效率上的测试结果的图表。图2是根据本发明的一个实施例的电池组件的分解立体图。图3是根据本发明的实施例的电池组件的组装立体图。图4是图2中示出的在电池模块和外部壳体上形成的散热和发热膜的堆栈结构的视图。图5是使用温度传感器和控制器来单独地控制外部壳体的加热温度的示例性过程的视图。图6是使用温度传感器和控制器来控制电池模块和外部壳体的加热温度的示例性过程的视图。
具体实施例方式图1是示出与在安装于电动车中的电池模块中的环境温度相关的放电效率上的测试结果的图表。参考图1，可看出在放电期间，在零下20°C以下和在零上40°C以上，电池效率在逐渐降低。进一步，在表I中，可看出，对于1200Wh产品来说，放电效率在零下10°C处为88%并且在零下20°C处为66%。因此，优选地温度范围是从(TC至30°C以维持电池在最佳运行条件中。因此，本发明提供电池模块、外部壳体和具有这些部件的电池组件，其能够增加在冬天车辆初始运行时由于外部温度而可降低的车辆的电池效率，并且能够在车辆的运行期间快速地移除从电池生成的热。为此，根据本发明的实施例，在恒定的模式中碳纳米管(CNT)涂敷在电池模块和/或外部壳体上，并且所涂敷的碳纳米管的电传导和热传导特性被最大化，从而在同一时刻提供散热和发热功能。在本发明的一些实施例中，尽管碳纳米管被用作具有散热和发热功能的材料，但难于独自使用纯碳纳米管来提供这种散热和发热功能。因此，根据一些实施例，碳纳米管被掺杂金属(金属掺杂的CNT)以使散热和发热特性最大化。将金属掺杂的CNT涂敷在电池模块或外部壳体上的方法包括移印，喷涂，使用转印膜印刷等等。根据一个实施例，可使用这种涂敷方法在3D轮廓上形成均匀的金属掺杂的CNT层。根据需要，这种传导层可提供散热功能以在正常状态下消散来自电池模块的热，并且可接收电能量以发出热。根据本发明的一个实施例，提供散热功能和发热功能二者的CNT涂敷膜可被布置在扁电池之间并连至电池模块或外部壳体，从而使电池效率最大化。根据本发明的一个实施例，因为过度的发热可引起电池的爆炸，所以控制器可用于维持电池效率，从而防止由于电池的发热而造成的火灾并从而确保安全性。根据本发明的实施例，在加热器的初始运行阶段中，未生成浪涌电流，以使得不生成过度的电流并且电池被均匀且快速地加热，从而改善发热效率。通过将涂敷层施加至高强度塑料外部壳体，本发明的实施例可提供散热和发热特性，该高强度塑料外部壳体通过将聚苯硫醚(PPS)、环氧树脂、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚酰胺(PA)等等预浸料(prepreg)至玻璃纤维、浙青基的碳纤维、聚丙烯腈(PAN)基的碳纤维、浙青基的短切碳纤维(pitch based carbon chopped fibers)、或浙青基的碾磨纤维，以及不锈钢(SUS)或Al外部壳体来制造，这些通常用于形成电池的外部壳体。现参考附图来具体描述本发明的实施例。图2是根据本发明的一个实施例的电池组件的分解立体图，图3是根据本发明实施例的电池组件的组装立体图，以及图4是在图2中示出的电池模块和外部壳体上形成的散热和发热膜的堆叠结构的视图。首先参考图2和图3，根据本发明的一个实施例的电池组件200可包括电池模块、外部壳体220以及散热和发热膜230。电池模块包括多个单元电池210。每个单元电池210包括用作正电极的阳极212和用作负电极的阴极214。散热和发热膜230被以紧密压紧地的方式插入单元电池210之间。散热和发热膜230的细节会在以下参考图4来描述。外部壳体220在其中接收多个单元电池210。也就是说，外部壳体220用作多个单元电池210的覆盖件。散热和发热膜230也可附接至外部壳体220的内表面。在这个实施例中，尽管散热和发热膜230被描述为在多个单元电池210之间且在外部壳体220的内表面上形成，但是本发明并不仅限于此。因此，不同的散热和发热膜230可只形成在单元电池210之间，或否则，散热和发热膜230可只形成在外部壳体220的内表面上。散热和发热膜230可包括将来自多个单元电池210的热进行消散的散热膜，和在接收到功率的情况下发热的发热膜。将参考图4对散热和发热膜230进行更具体的描述。例如，图4显示图1的散热和发热膜230的堆叠结构。如图4中所示，散热和发热膜230可包括第一散热层410，绝缘层420、电极层430，碳纳米管加热体440，基底层450，胶粘剂层460和第二散热层470。第一散热层410不仅形成在单元电池210的每个表面上，还形成在外部壳体220的内表面上。第一散热层410可由热传导材料(诸如Al、或Cu等等)来形成以消散来自单元电池的热。绝缘层420形成在第一散热层410上。绝缘层420被插入在第一散热层410和电极层430之间以使第一散热层410和电极层430相互绝缘而允许其粘附在其之间。为此，绝缘层420可由胶粘剂(诸如丙烯酸胶粘剂，热熔胶粘剂，硅树脂胶粘剂和橡胶胶粘剂等等)组成的双面胶粘剂膜来实现。电极层430形成在绝缘层420上。如上所述，电极层430附接至绝缘层420。电极层430可由电传导材料(诸如Ag, Cu, Au,或Al等等)来形成。这种电极层430可电连接至每个单元电池210的阳极(正电极)和阴极(负电极)以将发热功能提供给碳纳米管加热体440。碳纳米管(CNT)加热体440形成在电极层430上。碳纳米管加热体440可通过在碳纳米管表面上掺杂金属来形成。尽管已知碳纳米管具有出色的电传导和热传导特性，但是如果碳纳米管被用作涂敷衆(coating paste),还是可能有由于3D轮廓产品中的碳纳米管的扩散性(dispensability)和增加的接触电阻增大而造成的电传导性的恶化的问题。因此，在本发明的一些实施例中，使用金属掺杂的碳纳米管来替代纯碳纳米管，以使得提供改善的电传导性和热传导性的效果。当以金属涂敷碳纳米管时，由金属来反射红外(IR)波长并且改善了散热特性，借此碳纳米管加热体还适合用作散热涂敷材料。这里,金属可包括从Ag, Cu, Ni, Au, Pt和Pd之中选出的至少一个。基底层450形成在碳纳米管加热体440上。基底层450可由从双轴定向聚酯(BOPET)，聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，定向聚苯乙烯(OPS)，定向聚丙烯(OPP)，聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)，聚醚砜(PES)，聚苯硫醚(PPS)，聚酰亚胺(PI)，以及聚醚酰亚胺(PEI)之中选出的至少一种材料来形成。胶粘剂层460形成在基底层450上。胶粘剂层460用于将基底层450和第一散热层470相互附接。为此，胶粘剂层460可通过由丙烯酸胶带、热熔胶带、硅树脂胶带和橡胶胶带中的至少一种组成的双面胶带来实现。第二散热层470形成在胶粘剂层460上。第二散热层470用于消散来自单元电池的热。为此，第二散热层470可由诸如Al，或Cu等等的热传导材料来形成。用于参考，第一散热层410和第二散热层470以及胶粘剂层460对应于散热膜,并且绝缘层420、电极层430、碳纳米管加热体440以及基底层450对应于发热膜。现在，将描述制造散热和发热膜230的方法。首先，电极层430和碳纳米管加热体440被印在基底层450的一侧上。接下来，第一散热层410被放置在电极层430之下，绝缘层420被布置在第一散热层和电极层之间，并且其上印有电极层和碳纳米管加热体440的基底层450被附接至第一散热层410。然后，第二散热层470被放置在基底层450的另一侧上，胶粘剂层460被布置在基底层和第二散热层之间，并且附接至第一散热层410的基底层450被附接至第二散热层470。散热和发热膜230可通过这个过程制造。通过移印、喷涂、或使用转印膜印刷等等来将散热和发热膜230涂敷在单元电池210和外部壳体220上。根据本发明的一个实施例的电池组件200可进一步包括温度传感器240和控制器(图6中为640)。可将温度传感器240提供给单元电池210中的至少一个以检测单元电池210的温度。在这个实施例中，温度传感器240可为负温度系数(NTC)传感器。基于温度传感器240的温度检测结果，控制器控制给电极层430的功率供应。因此，控制器可允许单元电池210维持范围在O度至30度的最佳温度条件。在本实施例中，控制器可为车辆(特别为电动车辆)的电子控制单元(ECU)控制器。现在，将参考图5和图6来描述使用温度传感器和控制器来控制从外部壳体或电池模块发出热的过程。图5为使用温度传感器和控制器单独控制外部壳体的加热温度的示例性过程的视图，以及图6为使用温度传感器和控制器来控制电池模块和外部壳体两者的加热温度的示例性过程的视图。如图5中所示，散热和发热膜涂敷在外部壳体510的内表面上，并且NTC传感器520 (温度传感器)被附接至散热和发热膜。NTC传感器520检测从外部壳体510发出的热的温度并将检测结果(温度)发送至ECU控制器530。基于检测的温度，E⑶控制器530调节给电池540的散热和发热膜的功率供应，借此维持外部壳体510的合适温度。接下来，如图6中所示，散热和发热膜被涂敷在电池模块610上，并且NTC传感器620 (温度传感器)被附接至散热和发热膜。NTC传感器620检测从电池模块610发出的热的温度并将检测结果(温度)发送至ECU控制器640。基于检测到的温度，E⑶控制器640调节给电池650的功率供应，借此控制给插入或涂敷于电池模块610和外部壳体630上的散热和发热膜的功率供应。结果，ECU控制器640可将电池模块610和外部壳体630的温度维持在最佳条件(O 30°C )下。根据实施例，具有碳纳米管加热体(金属掺杂的碳纳米管)的散热和发热膜被涂敷在电池模块和/或外部壳体上，并且所涂敷的碳纳米管的电传导和热传导特性被最大化，借此在同一时间提供散热功能和发热功能。根据实施例，可以增加在冬天车辆初始运行时由于外部温度而降低的车辆的电池效率，并且可以在车辆运行期间实现来自电池的热的快速移除。根据实施例，使用温度传感器和控制器来控制电池模块和/或外部壳体的加热温度，以使得电池温度可被维持在最佳条件(O 30°C )下，借此防止由于电池过热造成的火灾。尽管本文中描述了一些实施例，但是本领域技术人员理解的是，提供实施例只用于说明，并且在不偏离本发明的范围的情况下，可构造不同的变型，改变、改动和等同实施例。因此，本发明的范围和精神应当只由所附权利要求和其等同来限定。散热膜的散热效果示例示例 I碳纳米管加热体和Ag电极层被印在由双轴定向聚对苯二甲酸乙二醇酯(BOPET)组成的基底层上。通过在碳纳米管的表面上掺杂Ag来形成碳纳米管加热体。接下来，针对位于电极层之下的第一散热层，由丙烯酸酯胶粘剂组成的绝缘层被插入其之间，并且其上印有电极层和碳纳米管加热体的基底层被附接至第一散热层。接下来，针对位于基底层的另一侧上的第二散热层，硅树脂胶粘剂层被插入其之间，并且粘附至第一散热层的基底层被附接至第二散热层。
示例2碳纳米管加热体被印在由双轴定向聚对苯二甲酸乙二醇酯(BOPET)组成的基底层上。所印的碳纳米管加热体涂敷有Cu电极层。通过在碳纳米管的表面上掺杂Cu来形成碳纳米管加热体。接下来，针对位于电极层之下的第一散热层，由丙烯酸酯胶粘剂组成的绝缘层被插入其之间，并且其上印有电极层和碳纳米管加热体的基底层被附接至第一散热层。接下来，针对位于基底层的另一侧上的第二散热层，硅树脂胶粘剂层被插入其之间，并且粘附至第一散热层的基底层被附接至第二散热层。比较件示例I以如示例I中相同的方式来制造示例，除了碳纳米管加热体没有包括在其中。比较件示例2以如示例I中相同的方式来制造示例，除了使用纯碳纳米管来替代掺杂Ag的碳纳米管。以以下的方式来测量示例I和示例2以及比较性示例I和比较性示例2的散热膜的散热效果，该方式为:使用高热传导胶粘剂树脂(3.6ff/mK)将样品附接至位于扁DC加热器上的2mm厚的A5052 Al板并且将样品加热至特定温度，并且随后，在加热器被关闭之后，在特定时间间隔处使用K-型热电偶来测量表面温度。结果，除散热膜附接的部分以外的部分具有恒定温度，并且根据散热膜的散热效果，散热膜附接的部分具有不同的温度降低率。示例I和示例2以及比较性示例I和比较性示例2的散热膜的温度测量结果显示在以下表I中。表I
权利要求
1.一种散热膜，包括: 第一散热层和第二散热层，由热传导材料形成、并且排出单元电池的热；和 胶粘剂层，形成在第一散热层和第二散热层之间以使第一散热层和第二散热层相互附接。
2.根据权利要求1所述的散热膜，进一步包括:发热膜，形成在所述第一散热层和所述胶粘剂层之间。
3.根据权利要求2所述的散热膜，其中所述发热膜包括: 基底层，其上印有电极层和碳纳米管(CNT)加热体；和 绝缘层，形成在所述基底层的电极层和第一散热层之间以将基底层附接至第一散热层而使电极层和第一散热层相互绝缘。
4.根据权利要求3所述的 散热膜，其中通过在碳纳米管的表面上参杂从Ag，Cu，Ni，Au，Pt，和Pd之中选出的至少一种金属来形成所述碳纳米管加热体。
5.根据权利要求3所述的散热膜，其中所述绝缘层是从丙烯酸胶粘剂，热熔胶粘剂，硅树脂胶粘剂和橡胶胶粘剂之中选择的任意一种胶粘剂形成的双面胶粘剂膜。
6.根据权利要求3所述的散热膜，其中所述基底层的电极层电连至每个单元电池的阳极和阳极以给碳纳米管加热体提供发热功能。
7.根据权利要求3所述的散热膜，其中所述基底层是由从双轴定向聚酯(BOPET)，聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，定向聚苯乙烯(OPS)，定向聚丙烯(OPP)，聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)，聚醚砜(PES)，聚苯硫醚(PPS)，聚酰亚胺(PI)，和聚醚酰亚胺(PEI)之中选出的至少一种材料来形成的。
8.根据权利要求1的散热膜，其中所述胶粘剂层是以从丙烯酸胶带，热熔胶带，硅树脂胶带和橡胶胶带之中选出的任意一种来形成的双面胶带。
9.一种具有散热和发热功能的电池组件，包括: 电池模块，包括多个单元电池； 外部壳体，用于在内部空间容纳电池模块；和 散热膜，插在多个单元电池之间以紧密接触每个单元电池，并且被附接至外部壳体的内表面，所述散热膜包括由热传导材料形成的并且排出单元电池热的第一散热层和第二散热层，和在第一散热层和第二散热层之间形成的以将第一散热层和第二散热层相互附接的胶粘剂层。
10.根据权利要求9所述的电池组件，进一步包括:发热层，形成在第一散热层和胶粘剂层之间。
11.根据权利要求10所述的电池组件，其中发热膜包括: 基底层，其上印有电极层和碳纳米管(CNT)加热体；和 绝缘层，形成在基底层的电极层和第一散热层之间以将基底层附接至第一散热层而使电极层和第一散热层相互绝缘。
12.根据权利要求9所述的电池组件，进一步包括: 温度传感器，提供给至少一个单元电池；和 控制器，基于来自所述温度传感器的温度检测结果来控制给基底层的电极层的功率供应。
13.—种具有散热和发热功能的电池模块,包括: 多个单元电池；和 散热膜，插入在多个单元电池之间以紧密接触每个单元电池，所述散热膜包括: 第一散热层和第二散热层，由热传导材料形成以排出单元电池的热；和 胶粘剂层，形成在第一和第二散热层之间以将第一散热层和第二散热层相互附接。
14.根据权利要求13所述的电池模块，进一步包括:发热膜，形成在第一散热层和胶粘剂层之间。
15.根据权利要求14所述的电池模块，其中所述发热膜包括: 基底层，其上印有电极层和碳纳米管(CNT)加热体；和 绝缘层，形成在基底层的电极层和第一散热层之间以将基底层附接至第一散热层而使电极层和第一散热层相互绝缘。
16.一种具有散热和发热功能并在其内部空间中接收具有多个单元电池的电池模块的外部壳体， 其中，散热膜被附接至其内表面并排出从单元电池生成的热，散热膜包括: 第一散热层和第二散热层，由热传导材料形成、并排出来自单元电池的热；和胶粘剂层，形成在所述第一散热层和第二散热层之间以将所述第一散热层和第二散热层相互附接。
17.根据权利要求1 6所述的外部壳体，进一步包括:发热膜，形成在第一散热层和胶粘剂层之间。
18.根据权利要求17所述的外部壳体，其中发热膜包括: 基底层，其上印有电极层和碳纳米管(CNT)加热体；和 绝缘层，形成在基底层的电极层和第一散热层之间以将基底层附接至第一散热层而使电极层和第一散热层相互绝缘。
19.根据权利要求16所述的外部壳体，进一步包括: 温度传感器，提供到外部壳体的至少一个内表面；和 控制器，基于来自温度传感器的温度检测结果来控制给基底层的电极层的功率供应。
全文摘要
根据本发明的一个实施例，电池组件包括包括多个单元电池的电池模块；用于将电池模块容纳在内部空间的外部壳体；以及被插入多个单元电池之间并紧密适合抵靠多个单元电池的每个的散热膜，并且其被附接至外部壳体的内表面；而且散热膜包括由热传导材料形成并排出单元电池的热的第一散热层和第二散热层；和形成在第一散热层和第二散热层之间并粘附第一散热层和第二散热层的胶粘剂层。
文档编号B82B3/00GK103210539SQ201180055095
公开日2013年7月17日 申请日期2011年11月16日 优先权日2010年11月17日
发明者芮圣勳, 李敏熙, 郑龙培 申请人:乐金华奥斯有限公司