电池热能传递总成和方法与流程

本发明总体上涉及一种具有热界面材料的电池总成。在一些区域中，热界面材料的厚度增加以促进热能的传递。

背景技术：

电动车辆与常规机动车辆不同，因为使用由电池组供电的一个或多个电机选择性地驱动电动车辆。电机可以代替内燃发动机驱动电动车辆，或者与内燃发动机一起驱动电动车辆。示例电动车辆包括混合动力电动车辆(hybridelectricvehicle，hev)，插电式混合动力电动车辆(plug-inhybridelectricvehicle，phev)，燃料电池车辆(fuelcellvehicle，fcv)和电池电动车辆(batteryelectricvehicle，bev)。

电动车辆的电池组通常包括多个阵列，每个阵列具有补充为电机供电所需能量的周期性地再充电的单个电池单元。电池单元在充电和放电期间以及在其他操作阶段都会升温。在一定温度下操作电池可以提高电池单元的容量和使用寿命。

技术实现要素：

根据本公开的示例性方面的电池热传递总成，除其他方面以外，包括热界面材料，该热界面材料具有在一些区域中增加的厚度以适应热交换板和电池单元的阵列之间的距离的变化。

上述总成的另一示例包括沿轴线设置的电池单元的阵列。热界面材料的轴向中心区域的厚度相对于热界面材料的轴向端部区域的厚度增加。

在任何上述总成的另一示例中，具有增加的厚度的热界面材料的区域与热界面材料的所有其它区域连续且不间断地连接。

任何上述总成的另一个示例包括热交换板和电池单元的阵列。热界面材料的第一表面面向热交换板，并且热界面材料的相对的第二表面面向电池单元的阵列。第二表面相对于第一表面具有凸面轮廓。

在任何前述总成的另一示例中，厚度是第一表面和第二表面之间的距离。

在任何上述总成的另一示例中，热界面材料仅在面向电池单元的阵列的表面上接触热交换板。

任何上述总成的另一示例包括热界面材料上面向热交换板的第一表面和热界面材料上面向电池单元的阵列的相对的第二表面。第二表面包括多个突起。

在任何上述总成的另一示例中，多个突起中的每个突起具有三角形横截面轮廓。

根据本公开另一示例性方面的电池热交换总成除了其他方面以外包括热界面材料片，其具有带有压靠多个电池单元的多个突起的第一侧面以及与热交换板相连接的相对的第二侧面。

在上述总成的另一示例中，多个突起中的每个突起从基部延伸到终止于尖端部。热界面材料片相对于电池单元的阵列定位，使得尖端部在与轴向相邻的电池单元之间的界面间隔开的位置处接触电池单元的阵列。

在任何上述总成的另一示例中，多个突起被排列成行。每行都与电池单元的其中一个轴向对准。

在任何上述总成的另一示例中，多个突起中的每一个具有三角形横截面轮廓。

在任何前述总成的另一示例中，热界面材料片的厚度变化以跟踪热交换板和电池单元的阵列之间的距离的变化。

任何上述总成的另一个示例包括热交换板和电池单元的阵列。第二侧面面向热交换板且第一侧面面向电池单元的阵列。第二侧面相对于第一表面具有凸面轮廓。厚度是第一侧面和第二侧面之间的距离。

根据本公开另一示例性方面的电池热能传递方法包括将来自电池单元的阵列中的一些电池单元的热能通过热界面材料的第一部分传递到热交换板，并且将来自电池单元的阵列中的其他电池单元的热能通过热界面材料的第二部分传递到热交换板。第一部分的第一厚度与第二部分的第二厚度不同。

在上述方法的另一示例中，第一部分包括多个突起。

在任何上述方法的另一实例中，多个突起被排列成行。每行都与电池单元的其中一个轴向对准。

在任何前述方法的另一示例中，多个突起中的每一个具有三角形横截面轮廓。

在任何前述方法的另一示例中，第一部分比第二部分厚，并且第一部分位于多个电池单元的轴向中间附近。

在任何前述方法的另一示例中，热界面材料的第一表面面向热交换板，并且热界面材料的相对的第二表面面向电池单元的阵列。第二表面相对于第一表面具有凸面轮廓，并且第一和第二厚度分别是第一部分和第二部分内的第一表面和第二表面之间的距离。

附图说明

通过具体实施方式，所公开的示例的各种特征和优点对于本领域技术人员来说将变得显而易见。伴随具体实施方式的附图可被简述如下：

图1示出了示例电动车辆的侧视图；

图2示出了来自图1的车辆的电池的阵列的示意图；

图3示出了在图2的阵列中使用的热界面材料的立体图；

图4示出了图3的热界面材料的侧视图；

图5示出了用于图1的车辆的电池中的另一示例性阵列的侧视图；

图6示出了来自图5的阵列的热界面材料的立体图；

图7示出了图6的热界面材料的侧视图；

图8示出了图5中的区域8的特写图。

具体实施方式

本公开总体上涉及一种用于电池的热能传递总成。该总成除了其他方面以外包括可夹在电池单元的阵列和热交换板之间的热界面材料(thermalinterfacematerial，tim)。电池可以是牵引电池。

在一些区域中tim的厚度增加以跟踪阵列和热交换板之间的距离的变化。增加的厚度可以确保阵列和热交换板保持与tim接触，这可以促进热能传递。在现有技术中，使用平直片状tim。这些片具有一致的厚度并且需要相对较高的力以确保阵列和tim之间的充分接触。力可以超过100psi(磅/平方英寸)，这样的力可能使阵列、热交换板或两者不期望地弯曲。

参考图1，示例电动车辆10包括电池组14、电机18和一对车辆驱动轮22。电机18可以从电池组14接收电力。电机18将电力转换为驱动轮22的扭矩。在一些实施例中，电池组14是相对高压的牵引电池。

示例性车辆10是全电动车辆。在其他示例中，电动车辆10是混合电动车辆，该混合电动车辆可以利用扭矩选择性地驱动车轮22，该扭矩通过代替电机18的内燃发动机或者内燃发动机和电机18一起提供。

现参考图2，并继续参考图1，阵列24包括多个单独的电池单元总成26，多个单独的电池单元总成26沿轴线a设置并轴向夹在端板30之间。电池组14可以包括阵列24和若干其它阵列。

电池单元总成26和端板30设置为邻近热交换板34。热交换板34用于控制电池单元总成26和电池组14的其它区域内的热能级。

夹在电池单元总成26和热交换板34之间的是tim40。tim40的第一侧面42面向热交换板34。tim40的相对的第二侧面46面向电池单元总成26。tim40用于将热能从电池单元总成26传递到热交换板34。

tim40直接接触电池单元总成26的面向下的表面。第一侧面42垂直向下，并且第二侧面46垂直向上。垂直是指参考地平线或地面。其他方向是可能的。也就是说，在其他示例中，除了别的以外，根据热交换板34如何相对于电池单元总成26定位，tim40可以定位在阵列24的其他区域中。

在充电和放电期间以及在其它操作阶段期间，电池单元总成26中的热能可以增加。tim40从电池单元总成26接收热能。电池单元总成26可以包括直接接触tim40的散热片(未示出)。散热片促进从电池单元总成26到tim40的热能传递。

来自电池单元总成26的热能通过tim40传递到热交换板34。诸如冷却剂的流体可以从流体供应源50循环到热交换板34内的通道和从热交换板34内的通道循环。流体承载来自热交换板34的热能以冷却电池单元总成26和电池组14的其它部分。

公差累积、构建变化和其他因素可导致电池单元总成26和热交换板34之间的距离d在不同区域变化。在该示例中，压缩电池单元总成26使阵列24的轴向中间附近的电池单元总成26比在阵列24的轴向端部处的电池单元总成26更远离热交换板34移动。也就是说，电池单元总成26和阵列24的轴向中间之间的距离大于阵列24的轴向端部处的热交换板34和电池单元总成26之间的距离。为了附图清晰该距离在图2中被夸大。

可以理解，tim40和电池单元总成26以及热交换板34之间的直接接触可以促进将热能从电池单元总成26传递到热交换板34。示例tim40包含促进tim40与电池单元总成26之间的直接接触的部件。

现参考图3和图4，并继续参考图2，tim40具有在区域a中增加的厚度t以补偿与阵列24的轴向端部处的电池单元总成26相比离热交换板34更远的阵列24的轴向中间附近的电池单元总成26。也就是说，在tim40的轴向中心区域处的tim的厚度t1大于tim40的轴向端部区域的厚度t2。增加的厚度导致tim40的第二侧面46具有三维表面。

在该示例中，tim40是成型材料。为了提供增加的厚度，tim40被程序成使得第二侧面46相对于第一侧面42具有凸面轮廓。在成型之后并且在在阵列24内安装之前，tim40在第二侧面46上呈现凸面轮廓和由此产生的较厚的轴向中心区域。在成型期间，可以将一种或多种液体材料倒入具有类似第二侧面46的所需轮廓(这里为凸面轮廓)的表面的模具或衬圈(liner)中。因此，tim40形成为没有中断的单一的、统一的和连续的结构。

tim40还可以具有弯曲的横向延伸的轮廓，使得tim40在侧边缘处比在中心处更薄。

增加的厚度t1确保阵列24的轴向中心附近的电池单元总成26保持与tim40的接触，即使这些电池单元总成26离热交换板34比阵列24的轴向端部处的电池单元总成26更远。

可以利用诸如计算机辅助工程软件这样的软件来设计增加的厚度t1。例如，该软件可用于确定电池单元总成26和热交换板34之间的最大距离。然后使厚度t1反映最大距离。因此，tim40因特定环境而定制。

现在参考图5-8，另一示例阵列124包括在端板130之间轴向压缩并且设置在热交换板134上的电池单元总成126。tim140被夹在电池单元总成126和热交换板134之间。tim140具有与热交换板34相连接的第一侧面142和与电池单元总成126相连接的第二侧面146。tim140在其轴向中心区域处的厚度t1大于其轴向端部处的厚度t2。tim40具有大致平面的取向，并且因此被认为是tim片。

值得注意的是，tim140的第二侧面146包括多个突起60。第二侧面146是凸面的，并且突起60一起以适应电池单元总成126与热交换板134之间的距离d′的变化。

示例突起60被示出为从第二侧面146延伸。在另一示例中，突起60可以从第一侧面142延伸或从第一侧面142和第二侧面146两者延伸。

在该示例中，突起具有大体上三角形的轮廓，并且每个突起60从基部64延伸到尖端部68。示例突起60被轴向定位以各自与电池单元总成26中的一个对准。更具体地，突起60轴向定位使得尖端部68各自在与轴向相邻的电池总成126之间的界面i间隔开的位置处接触电池单元总成126中的各个电池单元总成126。

在一些示例中，突起60形成在tim140内，使得每个突起60的尖端部68定位在或非常接近于相应的一个电池总成126的轴向中心ac(图8)。在这样的示例中，包括十六个单独的电池单元总成126的阵列124包括具有十六个单独突起60的tim140。十六个单独突起60中的每一个的尖端部68通常与电池单元总成126中的一个的对应轴向中心对准。

将尖端部68与电池单元总成126的轴向中心对准可以有助于增加tim140与电池单元总成126之间的接触。例如，当组装阵列124时，电池单元总成126压缩抵靠tim140。压缩迫使尖端部68朝向热交换板134。突起60的三角形轮廓有助于渐进地压缩突起60以增强突起60与电池单元总成126之间的接触。

图8中的虚线b表示在组装之前的突起60的轮廓。如图所示，电池单元总成126在组装时朝向热交换板134按压突起60。在示例性的电池单元总成126中，在电池单元总成126的轴向中心附近的热能级别比界面i附近更高。尖端部68与轴向中心ac对准，这确保了tim140和轴向中心ac之间更好的接触以及具有最多热能的电池单元总成126的那个区域将与tim140接触。

在一些示例中，如果需要对一个或多个突起60进行更多的压缩，则可以增加突起60的高度，使得尖端部68在组装之前定位为远离基座64。当电池单元总成126和热交换板134相对地朝向彼此按压时，调节突起的高度可以改变反作用力分布。

用于突起60的其它示例轮廓可以包括矩形或椭圆轮廓。在一些示例中，一些或全部突起60可以是相对于轴线a呈角度或倾斜的手指状突起。

一些公开的示例的特征包括可以促进电池单元总成和tim之间的接触的tim。该接触可以帮助降低电池单元总成的温度、延长电池寿命并允许更高效的电池组运行。此外，本公开的tim可能需要更少的力来确保tim与电池单元之间的接触。较小的力降低了热交换板和电池单元总成的阵列弯曲的可能性，并降低了对电池单元总成、tim、热交换板等的损坏的可能性。

前述的说明实质上是示例性的而非限制性的。在不脱离本发明的本质的情况下，对所公开的实例的变化和修改对于本领域技术人员来说可变得显而易见。因此，本发明所给出的法律保护的范围可仅通过研究以下权利要求确定。