CN103703585B - 具有改进的热收集及传递***的电化学电池 - Google Patents

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Abstract

本文提供的是具有改进的热收集及传递***的电化学电池。例如，一种电化学电池包括具有盲侧和与盲侧相对的第二侧的拉制盒。电池还包括正极端子和负极端子，所述正极端子设置在盒的盲侧，并且电连结至设置在盒内的至少一个正电极，所述负极端子设置在盒的盲侧，并且电连结至设置在盒内的至少一个负电极。电池还包括连结至设置在盒的第二侧上的基本上平坦的边缘的基座。基座的底表面适于在连结至散热器时保持基本上平坦的构造。

Description

具有改进的热收集及传递***的电化学电池
相关申请的交叉引用
本申请要求2012年5月31日提交的标题为“ElectrochemicalCellswithImprovedHeatCollectionandTransferSystems”的第13/485,353号美国专利申请和2011年6月3日提交的标题为“ElectrochemicalCellwithHeatCollectorsandImprovedBase”的系列号61/493,268的美国临时申请的优先权，在此以引用方式合并上述申请。
技术领域
本申请一般地涉及电池和电池***领域，并且更具体地说，涉及具有改进的热收集及传递***的电池和电池***。
背景技术
与使用内燃机的较传统的气动车辆相比，使用电力作为其全部或部分动力的车辆可提供许多优点。例如，与使用内燃机的车辆相比，使用电力的车辆可产生较少的不良排放产物，并且可显示出较大的燃料效率(并且在一些情况下，这种车辆可完全不必使用汽油，如在某些类型的插电式混合动力电动车辆中)。随着技术的不断发展，有必要为这种车辆提供改进的电源，如电池***或模块。例如，期望能够增加这种车辆在不需要对电池再充电情况下的行驶距离。还期望能提高这种电池的性能，并降低与电池***相关的成本。
较新电池化学品的使用以及提高电动车辆性能的愿望已经引发了新的设计和工程挑战。例如，由于期望能密切监视和/或调节例如锂离子电池的操作温度，以便提高操作电池效率，一直期望能提高通过电池的热传递效率。遗憾的是，在热量通过电池传递时，许多目前的***仍然体验到效率低下。比如，许多目前的电池依靠强制对流调节电池温度，部分原因是由于所形成的部件具有不规则形状的表面，这使得从电池基座的热传导效率不高。这些相同的不规则形状的表面(如电池的基座与电池的匣之间)已经限制了真正地密闭性密封电池的能力。因此，期望能够提供一种用于例如使用电力的车辆的改进的***，其能够解决这些挑战中的一种或多种。
发明内容
在一个实施例中，电化学电池包括具有盲侧和与盲侧相对的第二侧的拉制盒。电池还包括设置在盒的盲侧并电连结至设置在盒内的至少一个正电极的正极端子和设置在盒的盲侧并电连结至设置在盒内的至少一个负电极的负极端子。电池还包括连结至设置在盒的第二侧上的基本上平坦的边缘的基座。基座的底表面适于在连结至散热器时保持基本上平坦的构造。
在另一实施例中，电池***包括电化学电池，所述电化学电池具有带有盲侧和与盲侧相对的第二侧的拉制盒并具有基本上平坦的边缘。电池还包括连结至盒的平坦边缘并具有基本上平坦的底表面的基座，其中底表面适于在将基座连结至散热器时保持基本上平坦。电池还包括设置在盒的盲侧并电连结至设置在盒内的至少一个电极的端子和连结至电极并连结至端子以将电极电连接至端子的集流体。此外，导热体热连结至集流体并且能够从电极和集流体散走热量。隔离构件设置在集流体与盒之间以分隔但热连结集流体和盒。
在另一实施例中，电池***包括电化学电池，所述电化学电池具有带有匣的壳体，所述匣具有设置在与匣的盲侧相对的匣的底部部分中的开口和设置在匣的开口中的基座。基座的底表面是基本上平坦的，并且端子设置在匣的盲侧并电连结至设置在匣内的至少一个电极。
附图说明
图1是具有电池***的车辆实施例的透视图，所述电池***对车辆提供全部或部分动力；
图2示出以混合动力电动车辆形式提供的图1的车辆实施例的剖面示意图；
图3是根据本发明的一个实施例的电池模块的俯视图；
图4是电化学电池实施例的透视图，所述电化学电池具有设置在拉制盒的盲侧的正极端子和负极端子以及能够自拉制盒接收热量的基座；
图5是图4的电化学电池的底部透视图；
图6是图4的电化学电池的透视图，其中为清楚起见，从电池中分出了基座；
图7是图4的电化学电池的接缝的详细视图；
图8是电化学电池的另一实施例的透视图，所述电化学电池具有设置在拉制盒的盲侧的正极端子和负极端子以及包括用于将基座连结至车辆部件的锁定构件的基座；
图9是图8的电化学电池的锁定构件的详细视图；
图10是根据本发明公开的实施例在电池内设置有导热体的电化学电池的部分分解透视图；
图11是图10的电化学电池的侧视图；
图12是根据本发明公开的实施例的图11的电池沿线12-12并示出了被构造成从正极集流体传递热量的导热体的截面视图；
图13是根据本发明公开的实施例的图11的电池沿线13-13并示出了被构造成从负极集流体传递热量的导热体的截面视图；
图14是示出了根据本发明公开的实施例设置在电池的匣与导热体之间的绝缘材料层的截面视图；
图15是具有设置在电池内的导热体的电化学电池实施例的正透视图；
图16是图15的电化学电池的后透视图；
图17是具有设置在电池内的导热体的电化学电池的另一实施例的前透视图；
图18是图17的电化学电池的后透视图；
图19是图17的电化学电池的截面视图；
图20是用于电化学电池的导热体的实施例的透视图；且
图21是用于电化学电池的导热体的另一实施例的透视图。
具体实施方式
如下文更详细描述的那样，本文公开了包括具有改进的热收集及传递***的电化学电池的电池***实施例。前述电池***可以被构造成用于车辆，其中该电池***为车辆提供至少一部分推动力。应该指出的是，在某些实施例中，电池***可包括一个电池模块或多个电池模块，并且每个电池模块可包括被构造成储存电荷的一个电化学电池或多个电化学电池。在某些实施例中，与传统的设计相比，电化学电池可具有改进的或重新构造的基座。前述特征可通过提供改进的热传递以及简化的装配且同时允许改进的电池密闭性密封而提供优于传统***的优点。
现在来看附图，图1是以汽车的形式(例如，小汽车)的车辆10的透视图，其具有为车辆10提供全部或部分动力的电池***12。对于本发明的目的，应该指出的是，本文所示和描述的电池模块及***特别地针对在xEV电动车辆中提供和/或储存能量的应用。本领域技术人员将会认识到，混合动力电动车辆(HEV)将内燃机推动力与高电压电池动力相结合以产生牵引力，并且包括轻混合动力、中混合动力和全混合动力设计。插电式电动车辆(PEV)是可以由外部电源(如墙壁插座)充电的任何车辆，并且储存在可充电电池组中的能量驱动或有助于驱动车轮。PEV是使用电力推动的车辆的子类，其包括全电动(EV)或电池电动车辆(BEVs)、插电式混合动力车辆(PHEV)以及混合动力电动车辆和常规内燃机车辆的电动车辆转换。术语“xEV”在本文中被定义为包括所有包括电力作为动力的前述车辆或其任何变化或组合。此外，虽然图1所示为小汽车，但车辆10可以是针对实施方式的类型的车辆，因此在其它实施例中可有所不同，所有这些都旨在落于本发明的范围内。例如，车辆10可以是卡车、巴士、工业车辆、摩托车、休闲车、船或可得益于使用电力作为其全部或部分推动力的任何其它类型的车辆。
此外，虽然图1中所示的电池***12被布置在车辆10的尾箱或后部中，但根据其它示例性实施例，电池***12的位置可有所不同。例如，可基于车辆10内的可用空间、车辆10的所需重量平衡、随电池***使用的其它部件(例如，电池管理***、通风口或冷却装置等)的位置以及针对各种其它实施方式的考虑而选择电池***12的位置。
图2示出根据本发明公开的实施例以HEV形式提供的车辆10的剖面示意图。在所示的实施例中，电池***12朝车辆10的后部靠近燃料箱14设置。然而，在其它实施例中，电池***12可紧邻燃料箱14设置，或者可设置在车辆10后部的单独隔室(例如，尾箱)中，或者可设置在车辆10的其它处。当HEV利用汽油动力推动车辆10的时候设置内燃机16。还提供电动机18、动力分配装置20和发电机22作为车辆驱动***的组成部分。这种HEV可仅由电池***12、仅由发动机16或由电池***12和发动机16两者提供动力或驱动。
应该指出的是，根据其它实施例，可以使用其它类型的车辆和用于车辆电气***的构造，并且图2的示意图不应被视为限制本申请中所描述的主题范围。事实上，根据各种其它实施例，除其它特征外，电池***12的尺寸、形状和位置、车辆10的类型、车辆技术的类型(例如，HEV、PEV、EVBEV、PHEV、xEV等)以及电池化学品可与所示和描述的有所不同。
根据一实施例，电池***12负责包装或容纳电化学电池(cells,batteries)、将电化学电池彼此连接和/或连接至车辆电气***的其它部件以及调节电化学电池及电池***12的其它特征。例如，电池***12可包括负责监视和控制***电气性能、管理***的热行为、封隔和/或按规定路线发送流出物(例如，可能从电池中排出的气体)以及电池***的其它方面的特征，如下文更详细描述的那样。
图3示出适合在诸如电池***12的电池***中使用的电池模块24的示例性实施例。在所示的实施例中，电池模块24包括多个电化学电池(cells,batteries)26和部分或完全地包围多个电池26的壳体28。然而，在其它实施例中，电池模块24可包括多个电池组，每个电池组具有多个电化学电池(cells,batteries)和包围多个电池组的壳体。此外，在此类实施例中，电池组可包括设置在其中的多个电化学电池(cells,batteries)。
应当指出的是，可基于针对多种实施方式的考虑而改变电化学电池在电池模块24中的数量和布置。例如，可定制电池模块24的此类特征以符合特定的客户要求(例如，可提供的功率、空间限制、倍率能力等)。在所示的实施例中，电池模块24包括单层的七个电化学电池26，它们以单排布置，相邻的电池26偏离出分隔距离28，从而在相邻的电池26之间形成通路(或空间或通道)30。然而，根据其它实施例，电池模块24(或电池组)可包括多层电化学电池，每层电池以单排或多排电池布置，或者可以按任何其它合适的布置方式配置。此外，应该指出的是，可以按任意合适的方式连接电化学电池。例如，可以按并联(如图3所示)、串联或并联和串联交替布置(例如，将电池组并联连接，随后与另外的电池串联连接)的方式连接电池。
通路30可以是能够影响或控制电池模块24的热性能(例如，温度)的，如通过使加热或冷却的流体流过通路30和经过电池26的表面，从而影响电池26的温度。在一些实施例中，电池模块24可包括热管理装置(例如，风扇)，其被构造成驱动流体(例如，空气)流通过电池模块或***，从而调节或影响其中的电池26的温度。壳体28可偏离电池26一定的距离，从而在壳体28的内表面与电池26之间形成第二通道32。加热或冷却的流体可流过第二通道32以调节或影响电池模块24的电池26的温度。
在一些实施例中，电池模块24的壳体28可包括多个壁，所述多个壁形成部分或完全地包围里面的电池26的基本上中空的多面体形状。然而，应该指出的是，可定制壳体28的形状以适应电池模块或***24的形状。壳体28进一步能够对里面的电池26提供保护并对电池模块24提供结构支撑。
根据所示的实施例，电池模块24的壳体28还包括进口(或第一开口)34和出口(或流出口或第二开口)36。进口34可以是能够使热调节流体(例如，冷却的空气)进入电池模块24的，从而使得流体可调节或影响电池模块24的电池26的温度(例如，通过对流)。出口36可以是能够使用来调节或影响电池26的温度的流体离开电池模块24的。出口36可流体地连接于相邻电池模块的进口，从而将热调节流体传递至相邻的电池模块，或者可以构造成将热调节流体传递到电池***外部(例如，至热交换器)或车辆外部(例如，至大气)。
图4-6示出电化学电池26的一个实施例的透视图和分解视图，该实施例为构造成储存电荷的棱柱形锂离子电池。然而，应该指出的是，根据其它目前设想的实施例，电化学电池26可采取本文未示出的针对多种其它实施方式的构造。例如，在一些实施例中，电池可以是被构造成储存电荷的圆柱形锂离子电池，或者可以是镍-金属-氢化物电池、锂-聚合物电池或目前已知或后来开发的任何其它类型的电化学电池。事实上，电化学电池可具有任意的物理构造(例如，圆柱形、椭圆形、多角形等)，并且也可具有与本文中所示电化学电池不同的容量、尺寸和设计。应该指出的是，电池模块24可包括以任意合适的方式布置或排列的任意数目的电化学电池，它们可被定制成适应不同的客户或针对其它实施方式的要求(例如，可提供的功率、空间限制、倍率能力等)。
在所示的实施例中，每个电化学电池26包括至少一个负电极和至少一个正电极(均未示出，因为它们容纳在电池的内部)。然而，根据其它实施例，每个电化学电池26可包括多个负电极和正电极，它们可以交替的方式叠置，之间设置隔板以提供相邻正电极与负电极之间的隔离，或者以任意其它合适的方式构造。可以将负电极和正电极叠置、卷绕或构造成具有任意合适的形状。
在所示的实施例中，每个电化学电池26包括电连接到至少一个负电极的至少一个负极端子38和电连接到至少一个正电极的至少一个正极端子40，并且端子38和40被布置在匣(或盒)42的盲侧41。然而，在其它实施例中，每个电化学电池26可包括多个负极端子和正极端子，它们可以任意合适的方式构造。负极端子38和正极端子40可以是圆柱形状的，如图4和6中所示，或者可具有任意其它合适的形状，这取决于针对实施方式的考虑。可类似于正极端子40那样构造负极端子38，或者可相对于正极端子40而独特地进行构造以确保正确的连接(即，防止正电极的连接线被连接到负电极，反之亦然)。可以通过在负极端子38与匣之间设置绝缘体而将负极端子38与电池的匣绝缘。
根据一实施例，电化学电池30包括匣(或盒)42和设置在匣42下面的基座44，它们一起包围住电池26内部所包含的物质(例如，电极、隔板等)。匣42可沿接缝46连接于基座44，接缝46可被构造成密闭性地密封电池26，从而防止流出物(例如，气体和/或液体)无意中逸出电池26，以及防止水、空气或任何其它流体进入电池。根据一个实施例，匣42可由铝、钢或其它合适的导电材料制成，并且可以被拉制以形成棱柱形状，所述棱柱形状具有在底部形成开口的多个壁48，所述底部具有边缘50，边缘50被构造成抵靠基座44并形成接缝46。也可以通过任何其它合适的加工方法(例如，机器加工、冲压、冲切、精密冲切等)形成导电匣42。根据另一实施例，匣42由导热的电绝缘材料(例如，聚合物材料)制成，并且是通过合适的加工方法(例如，注射成型)形成的。此外，可通过任意合适的加工方法形成基座44。例如，在一个实施例中，可经由精密冲切加工形成基座44。
匣42底部中的开口可以被构造成接收基座44的一部分。沿匣42底部形成的边缘50可以被修整成具有基本上平坦的外形以改善与基座44的接触，这可改善沿接缝46的密封，以及改善匣42与基座44之间的热传递(例如，通过传导)。匣42还可以在一个或一个以上的壁中包括开口以允许端子穿过。根据一实施例，匣42在对应于电池26顶表面的壁48中包括两个开口，由此负极端子38的至少一部分穿过第一开口，且正极端子40的至少一部分穿过第二开口。
在一个实施例中，基座44可由钢、铝、铝合金或任何其它合适的导电材料制成，并且可通过能控制基座44平坦度的任意合适的加工方法(例如，机器加工、冲压、冲切、精密冲切等)形成。基座44可具有高的硬度(例如，相对刚性的)以使基座44能保持其相对平坦性(例如，当被夹紧时)，以便(除其它外)改善电池26的密封能力以及热传递(例如，通过传导)能力。根据另一实施例，基座44由电绝缘材料(例如，聚合物材料)制成，并且是通过合适的加工方法(例如，注射成型、机器加工)形成的。
如图6的分解视图所示，基座44包括第一部分52和设置在第一部分52上方的第二部分54。第一部分52可以被构造为基本上矩形的板，其具有基本上平坦的接触面56，接触面56被构造成接触匣42的边缘50以形成接缝46。根据一实施例，基座44的宽度基本上等于匣42的宽度，且长度比匣42的长度要长。然而根据其它实施例，基座相对于匣的尺寸以及基座的形状可有所不同。第二部分54可自第一部分52的接触面58延伸，从而形成台阶，所述台阶被构造成通过具有基本上类似于匣42底部开口形状的形状而接合形成在匣42底部的开口。
根据一实施例，基座44的接触面58的外形被构造成基本上是平坦的，如通过机器加工进行构造。平坦的接触面58通过在匣与基座之间具有较大的接触表面积而改善在匣42的边缘50与基座44之间沿接缝46形成的接合。与传统的设计相比，改善的接合使匣42能以更有效的方式连结至基座44。
如图7中示出的部分所示，匣42沿基本上与接缝46平行且偏离一定距离的焊缝60连结至基座44，由此焊缝60(例如，如图7中所示)为将包括匣42的壁48的顶层连接至包括基座44的第二部分54的底层的搭接焊缝。焊缝60偏离接缝46的距离被构造成小于第二部分54从基座44的第一部分52向上延伸的高度，以确保基座44与匣42之间的搭接焊缝60的接合处中母体材料的正确连结。
根据另一实施例，可沿接缝46设置焊缝60，使得焊缝60为匣42与基座44之间的对接焊缝。焊缝60可以被构造为沿匣42(和/或基座44)外形的连续焊缝，可以被构造为不连续的线型焊缝，可以被构造为多个单独的圆形(或半圆形)焊缝，每一焊缝偏离相邻的焊缝，或者可以采用任意其它合适的焊缝外形进行构造。在一些实施例中，可以通过激光焊接形成焊缝。然而，在其它实施例中可以采用任何类型的焊接，如气体-金属电弧焊接(例如，MIG)。
本文中将基座44连结至匣42的方法减少了基座44因此而遭受的焊接变形的相对量，从而有助于保持基座44的平坦性，即使在连结至匣42之后。如下文更详细讨论的那样，基座44在加工期间遭受的焊接变形越少，基座44通过传导进行热传递的效率就越高。
通过提高基座44的平坦度并保持该提高的平坦度，从电池26的内部通过传导穿过基座44的热传递得以改善。通过具有并保持第一部分52较平坦的底表面62，基座44在其与配合部件(例如，电池模块的壳体或另一车辆部件)之间具有较大的接触表面积。从而改善穿过基座44并进入配合车辆部件的热传导。通过具有并保持第二部分54较平坦的接触面56和顶表面，基座44分别具有与电池26的匣42和内部部件之间较大的接触表面积，从而改善穿过电池26并进入基座44和从匣42进入基座44的热传导。可通过用来产生基座44的制造方法(如机器加工)来严格地控制基座44的平坦度，并且通过限制变形(如在焊接期间)、通过采用改进的方法，可在整个组装期间保持基座的平坦度。也可以通过增加硬度或刚度来严格地控制基座44的平坦度。
如图7所示，基座44的第一部分52可以被构造成在长度方向上延伸超过壳体的侧壁48，从而形成突出部分64。突出部分64可用于将电化学电池26固定至电池模块或***或者固定至任何车辆部件。例如，可以将基座44的突出部分64夹紧到另一车辆部件(例如，底板盘)以将电池26固定至其它的部件。作为另一例子，突出部分64可包括被构造成接收紧固件以将电池26连结至另一车辆部件(例如，底板盘)的开口。
如图8和9所示，电化学电池68的基座66还可包括锁定构件70以便于将基座66(且此后，电池68)连结至电池模块或连结至另一车辆部件(例如，底板盘)。在一个实施例中，锁定构件70可以被构造为具有从基座66的第一部分72的顶表面延伸的基本上矩形截面的突出部分。锁定构件70提供接近夹紧点(或区)的接触点(或区)，以使由将电池(如锁定构件或基座)夹紧到电池模块所引起的偏转最小化。借助于使夹紧时的基座偏转最小化，通过具有较大的接触表面积(如在匣与基座和/或壳体与基座之间)以传递热量，增加的电池热传递得到保持。
换言之，在将电池连接(例如，夹紧)到电池模块的配合部件或车辆之后，由基座与匣和基座与壳体之间的大接触表面积形成的散热器得到保持。在一个实施例中，电池可以被构造成在基座的两端包括锁定构件，由此电池模块的一部分保持住每个锁定构件。然而，在另一实施例中，电池可以在基座的由电池模块保持的一端包括锁定构件，并且可以在基座的接纳紧固件的另一端具有开口。锁定构件可充当相对于电池模块的另一部分的楔形物，以将电池的楔形端固定至电池模块而不需要紧固件或其它的连结构件，从而有可能降低成本。
通过使用突出部分64和/或锁定构件70能够将电池26,68固定或连结至电池模块或其它车辆部件，电池得以保持不透性密封，即使在突出部分64中设置开口以接收用于连结电池的紧固件。突出部分64和/或锁定构件70还允许采用相对较大的夹紧力(clampload)，以将基座44并因此将电池保持到电池模块或保持到车辆部件上。
应该指出的是，电化学电池还可以包括导热体(或箔构件)以改善电池的热传递。可以将导热体设置在电池的内部，以将热量以传导的方式传递离开电池的电极到达电池的匣或基座。导热体可以为被构造成连结至设置在匣内的电池电极的平板，以便将由电池的电极产生的热量通过导热体传递至匣(例如，壁)。导热体可以是由传导性(例如，导电性、导热性)材料制成的箔，如铜、铝等或它们的合金。可以采用任意合适的方法将导热体连结至电池的电极，如焊接(例如，激光、MIG、TIG、超声)或钎焊。
图10和11示出包括电极组76的电化学电池74的一个实施例，电极组76被构造成储存提供在匣(或盒)78内的电荷。电极组76可包括具有正极活性材料的正电极、具有负极活性材料的负电极和由电绝缘材料制成的隔板(例如，由Celgard制造的2325隔板)，其中将隔板设置在正电极与负电极之间。例如，电极组76的一个层可以包括正电极层、第一层隔板、负电极层和第二层隔板。电极组76可以是卷绕的或堆叠的，其中电极组76的多个层与其它层相邻定位，以形成用在电化学电池74中的电极组76。
电化学电池74还可以包括用于将负电极电连接至负极端子82的负极集流体80和用于将正电极电连接至正极端子88的正极集流体84，正极端子88可设置在电池的与具有负极端子82的一端相对的那端上。可以任意合适的形状提供负极集流体与正极集流体80和84，并且它们可由传导性(例如，导电性、导热性)材料制成，如铝、铜或它们的合金。例如，在一个实施例中，正极集流体84由铝制成并且被构造成形成C形，其中C的腿部围绕电极组76向下延伸，并且与电极组的正电极相接触，从而将电流穿过其中传导。作为进一步的例子，在一个实施例中，负极集流体80由铜制成，并且被构造成形成C形，其中C的腿部围绕电极组76向下延伸，并且与电极组的负电极相接触，从而将电流穿过其中传导。
根据一个实施例，电化学电池74包括第一(或正极)导热体或集热体90和第二(或负极)导热体或集热体92。正极导热体90(或集热体)可以被构造成如通过传导将热量从正电极和正极集流体传递至匣78，如传递至一个或多个壁94。正极导热体90可由导热材料制成，并且可设置在卷绕电极与匣之间，如与匣的前壁相邻。
根据图12中所示的实施例，正极导热体90(或集热体)由约0.5mm厚的铝箔制成，并且具有J形截面，其中J形的长腿部96抵靠匣78的壁94的内表面，并且J形的短腿部98抵靠正极集流体84。正极导热体90的基座100(J形的)可抵靠匣78的壁94，或者可与匣78的壁94相邻且其间留有间隙。因此，由电极(例如，正电极)产生的热量通过正极集流体84和正极导热体90传递至匣78。
正极导热体90可以被构造成纵向延伸前壁的整个宽度，且在正极导热体90与负极集流体80之间设置有电绝缘材料层或绝缘体(如绝缘体102)。或者，正极导热体90可纵向延伸小于前壁的整个宽度且达不到(即，接触不到)负极集流体80的长度，其中在正极导热体90与负极集流体80之间不需要电绝缘材料层(或绝缘体)。这种接触可能是不可取的，因为其在某些情况下可能会引起电短路。
第二(或负极)导热体92可以被构造成如通过传导将热量从负电极和负极集流体80传递至匣78，如传递至一个或多个壁94。负极导热体可由导热材料制成，并且可以设置在卷绕电极与匣之间。根据图13中所示的实施例，负极导热体92由约0.5mm厚的铜箔制成，并且具有J形截面，其中J形的短腿部104抵靠负极集流体80，并且J形的长腿部106与匣78的壁94相邻。
与前面一样，电池74可包括设置在匣78与负极集热体92之间的电绝缘材料层或绝缘体102，其中绝缘体102防止导电而允许导热。换言之，绝缘层或绝缘体可以是导热且电绝缘的，以传递热量但不传递电流。优选绝缘体102具有相对高的导热率，同时防止导电。负极导热体92的J形的基座108可与匣78的壁94相邻且之间留有间隙，以防止可能会引起电短路的接触。
如图12所示，负极导热体92可以被构造成延伸一定的长度，所述长度将负极导热体92的一部分定位成与正极集流体84相邻。因此，可以在负极导热体92与正极集流体84之间设置第二电绝缘材料层或第二绝缘体110以防止其间的电短路。或者，负极导热体92可延伸一定的长度，其中负极导热体92的端部达不到正极集流体84(即，其中负极导热体92没有与正极集流体84相邻的部分)。因此，在负极导热体92与正极集流体84之间不需要电绝缘材料层或绝缘体，因为负极导热体92与正极集流体84之间不可能接触。
应该指出的是，导热体或集热体可由具有相对高的导热率的任意合适的材料制成，并且也可以具有针对任意合适实施方式的厚度、形状或构造。事实上，本申请中所示和描述的导热体或集热体的实施例并不具有限制意义。
图12-14示出电化学电池的各种构造的截面，所述电化学电池具有导热体或集热体，用于将热量从电池的正电极和负电极传递至电池的匣。图12示出具有带电的匣78的电化学电池74的一端，正极集热体90在内侧抵靠正极集流体84并且在外侧抵靠匣78。负极集热体92通过绝缘体102与匣78电绝缘，并且通过绝缘体110与正极集流体84电绝缘，以防止电短路。
如上面更详细讨论的那样，图13示出电化学电池74的端部部分，在该部分处负极导热体92与负极集流体80相接触，以便负极导热体92充当散热器以集热并将热量散发离开电池74的电极76。此外，图14示出图12所示的带电的盒的替代实施例，其中电池74的匣78是中性的(或不带电的)。电池74可包括设置在匣78与正极导热体90之间的电绝缘材料层或绝缘体112，其中绝缘体112防止导电但允许导热。
图15和16示出包括电极组122的电化学电池120的另一实施例，电极组122被构造成储存设置在匣(为清楚起见，已略去)内的电荷。电极组122可包括具有正极活性材料的正电极、具有负极活性材料的负电极和由电绝缘材料制成的隔板，其中将隔板设置在正电极与负电极之间，并且可以将所得到的电极卷绕或堆叠。可以将电极组122通过负极集流体126电连结至负极端子124，并通过正极集流体130电连结至正极端子128。
电化学电池120还包括电绝缘材料层或绝缘体132、正极导热体或集热体134(或第一导热体)和负极导热体或集热体136(或第二导热体)。导热体将电池的电极内产生的热传递至匣以更有效地调节(例如，冷却)电池120的内部温度。绝缘体132可覆盖电极组122的前表面和后表面的外侧，以将电极组122的那些表面电绝缘。
在一个实施例中，可将正极导热体134的第一部分设置在绝缘体132(覆盖电极组122的后表面)的后表面与电池120的匣之间，并且正极导热体134可抵靠匣的壁(例如，后壁)的内表面，由此产生带电的匣。正极导热体134的第二部分可接触电极组122的正电极的一部分，如沿电池120的具有正极端子128的那侧接触。可类似地构造负极导热体136，但可以将其设置成与绝缘体132的前表面相邻，并且可以接触电极组122的负电极的一部分，如沿电池120的具有负极端子124的那侧接触。
在一个实施例中，电池120还可以包括第二电绝缘材料层或第二绝缘体138，其中可将第二绝缘体138设置在电池120的匣与负极导热体136之间，从而将匣与负极导热体136电绝缘(即，防止电传导至匣)，以避免电短路，但允许热量从负极导热体136通过第二绝缘体138传递(例如，导热性)至匣。第二绝缘体138可沿电池120的具有负极端子124的那侧延伸，并且可沿匣的前表面的内侧延伸。
图17-19示出具有匣(或盒)147和壁149的电化学电池140的另一实施例。电化学电池140包括被构造成存储电荷的电极组142、正极导热体或集热体144(或第一导热体)、负极导热体或集热体146(或第二导热体)和用以包围电池140的至少一部分的匣(为清楚起见，略去)。电极组142可包括具有正极活性材料的正电极、具有负极活性材料的负电极和由电绝缘材料制成的隔板。将隔板设置在正电极与负电极之间，并且可以将所得到的电极卷绕或堆叠。可以将电极组142如通过负极集流体150电连结至负极端子148，并且如通过正极集流体154电连结至正极端子152。
电化学电池140还可以包括第一电绝缘材料层或第一绝缘体156和第二电绝缘材料层或第二绝缘体158。可将第一绝缘体156设置在电极组142与导热体(例如，正极导热体144、负极导热体146)之间，如在电极组142的前表面和后表面与导热体之间，以将电极组142电绝缘以防止电短路。可将第二绝缘体158设置在导热体(例如，正极导热体144、负极导热体146)与电池140的匣147之间，以将匣电绝缘并防止电短路。如此，电池140的匣147可以是中性的或被构造成不带电荷。
可将正极导热体144设置在第一绝缘体156与第二绝缘体158之间，如与匣的后表面相邻，并且正极导热体144可直接地接触正电极(或者作为另外的选择，可接触正极集流体154，正极集流体154接触正电极)以将热量从电极传递(或传导)至电池140的匣。可将负极导热体146设置在第一绝缘体156与第二绝缘体158之间，如与匣的前表面相邻，并且可以直接地接触负电极(或者作为另外的选择，可接触负极集流体150，负极集流体150接触负电极)以将热量从电极传递(或传导)至电池140的匣。因为绝缘体(例如，第一绝缘体156、第二绝缘体158)是导热的，所以电极组142中所产生的热量可以通过集流体传递至导热体，然后通过第二绝缘体158从导热体传递至电池140的匣。或者，电极组142中所产生的热量可以被直接地传递至导热体，然后通过第二绝缘体158传递至电池140的匣147。
包括正极和/或负极导热体(或集热体)的电化学电池通过能够更有效地将电池内产生的热量传递(例如，传导)至电池电极外部而具有提高的热效率。所述电池能够将由电极组产生的热量通过正极导热体从正电极直接地传递至匣，和通过负极导热体从负电极直接地传递至匣，在匣与集热体之间设置有电绝缘(非绝热)材料层。
例如，由正电极所产生的热量可通过正电极的相对高热效率的正极活性材料，如通过正极集流体，沿电极的长度纵向传递至正极导热体。正极导热体的作用可如同散热器，用以然后将热量直接传递至匣，或者通过电绝缘材料层传递至匣，具体取决于构造情况。与匣具有大接触表面积的正极导热体将热量有效地散布至匣，这然后可以被传递至电池外部，如通过使用强制空气或液体的对流。
作为进一步的例子，由负电极所产生的热量可通过负电极的相对高热效率的负极活性材料，如通过负极集流体，沿电极的长度纵向传递至负极导热体。负极导热体的作用可如同散热器，用以然后将热量直接传递至匣，或者通过电绝缘材料层传递至匣，具体取决于构造情况。与匣具有大接触表面积的负极导热体将热量有效地散布至匣，这然后可以被传递至电池外部，如通过使用强制空气或液体的对流。
将由卷绕电极组所产生的热量通过电极横向传递的电化学电池(即，通过多个相邻的电极卷绕层将热量从电极组的内部传递至电极组的外部的电池)比起本文所述的纵向传递热量的电化学电池来说效率可能要低。通过电极组横向传递热量的电池必须通过卷绕(或堆叠)电极的每个相邻的层传递热量，其中每个层一般包括两个隔板材料层，所述隔板材料通常具有相对低的导热率。由于卷绕电极包括介于三十与四十个之间的电极材料层的情况并不少见，那么对于从三十层电极卷绕在一起的电池的最内层传递热量来说，仅是为了使热量达到电极组的外部，除了三十层电极材料之外，热量还必须要通过六十层隔板。因此，通过电极组横向传递由电极组所产生的热量可能是低效率的。
本文所示和描述的用在电池模块中通过电极组纵向传递热量的电化学电池(即，通过每个单独的层沿该层的长度将热量从电极组的内部传递至电极组的外部到集流体或直接到导热体而不是通过所有相邻的层传递热量的电池)是更有效的，因为例如热量不必通过电极组中的每层隔板。另外，本文所示和描述的通过电极组纵向传递热量的电池不必为了使热量到达匣而使热量通过设置在匣与产生热量的各层之间的每个正电极层和每个负电极层。而是，热量能有效地在电池的电极组内纵向地(而不是横向地)移动至导热体，并然后从导热体移动至匣。
另外，如图11所示，电化学电池74的匣78形状可为棱柱形，具有被构造成与底部部分160处于横向的四个壁94和设置在底部部分160与壁94之间的边缘或过渡部分162。匣78可由铝制成并拉制成形，或者可以由可以是导电或绝缘的任意合适的材料制成，通过任意合适的方法形成，具体取决于针对实施方式的考虑情况。根据一个实施例，底部部分160形状可以是凸的，使得弯曲部远离电池。匣78的凸底部部分160可通过在匣78与抵靠构件(例如，基座)之间提供额外的接触表面积而提高电池74的热效率。
匣78由优选为薄规格(例如，约0.8mm或更薄)的有弹性的材料(如铝)制成，其允许凸底部部分在与另一构件(如电池的基座)发生接触时弹性变形，以在接触和变形后形成相对平的表面。当由凸构造变形至平构造时，底部部分的作用如同具有因弹性变形而储存能量的弹簧，并且储存的能量施加力的作用以帮助保持电池的底部部分160与抵靠构件之间的接触。匣78的底部部分160中的这种弹簧力导致底部部分160与抵靠构件之间的接触表面更大，以提高接触表面之间热传递(如通过传导)的效率。
形成有平底部的电池当与另一构件发生接触时可能有向内变形(即，形成凹底部部分)的倾向，因为边缘比中心部分更强。因此，底部部分如果在连结至另一构件之前被形成为平的话，则其作用如同简支梁，并且可变形以远离构件的抵靠部分而弯曲，从而损失接触表面积，这导致从电池匣的底部到抵靠构件的热传递效率较低。
图20和21示出可接触电池的电极组以将由电极所产生的热量传导(或传递)离开电极的导热体或集热体的实施例。导热体136,170可包括两层材料，并且沿可能接触电极(或可以间隙与电极隔开)的长端，该两个层可相邻或彼此抵靠，并且沿端部，该两个层可以被构造成矩形形状以安装在电极组的腔内，如图19所示。导热体136可具有相对尖的角以增加与电极的接触表面，或者导热体170可具有波状外形角(例如，倒角、倒圆角)以改进导热体的制造。导热体的尺寸(例如，长度、宽度、深度)和形状(例如，方形、矩形、圆柱形等)可有所不同，并且可定制以形成基本上与电极组或其至少一部分类似的形状。
本文公开的电池模块包括电化学电池，所述电化学电池被构造成有效地传递热量，同时保持电池密闭性密封以避免从电池中不慎地逸出流出物。电池可以被构造成包括具有受控的平坦度的基座以改进与电池的匣的连接接缝，以及增加与电池模块(或车辆)的另一部件的接触表面积以增加从电池传导至其它部件的热量。可以通过制造方法(如基座的机器加工)以及通过改进电池的装配过程(如减少或消除当将基座连结至匣时在基座上产生的焊接变形)来控制基座的平坦度。
如本文中所用，术语“大约”、“约”、“基本上”及类似的术语旨在具有与本发明主题所属的领域的普通技术人员所公认的用法一致的含义。阅读本发明的技术人员应当理解的是，这些术语的目的是允许对所描述和请求保护的某些特征进行说明，并不是将这些特征的范围限制于所提供的精确数值范围。因此，这些术语应该被解释为将对所描述和请求保护的主题所做的非实质性或无关紧要的修改或变更也视为在所附权利要求书中所叙述的本发明的范围内。
如本文中所用，术语“连结”、“连接”等表示两个构件彼此直接或间接地结合。这种结合可以是固定的(例如，永久性的)或可移动的(例如，可移除或可拆除的)。可以实现这种结合，其中将两个构件或两个构件及任何另外的中间构件彼此整体地形成为单个的一体，或者其中使两个构件或两个构件及任何另外的中间构件彼此附着。
本文中提及元件的位置(例如，“顶部”、“底部”、“上方”、“下方”等)仅用于描述各元件在所提供的图中的方向。应该指出的是，根据其它的实施例，各元件的方向可以是不同的，并且本发明旨在涵盖这种变化。
重要的是要指出，如各种示例性实施例中所示的电化学电池的结构和布置仅是说明性的。虽然本发明仅详细描述了少数几种实施例，但阅读了本发明的技术人员很容易理解，在不实质上偏离本文描述的新颖教导和主题物质的优点的情况下，许多改动也是可能的(例如，各元件的大小、尺寸、结构、形状和比例、参数值、安装布置、材料的使用、颜色、方向等的变化)。例如，所示为整体形成的元件可由多个部件或元件构造而成，可以颠倒或以其它方式改变元件的位置，并且可以变更或改变分立元件或位置的性质或数目。根据替代性实施例，可以改变任何过程或方法步骤的顺序或次序或进行重新排序。在不偏离本发明范围的情况下，在各示例性实施例的设计、操作条件和布置中也可以做出其它的替换、修改、变化和省略。

Claims (18)

1.一种电池***，包括：
电化学电池，包括：
包括盲侧和与所述盲侧相对的第二侧的拉制盒；
正极端子，其设置在所述盒的所述盲侧，并且电连结至设置在所述盒内的至少一个正电极；
负极端子，其设置在所述盒的所述盲侧，并且电连结至设置在所述盒内的至少一个负电极；和
连结至设置在所述盒的所述第二侧上的基本上平坦的边缘的基座，其中所述基座的底表面被构造成在连结至散热器时保持基本上平坦的构造；
其中所述基座包括长度比所述盒的长度更长的第一部分和在所述第一部分上方的第二部分，并且其中所述第一部分的基本上平坦的接触面被构造成接触所述盒的所述基本上平坦的边缘，以在所述基座与所述盒之间形成接缝；以及
其中所述基座经由基本上与所述接缝平行且偏离一定距离的焊缝连结至所述盒。
2.根据权利要求1所述的***，其中沿所述接缝将所述基座激光焊接至所述盒。
3.根据权利要求1所述的***，其中所述基座由钢、铝、铝合金或它们的组合形成。
4.根据权利要求1所述的***，其中所述基座由被构造成将热量从所述电化学电池和所述盒传递进入所述基座的导热材料形成。
5.根据权利要求1所述的***，其中所述基座包括在纵长方向上延伸超出所述盒的侧壁的突出部分，其中所述突出部分被构造成连结至车辆部件以相对于所述车辆部件固定所述电化学电池。
6.根据权利要求1所述的***，其中所述基座包括长度比所述盒的长度长的第一部分和从所述第一部分的顶表面突出的锁定构件，其中所述锁定构件被构造成连结至车辆部件以相对于所述车辆部件固定所述电化学电池。
7.一种电池单元，包括：
拉制盒，其包括闭合的盲侧和与所述盲侧相对的开放的第二侧；
正极端子，其设置在所述盒的所述盲侧，并且电连结至设置在所述盒内的至少一个正电极；
负极端子，其设置在所述盒的所述盲侧，并且电连结至设置在所述盒内的至少一个负电极；和
基座，其连结至所述盒的所述第二侧以闭合所述第二侧，其中所述基座的底表面被构造成在连结至散热器时保持基本上平坦的构造；
其中所述基座包括长度比所述盒的长度更长的第一部分和在所述第一部分上方的第二部分，并且其中所述第一部分的基本上平坦的接触面被构造成接触设置在所述盒的所述第二侧上的基本上平坦的边缘，以在所述基座与所述盒之间形成接缝；以及
其中所述基座经由基本上与所述接缝平行且偏离一定距离的焊缝连结至所述盒。
8.根据权利要求7所述的电池单元，其中沿所述接缝将所述基座激光焊接至所述盒。
9.根据权利要求7所述的电池单元，其中所述基座由钢、铝、铝合金或它们的组合形成。
10.根据权利要求7所述的电池单元，其中所述基座由被构造成将热量从所述电池单元和所述盒传递进入所述基座的导热材料形成。
11.根据权利要求7所述的电池单元，其中所述基座包括在纵长方向上延伸超出所述盒的侧壁的突出部分，其中所述突出部分被构造成连结至车辆部件以相对于所述车辆部件固定所述电池单元。
12.根据权利要求7所述的单元，其中所述基座包括长度比所述盒的长度长的第一部分和从所述第一部分的顶表面突出的锁定构件，其中所述锁定构件被构造成连结至车辆部件以相对于所述车辆部件固定所述电池单元。
13.一种电池单元，包括：
壳体，其包括匣和基座，所述匣在与所述匣的闭合的盲侧相对的所述匣的底部部分中设置有开口，所述基座密封在所述匣的所述开口中，其中所述基座的底表面是基本上平坦的，其中所述基座包括基本上平坦的接触面，所述基本上平坦的接触面被配置成与设置在所述闸的底部上的基本上平坦的边缘接触以在所述基座与所述闸之间形成接缝，并且所述基座经由基本上平行于所述接缝并与之偏离一定距离的焊缝连结至所述闸；以及
多个端子，其设置在所述匣的所述盲侧并电连结至设置在所述匣内的至少一个电极。
14.根据权利要求13所述的电池单元，其中所述基座的一部分被构造成在纵长方向上延伸超出所述匣的侧壁以形成突出部分。
15.根据权利要求14所述的电池单元，其中所述突出部分被构造成连结至次要部件以相对于所述次要部件固定所述电池单元。
16.根据权利要求14所述的电池单元，其中所述突出部分包括被构造成接收紧固件以将所述电池单元连结至次要部件的孔。
17.根据权利要求13所述的电池单元，包括连结至第一电极并连结至所述多个端子中的第一端子以将所述第一电极电连接至所述第一端子的集流体、热连结至所述集流体并且被构造成从所述第一电极和所述集流体散走热量的导热体以及设置在所述集流体与所述匣之间以电分隔但热连结所述集流体和所述匣的隔离构件。
18.根据权利要求17所述的电池单元，其中所述第一电极包括阳极，并且第二端子设置在所述匣的所述盲侧并电连结至第二电极，并且还包括连结至所述第二电极并连结至所述第二端子的第二集流体、热连结至所述第二集流体的第二导热体和设置在所述第二集流体与所述匣之间以电分隔但热连结所述第二集流体和所述匣的第二隔离构件，其中所述第二电极包括阴极。
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