CN113892210A - 具有被动散热器的电池*** - Google Patents

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凯姆·M·奥巴西
理査德·M·德克斯特
丹尼尔·B·勒
张旭刚
克里斯汀·库珀
尼古拉斯·E·埃里森
杰森·D·福尔
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Abstract

提供了一种电池***，该电池***具有壳体，该壳体被配置成接纳被配置成生成热能的电池单元。壳体包括第一壁和第二壁，该第一壁与该第二壁两者靠近电池单元定位。第一壁和第二壁部分地形成电池单元隔室。电池***进一步包括整体式散热器，该整体式散热器具有嵌入到第一壁中的第一部分和嵌入到第二壁中的第二部分。

Description

具有被动散热器的电池***
相关申请的交叉引用
本申请要求于2019年2月8日提交的、名称为“Enhanced Passive ManagementSystem for Li-Ion Battery[Li离子电池的增强型被动管理***]”的美国临时专利申请号62/803,026的权益，该美国临时专利申请的内容通过援引并入本文。
技术领域
本公开内容总体上涉及电池和电池模块的领域及其用途。更具体地，本公开内容涉及一种具有带有散热器的热管理***的电池模块。
背景技术
本章节旨在向读者介绍可能与下文所描述和/或要求保护的本公开内容的各个方面有关的本领域的各个方面。这种讨论被认为有助于向读者提供背景信息以便于更好地理解本公开内容的各个方面。因此，应当理解，这些陈述应以此角度进行解读而非解读为对现有技术的承认。
使用一个或多个电池***来为车辆提供全部或一部分动力的车辆可以被称为xEV，其中，术语“xEV”在本文中被定义为包括将电功率用于车辆动力的全部或一部分的所有车辆或其任何变型或组合。例如，xEV包括将电功率用于全部动力的电动车辆(EV)。如本领域技术人员将理解的，混合动力电动车辆(HEV)(也被认为是xEV)将内燃发动机推进***和电池供电的电动推进***(比如48伏(V)或130V***)组合在一起。
术语HEV可以包括混合动力电动车辆的任何变型。例如，全混合动力***(FHEV)可以使用一个或多个电动机、仅使用内燃发动机或使用这两者来向车辆提供动力和其他电力。相比而言，轻度混合动力***(MHEV)会在车辆怠速运转时禁用内燃发动机，并且利用电池***继续为空调单元、收音机或其他电子装置供电，并在需要推进时重新启动发动机。轻度混合动力***还可以例如在加速期间施加一定程度的动力辅助，例如以对内燃发动机进行补充。轻度混合动力典型地为96V至130V，并且通过皮带或曲轴集成式启动发电机来回收制动能量。进一步，微混合动力电动车辆(mHEV)也使用类似于轻度混合动力的“停止-启动”***，但是mHEV的微混合动力***可以向内燃发动机提供动力辅助也可以不那样，并会在低于60V的电压下运行。出于当前讨论的目的，应当注意，mHEV典型地在技术上不将直接提供给曲轴或变速器的电功率用于车辆的动力的任何部分，但是mHEV仍然可以被认为是xEV，因为mHEV在车辆正在怠速运转时在内燃发动机被禁用的情况下确实使用电功率来补充车辆的动力需求，并且会通过集成式启动发电机来回收制动能量。另外，插电式电动车辆(PEV)是能够从外部电源(比如壁式插座)进行充电的任何车辆，并且可再充电电池组中储存的能量驱动或有助于驱动车轮。PEV是EV的子类别，其包括全电动或电池电动车辆(BEV)、插电式混合动力电动车辆(PHEV)、以及混合动力电动车辆与常规内燃发动机车辆的电动车辆改装形式。
与仅使用内燃发动机和传统电气***(其典型地是由铅酸电池供电的12V***)的较传统的燃油动力车辆相比，上述xEV可以提供许多优点。例如，与传统内燃机车辆相比，xEV可以产生更少的不期望的排放物，并且可以表现出更大的燃料效率，而且在一些情况下，此类xEV可以完全不使用汽油(如某些类型的EV或PEV的情况)。
随着技术继续发展，需要提供用于xEV中的改进的电池模块部件。例如，电池模块包括生成热能(例如，热量)的一个或多个电池单元，这可能升高电池模块的壳体内的温度。现有电池模块可以包括将热能传递到冷却液或电池模块的周围环境的各种特征。不幸的是，现有特征在从电池模块移除热能方面可能是低效的和/或纳入到电池模块中可能是昂贵且复杂的。
发明内容
本发明的一些实施例总体上涉及改进从电池模块壳体内的散热的特征。
根据一个方面，公开了一种电池***。电池***包括壳体，该壳体被配置成接纳被配置成生成热能的电池单元。壳体包括第一壁和第二壁，该第一壁与该第二壁两者靠近电池单元定位。第一壁和第二壁形成电池单元隔室的一部分。电池***进一步包括整体式散热器，该整体式散热器具有嵌入到第一壁中的第一部分和嵌入到第二壁中的第二部分。
根据另一个方面，公开了一种第二电池***。第二电池***包括：多个电池单元，该多个电池单元被配置成生成热能；以及用于多个电池单元的壳体。壳体包括彼此正交定位的第一壁和第二壁。第一壁和第二壁靠近多个电池单元。第一壁和第二壁形成电池单元隔室的一部分。第二电池***进一步包括整体式散热器，该整体式散热器具有第一部分和第二部分。第一部分完全嵌入到第一壁中，并且第二部分部分地嵌入到第二壁中。第二部分包括对电池单元隔室部分暴露的表面。第二电池***还包括热环氧树脂，该热环氧树脂将多个电池单元固定地联接到部分暴露的表面。
根据本发明的装置、***和方法的这些和其他特征以及优点记载在以下对实施例的各种示例的详细描述中、或从这些详细描述中清楚得出。
附图说明
参照以下附图，将详细描述根据本发明的***、装置和方法的实施例的各种示例，在附图中：
图1是具有电池***的车辆(例如，xEV)的立体图，该电池***贡献车辆的全部或部分电力；
图2是图1的车辆的剖视示意图；
图3是能够在图1的车辆中使用的锂离子电池模块的立体图；
图4是能够在图3的电池模块中使用的热管理***的立体透视图；
图5是能够在图4的电池模块中使用的散热器的立体图；
图6是图4的热管理***的第二立体透视图；
图7是邻近于一对电池单元堆定位的图5的散热器的部分立体图；
图8是长度比图7的散热器更短的第二散热器的部分立体图；
图9是具有多个指状物的图8的第二散热器的立体透视图；
图10是能够在图3的电池模块中使用的第三散热器的立体图；
图11是能够在图3的电池模块中使用的热管理***的部分剖视图，该热管理***包括图10的散热器；以及
图12是沿着图11中的剖切线12-12'截取的热能管理***的一部分的平面图。
应该理解，附图不一定按比例绘制。在某些情况下，可能已经省略了对于理解本发明不是必需的或致使其他细节难以察觉的细节。为了易于理解和简化，对于不同附图中相同的部分，在多个图中的部分使用相同的附图标记。当然，应当理解本发明未必限于本文展示的实施例。
具体实施方式
下文将描述一个或多个具体实施例。为了提供这些实施例的简要描述，本说明书中未描述实际实现方式的所有特征。应理解的是，在任何此类实际的实现方式的开发过程中，如在工程或设计项目中，必须进行大量的针对实现方式的决择才能实现开发者的指定目标，比如符合与***相关的和与商业相关的约束条件，这些约束条件可能随着实现方式而改变。此外，应理解的是，这样的开发努力可能是复杂且耗时的，但是对于从本公开内容受益的普通技术人员而言仍然将会是常规的设计、生产和制造行为。
本文所描述的电池***可以用于向各种类型的电动车辆(xEV)和其他高电压能量储存/消耗应用(例如，电网电力储存***)提供电力。此类电池***可以包括一个或多个电池模块，每个电池模块具有多个电池单元(例如，锂离子(Li离子)电化学电池单元)，这些电池单元被布置并电气地互连以提供可用于为例如xEV的一个或多个部件供电的特定电压和/或电流。作为另一个示例，根据所描述的构造的电池模块可以与固定电力***(例如，非汽车***)合并在一起或为固定电力***提供电力。
本文所描述的各种电池***公开了一种电池模块壳体，该电池模块壳体被配置成改进由定位在电池模块壳体内的一个或多个电池单元生成的热能(例如，热量)的耗散。一些构造针对可以用于车辆背景(例如，混合动力电动车辆)以及其他能量储存/消耗应用(例如，电网的能量储存)中的锂离子电池模块。
基于相比传统燃油动力车辆的优点，通常生产传统燃油动力车辆的制造商可能希望在其车辆生产线中利用改进的车辆技术(例如，再生制动技术)。通常，这些制造商可能利用他们的传统车辆平台之一作为起点。因此，因为传统燃油动力车辆被设计成利用12V电池***，所以12V锂离子电池可以用于对12V铅酸电池进行补充。更具体地，12V锂离子电池可以用于较有效地捕获例如在再生制动期间生成的电能，并随后供应电能以给车辆的电气***供电。
随着车辆技术的进步，需要高于12V的电压的高电压电气装置也可以包括在车辆的电气***中。例如，锂离子电池可以向轻度混合动力车辆或微混合动力车辆中的电动机供应电能。通常，这些较高电压的电气装置利用大于12V(例如，48V)的电压。因此，在一些实现方式中，12V锂离子电池的输出电压可以使用DC-DC转换器来升压，以向高电压装置供电。附加地或可替代地，48V锂离子电池可以用于对12V铅酸电池进行补充。更具体地，48V锂离子电池可以用于较有效地捕获在再生制动期间生成的电能，并随后供应电能以给高电压装置供电。
因此，例如，关于是利用12V锂离子电池还是48V锂离子电池的设计选择可以直接取决于车辆中所包括的电气装置。然而，虽然电压特性可能不同，但是12V锂离子电池和48V锂离子电池的操作原理大致相似。更具体地，如上所述，两者可以用于在再生制动期间捕获电能，并且随后供应电能以给车辆中的电气装置供电。
因此，为了简化以下讨论，将针对具有12V锂离子电池和12V铅酸电池的电池***来描述本发明。然而，本领域普通技术人员能够使本发明适用于其他电池***，比如，具有48V锂离子电池和12V铅酸电池的电池***。
考虑到前述内容，本文描述了可以增加电池模块壳体内的热能(例如，热量)耗散的电池模块壳体。如上文所陈述，设置在电池模块壳体内的一个或多个电池单元由于最终产生可以被供应给负载(例如，车辆)的电能的化学反应而生成热能。热能升高了电池模块壳体内的温度。在一些情况下，升高的温度可能影响壳体内的各种部件(例如，电池单元和/或电气部件)的操作。本公开内容的一个或多个实施例涉及电池模块壳体的一些特征，这些特征增强电池模块壳体内生成的热能的耗散。更具体地，本公开内容的一个或多个实施例涉及一类布置，其中电池单元附接到嵌入在壳体包内部的散热金属，其使用壳体外表面作为到环境空气的热传递构件。
在至少一种已知配置中，锂离子电池的电池单元被热沉到壳体的底部处的散热器。电池单元中生成的热量被传导通过电池单元盒(或壳体)与散热器之间的热界面材料。热量接着从散热器传导到壳体，以使用壳体外表面将热量排出到环境空气。这种做法可能是低效的，这是因为散热器可能具有相对小的热传递面积，而壳体具有大的热传递面积，但是热导率差。因此，由于壳体中的大热阻，这可能产生较高温度。
可替代地，在以下描述的至少一种构造中，电池壳体的底部处的散热器延伸为L形散热器，该L形散热器以更大的程度嵌入到壳体中。这种配置允许热量进一步传导到电池壳体的大表面积区段中，因而降低电池模块的热阻，这使得散热负载的温度较低。
本公开内容的散热器构造也可以与电池模块壳体的网格排列的翅片结合使用，这通过自然对流(例如，热能的被动传递)而增加了热耗散量。相对于现有设计，电池模块的这种配置可以允许增强散热。在一些构造中，翅片可以包括通道或凹槽，这些通道或凹槽有助于由翅片形成的开口之间和/或翅片与周围环境之间的空气流动。进一步，翅片可以接触散热器(例如，钢板、车辆的底盘)，该散热器从翅片吸收热能并进一步增强热能耗散。
为了帮助说明，图1是车辆10的立体图，该车辆可以利用再生制动***。尽管关于具有再生制动***的车辆展开了以下讨论，但是本文所描述的技术可适应于利用电池来捕获/储存电能的其他车辆(可以包括电动车辆和燃油动力车辆)。进一步，并且如上文已讨论的，本文描述的技术可适应于其他非车辆和/或其他能量储存/消耗应用(例如，电网的能量储存)。
如所讨论的，可以期望电池***12很大程度上与传统车辆设计兼容。因此，可以将电池***12置于车辆10中本来容纳传统电池***的位置。例如，如所描绘的，车辆10可以包括与典型内燃发动机车辆的(例如，在车辆10的发动机盖下方的)铅酸电池处于相似位置的电池***12。此外，如以下将更详细地描述的，电池***12可以被定位成有助于管理电池***12的温度。例如，在一些实现方式中，将电池***12定位在车辆10的发动机盖下方可以使空气导管能够将空气流引导到电池***12上方并使电池***12冷却。
图2中描述了电池***12的更详细视图。如所描绘的，电池***12包括能量储存部件14，该能量储存部件联接至点火***16、交流发电机18、车辆控制台20并且可选地联接至电动机22。通常，能量储存部件14可以捕获/储存车辆10中生成的电能，并且向车辆10中的电力电气装置输出电能。
换言之，电池***12可以向车辆电气***的部件供电，这些部件可以包括散热器冷却风扇、气候控制***、电动转向***、活动悬架***、自动泊车***、电动油泵、电动超级/涡轮增压器、电动水泵、受热式挡风玻璃/除霜器、车窗升降马达、梳妆灯、轮胎压力监测***、天窗马达控制器、电动座椅、警报***、信息娱乐***、导航特征、车道偏离警报***、电动泊车制动器、外部灯或其任何组合。在所描绘的图示中，能量储存部件14向车辆内的车辆控制台20、显示器21、以及点火***16供电，点火***可以用于启动(例如，曲柄启动)内燃发动机24。
附加地，能量储存部件14可以捕获由交流发电机18和/或电动机22生成的电能。在一些构造中，交流发电机18可以在内燃发动机24正在运行时生成电能。更具体地，交流发电机18可以将由内燃发动机24的旋转产生的机械能转换为电能。附加地或可替代地，当车辆10包括电动机22时，电动机22可以通过将由车辆10的运动(例如，车轮的旋转)产生的机械能转换为电能来生成电能。因此，在一些构造中，能量储存部件14可以捕获由交流发电机18和/或由电动机22在再生制动期间生成的电能。因此，交流发电机18和/或电动机22在本文中总体上被称为再生制动***。
为了促进捕获和供应电能，能量储存部件14可以经由总线26电联接至车辆的电气***。例如，总线26可以使得能量储存部件14能够接收由交流发电机18和/或电动机22生成的电能。附加地，总线26可以使得能量储存部件14能够向点火***16和/或车辆控制台20输出电能。因此，当使用12V电池***12时，总线26可以承载典型地在8V至18V之间的电力。
附加地，如所描绘的，能量储存部件14可以包括多个电池模块。例如，能量储存部件14包括铅酸(例如，第一)电池模块28以及锂离子(例如，第二)电池模块30，其中每个电池模块28、30都包括一个或多个电池单元。在其他实现方式中，能量储存部件14可以包括任何数量的电池模块。附加地，虽然第一电池模块28和第二电池模块30被描述为彼此相邻，但是它们可以位于车辆的不同区域中。例如，第二电池模块30可以位于车辆10的内部之中或周围，而第一电池模块28可以位于车辆10的发动机盖下方。
在一些构造中，能量储存部件14可以包括多个电池模块以利用多种不同的电池化学成份。例如，第一电池模块28可以利用铅酸电池化学成份，而第二电池模块30可以利用锂离子电池化学成份。在这样的实现方式中，可以提高电池***12的性能，因为锂离子电池化学成份通常具有比铅酸电池化学成份更高的库仑效率和/或更高的充电接受率(例如，更高的最大充电电流或充电电压)。因此，可以提高电池***12的捕获、储存和/或配电效率。
为了促进控制对电能的捕获和储存，电池***12可以另外包括控制模块32。更具体地，控制模块32可以控制电池***12中的部件(比如，能量储存部件14、交流发电机18和/或电动机22内的继电器(例如，开关))的操作。例如，控制模块32可以调整由每个电池模块28或30捕获/供应的电能的量(例如，降低和重新设定电池***12的额定值)、执行电池模块28与30之间的负载平衡、确定每个电池模块28或30的荷电状态、确定每个电池模块28或30的温度、确定电池模块28和30中任一个的预测温度轨迹、确定电池模块28或30的预测使用寿命、确定电池模块28或30的燃料经济贡献、确定每个电池模块28或30的有效电阻、控制交流发电机18和/或电动机22的电压输出或电流输出的量级等。
因此，控制模块(例如，单元)32可以包括一个或多个处理器34以及一个或多个存储器36。更具体地，一个或多个处理器34可以包括一个或多个专用集成电路(ASIC)、一个或多个现场可编程门阵列(FPGA)、一个或多个通用处理器或其任何组合。通常，处理器34可以执行与本文所描述的过程有关的计算机可读指令。附加地，处理器34可以是定点处理器或浮点处理器。
附加地，一个或多个存储器36可以包括易失性存储器(比如，随机存取存储器(RAM))、和/或非易失性存储器(比如，只读存储器(ROM)、光学驱动器、硬盘驱动器或固态驱动器)。在一些构造中，控制模块32可以包括车辆控制单元(VCU)的一部分和/或单独的电池控制模块。附加地，如所描绘的，可以包括与能量储存部件14分开的控制模块32，比如，作为独立的模块。在其他实施例中，电池管理***(BMS)可以被包括在能量储存部件14内。
在某些实现方式中，控制模块32或处理器34可以从设置在能量储存部件14内和/或周围的各种传感器38接收数据。传感器38可以包括各种传感器以便用于测量关于电池模块28或30的电流、电压、温度等。在从传感器38接收到数据之后，处理器34可以将原始数据转换为对电池模块28和30的参数的估计。因此，处理器34可以将原始数据处理成可以向车辆10的操作员提供与电池***12的操作有关的有价值信息的数据，并且关于电池***12的操作的信息可以被显示在显示器21上。显示器21可以显示由装置10生成的各种图像，比如操作***的GUI或图像数据(包括静止图像和视频数据)。显示器21可以是任何合适类型的显示器，例如，比如液晶显示器(LCD)、等离子体显示器、或有机发光二极管(OLED)显示器。附加地，显示器21可以包括触敏元件，该触敏元件可以提供输入以调节控制模块32的参数或由处理器34处理的数据。
能量储存部件14可以具有与典型铅酸电池相当的尺寸，以限制为了容纳电池***12而对车辆10设计的修改。例如，能量储存部件14可以具有与H6电池相似的尺寸，该尺寸可以是约13.9英寸x6.8英寸x7.5英寸。如所描绘的，能量储存部件14可以包括在单个连续壳体内。在其他构造中，能量储存部件14可以包括联接在一起的多个壳体(例如，包括第一电池28的第一壳体和包括第二电池30的第二壳体)。在其他构造中，如上文所提到的，能量储存部件14可以包括位于车辆10的发动机盖下方的第一电池模块28，并且第二电池模块30可以位于车辆10的内部内。
图3是包括第一电池模块端子50和第二电池模块端子52的电池28的立体图。电池模块端子50、52设置在电池模块壳体54上，并且电联接到设置在壳体54的空腔内的一个或多个电池单元。因而，负载或电力供应器可以联接到电池模块端子50、52，以使得电池28供应和/或接收电力。如图3所示，壳体54的空腔经由盖56而密封。在一些构造中，盖56经由焊接(例如，激光焊接)、紧固件、另一种合适的技术或其组合而固定到壳体54。在任何情况下，壳体的空腔基本上是密封的(例如，气密或水密的)，以阻止壳体54内的气体或流体泄漏到电池28周围的环境58中，和/或阻止水或其他污染物从电池28周围的环境58进入到壳体54中。在一些构造中，电池模块壳体54和/或盖56可以包括聚合材料，比如，聚丙烯。然而，在其他构造中，电池模块壳体54和/或盖56可以包括任何合适的材料。
设置在壳体54的空腔内的一个或多个电池单元生成热能以产生电能，该电能最终经由电池模块端子50、52供应给负载。本文所描述的各种构造针对改进的热能管理***70，该热能管理***增加了电池模块壳体54内的热能耗散量。
例如，图4是电池模块28的立体透视图，并描绘了热能管理***70的元件。如图4所示，热能管理***70包括整合到电池模块28的壳体54中的散热器72。更具体地，在至少一种构造中，散热器72可以作为包覆模制件整合到壳体54中。
散热器72可以由热导率高于形成电池模块壳体54的材料的任何合适材料构造而成。作为非限制性示例，散热器72可以由铝、钢等形成，并且电池模块壳体54可以由聚合物或聚合物复合材料、比如聚烯烃(例如，聚丙烯)或聚烯烃复合材料、或者任何合适的聚合材料(例如，聚合物混合物)形成。
如图所示，散热器72包括第一部分74和第二部分76。散热器72的第一部分74和第二部分76相对于彼此交叉(例如，横交、正交)定向，以允许电池模块壳体54经受来自由电池模块壳体54的内表面限定的电池单元隔室78的至少两个部分的热传递。特别地，电池单元隔室78被配置成容纳电池模块28的电池单元，并且具有如所展示的“L”形的散热器72允许热能较容易地从电池单元传递走。
在图4的图示中，散热器72通过电池模块壳体54完全地被包覆模制。也就是说，散热器72没有任何表面暴露于电池模块28周围的外部环境，并且也没有任何表面暴露于由电池模块28所包围的内部环境。实际上，将散热器72完全嵌入到电池模块壳体54中允许散热器72被整合，而不会形成可能的泄漏路径。在图示中，散热器72的第一部分74完全嵌入在壳体54的第一壁80内，从而例如限定壳体54的一侧(例如，底侧)的全部或一部分。散热器72的第二部分76完全嵌入在壳体54的第二壁82之后，从而例如限定壳体54的另一侧(例如，后侧)的全部或一部分。第一壁80和第二壁82通常可以与限定壳体54的电池单元隔室78的区域相对应。
虽然散热器72被示出为完全嵌入在壳体54内，但是在其他实现方式中，散热器72可以具有暴露于内部环境或外部环境的某些表面。在这种构造中，可以对散热器72执行另外的处理，以在散热器72与壳体54之间提供较强健的物理连接。例如，散热器72可以经历表面粗糙化，以实现与形成壳体54的聚合材料的较强健的连接。作为示例，散热器72可以在电池模块壳体54的内部具有暴露表面，该暴露表面允许热能从电池单元快速传递走。例如，将在图10至图12中更详细地讨论一种替代构造。
可以参照图5进一步理解散热器72的配置，该图是从电池模块28移除的散热器72的立体图。在图示中，散热器72具有图4所示的L形，其中第一部分74和第二部分76相对于彼此交叉定向。第一部分74与第二部分76之间的过渡区域90被展示为弯曲的而不是成角度的表面。过渡区域90的这种配置可能是理想的，因为避免了边缘或脊的出现，这些边缘或脊可能充当可能导致电池模块28的“热点”的热能集中器。然而，在某些构造中，过渡区域90可以简单地是成角度的或倾斜的表面。
同样如图5所展示，第一部分74和第二部分76具有被配置成与模块28内的不同电池单元堆相对应的相邻的区段。特别地，散热器72的第一部分74具有相应的第一电池单元区段92A和相应的第二电池单元区段94A，并且散热器72的第二部分76具有相应的第一电池单元区段92B和相应的第二电池单元区段94B。散热器72的第一部分74的相应的第一电池单元区段92A和第二电池单元区段94A被配置成大致与电池单元的面对齐(例如，处于与电池单元的面平行的平面中)。散热器72的第二部分76的相应的第一电池单元区段92B和第二电池单元区段94B被配置成大致与电池单元的底端对齐(例如，处于与电池单元的底端平行的平面中)。以下参照图7进一步详细地描述这种配置。
在图5所展示的实施例中，散热器72包括第一电池单元区段92和第二电池单元区段94以及在第一电池单元区段92与第二电池单元区段94之间延伸的多个桥96(被展示为第一桥96A、第二桥96B、第三桥96C和第四桥96D)。多个桥96被配置成将第一电池单元区段92和第二电池单元区段94热耦合，但是这些桥是散热器72的不连续区段。这种不连续性可能是期望的，以降低散热器72的材料要求并且有助于将散热器72整合到壳体54中。例如，当壳体54被包覆模制时，散热器材料的较小区段可能较容易整合到壳体54中。实际上，散热器72还可以包括多个孔98，以有助于将散热器72附接到在其中形成壳体54的模具。
如图6的部分透视立体图所示，散热器72可以具有L形，并且可以具有与壳体54的电池单元隔室78相对应的尺寸和几何形状。特别地，在图6的图示中，散热器72的第一部分74可以具有与电池单元隔室的长度LCC基本相同的长度LHS，以及与电池单元隔室的宽度WCC基本相同的宽度WHS。进一步，散热器72的深度DHS可以与电池单元隔室78的深度DCC基本相同。
如图7(该图是散热器72和多个电池单元100的剖视立体图)所示，散热器72的这种尺寸可以确保电池单元100的某些表面被允许容易地将热量传递到散热器72。例如，如图所示，多个电池单元100被布置成一对相邻的电池单元堆102A、102B。散热器72被配置成使得第二部分76基本平行于多个电池单元100中的每个电池单元的底端104定向。第一部分74在底端104处从第二部分76延伸，并且在大致朝向多个电池单元100中的每个电池单元的端子端106的方向上延伸。以这种方式，第一部分74在沿着相邻电池单元堆102的电池单元面108的方向上延伸。目前认识到，在散热器72沿着电池单元100的底端104和面108延伸的构造中，额外的热能可以从电池单元100被吸走。应当注意，在某些实现方式中，散热器72与电池单元100(例如，它们的罩壳/壳体)之间没有直接的热接触，因为壳体54导致在电池单元堆102的面108与第一部分74之间形成间隙110，并且在电池单元堆102的底端104与第二部分76之间形成间隙112。
散热器72可以具有其他配置和尺寸。例如，如图8的立体图所示，散热器72可以不延伸过电池单元隔室78的整个长度LCC。相反，在图8的图示中，散热器72具有仅延伸过电池单元隔室78的长度LCC的一部分(例如，25％)延伸的第一部分74。实际上，第一部分74可以具有许多不同配置。例如，第一部分74可以延伸过电池单元隔室78的长度LCC的10％到100％之间，比如，延伸过电池单元隔室78的长度LCC的约25％、约50％、约75％或约100％。也如图8所示，第一部分72和第二部分76可以不必具有不同电池单元区段92、94，而是可以代替地是连续的(例如，不间断的)结构，出于制造目的，这些结构仅包括微小的不规则结构或微小的特征(例如，孔98)。可能有助于制造的其他微小的不规则结构包括凹口99。
在更进一步的构造中，如图9的立体图所示，散热器72可以具有其他几何特征。在图9的图示中，散热器72的第一部分74包括指状物120，这些指状物可以有助于壳体54与散热器72之间的热传递。进一步，虽然以四分之一长度的配置示出，但是指状物120在其他构造中可以较长，比如当第一部分74延伸过LCC的50％(半长配置)、LCC的75％(四分之三长度配置)或LCC的100％(全长配置)时。
图10至图12中示出了散热器72的另一种构造和热能管理***70的部分。类似于图8所示的构造，图10至图12的散热器72不延伸过电池单元隔室78的整个长度LCC。相反，散热器72具有仅延伸过电池单元隔室78的长度LCC的约15％至35％的第一部分74。散热器72还可以包括多个孔98和凹口99，以有助于在制造期间将散热器72附接到壳体54的材料。
类似于先前讨论的构造，散热器72可以由合适的材料构成，这些材料的热导率高于形成电池模块壳体54的材料的热导率。作为非限制性示例，散热器72可以由铝、钢等形成，并且电池模块壳体54可以由聚合物或聚合物复合材料、比如聚烯烃(例如，聚丙烯)或聚烯烃复合材料、或者任何合适的聚合材料(例如，聚合物混合物)形成。
如图11所示，散热器72基本上被电池模块壳体54包覆模制。也就是说，散热器72没有任何表面暴露于电池模块壳体54周围的外部环境，并且有限的表面暴露于由电池模块壳体54围住的内部环境。实际上，对于图11所示的构造，散热器72的第一部分74完全嵌入在壳体54的第一壁80内。也就是说，第一部分74不透过第一壁80的内侧122或外侧124暴露。另一方面，散热器72的第二部分76部分嵌入在壳体54的第二壁82内。更具体地，第二部分76不透过第二壁82的外侧128暴露；然而，第二部分76中的一些(以下通过图12更详细地讨论)暴露于第二壁82的内侧126。
也如图11所示，第一壁80和第二壁82的厚度可以变化，散热器72的厚度可以变化，并且散热器72在第一壁80和第二壁82内的布置可以变化。对于所示出的构造，散热器72的第二部分76被布置成相比外侧而更靠近电池模块壳体54的内侧128。也就是说，厚度T1与散热器72的第二部分76的厚度相对应，厚度T2与散热器72的第二部分76与壁82的外侧126之间的材料的厚度相对应，并且厚度T3与散热器72的第二部分76与壁82的内侧128之间的材料的厚度相对应。厚度T2显著大于厚度T3。在一种构造中，散热器72的第二部分76完全暴露于壳体的内侧(即，T3为零)。这允许大部分热量从电池单元100传递到散热器72。然而，为了促进壳体54的制造和稳定性，壁82的一些部分模制在散热器的内侧。这在图11和图12中最清楚地示出。
如图12最清楚地示出，散热器72的第二部分76部分暴露于电池模块壳体54的内部。然而，第二部分76的一部分也嵌入在电池模块壳体54内。例如，边缘130、凸出部132和中间件134嵌入在电池模块壳体54内。
再次参考图11和图12，热环氧树脂136用于将电池单元100的罩壳粘附到散热器72的暴露表面138。热环氧树脂136帮助减少电短路(特别是当散热器向内凹进时)，并且有助于电池单元100的布置。名称为“Thermal Epoxy and Positioning of ElectrochemicalCells[热环氧树脂和电化学电池单元的定位]”的美国专利申请公开号2016/0301046中示出并描述了示例热环氧树脂，该美国专利申请公开的内容通过援引并入本文。
在一个实现方式中，热环氧树脂136具有铝对铝粘附力，并且设置在散热器72与电池单元堆中的电池单元100的底部之间。热环氧树脂136具有适合于此特定***的热导率、粘附力和粘度要求。例如，在一个实施例中，环氧树脂热导率最小为0.77W/m-K(瓦/米-开尔文)，并且环氧树脂粘附力最小为0.588N/mm2。热环氧树脂136可以是双组分的，这意味着当第一组分和第二组分混合在一起时，环氧树脂随时间固化(硬化)。然而，即使在固化结束之前，粘度仍然相对高(例如，在100,000厘泊与300,000厘泊之间)。在一些实现方式中，可以通过加热来加速固化。在进一步的实现方式中，热环氧树脂136可以是可UV固化的。
再次参考图11，散热器72的第一部分74被定位成较靠近第一壁80的外侧124。也就是说，厚度T4与散热器72的第一部分74的厚度相对应，厚度T5与散热器72的第二部分74与壁80的外侧122之间的材料的厚度相对应，并且厚度T6与散热器72的第二部分74与壁80的内侧124之间的材料的厚度相对应。厚度T6大于厚度T2。厚度T5小于厚度T6允许较多的热量从电池模块壳体54排出，而不是返回到电池模块壳体54中。
单独或组合地，所公开的实施例中一个或多个可以提供一个或多个技术效果，包括增强从电池模块壳体的热能耗散。在一个实现方式中，电池模块壳体包括完全嵌入在壳体内的散热器。嵌入式散热器允许电池模块壳体更有效地从壳体中所容纳的电池单元吸收热能。进一步，散热器的配置(比如，L形配置)可以允许热能从电池单元均匀耗散，这允许壳体中的电池单元保持在基本相似的温度下。通过保持基本相似的温度，电池单元可以以基本相同的方式运行，并以基本相同的速率老化，从而实现电池的更长寿命和更有效的操作。本说明书中的技术效果和技术问题是示例性而非限制性的。应当注意，本说明书中描述的实施例可以具有其他技术效果并且可以解决其他技术问题。
已通过举例方式示出上文所述的具体实施例，并且应理解，这些实施例可具有各种修改和替代形式。应当进一步理解，权利要求并不旨在限于所公开的特定形式，而是旨在涵盖落入本公开内容的精神和范围内的所有修改、等同和替代方案。
如本文所用的，术语“大致”、“约”、“基本上”以及相似的术语旨在具有与本公开内容的主题所属领域的普通技术人员普遍和可接受的用法一致的宽泛的含义。阅读本公开内容的本领域技术人员应理解，这些术语旨在提供对所描述的以及要求保护的某些特征的描述，而不旨在将这些特征的范围限制在所给出的准确数值范围。因此，这些术语应被解释为表明，对所描述的以及要求保护的主题的非实质性的或无关紧要的修改或改变被视为在所附权利要求中所述的本发明的范围内。
应当注意，在本说明书中对相对位置(例如，“顶部”和“底部”)的引用仅用于标识各个部件在附图中的取向。应当认识到，特定部件的取向可能取决于使用它们的应用场合而产生很大变化。
出于本公开内容的目的，术语“联接”意指两个构件直接或间接地彼此连接。此种连接可以本质上是固定的或本质上是可移动的。通过将这两个构件或这两个构件与任何附加的中间构件彼此整合地形成为一体件，或通过将这两个构件或这两个构件与任何附加的中间构件彼此附接，可以实现此种连接。此种连接本质上可以是永久的，或者本质上可以是可移除的或可释放的。
重要地还要注意，如实施例的各种示例中示出的***、方法和装置的构造和布置仅是说明性的。尽管在本公开内容中只对几个实施例进行了详细描述，但阅读本公开内容的本领域技术人员将容易了解到，在实质上不背离所述主题的新颖教导和优点的情况下，许多修改是可能的(例如，各种元件的大小、尺寸、结构、形状和比例的变化，参数的值、安装布置、材料使用、颜色、取向等)。例如，示出为一体地形成的元件可以由多个部分构造，或者示出为多个部分的元件可以一体地形成，接口的操作可以颠倒或以其他方式改变，***的结构和/或构件或连接器或其他元件的长度或宽度可以改变，设置在元件之间的调节位置的性质或数目可以改变(例如，通过接合槽的数目或接合槽的大小或接合类型的改变)。任何过程或方法步骤的顺序或次序可以根据替代性实施例来变化或重新排序。在不背离本发明的精神或范围的情况下，可以在实施例的各种示例的设计、运行条件和布置中进行其他替换、修改、改变和省略。
尽管已经结合以上概述的实施例的示例描述了本发明，但是对于本领域中至少具有普通技术的人员而言，各种替代方案、修改、变化、改进和/或基本等同方案，无论是已知的或是现在或可以不久预见的，都可能变得显而易见。因此，如上陈述的本发明的实施例的示例旨在是说明性的而非限制性的。在不背离本发明的精神或范围的情况下，可以进行各种改变。因此，本发明旨在包括所有已知或较早开发的替代方案、修改、变型、改进和/或基本等同方案。
本说明书中的技术效果和技术问题是示例性而非限制性的。应当注意，本说明书中描述的实施例可以具有其他技术效果并且可以解决其他技术问题。

Claims (20)

1.一种电池***，包括：
壳体，所述壳体被配置成接纳被配置成生成热能的电池单元，所述壳体包括第一壁和第二壁，所述第一壁与所述第二壁两者均靠近所述电池单元定位，所述第一壁和所述第二壁部分地形成电池单元隔室；以及
整体式散热器，所述整体式散热器包括嵌入到所述第一壁中的第一部分和嵌入到所述第二壁中的第二部分。
2.根据权利要求1所述的电池***，其中，所述第一壁和所述第二壁彼此正交定位，并且其中，所述散热器具有L形。
3.根据前述权利要求之一所述的电池***，其中，所述电池单元隔室具有长度，并且其中，所述第一部分跨过所述电池单元隔室的长度的10％到100％之间。
4.根据前述权利要求中任一项所述的电池***，其中，所述第一部分和所述第二部分彼此正交定位，并且其中，所述整体式散热器进一步包括定位在所述第一部分与所述第二部分之间的过渡区域，所述过渡区域由弯曲表面限定。
5.根据前述权利要求中任一项所述的电池***，其中，所述电池单元是在所述电芯隔室内布置成相邻电池单元堆的多个电池单元中的一个电池单元，并且其中，所述散热器包括与所述电池单元堆中的一个电池单元堆相对应的第一电池单元区段和与所述电池单元堆中的另一个电池单元堆相对应的第二电池单元区段。
6.根据前述权利要求中任一项所述的电池***，其中，所述第一部分完全嵌入到所述第一壁中，并且所述第二部分完全嵌入到所述第二壁中。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的电池***，其中，所述第一部分完全嵌入到所述第一壁中，并且所述第二部分部分地嵌入到所述第二壁中。
8.根据权利要求7所述的电池***，其中，所述第二部分包括对所述电池单元隔室部分暴露的表面。
9.根据权利要求8所述的电池***，进一步包括热环氧树脂，所述热环氧树脂将所述电池单元固定地联接到所述部分暴露的表面。
10.根据前述权利要求中任一项所述的电池***，其中，所述整体式散热器的第一部分包括所述第一部分的第一侧上的第一表面和所述第一部分的相反的第二侧上的第二表面，其中，所述壳体在所述第一表面与所述第一壁的外表面之间具有第一厚度，并且所述壳体在所述第二表面与所述第一壁的内表面之间具有第二厚度，其中，所述第二厚度大于所述第一厚度。
11.根据前述权利要求中任一项所述的电池***，其中，所述整体式散热器的第二部分包括所述第二部分的第一侧上的第一表面和所述第二部分的相反的第二侧上的第二表面，其中，所述壳体在所述第一表面与所述第一壁的外表面之间具有第一厚度，并且所述壳体在所述第二表面与所述第一壁的内表面之间具有第二厚度，其中，所述第一厚度大于所述第二厚度。
12.根据前述权利要求中任一项所述的电池***，其中，所述壳体包括第一材料，其中，所述整体式散热器包括热导率高于所述第一材料的第二材料。
13.根据权利要求12所述的电池***，其中，所述第一材料包括聚合物或聚合物复合材料，并且其中，所述第二材料包括金属。
14.一种电池***，包括：
多个电池单元，所述多个电池单元被配置成生成热能；
用于所述多个电池单元的壳体，所述壳体包括彼此正交定位并靠近所述多个电池单元的第一壁和第二壁，所述第一壁和所述第二壁部分地形成电池单元隔室；
整体式散热器，所述整体式散热器包括第一部分和第二部分，所述第一部分完全嵌入到所述第一壁中，并且所述第二部分部分地嵌入到所述第二壁中并且包括对所述电池单元隔室部分暴露的表面；以及
热环氧树脂，所述热环氧树脂将所述多个电池单元固定地联接到所述部分暴露的表面。
15.根据权利要求14所述的电池***，其中，所述整体式散热器的第一部分包括所述第一部分的第一侧上的第一表面和所述第一部分的相反的第二侧上的第二表面，其中，所述壳体在所述第一表面与所述第一壁的外表面之间具有第一厚度，并且所述壳体在所述第二表面与所述第一壁的内表面之间具有第二厚度，其中，所述第二厚度大于所述第一厚度。
16.根据权利要求15所述的电池***，其中，所述整体式散热器的第二部分包括所述第二部分的第一侧上的第一表面和所述第二部分的相反的第二侧上的第二表面，其中，所述壳体在所述第一表面与所述第一壁的外表面之间具有第一厚度，并且所述壳体在所述第二表面与所述第一壁的内表面之间具有第二厚度，其中，所述第一厚度大于所述第二厚度。
17.根据权利要求14所述的电池***，其中，所述整体式散热器的第二部分包括所述第二部分的第一侧上的第一表面和所述第二部分的相反的第二侧上的第二表面，其中，所述壳体在所述第一表面与所述第一壁的外表面之间具有第一厚度，并且所述壳体在所述第二表面与所述第一壁的内表面之间具有第二厚度，其中，所述第一厚度大于所述第二厚度。
18.根据权利要求14至17中任一项所述的电池***，其中，所述壳体包括第一材料，其中，所述整体式散热器包括热导率高于所述第一材料的第二材料。
19.根据权利要求18所述的电池***，其中，所述第一材料包括聚合物或聚合物复合材料，并且其中，所述第二材料包括金属。
20.根据权利要求14至19中任一项所述的电池***，其中，所述第一部分和所述第二部分彼此正交定位，并且其中，所述整体式散热器进一步包括定位在所述第一部分与所述第二部分之间的过渡区域，所述过渡区域由弯曲表面限定。
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