CN115732793A - 电池单元、电池组及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种电池单元包括内塑料层、外塑料层和中间金属层。内塑料层和外塑料层沿电池单元的至少三个侧面延伸。中间金属层设置在内塑料层和外塑料层之间。中间金属层沿电池单元的至少三个侧面延伸并从电池单元的至少第四侧面突出以形成至少一个散热凸片。至少一散热凸片被配置为通过热传导将热量传递至至少一冷却板。电池单元的第四侧面将至少三个侧面中的两个相互连接。

Description

电池单元、电池组及其制造方法
技术领域
本部分中提供的信息用于概括介绍本公开的背景。在本部分中描述的程度上，目前命名的发明人的工作，以及在提交时可能不符合现有技术的描述的方面，既不明确也不隐含地被承认是本公开的现有技术。
本公开涉及结合了加速散热、改善热分布的均匀性和减小尺寸的特征的电池单元、电池组及其制造方法。
背景技术
电动车辆的电池组通常包括单元(cell)组和一个或多个与单元组相邻设置的冷却板。单元组通常包括多组的电池单元和设置在单元组之间的热阻障壁。耐热屏障抑制单元组之间的热传递。冷却板从电池单元吸收热量以将电池组保持在目标温度范围内。在一些情况下，每个冷却板是金属板，其限定了冷却剂流过的一个或多个通道。
发明内容
根据本公开的电池单元包括内塑料层、外塑料层和中间金属层。内塑料层和外塑料层沿电池单元的至少三个侧面延伸。中间金属层设置在内塑料层和外塑料层之间。中间金属层沿电池单元的至少三个侧面延伸并从电池单元的至少第四侧面突出以形成至少一个散热凸片。至少一散热凸片被配置为通过热传导将热量传递至至少一冷却板。电池单元的第四侧面将至少三个侧面中的两个相互连接。
在一方面，内塑料层沿着电池单元的至少三个侧面和电池单元的第四侧面延伸。
在一方面，内塑料层沿着电池单元的至少三个侧面延伸并且不沿着电池单元的第四侧面延伸。
在一个方面，外塑料层沿着电池单元的至少三个侧面并且至少部分地沿着电池单元的第四侧面延伸。
在一方面，外塑料层还从电池单元的第四侧面突出并且包围形成至少一个散热凸片的中间金属层的一部分。
在一个方面，外塑料层沿着电池单元的至少三个侧面延伸并且不沿着电池单元的第四侧面延伸。
在一个方面，内塑料层和外塑料层沿电池单元的至少三个侧面延伸并且不沿电池单元的第四侧面延伸，并且中间金属层沿电池单元的至少三个侧面和电池单元的第四侧面延伸。
在一个方面，中间金属层从电池单元的第四侧面和电池单元的至少三个侧面中的一个突出以形成一对散热凸片，该散热凸片被配置为通过热传导将热量传递到一对冷却板。
在一个方面，内塑料层为聚丙烯层，外塑料层为由尼龙、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或尼龙与PET的组合制成的层，中间金属层为由铝、镍、钛或不锈钢制成的层。
根据本公开的制造电池单元的方法包括形成金属层，在金属层的一个侧面形成第一塑料层，以及在金属层的另一侧面形成第二塑料层。金属层与第一和第二塑料层形成三层结构。第一和第二塑料层中的至少一个沿金属层的长度形成为不连续的段，使得部分的金属层被暴露。该方法还包括切割三层结构，使得金属层的暴露部分形成三层结构的相对端，以及加热第一和第二塑料层中的至少一个的一部分以形成密封电池单元的内部的密封件。
在一个方面，该方法还包括折叠三层结构使得第一塑料层形成电池单元的内层并且三层结构的端部彼此相邻，并且加热第一塑料层的与端部相邻的部分以形成密封。
在一个方面，第二塑料层沿金属层的长度形成不连续段。
在一个方面，第一和第二塑料层二者都沿金属层的长度形成不连续段。
在一个方面，金属层的暴露部分不延伸穿过金属层的整个宽度。
在一个方面，第一塑料层为聚丙烯层，第二塑料层为由尼龙、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或尼龙与PET的组合制成的层，金属层为由铝、镍、钛或不锈钢制成的层。
根据本公开的电池组包括第一组电池单元、第二组电池单元以及设置在第一组电池单元和第二组电池单元之间的耐热屏障。该耐热屏障包括聚氨酯层，该聚氨酯层具有第一表面和与第一表面相对的第二表面。聚氨酯层的第一表面直接面向第一组电池单元，聚氨酯层的第二表面直接面向第二组电池单元。
在一个方面，耐热屏障不含任何铝层。
在一个方面，耐热屏障不含任何凝胶层。
在一个方面，电池组还包括冷却板。第一组电池单元和第二组电池单元的每个电池单元的一端与冷却板接触。耐热屏障与冷却板间隔开。
在一个方面，第一组电池单元和第二组电池单元中的每个电池单元包括沿电池单元的至少三个侧面延伸的内塑料层、沿电池单元的至少三个侧面延伸的外部塑料层，以及设置在内外塑料层之间的中间金属层。中间金属层沿电池单元的至少三个侧面延伸并从电池单元的至少第四侧面突出以形成至少一个散热凸片，该散热凸片被配置为通过热传导将热量传递至至少一个冷却板。电池单元的第四侧面将至少三个侧面中的两个相互连接。
本公开的其他应用领域将从详细描述、权利要求和附图中变得显而易见。详细描述和具体示例仅用于说明的目的，并不旨在限制本公开的范围。
附图说明
本公开将从详细描述和附图中变得更加充分地理解，在附图中：
图1是根据本公开的电池单元的示例的透视图；
图2是根据本公开的电池组的示例的截面图，该电池组包括图1的电池单元和耐热屏障；
图3是图1的电池单元之一在电池单元被折叠和密封之前的平面图；
图4是图3的电池单元在折叠和密封之后的平面图；
图5是图2的电池单元和耐热屏障的透视图；
图6是图2的电池单元和耐热屏障的端视图；
图7是用于形成图1的电池单元的外壳的第一实施例的三层结构的示例的截面图；
图8是图1的电池单元的外壳的第一实施例的截面图；
图9是用于形成图1的电池单元的外壳的第二实施例的三层结构的示例的截面图；
图10是图1的电池单元的第二实施例的截面图；
图11是用于形成图1的电池单元的第三实施例的三层结构的示例的截面图；
图12是图1的电池单元的第三实施例的截面图；
图13是图9的三层结构的透视图；
图14是图11的三层结构的第一实施例的透视图；
图15是图11的三层结构的第二实施例的透视图；
图16是根据本公开的电池单元的示例的平面图，包括从电池单元的相对侧突出的一对散热凸片；
图17是图1的两个电池单元的透视图，其中一个电池单元具有沿一个方向突出的散热凸片，而另一个电池单元具有沿相反方向突出的散热凸片；
图18是根据本公开的电池组的另一个示例的截面图；和
图19是根据本公开的与图18的电池组相似的电池组的另一个示例的透视图。
在附图中，可以重新使用附图标记来标识相似和/或相同的元件。
具体实施方式
电池组通常包括多组电池单元、设置在单元组之间的耐热屏障以及一个或多个冷却板。每个电池单元包括具有第一端、第二端和从第一端延伸到第二端的四个周边表面或侧面的主体。每个电池单元还包括附接到其第一端和第二端的一对端子。在某些情况下，每个电池单元包括外尼龙层、内聚丙烯层和中间铝层。外尼龙层、内聚丙烯层和中间铝层中的每一个都围绕电池单元的所有四个侧面延伸并完全包围其内部。
每个电池单元被组装在电池组中，使得其一侧邻近和/或接触冷却板。在某些情况下，可以在电池组的侧面和冷却板之间涂上导热膏。在任何情况下，从每个电池单元内部流向冷却板的热量都必须穿过各个电池单元的所有层(即内聚丙烯层、外尼龙层和中间铝层)。因此，从电池单元到冷却板的散热速率可能不会像期望的那样高，因此冷却***的尺寸和成本可能会增加以满足电池组的冷却需求。
根据本公开的电池单元包括一个或多个散热凸片，其通过增加从电池单元内部到冷却板的散热速率来解决这些问题。在一个示例中，电池单元的中间铝层从电池单元的一侧突出以形成散热凸片，而内聚丙烯层和外尼龙层不沿电池单元的该侧延伸。反过来，从每个电池单元内部流向冷却板的热量只需要通过外部尼龙层。此外，与中间铝层的其余部分相比，热分布凸片设置得更邻近冷却板。因此，从电池单元到冷却板的散热速率可能高于典型值，因此可以减小冷却***的尺寸和成本以满足电池组的冷却需求。
此外，提高了电池单元内的热分布的均匀性，因此减少了电池单元的劣化并且提高了电池单元的循环寿命。此外，其中一个电池单元内的热量积聚(例如，热点形成)较少被关注。因此，可以去除一层或多层的耐热屏障，或者可以完全去除耐热屏障。反过来，可以减小电池组的整体尺寸。
现在参考图1和2，电池组10包括电池单元12、耐热屏障14和冷却板16。耐热屏障14设置在第一组18电池单元12和第二组20电池单元12之间。第一组18和第二组20中的每一个包括一对电池单元12。电池单元12存储可用于为电动车辆的一个或多个电马达供电的能量(未示出)。耐热屏障14抑制第一组18和第二组20电池单元12之间的热传递。冷却板16从电池单元12吸收热量。
每个电池单元12包括主体22、一对端子24和一对散热凸片26。每个电池单元12的主体22具有第一端28、与所述第一端28相对的第二端30，以及在第一端28和第二端30之间延伸的第一和第二侧或侧表面32和34。每个电池单元12的第一侧表面32彼此相对，并且每个电池单元12的第二侧表面34彼此相对。每个第一侧表面32将第二侧表面34彼此连接，并且每个第二侧表面34将第一侧表面32彼此连接。
每个端子24从第一和第二端28和30中的一个突出。端子24由金属(例如，铜、铝)制成。在一个示例中，当电池单元12组装在电池组10中时，从电池单元12的第一端28突出的所有端子24由铜制成，并且从电池单元12的第二端30突出的所有端子24由铝制成。
每个散热凸片26从主体22的第一侧表面32之一突出。散热凸片26主要或完全由金属(例如铝)制成。当组装电池组10时，散热凸片26可以直接接触冷却板16，以增加从电池单元12到冷却板16的散热速率。或者，散热凸片26可以与冷却板16间隔开一间隙36，导热膏98(图18)可以施加在散热凸片26和冷却板16之间的间隙36中，以进一步增加从电池单元12到冷却板16的散热速率。在任一情况下，散热凸片26通过热传导将热量传递到冷却板16。
现在参考图3，示出了在电池单元12被折叠和密封之前以及在端子24附接到电池单元12的主体22之前的电池单元12之一。当电池单元12处于如图3所示的其展开(unfold)状态下时，电池单元12的内表面38被暴露。此外，其中一个散热凸片26从主体22的第一边缘40延伸，而另一个散热凸片26从主体22的第二边缘42延伸。为了形成电池单元12，主如图4所示，电池单元12的主体22围绕电池单元12的纵向轴线44折叠，如箭头46所示，直到散热凸片26彼此重叠。
然后将主体22的第一和第二边缘40和42接合在一起以密封电池单元12的内部47(图8、10、12、18)。电池单元12也可以沿主体22的第一和第二端28和30密封使得电池单元12的内部47被完全密封。端子24可以在第一和第二端28和30被密封之前或在第一和第二端28和30被密封时在第一和第二端28和30处或附近附接至主体22。一旦电池单元12被密封，则部分的散热凸片26可以在垂直于主体22的第二侧表面34的方向上弯曲，如图2所示，使得这些部分平行于冷却板16。
现在参考图5和6，耐热屏障14示出在两个电池单元12之间，其可以包括散热凸片26。耐热屏障14包括聚氨酯层48。金属(铝)层50和凝胶层52以虚线示出以表明耐热屏障14不包括金属层50或凝胶层52。凝胶层52包括微孔固体，其中分散相是气体。凝胶层52的示例包括微孔二氧化硅、微孔玻璃和沸石。
由散热凸片26提供的增加的散热速率减少了将第一组18和第二组20电池单元12彼此绝缘的需要，从而能够省略金属层50和凝胶层52。由于耐热屏障14不包括金属层50或凝胶层52，耐热屏障14的厚度54可能比包括金属层50和/或凝胶层52的耐热屏障小(例如，60％到70％)。反过来，可以减小电池组10的整体尺寸。在各种实施方式中，可以完全省略耐热屏障14，这可以进一步减小电池组10的尺寸。
现在参考图7，示出了可用于形成每个电池单元12的三层结构56的示例。三层结构56具有第一端58和与第一端60相对的第二端60。三层结构56包括内塑料层62、外塑料层64和中间金属层66。内塑料层62可以是聚丙烯层，外塑料层64可以是由尼龙、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或尼龙和PET的组合制成的层，中间金属层66可以是由铝、镍、钛或不锈钢制成的层。内塑料层62和外塑料层64可以分别在中间金属层66的第一和第二表面68和70上形成(例如，喷涂、涂覆、铸造)。
另外参考图8，三层结构56还包括密封电池单元12的内部47的密封件72。密封件72可以通过使用例如，热压机来熔化内塑料层62的一部分来产生。虽然图8仅示出了密封件72设置在邻近三层结构56的第一端58的第一位置74处，但密封件72也可以设置在邻近三层结构56的第二端60的第二位置76处。第一和第二位置74和76是沿着三层结构56的长度的位置。
为了形成电池单元12，可以折叠三层结构56，使得第一和第二位置74和76如图8所示彼此相邻。然后可以形成密封件72以将第一和第二位置74和76彼此接合，从而密封电池单元12的内部47。散热凸片26由三层结构56的伸出超过密封件72的部分(即，设置在第一端58和第一位置74之间以及在第二端60和第二位置76之间)形成。相比之下，如果三层结构56的第一端58和第二端60接合在一起以形成密封件72，则电池单元12将不包括散热凸片26。
当电池单元12由如图8所示的三层结构56形成时，内塑料层62沿两个第一侧表面32和两个第二侧表面34延伸。此外，外塑料层64和中间金属层66沿着第一侧表面32之一和两个第二侧表面34并且至少部分地沿着另一侧表面32延伸。此外，部分的中间金属层66从另一侧表面32突出以形成散热凸片26，部分的外塑料层64从另一侧表面32突出并包围中间金属层66的突出部分。内塑料层62的突出超过密封件72的部分被熔化以形成密封件72和/或被去除。
现在参考图9和10，示出了可用于形成每个电池单元12的三层结构78的另一个示例。三层结构78类似于三层结构56。然而，在三层结构56中，内塑料层52和外塑料层64都沿着三层结构78的整个长度从其第一端58延伸至其第二端60。相比之下，在三层结构78中，只有内塑料层62沿三层结构78的整个长度延伸，而外塑料层64在第一位置74和第二位置76之间延伸，但不超过第一位置74和第二位置76。结果，中间金属层66的第二表面70的部分80被暴露。
三层结构78可以折叠和密封以形成每个电池单元12，其方式与折叠和密封三层结构56以形成每个电池单元12的方式相同。当电池单元12由如图10所示的三层结构78形成时，内塑料层62沿两个第一侧表面32和两个第二侧表面34延伸。此外，外塑料层64和中间金属层66延伸沿着第一侧表面32中的一个和两个第二侧表面34延伸，中间金属层66至少部分地沿着另一侧表面32延伸。外塑料层64不沿着另一侧表面32延伸。
此外，部分的中间金属层66从另一侧表面32突出以形成散热凸片26。由于外塑料层64不延伸超过第一和第二位置74和76，所以外塑料层64不包括从另一侧表面32突出并包围中间金属层66的突出部分的部分。结果，中间金属层66的突出部分被暴露，这可以进一步提高从电池单元12到冷却板16的散热率。
现在参考图11和12，示出了可用于形成每个电池单元12的三层结构82的另一个示例。三层结构82类似于三层结构78。然而，在三层结构82中，内塑料层52和外塑料层64都在第一位置74和第二位置76之间延伸，但不超出第一位置74和第二位置76。结果，中间金属层66的第二表面70的部分80被暴露，并且第一表面68的部分84被暴露。
三层结构82可以被折叠和密封以形成每个电池单元12，其方式与三层结构56被折叠和密封以形成每个电池单元12的方式相同。当电池单元12由如图12所示的三层结构82形成时，内塑料层62和外塑料层64以及中间金属层66沿着第一侧表面32中的一个和两个第二侧表面34延伸。此外，中间的金属层66至少部分地沿着另一侧表面32延伸。内塑料层62和外塑料层64不沿着另一侧表面32延伸。
此外，部分的中间金属层66从另一侧表面32突出以形成散热凸片26。由于外塑料层64不延伸超过第一和第二位置74和76，因此，中间金属层66的突出部分被暴露。此外，由于内塑料层62不沿着另一侧表面32延伸，因此电池单元12的内部47内的热量可以以更大的速率传递通过中间金属层66的沿着另一侧表面32延伸的部分。这可以进一步增加从电池单元12到冷却板16的散热速率。
现在参考图13，现在将描述形成三层结构78的方法。为了形成三层结构56，内塑料层62和外塑料层64中的每一个形成为沿着中间金属层66的长度的单个连续段。相比之下，为了形成三层结构78，仅内塑料层62形成为沿着中间金属层66的长度的单个连续段。外塑料层64形成为沿着中间金属层66的长度的不连续段，使得第二表面70的部分80被暴露。为了形成图9所示的三层结构78的部分，可以沿平面86切割图13所示的三层结构78，使得中间金属层66的暴露部分80形成三层结构78的第一和第二端58和60。
现在参考图14，现在将描述形成三层结构82的方法。为了形成三层结构56，内塑料层62和外塑料层64形成为沿着中间金属层66的长度的不连续段，使得第一和第二表面68和70的部分80、84被暴露。为了形成图11所示的三层结构82的部分，图14所示的三层结构78可以沿平面86被切割，使得中间金属层66的暴露部分80、84形成三层结构82的第一和第二端58和60。
现在参考图15，现在将描述形成三层结构82的另一种方法。为了根据该方法形成三层结构82，内塑料层62形成为沿中间金属层66的长度的不连续和连续段，使得仅第一表面68的部分88被暴露。暴露部分88不延伸穿过中间金属层66的整个宽度。在所示示例中，内塑料层62包括沿三层结构82的长度的三个不连续段和沿三层结构82的长度的一对连续段。连续段设置在三层结构82的宽度的相对侧上并且包括将不连续段彼此连接的连接部分90。内塑料层62的连接部分90设置在中间金属层66的暴露部分88的相对两侧上。
此外，为了根据该方法形成三层结构82，外塑料层64形成为沿着中间金属层66的长度的不连续段，使得第二表面70的部分80被暴露。为了形成图11所示的三层结构82的部分，图15所示的三层结构78可以沿平面86被切割，使得中间金属层66的暴露部分80、88形成三层结构82的第一和第二端58和60。当三层结构78沿平面86切割时，内塑料层62的连接部分90也可以形成三层结构82的第一和第二端58和60。
现在参考图16，电池单元92类似于电池单元12。然而，电池单元12仅包括一对散热凸片26，其仅从主体22的第一侧表面32中的一个突出。相比之下，电池单元92包括从第一侧表面32之一突出的一对散热凸片26，以及从另一个第一侧表面32突出的另一对散热凸片26。电池单元92可以通过堆叠图3所示的两个展开的电池单元12，使得它们的外周彼此对齐(alignment)，然后沿着其主体22的所有四个边缘将电池单元12接合在一起，以密封电池单元92的内部47。
电池单元12可用于垂直对齐的单元组，例如图2的电池组10中的电池单元12的垂直对齐组，其还包括仅设置在单元组一侧的冷却板16。相比之下，电池单元92可用于水平对齐的单元组中，该单元组是电池组的一部分，该电池组还包括设置在单元组的相对侧上的一对冷却板16。例如，电池单元92可用于包括在图18中所示的电池组94中的电池单元92的水平对齐的组或电池组96中包括的电池单元92的一对水平对齐的组中，如图19所示。
在各种实施方式中，电池单元12可以包括在图18或19的电池组94或96中以代替电池单元92。例如，电池单元12中的一个可以取向成其热分布凸片26在一个方向上(例如，朝向电池组94或96的冷却板16之一)突出，并且堆叠在其上的电池单元12可以取向为其热分布凸片26在相反方向上(例如，朝向电池组94或96的另一个冷却板16)突出，如图17所示。热分布凸片26的取向可以以这种方式继续交替以形成电池组92或94的单元组。
前述说明本质上仅是说明性的，决不是为了限制本发明、其应用或用途。本公开的广泛教导可以以多种形式实现。因此，虽然本公开包括特定的示例，但是本公开的真实范围不应该被如此限制，因为在研究附图、说明书和所附权利要求后，其他修改将变得显而易见。应当理解，在不改变本公开的原理的情况下，方法中的一个或多个步骤可以以不同的顺序(或同时)执行。此外，虽然每个实施例在上面被描述为具有某些特征，但是关于本公开的任何实施例描述的那些特征中的任何一个或多个可以在任何其他实施例的特征中实现和/或与任何其他实施例的特征组合，即使该组合没有被明确描述。换句话说，所描述的实施例不是互斥的，并且一个或多个实施例彼此的置换仍在本公开的范围内。
元件之间(例如，模块、电路元件、半导体层等之间)的空间和功能关系)是使用各种术语来描述的，包括“连接”、“接合”、“联接”、“相邻”、“紧挨着”、“在顶部”、“上面”、“下面”和“设置”。除非明确描述为“直接的”，否则当在以上公开中描述第一和第二元件之间的关系时，该关系可以是第一和第二元件之间不存在其他介入元件的直接关系，但是也可以是第一和第二元件之间存在一个或多个介入元件(空间上或功能上)的间接关系。如这里所使用的，短语A、B和C中的至少一个应该被解释为表示使用非排他的逻辑“或”的一逻辑(A或B或C)，并且不应该被解释为表示“A中的至少一个、B中的至少一个和C中的至少一个”。

Claims (10)

1.一种电池单元，包括：
沿电池单元的至少三个侧面延伸的内塑料层；
沿电池单元的至少三个侧面延伸的外塑料层；和
设置在内塑料层和外塑料层之间的中间金属层，该中间金属层沿着电池单元的至少三个侧面延伸并且从电池单元的至少第四侧面突出以形成至少一个散热凸片，该至少一个散热凸片被配置为通过热传导将热量传递到至少一个冷却板，电池单元的第四侧面将至少三个侧面中的两个彼此连接。
2.根据权利要求1所述的电池单元，其中所述内塑料层沿着所述电池单元的至少三个侧面和所述电池单元的第四侧面延伸。
3.根据权利要求1所述的电池单元，其中所述内塑料层沿着所述电池单元的至少三个侧面延伸并且不沿着所述电池单元的第四侧面延伸。
4.根据权利要求1所述的电池单元，其中所述外塑料层沿着所述电池单元的至少三个侧面并且至少部分地沿着所述电池单元的第四侧面延伸。
5.根据权利要求1所述的电池单元，其中所述外塑料层还从所述电池单元的第四侧面突出并且包围形成至少一个散热凸片的中间金属层的一部分。
6.根据权利要求1所述的电池单元，其中所述外塑料层沿所述电池单元的至少三个侧面延伸并且不沿所述电池单元的第四侧面延伸。
7.根据权利要求1所述的电池单元，其中：
内塑料层和外塑料层沿所述电池单元的至少三个侧面延伸并且不沿所述电池单元的第四侧面延伸；和
所述中间金属层沿所述电池单元的至少三个侧面和电池单元的第四侧面延伸。
8.根据权利要求1所述的电池单元，其中所述中间金属层从所述电池单元的第四侧面与所述电池单元的至少三个侧面中的一个突出以形成一对散热凸片，该一对散热凸片被配置为通过热传导将热量传递到一对冷却板。
9.根据权利要求1所述的电池单元，其中：
内塑料层为聚丙烯层；
外塑料层为由尼龙、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或尼龙与PET的组合制成的层；和
所述中间金属层是由铝、镍、钛或不锈钢制成的层。
10.一种制造电池单元的方法，包括：
形成金属层；
在金属层的一侧上形成第一塑料层；
在金属层的另一侧上形成第二塑料层，金属层与第一塑料层和第二塑料层形成三层结构，其中第一塑料层和第二塑料层中的至少一个沿金属层的长度形成不连续段，使得部分的金属层被暴露；
切割所述三层结构，使得金属层的暴露部分形成三层结构的相对端；和
加热第一塑料层和第二塑料层中的至少一个的一部分以形成密封电池单元的内部的密封件。
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