本公開總體地涉及電化學(xué)裝置。更具體地，本公開的方面涉及用于電動(dòng)車輛和其他電動(dòng)裝置(諸如電動(dòng)飛機(jī))的具有導(dǎo)熱插入件的鋰離子或鋰金屬電池。

背景技術(shù)：

1、當(dāng)前生產(chǎn)的機(jī)動(dòng)車輛，例如現(xiàn)代汽車，最初配備有動(dòng)力系，該動(dòng)力系操作以推進(jìn)車輛并為車輛的車載電子器件提供電力。例如，在汽車應(yīng)用中，車輛動(dòng)力系通常以原動(dòng)機(jī)為代表，原動(dòng)機(jī)通過自動(dòng)或手動(dòng)換檔的動(dòng)力變速器將驅(qū)動(dòng)扭矩傳遞到車輛的最終驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(例如，差速器、車軸、轉(zhuǎn)角模塊、車輪等)。由于往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)(ice)組件的易得性和相對(duì)便宜的成本、輕的重量和總效率，所以歷史上汽車一直由往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)(ice)組件提供動(dòng)力。作為一些非限制性示例，這種發(fā)動(dòng)機(jī)包括壓縮點(diǎn)火(ci)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)、火花點(diǎn)火(si)汽油發(fā)動(dòng)機(jī)、二沖程、四沖程和六沖程架構(gòu)以及旋轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)。另一方面，混合動(dòng)力電動(dòng)車輛和全電動(dòng)車輛(統(tǒng)稱為“電驅(qū)動(dòng)車輛”)利用替代動(dòng)力源來推進(jìn)車輛，并因此最小化或消除對(duì)基于化石燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)的牽引動(dòng)力的依賴。

2、全電動(dòng)車輛(fev)(俗稱“電動(dòng)汽車”)是一種電驅(qū)動(dòng)車輛配置，其完全省略了內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)以及動(dòng)力系系統(tǒng)的附屬外圍部件，而是依賴于可再充電能量存儲(chǔ)系統(tǒng)(ress)和用于車輛推進(jìn)的牽引馬達(dá)。基于ice的車輛的發(fā)動(dòng)機(jī)組件、燃料供給系統(tǒng)和排氣系統(tǒng)被基于電池的fev中的單個(gè)或多個(gè)牽引馬達(dá)、可再充電電池單元以及電池冷卻和充電硬件所替代。相反，混合動(dòng)力電動(dòng)車輛(hev)的動(dòng)力系采用多個(gè)牽引動(dòng)力源來推進(jìn)車輛，最通常地是結(jié)合電池供電或燃料電池供電的牽引馬達(dá)來操作內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)組件。由于混合動(dòng)力型電驅(qū)動(dòng)車輛從發(fā)動(dòng)機(jī)之外的源獲得其動(dòng)力，因此當(dāng)車輛由電動(dòng)馬達(dá)推進(jìn)時(shí)，hev發(fā)動(dòng)機(jī)可全部或部分關(guān)閉。

3、高壓(hv)電氣系統(tǒng)控制牽引馬達(dá)和可再充電電池組之間的電力傳輸，該可再充電電池組提供用于操作許多混合電動(dòng)和全電動(dòng)動(dòng)力系的必需功率。為了提供以期望的速度推進(jìn)車輛達(dá)到期望的范圍所需的功率容量和能量密度，當(dāng)代牽引電池組將多個(gè)電池單元(例如，8-16+的電池單元/堆)分組為單獨(dú)的電池模塊(例如，10-40+的模塊/堆)，所述電池模塊串聯(lián)或并聯(lián)地電互連并且例如通過電池組殼體或支撐托架安裝到車輛底盤上。位于hv電氣系統(tǒng)的電池側(cè)上的是前端dc-dc功率轉(zhuǎn)換器，其電連接到牽引電池組以增加對(duì)主dc總線和dc-ac功率逆變器模塊(pim)的電壓供應(yīng)。高頻大容量電容器可以被布置在主dc總線的正端子和負(fù)端子之間，以提供電穩(wěn)定性并存儲(chǔ)補(bǔ)充電能。專用的電子電池控制模塊(ebcm)通過與動(dòng)力系控制模塊(pcm)和每個(gè)馬達(dá)的功率電子器件封裝協(xié)作操作來管理電池組和牽引馬達(dá)的操作。

4、諸如電池模塊、電池組等的電池陣列通常包括彼此相對(duì)緊密接近的多個(gè)電池單元。電池可大致分為一次電池和二次電池。一次電池，也稱為一次性電池，旨在使用直到耗盡，之后它們簡(jiǎn)單地用新電池替換。二次電池，更通常地被稱為可再充電電池，采用特定的化學(xué)品，從而允許這種電池被重復(fù)地再充電和再使用，因此與一次性電池相比提供經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和使用方便的益處。

5、可再充電電池可用于為諸如玩具、消費(fèi)電子產(chǎn)品、機(jī)動(dòng)車輛和飛機(jī)的各種物品供電?？稍俪潆婋姵?諸如鋰離子電池單元)的特定化學(xué)品以及外部因素可引起內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)，從而產(chǎn)生大量的熱能。這種異常化學(xué)反應(yīng)可能導(dǎo)致電池單元產(chǎn)生比有效排出的熱量更多的熱量。電池單元在延長(zhǎng)的時(shí)間段內(nèi)暴露于升高的溫度可能導(dǎo)致電池單元經(jīng)歷熱失控事件。因此，在單獨(dú)電池單元內(nèi)開始的熱失控傳播(trp)事件可能導(dǎo)致熱量擴(kuò)散到電池陣列中的相鄰電池單元，并且導(dǎo)致熱失控事件影響整個(gè)電池組并且影響附近的溫度敏感部件，諸如控制器、傳感器、電池端子和連接器等。

6、鋰離子電池組的單獨(dú)電池單元在充電和放電循環(huán)期間可產(chǎn)生大量的熱。這種電池單元產(chǎn)生的熱主要是由放熱化學(xué)反應(yīng)和由于活化能、化學(xué)傳輸和對(duì)離子遷移的抗性而引起的損失產(chǎn)生的。在鋰離子電池內(nèi)，隨著電池單元溫度升高，可發(fā)生一系列放熱和氣體產(chǎn)生反應(yīng)，這可將電池組件推向不穩(wěn)定狀態(tài)。如果不加以抑制，這種熱事件可能導(dǎo)致稱為“熱失控”(tr)或“熱失控傳播”(trp)的更加速的產(chǎn)熱狀態(tài)，在這種情況下，電池系統(tǒng)不能使內(nèi)部電池部件返回到正常操作溫度。包括多個(gè)電池單元的電池模塊可以由主動(dòng)冷卻的底部冷板支撐，以在電池充電和放電操作期間控制溫度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本公開教導(dǎo)了一種用于電動(dòng)車輛和其他電動(dòng)裝置中的可再充電電池單元(例如，鋰離子電池)的改進(jìn)的機(jī)械設(shè)計(jì)。改進(jìn)的設(shè)計(jì)使用導(dǎo)熱插入件來將電池單元分成一個(gè)或多個(gè)相鄰的體積，所述體積保持電池單元的堆疊層。該導(dǎo)熱插入件在電池再充電期間將熱量從電池單元的中心傳導(dǎo)到設(shè)置在一對(duì)冷卻歧管中的主動(dòng)冷卻通道和/或主動(dòng)冷卻的底部冷板，該對(duì)冷卻歧管設(shè)置在電池單元的相對(duì)的豎直側(cè)上。該對(duì)堆疊的電池層可以各自被卷繞成“凝膠卷(jellyroll)”幾何形狀。導(dǎo)熱插入件可由鋁、鋁合金、銅或銅合金及其組合制成。導(dǎo)熱插入件的厚度為約1mm。

2、在一些實(shí)施例中，棱柱形電池包括棱柱形電池罐，所述棱柱形電池罐具有沿著所述棱柱形電池罐的高度取向的豎直z方向和沿著所述棱柱形電池罐的寬度取向的水平y(tǒng)方向。所述電池罐包括設(shè)置在棱柱形電池罐內(nèi)部的導(dǎo)熱插入件。導(dǎo)熱插入件限定設(shè)置在棱柱形電池罐內(nèi)的第一空體積，所述第一空體積位于導(dǎo)熱插入件的第一側(cè)上。導(dǎo)熱插入件還限定設(shè)置在棱柱形電池罐內(nèi)的第二空體積，其位于導(dǎo)熱插入件的第二側(cè)上。

3、在一些實(shí)施例中，導(dǎo)熱插入件設(shè)置在棱柱形電池罐的中間位置中。

4、在一些實(shí)施例中，導(dǎo)熱插入件由選自鋁、鋁合金、銅或銅合金及其組合的導(dǎo)熱金屬制成。

5、在一些實(shí)施例中，所述棱柱形電池還包括：設(shè)置在所述棱柱形電池罐內(nèi)的所述第一體積內(nèi)的第一組電池層；以及設(shè)置在棱柱形電池罐內(nèi)的第二體積內(nèi)的第二組電池層。

6、在一些實(shí)施例中，所述棱柱形電池包括鋰離子電池。

7、在一些實(shí)施例中，第一組電池層和第二組電池層以“凝膠卷”幾何形狀卷繞。

8、在一些實(shí)施例中，導(dǎo)熱插入件具有在約0.2mm至約1.2mm的范圍內(nèi)的厚度。

9、在一些實(shí)施例中，導(dǎo)熱插入件具有等于約0.8mm的厚度。

10、在一些實(shí)施例中，棱柱形電池罐包括平行于導(dǎo)熱插入件的平面取向的一對(duì)外罐壁。

11、在一些實(shí)施例中，導(dǎo)熱插入件平行于由豎直z方向和水平y(tǒng)方向限定的平面取向。

12、在一些實(shí)施例中，導(dǎo)熱插入件被焊接到棱柱形電池罐。

13、在一些實(shí)施例中，導(dǎo)熱插入件與擠出所述棱柱形電池罐同時(shí)地被擠出。

14、在一些實(shí)施例中，第一組電池層和第二組電池層包括負(fù)集電器層。陽極電極層與負(fù)集電器層相鄰地設(shè)置。隔膜層與陽極電極層相鄰地定位。陰極電極層與隔膜層相鄰地定位并與陽極電極層相對(duì)。正集電器層與陰極電極層相鄰地定位。

15、在一些實(shí)施例中，所述棱柱形電池包括鋰離子電池。負(fù)集電器層包含銅。陽極電極層包括選自以下的材料：石墨、鈦酸鋰、硅/碳、或錫/鈷合金、或它們的組合。所述隔膜層包含選自以下的微孔聚烯烴聚合物：微孔聚乙烯(pe)、微孔聚丙烯(pp)或微孔聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(pet)及其組合。所述陰極電極層包含選自以下的化合物：鋰金屬氧化物，licoo2(lco)，limn2o4(lmo)，lifepo4(lfp)，鎳-錳-鈷氧化物(nmc)，或鎳-鈷-鋁氧化物(nca)，及它們的組合。正集電器層包含鋁。

16、在一些實(shí)施例中，所述棱柱形電池還包括：第一電極接片，所述第一電極接片設(shè)置在所述第一組電池層的頂部上。第二電極接片位于第二組電池層的頂部上。集電器板橋接并電連接到所述一對(duì)第一和第二電極接片。電端子位于集電器板的頂部上。所述集電器板焊接到所述第一電極接片。所述集電器板焊接到所述第二電極接片。電端子被附接到并且電連接到集電器板。

17、在一些實(shí)施例中，棱柱形電池包括棱柱形電池罐。棱柱形導(dǎo)熱插入件位于棱柱形電池罐內(nèi)。該插入件限定設(shè)置在棱柱形電池罐內(nèi)的第一體積，該第一體積位于導(dǎo)熱插入件的第一側(cè)上。插入件還限定設(shè)置在棱柱形電池罐內(nèi)的第二體積，該第二體積位于導(dǎo)熱插入件的第二側(cè)上。

18、在一些實(shí)施例中，棱柱形電池還包括具有第一多個(gè)冷卻通道的第一冷卻歧管，其熱耦合到棱柱形電池罐的第一豎直側(cè)。棱柱形電池還包括具有第二多個(gè)冷卻通道的第二冷卻歧管，其熱耦合到棱柱形電池罐的相對(duì)的第二豎直側(cè)。

19、在一些實(shí)施例中，棱柱形電池還包括設(shè)置在棱柱形電池罐下方的主動(dòng)冷卻的底部冷板。

20、在一些實(shí)施例中，所述棱柱形電池還包括位于所述棱柱形電池罐的第一側(cè)上的第一電極接片。第二電極接片位于所述棱柱形電池罐的第二側(cè)上；并且棱柱形電池罐的第一側(cè)不同于棱柱形電池罐的第二側(cè)。在棱柱形電池罐的上表面上沒有設(shè)置電極接片。

21、在一些實(shí)施例中，一種電動(dòng)車輛包括：具有乘客艙的車身、附接到車身的多個(gè)車輪以及牽引馬達(dá)，該牽引馬達(dá)附接到車身并且可操作以驅(qū)動(dòng)多個(gè)車輪中的一個(gè)或多個(gè)，從而推進(jìn)電動(dòng)車輛。牽引電池組附接到車身并且電連接到牽引馬達(dá)。牽引電池組包括布置成相互平行的排的多個(gè)棱柱形電池單元。所述多個(gè)棱柱形電池單元包括棱柱形電池罐和位于棱柱形電池罐內(nèi)部的導(dǎo)熱插入件。導(dǎo)熱插入件限定位于棱柱形電池罐內(nèi)的第一體積，所述第一體積位于導(dǎo)熱插入件的第一側(cè)上。第二體積位于棱柱形電池罐內(nèi)，其位于導(dǎo)熱插入件的第二側(cè)上。第一組鋰離子電池層位于棱柱形電池罐的第一體積內(nèi)。第二組鋰離子電池層位于棱柱形電池罐的第二體積內(nèi)。

22、在一些實(shí)施例中，導(dǎo)熱插入件由選自鋁、鋁合金、銅或銅合金及它們的組合的導(dǎo)熱金屬制成。

23、在一些實(shí)施例中，棱柱形電池罐還包括具有多個(gè)冷卻通道的冷卻歧管，所述冷卻歧管熱耦合到棱柱形電池罐的頂表面。

24、在一些實(shí)施例中，棱柱形電池包括具有冷卻劑流體入口和冷卻劑流體出口的密封冷卻外殼，其完全包封棱柱形電池罐。這提供了棱柱形電池的浸沒冷卻。

25、本發(fā)明還包括如下方案：

26、方案1.一種棱柱形電池，包括：

27、棱柱形電池罐，所述棱柱形電池罐具有沿著所述棱柱形電池罐的高度取向的豎直z方向和沿著所述棱柱形電池罐的寬度取向的水平y(tǒng)方向；以及

28、設(shè)置在所述棱柱形電池罐內(nèi)部的導(dǎo)熱插入件，所述導(dǎo)熱插入件限定所述棱柱形電池罐內(nèi)部的第一體積，其中所述第一體積設(shè)置在所述導(dǎo)熱插入件的第一側(cè)上，并且所述導(dǎo)熱插入件限定所述棱柱形電池罐內(nèi)部的第二體積，所述第二體積設(shè)置在所述導(dǎo)熱插入件的第二側(cè)上。

29、方案2.根據(jù)方案1所述的棱柱形電池，其中，所述導(dǎo)熱插入件由選自鋁、鋁合金、銅或銅合金或它們的組合的導(dǎo)熱金屬制成。

30、方案3.根據(jù)方案1所述的棱柱形電池，還包括：

31、第一組電池層，所述第一組電池層設(shè)置在所述棱柱形電池罐內(nèi)的所述第一體積內(nèi)；以及

32、第二組電池層，所述第二組電池層設(shè)置在所述棱柱形電池罐內(nèi)的所述第二體積內(nèi)。

33、方案4.根據(jù)方案3所述的棱柱形電池，其中，所述棱柱形電池包括鋰離子電池。

34、方案5.根據(jù)方案3所述的棱柱形電池，其中，

35、其中所述第一組電池層以凝膠卷幾何形狀卷繞；以及

36、其中所述第二組電池層以凝膠卷幾何形狀卷繞。

37、方案6.根據(jù)方案1所述的棱柱形電池，其中，所述導(dǎo)熱插入件具有在約0.2mm至約1.2mm范圍內(nèi)的厚度。

38、方案7.根據(jù)方案1所述的棱柱形電池，其中，所述棱柱形電池罐包括平行于所述導(dǎo)熱插入件的平面取向的一對(duì)外罐壁。

39、方案8.根據(jù)方案1所述的棱柱形電池，其中，所述導(dǎo)熱插入件被焊接到所述棱柱形電池罐。

40、方案9.根據(jù)方案1所述的棱柱形電池，其中，所述導(dǎo)熱插入件與擠出所述棱柱形電池罐同時(shí)擠出。

41、方案10.根據(jù)方案3所述的棱柱形電池，其中，所述第一組電池層包括五個(gè)層，包括：

42、負(fù)集電器層；

43、與所述負(fù)集電器層相鄰設(shè)置的陽極電極層；

44、與所述陽極電極層相鄰設(shè)置的隔膜層；

45、陰極電極層，其與所述隔膜層相鄰設(shè)置并與所述陽極層相對(duì)；以及

46、正集電器層，所述正集電器層與所述陰極電極層相鄰設(shè)置。

47、方案11.根據(jù)方案3所述的棱柱形電池，還包括：

48、第一電極接片，所述第一電極接片設(shè)置在所述第一組電池層的頂表面上；

49、第二電極接片，所述第二電極接片設(shè)置在所述第二組電池層的頂表面上；

50、集電器板，所述集電器板橫跨所述第一電極接片和所述第二電極接片橋接并且電連接至所述第一電極接片和所述第二電極接片；以及

51、電端子，其設(shè)置在所述集電器板的頂表面上；

52、其中，所述集電器板焊接到所述第一電極接片；

53、其中，所述集電器板焊接到所述第二電極接片；以及

54、其中所述電端子附接到所述集電器板并且電連接到所述集電器板。

55、方案12.根據(jù)方案10所述的棱柱形電池，

56、其中所述棱柱形電池包括鋰離子電池；

57、其中所述負(fù)集電器層包含銅；

58、其中所述陽極電極層選自：石墨、鈦酸鋰、硅/碳、或錫/鈷合金、或它們的組合；

59、其中所述隔膜層為選自以下的微孔聚烯烴聚合物：微孔聚乙烯(pe)、微孔聚丙烯(pp)或微孔聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(pet)或它們的組合；

60、其中所述陰極電極層選自：鋰金屬氧化物，licoo2(lco)、limn2o4(lmo)、lifepo4(lfp)、鎳-錳-鈷氧化物(nmc)或鎳-鈷-鋁氧化物(nca)、或它們的組合；以及

61、其中所述正集電器層包括鋁。

62、方案13.一種棱柱形電池，包括：

63、棱柱形電池罐；以及

64、導(dǎo)熱插入件，所述導(dǎo)熱插入件設(shè)置在所述棱柱形電池罐內(nèi)，所述導(dǎo)熱插入件限定：

65、設(shè)置在所述棱柱形電池罐內(nèi)的第一體積，所述第一體積位于所述導(dǎo)熱插入件的第一側(cè)上，以及

66、設(shè)置在所述棱柱形電池罐內(nèi)的第二體積，所述第二體積位于所述導(dǎo)熱插入件的第二側(cè)上。

67、方案14.根據(jù)方案13所述的棱柱形電池，其中，所述棱柱形電池還包括：

68、第一冷卻歧管，其具有第一多個(gè)冷卻通道，所述第一冷卻歧管熱耦合到所述棱柱形電池罐的第一豎直側(cè)；以及

69、第二冷卻歧管，其具有第二多個(gè)冷卻通道，所述第二冷卻歧管熱耦合到所述棱柱形電池罐的相對(duì)的第二豎直側(cè)。

70、方案15.根據(jù)方案13所述的棱柱形電池，其中，所述棱柱形電池還包括設(shè)置在所述棱柱形電池罐下面的主動(dòng)冷卻的底部冷板。

71、方案16.根據(jù)方案13所述的棱柱形電池，還包括：

72、所述棱柱形電池罐的上表面；

73、所述棱柱形電池罐的第一側(cè)；以及

74、所述棱柱形電池罐的第二側(cè)；

75、第一電極接片，其設(shè)置在所述棱柱形電池罐的所述第一側(cè)上；以及

76、第二電極接片，其設(shè)置在所述棱柱形電池罐的所述第二側(cè)上；

77、其中所述棱柱形電池罐的所述第一側(cè)不同于所述棱柱形電池罐的所述第二側(cè)；以及

78、其中在所述棱柱形電池罐的上表面上沒有設(shè)置電極接片。

79、方案17.一種電動(dòng)車輛，包括：

80、具有乘客艙的車身；

81、多個(gè)車輪，其附接在所述車身上；

82、牽引馬達(dá)，其附接至所述車身并且能夠操作以驅(qū)動(dòng)所述多個(gè)車輪中的一個(gè)或多個(gè)，從而推進(jìn)所述電動(dòng)車輛；以及

83、牽引電池組，其附接到所述車身并且電連接到所述牽引馬達(dá)；

84、其中，所述牽引電池組包括布置成相互平行的排的多個(gè)棱柱形電池單元；

85、其中，所述多個(gè)棱柱形電池單元包括：

86、棱柱形電池罐，其包括頂部表面；

87、導(dǎo)熱插入件，所述導(dǎo)熱插入件設(shè)置在所述棱柱形電池罐內(nèi)，所述導(dǎo)熱插入件限定：

88、設(shè)置在所述棱柱形電池罐內(nèi)的第一體積，所述第一體積設(shè)置在所述導(dǎo)熱插入件的第一側(cè)上，以及

89、設(shè)置在所述棱柱形電池罐內(nèi)的第二體積，所述第二體積設(shè)置在所述導(dǎo)熱插入件的第二側(cè)上；

90、第一組鋰離子電池層，其設(shè)置在所述棱柱形電池罐中的所述第一體積內(nèi)；以及

91、第二組鋰離子電池層，其設(shè)置在所述棱柱形電池罐中的所述第二體積內(nèi)。

92、方案18.根據(jù)方案17所述的電動(dòng)車輛，其中，所述導(dǎo)熱插入件包括選自鋁、鋁合金、銅、或銅合金、或它們的組合的導(dǎo)熱金屬。

93、方案19.根據(jù)方案17所述的電動(dòng)車輛，還包括：

94、具有多個(gè)冷卻通道的頂部冷卻歧管，其中所述頂部冷卻歧管熱耦合到所述棱柱形電池罐的所述頂部表面。

95、方案20.根據(jù)方案17所述的電動(dòng)車輛，還包括：

96、密封的冷卻外殼，其具有冷卻劑流體入口和冷卻劑流體出口；

97、其中所述棱柱形電池罐完全設(shè)置在所述密封的冷卻外殼內(nèi)；以及

98、其中，通過浸沒冷卻來冷卻所述棱柱形電池罐。

99、上述
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
并不代表本公開的每個(gè)實(shí)施例或每個(gè)方面。相反，前述發(fā)明內(nèi)容僅提供了本文闡述的一些新穎構(gòu)思和特征的概要。本公開的以上特征和優(yōu)點(diǎn)以及其他特征和伴隨的優(yōu)點(diǎn)從對(duì)用于實(shí)施本公開的所示示例和代表性模式的以下詳細(xì)描述在結(jié)合附圖和所附權(quán)利要求考慮時(shí)將是顯而易見的。此外，本公開明確地包括上文和下文呈現(xiàn)的元件和特征的任何和所有的組合和子組合。