用于高能量密度鋰離子電池組的主動(dòng)熱管理和熱失控預(yù)防的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開(kāi)內(nèi)容涉及熱管理以及熱失控預(yù)防。具體地，本公開(kāi)內(nèi)容涉及用于高能量密度鋰離子電池組的主動(dòng)熱管理和熱失控預(yù)防。
【背景技術(shù)】
[0002]鋰離子電池單元和電池組具有與熱管理有關(guān)的兩個(gè)主要憂慮，而這兩個(gè)憂慮必須解決以確保安全性和長(zhǎng)壽命。第一憂慮在于，單個(gè)電池單元必須保持在它們的指定溫度范圍內(nèi)，并且必須保持電池組內(nèi)的單元間的溫度差以確保長(zhǎng)壽命和使電池組價(jià)值最大化。第二憂慮在于，有缺陷的、損壞的、或者濫用的電池單元可能進(jìn)入熱失控(尤其在高溫下)，從而通常以電池設(shè)計(jì)非受控的方式導(dǎo)致危害的電池單元和電池。
[0003]目前，存在用于冷卻電池的各種方案，其使用限制在導(dǎo)管、管道、或者其他通道中的液體，其中，單個(gè)電池單元的一些部分與流體通道接觸或者具有通過(guò)與導(dǎo)熱組件(例如，散熱器)接觸或通過(guò)與其他電池單元直接接觸而將熱量排出至通道的路徑。這些方法通常具有與單個(gè)電池單元的有限接觸面積，跨越接觸面積具有弱的導(dǎo)熱性，并且可能存在來(lái)自電池單元的熱量必須經(jīng)過(guò)的幾個(gè)組件以到達(dá)最終的冷卻液，從而導(dǎo)致有效地去除熱量的有限能力。這些措施將大的額外的質(zhì)量和體積引入至電池組，其降低了電池組的體積、重量、和效用的同時(shí)還增加了成本，并且未提供對(duì)熱失控事件的重要保護(hù)。
[0004]另一現(xiàn)有的解決方案在于，將單個(gè)電池單元埋入在升高的溫度下改變相位的固體材料中，因此在熔化過(guò)程中去除大量熱量而沒(méi)有溫度的相應(yīng)增加在熔點(diǎn)以上。雖然在預(yù)防來(lái)自單個(gè)電池單元的熱失控中潛在有利，但是這些解決方案是被動(dòng)的并且允許熱量超過(guò)通過(guò)對(duì)流從外殼去除的那些從而熱量積聚到相變材料的熔點(diǎn)，或者需要額外的管道和/或?qū)Ч軄?lái)實(shí)施傳統(tǒng)的主動(dòng)管理解決方案，該方案向相變材料自身的重量、體積、和成本增加了與額外的管道和/或?qū)Ч芟嚓P(guān)聯(lián)的重量和體積。不論是哪種情況，存在相變材料在熱失控開(kāi)始時(shí)已經(jīng)處于其熔融狀態(tài)的可能性，并且因此不能提供防止不希望有的熱事件的任何能力。另外，埋入結(jié)合混合料中的塊狀相變材料的制造和將產(chǎn)生的塊狀材料機(jī)械加工為適于該應(yīng)用的形狀使系統(tǒng)的總成本增加。
[0005]因此，需要用于電池單元的熱管理和熱失控預(yù)防的改進(jìn)的系統(tǒng)和方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本公開(kāi)內(nèi)容涉及用于高能量密度鋰離子電池組(尤其是(用于通常需要冷卻和熱失控保護(hù)的任何化學(xué)電池組)的主動(dòng)(或者被動(dòng))熱管理和熱失控預(yù)防的方法、系統(tǒng)、和裝置。用于電池?zé)峁芾淼墓_(kāi)的系統(tǒng)包括電池殼體和至少一個(gè)電池單元。在一個(gè)或多個(gè)構(gòu)造中，至少一個(gè)電池單元至少部分地浸沒(méi)在包含在電池殼體內(nèi)的液體內(nèi)。在至少一個(gè)構(gòu)造中，系統(tǒng)進(jìn)一步包括使液體經(jīng)由管道從電池殼體循環(huán)至冷卻單元，然后回到電池殼體的至少一個(gè)栗。
[0007]在一個(gè)或多個(gè)構(gòu)造中，用于電池?zé)峁芾淼墓_(kāi)的方法包括:利用至少一個(gè)溫度傳感器感測(cè)至少一個(gè)電池單元的溫度。在一個(gè)或多個(gè)構(gòu)造中，至少一個(gè)電池單元至少部分地浸沒(méi)在包含在電池殼體內(nèi)的液體中。方法進(jìn)一步包括利用至少一個(gè)處理器比較至少一個(gè)電池單元的溫度與最高閾值溫度。另外，方法包括當(dāng)至少一個(gè)處理器確定至少一個(gè)電池單元的溫度高于最高閾值溫度時(shí)，通過(guò)至少一個(gè)處理器指示將冷卻單元激活。此外，方法包括通過(guò)至少一個(gè)栗使液體經(jīng)由管道從電池殼體循環(huán)至冷卻單元然后回到電池殼體。
[0008]在一個(gè)或多個(gè)構(gòu)造中，方法進(jìn)一步包括利用至少一個(gè)處理器比較至少一個(gè)電池單元的溫度與最低閾值溫度。另外，方法包括當(dāng)至少一個(gè)處理器確定至少一個(gè)電池單元的溫度低于最低閾值溫度時(shí)，通過(guò)至少一個(gè)處理器指示將冷卻單元停用。
[0009]在至少一個(gè)構(gòu)造中，泄壓閥連接至電池殼體。在一些構(gòu)造中，泄壓閥是彈簧承載的(spring-loaded)。在至少一個(gè)構(gòu)造中，通風(fēng)孔連接至泄壓閥。
[0010]在一個(gè)或多個(gè)構(gòu)造中，至少一個(gè)電池單元是鋰離子電池單元。在至少一個(gè)構(gòu)造中，冷卻單元與風(fēng)扇相關(guān)聯(lián)。在一些構(gòu)造中，液體是相變材料(PCM)。在一個(gè)或多個(gè)構(gòu)造中，至少一個(gè)溫度傳感器位于至少一個(gè)電池單元上、位于電池殼體的內(nèi)部、和/或位于電池殼體上。
[0011]在至少一個(gè)構(gòu)造中，用于電池?zé)峁芾淼南到y(tǒng)包括電池殼體和至少一個(gè)電池單元。在一個(gè)或多個(gè)構(gòu)造中，至少一個(gè)電池單元至少部分地浸沒(méi)在包含在電池殼體內(nèi)的液體內(nèi)。系統(tǒng)進(jìn)一步包括感測(cè)至少一個(gè)電池單元的溫度的至少一個(gè)溫度傳感器。另外，系統(tǒng)包括至少一個(gè)處理器，用以比較至少一個(gè)電池單元的溫度與最高閾值溫度，并且當(dāng)至少一個(gè)處理器確定至少一個(gè)電池單元的溫度高于最高閾值溫度時(shí)指示將冷卻單元激活。系統(tǒng)還包括使液體經(jīng)由管道從電池殼體循環(huán)至冷卻單元然后回到電池殼體的至少一個(gè)栗。
[0012]在一個(gè)或多個(gè)構(gòu)造中，至少一個(gè)處理器進(jìn)一步比較至少一個(gè)電池單元的溫度與最低閾值溫度，并且當(dāng)至少一個(gè)處理器確定至少一個(gè)電池單元的溫度低于最低閾值溫度時(shí)指示將冷卻單元停用。
[0013]在至少一個(gè)構(gòu)造中，用于電池?zé)峁芾淼姆椒òɡ弥辽僖粋€(gè)溫度傳感器感測(cè)至少一個(gè)電池單元的溫度。在一個(gè)或多個(gè)構(gòu)造中，至少一個(gè)電池單元至少部分地浸沒(méi)在包含在電池殼體內(nèi)的第一液體內(nèi)。方法進(jìn)一步包括利用至少一個(gè)處理器比較至少一個(gè)電池單元的溫度與最高閾值溫度。另外，方法包括當(dāng)至少一個(gè)處理器確定至少一個(gè)電池單元的溫度高于最高閾值溫度時(shí)，通過(guò)至少一個(gè)處理器指示將冷卻單元激活。另外，方法包括通過(guò)至少一個(gè)栗使第二液體經(jīng)由管道從位于電池殼體中的熱交換器循環(huán)至冷卻單元然后回到熱交換器。
[0014]在一個(gè)或多個(gè)構(gòu)造中，第一液體和/或第二液體是相變材料(PCM)。
[0015]在至少一個(gè)構(gòu)造中，用于電池?zé)峁芾淼南到y(tǒng)包括電池殼體和至少一個(gè)電池單元。在至少一個(gè)構(gòu)造中，至少一個(gè)電池單元至少部分地浸沒(méi)在包含在電池殼體內(nèi)的第一液體中。系統(tǒng)進(jìn)一步包括感測(cè)至少一個(gè)電池單元的溫度的至少一個(gè)溫度傳感器。另外，系統(tǒng)包括至少一個(gè)處理器，用以比較至少一個(gè)電池單元的溫度與最高閾值溫度，并且當(dāng)至少一個(gè)處理器確定至少一個(gè)電池單元的溫度高于最高閾值溫度時(shí)指示將冷卻單元激活。此外，系統(tǒng)包括使第二液體經(jīng)由管道從位于電池殼體中的熱交換器循環(huán)至冷卻單元然后回到熱交換器的至少一個(gè)栗。
[0016]特征、功能和優(yōu)勢(shì)可以在本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施方式中單獨(dú)地實(shí)現(xiàn)或者也可在其他實(shí)施方式中進(jìn)行組合。
【附圖說(shuō)明】
[0017]參考以下說(shuō)明書(shū)、所附權(quán)利要求和附圖，將更好地理解本公開(kāi)內(nèi)容的這些和其他特征、方面以及優(yōu)勢(shì)，其中:
[0018]圖1是根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容的至少一個(gè)實(shí)施方式的用于高能量密度鋰離子電池組的主動(dòng)熱管理和熱失控預(yù)防的系統(tǒng)的示意圖，其中，冷卻劑遍及系統(tǒng)循環(huán)。
[0019]圖2是示出了根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容的至少一個(gè)實(shí)施方式的浸在包含在圖1的系統(tǒng)的電池殼體中的液體中的多個(gè)電池單元的示圖。
[0020]圖3是根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容的至少一個(gè)實(shí)施方式的針對(duì)圖1的系統(tǒng)的高能量密度鋰離子電池組的主動(dòng)熱管理和熱失控預(yù)防的公開(kāi)的方法的流程圖。
[0021]圖4是根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容的至少一個(gè)實(shí)施方式的用于高能量密度鋰離子電池組的主動(dòng)熱管理和熱失控預(yù)防的系統(tǒng)的示意圖，其中，冷卻劑未遍及系統(tǒng)循環(huán)。
[0022]圖5是根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容的至少一個(gè)實(shí)施方式的針對(duì)圖4的系統(tǒng)的高能量密度鋰離子電池組的主動(dòng)熱管理和熱失控預(yù)防的公開(kāi)的方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]本文中公開(kāi)的方法和裝置提供用于高能量密度鋰離子電池組的主動(dòng)熱管理和熱失控預(yù)防的可操作系統(tǒng)。具體地，該系統(tǒng)向用于鋰離子(或者其他化學(xué)成分)電池單元的電池?zé)崾Э仡A(yù)防和主動(dòng)流體浸泡冷卻提供了改進(jìn)的熱性能和防止或者結(jié)束損壞的或者濫用的電池單元中的熱失控的能力，從而以小的體積和輕的重量實(shí)現(xiàn)了安全性改善和電池壽命延長(zhǎng)。
[0024]本公開(kāi)內(nèi)容的系統(tǒng)解決了與熱電池管理有關(guān)的兩個(gè)主要憂慮從而確保了安全性和電池的長(zhǎng)壽命。這兩個(gè)主要憂慮是:(1)維持電池單元之間的均勻溫度范圍；和(2)控制并隔離損壞的或