[发明专利]电化学电池的热管理

说明书

相关专利申请

本申请要求提交于2008年1月4日的美国专利申请No.11/969,491的优先权。

技术领域

本发明所提供的系统和方法通常涉及包括氟化碳流体的可充电电化学电池的被动双相热管理。

背景技术

常规的可充电的电化学电池在正常工作状态下产生受控量的热。然而这些电池由于各种因素的原因可能会不时地出现热量的迅速增加和释放。出现热量增加和释放的情况可能是由于外因，如电池端子受到短路、电池受到物理损坏或电池里面产生内部缺陷。当电化学电池中经历这种放热的迅速增加时，电池可能会进入意外模式，造成电池失效。虽然这种热量的迅速增加和释放可能是相对不常见的，但如果在电化学电池堆或电化学电池组中发生放热，那么从一个电池中释放的热量可能足以使其它周围的电池达到它们的热失控点而导致连锁反应。

发明内容

锂离子电化学电池正越来越多地应用于电子设备，如膝上型电脑、移动电话和无绳电动工具，并且正在考虑将其作为汽车电源。锂离子电池由于具有高能量密度潜力、非常好的使用寿命和可再充电性而受到关注。电化学电池需要有热管理系统，特别是锂离子电化学电池。需要能有不需要复合硬件(如泵或阀)和复杂密封的热管理系统。另外还需要电化学电池有这样的热管理系统，在热失控状态下能够起到冷却电池的作用，和/或能够压制任何在失控期间可能会产生的火势。此外，需要热管理系统成本低，便于携带，能够迅速地散去大量的热。

一方面提供一种用于电化学电池的被动热管理系统，包括非水传热介质、具有内部和外部的容器(其中所述内部容纳传热介质)和至少部分地浸没在所述介质中的至少一个或多个电化学电池。

另一方面提供一种热管理系统，包括传热流体、一个或多个电化学电池和至少部分地填充以所述传热流体的换热器，其中一个或多个电池与换热器是热接触的。

最后提供一种电化学电池的被动热管理方法，包括：提供填充以传热介质的容器，使至少一个电化学电池部分地浸入所述介质，对电池充电或放电以产生受热的电池，从受热的电池向介质传热，并通过介质的蒸发从受热的电池中散热。

在本文件中：

“一个”和“所述”与“至少一个”可互换使用，表示一个或多个所述的要素；

“合金”是指两种或更多种元素的混合，其中的至少一种是金属，且其中所得到的材料具有金属性质；

“充电”是指对电池提供电化学能的过程；

“脱锂”是指从电极材料中脱除锂的过程；

“放电”是指从电池中取得电化学能的过程，例如当使用电池进行所需工作时；而“金属”指的是金属和准金属(如硅和碳)两者，无论是元素态还是离子态的。

所提供的用于电化学电池的热管理系统可以是被动式的，即，它不包括泵，但可以通过对流来循环冷却剂。所提供的系统中可以使用具有高导热率的传热介质，如氢氟醚。它们可以通过把热量从电池导向容纳介质的容器而带走电化学电池产生的热量。另外，它们可以吸收电池产生的热量，方式是在电池的表面蒸发，然后在容器的表面上冷凝，从而实现散热。同时，通过使用不助燃的传热介质，所提供的热管理系统能防止或压制另外可能由热失控事件产生的火势。

上述发明内容并非旨在描述本发明的每种实施方式的每个公开的实施例。接下来的附图简要说明以及详细描述对示例性的实施例作出了更具体的说明。

附图说明

图1是热管理系统的一个实施例的示意图，所述热管理系统包括浸没在传热介质中的电化学电池阵列。

图2是热管理系统的一个实施例的示意图，所述热管理系统包括与换热器相接触的电化学电池阵列。

图3A是管理系统的一个实施例的剖视图，所述热管理系统包括在容器中的电化学电池阵列，所述容器至少部分地浸没在传热介质中。

图3B是显示包括换热器的热管理系统的图3A的实施例的分解图。

图4A和4B是对照例(图4A)和所提供的热管理系统的一个实施例(图4B)的性能特性图。

图5A和5B是另一对照例(图5A)和所提供的热管理系统的另一实施例(图5B)的性能特性图。

图6是所提供的热管理系统的又一实施例的性能特性图。

具体实施方式