[发明专利]电池热调节单元

说明书

本发明题为“电池热调节单元”。本发明提供了一种用于调节软包电池(30)的温度的热调节单元(40)。该热调节单元形成为容器，该容器具有：用于输送液体冷却剂通过该单元的一个或多个内部冷却通道(50)；容纳该冷却通道的柔性外覆盖件(42)；以及入口端口和出口端口(46)，该入口端口和出口端口穿透覆盖件以分别向冷却通道提供液体冷却剂并从冷却通道移除液体冷却剂。柔性外覆盖件形成单元的基本上平坦的主外表面，该主外表面在形状上对应于软包电池的主外表面并用于压靠软包电池的主外表面，使得单元和软包电池可保持面对面接触。冷却通道被布置在柔性外覆盖件中，使得当所提供的液体冷却剂被加压时，其导致单元膨胀并压靠软包电池的主外表面。

技术领域

本公开涉及用于软包电池的热调节单元。

背景技术

对用于陆基电动车辆的电池提出的性能要求和管理这类产品的监管要求已经产生了基于特别为陆基电动车辆市场设计的软包电池的电池模块。然而，这些设计通常不适用于航空航天应用，尤其是电动推进系统和混合电动推进系统，其中操作环境、负载曲线和监管环境非常不同。

具体地讲，航空航天应用提出了以下技术挑战：

1)高放电速率。从电池获取高放电电流，尤其是在起飞和着陆期间。高电流产生内部电池单元加热和电池单元内的潜在的高电池单元温度和/或温度梯度，这因此减少了电池单元循环寿命。技术挑战是向电池单元提供足够的冷却，从而将电池的整个主体的均匀温度保持在介于10℃和35℃之间的最佳范围内。

2)高海拔操作。电池模块可能需要在例如30,000英尺或更高(9km或更高)的高度处操作。降低的空气压力/密度降低了空气的绝缘性能，使得提供足够的隔离而不引起过度的重量/尺寸损失成为问题。此外，在低压或真空环境下操作的软包电池可经历膨胀和收缩循环。这可导致电极损坏和过早损失放电容量。为了解决这个问题，可能需要向电极叠堆施加约束压力。这已证明即使在近真空(0.1psi，约0.7kPa)条件下也减少了容量劣化。

3)振动和机械应力。飞行器环境的特征在于高振动、在竖直方向和水平方向两者上的加速度以及取向变化(俯仰和翻滚)。因此，可能需要能够以任何取向支撑电池并抑制导致材料疲劳的振动的支撑结构。

4)热失控遏制。虽然热失控的发生率可通过适当的电池单元选择、电池管理系统所采用的热管理和保护算法来降低，但仍然可能发生热失控事件。当多个电池单元被迫热失控时，RTCA DO-311A 2.4.5.5“电池热失控遏制测试”检查模块的性能。该测试的通过标准是没有烟雾或碎屑从模块中释放出来。一个技术挑战是遏制火灾，使得一个电池单元的热失控不传播到另一个电池单元。第二个技术挑战是防止烟雾或碎屑从电池模块逸出。

5)爆炸遏制。在电池单元排气的情况下，有可能模块内的空气空间变得充满电解质蒸汽。如果存在点火源，则该蒸汽可爆炸。RTCA DO-311A 2.4.5.6“爆炸遏制测试”检查电池模块在这种情况下的性能，并且规定不允许烟雾或碎屑从模块中排出。因此，技术挑战是为能够承受此类爆炸的模块配置轻质壳体。

发明内容

本公开的各方面旨在解决这些挑战。

本公开的第一一般方面提供用于调节软包电池的温度的热调节单元，该热调节单元具有：一个或多个内部冷却通道，该内部冷却通道用于输送液体冷却剂通过单元；以及用于分别向该一个或多个冷却通道和从该一个或多个冷却通道输送液体冷却剂的入口端口和出口端口；其中该单元具有基本上平坦的主外表面，以用于压靠软包电池的主外表面，使得单元和软包电池能够保持面对面接触。

因此，热调节单元可使电池保持冷却，从而允许从电池汲取高放电电流，同时还对电池施加压力，这有助于其在高海拔下操作。此外，使热调节单元压靠电池可提供机械支撑并有助于减少振动。