现场固化轻质导热界面制造技术

本发明专利技术提供了一种被配置为设置在散热器与热释放设备之间的热界面构件，该热界面构件包括热界面构件。热界面构件具有导热的现场固化聚合物泡沫垫，该导热的现场固化聚合物泡沫垫被配置为保持与散热器和热释放设备中的每一者均匀接触。热界面构件另外被配置为吸收由热释放设备释放的热能，并且将该释放的热能引导到散热器。聚合物泡沫垫具有包括各向异性导热各向异性填充材料和各向同性导热各向异性填充材料中的至少一者的基体结构，并且其特征在于泡沫材料密度低于0.5g/cm

Field curing light heat conduction interface

【技术实现步骤摘要】
现场固化轻质导热界面
技术介绍
本公开涉及在热能源与邻近的结构之间的现场固化轻质导热界面。各种电动和电子设备(诸如能量存储电池、控制模块、电动机、计算机等)释放废热作为其主要操作的副产品。能量存储电池(例如，电池)可广泛分类为一次能量存储单元和二次能量存储单元。一次能量存储电池(例如，一次性电池)旨在使用直到耗尽，之后它们简单地用一个或多个新的能量存储电池替换。二次能量存储电池(例如，可再充电电池)能够被再充电和再使用，因此与一次性能量存储单元相比提供了经济、环保和易用的益处。一次能量存储电池和二次能量存储电池两者可互连并组织成能量存储电池组，以递送期望的电压、容量或电力密度。与一次电池相比，二次电池诸如锂离子电池往往更容易发生热失控或内部温度不受控制的升高。具体地讲，当内部反应速率增加直至生成的热多于可撤出的热时，发生热失控，从而导致反应速率和热生成两者的进一步增加。最终，生成热的量可能足以导致电池的效用的损失以及电池附近材料的损坏。二次能量存储电池中的热失控可通过电池内的短路、不正确的电池使用、物理损坏、制造缺陷或电池暴露于极端外部温度而引发。在热失控事件期间，快速释放大量热能，从而将整个电池加热至高达900℃或更高的温度。由于电池温度增加经历热失控，电池组内邻近的电池的温度通常也会增加。如果允许邻近的电池的温度不受阻碍地增加，则此类电池也可能进入热失控状态，从而导致级联效应，其中单个电池内的热失控的引发在整个存储电池组中传播。因此，来自电池组的电力可被中断，而采用电池组的系统可能由于热失控的规模和相关联的热能释放而引起附带损坏。
技术实现思路
被配置为设置在散热器与热释放设备之间的热界面构件包括热界面构件。热界面构件具有导热的现场固化聚合物泡沫垫，该导热的现场固化聚合物泡沫垫被配置为保持与散热器和热释放设备中的每一者均匀接触。热界面构件另外被配置为吸收由热释放设备释放的热能，并且将该释放的热能引导到散热器。聚合物泡沫垫具有包括各向异性导热填充材料和各向同性导热填充材料中的至少一者的基体结构，并且其特征在于泡沫材料密度低于0.5g/cm3。热界面构件可包括各向异性导热层，该各向异性导热层被配置为将由热释放设备释放的热能引导到散热器。导热层可为各向异性的并且包括氮化硼、石墨和石墨烯中的至少一者。导热层可为各向同性的并且包括氮化铝、碳化硅、氧化铝、氧化锌、金属粉末和合成金刚石中的至少一者。聚合物泡沫垫可包括耐热的热固性聚合物，该耐热的热固性聚合物具有有机硅、丙烯酸、聚氨酯、聚乙烯酯、聚环烯烃、聚烯烃和聚苯乙烯中的至少一者。聚合物泡沫垫的基体结构可具有开孔或闭孔泡沫构造。此外，闭孔泡沫构造可包括被配置为微胶囊的发泡剂。聚合物泡沫垫可为导电的，并且热界面构件可另外包括电隔离层。电隔离层可被配置为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)膜。聚合物泡沫垫可为非导电的并且其特征在于不存在电隔离构件。本公开的另一个实施方案涉及能量存储系统。能量存储系统包括能量存储电池组，该能量存储电池组具有第一电池以及邻近第一电池设置的第二电池，其中第一电池和第二电池中的每一者被配置为通过热能生成或释放电化学反应来生成并存储电能。能量存储系统还包括散热器，该散热器被配置为接受和耗散由第一电池和第二电池释放的热能。能量存储系统另外包括第一热界面构件，诸如上文具体描述的热界面构件。第一热界面构件设置在第一电池与第二电池之间，并且包括第一导热的现场固化聚合物泡沫垫。第一热界面构件被配置为在第一电池和第二电池在充电时膨胀以及第一电池和第二电池在放电时收缩的交替期间保持与第一电池和第二电池中的每一者均匀接触，并且吸收由第一电池和第二电池释放的热能，并且将热能引导到散热器。第一热界面构件可包括各向异性导热层，该各向异性导热层设置在第一聚合物泡沫垫与第一电池和第二电池中的至少一个之间。在此类实施方案中，导热层被配置为将由第一电池和第二电池中的至少一个释放的热能引导到散热器。各向异性导热层可为直接施加到第一聚合物泡沫垫的涂层。各向异性导热层可包括氮化硼、石墨或石墨烯。能量存储系统还可包括第二热界面构件，该第二热界面构件具有正交于第一聚合物泡沫垫设置在散热器与能量存储电池组之间的第二导热的现场固化聚合物泡沫垫。第二聚合物泡沫垫被配置为将散热器联接到第一聚合物泡沫垫。第一聚合物泡沫垫和第二聚合物泡沫垫中的每一者可具有基体结构，并且其特征在于泡沫材料密度低于0.5g/cm3，该基体结构包括导热各向异性和/或各向同性填充材料，诸如氮化硼、石墨和石墨烯。第二热界面构件可被配置为将散热器联接到第一热界面构件，并且在其间作为热界面工作。能量存储系统另外包括冷却板，诸如翅片，该冷却板邻近第一电池和第二电池中的至少一个延伸。在此类实施方案中，第二热界面构件被配置为将散热器联接到冷却板，并且在其间作为热界面工作。第一聚合物泡沫垫和第二聚合物泡沫垫中的至少一个可为导电的。第一热界面构件和第二热界面构件中的相应至少一个可另外包括电隔离层，该电隔离层被配置为限制来自能量存储电池组的电能损失。电隔离层可被配置为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)膜。第一聚合物泡沫垫和第二聚合物泡沫垫中的至少一个可为非导电的。在此类实施方案中，第一聚合物泡沫垫和第二聚合物泡沫垫中的相应至少一个的特征可在于在相应第一聚合物泡沫垫和第二聚合物泡沫垫处不存在电隔离。本公开的又一个实施方案涉及采用动力装置的车辆，该动力装置使用由此类能量存储系统产生的电能来生成扭矩。本公开的上述特征和优点以及其它特征和优点将通过下面结合附图和随附权利要求对实施所述公开的实施方案和最佳模式进行的详细描述而变得显而易见。附图说明图1为车辆的示意图，该车辆采用混合动力装置系统以及根据本公开的被配置为向其提供电能的能量存储系统。图2为示于图1中的能量存储系统的一个实施方案的示意性特写横截面平面图，其中能量存储系统包括具有多个电池的存储电池组以及具有导热的现场固化聚合物泡沫垫的热界面构件。图3为具有基体结构的相应聚合物泡沫垫的示意性特写透视图。图4A为具有开孔基体结构的相应聚合物泡沫垫的特写细部图。图4B为具有闭孔基体结构的相应聚合物泡沫垫的特写细部图。图5为相应聚合物泡沫垫的导电耐热基体结构的具体实施方案的示意性特写横截面平面图。图6为相应聚合物泡沫垫的非导电耐热基体结构的实施方案的示意性特写横截面平面图。图7为具有各向异性和/或各向同性导热层的特定热界面构件的示意性特写横截面平面图。图8为示于图1中的能量存储系统的另一个实施方案的示意性特写横截面平面图，该能量存储系统具有存储电池组，该存储电池组具有多个电池、热界面构件、以及邻近电池中的一些延伸的冷却板。具体实施方式参见附图，图1示出车辆10。应当理解，在多个附图上使用的相同元件符号是指相同的部件或具有相同功能的部件。另外，附图仅意在说明而非限制本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种热界面构件，所述热界面构件被配置为设置在散热器与热释放设备之间，包括：/n导热的现场固化聚合物泡沫垫，所述导热的现场固化聚合物泡沫垫被配置为保持与所述散热器和所述热释放设备中的每一者均匀接触，吸收由所述热释放设备释放的热能，并且将所述释放的热能引导到所述散热器；/n其中所述聚合物泡沫垫具有包括各向异性导热填充材料和各向同性导热填充材料中的至少一者的基体结构，并且其特征在于泡沫材料密度低于0.5g/cm

【技术特征摘要】
20181120 US 16/1964311.一种热界面构件，所述热界面构件被配置为设置在散热器与热释放设备之间，包括：
导热的现场固化聚合物泡沫垫，所述导热的现场固化聚合物泡沫垫被配置为保持与所述散热器和所述热释放设备中的每一者均匀接触，吸收由所述热释放设备释放的热能，并且将所述释放的热能引导到所述散热器；
其中所述聚合物泡沫垫具有包括各向异性导热填充材料和各向同性导热填充材料中的至少一者的基体结构，并且其特征在于泡沫材料密度低于0.5g/cm3。


2.根据权利要求1所述的热界面构件，还包括导热层，所述导热层被配置为将由所述热释放设备释放的所述热能引导到所述散热器。


3.根据权利要求2所述的热界面构件，其中所述导热层为各向异性的，并且包括氮化硼、石墨、石墨烯中的至少一者。


4.根据权利要求2所述的热界面构件，其中所述导热层为各向同性的，并且包括氮化铝、碳化硅、氧化铝、氧化锌、金属粉末和合成金刚石中的至少一者。


5.根据权利要求1所述的热界面构件，其中所述聚合物泡沫垫包括耐热的热固性聚合物，所述耐热的热固性聚合物具有有机硅、丙烯酸、聚氨酯、聚乙烯酯、聚环烯烃、聚烯烃和聚苯乙烯中的至少一者。


6.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：H·K·福莱姆，M·阿卜杜勒哈米德，T·J·富勒，M·O·范恩，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US