用于冷却模块组件的碳纤维热界面制造技术

本发明专利技术涉及用于冷却模块组件的碳纤维热界面。冷却系统包括被构造成邻靠电池单元的冷却板。散热器通过至少一个碳纤维刷与冷却板热连通，至少一个碳纤维刷联接到冷却板和散热器中的至少一个。冷却系统可用在用于电动车辆的推进系统中的电池组中。

【技术实现步骤摘要】

本公开涉及电池组且特定而言涉及用于电池组的冷却系统。
技术介绍
电池单元已经被提出作为用于电动车辆和各种其它应用的清洁、高效且环保的能源。一种类型的电池单元已知为锂离子电池。锂离子电池为可再充电的且可形成各种形状和大小以便高效地填充电动车辆中的可用空间。例如，电池单元可为棱柱形状以便于堆叠电池单元。多个单独的电池单元可以电池组的形式设置来提供足以操作电动车辆的能量。典型的棱柱电池单元具有绕电池单元的周边熔合的一对涂有塑料的金属层以便密封电池单元构件。电池单元的密封通常始于向涂有塑料的金属层之一提供腔，有时被称作“黄油碟”形状。电池单元构件置于涂有塑料的金属层的腔内。涂有塑料的金属层中的另一个然后置于电池单元构件的顶部且在所述周边处熔合到具有腔的涂有塑料的金属层之一，例如通过围绕边缘进行热密封。由此提供用于合并在电池组中的电池单元。诸如锂离子电池单元的电池单元已知在操作期间且由于再充电时的充电循环而生成热量。当过热或由于其它原因向高温环境暴露时，不合需要的效果会影响到锂离子电池的操作。冷却系统通常用于锂离子电池以应对不合需要的过热条件。用于电池单元的已知的冷却系统在受让人共同待决的授予Essinger等人的美国专利申请序列号12/713，729和授予Kumar等人的美国专利申请序列号N0.12/842，478中描述,其全文内容以引用的方式结合到本文中。常规的冷却系统包括夹在电池组内单独电池单元之间的内藏冷却板或翅片。冷却翅片通常通过诸如钎焊或焊接的“热”方法接合到散热器。热接合方法可能会不利地影响到材料微结构，这会影响到接合部耐用性。已知的接合方法通常也需要填料材料，诸如钎料、焊接材料、结合粘合剂和热界面材料，这样的材料会不利地影响到热导率且增加了制造复杂性。涉及热收缩的另一接合方法在受让人的授予Heise的共同待决的美国专利申请序列号N0.13/035，236中描述，该专利申请的全部内容以引用的方式结合到本文中。该方法包括以下步骤:提供具有至少一个键的至少一个板，以及提供具有形成于其中的至少一个槽的散热器。散热器被加热到第一温度，第一温度足以使得散热器热膨胀且使得至少一个槽膨胀。至少一个板的至少一个键然后插入于至少一个槽中。散热器然后冷却到第二温度，第二温度足以使得散热器热收缩和使至少一个槽收缩。从而形成将至少一个板固定到散热器上的干涉配合接合部。持续地需要这样的电池冷却系统，其具有稳健的组装机械公差，最小化制造复杂性，且提高了电池冷却系统的可靠性。理想地，电池冷却系统和方法提供高热导率，最小化对于诸如热界面材料和翅片脚的额外构件的需要，且排除了由于在电池组冷却系统的散热器与翅片脚之间的高夹持力而设计刚性散热器的需要。
技术实现思路
根据本公开，令人意外地发现了一种电池冷却系统，其具有稳健的组装机械公差，最小化制造复杂性，提高了可靠性，提供高热导率，最小化对于诸如热界面材料和翅片脚的额外构件的需要，且排除了由于在电池组冷却系统的散热器与翅片脚之间的高夹持力的原因设计刚性散热器的需要。本公开的碳纤维热界面为冷却模块组件应用提供稳健的热导率且还提供稳固的机械完整性。碳纤维的粗纱(roving)可预先组装成束以形成刷。该刷联接到冷却板(也被称作翅片)和散热器构件中的至少一个以提供热界面。各种堆叠和附连方法可用于使得冷却板和散热器构件与刷联接。热界面可根据需要为刷-刷或者刷-表面。成束碳纤维的机械柔性允许在最终模块堆叠操作中牢固组装冷却板。在第一实施例中，一种用于电池单元的冷却系统，包括:冷却板，其被构造成邻靠电池单元。散热器通过至少一碳纤维刷与冷却板热连通，至少一个碳纤维刷联接到冷却板和散热器中的至少一个。在另一实施例中，电池组包括至少一个电池单元和冷却系统。该冷却系统包括邻靠电池单元的冷却板和散热器。散热器通过至少一个碳纤维刷与冷却板热连通，至少一个碳纤维刷联接到冷却板和散热器中的至少一个。在再一实施例中，一种用于电动车辆的推进系统包括具有至少一个电池单元和冷却系统的电池组。该冷却系统包括邻靠电池单元的冷却板和散热器。散热器通过至少一个碳纤维刷与冷却板热连通，至少一个碳纤维刷联接到冷却板和散热器中的至少一个。本专利技术提供下列技术方案。技术方案1.一种用于电池单兀的冷却系统，包括: 冷却板，其被构造成邻靠所述电池单元；以及 散热器，其通过至少一个碳纤维刷与所述冷却板热连通，所述至少一个碳纤维刷联接到所述冷却板和所述散热器中的至少一个。技术方案2.根据技术方案I所述的冷却系统，其中，所述至少一个碳纤维刷包括碳纤维束。技术方案3.根据技术方案I所述的冷却系统，其中，所述至少一个碳纤维刷由碳纤维粗纱预先组装而成。技术方案4.根据技术方案3所述的冷却系统，其中，所述至少一个碳纤维粗纱由多根碳纤维长丝编织而成。技术方案5.根据技术方案4所述的冷却系统，其中，所述碳纤维粗纱由多达约20，000根碳纤维长丝编织而成。技术方案6.根据技术方案2所述的冷却系统，其中，在所述至少一个碳纤维刷中的每根碳纤维具有大于约500 W/mK的轴向热导率，约5 W/mK至约40 W/mK的径向热导率，约2.4 Gpa至约7 Gpa的抗张强度，以及约230 Gpa至约700 Gpa的弹性模量。技术方案7.根据技术方案I所述的冷却系统，其中，所述至少一个碳纤维刷利用导热的粘合剂联接到所述冷却板和所述散热器中的至少一个。技术方案8.根据技术方案I所述的冷却系统，其中，所述至少一个碳纤维刷利用夹具联接到所述冷却板和所述散热器中的至少一个。技术方案9.根据技术方案2所述的冷却系统，其中，在所述碳纤维刷中的每个碳纤维包括石墨烯。技术方案10.根据技术方案I所述的冷却系统，其中，所述至少一个碳纤维刷联接到所述冷却板的端部且具有邻靠所述散热器的自由端。技术方案11.根据技术方案I所述的冷却系统，其中，所述至少一个碳纤维刷联接到所述散热器的表面且具有邻靠所述冷却板的自由端。技术方案12.根据技术方案11所述的冷却系统，其中，所述冷却板具有成角度的端部，所述碳纤维刷的所述自由端邻靠所述冷却板的所述成角度的端部。技术方案13.根据技术方案12所述的冷却系统，其中，所述成角度的端部为基本上L形。技术方案14.根据技术方案I所述的冷却系统，其中，所述至少一个碳纤维刷包括联接到所述冷却板的第一碳纤维刷和联接到所述散热器的第二碳纤维刷，所述第一碳纤维刷与所述第二碳纤维刷彼此交替以提供它们之间的热连通。技术方案15.根据技术方案14所述的冷却系统，其中，所述第一碳纤维刷联接到所述冷却板的端表面且所述第二碳纤维刷联接到所述散热器的侧表面，所述冷却板的端表面基本上平行于所述散热器的侧表面定向。技术方案16.根据技术方案14所述的冷却系统，其中，所述第一碳纤维刷联接到所述冷却板的侧表面且所述第二碳纤维刷联接到所述散热器的向外延伸部分的侧表面，所述冷却板的侧表面基本上平行于所述散热器的向外延伸部分的侧表面定向。技术方案17.根据技术方案I所述的冷却系统,其中,所述散热器具有向外延伸部分且所述至少一个碳纤维刷联接到所述冷却板的侧表面，所述至少一个碳纤维刷具有邻靠所述散热器的向外延伸部分的表面的自由端。技术方案18.根据技术方案I所述的冷却系统，其中，所述散热器具有一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于电池单元的冷却系统，包括：冷却板，其被构造成邻靠所述电池单元；以及散热器，其通过至少一个碳纤维刷与所述冷却板热连通，所述至少一个碳纤维刷联接到所述冷却板和所述散热器中的至少一个。

【技术特征摘要】
2011.12.15 US 13/327,0011.一种用于电池单元的冷却系统，包括: 冷却板，其被构造成邻靠所述电池单元；以及 散热器，其通过至少一个碳纤维刷与所述冷却板热连通，所述至少一个碳纤维刷联接到所述冷却板和所述散热器中的至少一个。2.根据权利要求1所述的冷却系统，其中，所述至少一个碳纤维刷包括碳纤维束。3.根据权利要求1所述的冷却系统，其中，所述至少一个碳纤维刷由碳纤维粗纱预先组装而成。4.根据权利要求3所述的冷却系统，其中，所述至少一个碳纤维粗纱由多根碳纤维长丝编织而成。5.根据权利要求4所述的冷却系统，其中，所述碳纤维粗纱由多达约20，000根碳纤维长丝编织而成。6.根据权利要求2所述的冷却系统，其中，在所述至少一个碳纤维刷中的每根碳纤维具有大于约500 W/mK的轴向热导率，约5 W/mK至约40 W/mK...

【专利技术属性】
技术研发人员：A黑泽，AG安德森，S特普菲尔，
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：