热交换器和包括热交换器的电池系统的制作方法

电池组可包括多个电池单元和利用热交换器的液体冷却系统。

一些可再充电电池可能经历热失控，从而导致电池过热，并且有时导致电池爆炸。

技术实现要素：

在本说明书的一些方面，提供了一种包括多个电池单元和热交换器的电池系统。该热交换器包括用于输送流体的多个通道。该通道大致沿第一方向延伸并且沿正交的第二方向布置。多个通道中的每个通道具有被设置成接触流体的主表面。沿第一方向和第二方向延伸的一体形成的聚合物片材包括该多个通道中的每个通道的该主表面的至少一部分。热交换器的主表面与多个电池单元的主表面热接触。

在本说明书的一些方面，提供了一种包括至少一个电池单元和热交换器的电池系统。该热交换器包括大致沿第一方向延伸并且沿正交的第二方向布置的多个通道。沿第一方向和第二方向延伸的聚合物片材包括多个通道的主表面的至少一部分。该热交换器的主表面与至少一个电池单元的主表面热接触。该电池系统提供流过多个通道的流体流，使得至少一个电池单元中的第一电池单元的升高至预定温度以上的温度导致多个通道的破裂。该多个通道的破裂增大了从第一电池单元进行热抽取的速率。

在本说明书的一些方面，提供了一种包括用于输送流体的多个通道的热交换器。该通道大致沿第一方向延伸并且沿正交的第二方向布置。该多个通道中的每个通道具有被设置成接触流体的主表面。沿第一方向和第二方向延伸的聚合物片材包括该多个通道中的每个通道的主表面的至少一部分。该聚合物片材包括至少一个特征部，使得该多个通道被构造成在热交换器满足预定条件时在该至少一个特征部处或附近破裂。

附图说明

图1A是包括多个通道的热交换器的示意性剖视图；

图1B至图1C是根据一些实施方案的通道的示意性剖视图；

图2至图3是热交换器的示意性剖视图；

图4A至图4B是包括管部分和中间部分的热交换器的示意性剖视图；

图5A至图5B是热交换器的两个不同横截面的示意性剖视图；

图6是热交换器的示意性俯视图；

图7A至图7B分别是多个通道破裂之前和破裂之后的电池系统的一部分的示意性侧视图；

图8至图9是电池系统的部分的示意性侧视图；并且

图10是电池系统的一部分的示意性端视图。

具体实施方式

在以下说明中参考附图，该附图形成本发明的一部分并且其中以举例说明的方式示出各种实施方案。附图未必按比例绘制。应当理解，在不脱离本说明书的范围或实质的情况下，可设想并进行其他实施方案。因此，以下具体实施方式不应被视为具有限制意义。

例如，在一些实施方案中，本说明书的热交换器是聚合物材料制成的并且包括用于输送用来冷却电池单元的流体的多个通道。已经发现，此类聚合物热交换器可容易且不贵地制造(与常规热交换器相比)，并且该聚合物材料可在电池单元与流体之间提供期望的热传导。此外，在一些实施方案中，热交换器是电绝缘的，这允许消除在电池组中常规采用的附加电绝缘介电层。通道通常是闭合通道(在横向横截面中闭合，使得流体被限制在通道中)。在一些实施方案中，热交换器的多个通道被构造成在热交换器满足预定条件(例如，如别处所述的压力和/或温度超过预定值)时破裂。多个通道的破裂增大了从电池单元中的至少一个电池单元进行热抽取的速率。例如，如果在电池单元中引发热失控，则电池单元的温度升高可触发多个通道的破裂，这允许将更多流体引导至电池单元，从而增大从电池单元进行的热抽取，这可防止热失控加剧。在一些实施方案中，热交换器包括促进在与电池单元相邻的预定位置处破裂以在热交换器破裂时增大从电池单元进行的热抽取的特征部。

电池可包括多个电池单元，其中每个电池单元包括阳极、阴极和设置在两者间的隔板。此类电池单元在本领域中是已知的并且在例如美国专利申请2009/0136845(Choi等人)、2014/0234726(Christensen等人)、2018/0097217(Danko)和2018/0159105(Iriyama等人)中有所描述。电池单元可设置在壳体或外壳中。电池单元可具有任何合适的几何形状，并且可以是例如圆柱状单元、纽扣单元、棱柱状单元或袋式单元。电池可包括设置在电池外壳中的多个电池单元。热交换器可用于从电池单元中提取热量。在一些实施方案中，电池单元是锂离子电池单元。在其他实施方案中，可使用其他类型的电池单元。在一些实施方案中，汽车电池组(例如，锂离子电池组)包括电池单元。在其他实施方案中，电池系统可用于非汽车应用中。

在一些实施方案中，热交换器的主表面与一个电池单元或多个电池单元的主表面热接触。在一些实施方案中，一个电池单元或多个电池单元的此主表面是或包括电池单元的壳体或外壳的外主表面。在一些实施方案中，一个电池单元或多个电池单元的此主表面是或包括多个电池单元的多个壳体或外壳。在一些情况下，多个电池单元可设置在共用外壳中，并且多个电池单元的主表面可以是此共用外壳的外主表面。例如，电池可在电池外壳中包括多个这些共用外壳。当热可在第一表面与第二表面之间进行热传导时，第一表面与第二表面热接触。第一表面和第二表面可直接物理接触或者可例如由一个或多个导热层(例如，热界面材料)隔开。在一些实施方案中，一个电池单元或多个电池单元的主表面直接或间接地(例如，通过热界面材料)设置在热交换器的主表面上。

图1A是热交换器100的示意性剖视图，该热交换器包括大致沿第一方向(z方向)延伸并且沿正交的第二方向(x方向)布置的多个通道110。在一些实施方案中，多个通道110用于输送流体130(例如，沿通道的长度(例如，z方向))。在一些此类实施方案中，多个通道110中的每个通道具有被设置成接触流体130的主表面112。通道的主表面面向通道的内部。在一些实施方案中，沿第一方向和第二方向(z方向和x方向)延伸的聚合物片材120包括多个通道110的主表面112的至少一部分。例如，聚合物片材120可包括至少一个通道的主表面的至少一部分，或者优选地，包括多个通道110中的每个通道的主表面的至少一部分。在一些实施方案中，聚合物片材120包括多个通道110的主表面112的总面积的至少大部分(大于多个通道110中的每个通道的主表面的总组合面积的50％)。在例示的实施方案中，任选的热界面材料129设置在聚合物片材120的主表面103上，其中热界面材料129具有外主表面102。热界面材料在本文别处另外描述。在一些实施方案中，多个通道110中的每个通道是闭合通道。闭合通道是在沿通道长度的每个横向横截面中具有闭合边界的通道。在一些实施方案中，通道110可包括面向电池单元的开口，这些开口在热交换器粘结到电池单元时被密封。在一些此类实施方案中，将热交换器粘结到电池单元的粘合剂层与聚合物片材一起限定闭合通道。

图1B是在一些实施方案中可以是多个通道110中的某个通道的通道110a的示意性剖视图。图1C是在一些实施方案中可以是多个通道110中的一个通道的通道110b的示意性剖视图。通道110a沿z方向(其为线性第一方向)延伸，而通道110b大致沿z方向延伸但具有例如围绕z方向变化的中心轴线。另选地，通道110b可被描述为沿着沿通道的轴线的曲线方向延伸。类似地，第二方向可为线性方向(例如，x方向)或曲线方向(参见例如图10)。

在一些实施方案中，多个通道110包括至少2个、3个、5个、10个或15个通道(例如，2个至200个通道)。在一些实施方案中，热交换器100包括除多个通道110之外的通道。例如，多个通道110中的每个通道可适于输送冷却流体，并且热交换器100中可包括不用于输送冷却流体的其他通道。又如，在一些实施方案中，热交换器可包括提供例如可用于输送流体的附加通道的单独层，但多个通道110仅包括其中聚合物片材120包括通道的主表面的至少一部分的那些通道。在其他实施方案中，用于在热交换器100中输送流体的每个通道是多个通道110中的一个通道。

在例示的实施方案中，聚合物片材120包括多个通道110中的每个通道的所有主表面112。在这种情况下，聚合物片材120包括多个通道110。在其他实施方案中，多个通道可形成于聚合物片材120与附加层之间，如图2中示意性地示出。

图2是热交换器200的示意性剖视图，该热交换器包括大致沿第一方向(z方向)延伸并且沿正交的第二方向(x方向)布置的多个通道210。沿第一方向和第二方向(z方向和x方向)延伸的聚合物片材220包括多个通道210的主表面212的至少一部分(例如，多个通道210中的每个通道的主表面的一部分)。多个通道210形成于聚合物片材220与附加层240之间。

在一些实施方案中，附加层240和一体形成的聚合物片材220具有不同的组成。例如，聚合物片材220可由第一聚合物形成，并且附加层240可由不同的第二聚合物或由诸如金属层的另一材料形成。在一些实施方案中，附加层240和聚合物片材220在例如热导率、熔点或杨氏模量中的至少一个方面不同。例如，针对聚合物片材220和附加层240使用不同材料允许选择用于片材或附加层中的一者的材料以具有期望的热性能(例如，高热导率)，并且允许选择用于片材或层中的另一者的材料以具有期望的机械性能(例如，杨氏模量)。在一些实施方案中，聚合物片材220是一体形成的。在一些实施方案中，附加层240与一体形成的聚合物片材220一体形成(例如，可通过共挤出形成附加层240和聚合物片材220)。

例如，通道的横截面形状可以是任何合适的形状，诸如圆形、椭圆形、矩形、正方形、三角形或六边形。

图3是热交换器300的示意性剖视图，该热交换器包括形成于聚合物片材320与附加层340之间的多个通道310。在例示的实施方案中，聚合物片材320是棱柱膜，并且附加层340用于形成三角形通道的上边界。聚合物片材320沿第一方向和第二方向(z方向和x方向)延伸并且包括多个通道310的主表面312的一部分。

图4A至图4B分别是热交换器400a和400b的示意性剖视图，热交换器中的每一者包括大致沿第一方向(z方向)延伸并且沿正交的第二方向(x方向)布置的多个通道410。在例示的实施方案中，沿第一方向和第二方向(z方向和x方向)延伸的聚合物片材420a或402b包括多个通道410中的每个通道的主表面412。聚合物片材420a或420b可以是通过分别共挤出管部分423和中间部分424a或424b制成的一体形成的聚合物片材。在一些实施方案中，一体形成的聚合物片材420a、420b包括通过中间部分424a、424b接合在一起的多个管部分423，其中每个管部分423包括多个通道410中的一个通道。在一些实施方案中，管部分423和中间部分424a、424b具有不同的组成。在一些实施方案中，管部分423和中间部分424a、424b具有相同的组成。例如，管部分423和中间部分424a、424b可由相同的聚合物或由不同的聚合物制成。可用于制造热交换器400a或400b的共挤出技术大致描述于例如美国专利申请公布第2016/0362824(Ausen等人)号中。中间部分424a或424b中的每一者可以是间断地接合到相邻管部分423的振荡聚合物股线，如大致描述于例如美国专利申请公布第2016/0362824(Ausen等人)号中。

在一些实施方案中，中间部分由热界面材料形成。例如，中间部分424b可以是热界面材料，使得中间部分424b在例如相邻电池单元与管部分423之间有效地传导热。

在一些实施方案中，热交换器的几何形状提供例如用于粘结(例如，使用热界面粘合剂)的附加表面区域。在一些实施方案中，具有比聚合物片材420a或420b的聚合物材料更高的热导率或比管部分423的聚合物材料更高的热导率的热界面材料(例如，热界面粘合剂)设置在聚合物片材的用于将聚合物片材粘结到电池单元的外主表面上。例如，热交换器400a的几何形状可提供增大的外主表面部分，其中添加的热界面材料在通道110中的流体的指定距离(例如，多个通道的平均最小壁厚的约1.2倍的距离)内。

导热颗粒可包括在片材或层中以增大该片材或层的热导率。在一些实施方案中，一体形成的聚合物片材包括分散在聚合物中的多个导热颗粒。例如，在一些实施方案中，管部分423包括分散在聚合物中的多个导热颗粒。在一些实施方案中，热交换器的附加层(例如，附加层240)和一体形成的聚合物片材(例如，聚合物片材220)中的至少一者包括分散在聚合物中的多个导热颗粒。在一些实施方案中，附加层和一体形成的聚合物片材中的一者而不是另一者包括分散在聚合物中的多个导热颗粒。在一些实施方案中，导热颗粒包括金属颗粒、银颗粒、铜颗粒、金刚石颗粒、氮化硼颗粒、氮化硅颗粒、氧化铝颗粒、碳化硅颗粒和二氧化硅颗粒中的一种或多种。如果使用金属颗粒，则颗粒可包括介电涂层以确保聚合物材料不变得导电。分散在聚合物中的合适导热颗粒描述于例如美国专利第6,822,018(Chaudhuri等人)号中。

在一些实施方案中，热交换器被构造成在热交换器满足预定条件(例如，如别处所述的压力和/或温度超过预定值)时破裂。在一些实施方案中，热交换器包括促进在优选的预定位置处破裂的特征部。在其他实施方案中，热交换器在与例如电池单元超过预定温度的位置相邻处破裂，并且不包括此类特征部。

图5A至图5B是热交换器500的沿热交换器500的长度的两个不同横截面的剖视图。热交换器500包括聚合物片材520，该聚合物片材包括多个通道510中的每个通道的主表面(在例示的实施方案中为所有主表面)的至少一部分。聚合物片材520包括至少一个特征部527，使得多个通道510被构造成在热交换器满足预定条件时在至少一个特征部527处或附近破裂。可将至少一个特征部527放置在热交换器中，使得特征部靠近电池单元。当满足预定条件时，这可促进电池单元附近的破裂。

在一些实施方案中，至少一个特征部527包括位于多个通道的侧壁中的至少一个凹口。在一些实施方案中，至少一个特征部527包括其中多个通道510的最小壁厚是tm0的至少一个区域，如图5B所示，并且热交换器具有远离至少一个特征部527且最小壁厚为tm1的至少一个区域，如图5A所示。多个通道510的平均最小壁厚tmA是最小壁厚(关于通道和关于通道的长度)的平均值。在一些实施方案中，至少一个特征部527包括其中多个通道510的最小壁厚tm0小于多个通道510的平均最小壁厚tmA的至少一个区域。

在一些实施方案中，至少一个特征部527包括多个通道510的侧壁中的至少一个凹口。在一些实施方案中，对每个通道施加单独的凹口，如图5B中示意性地示出。在一些实施方案中，跨多个通道的凹口得到多个通道的侧壁中的凹口。这在图6中示意性地示出，该图是热交换器600的示意性俯视图，该热交换器包括如别处所描述的聚合物片材620和多个通道610。聚合物片材620包括至少一个特征部627(在例示的实施方案中为两个特征部)，使得多个通道610被构造成在热交换器600满足预定条件时在至少一个特征部627处或附近破裂。在例示的实施方案中，至少一个特征部627中的每个特征部是跨多个通道610的凹口。

至少一个特征部可例如在模制或挤出过程中与聚合物片材一起形成，或者可在已形成聚合物片材之后通过压花形成。至少一个特征部可以是多个特征部，该多个特征部被布置成使得当热交换器与多个电池单元相邻地设置时，多个特征部中的至少一个特征部被设置成靠近多个电池单元中的每个电池单元。

聚合物片材(例如，120、220、320、420a、420b、520或620)可以是一体形成的聚合物片材。如本文所用，“一体形成的”制品意指制品被制造为单件，而不是被制造为随后接合以形成制品的单独的件。例如，一体形成的聚合物片材可以是挤出片材。该挤出片材可具有例如单一结构(由单个组成形成为单个件)，或者可具有多个具有不同组成的元件，这些元件被一起共挤出以形成单个件，如描述于例如美国专利申请公布第2016/0362824(Ausen等人)号中。又如，一体形成的聚合物片材可以是模制片材。在一些实施方案中，一体形成的聚合物片材是单一片材。在一些实施方案中，一体形成的聚合物片材是挤出片材、模制片材或单一片材中的一种或多种(例如，聚合物片材可以是挤出的单一片材或模制的单一片材)。

在一些实施方案中，多个通道的平均最小壁厚(例如，图5A至图5B中描绘的tmA)为至少0.005mm或至少0.01mm或至少0.03mm，并且不超过1.5mm，或不超过1mm，或不超过0.5mm，或不超过0.3mm。例如，在一些实施方案中，平均最小壁厚在0.005mm至1mm的范围内，或在0.01mm至0.5mm的范围内，或在0.03mm至0.3mm的范围内。

在一些实施方案中，多个通道的平均最大侧向尺寸(通道最大侧向尺寸(例如直径)在通道上的平均值)为至少0.1mm或至少0.2mm或至少0.3mm，并且不超过10mm或不超过5mm或不超过3mm。例如，在一些实施方案中，多个通道的平均最大侧向尺寸在0.1mm至10mm或0.2mm至5mm或0.3mm至3mm的范围内。在一些实施方案中，多个通道的平均中心至中心间距在例如多个通道的平均最大侧向尺寸的1至2.5倍或1.1至2倍的范围。

在一些实施方案中，热交换器是电绝缘的。例如，热交换器可由电绝缘聚合物材料形成。在一些实施方案中，热交换器由体积电阻率为例如至少10¹⁰欧姆厘米或至少10¹²欧姆厘米的电绝缘聚合物材料形成。在一些实施方案中，跨热交换器的厚度(例如，y方向)的电阻为例如至少10⁶欧姆或至少10⁸欧姆或至少10¹⁰欧姆。除非另有说明，否则电阻和电阻率分别指当多个通道为空(除空气之外)时测定的零频率(直流电)电阻和电阻率。

在一些实施方案中，热交换器是聚合物材料制成的。聚合物材料是具有有机聚合物的连续相的材料。可将无机材料诸如无机纳米颗粒分散在聚合物材料的有机聚合物中。在一些实施方案中，热交换器的聚合物材料包括导热颗粒以改善热导率，如别处另外所述。聚合物层或片材是由聚合物材料制成的层或片材。聚合物热交换器主要由聚合物材料形成(例如，在聚合物层之中或之间形成多个通道)。在一些实施方案中，在通道中不包括任何流体的聚合物热交换器基本上(例如，至少98重量％或至少99重量％)由聚合物材料组成。

热交换器中使用的聚合物材料可包括例如热塑性聚合物、热固性聚合物(例如，热固性环氧树脂)和辐射(例如，紫外线或电子束)固化聚合物(例如，丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯)。合适的热塑性聚合物包括聚烯烃(例如，聚丙烯和聚乙烯)、聚氯乙烯、聚苯乙烯、尼龙、聚酯(例如，聚对苯二甲酸乙二醇酯)以及它们的共聚物和共混物。合适的聚合物材料也包括弹性体材料(例如，ABA嵌段共聚物、聚氨酯、聚烯烃弹性体、聚氨酯弹性体、茂金属聚烯烃弹性体、聚酰胺弹性体、乙烯-醋酸乙烯弹性体和聚酯弹性体)。其他可用的材料包括例如苯乙烯丙烯腈、乙酸丁酸纤维素、乙酸丙酸纤维素、三乙酸纤维素、聚醚砜、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氨酯、聚酯、聚碳酸酯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚萘二甲酸乙二酯、基于萘二羧酸的共聚物或共混物、聚烯烃、聚酰亚胺以及它们的混合物和/或组合。在一些实施方案中，聚合物材料是可熔融加工的聚合物。可用的聚合物包括例如聚乙烯，诸如高密度聚乙烯(HDPE)。在一些实施方案中，选择聚合物、聚合物的共聚物或共混物以具有期望的软化点或熔点(例如，接近预定温度以实现多个通道的破裂)。

本文所述的热交换器中的任一个热交换器可包括用于改善电池单元与热交换器之间的热传输的热界面材料(TIM)。例如，在一些实施方案中，热交换器100包括热界面材料129。在一些实施方案中，电池系统包括热交换器100和多个电池单元，其中热交换器100的主表面102接触多个单元的主表面。另选地，热界面材料129可被视为设置在热交换器的主表面103与多个电池单元的主表面之间的单独层。在这种情况下，主表面103可与多个电池单元的主表面热接触但不直接物理接触。在一些实施方案中，热界面材料129设置在聚合物片材120与多个电池单元之间。可使用任何合适的TIM。可用的TIM在本领域中是已知的，并且包括例如导热油脂、导热粘合剂和导热胶带。

图7A至图7B分别是多个通道破裂之前和之后的电池系统2000的一部分的示意性侧视图。在一些实施方案中，电池系统2000包括多个电池单元760和热交换器700，其中热交换器700的主表面702与多个电池单元760的主表面(例如，763)热接触。多个电池单元760包括第一电池单元761和第二电池单元762。第一电池单元761包括主表面763，并且第二电池单元762包括主表面764。在例示的实施方案中，主表面702接触主表面763和764，主表面中的每一者是多个电池单元760的主表面。在一些实施方案中，热界面材料设置在主表面702与主表面763和764之间。

电池系统2000可包括图7A至图7B的示意图中未示出的附加元件。例如，电池系统2000可包括用于泵送冷却流体的泵(例如，乙二醇和水以及任选的抗蚀剂的混合物)和用于将冷却流体分配到多个通道的歧管。电池冷却系统的各种部件在本领域中是已知的，并且描述于例如美国专利第8,263,250(Hermann)号和第8,758,924(Tennessen等人)号以及美国专利申请公布第2018/0026296(Kruger等人)号和第2018/0205045(等人)号中。

热交换器700可以是本说明书的任何热交换器。例如，在一些实施方案中，热交换器700包括用于输送流体的多个通道710，该多个通道710大致沿第一方向(z方向)延伸并且沿正交的第二方向(x方向)布置，其中多个通道中的每个通道具有被设置成接触流体的主表面(例如，通道的内表面)，并且其中沿第一方向和第二方向延伸的聚合物片材720(例如，一体形成的聚合物片材)包括多个通道710中的每个通道的主表面的至少一部分。又如，在一些实施方案中，热交换器700包括沿第一方向和第二方向延伸并且包括多个通道710中的每个通道的主表面的至少一部分的聚合物片材720，其中聚合物片材720包括至少一个特征部(图7A至图7B中未示出；参见例如图5B和图6)，使得多个通道被构造成在热交换器满足预定条件时在至少一个特征部处或附近破裂。

破裂区域770在图7B中示意性地示出。在一些实施方案中，电池系统2000包括热交换器700和电池单元761，该电池单元具有与热交换器700的主表面702热接触的主表面763，其中电池系统2000提供流过多个通道的流体流731，使得在热交换器满足预定条件时，多个通道在至少一个特征部处或附近的破裂增大了从电池单元761进行热抽取的速率。在一些实施方案中，电池系统2000包括热交换器700和多个电池单元760，其中热交换器700的主表面与多个电池单元760的主表面热接触，并且电池系统2000提供流过多个通道710的流体流731，使得当热交换器在与多个电池单元760中的第一电池单元761相邻的位置处满足预定条件时，多个通道710在至少一个特征部处或附近的破裂增大了从第一电池单元761进行热抽取的速率。例如，在破裂之后，通道710中的流体流的至少一部分可作为流体流732被分流到第一电池单元761，这增大了从第一电池单元761进行热抽取的速率。

在一些实施方案中，预定条件包括聚合物片材的温度超过预定温度。在一些实施方案中，聚合物片材的温度是聚合物片材中的一个位置(例如，与电池单元相邻)处的局部温度。在一些实施方案中，预定温度在100℃至200℃的范围内。在一些实施方案中，预定温度在电池单元的阳极与阴极之间的隔板的熔点的20℃以内。在一些实施方案中，预定条件包括多个通道中的压力超过预定压力。在一些实施方案中，水基溶液用作多个通道中的冷却流体，并且正常操作压力于是优选地高于热交换器的操作温度的水饱和曲线(例如，以避免正常操作期间的气蚀)。在一些此类实施方案中，该预定压力高于水饱和曲线。例如，该预定压力可在1巴至100巴的范围内。

在图7A中不满足预定条件并且在图7B中已满足预定条件。与电池单元761相邻的聚合物片材的温度是图7A中的T1和图7B中的T2。与电池单元761相邻的多个通道710中的压力是图7A中的P1和图7B中的P2。在一些实施方案中，T1和P1中的一者或两者分别不同于T2和P2。在一些实施方案中，预定条件包括条件T>Tc和/或P>Pc(例如，预定条件可以是：T>Tc；或可以是：P>Pc；或可以是：T>Tc或P>Pc；或可以是：T>Tc且P>Pc)，其中T是与电池单元相邻的聚合物片材的温度，Tc是预定温度，P是与电池单元相邻的通道中的压力，并且Pc是预定压力。在一些实施方案中，对于图7A中示意性地示出的电池系统2000的状态，T1<Tc且P1<Pc，并且对于图7B中示意性地示出的电池系统2000的状态，已满足条件T1>Tc和/或P1>Pc中的至少一者。

在一些实施方案中，预定压力Pc是温度T的预定函数。例如，接近Tc的T的Pc可能低于更低T的Pc。类似地，在一些实施方案中，预定温度Tc是压力P的预定函数。例如，接近Pc的P的Tc可能低于更低P的Tc。在一些实施方案中，预定条件可表示为F(T/Tc,P/Pc)>1，其中F是其两个自变量的预定函数，并且其中Tc和/或Pc可以是T和/或P的预定函数。

在一些实施方案中，电池系统2000提供流过多个通道的流体流，使得多个电池单元760中的第一电池单元761的升高至预定温度以上的温度导致多个通道的破裂，多个通道的破裂增大了从第一电池单元进行热抽取的速率。在一些实施方案中，多个通道的破裂包括(例如，一体形成的)聚合物片材的破裂。在图2至图3中示意性地示出的实施方案中，多个通道的破裂可另选地或另外包括使附加层240或340破裂。在一些实施方案中，聚合物片材包括设置在第一电池单元附近的至少一个特征部，使得多个通道被构造成在第一电池单元的温度超过预定温度时在至少一个特征部处或附近破裂。

在一些实施方案中，聚合物片材720(例如，一体形成的聚合物片材)的至少一部分721设置在电池单元761与多个通道710之间。在一些实施方案中，聚合物片材720的至少一部分设置在至少一个电池单元(例如，多个电池单元760)的主表面(例如，763)与多个通道之间。在一些实施方案中，热交换器被设置成在至少一个电池单元(例如，电池单元761或多个电池单元760)与流过聚合物片材的流体之间传输热。在一些此类实施方案中，聚合物片材被设置成使得在电池单元的操作期间，热通过聚合物片材从电池单元传导到多个通道中的流体，并且通常，电池系统被构造成提供流过通道的流体流，使得靠近电池单元的流体保持比电池单元更冷。在一些实施方案中，对于至少一些操作模式(例如，希望冷却电池单元的操作模式)，热交换器适于通过聚合物片材将热从至少一个电池单元(例如，电池单元761或多个电池单元760)传导到流体。电池系统可具有其他操作模式(例如，用于冷启动)，其中热交换器适于通过聚合物片材将热从流体传导到至少一个电池单元(例如，电池单元761或多个电池单元760)。

在一些实施方案中，电池系统2000包括至少一个(或例如至少两个，或至少4个，或至少10个，以及例如至多数万个或100,000个)电池单元760和热交换器700，该热交换器包括大致沿第一方向(z方向)延伸并且沿正交的第二方向(x方向)布置的多个通道710，其中沿第一方向和第二方向延伸的聚合物片材720如本文别处所述包括多个通道710的主表面的至少一部分。

在一些实施方案中，热交换器设置在相邻电池单元之间。图8是包括热交换器800的电池系统3000的一部分的示意性侧视图，该热交换器如别处所述包括多个通道810。热交换器800可对应于本说明书的任何热交换器。热交换器800的第一主表面802与第一电池单元861的主表面热接触，并且热交换器800的相对的第二主表面803与第二电池单元862的主表面热接触。可沿热交换器800的长度设置附加的电池单元或电池单元对。

在一些实施方案中，电池系统中包括多个热交换器。图9是包括多个热交换器900的电池系统4000的一部分的示意性侧视图，多个热交换器中的每一者包括多个通道910并且可对应于本说明书的任何热交换器。另选地，热交换器900的集合可被称为电池系统4000的热交换器。电池系统4000包括多个电池单元960，其中每个电池单元与热交换器900中的至少一者热接触。

在一些实施方案中，热交换器是柔性的，使得其可适形于电池单元的主表面的形状(例如，弯曲或非平面形状)。例如，电池单元可以是如图10中示意性地示出的圆柱状单元。

图10是包括大致沿第一方向(z方向)延伸的多个电池单元1060和热交换器1000的电池系统5000的一部分的示意性端视图，其中热交换器1000的主表面中的一个主表面与电池单元1060中的每一个电池单元的主表面热接触。相比于图10中示意性地示出的情况，电池单元1060可不同地间隔开(例如，更大间距)。热交换器1000包括大致沿第一方向延伸并沿正交的第二方向(s方向)布置的多个通道1010。热交换器1000初始可以是基本上平面的，然后弯曲以基本上适形于电池单元1060。在一些实施方案中，电池单元1060的半径小于5cm，或小于3cm，或小于1cm。在一些实施方案中，热交换器1000足够柔性，使得其可弯曲到5cm的曲率半径而不断裂。在一些实施方案中，热交换器1000足够柔性，使得其可弯曲到小于5cm或小于3cm或小于1cm的曲率半径而不断裂。

常规电池系统通常在电池单元的底部表面使用金属(通常为铝)热交换器。例如，可将7cm高、8cm宽和2cm厚的电池单元设置在铝制热交换器上，其中8cm×2cm的底部表面与热交换器相邻。此类电池单元和热交换器的热建模结果(其中电池单元被建模为产生7.84瓦的热并且热交换器包括5mm直径的通道，在8cm宽的铝层中通道与通道的间距为8mm)显示，当通道中的流体的温度取为15℃时，最高外壳温度为24.6℃并且最高内部电池温度为24.7℃。在相同的建模假设下进行热建模，但其中聚合物热交换器被建模为具有连续宽度流体流动通道并且在电池单元与流体之间具有指定厚度的聚合物材料。聚合物热交换器被建模为HDPE。当聚合物为0.1mm厚时，最高外壳温度为25.9℃并且最高内部电池温度为25.9℃。当聚合物为1.5mm厚并且流体温度降低到10℃时，最高外壳温度为33℃并且最高内部电池温度为33.1℃。当对两个电池单元进行建模并且热交换器被建模为具有与电池单元的主表面(7cm×8cm表面)相邻的0.1mm厚HDPE层和这些主表面之间的0.8mm厚流体通道时，当使用15℃的冷却流体时，最高外壳温度为15.7℃并且最高内部电池温度为16.1℃。建模结果指示，当聚合物热交换器被放置成与电池单元的主表面相邻而不是在电池单元的底部表面处使用金属热交换器时，可获得相同或更好的冷却程度。这允许使用较高温度和/或较低流速的冷却流体，同时将电池的温度保持在期望的最大温度极限(例如，不超过35℃的最高外壳温度)以下。

以下为本说明书的示例性实施方案的列表。

第一实施方案是一种电池系统，该电池系统包括：多个电池单元；和包括用于输送流体的多个通道的热交换器，该多个通道大致沿第一方向延伸并且沿正交的第二方向布置，该多个通道中的每个通道具有被设置成接触流体的主表面，其中沿第一方向和第二方向延伸的一体形成的聚合物片材包括该多个通道中的每个通道的该主表面的至少一部分，该热交换器的主表面与多个电池单元的主表面热接触。

第二实施方案是根据第一实施方案所述的电池系统，其中该电池系统提供流过多个通道的流体流，使得多个电池单元中的第一电池单元的升高至预定温度以上的温度导致多个通道的破裂，多个通道的破裂增大了从第一电池单元进行热抽取的速率。

第三实施方案是根据第二实施方案所述的电池系统，其中预定温度在100℃至200℃的范围内。

第四实施方案是根据第二实施方案或第三实施方案所述的电池系统，其中多个通道的破裂包括一体形成的聚合物片材的破裂。

第五实施方案是根据第一实施方案至第四实施方案中任一项所述的电池系统，其中一体形成的聚合物片材是挤出片材、模制片材或单一片材中的一种或多种。

第六实施方案是根据第一实施方案至第五实施方案中任一项所述的电池系统，其中该一体形成的聚合物片材包括多个通道。

第七实施方案是根据第一实施方案至第五实施方案中任一项所述的电池系统，其中该多个通道被限定在该一体形成的聚合物片材与附加层之间。

第八实施方案是根据第七实施方案所述的电池系统，其中附加层和一体形成的聚合物片材具有不同的组成。

第九实施方案是根据第一实施方案至第六实施方案中任一项所述的电池系统，其中一体形成的聚合物片材包括通过中间部分接合在一起的多个管部分，每个管部分包括多个通道中的一个通道，管部分和中间部分具有不同的组成。

第十实施方案是一种电池系统，该电池系统包括：至少一个电池单元；和包括大致沿第一方向延伸并且沿正交的第二方向布置的多个通道的热交换器，其中沿第一方向和第二方向延伸的聚合物片材包括多个通道的主表面的至少一部分，该热交换器的主表面与至少一个电池单元的主表面热接触，其中电池系统提供流过多个通道的流体流，使得至少一个电池单元中的第一电池单元的升高至预定温度以上的温度导致多个通道的破裂，多个通道的破裂增大了从第一电池单元进行热抽取的速率。

第十一实施方案是一种热交换器，该热交换器包括用于输送流体的多个通道，该多个通道大致沿第一方向延伸并且沿正交的第二方向布置，该多个通道中的每个通道具有被设置成接触流体的主表面，其中沿第一方向和第二方向延伸的聚合物片材包括多个通道中的每个通道的主表面的至少一部分，聚合物片材包括至少一个特征部，使得多个通道被构造成在热交换器满足预定条件时在至少一个特征部处或附近破裂。

第十二实施方案是根据第十一实施方案所述的热交换器，其中预定条件包括聚合物片材的温度超过预定温度。

第十三实施方案是根据第十一实施方案或第十二实施方案所述的热交换器，其中预定条件包括多个通道中的压力超过预定压力。

第十四实施方案是根据第十一实施方案至第十三实施方案中任一项所述的热交换器，其中至少一个特征部包括其中多个通道的最小壁厚小于多个通道的平均最小壁厚的至少一个区域。

第十五实施方案是一种电池系统，该电池系统包括根据第十一实施方案至第十四实施方案中任一项所述的热交换器和具有与热交换器的主表面热接触的主表面的电池单元，聚合物片材的至少一部分设置在电池单元与多个通道之间，该电池系统提供流过多个通道的流体流，使得在热交换器满足预定条件时，多个通道在至少一个特征部处或附近的破裂增大了从电池单元进行热抽取的速率。

实施例

通过将聚乙烯(以商品名“Elite 5230”得自密歇根州米德兰的陶氏化学公司(Dow Chemical,Midland,MI))挤出模头来制备聚合物管材样品，如图4A中大致描绘。管材具有1.5mm的总厚度、0.13mm的通道壁厚和2.4mm的通道之间的中心至中心间距。关于聚合物管材的更多详细信息可见于美国临时专利申请第62/885523号中的实施例1，该专利申请提交于2019年8月12日并且名称为“WEBS”。

在铝托盘的底部切出30mm宽的狭槽，并且将30mm宽190mm长的具有连接的间隔件的聚合物管材插入托盘的底部。插入管材，使得在铝托盘中突出15mm管材。使用Stanley GR90C胶枪将热胶珠粒涂覆在管材周围，从而将其粘结到铝托盘基部。然后将6.76盎司的双筒透明DP100环氧树脂粘合剂珠粒(明尼苏达州圣保罗的3M公司(3M Company,St.Paul,MN))涂覆在管材周围以确保气密密封。接着使用胶枪用热胶密封管材的与粘结在托盘中的管材末端相对的暴露末端。通过将水倒入托盘中以覆盖管材的暴露末端来检查气密性。没有水渗入管材中，证实管材末端是气密密封的。

然后将该托盘放置在位于热板(Thermoscientific Cimarec型号SP131325)上的另一个铝托盘上方的底座上。将勾扳手放置在铝托盘的顶部，以确保与热板的良好热接触。然后将重物放置在管材上以将其保持在热板上的铝托盘的底部，并且将水与NAPA长效防冻剂和冷却剂的50/50混合物倒在膜上，从而覆盖膜。将热电偶放置在托盘中并放置在膜旁边和冷却剂下方。使用J-Kem Scientific Gemini-Z读取器记录温度。

接着将冷却剂混合物倒入升高的托盘中，用冷却剂混合物覆盖管材末端，使冷却剂位于热板上的托盘上方165mm处。没有冷却剂进入暴露的管材末端。然后将热板设置为235℃并观察底部托盘中的冷却剂温度。当底部托盘中的冷却剂温度达到121.4℃时，管材末端上的热胶破裂并且来自升高托盘的冷却剂开始流入热板上的托盘中。随即，热板上的托盘中的冷却剂温度开始下降并且可看到冷却剂流入下部托盘中。停止实验并且检查管材。未观察到管材的明显变形，并且热胶已流动并露出管材末端，导致冷却剂破裂并随后冷却。

通过将聚乙烯(以商品名“Elite 5230”得自密歇根州米德兰的陶氏化学公司(Dow Chemical,Midland,MI))挤出模头来形成如针对聚合物片材220或320一般描述的聚合物片材。将来自Stanley GR90C胶枪的热胶涂抹到剥离衬垫上的层中，将聚合物片材粘结到热胶层，并且在胶冷却之后移除剥离衬垫以形成如针对热交换器200或300一般描述的热交换器，其中胶层对应于附加层240或340。另选地，可将附加层与聚合物片材一起共挤出。然后将热交换器放置成与至少一个电池单元相邻并热接触，其中热交换器的附加层面向电池单元。通过所得电池系统中的多个通道提供冷却剂流体(假想例1)。电池单元的温度升高至约120℃的温度以上导致通道的破裂，由于冷却剂流体经过破裂的通道流到电池单元而提供从电池单元的增大的热抽取速率。

上述所有引用的参考文献、专利和专利申请以一致的方式全文据此以引用方式并入本文。在并入的参考文献部分与本申请之间存在不一致或矛盾的情况下，应以前述说明中的信息为准。

除非另外指明，否则针对附图中元件的描述应被理解为同样应用于其他附图中的对应的元件。虽然本文已经例示并描述了具体实施方案，但本领域的普通技术人员将会知道，在不脱离本公开范围的情况下，可用多种另选的和/或等同形式的具体实施来代替所示出和所描述的具体实施方案。本申请旨在涵盖本文所讨论的具体实施方案的任何改型或变型。因此，本公开旨在仅受权利要求及其等同形式的限制。