具有热障的电池组的制作方法

1.本公开涉及车辆，并且更具体地，涉及用于车辆的电池组中的热障。


背景技术：

2.电动化车辆由一个或多个电动马达驱动。一个或多个电动马达由电池组(通常称为牵引电池组)供电。电池组可以封装在车辆下方的电池盒中，在车辆车架上。电池组的电池单元可在充电操作和放电操作期间产生热量。热量可以被耗散，以便于将电池组维持在对电池性能最佳的温度。热交换器“冷板”、冷却剂回路或其他热交换装置可以用于除热，但是一些热量也可以通过电池盖耗散。


技术实现要素：

3.根据本公开的示例的制品包括：电池组，其由多个电池单元组成；壳体，其在电池组外部并且覆盖电池组的至少一部分；以及基于硅酸盐的热障涂层，其被配置为阻挡从电池组散发的热量。
4.在任一前述实施例的再一个实施例中，基于硅酸盐的热障涂层由硅酸盐、热障颗粒和非离子表面活性剂组成。
5.在任一前述实施例的再一个实施例中，基于硅酸盐的热障涂层包括按重量计35-45％的硅酸钠、1-2％的热障颗粒和0.09-0.15％的非离子表面活性剂。
6.在任一前述实施例的再一个实施例中，热障颗粒选自由以下项组成的群组：高岭土、蛭石、氧化铝、氮化铝、石墨及其组合。
7.在任一前述实施例的再一个实施例中，壳体包括衬底，并且基于硅酸盐的热障涂层设置在衬底上。
8.在任一前述实施例的再一个实施例中，衬底是金属的。
9.在任一前述实施例的再一个实施例中，衬底是聚合物的。
10.任一前述实施例的再一个实施例包括热障层，所述热障层附接到基于硅酸盐的热障涂层。
11.在任一前述实施例的再一个实施例中，热障层选自由以下项组成的群组：织物层和泡沫层及其组合。
12.在任一前述实施例的再一个实施例中，基于硅酸盐的热障涂层位于电池单元中的相邻电池单元之间。
13.根据本公开的示例的制品包括：电池组，其由多个电池单元组成；以及壳体，其在电池组外部并且覆盖电池组的至少一部分。壳体被配置为夹层结构，所述夹层结构包括第一聚合物面层和第二聚合物面层以及设置在其间的热障层。
14.在任一前述实施例的再一个实施例中，第一聚合物面层和第二聚合物面层是由玻璃填充的聚合物片组成的片状成型料。
15.在任一前述实施例的再一个实施例中，第一聚合物面层或第二聚合物面层中的至
少一者包括热障颗粒。
16.在任一前述实施例的再一个实施例中，热障颗粒选自由以下项组成的群组：玄武岩颗粒、蛭石、陶瓷颗粒、玻璃微球及其组合。
17.在任一前述实施例的再一个实施例中，热障层选自由以下项组成的群组：织物层和泡沫层及其组合。
18.在任一前述实施例的再一个实施例中，热障层包括具有纤维的织物层，所述纤维选自由以下项组成的群组：玄武岩纤维、陶瓷纤维及其组合。
19.任一前述实施例的再一个实施例包括基于硅酸盐的热障涂层，所述基于硅酸盐的热障涂层设置在第一金属/聚合物面层和第二金属/聚合物面层之间，所述基于硅酸盐的热障涂层具有按重量计35-45％的硅酸钠、1-2％的热障颗粒和0.09-0.15％的非离子表面活性剂。
20.根据本公开的示例的制品包括：电池组，其由多个电池单元组成；以及壳体，其在电池组外部并且覆盖电池组的至少一部分。电池组具有电池单元间热障，所述电池单元间热障包括第一热障层和第二热障层以及其间的散热层。
21.在任一前述实施例的再一个实施例中，热障层是具有纤维的织物层，所述纤维选自由以下项组成的群组：玄武岩纤维、陶瓷纤维及其组合，并且散热层是金属片。
22.在任一前述实施例的再一个实施例中，电池单元间热障还包括基于硅酸盐的热障涂层，所述基于硅酸盐的热障涂层具有按重量计35-45％的硅酸钠、1-2％的热障颗粒和0.09-0.15％的非离子表面活性剂。
附图说明
23.根据下面的具体实施方式，本公开的各种特征和优点对于本领域技术人员将变得显而易见。随附于具体实施方式的附图可如下简要描述。
24.图1示出了具有热障涂层的电池组。
25.图2示出了另外具有热障层的电池组。
26.图3示出了在聚合物面层之间具有热障层的电池组。
27.图4示出了在金属/聚合物面层之间另外具有热障涂层的电池组。
28.图5示出了其中聚合物面层具有热障颗粒的电池组。
29.图6示出了具有电池单元间热障的电池组的一部分。
30.图7示出了另外包括热障涂层的电池组的一部分。
具体实施方式
31.图1示意性地示出了用于电气化车辆的制品20，即电池组系统。制品20包括电池壳体22，所述电池壳体22至少部分地覆盖内部区域，在所述内部区域中设置有由多个电池单元24a组成的电池组24。壳体22可由聚合物、金属合金或这些材料的组合形成。电池壳体22包括壳体壁26，所述壳体壁26的一部分以虚线示出，并且另一部分以图形示出。
32.在一些情况下(诸如电事件或充电事件)，电池组24可能散发高温气体，如28处所指示的。这可能导致壳体22的外表面处的温度升高。在这方面，制品20包括热障32，所述热障32便于阻挡热量28，以便将壳体22的外表面维持在较低温度。可以通过在壳体22的外表
面上附接热电偶，在设定的时间量(例如，2分钟)内在内部区域产生约700℃的温度，并且记录外表面处的温度变化来测试给定实现方式的实际性能。可在对照样品壳体上进行相同的测试以进行比较。
33.在示出的示例中，热障32包括热障涂层34。涂层34设置在壳体壁26的内表面上(面对电池组24)，所述内表面从而用作衬底36。涂层34可以覆盖壳体壁26的选定部分，诸如邻近热点的部分，或完全覆盖壳体壁26的内表面。衬底36可由与壳体壁26的其他部分相同或不同的材料制成。例如，衬底36由金属合金(诸如钢或铝合金)制成，或由聚合物(诸如聚酯)制成。
34.热障涂层34是基于硅酸盐的热障涂层并且具有低热导率以便用作热绝缘体。术语“基于硅酸盐”指示硅酸盐按重量计是涂层34中最丰富的成分。作为示例，涂层34由硅酸盐、热障颗粒和非离子表面活性剂组成。热障颗粒的示例包括高岭土、陶瓷、石墨及其组合。非离子表面活性剂的示例包括0.09％-0.15％(按重量计)。例如，涂层34具有按重量计35-45％的硅酸钠、1-3％的热障颗粒和0.09％-0.15％的非离子表面活性剂。在一个具体示例中，涂层34具有按重量计0.9％的高岭土、0.1％的非离子表面活性剂以及其余的硅酸钠与去离子水。基于硅酸盐的热障涂层具有高耐热性，而且还具有良好的耐化学性和耐腐蚀性、防潮、无硫、并且不促进腐蚀。
35.涂层34对衬底36的施加没有特别限制。例如，涂层34可以通过将含有涂层成分的涂层溶液滚涂、喷涂或刷涂到衬底36上，随后固化涂层溶液来施加。在一个示例中，涂层溶液被热固化以去除溶剂(诸如di水)，并且使涂层成分反应。例如，当被加热到高于反应温度时，高岭土或其他热障颗粒与硅酸盐反应以产生陶瓷相，所述陶瓷相可以进一步降低涂层34的整体热导率。
36.图2示出了制品20的再一个示例。在本公开中，相同的附图标记在适当情况下表示相同的元件，并且附图标记加上100或其倍数表示被理解成并入对应元件的相同特征和益处的改进元件。这里，制品20包括热障132，除了涂层34之外，所述热障132还具有热障层38。热障层38附接到涂层34并且用于进一步减少通过壳体壁26的热耗散。热障层38通常是柔韧的，以便能够符合壳体壁26的轮廓。例如，热障层38选自织物层、泡沫层或其组合。示例织物层包括硅酸盐纤维织物和玄武岩纤维织物。此类织物可以是织造的或非织造的。示例泡沫层包括三聚氰胺泡沫和气凝胶泡沫(例如，二氧化硅或金属氧化物)。
37.热障层38可在将涂层34施加到衬底36上期间通过在完全固化之前将层38施加在涂层溶液上而被结合。如果热障层38是多孔的，则涂层溶液可以至少部分地渗透热障层38，并且由此将其结合到衬底36。替代地，可在涂层34和热障层38之间提供粘合剂以将热障层38结合到衬底36。
38.图3示出了包括热障232的另一个示例制品120。在该示例中，热障232被配置为夹层结构40。结构40由第一聚合物面层42a和第二聚合物面层42b以及设置在其间的热障层138组成。聚合物面层42a/42b保护热障层138免受在搬运和/或车辆操作期间可能发生的机械损伤。
39.作为示例，聚合物面层42a/42b由聚酯(诸如片状成型料(smc))形成。像屏障38一样，热障层138选自织物层、泡沫层或其组合。示例织物层包括硅酸盐纤维织物和玄武岩纤维织物。此类织物可以是织造的或非织造的。示例泡沫层包括三聚氰胺泡沫和气凝胶泡沫
(例如，二氧化硅或金属氧化物)。
40.热障232可以经由成型工艺制造。例如，热障层138布置在两片smc或其他期望的聚合物之间，并且所得布置在加热下被加压成型以将结构40固结为期望的几何形状。替代地，可以经由树脂或真空浸渍来固结smc或其他期望的聚合物，使得热障层138嵌入smc或聚合物中。
41.图4示出了制品120的再一个示例。这里，夹层结构40另外包括热障涂层34(上面描述了其细节)，以进一步使壳体22绝缘以防止热量损失。
42.图5示出了类似于图3的示例的制品120的再一个示例。然而，在该示例中，夹层结构40包括第一聚合物面层142a和第二聚合物面层142b，所述第一聚合物面层142a和第二聚合物面层142b含有热障颗粒44以使壳体22进一步绝缘。颗粒44分散在层142a/142b的聚合物中。例如，颗粒44选自玄武岩颗粒、蛭石颗粒、陶瓷颗粒、玻璃微球及其组合，并且在层142a/142b中的每一个中都存在量按重量计为0.1％-10％(诸如4％-6％)的玻璃微球。通常，除了热导率之外，颗粒44还可以改变层142a/142b的其他特性。因此，所述量保持低，以便最小化对如冲击强度的其他性能的影响。
43.图6示出了包括热障532的另一个示例制品220的选定部分。在该示例中，热障532是设置在两个电池单元24a之间的电池单元间热障。在这方面，在其他示例中，热障532用于图1至图5中的每个先前示例中。然而，应理解，热障532可以替代地用在其他电池组中。
44.热障532由第一热障层238a和第二热障层238b以及其间的散热层46组成。像屏障38一样，热障层238a/238b选自织物层、泡沫层或其组合。示例织物层包括硅酸盐纤维织物和玄武岩纤维织物。此类织物可以是织造的或非织造的。示例泡沫层包括三聚氰胺泡沫和气凝胶泡沫(例如，二氧化硅或金属氧化物)。散热层46由金属合金(诸如钢或铝合金)制成。热障层238a/238b可以被卡在电池单元24a和散热层46之间，或使用已知的阻燃高温无机粘合剂固定到散热层46。
45.热障532用于将电池单元24a彼此热隔离。例如，热障层238a基本上阻挡了右手侧电池单元24a散发的热量。通过热障层238a传导的热量被散热层46吸收并且去除，诸如通过冷却装置30。因此，对于左手侧电池单元24a，来自右手侧电池单元24a的热量经由左手侧热障层238b与左手侧电池单元24a隔绝，并且反之亦然。因此，如果电池单元24a中的一个电池单元中存在温度偏移，则它影响另一个电池单元24a的可能性较小。
46.热障532可以相对于电池单元24a可变地间隔开。例如，热障532位于两个紧邻的电池单元24a之间以隔离每个单独的电池单元，或位于多个电池单元群组之间以隔离所述群组。例如，热障532位于每个第二电池单元24a之后或每个第四电池单元24a之后。选定的间距可以基于特定电池组实现方式的性能要求，并且可以与其他电池特征(诸如膨胀泡沫)一起使用。
47.图7示出了包括热障632的制品220的再一个示例的选定部分。这里，热障632与热障532相同，只是热障632另外包括一层或多层热障涂层34以用于另外的热绝缘，这在上面进行了描述。例如，涂层34被施加在散热层46的一侧上，位于散热层46与热障层238a/238b中的一个之间，或被施加在散热层46的两侧上，位于散热层46与热障层238a/238b中的每一个之间。
48.尽管在所示实例中示出了特征的组合，但是并非需要组合所有特征来实现本公开
的各种实施例的有益效果。换句话说，根据本公开的实施例设计的系统将不一定包括任何一个附图中所示的所有特征或附图中示意性示出的所有部分。此外，一个示例性实施例的所选特征可以与其他示例性实施例的所选特征组合。
49.前文描述在本质上是示例性的而非限制性的。对所公开的实例的变化和修改不一定脱离本公开，其对于本领域技术人员而言可能变得显而易见。赋予本公开的法律保护的范围仅可通过研究所附权利要求来确定。
50.在本发明的一个方面，热障层包括具有纤维的织物层，所述纤维选自由以下项组成的群组：玄武岩纤维、陶瓷纤维及其组合。
51.根据本发明，一种制品包括：电池组，其由多个电池单元组成；壳体，其在电池组外部并且覆盖电池组的至少一部分；并且所述电池组具有电池单元间热障，所述电池单元间热障包括第一热障层和第二热障层以及其间的散热层。
52.根据实施例，热障层是具有纤维的织物层，所述纤维选自由以下项组成的群组：玄武岩纤维、陶瓷纤维及其组合，并且散热层是金属片。
53.根据实施例，电池单元间热障还包括基于硅酸盐的热障涂层，所述基于硅酸盐的热障涂层具有按重量计35-45％的硅酸钠、1-2％的热障颗粒和0.09-0.15％的非离子表面活性剂。