[发明专利]散热器和电能存储装置

说明书

技术领域

本发明涉及根据权利要求1的前序部分的散热器和根据权利要求12的前序部分的电能存储装置。

背景技术

从US 2006/0134514 A1中已知了用于电动车辆的牵引电池，所述电池带有多个布置在壳体内且相互电连接的电池单元。在运行期间，由于对于这样的电池通常的充电-放电循环而在电池单元中产生了热量。特别地，对于电池单元的使用寿命和可靠性方面的缺点是所谓的热点，即局部集中的过热点，这在最坏的情况中可能导致所涉及的电池单元的损坏。为了消除此问题，在横向表面处且特别地在电池单元的相邻的横向表面之间布置了薄片或板，所述薄片或板由在平面方向上导热率超过250W/(mK)且在厚度方向上小于20W/(mK)的材料制成。薄片或板可由石墨制成。

这样的含有石墨的薄片或板的示例通过涉及带有热导体的电池系统的EP 0 806 805 B1公开。导体的热功能在此通过包含石墨的纤维材料提供。

同时已发现，在锂离子电池单元的情况下，前述电池单元由于在运行期间的恒定的充电和放电循环而在厚度上呈现大的改变，例如在0.5%至10%之间。为了在前述的石墨板或薄片的情况中实现前述在平面方向上和厚度方向上的导热性的各向异性，石墨必须具有高密度，典型地大于1.5g/cm³。然而，这样的高度压密的石墨薄片或板非常坚固且仅略微可压缩和具有略微的弹性，即在夹紧在一起的电池单元存在体积膨胀时仅能够略微屈服。当发生其中电池单元之间的距离再次增加的随后的体积减小时，因此产生的自由空间不能被板再次填充。这一方面导致大的机械应力，且另一方面导致电池单元的横向面的不良接触。正是在后一情况中，由于板与电池单元的差的连接或完全不存在连接，所以不能保证由于热点导致的热在板的平面方向上被快速地分散。此外，在存在到板内的连续的高热输入时，由于板的有限的热存储容量，热点的热不再能足够快地分散。

发明内容

因此，本发明的问题是提供克服了前述缺点的且实现了在电池单元处的均匀热分布以及过多的热能的移除的散热器和能量存储装置。

此问题通过具有权利要求1的特征的散热器和具有权利要求12的特征的电能存储装置解决。散热器和能量存储装置的有利的扩展和优选的实施例在从属权利要求中给出。

根据本发明，在开始部分中所述的散热器和电能存储装置的特征在于，散热器的包含石墨的扁平材料包含石墨膨胀体。因此，可在平面方向上提供良好的导热性，同时带有对于电池单元在两个方向上的体积改变-体积膨胀和体积收缩-的良好的适应性。另外，散热器的包含石墨的扁平材料可特别容易地适合于最多的各式各样的电池单元。

在本发明的实施例中，扁平材料的密度为0.6至1.4g/cm³，优选地为0.7至1.3g/cm³，且特别地优选地为0.9至1.1g/cm³，例如有利地为1.0g/cm³。在本发明的另外的实施例中，扁平材料的导热率在平面方向上为120至240W/(mK)，优选地为130至230W/(mK)，且特别地优选地为180至190W/(mK)。

在本发明的实施例中，扁平材料在厚度方向上具有与其初始厚度相关的0.5%至15%，优选地为1%至10%，且特别地优选地为4%至10%的弹性恢复率，其结果是散热器可扩展到在存在电池单元的体积减小时变得自由的空间内。初始厚度在此理解为意味着扁平材料在不存在外部表面压力时的厚度，即在电能存储装置组装前不被压缩或夹紧的状态下的厚度。因此能够保证电池单元和散热器之间的带有良好的导热性的耐久的连接。

在本发明的再另一个实施例中，扁平材料在厚度方向上具有与其初始厚度相关的1%至50%，优选地为5%至35%，特别优选地为7%至30%，且非常特别优选地为10%至20%的压缩率，其结果是散热器在存在电池单元的体积膨胀时可屈服。

扁平材料可优选地由压缩的石墨膨胀体制成。在替代实施例中，扁平材料可主要包括均匀混合的石墨膨胀体和塑料微粒的混合物，在压密之前形成所述混合物。在另一个替代实施例中，可利用压密之后施加的塑料对所述扁平材料在表面上或向下直至扁平材料的核心区域进行浸渍。通过这些实施例，能以有利的方式实现尺寸稳定的且可容易操作的散热器。作为塑料，可有利地使用热塑性塑料、热固性塑料或弹性体，特别是含氟聚合物、PE、PVC、PP、PVDF、PEEK、苯并恶嗪（benzoaxines）和/或环氧树脂。