用于冷却电池单元的装置

发明领域

本发明总体上涉及一种用于冷却一个或多个电池单元（battery cell）的装置，其中金属冷却剂通道与塑料模制部件接触，所述塑料模制部件转而与一个或多个电池单元接触。

发明内容

在本发明的一个实施方案中，用于冷却电池单元的装置包括具有内表面和外表面的金属冷却剂通道，以及具有外表面和形成开口的内表面的塑料模制部件。冷却剂通道设置在塑料模制部件的开口内。冷却剂通道的外表面与塑料模制部件的内表面接触。塑料模制部件包含聚碳酸酯并包括具有从冷却剂通道径向突出的表面的翅片。塑料模制部件的外表面被配置为接触一个或多个电池单元。

在本发明的另一个实施方案中，金属冷却剂通道包含铝，并且在再另一个实施方案中，在内表面和外表面之间测量的金属冷却剂通道的厚度在0.5至1.5 mm之间。

在本发明的一个不同的实施方案中，塑料模制部件还包含至少一种选自聚四氟乙烯、芳族磷酸酯、磷腈、双酚-A二苯基磷酸酯、三苯基磷酸酯和间苯二酚双-二磷酸酯的化合物。

在又另一个实施方案中，塑料模制部件基本是不导电的并且是导热的。

在本发明的一个不同的实施方案中，塑料模制部件具有在塑料模制部件内表面和塑料模制部件外表面之间测量的0.5 mm至3.0 mm之间的最小厚度，且在另一个实施方案中，其为1.5 mm至2.0 mm之间。

在另一个实施方案中，塑料模制部件具有在塑料模制部件内表面和塑料模制部件外表面之间、以及在翅片的表面之间的多个点处测量的厚度，并且基本所有的厚度都在0.5至3.0 mm之间，或优选地在1.5至2.0 mm之间。

在又另一个实施方案中，塑料模制部件的外表面与一个或多个电池单元接触。

在本发明的另一实施方案中，电池冷却管理系统包括前述实施方案中任一的装置。

在不同的实施方案中，电池冷却管理系统还包括用于抗冲击的结构。在另一个中，系统还包括一个或多个结构以将电池单元锁定就位。

在尚未提及的不同实施方案中，系统还包括至少一个或多个冷却剂流体集管、一个或多个冷却剂流体收集通道、或一个或多个电池单元保护壳体。

在上述的另一个实施方案中，系统还可包括设置在电池单元和塑料模制装置之间的导热泡沫。

本发明的这些和其它优点和益处将从本文下文的本发明详细描述中显而易见。

附图简述

现在将结合附图为了举例说明而非限制的目的描述本发明，其中：

图1是包括本发明的装置的热管理系统的透视图；

图2是图1的热管理系统的另一透视图；

图3是图1的热管理系统的再另一透视图，其中示出了本发明的电池、导热泡沫、冷却剂通道和塑料模制部件；

图4是图1的热管理系统的局部分解视图（partial exploded view），示出了冷却剂通道的布置；

图5是本发明的装置的横截面视图；

图6示出了本发明的另一个实施方案的横截面视图；以及

图7是本发明的再另一个实施方案的横截面视图。

本发明的详细描述

本发明提供了一种用于冷却一个或多个电池单元的装置，该装置包括金属冷却剂通道和塑料模制部件。如本文所述，装置构造成在电池单元（cell）的整个长度上提供最大的冷却能力，同时还提供结构支承和抗冲击。

金属冷却剂通道优选地包括诸如铝的高导热金属。它应耐受来自冷却流体的腐蚀，所述冷却流体可包含乙二醇和水。金属冷却剂通道优选地是具有内表面和外表面的金属管，冷却剂流体通过该金属管运载。管具有作为内表面和外表面之间的距离测量的厚度，该厚度优选地在0.5 mm至1.5 mm之间。

塑料模制部件具有内表面（金属冷却剂通道穿过其设置）和外表面（其与一个或多个电池单元接触）。塑料模制部件的内表面与金属冷却剂通道的外表面接触。塑料模制部件包含聚碳酸酯。此外，塑料模制部件包括具有从冷却剂通道径向向外突出的表面的翅片，并且所述表面被设计成接触一个或多个电池单元。

聚碳酸酯

合适的芳族聚碳酸酯和/或芳族聚酯碳酸酯是文献中已知的，或者可以通过文献中已知的方法制备（对于芳族聚碳酸酯的制备，参见例如Schnell，“Chemistry andPhysics of Polycarbonates”，Interscience 出版商，1964和DE-AS 1 495 626、DE-A 2232 877、DE-A 2 703 376、DE-A 2 714 544、DE-A 3 000 610、DE-A 3 832 396；对于芳族聚酯碳酸酯的制备，参见例如DE-A 3 007 934）。

芳族聚碳酸酯的制备例如通过二酚与碳酰卤（carbonic acid halide），优选光气，和/或与芳族二羧酰二卤，优选苯二羧酰二卤根据界面法反应，任选使用链终止剂，例如单酚，且任选使用具有三个或多于三个官能度的支化剂，例如三酚或四酚来进行。通过二酚与例如碳酸二苯酯的反应的熔融聚合方法制备也是可能的。

用于制备芳族聚碳酸酯和/或芳族聚酯碳酸酯的二酚优选是式(I)的那些

其中

A是单键、C1-至C5-亚烷基、C2-至C5-烷叉基、C5-至C6-环烷叉基、O、SO-、-CO-、-S-、-SO2-、C6-至C12-亚芳基，可以向其上稠合任选含有杂原子的其他芳族环，

或式(II)或(III)的基团

B在各种情况下是C1-至C12-烷基，优选甲基，卤素，优选氯和/或溴，

x各自独立地为0、1或2，

p是1或0，且

对于每个X1，R5和R6可以单独选择，且各自独立为氢或C1-至C6-烷基，优选氢、甲基或乙基，

X1是碳且

m是4至7的整数，优选4或5，条件是在至少一个原子X1上，R5和R6同时是烷基。

优选的二酚是氢醌、间苯二酚、二羟基二酚、双-(羟苯基)-C

特别优选的二酚是4,4'-二羟基联苯、双酚A、2,4-双(4-羟苯基)-2-甲基丁烷、1,1-双-(4-羟苯基)-环己烷、1,1-双-(4-羟苯基)-3,3,5-三甲基环己烷、4,4'-二羟基二苯硫醚、4,4'-二羟基二苯基砜及其二-和四-溴化或氯化衍生物，如例如2,2-双(3-氯-4-羟苯基)-丙烷、2,2-双-(3,5-二氯-4-羟苯基)-丙烷或2,2-双-(3,5-二溴-4-羟苯基)-丙烷。特别优选2,2-双-(4-羟苯基)-丙烷（双酚A）。

二酚可以单独使用或以任意混合物的形式使用。二酚是文献中已知的或可根据文献中已知的方法获得。

适用于制备热塑性芳族聚碳酸酯的链终止剂是例如苯酚、对氯苯酚、对叔丁基苯酚或2,4,6-三溴苯酚，以及长链烷基酚，如4-[2-(2,4,4-三甲基戊基)]-苯酚、根据DE-A 2842 005的4-(1,3-四甲基-丁基)-苯酚，或在烷基取代基中具有总共8至20个碳原子的单烷基苯酚或二烷基苯酚，如3,5-二叔丁基苯酚、对异辛基苯酚、对叔辛基苯酚、对十二烷基苯酚和2-(3,5-二甲基庚基)-苯酚和4-(3,5-二甲基庚基)-苯酚。链终止剂的量一般为0.5 摩尔%至10 摩尔%，基于在特定情况下使用的二酚的摩尔总数。

热塑性芳族聚碳酸酯的平均分子量（重均Mw，用聚碳酸酯标样通过GPC（凝胶渗透色谱法）测定）为15,000至80,000g/摩尔，优选19,000至32,000g/摩尔，特别优选22,000至30,000g/摩尔。

热塑性芳族聚碳酸酯可以以已知方式支化，优选通过引入0.05至2.0 摩尔%（基于所用二酚的总量）的具有三个或多于三个的官能度的化合物，例如具有三个或更多个酚基的那些。优选使用线性聚碳酸酯，更优选基于双酚A。

均聚碳酸酯和共聚碳酸酯二者是合适的。为了制备组分A的共聚碳酸酯，也可以使用基于所用二酚的总量的1至25重量%，优选2.5至25重量%的具有羟基芳氧基端基的聚二有机硅氧烷。这些是已知的（US 3 419 634）并且可以根据文献中已知的方法制备。也合适的是含有聚二有机硅氧烷的共聚碳酸酯；含有聚二有机硅氧烷的共聚碳酸酯的制备例如描述在DE-A 3 334 782中。

用于制备芳族聚酯碳酸酯的芳族二羧酰二卤优选是间苯二甲酸、对苯二甲酸、二苯基醚 4,4'-二甲酸和萘-2,6-二甲酸的二酰二氯（diacid dichloride）。

特别优选的是间苯二甲酸和对苯二甲酸的二酰二氯以1:20至20:1的比例的混合物。

在聚酯碳酸酯的制备中，另外同时使用碳酰卤，优选光气作为双官能酸衍生物。

除了已经提及的单酚之外，用于制备芳族聚酯碳酸酯的合适链终止剂也是其氯碳酸酯和芳族单羧酸的酰氯（其可以任选被C

链终止剂的量在各种情况下为0.1至10 摩尔%，在酚类链终止剂的情况下基于二酚的摩尔数，并且在单羧酰氯链终止剂的情况下基于二羧酰氯的摩尔数。

一种或多种芳族羟基羧酸可以另外用于制备芳族聚酯碳酸酯。

芳族聚酯碳酸酯可以是线性的和按已知方式支化的（就此参见DE-A 2 940 024和DE-A 3 007 934）二者，优选线性聚酯碳酸酯。

存在以下可以用作支化剂：例如，0.01至1.0 摩尔%（基于所用的二羧酰二氯）的具有三个或更多个官能度的羧酰氯，例如均苯三甲酰三氯、氰脲酰氯（cyanuric acidtrichloride）、3,3',4,4'-苯甲酮-四甲酰四氯、1,4,5,8-萘-四甲酰四氯或均苯四甲酰四氯，或具有三个或更多个官能度的酚，如间苯三酚、4,6-二甲基-2,4,6-三-(4-羟苯基)-庚-2-烯、4,6-二甲基-2,4,6-三-(4-羟苯基)-庚烷、1,3,5-三-(4-羟苯基)-苯、1,1,1-三-(4-羟苯基)-乙烷、三-(4-羟苯基)-苯基甲烷、2,2-双[4,4-双(4-羟苯基)-环己基]-丙烷、2,4-双(4-羟苯基-异丙基)-苯酚、四-(4-羟苯基)-甲烷、2,6-双(2-羟基-5-甲基-苄基)-4-甲基-苯酚、2-(4-羟苯基)-2-(2,4-二羟苯基)-丙烷、四-(4-[4-羟苯基-异丙基]-苯氧基)-甲烷、1,4-双[4,4'-二羟基-三苯基)-甲基]-苯，其量为0.01至1.0 摩尔%，基于所用的二酚。酚类支化剂可以与二酚置于容器中；酰氯支化剂可以与酰二氯一起引入。

热塑性芳族聚酯碳酸酯中碳酸酯结构单元的含量可以根据需要而变化。碳酸酯基团的含量优选至多100 摩尔%，尤其至多80 摩尔%，特别优选至多50 摩尔%，基于酯基团和碳酸酯基团的总和。芳族聚酯碳酸酯中所含有的酯和碳酸酯二者可以以嵌段或无规分布的形式存在于缩聚产物中。

热塑性芳族聚碳酸酯和聚酯碳酸酯可以单独使用或以任意混合物使用。

其他成分

塑料模制部件可进一步包含至少一种选自聚四氟乙烯、芳族磷酸酯、磷腈、双酚-A二苯基磷酸酯、三苯基磷酸酯和间苯二酚双-二苯基磷酸酯的化合物。

所用磷腈是根据式(X)的环状磷腈

其中

R在各种情况下相同或不同，并且代表

-胺基，

-C

-C

-C

-C

-C

-卤素基团，优选氯或氟，或

-OH基团，

k具有上文提及的含义。

优选：丙氧基磷腈、苯氧基磷腈、甲基苯氧基磷腈、氨基磷腈和氟代烷基磷腈，以及具有以下结构的磷腈：

在以上所示的化合物中，k =1、2或3。

优选苯氧基磷腈（所有R =苯氧基），其具有k =1的低聚物含量（C1）为60至98 摩尔%。

在根据式(X)的磷腈在磷上被卤素取代的情况下，例如来自不完全反应的原材料，在磷上卤素取代的该磷腈的含量优选小于1000 ppm，更优选小于500 ppm。

磷腈可以单独使用或以混合物的形式使用，也就是说基团R可以相同或式(X)的两个或更多个基团可以不同。磷腈的基团R优选是相同的。

在更优选的实施方案中，仅使用具有相同R的磷腈。在优选的实施方案中，四聚体（k =2）的含量（C2）基于磷腈的量为2至50 摩尔%，更优选5至40 摩尔%，再更优选10至30 摩尔%，特别优选10至20 摩尔%。

在优选的实施方式中，高级低聚磷腈（k = 3、4、5、6和7）的含量（C3）基于磷腈的量为0至30摩尔%，更优选2.5至25摩尔%，再更优选5至20摩尔%，并且特别优选6至15摩尔%。

在优选的实施方案中，具有k >= 8的低聚物的含量（C4）基于磷腈的量为0至2.0摩尔%，并且优选为0.10至1.00摩尔%。

在进一步优选的实施方案中，磷腈满足上文提及的关于含量（C2-C4）的所有三个条件。

磷腈优选为基于磷腈的总量，具有65至85 摩尔%的三聚体（k =1）含量、10至20 摩尔%的四聚体（k =2）含量、5至20 摩尔%的高级低聚磷腈（k = 3、4、5、6和7）含量和0至2 摩尔%的具有k >= 8的磷腈低聚物含量的苯氧基磷腈。

特别优选的磷腈为基于磷腈的总量，具有70至85摩尔%的三聚体（k =1）含量，10至20摩尔%的四聚体（k =2）含量，6至15摩尔%的高级低聚磷腈（k = 3、4、5、6和7）含量和0.1至1摩尔%的具有k >= 8的磷腈低聚物含量的苯氧基磷腈。

在更特别优选的实施方案中，磷腈为基于磷腈的总量，具有65至85摩尔%的三聚体（k =1）含量，10至20摩尔%的四聚体（k =2）含量，5至15摩尔%的高级低聚磷腈（k = 3、4、5、6和7）含量和0至1摩尔%的具有k >= 8的磷腈低聚物含量的苯氧基磷腈。

n根据下式定义k的加权算术平均值：

其中xi是低聚物ki的含量，并且所有xi的总和因此是1。

在一个替代实施方案中，n在1.10至1.75，优选1.15至1.50，更优选1.20至1.45，并且特别优选1.20至1.40的范围内（包括范围的界限）。

磷腈及其制备例如描述在EP A 728 811、DE A 1 961668和WO 97/40092中。

共混物样品中磷腈的低聚物组合物也可以在配混后用

塑料模制部件可以进一步包含常规的聚合物添加剂，例如，除抗滴落剂之外的阻燃增效剂、润滑剂和脱模剂（例如季戊四醇四硬脂酸酯）、成核剂、稳定剂（例如UV /光稳定剂、热稳定剂、抗氧化剂、酯交换抑制剂、水解稳定剂）、抗静电剂（例如导电炭黑（conductive blacks）、碳纤维、碳纳米管以及有机抗静电剂例如聚亚烷基醚、烷基磺酸盐或含有聚酰胺的聚合物）以及着色剂、颜料、填料、滑石和增强材料，特别是玻璃纤维、矿物增强材料和碳纤维。

优选使用空间位阻酚和亚磷酸酯/盐或其混合物作为稳定剂，如例如Irganox®B900（Ciba Speciality Chemicals）。季戊四醇四硬脂酸酯优选用作脱模剂。进一步优选使用炭黑作为黑色颜料（例如黑珍珠，Blackpearls）。

除了包含任选的其它添加剂之外，特别优选的模制组合物包含0.1至1.5重量份，优选0.2至1.0重量份，特别优选0.3至0.8重量份的脱模剂，特别优选季戊四醇四硬脂酸酯。除了包含任选的其它添加剂之外，特别优选的模制组合物包含至少一种稳定剂，例如选自空间位阻酚、亚磷酸酯/盐及其混合物，并且特别优选Irganox® B900，其量为0.01至0.5重量份，优选0.03至0.4重量份，特别优选0.06至0.3重量份。

如上所述，塑料模制部件的组合物还可包含抗滴落剂聚四氟乙烯（PTFE）或含有PTFE的组合物，如例如PTFE与含有苯乙烯或甲基丙烯酸甲酯的聚合物或共聚物的母料，以粉末形式或以凝结混合物形式。

用作抗滴落剂的氟化聚烯烃具有高分子量，并且具有超过-30℃，通常超过100℃的玻璃化转变温度，氟含量优选为65至76重量%，尤其是70至76重量%，平均粒径d

它们可以通过已知方法制备，例如通过四氟乙烯在含水介质中在自由基形成催化剂，例如过硫酸钠、过硫酸钾或过硫酸铵的存在下，在7至71 kg/cm

优选的氟化聚烯烃具有平均粒径0.05至20μm，优选0.08至10μm，并且密度为1.2至1.9g/cm

可以以粉末形式使用的合适的氟化聚烯烃是四氟乙烯聚合物，其具有平均粒径100至1000μm，并且密度为2.0g/cm

除了包含任选的其它添加剂之外，特别优选的阻燃组合物包含氟化聚烯烃，其量为塑料模制部件的组合物的0.05至5.0重量份，优选0.1至2.0重量份，特别优选0.3至1.0重量份。

在一个实施方式中，塑料模制部件基本是不导电的并且是导热的。

紧接下文将结合装置的实施方案讨论另外的构造材料，例如导热泡沫和导热材料。

如图1所示，电池冷却管理系统10包括冷却剂分配器11、一个或多个集管12，冷却剂通过所述一个或多个集管流入冷却通道（未示出），并且然后通过收集通道（未示出），并且然后进入收集器15。壳体包围电池单元，该壳体包括上壳体16和下壳体17。如图2中所示，在图1的电池冷却管理系统的剖视图中，系统10包括一个或多个电池18。同样如图2所示，电池冷却装置10可包括附加结构8以将电池保持就位，并提供用于抗冲击的支撑。

如图3所示，在图1的系统的另一剖视图中，电池冷却管理系统10包括集管12，其中冷却剂流体流过金属冷却剂通道13，并然后在流入收集器15之前流入收集通道14。塑料模制装置9围绕金属冷却剂通道13并且接触一个或多个电池单元18以将热量从电池分配到冷却流体。电池冷却管理系统10还可包括导热泡沫19，以更好地分配横贯若干电池单元的温度，或者在若干电池单元和塑料模制装置之中的温度，以提高冷却效率。导热泡沫19优选地是具有高传导性的间隙填充材料，例如基于硅酮橡胶或基于环氧树脂的系统。

如图4所示，在图1的电池冷却管理系统的局部分解和剖视图中，电池冷却管理系统10包括冷却剂分配器11、一个或多个集管12，冷却剂通过所述一个或多个集管流入设置在电池单元18之间的冷却通道，通过收集通道（未示出），并且然后流入收集器15。上壳体16和下壳体17围绕一个或多个电池单元18。

如图5所示，电池冷却装置20包括围绕金属冷却剂通道22的塑料模制部件23，冷却剂通过所述金属冷却剂通道流入开口21。金属冷却剂通道22的外表面与塑料模制部件23的内表面接触。塑料模制部件23包括从冷却剂通道22径向向外突出的翅片24。所述翅片24优选地与一个或多个电池25接触，以将热量从电池25传递到流经开口21的冷却剂。

塑料模制部件23的厚度在其内表面和外表面之间或者在翅片的表面之间测量。在一个实施方案中，最小厚度在0.5 mm至3.0 mm之间，优选地在1.5 mm至2.0 mm之间。厚度优选在该范围内，以提供导热性和用于结构支撑和抗冲击的足够强度二者。虽然每个翅片的顶端小于该量，当两个表面接触时下降到零，但是该部分不被测量，因为应当理解，当翅片到达其末端处的点时，这样的厚度必然接近零。

如图6所示，在另一个实施方案中，电池冷却装置30包括开口31、金属冷却剂通道32、具有一个或多个翅片34的塑料模制部件33。塑料模制部件33的外表面接触一个或多个电池35。塑料模制部件33在其内表面和外表面之间具有0.5 mm至3.0 mm之间的最小厚度，优选地在1.5 mm至2.0 mm之间，但是在其它位置处较厚，例如在翅片离开金属冷却剂通道进行延伸处。在该实施方案中，导热添加剂与聚碳酸酯一起被包括，因此塑料模制部件甚至在其较厚的部分中也可以保持导热。

如图7中的另一实施方案所示，电池冷却装置45包括具有开口41的金属冷却剂通道42、具有翅片44和开口46的塑料模制部件43。塑料模制部件43的外表面与一个或多个电池单元45接触。在该实施方案中，塑料模制部件43的厚度在其内表面和外表面（包括开口的内表面和位于沿着翅片的外表面）之间，以及翅片的表面之间的多个点处测量。而一些厚度则将更大，这是因为塑料模制部件43在其附接到翅片处以及在形状上与一个或多个电池单元45匹配的弯曲外表面处必须更厚。在该实施方案中，基本所有的厚度都在0.5 mm至3.0mm之间，优选地在1.5 mm至2.0 mm之间。

电池冷却管理系统还可包括一个或多个结构以将电池锁定就位。

总结本发明的以下优选实施方案：

实施方案1. 一种用于冷却电池单元的装置，包括：

具有内表面和外表面的金属冷却剂通道；

塑料模制部件，其具有外表面和形成开口的内表面；

其中冷却剂通道设置在塑料模制部件的开口内，

其中冷却剂通道的外表面与塑料模制部件的内表面接触，

其中塑料模制部件包含聚碳酸酯，

其中塑料模制部件包括具有从冷却剂通道径向向外突出的表面的翅片，和

其中塑料模制部件的外表面被构造成接触一个或多个电池单元。

2. 根据实施方案1所述的装置，其中所述金属冷却剂通道包含铝。

3. 根据实施方案1或2所述的装置，其中所述金属冷却剂通道具有在金属冷却剂内表面和金属冷却剂外表面之间测量的0.5 mm至1.5 mm之间的厚度。

4. 根据以上任一项所述的装置，其中所述塑料模制部件还包含至少一种选自聚四氟乙烯、芳族磷酸酯、磷腈、双酚-A二苯基磷酸酯、三苯基磷酸酯和间苯二酚双-二苯基磷酸酯的化合物。

5. 根据以上任何一项所述的装置，其中所述塑料模制部件基本是不导电的并且是导热的。

6. 根据以上任何一项所述的装置，其中所述塑料模制部件具有在塑料模制部件内表面与塑料模制部件外表面之间测量的在0.5 mm至3.0 mm之间的最小厚度。

7. 根据以上任何一项所述的装置，其中所述最小厚度在1.5 mm至2.0 mm之间。

8. 根据以上任何一项所述的装置，其中所述塑料模制部件具有在塑料模制部件内表面与塑料模制部件外表面之间、以及还在翅片表面之间的多个点处测量的厚度，并且其中基本所有厚度在0.5 mm至3.0 mm之间。

9. 根据以上任何一项所述的装置，其中基本所有的厚度在1.5 mm至2.0 mm之间。

10. 根据以上任何一项所述的装置，其中所述塑料模制部件的外表面与所述一个或多个电池单元接触。

11. 一种电池冷却管理系统，包括上述任一项的塑料模制装置。

12. 根据实施方案11所述的系统，还包括用于抗冲击的一个或多个结构。

13. 根据实施方案11或12所述的系统，还包括一个或多个结构，以将一个或多个电池单元锁定就位。

14. 根据实施方案11至13中任一项所述的系统，还包括至少一个或多个冷却剂流体集管、一个或多个冷却剂流体收集通道、或一个或多个电池单元保护壳体。

15. 根据实施方案11至14中任一项所述的系统，还包括设置在电池单元和塑料模制装置之间的导热泡沫。