[发明专利]用于锂离子蓄电池单元的调温系统

说明书

本发明涉及一种用于对可充电的蓄电池单元、特别是锂(Li)离子蓄电池进行有效冷却和加热的调温系统，其中，所述调温模块包括由聚合物材料构成的外壳(1)，所述外壳包围由单向的碳纤维复合材料(2)构成的至少一个导热层，并且在所述外壳的主面的两个对置的棱边区域上分别具有用于输送传热介质的引导通道(3)，所述引导通道(3)沿着棱边区域从一个端部延伸到另一个端部；优选设置有至少两个相叠地设置的由单向的碳纤维复合材料(2)构成的层，具有流动通道(8)的中间层(7)处于所述层之间，所述流动通道将所述引导通道(3)相互连接。

技术领域

本发明涉及一种用于对可充电的蓄电池单元、特别是可充电的锂(Li)离子蓄电池(LIB)进行冷却和加热的有效的调温系统。

背景技术

LIB具有在重量和空间要求相对小时的高能量密度。因此，LIB已经在大量的应用范围内用于有效的能量存储。特别突出的应用示例是电移动性，例如作为在电动车或所谓的混合车辆中的能量源。

典型地，为了运行，将一定数量的蓄电池单元组合成蓄电池模块并且将两个或更多个蓄电池模块组合成蓄电池组。单元和/或模块可以串联和/或并联连接。

存在不同的大小和构造的蓄电池单元、例如圆柱形单元或扁平单元、如棱柱形单元或袋单元(咖啡袋单元)。在袋单元中使用柔性的壳体，所述壳体通常由在两侧加塑料涂层的铝箔构成。典型的袋单元尺寸是350mm×100mm。扁平单元、如袋单元或棱柱形单元关于较好的散热和可堆叠性是优选的。

LIB的典型构造如下，从阳极侧开始：

-具有流导出器的阳极(通常铜)，所述流导出器至少在朝向阴极的侧上以活性材料涂层(通常石墨)，

-用于对电极进行电子分离的分离器，但所述分离器对于Li离子是可渗透的，和

-具有流导出器的阴极(通常铝)，所述流导出器至少在阳极侧以活性材料涂层，所述活性材料在给单元充电时放出Li离子，和

-电解质(通常液态或固态)，所述电解质作为在电极上的反应之间的媒介起作用并且确保Li离子运输。

用于阴极或阳极、分离器和电解质的活性材料的合适的材料是现有技术。

对于LIB的运行性和安全性、但也对于所有其他类型的可充电的蓄电池的核心意义的是维持确定的温度范围。对可再充电的蓄电池单元的热管理是重要准则，以便能够确保以优化的功率输出和使用寿命的正常运行。

一般重要的是：将锂离子蓄电池单元运行到15℃至35℃之间的定义的温度范围内，以便避免蓄电池单元的过早的老化并且确保高的周期耐久性。仅当蓄电池系统规则地在理想的温度范围内运行时，才可以实现由行业要求的直至1600个全周期超过10年使用期限的充电周期。因此，关于其交货状态(Begin of Life，寿命初始，BoL)已损失其存储容量的20％并且因此在完全充电时仅还具有最初单元容量(State of Health，剩余电量，SoH)的最大80％的蓄电池系统对于汽车应用不再能使用(End of Life，寿命终止，EoL)。

在每个季节、在夏季以及也在冬季必须通过对蓄电池单元的对应调温可以保证：单元可以在15℃至35℃之间的恒定的温度窗口中运行，最佳的运行温度处于25℃。如果蓄电池例如连续在40℃时运行，则老化加速达到50％。

要考虑的是：蓄电池单元的热特性强烈地各向异性。垂直于单元面，分离器的在聚乙烯膜片的情况下大约1W/mK的小的热导率确定单元堆叠的或在圆柱形单元中的缠绕的单元辊的热导率。在袋形和棱柱形单元时的平面中或者说在圆柱形单元时的高度中，热导率通过金属的流导出器确定，所述热导率处于大约30W/mK。