用于车辆的电力电子部件壳体的结构的制作方法
【专利说明】用于车辆的电力电子部件壳体的结构
[0001]相关申请的引用
[0002]本公开涉及用于车辆的电力电子部件(power electronic part)的壳体的结构，并且更具体地，涉及用于具有绝缘性能并且能够取决于周围环境控制热导率的电力电子部件的壳体的结构。
【背景技术】
[0003]最近，在车辆中安装电力电子部件的数量以及随后其大规模集成已经增加。此外，作为主要电力电子部件之一的车用电池中的产热已经作为严重的问题出现。
[0004]具体地，在诸如电动车辆或混合动力车辆的环保车辆中，电池系统的可靠性和稳定性充当确定车辆可售性的重要因素。因此，为了防止电池性能因室外温度变化而劣化，重要的是将电池系统维持在合适的温度范围内。
[0005]通常，已知的是，当温度下降至-10°C或更低时，锂离子电池的能量和输出迅速劣化。例如，关于18650电池,据报导与在20°C的环境相比，-40°C的环境中仅能传输5%的能量密度和 1.25% 的输出密度(G.Nagasubramanian, J Appl 电化学，31，99.(2001))。
[0006]此外，据报导锂离子电池在低温环境中能够正常放电，但是不能恰当地充电(C.K.Huang, J.S.Sakamoto, J.Wolfenstine and S.Surampudi，J.Electrochem.Soc.147 (2000) 2893; S.S.Zhang, K.Xu and T.R.Jow, Electrochim.Acta48 (2002) 241 )?
[0007]已知在低温环境中性能劣化的原因是电解质的离子导电性劣化、在石墨的表面上形成固体电解质隔膜、锂离子向石墨的低扩散性、在电解质和电极之间的接触面的电荷转移电阻增加等(S.S.Zhang, K.Xu and T.R.Jow, J Power Sourcesll5, 137 (2003))。为了解决上述问题，需要另外的绝热用于在合适的温度范围内(例如，35°C到50°C)保持电池的温度。
[0008]此外，虽然如上面所描述的问题，在低温环境中出现电池的输出和性能的劣化，但是在实际运行温度是高温的环境中，电池的热逸散成为问题。
[0009]因此，有必要开发将在电池温度维持在合适温度范围内的方法，以应对室外温度的变化。
[0010]在优异绝热的情况下出现散热问题，而在优异散热的情况下，由于高热导率出现绝热问题。因此，有必要开发在合适的温度甚至在低温环境中维持电池系统的温度，同时在普通天气条件中能够保持优异散热性能的方法。
[0011 ] 具体地，在诸如电动车辆或混合动力车辆的环保车辆中，其中，电池是车辆的主要动力源，电池输出和性能的劣化直接导致车辆性能的劣化。
[0012]在现有技术中，仅从散热的观点来看，热控制材料的开发已专注于改善材料热导率上。当诸如电池的电力电子部件的壳体需要绝热时，壳体已经通过使用具有低热导率的另外的泡沫或塑料材料制造。
[0013]这不能积极应对单个部件需要绝热和散热两者的每个环境。为了同时解决散热和绝热问题，由绝缘材料制成壳体，然后增加作为空气冷却装置的排风机的容量或应用水冷却法以加强散热性能并解决散热问题，这导致了增加总重量的问题。
[0014]此外，为了解决用于车辆的电力电子部件中，特别是电池的产热问题，已经进行了广泛的研究以配置使用包含具有优异热导率填料的复合材料的壳体。然而，即使散热复合材料在改善热导率方面也具有限制，并且在通过注塑制造部件的情况下，由于沿注塑方向的填料取向，出现热导率的各向异性。
[0015]更具体地，为改善散热性能而开放的包含高导热填料的大部分聚合物复合材料树脂包含片状填料或纤维型填料。因此，当树脂通过注塑制造成电池壳体等时，由于沿注塑方向的剪切力，填料沿注塑方向是单轴取向的，这导致热导率各向异性问题。因此，沿注塑方向的热导率是沿厚度方向热导率的约1/3到1/4，并且因此非常低。
[0016]为了有效散热，已经形成适于部件形状和性能的传热路径，以通过对流获得优异散热效果，并且制造用于电力电子部件和电池的壳体，以沿厚度方向具有传热路径性能，从而增强散热效率。
[0017]在本发明背景部分披露上述信息仅是为了加强对本发明背景的理解，并且因此，它所包含的信息并不形成该国中为本领域的普通技术人员所知的现有技术。
【发明内容】
[0018]本发明提供了一种用于电动力零件的壳体的结构，其具有变化的热导率；在用于车辆的电动力零件中，尤其在电池中，具有解决散热和热绝缘问题的绝缘性能；并且通过应用简单的控制技术取决于周围环境控制热导率。
[0019]更具体地，根据一个实施方式本发明提供了灵活的壳体材料，其在诸如电动车辆或混合动力车辆的环保车辆中，能够控制传热路径的形成，从而基本上解决由于环境温度、产热等引起的电力电子部件(电池等)的性能劣化问题。
[0020]在一个方面中，本发明提供了一种结构，其以具有中空部分的形状制造，该中空部分被配置为用椭圆形磁性颗粒和填充液体以彼此混合的状态填充，椭圆形磁性颗粒在它们的表面上涂覆有电绝缘类导热颗粒。热导率能够通过根据由磁场产生件施加的磁场的方向而改变磁性颗粒的取向来控制。
[0021]在一个优选实施方式中，磁性颗粒可以选自:(Fe)颗粒、钴(Co)颗粒、和镍(Ni)颗粒、以及作为非晶合金金属颗粒的铁钴合金金属颗粒和镍离子合金金属颗粒。
[0022]在另一优选实施方式中，导热颗粒可以选自:氮化硼颗粒、氧化铝颗粒、氧化镁颗粒、氮化硅颗粒、碳化硅颗粒、以及金刚石颗粒。
[0023]在又一个优选实施方式中，填充液体可以是硅油。
[0024]在另一个优选实施方式中，结构可以使用包含导热填料的导热工程塑料模制，以具有中空部分，并且该结构可以被配置为利用由磁性颗粒和填充液体制成的填料填充中空部分。
[0025]在另一个优选实施方式中，导热填料可以是形成为片状颗粒的石墨或氮化硼。
[0026]在进一步的优选实施方式中，结构可以一种形状制造，其中，中空部分以及在中空部分中的由磁性颗粒和填充液体制成的填料被布置为封闭电力电子部件，并且该结构可以被设置为用于电力电子部件的壳体。
[0027]在另一个进一步的优选实施方式中，结构可以被设置为电池壳体，其被布置为封闭作为电力电子部件的车用电池。
[0028]以这种方式，根据本公开，可以提供一种结构，其被配置为利用与填充液体处于混合状态的涂有电绝缘类导热颗粒的椭圆形磁性颗粒填充中空部分，并且因此，热导率能够通过根据磁场的方向而改变磁性颗粒的取向来控制。
[0029]本公开的结构对配置用于选择性地需要散热性能和绝热性能的电力电子部件的壳体是有用的，诸如在诸如电动车辆或混合动力车辆的环保车辆中的电池。
[0030]下文将论述本发明的其他方面及优选实施方式。
[0031]应当理解，本文中所使用的术语“车辆(vehicle)”或“车辆的(vehicular)”或其它类似术语包括广义的机动车辆，诸如包括运动型多用途车辆(SUV)、公共汽车、卡车、各种商用车辆的载客车辆；包括各种小船、海船的船只；航天器等；并且包括混合动力车辆、电动车辆、插电混合动力车、氢动力车辆和其他替代燃料车辆(例如，燃料来源于非汽油能源)。如本文中所提及的，混合动力车辆是具有两种以上动力源的汽车，例如，汽油动力和电动力车辆。
[0032]下文将论述本发明的以上及其他特征。
【附图说明】
[0033]现在将参照附图所示出的一些示例性实施方式，详细描述本发明的上述及其他特征，在下文中，附图仅通过说明的方式给出，因此不对本发明进行限制，并且其中:
[0034]图1是示出一种作为用于车辆的电力电子部件的壳体的实施方式的结构的截面图；
[0035]图2是示出在本公开中填充结构的中空部分的磁性颗粒的取向状态的示意图；
[0036]图3是示出根据被加到本公开实施方式的线圈的绕线方向的磁场方向和施加电流的方向的示图；以及
[0037]图4是示出在本公开的实施方式中从壳体的表面消散热量的状态的示图。
[0038]应当理解的是，附图不必按比例绘制，而是呈现说明本发明的基本原理的各种优选特征的稍作简化的示意图。正如本文中所公开的本发明的具体设计特征包括，例如，通过具体预期的应用和使用环境部分地确定的具体尺寸、方向、位置和形状。
[0039]在附图中，参考标号贯穿附图中的多个图表示本发明的相同部件或等同部件。
【具体实施方式】
[0040]在下文中，将参照附图详细地描述本公开的实施方式，从而由本公开所属领域的技术人员能够容易地实现这些实施方式。
[0041]本公开涉及用于车辆的电力电子部件的壳体的结构，其配置为通过用电绝缘类导热颗粒涂覆以形成表面层的椭圆磁性颗粒填充中空部分，以及填充液体。
[0042]本公开的结构被配置为，通过根据应用于中空部分的磁场的方向来改变磁性颗粒的取向，以改变热传导性能，并且在根据容纳在内部空间或环境温度中的电力电子部件的产热状态来控制应用于中空部分的磁场的情况下，能够选择性地将散热性能和绝热性能赋予结构本身。
[0043]本公开的结构能够用于配置在诸如电动车辆或混合动力车辆的环保车辆中的诸如电池的电力电子部件的壳体，并且尤其使得能够控制热导率。因此，该结构对配置用于选择性地需要散热性能和绝热性能的车辆的电力电子部件的壳体是有用的。
[0044]图1是示出一种作为用于车辆的电力电子部件的壳体而实现的一个实施方式的结构的截面图，并且图2是示出填充结构的中空部分的磁性颗粒的取向状态的示意图。
[0045]首先，如图1所示，实施方式的结构I可以实现为用于电力电子部件的壳体，将其制造为具有能够保护安装在车辆中的电力电子部件10的形状。
[0046]在此，本公开的结构I被制造为具有能够封闭电力电子部件10的形状，从而用作壳体,并且待保护的电力电子部件10 (例如，电池)容纳在通过结构I (在下文中,称作“壳体”)形成的内部空间(电力电子部件容