CN107112460B - 具有热绝缘结构的电池 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电池（10）、尤其是用于至少能够电驱动的车辆的车辆电池（10），所述电池具有：电池壳体（13）和至少一个第一电池模块（11），其中所述第一电池模块（11）具有至少一个电池单池（13）；以及至少一个用于将所述电池（10）连接到车辆上的电池触头（14）。对本发明来说重要的是，所述电池（10）在具有至少一个电池单池的电池壳体（13）的内部具有至少一个第二电池模块（12），其中所述第二电池模块（12）能够与所述第一电池模块（11）相连接，由此能量能够在所述电池模块（11、12）之间传输，其中至少一个热绝缘元件（20）至少尽可能地包围着所述第一电池模块（11），由此所述第一电池模块（11）与所述第二电池模块（12）热绝缘并且热隔离。

Description

具有热绝缘结构的电池

技术领域

本发明涉及一种电池、尤其是用于至少能够电驱动的车辆的车辆电池以及一种用于对电池的电池模块进行调温的方法。

背景技术

一种能够观察到的、用于新型的电化学的存储***的开发趋势是以下电池方案，对于所述电池方案来说，在比室温之上更高的温度情况下运行所述电池。与比如锂离子电池相比，这样的电池方案的优点在于优选相比于传统的锂离子电池得到提高的可靠性、更低的成本以及得到提高的能量密度的领域内。用于得到提高的温度水平的背景是：提供所参与的单池组件（比如电解质、保护层）的至少足够大的传导能力的可行方案，并且在与所参与的电化学的单池反应的结合中实现足够大的交换电流密度的可行方案。这样的电池方案必要时必须在运行中或者在开始运转时进行加热，但是为此可能在运行中不需要冷却功率或者仅仅需要较少的冷却功率。

一般来说，这样的电池方案也需要冷却方案，因为在运行中产生热，所述热也许处于所述***中的热损耗之上并且一般来说也必须遵守单池的特定的温度限制。按温度水平和运行方式，需要电池单池的或多或少的麻烦的热绝缘，用于将热损耗保持较低的水平并且将所需要的加热功率保持尽可能小的水平。在此，连接管路、机械的支柱和其它的热桥以及所存在的辐射损耗代表着潜在的并且不期望的热泄漏。这些热损耗功率不利地影响到电池性能和通常必须通过所输入的能量来消除的自动放电。

在这些电池方案的、无运行的或者仅仅带有受限制的运行（比如停车的车辆）的停止时间（Standzeit）里，始终需要加热，用于在最佳的工作温度的范围内为电池的继续运行作准备。这耗费能量并且也许会使电池放电。此外，在停止时间里存在着让电池冷却下来并且在重新开始运转之前又将其加热到最佳的运行温度的可能性。冷却下来的、也就是处于室温上的电池通常不会自已加热，因为单池反应的以及内部的功率过程的动力学特性（Kinetik）依然过于受到限制。

由公开文献DE 10 2012 223 054 A1公开了一种用于车辆电池的热管理的可行方案，在该可行方案中在车辆运行期间对电池的运行温度进行调节处理。在运行期间或者在电池与充电器和电源相连接的期间，对于运行温度范围的调整在此用于根据环境温度进行预调节处理。所熟知的解决方案的不利之处是，缺少在停止阶段里将电池保持在运行温度上的可行方案并且在此放弃用于对电池进行热激活的外部的能量源的可行方案。与此相对应，在现有技术中缺少用于对电池进行节省能量的调温或者热激活的解决方案，其中尤其要提高所述电池的自给自足性并且由此能够实现车辆的更长的停止阶段。

发明内容

本发明的任务在于，至少部分地消除前面所描述的缺点。尤其本发明的任务是，以成本低廉的并且节省能量的方式在电池的停止时间里显著地降低能量损耗并且由此提高电池的自给自足性。“电池的自给自足性”在本发明的范围内应该是指一种用于对电池进行调温的热岛***。在此，所述电池不需要接连到电网上，而是将电池的现存的能量用于进行调温，从而将所述电池置于或者保持到最佳的运行温度。

前述任务通过一种电池以及一种用于对电池进行调温的方法得到解决。本发明的另外的特征和细节由优选的实施方式、说明书和附图中产生。在此结合所述电池所描述的特征和细节当然也结合所述按本发明的方法而适用并且相应地反之亦可，从而关于与各个发明方面相关的公开内容始终相互参照或者能够相互参照。

按照发明，用于至少能够电驱动的车辆的电池具有电池壳体，该电池壳体则具有至少一个第一电池模块，其中所述电池模块具有至少一个电池单池。在所述电池上布置了至少一个用于将所述电池接连到车辆上的（电的）电池触头。对本发明来说重要的是，所述电池具有至少一个拥有至少一个电池单池的第二电池模块，其中所述第二电池模块能够与所述第一电池模块相连接，由此能量能够在所述电池模块之间传输。至少一个热绝缘元件在此至少尽可能地包围着所述第一电池模块，由此所述第一电池模块与所述第二电池模块热绝缘（thermisch isoliert）并且热隔离（thermisch getrennt）。由此能够实现对于电池、尤其是各个电池模块的模块化的和/或单独的调温，由此能够实现对于所述电池的节省能量的调温。所述电池模块在此能够不同地设计尺寸，从而按应用情况存在不同的容量和/或几何大小，用于对相应的另外的电池模块进行调温。在此，所述电池具有共同的壳体，其中所述电池模块尤其彼此进行了电连接。但是，按照发明也能够考虑，存在着所述电池模块彼此间的热连接，从而不仅能够传输电能而且能够传输热能。

本发明的决定性的核心构思是电池的结构，其中至少两个电池模块具有共同的电池壳体，但是其中所述电池模块彼此热绝缘并且热隔离。通过所述按本发明的设计方案，将所述至少一个电池模块的热能通过所述热绝缘元件来尽可能好地存储在一个电池模块中。在此，所述被热绝缘的电池模块能够任意地设计尺寸，其中下述尺寸设计是有利的：对于该尺寸设计来说存在如此多的能量，使得对于所述第二电池模块的激活、也就是对于所述第二电池模块的加热对于运行情况来说能够得到保证。对于按本发明的绝缘元件来说，能够考虑不同的热隔绝材料，其中下面扼要地列举常用的、适合于使用的材料。因此，比如能够考虑塑料绝缘件，所述塑料绝缘件也能够作为泡沫以人造的有机的泡沫的形式构造，其中在此优选能够涉及聚乙烯、聚苯乙烯、石墨聚苯板（Neopor）、聚氨酯或者酚醛树脂A泡沫。此外，也能够考虑将矿物纤维、比如石头和玻璃棉用于按本发明的热隔离。气凝胶垫和真空隔绝板由于其差的导热性而特别有利地合适使用。按本发明的热绝缘元件在此能够部分面状地或者全面状地包围着所述第一电池模块，从而按应用情况能够保证尽可能好的热绝缘。所述电池或者相应的电池模块本身优选能够再充电、尤其是能够作为高温电池和/或固体电池来构造。

在本发明的范围内，所述第二电池模块同样至少尽可能地被热绝缘元件所包围，由此所述第二电池模块与所述第一电池模块热绝缘并且热隔离。在此，所述电池模块也能够模块各自地、也就是单独地并且彼此分开地隔离。所述第二电池模块的热绝缘也能够实现在所述第二电池模块中存储热能，从而能够进一步降低所述第二电池模块的热损耗。由此产生优点：在车辆的停止时间内所述第二电池模块将热能存储尽可能长的时间，由此所述电池的功率也更为缓慢地减小，这引起以下结果：能够将所述第二电池模块的热能或电能用于对所述第一电池模块进行调温。与此相对应，将所述至少第一电池模块保持到必要的工作温度，从而在电池开始运转时所述第一电池模块能够对所述第二电池模块进行加热。在此，尤其将能量（以电的方式用于运行加热元件以及必要时为此也以热的方式）从所述一个电池模块传输到另外的电池模块上这个方面对所述电池的自给自足性来说是起决定作用。所述第二电池模块的热绝缘元件在此也能够部分面状地或者全面状地布置在所述第二电池模块上，从而能够建立所述第二电池模块与所述第一电池模块的热隔离。在此，也能够考虑如用于所述第一电池模块的绝缘的相同绝缘材料。根据经济的和车辆典型的前提，所述热绝缘件能够如此构造，使得其保证车辆的经济的运行。因此能够在实施时节省成本和技术上的开销。

此外，能够有利的是，至少一个电池模块具有至少一个加热元件，由此能够实现对于另外的电池模块的调温。按本发明的加热元件在此取代或者附加于所述至少一个热绝缘元件来设置，从而能够建立最佳的工作温度。所述加热元件能够在时间上在起动车辆之前、在起动车辆时或者在起动车辆之后对相应的电池模块进行加热。但是，尤其有利的是，所述至少一个电池模块的至少一个加热元件在所述电池的、无运行或者仅仅带有受限制的运行的停止时间期间将所述电池模块调温到工作温度。如果两个电池模块分别配备了一个加热元件，那就能够考虑，在车辆的起动阶段里后补地对在停止时间里未被调温的电池模块进行加热。与此相对应，所述一个电池模块在停止时间里形成用于另外的电池模块中的加热元件的能量源，使得这些电池模块自给自足地并且相互地供给用于进行调温的能量。

按照本发明能够考虑，所述加热元件以电的方式并且/或者用流体技术来传输能量。如果向所述加热元件以电的方式供给所述至少一个电池模块的能量，那就能够建立对于所述另外的电池模块的主动的电调温。在此，所述电加热元件比如能够构造为热电阻、构造为加热丝或者构造为加热膜，但是在本发明的范围内不局限于这些实施方案。所述电加热元件在此拥有以下优点：能够实现对于所述电池模块的特别快的加热，从而能够建立对于在停止阶段里未被调温的电池模块的、特别快的加热。与此相对应，所述电池模块在开始运转时、也就是说在起动阶段之后在较短的时间里又达到工作温度，从而恢复了可能的电池功率。加热元件如此构造，从而能够通过流体来传输热能，对于该加热元件来说能够实现对于所述电池模块的被动的调温。在此如此将所述电池模块彼此间连接起来，从而将一个在停止阶段里冷却下来的电池模块的热能传输到另外的电池模块上并且比如通过换热器在那里被释放出来。由此能够实现这一点，所述一个在停止阶段里冷却下来的电池模块没有将电能输出给另外的电池模块，使得所述冷却下来的电池模块的充电状态比进行了电连接的加热元件更慢。用流体技术来供给的加热元件代表着对于所述至少一个电池模块的调温的、一种特别节省能量的形式。

同样有利的是，所述加热元件与控制单元相连接，用所述控制单元能够调节并且/或者控制加热功率。理想地，所述控制单元在此布置在所述电池壳体中，从而不会通过连接电缆产生另外的热泄漏。所述控制单元在此能够以机械的方式并且/或者以电的方式构造，并且额外地根据环境温度或者电池温度对所述加热元件进行监控。机械的控制单元尤其重要，如果用流体技术来向所述加热元件供给能量，其中所述控制单元能够代表着阀或者泵。所述控制单元一方面监控，调设了所述电池模块的最佳的工作温度，其中同时能够防止由于过热而给电池造成损坏。在此能够根据环境温度来调节加热功率，从而没有必要将能量或者将太少的能量用于对所述电池模块进行调温。能够考虑，所述控制单元根据所计划的或者大概可能的停止时间来控制并且/或者调节所述加热元件的加热功率。由此对于较长的停止时间来说所述加热功率可能比较短的停止时间更少。与此相对应，所述电池模块也更快或者更慢地又达到运行温度，其中能够同时根据所述电池模块的充电状态来进行调温。同样，所述控制单元能够根据相应的电池模块的设计尺寸和/或所述相应的电池模块的设计尺寸来监控所述加热功率。此外能够考虑，所述控制单元如此学习所述电池的用户特性，从而通过所述控制单元来记录并且测评不同的参数、比如停止时间、环境温度和时钟时间。由此能够编制使用特性图（Benutzungsprofil），所述使用特性图能够学习或者预测电池使用的日常情况并且与此相对应能够在停止时间期间相应地对所述加热功率进行监控。因此，所述控制单元比如能够识别：所述电池是否定期在特定的时间内停止运行，在所述特定的时间中必须在恒定的时间周期里对所述加热元件进行调温。

同样有利的是，所述电池壳体至少部分地通过所述绝缘元件来构成。因此，所述绝缘元件在此优选与所述电池壳体一体地、尤其是材料统一地构造。由此产生一种由壳体和绝缘元件构成的至少部分集成的结构形式，由此能够进一步降低热损耗。由此能够放弃所述电池壳体的、在现有技术中常见的通常由金属构成的设计，并且能够转换到基于塑料的结构形式。在此，另外的优点也通过以下方式来产生：在生产所述电池壳体时所述电池壳体的生产能够得到简化，因为比如通过注塑法来进行简单的制造，其中取消后来铺设绝缘元件的步骤。

在本发明的范围内能够考虑，所述绝缘元件以能够活动的方式布置在所述电池模块上并且/或者布置在所述电池壳体上。在此能够考虑模块各自的或者共同的热绝缘件。“以能够活动的方式”在本发明的范围内应该是指，所述绝缘元件比如能够通过保持器件来可逆地安装，从而在每个时刻能够获得到所述电池壳体和/或所述电池模块的接近。所述按本发明的绝缘元件在此能够具有不同的结构形式，所述结构形式以最佳的方式与所述电池模块或者电池壳体及电池触头的结构形式相匹配。由此提供尽可能最佳的结构空间，对于该结构空间来说能够同时以所述电池的紧凑的结构形式和得到改进的可接近性来实现热绝缘。所述绝缘元件在此能够具有保持器件，由此所述绝缘元件能够可逆地安装在所述电池模块上并且/或者安装在所述电池壳体上，从而在进行保养和/或维修作业时能够实现至少到所述电池触头的接近。所述保持器件比如能够是粘扣带、磁性的带扣或者能够可逆地建立的粘合连接以及螺纹连接、卡夹连接或者插塞连接。除此以外，所述绝缘元件也能够具有以铰链或者类似的翻转机构的形式构成的保持器件，使得所述绝缘元件在需要时能够从至少一个使用位置被置于保养位置中。由此能够获得到所述电池或者电池触头的接近，而没有损坏所述热绝缘结构。此外能够考虑，所述绝缘元件能够通过驱动装置来运动，使得所述绝缘元件能够在使用情况下离开所述电池来运动或者朝所述电池来运动。由此能够实现这一点：所述电池在存在使用位置时能够通过所述绝缘元件对所述电池进行热绝缘并且为了冷却的需求而能够从所述电池上翻转出去。因此对于所述电池处于最佳的工作温度之上的情况来说能够实现所述电池的冷却，从而能够尽可能地防止所述电池单池或者电池模块的损坏。

所述电池本身能够构造为固体电池和/或高温电池、尤其是具有大约60到100℃的运行温度范围的锂-金属-聚合物-电池“LMP”电池或者具有大约270到350℃的运行温度范围的钠-氯化镍-电池，并且所述电池优选具有高的、优选400Wh/kg之上的单位能量。

按照本发明的另外的方面，要求保护一种用于对电池的电池模块进行调温的方法。在按本发明的方法中，所述电池能够置于运行状态中，在所述电池中向车辆的驱动装置馈给电能，并且所述电池能够置于静止状态（Ruhezustand）中，在所述电池中所述驱动装置不消耗能量。在此重要的是，在所述静止状态中能够将用于调温的能量由所述第二电池模块传输给所述第一电池模块。由此能够调设所述第一电池模块的最佳的工作温度，从而在停止时间里能够从所述第二电池模块中馈给所需要的、用于所述第一电池模块的加热功率。在所述电池的静止状态中，使用所述第二电池模块的现存的热能和/或电能，用于直接对加热元件或者所述电池模块进行调温，其中在以电的方式进行主动的调温时将电能由所述第二电池模块传输到所述第一电池模块的加热元件上，并且在进行被动的调温时通过流体技术的调温、比如通过换热器或者热导体来进行调设。因此，所述电池的自给自足性通过所述按本发明的方法得到提高，由此能够实现更长的停止阶段，其中显著地降低了由于不使用而引起的能量损耗。

按照本发明，在运行状态中能够将热能和/或电能由所述第一电池模块传输给所述第二电池模块，由此能够调设所述第一电池模块中的和所述第二电池模块中的运行温度。所述运行状态是以下状态，在该状态中以前冷却下来的电池模块通过经过调温的电池模块来得到加热，从而又能够建立所述第二电池模块的运行温度。这种状态也能够在仅仅受限制的运行期间（比如停车的车辆）占优势，从而能够预准备所述电池的、尤其是所有电池模块的快速的继续运行。尤其在此将热能和/或电能传输给所述第二电池模块的加热元件，从而能够尽可能快地调设所述第一电池模块中的和所述第二电池模块中的运行温度。由此能够在没有外部的能量源的情况下实现对于所述第二电池模块的热激活，其中尽可能地降低所需要的能量需求。

对于所说明的方法来说，产生所有已经关于所述按本发明的电池所描述的优点。

附图说明

另外的对本发明进行改进的措施从以下对本发明的一种实施例所作的描述中产生，本发明在附图中示意性地示出。所有由权利要求、说明书或者附图得知的特征和/或优点、包括结构上的细节、空间的布置和方法步骤不仅分别而言而且在极为不同的组合中对本发明来说都可能是重要的。附图中：

图1示意性地示出了按本发明的电池的第一种实施方式。

具体实施方式

在图1中示意性地显示了一种按本发明的电池10，该电池具有电池壳体13，在该电池壳体中布置了第一电池模块11和第二电池模块12。在所述共同的电池壳体上布置了电池触头14，所述电池触头用于将电池接连到车辆上并且至少与所述第一电池模块11相连接。所述电池模块11具有第一热绝缘元件20和加热元件22。所述热绝缘元件20包围着所述电池模块11并且与所述电池壳体13齐平地构造。所述第二电池模块12同样具有自身的热绝缘元件21，该热绝缘元件同样包围着所述电池模块12。所述第一电池模块11和所述第二电池模块12在此彼此进行了电连接。所述两个电池模块11和12的两个加热元件22和23同样相连接，从而通过连接能够传输电能和/或热能。开关在此用于：有选择地将所述加热元件22和23彼此一起接通，因为这些加热元件不必强制地彼此相连接。在此，所述加热元件22、23能够以电的方式并且/或者以热的方式由所述电池模块22、23来运行。

在所示出的实施方式中变得清楚的是，所述电池模块11、12被设计成不一样大的尺寸，使得所述电池模块11和12也具有不同的容量。所述第一电池模块11在此被设计为比所述第二电池模块12小得多的尺寸，这引起以下结果：所述第一电池模块11所需要的加热能量少于所述第二电池模块12。在此如此设计所述第一电池模块11的尺寸：使得能够提供足够的、用于对所述第二电池模块12进行加热的能量。在静止状态中，由此将能量由所述第二电池模块12传输到所述第一电池模块11的加热元件22上，由此将所述电池模块11保持在相应的温度上或者加热到一种温度。

在运行状态中，又将能量由所述第一电池模块11传输到所述第二电池模块的加热元件23上。

Claims (9)

1.电池（10），

所述电池具有：电池壳体（13）和至少一个第一电池模块（11），其中所述第一电池模块（11）具有至少一个电池单池；

以及至少一个用于将所述电池（10）接连到车辆上的电池触头（14），

其特征在于，

所述电池（10）在具有至少一个电池单池的电池壳体（13）的内部具有至少一个第二电池模块（12），其中所述第二电池模块（12）能够与所述第一电池模块（11）相连接，由此能量能够在所述电池模块（11、12）之间传输，

其中至少一个热绝缘元件（20）至少尽可能地包围着所述第一电池模块（11），由此所述第一电池模块（11）与所述第二电池模块（12）热绝缘并且热隔离，

其中至少一个电池模块（11、12）具有至少一个加热元件（22、23），由此能够实现对于另外的电池模块（12、11）的调温。

2.按权利要求1所述的电池（10），

其特征在于，

所述第二电池模块（12）同样至少尽可能地被热绝缘元件（21）包围，由此所述第二电池模块（12）与所述第一电池模块（11）热绝缘并且热隔离。

3.按权利要求1或2所述的电池（10），

其特征在于，

所述加热元件（22、23）以电的方式并且/或者用流体技术来传输能量。

4.按权利要求1或2所述的电池（10），

其特征在于，

所述加热元件（22、23）与控制单元相连接，用所述控制单元能够调节并且/或者控制加热功率。

5.按权利要求1或2所述的电池（10），

其特征在于，

所述电池壳体（13）至少部分地通过所述绝缘元件（20、21）来构成。

6.按权利要求1或2所述的电池（10），

其特征在于，

所述绝缘元件（20、21）以能够活动的方式布置在所述电池模块（11、12）上并且/或者布置在所述电池壳体（13）上。

7.按权利要求1所述的电池（10），

其特征在于，

所述电池（10）是用于至少能够电驱动的车辆的车辆电池（10）。

8.用于对按权利要求1到7中任一项所述的电池（10）的电池模块（11、12）进行调温的方法，其中所述电池（10）能够置于运行状态中，在所述电池中向车辆的驱动装置馈给电能，并且所述电池能够置于静止状态中，在所述电池中所述驱动装置不消耗能量，

其特征在于，

在所述静止状态中能够将用于调温的能量由所述第二电池模块（12）传输给所述第一电池模块（11）。

9.按权利要求8所述的方法，

其特征在于，

在所述运行状态中能够将热能和/或电能由所述第一电池模块（11）传输给所述第二电池模块（12），由此能够调设所述第一电池模块（11）中的和所述第二电池模块（12）中的运行温度。