CN109638376A - 电池 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电池，其具有至少一个电池模块(2)，该电池模块(2)由多个电气串联和/或并联的电池单格(3)组成，该电池单格(3)各具有至少两个单格电极(4)，且电池单格(3)以及其单格电极(4)属于电池模块(2)的模块部件的群组。在此，为了将热量从电池导走，由至少电池单格(3)和单格电极(4)组成的模块部件中的至少一个间接地与主动冷却装置(5)热传递地相连接，且间接的热传递通过热传递元件(6)的布置是可实现的。此外，对于电池(1)的每个电池模块(2)，至少一个带有多个贯通热传递元件(6)的中间空间(7)的被动的热传递元件(6)如此布置在电池模块(2)处，使得单格电极(4)延伸穿过热传递元件(6)的中间空间(7)，且与热传递元件(6)构造各至少一个热传递地连接的接触区域。

Description

电池

技术领域

本发明涉及一种电池，其具有至少一个由多个电气串联和/或并联的电池单格组成的电池模块。在此，电池单格各具有至少两个单格电极且电池单格以及其单格电极属于电池模块的模块部件的群组，其中，为了将热量从电池导走，由至少电池单格和单格电极组成的模块部件中的至少一个间接与主动冷却装置热传递地相连接且间接的热传递可通过热传递元件的布置实现。

背景技术

在机动车的驱动装置的混合化以及电气化的进程中必要的是，存储为了驱动机动车所需的电能且将其供应至驱动装置。对此，通常电池得到应用，其由于需要的驱动能量以及在充电过程中以高电流加载且与之相应地在机动车的运行中或在电池充电的情形中经历加热。为了维持始终不变的运行参数以及为了提高寿命，需要电池的冷却。

通常电池的冷却经由其电池壳体底部在应用所谓的乙二醇水冷却的情况下或通过基于冷剂剂的冷却***在应用例如二氧化碳的情况下进行，其中，在这些情形中冷却***布置在由多个电池单格组成的电池模块之间。两个概念在此可视作为不利的。在乙二醇水冷却的情况中，仅仅电池单格的底部且在此在大多数情况下仅部分地冷却，其是惰性的且不太有效。同样，在此可注意到在电池单格的设计方案中的区别。乙二醇水冷却的有意义的应用通常仅在棱柱形的单格的情形中给出，在所谓的囊形(或称为袋式，即Pouch)单格的情形中电池单格底部的方向上的热传输由结构形式决定地相对于棱柱形的单格是受限的，从而应用在大多数情况下不可实现。在基于冷却剂的冷却***的情形中与之相反仅冷却电池模块的侧壁，由此尤其在电池模块中间布置的电池单格经受更高的热负载。基于冷却剂的冷却***到这样的电池模块中的集成是技术上极耗费的，因为为在90至150巴的范围中的非常高的压力而设计的管***必须集成到电池模块中且至管***的接口由于限制的结构空间几乎不可实现且通常这样的解决方案经济上是不可承受的。

文件DE 10 2013 016 616 A1示出了电池冷却装置的另一形式。其中描述了高压电池，在其中高压电池的并联的单格或高压电池的由多个串联的单格组成的、相应地并联的单格块彼此热偶联。在此，单格或单格块可经由其电极通过热导体彼此热接触且此外经由该热导体与冷却板导热地相连接。此外，分别彼此并联的单格或单格块相对彼此热绝缘，以便在相应的单格或单格块中尽可能地实现均匀的运行参数。热导体的布置在此以不利的方式以与单格或单格块的较大间隔实现，这阻止了热量的运走。

发明内容

在该背景前，本发明的任务在于，如此实施一种开头提到的形式的电池，使得提高从电池的热量导走。

该任务以根据专利权利要求1的特征的电池解决。从属权利要求涉及本发明的特别适宜的改进方案。

根据本发明，因此设置有具有至少一个电池模块的电池，其中，电池模块由多个电气串联和/或并联的电池单格组成。电池单格本身各具有至少两个尤其从电池单格的内部突出来的单格电极。电池单格以及其单格电极此外属于电池模块的模块部件的群组，其中，为了将热量从电池导走，由至少电池单格和单格电极组成的模块部件中的至少一个间接与主动冷却装置热传递地相连接且在此间接的热传递可通过热传递元件的布置实现。此外，对于电池的每个电池模块，带有多个贯通热传递元件的中间空间的至少一个被动的热传递元件如此布置在电池模块处，使得单格电极通过热传递元件的中间空间尤其从热传递元件的面向电池模块的侧延伸到热传递元件的背离电池模块的侧上，且与热传递元件构造各至少一个热传递地相连接的接触区域。热传递元件因此具有以开口的形式的中间空间或还有在热传递元件中的贯通部，其中，这些中间空间可垂直于贯通方向完全地或仅部分地由热传递元件限制。热传递元件此外应在电池模块处如此布置，以至于单格电极的区段定位在中间空间中，且单格电极在热传递元件的背离电池单格的侧上具有相对于热传递元件的突出(Überstand)。为此，电池单格可如此形成电池模块地布置，使得电池单格的单格电极例如位于电池模块的一侧或两侧处。在单格电极的单侧的定位的情况中，必须由此实现电池单格的相同指向的布置，与之相反地在单格电极的两侧的定位的情形中实现电池单格至电池模块的部分相同指向的且部分相反指向的布置。在单格电极从电池单格中的两侧引出的情形中，与此相关例如单格电极的取向将在电池模块的两个相对而置的端侧处提供。

电池单格是原电池(或称为原电池单格，即galvanische Zelle)，其中，其可构造为初级和/或次级单格。优选地，电池单格然而构造为可重复充电的次级单格或直接为蓄电池。电池单格在此应尤其构造为锂离子蓄电池、优选地锂聚合物蓄电池。此外，考虑电池单格的不同的结构形式，其中，除了作为棱柱形的单格或柱形的单格的实施方案以外首先应进行将电池单格实施为所谓的囊形单格。

由至少一个、优选地多个电池模块组成的电池应构造为牵引电池且用于驱动机动车。

在简单的情况中，此外可设想，热传递元件由例如在导热板材的意义中的实心材料成形，其中，可设想由如铁金属、铝或还有铜的材料构成的成形方案。另一方面，热传递元件然而也可具有如下设计方案，其实现了从电池模块通过热传递元件到主动冷却装置中的较高的热流。

热传递元件可视作为被动的，当其本身不具有以尤其电能供给的辅助装置如通风机或循环泵(通过其来提高热量的运走)时。

冷却装置可由此视作为主动的，当其具有尤其以电能供给的辅助装置如通风机或循环泵(借助于其提高热量的运走)时。

热传递元件除了与单格电极的接触区域以外也贴靠在电池模块、或形成电池模块的电池单格处，且由此与电池模块或电池单格构造一个或多个另外的接触区域，由此可进一步提高从电池模块和/或电池单格到热传递元件中的热流。

根据本发明实施的电池可以以有利的方式与已经集成在机动车中的冷剂冷却装置相连接，由此相对于经由电池的电池壳体底部的简单的冷却可明显地提高电池的冷却的效率或功效。

如果此外在热传递元件处成形有连接件，经由其使被动的热传递元件与主动冷却装置形状配合地和/或力配合地以及导热地相连接，则通过热传递元件从电池模块经由电池单格的单格电极导走的热量可有益地被引走、或传递到主动冷却装置处，其中，可同时实现热传递元件的固定。因此可设想，构造有以保持件的形式的连接件，其中，连接件可用作用于主动冷却装置的冷却剂管路的保持件。连接件有利地横向于热传递元件的主平面在热传递元件的侧中的至少一个处成形。冷却剂管路在此可具有基本上直角横截面，从而连接件在其纵向方向上观察同样可具有基本上直角形的横截面。热传递元件将在该情况中(同样沿连接件的纵向方向观察)具有T式的横截面形状。

在本发明的一种极其有利的改进方案中，此外热传递元件根据热管的原理或根据带有闭合的冷却循环的热管的原理构造，其中，热管的原理应特别地相应于热导管(Heatpipe)的原理。在一种这样的实施方式中，热传递元件此外未由实心材料成形，而是应具有内部结构，其通过壁部相对于周围环境严密地密封。内部结构在此包括至少一个空腔以及带有大量毛细管的灯芯组织(Docht-Gebilde)，其中，灯芯组织可例如由多孔材料或但是有序的和/或未有序的绞线编织物(Litzengeflecht)成形。严密地密封的热传递元件此外以作用介质、如例如水、丙酮、氨或还有丙烯填充，其中，在热传递元件内的内部压力相对于包围的大气压力降低且例如可处于0.1巴至0.3巴的范围中、尤其处于0.2巴，从而作用介质的沸腾压力在热传递元件的运行温度的情形中达到。这样的运行温度可例如处于约30摄氏度中。由于从作用介质的液态相到气态相中的相过渡，通过对此所需的蒸发能可实现来自电池模块的相对于实心材料明显更高的热流，由此电池模块的运行温度相比于由实心材料构成的热传递元件可下降。蒸发能应产生于经由单格电极从电池模块导走的热量，其中，由此出现的气态的作用介质通过将热量经由通过主动的冷却***冷却的连接件从气态的作用介质导走而凝结且由此重新以液态相存在。气态的作用介质通过热传递元件沿连接件的方向的流动在此将经由空腔调整。带有其多个毛细管的灯芯组织促使，借助于经由毛细管生成的毛细作用可生成作用介质在其液态的凝聚状态中的指向的运动且其可引回(或称为循环回，即rückgeführt)重新的蒸发过程。

在根据带有闭合的冷却循环的热管的原理的热传递元件的成型的情形中，热传递元件的面向电池模块的侧可用作蒸发器，热传递元件的背离电池模块的侧可用作冷凝器。

此外可有利地观察本发明的一种实施方式，在其中成型有以热板、热梳(或称为热梳形物，即Wärmekamm)或热格栅的形式的热传递元件且/或构造为热板、热梳或热格栅的热传递元件根据带有闭合的冷却循环的热管的原理构造。

在此，以热格栅的形式构造的热传递元件应具有以交叉的、优选地然而未交叉的形式的棒形地成型的导热元件，其通过环绕的镶嵌物或还有框架被限制。连接件在此可形成镶嵌物或还有框架的一部分。

在以热梳的形式成形的热传递元件的情况中，可如此设想一种构造方案，使得棒形地成型的且在中间空间上彼此间隔开地布置的导热元件差不多作为梳齿从梳横向件的表面延伸，其中，梳横向件可通过连接件成形。棒形的导热元件本身可在此以热管的形式但或还由实心材料构造。

热传递元件或构造为热板的热传递元件相应地板式地、也就是说基本上面型地在热传递元件的主平面中延展地成型，其中，热板垂直于主平面的延展小于热板处于主平面内的延展。

热传递元件可尤其以作为热板或热格栅的成形方案例如由两个半壳组成，它们彼此连接。在此可想像，半壳例如通过搅拌摩擦焊接的连接实现，其中，为了将热传递元件成形为热板或热格栅，半壳中的至少一个必须在连接前例如借助于冲压、弯曲和/或深拉加工。

在本发明的另一极其有益的设计方案中，热传递元件具有通过中间空间分离的、棒形地成型的导热元件且/或中间空间、导热元件的间距和/或横截面在此尤其垂直于棒形地成型的导热元件的纵向方向或取决于相应的导热元件在热传递元件中的位置构造。横截面、也就是说相应的导热元件的横截面的至少一个横截面形状和横截面面积可由此取决于相应的导热元件在热传递元件内的位置而不同地构造。横截面的取决于位置的构造在此应与单格电极在相应的导热元件的相应的位置处的构造对应，其中，横截面如此匹配于单格电极的造型，使得得出在导热元件与从属的单格电极或多个从属的单格电极之间的大面积的接触区域。由此，可实现从单格电极到热传递元件中的尽可能高的热流。

根据本发明的电池的可预见的设计方案还有特征在于，导热元件的取决于导热元件的位置的横截面具有打开的或闭合的多边形的形状(带有若有可能在多边形的第二区段的相应的反射点处的倒圆的角)。横截面的形状、也就是说横截面形状可此外为三角形、四角形、梯形或还有特别的多角形，其中，本来的角连接倒圆地实施。还可设想打开的线路。以该方式可有利地实现导热元件在单格电极之间的高填充度且由此在对应的单格电极和热传递元件之间的高接触区域，其中此外热传递元件的简化的制造通过冲压、弯曲和/或深拉的组合实现。

在本发明的一种此外有利的改进方案中，热传递元件导电地构造且/或电气串联和/或并联的电池单格的电气接触经由其单格电极借助于导电的热传递元件实现。由于热传递元件的导电性，以有利的方式可节省接触靴(或称为触点靴，即Kontaktschuhe)，通常将借助于其进行单格电极的电气接触。相应地需要的是，对于每个电池模块、或甚至电池模块的每个侧(在该处构造有单格电极)布置有多于一个热传递元件。

如果根据本发明的电池然而如此构造，使得热传递元件电绝缘地实施或具有电绝缘部，通过其热传递元件相对于单格电极电绝缘且/或热传递元件具有的电绝缘部是施覆到热传递元件的表面上的漆层、借助于阴极浸漆生成的层、膜、薄膜和/或电绝缘的导热膏的层，那么这可如下地描述为非常有希望的，即，对于每个电池模块、或电池模块的每个侧(在该处构造有单格电极)仅必须布置有各一个热传递元件，这在相对于接触单格电极的接触靴的对于热传递元件的可能较高的制造成本的情形是经济上有意义的设计方案。就此而言可设想，热传递元件本身由带有然而较高的导热能力的电绝缘材料制造。另一方面，此外提供，通过将不导电的覆层施覆到导热元件的表面上来电气绝缘由导电材料制造的热传递元件。后者实现了用于制造热传递元件的材料的更灵活的选择，其中，该材料由此例如可与带入到热传递元件中的作用介质协调，从而材料和作用介质彼此不具有或具有仅较小的反应倾向。

当电池的电池模块或多个电池模块单独地或以群组地与热传递元件或多个热传递元件在排除热传递元件的连接件的情况下通过封装部而介质密封地且在此尤其不可透过液体地例如通过使用浇注料和/或液密的壳体包围时，便还存在本发明的一种极其符合实践的设计方案。由此，可预见地可防止电池模块、多个电池模块或甚至所有形成电池的电池模块以防由冷却介质如例如水穿流的主动冷却装置的渗漏，从而严重的故障、例如通过冷却介质对于电池模块的作用引起的短路的可能性可被最小化。然而仍然，此外存在经由此外位于介质密封的封装部外部的连接件的一个或多个电池模块的有效的冷却的可能性。

本发明的一种此外富有远见的构造方案此外特征在于，热传递元件具有内部结构，在其中热传递元件的部分或区段多孔地构造且/或热传递元件的多孔的部分或区段或该热传递元件借助于3D打印方法和/或烧结方法制造。在此，尤其在热传递元件借助于3D打印方法的制造的情形中如此设计热传递元件的内部结构是可能的，以至于允许在热传递元件上的温度下降的例如相对于烧结方法更好的调整且由此实现电池模块的均匀的冷却。

附图说明

本发明允许许多实施方式。为了进一步表明其基本原理，一些在图纸中呈现且随后描述。在图纸中：

图1示出了电池模块的图示；

图2示出了根据本发明的电池的一种改进方案；

图3a,3b示出了构造为热板的热传递元件的改进方案；

图4a,4b示出了由热板和冷却剂管路组成的组件；

图5示出了构造为热梳的热传递元件的一种改进方案；

图6,7示出了构造为热格栅的热传递元件的改进方案；

图8,9示出了带有封装部的电池模块；

图10以截面图示出了电池模块的细节图示。

参考符号列表

1 电池

2 电池模块

3 电池单格

4 单格电极

5 冷却装置

6 热传递元件

7 中间空间

8 连接件

9 热板

10 热梳

11 热格栅

12 导热元件

13 横截面

14 封装部

15 冷却剂管路

16 冷却管路连接器

17 侧

18 开口

19 表面

20 框架

21 壳体

22 浇注料

23 外侧

L 纵向方向

P 箭头方向

H 主平面。

具体实施方式

图1示出了电池模块2，其由多个电气串联和并联的电池单格3组成。电池单格3在此具有各两个单格电极4。为了将热量从电池模块2、或在图2中呈现的由多个电池模块2组成的电池1导走，在端侧在电池模块2处布置有两个热传递元件6，经由其使电池模块2间接与在图2中更详细地呈现的主动冷却装置5热传递地相连接。热传递元件6在此具有多个贯通热传递元件6的中间空间7，其中，单格电极4通过热传递元件6的中间空间7从热传递元件6的面向电池模块2的侧延伸到热传递元件6的背离电池模块2的侧上，且与热传递元件6构造多个热传递地连接的接触区域。在热传递元件6处此外成形有各一个连接件8，经由其将热传递元件6与属于冷却装置5的冷却剂管路15形状配合地以及导热地相连接。冷却剂管路15此外经由冷却管路连接器16彼此可透过流体地相连接。

图2示出了由多个电池模块组成的电池1。主动冷却装置1在电池1的该改进方案中经由冷却剂管路15以及冷却管路连接器16的分别两个循环联结到在图1中更详细地呈现的且布置在电池模块3处的热传递元件6处。

在图3a以及3b中呈现有热传递元件6的改进方案，其成形为热板9。详细地，在此可识别出中间空间7，其在两个改进方案中相同形式地构造。在两个构造为热板9的热传递元件6处此外成形有连接件8，其中，它们在改进方案中彼此区分。在图3a中指出的连接件8仅允许将冷却剂管路15沿连接件8的纵向方向L安装，在图3b中呈现的连接件8与之相反此外允许热传递元件6的垂直于纵向方向L的沿箭头方向P面向电池模块3地指向的安装。这通过以下方式决定，即，在图3b中呈现的连接件8的成形部在热传递元件的面向电池模块3的侧17上具有开口18。

在图4a和4b中指出的图示包括带有连接件8的在图3a和3b中阐释的且构造为热板9的热传递元件6(在电池模块3处的基本的布置可行性方案中)，其中，分别省去在图1中指出的电池模块3的图示。热传递元件又经由连接件8与属于冷却装置5的冷却剂管路15以及冷却管路连接器形状配合地以及导热地相连接。

在图5、6以及7中呈现了热传递元件6的另外的实施方式，其中，在图5中指出的热传递元件6构造为热梳10，在图6和7中指出的热传递元件6构造为热格栅11。

在图5中呈现的热梳10由棒形地成型的且经由不规律地构造的中间空间7彼此间隔开地布置的且柱形地构造的导热元件12组成，其作为梳齿从成形为连接件8的梳横向件的表面19延伸。不规律地构造的中间空间7在此通过导热元件12在热传递元件6中的位置决定，其中，该位置通过分别对应的单格电极4确定。

图6和7如热传递元件6的已经提及的实施方式那样以热格栅11的形式示出，其中，分别在右侧布置的图示中指出有穿过热格栅11的截面。其同样如热板9和热梳10那样基本上面型地在主平面H中延展地成型，其中，热格栅11垂直于主平面H的延展小于热格栅11的处于主平面H内部的延展。相应于在图5中呈现的热梳10，热格栅11具有以未交叉的形式的通过中间空间7分离的、棒形地成型的导热元件12，其中，其在热格栅11的实施方式中由框架20限制。连接件8此外形成框架20的一部分。在图6和7中呈现的热格栅11此外在其相应的导热元件12的构造方案中相区分，这通过热格栅11的不同的制造顺序得出。在图6中呈现的热格栅11通过冲压、弯曲、深拉和接合生成时，而在图7中呈现的热格栅11则仅通过冲压、弯曲和接合制造。

在图8和9中此外呈现了在图2中呈现的电池1的两个电池模块2，其与分别属于电池模块2的热传递元件6成群组地但除了热传递元件6的连接件8之外通过封装部14介质密封地包围。封装部14在此由壳体21以及在图9中指出的浇注料22组成。在此，在图9中壳体21透明地呈现。相应的连接件8未由封装部14包围且四个呈现中的两个布置在外侧23处的连接件8此外倒棱(或称为卷边，即abkanten)，由此其具有折弯。

图10以截面图示出了由分别多个电池单格3组成的两个电池模块2的细节图，电池单格又分别具有两个单格电极4。相应的热传递元件6指向通过中间空间7分离的、棒形地成型的导热元件12，其中，棒形地成型的导热元件12的横截面13取决于相应的导热元件12在热传递元件6中的位置构造。在此，相应的导热元件12的取决于导热元件12的位置的横截面13具有多边形的形状。热传递元件6此外如此布置在电池模块2处，使得单格电极4延伸穿过热传递元件6的中间空间7且与热传递元件6构造各一个热传递地连接的接触区域。

在所有图中呈现的热传递元件6由实心材料成形。

Claims (10)

1.一种电池(1)，具有至少一个电池模块(2)，所述电池模块(2)由多个电气串联和/或并联的电池单格(3)组成，所述电池单格(3)各具有至少两个单格电极(4)且所述电池单格(3)以及其单格电极(4)属于所述电池模块(2)的模块部件的群组，在此为了将热量从所述电池(1)导走，由至少所述电池单格(3)和所述单格电极(4)组成的模块部件中的至少一个间接地与主动冷却装置(5)热传递地相连接，且间接的热传递通过热传递元件(6)的布置是可实现的，其特征在于，对于所述电池(1)的每个电池模块(2)，至少一个带有多个贯通所述热传递元件(6)的中间空间(7)的被动的热传递元件(6)如此布置在所述电池模块(2)处，使得所述单格电极(4)延伸穿过所述热传递元件(6)的中间空间(7)且与所述热传递元件(6)构造各至少一个热传递地连接的接触区域。

2.根据权利要求1所述的电池(1)，其特征在于，在所述热传递元件(6)处成形有连接件(8)，经由该连接件(8)所述被动的热传递元件(6)与所述主动冷却装置(5)形状配合地且/或力配合地以及导热地相连接。

3.根据权利要求1或2所述的电池(1)，其特征在于，所述热传递元件(6)根据热管的原理或根据带有闭合的冷却循环的热管的原理构造。

4.根据前述权利要求中至少一项所述的电池(1)，其特征在于，所述热传递元件(6)以热板(9)、热梳(10)或热格栅(11)的形式成型，且/或构造为所述热板(9)、所述热梳(10)或所述热格栅(11)的热传递元件(6)根据带有闭合的冷却循环的热管的原理构造。

5.根据前述权利要求中至少一项所述的电池(1)，其特征在于，所述热传递元件(6)具有通过所述中间空间(7)分离的、棒形地成型的导热元件(12)，且/或所述中间空间(7)、所述导热元件(12)的间距和/或所述棒形地成型的导热元件(12)的横截面(13)取决于相应的导热元件(12)在所述热传递元件(6)中的位置构造。

6.根据前述权利要求中至少一项所述的电池(1)，其特征在于，所述导热元件(12)的取决于所述导热元件(12)的位置的横截面(13)具有多边形的形状。

7.根据前述权利要求中至少一项所述的电池(1)，其特征在于，所述热传递元件(6)导电地构造，且/或电气串联和/或并联的电池单格(3)的电气接触经由其单格电极(4)借助于所述导电的热传递元件(6)实现。

8.根据前述权利要求中至少一项所述的电池(1)，其特征在于，所述热传递元件(6)电绝缘地实施或具有电绝缘部，通过该电绝缘部所述热传递元件(6)相对于所述单格电极(4)电绝缘，和/或所述热传递元件(6)具有的电绝缘部是施覆到所述热传递元件(6)的表面上的漆层、借助于阴极浸漆生成的层、膜、薄膜和/或电绝缘的导热膏的层。

9.根据前述权利要求中任一项所述的电池(1)，其特征在于，所述电池(1)的电池模块(2)或多个电池模块(2)单个地或与热传递元件(6)或多个热传递元件(6)成群组地在除了所述热传递元件(6)的连接件(8)之外通过封装部(14)介质密封地包围。

10.根据前述权利要求中任一项所述的电池(1)，其特征在于，所述热传递元件(6)具有内部结构，在其中所述热传递元件(6)的部分或区段多孔地构造，且/或所述热传递元件(6)的多孔的部分或区段或所述热传递元件(6)借助于3D打印方法和/或烧结方法制造。