CN110754005B - 用于电动车辆的电池*** - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于电动车辆的电池***(1)，电池***具有‑至少一个电池模块(2)，电池模块在模块壳体(3)内具有多个电池单元(4)，‑***壳体(5)，***壳体针对每个电池模块(2)具有分开的容纳腔(6)，容纳腔由两个相互平行延伸的并且彼此间隔开的支持壁(7)限界，并且各自的电池模块(2)置入到容纳腔中，‑其中，模块壳体(3)具有两个相互平行延伸的并且彼此间隔开的壳体壁(8)，壳体壁分别以外侧(9)面式地支撑在各自的支持壁(7)的内侧(10)上。根据本发明，各自的支持壁(7)具有至少一个冷却通道(13)以用于引导冷却剂。

Description

用于电动车辆的电池***
技术领域
本发明涉及用于电动车辆的电池***、以及配备有这种电池***的电动车辆。
背景技术
在电动车辆中优选地使用可再充电的电池，优选是基于锂离子的可再充电的电池。此类电池在电力释放期间产生热，并且因此必须被冷却。在电池充电时也形成热，尤其是当各自的电池应在相对较短的时间内被充电时，即在所谓的快速充电过程中。此外，在环境温度低时可能需要将电池加热以用于更好地释放电力。因此，一般而言存在如下需求，即，在用于电动车辆的电池***的情况中能够实现对电池的冷却，或通常能够实现对电池的调温。
在此方面，电动车辆一方面被理解为仅具有电驱动器的车辆，其中，该车辆可选地可以具有用于产生电流的内燃机，即所述的增程器(Range Extender)。另一方面此方面电动车辆也被理解为混合动力车辆，其具有电驱动器以及借助内燃机的驱动器。
此类型的电池***包括至少一个电池模块，电池模块具有模块壳体，在模块壳体内布置有多个电池单元。此外，电池***包括***壳体，***壳体针对每个电池模块具有分开的容纳腔，容纳腔被两个相互平行延伸的并且彼此间隔开的支持壁限界，并且将各自的电池模块置入到容纳腔内。与这些支持壁互补地，模块壳体具有两个相互平行延伸的并且彼此间隔开的壳体壁。在电池模块已置入到容纳腔内的情况下，各自的壳体壁的外侧面式地贴靠在各自的支持壁的内侧上。壳体壁的外壁背离布置在模块壳体内的电池单元。支持壁的内侧朝向容纳腔。
由DE 10 2014 200 983 A1公知有一种电池模块，在其模块壳体内布置有多个电池单元。在模块壳体内部，在相邻的电池单元之间分别延伸有多个分离壁。为了改善对电池单元的冷却，建议在分离壁内分别构成冷却通道。以此，可以对各个电池单元进行强化冷却。用于实现此类电池模块的花费是相对较高的。
由DE 10 2012 208 239 A1公知有一种电池设备，该电池设备包括多个电池单元，电池单元在三个侧上被冷却壳体包围，冷却壳体的壁和底部被多个冷却通道穿过。此外建议，将冷却壳体的壁相对底部倾斜地实施。面式地贴靠在冷却壳体的该倾斜的壁的内侧上的电池单元的外侧相应地也倾斜地实施。电池单元为此在型廓中必须呈楔形地设计。用于实现此类电池模块的花费是相对较高的。
由DE 10 2008 056 859 A1公知有一种按此类属的电池***。其具有表征性的特征在于，用于限界容纳腔的支持壁分别包含有冷却通道，从而使支持壁直接用于冷却电池模块。电池模块与支持壁之间的传热可以通过如下方式来改善，即，使其中至少一个支持壁和与之相邻的电池模块具有倾斜的外壁，从而让重力将电池模块侧向地压靠该支持壁。
类似的电池***也由DE 10 2016 108 926 A1和US 2011/0 304 297 A1所公知。
发明内容
本发明力图解决如下问题，即，针对前述类型的电池***或针对配备有该电池***的车辆给出改进的或至少是另外的实施方式，该实施方式一方面针对各自的电池模块能够实现有利的冷却，并且另一方面能够实现有性价比的可制造性。
此问题根据本发明通过根据本发明的用于电动车辆的电池***和根据本发明的电动车辆来解决。
本发明基于如下的一般构思，即，让***壳体的支持壁分别配备有至少一个冷却通道，冷却通道能被冷却剂穿流过。因此，可以经由支持壁高效地将热从模块壳体导出。将此类冷却通道整合到支持壁内根本不需要使电池模块和电池单元进行匹配或改变，从而使根据本发明的电池***的结构形式可以相对有性价比地实现。尤其地，用于为冷却通道供给冷却剂的冷却回路可以完全敷设在各自的电池模块的外部，从而使得例如电池模块的安装和拆卸极为简单。作为冷却剂优选使用液体或两相介质，尤其是使用制冷剂。
在此，此外特别有利的是，由此并不影响碰撞要求和对电池***的碰撞要求，这是因为冷却通道典型地在变形区之外地处在支持壁内。
根据本发明，各自的支持壁在其上侧上或在其下侧上具有螺钉开口，螺钉旋入到其内。模块壳体具有与这些螺钉开口互补的具有贯通开口的螺钉凸缘，其中，前述的螺钉穿过螺钉凸缘的贯通开口地拧紧，以此使各自的螺钉凸缘固定在支持壁上。螺钉开口在各自的支持壁上地处在当置入电池模块时朝向电池模块的那个侧上。如果因此将电池模块从上方置入到容纳腔内，则螺钉开口处在各自的支持壁的上侧上。而如果电池模块从下方置入到容纳腔内，则螺钉开口处在各自的支持壁的下侧上。螺钉凸缘在模块壳体的上侧的区域内或在模块壳体的下侧的区域内侧向地、即横向于安装方向并且横向于各自的支持壁的纵向方向地突出超过各自的壳体壁，从而使各自的螺钉凸缘在模块壳体已置入到容纳腔内时从上方靠置在各自的侧壁的上侧上，或从下方靠置在各自的支持壁的下侧上。
为了传热，壳体壁的外侧面式地支撑在支持壁的内侧上。根据实施方式，这可以如下这样地实现，即，使各自的壳体壁的外侧直接支撑在各自的支持壁的内侧上，并且面式地贴靠在该内侧上。替选地，根据优选的实施方式也可以如下这样地实现，即，使各自的壳体壁的外侧间接地经由接触元件支撑在各自的支持壁的内侧上，其中，接触元件一方面面式地贴靠在外侧上，并且另一方面面式地贴靠在内侧上。这种接触元件可以是相对较软的并且因此均衡了不平坦性，并且由此改善了面式的接触并且因此改善了传热。尤其地，接触元件可以由导热材料构成，导热材料的导热系数尤其高于壳体壁的和支持壁的导热系数，并且导热材料同样改善了壳体壁与支持壁之间的热传导。
在有利的改进方案中，各自的电池模块可以是能沿安装方向置入到容纳腔内的，安装方向垂直于各自的支持壁的纵向方向。通常，对电池模块的安装竖直地进行，其中，电池模块要么从上方置入到容纳腔内要么从下方置入到容纳腔内。现在特别地有利的是如下改进方案，其中，至少在其中一个支持壁中，各自的内侧和各自的壳体壁的面式地贴靠在该内侧上的外侧相对于安装方向倾斜地延伸。通过倾斜的内侧和与之互补的倾斜的外侧，使得各自的电池模块或其模块壳体可更好地与支持壁压紧。以此，可以在相互贴靠的内侧与外侧之间产生或提高挤压力，这改善了模块壳体与支持壁之间的传热。所述的挤压力在此垂直于安装方向并且垂直于优选是笔直的支持壁的纵向方向地定向。
其他的改进方案建议，各自的支持壁内的至少一个这种冷却通道具有长条状的横截面型廓，横截面型廓平行于该支持壁的倾斜的内侧地延伸。尤其地，长条状的横截面型廓因此可以与支持壁的所属的内侧等距地布置，从而在冷却通道的沿平行于安装方向延伸的高度方向的整个伸展长度上可以实现不变的或均匀的冷却效果。显见的是，各自的冷却通道在其横截面型廓内部可以被分为多个相互平行延伸的腔室。尤其地，这些腔室于是可以以同向流动(I-Flow)或以反向流动(U-Flow)被穿流过。
其他实施方式建议，用于冷却支持壁的各自的内侧的冷却通道偏离中心地并且偏向内侧地布置在支持壁内。以此方式，在冷却通道与内侧之间可以实现相对较小的距离，从而使支持壁的将内侧与冷却通道分离的壁区段具有相对较低的壁厚。其结果是，改善了侧壁与在冷却通道内被引导的冷却剂之间的传热。例如，内侧与冷却通道之间的壁区段的壁厚小于冷却通道的平行于壁厚测得的开口宽度。尤其地，此壁厚最大为所述开口宽度的一半大。
根据其他实施方式，各自的支持壁可以关于纵向中平面具有镜像对称的横截面型廓，从而使支持壁具有两个彼此背离的分别配属有分开的冷却通道的内侧。以此，可以使各自的内侧被特别强化地冷却。当各自的支持壁将两个其内分别布置有电池模块的容纳腔彼此分离时，此实施方式是特别地有意义的。纵向中平面在此平行于将电池模块置入到容纳腔内的安装方向延伸，以及平行于各自的优选是笔直的支持壁的纵向方向延伸。
适宜地，各自的支持壁设计为金属构件，这改善了到各自的冷却通道的冷却剂内的传热。如下实施方式是特别有性价比的，其中，各自的支持壁被设计为由金属制成的挤出成型型材。此类挤出成型型材可以廉价地制造，其中，各自的冷却通道可以特别简单地被实现为型材体的内部中的腔室或中空腔室。
根据本发明的电动车辆配备有前述类型的电池***。车辆此外还包括冷却回路，冷却剂在该冷却回路内循环。电池***的支持壁的冷却通道现在因此被如下这样地接入到冷却回路内，即，使得冷却通道能被冷却剂穿流过。显见的是，冷却回路也包括另外的常见的部件，例如用于驱动冷却剂的冷却剂泵、以及用于将经由冷却剂导出的热传到环境中或传到用于对车辆内部空间进行空气调节的空气流中的热传递器。
如下实施方式是特别有利的，其中，各自的冷却通道与各自的容纳腔且与各自的电池模块流体分离。冷却剂因此相对于容纳腔和电池模块保持在外，即处于外部，从而不形成与电池模块或与电池模块的部件的内部或外部接触。这简化了密封和电池模块的腐蚀保护，而同时可以使用高效的冷却剂，例如两相的制冷剂。
其他实施方式建议，各自的冷却通道接入到相对于各自的容纳腔并且相对于各自的电池模块闭合的冷却回路内。其结果是，冷却剂可以既不穿流过容纳腔也不穿流过电池模块，从而以该方式也避免了冷却剂与电池模块或与电池模块的组成部分的直接接触。作为冷却剂地，在此也可以使用优选为两相介质的制冷剂。优选地，于是冷却回路被设计为制冷回路，该制冷回路的特征尤其在于相对于具有热转换器的简单的冷却回路具有蒸发器和冷凝器。
其他设计方案建议，各自的冷却通道沿各自的支持壁通过支持壁的内侧与各自的容纳腔并且与各自的电池模块分离。此结构形式也避免了使冷却剂通过冷却通道被输送至容纳腔或电池模块。
此外可以设置的是，各自的支持壁的内侧沿各自的容纳腔连贯地设计。因此，支持壁在其内侧上不具有通向容纳腔的缺口，并且也不具有用于与电池模块流体耦联的接口。就此而言，内侧沿容纳腔持续不断地设计。
本发明的另外的重要特征和优点由附图和所属的根据附图的附图描述中得到。
应理解，前述的和在下文中仍将解释的特征不仅在分别说明的组合中可用而且能以其组合方式或单独地应用，而不偏离本发明的范围。
附图说明
本发明的优选实施例在附图中示出并且在如下的描述中被详细解释，其中，相同的附图标记注明了相同的或类似的或功能相同的构件。
其中分别示意性地：
图1示出在电池模块已安装的情况下的电池***的等轴测视图；
图2示出在电池模块已安装的情况下的电池***的横截面；
图3示出在电池模块安装期间的电池***的等轴测视图；
图4示出在电池模块安装期间的电池***的横截面。
具体实施方式
根据图1至4，电池***1包括至少一个电池模块2，电池模块2具有模块壳体3，在模块壳体内安置了多个电池单元4。电池***1此外还包括***壳体5，***壳体针对每个电池模块2具有分开的容纳腔6。***壳体5为此具有至少两个相互平行地延伸的支持壁7，支持壁彼此间隔开并且由此侧向地限界了容纳腔6。各自的电池模块2以其模块壳体3来置入到该容纳腔6内。在此处所示的示例中仅示出了一个电池模块2。在其他的实施方式中，可以将多个此类电池模块2并列布置。相应地，于是也存在多个并列布置的容纳腔6。这些容纳腔6在此适宜地彼此分别通过这种支持壁7彼此分离，从而使这些支持壁7于是同时分别侧向地限界了两个容纳腔6。在图2和4的横截面中，相应地示出了两个另外的容纳腔6，在其内分别可以布置另外的电池模块2。
模块壳体3具有两个相互平行地延伸的并且彼此间隔开的壳体壁8。在已安装的状态中，每个壳体壁8朝向支持壁7。每个壳体壁8具有朝向所配属的支持壁7的外侧9。各自的支持壁7分别具有朝向所配属的壳体壁8的内侧10。在装入的状态中，即当电池模块2以其模块壳体3完全置入到所属的容纳腔6内时，各自的外侧9面式地支撑在各自的内侧10上。在示例中在此示出了直接的接触，从而使各自的壳体壁8的外侧9直接支撑在各自的支持壁7的内侧10上，并且面式地贴靠在内侧上。在此处未示出的实施方式中，可以替选地设置的是，各自的壳体壁8的外侧9间接地经由在此未示出的接触元件，即所谓的界面(Interface)，支撑在各自的支持壁7的内侧10上，其中，接触元件一方面面式地贴靠在外侧9上，并且另一方面面式地贴靠在内侧10上。
各自的电池模块2在此沿安装方向11置入到容纳腔6内，安装方向在图中分别通过指向下的箭头11象征性表示。因此，在此处所示的示例中，电池模块2从上方置入到容纳腔6内。原则上也能想到反向的结构形式，其中，各自的电池模块2从下方置入到容纳腔6内。在此情况中，倒置地观看图1至4。
显见的是，***壳体5此外可以具有至少一个在此未示出的底部，底部向下方限界了容纳腔6。替选地，底部可以近似作为盖地向上限界容纳腔6。
在此所示的如下的实施方式是特别有利的，其中，在支持壁7中，各自的内侧10并且与各自的壳体壁8的面式地贴靠在该内侧上的外侧9相对于安装方向倾斜地延伸。相应的倾斜角度12在图2中指明。倾斜角度12相对较小，并且可以例如为5°。倾斜角度12原则上可以任意地选择。特别合适的倾斜角度12优选处在3°至30°的范围内。在此，如下这样地对倾斜进行定向，即，使支持壁在其内侧10上沿安装方向11聚拢。通过将模块壳体3沿安装方向11压入，实现了外侧9的横向于安装方向11并且横向于支持壁7的纵向方向延伸的到内侧10上的挤压。
在图1和3中通过双箭头指明并且以附图标记25标记了各自的支持壁7的纵向方向。
在此处所介绍的电池***1中，支持壁7分别被配备有用于引导冷却剂的至少一个冷却通道13。优选地，将两个容纳腔6彼此分离的每个支持壁7包含两个分开的冷却通道13。优选地，各自的支持壁7内部的冷却通道13配备有长条状的横截面型廓，该横截面型廓在此呈矩形的或平行四边形地设计。各自的横截面型廓的纵向方向横向于各自的支持壁7的纵向方向25延伸，并且在此处在图2和图4的剖平面内，并且因此处在图面内。适宜地，此长条状的横截面型廓不平行于安装方向11，而是与安装方向倾斜地定向。优选地，长条状的横截面型廓的倾斜类似于在支持壁7内与各自的冷却通道13相配属的各自的内侧10的倾斜实现，即也具有倾斜角度12。相应地，长条状的横截面型廓与布置在各自的冷却通道13近侧的倾斜的内侧10平行地延伸。此外可见，各自的冷却通道13相对靠近地布置在分别待冷却的内侧10上。以此，各自的冷却通道13偏离中心地并且偏向各自的内侧10地布置在支持壁7内部。
在此处所示的示例中，支持壁7关于纵向中平面14镜像对称地设计，该纵向中平面在图2中示范性地为左边的支持壁7绘制。此纵向中平面14在此平行于安装方向11延伸，并且平行于各自的支持壁7的纵向方向25延伸。各自的支持壁7因此具有关于纵向中平面14镜像对称的横截面型廓。
相应地，于是在各自的支持壁7上设有两个彼此背离的内侧10以及两个分开的冷却通道13，冷却通道分别配属于一个内侧10。
如尤其从图3可见，各自的支持壁7可以在其上侧15上具有多个螺钉开口16，螺钉17能旋入到其内。在模块壳体3上构造有多个螺钉凸缘18，螺钉凸缘分别具有贯通开口19，各自的螺钉17被***到贯通开口内。各自的螺钉凸缘18侧向地、即横向于安装方向11从各自的壳体壁8突出，更确切地说在模块壳体3的上侧20的区域内突出。在将电池模块2安装或置入到容纳腔6内时，螺钉凸缘18贴靠在各自的支持壁7的上侧15上，使得各自的贯通开口19与各自的螺钉开口16对齐。其结果是，各自的螺钉17可以旋入到螺钉开口16内，以便因此将各自的螺钉凸缘18并且由此将整个模块壳体3固定到支持壁7上。适宜地，螺钉凸缘18为此被如下这样地定位在模块壳体3上，即，通过螺接得到了模块壳体3沿安装方向11的压紧。该压紧经由合适的外侧9和内侧10如下这样地被传递到支持壁7上，即，使得外侧10横向于安装方向11并且横向于支持壁7的纵向方向地在预紧情况下贴靠在内侧9上。该预紧在图2中示范性地通过箭头指明并且以附图标记21标记。
适宜地，支持壁7可以作为挤出成型型材来制成。在此，以特别的方式，金属或金属合金适合作为材料。优选地，在此使用轻金属或轻金属合金。
对此替选的，原则上同样可行的是，电池模块2并非如此情况从上方地安装，而是从下方安装。在此情况中，螺钉开口16处在各自的支持壁7的各自的下侧26上。显见的是，于是外侧9和内侧10的倾斜也反转，以便又提供了沿导入方向或安装方向11聚拢的容纳腔6。
配备有此类电池***1的未详细图示的车辆此外还包括在图2中仅部分地指明的冷却回路22，冷却剂在冷却回路22内循环，并且冷却通道13接入到冷却回路内。冷却回路22此外还包括冷却剂泵23以及用于导出热的热交换器24。在其他实施方式中，冷却回路22可以被设计为制冷回路。于是热交换器24是冷凝器，而支持壁7的冷却通道13用作蒸发器。冷却剂于是优选地是两相制冷剂。例如当除去车辆侧的冷却回路之外还存在冷却回路时，根据配置而定地，该冷却回路也可以被认为是电池***1的组成部分。
在此处所示的实施方式中，各自的冷却通道与各自的容纳腔6并且与各自的电池模块2流体分离。冷却剂因此相对于容纳腔6和电池模块2保持在外，即处于外部，从而不形成与电池模块2或电池模块2的部件的内部的或外部的接触。此外设置的是，各自的冷却通道13接入到所述的冷却回路22内，冷却回路相对于各自的容纳腔6并且相对于各自的电池模块2闭合。其结果是，冷却剂可以既不穿流过容纳腔6也不穿流过电池模块2，从而也以该方式避免了冷却剂与电池模块2或与电池模块2的组成部分的直接接触。此外，在此各自的冷却通道13沿各自的支持壁7通过支持壁7的内侧10与各自的容纳腔6并且与各自的电池模块2分离。为此，各自的支持壁7的内侧10沿各自的容纳腔6被连贯地或连贯持续不断地设计。因此，支持壁7在其内侧10上不具有通向容纳腔6的缺口，并且也不具有用于与电池模块2的流体耦联的接口。

Claims (14)

1.用于电动车辆的电池***，所述电池***具有：
-至少一个电池模块(2)，所述电池模块在模块壳体(3)内具有多个电池单元(4)，
-***壳体(5)，所述***壳体针对每个电池模块(2)具有分开的容纳腔(6)，所述容纳腔被两个相互平行延伸的并且彼此间隔开的支持壁(7)限界，并且各自的电池模块(2)置入到所述容纳腔中，
-其中，所述模块壳体(3)具有两个相互平行延伸的并且彼此间隔开的壳体壁(8)，所述壳体壁分别以外侧(9)面式地支撑在各自的支持壁(7)的内侧(10)上，
-其中，各自的支持壁(7)具有用于引导冷却剂的至少一个冷却通道(13)，
其特征在于，
-各自的支持壁(7)在其上侧(15)上或在其下侧(26)上具有螺钉开口(16)，螺钉(17)旋入到所述螺钉开口内，
-所述模块壳体(3)具有与所述螺钉开口(6)互补的带有贯通开口(19)的螺钉凸缘(18)，所述螺钉(17)被引导穿过所述贯通开口，以便使各自的螺钉凸缘(18)固定在所述支持壁(7)上。
2.根据权利要求1所述的电池***，
其特征在于，
各自的壳体壁(8)的外侧(9)直接支撑在各自的支持壁(7)的内侧(10)上，并且面式地贴靠在所述内侧上。
3.根据权利要求1所述的电池***，
其特征在于，
各自的壳体壁(8)的外侧(9)间接地经由接触元件支撑在各自的支持壁(7)的内侧(10)上，其中，所述接触元件一方面面式地贴靠在所述外侧(9)上，并且另一方面面式地贴靠在所述内侧(10)上。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的电池***，
其特征在于，
-各自的电池模块(2)沿安装方向(11)置入到所述容纳腔(6)内，所述安装方向垂直于各自的支持壁(7)的纵向方向(25)，
-在至少一个所述支持壁(7)中，所述内侧(10)和各自的壳体壁(8)的面式地贴靠在所述内侧上的外侧(9)垂直于纵向方向(25)地相对于所述安装方向(11)倾斜地延伸。
5.根据权利要求4所述的电池***，
其特征在于，
各自的支持壁(7)内的至少一个所述冷却通道(13)具有长条状的横截面型廓，所述横截面型廓平行于所述支持壁(7)的倾斜的内侧(10)延伸。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的电池***，
其特征在于，
用于冷却所述支持壁(7)的各自的内侧(10)的冷却通道(13)偏离中心地并且偏向所述内侧(10)地布置在所述支持壁(7)内部。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的电池***，
其特征在于，
各自的支持壁(7)关于平行于将所述电池模块(2)置入到所述容纳腔(6)内的安装方向(11)延伸的纵向中平面(14)具有镜像对称的横截面型廓，从而使所述支持壁(7)具有两个彼此背离的配属有分开的冷却通道(13)的内侧(10)。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的电池***，
其特征在于，
各自的支持壁(7)被构造为由金属制成的挤出成型型材。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的电池***，
其特征在于，
各自的冷却通道(13)与各自的容纳腔(6)并且与各自的电池模块(2)流体分离。
10.根据权利要求1至3中任一项所述的电池***，
其特征在于，
各自的冷却通道(13)接入到冷却回路(22)内，所述冷却回路相对于各自的容纳腔(6)并且相对于各自的电池模块(2)闭合。
11.根据权利要求1至3中任一项所述的电池***，
其特征在于，
各自的冷却通道(13)沿各自的支持壁(7)通过所述支持壁(7)的内侧(10)与各自的容纳腔(6)并且与各自的电池模块(2)分离。
12.根据权利要求1至3中任一项所述的电池***，
其特征在于，
各自的支持壁(7)的内侧(10)沿各自的容纳腔(6)连贯地设计。
13.电动车辆，所述电动车辆具有：
-根据前述权利要求中任一项所述的电池***(1)，
-冷却回路(22)，冷却剂在所述冷却回路内循环，
-其中，支持壁(7)的冷却通道(13)接入到所述冷却回路(22)内，从而使所述冷却通道能被冷却剂穿流过。
14.根据权利要求13所述的电动车辆，
其特征在于，
所述冷却剂是液体或两相介质。
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