CN111684640A

CN111684640A - 用于机动车的电池

Info

Publication number: CN111684640A
Application number: CN201980013646.4A
Authority: CN
Inventors: M·根茨
Original assignee: Vitesco Technologies Germany GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies Germany GmbH
Priority date: 2018-02-14
Filing date: 2019-01-28
Publication date: 2020-09-18
Also published as: WO2019158346A1; EP3753064B1; EP3753064A1; DE102018202263A1

Abstract

本发明涉及一种用于机动车的电池，其具有至少一个电池单体和壳体底部，该壳体底部实施为尤其呈盆的形式的挤压型材。因此将呈盆形的或者呈U形的挤压型材用作电池壳体的部件，其中，挤压型材在端侧处最初是敞开的。因此，该挤压型材具有第一底部区段，两个侧面在底部区段的或者底面的对置的侧上从该第一底部区段向上延伸。这不仅能够实现被动冷却的使用，还能够实现主动冷却的使用，并且能够模块化地使用。有利地，通过将挤压型材向上弯曲，能够实现电池单体的形状锁合的集成。这个方案同样能够用于棱柱形的电池单体和袋式电池单体。

Description

用于机动车的电池

技术领域

本发明涉及电池技术。本发明尤其涉及一种用于机动车的电池，所述电池具有作为壳体底部的挤压型材。除此之外，本发明还涉及一种车辆和一种用于制造电池的方法。

背景技术

电池模块必须防止外来物质（尤其是水）的进入和气体的未限定的逸出。此外，壳体还确保防碰撞和压挤，用于保护单体。出于这个原因，电池模块壳体通常由盆（壳体底部）和盖实现。盆通常由塑料或者金属材料制成，并且能够一件式地或者多件式地实施，其中，在多件式的变型中，壳体件必须密封成闭合的壳体。在此，金属壳体在电池模块的散热和稳定性方面具有优点，但往往比塑料壳体更重。所有壳体的共同点是，其应该允许电池单体的被动冷却或者主动冷却。另外，电池单体的预紧和机械保护常常也是期望的功能。

一体式实施的壳体底部通常由塑料制成，这虽然在设计壳体时导致产生良好的自由度，但是也具有较低的形状稳定性（碰撞、压挤）以及比金属更低的导热性。另外，在塑料壳体中，电池单体的“预紧”也不容易实现。一体式实施的金属壳体通常昂贵（压铸、冲挤）或者在其创新自由度方面受到限制。金属壳体也能够多件式实施，但这些部件必须密封成闭合的壳体。金属壳体更适合于电池单体的预紧，并且能够用作“杆柱（Zuganker）”。冷却元件（被动的或者主动的）通常是单独的构件。

发明内容

能够看作本发明的任务的是，提供一种成本有利的、模块化的电池解决方案，其允许被动的空气冷却和/或主动的液态冷却。

本发明的任务借助于独立权利要求的保护对象来解决。其他优点和扩展方案在从属权利要求中给出。

根据独立权利要求的特征给出一种电池、一种车辆、一种用于制造电池的方法。

说明的实施例同样涉及电池、车辆以及方法。换言之，在下文中参照电池说明的特征同样能够包含在车辆中以及方法中，反之亦然。

根据本发明的第一方面，给出一种用于机动车的电池。该电池具有壳体底部和至少一个电池单体。如下文将更详细地明的那样，电池也能够具有多个电池单体，所述电池单体例如合并成所谓的“堆叠”。通常，在电池中布置了多个电池单体。另外，壳体底部实施为呈盆的形式的、优选呈具有敞开的端侧的U形盆的形式的挤压型材。

换言之，提出一种新的电池方案，其中，壳体底部实施为挤压型材。挤压型材优选能够由铝制成，因为铝很轻并且形状稳定。同样地，挤压型材能够包含用于被动空气冷却的冷却片或者用于主动液体冷却的冷却通道。在此，挤压型材的端侧最初是敞开的，如例如图1中的两个实施例能够看出的端侧那样。有利地，挤压型材同时能够用作用于预紧棱柱形的和横向***的电池单体的杆柱。然而，当袋式电池纵向***时，根据本发明的挤压型材同样也能够用于预紧电池单体（结合在敞开的端侧（例如盖）上的力流闭合元件）。

将挤压型材用作电池壳体的壳体底部、尤其是盆形的或者在横截面中为U形的壳体底部的另一优点通过挤压型材的弹性向上弯曲的可能性给定。这也将进一步在根据本发明的方法中进行说明。为了将电池单体形状锁合地集成到壳体中，挤压型材能够在其弹性范围中向上弯曲，并且能够在电池单体集成后“回弯”。如图中所说明的那样，这如此实现，使得两个侧壁如例如图1中的两个实施例所示横向向上弯曲，从而使得电池单体能够集成到两个侧壁之间。在图3中也示出了挤压型材的向上弯曲的状态。

挤压型材的两个最初敞开的端侧能够例如通过压板或者端盖密封地封闭。这例如能够通过将端盖焊接在挤压型材的端侧处和/或利用施加一个或者多个密封件来实现。尤其是，由此能够提供电池的在此产生的壳体的液密性和/或气密性。除了密封功能外，这样的端盖还能够包含冷却通道或者接头，以便实现闭合的冷却回路，也能够特定于顾客地对这些端盖进行调整。根据不同的应用情况，这些端盖能够例如由塑料或者金属制成，并且在其几何形状的实施方式方面简单地或者复杂地设计。

换言之，根据本发明将呈盆形的或者说呈U形的挤压型材用作电池模块壳体，该电池模块壳体在端侧处是敞开的。因此，该挤压型材具有第一底部区段，两个侧面在底部区段的或者底面的对置的侧上从该第一底部区段向上延伸。这不仅能够实现被动冷却的使用，还能够实现主动冷却的使用，并且能够模块化地使用。有利地，通过将挤压型材向上弯曲，能够实现电池单体的形状锁合的集成。根据本发明的方案同样能够用于棱柱形的电池单体和袋式电池单体。

使用挤压型材是一种物美价廉的实现电池壳体的方式，因为挤压型材是按米出售的物品。在此，通过设计方面的措施能够将很多相同的构件（例如壳体盖、压板等等）、工艺和装配方法用于主动变型和被动变型。

另外，由此出现实现模块化构造***的可能性。挤压型材的长度在此能够自由调整，并且特定于应用进行优化。

本发明的其他优点是挤压型材简单并且价格低、电池壳体的由此提供的模块性、简单预紧电池单体的可能性以及简单的公差补偿。

因此，本发明的电池的电池壳体的壳体底部借助于挤压加工制造。挤压加工是用于制造棒、线、管和不规则形状的棱柱形型材的成型方法。根据DIN 8582，挤压加工与压通的子组中的冲挤加工都属于压力成型，并且在DIN 8583中进行了更详细的说明。

根据本发明的另一个实施例，挤压型材由金属制成、优选由铝制成。挤压型材具有用于对电池进行被动空气冷却的冷却片和/或具有用于对电池进行主动液体冷却的冷却通道。

在进一步说明的实施例中，挤压型材具有底面和两个基本上从底面垂直地延伸的横向的侧面。这在图1中示意性示出。

在进一步说明的实施例中，冷却片和/或冷却通道至少在挤压型材的两个侧面中的一个侧面中伸展。

有利地，能够在挤压型材中实现冷却片和/或冷却通道的各种期望的形状，而不会产生非常高的成本。另外，型材的成形元素（例如冷却片的几何形状）能够有针对性地用作碰撞结构和压挤结构。尤其是，在此能够容易满足非常特定于应用的、在导热和对电池的碰撞要求和压挤要求方面的要求。

根据本发明的另一个实施例，电池具有用于封闭挤压型材的第一端侧的第一端盖并且具有用于封闭挤压型材的第二端侧的第二端盖。

在进一步说明的实施例中，两个端盖借助于一个或者多个焊缝和/或借助于一个或者多个密封件液密地和/或气密地封闭挤压型材的两个端侧。根据应用，这通过压板就能够实现。在被动***中，在某些情况下，只要压板能够气密地和液密地焊接，也能够省去端盖。

有利地，在一个实施例中，一个或者两个端盖能够具有冷却通道，所述冷却通道这样相对于在挤压型材的侧壁中的冷却通道布置，使得其共同形成在此产生的电池壳体内的闭合的冷却回路。在本实施例和另一个优选的实施例中，电池壳体除了具有挤压型材外还具有两个端盖和盖以及压板。

根据本发明的另一个实施例，挤压型材的两个侧面和至少一个电池单体这样相对彼此地布置，使得两个侧面对电池单体施加预紧力。

为了将电池单体形状锁合地引入到壳体底部中、即引入到挤压型材中，例如壳体能够弹性地向上弯曲，并且在电池单体集成后回弯（或者说“弹回”，因为其仅弹性地向上弯曲）。在已回弯的状态下，两个侧面对位于两者之间的电池单体施加预紧力。（仅适用于纵向***的袋式单体——不适用主要应用情况，对此参见第12页的装配顺序）。

当单体横向于挤压方向***时（即在棱柱形单体的情况下），单体堆叠能够通过压板被预紧，挤压型材的侧壁通过形状锁合仅确保良好的热固定（Anbindung）和机械固定。对于这个方案来说，这是主要应用情况。当单体（袋式）纵向***时，不需要利用压板工作。在这里，如果附加地通过另一个机械元件（例如牢固固定的盖）来保持侧壁，则侧壁能够施加预应力。

根据本发明的另一个实施例，电池具有三个导热元件，导热元件分别布置在挤压型材的侧面以及壳体底部与至少一个电池单体之间。

例如，这些导热元件能够实施为导热垫，所述导热垫横向地在两侧胶合到挤压型材的壳体表面和壳体底部处。例如，导热元件也能够是沉积的/分散的导热膏。

根据本发明的第二方面，给出一种具有根据本发明的电池的车辆。

车辆例如是机动车（例如汽车、公共汽车或者载重汽车）或者是轨道车辆、船、飞行器（例如直升机或者飞机）。

根据本发明的另一方面，给出一种尤其是在车辆电池的情况下将挤压型材用作电池壳体的壳体底部的应用。

根据本发明的另一方面，给出一种用于制造电池的方法。该方法具有以下步骤：提供电池的呈盆形的挤压型材的形式的壳体底部，并且提供至少一个电池单体。

另外，将盆形的挤压型材向上弯曲并且将至少一个电池单体***到向上弯曲的挤压型材中，也是本方法的一部分。

附图说明

在下文中参考附图根据对优选的实施例的示意图再一次详细地阐述本发明。由此也得出本发明的其他细节和优点。

图1示出两个不同的挤压型材的两个实施例，所述挤压型材分别用作电池壳体的壳体底部。

图2示出完整的使用图1中的挤压型材的电池的三维示意图。

图3示出向上弯曲的挤压型材，用以将一个或者多个电池单体集成在挤压型材中。

图4示出具有根据发明的车辆电池的车辆。

具体实施方式

图1示出第一一体式挤压型材100和第二一体式挤压型材105，二者均用作机动车电池的电池盒的壳体底部。两个挤压型材均基本上具有U形的横截面，因此被称为盆形。尤其是，挤压型材100具有第一底面102，毗邻该第一底面的是第一侧面101和第二侧面103。在侧面101和103的相应的外侧上分别布置有用于对电池进行被动空气冷却的冷却片104。在图1的右侧的实施例中，挤压型材105同样具有底面106和两个横向的侧壁107和108。然而，在这个实施例中，冷却***是通过在两个横向的侧壁107和108中布置冷却通道109来实现的。在对应的施加到两个最初敞开的端侧上的端盖中有毗邻的通道，以便提供闭合的冷却回路。如从图2右侧的实施例中能够得知的那样，在那里示出了液体接头204，所述液体接头引入到对应的冷却通道***中。

按照根据本发明的用于制造电池的方法，第一方法步骤是，提供电池的呈盆形挤压型材的形式的壳体底部并且提供至少一个电池单体。另外，该方法的一部分是，将盆形挤压型材向上弯曲并且将至少一个电池单体***到向上弯曲的挤压型材中。

图2示出两个已完整组装的电池，由使用如图1所示的挤压型材100和105得到所述电池。因此，两个电池200和201的不同之处在于使用不同的呈不同的盆形挤压型材的形式的壳体底部。电池的壳体盖在图2的左侧的实施例中标记为202，在右侧的实施例203中标记为203。

在下文中，说明在图1所示的阶段与图2所示的最终的电池之间的对电池的其他组件进行拼合的其他方面。

首先，在下文中给出了详细的实施例，在该实施例中，组装根据本发明的具有被动冷却的电池。在这个实施例中，电池具有多个电池单体。例如，提供十二个电池单体，在相邻的两个电池单体之间分别使用绝缘箔用于单体绝缘。例如，这样的绝缘箔能够实施为在两侧胶合，用以进行单体固定。然后形成所谓的单体堆叠，在该单体堆叠中，多个电池单体紧挨着接合在一起或者上下接合在一起。然后，提供两个压板，所述压板布置在电池堆叠的上端和下端处，用以预紧电池单体。然后，导热板能够定位在装配设备上，其中，然后将已预紧的电池堆叠胶合到导热板上，该导热板在这里用作底部。导热板也能够是箔或者膏。

以横向***的棱柱形单体为例的装配顺序能够如下：

• 堆叠彼此电绝缘的电池单体。

• 利用两个压板预紧堆叠。然后，压板分别贴靠在两个外侧的单体的端面处，即在相对于挤压型材的纵向侧上贴靠。

• 维持预紧。预结构组与压板一起堆叠。

• 壳体底部配备有在壳体底部和侧面处的导热垫或者导热膏，并且向上弯曲。

• 预紧的电池堆叠与压力板一起***到挤压型材中。

• 压板在仍预紧的状态中与壳体盆（优选气密地和液密地）焊接。在被动冷却的变型中，在具有密封性的情况下，压板也能够用作端盖。

• 在此，压板既能够平放在挤压型材的端面上（单体在路径上上紧），或者能够形状锁合地沉入到挤压型材中（单体受力拉紧，并且确保纵向上的轻微的公差补偿。）。

• 焊接后，通过挤压型材维持预紧力，因为这个挤压型材现在用作杆柱（如果单体是被纵向***的话，则不是这种情况）。

• 现在，能够将端盖布置在压力板“上方”的端面处，用于密封（通过密封件、密封膏等等）或者用于构造冷却通道或者其他要求（提供插头、气体出口等等）。

•然后，借助于密封件/密封膏利用盖将壳体气密地并且液密地（根据IP级别）封闭。

然后，提供呈u形挤压型材的形式的、尤其是呈盆的形式的壳体底部。用于侧壁和壳体底部的其他导热元件布置在侧面和壳体底部处。例如，导热垫能够以在一侧胶合的方式粘贴在挤压型材的侧壁和壳体底部处。然后，能够使壳体底部的侧面向上弯曲，更确切地说在材料的弹性范围中向上弯曲，参见图3。然后，将利用压板预紧的电池堆叠***到盆形的壳体底部中。然后，必要时通过按压到挤压型材的原始状态来使挤压型材的侧壁回弯或者弹回。附加地，压板焊接在挤压型材的两个端侧上，并且端盖能够在两侧定位在端侧处，以便环绕地与壳体焊接（或者拧紧或者在塑料的情况下热填缝等等）。在此，密封地焊接或者利用先前***的或者施加的密封件密封横向的间隙。尤其是，由此在壳体处例如通过焊接实现横向的密封，从而使得在整体上产生液密的和气密的电池壳体。然后，能够将母线、极接头、接触极和电路板安装在电池上。然后，同样能够将具有对应的密封件的车辆插头安装在电池处。然后，将壳体盖连同所谓的极补偿元件一起施加。然后，借助于密封质量能够将电池密封在壳体处。

单个元件的密封不一定需要在最后完成，而是能够在装配对应的元件时通过***或者施加密封元件（或者通过“密封焊接”）来完成。

在另一个采用利用先前说明的在挤压型材的侧壁中的冷却通道的主动冷却的实施例中，同样能够使用先前说明的制造方法或者装配方法。然而，在这里端盖能够例如实施一件式或者多件式、尤其是三件式。端盖具有多少个部件非常强烈地取决于应用情况，原则上能够考虑许多变型。

图3示出挤压型材300的横截面，该挤压型材在弹性范围中向上弯曲，并且在制造根据本发明的电池时将电池单体或者电池单体堆叠***到该挤压型材中。因此，两个侧面301和302横向地向上弯曲，并且能够将该一个或者多个电池单体***到挤压型材的内部303中。然后，将两个侧壁301和302再次“回弯”到其最初的形状。

图4示出车辆400，该车辆装备有根据本发明的电池401。电池不一定需要位于发动机舱中，例如也能够集成到行李舱中。车辆例如是汽车，但是同样能够是公共汽车或者载重汽车，或者是具有根据本发明的电池的轨道车辆、船、飞行器（例如直升机或者飞机）。换言之，因此将呈盆形的或者呈U形的挤压型材用作电池壳体的部件，其中，挤压型材在端侧处最初是敞开的。因此，该挤压型材具有第一底部区段，两个侧面在底部区段的或者底面的对置的侧上从该第一底部区段向上延伸。这不仅能够实现被动冷却的使用，还能够实现主动冷却的使用，并且能够模块化地使用。有利地，通过将挤压型材向上弯曲，能够实现电池单体的形状锁合的集成。这个方案同样能够用于棱柱形的电池单体和袋式电池单体。

Claims

1.用于机动车的电池，所述电池具有：

壳体底部，

至少一个电池单体，和

其中，所述壳体底部实施为呈盆的形式的挤压型材。

2.根据权利要求1所述的电池，

其中，所述挤压型材由金属制成、优选由铝制成，

其中，所述挤压型材具有用于对所述电池进行被动空气冷却的冷却片，和/或

其中，所述挤压型材具有用于对所述电池进行主动液体冷却的冷却通道。

3. 根据上述权利要求中任一项所述的电池，

其中，所述挤压型材具有底面和两个基本上从底面垂直地延伸的横向的侧面，和

其中，所述挤压型材在两个端侧处是敞开的。

4.根据权利要求2和3所述的电池，

其中，所述冷却片和/或所述冷却通道至少在所述挤压型材的两个侧面中的一个侧面中伸展。

5. 根据上述权利要求中任一项所述的电池，所述电池另外还具有：

用于封闭所述挤压型材的第一端侧的第一端盖，和

用于封闭所述挤压型材的第二端侧的第二端盖。

6.根据权利要求5所述的电池，

其中，两个端盖借助于一个或者多个焊缝和/或密封件液密地和/或气密地封闭所述挤压型材的两个端侧。

7.根据权利要求5或6所述的电池，

其中，至少一个端盖具有冷却通道，这样布置所述冷却通道，使得与所述挤压型材的冷却通道一起提供闭合的冷却回路。

8.根据权利要求3至7中任一项所述的电池，

其中，所述两个侧面和所述至少一个电池单体这样相对彼此地布置，使得所述两个侧面对所述电池单体施加预紧力。

9.根据上述权利要求中任一项所述的电池，所述电池另外还具有：

三个导热元件，所述导热元件分别布置在所述挤压型材的侧面和底部与所述至少一个电池单体之间。

10.具有根据上述权利要求中任一项所述的电池的车辆。

11.用于制造电池的方法，所述方法具有以下步骤：

提供所述电池的呈盆形的挤压型材的形式的壳体底部，

提供至少一个电池单体，和

将盆形的挤压型材向上弯曲、尤其是在弹性范围中向上弯曲，并且将所述至少一个电池单体***到向上弯曲的挤压型材中。