CN116936994A - 电池***以及包括该电池***的车辆 - Google Patents

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Abstract

本公开提供了一种电池***以及包括该电池***的车辆。该电池***包括：多个单体行(810、820、830)，每个单体行包括布置在沿着第一方向(X)延伸的一行中的多个单体(80ij)；多个冷却器梁(20k)；以及通道***，包括多个主通道(30k)，每个主通道配置用于引导冷却剂(F)。每个单体行(810、820、830)被细分成多个块。对于每个块，块的前侧明确地邻接抵靠冷却器梁(20k)中的一个的第二侧(22b)，和/或块的后侧明确地邻接抵靠冷却器梁中的另一个的第一侧(22a)。对于每个冷却器梁(20k)，主通道(30k)中的一个集成在冷却器梁中并热连接到该冷却器梁。

Description

电池***以及包括该电池***的车辆
技术领域
本公开涉及一种电池***，其具有改善的冷却特性并包括被多个冷却器梁横截的多个单体行(cell row)。此外，本公开涉及一种包括该电池***的车辆。
背景技术
近年来，已经开发了使用电力作为动力源的用于运输货物和人员的车辆。这样的电动车辆是由电动机使用储存在可再充电电池中的能量驱动的汽车。电动车辆可以仅由电池提供动力，或者可以是由例如汽油发电机或氢燃料电池另外提供动力的混合动力车辆的形式。此外，车辆可以包括电动机和传统内燃机的组合。一般地，电动车辆电池(EVB)或牵引电池是用于为电池电动车辆(BEV)的推进提供动力的电池。电动车辆电池不同于启动电池、照明电池和点火电池，因为它们被设计为在持续的时间段内提供动力。可再充电电池或二次电池与一次电池的不同之处在于，它能够反复地充电和放电，而后者仅提供化学能到电能的不可逆转换。低容量可再充电电池用作用于小型电子设备(诸如移动电话、笔记本计算机和摄像机)的电源，而高容量可再充电电池用作用于电动车辆和混合动力车辆等的电源。
一般地，可再充电电池包括电极组件、接收电极组件的壳以及电连接到电极组件的电极端子，该电极组件包括正电极、负电极以及插置在正电极和负电极之间的隔膜。电解质溶液注入到壳中以便使电池能够通过正电极、负电极和电解质溶液的电化学反应来充电和放电。壳的形状(例如，圆柱形或棱柱形)取决于电池的预期用途。通过它们在膝上型计算机和消费电子产品中的使用而广为人知的锂离子(和类似的锂聚合物)电池在最新开发的一组电动车辆中占据支配地位。
可再充电电池可以用作由串联和/或并联联接的多个单位电池单体形成的电池模组，从而提供高能量容量，特别是为混合动力车辆或全电动车辆的电机驱动提供高能量容量。也就是，取决于所需的电量并且为了实现高功率可再充电电池，通过互连多个单位电池单体的电极端子来形成电池模组。
电池模组可以以块设计或模组化设计来构造。在块设计中，每个电池联接到公共集流体结构和公共电池管理***，并且其单位布置在壳体中。在模组化设计中，多个电池单体被连接以形成子模组，并且几个子模组被连接以形成电池模组。在汽车应用中，电池***通常由串联连接的多个电池模组构成，以提供期望的电压。其中，电池模组可以包括具有多个堆叠的电池单体的子模组，每个堆叠包括串联连接已并联连接的单体(XpYs)或并联连接已串联连接的单体(XsYp)。
电池组是一组任意数量的(优选地，相同的)电池模组。它们可以串联、并联或两者混合地配置，以提供期望的电压、容量或功率密度。电池组的部件包括各个电池模组和在它们之间提供导电性的互连。
电池***还包括电池管理***(BMS)，其是管理可再充电电池、电池模组和电池组的任何电子***，诸如通过保护电池免受在它们的安全工作区域之外工作的影响、监控它们的状态、计算二次数据、报告该数据、控制其环境、对其进行认证和/或使其平衡。例如，BMS可以监控由电压(诸如电池组或电池模组的总电压、各个单体的电压)、温度(诸如电池组或电池模组的平均温度、冷却剂入口温度、冷却剂出口温度或各个单体的温度)、冷却剂流动(诸如流速、冷却液体压力)和电流表示的电池状态。此外，BMS可以基于以上项目计算以下值，诸如最小和最大单体电压、充电状态(SOC)或放电深度(DOD)(用于指示电池的充电水平)、健康状态(SOH；作为原始容量的百分比的电池剩余容量的各种定义的测量结果)、功率状态(SOP；假定当前功率使用、温度和其它条件对于限定的时间段可获得的电力量)、安全状态(SOS)、作为充电电流限制(CCL)的最大充电电流、作为放电电流限制(DCL)的最大放电电流以及单体的内部阻抗(用于确定开路电压)。
BMS可以是集中式的，使得单个控制器通过多条导线连接到电池单体。BMS也可以是分布式的，其中BMS板安装在每个单体处，在电池和控制器之间只有一条通信电缆。或者BMS可以具有包括几个控制器的模组化构造，每个控制器处理一定数量的单体，在控制器之间进行通信。集中式BMS是最经济的、最不可扩展的，并受到大量导线的困扰。分布式BMS是最昂贵的、安装最简单，并提供最整洁的组件。模组化BMS提供其它两种拓扑的特点和问题的折衷。
BMS可以保护电池组免受在其安全工作区域之外工作的影响。在过电流、过电压(在充电期间)、过温度、欠温度、过压力以及接地故障或泄漏电流检测的情况下，可以表示在安全工作区域之外工作。BMS可以通过以下防止在电池的安全工作区域之外工作：包括内部开关(诸如继电器或固态器件)，如果电池在其安全工作区域之外工作，则该内部开关打开；请求与电池连接的装置减少或者甚至终止使用该电池；以及诸如通过加热器、风扇、空气调节器或液体冷却而主动地控制环境。
这样的电池组的机械集成需要在例如电池模组的各个部件之间以及在它们和车辆的支撑结构之间的适当机械连接。在电池***的平均使用寿命期间，这些连接必须保持起作用并免损坏。此外，必须满足安装空间和可互换性要求，尤其是在移动应用中。
电池模组的机械集成可以通过提供载体框架并通过将电池模组定位在载体框架上来实现。固定电池单体或电池模组可以通过框架中的装配凹陷或通过诸如螺栓或螺钉的机械互连件来实现。可选地，通过将侧板紧固到载体框架的横向侧来限制电池模组。此外，盖板可以固定在电池模组的顶部和下方。
电池组的载体框架安装到车辆的承载结构。在电池组应当固定在车辆的底部的情况下，可以通过例如穿过电池组的载体框架的螺栓从底侧建立机械连接。框架通常由铝或铝合金制成，以降低构造的总重量。
为了满足连接到电池***的各种用电装置的动态功率需求，对电池功率输出和充电的静态控制是不够的。因此，需要在电池***和用电装置的控制器之间的稳定的信息交换。这种信息包括电池***的实际充电状态(SoC)、潜在的电性能、充电能力和内部阻抗以及用电装置的实际或预测的功率需求或剩余电量。因此，电池***通常包括用于在***层级获得和处理这种信息的电池管理***(BMS)，还包括作为***的电池模组的部分并在模组层级获得和处理相关信息的多个电池模组管理器(BMM)。特别地，BMS通常测量***电压、***电流、***壳体内的不同位置的局部温度以及在带电部件和***壳体之间的绝缘电阻。此外，BMM通常测量电池模组中的电池单体的各个单体电压和温度。
因此，BMS/电池管理单元(BMU)被提供为用于管理电池组，诸如通过保护电池免于在其安全工作区域之外工作、监测其状态、计算二次数据、报告该数据、控制其环境、对其进行认证和/或对其进行平衡。
在异常工作状态下，电池组通常应当与连接到电池组的端子的负载断开。因此，电池***还包括电连接在电池模组和电池***端子之间的电池断开单元(BDU)。因此，BDU是在电池组和车辆的电***之间的主要接口。BDU包括打开或关闭在电池组和电***之间的高电流路径的机电开关。BDU向伴随电池模组的电池控制单元(BCU)提供反馈，诸如电压和电流测量。BCU基于从BDU接收到的反馈使用低电流路径来控制BDU中的开关。因此，BDU的主要功能可以包括控制在电池组和电***之间的电流以及电流感测。BDU还可以管理附加功能，如外部充电和预充电。
为了提供对电池组的热控制，需要主动或被动热管理***以通过高效地散发、释放和/或消散从其可再充电电池产生的热而安全地使用至少一个电池模组。如果热散发/释放/消散没有充分执行，则在相应电池单体之间出现温度偏差，使得所述至少一个电池模组不能产生期望的电量。此外，内部温度的升高可能导致在其中发生异常反应，因此可再充电电池的充电和放电性能恶化，并且可再充电电池的寿命缩短。因此，需要用于有效地散发/释放/消散来自单体的热的单体冷却。
单体部件的放热分解可能导致所谓的热失控。一般地，热失控描述了由于温度升高而加速，进而释放能量使温度进一步升高的过程。热失控发生在温度升高以导致温度进一步升高的方式改变条件的情况下，通常导致破坏性的结果。在可再充电电池***中，热失控与由温度升高加速的强烈放热反应相关联。这些放热反应包括可燃气体成分在电池包壳体内的燃烧。例如，当单体被加热得高于临界温度(典型地，高于150℃)时，它可能转变为热失控。初始加热可能由局部故障(诸如单体内部短路、来自有缺陷的电接触的发热、与相邻单体的短路)引起。在热失控期间，出故障的电池单体(即具有局部故障的电池单体)可能达到超过700℃的温度。此外，大量热气体从出故障的电池单体的内部通过单体壳体的排气口喷射到电池组中。排放的气体的主要成分是H2、CO2、CO、电解质蒸汽和其它碳氢化合物。因此，排放的气体是可燃的并且可能是有毒的。排放的气体还导致电池组内部的气体压力升高。
安全标准要求在严重热事件(例如，在电池***的一个或更多个单体中发生热失控)例如由内部单体短路触发的情况下，在热事件开始后超过5分钟，在电池组外部不出现火或火焰。将来，用户要求火或火焰完全不发生(“停止传播”)。在标准概念中，单体间隔物用于减缓从一个单体到下一单体的传播。这样的单体间隔物可以将传播时间延长至典型地约1至3分钟。然而，单体间隔物通常不停止传播。
为了满足新的用户要求，需要停止在单体堆叠中的传播。通过这样的标准间隔物难以(非常高的成本和封装空间)或无法实现。
因此，需要一种电池***的新构思，其允许完全停止在电池***内部跨越单体的热传播或者至少允许对热传播的非常长的延迟(当连接到用于提供冷却剂的***并且连接到用于检测严重热事件的检测***时)。还需要一种电池模组，其允许完全停止在电池***内部跨越单体的热传播或者至少允许对热传播的非常长的延迟。此外，需要一种车辆，其具有满足新的用户要求的电池***或电池模组。
因此，如由独立权利要求限定的本发明的一目的是克服或减少现有技术的至少上述缺点，并提供(i)一种电池***，其允许完全停止在电池***内部的跨越单体的热传播或者至少允许对热传播的非常长的延迟(当连接到用于提供冷却剂的***并且连接到用于检测严重热事件的检测***时)，提供(ii)一种电池模组，其允许完全停止在电池***内部的跨越单体的热传播或者至少允许对热传播的非常长的延迟，以及提供(iii)一种车辆，其具有满足新的用户要求的电池***或电池模组。
发明内容
本发明由权利要求限定。以下描述受到这种限制。在所述权利要求的范围之外的任何公开内容仅旨在用于说明的目的以及比较的目的。
根据本公开的第一方面，公开了一种电池***。该电池***包括：多个单体行，每个单体行包括布置在沿着第一方向延伸的一行中的多个单体；多个冷却器梁；以及通道***，包括多个主通道。每个主通道配置用于引导冷却剂。每个单体具有基本上棱柱形形状，该棱柱形形状关于第一方向由每个垂直于第一方向布置的平坦的前面和平坦的后面限制，其中，当在第一方向上观看时，对于每个单体，前面布置在后面前方。每个单体的棱柱形形状关于第二方向由第一侧面和第二侧面进一步限制，并关于第三方向由顶面和底面进一步限制。每个单体行被细分成多个块，每个块包括至少一个单体，每个块具有前侧和后侧，其中，当在第一方向上观看时，前侧由这个块的所述至少一个单体中的第一单体的前面形成，后侧由这个块的所述至少一个单体中的最末单体的后面形成。每个冷却器梁关于第一方向由平坦的第一侧和平坦的第二侧限制。第一侧和第二侧中的每个垂直于第一方向布置，并且当在第一方向上观看时，第一侧布置在第二侧前方。对于每个块，该块的前侧明确地邻接抵靠所述多个冷却器梁中的一个的第二侧，和/或该块的后侧明确地邻接抵靠所述多个冷却器梁中的另一个的第一侧。此外，对于每个冷却器梁，所述多个主通道中的一个集成在这个冷却器梁中并热连接到该冷却器梁。
本公开的第二方面涉及一种车辆，其包括至少一个根据第一方面的电池***。
本公开的另外的方面可以从从属权利要求或以下描述获知。
附图说明
通过参照附图详细描述示例性实施方式，特征对于本领域普通技术人员将变得明显，附图中：
图1是根据发明的电池***的第一示例性实施方式的示意性俯视图；
图2示意性地示出可在所公开的电池***的实施方式中使用的电池单体的示例性设计；
图3是根据发明的电池***的第二示例性实施方式的示意性俯视图；
图4是根据发明的电池***的第三示例性实施方式的示意性俯视图；
图5A示意性地示出穿过可在根据本公开的电池***中使用的冷却器梁的一示例的截面切口；
图5B示意性地示出穿过可在根据本公开的电池***中使用的冷却器梁的另一示例的截面切口。
具体实施方式
现在将详细参照实施方式，其示例在附图中示出。将参照附图描述示例性实施方式的效果和特征及其实现方法。在附图中，相同的附图标记表示相同的元件，并且省略重复的描述。然而，本公开可以以各种不同的形式实施，不应被解释为仅限于这里示出的实施方式。更确切地，这些实施方式作为示例提供，使得本公开将是透彻且完整的，并且将向本领域技术人员充分传达本公开的方面和特征。
因此，可以不描述对本领域普通技术人员来说被认为对于完整理解本公开的方面和特征非必要的工艺、元件和技术。在附图中，为了清楚起见，可以夸大元件、层和区域的相对尺寸。
如这里所用的，术语“和/或”包括一个或更多个相关所列项目的任何和所有组合。此外，当描述本公开的实施方式时，“可以”的使用指“本公开的一个或更多个实施方式”。在本公开的实施方式的以下描述中，单数形式的术语可以包括复数形式，除非上下文清楚地另外指出。
将理解，尽管术语“第一”、“第二”、“第三”等用于描述各种元件，但是这些元件不应受这些术语限制。这些术语仅用于将一个元件和另一元件区分开。例如，第一元件可以被命名为第二元件，类似地，第二元件可以被命名为第一元件，而没有脱离本公开的范围。如这里所用的，术语“和/或”包括一个或更多个相关所列项目的任何和所有组合。当在一列元件之后时，诸如“……中的至少一个”的表述修饰整列元件，而不是修饰该列的个别元件。
如这里所用的，术语“基本上”、“约”和类似术语用作近似术语，不用作程度术语，并且旨在说明如本领域普通技术人员将认识到的在测量值或计算值中的固有偏差。此外，如果术语“基本上”与可用数值表述的特征组合使用，则术语“基本上”表示以所述值为中心的所述值的±5％的范围。
还将理解，术语“包括”、“包含”、“包括……的”或“包含……的”指定性质、区域、固定数量、步骤、工艺、元件、部件及其组合，但是不排除其它性质、区域、固定数量、步骤、工艺、元件、部件及其组合。
还将理解，当一膜、区域或元件被称为“在”另一膜、区域或元件“上方”或“上”时，它可以直接在所述另一膜、区域或元件上，或者也可以存在居间的膜、区域或元件。
为了便于描述，在附图的至少一些中也可以提供具有x轴、y轴、z轴的笛卡尔坐标系。这里，术语“上”和“下”根据x轴来限定。例如，上盖位于z轴的上部，而下盖位于z轴的下部。在附图中，为了清楚起见，元件的尺寸可以被夸大。例如，在附图中，出于说明的目的，可以任意地显示每个元件的尺寸或厚度，因此本公开的实施方式不应被解释为局限于此。
在本公开的实施方式的以下描述中，单数形式的术语可以包括复数形式，除非上下文清楚地另外指出。
可以利用任何合适的硬件、固件(例如，专用集成电路)、软件、或软件、固件和硬件的组合来实现根据这里描述的本公开的实施方式的电子或电气器件和/或任何其它相关器件或部件。此外，这些器件的各种部件可以在柔性印刷电路膜、载带封装(TCP)、印刷电路板(PCB)上实现，或者形成在一个基板上。这里描述的电连接或互连可以通过例如在PCB或另一种电路载体上的导线或导电元件来实现。导电元件可以包括金属化(例如表面金属化)和/或引脚，和/或可以包括导电的聚合物或陶瓷。此外，电能可以经由无线连接(例如，使用电磁辐射和/或光)传输。
除非另外定义，否则这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本公开所属的领域内的普通技术人员通常理解的相同的含义。还将理解，术语(诸如常用词典中定义的那些术语)应当被解释为具有与它们在相关领域的背景下和/或本说明书的上下文中的含义一致的含义，并且不应被解释为理想化或过于形式化的含义，除非这里明确地如此定义。
总体构思
通过纵向安装的冷却器(冷却器梁)，冷却器梁自身可以用于阻止从一个单体到下一单体的热传播。冷却器梁可以用于标准单体冷却，也可以在热失控的情况下用作阻止传播的元件。
根据本公开的第一方面，一种电池***包括：多个单体行，每个单体行包括布置在沿着第一方向延伸的一行中的多个单体；多个冷却器梁；以及通道***，包括多个主通道，每个主通道配置用于引导冷却剂，其中具有基本上棱柱形形状的每个单体关于第一方向由平坦的前面和平坦的后面限定，平坦的前面和平坦的后面每个垂直于第一方向布置，其中当在第一方向上观看时：对于每个单体，前面布置在后面前方；每个单体的棱柱形形状关于第二方向由第一侧面和第二侧面进一步限定并关于第三方向由顶面和底面进一步限定，其中每个单体行被细分为多个块，每个块包括至少一个单体，并且每个块具有前侧和后侧，其中当在第一方向上观看时，前侧由这个块的所述至少一个单体中的第一单体的前面形成，后侧由这个块的所述至少一个单体中的最末单体的后面形成，其中每个冷却器梁关于第一方向由平坦的第一侧和平坦的第二侧限定，第一侧和第二侧中的每个垂直于第一方向布置，并且当在第一方向上观看时，第一侧布置在第二侧前方，其中，对于每个块，该块的前侧明确地邻接抵靠所述多个冷却器梁中的一个的第二侧，和/或该块的后侧明确地邻接抵靠所述多个冷却器梁中的另一个的第一侧，其中，对于每个冷却器梁，所述多个主通道中的一个集成在这个冷却器梁中并热连接到该冷却器梁。
在这样的布置中，每个块的前侧和后侧中的至少一个热连接到冷却器梁的第一侧或第二侧，因此当冷却剂被引导通过冷却器梁的主通道时被该冷却器梁冷却。此外，由于单体的底面的热绝缘，避免或至少延缓和/或减弱了从受热事件(诸如热失控)影响的单体到载体***(的基部)的热传递。
第一方向、第二方向和第三方向可以参照三维坐标系的线性轴来定义。坐标系可以是笛卡尔坐标系。具体地，坐标系可以具有第一轴x、第二轴y和第三轴z。于是，第一方向可以指向第一轴x的方向，第二方向可以指向第二轴y的方向，第三方向可以指向第三轴z的方向。于是，关于某个物体或实体的术语“沿着第一方向延伸”可以表示该物体或实体平行于第一轴x延伸。对应地，这可以适用于关于第二轴y的第二方向和关于第三轴z的第三方向。
关于第一物体的平坦侧和第二物体的平坦侧，表述“明确地邻接抵靠(positivelyabut against)”可以表示第一物体的所述平坦侧沿着与第二物体的所述平坦侧相同的平面延伸，并且第一物体的所述平坦侧和第二物体的所述平坦侧至少部分地彼此接触。
术语“单体”是表述“电池单体”的简称。术语“单体行”是指一行电池单体。一行电池单体也可以被称为电池单体的堆叠，然而，其中该堆叠可以被横截，即，至少对于该堆叠中的一对邻近的单体，该对单体彼此间隔开。术语“块”表示单体行内的“单体块”，即沿着第一方向布置的几个单体的块。在本文中，单体的“面”是棱柱形单体的外侧面(外侧表面)。表述“基本上棱柱形”具体表示，在6个面中的至少一个(例如，端面)上，可以布置另外的构件，诸如电线束(端子等)。优选地，单体是相同形状的。优选地，单体行具有相同数量的单体。优选地，每个单体块包括相同数量的单体。优选地，每个块包括一个单体，或者每个块包括两个单体。优选地，单体行关于第二方向彼此间隔开地布置。术语“冷却剂”是指冷却流体。优选地，每个冷却器梁横截每个单体行。优选地，在每个冷却器梁中，第一侧关于第一方向与第二侧间隔开。优选地，每个冷却器梁由导热材料制成或者包括导热材料。
选择下文中使用的术语从而促进其中使用的说明和表述的可理解性。选择术语“前面”、“后面”、“顶面”、“底面”以及“前侧”和“后侧”以促进说明的可理解性。它们与附图和在附图中示出的坐标系一致。清楚的是，在单体盖的另一取向上，观看者的视角必须相应地调整。贯穿下文，如“前面”、“后面”、“顶面”和“底面”以及“前侧”和“后侧”的表述可以分别由如“第一面”、“第二面”、“第三面”和“第四面”以及(块的)“第一侧”和(块的)“第二侧”的术语代替。于是，术语将完全独立于装置的空间取向，然而，可理解性可能更加困难。
对于每个单体，第一端子和第二端子可以布置在这个单体的顶面上。然而，可选地，对于每个单体，第一端子和/或第二端子可以布置在该单体的底面上或在其侧面之一上。
单体的底面和/或顶面可以具有平坦的形状或基本上平坦的形状。于是，参照上面定义的坐标系，底面和/或顶面可以平行于x-y平面延伸。第一侧面和/或第二侧面可以具有平坦的形状或基本上平坦的形状。于是，底面和/或顶面可以平行于坐标系的x-z平面延伸。此外，前面和顶面可以每个平行于坐标系的y-z平面延伸。此外，基部可以具有平坦的形状或基本上平坦的形状。基部可以平行于坐标系的x-y平面延伸。
在冷却器梁中，集成的主通道可以与相应冷却器梁的第一侧和第二侧中的至少一个热接触。在一些或所有冷却器梁中，集成的主通道可以与相应冷却器梁的第一侧和第二侧热接触。在至少一些冷却器梁(特别地，当在第一方向上观看时，第一冷却器梁和/或最末冷却器梁)中，集成的主通道可以与相应冷却器梁的第一侧和第二侧中的仅一个热接触。
由于每个单体行沿着第一方向延伸，所以所述多个单体行彼此平行地布置。此外，所述多个单体行可以沿着第二方向排列，换句话说，所述多个单体行沿着第二方向彼此并置。
主通道(***)可以包括单个通道或管道，或可选地，可以包括多个(子)通道或管道。因此，具体地，鉴于后一种情况，每个主通道一般也可以被称为主通道***。为了简单起见，将贯穿描述使用术语“主通道”，甚至是在主通道包括多个(子)通道或管道的情况下。
在电池***的一个实施方式中，电池***还包括具有基部的载体框架，其中每个单体布置为与基部热绝缘。
基部可以具有基本上垂直于第三方向延伸的板状形状。此外，对于每个单体，底面可以面对基部。于是，单体的底面与基部热绝缘。
在电池***的一个实施方式中，单体的前面和后面中的每个具有比这个单体的第一侧面和第二侧面中的每个大的面积。
于是，邻接抵靠冷却器梁的任何单体以其大的侧面接触冷却器梁，这在此单体和紧密配合的冷却器梁之间提供最大的热交换。当冷却器梁被流过集成到这个冷却器梁中的主通道***的冷却剂冷却时，单体可以被最佳地冷却，因为热可以通过大的面积从单体释放到冷却剂。
在电池***的一个实施方式中，对于在第二方向上彼此相邻地布置的任何两个单体，这两个单体的彼此面对的侧面是彼此热绝缘的。
换句话说，在第二方向上彼此相邻地布置的任何两个单体彼此热绝缘。在单体之一中发生热事件的情况下，这有助于避免或至少缓和/或减弱从受热事件影响的单体到关于第二方向邻近的一个或多个单体的热传播。具体地，在一个单体中发生热失控的情况下，可以避免或至少延缓和/或减弱对在第二方向上与这个单体邻近的单体的影响。
在电池***的一个实施方式中，每个单体与基部的热绝缘包括气隙或至少部分气隙，或者包括绝缘层。
在根据第一方面的电池***的一个实施方式中，关于第二方向彼此相邻布置的任何两个单体之间的热绝缘包括气隙或至少部分气隙，或者包括绝缘层。
期望实现单体的侧面以及单体的底面的最佳热绝缘(见上文)。在最好的情况下，热绝缘通过气隙实现。然而，如果不能完全避免要彼此热绝缘的两个实体之间的接触(例如，由于为了机械稳定性而需要的机械连接)，接触可以被减少到最小。然而，也可以采用包含具有相当低的热导率的材料的层来实现优异的热绝缘。
在优选的实施方式中，每个中间块的前侧明确地邻接抵靠冷却器梁中的一个的第二侧，每个中间块的后侧明确地邻接抵靠冷却器梁中的另一个的第一侧。这里和在下文中，术语“中间块”是指关于第一方向(即，当在第一方向上观看时)不是单体行的第一块或最末块的任何块。此外，术语“端块”应当是指关于第一方向在单体行中的第一块和最末块中的每个(或等同地，是指不是如前面定义的中间块的任何块)。
在优选的实施方式中，所有块关于第一方向具有相同的尺寸(换句话说，当沿着第一方向测量时，所有块具有相同的尺寸)。在优选的实施方式中，所有块包括相同数量的单体。在优选的实施方式中，所有单体是相同形状的。
在电池***的一个实施方式中，每个冷却器梁明确地邻接抵靠每个单体行的至少一个块的前侧和后侧之一。
在前述实施方式中，每个中间冷却器梁布置为使得其第一侧和第二侧两者被每个单体行的纵向中心轴横穿。这里和在下文中，术语“中间冷却器梁”是指关于第一方向布置在两个块之间的任何冷却器梁。此外，术语“端冷却器梁”应当是指关于第一方向的第一冷却器梁和最末冷却器梁中的任何一个。
在优选的实施方式中，除了端冷却器梁之外，每个冷却器梁明确地邻接抵靠每个单体行的一个块的后侧和该单体行的下一块(关于第一方向)的前侧之一。
在优选的实施方式中，第一冷却器梁(关于第一方向)明确地邻接(以其第二侧)抵靠每个单体行的第一块的前侧。此外，在优选的实施方式中，最末冷却器梁(关于第一方向)明确地邻接(以其第一侧)抵靠每个单体行的最末块的后侧。
在电池***的一个实施方式中，所有单体行包括相同数量的块。此外，当在第一方向上观看时，对于每个单体行，第一块的后侧明确地邻接抵靠冷却器梁之一的第一侧，最末块的前侧明确地邻接抵靠冷却器梁之一的第二侧。对于当在第一方向上观看时在单体行之一中的布置在此单体行的第一块和最末块之间的每个块，该块的前侧明确地邻接抵靠冷却器梁之一的第二侧并且该块的后侧明确地邻接抵靠冷却器梁之一的第一侧。
在前述实施方式中，每个中间块以其前侧邻接抵靠冷却器梁并以其后侧邻接抵靠另一冷却器梁。因此，当冷却剂被引导通过主通道并因此通过冷却器梁时，每个中间块在其前侧和其后侧被冷却。此外，端块中的任何一个以其前侧和其后侧中的至少一个邻接抵靠冷却器梁。因此，当冷却剂被引导通过主通道并因此通过冷却器梁时，每个端块至少在其前侧和其后侧之一被冷却。
优选地，关于第一方向，第一冷却器梁布置在每个第一块前方，并且每个第一块的前侧明确地邻接抵靠第一冷却器梁的第二侧。优选地，关于第一方向，最末冷却器梁布置在每个最末块后面，并且每个最末块的后侧明确地邻接抵靠最末冷却器梁的第一侧。因此，当冷却剂被引导通过主通道并因此通过冷却器梁时，每个端块在其前侧和在其后侧被冷却。
对于关于第一方向的任何两个相邻的冷却器梁(即，对于沿着第一方向连续布置的任何两个冷却器梁)，布置在这两个相邻的冷却器梁之间的单体可以一起分组为一个组(单体组)，并且这个组的单体可以彼此电连接。对于每个单体，第一端子可以是负极端子，第二端子可以是正极端子，或者可选地，第一端子可以是正极端子，第二端子可以是负极端子。于是，在任一情况下，对于每个组，可以定义(即选择)单体的顺序(次序)，使得该组中的单体从第一单体排序到最末单体，并且除了该组中的最末单体之外，该组中的每个单体的第二端子可以根据所选择的编号连接到该组中的下一单体的第一端子。于是，除了第一单体的第一端子和最末单体的第二端子之外，该组中的任何单体的每个端子连接到该组中的另一单体。此外，该组中的第一单体的第一端子可以连接到另一组的最末单体的第二端子，或者可选地，可以用作用于电池***的第一端子。此外，该组中的最末单体的第二端子可以连接到另一组的第一单体的第一端子，或者可选地，可以用作用于电池***的第二端子。于是，仅需要一个电连接件以将一单体组连接到另一单体组。因此，关于第一方向相邻(但是通过冷却器梁彼此分隔开)的任何两个单体组可以使用单个电连接件(诸如汇流条)彼此电连接，该单个电连接件被引导使得它热连接到在这些相邻的单体组之间的冷却器梁。例如，这个电连接件邻接抵靠冷却器梁的顶侧或底侧。可选地，这个电连接件可以被引导穿过冷却器梁。当然，在后一种情况下，它应当与集成在相应冷却器梁中的主通道电分离。
由于不同单体行的单体被包括在一个组中，所以在任何两个相邻的冷却器梁之间的单体跨越单体行彼此电连接。单体之间的连接可以通过汇流条来实现。
在电池***的一个实施方式中，每个块包括至多两个单体。
在电池***的一个实施方式中，每个块包括单个单体。
换句话说，根据第一可选方案，在任何单体行中，单体行的每个块中的单体数量等于1或2。在第一可选方案的实施方式中，在任何单体行中，单体行的每个块中的单体数量等于2。此外，根据第二可选方案，在任何单体行中，单体行的每个块中的单体数量等于1。
在电池***的一个实施方式中，块的第一侧和第二侧中的每个(其明确地邻接抵靠冷却器梁)机械固定到相应冷却器梁。例如，块的第一侧或第二侧可以附着到相应冷却器梁。
在电池***的一个实施方式中，单体的第一侧和第二侧中的每个(其明确地邻接抵靠另一单体)机械固定到相应冷却器梁。例如，单体的第一侧或第二侧可以附着到另一单体。
冷却器梁可以每个包括机械稳定的材料。冷却器梁可以每个包括导热材料。冷却器梁可以每个由钢制成或者包括钢。
在电池***的一个实施方式中，每个冷却器梁包括沿着第二方向延伸的管道。此外，管道具有第一平坦侧部，该第一平坦侧部在其外表面处形成包括管道的冷却器梁的第一侧。此外，管道具有第二平坦侧部，该第二平坦侧部在其外表面处形成包括管道的冷却器梁的第二侧。
在前述实施方式中，集成到梁中的主通道***由相应的管道形成。管道可以每个具有底部和顶部(关于第三方向)。顶部在顶区域中将第一侧部和第二侧部彼此连接(例如，顶部将第一侧部的上边缘和第二侧部的上边缘彼此连接)。底部在下部区域中将第一侧部和第二侧部彼此连接(例如，底部将第一侧部的下边缘和第二侧部的下边缘彼此连接)。管道的底部和顶部中的每个可以具有平坦的外表面。
在电池***的一个实施方式中，每个冷却器梁包括布置在两个热绝缘层之间的铝冷却器芯。热绝缘层可以是云母层。
在电池***的一个实施方式中，铝冷却器芯包括第一壁和第二壁，第一壁和第二壁的每个沿着第二方向延伸并关于第一方向彼此相对地布置，其中，当在第一方向上观看时，第一壁布置在第二壁前方。
第一壁可以具有背对第一方向的平坦侧，此平坦侧形成包括铝冷却器芯的冷却器梁的第一平坦侧。对应地，第二壁可以具有面向第一方向的平坦侧，此平坦侧形成包括铝冷却器芯的冷却器梁的第二平坦侧。
在电池***的一个实施方式中，对于每个冷却器梁，集成到此冷却器梁中的主通道包括：至少一个或更多个第一冷却管道，每个第一冷却管道沿着第二方向延伸并布置在第一壁的面对第二壁的侧上；以及至少一个或更多个第二冷却管道，每个第二冷却管道沿着第二方向延伸并布置在第二壁的面对第一壁的侧上。
换句话说，在铝冷却器芯的壁的每个内侧，布置一个或更多个冷却管道。于是，冷却管道的每个允许将冷却剂引导到壁的内侧附近。冷却管道可以由铝制成。冷却管道可以直接连接或固定到壁的内侧，例如通过焊接。这允许壁和在冷却管道中流动的冷却剂之间的良好热传递。
在根据前述实施方式的主通道中，第一冷却管道的数量可以等于第二冷却管道的数量。于是，主通道包括许多对，每对包括一个第一冷却管道和一个第二冷却管道。在每对中，第一冷却管道和第二冷却管道可以彼此相对地布置，即该对的第一冷却管道的纵向中心轴和该对的第二冷却管道的纵向中心轴可以布置在与上面定义的坐标系的x-y平面平行的同一平面中。
在电池***的一个实施方式中，第一壁和第二壁通过杆或肋彼此连接，并且每个杆或肋在第一冷却管道之一和第二冷却管道之一之间延伸。
因此，每个杆或肋优选地在第一冷却管道的面对第二壁的部分和第二冷却管道的面对第一壁的部分之间延伸。在一实施方式中，每个杆具有平行于第一方向延伸的伸长形状。在一个实施方式中，每个肋具有平行于第一方向并平行于第二方向延伸的平坦形状。
在电池***的一实施方式中，对于通过冷却器梁之一彼此分隔开并通过电连接件彼此电连接的任何两个块，电连接件被热连接到将这些块分隔开的冷却器梁。
电连接件可以是导线或汇流条。导线或汇流条可以附接到冷却器梁的顶侧或底侧，该冷却器梁将通过此导线或汇流条电连接的块分隔开。可选地，此导线或汇流条可以被引导穿过冷却器梁。当然，在后一种情况下，导线或汇流条应当与集成在相应冷却器梁中的主通道电分离。
在优选的实施方式中，每个主通道包括入口和出口。在其中一些或所有主通道中的每个包括多个(子)通道或管道的情况下，相应主通道的入口可以配置用于向该主通道的每个(子)通道或管道供应被供应到入口中的冷却剂，对应地，相应主通道的出口可以配置用于排出从该主通道的每个(子)通道或管道接收到的冷却剂。
在一个实施方式中，电池***还包括冷却剂供应通道和冷却剂排出通道。每个主通道的入口与冷却剂供应通道连接，主通道***的出口与冷却剂排出通道连接。于是，每个主通道可以从供应通道被供应冷却剂，并且每个主通道可以将冷却剂排出到排出通道中。换句话说，可以认为主通道在通道***内并联连接。供应通道可以包括入口，该入口配置用于连接到冷却***的供应机构。排出通道可以包括出口，该出口用于连接到冷却***的配置用于接收排出的冷却剂的冷却剂接收机构。供应通道和排出通道可以是电池***的通道***的构件。
在一个实施方式中，当在第一方向上观看时，除了最末主通道之外，每个主通道的出口经由连接通道与下一个主通道(即，关于第一方向的随后的主通道)的入口连接。因此，供应到第一主通道的入口中的冷却剂将连续流过每个随后的主通道。在已经流过最末主通道之后，冷却剂将通过最末主通道的出口排出。换句话说，可以认为主通道在通道***内串联连接。
第一主通道的入口可以配置用于连接到冷却***的供应机构。最末主通道的出口可以配置用于连接到冷却***的冷却剂接收机构，该冷却剂接收机构配置用于接收排出的冷却剂。
此外，主通道的入口和出口可以布置为使得在主通道的逆着(point against)第二方向的端部处，当在第一方向上观看时，入口和出口以交替的方式布置。于是，同样在主通道的顺着(point into)第二方向的端部处，当在第一方向上观看时，入口和出口以交替的方式布置。连接通道可以每个是电池***的通道***的构件。因此，在这样的实施方式中，通道***具有曲折的形状。
在所描述的方面和实施方式中的每个中，“出口”和“入口”的作用可以互换，即在上面的描述中，可以认为任何“入口”是“出口”，并且认为任何“出口”是“入口”。通道***的上述拓扑结构(即所描述的可能性，包括在通道***中的各种通道可以如何彼此连接而与特殊的几何设计无关)不受这样的互换影响。然而，如果适用的话，电池***的供应通道和排出通道的作用也于是必须交换。
在一个实施方式中，电池***包括：冷却***，配置用于被激活和去激活；电池管理单元(BMU)；以及检测***，配置用于为一些或所有单体检测在单体中是否发生热事件。检测***还配置用于当已经检测到热事件时向电池管理单元发送信号。此外，电池管理单元配置用于从检测***接收信号，并用于在从检测***接收到信号时激活冷却***。冷却***还配置用于当被激活时向每个主通道供应冷却剂。
热事件可以是例如热失控。热事件可以由预定阈值温度值来定义。热事件的检测可以通过检测电池***中包括的单体的温度是否超过预定阈值温度值来实现。
本公开的第二方面涉及一种车辆，该车辆包括至少一个根据第一方面的电池***。
在车辆中，电池***优选地布置为使得冷却器梁垂直于或基本上垂直于车辆的正常行驶方向延伸。换句话说，冷却器梁可以每个配置为横梁。然而，在可选的实施方式中，冷却器梁可以每个例如配置为纵梁。
在优选的实施方式中，关于第三方向相对于块布置冷却器梁，使得对于每个块，该块的整个前侧明确地邻接抵靠冷却器梁中的一个的第二侧，和/或该块的整个后侧明确地邻接抵靠冷却器梁中的另一个的第一侧。于是，在块的相应前侧或后侧与所述侧明确地邻接抵靠的冷却器梁之间建立最大的机械接触，作为其结果，能够在块的相应前侧或后侧与所述侧明确地邻接抵靠的冷却器梁之间实现最大的热传递。
在所描述的方面和实施方式中的每个中，“出口”和“入口”的作用可以互换，即如果在上面的描述中认为任何“出口”是“入口”，则同时可以认为任何“入口”是“出口”。通道***的上述拓扑结构(即，所描述的可能性，包括在通道***中的各种通道可以如何彼此连接而与特殊的几何设计无关)不受这样的互换影响。然而，如果适用的话，则电池***的冷却剂供应通道和冷却剂排出通道的作用也于是必须交换。
一般地，方面或其某些实施方式的一些特征可以总结如下：代替在单体的底部提供的典型的常规冷却，冷却器梁安装成横截单体行。例如，在每个单体或每两个单体之后，薄的冷却器梁横穿每个单体行或至少一些单体行。利用该构思，可以在大的(长的)侧之一冷却一定数量的单体或者甚至每个单体。在一个(或更多个)单体中发生热失控的情况下，这将被BMU(其必须作为外部器件连接到根据第一方面的电池***，或已经集成在根据第二方面的电池***中)检测到，这将唤醒车辆并要求主动冷却。主动冷却将有助于从受热失控影响的单体带走所产生的能量，并保护单体行中的随后的单体。单体的长侧对内部阳极/阴极堆叠或极芯具有最好的导热性，并具有最大的表面积。单体的小侧和底部应当尽可能好地与另外的机械结构隔离，最好的情况是通过空气或最小的接触。单体也应当机械连接到也可用作机械横梁的冷却器。
具体实施方式
图1是这里公开的电池***(没有壳体)的实施方式的示意性俯视图。为了促进描述，具有x轴、y轴、z轴的笛卡尔坐标系也已经被添加到图1，其中x-y平面与该附图的绘图平面相同，z轴垂直于绘图平面取向。在所示的示例中，电池***110包括三个电池单体行(在下文中简称为“单体行”)。具体地，电池***110包括第一单体行810、第二单体行820和第三单体行830。单体行810、820、830中的每个在与坐标系的x方向平行的方向上延伸，如由具有虚线边界的矩形示意性地指示的。所有电池单体的外部形状是相同的。具体地，第一单体行810包括具有索引i∈{1,2,3,4,5,6,7,8}的多个单体80i1。此外，第二单体行820包括具有索引i∈{1,2,3,4,5,6,7,8}的多个单体80i2。对应地，第三单体行830包括具有索引i∈{1,2,3,4,5,6,7,8}的多个单体80i3。单体行810、820、830中的每个可以包括比图1中绘出的更多的电池单体(在下文中也简称为“单体”)。特别地，当在x方向上观看时，在单体行810、820、830的每个中，可以在相应最末单体8081、8082、8083后面布置另外的单体(未示出)。这由虚线矩形的左上部中的虚线指示。
沿着y方向，第一单体行810、第二单体行820和第三单体行830的单体以它们各自的侧面并排排列。因此，每个单体80ij可以由其关于x方向的位置(由附图标记80ij的第一索引i，其指示当在x方向上观看时单体在相应单体行中的位置)和关于y方向的位置(由附图标记80ij的第二索引j，其指示包括该单体的单体行，其中单体行沿着y方向计数)来标识。
在图2中示意性地示出可用于所公开的电池***的实施方式中的电池单体的示例性设计，图2以透视图参照笛卡尔坐标系示出单个电池单体80。电池单体80可以是在如上所述的图1的电池***110中采用的相同形状的单体80ij(i∈{1,2,3,4,5,6,7,8},j∈{1,2,3})中的任何一个。具体地，电池单体80具有棱柱形(长方体)形状。因此，电池单体80包括六个侧面：关于单体的主体与底面(未示出)相对布置的顶面84；第一侧面86和与第一侧面86相对布置的第二侧面(没有在图2中示出)；以及与后面(没有在图2中示出)相对布置的前面88。每个侧面具有基本上平坦的形状。如从图2可见，前面88(和基本上与前面88全等的后面)的面积大于顶面84和第一侧面86中的任何一个(因此，前面88也大于与第一侧面86全等的第二侧面和与顶面84全等的底面中的任何一个)。
在电池单体80的顶面84(即电池单体的面向坐标系的z方向的侧表面)上，布置第一端子81和第二端子82。端子81、82允许电池单体80的电连接。第一端子81可以是电池单体80的负极端子，第二端子82可以是电池单体80的正极端子。因此，顶面84在下文也可以称为电池单体80的“端子侧”。在第一端子81和第二端子82之间，排气出口83可以布置在端子侧84中。排气出口83配置用于将排放气体排出电池单体80，所述排放气体可能已经在电池单体80内部产生，例如在电池单体80中发生的热事件(诸如热失控)期间。在经由排气出口83输出之前，排放气体可以穿过布置在电池单体80内部的排气阀(未示出)。通过沿着x方向堆叠多个电池单体(每个电池单体像图2所示的电池单体80一样设计)，电池单体的堆叠像例如图1所示的三个堆叠中的任何一个一样创建。因此，在图1中绘出的每个单体80ij可以如图2的坐标系所指示地取向，即每个单体80ij的前面背对x方向，每个单体80ij的后面面向x方向，每个单体80ij的第一侧面背对y方向，每个单体80ij的第二侧面面向y方向，每个单体80ij的底面背对z方向，每个单体80ij的顶面面向z方向。
在图1所示的电池***110的实施方式中，布置多个冷却器梁，包括沿着x方向依次布置的第一冷却器梁201、第二冷却器梁202、第三冷却器梁203和第四冷却器梁204，并且每个冷却器梁沿着y方向延伸。冷却器梁201、202、203、204中的每个包括垂直于绘图平面(即平行于坐标系的y-z平面)并背对x方向的平坦的第一侧以及同样地垂直于绘图平面但面向x方向的平坦的第二侧。因此，冷却器梁201、202、203、204中的每个的第一侧和第二侧中的每个布置为平行于电池***110中采用的每个单体80ij的前面和后面中的每个。
此外，冷却器梁201、202、203、204中的每个横截单体行810、820、830中的每个。具体地，单体行810、820、830被第一冷却器梁201横截，使得在单体行810、820、830的每个中，相应的第一单体(8011、8012、8013)沿着x方向与相应的第二单体(8021、8022、8023)分隔开。同样地，单体行810、820、830被第k冷却器梁20k(k∈{2,3,4})横截，使得在单体行810、820、830的每个中，相应的第2k-1单体(80(2k-1),1、80(2k-1),2、80(2k-1),3)沿着x方向与相应的后续第2k单体(80(2k),1、80(2k),2、80(2k),3)分隔开(指示单体的附图标记中的第一索引和第二索引在这里由逗号分开以避免误解，特别是与乘法混淆)。此方案可以对应地适用于在x方向上布置在单体8081、8082、8083后方(即，在附图所示的最末单体后方)的另外的冷却器梁和单体。
由于前述布置，单体行810、820、830中的每个被分成几个单体块(在下文中也简称为“块”)。例如，关于图1所示的单体，第一单体行810被分为包括唯一的单体8011的第一单体块、包括两个单体8021和8031的第二单体块、同样包括两个单体8041和8051的第三单体块、再一次包括两个单体8061和8071的第四单体块以及包括唯一的单体8081的第五单体块(图1所示的对于第一单体行810的最末单体块)。如从图1进一步可见，第二单体行820和第三单体行830的每个被冷却器梁201、202、203、204以对应的方式分开。
如在图1中进一步可见，每个中间块(即每个单体行(810、820、830)的除了第一块和最末块之外的每个块)以其前侧(关于x方向由相应块中的第一单体的前面形成)明确地邻接抵靠冷却器梁201、202、203、204中的一个的第二侧，同样地，还以其后侧(关于x方向由相应块中的最末(第二)单体的后面形成)明确地邻接抵靠冷却器梁201、202、203、204中的另一个的第一侧。由于图1所示的电池***的实施方式中的单体80ij和冷却器梁201、202、203、204的上述布置，每个中间块包括正好两个单体。因此，这两个单体中的每个以其前面和后面之一明确地邻接抵靠冷却器梁201、202、203、204之一，因此如果冷却器梁具有比单体低的温度的话可以被邻接的冷却器梁冷却。这可以通过由被引导经过冷却器梁201、202、203、204的冷却剂冷却冷却器梁201、202、203、204来实现，如将在后面参照图5A和图5B描述的。
与中间块(即单体行810、820、830中的每个的第二块、第三块和第四块)相比，单体行810、820、830中的每个的第一块(关于x方向)每个仅包括单个电池单体8011、8012、8013。如在图1中可见，这些电池单体8011、8012、8013中的每个以其相应的后面明确地邻接抵靠第一冷却器梁201的第一侧。因此，如果第一冷却器梁201具有比单体低的温度，则这些单体8011、8012、8013中的每个可以被第一冷却器梁201冷却。关于图1所示的单体，这也以类似的方式适用于最后绘出的块，即这些电池单体8081、8082、8083中的每个以其相应的前面明确地邻接抵靠第四冷却器梁204的第二侧。因此，如果第四冷却器梁204具有比单体低的温度，则这些单体8081、8082、8083中的每个可以被第四冷却器梁204冷却。
为了在冷却器梁和邻接的单体之间实现最大的热交换，在冷却器梁邻接单体的区域中期望在冷却器梁和单体之间的紧密机械接触。因此，单体可以以前面或后面机械固定到冷却器梁，单体以所述前面或后面明确地邻接抵靠冷却器梁的第一侧或第二侧。该机械固定可以例如通过使用粘合剂来实现。
如上面参照图2已经指出的，与顶面和底面以及第一侧面和第二侧面中的任何一个相比，每个单体的前面和后面是单体的具有最大面积的面。由于如之前参照图1所述每个单体80ij的前面或后面邻接冷却器梁201、202、203、204中的一个，所以为单体和邻接的冷却器梁之间的热交换提供大面积，如果冷却器梁具有比单体低的温度，则该大面积提供对单体的优异冷却。
另一方面，在单体80ij和电池***的除了冷却器梁之外的其它部分(例如外壳或壳体(未示出))之间的热交换应当保持尽可能低。特别地，如上面在介绍部分中已经指出的，应当避免或至少显著延长火焰从电池***中逸出。因此，对于每个单体80ij，除了前面和后面之外的所有其它面应当与环境热绝缘。
为此，在关于y方向彼此邻近的任何两个单体之间，可以***空间或气隙。因此，在图1所示的电池***110的实施方式中，完整的单体行810、820、830关于y方向彼此间隔开地布置。这里，那些空间或气隙在由虚线b12指示的区域中布置在第一单体行810的单体80i1(i∈{1,2,…,8})和第二单体行820的相应的相对单体80i2(i∈{1,2,…,8})之间，并且对应地，在由虚线b23指示的区域中布置在第二单体行820的单体80i2(i∈{1,2,…,8})和第三单体行830的相应的相对单体80i3(i∈{1,2,…,8})之间。例如，在图1的俯视图中的左下角处示出的单体8011通过空间或气隙G1112与相邻单体8012分隔开。
电池***110可以布置在载体框架(未示出)上，该载体框架包括基部(未示出)，该基部支撑单体80ij以及冷却器梁和电池***110的可能的其它配件。因此，单体80ij每个也通过空间或气隙(未示出)与基部分隔开。然而，为了提供机械稳定性，支柱(未示出)可以布置为从基部在z方向上凸出，支柱机械连接到单体80ij的底面。于是，在单体80ij的底面和基部之间的机械连接被减少到最小，因此，在单体80ij和基部之间的热交换也被最小化。
当然，当电池***布置在具有关于z方向布置在单体80ij上方的盖(未示出)的壳体中时，盖也应当定位为到每个单体80ij的顶侧具有一距离。关于壳体的侧壁，这以类似的方式适用于单体行810、820、830的第一单体8011、8012、8013的前面以及单体行810、820、830中的每个的最末单体的后面，如果在这些面和壳体的相应相邻侧壁之间没有布置冷却器梁的话。
在电池***中，单体彼此电互连。例如，单体可以彼此串联或并联连接。可选地，可以在电池***内形成几个单体群(例如，每个电池单体堆叠的单体形成一个群)，并且每个群的单体可以彼此串联连接，而群彼此并联连接。在根据图1所示的实施方式的电池***中，单体80ij串联连接。电连接通过汇流条(诸如汇流条E1112)建立，汇流条E1112将图1的俯视图中的左下角的单体8011与关于y方向紧接于它布置的单体8012电连接。
然而，作为电连接件(例如，金属)，每个汇流条通常也可能在任何两个连接的单体之间引起不期望的热传递，或者甚至当连接的单体布置在冷却器梁的不同侧时，在跨越冷却器梁的不同单体块之间引起不需要的热交换，从而使冷却器梁作为布置在其不同侧的单体块之间的热屏障的效果恶化。因此，期望布置在冷却器梁的不同侧的单体之间的电连接件的数量减少到最小，即至少在电池***110的单体80ij串联连接的情况下，如在当前情况下，减少到1。这可以通过如图1所示并在下文中描述的电连接件(汇流条)的布置来实现。
由于冷却器梁201、202、203、204的前述布置，单体80ij被集合成几个组。第一组可以包括当在x方向上观看时布置在第一冷却器梁201前方的任何单体8011、8012、8013。换句话说，第一组包括单体行810、820、830中的每个的第一块。此外，第二组可以包括当在x方向上观看时布置在第一冷却器梁201和第二冷却器梁202之间的任何单体8021、8022、8023、8031、8032、8033。换句话说，第二组包括单体行810、820、830中的每个的第二块。其余的组以对应的方式定义，例如，第三组由布置在第二冷却器梁202和第三冷却器梁203之间的单体8041、8042、8043、8051、8052、8053给出，第四组由布置在第三冷却器梁203和第四冷却器梁204之间的单体8061、8062、8063、8071、8072、8073给出。
于是，每个组的单体可以彼此串联电连接。换句话说，由于每个单体包括第一端子(例如负极端子)和第二端子(例如正极端子)，所以包括在一个组(除了一个单体之外)中的每个单体的第二端子可以与另一单体的第一端子连接。例如，参照图1，第一组中的单体8011通过汇流条E1112连接到第一组中的相邻单体8012，后一单体8012进而通过另一汇流条E1213与第一组中的下一单体8013(关于y方向)连接。此外，有关第二组的单体8023、8022、8021、8031、8032、8033，关于它们在前面提到的顺序的任何两个随后的单体通过相应的汇流条E2223、E2122、E2131、E3132和E3233串联连接。这以对应的方式适用于任何另外的组。因此，对于每个组内所需要的电连接，不需要跨越冷却器梁201、202、203、204之一的电连接件。然而，在每个组中，到目前为止有一个单体留有未连接的第一端子(此端子可以用作这个组的第一端子)，并且还有另一单体留有未连接的第二端子(后面的端子可以用作这个组的第二端子)。于是，第一组的第一端子可以用作整个电池***110的第一端子，最末组的第二端子可以用作整个电池***110的第二端子。此外，每个组(除了最末组之外)的第二端子可以连接到关于x方向的随后组的第一端子。这具有这样的优点，即仅需要最后提到的连接件跨越冷却器梁。例如，第一组的最右边的单体8013经由跨越第一冷却器梁201布置的汇流条E1323与第二组的右下角的单体8023连接。此外，第二组的右上角的单体8033经由跨越第二冷却器梁202布置的汇流条E3343与第三组的右下角的单体8043连接，第三组的右上角的单体8053经由跨越第三冷却器梁203布置的汇流条E5363与第四组的右下角的单体8063连接。对于包括在电池***110中的每个另外的组，这种将各个组彼此电连接的方式可以以对应的方式继续。于是，对于每个冷却器梁，仅有一个电连接件(即汇流条)跨越该冷却器梁布置。因此，经由电连接件在不同组之间的热传递以及因此热事件跨越单体传播或扩散的风险被最小化。
冷却器梁201、202、203、204可以提供或提高电池***110的机械稳定性。在任何情况下，冷却器梁201、202、203、204应当配置为抵抗在单体行810、820、830内产生的压力，即不仅在热事件的情况下而且在电池***110的正常工作状态期间由于膨胀过程而产生的压力。然而，根据本公开的冷却器梁201、202、203、204的主要功能是它们通过冷却直接邻接抵靠冷却器梁201、202、203、204(中的一个或两个)的电池单体来冷却电池***110的能力。当然，为了对相应的相邻单体80ij提供这样的冷却效果，冷却器梁201、202、203、204本身必须每个配备有合适的冷却机构。根据本公开，冷却机构由主通道提供，即主通道因此集成到冷却器梁201、202、203、204的每个中。具体地，在冷却器梁201、202、203、204的每个中，相应的主通道301、302、303、304沿着冷却器梁的整个长度延伸。由于图1的示意的特性，主通道301、302、303、304可以在此附图中与冷却器梁201、202、203、204一起来标识。将在下面参照图5A和图5B给出关于主通道301、302、303、304集成到冷却器梁201、202、203、204中的详细说明。
每个主通道包括相应的入口I1、I2、I3、I4和相应的出口O1、O2、O3、O4。主通道301、302、303、304的入口I1、I2、I3、I4的每个配置用于与合适的冷却剂供应机构(见下文)连接。对应地，主通道301、302、303、304的出口O1、O2、O3、O4的每个配置用于与合适的排出机构(见下文)连接，该排出机构接收由主通道301、302、303、304的出口O1、O2、O3、O4排出的冷却剂。因此，当通过相应的入口I1、I2、I3、I4供应冷却剂时，相应的冷却剂流F1、F2、F3、F4被引导通过主通道301、302、303、304中的每个，如在图1中示意性示出的。当经由相应的入口I1、I2、I3、I4供应到主通道301、302、303、304时，冷却剂是与单体80ij相比具有低的温度(例如，在20℃至55℃的范围内的温度)的流体。取决于冷却器梁201、202、203、204的构造和主通道集成到冷却器梁中，冷却器梁201、202、203、204与主通道301、302、303、304相同，或者包括与冷却器梁201、202、203、204的相应内侧机械连接的一个或更多个管道(见关于图5A和图5B的详细描述)。因此，当冷却剂被引导通过主通道301、302、303、304时，在冷却剂和冷却器梁201、202、203、204的材料之间发生热交换。另一方面，冷却器梁201、202、203、204每个通过它们相应的第一侧和/或第二侧与电池单体(该电池单体与冷却器梁201、202、203、204相邻(关于x方向)布置)的前面和/或后面机械连接(直接或间接地，见下面关于图5A和图5B)。
因此，当这些单体的温度超过冷却剂的温度时，在流过主通道的冷却剂和机械连接到冷却器梁(主通道集成到该冷却器梁中)的电池单体之间发生热交换。具体地，热能通过相应主通道的材料从单体传递到冷却剂。换句话说，单体被冷却。注意，在机械连接到冷却器梁的单体和借助于集成的主通道被引导通过冷却器梁的冷却剂之间的热交换取决于在单体和冷却器梁之间的机械连接的面积。更具体地：在单体和冷却器梁之间的机械连接的面积越大，从单体到冷却器梁并进一步到冷却剂的热能流(热传递)就越大。如以上已经描述的，在如图1所绘的电池***110的实施方式中的每个单体以其最大的侧面之一(即，以其相应的前面88或其相应的后面)邻接抵靠冷却器梁201、202、203、204之一。因此，所示的实施方式允许包括在电池***110中的每个单体80ij的优异的冷却。
然而，电池***110不仅提供对各个单体中的每个的优异冷却，而且防止热事件(例如，热失控)在多个单体内的传播，或者至少显著地延缓这样的传播。这特别适用于热事件跨越不同的电池单体组的传播(见此上下文中以上关于组的定义)。例如，可能的情况是，关于图1的俯视图在左下角中绘出的单体8011(即第一单体行810的第一单体)受热失控影响。这在图1中由该单体8011的灰阶的顶侧指示。于是，按以下的几种方式避免或至少延缓热事件向在x方向上挨着受影响的单体8011布置的单体8021(即第一单体行810的第二单体)的传播：(i)第一单体行810的前面提到的第一单体8011和第二单体8021属于第一单体行810的不同块，因此在空间上彼此分隔开。(ii)此外，它们借助于第一冷却器梁201彼此机械屏蔽。(iii)然而，这些单体8011、8021也彼此热屏蔽，因为当第一主通道301经由其入口I1被供应冷却剂时，从第一单体行810的第一单体8011传播的热被传递到流过集成到第一冷却器梁201中的第一主通道301的冷却剂流F1中，因此通过冷却剂流F1向y方向的运动而立即从在第一单体行810的第一单体8011和第二单体8021之间的区域带走。因此，防止在受热失控影响的单体8011中产生的热通过第一冷却器梁201的第二侧进一步传播到第一单体行810的第二单体8021中。在已经通过第一主通道301的出口O1之后，在单体8011中产生并由流过第一主通道301的冷却剂流F1接收的热于是通过诸如排出通道34的排出机构从电池***110排出，该排出机构将在下文描述。
如以上指出的，对于主流道301、302、303、304中的每个，需要冷却剂供应机构和冷却剂排出机构。对于主通道301、302、303、304中的每个，相应的冷却剂供应机构配置用于与主通道的入口连接，使得由冷却剂供应机构提供的冷却剂经由入口流入到主通道中。对应地，对于主通道301、302、303、304中的每个，相应的冷却剂排出机构配置用于与主通道的出口连接，使得经由出口流出主通道的冷却剂被冷却剂排出机构接收。
在实施方式中，每个主通道可以利用它们各自的入口连接到相同的冷却剂供应机构。换句话说，单个冷却剂供应机构用于向每个主通道供应冷却剂。此外，在实施方式中，每个主通道可以利用它们各自的出口连接到相同的冷却剂排出机构。换句话说，单个冷却剂排出机构用于从每个主通道接收冷却剂排出。例如，在图1所示的电池***110的实施方式中，冷却剂供应机构通过冷却剂供应通道32实现，对应地，冷却剂排出机构通过冷却剂排出通道34实现。冷却剂供应通道32连接到主通道301、302、303、304中的任一个的入口(I1、I2、I3、I4)。同样地，冷却剂排出通道34与主通道301、302、303、304中的任一个的出口(O1、O2、O3、O4)连接。冷却剂供应通道32包括适于与外部冷却***(未示出)连接的主入口I，该外部冷却***配置用于经由主入口I向冷却剂供应通道32供应冷却剂F。在图1所示的电池***110的实施方式中，冷却剂供应通道32是电池***110的部分。在可选的实施方式中，冷却剂供应通道32可以是外部冷却***的部分。此外，冷却剂排出通道34包括适于与外部冷却***(未示出)连接的主出口O，该外部冷却***配置用于经由主出口O接收从冷却剂排出通道34排出的冷却剂F。在图1所示的电池***110的实施方式中，冷却剂排出通道34是电池***110的部分。在可选的实施方式中，冷却剂排出通道34可以是外部冷却***的部分。
由于冷却剂供应通道32向主通道301、302、303、304中的任一个供应冷却剂F并且冷却剂排出通道34接收从主通道301、302、303、304中的每个排出的冷却剂，所以可以认为主通道301、302、303、304在由主通道301、302、303、304与冷却剂供应通道32和冷却剂排出通道34一起形成的通道***内并联连接。因此，由冷却剂供应通道32提供的冷却剂F分成几个冷却剂流F1、F2、F3、F4，使得当冷却***工作并向冷却剂供应通道32供应冷却剂时，这些冷却剂流F1、F2、F3、F4之一被引导通过主通道301、302、303、304中的对应一个(因此通过冷却器梁201、202、203、204中的对应一个)。对于主通道301、302、303、304中的每个，可以控制流过通道的冷却剂的量和冷却剂流过通道的速度，例如通过由冷却剂供应通道32提供冷却剂的压力和/或通过由相应主通道提供的截面流动面积来控制。
为了再次强调图1的电池***的一些重要特性，应当注意以下内容：为了不降低冷却器梁的热隔离效果，单体之间的大部分电连接件(汇流条)不沿着单体行(即在冷却器梁之上或穿过冷却器梁)连接单体。取而代之的是，大部分电连接件将不同单体行的单体互连。例如，参照图1，来自第一单体行810的热单体8011(在单体矩阵的左下角绘出)的汇流条E1112在y方向上连接到属于第二单体行820的下一单体8012。因此，单体8012仅通过汇流条E1112连接到热单体8011，但是在其邻接抵靠第一冷却器梁201的后侧上仍然被良好地冷却。然而，仍然需要一个汇流条E1323沿着单体行方向(x方向)电连接。从一个单体块到(在x方向上的)下一单体块的此汇流条必须设计为最小化热传递。这可以通过汇流条E1323与冷却器梁的热连接来实现(对应地，对于分别连接后面的单体组中的任两个邻近单体组的汇流条E2131、E3343、E4151、E5363、E6171；见上文)。利用所示的汇流条布置，可以最大程度地减少跨越(或穿过)冷却器梁的电连接件的所需数量。
根据本公开的电池***的两个可选实施方式在图3和图4中示意性示出。具体地，图3提供电池***120的第二实施方式的俯视图，图4提供电池***130的第三实施方式的俯视图。再次，在附图中绘出具有轴x、y、z的笛卡尔坐标系，以促进通过参照平行于轴的方向的描述。像图1所示的电池***110一样，图3的电池***120以及图4的电池***130包括第一单体行810、第二单体行820和第三单体行830，如由虚线标记的虚拟矩形所指示的。在这些单体行810、820、830的每个中，相应的单体80i1、80i2、80i3(第一索引i∈{1,2,3,4}表示单体关于x方向的位置，第二索引指相应的单体行)沿着x方向排列。此外，单体行810、820、830彼此平行布置并沿着y方向排列。为了简化示意图，所绘出的实施方式的单体行810、820、830中的每个仅包括四个电池单体。当然，可以获得可选的实施方式，其中电池***120或130使用如所示的对于单体的相同布置图案在x方向上延续，以便扩展电池***。此外，在可选的实施方式中，可以以与对于所绘出的单体行810、820、830所示出的相同的方式沿着y方向添加另外的单体行。
电池***120或130中的所有单体80ij(i∈{1,2,3,4},j∈{1,2,3})具有相同的棱柱形(长方体)形状，并取向为使得它们各自的前面逆着x方向显示并且它们各自的后面向着x方向显示(比较地，图2和关于图1的相应描述，其中单体以类似的方式取向)。在单体行810、820、830的每个中，各个单体80ij关于x方向彼此间隔开。多个冷却器梁201、202、203、204、205(在下文中，相应的附图标记被简称为20k，k∈{1,2,3,4,5})布置在电池***120或130中，其中每个冷却器梁20k平行于y方向延伸。具体地，当在x方向上观看时，第一冷却器梁201布置在单体行810、820、830中的每个的第一单体801j(j∈{1,2,3})前方。此外，第二冷却器梁202延伸穿过形成在单体行810、820、830中的每个的第一单体801j(j∈{1,2,3})和第二单体802j(j∈{1,2,3})之间的每个空间，其中每个单体行中的单体关于x方向计数。以类似的方式，第三冷却器梁203延伸穿过形成在单体行810、820、830中的每个的第二单体802j和第三单体803j之间的每个空间，第四冷却器梁204延伸穿过形成在单体行810、820、830中的每个的第三单体803j和第四单体804j之间的每个空间。最后，当在x方向上观看时，第五冷却器梁205布置在单体行810、820、830中的每个的最末(即相应的第四)单体804j(j∈{1,2,3})后方。
类似于以上在图1的上下文中已经描述的情况，每个冷却器梁20k(k∈{1,2,3,4,5})包括垂直于绘图平面(即平行于坐标系的y-z平面)并且背对x方向的平坦的第一侧以及同样垂直于绘图平面但是面向x方向的平坦的第二侧。因此，每个冷却器梁20k的第一侧和第二侧中的每个平行于电池***120或130中采用的每个单体80ij的前面和后面中的每个布置。
由于单体80ij和冷却器梁20k的这种布置，单体行810、820、830每个以与上面在图1所示的第一实施方式的上下文中已经描述的类似的方式被分成多个块。然而，与第一实施方式相比，在第二实施方式(图3)和第三实施方式(图4)中，单体行810、820、830被分成单体块，使得每个块仅包括单个电池单体。此外，单体的前面和后面中的每个明确地邻接抵靠相邻冷却器梁20k的相应的第二侧或第一侧。换句话说，在第二实施方式(图3)和第三实施方式(图4)中，每个单体布置在两个冷却器梁之间并以其两个面明确地邻接抵靠冷却器梁。由于单体的前面和后面是单体的最大面(见关于图2)，所以保证了在冷却器梁20k和单体80ij之间的优异热交换。然而，由于每个单体的两个大的面与冷却器梁热接触，所以由图3和图4所示的实施方式的冷却器梁20k提供给单体80ij的冷却效果(当冷却***工作时；见下文)与由第一实施方式(图1)提供的冷却效果相比甚至更高效，在第一实施方式中每个单体的前面和后面中的仅一个涉及到与冷却器梁的热交换。事实上，图3和图4所示的实施方式中的可用于热交换的面积是第一实施方式(图1)中的两倍。因此，第二实施方式(图3)和第三实施方式(图4)提供与冷却器梁的最大热交换，因此允许关于冷却效果的最大效率。
类似于以上参照图1已经说明的情况，由于电池行810、820、830被多个冷却器梁20k横截，电池***120或130的单体80ij被分组为几个组。具体地，每组包括位于一对相邻的冷却器梁之间的单体中的任何一个。也就是说，在第二实施方式(图3)和第三实施方式(图4)中，当在x方向上观看时，第k组单体由位于第k冷却器梁20k和第k+1冷却器梁20k+1(k∈{1,2,3,4})之间的单体集合{80i1,80i2,80i3}给出。
再次，每个组的单体彼此串联电连接。电连接可以通过导线或汇流条建立。例如，关于第一组，在图3和图4所示的单体矩阵的左下角中绘出的单体8011的端子之一经由汇流条E1112连接到第一组中挨着它(关于y方向)布置的单体8012的端子，并且后者即单体8012的另一端子通过另一汇流条E1213连接到第一组中的第三单体8013的端子。当然，必须实现连接，使得负极端子仅与正极端子连接，以便建立串联连接。相同的方案以对应的方式应用于包括在电池***120、130中的每个其它单体组。此外，单体组本身彼此串联电连接。例如，参照图3和图4，第一组借助于汇流条E1323连接到第二组，汇流条E1323将第一组的最右边的单体8013的端子与第二组的最右边的单体8023的端子电连接。此外，第二组借助于另一汇流条E2131连接到第三组，汇流条E2131将第二组的左边的单体8021的端子与第三组的左边的单体8031的端子电连接。于是，第三组以类似的方式通过另一汇流条E3343连接到第四组。当然，组的连接也必须实现为使得负极端子仅与正极端子连接，以便建立串联连接。于是，每个组串联连接，并且在每个组内，单体串联连接。因此，包括在电池***120或130中的整个单体集合串联连接。于是在如图3和图4所示的单体矩阵中在左下角中绘出的单体8011的自由端子和在左上角中绘出的单体8041的自由端子可以用作整个电池***120、130的第一端子T1和第二端子T2。注意，在第二实施方式(图3)和第三实施方式(图4)的布置中，类似于第一实施方式(图1)的情况，每个冷却器梁20k仅由一个汇流条跨过或交叉。因此，在所描述的实施方式的每个中，经由这些组之间的电连接而在相邻的单体组之间的不需要的热传递被减少到最小。
此外，主通道集成在冷却器梁201、202、203、204、205的每个中。例如，第一主通道301集成到第一冷却器梁201中，第二主通道302集成到第二冷却器梁202中。一般地，根据图3和图4的实施方式，第k主通道30k集成到相应的第k冷却器梁20k(k∈{1,2,3,4,5})中。在图3和图4中，为了简单起见，主通道30k被绘出为与相应的冷却器梁20k相同。这可以对应于如下面参照图5A说明的主通道的实现。然而，如图5B所示的主通道的可选实现也可以用于根据本公开的电池***120、130的第二实施方式和/或第三实施方式中。每个主通道30k配置用于沿着主通道集成到其中的冷却器梁20k的整个长度引导冷却剂。因此，当冷却剂流过主通道时，通过冷却器梁的材料在明确地邻接抵靠相应冷却器梁的每个电池单体和冷却剂之间发生热交换。因此，如果冷却剂的温度低于邻接抵靠相应冷却器梁的电池单体的温度，这些单体在由电池***120或130提供的布置中被冷却。此外，由于由冷却器梁提供的机械分离以及使冷却剂在冷却器梁内流动的运动(其将由冷却剂接收的热传送离开其中产生热的区域(例如，电池单体的受热事件影响的区域))，避免或至少显著地延缓电池***120、130的一个组中发生的热事件(例如，热失控)向其它组的传播。这已经在以上在图1的上下文中更详细地说明。
图3所示的第二实施方式和图4所示的第三实施方式在以下方面彼此不同：如何将未用过的冷却剂(即，还没有从电池单体80ij接收热的冷却剂)供应到每个主通道30k，以及如何从主通道30k排出已经流过主通道30k的冷却剂(使用过的冷却剂)。在如图3所示的第二实施方式中，冷却剂供应和冷却剂排出以与以上参照图1在第一实施方式的上下文中描述的类似的方式实现。具体地，每个主流道30k包括入口(图3中的相应主流道的左端)和出口(图3中的相应主流道的右端)。冷却剂供应通道32连接到每个主通道30k的入口。此外，冷却剂排出通道34连接到每个主通道30k的出口。换句话说，冷却剂供应通道32流体连接到每个主通道30k，冷却剂排出通道34也与每个主通道30k流体连接。于是，可以通过冷却剂供应通道32向每个主通道30k供应未用过的冷却剂，因此，从主通道30k排出的使用过的冷却剂被冷却剂排出通道34接收。因此，在如图3所示的电池***120的第二实施方式中，主通道301、302、303、304、305可以被认为在由主通道301、302、303、304、305与冷却剂供应通道32和冷却剂排出通道34一起形成的通道***内并联连接。
如图4所示的根据本公开的电池***130的第三实施方式提供连接主通道301、302、303、304、305的可选方式。再次，每个主通道30k(k∈{1,2,3,4,5})包括入口Ik(图4中的相应主通道的一端)和出口Ok(图4中的相应主通道的另一端)。然而，这里，对于每个主通道30k(除了第五主通道305之外，即k∈{1,2,3,4})，当在x方向上观看时，相应的出口Ok与相应的下一主通道30k+1的入口Ik+1连接。连接通过多个相应的连接通道3612、3623、3634、3645来实现。具体地，第一主通道301的出口O1经由第一连接通道3612连接到第二主通道302的入口I2。同样地，第二主通道302的出口O2经由第二连接通道3623连接到第三主通道303的入口I3。然后，第三主通道303的出口O3经由第三连接通道3634连接到第四主通道304的入口I4，最后，第四主通道304的出口O4经由第四连接通道3645连接到第五主通道305的入口I5。
此外，第一主通道301的入口I1连接到冷却剂供应通道32，第五(最末)主通道305的出口O5连接到冷却剂排出通道34。因此，在如图4所示的电池***130的第三实施方式中，主通道301、302、303、304、305可以被认为在由主通道301、302、303、304、305与连接通道3612、3623、3634、3645和冷却剂供应通道32以及冷却剂排出通道34一起形成的通道***内串联连接。
在电池***120的第二实施方式(图3)和电池***130的第三实施方式(图4)的每个中，冷却剂供应通道32包括适于与外部冷却***(未示出)连接的主入口I，该外部冷却***配置用于经由主入口I向冷却剂供应通道32供应未用过的冷却剂FI。在电池***120、130的第二实施方式和第三实施方式中，冷却剂供应通道32是电池***120、130的部分。在可选的实施方式中，冷却剂供应通道32可以是外部冷却***的部分。此外，冷却剂排出通道34包括适于与外部冷却***(未示出)连接的主出口O，该外部冷却***配置用于经由主出口O接收从冷却剂排出通道34排出的使用过的冷却剂FO。在电池***120、130的第二实施方式和第三实施方式中，冷却剂排出通道34是电池***120、130的部分。在可选的实施方式中，冷却剂排出通道34可以是外部冷却***的部分。
当然，在以上参照图1、图3和图4描述的实施方式的每个中，通过使用通道***的主入口I作为出口并使用通道***的主出口O作为入口，冷却剂的流动方向和通道***内的任何点可以反转。换句话说，通道***对电池***110、120或130的冷却效果不受这样的反转操作影响。
图5A和图5B的每个以示意的方式示出穿过可用于根据本公开的电池***中的冷却器梁20的两个可选示例的截面切口。在示例中，冷却器梁20与两个电池单体80i,j和80i+1,j相邻布置并在它们之间。因此，冷却器梁20可以是图1所示的第一实施方式中的第一冷却器梁201、第二冷却器梁202、第三冷却器梁203、第四冷却器梁204中的任何一个，或者是图3和图4所示的第二实施方式或第三实施方式中的第二冷却器梁202、第三冷却器梁203、第四冷却器梁204中的任何一个。此外，电池单体80i,j和80i+1,j属于根据本公开的电池***中的同一单体行(第j单体行)。例如，在图5A和图5B中的右侧绘出的单体80i,j(在下文简称为“右单体”)可以对应于前述第一、第二或第三实施方式之一的第二单体行的第三单体8032，在图5A和图5B中的左侧绘出的单体80i+1,j(在下文简称为“左单体”)可以对应于相应实施方式的第二单体行的第四单体8042(于是，为了获得此示例，可以设定i＝3并且j＝2)。于是，也在图5A和图5B中绘出的笛卡尔坐标系与前述图1至图4的坐标系一致。
在图5A的示例中，冷却器梁20的截面轮廓具有矩形形状。具体地，冷却器梁包括邻接抵靠右单体80i,j的后面89i,j的第一壁20a和邻接抵靠左单体80i+1,j的前面88i+1,j的第二壁20b。为了在冷却器梁20和单体80i,j、80i+1,j之间建立机械固定，后者可以附着到冷却器梁20。这可以通过粘合剂来实现。例如，第一粘合剂层26a可以布置在右单体80i,j的后面89i,j和第一壁20a的外面之间，对应地，第二粘合剂层26b可以布置在左单体80i+1,j的前面88i+1,j和第二壁20b的外面之间。于是，第一壁20a的外面形成冷却器梁20的第一侧22a，第二壁20b的外面形成冷却器梁20的第二侧22b。此外，冷却器梁20包括底壁20c和顶壁20d。底壁20c将第一壁20a和第二壁20b的底边缘(关于图1)彼此连接，顶壁20d将第一壁20a和第二壁20b的顶边缘(关于图1)彼此连接。因此，冷却器梁20的截面轮廓围绕适于引导诸如冷却剂的流体的空间30。换句话说，冷却器梁20本身配置为用作通道30，因为管道由冷却器梁20的第一壁20a和第二壁20b以及底壁20c和顶壁20d的全部来形成。于是，集成在冷却器梁20中的主通道由通道30形成。
在图5A的示例中的冷却器梁20必须设计为具有足够的机械稳定性，以克服沿着单体堆叠(即沿着x方向)的单体膨胀力。然而，同时，沿着单体堆叠的热导率应当被最小化。为了在热失控(大约700℃)的情况下保护冷却器梁20免受单体的高温影响，冷却器梁20可以优选地由钢制成，这有助于实现前述两种设计要求。
如由在左单体80i+1,j内绘出的火焰符号R指示的，与冷却器梁20相邻的单体之一可能受到诸如热失控(在热失控的情况下，可能产生约700℃的温度)的热事件(即在电池单体内出现或产生异常高温)影响。在图5A中，通过根据大的标度(scale)对单体内的区域进行染色来示意性地指示温度(在没有参考值的相对标度上)，其中浅灰色表示相对低的温度或单体的正常工作温度，中灰色表示中等温度，深灰色表示由热事件产生的高温。热事件R可以通过与评估单元(未示出)连接的合适的检测***(未示出)来检测，该评估单元可以例如集成在根据本公开的电池***(见上文)的电池管理单元(BMU；未示出)中。当检测到热事件时，BMU可以启动与电池***的通道***连接的冷却***。例如，参照图1、图3和图4所示的实施方式(见上文)，冷却***可以连接到电池***110、120或130的冷却剂供应通道32的主入口I，并且可以进一步配置为向冷却剂供应通道32供应未用过的冷却剂。对应地，冷却***可以连接到冷却剂排出通道34的主出口O并配置为接收从电池***的主通道排出的使用过的冷却剂。因此，在启动之后，具有比单体低得多(特别是低于受热事件R影响的单体的温度)的温度(例如35℃)的冷却剂被引导通过每个主通道。于是，在这种情况下，在受热事件R影响的左单体80i+1,j和在通道30内流动的冷却剂之间的区域中出现温度梯度。由于第二壁20b在该示例中正好位于此区域中，所以通过第二壁20b的材料产生热传递。具体地，热从左单体内的热区域通过第二壁20b传播到主通道30内的冷却剂中。由此，热能从左单体80i+1,j释放，并且左单体80i+1,j的温度从而降低。如从图5A可见，第二壁20b的大部分内侧23b热连接到冷却剂。因此，通过第二壁20b传播的大部分热能将被冷却剂接收，因此被引导离开热事件R的区域并最终排出电池***。只有相当少量的热能可以经由底壁20c和顶壁20d传播到相对的第一壁20a，从而升高相对的第一壁20a的温度。由于底壁20c和顶壁20d也每个接触冷却剂并因此被冷却，所以这种效应被进一步减弱。因此，极大地阻止从左单体80i+1,j到右单体80i,j的热传递。因此，甚至在左单体80i+1,j中发生热事件的情况下，右单体80i,j的温度也保持低于例如150℃。
如上面已经指示的，在图5A的示例中的冷却器梁20优选地由钢制成。与铝相比，钢的较差的热导率可以通过大得多的冷却表面(即前面88i+1,j和冷却器梁20的第二侧22b的面积)得到良好地补偿。钢材料有助于为冷却器梁20提供足够的稳定性，以抵抗当工作时或在热事件的情况下从单体产生的单体膨胀力。此外，由于钢材料，极大地减小了存在于左单体80i+1,j和右单体80i,j之间的材料的所需截面，这导致在左单体80i+1,j和右单体80i,j之间的较低的热导率。
在图5B中示出冷却器梁20的另一示例，其可以由铝制成。优选地，在此示例中的冷却器梁20被制造为铝挤压型材。像图5A的冷却器梁一样，图5B所示的冷却器梁20包括邻接抵靠右单体80i,j的后面89i,j的第一壁20a和邻接抵靠左单体80i+1,j的前面88i+1,j的第二壁20b。然而，与图5A的冷却器梁相比，图5B所示的冷却器梁20不包括底壁或顶壁。替代地，在内侧(即第一壁20a的面对第二壁20b的侧23a和第二壁20b的面对第一壁20a的侧23b)的每个上布置多个管道。在该示例中，三个第一管道41a、41b、41c布置在第一壁20a的内侧23a上，第二管道42a、42b、42c布置在第二壁20b的内侧23b上。管道41a、41b、41c、42a、42b、42c中的每个可以沿着y方向(即垂直于绘图平面)延伸跨越冷却器梁20的整个长度。每个管道包括配置用于引导冷却剂的空腔C。管道成对地定位，使得对于每对，管道在壁20a、20b的相对的内侧23a、23b上彼此相对地布置。例如，一对可以位于壁20a、20b的顶边缘附近(术语“顶”、“底”、“上”等在本上下文中参照图5B使用)。此对包括布置在第一壁20a的内侧23a上的第一顶管道41a和布置在第二壁20b的内侧23b上的第二顶管道42a，第二顶管道42a关于x方向与第一顶管道41a相对地定位。为了给冷却器梁20提供机械稳定性，第一顶管道41a和第二顶管道42a通过上杆或肋44a彼此机械连接。杆或肋44a在第一顶管道41a的面对第二壁20b的区域上连接到第一顶管道41a。对应地，杆或肋44a在第二顶管道42a的面对第一壁20a的区域上连接到第二顶管道42a。因此，上杆或肋44a不与第一壁20a和第二壁20b中的任何一个直接机械接触。因此，上杆或肋44a也不与第一壁20a和第二壁20b中的任何一个直接热接触。此外，当冷却剂流过第一顶管道41a和第二顶管道42a时，第一顶管道41a和第二顶管道42a被冷却，使得这些管道上的背对其上布置所述管道的壁20a、20b的相应内侧23a、23b的区域将具有比相应内侧23a、23b低的温度。换句话说，由于通过冷却剂的主动冷却和避免与内侧23a、23b的直接机械接触这两种效果，在图5B的示例中最小化在冷却器梁20的第一壁20a和第二壁20b之间的热交换。在该示例中，与壁20a、20b的内侧23a、23b上的外侧相对布置的另一对管道41c、42c以关于沿着x方向的组装的对应方式布置在壁20a、20b的底边缘处，并且又一对管道41b、42b以与如前所述的类似的方式布置在壁20a、20b的内侧23a、23b的居中区域(关于z方向)中。
在图5B的示例中的冷却器梁20必须提供足够的机械稳定性以克服沿着单体堆叠(即沿着x方向)的单体膨胀力，同时，应当将沿着单体堆叠的热导率最小化。如上面已经指示的，在此示例中的冷却器梁20优选地设计为铝挤压型材。为了保护铝免受单体的非常高的温度影响，因此在单体的侧面上(在正常工作模式期间，特别是在热事件期间)，可以在单体和冷却器梁20之间使用附加的云母片24a、24b或类似材料。这种材料将减缓从单体到冷却器梁20的热传递，并将允许冷却器梁20保持在较低的温度。铝挤压型材以这样的方式设计，即冷却剂(例如冷却水)在每侧流过多个管道41a、41b、41c、42a、42b、42c。为了最小化跨越冷却器梁20的热连接，仅小的杆或肋44a、44b、44c连接冷却器梁20的左半部和右半部。此外，这些连接基于冷却管道41a、41b、41c、42a、42b、42c，而不是基于壁20a、20b。
当诸如热失控的热事件发生(例如在左单体80i+1,j中，如再次由在该单体内绘出的火焰符号R所指示的(见关于图5A的以上说明))时，由于以下几个效果，通过图5B所示的冷却器梁20的构造极大地阻止向右单体80i,j的热传播：(i)左单体80i+1,j以及右单体80i,j通过与冷却剂的热交换而被冷却。(ii)通过冷却器梁20的实心构件(这里：杆或肋44a、44b、44c)最小化在第一壁20a和第二壁20b之间的机械接触。(iii)杆或肋44a、44b、44c本身被冷却剂冷却，并且另外布置在管道41a、41b、41c、42a、42b、42c的“被冷却区域”上，如上所述。
在某些情况下，冷却器梁的可选示例可以是足够的，其基本上类似于图5A所示的冷却器梁20，除了管道的布置(其适配为使得管道仅布置在内侧23a、23b之一上)之外。例如，在图3和图4所示的电池***中，如果冷却器梁打算用作第一梁201或最末(第五)梁205，则这是有意义的。由于这些冷却器梁在电池***120或130中布置为使得单体仅与它们的第一侧和第二侧中的一个相邻地布置，所以相应的另一侧不需要被冷却，因此不需要与提供在该冷却器梁中的管道热接触。
附图标记
20、201、202、203、204、205、20k 冷却器梁
20a、20b、20c、20d 壁
22a 冷却器梁的第一侧
22b 冷却器梁的第二侧
23a、23b 冷却器梁的内侧
24a、24b 热绝缘层
26a、26b 粘合剂层
30、301、302、303、304、305、30k 主通道
32 冷却剂供应通道
34 冷却剂排出通道
3612、3623、3634、3645 连接通道
41a、41b、41c 管道
42a、42b、42c 管道
44a、44b、44c 杆或肋
80、80i,j、80i+1,j 电池单体
8011、8021、8031、8041、8051、8061、8071、8081 (第一单体行的)电池单体
8012、8022、8032、8042、8052、8062、8072、8082 (第二单体行的)电池单体
8013、8023、8033、8043、8053、8063、8073、8083 (第三单体行的)电池单体
81、82 (电池单体的)端子
83 排气出口
84 顶面
86 侧面
88、88i+1,j 前面
89i,j 后面
110、120、130 电池***
810 第一单体行
820 第二单体行
830 第三单体行
b12 在第一单体行和第二单体行之间的区域
b23 在第二单体行和第三单体行之间的区域
C 空腔
E1112、E1213、E1323、E2131、E3343 汇流条
E4151、E5363、E6171、E2122、E2223 汇流条
E3132、E3233 汇流条
F 冷却剂
F1、F2、F3、F4 在主通道中的冷却剂流
FI 未用过的冷却剂
FO 使用过的冷却剂
I 主入口
I1、I2、I3、I4、I5 (主通道的)入口
O 主出口
O1、O2、O3、O4、O5 (主通道的)出口
R 热事件(例如，热失控)
T1 (电池***的)第一端子
T2 (电池***的)第二端子
x，y，z 笛卡尔坐标系的轴

Claims (15)

1.一种电池***，包括：
多个单体行，每个所述单体行包括布置在沿着第一方向延伸的一行中的多个单体；
多个冷却器梁；以及
通道***，包括多个主通道，每个所述主通道配置用于引导冷却剂，
其中每个所述单体具有棱柱形形状，所述棱柱形形状关于所述第一方向由平坦的前面和平坦的后面限制，所述平坦的前面和所述平坦的后面的每个垂直于所述第一方向布置，其中，当在所述第一方向上观看时：对于每个单体，所述前面布置在所述后面前方，每个所述单体的所述棱柱形形状关于第二方向由第一侧面和第二侧面进一步限制并关于第三方向由顶面和底面进一步限制，
其中每个所述单体行被细分成多个块，每个所述块包括至少一个单体，并且每个所述块具有前侧和后侧，其中当在所述第一方向上观看时，所述前侧由所述块的所述至少一个单体中的第一单体的所述前面形成，所述后侧由所述块的所述至少一个单体中的最末单体的所述后面形成，
其中每个所述冷却器梁关于所述第一方向由平坦的第一侧和平坦的第二侧限制，所述第一侧和所述第二侧中的每个垂直于所述第一方向布置，并且当在所述第一方向上观看时，所述第一侧布置在所述第二侧前方，
其中，对于每个所述块，所述块的所述前侧明确地邻接抵靠所述多个冷却器梁中的一个的所述第二侧，和/或所述块的所述后侧明确地邻接抵靠所述多个冷却器梁中的另一个的所述第一侧，以及
其中，对于每个所述冷却器梁，所述多个主通道中的一个集成在所述冷却器梁中并热连接到所述冷却器梁。
2.根据权利要求1所述的电池***，
还包括具有基部的载体框架，
其中每个所述单体的所述底面面对所述基部，并且每个所述单体与所述基部热绝缘地布置。
3.根据权利要求1所述的电池***，其中在所述第二方向上彼此相邻布置的任何两个单体的彼此面对的侧面是彼此热绝缘的。
4.根据权利要求2所述的电池***，
其中每个所述单体与所述基部的热绝缘包括气隙或至少部分气隙，或者包括绝缘层；和/或
其中关于所述第二方向彼此相邻布置的任何两个单体之间的热绝缘包括气隙或至少部分气隙，或者包括绝缘层。
5.根据权利要求1所述的电池***，其中所述单体的所述前面和所述后面中的每个具有比所述单体的所述第一侧面和所述第二侧面中的每个大的面积。
6.根据权利要求1所述的电池***，其中每个所述冷却器梁明确地邻接抵靠每个单体行的至少一个块的所述前侧和所述后侧之一。
7.根据权利要求6所述的电池***，
其中所有的单体行包括相同数量的块，
其中，当在所述第一方向上观看时，对于每个所述单体行，所述多个块中的第一块的所述后侧明确地邻接抵靠所述多个冷却器梁中的一个的所述第一侧，所述多个块中的最末块的所述前侧明确地邻接抵靠所述多个冷却器梁中的一个的所述第二侧，以及
其中，当在所述第一方向上观看时，对于在所述多个单体行的一个中的布置在所述单体行的所述第一块和所述最末块之间的每个块，所述块的所述前侧明确地邻接抵靠所述多个冷却器梁中的一个的所述第二侧，所述块的所述后侧明确地邻接抵靠所述多个冷却器梁中的一个的所述第一侧。
8.根据权利要求1所述的电池***，
其中每个块包括至多两个单体，或
其中每个块包括单个单体。
9.根据权利要求1所述的电池***，
其中每个所述冷却器梁包括沿着所述第二方向延伸的管道，
所述管道具有第一平坦侧部，所述第一平坦侧部在其外表面处形成包括所述管道的所述冷却器梁的所述第一侧，并且
所述管道具有第二平坦侧部，所述第二平坦侧部在其外表面处形成包括所述管道的所述冷却器梁的所述第二侧。
10.根据权利要求1所述的电池***，其中每个所述冷却器梁包括布置在两个热绝缘层之间的铝冷却器芯。
11.根据权利要求10所述的电池***，
其中所述铝冷却器芯包括第一壁和第二壁，
所述第一壁和所述第二壁每个沿着所述第二方向延伸并关于所述第一方向彼此相对地布置，其中，当在所述第一方向上观看时，所述第一壁布置在所述第二壁前方。
12.根据权利要求11所述的电池***，其中，对于每个所述冷却器梁，集成到所述冷却器梁中的所述主通道包括：
至少一个第一冷却管道，每个第一冷却管道沿着所述第二方向延伸并布置在所述第一壁的面对所述第二壁的侧上；以及
至少一个第二冷却管道，每个第二冷却管道沿着所述第二方向延伸并布置在所述第二壁的面对所述第一壁的侧上。
13.根据权利要求12所述的电池***，
其中所述第一壁和所述第二壁通过杆或肋彼此连接，
其中每个所述杆或肋在所述第一冷却管道之一和所述第二冷却管道之一之间延伸。
14.根据权利要求1所述的电池***，还包括：
冷却***，配置用于被激活和去激活；
电池管理单元；以及
检测***，配置用于对于所述单体中的一些或全部检测在所述单体中是否发生热事件，
其中所述检测***进一步配置用于当已经检测到所述热事件时向所述电池管理单元发送信号，
其中所述电池管理单元进一步配置用于从所述检测***接收信号并用于在从所述检测***接收到信号时激活所述冷却***，以及
其中所述冷却***进一步配置用于当被激活时向每个所述主通道供应冷却剂。
15.一种车辆，包括至少一个根据权利要求1至14中的任一项所述的电池***。
CN202310439244.9A 2022-04-22 2023-04-23 电池***以及包括该电池***的车辆 Pending CN116936994A (zh)

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