CN101651226B

CN101651226B - 电储能单元

Info

Publication number: CN101651226B
Application number: CN2009101511855A
Authority: CN
Inventors: 弗洛里安·莫尔多万; 汉斯-格奥尔格·赫尔曼; 马丁·施泰因巴赫
Original assignee: Behr GmbH and Co KG
Current assignee: Mahle Behr GmbH and Co KG
Priority date: 2008-07-24
Filing date: 2009-07-23
Publication date: 2013-10-30
Anticipated expiration: 2029-07-23
Also published as: EP2148385B1; DE102008034841A1; EP2148385A1; CN101651226A

Abstract

本发明涉及一种电储能单元，它具有至少一个储能元件，所述储能元件包括一个电储能单元和至少一个固定在前者上的冷却元件，其中，冷却元件具有一个分段，它在至少一侧上从电储能单元的表面突出来。此外，电储能单元还具有一个支撑装置，用于固定至少一个储能元件，其中，一个冷却板布置在这个支撑装置上，并且这个支撑装置包括一个杠杆机构，它用于将冷却元件压在冷却板上，从而使从冷却元件上自电储能单元的表面突出来的分段与冷却板形成有效的热接触。

Description

电储能单元

技术领域

本发明涉及一种电储能单元。

背景技术

良好的冷却对于现代的电储能器如汽车中的电池来说是不可少的，它的作用是使在将储存的化学能转化为电能的过程中所产生的热量能够迅速散发，从而避免储能器受损或毁坏。

在传统的方法中已知有若干方案来解决类似的问题。例如，在专利申请DE 10 2008 028 400.9中公开了不同实施形式中的电池的冷却片与冷却板的连接方式。

此外，在专利申请DE 102007066944.4中公开了一种扁平电池的冷却装置，它具有形成导热路径的冷却片。需提到的一点是，这些散热片与冷却板之间存在着热接触；这个热接触应通过浇铸制成，以保证连接的稳定性。

在现有技术中，冷却片也被装入到一组扁平电池中，并且冷却片的端部从这组电池中突出来；突出的端部大多数情况下通过空气冷却。

在专利申请DE 102007031674.9中描述了一种放电器复合件，它可通过喷注(或者在另一个实施形式中通过压接)带有塑料。这种金属-塑料复合件既可传导电流和热流，也可通过塑料铆钉固定在冷却板上。

但现有技术中的这些解决方案具有缺点。例如，通过粘接或浇铸工艺将冷却片固定在冷却板上的方法，不能保证其达到所需的坚固性和工艺能力，特别是按照规定所必需的固化时间使得工序节拍的设计不具有自由度——例如大批量生产所需的节拍。而且客户常常不想通过空气进行冷却(原因是噪音及不具优点的“预装包”)。

此外，前面所述的金属-塑料复合件是以所谓的放电器冷却的设想为基础，也就是说通过电路冷却。但是，当冷却器和放电器之间出现短路时，不仅电气连接被中断，而且热传导也随之中断，这会导致灾难性的故障，在这种情况下，客户提出了通过无电位的导热路径进行冷却的要求。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种能够对电储能单元进行简单且有效地冷却的方案。

该目的由下述电储能单元实现。本发明提供一种具有以下特征的电储能单元：

-至少一个储能元件，它包括一个电储能元件和至少一个固定在前者上的冷却元件，其中，冷却元件具有一个分段，它在至少一侧从电储能元件的表面突出来；

-一个支撑装置，用于固定该至少一个储能元件，其中，一个冷却板布置在这个支撑装置上，并且这个支撑装置包括一个杠杆机构(Hebelmechanismus)，它用于将冷却元件压在冷却板上，从而使从冷却元件上从电储能单元的表面突出来的分段与冷却板形成有效的热接触。

本发明以下面的认识为基础，即提供一种对电储能单元进行简单且有效的冷却的可能性在于，储能元件在机械上通过杠杆机构固定在一个支撑装置中，而自冷却元件上从储能单元中突出来的导热分段与冷却板热接触。通过杠杆机构可便捷有效地将已预制的、包括一个电储能元件及一个固定在其上的冷却元件的储能单元安装到支撑装置中并固定，而不用担心破坏热传导性能。在这里，冷却元件上从电储能单元的表面突出来的一个分段被压在支撑装置中的冷却板上，从而使功率输出时在电储能单元中产生的热量通过冷却元件散发到冷却板上。

本发明的优点在于，已预制好的储能单元与固定在其上的冷却元件通过杠杆机构的操作可十分便捷地组装成紧凑的电储能单元，而不需要花较长的时间等待粘接剂固化干燥。同时，可保证由电储能单元发出的热量通过冷却元件迅速地散发到冷却板上。与现有技术相比，便于制造的电储能单元的成本低，并可作为紧凑的模块迅速地安装到更大的单元中去。

在本发明的一个较佳实施形式中，杠杆机构在设计上向电储能单元的一侧上的冷却元件施加压力，而在相对的另一侧，冷却元件从电储能单元的表面突出来。这样的优点在于，通过杠杆机构的杠杆作用，从电储能单元上与冷却元件突出来的分段相对的一侧，向冷却元件上突出来的分段施加压力。通过这种方式，压力横穿过储能元件，从而使支撑装置中的储能元件稳定下来。

在本发明的另一个实施形式中，储能元件可具有一个冷却元件的第二分段，它在另一侧从电储能单元的表面突出来，并与冷却元件的另一个从电储能单元表面突出来的分段相对，其中，杠杆机构用于向冷却元件的第二分段施加压力。本发明的这种实施形式的优点在于，冷却元件突出来的分段的散热面积增大。此外，施加到冷却元件突出来的第二分段上的压力，使支撑装置中的这个冷却元件变得稳定，因为冷却元件突出来的第二分段的接触面通常明显小于电储能单元的表面，从而使在杠杆机构-储能元件的接触点上施加到储能元件上的压力变大，进而使储能元件在支撑装置中“打滑”的可能性变小。

较佳的是，按照一个实施形式的电储能单元包括至少一个第二储能元件，它包括一个第二电储能单元和一个在它上面固定的第二冷却元件，其中，第二冷却元件具有一个分段，它在至少一侧从第二电储能单元的表面上突出来，并且支撑装置的杠杆机构同样用于将第二冷却元件压到冷却板上，从而使自第二冷却元件上从第二电储能单元的表面突出来的分段与冷却板形成有效的热接触。本发明的这种实施形式使紧凑的储能单元具有以下优点：包括一个由一个冷却片和两个电池组成的组件的各电池盒能够便捷地组装在一起。同时，例如作为冷却元件的两个相邻冷却片之间可实现公差补偿，从而使这种储能元件的极小的制造公差也能得到补偿。

另外，在本发明的一个补充或者备选的实施形式中，冷却元件或者第二冷却元件包括一个冷却片，它由铝、铜和/或涂有铜的铝组成。本发明的这种实施形式的优点在于，电储能单元的热量能够迅速散发，因为铝或者铜具有优良的导热性能。

为了使冷却元件或第二冷却元件具有稳定的结构，冷却元件和/或第二冷却元件可包括多个冷却片。冷却片的数量增加一倍(或者增加多倍)，将会提高冷却元件的稳定性，特别是突出来的分段的稳定性，从而使突出来的分段能够承受更大的压力。

在本发明的另一个实施形式中，多个冷却片可通过一个闭合折边(Schlieβfalz)相互连接。这种闭合折边使冷却片的连接可承受重载，从而使冷却元件能够承受的由杠杆机构施加的压力，大于一个单独的片或不带有闭合元件的片组合所承受的压力。

在本发明的另一个实施形式中，冷却元件的厚度可为0.2到2mm。冷却元件的这个厚度范围，一方面保证了冷却元件上用于散热的表面积较大，另一方面还保证其具有足够的稳定性，在承受由杠杆机构施加的压力时不会出现变形。

冷却板还可具有至少一个缺口，其作用是以在一个压合座中接纳冷却元件和/或第二冷却元件的突出来的分段。这样可以确保，冷却元件的突出来的分段和/或第二冷却元件的突出来的分段在冷却板上不打滑，并且支撑装置因此而具有一个稳固且紧凑的结构。

在本发明的另一个实施形式中，冷却元件和/或第二冷却元件可通过粘接的方式固定在冷却板上。这样就确保通过提高冷却元件和冷却板之间的连接牢固性，从而进一步提高所形成的组件的稳定性。

在本发明的一个备选或补充的实施形式中，支撑装置的杠杆机构包括一个螺栓连接和一个与螺栓连接一起向冷却元件和/或第二冷却元件施加压力的压块(Druckstück)。通过这种方式可向储能元件和/或冷却元件施加一个确定的压力，但同时又保证了组件的便捷安装。

为了能够便捷地配合不同尺寸的储能元件，压块或螺栓连接与一个沿着支撑装置纵向的滑轨啮合。

此外，这个压块还可具有至少一个缺口，它用于接纳至少一个冷却元件和/或第二冷却元件的一段。在本发明的这种实施形式中，一方面可以稳固地固定储能元件，而另一方面也可在将一个以上的储能元件固定在支撑装置中时，通过压块的侧向“倾斜”进行公差补偿。

在本发明的另一个实施形式中，压块用于将压力均匀地施加到至少一个冷却元件和第二冷却元件上。这种实施形式是一种简单的更改，在这个实施形式中，若干冷却元件能够同时快速且低成本地被固定。

按照本发明的另一个实施形式，当用一个规定的力矩拧紧螺栓连接，以便在至少一个冷却元件上施加一个确定的压力时，可确保在拉紧杠杆机构时冷却元件不会出现变形，但同时也保证冷却元件稳定地固定在支撑装置中。在这里，在用一个规定的力矩拧紧螺栓连接时，可使用一个力矩扳手。

附图说明

下面通过附图对发明进行详细说明。其中，

图1为本发明的一个实施例的立体图；

图2是如图1所示的本发明实施例的俯视图；

图3是沿图2中所示的截线B-B的、如图1和2中所示的实施例的截面图；

图4是沿图2中所示的截线A-A的、图1所示的实施例的纵向局部截面图。

其中：

100 电储能单元 110 支撑装置

120 冷却板 130 支架、壁

140 滑轨 150 螺栓连接

160 压块 170 钩

180 缺口 300 电池、电储能元件

310 冷却元件，冷却片 420 公差补偿区

330 闭合折边

340 冷却元件上从电储能单元的表面突出来的分段

345 支脚 350 压合座

具体实施方式

在下面的附图中，相同或相似的元件使用相同或相似的附图标号，同时，对这些元件将不再重复描述。此外，附图及其说明和权利要求中包括多个组合的特征。在这里，对于专业技术人员来说很清楚的是，这些特征也可单独成立，或者它们也可进一步形成这里未明确描述的组合。

图1是按照本发明的一个实施例的电储能单元100的一个立体图。电储能单元100包括一个支撑装置110，它在底部具有一个冷却板120，在其侧壁具有支架130，并在上部区域具有滑轨140，用来连接两个侧面的支架130。压块160可通过螺栓连接件150(例如在每个侧面支架130上)固定在滑轨140上。压块160本身可通过一个钩170固定在相应的侧面支架130的一个缺口180中。通过这种方式，可确保压块160在侧面的支架130区域固定在滑轨140上，同时可通过螺栓连接件150操作一个杠杆机构。可选的是，压块160也可固定在滑轨140上的任意位置，以便将具有相应尺寸的储能元件固定在支撑装置110中。在这里，必要时也可在滑轨140上设置更多的固定孔，以使压力通过螺栓连接件150施加到后面所述的冷却元件上。

图2中是图1所示的电储能单元100的俯视图，其中，相应的元件带有按照图1所示的附图标号。此外，在图2的左面是截线A-A和B-B，由此给出了图3和4中所示的截面图的截面方向。

图3中是图1和2所示的本发明实施例的横断面图，从图中可以看到蓄电池(储能单元)的准确布置。在这里，截面方向对应图2中所示的截线B-B。

各电储能单元300(在图示的实施例中为两个)，例如储能器的蓄电池，固定有冷却元件310例如冷却片。固定可通过例如以下方式实现，即冷却片粘接到这些电储能单元上或者插到它们上面。电储能单元300和冷却元件310的这种紧凑连接也可被称为“储能元件”。

电池以机械方式悬挂在冷却片310上，并形成热接触(冷却)。冷却片不形成电流路径，这样，即使在短路时也不会产生灾难性的故障。

此外，电池300可在一侧或两侧带有冷却片310，或者冷却片310的两侧可带有电池300。

在电池叠置时的公差补偿可通过引入间隙320保证，所述间隙在必要时可用可压缩的材料充满。储能元件的冷却可通过与外部易于接触的冷却板120实现。

有利的是，冷却片310由导热性好的材料如铝、铜或涂有铜的铝制成。优选的厚度为0，2-2mm，这样，一方面有大面积的表面用于热吸收、导热或散热，另一方面同时也保证冷却片310具有良好的机械支撑性能。在必要时，冷区片可以弯曲件的形状成型，从而在截面上形成电池—冷却片—公差补偿区—冷却片—电池的分层。此外，冷却片310也适合由两个单独的片制成。这两个单独的片连接可通过例如闭合折边330实现。在图3中，这个闭合折边330布置在冷却元件310上部区域中的、从电储能单元300的表面突出来的分段340上。由冷却片的不同层面形成的组合，由闭合折边330封闭，在受压时具有很高的机械稳定性。

在图3所示的实施例中，冷却片310具有向两侧从电储能单元300的表面突出来的“支脚”，其中，为了与冷却片310的上部区域中突出的“支脚”更好地区分开来，在冷却片310的下部区域中的“支脚”(或者冷却片的分段)的附图标号为345。如图3所示，冷却板120和冷却片310之间的接触应通过下部的“支脚”345所形成的支承面实现。在这里，这些“支脚”345同样也是从电储能单元300的表面突出来的、冷却元件310的分段。

带有(在本实施例中为多个)电池300的冷却片310在与冷却板120相连的框架110中布置在冷却板120的上面。通过与框架110相连的压块160，沿冷却板120的方向压迫电池盒300、310或下部“支脚”345，从而在冷却板120和冷却片310之间形成热接触。为了改善热接触并加强结构的机械稳定性，冷却片310和冷却板120之间的接触点还通过一种粘接材料粘接(但在图3中未示)。

在拧紧螺栓连接150中的螺栓时引发了力的传递，力通过钩170、框架110(或者支架130)、压块160、滑轨140之间的杠杆机构传递到冷却片310或其突出的分段(“支脚”)345中，并作用到冷却板120上。力的转递可通过各元件的共同作用得到说明，如图4中的纵向局部截面图所示。

可替代的方案是，“支脚”345也可与冷却片分开单独制成，并与后者通过机械方式或材料锁紧的方式例如粘接相互连接，由此制成自身坚固的元件。通过这种方式能够自由地设计“支脚”，以便实现最优的热接触。

如果螺栓连接160的螺栓通过一个力矩扳手拧紧，那么就可以有目的地通过冷却片310确定压紧力，以便通过这种方式使预定的冷却片310的压力施加到冷却板120上，从而防止储能元件300、310在支撑装置100中“打滑”。

冷却片310可通过锥形的压合座350与冷却板120连接，如图3所示。在冷却板中优选地布置着圆锥体状的开口，但这在图3中未示。按照前面所述的作用原理，一个冷却片310或多个冷却片310压入到冷却板120上的开口中，从而产生形状配合的连接。在必要时可利用粘结剂进一步固定。

在图3中，通过具有两个储能元件的实施例对本发明进行说明。但对于专业技术人来说很清楚的是，本发明可仅通过一个储能元件300、310实现，或者可通过两个以上的储能元件300、310实现，而并不偏离本发明前面所述的使用杠杆机构原理的方法。因此，本发明并不局限于图3中所示的、在支撑装置中采用两个储能元件的实施形式。

按照本发明的另一个但在这里的图中未示的实施例，不同储能元件300、310的所有冷却片的压紧和固定可同时通过一个压板实现。但其缺点是，在冷却片之间不可能进行公差补偿，并且无法调节作用到各冷却片上的压力。但通过使用所述的压板可以简化设计，能够提高电储能单元的装配速度，同时减少装配错误。

本发明提供了包括冷却片的扁形电池、特别是在咖啡袋技术(CoffeeBag-Technologie)中的锂离子电池通过一个无电位的导热路径与一个冷却源接触并在它上面固定的方案。在这里所述的具体情况中，冷却片310固定在一个(例如金属的)冷却板120上。

带有电池300/与之粘接的冷却片310可在机械和热能上与一个冷却板有效的连接，而冷却片的接触和固定则应通过一个杠杆机构保证。

本发明的优点在于，可有效地装配各电池盒(即分别由一个冷却片和两个电池组成的组件)。在具体的实施形式中，它也通过压块必要时的倾斜来保证两个相邻的冷却片之间的公差补偿。此外，本发明还通过采用对所有的组件来说均是相同的、确定的螺栓连接的拧紧力矩来调节施加到冷却片上的压力。另外，只要冷却片不是粘接到冷却板上，所述的装配使得各电池盒能够迅速且有效的更换。

Claims

1.电储能单元(100)，包括以下特征：

至少一个储能元件(300,310)，它包括一个电储能元件(300)和至少一个固定在电储能元件(300)上的冷却元件(310)，其中，冷却元件(310)具有一个第一分段(345)，该第一分段在至少一侧上从电储能元件(300)的表面突出来；

一个支撑装置(110)，用于固定该至少一个储能元件(300,310)，其中，一个冷却板(120)布置在这个支撑装置(110)上，并且这个支撑装置(110)包括一个杠杆机构(140,150,160,170)，它用于将冷却元件(310)压在冷却板(120)上，从而使从冷却元件(310)上从电储能元件(300)的表面突出来的第一分段(345)与冷却板(120)形成热接触；

储能元件(300,310)具有冷却元件(310)的第二分段(340)，它从电储能元件(300)的表面突出来，并与冷却元件(310)的另一个从电储能元件(300)表面突出来并与冷却板(120)接触的第一分段(345)相对，其中，所形成的杠杆机构向冷却元件(310)的第二分段(340)施加压力；

冷却元件(310)包括多个冷却片；

多个冷却片通过一个闭合折边(330)相互连接；

闭合折边（330）布置在冷却元件（310）上部区域中的、从电储能元件（300）的表面突出来的第二分段（340）上。

2.根据权利要求1所述的电储能单元(100)，其特征在于，杠杆机构(140,150,160,170)向电储能元件(300)的一侧上的冷却元件(310)施加压力，而在相对的另一侧，冷却元件第一分段(345)从电储能元件(300)的表面突出来。

3.根据权利要求1或2所述的电储能单元(100)，其特征在于，包括至少一个第二储能元件(300,310)，它包括一个第二电储能元件(300)和一个在该第二电储能元件(300)上面固定的第二冷却元件(310)，其中，第二冷却元件(310)具有一个第一分段(345)，它在至少一侧从第二电储能元件(300)的表面上突出来，并且支撑装置(110)的杠杆机构(140,150,160,170)用于将第二冷却元件(310)压到冷却板(120)上，从而使从第二冷却元件(310)上从第二电储能元件(300)的表面突出来的第一分段(345)与冷却板(120)形成热接触。

4.根据权利要求3所述的电储能单元(100)，其特征在于，冷却元件(310)或者第二冷却元件包括一个冷却片，它由铝、铜或涂有铜的铝制成。

5.根据权利要求1或2所述的电储能单元(100)，其特征在于，冷却元件(310)的厚度为0.2到2mm。

6.根据权利要求3所述的电储能单元(100)，其特征在于，冷却元件（310）通过一锥形的压合座（350）与冷却板（120）连接。

7.根据权利要求3所述的电储能单元(100)，其特征在于，冷却元件(310)和/或第二冷却元件通过粘接的方式固定在冷却板(120)上。

8.根据权利要求3所述的电储能单元(100)，其特征在于，支撑装置(110)的杠杆机构(140,150,160,170)包括一个螺栓连接(150)和一个与螺栓连接(150)一起向冷却元件(310)和/或第二冷却元件施加压力的压块(160)。

9.根据权利要求8所述的电储能单元(100)，其特征在于，压块(160)或螺栓连接(150)在一个沿着支撑装置(110)纵向的滑轨(140)上啮合。

10.根据权利要求8或9所述的电储能单元(100)，其特征在于，压块(160)具有至少一个缺口，用于接纳至少一个冷却元件(310)和/或第二冷却元件的一段。

11.根据权利要求8或9所述的电储能单元(100)，其特征在于，压块(160)用于将压力均匀地施加到至少一个冷却元件(310)和第二冷却元件上。

12.根据权利要求8或9所述的电储能单元(100)，其特征在于，用一个规定的力矩拧紧螺栓连接(150)，以便在至少一个冷却元件(310)上施加一个确定的压力。