CN101772857A - 尤其用于混合动力驱动的电池组 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电池组(6)，该电池组包括至少一个设计为冷却板的温度控制单元(7)和至少两个单体原电池(1)，所述单体原电池分别具有一金属壳体(2)，其中该金属壳体(2)具有延伸部(3)，该延伸部可至少部分地接纳在温度控制单元(7)的相应的凹部(8)中。

Description

尤其用于混合动力驱动的电池组
技术领域
本发明涉及一种由多个单体电池组成的电池组，根据权利要求1的前序部分，这些单体电池在至少一边缘侧的区域内与能有效控制温度的温度控制单元至少间接地导热接触，正如当其例如应用在动力技术中、并在此尤其应用在至少支持电池组驱动的车辆技术中那样，并在此被当作已知的。
背景技术
电池组——尤其是如今常用于驱动车辆、例如电动车或混合动力车的基于镍氢或锂的所谓的大功率电池组——典型地由堆叠的棱柱形的原电池(也称为单体电池)组成。多个这种单体原电池相应地组合为电池组。单体原电池在工作中会强烈发热，所以必须进行冷却。
为了控制电池组箱中布置的多个单体电池的温度，优选为了冷却它们，已知的是，在至少一个边缘侧的区域内将单体电池至少间接地定位在能有效控制温度的温度控制单元上。
尤其是大功率电池组、例如用于低度混合动力车的锂离子电池组必须被强烈冷却以导出产生的散热。为此，温度控制单元优选设计为冷却板，尤其为换热器。较有利的是，该冷却是由通过空气调节循环的流体支持的间接冷却、或例如借助于可以同时流过温度控制单元和空气调节设备的流体进行的直接冷却。
目前为止，在通过空气调节循环进行冷却时，在电池组件处布置有冷却介质流过的冷却板或能有效控制温度的温度控制单元，通过蒸发空气调节冷却介质来冷却该冷却板或温度控制单元。借助于布置在单体电池之间的单独的导热板把热量引导至冷却板中。该解决方案成本高且占用的安装空间大。
由DE 10 2005 031 504 A1已知一种棱柱形电池组，其由多个单体电池组成，这些单体电池中的至少两个组合成一个棱柱形模块。其中至少两个模块又分别堆叠为电池组，且在两个端部板之间彼此夹紧。该棱柱形电池组还具有至少一个冷却器，其与至少一个模块导热接触。根据本发明，该冷却器具有至少一个冷却翅片，该冷却翅片设计为平行于夹紧的力的方向。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在冷却方面被改善的电池组，其中降低了成本和安装空间需求。
根据本发明，通过具有权利要求1的特征的电池组实现该目的。
从属权利要求的主题是本发明的有利的改进方案。
根据本发明的电池组包括至少一个冷却板和至少两个单体原电池，所述单体原电池分别具有一壳体，尤其是金属壳体。每个壳体具有一延伸部，该延伸部可至少部分地接纳在能有效控制温度的温度控制单元(也称为冷却板)的分别设计为凹部的接纳部中。通过这种方式把散热直接通过例如由铝形成的金属壳体导出至冷却板。与传统形式的金属壳体相比，在根据本发明的电池组中，该金属壳体在边缘侧的区域中具有延伸部，该延伸部可至少部分地接纳在温度控制单元的接纳部中。利用根据本发明的电池组可以降低成本且减小安装空间。
因此，壳体(也称作电池壳体)以合理的方式部分地以埋头式布置在冷却板或温度控制单元的接纳部中，以增加传热截面。在需要时，尤其可以增厚壳体的电池壁的整个表面或部分表面。
在本发明的一个特别的改进方案中，温度控制单元具有形式为凹部的、用于每个单体电池的接纳部。由此可以牢固且防震地固定单体电池。
在本发明的一个特别的改进方案中，单体电池是棱柱形，尤其是立方体形。这使得便于堆叠，很好地利用了安装空间，且能通过可能的平面布置或单体电池的彼此压靠实现稳定的定位。
在本发明的一个特别的改进方案中，单体电池设计为立方体形，其中，可布置在接纳部中的边缘侧的宽侧的长度是该边缘侧的相应的窄侧的长度的至少五倍，优选至少十倍，尤其优选至少二十倍。为此，单体电池尤其设计为扁平型电池。这样实现了底部侧的良好固定，也实现了边缘侧的良好固定。从而可以防震地固定并保持单体电池。尤其对于设计为扁平型电池的单体电池来说，堆叠容易，很好地利用了安装空间，能通过可能的平面布置或单体电池的彼此压靠实现稳定的定位，并且由于小的厚度，能在两个扁平侧之间在很大程度上实现均匀的温度控制。
在本发明的一个特别的改进方案中，单体电池的壳体壁至少在接纳部的区域中具有导热良好的材料。这样使得能以简单的方式和方法实现良好的热接触。
在本发明的一个特别的改进方案中，相邻单体电池的导热良好的壳体壁至少在部分区域上彼此间隔，并通过这种方式形成优选地可供流体通过的流通通道，这使得能通过大面积对单体电池进行温度控制。
在本发明的一个特别的改进方案中，两个接纳部的间距大于单体电池的相应的最大厚度。此外，该间距小于该最大厚度的三倍，优选两倍。由此以简单的方式形成流体可通过的流通通道。
在本发明的一个特别的改进方案中，两个接纳部的间距近似为单体电池的相应的最大厚度和相关的流通通道的相应的净宽度的总和。流通通道的这种可变的尺寸节省了安装空间。
在本发明的一个特别的改进方案中，单体电池的壳体具有两个壳体板，所述壳体板在其边缘侧互相连接。单体电池的至少一个、优选是在来流侧的前部的壳体板被延伸，且至少在部分区域上布置在温度控制单元的接纳部内。由此实现了一种可低成本地制造的简单的壳体。本发明尤其适合于扁平型电池，该扁平型电池可以在底部侧以及也在边缘侧很好地固定，由此提高了防震性，易于堆叠，很好地利用了安装空间，能通过可能的平面布置或向彼此的压靠实现稳定的定位，并且由于厚度小，从而在两个扁平侧之间能在很大程度上实现均匀的温度控制。
在本发明的一个特别的改进方案中，单体电池的壳体具有两个壳体板，所述壳体板在边缘侧至少间接地互相连接。两个相邻单体电池的至少一个壳体板具有间隔件以用于形成流通通道。由此得到一种可简单且低成本地制造的简单的壳体。对于设计为扁平型电池的单体电池来说，可以实现在底部侧以及也在边缘侧的良好的固定，由此使单体电池具有下列优点：防震，易于堆叠，能较好地利用安装空间，能通过可能的平面布置或向彼此压靠实现稳定的定位，由于厚度小而能在两个扁平侧之间在很大程度上实现均匀的温度控制，尤其对于双极性电池(Bipolarzellen)来说还保证了流通通道的净宽度，以及在电绝缘时的良好的导热性。
在本发明的一个特别的改进方案中，间隔件结合在壳体板中。在本发明的一个特别的改进方案中，间隔件从一个单体电池的壳体板沿相邻单体电池的壳体板的方向突出。在本发明的一个特别的改进方案中，间隔件是从相关的壳体板压制或冲压出的材料凸出部和/或突出部和/或隆起部。这在制造时尤其简单且廉价。
在本发明的一个特别的改进方案中，电池组具有电池组箱，其中单体电池布置在流体可通过的所述电池组箱内部。由此实现良好的温度控制、闭合的系统、所有单体电池中的均匀的温度、以及最佳的在流动方向上的小的温度梯度。
在本发明的一个特别的改进方案中，流体至少间接地以导热的方式与空气调节设备的导热介质连接，优选与机动车的空气调节设备的导热介质连接，由此实现了简单且有效的温度控制。
在本发明的一个特别的改进方案中，在流体和导热介质之间布置有用于热传输的换热器。这提供了一种尤其简单且廉价的结构。
在本发明的一个特别的改进方案中，在冷却板中的接纳部(凹槽)与单体电池壳体之间的间隙中填充有导热良好的灌注材料，由此改善了热接触。
在本发明的一个特别的改进方案中，在各个凹槽内壁与单体电池的壳体之间的凹槽的区域中布置有优选为U形的插入件(隔离件)，所述插入件的壁厚的一半近似对应于在该区域内的壳体的厚度与在该区域内的凹槽的相应的净宽度的差值。由此改善了热接触。
在本发明的一个特别的改进方案中，尤其在双极性电池中，在凹槽与壳体之间存留的间隙中布置有电绝缘的且优选导热良好的灌注材料。这尤其在双极性电池中实现了电绝缘时的良好的热传导。
在本发明的一个特别的改进方案中，尤其在双极性电池中，插入件可由不导电、但优选导热良好的材料制成。这尤其在双极性电池中实现了电绝缘时的良好的热传导。
由其它的从属权利要求可以得出本发明的其它合理的技术方案。
附图说明
下面，借助附图详细说明本发明的实施例。
在此示出：
图1以透视图和侧视图示出了具有金属壳体的扁平型单体原电池，该金属壳体具有用于散热的延伸部；
图2示出了根据图1的单体原电池，在延伸部的区域中具有设计为隔离支架的U形的插入件；
图3以透视图示出了由多个根据图2的单体原电池形成的结构，这些单体原电池通过彼此焊接的单独的电池极相互接触；
图4以侧视图示出了根据图3的结构；
图5以透视图示出了具有根据图3和4的结构的电池组，其中，单体原电池的延伸部以埋头式布置在冷却板的相应凹部中；
图6以侧视图示出了根据图5的电池组；以及。
图7是根据图6的电池组的细节视图，其中围绕延伸部的凹部填充有导热的灌注材料。
具体实施方式
彼此对应的部件在所有附图中都使用相同的附图标记。
图1以透视图和侧视图示出了具有壳体2的扁平型单体原电池1，该壳体尤其设计为金属壳体，且具有用于散热的延伸部3。单体原电池1设计为分别具有两个半壳体2.1、2.2的双极性电池，所述半壳体由分隔件分开。也可以设置其它形式的单体原电池1。在至少一个半壳体2.1、2.2的壁中布置有四个例如设计为隆起部的间隔件11。
图2示出了根据图1的单体原电池1，在延伸部3的区域中具有用作隔离支架的U形的插入件4。
图3以透视图示出了由多个根据图2的单体原电池1形成的结构，这些单体原电池通过彼此焊接的单独的电池极5相互接触。图4以侧视图示出了该结构。也可以通过其它方式实现该接触。
图5以透视图示出了一电池组6，该电池组具有根据图3和4的结构，并具有例如设计为冷却板的温度控制单元7。单体原电池1的延伸部3以埋头式布置在温度控制单元7的设计为凹部的相应的接纳部8中。温度控制单元7具有介质连接部9，冷却介质可通过该介质连接部经过未示出的管道流入温度控制单元7。图6以侧视图示出了电池组6。
图7是根据图6的电池组的细节视图，其中围绕延伸部3的凹部或接纳部8中填充有导热的灌注材料10。
延伸部3可以部分地或完全地埋入温度控制单元7的接纳部8中。需要时可以全部或局部地加厚延伸部3。
温度控制单元7尤其具有分别用于每个单体原电池1的接纳部8，从而可以以防震的方式固定单体原电池。
单体原电池1优选为棱柱形，尤其是立方体形，从而可以简单地进行堆叠。同时很好地利用了安装空间并实现了电池组6的稳定的定位。
单体原电池1可以设计为立方体形，使得延伸部的宽侧的长度是延伸部3的相应的窄侧的长度的至少五倍，优选至少十倍，尤其优选至少二十倍。对于这种设计为扁平型的单体原电池1，能够实现在底部侧和边缘侧的良好的固定。由于厚度小，因此能在很大程度上均匀地实现半壳体2.1、2.2之间的温度控制。
延伸部3可以由导热尤其良好的材料形成，从而改进热传导。
单体原电池1可以至少在部分区域上彼此间隔，从而用于附加的冷却的流体能流动通过由此形成的间隙。为此，温度控制单元7的每两个接纳部8的间距尤其可以大于单体原电池1的相应的最大厚度。优选该间距小于该最大厚度的三倍，尤其优选两倍。间隔件11优选用于调整该间距。
两个相邻的接纳部8的间距优选可以近似为一个单体原电池1的最大厚度和相关间隙的净宽度的总和。
单体原电池1的金属壳体2可以具有两个壳体板2.1、2.2，所述壳体板在其边缘侧互相连接。单体原电池1的至少一个壳体板2.1、2.2被延伸，且至少在部分区域上布置在接纳部8内。如此形成的简单的金属壳体2制造成本低。
半壳体2.1、2.2可以在其边缘侧至少间接地互相连接。两个相邻的单体原电池1的至少一个半壳体2.1、2.2可具有间隔件11，以用于形成间隙并确保该间隙的净宽度。相应的间隔件11可以结合在半壳体2.1、2.2之一中，其方式尤其使得间隔件11从其中一个单体原电池1的半壳体2.1、2.2沿相邻的其中一个单体原电池1的其中一个半壳体2.1、2.2的方向突出。
相应的间隔件11可以设计为在相关的半壳体2.1、2.2上成形的材料凸出部和/或突出部和/或隆起部。
电池组6可以布置在电池组箱中，其中单体原电池1布置在流体可通过的电池组箱的内部，从而尽可能均匀地控制所有单体原电池1的温度。
流体可至少间接地以导热的方式与空气调节设备的导热介质连接，优选与机动车的空气调节设备的导热介质连接。为此可布置一换热器。
温度控制单元7中的接纳部8可围绕延伸部3填充有导热良好的灌注材料10。
在接纳部8和延伸部3之间可以至少布置有优选为U形的隔离支架或插入件4(也称作隔离件)，其壁厚的一半近似对应于在该区域内的延伸部3的厚度和在该区域内的接纳部8的相应的净宽度的差值。
尤其当单体原电池1设计为双极性电池时，导热的灌注材料10可以设计为电绝缘的。
尤其在双极性电池中，隔离支架或插入件4也可以由不导电、但优选导热良好的材料制成。

Claims (22)

1.由多个单体电池(1)组成的电池组(6)，所述单体电池(1)分别在至少一个边缘侧的区域内与能有效控制温度的温度控制单元(7)至少间接地导热接触，其特征在于，所述温度控制单元(7)具有接纳部(8)，以用于至少部分地接纳单体电池(1)的所述边缘侧的一区域(3)。
2.根据权利要求1所述的电池组，其特征在于，所述温度控制单元(7)具有用于每个单体电池(1)的接纳部(8)。
3.根据权利要求1所述的电池组，其特征在于，在所述温度控制单元(7)的接纳部(8)与所述单体电池(1)的壳体(2)之间的间隙中设置有导热良好的灌注材料(10)，所述温度控制单元设计为冷却板。
4.根据权利要求1所述的电池组，其特征在于，在所述接纳部(8)与所述单体电池(1)的壳体(2)之间的凹槽的区域中设置有优选为U形的插入件(4)，所述插入件的壁厚的一半近似对应于在该区域内的所述壳体(2)的厚度和在该区域内的所述凹槽的相应的净宽度的差值。
5.根据权利要求1所述的电池组，其特征在于，在双极性单体电池中，在所述凹槽和所述壳体(2)之间设置有电绝缘的且优选导热良好的灌注材料。
6.根据权利要求4所述的电池组，其特征在于，在双极性单体电池中，所述插入件(4)具有不导电且优选导热良好的材料。
7.根据权利要求1所述的电池组，其特征在于，单体电池(1)为棱柱形。
8.根据权利要求1所述的电池组，其特征在于，单体电池(1)为立方体形。
9.根据权利要求1所述的电池组，其特征在于，单体电池(1)为立方体形；可布置在所述接纳部(8)中的边缘侧的宽侧的长度是该边缘侧的相应的窄侧的长度的至少五倍，优选至少十倍，尤其优选至少二十倍。
10.根据权利要求1所述的电池组，其特征在于，相应的单体电池(1)的边缘侧的所述区域(3)设计成所述单体电池(1)的壳体壁的延伸部。
11.根据权利要求1所述的电池组，其特征在于，所述单体电池(1)的壳体壁、尤其是所述壳体壁的延伸部设计为至少在所述接纳部(8)的区域内导热良好。
12.根据权利要求1所述的电池组，其特征在于，相邻的单体电池(1)的导热良好的壳体壁至少在部分区域上彼此间隔，且形成优选可供流体通过的流通通道。
13.根据权利要求1所述的电池组，其特征在于，两个接纳部(8)的间距大于单体电池(1)的相应的最大厚度。
14.根据权利要求1所述的电池组，其特征在于，两个接纳部(8)的间距近似为单体电池(1)的相应的最大厚度和相关的流通通道的相应的净宽度的总和。
15.根据权利要求1所述的电池组，其特征在于，单体电池(1)的壳体(2)具有两个壳体板(2.1、2.2)，所述壳体板在边缘侧互相连接；单体电池(1)的至少一个、优选是来流侧的前部的壳体板(2.1)被延伸；该延伸部(3)至少在部分区域上布置在所述接纳部(8)内。
16.根据权利要求1所述的电池组，其特征在于，单体电池(1)的壳体(2)具有两个壳体板(2.1、2.2)，所述壳体板在边缘侧至少间接地互相连接；两个相邻的单体电池(1)的至少一个壳体板(2.1、2.2)具有间隔件(11)，以用于形成流通通道。
17.根据权利要求11所述的电池组，其特征在于，所述间隔件(11)结合在壳体板(2.1、2.2)上。
18.根据权利要求11所述的电池组，其特征在于，所述间隔件(11)是从相关的壳体板(2.1、2.2)上压制或冲压出的材料凸出部和/或突出部和/或隆起部。
19.根据权利要求1所述的电池组，其特征在于，所述电池组(6)具有电池组箱；所述单体电池(1)布置在流体可通过的所述电池组箱内部。
20.根据权利要求1所述的电池组，其特征在于，所述流体至少间接地以导热的方式与空气调节设备的导热介质连接，优选与机动车的、尤其优选与客车的空气调节设备的导热介质连接。
21.根据权利要求1所述的电池组，其特征在于，在所述流体与所述导热介质之间布置有用于热传输的换热器。
22.根据权利要求1所述的电池组(6)，其特征在于，所述金属壳体(2)至少在部分区段上加厚。
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