CN101897055B - 电池组 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于电动汽车或者具有电动混合驱动装置的汽车的电池组(1)。根据本发明的电池组包括电池壳体(2)，以及在电池壳体(2)的内部设置的，且封闭的电池单元，这些电池单元为了取得所希望的端电压彼此电连接。多个电池单元分别彼此有间距地设置在固定框架(6)中，并且分别形成单元模块(4)。这些单元模块(4)分别设置在穿过电池壳体(2)的固定部件上，其中，这些固定部件作为间距保持器形成在单元模块(4)之间，并且和电池壳体(2)形成支承单元。

Description

电池组
技术领域
本发明涉及用于电动车或者具有电动混合驱动装置的车辆的电池组。
最近人们把兴趣集中到用电动机的驱动力驱动的汽车身上，例如混合动力车、燃料电池车、电动车等。这种类型的汽车对环境的污染通常比仅用内燃机驱动的汽车少。这些汽车装备有用于存储电能的电池、电容器或者类似物。这种电能应输送到一个或者多个电动机。
根据本申请意义的概念“电池”应理解为既可以再次充电也不可再次充电的电能存储器。在这方面本申请文本的区别不在“蓄电池”和“电池”之间。电容器也可理解在本发明意义的“电池”概念之中。
作为电化学的电压源的电池经常是包括许多单元模块的串联，和/或并联，这些单元模块在必要时通过许多电池单元的串联和/或并联组成。电池单元包括两个电极和一个通常为液态的，或者类胶体的(gelartig)电解质。其中，所述电极被一个隔体分开。
例如现代的锂-离子电池或者锂金属电池或者蓄电池是密闭地封置起来，因为锂是一种高反应活性的金属，并且锂-离子蓄电池的成分易于燃烧。这样的电池单元对机械损害很敏感。这些损害例如会导致内部短路。通过内部短路和空气的接触锂-离子电池或者锂金属电池可能会自燃。由于它们具有特别高的存储容量，且所需空间较小，所以以锂-离了为基础的电池单元特别适合用于制造用于电动汽车的电池。然而电池在汽车中的安装在对蓄电池防止机械的和热的损害的保护方面提出了特别高的要求。
人们容易设想到必须为电动汽车提供这样的电池，即这种电池具有比较高的存储容量和比较大的端电压。特别是用于汽车工业，例如对于纯电动汽车来说这些电池单元必须相应的大，并且由于电极的比重高所以具有高的绝对重量。如上所述，例如以锂-离子或者锂金属为基础的电池单元机械上是敏感的，因此安装到汽车中时必须采取特别的措施，以保护电池单元，防止机械损伤。在现代的轿车中，在正常的运行循环时在每个空间轴系中估计有两倍到三倍的重力加速度的加速度力。当加速、减速、转弯行驶和驶过不平路面时这样一些力作用到汽车上。此外还一定要求保护安装在汽车中安装的电池，使其免受由碰撞引起的机械作用和由碰撞引起的加速度力的损害。此外，电池和电池单元以及它们的连线还要遭受由汽车引起的振动。最后在充电和放电循环时电池还要自热。
在日光照射的情况下在轿车的汽车车箱内在没有驱动装置和电池的热作用的情况下温度最高可达到60℃，这些在设计汽车电池时也是主要应该注意到的。
背景技术
例如WO 2007/047809A2公开了一种用于混合动力机车的大型电池组。这种大型电池组是如此设计的，即该蓄电组主要是允许单个的电池单元的自由对流冷却。这种电池组以已公开的方式方法由一些单个的模块构成。这些模块设置在一个支架系统的一些抽屉中。这个支架系统设计为支承结构。这些单个的模块分别包括两个单元。这些单元彼此有间距地固定在抽屉中。这些抽屉是如此设计的，即单个的模块彼此热分开，其中，这些单元彼此有间距地如此设置，即形成至少一个对流通道，这个对流通道能将热量向上排放。整个支架装置通过作为冲击接收器的水平的和垂直的绝缘子支撑。这些冲击接收器使得整个装置的有限的移动性成为可能。所述装置用一个通风的，或者机械可通风的罩包围着。
在WO 2007/047809A2中所公开的这种装置-其数量级在15和30吨重量之间-虽然可能适用于在电动车或者电动机车上使用，并且在这方面还对电池提供了最佳的保护。然而特别是也由于空间上的原因这种装置不适合在小轿车上使用。
在小轿车的狭小的结构空间中不能实现由于对流排热的原因而宽松无振动地设置电池的单个的单元或者模块。
发明内容
恰好现代的锂-离子或者锂-金属电池具有高的能量密度的优点。这种高的能量密度使得这种电池适合在小轿车中应用。
因此本发明的任务是为电动车或者具有电驱动装置的车辆提供一种电池组。其在最佳利用轿车中存在的安装空间的情况下能进行足够的保护，防止由于振动和作用的加速度力对电池单元的机械损害。此外，根据本发明的电池组也应如此地设计，即尽可能地避免电池单元的热过载。
发明内容
这个任务通过一种用于电动汽车或者具有电动混合驱动装置的车辆的电池组得以完成。这个电池组包括一个电池壳体，以及在电池壳体内部设置，且自身封闭的电池单元，其为了取得所希望的端电压彼此电连接，其中，多个电池单元分别彼此有间距地设置在一个固定框架中，并且分别形成单元模块，其中，这些单元模块分别设置在穿过电池壳体的固定部件上。这些固定部件是在单元模块之间的间距保持器，并且这些固定部件和电池壳体形成一个支承单元。
在这其中，根据本发明的电池组的优点特别是结构很紧凑和节省空间。特别是通过这一措施，即蓄单元模块的间距保持器和电池壳体形成一个支承单元，保证在汽车中所有在安装状况中所出现的力从单个的单元传递到电池壳体上。这种类型的力的传递保证单元不出现振动，或者在单元和电池壳体之间不发生相互运动。
合适地将固定部件中的至少几个设计为异型棒材。这些异型棒材相互支撑着电池壳体的环绕壁中的至少两个。
在根据本发明的电池组的一个优选的方案中规定，单元模块的固定框架形成支承单元的一个部件，通过这一措施无需使用附加材料就能增加稳定性。单个的固定框架以彼此的间距保持着在这些固定框架中设置的单元，这样，这些单元在汽车加速或者减速时基本上为没有力地保持，并且所出现的力通过固定框架传递到固定元件中，并且从固定元件传递到电池壳体中。这个电池壳体合适地固定在汽车中的一个相应的容纳部上。
优选地这些单元在固定框架的内部至少在空间轴方向为柔性被支承。这些单元例如可在中间放置弹性体带、毛毡带、由热合成材料制成的带等的情况下悬挂在固定框中。本发明的结构允许单个的单元的有限的移动，而这些单元为些无需承受相邻的单元的力。
这些单元模块合适地通过电连接器彼此连接。这些连接器例如可由轻金属构成。在根据本发明的电池组的一个方案中规定，这些连接器由铝构成。这样就保证了特别有利地向环境排放热量。
在根据本发明的电池组的一个特别有利的方案中规定，发明人设计具有0.3-2.0的面积/体积比[米2/米3]的矩形板。事实证明这种设计在热排放方面是特别有利的。
为了最佳地利用电池壳体的空间，单元模块成排地多排地设置在电池壳体的内部。
其中，由于热方面的原因，下述做法是特别合适的，即如此地选择单元模块的排式布局，即分别并列设置的排的单元之间的中间空间彼此对齐，或者彼此相联系。通过这种方式方法可使空气有利地通流电池壳体。
在根据本发明的电池组的方案中规定，多个成排叠置，和/或并列设置的单元模块的固定部件彼此连接成一个栅格结构。
下述做法是合适的，即电池壳体具有至少一个通风孔和一个排气孔，它们既允许风滞压力引起的通风，也允许电池壳体的对流通风。为此目的蓄电池壳例如用一个通风孔可和汽车的一个风道连接。在汽车停车状态时由于行驶动力的由风滞压力所引起的气流没有了。在这种情况中可考虑借助附加的风扇进行对流排热或者对电池壳体进行通风。
合适地将穿过电池壳体的异型棒材设计成T型材。
电池单元合适地设计为具有在其间设置的隔体和液态的电解质的装在合成材料薄膜中的电极，其中，它们分别具有两个柔性的接线片。这些接线片和连接器如此连接，即通过电池单元和连接器的相对运动没有值得一提的力传递到电池单元中。
在电池单元中设置的隔件例如可以具有一个陶瓷的表面，并且由一种平的，且设置有多个孔的柔性基质构成，且所述基质在它的上面和在其中设置有涂层。基质的材料可由编织的，或者非织造的不导电的天然的或者聚合物纤维构成。这个涂层可以是一种多孔的，电绝缘的陶瓷涂层。隔体可充有电解质组合物。所述电解质组合物具有导电盐和基本成分，其中，基本成分作为具有比例大于50％(质量)的主要成分具有至少一种离子液体，这种离子液体具有小于100℃的熔点。
电极和隔体可以分别焊入在由铝-聚合物材料构成的袋中。每个单元例如可以具有大约40安培小时的容量。这样的电池单元的尺寸例如可大体为20×30×10毫米。这样的电池单元的重量大约为1公斤。根据本发明的电池组可以具有100和200之间的这样的电池单元。
下面借助一个用附图示出的实施例对本发明进行说明。
附图说明
图1：打开的电池壳体的透视图，在壳体中设置有固定部件，并且在其中设置有单元模块。
图2：在电池壳体内部成排设置的单元模块的透视图，无电池壳体围壁。
图3和图4：根据本发明的电池组的单元模块的透视图。
图5：根据本发明的具有封闭的电池壳体的电池组的透视图，其中，通风孔设置在电池壳体的朝观看者的一侧。
图6：部分打开的电池壳体的背面图，在电池壳体中有成排设置的单元模块。
在这些图中示出了根据本发明的电池组1的一个实施例。电池组1包括一个电池壳体2和在电池壳体2中悬挂的电池单元3。这些电池单元设计成以锂为基础的电化学的电压源。每个电池单元3设计为锂-离子电池或者锂-离子蓄电池，并且如前面已提到的包括两个通过一个隔体分开的电极。这些电极和一个电解质一起焊入到一个合成材料袋中。电池单元3设计成各具有两个接线片的密闭密封的电池单元3。
各两个电池单元3彼此并联，各两个并联的电池单元3在一个单元模块4的内部串联。
在图3和图4中示范性地示出了单元模块4。这些单元模块4如从图2可看到的成排地设置在电池壳体2的内部，并且为电串联。单元模块4彼此间的连接是通过连接器5a完成的。这些连接器在横截面上设计成矩形的铝板。通过这些连接器5b各两个电池单元对彼此串联在单元模块4的内部。
在图3和图4中分别示出了单元模块4的透视图。如上所述，每个单元模块4包括四个电池单元3。这些电池单元悬挂在一个固定框架6中。固定框架6包括两个端面的板7(它们设计成具有通风孔8的冲压的铝板)以及包括在它们之间和在单个的电池单元3之间延伸的间距保持器9。这个间距保持器9具有一个横截面为T形的轮廓，并且设计成铝压制型材。如可从图3和图4中看到的，这些间距保持器9在数量上各六个分别和板7螺栓固定在它们的端面上。这些隔板7分别包括四个设置有孔的固定耳10。用它们将这些板固定在安装位置中。
下面首先参考图1。在图1中示出了没有也设计为电池组1的支承部件的单元模块4的电池壳体2的一些部件。电池壳体2由总共六个环绕壁11形成。在这其中在图2中只示出了两个端面的环绕壁。间距保持器12也在这些环绕壁11之间延伸。这些间距保持器穿过电池壳体2，并且如此地支撑着环绕壁11，即这些间距保持器和单元模块4以及环绕壁形成一个支承单元。这个用附图标记12表示的间距保持器也是设计成具有T形横截面的铝压制型材。如也在图1中示出的，借助螺栓连接将形成单元模块4的固定框架6的板7的固定耳10固定在间距保持器12上。
在图1、2和5中根据本发明的电池组1在安装位置时是如此放置的，即前侧朝向观看者。为了参照方便起见将图1中的垂线定义为Y方向，电池壳体2纵向延伸定义为X方向，以及将电池壳体2的深度定义为Z方向。从附图很容易地看出，起固定部件作用的间距保持器12在电池壳体2的内部只在Y轴方向和Z轴方向延伸，而不在X方向延伸。沿X轴方向的稳定性是通过单元模块4和它们的连接彼此自己产生的。
此外还从图3可以看到，单元模块4还具有一个连接板13。这个连接板容纳连接器5a、5b。连接板13和板7刚性连接。通过在图3中示出的连接器5a单元模块4的相应两个电池单元3彼此串联。连接器5a和连接板13的底座14螺栓连接。每个连接板13包括四个这样的底座。在图3中的自由的底座是用于容纳连接器5b。借助这些连接器将这些单元模块彼此成排地，也就是连接成一个自支承的横梁。特别是可从图2看到单元模块4的这种布局。
这些单元模块分别按三列地，即一个立着的列15和两个平卧的列16连接成一个电池。
技术人员可以看出，一列中的单元模块4的数量、列的数量以及列15、16彼此间的排列和电池组1的批量生产有关。
用附图标记17表示电池组1的接线柱。
如本文开头已提到的，连接器5a、5b设计成具有矩形横截面的铝板，其中，这些铝板除了它们的支承功能以外在电池组1的内部也用作在工作期间的排热。
现在讨论图5。在图5中示出了完全具有封闭的电池壳体2的电池组1，确切地说为前视图。
电池壳体2的前面的环绕壁11设置两个通风孔18。这些通风孔用作风滞压力引起的气流的进入孔。这股气流或者是通过风扇，或者是通过由于汽车的行驶动力产生的来流产生的。电池组1安装在所述的汽车中。气流沿Z轴方向进入到电池壳体2中，并且穿过立着的单元模块4的列15。这些单元模块4是如此设置的，即每个单元模块4的板7的通风孔8都朝着来流。如前面已提到的，单个的单元3在单元模块4的内部借助间距保持器9彼此有间距地设置。
当冷空气穿过立着的单元模块4列以后，通过重叠平卧的列16气流如此地循环，即在电池壳体2的内部出现一股流卷。这股流卷又从用附图标记19表示的排气口排出。此外，这个排气口19保证连接线柱17的可触及性。
在图6中示出了电池壳体2或者电池组1的背面图，其中，后面的环绕壁由于显示的原因省略了。
特别是从图5可以看出，环绕壁11是用设计为间距保持器12的异型棒材旋紧的。因此整个结构就得到了一种特别高的稳定性，以克服在安装状态时作用到电池组1的加速度力。如前所述，沿X轴方向作用的力被在这个方向彼此支撑的固定框架6吸收，其中，每个电池单元3以某种限度可移动地悬挂在固定框架的内部。这是通过下述措施达到的，即在间距保持器9和电池单元之间分别设置毛毡带。这些毛毡带基本无力地保持支承着单个的电池单元。除了毛毡带外也可将一些弹性体带或者类似物设置在间距保持器9和相应的电池单元3之间。
如本文开头所提到的，电池单元3分别设计为薄膜袋。间距保持器9具有一个相应横截面为T形的轮廓。其中，每个间距保持器9形成一个角。这个角的腿长大体相应于电池单元3的半个厚度。因此，电池单元3可和车窗玻璃相比地在一个分别位于两个上间距保持器9和两个下间距保持器9之间可运动地支承在框架中，且中间放置有毛毡带，或者薄膜带或者弹性带。
连接器5b在单个的固定框架6之间既产生一种电连接，也产生一种机械连接，这样，这些连接器5b也可以形成支承结构的一个部件。
附图标记表
1         电池组
2         电池壳体
3         电池单元
4         单元模块
5a、5b    连接器
6         固定框架
7         板
8         通风孔
9         间距保持器
10        固定耳
11        环绕壁
12        间距保持器
13        连接板
14        底座
15        立置的单元模块列
16        平卧的单元模块列
17        接线柱
18        通风孔
19        排气口

Claims (14)

1.用于电动车辆或者具有电动混合驱动装置的车辆的电池组(1)，包括电池壳体(2)以及在电池壳体(2)内部设置的、且自身封闭的电池单元(3)，这些电池单元为了取得所希望的端电压彼此电连接，其中，多个电池单元(3)分别彼此间隔地设置在固定框架(6)中，并且分别形成单元模块(4)，其中，这些单元模块(4)分别设置在穿过电池壳体(2)的固定部件上，这些固定部件设计为单元模块(4)之间的间距保持器(12)，并且这些固定部件和电池壳体(2)形成支承单元，其中，所述电池单元分别包括两个被一个隔体分开的电极和一个液态的或者类胶体的电解质。
2.按照权利要求1所述的电池组，其特征在于，固定部件设计为异型棒材，这些异型棒材相互支撑电池壳体(2)的至少两个环绕壁(11)。
3.按照权利要求1或2所述的电池组，其特征在于，单元模块(4)的固定框架(6)形成支承单元的一部分。
4.按照权利要求1所述的电池组，其特征在于，固定框架(6)内部的电池单元(3)相对于固定框架(6)至少在空间轴方向为柔性支承。
5.按照权利要求1所述的电池组，其特征在于，单元模块(4)通过电连接器(5a、5b)彼此连接。
6.按照权利要求5所述的电池组，其特征在于，连接器(5a、5b)由轻金属构成。
7.按照权利要求5所述的电池组，其特征在于，连接器(5a、5b)由铝构成。
8.按照权利要求5所述的电池组，其特征在于，连接器(5a、5b)构成为具有0.3-2.0米2/米3的面积/体积比的矩形板。
9.按照权利要求1所述的电池组，其特征在于，单元模块(4)成排地并且多排地设置在电池壳体(2)的内部。
10.按照权利要求9所述的电池组，其特征在于，选择单元模块(4)的成排的布局，从而分别并列设置的排的电池之间的中间空间彼此对齐，或者彼此相联。
11.按照权利要求10所述的电池组，其特征在于，多个成排叠置的和/或并列设置的单元模块(4)的固定部件彼此连接成栅格结构。
12.按照权利要求2所述的电池组，其特征在于，电池壳体(2)具有至少一个通气孔和排气孔(18、19)，它们既允许电池壳体(2)的风滞压力引起的通风，也允许对流通风。
13.按照权利要求12所述的电池组，其特征在于，异型棒材构成为T型材。
14.按照权利要求5所述的电池组，其特征在于，这些电池单元(3)分别具有两个柔性的接线片(3a、3b)，这两个接线片和连接器(5a、5b)连接。
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