CN102217133A - 电池座、蓄能器电池、电池座堆垛和多电池蓄能器 - Google Patents

电池座、蓄能器电池、电池座堆垛和多电池蓄能器 Download PDF

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Abstract

介绍一种电池座（1）、一种蓄能器电池、一种电池座堆垛和一种多电池蓄能器。该电池座的构造形式为单侧开口或两侧开口的壳体，壳体由电绝缘的材料构成，壳体带有：后壁（3），在后壁中设置有冷却剂管道（13）。多个电池座（1）可以通过榫槽连接机构（7、8）组装成电池座堆垛，该电池座堆垛容纳多个电池。借助于这种电池座（1）可以实现所容纳的电池的良好冷却。它还负责所述电池的良好的电绝缘以及良好的机械保护。电池座（1）特别适合于容纳软封装形式的锂离子电池。

Description

电池座、蓄能器电池、电池座堆垛和多电池蓄能器
本发明涉及一种用于保持和容纳一个蓄能器电池或两个蓄能器电池的电池座。本发明还涉及一种设置有这种电池座的蓄能器电池、电池座堆垛和设置有这种电池座堆垛的多电池蓄能器。
本发明特别是涉及一种用于保持和容纳锂离子电池的电池座。用于混合动力汽车和电动汽车的蓄能器的锂离子电池有各种不同的结构形式。一种结构形式是所谓的软封装（soft pack），其中用铝复合膜来包装电极。这种电池具有方形的结构形式，可以紧凑地堆垛起来。
这种蓄能器电池组装成多电池蓄能器或多电池的电池组（Batterie）。各个电池机械地连接成电池堆垛，并包装到壳体（电池组壳体）中。这里的一个特殊问题是各个电池的冷却。但如今尚不能令人满意地实现将各个电池如此地连接成电池堆垛，并包装在壳体中，同时对各个电池进行冷却。
本发明针对该问题提供了一种解决方案。其目的在于提供一种电池座，这种电池座能使得各个电池机械地连接和紧凑地包装在壳体中，同时实现各个电池的良好冷却。
根据本发明，采用一种用于保持和容纳一个蓄能器电池或两个蓄能器电池特别是锂离子电池的电池座，即可实现该目的，该电池座的构造形式为单侧开口或两侧开口的壳体，壳体由电绝缘的材料构成，壳体带有：后壁，在后壁中设置有冷却剂管道；以及设置在壳体上并与冷却剂管道连接的冷却剂输入管道区段和冷却剂输出管道区段；其中壳体具有用于电池的集电体（Ableiter）的通道（Durchlass），并设置有用于与其它电池座连接（Ansetzen）的榫槽连接机构。
本发明的解决方案因而提供了一种同时承担多种功能的电池座。其一为，它给电池提供了机械保护，因为它作为壳体包围电池。另一个功能是，它负责冷却电池，其中相应的冷却机构内置到电池座中。此外，它能使得多个电池机械地连接成机械稳固的电池堆垛，其中这种连接通过所设置的榫槽连接机构来实现。最后，将实现包装在壳体中，因为各个电池座在两个端侧面与相应的端板相互连接且焊接之后形成一种电池座堆垛，其形式为封闭的蓄能器或电池组壳体。另外，由电池堆垛构成的内壳体可以设置有外壳体。
按照本发明构造的电池座的一个特殊优点在于，它负责各个电池的良好的电绝缘，同时实现这些电池的冷却。电池座的针对冷却目的而设置的后壁同时负责所希望的电绝缘。壳体的侧壁按照相应的方式承担相应的绝缘任务。因而能以紧凑的方式同时实现冷却和电绝缘，因为电池座的壁厚可以相对较小。本领域技术人员公知的相应的塑料适合作为这种电池座的材料。
本发明的电池座的构造形式为单侧开口或两侧开口的壳体。该电池座因而可以保持和容纳一个电池或两个电池。在同时容纳两个电池的情况下，后壁负责这两个电池的冷却，这两个电池与后壁邻接。
在后壁中设置有冷却剂管道，在电池座的工作状态下，冷却剂特别是水流经所述冷却剂管道。冷却剂管道经过优选构造，从而实现在很大程度上全面地冷却邻接电池。冷却剂管道特别是可以形成所谓的“流场”，且例如在后壁中构造成曲折形状。
设置在电池座的壳体上的，特别是设置在其顶侧上的冷却剂输入管道区段和冷却剂输出管道区段负责将冷却剂输送至冷却剂管道，或者从冷却剂管道输出冷却剂。这些冷却剂输入管道区段和冷却剂输出管道区段可以在多个电池座相互并列或堆垛时组装成冷却剂输入管道和冷却剂输出管道，冷却剂输入管道和冷却剂输出管道给位于电池座的相应后壁中的冷却剂管道供应以冷却剂，或者从冷却剂管道输出冷却剂。
此外，每个电池座都设置有榫槽连接机构，借此能连接其它电池座，以便形成相应的电池座堆垛。这种榫槽连接机构可以构造成不同的形式，如果其仅实现简单地将多个电池座接合或插接在一起。在实现时，例如可以使得位于一个电池座一侧的突出的凸缘与位于另一个电池座的另一侧的槽配合作用。
就按照本发明构造的电池座而言，壳体优选为方形，用于容纳一个方形的或两个方形的蓄能器电池。此外，电池座优选具有固定脚区段，可以利用该固定脚区段固定在外壳体上。
后壁最好由冷却板构成，冷却板由两个部分构成，这两个部分的外侧面相互连接，其中冷却剂管道优选嵌入到板部分中。
在冷却剂输入管道区段和冷却剂输出管道区段之间，电池座优选具有用于容纳或安置蓄能器的相关电子机构的空间。电池座的壳体还可以具有一个或多个下凹，用于布置紧固机构例如紧固带，其中利用这些紧固机构将所形成的电池座堆垛固紧。
如已经提到的那样，按照本发明构造的电池座特别适合于软封装形式的锂离子电池。这种锂离子电池具有密封边缘（Siegelrand），铝复合膜与该密封边缘焊接。密封边缘带有褶皱，使得它紧密地贴靠在电池上。总之，以这种方式得到一种方形的锂离子电池。
按照本发明构造的电池座具有壳体，该壳体可以容纳一个或两个这种电池，其中电池的集电体经由壳体上的通道向外伸展。这些集电体在一个或多个电池装入到电池座中之后，在电池座之外相互连接。
按照本发明设置的榫槽连接机构经过有益构造，使得它们能通过过盈（übermaß）来吸收（aufnehmen）电池厚度误差。电池座可以不计其数地上下堆垛，通过串联连接可以调节多电池蓄能器的所希望的电压。
本发明还涉及一种具有按照本发明构造的电池座的蓄能器电池，特别是锂离子电池。
本发明还涉及一种电池座堆垛，其具有多个按照本发明构造的电池座，这些电池座通过榫槽连接机构相互接合或插接。这种电池座堆垛可以由任意多个电池座构成。在电池座接合的情况下，还使得冷却剂输入管道区段和冷却剂输出管道区段以紧密地方式相互插接，从而形成没有泄漏损失（Leckverlust）的连贯的冷却剂输入管道或冷却剂输出管道。为了在两侧进行封闭，电池座堆垛优选具有两个端板，这些端板设置有用于所形成的冷却剂输入管道和冷却剂输出管道的冷却剂输入接头和冷却剂输出接头。
为了将所形成的电池座堆垛固紧，使用优选弹性的紧固机构。这种紧固机构例如是紧固带，其布置在或者已布置在设置于电池座壳体上的下凹中。
这种电池座堆垛优选还具有多个电池连接器，用于连接相邻电池的集电体。以此方式可以将相互接合的电池串联连接。
在由多个电池座构成的这种电池座堆垛中，可以使得各个电池座彼此间隔开地相互接合，用于补偿误差，以便以此方式能容纳不同厚度的电池。
本发明还涉及一种具有由按照本发明构造的电池座构成的电池座堆垛的多电池蓄能器或多电池的电池组。这种多电池蓄能器还可以设置有外壳体，外壳体固定在电池座堆垛的固定脚上，这种固定脚由各个电池座的多个固定脚区段构成。
按照本发明构造的电池座因而可以构建一种特别是用于混合动力汽车或电动汽车电池组的机械稳固的电池堆垛。在这种电池堆垛中机械地保护各个电池免于受到外部影响。相应的冷却功能整合在堆垛中。由于电池座的后壁优选较薄，故从电池到冷却剂的热量传递路径很短，由此形成很小的温度梯度。由于后壁或冷却板可以构造得很薄，故相比于其它冷却方案能得到安装空间方面的优势。
装入到电池座中的电池可以非常简便地由机器人来操作，从而可以自动地构建电池堆垛。作为电池座的材料，可以使用廉价的塑料。由于在电池座上绝对没有金属部分，故在所要求的安全测试方面得到了显著的优点，因为防止了内部短路。特别要提及的是对于电动汽车来说必须要保证的耐高压性。
下面借助实施例，结合附图详细介绍本发明。附图示出：
图1为电池座的立体图；
图2为电池座堆垛的立体图；
图3为电池座后壁的示意图，其中示意性地示出设置在后壁中的冷却剂管道；和
图4为电池座的与另一电池座连接的部分的水平剖视图。
图1中以立体图示意性地示出的电池座1具有单侧开口的壳体，该壳体在竖直剖视图中大致呈矩形，并具有后壁3以及上壁20、两个侧壁2和下壁21。在上壁20上设有冷却剂输入管道区段5和冷却剂输出管道区段6。这两个区段与布置在电池座的后壁3中的冷却剂管道（未示出）连接，从而合适的冷却剂例如水能经由管道区段5被输入，并进入到未示出的冷却剂管道中。冷却剂流经冷却剂管道之后经由冷却剂输出管道区段6又被输出。
电池座1还具有榫槽连接机构，该电池座可以通过榫槽连接机构与其它相应的电池座组装成电池堆垛。这些榫槽连接机构示意性地用7（槽）和8（板条）示出。
此外，电池座在其侧壁2的下端具有固定脚区段4，该电池座可以利用固定脚区段固定在外壳体上。
图1中所示的电池座1用于容纳锂离子电池，即所谓的软封装，锂离子电池安置在用30表示的空留空间中，并与冷却剂所流经的后壁3接触。电池座由合适的塑料材料构成，塑料材料负责使得电池相应地电绝缘。
图2为由图1的电池座1组装而成的电池座堆垛的立体图。该电池座堆垛由多个电池座1组装而成，这些电池座通过榫槽连接机构相互连接。电池座堆垛在最终状态下设有两个端板（未示出），这两个端板具有冷却剂输入机构和冷却剂输出机构5、6。
将各个电池座相互接合，就能以紧密的方式将管道区段5、6相互接合，从而得到连贯的与冷却剂管道13连接的管道。
图2中还示出位于管道5、6顶侧的槽11，这些槽用于容纳紧固带，利用紧固带将电池座固紧。电池连接器12负责能将各个电池连接成排。电池的相应的集电体未示出，这些集电体延伸穿过电池座的壁。
图3示出正面已去掉的电池座1的后壁3。可以看到，在后壁3内设置有曲折状的冷却剂管道13，冷却剂管道形成流场（Flowfield），并负责在很大程度上均匀地冷却后壁3。冷却剂从冷却剂输入管道区段5进入到冷却管道13中，流经冷却管道，进入到冷却剂输出管道6中，并从这里输出。在图3中示出位于冷却剂输入管道区段上的两个冷却剂管道接头和位于冷却剂输出管道区段上的两个冷却剂管道接头。不言而喻，当然也可以采用其它形式的流场。
图4为电池座1的与另一电池座连接的部分的剖视图。可以看到，电池座的后壁3由两个冷却板区段构成，其中的内部冷却板区段14具有冷却管道13，该冷却管道嵌入到所述冷却板区段中。两个板区段相互焊接。
图4还示出电池座的榫槽连接机构。所示的电池座1具有槽15，相邻的电池座的榫16（板条）插入到该槽中。相应的连接机构经过适当构造，使得它们能针对不同厚度的电池实现一定的误差补偿。图4示出，相邻的电池座彼此间隔开地布置。

Claims (17)

1.一种用于保持和容纳一个蓄能器电池或两个蓄能器电池特别是锂离子电池的电池座，该电池座的构造形式为单侧开口或两侧开口的壳体，壳体由电绝缘的材料构成，壳体带有：后壁（3），在后壁中设置有冷却剂管道（13）；以及设置在壳体上并与冷却剂管道（13）连接的冷却剂输入管道区段和冷却剂输出管道区段（5、6）；其中壳体具有用于电池的集电体的通道，并设置有用于与其它电池座（1）连接的榫槽连接机构（7、8）。
2.如权利要求1所述的电池座，其特征在于，冷却剂输入管道区段和冷却剂输出管道区段（5、6）设置在壳体的顶侧上。
3.如权利要求1或2所述的电池座，其特征在于，冷却剂管道（13）在后壁（3）中构造成曲折形状。
4.如前述权利要求中任一项所述的电池座，其特征在于，壳体为方形，用于容纳一个方形的或两个方形的蓄能器电池。
5.如前述权利要求中任一项所述的电池座，其特征在于，它设置有固定脚区段（4）。
6.如前述权利要求中任一项所述的电池座，其特征在于，后壁（3）由冷却板构成，冷却板由两个部分构成，这两个部分的外侧面相互连接。
7.如前述权利要求中任一项所述的电池座，其特征在于，它在冷却剂输入管道区段和冷却剂输出管道区段（5、6）之间具有用于容纳相关电子机构的空间（10）。
8.如前述权利要求中任一项所述的电池座，其特征在于，它在冷却剂输入管道区段和冷却剂输出管道区段（5、6）的顶侧具有用于容纳紧固带的下凹（11）。
9.一种蓄能器电池，其特征在于，它具有根据前述权利要求中任一项的电池座（1）。
10.一种电池座堆垛，其具有多个根据权利要求1至8中任一项的电池座（1），所述电池座通过榫槽连接机构（7、8）相互接合。
11.如权利要求10所述的电池座堆垛，其特征在于，它具有在两侧将堆垛封闭的两个端板。
12.如权利要求11所述的电池座堆垛，其特征在于，端板设置有用于所形成的冷却剂输入管道和冷却剂输出管道的冷却剂输入接头和冷却剂输出接头。
13.如权利要求10至12中任一项所述的电池座堆垛，其特征在于，它设置有用于固紧电池座（1）的紧固机构。
14.如权利要求10至13中任一项所述的电池座堆垛，其特征在于，它具有用于电连接相邻电池的多个电池连接器（12）。
15.如权利要求10至14中任一项所述的电池座堆垛，其特征在于，各个电池座（1）彼此间隔开地相互接合，用于补偿误差。
16.一种多电池蓄能器，其特征在于，它具有根据权利要求10至15中任一项的电池座堆垛。
17.如权利要求16所述的多电池蓄能器，其特征在于，它具有外壳体，外壳体固定在电池座堆垛的固定脚上。
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