CN102301511A - 具有部分填充冷却液的壳体的电池 - Google Patents

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CN102301511A CN2010800059081A CN201080005908A CN102301511A CN 102301511 A CN102301511 A CN 102301511A CN 2010800059081 A CN2010800059081 A CN 2010800059081A CN 201080005908 A CN201080005908 A CN 201080005908A CN 102301511 A CN102301511 A CN 102301511A
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琼·凯瑟
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Abstract

一种电池(1)，包括至少一个电池单元(2)，该电池单元被布置在电池壳体(3)中，其特征在于，所述电池壳体(3)部分地填充有冷却液(4)。一种用于冷却所述电池的方法，其中，所述冷却液(4)的至少一部分汽化。

Description

具有部分填充冷却液的壳体的电池
技术领域
本发明涉及一种电池，该电池可以例如用于电驱动的机动车。
背景技术
在DE 602 13 474 T2中已知电化学储存器装置，其具有多个电化学单元，这些电化学单元被布置为彼此间隔。冷却壳(Kühlbalg)被布置在电化学单元的两个侧面之间，其接触电化学单元的侧面。传热介质流动通过冷却壳。
发明内容
本发明的目的在于，改进上述类型的电池。
本发明所基于的目的通过包括布置在电池壳体中的至少一个电池单元的电池实现，其中，所述电池壳体部分地填充有冷却液。
基本上，电池或者电池单元指的是不可再次充电的一次电池或者一次电池单元以及可再次充电的二次电池或者二次电池单元。特别地，电池单元在此包括发电单元，其具有至少两个电极和布置在两个电极之间的电解质。在此，电能被储存在该发电单元中，其中，该发电单元用于将化学能转换为电能。若电池单元为二次电池单元，电能也可以被转换成化学能。
术语“部分填充”被理解为至少以一定量的冷却液填充电池壳体。然而，电池壳体未被冷却液全部填充。这导致在壳体内留有一定量的气体，这些气体与冷却液一起在电池壳体内自由运动。在此，所述气体可以由任意气体形式的介质构成，特别是空气、冷却液蒸汽、其他气体或者其组合。
尤其是，冷却液在此可以在电池单元之间自由流动，且由此直接与电池单元直接接触。由此，电池壳体部分地、也就是不完全地被冷却液填充，冷却液可以自由或者不受拘束地运动，这有利于更好的移动性和由此有利于冷却液的更好的混匀。因此有利于从电池单元到电池壳体或者其他冷却机构，例如被布置在壳体内部的分离的冷却器或者热交换器的热量扩散。优选地，电池壳体是气密和不透液的。
本文对电池的描述基于电池的状态，其中电池是静止的且所有的冷却液都是液态的。在此，电池处于电池底面指向下方的位置处。冷却液是静止且不动的。当然，一旦电池运动，特别是冷却液的状态不再符合在此所描述的。
优选地，冷却液至少包围电池单元的2％。在此，该百分数为冷却液所包围的电池单元的表面积与电池单元的总表面积的商。该百分数的定义也对本申请范围内的所有其他实施方式有效，特别是电池单元的表面由电池单元的壳体的表面以及电源引线段的表面(如需要)和导热板段(如需要)构成，导热板穿过该外壳伸出。
优选地，冷却液对电池单元的包围最高达到80％。由此，在电池壳体内部产生未被冷却液占据的足够的空间。由此，容纳在电池壳体内的冷却液具有足够的运动自由度。
优选地，电池单元具有通过电池单元的外壳密封的至少一个单元空间，在其中布置发电单元。电池单元的外壳密封该单元空间，且用于使得冷却液不能够接触发电单元。此外，电池单元的外壳使得来自发电单元的物质不会进入电池壳体和冷却液。此外，电池单元可以在单元空间与电池壳体的内部之间构成电绝缘。
优选地，电池单元具有至少两个延伸出电池单元的外壳的电源引线。在此，优选提供恰好两个延伸出电池单元的外壳的电源引线。所述电源引线构成电池单元的连接端子，且优选与布置在外壳内的发电单元的电极导电连接。电源引线本身可以具有导热性，使得电源引线本身通过电池单元的外壳形成从单元内部至外部的热传递。
优选地，电池单元具有导热板，其中，导热板具有导热板段，该导热板段被布置在电池单元的外壳外。从而导热板段具有提供在电池单元的外壳外的热传导区域，且由此热量可以从电池单元传送至环境中，特别是传送至电池壳体中的冷却液。因此，优选地，导热板延伸穿过电池单元的外壳，且因此形成从外壳内至外壳外的直接导热路径。优选地，导热板段在此至少部分地、特别是全部地被冷却液包围，这可以增强散热。
优选地，至少一个电源引线具有电源引线段，该电源引线延伸出电池单元的外壳，且至少部分地、特别是全部地被冷却液包围。所述电源引线段提供从电池单元的外壳伸出的区域。所述电源引线段包括热传导区域，在其上通过电源引线从电池单元的外壳所导出的热量可以接触冷却液。就此而言，电源引线自身形成导热元件，热量可以通过其从电池单元的外壳内导向电池单元的外壳外。由此，电源引线段至少部分地被冷却液包围，可以有利于从电源引线段至冷却液的热传导。特别是电源引线段完全被冷却液包围，可以提高散热。在此，冷却液可以由不导电的液体构成。
优选地，电池单元的最多50％，尤其是最多20％、尤其是最多10％被冷却液包围。此外，电池单元也可以最多30％或者最多40％被冷却液包围。
在此，该百分数实际上仅表示电池单元的外壳的表面积被冷却液所包围的份额。在此，不考虑电源引线段或者导热板段的表面。
特别是，若电池单元的外壳相对少地被冷却液包围，电池单元与冷却液之间的热传导可以通过导热板及导热板段和/或电源引线及电源引线段实现。电池单元的外壳也可以不被冷却液包围。在这种情况下，外壳的下边沿被布置在冷却液位线之上。冷却液位线标示出冷却液在静止状态下的高度。
在一优选实施方式中，两个电源引线优选在相同的方向上延伸出电池单元的外壳。由此，两个电源引线的电源引线段的被包围度可以大致相同。特别地，这在电源引线向下延伸出电池单元的外壳时是有意义的。两个电源引线的电源引线段可以伸入冷却液，且在此被冷却液包围，然而，例如电池单元的外壳不被冷却液包围或者仅少部分被冷却液包围。在这种情况下，电源引线段的下边沿被布置在冷却液位线之下。应理解，该条件必须是在静止状态下的。
此外，本发明所基于的目的通过包括上述类型的至少一个电池的电池组件实现，其中，电池壳体连接在冷却器上。在一优选实施方式中，电池壳体可以连接在冷却器上。冷却器可以是通过连接管路与电池壳体连接的外部部件。或者冷却液可以被导向冷却器，使得冷却液在冷却器中冷却。可替换地，位于冷却液之上的气体的一部分可以被导向冷却器，由此被冷却。在电池壳体与冷却器之间的连接管路中，可以布置一个或者多个鼓风机。在此，电池壳体的出口优选连接冷却器的入口，其中，电池壳体的出口被布置在冷却液液位线之上。由于电池壳体的出口被布置在冷却液液位线之上，则基本上，特别是仅部分气体(特别是冷却液的蒸汽)以及仅少量(特别是没有)液态冷却液从电池壳体导入冷却器。该部分气体在此可以通过冷却器冷却。该部分气体可以通过其他连接管路再次导回到电池壳体中，这可能导致额外冷却布置在电池壳体中的部件和冷却液。优选地，电池壳体的出口被布置在电池壳体的盖面中。在盖面中的出口布置最小化了可以通过出口朝向冷却器方向的液态冷却液部分。在电池壳体与冷却器之间的连接管路中，可以提供一个、两个或更多个鼓风机。特别地，可以在每个连接管路中提供一个鼓风机。
优选地，冷却液可以在电池壳体内汽化。在汽化过程中降低了温度水平。优选地，冷却器包括冷凝器。在冷凝器中，汽化的冷却液，也就是冷却液蒸汽可以恢复成液态。在此，被液化的冷却液蒸汽可以通过另一连接管路被再次引入或者导入电池壳体中。优选地，冷却液可以在电池壳体内汽化。在汽化过程中降低了温度水平。
此外，本发明所基于的目的将通过用于冷却所述电池的方法实现，其中，冷却液4的至少一部分汽化。优选地，冷却液的汽化部分借助于冷却器而冷却。此外，冷却液的汽化部分可以被冷凝。被冷凝的蒸汽可以重新用于冷却电池单元。
附图说明
将根据附图更加详细地描述本发明。其中：
图1以剖面图示出了第一实施方式中具有本发明电池的本发明电池组件
a)侧视图，
b)前视图；
图2以剖面图示出了第二实施方式中具有本发明电池的本发明电池组件
a)侧视图，
b)前视图；
图3以剖面图示出了第三实施方式中具有本发明电池的本发明电池组件
a)侧视图，
b)前视图；
图4以剖面图示出了第四实施方式中具有本发明电池的本发明电池组件
a)侧视图，
b)前视图。
具体实施方式
图1示出在静止状态的根据本发明的电池1，其中，电池在静止状态下不运动。电池1具有电池壳体3，电池壳体3填充有冷却液4。在静止状态下，电池壳体3的底面6被布置在下方。冷却液4在静止状态下同样不运动。电池壳体3被以气密和不透液的方式对外部密封，由此冷却液4不能漏出电池壳体3。在电池壳体3内，相互间隔地布置有五个电池单元2。在此，电池单元2具有外壳5，其以气密和不透液的方式将外壳5内的单元空间对外部密封。在该单元空间内布置有至少一个在此不作详细描述的电化学单元。该电化学单元例如具有多个电极和在两个电极之间的至少一个电解质。该电化学单元在本发明中被构建成可再次充电的二次电池单元。
每个电池单元2具有两个电源引线8，电源引线从单元空间延伸穿过电池单元5的外壳4。电源引线8在此形成穿过电池单元2的外壳5的电连接。一个或者多个电极可以由此与在电池单元2的外壳5外的连接端子(未示出)电连接。被布置在外壳5内的电源引线8的区域以虚线示出。单个的电池单元2可以相互连接，特别是并联或者串联。电源引线8布置在电池单元2的底部上。在此，电源引线8在下部区域中延伸出外壳5或者穿过外壳5。
可以看出，冷却液4仅部分地填充电池壳体3，其液面通过虚线的液位线7示出。液位线7示出在电池1静止状态下冷却液体表面的位置。在液位线7之上形成了不存在冷却液但可能存在气体19的区域。
电源引线8分别具有电源引线段10，其延伸出电池单元2的外壳5。电源引线段10完全浸入冷却液4中，使得冷却液4完全包围电源引线段10。
此外，电池单元2浸入冷却液4中足够的深度，以使得电池单元2的外壳5部分地被冷却液包围。换句话说，冷却液水平足够高，使得电池单元2的外壳5部分地被冷却液包围。在此，电池单元2的外壳5被冷却液包围70％。百分比在此对应于冷却液所包围的电池单元2的外壳5的表面积与电池单元2的外壳5的总表面积的商。
由于电池壳体3仅部分地以冷却液填充，冷却液4可以在例如通过驱动汽车运动而出现的电池1的运动时来回自由晃荡，这导致冷却液4更好地混匀。由此，有利于从电池单元2至壳体3或者至其他冷却设备例如冷却剂管路22的热传递。
提供独立于电池1的冷却器12，该冷却器通过连接管路17与电池壳体3连接。在此，电池壳体3的出口16与冷却器12的入口13连接。此外，冷却器12的出口14与电池壳体3的入口15连接。电池1与冷却器12和连接管路17一起构成电池组件20。在一可替换的实施方式中，多个电池可以连接在一个或者多个冷却器上。
在此，电池壳体3的出口16被布置在冷却液液位线7之上，使得气体19的一定量部分可以通过电池壳体3的出口14被导向冷却器12的方向。在冷却器12中提供在此未详细描述的冷凝器。为了更好地推动蒸汽通过连接管路，在连接管路17中，在电池壳体3的出口16与冷却器12的入口13之间布置鼓风机21。额外地或者可替换地，可以在连接管路17中，在冷却器12的出口14与电池壳体3的入口15之间布置鼓风机。若液态介质需要被传送，则鼓风机可以实现泵的功能。
若冷却液4在电池壳体3中变温或者热时，冷却液4的一部分汽化，且形成气体19的一部分。然后冷却液的汽化部分被引导通过电池壳体3的出口16、进入连接管路17、到冷却器12的入口13，且在那里进入冷却器12的冷凝器。在冷凝器中，汽化的冷却液4冷凝，且随后作为经冷凝及冷却的冷却液，通过冷却器12的出口14、其他连接管路17和电池壳体3的入口15被导回电池壳体3中。通过一部分冷却液的汽化产生额外的冷却效果，由此总体改进所述电池组件的冷却过程。
在电池壳体3的底面6附近以冷却剂管路22的形式布置有热交换器，该热交换器额外地有利于冷却液的冷却。
图2示出了可替换的实施方式电池1’，电池1’在结构和功能方面基本对应于依照图1的电池1。在下文中，将仅讨论电池1’与依照图1的电池1的不同之处。
电池1’具有比依照图1的电池1少的冷却液4。在此，仅电源引线8的电源引线段10被冷却液4包围。外壳5未被冷却液4包围，因为液位线7’被布置在外壳5之下。因为延伸出外壳5的电源引线段10的表面积仅占电池单元2的总表面积的大约5％，因此电池单元2’的大约5％被冷却液包围。
图3示出了另一实施方式电池1”，电池1”在结构和功能方面基本对应于依照图1的电池1。在下文中，将仅讨论电池1”与依照图1的电池1的不同之处。
电池1”具有多个电池单元2”，其中，每个电池单元2”包括导热板9。所述导热板部分地被布置在外壳5内。导热板段11延伸出外壳5。导热板段11被布置在外壳5的底面，且完全被冷却液4包围。在下端，导热板段11被弯曲90度。电源引线8”具有电源引线段10”，电源引线段延伸出外壳5。电源引线段10”在外壳5的上侧面上延伸出外壳5。电源引线段10”在此未被冷却液4包围。液位线7高于图2中的电池的液位线，或者低于图1中的电池的液位线。电池单元2大致50％被冷却液包围，其中，为计算电池单元的表面积，需要考虑外壳5的表面积、电源引线段10”的表面积以及导热板段11的表面积。
图4示出了另一可替换的实施方式电池1”’，电池1”’在结构和功能方面基本对应于依照图1的电池1。在下文中，将仅讨论电池1”’与依照图1的电池1的不同之处。
对于电池1”’，电源引线段10和导热板段11均在下方延伸穿出各个电池单元2的外壳5。冷却液4的液位线大致对应于根据图3的电池1”的液位线，使得电池单元2的外壳5部分地被冷却液包围。电源引线段10和导热板段11都完全被冷却液4包围。
附图标记列表
1    电池
2    电池单元
3    电池壳体
4    冷却液
5    外壳
6    底面
7    液位线
8    电源引线
9    导热板
10   电源引线段
11   导热板段
12   冷却器
13   冷却器入口
14   冷却器出口
15   电池壳体入口
16   电池壳体出口
17   连接管路
18   盖面
19   气体量
20   电池组件
21   鼓风机
22   冷却剂管路

Claims (20)

1.一种电池(1)，包括：
至少一个电池单元(2)，其布置在电池壳体(3)中，
其特征在于，
所述电池壳体(3)部分地被冷却液(4)填充。
2.根据前述权利要求中任一项所述的电池(1)，其特征在于，
所述电池单元(2)至少2％被所述冷却液(4)包围。
3.根据前述权利要求中任一项所述的电池(1)，其特征在于，
所述电池单元(2)最多80％被所述冷却液(4)包围。
4.根据前述权利要求中任一项所述的电池(1)，其特征在于，
所述电池单元(2)具有由所述电池单元(2)的外壳(5)密封的至少一个单元空间(6)，发电单元(7)被布置在其中。
5.根据前述权利要求中任一项所述的电池(1)，其特征在于，
所述电池单元(2)具有至少两个电源引线(8)，所述电源引线延伸出所述电池单元(2)的外壳(5)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的电池(1)，其特征在于，
所述电池单元(2)具有导热板(9)，其中所述导热板(9)具有导热板段(11)，所述导热板段被布置在所述电池单元(2)的外壳(5)之外。
7.根据权利要求6所述的电池(1)，其特征在于，
所述导热板段(11)至少部分地、特别是完全地被所述冷却液(4)包围。
8.根据前述权利要求中任一项所述的电池(1)，其特征在于，
至少一个电源引线(8)具有电源引线段(10)，所述电源引线段延伸出所述电池单元(2)的外壳(5)，且至少部分地、特别是完全地被冷却液(4)包围。
9.根据前述权利要求中任一项所述的电池(1)，其特征在于，
所述电池单元(5)被所述冷却液(4)包围最多50％、特别是最多20％、特别是最多10％。
10.根据前述权利要求中任一项所述的电池(1)，其特征在于，
所述电池单元(2)的外壳(5)未被所述冷却液(4)包围。
11.根据前述权利要求中任一项所述的电池(1)，其特征在于，
至少两个电源引线(8)在相同的方向上延伸出所述电池单元(2)的外壳(5)。
12.根据前述权利要求中任一项所述的电池(1)，其特征在于，
至少两个电源引线(8)向下延伸出所述电池单元(2)的外壳(5)。
13.一种电池组件(20)，包括根据权利要求1至12中任一项所述的至少一个电池，其中冷却器(12)被连接在所述电池壳体上。
14.根据权利要求13所述的电池组件(20)，其特征在于，
所述电池壳体的出口(16)被连接到所述冷却器的入口(13)，其中所述电池壳体的出口(16)布置在冷却液液位线之上。
15.根据权利要求13或14所述的电池组件(20)，其特征在于，
所述电池壳体的出口(16)被连接到所述冷却器的入口(13)，其中，所述电池壳体的出口(16)布置在所述电池壳体(3)的盖面(18)中。
16.根据权利要求13至15中任一项所述的电池组件(20)，其特征在于，
所述冷却器(12)包括冷凝器。
17.根据权利要求13至16中任一项所述的电池组件(20)，其特征在于，
所述冷却器的出口(14)与所述电池壳体的入口(15)连接。
18.一种用于冷却根据权利要求1至12中任一项所述的电池的方法，其中所述冷却液4的至少一部分汽化。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，
所述冷却液(4)的汽化部分借助于冷却器(12)被冷却。
20.根据权利要求18或19所述的方法，其特征在于，
所述冷却液(4)的汽化部分被冷凝。
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