CN103119749A - 电池电芯模块、电池以及机动车 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电池电芯模块，其包括多个电池电芯(1)，特别是锂离子电池电芯，所述多个电池电芯被设置成组并且分别具有呈大致棱柱形的电芯壳体(10)，其中，各个电芯壳体(10)具有壳体高度(11)、壳体宽度(12)和壳体深度(13)三个尺度。根据本发明，其中的两个尺度在所述电池电芯模块的所有电池电芯(1)中是基本相同的，而第三个尺度至少在所述电池电芯模块的两个电池电芯(1)中是不同的。另外涉及一种电池，其包括至少一个依据本发明的电池电芯模块；以及一种机动车，其包括至少一个依据本发明的电池。

Description

电池电芯模块、电池以及机动车
技术领域
本发明涉及一种电池电芯模块，包括多个电池电芯，所述多个电池电芯设置成组并且分别具有呈大致棱柱形的电芯壳体，其中，各个电芯壳体具有壳体高度、壳体宽度和壳体深度三个尺度。
此外，本发明涉及一种电池，其包括至少一个依据本发明的电池电芯模块。
本发明通过一种机动车进行补充，该机动车具有至少一个依据本发明的电池。
背景技术
包括一个或多个直流电池电芯的电池用作电化学能量存储器或能量转换器。在电池或相应的电池电芯放电时，在电池中存储的化学能通过电化学氧化还原反应转换成电能。该电能可以根据用户需求来供给。
特别在混合动力和电力驱动的机动车中，在所谓的电池组中使用锂离子电池或镍金属氢化物电池，这类电池由大量串联的电化学电芯组成。在此，包括电池状态识别功能的电池控制系统通常用于安全监控，并用以确保尽可能长久的使用寿命。
在锂离子存储器技术中，将多个单独的电池电芯组合成一整个电池。在此，每个单独电芯具有壳体，以包围住活动的电池电芯组件和电解质。从该电池电芯壳体中仅伸出电端子或电池电芯的电极。
由DE 690 22 892 T2已知一种模块化的电池安装系统，该电池安装系统由多个单独的模块单元组成。这种单独的模块单元可以是电池电芯。这些基础构造单元可以根据模块设计原理构造成具有几乎任意尺寸的电池设备。
在DE 10 2007 052 375 A1中描述了一种具有高效冷却的能量存储器及用于低成本制造这种能量存储器的方法，该方法实现了根据不同用户需求制造能量存储器。在DE 10 2007 052 375 A1描述的实施方式中，还实现了一种紧凑且低成本的模块化构造方式，该构造方式可以用在堆砌式系统(Baukastensystem)的范围内。这里也可以将任意数量的电芯互连成模块。
因此综上可知，将设计用于相同使用目的或相同类型的电池电芯组装成模块。然而在此，要考虑到电池电芯的不同类型或不同使用目的的电池电芯。例如，在不同类型的电力驱动机动车中使用的电池在其结构的设计方面以及其外部尺寸方面相对存在差别。这一方面受到不同的功率需求的限制，另一方面受到不同的待利用的结构空间特性或装置位置的限制。此外，不同的电池电芯或电池具有彼此不同的端子，例如不同的螺纹尺寸。电池或电池电芯的这些差异造成运输、存放以及操作和装配的相对麻烦。为此，必须对供给系统、定位系统、固定系统、维修系统、温控系统和操作系统进行相对复杂的设计，以使这些系统能够用于不同的电池电芯类型或电池类型。
发明内容
提供一种电池电芯模块，其包括多个电池电芯，特别是锂离子电池电芯，所述多个电池电芯设置成组并且分别具有呈大致棱柱形的电芯壳体，其中，各个电芯壳体具有壳体高度、壳体宽度和壳体深度三个尺度。根据本发明，其中的两个尺度在所述电池电芯模块的所有电池电芯中是基本相同的，而第三个尺度至少在所述电池电芯模块的两个电池电芯中是不同的。
也就是说，第三尺度的大小从一个电池电芯到另一个电池电芯是可以变化的，其中，第一和第二尺度的大小在各个电池电芯中是相同的。
在此，本发明并不局限于锂离子电池电芯，而是可以根据本发明替换地设计和布置其他电池电芯，例如镍金属氢化物电池电芯。
由放置在基础面上的呈棱柱形的电池电芯可知，其壳体高度是从该基础面到将电池电芯壳体于最顶侧边缘封闭的覆盖面的距离。壳体宽度对应于基础面的边缘的长度并垂直于壳体高度延伸。壳体深度垂直于壳体高度和壳体宽度延伸，并且在具有矩形基础面的呈棱柱形的电池电芯中对应于基础面的第二边缘的长度延伸，该第二边缘垂直于基础面的第一边缘延伸。
当在壳体中，例如在壳体高度上分级时，与此相应的壳体具有高度不同的区段。根据本发明，模块的电池电芯的相同高度在这里的意思是，模块的所有电池电芯具有高度尺寸相同的级，优选还具有宽度相同的级。
根据本发明，基于一般的电池电芯(这样的电池电芯相邻放置或可放置在基础面上并且分别具有优选带有优选为矩形的基础面的呈棱柱形的电芯壳体)，当作为可变的第三值的壳体深度从一个电池电芯到另一个电池电芯变化时，这些基础面在至少两个电池电芯中具有不同的尺寸。与此相对，在基础面前面和后面的、优选垂直于基础面的侧面在各个电池电芯中具有相同尺寸。优选，这三个所提到的尺度——壳体高度、壳体宽度和壳体深度是电池电芯的决定体积的尺度，也就是说，电池电芯作为实际的呈棱柱形的电芯壳体没有其他的体积要素。这些电池电芯设置成组，其中，在电池电芯之间在需要的情况下可以设置各一个或多个中间层。然而，这些中间层相比于电池电芯的深度相对较薄地实施，从而使设置成组的电池电芯构造成一个紧凑的模块。
本发明的优点
本发明的优点特别在于：由于电池电芯的至少两个几何尺度相同，在电池电芯模块的使用、存放、手动操作、运输和装配中存在电池电芯模块的周长几何参数相同的可能。当例如电池电芯模块的各个电池电芯的壳体高度和壳体宽度相同而仅深度变化时，由此也确定地预先给出了整个电池电芯模块的两个几何尺度，即模块宽度和模块高度。电池电芯模块的变化可以仅在其长度上发生，该长度是由多个单独电池电芯的不同深度来决定的。在特别的结构方案中，尽管单独采用的多个电池电芯具有不同的深度，但是也可以使由这些电池电芯制成的模块具有相同的长度。通过可靠地保持相同的模块宽度和模块高度实现了对运输系统、存放系统、供给系统、定位系统、固定系统、维修系统、温控系统和操作系统统一的调整，并且在需要时仅在深度或长度方面进行可变的设计。由此实现了运输系统、存放系统、供给系统和操作系统的统一或更简单的设计。由所提到的系统执行的过程是可更容易预见的。温控系统或检测系统能够以较少的深度消耗来规划。通过尺度的统一化，为后续的电池开发实现进一步约束，由此加速了电池电芯或电池的开发过程。
优选，所述相同的尺度是壳体高度和壳体宽度，而至少两个电池电芯的不同的尺度是壳体深度。因此，壳体深度决定了各个电池电芯之间的体积差。所希望的电池的容量越大，应该使电池电芯深度越大。
优选，本发明的电池电芯模块包括一对尺寸基本相同的夹板，其中，各夹板贴靠在所述电池电芯模块的一个外侧电池电芯的外侧壳体壁上并且对该电池电芯施加一个朝向相应的另一块夹板方向的力。该夹持力或多个夹持力能够借助于适宜的夹持装置、诸如拉紧螺栓或绷带来实现，在需要时还在弹簧元件的辅助下实现。本发明的该实施方式的优点在于，尽管使用不同的电池电芯，却可以使用相同的夹板。
在另一个有利的结构方案中规定，本发明的电池电芯模块具有至少一块冷却板，所述冷却板贴靠在由电池电芯的组构成的外表面上。所述外表面整体通过多个单独的电池电芯的外表面构造而成，因此例如构造在电池电芯的组的底侧上，从而使电池电芯的多个以及优选所有的底侧接触冷却板。由于相同的尺度，例如相同的电池电芯宽度，而优选采用宽度分别与这些标准宽度相匹配的冷却板。仅使冷却板的长度可以根据各个电池电芯模块的长度而变化。由此可知，为制造这种统一的冷却板要求的制造消耗和装配消耗更少，并且使用的加工部件更简单且数目更少。
此外，各个电池电芯模块的电池电芯的端子可以设计成具有基本相同的几何尺寸。优选，这些端子包括相同的形状元素，例如螺纹形式的连接方案。例如可以规定，所有端子构造有螺纹M8。在此，端子的概念可以理解为从电池电芯壳体伸出的电池电芯电极，其与电池电芯内部的线圈导电连接。本发明的该结构方案的优点在于使不同类型的电芯连接件的数量减少，并且使电芯连接件的装配更简单。
另外，本发明涉及一种电池，特别是锂离子电池，其包括至少一个本发明的电池电芯模块。根据功率需求，电池可以具有多个这种本发明的电池电芯模块。
在此，这种电池可以这样构成，使得第一电池电芯模块包括至少一个电池电芯，该电池电芯的第三尺度大于或小于第二电池电芯模块的至少一个电池电芯的第三尺度；其中，属于所述电池电芯模块的冷却板基本具有相同的尺寸和相同的几何形状。在一个实施方式变型中，一个模块的所有电池电芯具有相同的第三尺度，也就是说，这些尺度的大小在该模块的所有电池电芯中是相同的。在此，可以使不同数量的电池电芯互连成模块，由此使一个模块的电池电芯的整体可以布置在一块冷却板上，该冷却板的尺寸与属于另一模块的冷却板的尺寸基本相同。该结构方案的优点在于，尽管具有不同的第三尺度，例如在多个单独模块中多个单独的电池电芯的不同深度以及不同数量的电池电芯，仍然可以使用相同的冷却板。
在本发明电池的特别实施方式中规定，电池电芯模块相互堆叠布置。由于相同的基础面尺寸，这些电池电芯模块特别适用于堆叠，特别是在电池电芯如此组装成模块的情况下，即，即使在多个单独的电池电芯的深度不同的条件下，模块仍具有相同的长度。在需要模块具有不同长度时，可以实现错落地堆叠，而这样的堆叠实现了电池电芯堆叠结构的改善的强度。也就是说，根据本发明，电池电芯同样可以布置在一个组合系统中并且相互叠地布置成一块电池。
另外，本发明还包括一种机动车，而且特别是电动机驱动的机动车，该机动车包括至少一个具有本发明的电池电芯模块的电池，其中，所述电池与所述机动车的驱动系统连接。
附图说明
参照附图和以下的说明对本发明的实施例进行详细描述。附图中：
图1示出了电池电芯模块的立体图；
图2示出了两个电池电芯模块的俯视图；
图3示出了一个电池电芯模块的俯视图。
具体实施方式
图1中示出了依据本发明的电池电芯模块的整体结构。该电池电芯模块由多个单独的电池电芯1组装而成。每个电池电芯1具有限定体积的电芯壳体10。可以清楚地了解到，电池电芯1分别具有相同的壳体高度11和壳体宽度12。
所示的每个电池电芯分别具有不同的壳体深度13。由此，所示的每个电池电芯1具有不同的体积。尽管使用具有不同体积并因此具有不同容量的电池电芯1，但是能够如图1所示地布置电池电芯1，使这些电池电芯1例如能够共同以简单的方式运输、存放或装配。电池电芯1在顶侧分别具有多个端子40。这些端子优选在其几何尺寸和/或连接方案方面同样相同地实施，从而可以使用相同类型的连接器，以使电池电芯相互连接并与其他电池连接。
多个单独的组装成组的电池电芯1可以作为模块而放置在冷却板30上，和/或被冷却板覆盖。如图2所示，例如在冷却板30上可以布置第一电池电芯模块50和第二电池电芯模块60。然而根据图3，也可以在冷却板30上仅布置一个电池电芯模块，该冷却板与图2的冷却板具有相同的几何尺寸。由于根据图2使用的电池电芯1具有较小的壳体深度13，能够在该冷却板30上布置了相当于图3中冷却板30上的电池电芯双倍数量的电池电芯。
然而本发明并不局限于在较长的冷却板30上布置两个电池电芯模块50、60，而是还可以在该冷却板30上如图3那样仅布置一个电池电芯模块，但该电池电芯模块具有双倍数量的电池电芯1。
因此，各个模块长度70由多个单独的电池电芯1的不同深度13以及根据各模块布置的电池电芯1的数量来确定。
在图2和图3所示的电池电芯可以如图1所示的那样具有不同的壳体深度13，从而可以实现模块长度70的其他变化。
在一个电池电芯模块中数量确定的电池电芯1借助于第一夹板20和第二夹板21保持在一起。各夹板20、21分别贴靠在相应的外侧的电池电芯14的壳体壁上，并且通过适宜的夹持件分别朝向另一块夹板的方向牵拉或挤压。由于使用具有相同的壳体高度11和壳体宽度12的电池电芯1，同样还可以使用相同尺寸的夹板，从而在夹板的制造和装配方面仅需很低的成本。

Claims (9)

1.一种电池电芯模块，包括多个电池电芯(1)，特别是锂离子电池电芯，所述多个电池电芯被设置成组并且分别具有呈大致棱柱形的电芯壳体(10)，其中，各个电芯壳体(10)具有壳体高度(11)、壳体宽度(12)和壳体深度(13)三个尺度，其特征在于，其中的两个尺度在所述电池电芯模块的所有电池电芯(1)中是基本相同的，而第三个尺度至少在所述电池电芯模块的两个电池电芯(1)中是不同的。
2.根据权利要求1所述的电池电芯模块，其中，相同的两个尺度是壳体高度(11)和壳体宽度(12)，不同的尺度是壳体深度(13)。
3.根据权利要求1或2中至少一项所述的电池电芯模块，其中，所述电池电芯模块包括一对尺寸基本相同的夹板(20、21)，其中，各夹板(20)贴靠在所述电池电芯模块的一个外侧电池电芯的壳体壁(14)上并且对该电池电芯(1)施加一个朝向相应的另一夹板(21)方向的力。
4.根据权利要求1至3中至少一项所述的电池电芯模块，其中，所述电池电芯模块具有至少一块冷却板(30)，所述冷却板贴靠在由电池电芯的组构成的外表面上。
5.根据权利要求1至4中至少一项所述的电池电芯模块，其中，所述电池电芯(1)具有端子(40)，其中，各个电池电芯模块的电池电芯(1)的端子(40)设计成具有基本相同的几何尺寸。
6.一种电池，包括至少一个根据权利要求1至5中至少一项所述的电池电芯模块。
7.根据权利要求6所述的电池，所述电池具有多个根据权利要求4和5中至少一项所述的电池电芯模块，其中，第一电池电芯模块(50)包括至少一个电池电芯(1)，该电池电芯的第三尺度大于或小于第二电池电芯模块(60)的至少一个电池电芯(1)的第三尺度；并且其中，属于所述电池电芯模块(50、60)的冷却板(30)基本具有相同的尺寸和相同的几何形状。
8.根据权利要求6或7所述的电池，其中，所述电池电芯模块相互堆叠布置。
9.一种机动车，特别是电动机驱动的机动车，包括至少一个根据权利要求6至8中至少一项所述的电池，其中，所述电池与所述机动车的驱动系统连接。
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