CN103155213B - 通过水分离而减少冷凝物形成的电池 - Google Patents

通过水分离而减少冷凝物形成的电池 Download PDF

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Abstract

本发明描述了一种电池，其包括带有用于压力平衡的透气孔的基本上不透气的罩壳、多个布置在罩壳中的电池电芯和用于冷却在罩壳中的电池电芯的主动冷却装置。在此，所述冷却装置具有冷却流体和用于分配所述冷却流体的分配块(1)。该电池的特征在于，在所述分配块(1)中集成有空气引导装置(4)，该空气引导装置如此被构造和布置，使得所述罩壳的透气孔通过所述空气引导装置(4)与环境空气接触。

Description

通过水分离而减少冷凝物形成的电池
技术领域
本发明涉及一种带有用于减少在电池内部的冷凝物形成的空气干燥系统的电池。
背景技术
用于应用在车辆领域中的电池、特别是高容量电池、例如高容量锂离子电池的特征在于，在标准或者正常运行期间显著地放热。由于电池仅仅能够在一定的温度范围中提供其最优的有效功率，因此大多需要设置防止电池过热的主动冷却装置。
此外，经常出现的情况是，在电池的内部存在比环境空气温度更低的温度。这时，如果环境空气进入电池内部中(例如通过在电池罩壳中的压力平衡孔)，则包含在该环境空气中的湿气会在电池内部中冷凝并且可能引起明显的损害。
例如，为了使特别是在电池内部中带电的部件上的腐蚀风险最小化，提出了应用这样的系统，这些系统或者在电池内部中或者在空气进入电池内部之前使空气除湿，并且由此减少在电池中敏感部件处的冷凝物形成。
在文献102007011026A1中提出一种电池，在其中设置用于冷凝并从罩壳中导出湿气的冷却收集器。然而，该冷却收集器作为独立的、附加的、多件式的部件被公开。由此，在制造电池时需要附加的装配步骤，这延长了制造过程并且由此也增加了成本。
发明内容
根据本发明，提供一种电池，其包括带有用于压力平衡的透气孔的基本上不透气的罩壳、多个布置在罩壳中的电池电芯和用于冷却在罩壳中的电池电芯的主动冷却装置，其中，该冷却装置具有冷却流体和用于分配该冷却流体的中央分配块，其特征在于，在分配块中集成有空气引导装置，其如此构造和布置，使得罩壳的透气孔通过该空气引导装置与环境空气接触。
根据本发明的电池基于这样的认识：可通过以下方式抑制在电池中的冷凝物形成，即，使环境空气在进入罩壳中之前被冷却，从而使可能包含的湿气提前冷凝。该功能被集成到已经存在的被冷却流体流经的部件中。这具有的优点为，在装配电池时省去了用于空气干燥的独立部件的必要性并且由此制造过程得到加速并且可成本更适宜地进行。
在主动冷却装置的冷却系统(例如热交换器或其它可能已经在车辆中存在的冷却系统)和待冷却的电池之间的接口由分配块形成，该分配块将用于执行冷却功能的冷却流体分配到电池上。在此，该分配块由被冷却的冷却流体密集地流经并且因此是电池的最冷点之一。电池的罩壳基本上构造成不透气的并且允许环境空气仅仅通过用于在环境和罩壳内部之间进行压力平衡的透气孔进入罩壳的内部中。如果环境空气在进入罩壳内部之前被引导经过分配块，则该环境空气与冷的表面接触并且冷却。在分配块中的接触面处，包含在环境空气中的湿气作为冷凝物落下，并且在罩壳内部中不再会导致冷凝物形成。因此，空气在进入电池罩壳中之前有效地被干燥。由此，减少了或甚至抑制了在罩壳的内部中的冷凝物形成。
根据本发明的电池包括多个布置在共同的罩壳中的电池电芯。在此，根据本发明的电池具有多个电池电芯，这些电池电芯被组合成一个功能单元。该电池可包括多个单个的电池电芯或者一个或多个电池模块，其中，这些模块分别具有多个以合适的方式相连接地存在的电池电芯。为此，电池的单个电池电芯可如此导电地相互连接，使得其以布置成期望的电池模块或电池结构的方式存在。
在此，电池电芯理解为电化学的蓄能器，其借助于电化学的过程储存能量并且可根据需要再次提供该能量。原则上，在根据本发明的电池中可使用任意蓄电池或电池电芯类型的电池电芯。优选地，电池包括锂离子电芯类型的、特别是Li-Ion(锂离子)蓄电池、LiPo(锂聚合体)蓄电池、LiFe(锂金属)蓄电池、Li-Mn(锂锰)蓄电池、LiFePO4(锂铁磷酸盐)蓄电池、LiTi(锂钛)蓄电池类型的电池电芯。
优选地，根据本发明的电池为锂离子电池、特别是高容量的锂离子电池、特别优选地为具有≥2Ah、优选地≥3Ah的额定电容的电池，例如锂离子电池。
根据本发明的电池可具有附加的构件，例如用于控制或调节电池性能的电池管理系统(BMS)。
根据本发明的电池具有共同的罩壳，电池的所有电池电芯或电池电芯模块都设置在该罩壳中。在此，概念“罩壳”理解为这样的装置，其具有适合容纳多个电池电芯的内部空间。优选地，罩壳在所有方向上将所包含的电池电芯与环境完全地隔开，其中，罩壳可具有可封闭的入口、例如门或盖部。在此，罩壳不可理解为使单个电池电芯的电化学的组成部分直接与环境隔开的直接的电芯壳。优选地，罩壳可由这样的材料制成，该材料包括金属、金属板或陶瓷或者由其组成。特别优选地，罩壳可由具有铝或由铝组成的材料制成。
罩壳实施成基本上不透气的并且仅仅为了在电池内部空间和环境之间的压力平衡目的而具有一个或多个透气孔。
根据本发明的电池具有用于冷却电池的主动冷却装置。该冷却装置包括冷却流体，该冷却流体在被冷却到期望的冷却温度时通过分配块如此分配到电池上，以能够冷却电池的电池电芯。冷却流体的冷却借助于冷却系统实现，该冷却系统可以为根据本发明的电池的冷却装置的组成部分。替代地，用于冷却冷却流体的冷却系统也可设计成独立的装置，其不是根据本发明的电池的组成部分，例如设计成机动车的冷却系统或空调系统。该主动冷却装置的冷却流体特别可以为液态的冷却介质，优选地，冷却流体为冷却水。
分配块具有这样的特性，即，可通过该分配块将冷却流体分配到电池上以用于冷却电池电芯，并且该分配块因此是在该功能方面对于在带有主动冷却装置的现有技术的电池中的应用是已知的且合适的部件。
附加地，在根据本发明的电池的分配块中集成有空气引导装置，以用于将环境空气引导到罩壳的透气孔处并且由此使在电池中的压力平衡成为可能。为此，该空气引导装置如此构造和布置，使得罩壳的透气孔通过分配块的空气引导装置与环境空气接触。该空气引导装置可构造成带有在空气引导装置的两个相对端部处的透气孔的管路系统，而该空气引导装置的管路系统的壁基本上不透气。
分配块可具有用于供环境空气进入空气引导装置中的空气入口和空气出口，该空气出口如此与罩壳的透气孔相连接，使得可通过该空气出口将环境空气输送到透气孔。在此，空气入口、空气出口和布置在其间的空气引导装置以引导空气的方式相互连接并且形成一个功能单元，该功能单元使透气孔优选地仅仅通过该功能单元与环境空气接触。为此，分配块例如可直接布置在罩壳的透气孔上，从而分配块的空气出口直接布置在罩壳的透气孔上并且在必要时完全覆盖该透气孔。
现在，如果环境空气通过空气入口到达分配块中，该环境空气在该处被冷却，包含在环境空气中的湿气冷凝并且在空气引导装置的表面处作为冷凝物被分离。为了使该冷凝物可有效地从分配块中被导出，由空气入口、空气出口和空气引导装置组成的功能单元可如此布置在分配块中，使得在根据本发明的电池的标准或正常运行期间存在从作为最高点的空气出口经由空气引导装置到作为最低点的空气入口的落差。在此，标准或正常运行理解为电池相对于地平线采用一种定向方式的运行，该定向方式是使用电池、例如作为车辆电池常常采用的定向方式。由此确保，水可从空气引导装置中通过空气入口从分配块中流出。优选地，该落差构造成连续的落差、特别优选地在空气引导装置的整个长度上表现为连续的。通过该连续的落差，在空气引导装置的走向中不会形成较大量的积水。
为了防止冷凝物从分配块中到达电池的罩壳内部中，分配块的空气出口可具有不透水的膜片，其基本上防止液态的冷凝物直接从分配块穿过罩壳的透气孔进入罩壳内部中。为此优选地，应用具有微孔的膜片，其透气但是不透水。例如，该不透水的膜片可由包含聚四氟乙烯或由其组成的材料制成。
在根据本发明的电池的分配块中的空气干燥效果可通过以下方式提高，即，使环境空气从空气入口到达空气出口而必须经过的路程选择得尽可能长。空气通过分配块的路程越长，空气被暴露在分配块中的冷却条件下的时间越长进而越大程度地冷却空气。由于更冷的空气可输送更少的湿气，因此在空气的路程更长时也抽走了更多的湿气。空气在分配块中的路程延长例如可通过以下方式实现，即，空气引导装置不设计成在分配块的空气入口和空气出口之间的可能的最短连接装置，而是例如具有多次方向变化和/或多个圈。优选地，空气引导装置可构造成环形或曲折形。特别优选地，在分配块中的空气引导装置如此构造，使得空气从空气入口到空气出口必须经过从分配块的空气入口到空气出口的最短距离的至少双倍长的路程。该路程也可至少为分配块的空气入口到空气出口的最短距离的四倍或十倍。
为了在分配块中尽可能有效地干燥空气，有利的是，作为延长路程的附加或替代，尽可能快速地进行在冷的分配块和相对于其更热的环境空气之间的温度传递。这例如可通过以下方式实现，即，空气引导装置的管路由这样的材料制成，该材料的导热性允许在分配块和包含在空气引导装置中的空气之间快速的温度平衡。优选地，空气引导装置由这样的材料组成，该材料的导热系数λ≥10W/(m*K)、特别优选地λ≥50W/(m*K)、相当特别优选地λ≥100W/(m*K)。作为特别合适的材料提到的例如是包含铝或铝合金的材料。
为了在分配块中尽可能有效地干燥空气，此外有利的是，作为延长路程或使用带有合适的导热率的材料的附加或替代，用于温度传递的表面尽可能大。如以上阐述的那样，这一方面可通过选择尽可能长的路程实现。但是，此外也可通过以下方式增大该表面，即，空气引导装置的内表面具有用于增大表面的措施。这些措施例如可在于，空气引导装置的内表面或在空气引导装置的内腔中附加地设置肋部、沟部、壁、翼部和/或隆起部。
本发明也涉及一种用于应用在根据本发明的电池中的分配块。在此，所有上述在根据本发明的电池的分配块方面的实施方案也适用于根据本发明的分配块。
本发明也包括一种机动车，其包含根据本发明的电池。在此，机动车和电池形成结构单元并不重要，而是机动车与根据本发明的电池如此在功能上存在联系，使得电池在机动车的运行期间可实现电池功能。在此，概念“机动车”理解为所有被驱动的、具有用于向机动车的至少一个部件供给能量的电池的车辆，而与该机动车具有何种驱动装置无关。特别是，概念“机动车”包括电混合动力车(HEV)、插电式(Plug-In)混合动力车(PHEV)、电动车(EV)、燃料电池车以及所有使用电池以至少部分地供给电能的车辆。
附图说明
根据附图和以下描述详细解释本发明的实施例。其中：
图1示出了根据本发明的电池的分配块的从斜上方看的立体图，其中，以可见的方式示出了位于其中的部件；以及
图2从侧面示出了根据本发明的电池的分配块的侧向立体图，其中，以可见的方式示出了位于其中的部件。
具体实施方式
在图1中以从斜上方看的立体视图示出了根据本发明的电池的分配块。使所选择的位于内部的部件是可见的。该分配块1具有用于冷却流体的联接部2，通过该联接部为电池供给冷却流体。附加地，分配块1在远离电池罩壳的一侧上具有空气入口3。在面对电池罩壳的一侧上，分配块具有空气出口5，其在将分配块1装配在电池罩壳上之后位于在电池罩壳中的透气孔上。在空气入口3和空气出口5之间，在分配块1中设置空气引导装置4，其与空气入口3和空气出口5一起形成功能单元。通过该功能单元，能够将环境空气输送到电池罩壳的透气孔处。优选地，如此构造根据本发明的电池，使得电池内部空间仅仅通过该功能单元与环境空气接触。在此，空气出口5布置得比空气入口3更高，并且空气引导装置4构造成在作为最高点的空气出口5和作为最低点的空气入口3之间存在连续的(不中断的)落差。由此确保，在分配块1的空气引导装置4中被分离的液态的冷凝物朝向空气入口3的方向流动并且可通过空气入口3从分配块1中被导出。如在图2中示出的那样，空气出口5可以具有不透水的膜片6，其防止液态的冷凝物从分配块1朝蓄电池内部空间的方向流动进入电池内部空间。

Claims (15)

1.一种电池，其包括带有用于压力平衡的透气孔的不透气的罩壳、多个布置在罩壳中的电池电芯和用于冷却在罩壳中的电池电芯的主动冷却装置，其中，所述冷却装置具有冷却流体和用于分配所述冷却流体的分配块(1)，其特征在于，在所述分配块(1)中集成有空气引导装置(4)，所述空气引导装置的构造和布置使得所述罩壳的透气孔通过所述空气引导装置(4)与环境空气接触，其中，所述分配块(1)具有用于接收环境空气的空气入口(3)和与所述罩壳的透气孔相连接的空气出口(5)，并且所述空气引导装置(4)以引导空气的方式使所述空气入口(3)和所述空气出口(5)相互连接，所述空气出口(5)具有不透水的膜片(6)，所述膜片防止液态的水从所述分配块(1)穿过所述罩壳的透气孔进入罩壳内部中。
2.按照权利要求1所述的电池，其中，所述分配块(1)的空气出口(5)直接布置在所述罩壳的透气孔上。
3.按照权利要求1或2中任一项所述的电池，其中，所述空气入口(3)、所述空气出口(5)和所述空气引导装置(4)在所述分配块(1)中的布置和构造使得在所述电池的正常运行期间存在从空气出口(5)经由空气引导装置(4)到空气入口(3)的落差。
4.按照权利要求3所述的电池，其中，所述落差在空气引导装置(4)中为连续的。
5.按照权利要求1所述的电池，其中，所述空气引导装置(4)在分配块(1)中的构造使得空气从所述空气入口(3)到所述空气出口(5)必须经过至少为所述空气入口(3)与所述空气出口(5)的最短距离的双倍的路程。
6.按照权利要求1所述的电池，其中，所述空气引导装置(4)具有多个圈。
7.按照权利要求6所述的电池，其中，所述空气引导装置(4)构造成环形或曲折形。
8.按照权利要求1所述的电池，其中，所述空气引导装置(4)由导热系数λ≥10W/(m·K)的材料组成。
9.按照权利要求1所述的电池，其中，所述空气引导装置(4)由包含铝或铝合金的材料组成。
10.按照权利要求1所述的电池，其中，所述空气引导装置(4)的内表面具有用于增大表面积的结构。
11.按照权利要求10所述的电池，其中，所述空气引导装置(4)的内表面具有肋部、沟部、翼部、壁和/或隆起部。
12.按照权利要求1所述的电池，其中，所述主动冷却装置的冷却流体为液态的冷却介质。
13.按照权利要求12所述的电池，其中，所述冷却介质为冷却水。
14.一种应用在按照权利要求1至13中任一项所述的电池中的分配块(1)。
15.一种包含按照权利要求1至13中任一项所述的电池的机动车。
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