CN103872402B - 电能存储器和包括该电能存储器的机动车辆 - Google Patents

电能存储器和包括该电能存储器的机动车辆 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种电能存储器和包括该电能存储器的机动车辆，特别是用于机动车辆的电能存储器，该电能存储器具有多个电池单体，这些电池单体是在相同的方向上定向的并且这些电池单体在各自情况下具有两个平行侧，其中各个电池单体在各自情况下具有带一个正极和一个负极的一个单体端子。在此，本发明的本质在于这些电池单体是袋状单体形式，在这些袋状单体之间安排了一个薄片，该薄片包括石墨并且用于冷却；并且本质在于在一个电池单体的至少一个单体端子的区域中，提供了一个冷却管道，该冷却管道以热传导的方式连接到该单体端子并且连接到该薄片。能以此方式提供一种高性能且节省空间的能量存储器。

Description

电能存储器和包括该电能存储器的机动车辆
技术领域
本发明涉及一种电能存储器，特别是用于机动车辆的电能储能器，该电能存储器具有在相同方向上定向的多个电池单体，这些电池单体在各自情况下具有两个平行侧，其中各个电池单体（2）在各自情况下具有带一个正极（4）和一个负极（5）的一个单体端子（3）。本发明还涉及一种装备有所述类型电能存储器的机动车辆。
背景技术
US2006/0134514A1披露了一种属类的电能存储器，该电能存储器具有多个电池单体，这些电池单体在相同的方向上定向并且这些电池单体在各自情况下具有两个平行侧，其中各个电池单体在各自情况下具有带一个正极和一个负极的一个单体端子。在此，在这些单独的电池单体之间安排了由石墨形成的冷却体以用于传导热量的目的。
EP2 355 204A1披露了一种电池单元，该电池单元具有带多个电池模块的一个第一电池叠组。所述电池模块中的每一个都在各自情况下容纳一个或多个电池单体，其中该第一电池叠组的这些电池模块限定了一个第一电池叠组侧。该电池单元此外包括一个第二电池叠组，该第二电池叠组同样具有多个电池模块以及相关联的多个电池单体，其中该第二电池叠组的这些电池模块限定了一个第二电池叠组侧，该第二电池叠组侧被安排成是与该第一电池叠组侧是间隔开的并且是与之相对的。在此，在这两个电池叠组之间安排了一个热交换器结构，该结构限定了一个或多个流体流动通道。该热交换器结构在此情况下是能弹性变形的，使得该结构可以在该第一电池叠组和第二电池叠组膨胀的事件中被压缩。
US2011/0195290A1披露了一种电池模块，该电池模块具有一个壳体并且具有安排在该壳体中的至少两个电池，在这些电池之间形成了一个冷却元件用于消散由该至少两个电池产生的热量。在此，该至少一个冷却元件在x轴方向以及在y轴方向上比在z轴方向上具有更大的尺寸，其中所述至少一个冷却元件此外在x轴方向上和/或在y轴方向上比在z轴方向上显示出更大的热传导率。以此方式能强制一种定向的散热。
US2010/0279152A1同样也披露了一种具有多个电池单体的电池模块，其中由石墨形成的一个导热体被安排在这些单独的电池单体之间。
US2012/0009455A1披露了一种具有多个互联电池单体的电池模块，这些电池单体彼此平行安排，其中所述电池单体还通过多个冷却体而彼此分开。WO2012/013789A1中还说明了一种类似的能量存储器。
从US2012/0231315A1和WO2011/146919A2中已知另外的电能存储器。
现代的高性能电池、特别是混合动力车辆或电动车辆中的牵引用电池必须被冷却以便能够获得其性能并且延长其使用寿命。在此，这些已知的电能存储器通常是由以堆叠的方式彼此相邻安排的多个单独的电池单体组装而成。为了能够实现对这些单独电池单体的有效冷却，通常在这些电池单体之间安排了冷却体，然而这些冷却体需要一个相当大的结构空间并且此外不能对这些单独电池单体的特别关键区域执行最佳冷却。
发明内容
因此本发明所涉及的问题是对该属类的电能存储器指明一种改进实施例，这种改进实施例的特征尤其为提高性能和紧凑设计。
所述问题根据本发明是通过如下技术方案1和8解决的。如下技术方案2至7涉及多种有利的实施例。
1.一种电能存储器，特别是用于机动车辆的电能存储器，该电能存储器具有多个电池单体，这些电池单体是在相同的方向上定向的并且这些电池单体在各自情况下具有两个平行侧，其中各个电池单体在各自情况下具有带一个正极和一个负极的一个单体端子，
-这些电池单体是袋状单体形式的，在这些袋状单体之间安排了一个薄片，该薄片包括石墨并且用于冷却，
-在一个电池单体的至少一个单体端子的区域中，提供了一个冷却管道，该冷却管道以热传导的方式连接到该单体端子并且连接到该薄片。
2.如技术方案1所述的电能存储器，该薄片被形成为一个电气绝缘的塑料薄片，该塑料薄片填充有一种导热的石墨、特别是填充有多个石墨颗粒。
3.如技术方案1或2所述的电能存储器，其特征在于，该薄片被形成为使得该薄片不仅覆盖、并且由此冷却这些相邻的电池单体的对应侧而且还覆盖和冷却对应的单体端子。
4.如技术方案1至3之一所述的电能存储器，彼此通过一个薄片分开的至少两个电池单体被安排成彼此相邻接、并且一起形成带有一个共同单体端子的一个电池模块。
5.如技术方案4所述的电能存储器，在该能量存储器中提供至少两个电池模块，其中在每种情况下一个额外的薄片被安排在两个电池模块之间。
6.如技术方案1至5之一所述的电能存储器，该冷却管道具有一个矩形的外部截面和/或一个圆形的内部截面。
7.如技术方案1至6之一所述的电能存储器，该电能存储器是一台混合动力车辆或电动车辆中的一种牵引用电池形式。
8.一种机动车辆，特别是一种混合动力车辆或电动车辆，具有如技术方案1至7之一所述的一个电能存储器。
本发明所基于的总体概念是一种电能存储器，该电能存储器具有多个电池单体，这些电池单体是在相同的方向上定向的并且这些电池单体是袋状单体形式、是通过多个薄片冷却的，这些薄片包括石墨并且这些薄片被安排在这些单独的袋状单体之间；并且本发明所基于的总体概念是同时将该电池单体的一个对应的单体端子以热传导的方式连接到一个冷却管道，这样使得可以不仅对这些单独的电池单体在外侧的大的面积上进行冷却而且同时还实现了这些对应的电池单体在其单体端子的区域中的有效冷却，由此总体上可以对该电能存储器进行特别有效的冷却。多个袋状单体作为这些单独的电池单体的实施例不仅允许对这些对应的电池单体进行相对简单的生产而且还允许免除每个电池单体迄今为止所需要的壳体，由此在这个区域还能节省结构空间并还能减少重量。此外，通过包括石墨的、在这些单独的袋状单体之间的这些单独的薄片的安排，可以使迄今为止用于交替的冷却体所要求的结构空间相当大地减少，因为这个包括石墨的薄片与迄今为止使用的冷却体相比具有相当大地更紧凑的构造。这样一种冷却薄片此外以一种最佳的方式与该袋状单体的对应表面相适配，并且因此由于大面积的邻接而允许最佳的热传导、也就是最佳的散热，并且由于热扩展器的作用而具有良好的温度均匀性。然而该电能存储器的一个特别优点在于一个冷却管道被提供在一个电池单体的单体端子区域之中，该冷却管道以热传导的方式连接到该单体端子并且同时连接到该薄片，由此不仅可以在对应的电池单体的这些侧表面的大的面积上冷却该电池单体并且额外地可以用最佳的方式对该电池单体的单体端子区域进行冷却。
该薄片方便地被用作一个塑料薄片，该塑料薄片带有多个石墨颗粒。以此方式，用于冷却这些电池单体的薄片可以被相对便宜地生产，其中这些石墨颗粒例如是由该塑料薄片的塑料环绕的。
在根据本发明的解决方案的另一个有利的实施例中，该薄片被形成为使得该薄片不仅覆盖、并且由此冷却这些相邻的袋状单体的对应侧而且还覆盖冷却对应的单体端子。因此该薄片可以在对应的单体端子的方向上具有多个突出部，这些突出部由于不仅与该冷却管道直接接触而且与该薄片接触而允许对所述端子进行冷却。
本发明还基于的总体概念是使用如以上段落中描述的有利的能量存储器作为混合动力车辆或电动车辆中的牵引用电池，在此特别是因为这些电能存储器必须具有相对大的以及高性能的设计。通过根据本发明的能量存储器的有效冷却以及同时具有的紧凑设计，装备有该能量存储器的混合动力车辆或者电动车辆的性能可以被相当大地保留，因为除了由于改善的冷却导致这些单独的能量存储器显示较高性能之外，同时还由于根据本发明的这些能量存储器的紧凑设计而导致可以在相同的结构空间中安排较多数量的能量存储器。
本发明的进一步的重要特征和优点将从从属权利要求、附图以及通过参照附图对这些附图的相关说明中显现。
不言自明的是，以上指明的这些特征以及仍有待以下进行解释的特征不仅能够以对应说明的组合的形式来使用、而且还能够以其他组合的形式或单独地使用而不脱离本发明的范围。
附图说明
在这些附图中展示了本发明的多个优选的示例性实施例并且在以下说明中将对它们进行更详细的解释，其中相同的或相似的或功能上相同的部件由相同的参考符号标示。
在附图中，在每种情况下示意性地：
图1以侧视图示出了一种根据本发明的电能存储器，
图2示出了一种电能存储器的分解图示。
具体实施方式
对应于图1和图2，根据本发明的一个电能存储器1具有多个电池单体2，这些电池单体是在相同的方向上定向的并且在各自情况下具有两个平行侧。此外，各个电池单体2在各自情况下具有带一个正极4和一个负极5的一个单体端子3（参见图2）。根据本发明，这些电池单体2现在形成为所谓的袋状单体，在这些袋状单体之间在各自情况下安排了一个薄片6，该薄片包括多个石墨颗粒14以作为一个冷却用薄片，也就是说用于冷却这些电池单体2的目的。石墨展现了高的热传导率，这样使得薄片6能够通过该电池单体2的这些侧表面在大的面积上消散在该电池单体2的运行过程中在该电池单体的内部产生的热量。此外，在至少一个单体端子3的区域中，提供了一个冷却管道7，该冷却管道以热传导的方式连接到对应的单体端子3，并且同时以热传导的方式连接到该薄片6。根据本发明的电能存储器1由于所描述的设计具有众多重要的优点。首先，通过薄片6，可以实现在大的面积上冷却这些单独的电池单体但是尽管如此仍具有一个减小的结构空间，由此能提高能量存储器1的性能，并且能减小该能量存储器的结构空间需求。由于这些冷却管道7被直接热传导地连接到对应的单体端子3，因此此外不仅可以实现在这些侧的大的面积上对电池单体2进行冷却而且可以对单体端子3进行有效冷却，这样使得可以从内侧和外侧同时进行冷却。通过使用袋状单体作为电池单体2，此外可以免除迄今为止用于封装每个电池单体的一个壳体，该壳体首先需要不是不值得考虑的结构空间并且其次使该能量存储器1变重且昂贵。在此，袋状单体正好与常规电池单体、也就是由一个壳体封装的电池单体具有相同的功率，但却相当便宜。
在此，用于冷却这些单独的电池单体2的薄片6被形成为一种塑料薄片，其中多个石墨颗粒14被封装或嵌入到该塑料薄片中。薄片6形成为一个塑料薄片使得该薄片能够以一种便宜且灵活的方式生产，这样使得通过相对应的注塑模制工具，总体上可以对多种多样的尺寸和/或尺寸变化起作用。此外，薄片6优选地被设计成使得该薄片不仅覆盖相邻的电池单体2的该薄片大面积抵靠的对应侧而且还覆盖对应的电池端子3。以此方式，通过薄片6，在该电池单体的外侧上以及在该电池单体的单体端子3的区域中同时大面积地冷却电池单体2是有可能的。
根据电能存储器1的构造，彼此由一个薄片6分开的至少两个电池单体2可以被安排成彼此邻接，并且一起形成带有一个共同单体端子3的一个电池模块13。在此情况下，这些单独的电池单体2不言自明地必须彼此电气地相连。然后若干个此类电池模块13可以被安排成在能量存储器1中以一种堆叠的方式彼此邻接，其中，在这些电池模块13之间在各自情况下必须依次安排一个额外的薄片6。
这些冷却管道7优选地具有一个成角的外部截面和一个圆形的内部截面，其中，这个成角的或矩形的外部截面允许大面积地抵靠对应的单体端子3，而圆形内部截面具有就流动而言的最佳设计。在此，考虑图1，可看到流动穿过这些冷却管道7的冷却剂首先通过一个进入管道8流入，其中这些对应的冷却管道7在它们的对应的纵向末端处被连接到该进入管道8的进口侧并且被连接到一个相反的排出管道9的出口侧。该冷却流体因此对应于箭头10流动穿过这些冷却管道7、并且这样做不仅冷却这些对应的电池单体2的这些单独的单体端子3而且同时还冷却这些薄片6，这些薄片被依次以热传导的方式连接在这些单独的电池单体2中。根据本发明的能量存储器1不言自明地由一个壳体11封装，该壳体使这些单独的电池单体2保持在一起。
最后，考虑图2的中间图示，可看到该薄片6由于其灵活性而可以大面积地抵靠对应的电池单体2并且在单体端子3的区域具有多个突出部12，这些突出部以热传导的方式连接到这些冷却管道7。
总之，根据本发明的能量存储器1可以用于所有的机动车辆，其中尤其高度有利的是将该能量存储器用在混合动力车辆或电动车辆中、也就是用在具有高电能要求的机动车辆中。在此，电能存储器1结合了两个迄今为止独立的冷却概念，确切地说是对单体端子3的冷却以及对这些电池单体2的大面积冷却，由此可以提高性能。由于多个袋状单体用作这些电池单体2并且一个薄片6用作冷却体的这个实施例，根据本发明的电能存储器1与先前的能量存储器相比还具有相当大地更紧凑的构造，这样就重量和性能而言产生了相当大的优点。

Claims (8)

1.一种电能存储器(1)，该电能存储器具有多个电池单体(2)，这些电池单体是在相同的方向上定向的并且这些电池单体在各自情况下具有两个平行侧，其中各个电池单体(2)在各自情况下具有带一个正极(4)和一个负极(5)的一个单体端子(3)，其特征在于
-这些电池单体(2)是袋状单体形式的，在这些袋状单体之间安排了一个薄片(6)，该薄片包括石墨并且用于冷却，
-在一个电池单体(2)的至少一个单体端子(3)的区域中，提供了一个冷却管道(7)，该冷却管道以热传导的方式连接到该单体端子(3)并且连接到该薄片(6)；
其中该冷却管道(7)具有一个矩形的外部截面和一个圆形的内部截面；
其中该薄片(6)在单体端子(3)的区域且在对应的单体端子(3)的方向上具有多个突出部(12)，这些突出部以热传导的方式连接到这些冷却管道(7)；
其中彼此通过一个薄片(6)分开的至少两个电池单体(2)被安排成彼此相邻接、并且一起形成带有一个共同单体端子(3)的一个电池模块(13)；
其中在该电能存储器(1)中提供至少两个电池模块，其中在每种情况下一个额外的薄片(6)被安排在两个电池模块(13)之间。
2.如权利要求1所述的电能存储器，其特征在于，该薄片(6)被形成为一个电气绝缘的塑料薄片，该塑料薄片填充有一种导热的石墨。
3.如权利要求1或2所述的电能存储器，其特征在于，该薄片(6)被形成为使得该薄片不仅覆盖、并且由此冷却这些相邻的电池单体(2)的对应侧，而且还覆盖和冷却对应的单体端子(3)。
4.如权利要求1或2所述的电能存储器，其特征在于，该电能存储器(1)是一台混合动力车辆或电动车辆中的一种牵引用电池形式。
5.如权利要求1或2所述的电能存储器，其特征在于，所述电能存储器(1)是用于机动车辆的电能存储器。
6.如权利要求2所述的电能存储器，其特征在于，该塑料薄片包括多个石墨颗粒(14)。
7.一种机动车辆，其特征在于，所述机动车辆具有如权利要求1至6之一所述的一个电能存储器(1)。
8.如权利要求7所述的机动车辆，其特征在于，所述机动车辆是一种混合动力车辆或电动车辆。
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