CN103918101A - 可再充电电池 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种优选用于电动车的可再充电电池(1)，特别是高电压电池，包括至少两个由电池单元(5)在堆叠方向(y)上串成的堆叠(3，4)，其中，堆叠(3，4)彼此并排地设置在壳体(12)中，冷却空气可以流过垂直于堆叠方向设置在壳体(12)内的冷却空气通道(26，27)，冷却空气通路(26，27)是用于冷却电池(1)的封闭冷却空气回路(28)的一部分，优选的是，冷却空气回路(28)具有至少一个冷却空气风扇(29)和至少一个热交换器(30)。为了能很好地冷却电池(1)，至少一个电池单元(5)被塑料单元护套(14)封装，其中塑料单元护套(14)具有优选位于电池单元中间平面区域(15)中的围绕电池单元(5)的窄侧(5a)设置的突起的密封接缝(16)，在堆叠(3，4)的相邻的电池单元(5)的密封接缝(16)之间设有空间(17)。

Description

可再充电电池
本发明涉及一种优选用于电动车的可再充电电池，特别是高电压电池，其具有至少两个在堆叠方向上并排设置的电池单元的堆叠，其中，所述堆叠并排设置在壳体中，冷却空气能够流过垂直于堆叠方向设置在所述壳体内的冷却空气通道，所述冷却空气通道是用于冷却电池的封闭冷却空气回路的一部分，其中所述冷却空气回路优选具有至少一个冷却空气风扇和至少一个热交换器。
高电压电池，特别是锂离子电池单元，仅能在一个严格限定的温度范围内运行。高电压电池通常通过封闭的冷却空气回路或者通过开放的冷却空气系统来达到合适的温度。
WO2010／053689A2描述了一种电池组件，其包括一壳体和多个并排设置的锂离子电池。通过用导热、电绝缘的流体流经壳体来冷却。尽管液体冷却系统允许高的冷却性能，然而由于它们具有许多密封点，因此要承受高的泄漏风险。泄漏出的冷却剂可能导致电池内部或外部的短路。
WO2010／067944A1公开了一种具有并排设置的电池单元堆叠的电池，其中电池单元由冷却空气冷却。风冷式电池通常在一个开放的冷却空气回路中冷却。冷却空气从环境中吸入并导向电池周围和／或通过电池内的冷却空气通道，从而带走电池的热量。被加热的冷却空气被传回到环境中。然而，温度差异、湿度差异以及空气污染等可能对冷却性能和电池寿命带来不利的影响。
公布的WO2011／067490A1示出了用于车辆电池的冷却装置，其中冷却空气在封闭回路中通过风扇导入到电池单元上。然后，冷却空气输送到电池的前侧，并通过热交换器再冷却。
公布的US2010236846A1和EP2133952A1示出了用于车辆电池的冷却装置，其中冷却空气被导入封闭回路。所述冷却装置含有至少一个冷却空气风扇和一个热交换器。
本发明的目的是为了避免这些给定的缺点，并且利于以尽可能最简单的方式高效地冷却电池，而基本上不受环境的影响。
根据本发明，其是通过用一个塑料单元外壳包覆至少一个电池单元来实现的，其中塑料单元外壳具有突起的优选位于电池单元中间平面区域内的密封接缝，该密封接缝沿着所述电池单元的窄侧延伸，其中堆叠中相邻的电池单元的每个密封接缝之间限定出一空间。
本发明特别紧凑的实施例中的布置是：冷却空气风扇和／或热交换器设置在壳体内。
所述空间可以形成第一和／或第二冷却空气通道。
在本文中，至少一个第一冷却空气通道可以设置在电池的纵轴方向上，至少第二冷却空气通道在电池的横轴方向上，所述横轴方向相对所述纵轴方向和所述堆叠方向呈直角。
封闭的冷却空气回路使电池的冷却基本上不受不利的环境条件，如温度和湿度的波动、空气污染等的影响。这保证了电池的恒定的最佳操作条件，以利于其拥有长的寿命。
空气经由第一冷却空气通道流过并冷却两个相邻堆叠之间的区域。传导冷却空气流的第二冷却空气通道位于所述电池的上侧，并用于冷却电池单元端子和／或电单元连接器。尤其后者可以在至少一个优选具有U型或Y型剖面的用于电连接两个相邻电池单元的电池连接器突出进入第二冷却空气通道时被很好地冷却。。
第一堆叠的电池单元中的至少一个密封接缝可以延伸到由第二堆叠的两个相邻电池单元的密封接缝所限定的空间。围绕所述空间或延伸入所述空间的所述密封接缝形成冷却空气流的导引面。在这种方式中，一方面，改善了冷却空气的运输，另一方面，增加了冷却区域接触的表面。
所述的措施可以增加冷却能力和／或减少必要的安装空间，还具有增加体积能量密度的优点。
下面，参照附图更详细地描述本发明。
图1示出了根据本发明的电池的从上方的斜视图；
图2示出了该电池的对应图1中的线II-II的横截面图；
图3示出了该电池的正视图；
图4示出了该电池的从下方的斜视图：
图4a示出了该电池的对应图4中的线Ⅳa-Ⅳa的横截面图；
图4b示出了一个实施例中该电池加壳体的与图4a类似的横截面图；
图5示出了该电池的电池模块的斜视图；
图6示出了该电池模块从下方的斜视图；
图7示出了电池单元堆叠的斜视图；
图8示出了该堆叠的侧视图；
图9示出了电池模块的电池单元堆叠的斜视图；
图10示出了电池模块的对应图9中的线X-X的横截面图；以及
图11示出了该电池模块与图10相似的横截面的细节。
该实施例中的可再充电电池1设有七组电池模块2，其中，每个电池模块2具有两个堆叠3、4，它们由并排设置的电池单元5集合而成。各电池模块2的堆叠3、4设置在由例如铝或塑料制成的两个刚性波纹结构板6之间，该板6可以由压铸部件形成。板6本身固定在电池1前后部的两个支撑板7、8之间，其中前部的支撑板7通过夹紧螺钉9与后部的支撑板8紧固连接。夹紧螺钉9设置在所述板6的区域中。板6与支撑板7、8一起形成电池模块2的支撑框架10。所述支撑板7、8设有开口，以使重量尽可能低。从堆叠方向y轴方向看，由夹紧螺钉9之间限定的间隙确保电池单元5安装在正确的位置，并具有指定的对于电池1寿命而言恒定的预加压力。弹性的绝缘层6a(由例如泡沫制成)设置在各个板6与相邻的电池单元5之间，其允许压力均匀、温和地分布。
电池1通过底板11从下面密封。
电池1连同支撑框架10一起设在壳体12内，其中冷却空气的流动路径形成在所述壳体12和电池1之间。如图2和4所示，为了引导冷却空气的流动，流动导引面13一体化形成在壳体底板12a上。
各电池单元5由塑料护套14封装，其中所述塑料护套14大致在电池单元中间平面15的区域中具有沿着窄侧5a设置的突起的用于密封的密封接缝16。在堆叠3、4的相邻的电池单元5的密封接缝16之间分别形成空间17。
为了节省安装空间，并排设置的各电池模块2的两个堆叠3、4形成重叠并相互偏移。偏移量V大约为一个电池单元5的厚度D的一半。一个堆叠3、4的电池单元5的密封接缝16延伸到由另一个堆叠3、4的两个相邻电池单元5的密封接缝16限定的空间17。以此方式，通过容纳密封接缝16的一部分，
可以至少部分地使用空间17。这对安装空间和体积能量密度具有非常有益的效果。两个堆叠3、4间的偏移量V意味着所述板6在电池1的纵向上的中间平面1a的区域中形成台阶24。
通过U-型和Y-型电池单元连接器19、20彼此连接的电池单元端子18从窄侧5a上部的塑料护套14突出。电池单元连接器19、20和电池单元端子18之间的连接可以被实施为在铆接工艺中具有一个或多个铆接点21a的铆接21。这有利于特别高的电流承载能力，因为其具有多个连接点，因气密封装连接点产生的长效防腐蚀连接，以及不同材料(铜到铝，反之亦然)的电池单元端子18的简单接触，不需额外的结构元件。通过铆接方式，两到四个薄片可用相同的工具彼此电连接，其中铜、铝和钢材料特别适合0.1mm至0.5mm的壁厚。
所以，如果需要，电池单元电压监视线缆22可在铆接工艺的另一步骤中用电池单元连接器19、20同时连接到电池单元端子18。由于铆接连接21的铆接点21a的位置允许的变化大于例如激光焊接时的变化，因此有比较高的公差补偿能力。使用并行和多功能工具使较大的生产运行更简单且节省成本，仅涉及少量简单可控的输入参数，例如材料壁厚、压力等。突出到冷却空气通道27的铆接点21a增加了电池1的散热表面面积，这对于电池单元端子18的直接空气冷却意义重大。突出的铆接点21a也有助于增加湍流，尤其是在空气冷却的情况下提高热交换。因此，由于有效利用了安装空间，铆接点21a在冷却方面的积极效果也有助于增加体积能量密度。
为了得到特别好的体积能量密度，必须使电池单元5彼此尽可能靠近。此外，尽可能薄的热和电绝缘体层23(例如绝缘箔)设置在电池单元5之间，以防止当相邻的电池单元5过热时产生“多米诺效应”。
同时，空间17形成冷却空气通道26、27。空间17在两个堆叠3、4的重叠区域25，即电池1的纵向中间平面1a的区域，形成第一冷却用空气通道26，其中所述通道沿电池1的竖轴z的方向布置。密封接缝16形成散热面以及用于空气流动的流动导引面。在与竖轴z和堆叠方向y轴均成直角的横轴x的方向上，第二冷却空气通道27通过电池单元5上部的空间17形成在电池单元端子18的区域中。
第一和第二冷却空气通道26、27是用于冷却电池1的封闭冷却空气回路28的一部分，其中冷却空气回路28具有至少一个冷却空气风扇29和至少一个热交换器30。
在图4a示意性示出的实施例中，壳体12设置有冷却空气流入通路31和冷却空气流出通路32，这里冷却空气流入通路31和冷却空气流出通路32设置在电池1的相同的第一纵向侧1a(前侧)的区域中。来自冷却空气风扇29和热交换器30的冷却空气按图4a的箭头S的方向通过冷却空气流入通路31被送入到壳体12中，并通过电池1上部1b区域中电池单元5的电池单元端子区域内的第二冷却空气通道27流入到电池的与第一纵向侧1a相对的第二纵向侧1c(后侧)。空气的一部分S1在电池1的第二纵向侧1c与壳体12之间流到电池1的下侧1d，并在下侧1d区域中在主收集通道33中流回到电池1的第一纵向侧1a，然后流到冷却空气流出通路32，其中主收集通道33形成在电池1的基板11和壳体12之间。冷却空气的另一部分S2从两个由电池单元5形成的堆叠3、4之间的第一冷却空气通道26流到电池1的下侧1d，并且也到达主收集通道33。
因此，冷却空气流经第二冷却空气通道27，冷却电池单元端子18与电池单元连接器19、20。此后，冷却空气的一部分进入第一冷却空气通道26，其引导冷却空气朝竖轴z的方向流动。空气流过电池1的所有空穴和空间17，以排出积聚的热量。剩余的空气在位于电池1的第一纵向侧1a(前侧)的支撑板7和壳体12之间流到壳体12的壳体底板12a，在这里空气被流动导引面13导引到车辆纵向的中间平面ε并被收集。随后，冷却空气通过冷却空气流出通路32离开壳体12，并在被再次供应到电池1的封闭冷却回路28之前，被冷却空气风扇29再次吸入和被热交换机30冷却。
如图4b示出，冷却空气风扇29和热交换器30也可以安装在电池1的壳体12内，其中所述壳体与外界隔绝地密封。在所示的实施例中，冷却空气风扇有两个鼓风机，其设置在热交换器30的上游。热交换器30被构造成空气／水热交换器，其中冷却水供给和排出线34、35分别连接到热交换器30。用于冷却空气S的流动导引面由附图标记36表示。

Claims (11)

1.优选用于电动车的可再充电电池(1)，特别是高电压电池，其具有在堆叠方向(y)上并排设置的电池单元(5)的至少两个堆叠(3，4)，其中，所述堆叠(3，4)并排设置在壳体(12)中，冷却空气能够流过垂直于所述堆叠方向设置在所述壳体(12)内的冷却空气通道(26，27)，所述冷却空气通道(26，27)是用于冷却所述电池(1)的封闭冷却空气回路(28)的一部分，所述冷却空气回路(28)优选具有至少一个冷却空气风扇(29)和至少一个热交换器(30)，其特征在于，至少一个电池单元(5)封装有塑料单元外壳(14)，其中所述塑料单元外壳(14)具有优选位于电池单元中间平面区域(15)中的突起的密封接缝(16)，所述密封接缝沿着所述电池单元(5)的窄侧(5a)设置，其中堆叠(3，4)中相邻的电池单元(5)的各个密封接缝(16)之间限定出空间(17)。
2.根据权利要求1所述的电池(1)，其特征在于，至少第一冷却空气通道(26)设置在所述电池(1)的竖轴方向(z)上，至少第二冷却空气通道(27)设置在所述电池(1)的横轴方向(x)上，所述横轴方向(x)相对于所述竖轴方向(z)和所述堆叠方向(y)呈直角。
3.根据权利要求1或2所述的电池(1)，其特征在于，所述空间(17)形成第一和／或第二冷却空气通道(25，26)。
4.根据权利要求1到3中任一项所述的电池(1)，其特征在于，一个堆叠(3，4)的电池单元(5)的至少一个密封接缝(6)延伸到由另一个堆叠(4，3)中的两个相邻电池单元(5)的密封接缝(16)所限定的空间(17)中。
5.根据权利要求1到4中任一项所述的电池(1)，其特征在于，围绕所述空间(17)或延伸入所述空间(17)的所述密封接缝(16)形成用于冷却空气流的导引面。
6.根据权利要求1到5中任一项所述的电池(1)，其特征在于，优选具有U型或Y型剖面的、用于电连接两个相邻电池单元(5)的至少一个电池单元连接器(19，20)延伸到第二冷却空气通道(27)中。
7.根据权利要求1到6中任一项所述的电池(1)，其特征在于，所述壳体(12)设有至少一个冷却空气流入通路(31)和至少一个冷却空气流出通路(32)，其中所述冷却空气流入通路(31)和所述冷却空气流出通路(32)设置在所述电池(1)的相同的第一纵向侧(1a)的区域中。
8.根据权利要求1到7中任一项所述的电池(1)，其特征在于，来自所述冷却空气流入通路(31)的冷却空气通过所述电池(1)上部区域中电池单元(5)的电池单元端子(18)区域内的第二冷却空气通路(27)运送，并且至少部分运送到与所述电池(1)的所述第一纵向侧相对的第二纵向侧，在所述电池(1)的第二纵向侧与所述壳体(12)之间运送到所述电池(1）的下侧，在所述电池(1)的下侧处在所述电池(1)的基板(11)与所述壳体(12)之间运送到所述电池(1)的第一纵向侧(1a)，然后运送到所述冷却空气流出通路(32)。
9.根据权利要求8所述的电池(1)，其特征在于，至少一部分冷却空气从所述第二冷却空气通道(27)经由所述第一空气冷却通道(26)导引到所述电池(1)的下侧(1d)，并且在所述电池(1)的下侧(1d)处在所述电池(1)的基板(11)与所述壳体(12)之间，导引到所述电池(1)的第一纵向侧(1a)，然后导引到所述冷却空气流出通路(32)。
10.根据权利要求8或9所述的电池(1)，其特征在于，至少一个主收集通道(33)形成在所述电池(1)的基板(11)和所述壳体(12)之间，所述主收集通道(33)优选具有至少一个流动导引面(13)，所述流动导引面由所述基板(11)和／或所述壳体(12)上的相对于流动成纵向的翅片形成。
11.根据权利要求1到10中任一项所述的电池(1)，其特征在于，所述冷却空气风扇(29)和／或所述热交换器(30)设置在所述壳体(12)内。
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