CN103918121A - 电池电芯、电池电芯模块、电池和机动车辆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电池电芯，特别是锂离子电池电芯，其包括具有多个表面(3)的壳体(2)，其中，在所述壳体(2)的至少一个表面上(3)上设有多个冷却肋(11、12)。此外，本发明还涉及一种包括多个电池电芯的电池电芯模块、一种电池和一种机动车辆。

Description

电池电芯、电池电芯模块、电池和机动车辆

技术领域

本发明涉及一种电池电芯、一种包括多个电池电芯的电池电芯模块、一种电池和一种机动车辆。

背景技术

对于广泛的应用领域，例如车辆、固定设备(例如风力设备)和移动电子设备(例如笔记本电脑和通信设备)，对电池存在着很大的需求。在可靠性、使用寿命和功率方面，对这些电池提出非常高的要求。

预定有广泛应用领域的是锂离子电池技术。其出色之处尤其在于高的能量密度和极低的自放电。

电池电芯，尤其是锂离子电池电芯，具有一个限定的温度范围，在该温度范围内其最优地工作。为了在电池电芯周围实现该温度范围，该电池电芯往往与热管理系统联接。特别是，该热管理系统用于在工作期间冷却电池电芯。

电池电芯常常捆绑为所谓的模块。在此，例如6个电池电芯串联布置并相互夹紧，使它们形成一个基本上紧凑的模块。该模块可通过其由电池电芯的底面所形成的底面置于冷却板上或被夹在该冷却板上。在此情况下，冷却板将热量从电池电芯导出并由此实现了最优的工作温度。然而，这个系统的缺点是，例如可由于电池电芯的体积变化或由加速度引起的运动或振动而造成模块的一个或多个电池电芯失去与冷却板的最佳接触。这种情况示例性地于图1中示出。可以看出，组合成一个模块的多个电池电芯1设置在冷却体20上，但不是所有的电池电芯1的底面4都与冷却体20接触。可以看出，不再能保证从电池电芯1到冷却体20的充分的热传输。但是在电池电芯1工作期间，这可能会导致不允许的电池电芯1的过热和电池电芯的损坏。为了避免这种情况，必须付出一定的结构和制造技术上的花费，来建立电池电芯4和冷却体20之间的最佳热传导性接触。导致电池电芯4和冷却体20之间很小的气隙的、由制造引起的已经很小的公差会导致冷却效果的巨大损失。

由DE102005032504A1已知为了改善在电池电芯处的冷却作用设有冷却肋，但是这些冷却肋是冷却体的组成部分，而不是电池电芯本身的组成部分。这些冷却肋被设计成体积相对庞大，由此导致设有冷却肋的电池电芯模块的大的空间需求以及相对大的重量。

发明内容

根据本发明，提供了一种电池电芯，尤其是锂离子电池电芯，其包括具有多个表面的壳体，其中，在所述壳体的至少一个表面上设置有多个冷却肋。壳体的设有冷却肋的表面例如为在实施成棱柱形的电池电芯的底面处的面。在此，优选地冷却肋如此相互间隔和设计尺寸：使得能通过对流的方式实现电池电芯的被动冷却。在此，冷却肋的尺寸设计得越大以及在电池电芯上设置的冷却肋越多，则配备有冷却肋的、相对于周围散热介质的接触面越大，且因此在单位时间内越多的热量可以从电池电芯的壳体或冷却肋传递到电池电芯周围的介质中。也就是说，根据本发明的电池电芯的设计方案即使在没有接触冷却体的情况下也能够在任何时候保证对电芯的充分的调温。在此，冷却肋不一定非要设计得面积非常大，而是具有相对很小尺寸的多个冷却肋已经足以实现对电池电芯的有效调温。

优选地，所述冷却肋的横截面应具有高度H和宽度B，高度H和宽度B满足H≥B的比例关系。特别是，可以满足H≥1.5×B的条件。即，冷却肋可被设计成，它们的高度至少正好与相应冷却肋的横截面的宽度相同。在此可以规定，高度H最大是相应冷却肋的横截面的宽度B的3倍。

各冷却肋的横截面形状可以是矩形或三角形。在矩形的实施方案中，冷却肋横截面的垂直于壳体表面延伸的侧面限定了高度H，并且平行于表面延伸的侧面限定了宽度B。

在冷却肋的横截面为三角形形状时，该三角形形状的一条边设置在所述壳体的相应表面的平面上，其中，在此高度H是与所述表面间隔开的角与所述表面的平面之间的垂直距离，而宽度B对应于设置在所述表面的平面上的边的长度。

在根据本发明的电池电芯的一种实施方式中，可以规定，冷却肋是壳体的一体组成部分。例如可以在用于制造壳体的挤压工艺过程中一起形成所述冷却肋。因此，其同样可以实施为中空的。

在根据本发明的电池电芯的一种替代实施方式中，可以规定，冷却肋与所述壳体材料连接。该材料连接例如可以通过在壳体表面处的焊接尤其是通过激光焊接实现。本发明并不局限于仅在电池电芯上设置一体形成的冷却肋或与壳体材料连接的冷却肋，而是可以在壳体上既设置一体形成的冷却肋，又设置与壳体材料连接的冷却肋。该实施方式尤其适用于电池电芯加装冷却肋的情况。

根据本发明，还提供了一种电池电芯模块，其包括多个根据本发明的电池电芯，其中，所述电池电芯被组合成一组，并且各个电池电芯的设有冷却肋的表面基本上设置在一个平面中，使得电池电芯的冷却肋同样设置在一个平面中。优选地，设有冷却肋的表面刚好设置在一个直的平面上，其中，所有的冷却肋具有相同的高度。

此外，根据本发明还提供了一种电池，其包括至少一个本发明的电池电芯或至少一种本发明的电池电芯模块以及还包括一个冷却体，其中，至少一个电池电芯的冷却肋与冷却体直接机械式地接触，使得热量可从电池电芯经由冷却肋传递到冷却体上。即，本发明的蓄电池电芯不仅可以借助于经由冷却肋的对流冷却，而且还可以通过从冷却肋到冷却体上的热传导冷却。但是在此，不必取消通过以冷却肋之间的距离为条件的对流的冷却。也就是说，在本发明的电池中，冷却可以通过热传导和/或通过经由冷却肋的热对流实现。

在根据本发明的电池电芯的一种实施方式中规定，冷却体具有槽，所述槽被设置和成形为与冷却肋的数目和形状互补，其中，所述冷却肋在这些槽中与冷却体接触。因此，在电池电芯上设有多个冷却肋的情况下，在冷却体中也设有相应数量的槽用于容纳冷却肋。由此，在各冷却肋的纵向侧面上实现了冷却肋和冷却体之间基本上平面的接触以及在冷却肋为矩形的实施方式中在其端面上也实现了冷却肋和冷却体之间平面的接触，因此，实现了冷却肋与冷却体之间的最佳热传递。在该实施方式中，电池电芯的冷却通过冷却肋与冷却体之间的热传导实现，其中，通过电池电芯与冷却体之间相对大的接触面使热量传输性能最优化。

在此，电池电芯的壳体可以构造为，它们在设置了冷却肋的区域相对于其余壳体，热量传输性能优化。

作为补充，提供了一种机动车辆，尤其是可电动马达式驱动的机动车辆，其包括至少一个本发明的电池电芯和/或本发明的电池电芯模块或本发明的电池，其中所述电池电芯或电池电芯模块或电池与机动车辆的传动系连接。

附图说明

参照附图和下面的描述更加详细地说明本发明的实施例。其中：

图1示出了根据现有技术的电池电芯模块，

图2示出了根据本发明的电池电芯的立体图，

图3示出了一个矩形冷却肋的横截面，

图4示出了一个三角形冷却肋的横截面，以及

图5示出了根据本发明的电池的冷却体。

具体实施方式

为了解释现有技术已经详细讨论了在图1中示出的常用电池电芯模块。

在图2中示出了本发明的电池电芯1的立体图，其基本上实施为棱柱形，从而其壳体2基本上形成一个具有六个基本为矩形的表面3的长方体形状。在下表面3上，此处称为底面4，设置多个冷却肋11、12。这些冷却肋可以实施为矩形冷却肋11或三角形冷却肋12。冷却肋11、12可以例如在壳体2的挤压工艺过程中制造为壳体2的一体组成部分，或者也可以通过后续的焊接固定在底面4上。

在此，电池电芯1不局限于同时设置矩形冷却肋11和三角冷却肋12，而是可以规定在电池电芯1上仅设置矩形冷却肋11或三角形冷却肋12。但特别地，在电池电芯1的壳体2的底面4上提供矩形冷却肋11和三角形冷却肋12的组合，以补偿可能的由制造引起的设置冷却肋11、12以及相应的槽21、22(如在图5中所示的槽)的公差。

冷却肋11、12允许壳体2进而电池电芯1的被动空气冷却。从而能够实现电池电芯1的优化的热量管理。不再强制性地需要冷却元件例如其他的冷却体用于冷却电池电芯。这使得由电池电芯制造的电池电芯模块或电池的成本降低且重量减轻。

在此，冷却肋11、12的设置不局限于在壳体2的底面4，而是原则上可以设置在所述壳体2的任一表面3上。但是出于体积最小化的原因设置在底面4上。冷却肋11、12沿着电池电芯1的纵向方向的定向同样也不是本发明的电池电芯1的唯一变型，冷却肋11、12也可以横向于纵向方向延伸。

在图3和图4中示出了冷却肋的不同横截面。在图3中示出了矩形冷却肋11的剖面细节图，其中可见的是，冷却肋11的宽度B由冷却肋11的从底面4起延伸的垂直侧壁的间距限定。高度H由冷却肋11的平行于底面4延伸的表面相对于底面4的最大距离限定。

在图4中示出了三角形冷却肋12的剖面细节图，其中可见的是，该三角形冷却肋12的宽度B通过冷却肋12的侧壁与壳体2的底面4的交点限定(或者说所述交点的间距)。三角形冷却肋12的高度H通过三角形冷却肋12的尖端到底面4的平面的距离限定。

在图5中示出了冷却板形式的冷却体20，其具有多个在横向方向上延伸的槽21、22。这些槽可以构造为矩形槽21或设计为三角形槽22。其形状、尺寸和相对彼此的位置被构造成使得电池电芯1的冷却肋11、12可被容纳在槽21、22中。也就是说，槽21、22在其形状、尺寸以及相对彼此的位置方面与至少一个电池电芯1的冷却肋互补。

在图5中所示的冷却体包括：并排设置的三角形槽22和并排设置的矩形槽21，其特别地可设计用于，在左侧容纳仅具有三角形冷却肋12的电池电芯，在右侧容纳仅具有矩形冷却肋11的电池电芯。槽21、22的尺寸和形状优选地被构造为，其可基本上实现与冷却肋11、12的形状配合连接。

通过将冷却肋11、12适配到冷却体20的槽21、22中，可以提供一种未示出的电池，其包括至少一个本发明的电池电芯1以及在图5中示出的冷却体，其中电池电芯1的冷却肋11、12被容纳在冷却体20的凹槽21、22中。由此达到，可以通过相对大的面，即底面4和冷却肋11、12的所有与槽21、22接触的面的总和，实现热传递。这使得电池电芯的高效率、结构以及制造技术上不复杂的调温成为可能。

也就是说，根据本发明的电池电芯最优地适用于灵活使用，即，基于冷却肋的布置方式用于借助于对流进行热传递以及在布置在冷却体的冷却肋上或冷却肋中时用于借助于热传导进行热传递。

除了最优的调温之外，将冷却肋11、12布置在冷却体20的槽21、22中还可以防止电池电芯1在冷却体20上无意移动。

Claims (10)

1.电池电芯(1)，尤其是锂离子电池电芯，其包括具有多个表面(3)的壳体(2)，其特征在于，在所述壳体(2)的至少一个表面(3)上设置有多个冷却肋(11、12)。

2.根据权利要求1所述的电池电芯(1)，其特征在于，所述冷却肋(11、12)的横截面具有高度H和宽度B，并且高度H和宽度B满足H≥B的比例关系。

3.根据前述权利要求中任一项所述的电池电芯(1)，其特征在于，所述冷却肋(11)的横截面形状分别为矩形。

4.根据前述权利要求1和2中任一项所述的电池电芯(1)，其特征在于，所述冷却肋(12)的横截面形状分别为三角形。

5.根据前述权利要求中任一项所述的电池电芯(1)，其特征在于，所述冷却肋(11、12)是所述壳体(2)的一体组成部分。

6.根据前述权利要求中任一项所述的电池电芯(1)，其特征在于，所述冷却肋(11、12)与所述壳体(2)材料连接。

7.电池电芯模块，其包括多个根据权利要求1至6中任一项所述的电池电芯(1)，其特征在于，所述电池电芯(1)被组合成一组，并且各个电池电芯(1)的设有冷却肋(11、12)的表面(3)基本设置于一个平面中。

8.电池，其包括根据权利要求1至6中任一项所述的至少一个电池电芯(1)或根据权利要求7所述的电池电芯模块，以及还包括一个冷却体(20)，其特征在于，至少一个电池电芯(1)的冷却肋(11、12)与所述冷却体(20)直接机械式地接触，使得热量能够从所述电池电芯(1)经由所述冷却肋(11、12)传递到所述冷却体(20)上。

9.根据权利要求8所述的电池，其冷却体(20)具有槽(21、22)，所述槽被设置和成形为与所述冷却肋(11、12)的数目和形状互补，其中，所述冷却肋(11、12)在所述槽(21、22)中与所述冷却体(20)接触。

10.机动车辆，尤其是能电动马达式驱动的机动车辆，其包括根据至少一个权利要求1至6任一项所述的电池电芯(1)和/或根据权利要求7所述的电池电芯模块或根据权利要求8和9中任一项所述的电池，其中，所述电池电芯(1)或电池电芯模块或电池与机动车辆的传动系连接。