CN103943796A - 电池模块和电池系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电池模块(1),其具有至少两个电池单元(2),所述电池单元具有带有破裂开口(4)的外壳(3),以在受损情况下排放逸出物;所述电池模块(1)还具有用于在受损情况下容纳来自电池单元(2)的逸出物的模块外壳(7)。这里规定,模块外壳(7)包封所述至少两个电池单元(2)。本发明还涉及具有这种电池模块的电池系统和机动车辆。
Description
技术领域
本发明涉及具有多个电池单元的电池模块,所述电池单元具有带有破裂开口的外壳,以在受损情况下排出逸出物。
背景技术
锂离子电芯可能由于电气过载、机械应力、过热、或者由于内部的或外部的短路而或多或少被强烈加热。为把锂离子电芯内的压力升高受控地导出,现代的锂离子电芯具有破裂开口,其可以具有爆破膜片。由于爆破膜片或者外壳的腐蚀或者简单的机械损坏,通常例如由于潮湿或者泄漏电流,也可能导致气体或者电解质的逸出,这仅能慢慢地通过电池的电芯电压下降和内电阻升高来察觉。
在电池系统中在破裂时逸出的液体、蒸气或者气体通过排气系统例如通过塑料管或者软管收集并且从电池外壳向外引导。该排气系统在外面通过简单的阀封闭。为此通常的结构是一个或者多个电池电芯上的盖。气体的运出通过应用过压实现,气体通过该过压流出。
这种电池电芯模块例如在DE102011002631A1中进行了说明。该电池电芯模块包括多个电池电芯,它们各具有一个排气开口,以及一个与之密封连接的盖,该盖具有用于临时容纳从电池电芯逸出的气体的气体容纳空间并且该盖在多个电池电芯之上延伸。
从DE102009046835A1中同样获知一种具有排气系统的电池,其中电池电芯具有排气开口,所述排气开口参照重力在电池电芯的下面设置,以便能够更好地从电池电芯导出逸出物,亦即气体和液态的电解质。
发明内容
根据本发明的电池模块包括至少两个电池单元,所述电池单元具有带有破裂开口的外壳,以在受损情况下排出逸出物;所述电池模块还具有用于在受损情况下容纳来自电池单元的逸出物的模块外壳。这里规定,模块外壳包封至少两个电池单元。
所述电池模块有利地设置用于在受损情况下减小电池单元内的压力。电池单元的模块式的包封导致电池模块在受损情况下易于损坏。因此电池模块需在受损情况发生之后进行更换。有利的是,通过包封电池单元不需要在受损情况下接触单个的电池单元,例如电池电芯。另一个优点是,通过本发明的措施不需要在容纳逸出物的外壳和电池单元之间的密封元件,因为电池单元完全由外壳包围。电池单元的破裂开口可以在模块外壳内裸露地存在,亦即可以敞开地、无密封地接触。
逸出物在本发明的范围内包括有害气体或者蒸气,也就是说饱和的气体;以及液态逸出的电解质。逸出物特别是能够包含未分解的电解质成分、例如碳酸二甲酯(DMC)或者碳酸乙烯酯(EC),或者还有可燃的分解产物,例如一氧化碳(CO)、氢气(H2)或甲烷(CH4)、以及导电盐氟化氢(HF)的分解产物或者例如三氟氧磷(POF3)的含磷的化合物。
通过在从属权利要求中描述的措施能够实现在独立权利要求中说明的设备的有利的扩展和改进。
受损情况例如可以是至少一个电池单元的过载、电池单元的外壳损坏和/或电池单元的过热。受损情况通常意味着在电池单元的外壳内超过规定的压力,这可以通过常见的传感技术确定。
根据一种优选的实施方式,模块外壳具有出口,其设置用于将逸出物从模块外壳中导出。在这种情况下逸出物例如可以通过塑料管或者软管收集和导出。该出口特别地可以设置在模块外壳的下面的区段中,这里“下面的”应该理解为相对于地球引力的方向,使得逸出物的导出受重力支持。气体的导出在本发明的范围内也可称为排气。
此外,模块外壳可以具有收集池,其设置用于容纳来自电池单元的液态的逸出物。在这种情况下收集池优选联接在出口上,使得逸出物能够通过收集池从模块外壳中导出。
根据一种优选的实施方式,电池单元在模块外壳内通过压缩元件彼此相对挤压地设置。这例如可以通过如下方式实现,即其通过一种传力配合连接被保持并且在至少一个空间方向上被张紧。
电池模块优选具有六到十个电池单元,其中模块外壳包封该六到十个电池单元。电池单元例如可以包括一个或者多个串联或者并联的电池电芯或者一个或者多个串联的电池组,其分别可以具有一个或者多个串联的电池电芯。相对于由此获得在由受损情况引起的损坏可能性和用于更换模块的价格之间的平衡,包封六到十个电池单元就此而言是有利的。
优选地规定,在模块外壳内设置电池单元的监视电子装置。监视电子装置可以包括温度传感器、电流和电压测量装置和用于充电平衡的电子装置,即特别是用于所谓的电池平衡的电阻和电路。特别有利的是,由此实现设置在电池模块中的电池单元的电绝缘。电子部件设置在模块外壳内,由此也能够手动进行安全的模块更换。当在受损情况下必须更换电池模块时,对于接受此委托的人员存在一种接触保护,也就是说不用担忧电击。
根据一种实施方式,模块外壳具有至少一条电缆引线。在这种情况下电池模块与车辆电子装置的接口可以设置在外壳的外部。第一电缆引线可以与HV连接端子相关,另一条电缆引线可以与监视电子装置的布线相关。同样可以规定,HV连接端子和监视电子装置的布线借助一条公共的电缆引线转换。
在此之外或者对此代替地规定,模块外壳具有电池单元的监视电子装置的到车辆电子装置的接口。在这种情况下可以在外壳壁内设置插头,其设置用于与配对元件接触。这里该模块外壳也基本上对外绝缘地构造,特别在插头区域外在外壳上不固定任何电子部件,并且监视电子装置设置在外壳内。
根据本发明的另一方案提供一种电池系统,其装备有上述电池模块。该电池系统优选是高压电池系统,它包括锂离子电芯并且适宜驱动车辆。在混合动力车辆中通常使用一个电池模块而在电动车辆中使用最多18个电池模块。
根据另一个方案提供一种机动车辆,它装备有这种电池系统,其中电池设置用于驱动车辆。该车辆特别地可以是电动或者混合动力车辆。
本发明的优点
电池单元的模块式包封使得电池模块在受损情况下易于损坏。因此电池模块在受损情况下被更换,而不是更换可能位于电压之下或者承受有毒的气体和粉尘的各个电池单元。一个优点在于,通过本发明的措施在容纳气体和粉尘的外壳和电池单元之间不需要任何密封元件,因为电池单元完全由外壳包围。本发明使得能够在电池单元的区域内可靠地释放压力,而不需要花费很大的与排气阀的连接。在电池单元有多个压力释放开口的情况下也能够导出气体和收集逸出的液态的电解质。此外,模块外壳可以额外地执行另外的功能,例如保持和挤压电芯。根据本发明的方案结构更加简单并且制造成本更有利。
附图说明
本发明的实施例在附图中示出,并且在下面的说明中详细解释。
附图中:
图1示出了根据本发明实施方式的电池模块的侧剖面图,
图2示出了根据本发明实施方式的电池模块的俯视剖面图,
图3示出了根据现有技术的电池系统的俯视图。
具体实施方式
图1示出了电池模块1,它具有九个彼此并排设置的电池单元2。电池单元2分别具有一个外壳3并且例如可以包括单独的电芯线圈、电芯或者还有相互连接的电芯。电池单元2在上侧构造有破裂开口4,其具有破裂膜片18。在受损情况下,当例如发生电池单元2的过载、电池单元2的外壳3损坏或者电池单元2的过热时,气体和液体的电解质应该通过破裂开口4逸出。电池单元2通过单元连接器5彼此互联以便输出高电压。在这里示出的实施例中在设置于最左边的电池单元2上,HV连接器为连接另一个电池模块或者为连接电流总线而伸出。
九个电池单元2设置在一个模块外壳7内,其中它们通过压缩元件8在侧面范围上彼此相对地挤压。作为压缩元件8例如可以使用弹性体或者热塑性材料或者可硬化的粘接剂。模块外壳7在该实施例中在上侧具有出口9,该出口连接到用于逸出物的容纳区域10处。在受损情况下有害气体和/或液体的电解质从电池单元2的破裂开口4逸出并且聚集在容纳区域10内。通过出口9可以把逸出物从模块外壳中导出。一种可能的实施方式是简单的矩形的或者正方形的模块外壳7,其由0.3-1mm的钢板、尤其是0.5mm的钢板制成。出于腐蚀和绝缘的理由,模块外壳7优选用漆、例如双组分环氧树脂(2k环氧化物)或者阴极涂漆(KTL)涂层。
在HV连接器的区域内设有模块外壳7的电缆引线6。该电缆引线设有密封件11,使得在这里没有逸出物的逸出。密封件11必须非常耐压地设计,因为在受损情况下通常在电池模块1内部的压力会强烈升高。各个电池单元2的破裂开口4在模块外壳7内与此成对比裸露地设置,在这里不需要相对于用于逸出物的容纳区域10的单独的密封件。
此外电池模块1具有监视电子装置12,其与同样通过密封件17保护的、设置在模块外壳7内的连接插头13连接。监视电子装置12例如包括平衡电阻14以及温度传感器15,平衡电阻14以及温度传感器15设置在导线载体16上。平衡电阻14与电池单元2适当地线缆连接,使得能够执行平衡,这点未示出。
图2以俯视剖面图示出了具有这里示例性的五个并排设置的电池单元2的电池模块1。该剖面穿过模块外壳7延伸,使得能够实现对电池单元2的俯视图。电池单元2具有破裂开口4,所述破裂开口大体居中地设置在模块外壳7中。破裂开口4在模块外壳7内敞开,不需要自身的绝缘结构。单元连接器5将各个相邻的电池单元2彼此连接,其中单元连接器交替地设置在电池单元2的侧边缘处。为连接图示的电池模块1与另外的电池模块,在模块外壳7的两个部位设有用于HV连接器的电缆引线6。为概括起见未示出同样位于模块外壳7内的电子装置。用于在受损情况下导出逸出物的出口9在这里示例性地位于电池模块1的长边。
图3示出了根据现有技术的六个彼此连接的电池单元200的俯视图。电池单元200如在图2所示例子中那样通过单元连接器500彼此连接。电池单元200具有破裂开口400,所述破裂开口与排气通道300连接,通过所述排气通道导出逸出物。与排气通道300的连接在这里必须对于每一个电池单元200单独地密封,这点未图示,或者如图所示,整个通道300通过密封元件600相对于电池单元200密封。为此需要许多通过本发明的措施可以避免的工作步骤和结构部件。
本发明不限于这里说明的实施例和其中出现的方案。相反,在由权利要求说明的范围内可以进行多种在技术人员范围内的变型。
Claims (10)
1.电池模块(1),具有至少两个电池单元(2),所述电池单元具有带有破裂开口(4)的外壳(3),以在受损情况下排放逸出物;所述电池模块(1)还具有用于在受损情况下容纳来自所述电池单元(2)的逸出物的模块外壳(7),其中所述模块外壳(7)包封所述至少两个电池单元(2)。
2.根据权利要求1所述的电池模块(1),其特征在于,所述受损情况是至少一个电池单元(2)过载、所述电池单元(2)的外壳(3)损坏和/或所述电池单元(2)过热。
3.根据上述权利要求之一所述的电池模块(1),其特征在于,所述模块外壳(7)具有出口(9),所述出口设置用于从所述模块外壳(7)中导出逸出物。
4.根据上述权利要求之一所述的电池模块(1),其特征在于,所述电池单元(2)在所述模块外壳(7)内由压缩元件(8)彼此相对挤压地设置。
5.根据上述权利要求之一所述的电池模块(1),其特征在于,所述电池模块(1)具有六到十个电池单元(2),其中所述模块外壳(7)包封所述六到十个电池单元(2)。
6.根据上述权利要求之一所述的电池模块(1),其特征在于,在模块外壳(7)内设置有所述电池单元(2)的监视电子装置(12)。
7.根据上述权利要求之一所述的电池模块(1),其特征在于,所述模块外壳(7)具有电缆引线(6)。
8.根据权利要求1到7之一所述的电池模块(1),其特征在于,所述模块外壳(7)具有所述电池单元(2)的监视电子装置(12)与车辆电子装置的接口(13)。
9.电池系统,具有至少一个根据上述权利要求之一所述的电池模块(1)。
10.机动车辆,具有根据权利要求9所述的电池系统,其中该电池系统设置用于驱动该机动车辆。
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