CN103959538B - 用于制造电池的方法、电池设备和模块式系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于制造电池(10)的方法，其中，提供至少一个包括多个电池单体(14)的电池模块(12)。根据是为至少一个电池模块(12)设置液体冷却还是气态介质冷却，选择冷却装置(26)。根据所作出的选择，在至少一个电池模块(12)上布置至少一个能由冷却液体流过的第一冷却体(26)或至少一个能由气态介质流过的第二冷却体作为冷却装置。本发明还涉及一种电池设备以及一种用于制造电池(10)的模块式系统。

Description

用于制造电池的方法、电池设备和模块式系统
技术领域
本发明涉及一种用于制造电池的方法，其中，提供至少一个包括多个电池单体/单电池(Batteriezellen)的电池模块，在所述至少一个电池模块上布置冷却装置。本发明还涉及一种电池设备以及一种用于制造电池的模块式系统。
背景技术
电运行的机动车从电池得到对于驱动所需的能量。为了确保电池的长时间的使用寿命，在运行时把热量从电池中导出，也就是说使得电池冷却。在此已知的是，为了冷却而设有液态介质或气态介质。
例如DE102009037021A1描述了一种用于混合动力车的电池单元，其中电池单元具有电池通道。电池通道包括第一通道，在该第一通道中布置有混合动力车的排气管和冷却通道。冷却通道在此布置在用于排气管的通道与电池单元的底侧之间。为了对电池单元进行温度调节可以通过冷却通道导引空气或冷却液体。
DE102009058808A1描述了一种车辆驱动电池组件，其包括电池单体组和冷却装置。冷却装置包括支架部件，该支架部件设计为加筋的空心体，在该空心体中形成了用于冷却剂管路的U形保持件和加强筋。冷却剂管路两侧上的定位突起部用于把冷却剂管路形锁合地固定在支架部件上。在支架部件上布置有弹簧弹性的接触板，该接触板在冷却装置被安装在电池单体组上时相对于电池单体组的底侧预紧。
DE102009058810A1同样描述了一种具有电池单体组和冷却装置的车辆驱动电池。冷却装置的热传递部件在此设计为弹簧弹性的并且在未固定在电池单体组的平坦侧上的状态中相对于平坦侧凸拱地延伸。热传递部件被螺纹连接在电池单体组的平坦侧上并且在此弹性地预紧。冷却剂管路与热传递部件相接触。
US2008/0251246A1描述了一种用于电池和电组件、如控制器和换能器的冷却结构。电池和电组件在此布置在混合动力车的车辆底部中的接纳空间中。两个鼓风机用于对电池进行冷却，其中，电组件的冷却肋在电池下游布置在冷却空气流中。
此外，EP2017919A1描述了一种具有多个电池单体的电池，这些电池单体布置在壳体中。通过壳体形成冷却通道，该冷却通道能够选择性地被加载冷却空气或冷却水。
特别是当电池被布置在车辆中时必须考虑到特殊的结构空间条件。这导致，要根据车辆类型和为车辆类型所设计的冷却——例如液体冷却或气体冷却——提供不同的冷却装置。
通过冷却装置的不同的设计构造而得到很多数量的变型，由此制造相对花费较大且成本较高。此外，必须根据电池模块和冷却装置的形状提供相应的接纳系统，这同样对于在制造时的花费和成本起负面作用。
发明内容
因此本发明的目的是，提出一种开头所述类型的方法以及一种电池设备和一种模块式系统，它们能实现特别简单和成本低廉的制造。
该目的通过一种具有权利要求1的特征的方法、一种具有权利要求9的特征的电池设备以及一种具有权利要求13的特征的模块式系统来实现。本发明具有适宜的改进方案的有利的设计方案在从属权利要求中给出。
根据本发明的、用于制造特别设计为应用在车辆中的电池的方法包括以下步骤：
a)提供包括多个电池单体的至少一个电池模块；
b)根据应该为电池使用液体冷却还是使用利用气态介质进行的冷却来确定对于电池的冷却装置的要求；
c)根据是为所述至少一个电池模块设置液体冷却还是利用气态介质进行的冷却来选择冷却装置；
d)根据在步骤b)中所作出的选择来在所述至少一个电池模块上布置至少一个能由冷却液体流过的第一冷却体或至少一个能由气态介质流过的第二冷却体作为冷却装置。
也就是说，根据所期望类型的冷却来在所述至少一个电池模块上布置合适的冷却体。这能够实现，即使电池模块设置不同类型的冷却，也能使用一种统一的电池模块。通过电池的这种模块式的构造能够实现简单且成本低廉的制造。在此也即根据所提出的的冷却要求来选择合适的冷却体。第一冷却体可以在此特别是与第二冷却体在以下方面相区别：冷却体匹配于能被导引经过它的介质的类型。
通过使用一种统一的、特别是能用于不同车辆类型的电池模块，可以降低用于电池的研发成本和制造成本。
在电池的冷却运行中所使用的冷却介质在周围环境温度低并因此电池温度低时也能够用于初始加热电池模块，由此使得该电池模块特别迅速地达到其期望的功率。为此可以对在冷却运行中用于冷却电池的冷却介质进行加热，以便随后将其输送给还相对较冷的电池模块。冷却液体或气态的冷却介质也就也能够用于对电池模块进行加热。
优选地，使第一或第二冷却体与所述至少一个电池模块相互抵靠，以便确保在冷却运行中把热量特别高效率地从电池模块中散出。
如果借助计算装置来实施根据设置液体冷却还是气态介质冷却而选择冷却装置，就可以实现电池的特别经济的制造。
此外证明为有利的是，把至少一个第一或第二冷却体置入到形成在支承装置与至少一个电池模块之间的接纳空间中。因此，支承装置和电池模块能够与所设置的冷却类型无关地被作为统一的、特别能用于不同车辆类型的结构单元而提供。通过这种方式可以在制造电池时实现特别少的研发成本和制造成本。
在接纳空间中提供了限定的冷却面，在该冷却面上，当第一或第二冷却体被置入到接纳空间中之后在冷却运行中热量被从电池模块中散出。然而接纳空间本身是通用的，也就是说与在其中要布置用于液体冷却的冷却体还是用于气态介质冷却的冷却体无关。通过把相应的冷却体置入到接纳空间中，当把电池用于车辆时得到了特定于车辆的电池。
在另一种有利的设计方案中，由至少一个能由气态介质流过的第二冷却体形成至少一个冷却通道，该冷却通道在至少一侧上由支承装置界定。于是可以实现高效率的散热，而不需要对于至少一个冷却通道在其密封性方面提出特别的要求。
此外证明为有利的是，把在外周侧封闭的空心体作为所述至少一个能由冷却液体流过的第一冷却体布置在至少一个电池模块上。由此，冷却体与其安装地点的实际情况无关地特别好地用于实现液体冷却。
此外优选的是，把通过挤压成形形成的型材件作为至少一个第一或第二冷却体布置在至少一个电池模块上。由此能够简单且成本低廉地制造相应的冷却体，并且可以特别容易地使冷却体具有为了冷却电池模块而设置的长度。
如果至少一个第一冷却体或至少一个第二冷却体由铝合金制成，则可以通过该冷却体特别好地散热。这特别当通过气态介质进行冷却时是适用的。这种冷却可以特别由下述方式得到辅助，即：气态介质在冷却运行中被导引经过冷却体的多个冷却肋。
有利的是，如果所述电池设计用于电动车，则在该至少一个电池模块上布置所述至少一个能由冷却液体流过的第一冷却体。在电动车中这也就具有特别重要的意义，即能够特别迅速地把相当多的热量散出。此外，通过液体冷却可以特别容易地满足或者说特别准确地遵守对于冷却功率所提出的要求。
优选的是，如果所述电池设计用于混合动力车，则在该至少一个电池模块上布置所述至少一个能由气态介质流过的第二冷却体。通过气体冷却(特别是空气冷却)也就可以在混合动力车中以简单且对于使用情况来说足够的方式方法简单且可靠地实现所期望的冷却功率。
最后证明为有利的是，在冷却介质经过相应冷却体的流动方向上看，至少两个电池模块与被分配给相应的电池模块的所述至少一个冷却体一起相继地和/或并排地和/或相叠地布置在电池中。通过设置统一的电池模块和分别被分配给电池模块的冷却体也就不需要根据电池模块的布置结构来设置特定的冷却装置，而是可以把电池模块与被分配给它的冷却体灵活地相互耦联。
如果在流动方向上看电池模块相继地布置，那么冷却体也就可以特别容易地彼此流体耦合。而在电池模块连同被分配给该电池模块的冷却体相叠地或并排地布置的情况下，设有用于进入各冷却体中的相应的输入管路和连接在冷却体的各出口上的排出管路。
根据本发明的、特别设计用于车辆的电池设备具有至少一个电池模块，该电池模块包括多个电池单体。电池设备的支承装置设计用于保持住所述至少一个电池模块。由至少一个电池模块和支承装置形成了用于至少一个冷却体的接纳空间。在此，支承装置或电池模块包括至少一个导引件，至少一个冷却体至少在被置入到接纳空间中时被该导引件抵靠。导引件使得更易于把用于相应期望类型的冷却(其包括液体冷却或气态介质冷却)的冷却体置入到接纳空间中，因此该电池设备可以根据所期望的冷却而配备有为使用情况而设计的冷却体。
通过这种方式，如果设置电池模块的液体冷却，则可以简单地把能由冷却液体流过的冷却体置入到接纳空间中。另选地，如果设置为通过气态介质对至少一个电池模块进行冷却，则可以把能由气态介质流过的冷却体置入到接纳空间中。可以通过以下方式实现简单和成本低廉的电池制造：把为各种使用情况设置的冷却体以在至少一个导引件旁导引的方式置入到接纳空间中。
优选地，所述支承装置包括两个横截面基本上为L形的、被设计用于支撑至少一个电池模块的轨道。由此，当电池模块布置在轨道上时，轨道从下方和在侧面保持电池模块。
如果两个轨道通过挤压成形形成，那么就可以特别简单地将该轨道制造成具有为了支撑至少一个电池模块而设置的长度。作为坚固的且同时轻便的材料可以在此为轨道特别是使用铝合金。
此外证明为有利的是，所述支承装置包括把两个轨道相连的支承板，其中，通过所述支承板、两个轨道和至少一个电池模块的底部提供了用于至少一个冷却体的接纳空间。因此以简单的方式并且利用成本低廉且易于获得的部件形成了标准化的接纳空间，在该接纳空间中可以选择性地布置有能由冷却液体流过的冷却体或能由气态介质流过的冷却体。支承板特别可以由塑料制成。
最后证明为有利的是，至少一个导引件被设计为导引条。由此，至少一个冷却体不仅在其被置入到接纳空间中时与导引条相抵靠，而且导引条还简单且可靠地按照止挡部的形式固定了被置入到接纳空间中的冷却体。这特别是当冷却体在两侧被分别一个导引条框围住时适用。如果导引条与支承板一体形成，那么就能够特别低耗费地提供该至少一个导引条。
根据本发明的、用于制造电池的模块式系统包括至少一个电池模块，该电池模块包括多个电池单体。此外设有用于保持住所述至少一个电池模块的支承装置以及至少一个能布置在所述至少一个电池模块上的冷却装置。在此，所述至少一个冷却装置包括能由冷却液体流过的第一冷却体和/或能由气态介质流过的第二冷却体。由所述至少一个电池模块和支承装置可形成用于至少一个冷却体的接纳空间，其中，所述接纳空间设计为通用地用于布置第一或第二冷却体。因此可以要么使用为制造具有液体冷却的电池而设置的模块式系统，要么使用为制造具有气体或者是空气冷却的电池而设置的模块式系统，要么该模块式系统可以包括两种冷却体，从而能够选择性地把所期望的冷却体布置在电池模块上。
对于本发明方法和本发明电池设备所描述的优点和优选的实施形式也适用于本发明的模块式系统，反之亦然。
前面在说明书中所述的特征和特征组合以及下面在附图说明中所述的和/或在附图中单独示出的特征和特征组合不仅能在各给出的组合中、而且也能在其它组合中使用或者能单独使用，而不脱离本发明的范围。
附图说明
本发明的其它优点、特征和细节由权利要求、下面对于优选实施形式的描述以及根据附图得出，在附图中，相同的或功能相同的元件具有相同的附图标记。图中示出：
图1局部地在剖面图中示出具有液体冷却的电池；
图2局部地在剖面图中示出相同构造的电池，然而具有气体冷却；和
图3示出电池制造过程的流程图，其中选择性地使用液体冷却或气体冷却。
具体实施方式
在图1中示出了从特别可以设计为车辆电池的电池10剖开的电池模块12，该电池模块包括多个电池单体14。电池单体14通过所谓的分离器或隔离物16彼此电绝缘。电池模块12在侧面被相应侧板18界定，该侧板也称为连接件/粘结器(Binder)。侧板18把隔离物16相对彼此固定并且把电池模块12的(当前未示出的)端面板相互连接，该端面板朝向于电池模块12的端侧封闭该电池模块。
电池10还包括支承装置20，该支承装置包括两个横截面为L形的轨道22，所述轨道优选地形成为由铝合金制成的挤压成形型材。布置在电池模块12的各个角区域上的轨道22从下方支撑电池模块12，并且在侧面框围住电池模块12。
两个轨道22通过支承板24相互连接，该支承板的端部——如当前示例性示出地那样——插入形成在两个轨道22中的纵槽中。在另选的实施形式中可以实现支承板24在轨道22上的其它连接形式。
通过支承板24在底侧界定了接纳空间25，该接纳空间的上方通过电池模块12的底部界定。在图1所示的电池10中，两个设计为封闭的空心体的冷却体26被置入该接纳空间25中，该冷却体既与支承板24也与电池模块12的底部相抵靠。
该冷却体26设计用于电池模块12的液体冷却，也就是说该冷却体在冷却运行中由冷却液体流过。通过这种方式可以从电池模块12中导出特别多的热量。因此，如果电池10要用在一种仅仅利用由电池10所提供的电能来继续运动的电动车中，则特别是可以设置这种冷却装置。各个冷却体26的冷却通道28可以通过一个分隔壁30或也可以通过多个分隔壁彼此划界。
与支承板24一体形成的导轨32在侧面框围住当前的两个冷却体26，导轨使得更易于把冷却体26推入到接纳空间25中。当各个冷却体26被置入接纳空间25中时，这些冷却体与两个分别在侧面框围该冷却体的导条32相抵靠。此外，导条32把冷却体26固定在其在接纳空间25中的位置上。
特别综合图2来看清楚的是，对于电池10的同一个电池模块12和同一个支承装置20也可以另选地使用空气冷却或气体冷却。也即在电池10的在图2中示出的实施形式中在接纳空间25中分别在由两个导条32在侧面界定的区域中置入两个冷却体34，所述冷却体被设计用于借助空气或这类气态介质来对电池模块12进行冷却。
两个冷却体34因此如同为液体冷却所设计的冷却体26那样同样布置在支承板24与电池模块12之间，并且与电池模块12的电池单体相抵靠。在图2所示的电池10中，两个冷却体34设计为朝向下侧敞开的型材件，该型材件具有多个冷却肋36。通过冷却肋36彼此划界的冷却通道的下方由支承板24界定。
冷却体26、34以及轨道22优选地由铝合金通过挤压成形工形成，而支承板24特别可以使用塑料。
具有空气冷却的电池10(参见图2)可以特别在混合动力车中使用，其中，对于电池10冷却的要求低于在纯电动车辆中的要求。
电池10也就可以选择性地装配为液体冷却设计的冷却体26(参见图1)或者装配为空气冷却设计的冷却体34(参见图2)，其中，对于两种类型的冷却体26、34分别设有标准化的接纳空间25。
在接纳空间25中还设有导条32，该导条使得为各所期望类型的冷却而设置的冷却体26、34的置入更容易并且把各个冷却体26、34固定在其位置上。
在此也即提供了标准化的电池模块12以及标准化的支承装置20，其根据电池10的所期望的冷却可以配设有合适的冷却体26、34。因此不需要提供相应于电池10的各种形状裁开的、特定的冷却装置，而是可以根据所期望的冷却类型把适合的冷却体26、34置入到接纳空间25中。
在图3中借助流程图38说明了一种方法，其中根据对于电池10所期望的冷却给电池10特定于车辆地配设有适合的冷却体26、34。
在步骤40中提供统一的电池模块12和统一的支承装置20。随后在步骤42中确定对于所期望的电池10的冷却系统的要求。接下来在步骤44中根据应该为电池10使用液体冷却还是空气冷却或气体冷却来选择冷却系统。
如果为电池10设置液体冷却，则在步骤46中把可由冷却液体流过的冷却体26置入到接纳空间25中，该接纳空间形成在支承装置20与电池模块12的底部之间。
如果相反地在步骤44中为电池10选择了空气冷却，则在步骤48中把能由气体或空气流过的冷却体34布置在形成在支承装置20与电池模块12的底部之间的接纳空间25中。
在两种情况下都在步骤50中提供与特定于车辆的冷却要求相适配的电池10，该电池被模块式地构造并且因此特别大幅地降低了研发成本和制造成本。
在为相应车辆设置的电池10中也可以设置多个电池模块12。如果这些电池模块12前后相继地布置，则可以特别容易地使支承装置20和冷却体26、34具有为多个电池模块12而设计的长度。
然而，电池模块12也可以并排地布置，其中随后优选地为每个电池模块12设置一个支承装置20，该支承装置具有相应的长度。随后也优选地使冷却体具有与各个电池模块12相应的长度。为了冷却电池10随后仅需要相应地把冷却液体管路或冷却空气管路连接到相应的冷却体26、34上。当电池模块12与配属于它的支承装置20以及冷却体26、34上下相叠地堆垛布置在车辆中时，上述内容以类似的方式也是适用的。

Claims (18)

1.一种用于制造电池(10)的方法，该电池用于车辆，所述方法具有以下步骤：
a)提供至少一个电池模块(12)，该至少一个电池模块包括多个电池单体(14)，
b)根据应该为电池(10)使用液体冷却还是气态介质冷却来确定对于电池(10)的冷却装置(26、34)的要求，
c)根据是为所述至少一个电池模块(12)设置液体冷却还是气态介质冷却，选择(44)冷却装置(26、34)，和
d)根据在步骤c)中所作出的选择，在所述至少一个电池模块(12)上布置能由冷却液体流过的至少一个第一冷却体(26)或能由气态介质流过的至少一个第二冷却体(34)作为冷却装置，其中，如果所述电池(10)设计用于电动车，就把能由冷却液体流过的所述至少一个第一冷却体(26)布置在所述至少一个电池模块(12)上；如果所述电池(10)设计用于混合动力车，就把能由气态介质流过的所述至少一个第二冷却体(34)布置在该至少一个电池模块上。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，由计算装置实施在步骤c)中进行的选择(44)。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，把所述至少一个第一冷却体(26)或所述至少一个第二冷却体(34)置入到接纳空间(25)中，该接纳空间形成在支承装置(20)与所述至少一个电池模块(12)之间。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，能由气态介质流过的所述至少一个第二冷却体(34)形成至少一个冷却通道，该冷却通道在至少一侧上由支承装置(20)界定。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，把在外周侧上封闭的空心体作为能由冷却液体流过的所述至少一个第一冷却体(26)布置在所述至少一个电池模块(12)上。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，把通过挤压成形形成的型材件作为所述至少一个第一冷却体(26)或所述至少一个第二冷却体(34)布置在所述至少一个电池模块(12)上。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述型材件由铝合金制成。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，把至少两个电池模块(12)连同被分配给相应的电池模块(12)的至少一个冷却体(26、34)一起在冷却介质经过相应的冷却体(26、34)的流动方向上看前后相继地和/或并排地和/或上下相叠地布置在电池(10)中。
9.一种电池设备，该电池设备具有至少一个电池模块(12)和支承装置(20)，该至少一个电池模块包括多个电池单体(14)，该支承装置被设计用于保持所述至少一个电池模块(12)，其中，由所述至少一个电池模块(12)和支承装置(20)形成一用于至少一个冷却体(26、34)的接纳空间(25)，其中，支承装置(20)或电池模块(12)包括至少一个导引件(32)，所述至少一个冷却体(26、34)至少在被置入到接纳空间(25)中时与该至少一个导引件相抵靠，其中，所述至少一个导引件(32)使得易于把为包括液体冷却或气态介质冷却的相应期望类型的冷却而设置的冷却体(26、34)引入到接纳空间(25)中，其特征在于，所述支承装置(20)包括两个横截面基本上为L形的、被设计用于支撑所述至少一个电池模块(12)的轨道(22)。
10.根据权利要求9所述的电池设备，其特征在于，所述轨道(22)通过挤压成形形成。
11.根据权利要求10所述的电池设备，其特征在于，所述轨道由铝合金制成。
12.根据权利要求10所述的电池设备，其特征在于，所述支承装置(20)包括把两个轨道(22)相连的支承板(24)，其中，通过所述支承板(24)、两个轨道(22)和所述至少一个电池模块(12)的底部提供用于所述至少一个冷却体(26、34)的接纳空间(25)。
13.根据权利要求12所述的电池设备，其特征在于，所述支承板由塑料制成。
14.根据权利要求12所述的电池设备，其特征在于，所述至少一个导引件被设计为导引条(32)。
15.根据权利要求14所述的电池设备，其特征在于，所述至少一个导引件与所述支承板(24)一体形成。
16.根据权利要求9所述的电池设备，其特征在于，所述电池设备用于车辆。
17.一种用于制造电池(10)的模块式系统，该模块式系统具有包括多个电池单体(14)的至少一个电池模块(12)、被设计用于保持所述至少一个电池模块(12)的支承装置(20)和能布置在所述至少一个电池模块(12)上的至少一个冷却装置(26、34)，其中，所述至少一个冷却装置包括能由冷却液体流过的第一冷却体(26)和/或能由气态介质流过的第二冷却体(34)，其中，所述至少一个电池模块(12)和支承装置(20)能形成一用于所述冷却体(26、34)中的至少一个冷却体的接纳空间(25)，其中，所述接纳空间(25)被设计为通用地用于布置第一冷却体(26)或第二冷却体(34)，其中，所述支承装置(20)包括两个横截面基本上为L形的、被设计用于支撑所述至少一个电池模块(12)的轨道(22)。
18.根据权利要求17所述的模块式系统，其特征在于，所述电池用于车辆。
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