CN104064714A - 电池组 - Google Patents

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Abstract

电池组（1）具有彼此并排地安排在多个行中的棒状电池（7），并且这些棒状电池的多个端侧的电触点分别通过一个共用的接触板（15）而彼此并联且串联地电连接。为了实现有效的冷却，一个平坦的热交换套（19）邻接这些接触板（15）处，一种热传递媒介流过该热交换套。此热交换套是由具有一个电绝缘外层的一个多层薄片组成。

Description

电池组
本发明涉及一种电池组，该电池组包括彼此并排地安排在多个行中的多个棒状电池，这些棒状电池彼此并联且串联地电连接成至少一个电池块，且与至少一个冷却元件处于导热接触。
从DE102006059989已知通过将一个电池组的具有圆形横截面的多个棒状电池通过与作为铸件生产的多个热传导元件进行外壳接触来冷却，这些热传导元件从一个共用基板出发，与所述基板一体地在这些棒状电池之间延伸，。在这种情况下，这个基板本身被在其平面延伸的一个冷却盘管冷却。
从DE102009033076、DE102011017375或JP4176911已知通过棒状电池的外壳表面来冷却这些棒状电池的电池组的其他实施例。
这些已知的电池组说明了为了产生使热交换器与棒状电池的外壳表面或者该外壳表面的一个区域的导热接触以便避免它们的过热所涉及的相对大的结构复杂性。
本发明的基本目的是找到所提到的类型的电池组，这种电池组具有高度有效的热交换系统和极大的机械阻力，并且仍可以特别容易地并且因此以低成本地被生产成大批量产品。
根据本发明而实现该目的的方式是在一个电池组的宽度上延伸的一行棒状电池的端侧电触点分别通过一个共用接触板而彼此并联地电连接，并且这些接触板与一个平坦的热交换器处于导热连接，该热交换器平行于所述接触板延伸，并且液体流过该热交换器。
可以通过一种对应于扫描焊接技术的方式，通过激光点焊，例如通过分别在棒状电池的每个端处的四个焊接位置，而以高产的方式进行棒状电池的多个触点与接触板的电和机械连接。
本发明尤其基于以下认识，即，如果通过棒状电池的两个金属末端区域，即它们的极，而不是通过它们的外壳表面(其具有一个塑料涂层)，对棒状电池直接进行所需的冷却，那么这种冷却会有效得多，这是因为通过一种对应于一般已知的内部构造的方式，这些末端区域与大面积的、内部的、形成阴极和阳极的金属薄片形成导电且因此还良好导热的连接，。
在本发明的一个优选的实施例中，这种热交换器与该电连接的接触板直接接触，并且为此目的，由具有一个电绝缘外层的一个多层薄片材料将该热交换器生产为一个热交换套。
与现有技术的呈板形式或栅格形式的铸件相比，可以通过以一种对应于这种热交换器的所希望的形状和大小、这种热交换器的叠置相互安排、以及沿着热交换器的边缘进行焊接的方式对薄片件进行冲裁，而更容易地生产出在至少一行棒状电池上延伸的该热交换器。
通过一种薄片材料进行生产还确保了将该热交换器导热良好、贴合地安置在所述类型的彼此平行地延伸的一个或多个电接触板处。
分别在棒状电池的两端处提供的这些电接触板可以容易地以合适的形状和大小从具有良好的传导性以及抗腐蚀性的金属片冲裁而得，例如从具有金属外部防腐蚀保护的铁片冲裁而得。
为了避免对热交换器的薄片材料的损坏，以一种方式安排这些冲裁而得的接触板，使得冲裁的毛口位于背向该热交换器的侧面上。
在本发明的一个优选的实施例中，在热交换器的两个薄片壁之间封围着一个导流栅格，以便在热传递媒介从入口区流到出口区时以一种对热交换来说最佳的方式将该热传递媒介分布在热交换器的内表面上。此外，该导流栅格用作该热交换器的多个薄片壁的一个间隔物。
还优选与由薄片材料制造的热交换器平行地提供一种压力套，该压力套至少大致具有对应的大小。在用例如空气或氮气等可压缩媒介来填充该压力套且将其密封地封闭之后，该热交换器在该压力套的填充压力下牢固地邻接这些电接触板中的至少一者，使得确保了向所述板以及到这些棒状电池的良好热传导。
为了由该压力套施加的压力的均匀分布，在本发明的另一个实施例中，一个压力分布板可以安排在该压力套与该热交换器之间。
可以从专利权利要求书得到对本发明的其他有利的实现方式，且这些实现方式在下文基于附图进行了描述，其中：
图1示出省略了外壳壳体并且不具有横向压力套的电池组的内部构造的透视图示，其中多组棒状电池在四个平面中彼此上下地安排，
图2以透视图示来示出彼此并排地安排在多个行中并且位于同一平面中并且部分地通过多个接触板连接的多个棒状电池，
图3示出省略了上部热交换器并且具有一个侧向压力套的图1中图示的一个区域，
图4示出穿过根据本发明的电池组的角落区域的竖直截面，包含其外壳壳体，
图5示出具有额外的上部和侧向压力套的对应于图1的电池组的内部构造的透视图示，
图6示出图5中所示的电池组的连接区域的更大的透视图示，
图7示出移除了连接侧的封闭壁的情况下图1到6中所示的电池组的外壳的透视图示，
图8示出在从窄侧以及从长侧的角度上看被彼此上下地安排的四个电池块的示意性图示，
图9以两个侧视图示出分别彼此并排以及彼此上下地安排的两个电池块的示意性图示，
图10以两个侧视图示出彼此并排地安排在一行中的四个电池块的示意性图示，
图11示出穿过具有彼此上下安排的四个电池块的电池组的竖直截面，
图12示出穿过如图11中所示的电池组的在其区域XII中的放大的部分截面。
在图1到3中未表示出覆盖性和绝热性外壳2的根据本发明的电池组1具有大量电棒状电池7，这些棒状电池分别被组装在一个共用电池块3-6中。这些棒状电池7是一般已知的并且可以从零售商得到。在DE2257723中描述了一个实施例。作为锂离子电池，它们具有特别高的电功率。
棒状电池7在一个电池块3-6内的安排在棒状电池之间分别具有一个间隙8的情况下优选以一种如下方式在多个行9-12中进行：使得相邻行9-12的这些棒状电池7关于彼此横向偏移，从而实现一种紧凑的安排。在此情况下，相邻行9-12的这些棒状电池7的端侧极13、14关于彼此反向地取向，从而实现串联电连接。
在将大量棒状电池7排序成多行从而形成一个电池块3-6时，这些棒状电池之间的所述间隙8允许它们的不受妨碍的热膨胀并且允许它们的形状、对准和安排方面的容差。
分别在多个棒状电池7的两个相互平行的行9、10或者11、12上延伸的一个接触板15一方面在相应行的方向上将这些棒状电池彼此并联地电连接，并且另一方面还与该行横向地将这些棒状电池彼此串联地电连 接。图3的图示说明了分别对于棒状电池7的两个行，如何后续地将大量的细长且对应地较窄的接触板15安排成在同一平面中彼此平行地具有一个绝缘间隔。
由于以相同的未图示的方式彼此平行地延伸的棒状电池7的行9-12还通过一个下部接触板15而在它们的底侧或者它们的相对极上彼此并联地且串联地电连接，所以这些电池行的电压值相加而形成所关注的电池块3-6的总值。在此情况下，电池块3的第一行9的棒状电池7被一个对应地较窄或者条状的接触板连接，该接触板通过侧向的板扩宽而形成一个端侧或者开始侧的接触突缘16。
通过扫描点焊，优选通过多个、例如四个分别均匀地分布在接触面上的焊接点17，而高速地执行棒状电池7的端侧极13、14与接触板15(这些接触板分别在电池组1的整个内部宽度上延伸)的具有良好的导电和导热以及机械强度的连接，使得由于这种焊接过程的较高工作速度，还可以在特别低的成本下实现本发明。
本发明尤其基于以下认识，即，如果通过棒状电池7的金属末端区域，即它们的极13、14，而不是它们的外壳表面(其具有一个塑料涂层)，对这些棒状电池直接进行所需的冷却，那么这种冷却可以得到很大的改善，这是因为这些末端区域与大面积的、内部的、形成阴极和阳极的金属薄片形成导电且因此导热良好的连接。
为了防止封围棒状电池7的一个电池外壳的一个悬垂的边缘区阻碍与接触板15的接触，使用了其中电池外壳在与平坦的极14相距一个距离18处终止的棒状电池7。
为了耗散在电池组1的电载荷下在棒状电池7中产生的热量，并且还为了维持供电池组工作的最小温度，电接触板15与一个热交换套19处于紧密邻接的导热接触。这个套是由两个薄片壁21、22组成，这两个薄片壁彼此平行地延伸，是由一种多层薄片材料形成，并且通过一个外围焊缝而沿着它们的边缘20以一种密封的方式彼此连接。
为了优化热交换套19在撕裂强度、材料电阻、热导率、电绝缘和可焊接性方面的性质，用于生产该热交换套的一种合适的薄片材料是由不同材料的层状复合物组成，例如铝、聚酰胺、聚丙烯，并且可以从零售商获得小于0.2mm的薄片厚度的薄片材料来用于各种目的。
由于优选地直接或者紧密邻接电接触板15，所以应该使用外层具有电绝缘效果的薄片材料。
为了防止由于这个外层邻接接触板15以及其侧边缘而导致对该外层的损坏，这些接触板被安排成使得在冲裁得到这些接触板时所出现的冲 裁的毛口被定向为远离热交换套19，并且因此仅在横截面上倒圆的冲裁边缘才邻接热该交换套。
如图1中的图示所示，热交换套19在两侧上在每个电池块3-6的整个上侧和底侧上延伸，使得这些电池块以及组装在这些电池块中的棒状电池7在两侧上由所述套控温。对应地，热交换套19中的每一者例如具有对应于电池块3-6的水平横截面的形状的矩形形状。
在热交换套19的在窄侧上彼此相对地安放的两个角落区域的区域中，所述套具有大致半圆形突出的延长部23、24，用于连接相对于所关注的热交换套19的平面而言竖直地定向的连接柱25、26，用于对穿过热交换套19的热传递媒介的供应和排出以及因此的循环。
与在热交换套19的壁21、22之间的一个允许充分流通的、相对小的(例如2mm)距离相关地，因此可以使连接柱25、26的流通内径实施为相对更大，使得可以在热交换套19内实现热传递媒介的对应大的递送量，以及因此在温度上具有较小差异的特别有效的热交换。
为了有助于热交换的均匀的流分布，在热交换套19的从它们的流入连接柱25到它们的流出连接柱26之间的流通期间，在热交换套19的两个壁2、3之间提供一个导流栅格27，该导流栅格是由多个互连的导流网组成，使得纵向和横向定向的流动路径受到限制。
这种导流栅格27可以在低成本下例如通过铝合金或者通过塑料而被生产为一个注射模制零件，并且在热交换套19的生产期间将该导流栅格插入在该热交换套的薄片壁21、22之间，随后沿着边缘20将它们彼此焊接。
除了由流过的热传递媒介形成的内部压力之外，该导流栅格27形成例如为2mm的薄片壁21、22的内部支撑件。
为了将热交换套19均匀地按压在接触板15处，并且因此实现封围在其中的导流栅格27的良好的导热接触以及均匀的压力载荷，提供一种由例如空气或氮气等压力媒介来填充的一个压力套28，并且在所述压力套与该热交换套19之间提供的一个压力分布板29确保了到所述分布板以及到棒状电池7的端部的均匀的压力传递。以此方式，为此板确保了良好的温度控制以及抗振固定。同时，压力套28以它的背向热交换套19的侧面支撑在电池组外壳2的绝热内壁30的内表面上。
另外，上部压力套28用于固定支撑轮廓31、32，电池组控制器(BMS/电池组管理系统)的多个电部件以及用于使热传递媒介循环的多个连接部件(25、26)紧固到这些支撑轮廓，使得防止这些部件与电池块3-6一起固定，这会导致作用在电池组1上的惯性力对电池组的大量部件之间的机械和电连接造成损坏。出于此目的，这个压力套28具有两个套延长部33、 34，这些套延长部邻接这些竖直取向的支撑轮廓31、32的上部T形端。通过支撑轮廓31、32的下端，这些支撑轮廓通过一个T形末端区域被支撑在电池组外壳的下部壁或者其下部衬里上，如图6和7的图示所说明。
具有邻接的压力套36的另一个压力分布板35用于在其平面的方向上固定接触板15以及因此固定通过点焊连接到这些接触板的棒状电池7，其方式为使所述压力分布板邻接所述接触板的多个端边缘37，如图4的部分截面图示所示。
为了提高电池组1的电压，并且因此增加电池组的电功率，优选的是，多个电池块3-6彼此前后地或者串联地彼此电连接。这在通过不同地相对地指定电池块3-6而对将要配备有这种电池组的车辆的几何形状进行最佳适配的情况下进行，如图8到10的示意性图示所示。在此情况下，如图8中所示的实施例对应于图1、3以及5到7的实施例。
以对应于如图9中所示的实施例的方式，每个电池组1具有两个电池块3-6，这些电池块被安排成彼此上下并且彼此并排，并且以未表示的一种方式彼此串联地电连接。
如图10中所示的实施例示出彼此串联地连接而形成一串的四个电池块3-6。
具有对应于图8到图10中的图示的独立电池块3-6的不同的相对的指定关系的所有电池组1具有共同的特征，即，由于它们的节省空间的冷却系统以及它们的电池块3-6的与之相关联的紧凑类型的构造，所以它们具有相对小的总尺寸，这在安排于电力工作的车辆中时具有对应的优势。
在仅电池块3-6被彼此上下安排并且因此热交换套19彼此平行安排的电池组1的特别紧凑的配置的情况下，它们的连接柱25、26可以在电池组1的一个端侧的侧面的区中以一种节省空间的方式彼此上下地同轴地提供，并且被多个T形支管38和多个90°弯管39连接到与它们平行地延伸的共用的连接导管40、41，以便通过在所述导管上提供的连接柱42、43来将它们连接到一个循环泵(未表示)并且连接到一个外部热交换器(未表示)。
可以通过一个加热体44来防止例如在冬天操作期间对棒形的电池组电池7以及其功率有害的冷却，该加热体被紧固到这些连接导管中的一者上并且通过一个恒温器电路而电工作，优选与电池组的热绝缘相组合。
为了热绝缘，由绝缘材料预制的呈箱子形式的一个内部容器46被套叠地推入到一个外部容器45中，该外部容器是例如由钢或者铝合金形成并且确保电池组1的外部强度。为了随后执行的对它的向外封闭，以一种密封的方式套叠地插入一个封围的封闭盖47。
在逐层地将电池块3-6以及热交换套19、压力分布板29以及压力套28推入到内部容器46中之后，可以通过套叠地推进同样由绝缘材料组成的一个封闭盖47而以一种密封的方式封闭该内部容器。在此情况下，电导线以及用于冷却媒介的连接导管以一种未表示的方式穿过此封闭盖47。
为了电池组1的紧凑类型的构造并且还有非常良好的热绝缘，具有例如仅5mm的壁厚度的这个内部容器46是由特别高效的绝缘材料生产，这种绝缘材料以一种真空嵌板的方式在一个外壁48与一个内壁49之间封围一种粒状材料50，例如硅石，并且被置于真空下。
由于这种绝缘材料不能毫无损伤地挠曲或弯曲，所以对于将单件式地生产的封闭盖47，在起始材料的内层49中提供横截面为v形的弯曲沟槽，使得在完成呈箱子形式的封闭盖47之后，一个弯曲褶皱51分别沿着这些弯曲沟槽而形成，如图12中所示。
一个封闭覆盖物53也由这种绝缘材料形成，该封闭覆盖物通过螺栓52而凸缘式安装在外部容器45的端侧上。
为了防止在压力套28和36的、确保电池块3-6的内部固定的压力下外部容器45的被制成尽可能薄的壁54弯曲，平行于压力套28、36并且在该绝热内部容器46的壁54和壁55之间提供例如由钢片或者铝片制 成的一个抗弯曲的加固层56。该加固层的抗弯曲性是由对应于它的层厚度的型面产生，该型面具有波浪形式并且具有多个整平部57。
为了防止这个型面造成在内部容器46的相邻壁55的不均匀的挤压，还将例如由塑料或者铝合金生产出的一个压力分布板58推进所述型面与该加固层56之间。
参考标号清单
1 电池组
2 外壳
3-6 电池块
7 棒状电池
8 间隙
9-12 行
13,14 极
15 接触板
16 接触突缘
17 焊接点
18 与极的距离
19 热交换套
20 薄片边缘
21,22 薄片壁
23,24 薄片延长部
25,26 连接柱
27 导流栅格
28 压力套
29 压力分布板
30 外壳内壁
31,32 支撑轮廓
33,34 套延长部
35 第二压力分布板
36 压力套
37 端边缘
38 T形支管
39 弯管
40,41 连接导管
42,43 连接柱
44 加热体
45 外部容器
46 内部容器
47 封闭盖
48 外壁
49 内壁
50 粒状材料
51 弯曲褶皱
52 螺栓
53 封闭覆盖物
54 外部容器的壁
55 内部容器的壁
56 加固层
57 整平部
59 压力分布板

Claims (21)

1.一种电池组，该电池组包括彼此并排地安排在多个行中的多个棒状电池（7），这些棒状电池彼此并联且串联地电连接成至少一个电池块（3-6）且与至少一个冷却元件（19）处于导热接触，其特征在于，在该电池组的宽度上延伸的一行棒状电池（7）的端侧的电触点（13，14）分别通过一个共用的接触板（15）而彼此并联地电连接，并且这些接触板（15）与一个平坦的热交换器（19）处于导热连接，该热交换器平行于所述接触板而延伸，液体流过该热交换器，并且该热交换器是由形成一个热交换套（19）的一种薄片材料组成，其中提供有平行于该热交换套（19）的一个压力套（28），该压力套至少大致具有对应于该热交换套的大小并且填充有一种可压缩媒介。
2.如权利要求1所述的电池组，其特征在于，该热交换器（19）与该电连接的接触板（15）处于直接接触，并且至少该热交换器的邻接所述接触板的表面是由一种电绝缘材料组成。
3.如权利要求1或2所述的电池组，其特征在于，该薄片材料是多层的，并且外层是由一种电绝缘材料组成。
4.如权利要求1到3之一所述的电池组，其特征在于，一个共用的接触板（15）分别在彼此平行地延伸的两行棒状电池（7）的整个长度上延伸，使得分别在这些棒状电池（7）的两端处提供的多个接触板（15）将所述棒状电池彼此并联且串联地电且机械地连接。
5.如权利要求1到4之一所述的电池组，其特征在于，这些棒状电池（7）的多个极（13，14）以一种对应于扫描焊接技术的方式通过激光点焊与一个接触板（15）连接。
6.如权利要求5所述的电池组，其特征在于，分别为在这些棒状电池（7）的这些极（13，14）与这些接触板（15）之间的连接提供多个焊接点（17）。
7.如权利要求1到6之一所述的电池组，其特征在于，这些接触板（15）是从金属片冲裁而得，并且以如下方式安排，使得它们的冲裁毛口位于背向该热交换套（19）的侧面上。
8.如权利要求1到7之一所述的电池组，其特征在于，这些棒状电池（7）以在其间具有一个间隙（8）的方式被这些接触板（15）紧固。
9.如权利要求1到8之一所述的电池组，其特征在于，在该热交换套（19）的两个薄片壁（21，22）之间封围着一个导流栅格（27）。
10.如权利要求1到9之一所述的电池组，其特征在于，一个压力分布板（29，35）被安排在该压力套（28）与该热交换套（19）之间。
11.如权利要求1到10之一所述的电池组，其特征在于，一个压力板（35）邻接着每个接触板（15）的一个端边缘（37），该压力板与该端边缘垂直地延伸并且被一个压力套（36）固定。
12.如权利要求1到11之一所述的电池组，其特征在于，邻接多个接触板（15）的一个热交换套（19）具有多个连接柱（25，26）以供一种液态热传递媒介流通其中，这些连接柱与该热交换套（19）的平面垂直地定向。
13.如权利要求1到12之一所述的电池组，其特征在于，彼此电连接的这些棒状电池（7）被分组在多个电池块（3-6）中，这些电池块彼此上下地安排，其中一个热交换套（19）分别提供在这些电池块（3-6）中的每一者之间以及另外在这个分组的外部电池块（3，6）的外侧上。
14.如权利要求12和13所述的电池组，其特征在于，在这些电池块（3-6）的这些相互平行的热交换套（19）中的每一者上提供的这些连接柱（25，26）在该电池组（1）的一个端侧的侧面的区域中彼此上下地同轴地安排，并且被多个T形支管（38）或多个90°弯管（39）连接到与它们平行地延伸的一条共用的连接导管（40，41）。
15.如权利要求14所述的电池组，其特征在于，在这些连接导管（40，41）中的至少一者上提供一个电加热体（44）。
16.如权利要求1到15之一所述的电池组，其特征在于，彼此连接的多个棒状电池（7）的至少一个电池块（3-6）被封围在一个绝热的电池组外壳（2）中，其中由绝缘材料组成的一个内部容器（46）被插入在一个更大的可承重的外部容器（45）内。
17.如权利要求16所述的电池组，其特征在于，一个抗弯曲的加固层（56）被封围在该外部容器（45）与该内部容器（46）的平行于平坦的热交换器（19）延伸的壁（54，55）之间。
18.如权利要求16所述的电池组，其特征在于，该加固层（56）具有对应于其层厚度的一个型面，其中一个压力分布板（58）被安排在所述型面与该内部容器（45）的相邻壁（55）之间。
19.如权利要求16到18之一所述的电池组，其特征在于，该内部容器（46）的该绝缘材料以在一个外壁与一个内壁（48，49）之间的一个真空嵌板的方式在真空下封围一种粒状材料（50）。
20.如权利要求16到19之一所述的电池组，其特征在于，该内部容器（46）的一个封闭壁形成一个封闭盖（47）的一部分，该封闭盖被套叠地插入该内部容器中。
21.如权利要求16到20之一所述的电池组，其特征在于，该外部容器（45）的一个封闭覆盖物（53）在一个外壁与一个内壁之间在真空下封围一种粒状材料。
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