CN104779419A - 具有外部的冷却系统接口的电池组 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电池组(1)，其具有多个布置在同一壳体(2)内的电池模块(5)且具有冷却装置(8)，所述电池模块均具有多个互连的电池单池，其中，所述冷却装置(8)具有至少一个布置在壳体(2)内的冷却板(9)，该冷却板被设计用于对至少一个电池模块(5)进行冷却，其中，所述冷却装置(8)具有至少一个穿引件(10)，该穿引件穿过壳体(2)并且在壳体(2)的外部具有接头(11)，由此将冷却剂从壳体(2)的外部引导至冷却板(9)。在此规定，至少一个冷却板(9)和至少一个穿引件(10)彼此一体地构造。本发明还涉及一种具有这种电池组(1)的机动车。

Description

具有外部的冷却系统接口的电池组
技术领域
本发明涉及一种具有多个安置在同一壳体内的电池模块的电池组，这些电池模块分别具有多个互连的电池单池。
背景技术
混合动力汽车(HEV，Hybrid Electric Vehicle)和电动汽车(EV，ElectricVehicle)需要能量充足的且功率大的电池系统，以便电的驱动机器可以输出所期望的行驶功率。基于锂-离子-技术或锂-聚合物-技术通常使用能量充足的且功率大的电池组作为电的蓄能器(EES)。通常这类电池组包括约100个电池单池。大功率的电池单池的电池容量例如高达63Ah。
由于化学转化过程，锂-离子-电池单池和锂-聚合物-电池单池主要在能量输出时升温。电池组功率越大，其温升就越高，并且高效、有效的热管理系统就越重要，该热管理系统对冷的电池单池进行加热并且对热的电池单池进行冷却，其中，冷却是热管理系统的最经常需要的功能。
锂-离子电池单池的最佳工作温度大约为+5℃至+35℃。高于工作温度约+40℃会显著地缩短其寿命。因此，仅仅通过对电池充分地热调节即可实现满足例如15年的寿命要求。因此，电池单池在所有的工作状态下都要保持在+40℃以下的热非临界状态下。为了使得不同的电池单池达到均匀的老化曲线，还要对并排布置的电池单池的温度梯度进行限制，例如最高为5℃。
在低于约-5℃的十分低的温度情况下，电池的功率和效率都会显著地下降。出于这个原因，对电池进行加热，直至再次到达约+5℃至+35℃的正常的工作温度范围。
例如借助于水/乙二醇-混合剂进行电池加热和冷却，在安装有电池模块的冷却板的下面由通道来引导该混合剂。
US 2011/0293974 A1公开了一种具有用于容纳多个次级电池的壳体的电池组，该电池组具有冷却单元，该冷却单元配备有入口和出口，经由所述入口和出口将冷却液输送给电池。在壳体的内部有多个电池模块。这些电池模块的冷却接头在壳体内通过软管彼此连接在一起。
EP 2068390 A1披露了另一种具有多个单池的电池系统，这些单池借助于布置在底面上的冷却板来冷却，其中，冷却板具有以盘绕式延伸的冷却软管为形式的冷却剂通道。
发明内容
就根据本发明的电池组而言，其具有多个布置在同一壳体内的电池模块且具有冷却装置，所述电池模块均具有多个互连的电池单池，其中，冷却装置具有至少一个布置在壳体内的冷却板，该冷却板被设计用于对至少一个电池模块进行冷却，其中，冷却装置具有至少一个穿引件，该穿引件穿过壳体并且在壳体的外部具有接头，由此将冷却剂从壳体的外部引导到冷却板，规定：至少一个冷却板和至少一个穿引件彼此一体地构造。
在本发明的范围内优选地将穿引件和冷却板称为“彼此一体地构造”，它们共同构成一个唯一的部件，然而该部件存在有两个在功能上可以不同的结构单元。该部件例如可以采用铸造法或成型法例如通过连续铸造或挤压成型进行制造。
穿引件与冷却板的材料配合的连接也称为“彼此一体地构造”。材料配合的连接包括使得连接双方通过原子力或分子力互连的所有连接。这例如可以通过粘接、熔接和焊接来实现。
在本发明的范围内还将力配合的连接或形状配合的连接称为“彼此一体地构造”。在这种情况下，通过至少两个连接双方的相互嵌接产生形状配合的连接。通过机械连接，连接双方即使没有力传递或者在力传递中断时也不会松脱。其中一个例子为铆接连接。力配合的连接通过施加力来产生。例如压力或摩擦力便属于这种情况。在这种情况下通过作用的力来保证固定住力配合的连接。其中的例子是夹紧连接、螺旋连接或缝合连接(Heftverbindung)。
根据一个优选的实施方式，电池组在壳体的内部具有至少一个电子单元。根据一个特别优选的实施方式，在此每个电池模块都配设一个电子单元，该电子单元例如可以包括单池传感器(CSC，电池监控电路)或者模块控制单元(BCU，电池控制单元)。有利的是，布置在本发明所述的电池组内的电子部件不易受到被冷却剂浸湿的干扰。穿引件和冷却板的一体地设计的接口不再会对电子单元构成危害。电子单元被保护不与喷射的或滴漏的液体相接触。
按照一个优选的实施方式，至少一个穿引件借助于密封机构穿过壳体。由此保护电池组的内部不受外界影响，特别是不受颗粒和湿气的影响。
原则上，在壳体穿引件的位置可以使用任何能实现对穿引件的充分密封的密封机构。例如穿引件可以与壳体熔焊、钎焊或粘接在一起，但也可以是挤压配合(Presssitz)或其它合适的形状配合的或力配合的连接。优选地，密封机构包括至少一个密封套(Dichtmanschette)，该密封套例如通过至少一个止动环来固定。
按照一个实施方式，至少一个冷却板在底部穿过壳体。将穿引件布置在壳体底部上的优点是，在那里可以汇集在冷却装置的引入管上产生的冷凝液。由此进一步减小了冷凝液到达电池组的电子部件的可能性，该电子部件通常不会布置在电池单元的下部。
按照一个优选的实施方式，一个冷却板相应地被配设给正好一个电池模块。在此例如可以规定，每个冷却板均具有至少一个穿引件，该穿引件穿过壳体并且在壳体的外部具有用于冷却剂回路的接头。根据该实施方式，为每个电池模块都设置各自的壳体穿引件。
替代于此或附加于此地可以规定，穿引件和/或与之一体构造的冷却板在壳体内部分岔。全部分岔部在此一体地设计，从而将全部材料接口都布置在壳体外部。
特别地可以规定，穿引件被构造为管，该管在壳体内部分岔成管系统。管系统和穿引件在此彼此一体地构造。冷却板和管系统的组件也彼此一体地构造。
按照另一方面，这类电池组包括冷却剂回路，其中，冷却剂回路的散热器和/或制冷器在壳体的外部被连接到至少一个穿引件的接头上。冷却剂回路的位于电池组的壳体内的部件被密封地设计。所有的材料接口都明确地位于电池组的壳体的外部。由此实现冷却剂与电子部件的全面分离。
例如可以借助于软管-卡箍-连接、借助于直接连接的软管连接或借助于直接连接的套管连接将穿引件的接头适当地连接到冷却剂回路的散热器和/或制冷器上。特别地可以使用被用于燃料系统例如用于燃油管路的那些连接。
电池组例如具有锂-离子-电池、锂-聚合物-电池、锂-空气-电池、锂-硫-电池或镍-金属氢化物-电池。术语“电池”和“电池单元”在本说明书中与惯用说法相适应地用于蓄电池或蓄电池-单元。电池优选地包括一个或多个电池单元，这些电池单元可以称为单池、模块或模块组(Modulstrang)。电池单池在此优选地在空间上互连，并且在电路技术上彼此相连，例如与模块串联地或并联地连接。多个模块可以构成所谓的电池直流转换器(BDC，Battery Direct Converter)，多个电池直流转换器构成电池直流逆变器(BDI，Battery Direct Inverter)。
根据本发明，还提出一种具有这类电池组的机动车，其中，电池组与机动车的驱动系统相连接。优选地，将该方法用在电驱动的汽车或混合动力汽车中，在这些汽车中对多个用于提供所需驱动电压的电池单池进行互连。
有利地将全部材料接口特别是将引导冷却剂的部件的软管布置在壳体的外部。由此会导致在理想情况下在电池组内部的电子部件可以不再被水浸湿。
可能的冷却剂泄露位置的数量减少了。有利地，由此对冷却系统和对电池组的密封性要求可以没有那么严格，尤其是对冷却剂回路的接头相对于电池组的密封性要求可以没有那么严格，因为通过根据本发明所述的将冷却板和穿引件一体构造的解决方案，理想地防止在电池组内产生液体。对于用于制造电动汽车-或混合动力汽车的电池的供应商而言，这还会导致节省在供应商检查电池组的功能可靠性时的成本。
有利地，电池组具有完全或部分布置在壳体内的电池管理系统，其中，该电池管理系统监视和保证所安置的电池单池和电池模块的功能安全且可靠。电池管理系统监视和控制各个单池和/或整个电池组的电流、电压、温度、绝缘电阻和其它参数。借助于这些参数可以实现管理功能，这些管理功能提高了电池系统的寿命、可靠性和安全性。
附图说明
本发明的实施例在附图中被示出并且在以下说明中对其进行详述。
在附图中：
图1为根据第一实施方式的本发明的电池组的示意性的侧剖视图；
图2为根据另一实施方式的本发明的电池组的示意性的侧剖视图；
图3为根据另一实施方式的本发明的电池组的示意性的侧剖视图；
图4为穿引件的侧剖视图。
在对本发明的实施例的下述说明中，相同或相似的组件和部件标有相同或相似的附图标记，其中，在个别情况下对这些组件或部件不再予以赘述。这些附图仅仅示意性地示出了本发明的主题。
具体实施方式
图1中的电池组1包括壳体2，该壳体具有上壳部3和下壳部4，在接合位置19处例如通过激光焊接对它们进行适当接合。在组装之前将多个电池模块5优选并排地(未示出)且叠置地布置在壳体2内。电池模块5可以容纳在图1未示出的框架内。
电池组1在此示范性地包括两个叠置布置的电池模块5，这些电池模块分别具有电池单元6和电子单元7，其中，电子单元7在此示范性地布置在电池单元6的上方。电池单元6通常包括多个互连的电池单池，例如电压范围在2.8至4.2V的锂-离子-电池单池。
电子单元7包括模块控制器，这些模块控制器例如可以具有传感器控制器和配设的单池传感器，其中，给每个单池传感器通常指配多个电池单池。单池传感器尤其被设计用于检测各电池单池的电流、电压和温度并且传输给传感器控制器，从而可以确保所安置的电池单池的功能安全且可靠。
在示出的实施例中，电池组1的每个电池模块5都具有冷却装置8。该冷却装置8在此均包括冷却板9，该冷却板被设计用于对至少一个电池模块5进行冷却，在示出的示例中正好对一个电池模块5进行冷却。冷却装置8还具有穿过壳体2的穿引件10。冷却板9与相应的穿引件10一体地构造。
冷却装置8还具有用于冷却剂回路(未示出)的散热器或制冷器的接头11。该接头11通常具有用于冷却剂的引入管和引出管，由此可以将冷却剂例如水/乙二醇-混合剂从壳体2的外部输送给冷却板9。冷却剂适合于使得所安置的电池单池保持在一定的工作温度，在锂-离子-电池单池情况下保持在约+5℃至+35℃之间。在穿引件10穿过壳体2的范围内布置密封机构12，参考附图4对该密封机构详述。
图2示出了根据本发明的另一实施方式的本发明的电池组1。电池组1例如包括两个叠置布置的电池模块5，其中，每个电池模块5都具有电池单元6和电子单元7，可以如参照图1所述那样地对它们进行构造。
在图2示出的实施例中适当设计电池组1的冷却装置8，使得该冷却装置具有一个唯一的接头11，该接头具有用于冷却剂的引入管和引出管，该接头沿着穿引件10通到壳体2的内部20。在壳体2的内部20中，穿引件10在分岔点13处分岔。例如穿引件10是一种管，该管借助于一个或多个T-形件分岔成管系统20。穿引件10在此与管系统20一体地构造。管系统20连接到冷却板9上，其中，管系统20与冷却板9也一体地构造。
图3示出了根据本发明的另一实施方式的本发明的电池组1。电池组1例如包括电池模块5，该电池模块具有电池单元6和电子单元7，可以如参照图1所述那样地对它们进行构造。该电池模块5以及其它未示出的电池模块5都布置在壳体2内，该壳体具有上壳部3和下壳部4，在接合位置19处对它们进行适当接合，如参照图1所述。
在图2示出的实施例中适当设计电池组1的冷却装置8，使得该冷却装置具有两个带有用于冷却剂的引入管和/或引出管的接头11，这些接头沿着指配的穿引件10通到壳体2的内部20。穿引件10与冷却板9一体地构造。
图4所示为根据本发明的穿引件10的剖视图，该穿引件在壳体底部穿过壳体2。穿引件10具有用于冷却剂的通道18并且在周缘上被壁17包围。
穿引件10与冷却板9一体地构造。在示出的实施例中，密封机构12包括密封套14，该密封套借助于紧固件15(如铆钉或螺栓)和止动环16固定在壳体2的壳体底部上。由此有效地防止液体和气体从壳体2的内部20流出到壳体2的外部21。密封套14例如由乙烯-丙烯-二烯烃-橡胶(EPDM)或硅树脂制成。
本发明不限于在此所述的实施例和其中所强调的方面。确切地说，在权利要求所规定的范围内可以有多个变型，这些变型都在本领域技术人员的处理范围内。

Claims (10)

1.一种电池组(1)，具有多个布置在同一壳体(2)内的电池模块(5)且具有冷却装置(8)，所述电池模块均具有多个互连的电池单池，其中，所述冷却装置(8)具有至少一个布置在壳体(2)内的冷却板(9)，该冷却板被设计用于对至少一个电池模块(5)进行冷却，其中，所述冷却装置(8)具有至少一个穿引件(10)，该穿引件穿过壳体(2)并且在壳体(2)的外部具有接头(11)，由此将冷却剂从壳体(2)的外部引导至冷却板(9)，其特征在于，至少一个冷却板(9)和至少一个穿引件(10)彼此一体地构造。
2.按照权利要求1所述的电池组(1)，其特征在于，每个电池模块(5)都配设有一个电子单元(7)。
3.按照上述权利要求之一所述的电池组(1)，其特征在于，至少一个穿引件(10)借助于密封机构(12)穿过所述壳体(2)。
4.按照权利要求3所述的电池组(1)，其特征在于，所述密封机构(12)具有密封套(14)。
5.按照上述权利要求之一所述的电池组(1)，其特征在于，一个冷却板(9)被相应地指配给一个电池模块(5)。
6.按照上述权利要求之一所述的电池组(1)，其特征在于，所述穿引件(10)或者与其一体构造的冷却板(9)在壳体(2)内部分岔。
7.按照上述权利要求之一所述的电池组(1)，其特征在于，至少一个冷却板(9)在底部穿过所述壳体(2)。
8.按照上述权利要求之一所述的具有冷却剂回路的电池组(1)，其特征在于，冷却剂回路的散热器和/或制冷器在壳体(2)的外部连接到穿引件(10)的接头(11)上。
9.按照权利要求8所述的电池组(1)，其特征在于，借助于软管-卡箍-连接、借助于直接连接的软管连接或借助于直接连接的套管连接将散热器或制冷器适当地连接到至少一个穿引件(10)的接头(11)上。
10.一种具有按照权利要求1～9之一所述的电池组(1)的机动车，其中，所述电池组(1)与汽车的驱动系统相连接。
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