CN104934654A - 具有多个电池组模块的电池组包 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有多个电池组模块的电池组包。提供一种具有多个由电池组电池（32）构成的电池组模块（12，14）和调温装置（40）的电池组包（10）。所述电池组电池（32）通过具有与温度有关的导热性的材料（36）与所述至少一个调温装置（40）耦合。

Description

具有多个电池组模块的电池组包

技术领域

本发明涉及一种具有多个电池组模块和至少一个调温装置的电池组包（Batteriepack），所述电池组模块具有电池组电池。

背景技术

US 2011/0236741 A1涉及一种用于车辆的蓄能器。该蓄能器用于存储电能并且根据需要供给电能。该蓄能器包括多个电池，所述电池以阵列形式相叠地布置和/或并排地布置，其中所述电池被原始材料围绕。设置有另外的第二材料，所述第二材料被布置在电池组电池之间，所述电池组电池被原始材料围绕并且形成电池组电池阵列。此外，设置有热交换肋片，所述热交换肋片位于电池组电池阵列的边缘处。

WO 02 42530 A1涉及聚烯烃纤维的布置和织物。双组分纤维材料根据该解决方案被用作分离元件。

电池组中的电化学过程的结束决定性地受电池的工作条件和温度影响。较高温度改善电子移动性或离子移动性，然而减小电池组电池的内阻抗并且提高其容量。然而，较高温度也可能引起不期望的或不可逆地结束的化学反应和/或电解质的损失，由此可能出现电池组的持久损害或完全失效。

反复的温度改变可能由于在过热和过载时活性材料中的热机械应力和可能的炭黑形成而同样损害电池组。

电池组电池的热逃逸（thermisches Durchgehen）发生在不同的阶段中。这些阶段中的每个都使电池组电池遭受更严重的损害。尤其，在高电流的情况下出现过载。在外部温度非常高的情况下，出现电池组电池的过热并且可能在阳极侧上出现分裂、即薄电解质层彼此的分离。在阳极的范围内该保护层的分解又导致电解质与阳极的表面、尤其是与在那里所设置的碳的反应。这又导致放热反应以及在电池组电池之内进一步的温度提高。由于放热反应在阳极表面的表面上进一步继续，进一步增加的加热导致存在于电解质中的有机溶剂的分解，由此出现易燃的气体、譬如乙烷、甲烷或其他气体的释放。

因此应将电池组电池主动地保持在受限制的工作温度范围之内，此外应使温度变化最小化，使得可以使这种电池组电池的充电容量以及寿命周期优化。电池组具有受限制的内电阻，该内电阻导致在电池组的正常工作条件下生热。

用于对电池组电池进行温度管理的处理方式在于，对这种电池组电池的加热和冷却应不仅仅被设置在由电池组制造商设置的工作极限内，而是应被设置在进一步受限制的温度范围中，使得达到这种电池组电池的优化的功率产出。主动热管理确保这种电池组电池的优化的功率输出的必要的温度稳定性。这种热管理系统通常通过主动流体或空气冷却来实现。一般而言，使用中央冷却系统，该中央冷却系统在电池组之内同时冷却多个电池组电池。然而，由于不同的环境影响，电池组电池的温度稳定性可能波动。在电池组电池的堆叠（也称作电池组模块）的外侧上容纳的电池组电池与布置在其他电池组电池之间的电池组电池相比暴露于不同的热环境中，由此与安装地点有关地使这种电池组电池稳定，因为其暴露于不同的温度；老化特性也是不同的。

在电池组包之内的各个电池组电池的不均匀的老化造成电池组包的加速的、超过平均的老化，此外造成减小的容量。

发明内容

本发明所基于的任务在于提供由多个电池组电池构成的电池组包或电池组模块，在该电池组包中或在这些电池组模块中与电池组电池或电池组模块有关的散热是可能的。

根据本发明，提出一种电池组包，其包括多个电池组模块，所述电池组模块又由多个电池组电池形成。此外，该电池组包包括至少一个调温装置。该电池组包的电池组模块的各个电池组电池通过材料与至少一个调温装置耦合。该材料具有与温度有关的导热系数。在本发明所基于的构思的另一有利的扩展方案中，具有与温度有关的导热性的材料以层的形式来实施。具有与温度有关的导热性的材料作为层的构造提供如下优点：可以建立不仅至调温装置而且至各个电池组模块或一个电池组模块的电池组电池的平面接触，该平面接触又有利于散热或加热。一方面在被构造为层的具有与温度有关的导热性的材料与至少一个调温装置之间的平面接触以及另一方面至电池组模块的电池组电池的平面接触不仅在散热时而且在加热时极其有助于传热。

在本发明所基于的构思的另一有利的实施变型方案中，具有与温度有关的导热性的材料选自包括如下材料的组：双组分纤维（例如聚合物、如尼龙或聚丙烯），所述双组分纤维与温度有关地改变形状并且由此改变导热性。尤其材料Thermore^®T37^®应属于此。另外，相变材料，例如微胶囊化的液体、如可通过Outlast公司获得的产品Thermokules^®，盐、如芒硝和石蜡，在相关的温度范围中经历结构变化，即在其构造上经历相变并且由此具有与温度有关的导热性。

在本发明所基于的构思的另一有利的扩展方案中，以层形式存在的具有与温度有关的导热性的材料以在0.1mm到2mm之间的厚度、优选地以0.1mm到1mm的厚度被实施。

在本发明所基于的构思的另一有利的扩展方案中，堆叠布置的电池组包的电池组模块尤其相叠地被容纳。电池组模块中的每个都由支承框架保持，该支承框架在其侧容纳例如板状构造的调温装置。该调温装置可以为帕尔贴元件或冷却板，其被调温流体穿流。在加热情况下，调温流体被加热，使得可以实现到电池组电池或电池组模块的热传递；在散热模式中调温流体被冷却，使得电池组模块的电池组电池可以经由调温装置散热，该调温装置在此情况下作为冷却装置工作。

遵循根据本发明所提出的解决方案，具有与温度有关的导热性的材料被构造为层。该层的上侧与电池组电池平面地连接，使得保障最佳的热传递，而作为层存在的具有与温度有关的导热性的材料的下侧与冷却板的形式的至少一个调温装置平面地连接。

本发明的优点尤其在如下方面可看到：通过将具有与温度有关的导热性的材料设置在一个电池组模块的电池组电池之间或在电池组模块与调温装置之间可以实现单独的热管理。可以补偿电池组电池的各个温度波动，使得可以避免在电池组电池之间的老化状态方面的不利的扩张。可以实现对各个电池组电池的老化的扩张的限制并且因此也显著地减小电池组模块和电池组包的老化的扩张。

通过根据本发明所提出的解决方案存在如下可能性：现在使电池组包的电池组模块中的电池组电池的老化均匀化并且避免分拣出如下电池组模块或电池组包，在所述电池组模块或电池组包中各个电池组电池或电池组模块不允许强地老化，然而还有大量的不具有这些老化现象的电池组电池存在。通过根据本发明所提出的解决方案，可以避免分拣出具有大量还完好的电池组电池的电池组包。

在电池组电池之间或在电池组模块之间的温度差减小时，可以更精确地遵守工作极限和安全极限。可以排除各个电池组电池超过允许的温度极限。由此可以进行更有侵略性的工作，这意味着刚好在允许的极限值之下工作，在功率和容量方面具有可能更好的功率特性，而未达到或甚至不超过电池组电池和由电池组电池形成的电池组模块的安全临界极限、寿命临界极限或保障临界极限。

附图说明

以下借助附图更深入地描述本发明。

图1示出电池组包的电池组模块的剖面。

具体实施方式

图1示出电池组包的相叠地以堆叠布置的方式布置的电池组模块的结构的剖面。

电池组包10包括第一电池组模块12以及第二电池组模块14。电池组包10的这两个电池组模块12和14被容纳在共同的壳体16中。该壳体16包围空腔18。该空腔18通过底板20、盖板22以及侧壁24来限制。

在电池组包10的壳体16之内，电池组模块12和14分别被布置在第一支承框架26和第二支承框架28上。这两个电池组模块12和14以堆叠布置的方式位于电池组包10的壳体16之内，参看附图标记30。

此外，电池组包10的各个电池组模块12和14也可以被并排地布置在壳体16之内，这未以图画示出。这种安置可能性例如能够实现将电池组模块布置在混合动力车辆或电动车辆的平坦构建的车辆底板中的空腔中。

从根据图1的图示中此外得知：电池组包10的电池组模块12和14中的每个都包括多个电池组电池32。如图1所示，电池组模块12和14的各个电池组电池32紧密地并排地以垂直姿态被布置。电池组包10的电池组模块12和14的各个电池组电池32经由连接层34与电池组管理系统或模块控制器连接。连接层34在根据图1的图示中仅示意性地被再现。在电池组电池的上侧上覆盖电池组电池32的连接层34包括多个电子部件以及用于温度确定和/或用于各个电池组电池32的内电阻确定的传感器等等。

从根据图1的视图中另外得知：电池组模块12和14的各个电池组电池32在其下侧上分别经由由具有与温度有关的导热性的材料36构成的层38来接触。具有与温度有关的导热性的材料36在此尤其可以由如下材料的组来制造：具有例如聚合物、如尼龙或聚丙烯的双组分纤维，其与温度有关地改变其形状并且由此改变导热性。作为例子应提及Thermore^®T37^®以及相变材料，例如微胶囊化的液体、如可通过Outlast公司获得的产品Thermokules^®，盐、例如芒硝，石蜡，其在相关的温度范围中经历结构变化、即在其构造上经历相变并且由此提供与温度有关的导热性。

优选地，具有与温度有关的导热性的材料36被构造为层38。由此保证了具有与温度有关的导热性的材料36的上侧44平面地接触电池组模块12和14的电池组电池32的下侧。最佳的面接触一方面提供对电池组电池32的最佳散热，另一方面在加热情况下通过具有与温度有关的导热性的材料36的层38的上侧44与电池组电池32之间尽可能平面的接触也可以实现电池组包10的各个电池组模块12和14的电池组电池32的最佳加热。

在被实施为调温板42的调温装置40的工作模式中有重大意义的是，在作为层38的具有与温度有关的导热性的材料36与电池组电池32之间存在平面的接触。同样内容适用于在作为层38的具有与温度有关的导热性的材料36与尤其被构造为冷却板42的调温装置40之间的尽可能最佳的平面的接触。在具有与温度有关的导热性的材料36的层38的下侧46之间的最佳的平面的接触提供最佳热传递，使得在冷却情况下可以实现电池组模块12和14的电池组电池32的最佳散热，并且在加热模式中可以实现所述电池组电池的最佳加热。在连接部48处接触连接层34的未示出的部件。由具有与温度有关的导热性的材料36构成的层38有利地能够实现热电阻随温度的改变。这意味着：这种具有与温度有关的导热性的材料36的热绝缘效果在温度低时由于在具有与温度有关的导热性的材料36之内的结构变化而较强。这例如在包含这种具有与温度有关的导热性的材料36的双组分纤维的情况下实现，所述双组分纤维的组分在其热膨胀方面具有不同的热膨胀系数。由此，在温度变化时出现机械应力。随着温度下降，纤维将其几何形状从基本上平坦的几何形状改变为弹簧状的三维几何形状；此外可以产生气隙。

如果这种具有与温度有关的导热性的材料36被放置在调温装置40与电池组模块12和14的各个电池组电池32之间，则电池组电池32和调温装置40中的热耦合与温度有关。电池组电池32的温度可以通过具有与温度有关的导热性的材料36的热传导而被提高到较高的值。由此改善到调温装置40的热耦合。这导致电池组电池32可以通过调温装置40被更好地冷却，因为显著地改善了热传递。

情况不同的是，电池组电池32处于较低的温度水平。具有与温度有关的导热性的材料36展示出较低的导热性，即在该状态下在热学方面作为绝缘体起作用。在电池组电池32与调温装置40之间的耦合在此情况下被降低并且相关的电池组电池32更少地被冷却。

通过根据本发明提出的解决方案使调温功率与各个电池组电池32的调温需求匹配，所述电池组电池被包含于电池组包10的电池组模块12和14中。如果电池组电池32处于提高的温度上，则进行更强的冷却；而如果电池组电池32较冷，则提供较少的冷却功率或电池组电池32被加热。该处理方式与局部温度炉（Temperaturherden）、即局部地布置在电池组模块12和14之内的电池组电池32有关。这意味着：容纳在电池组包10的电池组模块12和14中的各个电池组电池32的不同的温度要求、不同的冷却功率能够以不同的单独的方式予以考虑。这又导致在电池组模块12和14之内的各个电池组电池32的冷却需求的调平，并且尤其导致在电池组模块12和14之内的各个电池组电池32的老化的均匀化。

本发明并不限于在此所描述的实施例和其中所强调的方面。更确切地说，在由权利要求所说明的范围之内可以有大量修改，这些修改位于专业处理的范畴内。

Claims (10)

1.一种电池组包（10），该电池组包具有多个电池组模块（12，14）和至少一个调温装置（40），所述电池组模块具有电池组电池（32），

其特征在于，

所述电池组电池（32）通过具有与温度有关的导热性的材料（36）与所述至少一个调温装置（40）耦合。

2.根据权利要求1所述的电池组包（10），

其特征在于，

所述具有与温度有关的导热性的材料（36）以层（38）形式被实施。

3.根据前述权利要求之一所述的电池组包（10），

其特征在于，

所述具有与温度有关的导热性的材料（36）选自包括如下材料的组：Thermore^®T37^®、双组分纤维、相变材料、Thermokules^®。

4.根据前述权利要求之一所述的电池组包（10），

其特征在于，

所述具有与温度有关的导热性的材料（36）是聚合物、尤其是尼龙或丙烯，或是盐、尤其是芒硝，或包含至少一种长链的碳氢化合物、优选地至少一种烷烃、特别优选地至少一种石蜡。

5.根据前述权利要求之一所述的电池组包（10），

其特征在于，

由具有与温度有关的导热性的材料（36）构成的层（38）以在0.1 mm到2 mm之间、优选地在0.1 mm到1.0 mm之间的厚度被实施。

6.根据前述权利要求之一所述的电池组包（10），

其特征在于，

所述多个电池组模块（12，14）以堆叠布置（30）实施。

7.根据前述权利要求之一所述的电池组包（10），

其特征在于，

所述电池组模块（12，14）中的每个被布置在支承框架（26，28）上。

8.根据前述权利要求之一所述的电池组包（10），

其特征在于，

由具有与温度有关的导热性的材料（36）构成的层（38）以其上侧（44）平面地接触所述电池组电池（32）。

9.根据前述权利要求之一所述的电池组包（10），

其特征在于，

由具有与温度有关的导热性的材料（36）构成的层（38）以其下侧（46）平面地接触所述调温装置（40）。

10.根据权利要求1至9之一所述的电池组包（10）作为混合动力车辆（HEV）、插电式混合动力车辆（PHEV）或电动车辆（EV）的驱动装置中的牵引电池组的应用。