CN105051936A - 一种可接通的蓄电池模块 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种蓄电池模块(4)，其具有第一类型的腔室(16)、第二类型的腔室(20)和第三类型的腔室(22)，其中在至少一个第一类型的腔室(16)之中容纳有至少一个蓄电池单元并且在所述第二类型的腔室(20)之中容纳有开关电子装置(18)，其中，至少一个第三类型的腔室(22)被设置在第一类型的腔室(16)和第二类型的腔室(20)之间。本发明还涉及具有此类的蓄电池模块(4)的蓄电池直接转换器和具有至少两个此类的蓄电池直接转换器的蓄电池直接逆变器。

Description

一种可接通的蓄电池模块
技术领域
本发明涉及一种可接通且可断开的蓄电池模块，以及一种蓄电池直接转换器和一种蓄电池直接逆变器，它们包括此类的蓄电池模块。
背景技术
DE102010023049A1示出了一种具有至少两个蓄电池单元的蓄电池组合部件，这些蓄电池单元分别具有开关单元和诊断单元，它们作为组合部件模块侧向地凸缘地安装至这些蓄电池单元。开关单元和诊断单元与上一级的蓄电池控制单元相连接，该上一级的蓄电池控制单元具有以下任务，即分别为了诊断和/或维修之目的而断开蓄电池单元。
DE202011003345U1示出了一种用于为以电能来驱动的负载提供电能的能量存储单元，其具有耦合区域，该能量存储单元借助该耦合区域与另外的基本上结构上相同地加以构造的第二能量存储单元相连接，并且具有能量传输区域，以便实现基本上从至少一个能量存储单元传输至负载的能量流。
DE102010019298A1示出了一种用于电驱动车辆的锂离子蓄电池，其包括能源单元和峰值负载能量存储器。该能源单元被构造为在基本负载范围内驱动电机，而峰值负载能量存储器被构造为在峰值负载范围内驱动电机。
发明内容
在依据本发明的具有权利要求1所述的特征的蓄电池模块之中如此设置，即蓄电池模块具有第一类型的腔室、第二类型的腔室和第三类型的腔室，其中，在至少一个第一类型的腔室之中容纳有至少一个蓄电池单元，在所述第二类型的腔室之中容纳有开关电子装置并且其中至少一个第三类型的腔室被设置在所述第一类型的腔室和所述第二类型的腔室之间。
特别有利地，在容纳所述蓄电池单元的第一类型的腔室和容纳所述开关电子装置的第二类型的腔室之间设置至少一个第三类型的腔室。由此能够实现该蓄电池系统的更为实际的模块化设计，其在该蓄电池系统的维修时能够带来优点并且由于所述开关电子装置和通过该开关电子装置来控制的蓄电池模块容纳于共同的结构之中而使得该系统实现更灵活的可扩展性。
特别优选地，第一、第二和第三类型的腔室具有相同的尺寸。尽管也能够设置有基本上比蓄电池单元更小的空间要求的开关电子装置，但是该开关电子装置被设置在具有与容纳该蓄电池单元的腔室相同的尺寸的腔室之中。当其同样地具有相同的尺寸时与第二腔室隔开第一腔室和第三腔室能够很好地以模块化的设计来实现。结果便是得到方形的块，其包括蓄电池单元和与其隔开地设置的开关电子装置。多个这样的方形如今能够堆叠，例如形成所谓的“蓄电池直接转换器”(BDC)。
根据一个优选的实现形式，至少一个第三类型的腔室是空的。空的第三类型的腔室鉴于提供更加实际的模块化的设计的构思实现了提供相对于蓄电池单元的开关电子装置的热隔离的任务。应用一个空的第三类型的腔室能够阻止该开关电子装置的热量直接散入蓄电池单池之中。
也能够如此地加以设置，即至少一个第三类型的腔室具有至少一个冷却装置。其中，该冷却装置既起到该蓄电池单元相对于该开关电子装置的热隔离的作用并且也能够实现附加的热量的定向地导出，该热量在开关电子装置处产生。由此能够实现在优化的温度之中能够保护该蓄电池单元，尤其是在冬天月份。合适的冷却装置例如包括在腔室之中循环的冷却剂、蜿蜒的用于容纳循环的冷却剂的管、通风机、风扇、热管或者所谓的散热器。相应地能够如此设置，即第三类型的腔室拥有侧壁，该侧壁具有用于引入和导出冷却流体的入口和出口、具有用于热管的通管和/或具有穿孔或者散热片的侧壁。
倘若设置有多个第三类型的腔室，那么优选地在离开关电子装置最近地设置的腔室之中设置冷却装置，即具有冷却装置的第三类型的腔室邻近第二类型的腔室并且被设置用于冷却容纳于第二类型的腔室中的开关电子装置。
根据一种实现形式，第三类型的腔室具有风扇。该风扇同样地能够用于该蓄电池单元相对于开关电子装置的热隔离，通过将空气从开关电子装置引出并且同时引入更冷的气体。
根据一个实现形式，第二类型的腔室的至少一个侧壁具有穿孔和/或通风网格和/或散热片。该侧壁优选地邻近具有冷却装置的第三类型的腔室，优选地为风扇。通过开孔该风扇的气流以特别有效的方式被引入开关电子装置。
根据另一种实现形式，冷却装置包括至少一个热管。热管例如为简单的管，其在末端处是封闭的，其中，在末端之间的内部存在毛细管。该热管填充有在一定程度上可以蒸发的流体例如水。在该热管之中存在如此小的压力，使得该流体以均衡状态处于液态和气态之间并且因此在该热管的多个热分段处蒸发并且在冷分段处冷凝。由此提供非常有效的热传输。热管的末端其中处于与第二类型的腔室的接触之中，在该第二类型的腔室之中容纳有开关电子装置并且该热管的另一个末端处于与热沉的接触之中，例如与风扇接触，其中，该风扇能够被设置在第三类型的腔室之中。该热管也能够在第三类型的腔室的侧壁处结束，该侧壁并未与开关电子装置以及蓄电池单元相接触，其中，该侧壁能够与热沉接触。
替代地，第三类型的腔室的侧壁也能够设置具有温度均衡板并且在第二类型的腔室处与设置于其中的开关电子装置邻近。该温度均衡板由此能够实现将热量从具有该开关电子装置的腔室导出至第三类型的腔室之中，在该第三类型的腔室之中例如能够设置有风扇并且其具有穿孔的侧壁，进而能够实现通风。此类的温度均衡板能够同样地根据热管原理来起作用，即具有毛细材料和导热介质，其以均衡状态处于液态和气态之间，其中，几何上存在为板状并且不存在孔。
根据另一种实现形式设置有第三类型的腔室，其邻近第二类型的腔室并且邻近另一个第三类型的腔室。热管能够将所述开关电子装置的热量经由第三类型的腔室传输至另一个第三类型的腔室，在另一个第三类型的腔室之中例如能够设置有风扇用于向外吹以便透气。
根据一种实现形式，每个第一类型的腔室被设置用于容纳恰好一个蓄电池单元。然而，优选地，在所述第一类型的腔室之中所容纳的蓄电池单元包括多个单池，其中，所述单池能够具有一个所谓的线圈或者也能够具有多个相互组装连接的线圈。
根据另一个方面，蓄电池直接转换器包括至少一个、优选为多个之前所描述的蓄电池模块。根据另一个方面，蓄电池直接逆变器包括至少两个此类的蓄电池转换器。
本发明的优点
借助于本发明的措施，模块化设计的可接通的蓄电池模块被提议用在蓄电池直接逆变器和蓄电池直接转换器之中，由此能够实现该系统的自由的可扩展性。此外，通过设置多个腔室能够使得在开关电子装置处产生的热量得到有效的传导，这将对于蓄电池模块的使用寿命产生有利影响，该些腔室基本上相应于所构建的蓄电池单元的尺寸并且相应于容纳这些开关电子装置的腔室。
附图说明
本发明的实施例在附图之中加以示出并且在接下来的说明书之中进一步加以阐述。
其中：
图1示出了蓄电池直接转换器的示意性图示；
图2示出了蓄电池直接逆变器的示意性图示；
图3示出了具有所属的开关电子装置的蓄电池模块的示意性图示；
图4以第一实施形式示出了蓄电池模块的示意性图示；
图5以第二实施形式示出了蓄电池模块的示意性图示；
图6以第三实施形式示出了蓄电池模块的示意性图示；
图7以第四实施形式示出了蓄电池模块的示意性图示；以及
图8以第五实施形式示出了蓄电池模块的示意性图示。
具体实施方式
概念“蓄电池”和“蓄电池系统”在当前的说明书之中适配于通常的语言用途，即用于“蓄能器”或“蓄能器系统”。所描述的系统能够通常在模块化地加以构建的系统之中加以应用，尤其是在锂离子蓄电池系统之中，该锂离子蓄电池系统被用作电动车辆和混合动力车辆的驱动系统。
图1示出了蓄电池直接转换器(BDC：BatteryDirectConverter)的一种实施形式，其具有蓄电池模块组2。该蓄电池模块组2具有多个蓄电池模块4，其中，每个蓄电池模块4优选地含有以相同方式加以连接的相同数量的蓄电池单池。在该蓄电池模块组2的极6处能够附加地设置有充电和分离装置8，例如用于以下情况，即安全性规定所要求的那样。然而，这样的分离装置8并不是必须的，这是因为蓄电池模块4的解耦能够通过包含在蓄电池模块4之中的、在此未示出的耦合单元即开关电子装置来实现。针对单个的蓄电池模块4的情况存在即在蓄电池模块组2之中要么接通或者要么断开的可能。
图2示出了蓄电池直接逆变器(BDI：BatteryDirectInverter)的一种实施形式，其拥有n个蓄电池模块组12-1至12-n。每个蓄电池模块组12-1至12-n具有多个蓄电池模块4，其中优选地每个蓄电池模块组12-1至12-n含有相同数量的蓄电池模块4并且优选地每个蓄电池模块4含有以相同的方式加以连接的相同的数量的蓄电池单池。每个蓄电池模块组12-1至12-n的极6能够与另外的蓄电池模块组12-1至12-n的相应的极6相连接，这将通过虚线14来加以示出。当安全性规定要求那样的话，在蓄电池模块组12-1至12-n的极6处能够设置有充电和分离装置8。在作为蓄电池直接逆变器运行时能够产生相互相移的近似正弦的电压曲线，由此能够为具有所需的扭矩的电机馈电。该电压优选地如此地使得所产生的交流电提供所需的扭矩以便驱动该电机。
图3示出了蓄电池模块4，其具有四个相邻设置的第一类型的腔室16，在该第一类型的腔室之中具有未示出的蓄电池单元。该第一类型的腔室16的装置被设置有附图标记5。为了使得该蓄电池系统达到所需的功率和能量数据，在一个蓄电池单元之中串联连接并且部分地附加地并联连接有具体的蓄电池单池。该些蓄电池单池例如为具有电压范围在2.8V至4.2V之内的锂离子蓄电池。
此外，还示出了开关电子装置18，其被设置为将蓄电池模块4连接成借助于图1或图2所描述的组并且从其断开，例如阻止蓄电池模块的过渡使用。该开关电子装置18被设置在第二类型的腔室20之中，该第二类型的腔室与第一类型的腔室16相同地加以构造。
图4示出了根据第一实施形式的蓄电池模块4。该蓄电池模块4包括例如四个相邻地加以设置的第一类型的腔室16和一个第二类型的腔室20，该第二类型的腔室具有开关电子装置，该开关电子装置用于选择性地将该蓄电池模块4接通至在图1之中加以示出的蓄电池直接转换器或者在图2之中加以示出的蓄电池直接逆变器并且从其断开。此外，该蓄电池系统包括第三类型的腔室22，其被设置在第一类型的腔室16和第二类型的腔室20之间。在图4之中加以示出的第三类型的腔室22是空的，也就是说例如以环境气体加以填充。同样地设置有，即第三类型的腔室22以温度绝缘的材料加以填充，以便阻止开关电子装置18的热量能够到达蓄电池单池处。
第三类型的腔室22具有宽度26，其与同样地加以构造的第一类型的腔室16的宽度24相同并且其此外与第二类型的腔室20的宽度28也相同。再者，腔室16、20、22具有统一的高度30和统一的深度32，从而使得整体上完整地模块化加以的设计具有光学的均匀性。该些包括不同的腔室16、20、22的蓄电池模块4具有整体上的方形的结构，尤其能够实现简单的堆叠，从而得到蓄电池直接转换器或者蓄电池直接逆变器的蓄电池模块组。
图5示出了蓄电池模块4的另一种实施形式，在此其例如包括四个相邻地加以设置的第一类型的腔室16、一个容纳开关电子装置18的第二类型的腔室20和第三类型的腔室22。腔室16、20、22的尺寸能够尤其是如参照附图4所描述的那样地加以构造。第三类型的腔室22在该实施例之中具有入口34和出口36，通过它们能够将冷却流体引入至第三类型的腔室22或者从其引出。冷却流体能够例如为乙二醇-或者丙二醇水溶液或者每个任意合适的冷却流体。在第三类型的腔室22的内部也能够设置孔，通过该孔能够导流该冷却流体。
图6示出了根据另外的实施形式的具有例如四个相邻地设置的第一类型的腔室16、一个与其连接的第三类型的腔室22和容纳开关电子装置18的第二类型的腔室20的蓄电池模块4。腔室16、20、22的尺寸能够如参照图4所描述的那样加以构造。在第三类型的腔室22之中设置有风扇38，其被设置用于导出开关电子装置18的热量。在此，在所示出的实施例之中在第二类型的腔室20的侧壁42之上设置有散热片41，其改善在腔室20、22之间的热传递，该第二类型的腔室20与第三类型的腔室22相邻接。在第二类型的腔室20的相反的侧40之上也能够设置此类的散热片41，以便增强开关电子装置18的热量的导出。第三类型的腔室22在非邻近第一类型的腔室16且非邻近第二类型的腔室20的一个或者多个侧壁44之中具有方便的穿孔或者散热网格，由此气体能够通过风扇38而从第三类型的腔室22散出。
图7示出了依据本发明的蓄电池模块4的另外的实施例，其具有四个相邻地加以设置的第一类型的腔室16、包括开关电子装置18的第二类型的腔室20和第三类型的腔室22，其中，第三类型的腔室22被设置在第一类型的腔室16和第二类型的腔室20之间。腔室16、20、22的尺寸能够如参照图4所描述的那样来加以构造。在第三类型的腔室22之中再次设置风扇38。附加地，第三类型的腔室22具有热管48，其从第二类型的腔室20的邻近第三类型的腔室22的侧壁42引至非邻近第一类型的腔室16且非邻近第二类型的腔室20的第三类型的腔室22的侧壁50。
图8示出了依据本发明的蓄电池模块4的另外的实施例，其包括四个相邻地加以设置的第一类型的腔室16、包括开关电子装置18的第二类型的腔室20和两个相邻地加以设置的第三类型的腔室22，其中，第三类型的腔室22在所示出的实施例之中非成比例地加以示出。第一类型的腔室16、第二类型的腔室20和第三类型的腔室22通常优选地具有相同的尺寸，如参照图4所描述的那样。第三类型的腔室22包括多个热管46，它们将开关电子装置18的热量从第二类型的腔室20的邻近第三类型的腔室22的侧壁引导穿过第三类型的第一腔室22并且引入在第三类型的第二腔室22之中。热量从第三类型的第二腔室22出发借助于风扇38来引出，其中，第三类型的腔室22的侧壁能够具有相应的散热网格、穿孔或者透气孔。
本发明并不限于在此所描述的实施例和其中所涉及的方面。与之相反地，在通过权利要求所给出的范围之中还存在多种变型，只要这些变型处于专业人员的处理的范围之内便可。

Claims (11)

1.一种蓄电池模块(4)，其具有第一类型的腔室(16)、第二类型的腔室(20)和第三类型的腔室(22)，其中，在至少一个第一类型的腔室(16)之中容纳有至少一个蓄电池单元并且在所述第二类型的腔室(20)之中容纳有开关电子装置(18)，其中，至少一个第三类型的腔室(22)被设置在所述第一类型的腔室(16)和所述第二类型的腔室(20)之间。
2.根据权利要求1所述的蓄电池模块(4)，其特征在于，所述第一、第二和第三类型的腔室(16、20、22)具有相同的尺寸(24、26、28、30、32)。
3.根据前述权利要求中任一项所述的蓄电池模块(4)，其特征在于，至少一个第三类型的腔室(22)是空的。
4.根据前述权利要求中任一项所述的蓄电池模块(4)，其特征在于，至少一个第三类型的腔室(22)具有冷却装置(34、36、38、46、48)。
5.根据权利要求4所述的蓄电池模块(4)，其特征在于，具有冷却装置(34、36、38、46、48)的第三类型的腔室(22)邻近所述第二类型的腔室(20)地加以设置并且用于冷却容纳于所述第二类型的腔室中的开关电子装置(18)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的蓄电池模块(4)，其特征在于，所述冷却装置(34、36、38、46、48)包括风扇(38)和/或热管(46、48)。
7.根据权利要求6所述的蓄电池模块(4)，其特征在于，所述第二类型的腔室(20)的至少一个侧壁(42)被穿孔和/或具有通风网格和/或散热片。
8.根据前述权利要求中任一项所述的蓄电池模块(4)，其特征在于，所述开关电子装置(18)被设置用于选择性地接通容纳在所述第一类型的腔室(16)之中的蓄电池单元。
9.根据前述权利要求中任一项所述的蓄电池模块(4)，其特征在于，在所述第一类型的腔室(16)之中所容纳的蓄电池单元包括多个单池。
10.一种蓄电池直接转换器，其具有至少一个根据权利要求1至9中任一项所述的蓄电池模块(4)。
11.一种蓄电池直接逆变器，其具有至少两个根据权利要求10所述的蓄电池直接转换器。
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