CN105280870B - 具有多个电池单池的电池单元以及具有多个这样的电池单元的电池模块 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电池单元（1），其包括多个电池单池（2），所述电池单池分别具有用于与相应的电池单池（2）电接触的第一电极（3）和第二电极（4），其中所述电池单池（2）通过单池连接装置（5）相互电连接，并且所述相互连接的电池单池（2）由将所述电池单池（2）集合在一起的外罩（6）包围，其中所述单池连接装置（5）具有至少一个柔性构造的区段并且所述外罩（6）至少部分柔性地如此构造，从而所述电池单元（1）能够通过电池单池（2）的相关的结构的改变而相应变形。本发明还涉及一种具有多个相互电连接的、根据本发明所构造的电池单元（1）的电池模块。

Description

具有多个电池单池的电池单元以及具有多个这样的电池单元 的电池模块

技术领域

本发明涉及一种电池单元，其包括多个电池单池，所述电池单池分别具有用于与相应的电池单池电接触的第一电极和第二电极，其中所述电池单池通过单池连接装置相互电连接，并且所述相互连接的电池单池由将所述电池单池集合在一起的外罩包围。

本发明还涉及一种具有多个相互电连接的电池单元的电池模块。

背景技术

在现有技术的各种设计方案中，具有多个相互电连接的电化学单池的电池单元是已知的。此外，已知电池模块，所述电池模块具有多个相互连接的电池单池，其中所述电池单池通常布置在作为外罩的壳体中。尤其，由于较高的能量密度，优选地将锂离子单池应用为电池单池。锂离子单池能够尤其构造为所谓的圆形单池、棱柱形单池或者所谓的囊包形单池（Pouch-Zellen）。

从公开文献EP 2 202 824 A1中例如已知一种具有多个电池单池的电池模块，其中所述电池单池具有第一电极和第二电极。此外，在该公开文献中所公开的电池模块包括容纳机构作为外罩，该容纳机构具有相互临近布置的容纳单元，在所述容纳单元中装入了电池单池。在此，所述容纳机构具有包括第一连接端口的第一壳体部件和包括第二连接端口的第二壳体部件，所述连接端口用于接触所述电池单池的电极。该公开文献还公开的是，将多个这样的电池模块相互电连接。

尤其在结构方面，对现有技术中已知的电池单元和电池模块来说的缺点在于电耗件机构的安装空间，应该利用由电池单元或者说由电池模块提供的电能来运行所述耗件机构。

此外，尤其对于混合动力车辆、插电式混合动力车辆或者电动车辆来说，存在的困难在于，针对为了提供电能而必要的电池单元和电池模块而设置的安装空间应该尽可能地不损害用于乘客和行李的使用空间。此外，存在其它的困难是，通过所应用的电池单元或者说电池模块，尽可能地避免对车辆来说的不利的重量分布。

在这样的背景下，本发明的任务在于，考虑前述的缺点来提供改进的电池单元以及改进的电池模块。尤其应该提供一种电池单元，该电池单元能够改善地与各种设计的安装空间相匹配。

发明内容

为了解决所述任务，提供一种电池单元，它包括多个电池单池，所述电池单池分别具有用于与相应的电池单池电接触的第一电极和第二电极，其中所述电池单池通过单池连接装置而相互电连接，并且相互连接的电池单池由将所述电池单池集合在一起的外罩包围，其中所述单池连接装置具有至少一个柔性构造的区段并且所述外罩至少部分地如此柔性地构造，从而所述电池单元能够通过电池单池的相关的结构的改变而相应变形。也就是说，尤其能够改变两个依次连接的电池单池的角度，从而有利地，所述电池单元能够如此变形，从而所述电池单元具有一个或多个拱形。由此有利地，能够将所述电池单元特别好地与不同的安装空间匹配，从而有利地易化了根据本发明的电池单元到车辆中的安置，尤其是因为根据本发明的电池单元实现了，围绕角落引导所述电池单元。

所述电池单元的外罩有利地由柔性的电绝缘的塑料构造。尤其规定，所述外罩的材料弹性复位地构造。尤其将导电线或者导电带设计为具有至少一个柔性构造的区段的单池连接装置。尤其规定，所述外罩贴靠在所述电池单池上。

尤其将次级电池单池，也就是说能够充电的蓄电池单池设计为电池单池，尤其优选地将锂离子单池设计为电池单池。

根据本发明的一种有利的设计方案规定了，所述单池连接装置具有至少一个标准弯曲部位作为至少一个柔性的区段。尤其规定，所述单池连接装置构造为金属的导电的条带（例如铜、铝、镍或者铁材料以及其合金），所述条带具有至少一个这样的标准弯曲部位。所述单池连接装置能够围绕所述标准弯曲部位有利地铰链状地摆动。通过所述标准弯曲部位的数目以及所述标准弯曲部位在所述单池连接装置上的布置，能够有利地预先设定所述电池单元的可变形性。所述单池连接装置优选地连接至、优选地焊接至所述电池单池的电极，所述单池连接装置将所述电池单池相互可导电地连接。所述单池连接装置实现了，有利地将通过所述单池连接装置而相互连接的电池单池相互相对地进行移动，尤其如此地，即将两个依次连接的电池单池的角度进行改变。

按照根据本发明的电池单元的一种优选的设计方案所述，外罩是软管状构造的。尤其，将柔性的塑料罩软管设计为外罩。在此，所述外罩的软管状的构造易化了所述电池单元的可变形性并且有利地改善了所述电池单元在紧凑弯曲的安装空间中的布置。此外，能够将根据本发明所构造的电池单元进一步优化地如此布置在车辆中，从而能够获得更好的重量分布。

按照根据本发明的电池单元的另一种特别优选的设计方案，所述电池单池构造为圆形单池，其中第一电极和第二电极分别布置在所述圆形单池的相互对置的端部上。尤其对于所述外罩的软管状的结构来说，在此有利地简化了所述电池单池到所述外罩中的装入。

按照根据本发明的电池单元的另一种尤其优选的设计方案规定，所述电池单池均是单个依次连接的。由此有利地进一步改进了所述电池单元的可变形性。尤其能够规定，所述外罩具有分支，其中每个分支是软管状构造的，并且在每个分支中均设置有电池单池。由此，能够有利地进一步改进地使用紧凑的安装空间，以及能够使得车辆中的电池单元的重量有利地更好地分布，这有利地对车辆的行驶性能的改进作出贡献。

根据本发明的电池单元的另一种尤其优选的设计方案规定，所述外罩具有至少一个冷却剂通道。在此，所述冷却剂通道优选地装入所述外罩中。通过所述冷却剂通道有利地提供了所述电池单池的恒温，从而所述电池单池能够有利地在优化的温度范围中工作。由此，有利地延长了电池寿命并且进一步改进了所述电池单池的安全的运行。尤其，当电池单池单个接续地装入所述外罩中时，那么有利地实现了所述电池单池的尤其较好的恒温，因为每个电池单池与至少一个冷却剂通道有利地热接触。

尤其规定，构造了所述外罩或者说所述外罩的至少一个冷却剂通道，以便连接至冷却系统。尤其将液态的冷却剂、优选水-乙二醇-混合物或者冷冻剂、例如冷冻剂R1234yf设计为所述冷却剂。在此，一方面规定，在较高的环境温度中，能够借助于流经至少一个冷却剂通道的冷却剂将所述电池单池进行冷却。另一方面规定，尤其在较低的环境温度的情况下，能够通过一种流经至少一个冷却剂通道的冷却剂将布置在所述外罩中的电池单池进行暖化。

作为根据本发明的电池单元的其它有利的设计类型规定，所述外罩具有恒温装置、尤其加热螺旋管，其中借助于所述加热螺旋管，在较低的环境温度中，通过相应的流经所述加热螺旋管的电流流动而实现所述电池单池的暖化。

根据本发明的另一种尤其优选的设计方案，所述外罩具有至少两个沿着所述外罩的纵向延伸方向走向的部段，所述部段有利地构造为冷却剂通道，其中至少第一冷却剂通道构造为冷却剂入流引道并且至少第二冷却剂通道构造为冷却剂回流引道。由此有利地进一步改进了所述电池单池的均匀的恒温化。

本发明的另一种尤其优选的设计方案规定，所述外罩具有内壁和外壁，其中所述内壁比所述外壁如此地具有更高的弹性，从而所述内壁通过在所述壁之间流动的冷却剂的压力而向着所述电池单池进行挤压。由此有利地进一步改进所述电池单池与至少一个冷却剂通道的热接触。由此有利地还更好地稳定了所述外罩内的电池单池。

按照根据本发明的电池单元的另一种尤其优选的设计方案所述，所述外罩具有多个结构空间、优选是软管状构造的结构空间，其中所述电池单池布置在所述结构空间中。在此，所述单个的电池单池优选是单个依次连接。也就是说，在这种设计方案中，单个的电池单池不是在侧面进行接触。尤其规定，在此，所述电池单池是圆形单池。有利地，在这种设计方案中，在即便布置了临近的多个电池单池的情况下，也进一步改善了所述电池单元的可变形性。对这种设计方案来说，优选地，在所述结构空间之间至少布置了用于恒温化所述电池单池的至少一个冷却剂通道。此外尤其规定，根据本发明的电池单元的外罩具有用于所述电池单元的进一步改进的可变形性的空腔。

本发明的另一种尤其优选的设计方案规定了，所述外罩包括至少一条可导电的线路，所述线路优选地集成到所述外罩中。尤其规定，通过至少一个可导电的线路实现所述电池单池的接触，尤其是为了将所述电池单池进一步进行相互连接并且/或者是为了获取至少一个电池单池的至少一个工作参数、尤其例如电池单池电压和/或电池单池温度。因此，所述至少一个可导电的线路能够尤其是所谓的传感线路。

根据本发明的电池单元的另一种尤其优选的设计方案规定，分别在规定数目的电池单池之间布置了安全屏障。这样的安全屏障有利地提供了在所述电池单池之间的可导电的连接，在所述电池单池之间布置了所述安全屏障，并且当应该会发生热逸走（thermischen Durchgehen，英语：thermal runaway）时，所述安全屏障有利地构造用于避免在这些电池单池之间的热连锁反应。在此尤其规定，所述安全屏障在其外侧上分别包括一接触面，所述接触面通过至少一个可导电的连接元件而相互电连接，从而通过这些接触面将经由这些安全屏障而间隔的电池单池电接触。在所述接触面之间有利地装入了较差或者仅仅微少导热的填充材料。此外有利地，所述填充材料构造为温度吸收物、优选是关于所谓的相变材料（pcm）。所述电连接能够优选地贯通所述填充材料和/或围绕所述填充材料地实现，尤其是作为所述安全屏障的金属性的包层或者作为所述安全屏障的金属性的外表面。按照另一种尤其优选的设计方案，至少一个可导电的连接元件构造为电流中断机构（CID：Current Interrupt Device），尤其构造为熔丝保险。

此外，为了解决开头提到的任务，本发明提出了一种具有多个相互电连接的电池单元的电池模块，其中所述电池单元构造为根据本发明的电池单元。尤其规定，所述电池单元构造用于提供对于混合动力车辆、插电式混合动力车辆或者电动车辆而必要的电能。尤其规定，所述电池模块包括用于调节和/或监控单个的电池单元的工作的电池管理系统。

附图说明

结合在附图中所示出的实施例，具体阐释本发明的其它有利的具体情况、特征和设计方案细节。其中：

图1是用于根据本发明的电池单元的一种实施例的侧视图的剖面的示意图；

图2是用于根据本发明的电池单元的另一种实施例的正视图的剖面的示意图；

图3是用于根据本发明的电池单元的另一种实施例的剖面的示意图；

图4是用于根据本发明的电池模块的一种实施例的剖面的示意图；

图5是用于根据本发明的电池单元的另一种实施例的正视图的剖面的示意图；

图6是用于根据本发明的电池单元的另一种实施例的侧视图的剖面的示意图；

图7是用于根据本发明的电池单元的另一种实施例的正视图的剖面的示意图；

图8是用于根据本发明的电池单元的结构的一种实施例的示意图。

具体实施方式

在图1中所示出的电池单元1包括多个电池单池2，所述电池单池分别具有用于与相应的电池单池2电接触的第一电极3和第二电极4。在所述实施例中，在图1中所示出的电池单池2构造为圆形单池、优选构造为锂离子单池。尤其将所谓的18650单池设计为电池单池。

在此，所述电池单池2通过单池连接装置5相互电连接。在此，单池连接装置5分别接触电池单池2的第一电极3和另一电池单池2的第二电极4。因此，所述电池单池2电气串联。相互连接的电池单池2由将所述电池单池2集合在一起的外罩6包围。在此，所述外罩6软管状地构造并且由柔性的塑料材料制成。所述电池单池2单个地依次连接，从而每个单个的电池单池2由所述外罩6包围。

所述单池连接装置5具有柔性构造的区段，所述单池连接装置将所述电池单池2相互连接起来。对在图1中所示出的实施例来说，所述柔性构造的区段构造为标准弯曲部位7。在该标准弯曲部位7上能够铰链状地折弯所述单池连接装置5，从而正如在图1中示例性地示出的那样，所述电池单元1能够变形并且能够例如描述为拱形。

在图1中所示出的电池单元1的外罩6分别具有外壁12和内壁13。在此，在所述内壁13和所述外壁12之间构造有冷却剂通道，冷却剂15能够流过该冷却剂通道。在图1中通过箭头14标识了流经构造在所述内壁13和所述外壁12之间的冷却剂通道的冷却剂流。

图2示出了用于根据本发明所构造的电池单元1的另一种实施例。在此，构造为圆形的单池的电池单池2还是由软管状构造的外罩6包围，所述电池单池2具有第一电极3和第二电极（在图2中不可见）。在此，所述外罩6具有内壁13和外壁12，其中所述内壁13比所述外壁12如此地具有更高的弹性，从而所述内壁13通过在所述壁12、13之间流动的冷却剂15的压力而向着所述电池单池2进行挤压。

此外，在图2中所示出的电池单元1的外罩6具有三个沿着所述外罩6的纵向延伸方向走向的部段16，所述部段构造为冷却剂通道。在此规定，两个冷却剂通道构造为冷却剂入流引道并且一个冷却剂通道构造为冷却剂回流引道。

图3示出了用于根据本发明所构造的电池单元1的另一种实施例。在该实施例中，如此地构造所述外罩6，从而所述外罩的外周构造成均匀的六角形。由此有利地，在较高的封装密度的情况下，能够将多个这样的电池单元1以蜂窝状结构中布置成为电池模块。在此，所述外罩6有利地还具有冷却剂通道，冷却剂15流经该冷却剂通道。

图4示出了用于根据本发明所构造的电池模块17的一种实施例。这种电池模块17包括五个电池单元1，所述电池单元尤其能够将正如结合图1和图2所阐释那样地进行构造。在此，所述电池单元1相互地连接（在图4中由于所选择的剖视图而未明确地示出）。

在图5中示出了用于根据本发明所构造的电池单元1的另一种实施例。对这种实施例来说，所述外罩6具有四个软管状构造的结构空间，其中所述电池单池2布置在所述结构空间中。在此，所述电池单池2还是具有第一电极3和第二电极的圆形单池。在此，借助于柔性构造的单池连接装置（在图5中未明确示出），将所述电池单池2电气串联。此外，在所述外罩6的结构空间之间，所述外罩6具有冷却剂通道8，冷却剂15流经所述冷却剂通道。

图6示出了用于根据本发明所构造的电池单元1的另一种实施例。在此，所述电池单元包括多个构造为圆形单池的电池单池2。在相互对置的端部上，所述电池单池2分别具有第一电极3和第二电极4。在此，所述电池单池2由柔性构造的外罩6包围。在此，所述外罩6具有多个结构空间，在所述结构空间中依次布置有所述电池单池2。在此，所述外罩6直接贴靠在所述电池单池2上，并且在此将所述电池单池2集合在一起。

在此，借助于单池连接装置5，将所述电池单池2电气串联。在此，所述单池连接装置5至少部分地柔性构造，从而当相应的变形力施加到所述电池单元1上时，能够改变所述电池单池2彼此之间的相对的结构、尤其能够改变两个依次布置的电池单池2之间的角度。

此外，在图6中所示出的电池单元1的外罩6包括冷却剂通道8，冷却剂15能够流经所述冷却剂通道以调节所述电池单池的温度。

在此，在所述外罩6的前壁23（在图6中左侧示出）中设有开口24，所述电池单元1能够通过所述开口与至冷却系统连接。此外，在前壁中布置有能够导电的线路（在图6中未明确地示出），所述电池单池2通过所述线路进一步相互连接。

在所述外罩6的后壁25上，所述电池单元1包括布置在支撑元件22上的弹簧元件21，所述弹簧元件可移动地固定所述电池单池2。在此，所述弹簧元件21允许所述电池单元1的拱形的变形。

图7示出了与在图6中所示出的实施例的相似的前壁的正视图。在此示意性示出了所述电池单元1的电池单池2如何通过导电的线路26而相互连接。此外，可以看到冷却管道8的开口24，电池单元1能够通过所述开口连接至冷却系统。

图8示出了针对此的一种实施例，即根据本发明构造的电池单元能够构建的方式。对此，构造为圆形单池的电池单池2通过单池连接装置5而电气串联，所述电池单池在相互对置的端部上具有第一电极3和第二电极4。在此，正如通过箭头20示意性地示出的，单池连接装置5布置在电池单池2上。于是，正如通过箭头19示意性地示出的，所述单池连接装置5分别焊接两个电池单池2的第一电极3和第二电极4上。尤其规定，借助于点焊方法将所述单池连接装置5焊接到电极3、4上。所述单池连接装置5至少部分柔性地构造，方法是所述单池连接装置5具有标准弯曲部位7，单池连接装置5能够围绕所述标准弯曲部位摆动。

于是，正如通过箭头18示意性地示出的，通过单池连接装置5而相互连接的电池单池2装入软管状构造的外罩6中。在此，外罩6优选地由柔性构造的塑料材料制成。

如果所有的电池单池2通过单池连接装置5相互连接并且装入外罩6中，那么便制造完成了根据本发明的电池单元。由于所述外罩6柔性地构造并且所述单池连接装置5具有标准弯曲部位7，那么有利地电池单元能变形地构造，从而能够将所述电池单元有利地匹配到曲折的安装空间上。

在附图中示出的并且结合这些附图所阐释的实施例用于阐释本发明，但不视为对本发明的限制。

Claims (8)

1.电池单元（1），其包括多个电池单池（2），所述电池单池分别具有用于与相应的电池单池（2）电接触的第一电极（3）和第二电极（4），其中所述电池单池（2）通过单池连接装置（5）相互电连接，并且所述相互连接的电池单池（2）由将所述电池单池（2）集合在一起的外罩（6）包围，其特征在于，所述单池连接装置（5）具有至少一个柔性构造的区段，并且所述外罩（6）至少部分柔性地如此构造，从而所述电池单元（1）能够通过所述电池单池（2）的相关的结构的改变而相应变形，所述外罩（6）具有至少一个冷却剂通道（8），所述外罩（6）具有内壁（12）和外壁（13），其中所述内壁（13）相比于所述外壁（12）如此地具有更高的弹性，从而所述内壁（13）通过在所述壁（12、13）之间流动的冷却剂（15）的压力而向着所述电池单池（2）进行挤压。

2.按照权利要求1所述的电池单元（1），其特征在于，所述单池连接装置（5）具有至少一个标准弯曲部位（7）作为至少一个柔性的区段。

3.按照权利要求1或2所述的电池单元（1），其特征在于，所述外罩（6）是软管状地构造的。

4.按权利要求1或2所述的电池单元（1），其特征在于，所述电池单池（2）构造为圆形单池，其中所述第一电极（3）和第二电极（4）分别布置在所述圆形单池的相互对置的端部上。

5.按照权利要求1或2所述的电池单元（1），其特征在于，所述电池单池（2）分别单个地依次连接。

6.按权利要求1或2所述的电池单元（1），其特征在于，所述外罩（6）具有至少两个沿着纵向延伸方向走向的部段（16），所述部段构造为冷却剂通道，其中至少一个第一冷却剂通道构造为冷却剂入流引道并且至少第二冷却剂通道构造为冷却剂回流引道。

7.按权利要求1或2所述的电池单元（1），其特征在于，所述外罩（6）具有多个结构空间，其中所述电池单池（2）布置在所述结构空间中。

8.具有多个相互电连接的电池单元（1）的电池模块（17），其特征在于，所述电池单元（1）构造为按照前述权利要求1到7中任一项所述的电池单元。