CN105637674A - 电池系统以及电池模块 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有冷却装置的电池模块，该冷却装置包括至少一个第一管路和至少一个第二管路，其中，所述第一管路和第二管路引导流体并且从电池模块的电池单元接收热量并且将热量传递给流体，其中，所述第一管路和第二管路相对于电池模块的电池单元垂直地延伸，所述第一管路和第二管路相对彼此平行地布置，并且所述第一管路中的流体的流动方向与所述第二管路中的流体的流动方向相反。

Description

电池系统以及电池模块
技术领域
本发明涉及一种电池模块，利用该电池模块可存储电能。此外，本发明涉及一种电池系统，该电池系统尤其是包括多个这样的电池模块。最后，本发明涉及一种车辆，该车辆包括电池模块或电池系统。
背景技术
尤其是在电动车和混合动力车中使用电池系统，以便能够给车辆的电部件供给电能。为了确保续航里程、使用寿命和可取用的功率，需要电池系统和电池模块的限定的温度管理。在此必需使各个电池模块或电池模块的各个电池单元之间的温度分化保持得尽可能小。
为了维持限定的温度，多种方案是可能的。一方面，电池模块可以被冷却剂包围，以便因此冷却电池模块。替代地，也可以用直接制冷剂包围电池模块，这能够实现较高的制冷功率。
在车辆中经常存在制冷循环，利用该制冷循环调节机动车内部空间的空气。这类制冷循环也可用于电池模块的温度管理。但是在此产生如下问题，即，在低的外界温度时制冷循环中的压差下降，制冷剂的质量流由此不足以充分地冷却电池系统和/或电池模块。因此经常在电池系统的各个电池模块的电池单元内部产生温度分化。
发明内容
因此本发明的任务是，提供一种电池模块，该电池模块在制造和装配简单且成本低廉的同时能够实现安全且可靠地冷却电池模块的电池单元。
该任务的解决方案通过权利要求1的特征实现。因此，该任务通过一种带有冷却装置的电池模块解决，该电池模块包括至少一个第一管路和至少一个第二管路。第一管路和第二管路引导流体，其中，热量从电池模块的电池单元可传输给流体。按照本发明规定，第一管路和第二管路相对于电池模块的电池单元垂直地延伸。“垂直”尤其是应理解为90°或至少基本上90°的角度。电池单元尤其是电池模块的存储并且输出电能的单元。在此出现的热量尤其是应当通过第一管路和第二管路导出。为此优选规定，第一管路和/或第二管路从电池模块的每个有待冷却的电池单元旁边经过，从而第一管路和/或第二管路将热量从电池单元传输给流体。特别优选地规定，第一管路和/或第二管路与电池模块的所有电池单元具有传热接触，从而利用第一管路和/或第二管路可冷却电池模块的所有电池单元。同样特别优选地规定，不仅第一管路而且第二管路从电池模块的所有电池单元接收热量并且将其传输给流体。电池单元有利地具有纵向和横向，其中，电池单元在纵向上的尺寸大于电池单元在横向上的尺寸。第一管路和/或第二管路有利地相对于横向平行地延伸并且由此相对于纵向正交地延伸。此外，第一管路和第二管路相对于彼此平行地布置，其中，第一管路中的流体的流动方向与第二管路中的流体的流动方向相反。由此实现高效且均匀地冷却电池模块。
如已经说明的那样，电池模块由多个单个的电池单元构成。这些电池单元应当分别指的是相对于环境封闭的单元，在所述单元的内部中设置有存储电能所需的电极材料。优选，这些电池单元可以构造为棱柱形的锂离子蓄能器单元，所述锂离子蓄能器单元通常可以具有数量级为2.8至4.2伏的蓄能器单元电压。在电池模块内部，各个蓄能器单元电串联连接，以便实现电池模块电压。
从属权利要求包含本发明的优选扩展构型。
优选地规定，电池模块的每个电池单元具有补偿介质。通过该补偿介质可有利地补偿在第一管路和第二管路之间的温度差。因此利用按照本发明的冷却装置能实现在电池单元内部的均匀温度。
此外有利地规定，每个电池单元具有壳体，通过该壳体能补偿在第一管路和第二管路之间的温度差。由此优选地确保，电池单元内部的温度是均匀的。以该方式有利地避免损坏电池单元和由此缩短电池单元的使用寿命。
流体优选是制冷剂或冷却剂。尤其当电池模块的环境温度高于预定的温度(电池模块的电池单元应当保持在该预定的温度)时，使用制冷剂是有利的。可替代地使用的冷却剂简化了冷却装置的结构并且由此简化了整个电池模块。
此外，本发明涉及一种电池系统。该电池系统包括多个之前描述的电池模块。电池模块在此布置成，使得各电池模块的第一管路和第二管路相对彼此平行地延伸，其中，在相邻的电池模块中第一管路内部的流体的流动方向是相同的。因此，尤其是在相邻的电池模块中第二管路内部的流体的流动方向也是相同的。
替代地，电池系统这样设计，即，所述电池模块布置成，使得各所述电池模块的第一管路和第二管路相对彼此平行地延伸，其中，在相邻的电池模块中在第一管路内部的流体的流动方向相反。
特别优选地，之前提到的电池系统构造成，使得各所述电池模块的第一管路和所述电池模块的第二管路在第一个电池模块和最后一个电池模块之间串联连接。在此规定，所述第一个电池模块的第一管路接收流体并且所述第一个电池模块的第二管路输出流体。此外规定，连接元件将所述最后一个电池模块的第一管路与所述最后一个电池模块的第二管路连接。以该方式尤其是可实现从第一个电池模块的接收流体的第一管路到第一个电池模块的输出流体的第二管路的流体流，其中，流体流过所有电池模块的所有第一管路和所有第二管路。因为流体首先流过所有第一管路并且接着流过所有第二管路，所以对于每个电池模块始终形成在第一管路和第二管路之间的冷却功率的平均值。该平均值有利地对于电池系统的所有电池模块是相同的或者至少近似相同的。因此有效避免电池系统内部的温度分化。
替代地，之前描述的电池系统特别优选地构造成，使得每个电池模块的每个第一管路与至少一个第一分配器连接，其中，所述第一分配器接收流体。此外，每个电池模块的每个第二管路特别优选地与至少一个第二分配器连接，其中，所述第二分配器输出流体。最后对于每个电池模块设置至少一个连接元件，所述连接元件将电池模块的第一管路与第二管路连接。由此实现每个电池模块的并联。电池模块之间的温度分化因此被有效地阻止，因为每个电池模块被供给相同的流体，从而每个电池模块将相同的热量输出给流体。又优选地规定，在每个电池模块中在第一管路和第二管路之间的冷却功率的平均值是相同的或至少几乎相同的。因此也可通过并联有效地避免电池系统内部的温度分化。
最后替代地，前述的电池系统特别优选这样设计，使得所述电池系统分成多个具有预定数量的电池模块的分区。在此，电池模块的冷却系统在一个分区内部尤其是串联地相互连接，而各个分区的串联结构并联。因此，在一个分区内部的各电池模块的第一管路和第二管路在第一个电池模块和最后一个电池模块之间串联连接。此外存在连接元件，该连接元件将每个分区的最后一个电池模块的第一管路与第二管路连接。以该方式实现串联。此外，每个分区的第一个电池模块的第一管路与至少一个第一分配器连接，其中，所述第一分配器接收流体。附加地，每个分区的第一个电池模块的第二管路与至少一个第二分配器连接，其中所述第二分配器输出流体。通过串联和并联的这种混合，尤其是保证了电池系统内部的流体的有利分布。由此存在电池模块的优化的冷却。在此仍确保，对于每个电池模块在第一管路和第二管路之间的冷却功率的平均值始终相同。由此可有效地避免电池系统内部的温度分化。
此外，本发明涉及一种车辆，该车辆包括之前描述的电池模块和/或之前描述的电池系统。车辆尤其是电动车或混合动力车，其中，电池模块和/或电池系统有利地可用于给车辆的驱动器供给能量。
通过按照本发明的电池模块和/或按照本发明的电池系统，通过避免温度分化，以足够的程度确保电动车和/或混合动力车的续航里程、使用寿命和/或功率。由此始终可实现均匀的冷却。
附图说明
由以下说明和附图得出本发明的其它细节、特征和优点。其示出：
图1示出按照本发明的一种实施例的电池模块的示意图，
图2示出按照本发明的第一实施例的电池系统的示意实施方式，
图3示出按照本发明的第二实施例的电池系统的示意实施方式，
图4示出按照本发明的第三实施例的电池系统的示意实施方式，
图5示出按照本发明的第四实施例的电池系统的示意实施方式，和
图6示出按照本发明的一种实施例的车辆。
具体实施方式
图1示出按照本发明的一种实施例的电池模块1。所述电池模块1包括一个电池单元本体13，电池模块1的各个电池单元5布置在该电池单元本体中。各个电池单元5用于存储和输出电能。因为不仅在存储电能时而且在输出电能时始终作为热量发生功率损失，所以必须冷却各个电池单元5，以便避免电池单元5的过热。否则，电池单元5的过热会明显减少电池单元5以及由此电池模块1的使用寿命和功率。
为了冷却电池单元5，电池模块1具有一个冷却装置2。冷却装置2包括第一管路3和第二管路4。在第一管路3和第二管路4内部可引导流体，所述流体从电池单元5接收热能。优选，所述流体是冷却剂或制冷剂。第一管路3和第二管路4相对彼此平行地布置并且相对于电池单元5垂直地延伸。第一管路3以及第二管路4在此有利地关于电池单元5对称地布置。由此确保，始终产生第一管路3以及第二管路4的冷却功率的恒定的平均值，从而每个电池单元5被优化并且均匀地冷却。
图2示出按照本发明的第一实施例的电池系统100。在此，图1中的各个电池单元1按照对流原则串联布置。为此，电池模块1在空间上前后相继地布置。所有的第一管路3相互连接，所有的电池模块1的所有第二管路4同样如此。因此，所有的第一管路3从第一个电池模块6到最后一个电池模块7以串联方式连接。在最后一个电池模块7上存在连接元件8，该连接元件连接第一管路3和第二管路4，第一个电池模块6具有流体入口11以及流体出口12。第一管路3与流体入口11连接，而第二管路4与流体出口12连接。
因此，电池系统100按照第一实施例构成为，使得第一个电池模块6从流体入口11接收流体到第一管路3中，其中，流体接着流过所有的第一管路3，直到流体在最后一个电池模块7中通过连接元件8转移到最后一个电池模块7的第二管路4中。流体从最后一个电池模块7被引导通过所有电池模块1的所有第二管路4，直到流体在第一个电池模块6中通过第一个电池模块6的第二管路4输出给流体出口12。因此，流体首先流过所有的电池模块1，以便接着再次在相反的方向上流过所有的电池模块1。因此，通过流体在冷却功率方面产生对于所有电池模块1相同或至少近似相同的平均值。其原因在于，例如第一个电池模块6在第一管路3上获得在整个电池系统100中的最高冷却功率，但是在第二管路4上获得在电池系统100中的最小冷却功率。相反，在最后一个电池模块7中第一管路3和第二管路4上的冷却功率几乎相同。通过电池模块1的冷却装置2的按照本发明的连接方式，电池系统100确保了，电池模块1的温度分化几乎被避免。
图3示出按照本发明的第二实施例的电池系统100。在该实施例中，电池系统100的电池模块1的冷却装置2曲折形地连接。为此电池模块1在空间上并排地布置。冷却装置2的连接的作用方式在此与第一实施例相同。因此，相同的附图标记表示与在第一实施例中相同的构件或功能相同的构件。
图4示出按照本发明的第三实施例的电池系统100。在此，电池模块1的冷却装置2并联地连接。因此，每个电池模块1的每个第一管路3具有与第一分配器9的连接。第一分配器9又具有流体入口11，从而分配器9接收流体并且将该流体分配给所有电池模块1的各个第一管路3。每个电池模块1具有一个连接元件8，该连接元件分别将每个电池模块1的第一管路3与第二管路4连接。每个电池模块1的第二管路4又通过两个第二分配器10与一个流体出口12连接。
这尤其是当流体是冷却剂时适用。如果流体是制冷剂，则第一分配器9和第二分配器10的可任意选择的数量有利地被限制到预定的最大值，以便确保制冷剂的均匀分布。通过并联连接，所有电池模块1中的冷却功率相同，因为所有的电池模块1通过第一分配器9从流体入口11收到相同量的流体。在流体从第一管路3经由连接元件8已转移给每个电池模块1的第二管路4之后，流体通过第二分配器10输出并且输送给流体出口12。因此，在按照第三实施例的电池系统100中也有效地防止各个电池模块1之间的温度分化。
图5示出按照本发明的第四实施例的电池系统100。第四实施例示出组合的并联连接和曲折连接。为此，电池系统100分成第一分区200和第二分区300。在第一分区200内部以及在第二分区300内部，电池模块1从第一个电池模块6到最后一个电池模块7以串联方式曲折形地连接。因此，第一分区200的所有电池模块1的所有第一管路3以及第一分区200的所有电池模块1的所有第二管路4相互连接。同样，第二分区300的所有电池模块1的所有第一管路3相互连接以及第二分区300的所有电池模块1的所有第二管路4也相互连接。第一分区200和第二分区300的最后的电池模块7具有连接元件8，最后的电池模块7的第一管路3利用该连接元件与最后的电池模块7的第二管路4连接。因此，在第一分区200内部和在第二分区内部300内部的该连接允许，流体从相应的第一个电池模块6的第一管路3通过相应分区200、300的所有电池模块1的所有第一管路3和所有第二管路4可传输直到第一个电池模块6的第二管路4。
为了接收流体，第一个电池模块6的第一管路3与第一分配器9连接。第一分配器9与流体入口11连接，从而流体可输送给第一个电池模块6的第一管路3。同样，第一个电池模块6的第二管路4与第二分配器10连接。第二分配器10又与流体出口12连接，从而通过第一个电池模块6的第二管路4可输出流体。
第四实施例示出一种电池系统100，其中有利地可连接多个电池模块1。但是因为尤其是制冷剂很难通过分配器均匀分布，所以电池系统100的第四实施例提供了有利的连接可能性，以便仍能够冷却大量的电池模块1。
图6示出按照本发明的一种实施例的车辆400。车辆400尤其是电动车或混合动力车。为了驱动车辆400的电动机，存在电池系统100。电池系统100包括多个电池模块3，这些电池模块存储电能并且将电能输出给电动机。因此，与电池模块1的按照本发明的冷却装置一起存在电池模块1的可靠冷却，从而使电池系统100的功率和使用寿命最大。
附图标记清单
1电池模块
2冷却装置
3第一管路
4第二管路
5电池单元
6第一个电池模块
7最后一个电池模块
8连接元件
9第一分配器
10第二分配器
11流体入口
12流体出口
100电池系统
200第一分区
300第二分区
400车辆

Claims (10)

1.具有冷却装置的电池模块(1)，该冷却装置包括至少一个第一管路(3)和至少一个第二管路(4)，其中，所述第一管路(3)和第二管路(4)引导流体并且从电池模块(1)的电池单元(2)接收热量并且将热量传递给流体，其特征在于，
所述第一管路(3)和第二管路(4)相对于电池模块的电池单元(2)垂直地延伸，
所述第一管路(3)和第二管路(4)相对彼此平行地布置，和
所述第一管路(3)中的流体的流动方向与所述第二管路(4)中的流体的流动方向相反。
2.根据权利要求1所述的电池模块(1)，其特征在于，每个电池单元(2)具有补偿介质，通过该补偿介质能补偿在所述第一管路(3)和第二管路(4)之间的温度差。
3.根据以上权利要求之一所述的电池模块(1)，其特征在于，每个电池单元(2)具有壳体，通过所述壳体能补偿在所述第一管路(3)和第二管路(4)之间的温度差。
4.根据以上权利要求之一所述的电池模块(1)，其特征在于，所述流体是制冷剂或冷却剂。
5.电池系统(100)，包括多个根据以上权利要求之一所述的电池模块(1)，其特征在于，所述电池模块(1)布置成，使得各所述电池模块(1)的第一管路(3)和第二管路(4)相对彼此平行地延伸，其中，在相邻的电池模块(1)中在所述第一管路(3)内部的流体的流动方向相同。
6.电池系统(100)，包括多个根据权利要求1至4之一所述的电池模块(1)，其特征在于，所述电池模块(1)布置成，使得各所述电池模块(1)的第一管路(3)和第二管路(4)相对彼此平行地延伸，其中，在相邻的电池模块(1)中在所述第一管路(3)内部的流体的流动方向相反。
7.根据权利要求5或6之一所述的电池系统(100)，其特征在于，
各所述电池模块(1)的第一管路(3)和各所述电池模块(1)的第二管路(4)在第一个电池模块(6)和最后一个电池模块(7)之间串联连接，
所述第一个电池模块(6)的第一管路(3)接收流体并且所述第一个电池模块(6)的第二管路(4)输出流体，和
连接元件(8)将所述最后一个电池模块(7)的第一管路(3)与所述最后一个电池模块(7)的第二管路(4)连接。
8.根据权利要求5或6之一所述的电池系统(100)，其特征在于，
每个电池模块(1)的每个第一管路(3)与至少一个第一分配器(9)连接，所述第一分配器接收流体，
每个电池模块(1)的每个第二管路(4)与至少一个第二分配器(10)连接，所述第二分配器输出流体，和
各一个连接元件(8)将每个电池模块(1)的第一管路(3)与第二管路(4)连接。
9.根据权利要求5或6之一所述的电池系统(100)，其特征在于，
所述电池系统(100)分成多个具有预定数量的电池模块(1)的分区(200、300)，
在一个分区(200、300)内部的各电池模块(1)的第一管路(3)和在一个分区(200、300)内部的各电池模块(1)的第二管路(4)在第一个电池模块(6)和最后一个电池模块(7)之间串联连接，
连接元件(8)将每个分区(200、300)的最后一个电池模块(1)的第一管路(3)与第二管路(4)连接，
每个分区(200、300)的第一个电池模块(6)的第一管路(3)与至少一个第一分配器(9)连接，所述第一分配器接收流体，和
每个分区(200、300)的第一个电池模块(6)的第二管路(4)与至少一个第二分配器(10)连接，所述第二分配器输出流体。
10.车辆(400)，包括根据权利要求1至3之一所述的电池模块(1)和根据权利要求5至9之一所述的电池系统(100)。
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