CN105826493B - 电池模块 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电池模块(10)，该电池模块包括：至少一个电池单池(20)；至少一个用于冷却所述至少一个电池单池(20)的冷却垫(30)；和框架式结构(40)，该框架式结构具有至少一个用于接纳所述至少一个冷却垫(30)的凹部(50)。在此，所述框架式结构(40)具有用于支撑所述至少一个电池单池(20)的保持元件(42)。

Description

电池模块
技术领域
本发明涉及一种电池模块，所述电池模块包括：至少一个电池单池；至少一个用于冷却所述至少一个电池单池的冷却垫；和框架式结构，该框架式结构具有至少一个用于接纳所述至少一个冷却垫的凹部。
背景技术
日益明显的是，未来不仅在固定的应用设备、如风力发电设备中，在设计成混合动力车辆或电动车辆的机动车中，而且在电子设备、如笔记本电脑或移动电话中，使用新型的电池系统，在可靠性、安全性、效率和使用寿命方面对所述新型的电池系统提出了非常高的要求。电池制造商还致力于，提高能存储在电池中的能量与电池的重量之比。
在此特别使用所谓的锂离子电池单池。锂离子电池单池的特征特别在于高能量密度、热稳定性和极小的自动放电。锂离子电池单池具有正电极和负电极，在其上锂离子能够在充电过程中以及在放电过程中进行可逆地存储以及重新转移。这种过程也称为嵌入或脱嵌。
特别是在现代机动车发展中，降低机动车燃料消耗扮演着越来越重要的角色。用于降低机动车消耗的可行性措施为：在混合动力车辆中将内燃机与电驱动装置组合；或通过纯电驱动装置来代替内燃机。在混合动力车辆中的电驱动装置通常包括：电动机，其还可以作为发电机来运行；能量存储器，由其向电驱动装置供电；以及控制电子元件。
此外，插电式混合动力车辆提供了下述可能性，能量存储器通过外部电源来充电。在此，外部电源例如可以是充电站，其通过公共的供电网来供电。
纯电动车辆与混合动力车辆相比不具有能驱动机动车的内燃机，而是仅具有电驱动装置。因此在这些机动车中所述能量存储器通过外部电源来充电是必要的。
在这种电动车辆中的驱动电池通常以模块的方式构造。在此，多个电池单池彼此联接并且分别形成一电池模块。多个电池模块分别组成一子单元。
所述电池单池在其运行期间变热。为了避免由于过热而损害电池单池以及电池模块，有意义地设置相应的冷却装置。这种冷却装置排出相应的热量，所述冷却装置例如构造为冷却垫形式的袋状结构并且被流体流过。
文献DE 10 2011 075 820 A1公开了一种具有温度调节装置的牵引用电池，特别是用于布置在具有电驱动装置的车辆中。牵引用电池包括一个或多个电池单池，所述电池壳体布置在壳体中。所述温度调节装置具有冷却体，所述冷却体包括箱式的基体。在所述基体中布置了由柔性的、薄膜状材料制成的冷却垫形式的袋状结构。所述冷却垫具有入口和出口，并且被流体流过。
文献DE 10 2013 200 774 A1公开了一种用于对电池模块进行温度调节的装置。所述装置包括多个电池单池以及能被流体填充的体积腔，所述体积腔可以通过填充而膨胀。在所述体积腔和所述电池单池之间设置了柔性的接触面。所述接触面薄膜状地构成。
在文献DE 10 2012 018 128 A1中公开了一种用于电池的单个单池，其具有单池壳体。在此设置了垫状的空心体，所述空心体尤其用于冷却电池。所述空心体被气体流过。
从文献DE 20 2012 101 076 U1得知一种用于冷却特别是机动车用的电池的装置。在此，电池布置在电池壳体内。所述装置包括柔性的冷却管，所述冷却管借助弹性元件与电池连接。
发明内容
这种电池模块包括：至少一个电池单池；至少一个用于冷却所述至少一个电池单池的冷却垫；和框架式结构，该框架式结构具有至少一个用于接纳所述至少一个冷却垫的凹部。
根据本发明，所述电池模块的框架式结构具有用于支撑所述至少一个电池单池的保持元件。在此，所述保持元件特别承受至少一个电池单池的重力。所述保持元件优选在电池模块的通常的安装位置情况下布置在电池单池之下。然而也可以考虑，所述保持元件布置在所述电池单池之上，并且所述电池单池悬挂在所述保持元件上。还可以考虑保持元件的其它布置方式、例如侧向地布置在所述电池单池旁边，其中所述电池单池适合与所述保持元件连接。重要的是，所述电池单池的重力至少在很大程度上由所述保持元件来承受。通过这种布置，所述电池单池的重力没有或仅无关紧要地作用于冷却垫上。
在此优选地，所述至少一个冷却垫能变形并且被冷却液流过。所述冷却垫还可以进行体积变化。所述冷却垫在冷却液流过时变形或膨胀。在此，所述冷却垫在电池模块的通常的安装位置情况下可以与电池单池接触，特别是与电池单池的底面接触。通过所述冷却垫与所述电池单池的这种接触，流过所述冷却垫的冷却液可以将热量从所述电池单池运走。所述冷却垫具有薄膜作为外罩，所述薄膜例如由铝或塑料制成。
根据本发明的一种有利的设计方案，所述框架式结构具有至少两个分隔板条，所述分隔板条在电池模块的通常的安装位置情况下侧向地包围所述电池模块的至少一个电池单池以及所述电池模块的至少一个冷却垫。在此，所述电池单池和所述冷却垫在相同侧上分别位于框架式结构的一分隔板条旁。所述分隔板条能够实现形状配合地固定电池单池，并且阻止了在电池模块的通常的安装位置情况下电池模块相对于框架式结构以及冷却垫的侧向运动。
根据本发明的另一种有利的设计方案，所述保持元件垂直地远离所述分隔板条而突出，用于支撑至少一个电池单池。在此，所述电池单池在电池模块的通常的安装位置情况下放置在所述保持元件上，所述保持元件因此至少在很大程度上承受电池单池的重力。在此优选地，所述保持元件相对靠近冷却垫。所述冷却垫还可以至少部分地接触所述保持元件。
所述电池模块可以包括多个电池单池，所述电池单池例如电并联或串联。在此，所述框架式结构的至少一个分隔板条分别布置在每两个电池单池之间。所述框架式结构的分隔板条阻止了电池单池彼此接触。
所述电池模块还可以包括多个用于进行冷却的冷却垫，特别是当设置了多个电池单池时。在此，所述框架式结构的至少一个分隔板条分别布置在每两个冷却垫之间。
根据本发明的一种有利的改进方案，在所述至少一个电池单池和所述至少一个冷却垫之间布置绝缘膜。所述绝缘膜尤其电绝缘地构成并且防止了所述电池单池的壳体与所述冷却垫的接触。特别地，由此避免了所述电池单池的处于电势上的壳体与所述冷却垫的、能导电的例如由铝制成的薄膜电接触。然而，所述绝缘膜有利地能导热地构成并且能够实现在所述电池单池和所述冷却垫之间的热交换。
优选地，所述绝缘膜还布置在所述至少一个电池单池和所述框架式结构之间。在此，所述绝缘膜有利地放置在框架式结构的保持元件上。在此，所述绝缘膜在电池模块的通常的安装位置情况下由电池单池的重力在框架式结构内部力配合地保持在其位置中。
根据本发明的一种有利的设计方案，在所述至少一个电池单池和所述绝缘膜之间布置了支承元件。所述支承元件例如构造为橡胶环（Gummischleife），所述橡胶环在所述绝缘膜的边缘处环绕地构成。构造为橡胶环的支承元件阻止了电池单池的壳体的尖锐的棱与所述绝缘膜的直接接触并且因此保护所述绝缘膜免受损害。
根据本发明的另一种有利的设计方案，在所述绝缘膜和所述框架式结构之间布置支承元件。所述支承元件例如也构造为橡胶环，所述橡胶环在所述绝缘膜的边缘处环绕地构成。构造为橡胶环的支承元件阻止了框架式结构的尖锐的棱与所述绝缘膜的直接接触并且因此保护所述绝缘膜免受损害。
在此，布置在所述电池单池和所述绝缘膜之间的以及布置在所述绝缘膜和所述框架式结构之间的所述支承元件彼此对置地在两侧布置在所述绝缘膜的每一个表面上。
所述支承元件还可以作为密封部来使用，所述密封部防止了在所述电池单池和所述冷却垫之间的湿气的传播。在此，布置所述绝缘膜两侧的支承元件优选延伸至越过所述绝缘膜的边缘并且在那里彼此交叉。因此，这两个支承元件形成了一体的密封部。在此，所述绝缘膜有利地在支承元件的区域中、或者说在密封部的区域中垂直地弯曲并且因此形成了用于电池单池的槽状的接纳部。然后，所述电池单池力配合地且形状配合地与所述绝缘膜连接。
根据本发明的电池模块有利地用作在电动车辆(EV)、混合动力车辆(HEV)、或插电式混合动力车辆(PHEV)中的牵引用电池。
本发明的优点：
通过电池模块的根据本发明的设计方案，特别降低了由于电池单池的重量而对冷却垫的负荷。柔性地构成的冷却垫本身布置在电池单池下方的空腔中并且可以在所述空腔中膨胀，并且在此特别大面积地贴靠在所述电池单池的底面上。由此改善了在所述电池单池和所述冷却垫之间的热交换。
通过在所述电池单池和所述冷却垫之间设置电绝缘的绝缘膜，阻止了在所述电池单池和所述冷却垫之间的电接触。因此，电池单池的壳体可以处于一电势上，并且冷却垫的薄膜可以由导电材料、例如由铝制成。避免了在电池单池的壳体和冷却垫的能导电的薄膜之间的短路。设置在所述绝缘膜上的密封部阻止了在所述电池单池和所述冷却垫之间的湿气的传播。
附图说明
借助附图和下面的说明来详细阐述本发明的实施方式。
其中：
图1示出了电池模块的第一实施例的剖视图,
图2示出了图1中的冷却垫的俯视图,
图3示出了图2中的冷却垫的变型方案的局部透视的俯视图,
图4示出了图3中的变型的冷却垫沿着剖面线A - A的剖视图,
图5示出了电池模块的第二实施例的剖视图,
图6示出了图5中的电池单池的支承区域的放大图,
图7示出了根据第二实施例的变型方案的电池单池、绝缘膜和框架式结构的俯视图，并且
图8示出了图7中的绝缘膜的变型方案的纵剖视图。
具体实施方式
在图1中以剖视图示出了电池模块10的第一实施例。在此，所述电池模块10包括多个电池单池20。多个电池模块10联接成未示出的子单元。多个子单元形成未示出的用于电动车辆的牵引用电池。
在示出的图示中可以看到两个电池单池20。所述电池单池20中的每一个都包括负极接线柱11和正极接线柱12。通过两个接线柱11和12可以截取所述电池单池20的电压。此外，所述电池单池20可以通过所述接线柱11和12来充以电能。
所述电池模块10包括框架式结构40，所述框架式结构具有沿垂直方向延伸的分隔板条44以及沿水平方向延伸的保持元件42。所述保持元件42在此固定地与所述分隔板条44连接或者与其一体地构成。所述电池单池20分别布置在多个分隔板条44之间并且放置到所述保持元件42上。因此所述保持元件42承受电池单池20的重力。所述框架式结构40利用分隔板条44而放置在框架板55上。在所述框架板55和所述电池单池20之间设置了凹部50。
在所述凹部50中布置了冷却垫30。在示出的附图中，所述冷却垫30被液体流过并且相应地隆起。因此，所述冷却垫30与电池单池20的底面接触。
在图2中示出了图1中的冷却垫30的俯视图。所述冷却垫30包括入口32和出口34。液体可以通过所述入口32进入到所述冷却垫30中。所述液体可以通过出口34从所述冷却垫30排出。
在图3中示出了图2中的冷却垫30的变型方案。在图3中示出的冷却垫30同样包括入口32，通过所述入口可以使液体进入到所述冷却垫30的内部中。此外，所述冷却垫30还包括出口34，通过所述出口可以使液体从所述冷却垫30排出。
附加地，所述冷却垫30包括多个流动通道36，所述流动通道在此彼此平行地布置。因此所述液体可以平行地经由多个流动通道36从所述入口32流动直至所述出口34。
在图4中示出了在图3中示出的冷却垫30沿着剖面线A-A的剖视图。可以看出各个彼此并排平行地布置的流动通道36，液体经由所述流动通道从所述入口32流动至所述出口34。
在图5中示出了电池模块10的第二实施例的剖视图。电池模块10的第二实施例类似于在图1中示出的第一实施例。所以在这一点上主要讨论关于第一实施例的变化。
在图5中示出的电池模块10同样包括多个电池单池20，所述电池单池分别置于框架式结构40的保持元件42上。所述框架式结构40本身置于在框架板55上。在所述电池单池20和所述框架板55之间，分别在凹部50内设置冷却垫30。
在所述电池单池20和布置在其下的冷却垫30之间设置绝缘膜60。在此，所述绝缘膜60平行于电池单池20的底面而延伸并且处于所述电池单池20和所述框架式结构40的保持元件42之间。所述绝缘膜60由不能导电的、即绝缘的材料制成，特别是由塑料制成。在所述电池单池20的支承区域中，所述绝缘膜60分别具有一支承元件62。在此，所述支承元件62通过下述方式来布置：所述电池单池20放置在所述支承元件62上，并且所述支承元件62放置在所述保持元件42上。
图5中的电池单池20的这种支承区域在图6中被放大地示出。所述支承元件62由柔性材料、优选橡胶制成，并且包围绝缘膜60的边缘区域。在端部区域处，所述支承元件62紧贴到所述电池单池20上并且由此密封所述电池单池20。所述支承元件62因此与绝缘膜60一起形成了环绕所述电池单池20的密封部。
在图7中示出了根据图5中的第二实施例的变型方案的电池单池20、绝缘膜60以及框架式结构40的俯视图。电池单池20、绝缘膜60和框架式结构40在此类似于在分解图中的情况而并排地布置。所述框架式结构40在图7中示出的变型方案中仅用于接纳一个唯一的电池模块20。
所述电池单池20包括负极接线柱11和正极接线柱12。所述绝缘膜60在其边缘区域处包括支承元件62。
所述框架式结构40包括四个分隔板条44，这四个分隔板条以矩形形状彼此连接。所述保持元件42分别朝向矩形的中心从所述分隔板条44突出。在电池模块10完成组装后，所述电池单池20置于所述保持元件42上。
为了安装电池模块10，优选首先将所述绝缘膜60与支承元件62倒扣到所述电池单池20上，或者说将所述电池单池20放入到由支承元件62和绝缘膜60形成的槽状的接纳部中。在下一个步骤中，所述电池单池20与绝缘膜60一起放入到框架式结构40中。在此，所述电池单池20侧向地被框架式结构40的分隔板条44包围。所述支承元件62置于保持元件42上。所述电池单池20的重量由保持元件42来承受。
在此未示出的冷却垫30于是在所述电池单池20之下在框架式结构40的内部就位于所述凹部50中。当未示出的冷却垫30被液体流过时，则所述冷却垫膨胀，且随后接触所述绝缘膜60且将其压靠到电池单池20的底面上。因此流过所述冷却垫30的液体可以从所述电池单池20带走热量。
在图8中示出了图7中的绝缘膜60的变型方案的纵剖视图。在此，所述绝缘膜60分别在顶面和底面上具有支承元件62。所述支承元件62在此分别构造为橡胶环并且围绕绝缘膜60的边缘而延伸。在安装具有以这种方式构成的绝缘膜60的电池模块10时，首先将所述绝缘膜60放入到框架式结构40中。然后，将所述电池单池20放置到所述绝缘膜60上或者说放置到绝缘膜60的支承元件62上。
在此，所述电池单池20置于支承元件62之一上，并且另一个支承元件62置于框架式结构40的保持元件42上。
本发明并不局限于所描述的实施例以及在其中所强调的方面。而是在通过权利要求所给出的范围内可以有多种变型方案，这些变型方案处于本领域技术人员的行事范围内。

Claims (6)

1.电池模块(10)，其包括：至少一个电池单池(20)；
至少一个用于冷却所述至少一个电池单池(20)的冷却垫(30)；和
框架式结构(40)，该框架式结构具有至少一个用于接纳所述至少一个冷却垫(30)的凹部(50)，其特征在于，
所述框架式结构(40)具有用于支撑所述至少一个电池单池(20)的保持元件(42)，
在所述至少一个电池单池(20)和所述至少一个冷却垫(30)之间布置能导热的绝缘膜(60)，并且
在所述至少一个电池单池(20)和所述绝缘膜(60)之间布置支承元件(62)，其中，所述支承元件(62)被构造用于保护所述绝缘膜(60)免受损害，其中，该支承元件(62)还被构造用于防止在所述电池单池(20)和所述冷却垫(30)之间传播湿气，其中所述支承元件(62)构造为橡胶环，所述橡胶环在所述绝缘膜(60)的边缘处环绕地构成，
其中所述框架式结构(40)具有至少两个分隔板条(44)，所述分隔板条侧向地包围所述至少一个电池单池(20)以及所述至少一个冷却垫(30)，
并且其中所述保持元件(42)垂直地从两边远离所述分隔板条(44)而突出，使得所述电池单池(20)能够置于突出的突起上。
2.根据权利要求1所述的电池模块(10)，其特征在于，所述至少一个冷却垫(30)能变形并且被冷却液流过。
3.根据权利要求1或2所述的电池模块(10)，其特征在于，所述电池模块(10)包括多个电池单池(20)，其中至少一个分隔板条(44)分别布置在每两个电池单池(20)之间。
4.根据权利要求1所述的电池模块(10)，其特征在于，所述绝缘膜(60)布置在所述至少一个电池单池(20)和所述框架式结构(40)之间。
5.根据前述权利要求中任一项所述的电池模块(10)的用途，用作在电动车辆(EV)、混合动力车辆(HEV)中的牵引用电池。
6.根据权利要5所述的用途，其特征在于，所述混合动力车辆(HEV)是插电式混合动力车辆(PHEV)。
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