CN106233495B - 电池模块 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电池模块(100)，其包括至少两个，优选多个电池单元(101，101a)，该电池单元大体上为板状并且被泡沫结构(110，110a，110b)包围，所述泡沫结构(110，110a，110b)具有至少一个预定的断裂点，并且每个电池单元(101，101a)与泡沫结构(110，110a，110b)中的至少一个预定的断裂点相关联。

Description

电池模块
本发明涉及一种电池模块，该电池模块包括多个电池单元，这些电池单元大体上形成为板状并且被泡沫结构包围。
在电池中，尤其是用于汽车中供其驱动的电池中，有必要保护通常敏感的电池免受机械损害。EP 0631338A1因此描述了具有电池壳的电池，多个电池单元被封装在该电池壳内，其中电池壳由塑料泡沫结构制得。
在US 2007/259258A1中描述了一种电池的布置方式，其也包括多个具有单个电池单元的电池模块，其中每个电池模块都由泡沫封装在壳体中。
如果电池模块中的一个或几个电池单元出现缺陷，则会发生气态物质的泄露，该物质通常可以经由电池壳内的排气阀逸出。为了防止形成过压以及由此导致的电池壳不可控的爆炸，这些气体的泄露是必要的。EP 1717884B1公开了一种出于该目的的酸性电池用排气阀。该阀不能用于泡沫封装的电池单元或仅用在电池壳自身的区域中，然而围绕着电池单元的泡沫结构会以继续不可控的方式撕破。
作为其替代方案，EP 2685527A1描述了壳体中预定的断裂点，其中两个电池单元被封装在该壳体中。在有缺陷电池单元的情况下，发生的过压可以通过所述预定的断裂点排出。在该解决方案中不利的是，在预定的断裂点破裂之前，逸出的气体在整个壳体中扩散，这将导致同样位于壳体中的其它元件可能会被损坏。
因此本发明的目的在于提供一种改进的具有泡沫封装电池单元的电池结构，其允许来自电池的过压的可控逸出。
根据本发明，这一目的是通过这样的方式实现的：包括至少一个预定的断裂点的泡沫结构，其中每个电池单元在泡沫结构中与至少一个预定的断裂点相关联。
根据本发明特别设置为，每个电池单元与每个泡沫结构中的至少一个预定的断裂点相关联，从而预定的断裂点的数量至少对应于电池单元的数量。
该至少一个预定的断裂点，其优选地形成为泡沫结构中的材料薄层，当至少一个或几个电池单元出现故障和/或缺陷时，该断裂点能够以可控的方式将逸出的气体或过压排出到周围环境中，而不会使全部的泡沫结构丧失其功能，也即保护该至少一个电池单元免受机械损害。可控排放的另一个优点是可以在比如逸出气体不会对周围环境造成进一步损害的位置，或者气体可以通过收集通道排放的位置来设置预定的断裂点。
在这一方面中特别优选地是，泡沫结构的至少一个预定的断裂点布置在电池单元的薄弱点的各自区域中。在本发明的范围内，薄弱点应当被理解为当电池单元发生故障时，或者有意地，比如以在电池壳中预定的断裂点的形式，气体的逸出以增加的程度发生。
在本发明特别优选的实施例中，泡沫结构中的材料薄层设置在一个电池触点或至少一个电池单元的两个电池触点之间的区域。方形电池单元往往包括预定的断裂点，该断裂点位于气体从电池单元内部选择性地逸出的区域。如果电池单元预定的断裂点设置在另一个位置，可取的是也将泡沫结构中的材料薄层定位于远离电池触点的地方。该至少一个电池单元的电池触点通常向电池壳的壳盖中突出，其中排气设备，比如排气膜、排气通道或阀也通常设置在该电池壳中。来自电池壳的任何过压因此可以经过较短的距离排出。如果根据本发明而不存在单独的壳体，也就是电池模块的外缘也是泡沫层，在所述泡沫层中预定的断裂点必须定位于汽车中可能无害排气的位置。
进一步优选地设置为，不同的集成组件，尤其是冷却管路、导热板、电气线路、电气和机械连接元件、传感器和/或控制元件设置在泡沫结构中。所述集成组件因此也被泡沫结构包围并且被保护以免受机械应力。
电池模块的操作经常需要该至少一个电池的温度调节，其中所述温度调节还可以包括对电池单元周围环境的加热和冷却。因此在本发明进一步的实施例中设置为，泡沫结构包括至少一个具有通道壁的通道，并且至少一个预定的断裂点设置在通道壁的区域中。在这种情况中，该通道用于容纳温度调节元件，比如冷却管路。如果比如所述冷却管路是有缺陷的，逸出的冷却液体会以可控的方式从泡沫结构中的通道中排出。可以在一个单元的发泡过程中制造排水通道，或者例如通过组装几个泡沫部来形成该排水通道。
在本发明进一步的实施例中设置为，泡沫结构包括至少两个具有不同机械、物理和/化学性质的泡沫层。结果，泡沫结构例如包括本发明第一实施例中的第一泡沫层，其全部围绕着至少一个电池单元并且优选地具有阻燃性质。所述的阻燃性质例如可以通过这一方式实现：在制造泡沫结构时所需的推进剂在电池发泡过程中被阻燃气体或保护性气体所取代。相似地，电池单元的泡沫封装会阻止气泡，该气泡在发生故障的情况下会以助燃的方式起作用。另外可选择地可以设置为，第一泡沫层通过这样一种方式形成：在发生火灾的情况下，它释放保护性气体或其它自身的阻燃物质。
在本发明进一步的实施例中，提供了作为第二泡沫层的一层，其可选择地具有比第一泡沫层更高的密度，并且优选形成为不同集成组件的支持层。所述第二泡沫层，其通常也具有比第一泡沫层更大的厚度，并特别地具有能够容纳不同的集成组件的机械稳定性的特征。
为了防止电池单元在工作过程中发生过热，尤其是着火，泡沫封装的电池模块，尤其是在多层结构的情况中的温度管理往往是一种挑战。在本发明的进一步的实施例中，因此设置为：另一个第三泡沫层设置在第一泡沫层和第二泡沫层之间，其中第三泡沫层允许在两个前述的泡沫层之间更好的传热。
在本发明的进一步的实施例中，另一个外部的第四层被连接，其用于EMC保护并且其优选地包括隔汽层。
在本发明特别优选的实施例中，该至少两个泡沫层互相可拆卸地设置在该至少一个电池单元的周围。由于该至少两个泡沫层或单独的电池单元彼此之间的可分离性，尤其是根据本发明在电池模块的回收过程中，可以实现单独元件的更简单的分离。该可分离性是通过例如这样一种方式来形成的，具有至少一个敞口的拉绳被集成在泡沫结构中。如果泡沫结构要被除去，封闭的泡沫结构利用拉绳撕开，得到的部分随后可以被剥离。相似地，可以在能够安全地执行用于分离泡沫结构的机械处理的位置提供标记。
如果几个泡沫层设置在该至少一个电池单元的周围，为了单独层改进的连接，可以设置为，至少一个第一泡沫层具有至少部分结构化的表面，其关于邻接的第二泡沫层的至少部分结构化的表面以互补的方式形成。所述结构化的表面在该情况中可以特别地形成为齿轮。如果齿轮的几何结构仅在一个方向中形成，例如在Z轴，单独层可以通过在该方向上的相互位移而再次彼此分离开。
还可以提供齿轮和拉绳的组合。
本发明可以参考非限制性实施例及其各自的附图在下面进行更详细地解释，其中：
图1示出了根据本发明的具有多个被泡沫结构包围的电池单元的电池模块的纵向剖视图；
图2和3示出了本发明第一实施例的沿图1的线A-A的剖视图；
图4和5示出了与图2和3相似的本发明进一步的实施例的剖视图；
图6和7示出了本发明的进一步的实施例的详细视图，以及
图8a、8b、8c示出了具有用于分开泡沫结构的集成拉绳的本发明的进一步的实施例的详细视图。
图1示出了根据本发明的电池模块100的纵向剖视图，其包括由多个电池单元101、101a组成的堆。取决于电池类型和电池单元101、101a相互之间的布线，它们被布置成例如以交替的方式成180°扭曲。根据本发明，电池堆被泡沫结构110包围。
图2和图3示出了根据本发明的沿图1的交叉线A-A的电池模块100的剖视图。泡沫结构110围绕着大致为棱形的具有电池触点102的电池单元101，其配置在电池触点102的区域中，该泡沫结构110具有材料薄层111，其具有比剩余的泡沫结构110更小的壁厚d。根据本发明，泡沫结构110的该预定的断裂点设置在电池单元101的薄弱点的区域中，其可以比如通过电池触点102或围绕其的电池单元101的区域而形成。图示的泡沫结构110预定的断裂点与电池单元101的薄弱点相关联。因此可以有利地确保在发生损坏、气体从电池单元101中逸出的情况中，在电池单元101的逸出气体进一步不必要地扩散并且损害其它元件之前，泡沫结构110预定的断裂点被撕开。电池单元101的该区域被指定为电池的薄弱点，其在发生损坏的情况下被打开。这可以有意地提供或由经验得知。
泡沫结构110预定的断裂点在电池单元101的薄弱点的分配也可以选择性地通过这样的方式来实现：预定的断裂点不直接设置在薄弱点的区域中，但是从电池单元逸出的气体例如通过管道被直接导入预定的断裂点。结果，电池单元101的几个薄弱点可以特别地被分配到一个预定的断裂点。有利的是，还有可能将一个断裂点分配到几个预定的断裂点。
如果缺陷103，也即损坏的情况，在发生排气的电池单元101中发生，材料薄层111形成的预定的断裂点由于发生的过压(图3)而被撕开。在本发明的这一实施例中，逸出的气体被导入通道112并且随后通过例如排气阀(未示出)的过压设备而从电池壳中排出。
图4和5以举例方式示出了具有不同的电池薄弱点位置的电池触点布置的两个不同变形。在图4中所示的电池单元101中，电池触点102、102a被布置成彼此相邻。也被称为阀门开口的电池单元101的薄弱点，其往往在这种类型的电池单元中位于电池触点102、102a之间。在发生损坏的情况中，电池套破裂的可能性在该位置为最大。通过该薄弱点的泡沫结构110的材料薄层111进一步增加了这一可能性，因为电池单元被嵌在更厚的因而更稳定的泡沫结构110的所有其它的位置。
图5中的电池单元101包括相对的电池触点102、102a。在这种情况中，薄弱点大多邻近于电池触点102、102a中的一个或两个。因此，也在电池触点102、102a的区域中配置有一个或几个变薄的材料部111、111a、111b、111c。
泡沫结构110中的至少一个预定的断裂点在每个电池单元101的分配有利地确保了预定的断裂点在泡沫结构110中被撕开，而不考虑电池单元101发生损坏，也就是电池单元101因此排气。这特别地通过这样的方式实现：泡沫结构110的至少一个预定的断裂点设置在电池单元101的薄弱点的各自区域中。
因此一方面可以有利地设置为，预定的断裂点在泡沫结构110中在几个电池单元101的薄弱点的上方延伸，因而各自设置在薄弱点的区域中并且因此被关联，或者另一方面在泡沫结构110中提供互相分开的预定的断裂点，其随后分别设置在单独的电池单元101的薄弱点的区域中，并且因此与其关联。如果电池单元101包括几个薄弱点，比如图5中实施例所示的，泡沫结构110中几个预定的断裂点与该电池101相关联。
下面的变形因此根据本发明而得到，其还可以结合：
泡沫结构110中单个预定的断裂点，其与几个电池单元101的薄弱点相关联，或者
泡沫结构110中单独的预定的断裂点，其与一个单独的电池单元101的薄弱点相关联，或者
泡沫结构110中两个或更多个预定的断裂点，其与几个电池单元101的两个或更多个薄弱点相关联，或者
泡沫结构110中一个单独的预定的断裂点，其与一个单独的电池单元101的薄弱点相关联，其中预定的断裂点的数量对应于所有电池单元101的薄弱点的数量。
图6和7示出了具有泡沫结构110的电池单元101的详细视图，该泡沫结构110围绕着所述电池单元，其中冷却管路120在泡沫结构110中延伸。如果所述冷却管路120是有缺陷的，冷却剂121通过缺陷103逸出，并且由此通过通道112排出并在电池模块100或电池外的合适位置被除去。
图8a-8c示出了被嵌入泡沫结构110(图8a)中的拉绳130的示意图。通过拉动拉绳130(图8b)，泡沫结构110被分为可随后被除去的两部分(图8c)。泡沫结构110因此在用于这一目的的这些点的位置被分开，并且电池单元101因此可以通过简单的方式被除去。
应当理解的是，本发明不限于上述实施例。特别地，泡沫结构中至少一个预定的断裂点的数量和布置方式可以用不同的方法形成。

Claims (15)

1.一种电池模块(100)，包括多个大体上形成为板状并且被泡沫结构(110)包围的电池单元(101,101a)，其特征在于，所述泡沫结构(110，110a，110b)包括至少一个预定的断裂点，其中每个电池单元(101，101a)的薄弱点与泡沫结构(110，110a，110b)中的至少一个预定的断裂点相关联，其中所述泡沫结构(110，110a，110b)包括至少两个泡沫层，并且其中第一泡沫层完全包围着至少一个电池单元(101，101a)，并且第二泡沫层被形成为不同集成组件的支持层。
2.根据权利要求1所述的电池模块(100)，其特征在于，所述泡沫结构(110，110a，110b)的至少两个泡沫层具有不同的机械、物理和/或化学性质。
3.根据权利要求1所述的电池模块(100)，其特征在于，每个电池单元(101，101a)与泡沫结构(110，110a，110b)的至少一个预定的断裂点相关联，使得预定的断裂点的数量至少对应于电池单元(101，101a)的数量。
4.根据权利要求1所述的电池模块(100)，其特征在于，泡沫结构(110，110a，110b)的至少一个预定的断裂点布置在电池单元(101，101a)的薄弱点的各自区域中。
5.根据权利要求1所述的电池模块(100)，其特征在于，所述泡沫结构(110，110a，110b)在至少一个预定的断裂点处形成为泡沫结构(110，110a，110b)中的材料薄层(111，111a，111b，111c)。
6.根据权利要求5所述的电池模块(100)，其特征在于，所述泡沫结构(110，110a，110b)中的材料薄层(111，111a，111b，111c)布置在至少一个电池单元(101,101a)的至少一个电池触点(102，102a)的区域中。
7.根据权利要求1所述的电池模块(100)，其特征在于，不同的集成组件被布置在所述泡沫结构(110，110a，110b)中。
8.根据权利要求7所述的电池模块(100)，其特征在于，所述不同的集成组件是冷却管路、导热板、电气线路、电气和机械连接元件、传感器和/或控制元件中的至少一个。
9.根据权利要求1所述的电池模块(100)，其特征在于，所述泡沫结构(110，110a，110b)包括至少一个具有通道壁的通道(112)，并且至少一个预定的断裂点布置在通道壁的区域中。
10.根据权利要求1所述的电池模块(100)，其特征在于，所述第一泡沫层具有阻燃性质。
11.根据权利要求1所述的电池模块(100)，其特征在于，另一个泡沫层布置在第一泡沫层和第二泡沫层之间，所述另一个泡沫层用于增强传热。
12.根据权利要求11所述的电池模块(100)，其特征在于，一个外层附加地邻接于第二泡沫层，该外层用于EMC保护并且包括隔汽层。
13.根据权利要求1所述的电池模块(100)，其特征在于，该至少两个泡沫层以彼此可分开的方式设置在该至少一个电池单元(101，101a)的周围。
14.根据权利要求1所述的电池模块(100)，其特征在于，所述第一泡沫层具有至少部分结构化的表面，其关于邻接的第二泡沫层的至少部分结构化的表面以互补的方式形成。
15.根据权利要求1所述的电池模块(100)，其特征在于，具有至少一个敞口的拉绳(130)集成在泡沫结构(110，110a，110b)中。
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