CN106471643B - 用于容纳多个带有集成在壳中的冷却装置的电池组电池的壳 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于容纳多个电池组电池（20），特别是锂离子电池组电池的壳（10），其中，壳（10），特别是塑料壳，包括冷却装置，冷却装置带有用于冷却电池组电池（20）的空气流（22）的输进位置（30）和输出位置（40）。壳（10）连同集成在该壳（10）中的冷却装置被进一步构造成一体式构件，其中，冷却装置额外具有用于布置所有有待容纳的电池组电池（20）的间距保持件（34；34a、34b），电池组电池带有在电池组电池（20）之间的能导引空气的间隙（23），由此为空气流（22）提供在电池组电池（20）之间的空气通道（25）。本发明还涉及电池组包（50）以及带有这种电池组包（50）的机动车。

Description

用于容纳多个带有集成在壳中的冷却装置的电池组电池的壳

本发明涉及用于容纳多个带有冷却装置的电池组电池的壳、带有按本发明的壳的电池组包以及带有这种电池组包的机动车。

背景技术

锂离子电池组系统被用作混动车辆和电动车辆中的驱动装置的蓄能器。锂离子电池组系统由多个锂离子电池组电池构成，这些锂离子电池组电池被电串联和/或并联，受电池组管理系统的监视且机械地集成为一个总系统。所述电池组电池优选在特定的温度窗口中运行，以便确保最佳的功率、最小的老化和安全的运行。

为此首先必须将在电池运行期间产生的焦耳热（焦耳热可以通过电流和电池的内电阻描述）以及通过在电池中的可逆的化学过程产生的反应焓从系统导出。

在许多技术应用中，电池或模块借助液冷被放热。为此例如在被流体穿流的板上进行模块安装，被流体穿流的板根据所要求的冷却功率的等级被水/乙二醇混合物或经气化的制冷剂加载。在这些冷却变型方案中，缺陷主要在于较高的仪器费用和集成到车辆中所需的部件的数量。在更小的（低压）电池组系统中正好可以有利地独立于车辆的热管理来获得相对于装入地点的一定的灵活性以及实现模块的可标准化。

为此现在已知空气冷却。由DE 10 2011 080 975 A1已知例如一种用于电池组模块的电池组电池堆叠，电池组模块具有若干棱柱形的电池组电池，在这些棱柱形的电池组电池之间布置着若干棱柱形的空气通道。借助这些空气通道能够有针对性地在电池组电池之间导引空气。进一步建议，将有空气通道的电池组电池堆叠放到相应的电池组壳中以及必要时夹紧，也就是说，空气通道不是和电池组壳一起被构造成一体式构件以及因此必须为了形成带空气通道的电池组电池壳而嵌入且安装到电池组壳中。

在图1中示例性地示意性示出了这种电池组电池壳，这就是说，带有在单个电池组电池20之间的空气通道25的电池组电池堆叠被装入本身独立的电池组电池壳11中。为此先建造一个同样独立的、有冷却装置的电池组电池堆叠。在电池组电池20之间的能导引空气的间隙23通过独立的构件，亦即所谓的间距保持件34（英语“spacer”）实现。额外在许多被空气冷却的系统中使用所谓的空气导送片31（英语“Air Plenum”）将空气流22均匀地分配到电池组电池20之间。可以进一步优选包括风扇33、分配室26、收集室27以及空气过滤器32、42的冷却装置，最终被安装到独立的壳11中。

此外在DE 10 2007 043 947 A1中说明了一种用于电池组电池的冷却体，冷却体具有用于冷却介质的通道且可以由惟一一种挤压型材制成。冷却体与此相反不包括用于冷却介质的入口和出口。更确切地说，为此设用于封闭冷却体的第一或第二端面的第一和第二盖罩，该盖罩提供用于冷却介质的所需的入口和出口。已经建议将盖罩恰当地固定在冷却体处，特别是与冷却体焊接。

另一个用于电池组的冷却结构在JP 2012-028207 A中作了介绍。为了电池组能够借助受控制的空气冷却被冷却，在冷却结构中设流动控制板，该流动控制板沿流动方向被定位在成多行布置的电池组电池的第一行之前。流动控制板具有用于空气流的开口以及因此实现了冷却空气在期望的部位上穿过流动控制板的穿流。这种流动控制板仅被布置在第一行的电池组之前且不同时用作电池组的间距保持件，特别是不用于布置带有在电池组之间的间隙的电池组。

最后由US 2006/0216582 A1已知用于电池组的壳，在这种壳中，除了冷却板外，还设有用于外部空气的输进的两个开口。但输送给壳的空气没有在电池组电池之间穿引地导送，而是更确切地说达到了冷却冷却板的目的。因此在电池组电池之间的间隙内不设空气通道，而是设电池限制板，它们由有很高的热导率的材料制成，以便能够将尽可能多的热量从电池组电池导出到冷却板。

综述，原则上由现有技术已知用于电池组电池的壳，该壳包括借助空气流的冷却装置。但已知的系统配置出于下列原因一方面在技术上很昂贵，另一方面在经济上也是不利的：总体上使用了很多不同的零件，这些零件先被单独地制造以及之后被组装。具体而言，先建立由带冷却装置的电池组电池构成的本身独立的模块或包，例如用于提供在电池组电池之间的空气通道的间距保持件。整个电池组包又被装在本身独立的壳中。

因此存在用于电池组电池的壳的需求，该壳可以和一种借助冷却流可靠地冷却电池组电池的技术上简单的装置一起被成本低廉地提供。

发明内容

按本发明的用于容纳多个电池组电池的壳包括冷却装置，冷却装置带有用于冷却电池组电池的空气流的输进位置和输出位置。在此，壳和集成在壳中的冷却装置一起被构造成一体式构件。冷却装置还额外具有用于布置所有有待容纳的电池组电池的间距保持件，电池组电池带有在电池组电池之间的能导引空气的间隙，因而可以为空气流提供在电池组电池之间的空气通道。

壳的按本发明的设计方案基于下列认识：先确定：可以成本低廉地制造带有冷却装置的壳，在该壳中，整个壳所需的独立的构件的数量被大大减少。然后在最佳的情况下将整个壳构造成一体式构件。其结果是，冷却装置的尽可能多的零件应当被集成在一体式壳中，也就是说，有集成的冷却装置的壳在惟一一个制造步骤中制造。

为了让冷却装置能够达到可靠的冷却效果，在此要识别针对冷却装置的必需的最少要求。进一步确定，除了电池组电池的空气冷却原则上所需的在壳处的开口外，亦即用于空气流的输进位置和输出位置外，对可靠的冷却效果而言重要的是，将冷却流导入在电池组电池之间的间隙。这一认识导致了创造性的措施，即，为集成在壳中的冷却装置配设用于布置所有有待容纳的电池组电池（电池组电池带有在电池组电池之间的能导引空气的间隙）的间距保持件，由此为空气流提供在电池组电池之间的空气通道。

用本发明要求的间距保持件有利地实现的是，一方面为电池组电池在壳中提供可靠的保持，另一方面也同时确保了电池组电池的适用于有效空气冷却的布置方式。就此而言，间距保持件不仅承担起机械的保持功能，而且还为有效空气冷却作出了重要贡献。因此间距保持件可以被视作是冷却装置的重要部分。

结果按本发明提供的用于电池组电池的壳能有利地成本低廉地被制造且业已包括所有可靠的空气冷却所需的构件，特别是不必安装独立的构件。

本发明的有利的改型方案在从属权利要求中给出，并且在说明中予以描述。

附图说明

借助附图详细阐释本发明的实施例。图示：

图1示出了由现有技术公开的用于电池组电池的壳的实施例，电池组电池带有用于空气冷却的装置；

图2在俯视图中示出了用于电池组电池的按本发明的壳的第一个实施例，电池组电池带有用于空气冷却的装置；

图3是空气流动的模拟结果的两个图形的展示部；

图4在俯视图中示出了用于电池组电池的按本发明的壳的第二个实施例，电池组电池带有用于空气冷却的装置；

图5在透视图中示出了用于电池组电池的按本发明的壳的第三个实施例，电池组电池带有用于空气冷却的装置；以及

图6在透视图中用于电池组电池的按本发明的壳的第四个实施例，电池组电池带有用于空气冷却的装置。

具体实施方式

按本发明的壳的第一个实施例借助附图2阐释。原则上用本发明提供了用于容纳多个电池组电池20的壳10，其中，壳10包括冷却装置，冷却装置有用于冷却电池组电池20的空气流22的输进位置30和输出位置40。电池组电池20可以由锂离子电池组电池构成。

壳10优选是塑料壳。按照本发明，额外要求壳10连同集成在该壳10中的冷却装置一起被构造成一体式的构件。在此，冷却装置额外具有间距保持件34；34a、34b，间距保持件用于布置所有有待容纳的电池组电池20，电池组电池带有在电池组电池20之间的能导引空气的间隙23，由此为空气流22提供在电池组电池20之间的空气通道25。间距保持件34；34a、34b本身在图2和4中为清楚起见并未示出；仅通过附图标记34；34a、34b示出了它的位置。

在按图2的本发明的实施方式中，冷却装置具有沿空气流22的流动方向布置在输进位置30之后的分配室26，分配室用于分配空气流22。在分配室26中，通过输进位置30引入到壳10中的空气流22被有利地分配给有待冷却的电池组电池20。基于分配室26，空气流22因而有利地不必业已在输进位置30上就必须具有冷却电池组电池堆叠中所有电池组电池20所需的宽度或直径。壳10的输进位置30与此相应在大型电池组电池堆叠中可以被紧凑地设计。空气流22最迟在离开分配室26时就达到所需的宽度。

分配室26为此可以具有至少一个用于导引空气流22的空气导送片31。分配室26尤其可以如在图2中能够看到的那样被空气导送片31至少部分地限定。但分别按照需求，也可以将空气导送片31布置在分配室26内部。因此可以例如及早沿多个方向分配或引导空气流22。此外，概念“空气导送片31”在本说明书中不应当被理解为是对构件的局限于特定材料的提示。空气导送片31在按本发明的壳10中也可以由非金属的材料制造。因此空气导送片31也可以由塑料制成。

进一步由图2可知，空气导送片31被这样布置：使得导引到空气导送片31上的空气流22被空气导送片31平行于有待容纳的电池组电池20的侧面24地偏转。这种措施基于这样的认识，即，空气导送片31不仅适合用于仅将空气流22分配到多个电池组电池20上，而且也适用于将空气流22沿平行于有待容纳的电池组电池20的侧面24的方向有针对性地偏转。当被偏转的空气流22在电池组电池20的侧面24之间行进时，也就是说，空气流22在其在电池组电池20的间隙23内穿流时同时冷却两个相邻布置的电池组电池20，那么空气流22通过空气导送片31的偏转就特别合适。

在按图2的实施方式中，空气流22平行于电池组电池20的面积宽广的侧面24行进。但分别按照需求，空气流22也平行于电池组电池20的面积狭窄的侧面24行进。对此的一种可行方案例如在于，电池组电池20相比按图2的实施方式分别转动90°地布置。

在本发明的一种扩展设计中有利地规定，分配室26具有至少一个角c1、c2，该角带有如在图3中示出那样用于均匀分配空气流22的圆部35。这种措施基于这样的认识，即，在分配室26中的角c1、c2的设计具有对空气流22的均匀的分配的影响。在图2中，分配室26例如不具有经倒圆角的角c1、c2。在这些情况下，如在按图3的模拟中所示那样，存在这样的可能性，即，空气流22不是均匀地穿流电池组电池20之间的全部间隙23。空气流22的流动速率在此可以大于0（零）以及小于等于80 m³/h。流动速率优选具有来自20至60 m³/h的范围的值。

图3的左图示出了在角c1、c2处缺少圆部35时，在给定的且恒定不变地输送冷却空气时，关于在分配室26内的以及在电池组电池20之间的空气通道25内的空气流22的强度（速度）的概览。来自左图中的概览的矩形的截面在右图中被放大示出。在图中绘出的小的线或箭头代表空气流22的分布和强度。模拟表明，外部的空气通道25，特别是布置在角c2处的第一空气通道25，被供以比内部的那些空气通道25更少的空气流22。有至少一个具有圆部35的角c1、c2的分配室26因此有助于空气流22的均匀的分布。

尤其建议，带圆部35的至少一个角c1、c2被设置用于在端部位置处将空气流22导入空气通道25。所述至少一个带有圆部35的角c1优选可以通过空气导送片31来构造，该空气导送片带有在其端部区域处的圆部35。

在本发明的扩展设计中，冷却装置具有至少一个空气过滤器32、42。空气过滤器32、42可以优选被构造成输进位置30和/或输出位置40。因此确保了，仅经过滤的纯净的空气流22被引入到壳10中。空气过滤器42作为输出位置40防止了即使在缺少流动的冷却空气时都不会使外部空气未经过滤地通过输出位置40侵入到壳10中。

为了增强空气流22，冷却装置可以具有风扇33。风扇33优选与输进位置30相邻布置。因此确保了整个空气流22在壳10内部都被增强。

按图4的用于电池组电池20的按本发明的壳10的第二个实施例示出了一种变型方案，在这个变型方案中，电池组电池20不仅可以并排布置，而且也可以彼此相继地布置。因此可以将多个电池组电池堆叠布置在壳10中。壳10因此具有长形的方形。在图4中的附图标记此外和在图2中（或和在整个本申请中）具有相同的意义，因此不在此作重复说明。

另一个未在图中示出的可行方案在于，电池组电池20也可以彼此相叠地堆叠。壳10的外部的形状因此可以有利地与各需求匹配地制造，而不会在此偏离壳10的按本发明的设计方案。

用于电池组电池20的按本发明的壳10的第三个实施例在图5中以透视图被示出。在这个实施方式中也首先提供带有冷却装置的壳10，其中，冷却装置包括用于冷却电池组电池20的空气流22的输进位置30和输出位置40。另外，在这个图5中示出了间距保持件34；34a、34b，间距保持件在图2和4中为清楚起见未被示出。在这个实施方式中，间距保持件34；34a、34b在带有底面B的壳10中由中间平面间距保持件34a构造，中间平面间距保持件被布置在带有与底面B的间距d的一个平面中。这样来选择与底面B的间距d：使得中间平面间距保持件34a在电池组电池20容纳在壳10中之后大致在电池组电池的平均高度上包围电池组电池20。

间距保持件34；34a、34b在带有底面B的壳10中备选或优选附加地由底部间距保持件34b构造，底部间距保持件被布置在底面B上。通过底部间距保持件34b为电池组电池20提供了在壳10中的限定的布置，因而在电池组电池容纳在壳10中之后在电池组电池20之间形成了各一条空气通道25。

尽管在按图5的实施方式中没有规定以及因此没有示出，但冷却装置在需要时可以具有沿空气流22的流动方向置放在输出位置40之前的用于收集空气流22的收集室27。

在此还要再次澄清的是，冷却装置的所有的部分（倘若它们设置在本发明的特定的实施方式中时），在一体式的壳10中都作为集成的部分被提供。

此外，提供带有按本发明的壳10和布置在该壳内的电池组电池20的电池组包50作为本发明的另一个主题。如在本发明的按图6的另一个实施例中示出的那样，电池组包50可以具有壳10，该壳包括独立的盖15。独立的盖15因此没有集成在一体式的壳10中。布置在壳10中的电池组电池20用独立的盖15被全面保护不受外部的有害的影响。优选地，盖15能够构造有电子的结构元件。盖15可以例如包括电子的构件，这些构件作为电池组电池连接器在盖安装到壳10上之后造成了在电池组电池20之间的电连接。

按本发明的电池组包50可以为多种目的被使用或安装。例如建议的是，机动车特别是能电动地驱动的机动车配设有按本发明的电池组包50，其中，电池组包50与机动车的驱动系统连接。

Claims (19)

1.用于容纳多个电池组电池（20）的壳（10），其中，该壳（10）包括冷却装置，该冷却装置带有用于冷却电池组电池（20）的空气流（22）的输进位置（30）和输出位置（40），其中，所述壳（10）连同集成在该壳（10）中的冷却装置被构造成一体式的构件，其中，所述冷却装置额外具有构造用于布置和机械地保持所有的有待容纳的电池组电池（20）的间距保持件（34；34a、34b），电池组电池带有在电池组电池（20）之间的能导引空气的间隙（23），由此为空气流（22）提供在电池组电池（20）之间的空气通道（25），其中，所述冷却装置具有沿所述空气流（22）的流动方向布置在输进位置（30）之后的并且布置在所述电池组电池（20）之前的用于分配所述空气流（22）的分配室（26），其中，所述分配室（26）具有至少一个角（c1、c2），该角带有用于均匀地分配所述空气流（22）的圆部（35），其中，带有圆部（35）的所述至少一个角（c1、c2）被设置用于在终端位置处将空气流（22）导送到空气通道（25）中。

2.按照权利要求1所述的壳（10），其特征在于，

所述分配室（26）具有至少一个用于导送所述空气流（22）的空气导送片（31）。

3.按照权利要求2所述的壳（10），其特征在于，

所述空气导送片（31）被这样布置：使得导引到该空气导送片（31）上的所述空气流（22）被该空气导送片（31）平行于有待容纳的电池组电池（20）的侧面（24）进行偏转。

4.按照权利要求1所述的壳（10），其特征在于，

带有圆部（35）的所述至少一个角（c1、c2）由空气导送片（31）构造，该空气导送片在该空气导送片的端部区域处带有圆部（35）。

5.按照权利要求1所述的壳（10），其特征在于，

所述冷却装置具有至少一个空气过滤器（32、42）。

6.按照权利要求1所述的壳（10），其特征在于，

所述冷却装置具有风扇（33）。

7.按照权利要求1所述的壳（10），其特征在于，

所述间距保持件（34；34a、34b）在带底面（B）的壳（10）中通过中间平面间距保持件（34a）来构造，该中间平面间距保持件布置在带有与底面（B）的间距（d）的平面中。

8.按照权利要求1所述的壳（10），其特征在于，

所述间距保持件（34；34a、34b）在带底面（B）的壳（10）中通过底部间距保持件（34b）来构造，底部间距保持件被布置在底面（B）处。

9.按照权利要求1所述的壳（10），其特征在于，

所述冷却装置具有沿空气流（22）的流动方向置放在输出位置（40）之前的用于收集空气流（22）的收集室（27）。

10.按照权利要求1所述的壳（10），其特征在于，

所述电池组电池（20）是锂离子电池组电池。

11.按照权利要求1所述的壳（10），其特征在于，

所述壳（10）是塑料壳。

12.按照权利要求3所述的壳（10），其特征在于，

导引到该空气导送片（31）上的所述空气流（22）被该空气导送片（31）在有待容纳的电池组电池（20）的侧面（24）之间偏转。

13.按照权利要求5所述的壳（10），其特征在于，

所述空气过滤器（32、42）被构造成输进位置（30）和/或输出位置（40）。

14.按照权利要求6所述的壳（10），其特征在于，

所述风扇（33）与输进位置（30）相邻地布置。

15.电池组包（50），其带有按照权利要求1至14中任一项所述的壳（10）和布置在该壳中的电池组电池（20）。

16.按照权利要求15所述的电池组包（50），其特征在于，

所述壳（10）包括独立的盖（15）。

17.按照权利要求16所述的电池组包（50），其特征在于，

所述盖（15）是带有电子的结构元件的盖（15）。

18.机动车，带有按权利要求15、16或17所述的电池组包（50），其中，所述电池组包（50）与该机动车的驱动系统连接。

19.按照权利要求18所述的机动车，其特征在于，所述机动车是能电动驱动的机动车。