CN107004793A - 具有冷却设备的电池系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电池系统(10)，特别用于混合动力驱动器，包括外壳(11)、布置在外壳(11)内部的多个电池单元(22)和冷却元件(30)，其中流体连接(31)以及至少一个电连接(21)布置在所述外壳(11)上，所述电连接以电方式联接到所述电池单元(22)，且其中所述流体连接(31)包括至少一个冷却剂入口(32)和至少一个冷却剂出口(33)，每个所述流体连接(31)以流体方式连接到所述冷却元件(30)。本发明其特征在于：所述外壳(11)包括管状主体(12)，所述管状主体(12)在其每个相对端面通过闭合盖(13，14)以流体密封的方式密封，其中所述电连接(21)布置在第一闭合盖(13)上，且所述流体连接(31)布置在第二闭合盖(14)上。本发明还涉及包括这种电池系统的机动交通工具。

Description

具有冷却设备的电池系统
技术领域
本发明涉及根据权利要求1前序部分的电池系统，尤其是用于混合动力驱动器的电池系统。本发明还涉及至少包括这种电池系统的机动交通工具，尤其是混合动力交通工具。例如根据可以归于申请人的专利EP 2 744 033A1，上述类型的电池系统是已知的。
背景技术
上述电池系统包括外壳，其中在外壳内部布置有多个电池单元。电池单元被组合在一起形成多个层，且通过布置在外壳内的冷却元件进行温度控制，这些元件各自与电池的极热传导性接触。在外壳上提供流体连接，它们以流体方式连接到冷却元件。流体连接首先包括至少一个冷却剂入口，其次包括至少一个冷却剂出口，从而可形成冷却回路，其中冷却剂流过冷却元件。此外在外壳上布置电连接，它们以电方式连接到电池单元。
电池外壳基本上是长方体形状且在其端面上包括外盖，流体连接和电连接通过它延伸。这种设计在电池外壳的流体密封性和组装的容易性方面是有利的。但是，从安全角度来看已经显示，流体连接和电连接的空间接近有问题，特别是考虑到在已知电池的外壳内，连接点存在于冷却系统中，在没有流体密封的情况下，这会导致冷却剂泄漏到电池外壳内还布置有电连接的区域中。因此，存在短路的风险，特别是在高压系统中，短路会引起火灾危险。
发明内容
本发明目的是进一步发展上述电池以提高其操作安全性。本发明另一个目的是详细说明具有这种改良电池的机动交通工具。
根据本发明，关于权利要求1的主题所述的电池以及关于权利要求15的主题所述的机动交通工具来实现该目的。
本发明基于以下思想，其详细说明一种电池系统，特别用于混合动力驱动器，包括外壳、布置在外壳内部的多个电池单元和冷却元件，其中流体连接以及至少一个电连接布置在所述外壳上。所述电连接以电方式联接到所述电池单元。所述流体连接包括至少一个冷却剂入口和至少一个冷却剂出口，每个所述流体连接以流体方式连接到所述冷却元件。根据本发明，所述外壳包括管状主体，所述管状主体在其每个相对端面通过闭合盖以流体密封的方式密封。所述电连接布置在第一闭合盖上。所述流体连接布置在第二闭合盖上。
在本发明中，流体连接和电连接器因此在空间上相互分离。特别地，流体连接和电连接器布置在外壳的相对端面上。由于流体连接与电连接的空间分离，有效地降低了短路以及任何后续热事件(例如火灾或电解)的风险。
为了降低外壳内部的冷却系统中泄漏的风险，有利的假设将冷却元件设计为没有连接点。特别地，可将外壳内部的冷却元件设计为没有连接点。换言之，在外壳内部布置的冷却元件根本不包括连接点。相反，它形成一个单元，只能在流体连接处(特别是在冷却剂入口处和冷却剂出口处)以流体方式连接到冷却系统的其它组件。
在原理上，可以在电池系统内(特别是在外壳内部)提供一个或多个冷却元件。每个冷却元件优选包括冷却剂入口和冷却剂出口。特别地，冷却元件可包括单个冷却剂入口和单个冷却剂出口。冷却剂入口和冷却剂出口优选分别与冷却元件一体构成并通过第二闭合盖走出外壳。因此，具有冷却剂入口和冷却剂出口的冷却元件形成没有连接点(特别是可拆卸的连接点)的整体组件。因此提高了冷却元件的泄漏安全性，并因此降低了电池系统的供电风险。
在根据本发明的电池系统中，电池单元优选设计为高度在50mm与90mm之间的圆形单元。特别地，电池单元的高度可以在60mm与80mm之间，特别是大约65mm。这种类型的电池特别适合于电池系统的紧凑设计。这种电池单元也可以按照合理的价格获得，从而降低整个电池系统的生产成本。
电池单元优选组合为形成单元模块，其中在每两个单元模块之间和/或每个单元模块与外壳之间布置有冷却元件。这些元件可以引导相互分离的流体流。换言之，冷却元件可以分别包括相互分离且走出外壳的冷却剂入口和冷却剂出口。因此，每个冷却元件布置在外壳内并且没有连接点。唯一的连接点由冷却剂入口和冷却剂出口形成，它们在第二连接盖上布置在外壳的外部。
在根据本发明的电池系统的另一个优选实施例中，至少两个冷却剂入口和至少两个冷却剂出口分别以流体方式连接到流体分配器。流体分配器可以布置在第二闭合盖的外侧上。
流体分配器优选将冷却剂入口连接到单个入口喷嘴，以及将冷却剂出口连接到单个出口喷嘴。换言之，流体分配器实现将多个冷却剂入口群集为单个入口喷嘴。这意味着通过循环泵循环通过冷却回路的冷却剂可经由单个入口喷嘴均匀分配到所有冷却剂入口。
这也适用于单个出口喷嘴，所有流体流可经由它一起从冷却剂出口逸出。因此，流体分配器将冷却剂出口组合并将其流体流引导到单个出口喷嘴。通过借助于流体分配器组合冷却剂入口和冷却剂出口，可以特别容易地将根据本发明的电池系统集成到混合动力驱动系统中。所需要的就是将入口喷嘴和出口喷嘴连接到冷却回路，从而提供电池单元的充分冷却。
优选地，流体分配器具有板状设计且包括中心凹部，其中入口喷嘴和出口喷嘴分别突出到中心凹部中。如果入口喷嘴和出口喷嘴相对于彼此同轴地定向，这是特别有利。入口和出口喷嘴的这种布置允许电池系统特别紧凑的设计。
入口喷嘴和出口喷嘴的同轴对准优选在流体分配器的板的平面中进行。因此，流体分配器没有在组装电池系统期间可能损坏的突出部分。
通过以下事实获得简化电池系统安装的进一步优化：流体分配器优选终止于与管状主体的纵向端部的表面基本齐平。因此，将流体分配器集成在紧凑的电池系统单元中并防止损坏。
在电池系统的有利变型中，将容纳空间布置在电池单元之间，特别是在单元模块之间与第一闭合盖之间。容纳空间优选包含用于将电连接连接到单元模块和/或连接到布置在外壳内部的电子组件的所有电连接装置。因此，容纳空间将单元模块与电连接之间的所有电连接以及布置在外壳内部的电子组件与电连接之间的所有电连接相集成。因此，它们在空间上与第二闭合盖上的流体连接分离，其中特别地，单元模块充当分离器。
电连接在外壳的一个纵向端部的集中既用于提供更高的操作安全性(因为与流体连接的空间分离)，也用于提高组装的容易性(因为以电方式将电连接连接到单元模块或电子组件，只需要从一侧接近外壳)。
流体连接和电连接在密封外壳相对端面的布置降低了由于在流体回路中的连接点的泄漏而导致的短路的风险。此外，为了防止在外壳内部的冷凝形成，在本发明的其它优选实施例中，假设在与电连接分隔开的第一闭合盖上，将阀门布置为包括透气的流体密封膜。阀门一方面实现空气交换以及到外壳内部的充分气流与环境之间的压力平衡，另一方面由于流体密封膜而防止任何的液体进入。同时，阀门充当压力释放阀，因此在可能导致损坏的过压情况下，可以在外壳内部与环境之间建立不连贯的压力平衡。
阀门还可包括在外壳内部有效的空气干燥介质。换言之，优选固定于第一闭合盖外侧的阀门配备有在外壳内部工作的空气干燥介质。因此空气干燥介质被布置为从外壳内部吸收湿气，从而防止在外壳内部形成冷凝。
阀门(特别是空气干燥介质和/或膜)优选为可更换。在服务计划的背景下，例如可以定期更换阀门，优选每年更换，以保证空气干燥介质有效地防止冷凝物形成。空气干燥介质例如可包括吸收湿气的沸石。
空气干燥介质的吸收能力随着时间下降，因此建议至少更换空气干燥介质。膜本身也可能随着时间失去其效果，因此也建议更换。为此，阀门优选也可以更换。由于阀门优选固定于第一闭合盖的外侧，所以阀门的更换是简单的，只需要几个手动操作。
本发明的第二方案涉及具有如上所述的至少一个电池系统的机动交通工具，特别是混合动力交通工具。在原理上，也可将上述类型的多个电池系统布置在机动交通工具中并优选相互电联接。每个电池系统也可以共享用于冷却系统的公共循环泵。本发明意义上的机动交通工具不限于陆上交通工具，还包括空中和水上交通工具。
附图说明
下面参考附图更详细地描述本发明。附图示出：
图1是根据本发明的电池系统的透视前视图，所述电池系统包括已经从外壳移除的流体分配器；
图2是图1所示具有阀门的电池系统的透视后视图，在分解图中示出所述电池系统的各个部件；
图3是图1所示电池系统的透视纵向剖面图；以及
图4是图1所示电池系统的内部结构的透视图，有两个单元模块和一个冷却元件。
具体实施方式
附图示出特别适用于混合动力驱动器的电池系统10。电池系统10可以有利地用作混合动力交通工具的蓄能器，其中电池系统优选联接到用于向前推进交通工具的电动机。可能的交通工具(特别是机动交通工具)包括地面交通工具、飞机或船只。
电池系统10一般包括外壳11，外壳11包括管状主体12。管状主体12包括两个开口端面和基本上矩形的横截面。因此，主体12被设计为矩形管。在端面上，主体12由闭合盖13、14闭合，其中在本申请中，在第一闭合盖13和第二闭合盖14之间进行区分。主体12和闭合盖13、14可以由钢制成，优选壁厚为3mm。
在外壳11内部，布置有电池单元22和至少一个冷却元件30。优选将电池单元22组合形成单元模块20，其中在每两个单元模块20之间和/或在每个单元模块20与外壳11之间布置一个冷却元件。
在外壳11外部，提供流体连接31和至少一个电连接21。电连接21以电方式联接到电池单元22。流体连接31包括至少一个冷却剂入口32和一个冷却剂出口33，其中冷却剂入口32和冷却剂出口33以流体方式连接到冷却元件30。考虑到电池系统10的操作安全性，假设将电连接21布置于(具体而言是固定于)第一闭合盖13，将流体连接31布置于(具体而言是固定于)第二闭合盖14。这样实现流体连接31与电连接21的空间分离。
图1示出具有外壳11的电池系统，特别是示出外壳11的流体连接侧。外壳11包括主体12和插入主体12的闭合盖13、14。闭合盖13、14优选焊接到主体12上，提供流体紧密密封。多个流体连接31延伸穿过第二闭合盖14，特别提供三个冷却剂入口32和三个冷却剂出口33。冷却剂入口32和冷却剂出口33例如通过密封件固定于第二闭合盖14。
电池系统优选包括流体分配器36，流体分配器36以流体方式连接到至少两个冷却剂入口32和至少两个冷却剂出口33中的每一个。可将流体分配器36布置在第二闭合盖14外侧。流体分配器36优选将冷却剂入口32连接到单个入口喷嘴37以及将冷却剂出口33连接到单个出口喷嘴38。这种流体分配器的示例在图1中示出。流体分配器36包括与流体分配器36上的流体端口连接31一致布置的接收插孔。因此，可将流体分配器36放置在第二闭合盖14上，从而产生到流体连接31的流体连接。在流体分配器36内形成分配器通道，分配器通道从入口喷嘴37延伸到冷却剂入口32，或者从冷却剂出口33延伸到出口喷嘴38。
流体分配器36可具有板状设计。出口喷嘴38和入口喷嘴37优选在流体分配器36的板平面中对准。然后入口喷嘴37和出口喷嘴38延伸到流体分配器36的中心凹部39中，形成电池系统10特别紧凑的设计。流体分配器36优选终止于与管状主体12的纵向端面基本齐平的事实也有助于这种紧凑设计。
中心凹部的形状基本上是矩形，且具有三角形的头部，其顶端与入口喷嘴37以及出口喷嘴38等距离地分隔开。顶端形成为基本上搁置在入口喷嘴37与出口喷嘴38之间。
入口喷嘴37和出口喷嘴38可以相对于彼此同轴地布置。结果，流体分配器36入口侧和出口侧的连接通道的长度相同，这对于允许冷却剂流通过冷却元件30是有利的。流体分配器36优选固定连接到外壳11，从而将电池系统10连接到混合动力驱动器，只需要将入口喷嘴37和出口喷嘴38连接到冷却系统，以保证电池系统10内部的冷却。冷却剂流动通过入口喷嘴37和布置在流体分配器36中的分配通道到冷却剂入口32，并因此到达多个冷却元件30。冷却剂流流动通过冷却元件30，因此它们冷却电池系统内部的电池单元22。在冷却元件30中加热的冷却剂经由流体分配器36的冷却剂出口33和出口喷嘴38离开外壳11。
图1示出电池系统10的前侧，而图2示出同一电池系统10的后侧。电连接21布置在电池系统10的后侧。电连接21特别固定于第一闭合盖13，第一闭合盖13优选插入管状主体12并且以流体密封的方式焊接到主体。
在这种情况下，电连接21包括电源插座26和电子器件插座27。电源插座26联接到外壳11内的电池单元22，且用于分出电池单元22内存储的电能，或者将电池单元22充电。在电源插座26旁边布置电子器件插座27，电子器件插座27联接到外壳11内部的电子组件，且用于电池系统10与一组车辆电子器件(例如公交系统)之间的信号和/或数据传送。电连接21(特别是电源插座26和电子器件插座27)每个都安装了密封件，以保证外壳11的流体密封性。
此外，第一闭合盖13包括与电连接21分隔开的阀门开口19。阀门开口19可具有基本上椭圆的形状。圆形或方形设计也可以。在阀门开口19上安装阀门15，其组件优选全部布置在外壳11的外部。
阀门15包括阀门架17，其中装有空气干燥介质16。空气干燥介质16可包括沸石。优选地，空气干燥介质16直接搁置在阀门开口19上，使得空气干燥介质16在外壳内部有效。因此，外壳11内部的空气空间一直清除湿气。该阀门还通过在外壳内部与环境之间产生压力平衡来形成过压保护。
阀门架17特别包括压力释放阀(采用橡胶塞40的形式)插入其中的开口。压力释放阀40在开口中保持为当外壳11内的压力超过预定阈值时，压力释放阀40形成松动。
膜18也布置在阀门架中。两个膜18中的每一个优选为流体密封的并且是可透气的。合适的膜18例如可包括纺织品。膜18保证外壳11中空气的充分交换，同时防止湿气进入。
阀门15，特别是空气干燥介质16，释放阀40和/或膜18可更换。例如，作为服务计划的一部分，定期更换阀门15，优选每年一次。空气干燥介质16的吸收能力随着时间的推移而下降，因此建议至少将空气干燥介质16更换。膜18本身也会随时间而失去其效果，因此也建议将它更换。当阀门15优选固定于第一闭合盖13的外侧时，阀门15的更换简单，只需要几个手动操作。
图3示出电池系统10的内部结构。在外壳11内，特别布置两个单元模块20，其包括相互并联和串联的多个电池单元22。在单元模块20之间布置有冷却元件30，冷却元件30与电池单元22的极热传导性接触。其他冷却元件30也可以布置在外壳11与单元模块20之间。
在电池单元22或单元模块20与第一闭合盖13之间可布置容纳空间24，其中放置连接电缆25。容纳空间24优选包含用于将电连接21连接到单元模块20和/或布置在外壳11内部的电子组件(例如控制电路板28)的所有电连接装置。因此，后者在空间上与第二闭合盖14上的流体连接31分离，其中特别地，单元模块20可以充当分离器。电连接在外壳11的一个纵向端部的集中既用于提供更高的操作安全性(因为与流体连接31的空间分离)，也用于提高组装的容易性(因为以电方式将电连接21连接到单元模块20或电子组件，只需要从一侧接近外壳11)。
流体连接31优选与冷却元件30一体设计且延伸穿过第二闭合盖14。为了支撑流体连接13，在单元模块20与第二闭合盖14之间提供支撑结构29，一方面稳定流体连接31，另一方面稳定外壳31。
图4详细示出具有中间冷却元件30的单元模块20的布置。单元模块20分别由多个电池单元形成，优选设计为圆形单元。圆形单元排列成多行，这些行交错且紧密聚集，其间有间隙。行的每个电池单元22相互并联电连接。为此，提供焊接于电池单元22的上极和下极的接触板23。固定于电池单元22相对侧的接触板23交错，使得电池单元22的每个行相互串联联接。
电池单元22或圆形单元优选高度在50mm与90mm之间。特别地，电池单元22的高度可以在60mm与80mm之间，特别是大约65mm。特别适用于电池系统10的电池单元22是18650类型的电池单元22。这种电池单元22也可以按照合理的价格获得，从而降低整个电池系统的生产成本。
冷却元件30在两个单元模块20之间延伸。冷却元件30由袋子34形成，其内部布置有多个流通道35。流通道35的结构被调节为获得流动通过冷却元件30的均匀流体。流体连接31布置在袋子34的纵向端部。流体连接31优选形成为袋子34的组成部分。因此，在流体连接31与袋子34之间不存在可拆卸的流体连接，这样增加了泄漏保护。流体连接31包括冷却剂入口32和冷却剂出口33。冷却剂因此流入冷却剂入口32，流动通过流通道35并经由冷却剂出口33离开袋子34。袋子34具有柔性外壁，使得由于冷却元件30内的流体压力以及可能存在于电池系统10内的任何其它压力接触措施，在冷却元件30与单元模块20之间保证良好的热传导性接触。
电池系统10优选设计为高压电池系统10。电连接21与流体连接31的空间分离保证高压区域与冷却剂通道区域分离。这样增加了电池系统10的操作安全性。通过将冷却回路中的所有可拆卸连接点以及流体分配器36布置在外壳11外部的事实来实现附加的安全性。具体而言，流体连接31突出超过电池单元模块20且延伸穿过支撑结构29和第二闭合盖14。冷却元件30本身可以设计为没有电池系统10的外壳11内的连接点。唯一的连接点由流体连接30形成，流体连接30布置在第二闭合盖14上外壳11的外部。
附图标记
10 电池系统
11 外壳
12 主体
13 第一闭合盖
14 第二闭合盖
15 阀门
16 空气干燥介质
17 阀门架
18 膜
19 阀门开口
20 单元模块
21 电连接
22 电池单元
23 接触板
24 容纳空间
25 连接电缆
26 电源插孔
27 电子器件插座
28 控制电路板
29 支撑结构
30 冷却元件
31 流体连接
32 冷却剂入口
33 冷却剂出口
34 袋子
35 流通道
36 流体分配器
37 入口喷嘴
38 出口喷嘴
39 凹部
40 压力释放阀

Claims (15)

1.一种电池系统(10)，特别用于混合动力驱动器，包括外壳(11)、布置在外壳(11)内部的多个电池单元(22)和冷却元件(30)，其中流体连接(31)以及至少一个电连接(21)布置在所述外壳(11)上，所述电连接以电方式联接到所述电池单元(22)，且其中所述流体连接(31)包括至少一个冷却剂入口(32)和至少一个冷却剂出口(33)，每个所述流体连接(31)以流体方式连接到所述冷却元件(30)，其特征在于：
所述外壳(11)包括管状主体(12)，所述管状主体(12)在其每个相对端面通过闭合盖(13，14)以流体密封的方式密封，其中所述电连接(21)布置在第一闭合盖(13)上，且所述流体连接(31)布置在第二闭合盖(14)上。
2.根据权利要求1所述的电池系统(10)，其特征在于：
冷却元件(30)，特别是在外壳(11)内部，被设计为没有连接点。
3.根据权利要求1或2所述的电池系统(10)，其特征在于：
一个冷却剂入口(32)和冷却剂出口(33)，分别与所述冷却元件(30)整体设计，且通过所述第二闭合盖(14)走出外壳(11)。
4.根据前述权利要求任一项所述的电池系统(10)，其特征在于：
所述电池单元(22)被设计为圆形单元，且高度在50mm与90mm之间，特别是在60mm与80mm之间，特别是65mm。
5.根据前述权利要求任一项所述的电池系统(10)，其特征在于：
所述电池单元(22)被组合为单元模块(20)，其中在每两个单元模块(20)之间和/或每个单元模块(20)与所述外壳(11)之间安装一个冷却元件(30)，且其中所述冷却元件(30)分别引导相互分离的流体流。
6.根据前述权利要求任一项所述的电池系统(10)，其特征在于：
至少两个冷却剂入口(32)和至少两个冷却剂出口(33)以流体方式连接到流体分配器(36)，所述流体分配器(36)布置在所述第二闭合盖(14)的外侧，并将所述冷却剂入口(32)连接到单个入口喷嘴(37)以及将所述冷却剂出口(33)连接到单个出口喷嘴(38)。
7.根据权利要求6所述的电池系统(10)，其特征在于：
所述流体分配器(36)具有板状设计且包括中心凹部(39)，其中所述入口喷嘴(37)和所述出口喷嘴(38)各自突出到所述中心凹部(39)中。
8.根据权利要求6或7所述的电池系统(10)，其特征在于：
所述入口喷嘴(37)和所述出口喷嘴(38)相对于彼此同轴地对准。
9.根据权利要求6至8任一项所述的电池系统(10)，其特征在于：
所述流体分配器(36)按照一种方式连接到所述第二闭合帽(14)，所述按照一种方式连接到所述第二闭合帽(14)为按照所述流体分配器(36)终止于基本上与所述管状主体(12)的纵向端部的表面齐平的方式。
10.根据前述权利要求任一项所述的电池系统(10)，其特征在于：
在所述电池单元(22)之间，特别是在所述单元模块(20)与所述第一闭合盖(13)之间，布置有容纳空间(24)，其中所有电连接装置被布置用于将所述电连接(21)连接到所述单元模块(20)和/或连接到所述外壳(11)内布置的电子组件。
11.根据前述权利要求任一项所述的电池系统(10)，其特征在于：
在与所述电连接(21)分隔开的所述第一闭合盖(13)上，布置有阀门(15)，其包括透气的流体密封膜(18)。
12.根据权利要求11所述的电池系统(10)，其特征在于：
所述阀门(15)包括在所述外壳(11)内部工作的空气干燥介质(16)。
13.根据权利要求11或12所述的电池系统(10)，其特征在于：
所述阀门(15)包括压力释放阀(40)。
14.根据权利要求11或12所述的电池系统(10)，其特征在于：
所述阀门(15)，特别是所述空气干燥介质(16)和/或所述膜(18)和/或所述压力释放阀(40)是可更换的。
15.一种机动交通工具，特别是混合动力交通工具，包括根据前述权利要求任一项所述的至少一个电池系统(10)。
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