CN107112577B - 基本电池单元模块和用于存储电能的设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有用于存储电能的基本电池单元(8a，9a，9b，8b)的模块(5)，该模块包括：具有基本电池单元的第一组件，这些基本电池单元被互连成其方式为供应在第一电压范围内的第一电压；以及具有基本电池单元的第二组件，这些基本电池单元被互连成供应在第二电压范围内的第二电压，该第二组件的所述至少一个基本电池单元(8b)安排在该第一组件的两个基本电池单元(8a，9a，9b)之间。

Description

基本电池单元模块和用于存储电能的设备
技术领域
本发明涉及一种基本电池单元模块以及一种包括这样的模块的电能存储设备。
本发明还涉及一种用于组装基本电池单元模块的方法以及一种包括这样的能量存储设备的车辆。
背景技术
混合动力推进或者牵引的车辆(HEV、混合动力电动车辆)通常装备有牵引用内燃发动机和牵引用电动马达，该牵引用电动马达由车载内置电能存储设备来提供动力，以便能够使用多种能源。
这样的电能存储设备，也被称作“电池组”或者“电池”，配备有包括基本电能存储电池单元(也被称作蓄电池)的多个模块。更确切地说，这些电池单元通常串联和/或并联形成模块(并且具体地高压模块和低压模块)地连接至这些各自供应电压的端子。
参照图1，在根据现有技术的这种能量存储设备1中，例如像申请FR 2994896描述的设备中，形成高压模块2a的基本电池单元3a在这些设备1的限定部分中被组合在一起，并且形成低压模块2b的这些基本电池单元3b在这些设备的另一个部分中被组合在一起。
这些能量存储存储设备1的这种构型具有的主要缺点是在这些设备1的含有高压模块2a的部分与低压模块2b所处的部分之间产生温度不一致。在这些能量存储设备1中的温度不一致具有的直接后果是引起这种设备1的性能和寿命降低。
发明内容
本发明旨在减轻包括这些来自现有技术的模块的电能存储设备的这些缺陷。
为此，本发明涉及一种具有基本电能存储电池单元的模块，该模块包括：第一组基本电池单元，这些基本电池单元互连成供应在第一电压范围内的第一电压；以及第二组基本电池单元，这些基本电池单元互连成供应在第二电压范围内的第二电压，来自该第二组的所述至少一个基本电池单元安排在来自该第一组的两个基本电池单元之间。
在其他实施例中：
-来自该第一组和该第二组的这些基本电池单元在该模块中被安排成来自该第一组的至少一个基本电池单元与来自该第二组的至少一个基本电池单元相交替的基本电池单元的相继序列；
-来自该第一组的这些基本电池单元的这些正电触点和负电触点位于该模块的部分上，该部分与该模块的、来自该第二组的这些基本电池单元的正电触点和负电触点位于其上的另一个部分相反；
-来自该第一组和该第二组的这些基本电池单元的正电触点和负电触点位于该模块的一个且同一个部分上；
-该模块包括
·来自第一组连接元件的连接元件，这些连接元件能够将来自该第一组的这些基本电池单元的电触点彼此电链接成供应该第一电压；
·来自第二组连接元件的和来自第三组连接元件的连接元件，这些连接元件能够将来自该第二组的这些基本电池单元的电触点彼此电链接成供应该第二电压，和/或
·电链接元件，该电链接元件能够将由来自该第一组的基本电池单元和来自该第一组的连接元件所形成的第一电路连接至由来自该第二组的基本电池单元和来自该第二组和第三组的连接元件所形成的第二电路。
-该模块包括对应地供应该第一电压和该第二电压的第一正电压端子和第二正电压端子、以及第三负电压端子。
本发明还涉及包括至少一个这样的模块的一种电能存储设备。
本发明还涉及一种用于组装这样的具有基本电池单元的模块的方法，该方法包括将互连成供应在第二电压范围内的第二电压的、来自第二组基本电池单元的至少一个基本电池单元，安排在互连成供应在第一电压范围内的第一电压的、来自第一组基本电池单元的两个基本电池单元之间的步骤。
该方法有利地包括使用来自第一组连接元件的连接元件来连接来自该第一组的电池单元的电触点以便供应该第一电压、并且使用来自第二组和第三组连接元件的连接元件来连接来自该第二组的电池单元的电触点以便供应该第二电压的步骤。
本发明还涉及包括这样的电能存储设备的一种机动车辆，尤其是电动或混合动力机动车辆。
附图说明
参照附图来阅读以下通过说明性且非限制性实例的方式给出的对一个优选实施例的说明，本发明的其他优点和特征将变得更加清楚：
-图1是来自现有技术的能量存储设备的示意性表示；
-图2是根据本发明实施例的能量存储设备的示意性表示；
-图3示出了根据本发明实施例的基本电池单元模块的来自第一组基本电池单元和第二组基本电池单元的基本电池单元；
-图4示出了根据本发明实施例的基本电池单元模块的第一侧部的视图；
-图5示出了根据本发明实施例的基本电池单元模块的第二侧部的视图；
-图6示出了根据本发明实施例的基本电池单元模块的上部的视图，并且
-图7是与用于组装基本电池单元模块的方法相关的流程图。
具体实施方式
在图1中，电能存储设备4包括具有基本电池单元8a、9a、9b、8b的模块5。这种电能存储设备4由壳体6形成，在该壳体中安排了具有基本电池单元8a、9a、9b、8b的模块5。这种壳体6的功能在于保持并且支撑模块5，并且确保模块相对于外界密封。这种电能存储设备4可以被安排在散热器7上，流体(例如水)在该散热器中流动。散热器7参与将源自设备4、并且尤其是从具有基本电池单元8a、9a、9b、8b的模块5的热能消散掉。应当注意，这种设备4可以包括多个具有基本电池单元8a、9a、9b、8b的模块5。
模块5由背部12b、前部12a、上部12c和下部12d形成，并且由第一侧部和第二侧部12f、12e形成。此模块5包括基本电池单元8a、9a、9b、8b，这些基本电池单元将在下文中更简单地称作电池单元8a、9a、9b、8b。这些电池单元8a、9a、9b、8b串联和/或并联连接并且因此形成直接参与存储和恢复电能的功能的一组。如以下将看到的，此模块5包括第一正电压端子和第二正电压端子14a、14b以及负电压端子14c。这些电压端子14a、14b、14c也被称作“集流器”或“电压点”。
更确切地说，此模块5包括：
-来自具有第一电压范围的第一组基本电池单元的基本电池单元8a、9a、9b，以及
-来自具有第二电压范围的第二组基本电池单元的基本电池单元8b。
第一电压范围和第二电压范围是不同的并且选自以下电压范围：高压和低压。在此实施例中，来自该第一组的电池单元8a、9a、9b的电压范围是高压范围，并且来自该第二组的电池单元8b的电压范围是低压范围。
参照图3，来自第一组和第二组的电池单元8a、9a、9b、8b各自可以具有矩形横截面并且包括：
-第一侧面和第二侧面10d、10e；
-正面和背面10a、10b，以及
-上面10c和下面(未示出)。
应当注意，在一个变体中，来自第一组和第二组的电池单元8a、9a、9b、8b各自可以具有圆形截面。
为了产生/存储能量，每个电池单元8a、9a、9b、8b以常规方式包括由电解质分开的阴极和阳极。该电解质可以由浸泡在具有锂盐型有机溶剂的液体聚合物电解质中的一种隔膜型的聚合物分隔体构成。
来自第一组和第二组的电池单元8a、9a、9b、8b包括两个电触点，例如呈薄金属板形式的连接接片，这些连接接片的宽度略小于对应的电池单元8a、9a、9b、8b的宽度。当然，非常明显，来自第一组和第二组的各电池单元8a、9a、9b、8b实际上包括外部蒙皮(未示出)，这些接片被连接至该外部蒙皮。具有相反极性(正极性11a、负极性11b)并且通常被称作“连接接片”的这些电触点11a、11b被安排在来自第一组和第二组的各电池单元8a、9a、9b、8b的正面10a上。
在图2至图6中，模块5的来自第一组和第二组的电池单元8a、9a、9b、8b相对于彼此平行地安排成来自第一组的至少一个电池单元8a、9a、9b与来自第二组的至少一个电池单元8b相交替的电池单元8a、9a、9b、8b的相继序列。因此，如尤其可以在图3、图4和图5中看出的，如果此模块5的相继序列的电池单元8a、9a、9b、8b以来自第一组的电池单元8a、9a、9b开始，则其之后是来自第二组的电池单元8b，该电池单元自身之后是来自第一组的另一个电池单元8a、9a、9b，这继续直至来自第一组和第二组的最后的电池单元8a、9a、9b、8b。
在此构型中，其中，来自第一组的各电池单元8a、9a、9b定位在来自该第二组的各电池单元8b的附近或与其接触，由这些电池单元8a、9a、9b、8b产生的热量将更容易地从一个电池单元8a、9a、9b、8b扩散至另一个电池单元，从而因此使得模块5的温度均匀化。
图4至图6中为了清楚起见，模块5已经被示出为具有来自第一组的13个电池单元8a、9a、9b和来自第二组的12个电池单元8b。如已经看到的，在此模块5中，来自第一组和第二组的电池单元8a、9a、9b、8b相对于彼此平行地安排成来自第一组的至少一个电池单元8a、9a、9b与来自第二组的至少一个电池单元8b相交替的电池单元8a、9a、9b、8b的相继序列。
在此构型中，比属于第二组的那些电池单元的数目更多的属于第一组的这些电池单元8a、9a、9b于是形成模块5的前部12a和背部12b，然后将在下文中被称作模块5的第一末端电池单元和第二末端电池单元9a、9b。更确切地说，模块5的前部12a于是是由第一末端电池单元9a的第一侧面10d形成；对于背部12b而言则是由第二末端电池单元9b的第二侧面10e形成。被并排安排的来自第一组和第二组的电池单元8a、9a、9b、8b具有其被定位为彼此面对或彼此邻接的第一侧面10d，或者其被定位为彼此面对或彼此邻接的第二侧面10e。更确切地说，对于每个定位在来自第一组的两个电池单元8a、9a、9b之间的来自第二组的电池单元8b而言，来自第二组的电池单元8b的第一侧面10d和第二侧面10e对应地安排在来自第一组的这两个电池单元8a、9a、9b之一的第一侧面10d处和来自第一组的这两个电池单元8a、9a、9b中的另一个电池单元8a、9a、9b的第二侧面10e处或甚至与之邻接。
在此构型中，这些电触点11a、11b为：
-来自第一组的电池单元8a、9a、9b的电触点位于模块5的第一侧部12e上(并且在图4和图6中是可见的)，并且
-来自第二组的电池单元8b的电触点位于模块5的第二侧部12f上(并且在图5和图6中是可见的)。
应理解的是，这些电触点11a、11b可以位于模块5的任一部分12a至12f上，也就是说，位于前部12a、背部12b、上部12c或下部12d、第一侧部12e或第二侧部12f上。
在此构型中，来自该第一组的电池单元8a、9a、9b于是位于模块5的部分12e上，该部分与模块5的部分12f(来自第二组的电池单元8b的电触点11a、11b位于该部分上)相反(也就是说相对于模块5的对称轴对称)。
在其他变体中，来自第一组和第二组的电池单元8a、9a、9b、8b的电触点11a、11b可以被安排在模块5的一个且同一个部分12a至12f上，也就是说，位于前部12a、背部12b、上部12c或下部12d、第一侧部12e或第二侧部12f上。
模块5包括支持高压和低压的多组连接元件，并且这些连接元件有助于尤其在这些电池单元的电触点11a、11b处将来自第一组和第二组的电池单元8a、9a、9b、8b连接成串联和/或并联。这些组的连接元件15a、15、15c优选通过焊接组装在这些电触点11a、11b上。这些元件通常被称作“汇流条”。
更确切地说，模块5包括在图4和图6中可以看到的第一组连接元件。来自第一组的连接元件15a在模块5的第一侧部12e上将来自第一组的电池单元8a、9a、9b链接成串联。更确切地说，来自第一组的各连接元件15a能够提供在来自第一组的两个电池单元8a、9a、9b之间的、尤其在彼此靠近的两个电池单元8a、9a、9b之间的电链接。为此，此连接元件将这两个电池单元8a、9a、9b的具有相反极性的电触点11a、11b彼此链接。在此实施例中，第一组包括十二个连接元件15a。
模块5在其第二侧部12f上包括在图5和6中可见的第二和第三组连接元件。来自该第二组的连接元件15b将来自该第二组的电池单元8b链接成并联。更确切地说，来自第二组连接元件中的两个连接元件15b提供在来自该第二组的两个电池单元8b之间的、尤其在彼此靠近的两个电池单元8b之间的电链接。为此，这两个连接元件15b各自将这两个电池单元8b的具有相同极性的电触点11a、11b彼此链接。在此实施例中，第二组包括12个连接元件15b。
于是通过因此并联链接的来自第二组的电池单元8b就形成了六个双电池单元。这些双电池单元能够通过来自第三组连接元件的这些连接元件15c连接成串联。来自第三组的各连接元件15c于是提供在来自第二组的两个双电池单元之间的、尤其在彼此靠近的两个双电池单元之间的电链接。为此，连接元件15c将这些双电池单元的具有相反极性的电触点11a、11b彼此链接和/或将来自第二组的具有相反极性的连接元件15b彼此链接。
来自第一组的电池单元8a、9a、9b和来自第一组的连接元件15a因此形成第一电路。类似地，来自第二组的电池单元8b和来自第二组和第三组的连接元件15b形成第二电路。
模块5也包括电链接元件15d，该电链接元件也被称作“汇流条”并且能够电链接第一电路与第二电路。此电链接元件15d位于模块5的背部12b上并且将在模块5的背部12b上安排的(即，与第二末端电池单元9b临近的)双电池单元的自由电触点11a链接至模块5的第二末端电池单元9b的具有相同的极性的自由电触点11a上。因此，将跨第二电路的端子的电压添加到跨第一电路的端子所呈现的电压上。
这样的连接元件组使得可以产生用于将来自第一组和第二组的电池单元8a、9a、9b、8b互连的不同构型，而同时通过传导来保持模块5内的温度的自然均匀化。
应当注意，在来自第一和第二组的电池单元8a、9a、9b、8b的电触点11a、11b被安排在模块5的一个且同一个部分12a至12f上的变体中，这些不同组的连接元件以及电链接元件15d也被安排在此。因此，在此构型中，模块5具有更好的紧凑性并且事实上具有减小的体积。
如已经讨论的，模块5包括第一和第二正电压端子14a、14b以及负电压端子14c。在图4和图6中可以看到第一和第二正电压端子14a、14b。第一端子14a位于模块5的第一末端电池单元9a上并且，更确切地说，位于第一末端电池单元9a的自由电触点11a上。第二电压端子位于安排在模块5的背部12b上的双电池单元的自由电触点11a上或者，借助于电链接元件15d而安排在第二末端电池单元9b的自由电触点11a上。
参照图5和图6，第三负电压端子14c，就其本身而言，位于安排在模块5的前部上(即，与第一端末端电池单元9a邻近的)的双电池单元的自由电触点11b上。
在此实施例中，来自第一组和第二组的电池单元8a、9a、9b、8b能够供应量级在3V至4V的电压。第一正电压端子14a是高压端子，在这些条件下，能够供应在45V与50V之间的电压，并且优选地48V。第二正极电压端子14b是能够供应在11V与17V之间的电压的低压端子，优选地电压为14V。
本发明的一个方面涉及在图7中展示的用于组装具有基本电池单元8a、9a、9b、8b的模块5的方法。该方法包括将来自第二组基本电池单元的至少一个电池单元8b安排在来自第一组基本电池单元的两个电池单元8a、9a、9b之间的步骤16。
该方法提供的安排步骤16可以是将来自第一组和第二组的电池单元8a、9a、9b、8b相对于彼此平行地定位成来自第一组的至少一个电池单元8a、9a、9b与来自第二组的至少一个电池单元8b相交替的电池单元8a、9a、9b、8b的相继序列。
该方法然后包括使用来自第一组的连接元件15a来连接来自第一组的电池单元8a、9a、9b的电触点11a、11b、并且使用来自第二组和第三组的连接元件15b、15c来连接来自第二组的电池单元8b的电触点11a、11b的步骤17。
该方法此后包括经由电链接元件15d来将第一电路链接至第二电路的步骤18。
本发明不局限于已明确描述过的实施例，而是包括含在以下权利要求范围内的多种变体及其泛化产物。

Claims (10)

1.一种具有基本电能存储电池单元(8a，9a，9b，8b)的模块(5)，该模块包括第一组基本电池单元，所述第一组基本电池单元互连成供应在第一高电压范围内的第一电压；以及第二组基本电池单元，所述第二组基本电池单元互连成供应在第二低电压范围内的第二电压，其特征在于，来自该第一组和该第二组的这些基本电池单元(8a，9a，9b，8b)在该模块(5)中被安排成来自该第一组的至少一个基本电池单元(8a，9a，9b)与来自该第二组的至少一个基本电池单元(8b)相交替的基本电池单元(8a，9a，9b，8b)的相继序列。
2.如权利要求1所述的模块(5)，其特征在于，来自该第一组的这些基本电池单元(8a，9a，9b)的这些正电触点和负电触点(11a，11b)位于该模块(5)的部分(12e)上，该部分与该模块(5)的另一个部分(12f)相对，所述另一个部分上定位有来自该第二组基本电池单元(8b)的正电触点和负电触点(11a，11b)。
3.如权利要求1所述的模块(5)，其特征在于，来自该第一组和该第二组的这些基本电池单元(8a，9a，9b，8b)的正电触点和负电触点(11a，11b)位于该模块(5)的一个且同一个部分(12a，12b，12c，12d)上。
4.如权利要求2或3所述的模块(5)，其特征在于，该模块包括：
-来自第一组连接元件的连接元件(15a)，这些连接元件能够将来自该第一组的这些基本电池单元(8a，9a，9b)的电触点(11a，11b)彼此电连接成供应该第一电压；
-来自第二组连接元件的和来自第三组连接元件的连接元件(15b，15c)，所述来自第二组连接元件的和来自第三组连接元件的连接元件能够将来自该第二组的这些基本电池单元(8b)的电触点(11a，11b)彼此电连接成供应该第二电压，和
-电连接元件(15d)，该电连接元件能够将由来自该第一组的基本电池单元(8a，9a，9b)和来自该第一组的连接元件(15a)所形成的第一电路连接至由来自该第二组的基本电池单元(8b)和来自该第二组和第三组的连接元件(15b，15c)所形成的第二电路。
5.如权利要求1-3中任一项所述的模块(5)，其特征在于，该模块包括对应地供应该第一电压和该第二电压的第一正电压端子和第二正电压端子(14a，14b)、以及第三负电压端子(14c)。
6.包括至少一个如以上权利要求中任一项所述的模块(5)的一种电能存储设备(4)。
7.一种用于组装具有基本电池单元(8a，9a，9b，8b)的模块(5)的方法，该方法包括将互连成供应在第二低电压范围内的第二电压的、来自第二组基本电池单元的至少一个基本电池单元(8b)，安排在互连成供应在第一高电压范围内的第一电压的、来自第一组基本电池单元的两个基本电池单元(8a，9a，9b)之间的步骤(16)。
8.如前一权利要求所述的方法，其特征在于，该方法包括使用来自第一组连接元件的连接元件(15a)来连接来自该第一组的基本电池单元(8a，9a，9b)的电触点(11a，11b)以便供应该第一电压、并且使用来自第二组和第三组连接元件的连接元件(15b，15c)来连接来自该第二组的基本电池单元(8b)的电触点(11a，11b)以便供应该第二电压的步骤(17)。
9.包括如权利要求6所述的电能存储设备(4)的一种机动车辆。
10.如权利要求9所述的机动车辆，所述机动车辆是电动或混合动力机动车辆。
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