CN108028325A

CN108028325A - 带有装入的冷却系统的电池壳体

Info

Publication number: CN108028325A
Application number: CN201680054078.9A
Authority: CN
Inventors: K.屈佩尔; A.布雷特科普夫; C.维谢
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2015-09-17
Filing date: 2016-08-24
Publication date: 2018-05-11
Also published as: DE102015217810A1; WO2017045877A1

Abstract

本发明尤其建议了一种用于电池(3)、尤其高压电池(3)的壳体(4')，用于保持单格模块(8)和/或电池单格(9)，至少具有壳体底部(5)以及壳体壁部(6)，其中，上述的壳体(4')的至少一个区段包括铸件(12')。有利地，铸件(12')具有在横截面上看敞开的通道结构(14)，其通过至少一个伸长的槽状的凹口(15)形成，其中，槽状的凹口(15)借助于至少一个遮盖元件(16)如此遮盖，使得在横截面上看封闭的通道结构(17)构造用于在其内引导调温介质。

Description

带有装入的冷却系统的电池壳体

技术领域

本发明涉及一种根据本发明的专利权利要求1的前序部分的用于电池的壳体。根据本发明的权利要求8，其此外涉及带有至少一个、具有这样的壳体的电池的车辆。最后，根据专利权利要求9的前序部分，本发明涉及一种用于制造上述的壳体的方法。

背景技术

电动车辆或混动车辆借助于可再充电的电池系统、尤其带有例如锂离子电池的HV电池系统(高压电池系统)运行。在车辆的行驶运行中以及在这样的电池系统的充电阶段中，通过在引导电流的构件中的电功率损失把热带入到电池系统中，其可导致电池的较高的热负荷。通过在单格温度较高时运行电池，众所周知地可记录电池单格(Batteriezell)的加速老化，其伴随了电池系统的缩短的寿命。在极端的情况下，过高的单格温度可导致电池单格的所谓烧穿(Durchbrennen)并且由此导致电池系统的损伤。为了克服该不利的情形，可例如在超过电池运行极限温度时设置系统自身的功率降低。此外已知，在加热电池系统的电池单格时热被从电池单格引离，通过将主动的、取决于冷却剂的冷却装置以借助于冷却剂通流的冷却板的形式安装在电池系统中或在容纳电池单格的电池壳体中(例如文件DE 10 2008 059 947 A1，文件DE 10 2008 059 969 A1)。冷却装置在此被连入到车辆的空调设备的冷却循环中。通过在电池壳体中布置冷却剂通流的冷却板以及关联的冷却剂线路，可记录电池系统的提高的重量以及在冷却剂线路的联接部位方面的提高的泄漏风险。另外由此产生提高的部件成本。此外由实践已知，冷却剂或导热剂通流的热交换板作为电池壳体的壁部使用，由此前面描述的冷却板可以是非必要的。这样，文件US 2010/0151300A1描述了电池壳体，在其壁部中设置有至少一个管状的空腔，其又填充有导热剂并且连入到流体循环中，以便可在确定的温度范围中运行电池。也就是说，电池应不仅可被冷却而且可被加热。文件DE 10 2013 210 932 A1此外描述了一种用于容纳电池单格的电池壳体，其壁部为了与需求相符地冷却或加热电池单格具有用于容纳调温介质的通道。如上述的空腔或通道被带入到电池壳体的壁部中或在其装入造的那样，对此印刷文献US 2010/0151300A1和DE 10 2013 210 932 A1未表述。由文件DE 10 2008 059 967 B4已知一种用于电池的导热板，该导热板通过由导热的、优选地金属的材料构成的铸件形成。在上述的铸件中，引导冷却剂的、例如引导车辆空调设备的致冷剂的冷却蛇形管或由导热的材料构成的冷却管浇铸成带有曲折状的走向。上述的导热板在此构造了电池的底部板。

发明内容

本发明的任务在于，创造一种在现有技术方面备选的用于电池的壳体，其带有引导导热剂的通道结构用于对在壳体内布置或可布置的单格模块(Zellmodul)和/或电池单格进行调温，该壳体尤其可更简单地和更成本适宜地制造。本发明的任务另外在于，提供一种带有至少一个具有这样的壳体的电池的车辆。最后，本发明的任务在于，给出用于制造上述的壳体的方法。

从用于电池、尤其高压电池的壳体出发，为了保持单格模块和/或电池单格，其至少具有壳体底部以及壳体壁部(其中，上述的壳体的至少一个区段包括铸件)，所提出的任务通过以下方式来解决，即，铸件具有在横截面上看敞开的通道结构，其通过至少一个伸长的槽状的凹口(Ausnehmung)形成，其中，槽状的凹口借助于至少一个遮盖元件如此地遮盖，使得在横截面上看封闭的通道结构构造用于在其内引导调温介质。

该解决方案在根据现有技术(其偏好于带有浇入的冷却锤(Kühlschlage)或浇入的冷却管的浇铸的导热板(文件DE 10 2008 059 967 B4))的电池壳体或其区段方面具有多样的优点。这样，浇入的管必须由具有相比上述的导热板或具有导热板的壳体的材料更高的熔点的材料构成。如果例如由铝或铝合金构成的电池壳体中浇入钢管存在如下风险，即，在这两者之间形成不利的空气封入物(Lufteinschluss)和/或出现接触腐蚀。此外，管的弯曲半径受限制，从而可能的需要的狭窄的半径在通道结构中不可实现。几何的自由度由此受限，这可引起，需要用于引入和引离调温介质的额外的接口，其又导致了电池系统的更高的重量和更高的泄漏风险。与此相对，通道结构的造型在根据本发明的壳体的情形中可自由选择，因为首先在横截面上敞开的通道结构的浇铸实现了较高的几何自由度。在零件数量以及同样泄漏风险的决定性的减少的情况下，使得描绘出通道结构在浇铸过程中的尽可能任意的走向。此外确定，带有例如浇入的钢管的电池壳体的壁厚相比在根据本发明的壳体的通道结构的情形中更高，因为除了带有1mm的管壁厚以外，通过浇铸过程决定地在管附近必须存在3到5mm的浇铸壳体的材料。由此与所谈论的电池壳体相比产生更高的重量。同时，根据前面描述的现有技术的调温系统的效率更差，因为热量不仅在冷却时而且在加热电池单格或单格模块时必须走过通过浇铸材料例如铝的更大的距离。此外，钢管具有比铝更差的导热能力。相比于根据本发明构造的壳体的通道结构，该传热系数整体上更小，其可使得额外的管线路和/或更大的管横截面必需。此外根据现有技术视调温而定可需要的是，使用较冷或较热的调温介质，由此产生提高的能量需求。与此相反，在根据本发明的壳体的通道结构的情形中使相邻的通道之间的间距最小化，由此产生在调温系数提高的情形下的材料节省、重量节省和成本节省。

从属权利要求描述了本发明的优选的改进方案或设计方案。

据此，至少一个铸件和/或至少一个遮盖元件由导热的材料构成。优选地，在此至少壳体的部分由上述的导热材料构成，其直接地或间接地经由可能的设置的热接触器件与单格模块和/或电池单格处于导热接触中。

另外优选地，至少一个铸件和/或至少一个遮盖元件由金属材料构成、例如由铝或铝合金构成，因为铝由于其特别良好的导热特性有利地支持在单格模块和/或电池单格与调温介质之间的热交换。

优选地，至少一个遮盖元件与至少一个铸件通过材料配合、尤其通过粘接或焊接流体密封地连接，由此高效地避免泄漏。在两个接合搭配件(Fügepartner)由金属材料例如铝构成的情形中，搅拌摩擦焊接(Rührreibschweißen)被证实为特别有利的接合方法。搅拌摩擦焊接方法通过以下方式出众，旋转的刀具连同尽可能耐磨损的焊接钉(Schweißstift)被使用，该焊接钉在接合期间部分地位于工件表面上并且部分地位于工件中。通过刀具相对于工件的相对运动产生摩擦热，其导致加工温度提高并且由此导致在待接合的工件材料中的屈服应力的消除。通过刀具的同时的旋转运动和进给运动，获得沿着可限定的接合线的焊接连接。

如在前面已经阐明的，至少一个遮盖元件可形成壳体的外轮廓或内轮廓或者壳体的上述外轮廓或内轮廓的区段，由此电池单格或者贴靠在铸件处或者贴靠在遮盖元件处，根据敞开的通道结构构造在铸件的哪侧上并且据此布置遮盖元件。由此开启了如下可能性，两个接合搭配件中的一个也由非金属的和/或非导热的材料、例如由塑料制造，对此然而与单格模块和/或电池单格处于接触中的接合搭配件在任何情况下都由导热材料、优选地由金属材料例如铝构造。

在本发明的深造方案(Fortbildung)中，形成的封闭的通道结构有利地如此造型，使得在单格模块和/或电池单格的根据规定的调温方面按需求引起其串联或并联。

如在上面已经实施的，在现有技术方面几何的限制在根据本发明的壳体的情形中关于通道结构的造型将不可被记录。

有利地，形成的封闭的通道结构被连入到车辆、尤其机动车的空调设备的调温介质-循环中。

本发明还涉及车辆、尤其电动车辆或混动车辆，其带有至少一个具有这样壳体的电池。

用于制造用于电池、尤其高压电池的壳体(用于保持单格模块和/或电池单格)的方法(其中该壳体至少具有壳体底部以及壳体壁部)通过以下步骤出众：

a) 提供铸件，其包括上述的壳体的至少一个区段，其中，铸件具有在横截面上看敞开的通道结构，其通过至少一个伸长的槽状的凹口形成，并且

b) 借助于至少一个遮盖元件如此遮盖至少一个槽状的凹口，使得在横截面上看封闭的通道结构构造用于在其内引导调温介质。

在该方法的改进方案中，鉴于步骤a)提供了铸件，其沟槽形地构造，单件式地包括不仅壳体底部而且壳体壁部。通过该措施，有利地减少材料耗费和装配耗费。

附图说明

接下来本发明根据在图纸中示意性地示出的实施例更详细地阐释。本发明然而不限制于该实施例，而是包括所有通过专利权利要求所限定的设计方案。其中：

图1极其示意性地示出了装备有电池的机动车，

图2示出了根据现有技术的作为电池的壳体底部起作用的导热板的截面视图，

图3示出了根据本发明构造的电池壳体的透视分解图，

图4示出了根据图3的电池壳体的壳体底部的截面视图，

图5示出了根据第一实施变型方案的上述的壳体底部的对本发明重要的铸件，并且

图6示出了根据第二实施变型方案的上述的壳体底部的对本发明重要的铸件。

具体实施方式

图1首先示出了车辆1(当前为机动车)，其带有电马达2作为驱动马达并且带有构造牵引电池的电池3。根据该实施例，由此涉及一种纯电气运行的机动车1。通过本发明一同还包括所谓的混动车辆，其除了一个或多个电马达2外还具有内燃机(未绘制地示出)。电池3具有壳体4，其通过壳体底部5、壳体壁部6和壳体盖7形成。壳体4基本上方形地构造。在壳体4内，布置且电气接通在一起有在图3中示出的单格模块8。单格模块8本身由单个的电池单格9组合而成。单格模块8支撑在壳体底部5处且借助于机械的紧固元件10、尤其借助于螺纹元件紧固在该处。单格模块8或电池单格9直接地或如当前间接地经由热接触器件11与壳体底部5处于接触中。热接触器件11可(如由图3可看出的那样)通过特别良好地导热的薄片、例如金属薄片，通过导热膏(Wärmeleitpaste)或更多诸如此类形成。

图2示出了根据现有技术的这种类型的电池壳体4的壳体底部5或底部板，其通过所谓的导热板形成。上述的导热板通过由导热的、优选地金属的材料构成的铸件12形成。在上述的铸件12中，由导热的材料构成的引导车辆空调设备的致冷剂的冷却管13利用未绘制地示出的曲折状的走向来浇铸。这样构造的导热板的缺点在开头被详细地讨论。

图3示出了根据本发明构造的电池壳体4'，其同样包括铸件12'。铸件12'根据该实施例由导热的金属材料、优选地由铝或铝合金构成。该壳体4'尤其通过以下区别于根据现有技术的壳体4，铸件12'首先具有在横截面上看敞开的通道结构14，其通过至少一个伸长的槽形的凹口15形成(尤其参看图5和6)。上述的槽形的凹口15优选地已经在制造铸件12'期间根据本身已知的浇铸方法(例如压力铸造方法、硬模铸造方法或砂型铸造方法)构造在铸件12'中。槽形的凹口15仅示范性地具有半圆形的横截面，其在上述的浇铸方法期间可简单地且成本适宜地构造。本发明然而不局限于该具体的横截面，而是包括每个合适的和单侧敞开的横截面。因此上述的横截面还可模仿多边形(未绘制地示出)。本发明也不局限于优选的制造方法，而是也包括这样的方法，在其中通道结构14或(多个)凹口15在铸件12'建完(Erstellung)后例如以切削的方式在铸件12'中构造。

根据该实施例，铸件12'可以说单件式地不仅展示了壳体底部5而且展示了壳体壁部6并且由此构造成沟槽形。首先敞开的通道结构14构造在壳体底部5的背对壳体4'的内腔的侧边上。

上述的通道结构14依赖于现有技术设置，借助于调温介质对单格模块8或电池单格9调温。对此需要的是，关闭敞开的通道结构14的还敞开的横截面。根据本发明，这借助于至少一个当前板形的遮盖元件16或遮盖板件实现。遮盖元件16根据该实施例同样由导热的金属材料、尤其由铝或铝合金构成。通过该措施构造有在横截面上看封闭的通道结构17用于在其内引导调温介质，以便可与需求相符地冷却或加热单格模块8或电池单格9(尤其参看图4)。

鉴于电池3作为车辆1或机动车的牵引电池的应用情形，形成的封闭的通道结构17连入到车辆1的空调设备的未绘制地示出的调温介质-循环中。对此通道结构17具有一个、两个或多个进口和出口18,19。上述的进口和出口18,19可如在图5和6中示出的那样构造在铸件12中或通过遮盖元件16提供(未绘制地示出)。调温介质优选地是流体，尤其气体，如二氧化碳，气体混合物，如空气，液体，如油，或由例如水和乙二醇构成的液体混合物。

在铸件12'和遮盖元件16之间的流体密封的连接优选地通过材料配合、尤其粘接或焊接引起。如已经在上面所示出的，在这样的情形中，即两个接合搭配件由金属材料、如铝或铝合金构成，则搅拌摩擦焊接被证实为特别有利。

图5和6就此而言示出了在铸件12'上直接相邻于(多个)敞开的通道结构14或(多个)最后得出的封闭的通道结构17的接合区域20。为了更好的识别，上述的接合区域20在图5和6中设有交叉的阴影线。由此产生，遮盖元件16不必遮盖铸件12的整个的面，而是还可如此确定尺寸，使得直接地相邻于(多个)通道结构14或17仅仅包括上述的接合区域20。遮盖元件16可据此具有比壳体底部5更小的尺寸，由此可产生材料节省和重量节省。

已经证实了，在对比地观察现有技术和所谈论的根据本发明的解决方案时，根据现有技术作为铸件12构造的且形成壳体底部5的壳体4的导热板的壁厚“s₁”(图2)大于根据本发明的壳体4'的壳体底部5的壁厚“s₂”(图4)。因此根据现有技术的壁厚“s₁”为15mm(图2)并且由在冷却管13的两侧各5mm的浇铸材料、由1mm的管壁部以及由8mm的冷却管13的内直径得出。与此相对，根据本发明的壳体4'的壳体底部5在相对于现有技术可对照的调温功率的情形中具有12mm的壁厚“s₂”，其由4mm的仅仅在敞开的通道结构14的一侧上布置的浇铸材料经由当前在横截面上看半圆的槽形的凹口15、由6mm的槽形的凹口15的半径和2mm的遮盖元件16或盖板件的材料厚度得出。也就是说，根据现有技术，相比于在根据本发明的通道结构14,17的情况中，需要远远更多的包围冷却管13的浇铸材料。

根据本发明的解决方案在现有技术方面除了材料节省和重量节省外此外还展现出构造空间优点。这尤其由事实产生，在使用嵌入在铸件12中的冷却管13时和尤其在其曲折形地布置在铸件12中时记录了在最小的半径的构造方面的极限。这样的限制在带有在铸件12'中集成构造的通道结构14,17的根据本发明的壳体4'的方面不必被记录。

图5和6示范性地示出了壳体底部5的铸件12'的敞开的通道结构14的构造的两种变型方案。因此，图5示出了通道结构14，其在其利用调温介质的封闭和供料之后可以说描绘了待调温的单格模块8或电池单格9的串联，通过当前构造有两个以槽状的凹口15的形式的连续的通道，其曲折形布置地分别从进口18延伸至出口19，由此依次引起单格模块8的调温。串联的冷却系统根据该实施例根据对流原理(Gegenlaufprinzip)工作，以便实现壳体温度的较好的均匀性。也就是说，由此创造两个循环，其对流地通流(参看方向箭头)。在介质中，由此在相应的单格模块8下得出均匀的温度分布，而在此没有获得通过已经被加热的冷却媒介所引起的梯度。

与此相对，图6示出了通道结构14，其可以说描绘了待调温的单格模块8或电池单格9的并联，通过首先不仅对于进口18而且对于出口19已构造/构造聚集通道14a,14b，在其之间每个关联的单格模块8延伸有多个、根据该实施例各四个彼此平行伸延的调温通道14c。该变型方案具有如下优点，全部的单格模块8经历尽可能统一的调温。

根据该实施例，敞开的通道结构14形成在电池底部5的背对壳体4'的内腔的侧边上并且为了构造封闭的通道结构17由此从外部借助于遮盖元件16流体密封地被遮盖。本发明然而不局限于该具体的实施例，而是还包括未绘制地示出的实施方式，在其中敞开的通道结构14形成在电池底部5的面向壳体4'的内腔的侧边上并且为了构造封闭的通道结构17由此从内部借助于遮盖元件16流体密封地遮盖。

此外，通道结构14或17不局限于壳体底部5，而是可不仅单独地而且与壳体底部5组合地还设置在壳体壁部6处。在上述的组合的情形中，实现了进一步改善的或更高效的调温。在此，可针对壳体底部5和壳体壁部6设置单独的进口18和出口19，或者通道结构14或17彼此流动技术上相连接且具有共同的进口18和出口19(未绘制地示出)。

存在这样的可能性且通过本发明据此一同包括，将壳体盖7一同包括到上述的调温中。这通常在环绕的密封器件21、尤其环形密封部或/或粘接剂的情况下，放置在壳体壁部6的自由的端侧22上并且如有可能凭借机械的紧固元件如螺纹件与壳体壁部6流体密封地连接。如果壳体盖7同样构造成带有根据本发明的封闭的通道结构17，其可例如至少连入到壳体壁部6的通道结构17中。与此相对，壳体盖7关于其调温功能还可构造成自给自足的且由此具有自身的进口18和出口19(未绘制地示出)。

该在上文中描述的实施例此外合乎于铸件12'，其沟槽形地构造且单件式地不仅包括壳体底部5而且包括壳体壁部6。壳体底部5还可与壳体壁部6或其壁部部分(Wandungsteile)分离地构造且根据浇铸方法制造。在该情形中，壳体底部5在后接的装配方法中与壳体壁部6配套。遮盖元件16在此可在上述的配套之前或之后安置在涉及的铸件12'处(未绘制地示出)。

此外，在上文中描述的实施例合乎于金属的铸件12'以及与其流体密封地连接的金属的遮盖元件16。如之前已实施的，该一个遮盖元件16可形成壳体4'的外轮廓或内轮廓或者壳体4'的上述的外轮廓或内轮廓的区段，由此单格模块8或电池单格9或者与铸件4'或者与遮盖元件16直接地或间接地经由上述的接触器件11处于导热接触中，根据敞开的通道结构14构造在铸件12'的哪侧上并且因此布置遮盖元件16。由此开启了如下可能性，或者铸件12'或者遮盖元件16由非金属的和/或不导热或不足够导热的材料、例如由塑料制造，其由此通过本发明同样一同被包括。与单格模块8或电池单格9处于导热接触中的接合搭配件然而在此在各种情形中由导热材料、尤其由金属材料、例如由铝或铝合金制成。

一种优选的设计方案(未示出)设置成，在车辆1内如此布置多个电池3，使得封闭的通道结构17处于至少两个电池3之间并且用于贴靠的和位于封闭的通道结构17处的电池3的调温。

参考符号列表

1 车辆

2 电马达

3 电池

4 壳体

4' 壳体

5 壳体底部

6 壳体壁部

7 壳体盖

8 单格模块

9 电池单格

10 紧固元件

11 接触器件

12 铸件

12' 铸件

13 冷却管

14 敞开的通道结构

14a 聚集通道

14b 聚集通道

14c 调温通道

15 凹口

16 遮盖元件

17 封闭的通道结构

18 进口

19 出口

20 接合区域

21 密封器件

22 端侧(壳体壁部6)。

Claims

1.一种用于电池(3)、尤其高压电池(3)的壳体(4')，用于保持单格模块(8)和/或电池单格(9)，至少具有壳体底部(5)以及壳体壁部(6)，其中，上述的壳体(4')的至少一个区段包括铸件(12')，其特征在于，所述铸件(12')具有在横截面上看敞开的通道结构(14)，其通过至少一个伸长的槽状的凹口(15)形成，其中，所述槽状的凹口(15)借助于至少一个遮盖元件(16)如此地遮盖，使得在横截面上看封闭的通道结构(17)构造成用于在其内引导调温介质。

2.根据权利要求1所述的壳体(4')，其特征在于，所述至少一个铸件(12')和/或所述至少一个遮盖元件(16)由导热的材料构成。

3.根据权利要求2所述的壳体(4')，其特征在于，所述至少一个铸件(12')和/或所述至少一个遮盖元件(16)由金属材料构成。

4.根据权利要求3所述的壳体(4')，其特征在于，所述至少一个遮盖元件(16)与所述至少一个铸件(12')通过材料配合流体密封地连接。

5.根据权利要求1到4中任一项所述的壳体(4')，其特征在于，所述至少一个遮盖元件(16)形成所述壳体(4')的外轮廓或内轮廓或所述壳体(4')的上述外轮廓或内轮廓的区段。

6.根据权利要求1到5中任一项所述的壳体(4')，其特征在于，所述形成的封闭的通道结构(17)如此造型，使得在所述单格模块(8)和/或电池单格(9)的根据规定的调温方面促使其串联或并联。

7.根据权利要求1到6中任一项所述的壳体(4')，其特征在于，所述形成的封闭的通道结构(17)连入到车辆(1)的空调设备的调温介质-循环中。

8.一种车辆(1)，尤其电动车辆或混动车辆，带有至少一个、具有根据权利要求1到7中任一项所述的壳体(4')的电池(3)。

9. 一种用于制造用于电池(3)、尤其高压电池(3)的壳体(4')的方法，其用于保持单格模块(8)和/或电池单格(9)，其中，所述壳体(4')至少具有壳体底部(5)以及壳体壁部(6)，其特征在于以下步骤：

a) 提供铸件(12')，其包括上述的壳体(4')的至少一个区段，其中，所述铸件(12')具有在横截面上看敞开的通道结构(14)，其通过至少一个伸长的槽状的凹口(15)形成，并且

b) 借助于至少一个遮盖元件(16)如此遮盖至少一个槽状的凹口(15)，使得在横截面上看封闭的通道结构(17)构造用于在其内引导调温介质。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在步骤a)方面提供铸件(12')，其构造成沟槽形单件式地包括不仅所述壳体底部(5)而且所述壳体壁部(6)。