CN109326844A - 电池组模块和这种电池组模块的应用 - Google Patents

Abstract

电池组模块和这种电池组模块的应用。本发明涉及一种电池组模块，包括：至少一个电池组电池（2），尤其是锂离子电池组电池，和与所述至少一个电池组电池（2）导热连接的冷却板（3），其中在所述至少一个电池组电池（2）与所述冷却板（3）之间还布置有为了提高在所述至少一个电池组电池（2）与所述冷却板（3）之间的导热性而构造的热平衡层（4），其中所述热平衡层（4）由基础材料（5）构成并且还包括至少一个双金属促动器（6），其具有50℃的温度以上的转变温度。

Description

电池组模块和这种电池组模块的应用

技术领域

本发明从根据独立权利要求的主题的电池组模块出发。此外，本发明还涉及这种电池组模块的应用。

背景技术

从现有技术中已知，电池组模块可以由多个单个的电池组电池组成，这些电池组电池可以彼此导电地串行接线和/或并行接线。

尤其是在电驱动车辆（EV）、混合电动车辆（HEV）或者插入式混合电动车辆（PHEV）的情况下采用电池组模块，所述电池组模块包括能量密集的和大功率的锂离子电池组电池或者锂聚合物电池组电池，所述电池组模块优选具有大约上百个电池组电池，以便可以满足对行驶能力的提升的期望。

由于化学转化过程，锂离子电池组电池或者锂聚合物电池组电池尤其是在释放或者吸收电能时发热，使得为了在优选的温度范围内运行这样高性能的电池组电池此外已知的是，电池组模块可以包括调温系统，该调温系统尤其是应当负责使电池组电池不超过预先给定的温度。

在此要注意的是，锂离子电池组电池的优选温度范围大概处于5℃和35℃之间。此外，从大约40℃的运行温度起，使用寿命连续下降，由此为了满足对足够的使用寿命的要求，应当借助于调温系统使电池组电池保持在40℃以下的热不关键的状态中。此外，不同的电池组电池之间的温度差也应当不超过5开尔文。

为此，从现有技术中已知例如使用流经冷却板的流体（例如水/乙二醇混合物）的调温系统。

此外，从现有技术中已知，在这样的冷却板与电池组模块的电池组电池之间布置热平衡层，其在英文中被称为“Thermal Interface Material（热界面材料）”（TIM）。

而如果电池组电池超过了预先给定的安全关键的温度，则这可以导致电池组电池的被称为“热失控（thermal runaway）”的穿过以及导致可能与此相关联的扩散，也被称为“传播（Propagation）”，这导致相当大的安全风险。

发明内容

具有独立权利要求的特征的电池组模块提供了如下优点，即能够通过可靠的方式在电池组电池的热穿过期间提供传播保护。

为此，提供一种电池组模块，其包括至少一个电池组电池和冷却板。所述电池组电池在此尤其是锂离子电池组电池。此外，所述冷却板与所述至少一个电池组电池导热连接。在此，在所述至少一个电池组电池与所述冷却板之间还布置有热平衡层，该热平衡层为了提高在所述至少一个电池组电池与所述冷却板之间的导热性而构造。在此，所述热平衡层由基础材料构成，并且还包括至少一个双金属促动器。所述至少一个双金属促动器在此具有50℃的温度以上的转变温度。优选地，所述至少一个双金属促动器在此具有65℃的温度以上的转变温度。尤其是，所述至少一个双金属促动器在此具有80℃的温度以上的转变温度。

通过在从属权利要求中详述的措施，在独立权利要求中所说明的设备的有利的扩展和改进是可能的。

尤其是在具有高于80℃的温度的电池组电池的情况下，人们将这称为相应的电池组电池的热穿过。在此，例如通过内部短路可以引起电池温度的快速升高，由此可以加速进一步的放热反应，并且由此最终甚至相应的电池组电池能够爆炸。

因此，传播保护在此处一方面应理解为防止对超过了特定的、安全关键的温度的电池组电池进行进一步加热。该电池组电池由此可以再次转移到不关键的状态中并且防止该电池组电池的穿过。

由具有安全关键的状态的电池组电池对一电池组电池的直接或间接加热被称为热传播，并且同样带有高安全相关的风险。因此，传播保护在此处另一方面应理解为防止对与具有超过了特定的、安全关键的温度的电池组电池相邻的电池组电池进行加热。

利用电池组模块的根据本发明的实施方式，在此可以在至少一个电池组电池的热穿过的情况下通过热平衡层中断在至少一个电池组电池与冷却板之间的尤其是用于冷却所述至少一个电池组电池并且还是经优化的导热路径，从而由此可以防止经由冷却板的进一步热传导。

在此应注意的是，双金属促动器应被理解为一种金属元件，其可以在周围环境温度改变时总是在不同的形状之间来回变换。这样的变换在此在超过或低于所谓的转变温度时进行。所述不同的形状在此尤其是描述了双金属促动器的材料的膨胀或收缩也或者变形，例如双金属促动器的材料的弯曲。

在此尤其是可以定义并且期望地设定来回变换的温度以及方向。尤其是，在不同形状之间的这种来回变换被构造为可逆的过程。双金属促动器在此可以例如由材料配合地（stoffschlüssig）和/或形状配合地（formschlüssig）彼此连接的两种不同的金属材料构成，所述金属材料例如是锌和钢或钢和黄铜，其中所述两种金属材料具有不同的热膨胀系数。

有利的是，热平衡层的基础材料由电绝缘材料构成。由此可能的是，在至少一个电池组电池与冷却板之间构造定义的电绝缘。此外，热平衡层的基础材料可以这样来选择，即附加地也可以在至少一个电池组电池与冷却板之间构造足够的导热性。尤其是，热平衡层的基础材料可以例如由聚合物材料构成或者作为软膏状材料或高粘性材料构成。

适宜的是，热平衡层的基础材料可弹性和/或塑性变形。尤其是，基础材料可以是能可逆地变形的。由此可能的是，在电池组模块的运行期间对至少一个电池组电池相对于冷却板的布置中的不均匀性进行补偿。

根据本发明的一个有利的方面，所述双金属促动器布置在所述热平衡层的基础材料内。这所具有的优点是，在超过至少一个双金属促动器的转变温度（其优选处于至少一个电池组电池的安全关键的温度以下）时，所述至少一个双金属促动器改变并且优选还扩大其形状，由此可以增大至少一个电池组电池与冷却板之间的距离。由此可以在至少一个电池组电池与冷却板之间优选还构造填充空气的缝隙，从而与基础材料相比至少一个电池组电池与冷却板之间的导热性相对较强地降低。尤其是，由于0.026瓦每米•开尔文的空气具有相对较小的导热性，因此可以构造具有高热阻的局部隔热层。

有利的是，所述至少一个双金属促动器布置在所述至少一个电池组电池与所述基础材料之间，和/或所述至少一个双金属促动器布置在所述冷却板与所述基础材料之间。这所具有的优点是，在超过至少一个双金属促动器的转变温度（其优选处于至少一个电池组电池的安全关键的温度以下）时，所述至少一个双金属促动器改变并且优选还扩大其形状，由此可以增大至少一个电池组电池与冷却板之间的距离。由此可以在至少一个电池组电池与冷却板之间优选还构造填充空气的缝隙，从而与基础材料相比至少一个电池组电池与冷却板之间的导热性相对较强地降低。尤其是，由于0.026瓦每米•开尔文的空气具有较小的导热性，因此可以构造具有高热阻的局部隔热层。

根据一个优选的实施方式，所述热平衡层包括多个双金属促动器。由此可能的是，提供可靠的传播保护。

根据本发明的一个适宜的方面，所述至少一个双金属促动器被构造为，使得所述至少一个双金属促动器在转变温度以上时具有第一形状并且在转变温度以下时具有第二形状。在此，尤其是所述第一形状和所述第二形状不同。由此可能的是，在所述至少一个电池组电池超过安全关键的温度时可靠地提供传播保护。

在此处总体上还应注意到，利用根据本发明的电池组模块既可以在至少一个电池组电池与冷却板之间提供足够的导热性也可以提供可靠的传播保护。此外应注意到，在至少一个电池组电池的热穿过以及至少一个双金属促动器的转变之后，在重新低于转变温度时，所述至少一个双金属促动器可以再次回到其原来的形状，并且该过程因此可逆地被构造。

此外，本发明还涉及根据本发明的电池组模块的应用，用于尤其是在超过安全关键的温度时，防止将热量从至少一个电池组电池传输到冷却板上。

根据本发明的电池组模块既可以用于电动车辆、混合动力车辆以及插入式混合动力车辆中的电池组，也可以用在移动娱乐和通信设备中，以及可以用在静止存储器和用于医疗目的的存储器中，例如体内电池组中。

附图说明

本发明的实施例在附图中示出并且在下面的描述中详细阐述。

图1示意性示出根据本发明的具有双金属促动器的电池组模块的实施方式，以及

图2示意性示出根据本发明的具有双金属促动器的电池组模块的另一实施方式，以及

图3示意性示出双金属促动器的实施方式。

具体实施方式

图1示意性示出电池组模块1的实施方式。

电池组模块1在此包括至少一个电池组电池2，所述电池组电池2尤其是锂离子电池组电池。

此外，电池组模块1包括冷却板3。在此，冷却板3与至少一个电池组电池2导热地连接。

为了提高至少一个电池组电池2与冷却板3之间的导热性，在此在至少一个电池组电池2与冷却板3之间布置热平衡层4。

热平衡层4在此由基础材料5构成。热平衡层4的基础材料5在此优选由电绝缘材料7构成。例如，基础材料5可以由硅树脂或者环氧化物构成，并且可以附加地还包括导热的填充材料。此外，基础材料也可以由聚合物材料和/或软膏状材料或高粘性材料构成。

此外，热平衡层4的基础材料5优选构造为可弹性和/或塑性变形的。

此外，热平衡层4包括双金属促动器6。所述双金属促动器6在此具有50℃的温度以上的转变温度。优选地，所述双金属促动器6在此具有65℃的温度以上的转变温度。尤其是，双金属促动器6在此具有80℃的温度以上的转变温度。尤其是，热平衡层4可以在此包括多个双金属促动器6。

双金属促动器6在此被构造为，使得其在转变温度以上时具有第一形状61，并且在转变温度以下时具有第二形状62。在此，图1的右侧视图示出双金属促动器6的如下状态，在该状态下所述双金属促动器6构造第一形状61；而图1的左侧视图示出双金属促动器6的如下状态，在该状态下所述双金属促动器6构造第二形状62。

尤其是从图1的右侧视图与图1的左侧视图的比较中可以看出，第一形状61的体积至少像第二形状62的体积两倍那么大。

因此，左侧的视图尤其是示出了温度处于转变温度以下的状态，而右侧的视图示出了温度处于转变温度以上的状态。

在此，图1示出了电池组模块1的一种实施方式，在该实施方式中至少一个双金属促动器6布置在冷却板3与热平衡层4的基础材料5之间。

当然，在此也可能的是，至少一个双金属促动器6布置在至少一个电池组电池2与热平衡层4的基础材料5之间。

图2使出了根据本发明的电池组电池1的另一实施方式。

在此，在图2中示出的电池组电池1的唯一区别在于，至少一个双金属促动器6布置在热平衡层4的基础材料5内。

此外，从图1和图2中可以看出，在超过至少一个双金属促动器6的转变温度并且至少一个双金属促动器6以第二形状62布置时，可以构成气隙8。

在此，气隙8可以构成至少一个电池组电池2与冷却板3之间的隔热层。

图3示出了双金属促动器6的一种实施方式。

在此，在图3的左侧视图中示出具有第二形状62的双金属促动器6，而在图2的右侧视图中示出具有第一形状61的双金属促动器。

此处要注意的是，在左侧的视图中温度处于转变温度以下，而在右侧的视图中温度处于转变温度以上。

在此从图3中可以明显看出，第一形状61的形状尤其是与第二形状62的形状不同并且尤其是也构造了更大的体积。

尤其是，根据图2的双金属促动器6由材料配合地和/或形状配合地彼此连接的两种金属材料构成，其中所述金属材料具有不同的热膨胀系数。

尤其是，根据图2的双金属促动器具有第一金属材料71和第二金属材料72，它们彼此材料配合地连接。在此，第一金属材料71和第二金属材料72具有不同的热膨胀系数。

Claims (8)

1.电池组模块，包括：

至少一个电池组电池（2），尤其是锂离子电池组电池，和

与所述至少一个电池组电池（2）导热连接的冷却板（3），其中在所述至少一个电池组电池（2）与所述冷却板（3）之间还布置有为了提高在所述至少一个电池组电池（2）与所述冷却板（3）之间的导热性而构造的热平衡层（4），

其特征在于，

所述热平衡层（4）由基础材料（5）构成，并且还包括至少一个双金属促动器（6），所述至少一个双金属促动器（6）具有50℃的温度以上的转变温度，优选地具有65℃的温度以上的转变温度，并且尤其是具有80℃的温度以上的转变温度。

2.根据前述权利要求1所述的电池组模块，

其特征在于，

所述热平衡层（4）的基础材料（5）由电绝缘材料（7）构成。

3.根据前述权利要求1或2之一所述的电池组模块，

其特征在于，

所述热平衡层（4）的基础材料（5）能弹性和/或塑性变形。

4.根据前述权利要求1至3之一所述的电池组模块，

其特征在于，

所述至少一个双金属促动器（6）布置在所述基础材料（5）内。

5.根据前述权利要求1至5之一所述的电池组模块，

其特征在于，

所述至少一个双金属促动器（6）布置在所述至少一个电池组电池（2）与所述基础材料（5）之间，和/或所述至少一个双金属促动器（6）布置在所述冷却板（3）与所述基础材料（5）之间。

6.根据前述权利要求1至5之一所述的电池组模块，

其特征在于，

所述热平衡层（4）包括多个双金属促动器（6）。

7.根据前述权利要求1至6之一所述的电池组模块，

其特征在于，

所述至少一个双金属促动器（6）被构造为，使得所述至少一个双金属促动器（6）在转变温度以上时具有第一形状（61）并且在转变温度以下时具有第二形状（62），其中尤其是所述第一形状（61）和所述第二形状（62）不同。

8.根据前述权利要求1至7之一所述的电池组模块的应用，使得防止将热量从所述至少一个电池组电池（2）传输到所述冷却板（3）上。