CN109659643B - 电池组电池模块、二次电池组以及机动车 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电池组电池模块、二次电池组以及机动车。本发明涉及电池组电池模块、尤其是用于布置在机动车中的电池组电池模块、二次电池组以及机动车，尤其是载客车、例如具有电驱动装置或混合动力驱动装置的载客车。提供了一种电池组电池模块（10）、尤其是用于布置在机动车中的电池组电池模块（10）。该电池组电池模块包括至少两个电池组电池（12）以及至少一个导热元件（20），该导热元件使至少两个以及尤其是所有电池组电池（12）相互热连接。因此，在第一电池组电池（121）中的温度（30）提高的情况下，可以借助于该导热元件（20）将热量转移到至少一个其它的电池组电池（122）。该导热元件（20）是导热管。

Description

电池组电池模块、二次电池组以及机动车
技术领域
本发明涉及电池组电池模块、尤其是用于布置在机动车中的电池组电池模块、二次电池组以及机动车，尤其是载客车、例如具有电驱动装置或混合动力驱动装置的载客车。
背景技术
在机动车的电气化的过程中，电驱动车辆的份额持续增长。电池组技术的进步以及随之而来的在电池组中的高能量密度能够实现装备这些电池组的车辆的航程增加。机动车的驱动电池组经常被实施为锂离子二次电池组，所述锂离子二次电池组也被称作锂离子蓄电池。另一方面，高能量密度与风险相关联。
电池组电池的故障，例如由于机械应力（例如由于碰撞引起的机械应力）或者由于在电池组电池中的短路（比如由于制造错误引起的在电池组电池中的短路）造成的故障都可能导致过热。外部供热、电池组的过度充电、超过容许的电池电压或电池组的深度放电也可能导致过热。
在最坏的情况下，这导致所谓的热失控，也被称作thermal runaway或者thermische Propagation（热传播）。这描述了一种循环，其中由于不符合期望的、产生热的化学反应而使电池组中的温度提高，而且这又导致反应速度的提高。结果是，可能发生电池组的燃烧或爆炸。
存在不同的安全设计，用来限制或防止热失控。在此，一些解决方案减少了过热的电池组电池到其它电池组电池上的热传播，比如通过彼此相邻的电池组电池的热绝缘而减少了过热的电池组电池到其它电池组电池上的热传播。这可以借助于绝缘元件或者借助于空气隙来实现。以这种方式可以防止电池组电池的过热蔓延到相邻的电池组电池上，这至少可以延迟热失控。
在图1中示出了从现有技术公知的电池组电池模块10。该电池组电池模块10包括多个并排布置的电池组电池12。电池组电池12中的每个电池组电池在其上侧都分别具有两个电接触部14，借助所述两个电接触部，该电池组电池能连接到电流源或耗电器上，用来进行充电或放电。在第一电池组电池121中，例如由于第一电池组电池121的机械应力，存在着被提高的温度30。这也被称作故障事件。
能看到：在第一电池组电池121与相邻地布置的其它电池组电池122之间布置有绝缘元件，这些绝缘元件被设立用于减少热传递，尤其是被设立用于使相应的电池组电池121、122相互热绝缘。在示意图1中，为了提高清楚性，绝缘元件40只布置在第一电池组电池121两侧。然而，这些绝缘元件通常布置在相邻的电池组电池12的所有对之间。
表现出：第一电池组121的被提高的温度30部分地被传递到相邻的其它电池组电池122上，在所述相邻的其它电池组电池122中，同样能记载象征性地示出的温度升高32。到相邻的电池组电池122上的热传播34作为箭头来示出。在此，绝缘元件40防止温度的完全均衡并且因此防止更大的热炉或火炉的形成。
一个可替换的解决方案是电池组电池与导热并且在外部冷却的用于冷却整个二次电池组的底板的热连接。以这种方式可以冷却所有电池组电池。比如公知的是主动冷却，其中借助于循环冷却剂将积累在电池组电池上的热量向外转移。该解决方案例如也适合于将在电池组充电或放电时积累的废热运走。
DE 10 2011 103 965 A1公开了一种具有多个布置在电池外壳中的单电池的电化学电池组。在这些单电池之间，分别布置有至少一个限位器，用于调整在处于单电池上的极接触部之间的所限定的距离。这些单电池借助于导热板导热地相互连接，而且这些限位器被构造为导热元件并且与导热板导热地连接，使得在运行期间积累的废热可以被传递到导热板上。导热板具有冷却通道，使得废热可以借助于要布置在其中的冷却剂运走。为了进一步改善限位器与导热板之间的热传递，可以将导热装置集成到限位器中，诸如冷却片、冷却条或散热导管（Heatpipe）。
发明内容
本发明的任务是提供一种电池组电池模块、一种二次电池组和一种机动车，在所述电池组电池模块、二次电池组和机动车中，为了提高安全性，可以以简单并且特别高效的方式使热量从电池组电池中散发出。
该任务通过按照本发明提供的电池组电池模块二次电池组和机动车来解决。
本发明的第一方面是电池组电池模块、尤其是用于布置在机动车中的电池组电池模块。该电池组电池模块包括至少两个电池组电池以及至少一个导热元件，该导热元件使至少两个以及尤其是所有电池组电池相互热连接。该电池组电池模块被设立为：在第一电池组电池中的温度提高的情况下，将热量转移到至少一个其它的电池组电池。该导热元件是导热管。所述导热管是严密密封的体积，在所述严密密封的体积中包含有工作介质，该工作介质部分为液相和部分为气相，其中所述导热管被设计为使得要从所述第一电池组电池运走的热量能在该导热管的汽化区被加入到液相中并且在此使该液相汽化，其中由所述汽化实现局部的压力升高，并且在气态下所述工作介质被转移到所述导热管的液化区并且在那里液化。在电池组电池中的温度提高的情况下，所述导热管的热连接到该电池组电池上的区域用作汽化区，而仅将该导热管的所有热连接到其它电池组电池上的区域用作液化区。
电池组电池尤其是二次电池组电池，诸如锂离子电池。第一电池组电池可以是该电池组电池模块中的任何任意的电池组电池。
导热元件使电池组电池相互热连接，因此提供了导热连接。转移热量是指传导热量，使得在第一电池组电池中的温度提高时，该热量至少可以部分地被转移到所述至少一个其它的电池组电池。该电池组电池模块尤其包括多个电池组电池，所述多个电池组电池的合计的热容量能像缓冲器那样来使用。以这种方式，防止了单个电池的过热。以这种方式，可以防止电池的温度的升高和/或可以降低该电池的被提高的温度。
导热管是严密密封的体积，在所述严密密封的体积中包含有工作介质，部分为液相而部分为气相。该导热管被设计为使得要从热源、比如电池组电池运走的热量可以在该导热管的汽化区被加入到液相中并且在此使该液相汽化。由于所述汽化，实现了局部的压力升高。在气态下，工作介质被转移到导热管的液化区并且在那里液化。气态工作介质的转移尤其是由于所形成的压力差而实现。液化区变热并且热量可以从导热管中释放。紧接着，重新液化的工作介质转移回到汽化区。在两相温差环流系统中，这例如借助于重力来实现，其中汽化区必须在地面的重力场中布置得低于液化区。
通常，导热元件连接到所有电池组电池上。因此，在电池组电池中的温度提高的情况下，导热管的热连接到该电池组电池上的区域用作汽化区，而该导热管的所有热连接到其它电池组电池上的区域用作液化区。
在常规使用的情况下，导热管在汽化区与液化区之间只具有微小的压力差和温度差。结果是，热传递非常快速和高效地进行；可以实现高的热流密度。
导热管不一定具有圆形横截面，该导热管其实可具有任意的形状或任意的横截面。扁平的结构形状尤其是可能的。导热管的外部材料例如可以是铜或者钢。也可以使用能切换的导热管，该能切换的导热管能关于其导热特性方面被影响。
通常，导热元件、即导热管从外部导热地连接到电池组电池的外壁上。为了使热转移最大以及借此尽可能快地转移可能迅速升高的所释放的热量，在电池组电池与导热元件之间的尽可能大的换热面积是有利的。导热元件还应与电池组电池的内部或与这些电池组电池的电接线端子电绝缘。
例如在有故障时、比如在有机械应力、外部供热或电池组电池中的结构性故障时，出现在第一电池组电池中的温度提高。可能发生在电池组电池中的温度迅速升高。由于导热管的有利的特性，该导热管适合于将积累的热量特别快地从其出现的地点转移走并且因此利用所有电池的总热容量。因此可以防止：有故障的电池组电池被加热直至高于临界温度，从该临界温度开始，发生外壳的释气、燃烧和/或熔化。这样，可以以简单的方式以及非常迅速并且高效地抑制热失控。该电池组电池模块的安全性显著提高。
该电池组电池模块的设计方案的特点在于：该电池组电池模块包括至少两个导热元件，所述至少两个导热元件分别使至少两个电池组电池相互热连接。
在另一设计方案中，导热管具有毛细管，用于借助于毛细力来转移液相。
在该设计方案中，借助于毛细作用来将液态工作介质从导热管的液化区转移到该导热管的汽化区。换言之，该导热管是所谓的散热导管。
该设计方案带来如下优点：在不施加外力的情况下并且在关于导热元件在地面的重力场中的取向方面没有限制的情况下，就确保了导热元件的工作原理。
该电池组电池模块的另一设计方案的特点在于：该电池组电池模块具有至少一个绝缘元件，该绝缘元件为了减少热传递而布置在两个相邻的电池组电池之间。
因此，可以减少每个电池组电池到至少一个相邻的电池组电池上的热传递。尤其是，在所有相邻的电池组电池之间分别布置有绝缘元件。这些绝缘元件用于减少电池组电池到尤其是所有相邻的电池组电池中的热传递或用于各个电池组电池的热绝缘。例如，这些绝缘元件可以作为热绝缘层布置在相应的电池组电池之间。例如，可以将泡沫塑料、云母箔或碳纤维增强塑料用作绝缘元件。
在电池组电池中的被提高的温度的情况下或在电池组电池中的温度提高的情况下，以这种方式可以防止：可能临界的高温被传播到相邻的电池组电池上。这样，防止了热炉的形成。同时，在所有电池组电池中的温度均匀地提高了微小的数值，因为热量借助于导热元件分布到所有电池组电池上。
该设计方案带来如下优点：该电池组电池模块的安全性进一步提高。
该电池组电池模块的另一设计方案的特点在于：有力作用于导热元件，使得该导热元件的至少一个区域被压到电池组电池上或持续地贴靠在该电池组电池上。
换言之，至少一个电池组电池和/或该导热元件被布置和设计为使得在该电池组电池与该导热元件之间实现持续起作用的力。借助于该力，该导热元件的至少一个区域和该电池组电池为了确保热连接而被压到彼此上。例如，以这种方式可以增加用于换热或能用于换热的面积。
尤其是，该导热元件被压到电池组电池的外壁上或至少一个电池组电池的外壁被压到该导热元件上。通过该设计方案，确保或改善了电池组电池与导热元件之间的热连接或热传递。借助于该力，也可以防止空隙的形成，该空隙比如可能会由构件容差造成地出现而且可能会妨碍热传递。尤其是，该力这样起作用，使得导热元件被压到所有电池组电池上。
该设计方案带来如下优点：在电池组电池与导热元件之间实现了持续的并且可靠的接触。
在该电池组电池模块的另一设计方案中，至少一个导热元件具有蜿蜒曲折形的走向。在此，该导热元件使至少一个电池组电池以及尤其是所有电池组电池与沿着该导热元件的走向的多个不同的区段接触，从而实现相应的热连接。
该蜿蜒曲折形的走向可以成形为圆的或有角的。例如，导热元件的第一区段接触第一电池组电池。沿着该导热元件的蜿蜒曲折形的走向布置在第一区段旁边的第二区段接触第二电池组电池，等等。在该导热元件的例如U形的转向之后，该导热元件的另一区段又接触第二电池组电池。
该导热元件使电池组电池与至少两个不同的区段接触。该导热元件具有弯曲的走向。
该设计方案带来如下优点：只用一个导热管就能实现特别高的热转移。
该电池组电池模块可具有外壳区段或外壳，用于至少局部地包裹电池组电池。在此，至少一个导热元件布置在外壳区段或者外壳中或布置在外壳区段或者外壳上。
外壳区段或外壳可用于保护或包裹该电池组电池模块和/或被设立用于吸收力。该外壳区段或外壳例如可以是或包括壁元件，诸如侧板。该导热元件可以由外壳区段或外壳紧固或定位，或集成到该外壳区段或外壳中。该导热元件可与该外壳区段或外壳固定连接或能固定连接。
该设计方案带来如下优点：简化了安装，因为不需要对导热元件进行单独的定位或固定。
通常，该电池组电池模块包括多个电池组电池，所述电池组电池布置在封闭外壳中。该封闭外壳能定位和固定在机动车上的电池组模块容纳部中。该导热元件可布置在外壳上，例如布置在该外壳的壁中或布置在该外壳的壁上。可以实现这一点，使得该导热元件持续地压到至少一个电池组电池上。
该电池组电池模块的设计方案的特点在于：该电池组电池模块具有底部元件，用于对电池组电池进行至少局部的机械支撑和/或包裹。在此，至少一个导热元件布置在底部元件中或布置在底部元件上。该底部元件尤其包括散热元件，用于使电池组电池的热量向外散发。
底部元件可以是外壳区段或外壳的组成部分，该底部元件也称作底板。该底部元件可以被设计为冷却板，该冷却板被设立用于：将在充电或放电时积累在所有电池组电池中的热量向外排出或主动地冷却在充电或放电时积累在所有电池组电池中的热量。可替换地或附加地，该底部元件可用于对电池组电池进行机械支撑。
该导热元件可以集成到该底部元件中或与该底部元件固定连接或能固定连接。
该设计方案的优点是：现有的底部元件由于导热元件的布局而得到附加的利用。这里也简化了安装，因为不需要单独地紧固或定位该导热元件。
该电池组电池模块的设计方案的特点在于：该电池组电池模块具有用于容纳冷却剂的冷却装置，其中该冷却装置为了散发热量的目的而与至少一个电池组电池以及尤其是所有电池组电池热连接。
除了各个电池组电池借助于该导热元件的热连接之外，还可以布置冷却装置，该冷却装置使一个或多个电池组电池、通常所有电池组电池冷却。
在另一设计方案中，该电池组电池模块具有用于容纳冷却剂的冷却装置，其中至少一个导热元件与该冷却装置热连接和/或以流体技术连接。因此，在第一电池组电池中的温度提高的情况下，可以借助于冷却剂将热量从第一电池组电池中转移走。在此，该冷却装置也可以被设计为加热装置，以便在环境温度低时为了高效并且安全的充电或放电的目的而对该电池组电池模块进行预热。
该冷却装置尤其具有换热器，用于将冷却剂的热量传递到介质（比如空气）和/或至少一个物体上，使得能实现从第一电池组电池中出来的尤其是持续的热流。借此，尤其可能使热量从电池组电池模块中或从二次电池组中散发出。
例如，该冷却装置和该导热元件可以布置为使得冷却剂可以逐段地环流导热管，尤其是该导热管的液化区，使得该冷却剂可以吸收导热管的热量并且必要时可以将导热管的热量从该电池组电池模块中转移走。
尤其是，该导热元件与该冷却装置热连接，使得可以特别快地在导热管之内将热量从汽化区转移到液化区，即将热量从温度提高的电池组电池中排出。
如果在导热管与冷却装置之间布置有以流体技术的连接，那么该导热管例如从电池组电池引向外部，并且在那里被设立用于释放热量。因此，该冷却装置被实施为导热元件的一部分或被实施为导热管的区段。因此，在该设计方案中，该导热元件被设计和布置为使得该导热元件被设立用于将热量从至少一个电池组电池中排出。
该导热元件用于补偿各个电池组电池之间的温度差。因此，该导热元件还提高了冷却或加热的效率。
该设计方案的优点是：该电池组电池模块的冷却装置除了公知的对电池组电池的冷却之外也能被用于使温度提高的各个电池组电池的热量散发出。
本发明的第二方面是二次电池组，该二次电池组包括至少一个按照本发明的电池组电池模块。
该电池组电池模块尤其是布置在外壳中，该外壳也被称作电池模块外壳。该二次电池组还可具有：电接线端子；冷却装置，用于冷却至少一个电池组电池；控制装置，例如用于控制充电和放电过程；和/或其它。
本发明的第三方面是机动车，尤其是载客车、例如具有电驱动装置或混合动力驱动装置的载客车。该机动车具有至少一个按照本发明的电池组电池模块和/或至少一个按照本发明的二次电池组。
就本发明而言的机动车是并非有轨的、通过马达来驱动的陆上交通工具。通常，该机动车具有电驱动马达，该电驱动马达与驱动电池组保持有效连接，该驱动电池组被设计为按照本发明的二次电池组。
附图说明
在下文，本发明依据在随附的附图中示出的示例来阐述。
其中：
图1示出了从现有技术公知的电池组电池模块的透视性示意图；以及
图2示出了按照本发明的电池组电池模块的透视性示意图。
具体实施方式
为了阐述现有技术，已经探讨了图1。
图2示出了按照本发明的电池组电池模块10。类似于图1，该电池组电池模块10包括十二个并排布置的锂离子电池组电池12，其中每个电池组电池12都在其上侧分别具有两个电接触部14，从而连接到电流源或耗电器上。这里，由于故障事件，在第一电池组电池121中也存在着被提高的温度30。
在第一电池组电池121与相邻地布置的其它电池组电池122之间又布置有绝缘元件40，这些绝缘元件被设立用于减少相应的相邻的电池组电池121、122彼此间的热传递。同样在该图示中，为了提高清楚性，只在第一电池组电池121右侧和左侧布置绝缘元件40。然而，这些绝缘元件通常布置在相邻的电池组电池12的所有对之间。
不同于在图1中示出的并且从现有技术公知的解决方案，在这里示出的电池组电池模块10中布置有三个导热元件20，所述导热元件使所有电池组电池12相互热连接。这些导热元件这里示意性地示出并且在具体的设计方案中可以布置在任意位置。
这些导热元件被设计为导热管，因此在严密密封的体积中分别包括工作介质，该工作介质部分为液相而部分为气相。在导热管的与第一电池组电池121热连接的区域（该区域这里用作汽化区）内，该工作介质汽化并且在气态下被转移到其它区域，所述其它区域这里用作液化区。在那里，该工作介质重新液化并且在此释放它所吸收的能量。该导热管这里被设计为所谓的散热导管，因此包括毛细管，用于借助于毛细力来转移工作介质的液相。借助于该毛细管，被液化的工作介质被转移回到汽化区。
表现出：第一电池组121的被提高的温度30基本上均匀地被转移到所有其它电池组电池122或分布到所述所有其它电池组电池122上。到其它电池组电池122上的热传播34作为箭头来示出。
还能看到：由于绝缘元件40，第一电池组电池121的热量到相邻的电池组电池122上的传递仅仅是不显著的。在那里象征性地示出的温度升高32明显低于图1中的温度升高32，因为在第一电池组电池121与相邻的电池组电池122之间的温度差由于所布置的导热管而只是微小的。
附图标记列表
10         电池组电池模块
12         电池组电池
121        第一电池组电池
122        其它电池组电池
14         电接触部
20         导热元件
30         被提高的温度
32         温度升高
34         热传播
40         绝缘元件

Claims (16)

1.电池组电池模块（10），所述电池组电池模块包括至少两个电池组电池（12）以及至少一个导热元件（20），所述导热元件使至少两个电池组电池（12）相互热连接，使得在第一电池组电池（121）中的温度（30）提高的情况下，能借助于所述导热元件（20）将热量转移到至少一个其它的电池组电池（122），
其特征在于，所述导热元件（20）是导热管，所述导热管是严密密封的体积，在所述严密密封的体积中包含有工作介质，该工作介质部分为液相和部分为气相，
其中所述导热管被设计为使得要从所述第一电池组电池（121）运走的热量能在该导热管的汽化区被加入到液相中并且在此使该液相汽化，
其中由所述汽化实现局部的压力升高，并且在气态下所述工作介质被转移到所述导热管的液化区并且在那里液化，以及
其中在电池组电池中的温度提高的情况下，所述导热管的热连接到该电池组电池上的区域用作汽化区，而仅将该导热管的所有热连接到其它电池组电池上的区域用作液化区。
2.根据权利要求1所述的电池组电池模块（10），其特征在于，所述电池组电池模块（10）布置在机动车中。
3.根据权利要求1所述的电池组电池模块（10），其特征在于，所述导热元件（20）使所有电池组电池（12）相互热连接。
4.根据权利要求1所述的电池组电池模块（10），其特征在于，所述导热管具有毛细管，用于借助于毛细力来转移液相。
5.根据上述权利要求1-4之一所述的电池组电池模块（10），其特征在于，所述电池组电池模块（10）具有至少一个绝缘元件（40），所述绝缘元件布置在两个相邻的电池组电池（12）之间，用来减少热传递。
6.根据上述权利要求1-4之一所述的电池组电池模块（10），其特征在于，有力作用于所述导热元件（20），使得所述导热元件（20）的至少一个区域被压到所述电池组电池（12）上或持续地贴靠在所述电池组电池（12）上。
7.根据上述权利要求1-4之一所述的电池组电池模块（10），其特征在于，至少一个导热元件（20）具有蜿蜒曲折形的走向，使得所述导热元件使至少一个电池组电池（12）与沿着所述导热元件的走向的多个不同的区段接触，从而实现相应的热连接。
8.根据权利要求7所述的电池组电池模块（10），其特征在于，至少一个导热元件（20）使所有电池组电池（12）与沿着所述导热元件的走向的多个不同的区段接触，从而实现相应的热连接。
9.根据上述权利要求1-4之一所述的电池组电池模块（10），其特征在于，所述电池组电池模块（10）具有外壳区段或外壳，用于至少局部地包裹所述电池组电池（12），其中至少一个导热元件（20）布置在所述外壳区段或外壳中或布置在所述外壳区段或外壳上。
10.根据上述权利要求1-4之一所述的电池组电池模块（10），其特征在于，所述电池组电池模块（10）具有底部元件，用于对所述电池组电池（12）进行至少局部的机械支撑和/或包裹，其中至少一个导热元件（20）布置在所述底部元件中或布置在所述底部元件上。
11.根据权利要求10所述的电池组电池模块（10），其特征在于，其中所述底部元件包括散热元件，用于使所述电池组电池（12）的热量向外散发。
12.根据上述权利要求1-4之一所述的电池组电池模块（10），其特征在于，所述电池组电池模块（10）具有用于容纳冷却剂的冷却装置，其中至少一个导热元件（20）与所述冷却装置热连接和/或以流体技术方式连接，使得在第一电池组电池（121）中的温度（30）提高的情况下，能借助于所述冷却剂将热量从所述第一电池组电池（121）中转移走。
13.二次电池组，其特征在于，所述二次电池组包括至少一个根据权利要求1-12中的至少一个所述的电池组电池模块（10）。
14.机动车，其特征在于，所述机动车具有至少一个根据权利要求1-12之一所述的电池组电池模块（10）和/或至少一个根据权利要求13所述的二次电池组。
15.根据权利要求14所述的机动车，其是载客车。
16.根据权利要求14所述的机动车，其是具有电驱动装置或混合动力驱动装置的载客车。
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