CN110224195A

CN110224195A - 用于电池组电池和电池组模块的补偿元件

Info

Publication number: CN110224195A
Application number: CN201910151919.3A
Authority: CN
Inventors: J.霍夫曼
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2018-03-01
Filing date: 2019-02-28
Publication date: 2019-09-10
Also published as: DE102018203050A1

Abstract

本发明涉及用于电池组电池和电池组模块的补偿元件。本发明涉及一种电池组电池，其包括至少一个电极堆（12a、12b、12c、12d）和至少一个补偿元件（14a、14b、14c、14d、14e、14f），其中在所述至少一个电极堆（12a、12b、12c、12d）与所述电池组电池（10）的外壳（16）或第二电极堆（12a、12b、12c、12d）之间引入所述补偿元件（14a、14b、14c、14d、14e、14f），其中所述补偿元件（14a、14b、14c、14d、14e、14f）被设计为使得所述补偿元件（14a、14b、14c、14d、14e、14f）的厚度根据所述电池组电池（10）的充电状态和/或根据所述电池组电池（10）的老化状态来调整。

Description

用于电池组电池和电池组模块的补偿元件

技术领域

本发明涉及根据独立权利要求的前序部分所述的电池组电池、电池组模块、用于运行所述电池组电池和电池组模块的方法和设备。

背景技术

DE 10200902508 A1示出了一种电池组，该电池组由至少两个并排放置的电池组电池组成，这些电池组电池在它们之间构造有中间空隙。该中间空隙以多孔的并且可变形的补偿元件来填充，用于给这些电池组电池调温。该补偿元件具有泡沫塑料。

公知的是：泡沫塑料在一定的情况下使电池组电池在运行状态下保持在其安装位置。泡沫塑料的越来越大的尺寸导致体积效率降低。

DE 102012223562 A1示出了一种电池组，该电池组具有外壳并且具有至少两个在外壳中沿着电池组的纵向一个接一个地布置的电池组电池。可弹性变形的补偿元件压入在这些电池之间。

发明内容

本发明的出发点是具有至少一个电极堆和至少一个补偿元件的电池组电池。该电池组电池例如可以是锂离子电池组电池。该电池组电池被外壳包围，该外壳可以构造为硬壳或软壳。

按照本发明规定：在该至少一个电极堆与外壳或第二电极堆之间引入该补偿元件，其中该补偿元件的厚度取决于电池组电池的充电状态。充电状态可以通过英文术语“State of Charge （SOC）”定量地来表征。SOC值包括0%至100%的值域。例如，当SOC值为0%时，补偿元件的厚度最大。还有利的是，补偿元件的厚度取决于电极堆的老化状态。最大老化状态也被称作“End of Life （EOL）”。例如，当电池组电池达到“EoL”的状态时，补偿元件的厚度最小。优选地，电池组电池的在老化过程期间造成的膨胀通过补偿元件来补偿。补偿元件的厚度应被理解为补偿元件沿电极堆的堆叠方向的延伸。本发明的优点是：针对电池组电池，相对于电池组电池的取决于其运行状态或者老化状态的膨胀过程设置起作用的并且可靠的补偿元件。

本发明的其它有利的实施方式是从属权利要求的主题。

如果补偿元件具有弹性材料，则该补偿元件可以任意地变形。弹性材料例如可以是弹性体、尤其是橡胶。通过这种补偿元件可以有效地对膨胀进行补偿，该膨胀在充电过程期间周期性地并且随着电池组电池的不断老化而出现。由此，能避免电极堆在运输期间或者在运行时的磨损或损坏。还可以通过经优化的压力来有利地影响电池的老化特性。

例如规定：补偿元件以空心体的形式加载有冷却剂。冷却剂例如可以以液体或气体、优选地液体的形式来设置。经此，能够有利地实现对电池组电池的有效的并且非常快速的冷却。因此，有效地保护电池组电池以防电极堆在运行状态下的过热。

按照本发明的另一方面规定：一个电池组模块由至少两个电池组电池和至少一个补偿元件构成，在至少一个电池组电池与该电池组模块的外壳或第二电池组电池之间引入该补偿元件。该补偿元件被设计为使得补偿元件的厚度取决于电池组电池的充电状态。还有利的是：补偿元件的厚度取决于电池组电池的老化状态。补偿元件优选地可以使电池组电池在运输或运行状态期间固定在其安装位置。可设想的是，设置在电池组模块中的补偿元件类似于上面描述的在至少一个电池组电池中的补偿元件地来实施。因此，在电池组模块中的电池组电池可以设计得有补偿元件或者没有补偿元件。

本发明也涉及一种用于运行按照本发明的电池组电池的方法。在该方法期间，确定电池组电池的充电状态，而且根据所确定的充电状态来调整补偿元件的厚度。然而，也可设想的是：确定电池组电池的老化状态并且根据所确定的老化状态来调整补偿元件的厚度。例如可以通过多个压力传感器来确定充电状态，所述多个压力传感器优选地在至少一个电极堆与补偿元件或外壳之间被引入。如果按照本发明的电池组在充电过程开始之前具有为0%的SOC值，则补偿元件例如可以以冷却液体来充满。由此，补偿元件沿电极堆的堆叠方向的厚度可以最大。如果一个或多个电极堆在充电过程期间膨胀，则由于膨胀而产生的压力被施加到压力传感器上。由此，这些压力传感器例如被激活。优选地，这些压力传感器可以与连接在外部的设备、尤其是电子控制器电连接，该电子控制器还与泵接通。有利地，通过泵可以操控将冷却液体填充在补偿元件中或者抽走在补偿元件中的冷却液体，使得通过泵可以改变补偿元件的厚度。还规定：补偿元件的厚度取决于补偿元件的老化状态。因此，通过抽走在补偿元件中的冷却液体可以有效地补偿电极堆在老化过程中的膨胀。

本发明还涉及按照本发明的电池组电池或按照本发明的电池组模块在电动车辆中、在混合动力车辆中或者在插电式混合动力车辆中的应用。

附图说明

在附图中，本发明的实施例示例性地示出并且依据随后的附图说明进一步予以阐述。

图1a、1b示出了按照本发明的实施方式的电池组电池（图1a）和补偿元件（图1b）的示意图；

图2a、2c示出了按照图1a的示例性的电池组电池在最大充电状态（图2a）下和在最小充电状态（图2c）下的示意图；

图2b、2d示出了厚度最小（图2b）和厚度最大（图2d）的示例性的补偿元件的示意图；

图3示出了按照本发明的实施方式的电池组模块的示意图；而

图4示出了按照本发明的用于运行按照本发明的电池组电池或按照本发明的电池组模块的方法的示例性的过程简图。

具体实施方式

在这些附图中，相同或同类的组件用相同的附图标记来表示。

在图1a中示出的电池组电池10具有第一电极堆12a、第二电极堆12b、在图1b中示出的具有容纳孔20a、20b、20c的补偿元件14a、14b、14c以及外壳16。优选地，电池组电池10具有棱柱形，其中本领域技术人员当然也可以设置其它合理的外壳形状。补偿元件14a、14b、14c示例性地被引入在外壳16与第一电极堆12a之间、在第一电极堆12a与第二电极堆12b之间以及在第二电极堆12b与外壳16之间。在此，电极堆和补偿元件的数目都是可变的。补偿元件14a、14b、14c示例性地具有橡胶材料和可变形的形状。为了获得在充电过程期间或者在运行状态下有效的并且尽可能快的冷却，补偿元件14a、14b、14c优选地被加载冷却剂。该冷却剂示例性地通过连接在外壳16之外的泵15来实现。泵15示例性地通过连接孔18借助于相应的软管19a、19b、19c与容纳孔20a、20b、20c连接。由此，该冷却剂可以通过软管被导入到补偿元件14a、14b、14c中或者从补偿元件14a、14b、14c中被排出。此外，设备17可以与泵15电连接。

按照图1的电池组电池10的工作原理在图2a和图2c中示例性地示出。在图2a中示意性示出的电池组电池10具有：两个电极堆12c、12d；在图2b中示出的具有容纳孔20d、20e、20f的补偿元件14d、14e、14f；以及具有连接孔18的外壳16。在图2a中示例性示出的电极堆12c、12d具有最大充电状态。在此，电极堆12c、12d的厚度相对应地沿堆叠方向最大。与此相应地，在图2b中示出的补偿元件14d、14e、14f沿堆叠方向具有最小厚度。在图2c中示意性示出的电池组电池10具有：两个电极堆12c、12d；在图2d中示出的具有容纳孔20d、20e、20f的补偿元件14d、14e、14f；以及具有连接孔18的外壳16。在放电过程期间，在图2a中示出的电极堆12c、12d的厚度减小。放完电的电极堆12c、12d沿堆叠方向具有最小厚度。在电池组电池10中在此空出来的结构空间通过补偿元件14d、14e、14f的膨胀来补偿。否则，电极堆12c、12d可能会在电池组电池10中空出来的结构空间中例如在运输期间被移动或者由于相对外壳16或相互间的碰撞而被损坏。补偿元件14d、14e、14f的膨胀可以示例性地通过给补偿元件14d、14e、14f填充冷却液体来实现。该填充可以优选地通过软管22a、22b、22c利用连接在外部的泵15来执行。泵15可以优选地通过设备17来电操控。补偿元件14d、14e、14f可以优选地借助于软管22a、22b、22c通过容纳孔20d、20e、20f和连接孔18来与连接在外部的泵15连接。冷却液体例如可以通过软管22a、22b、22c泵入到补偿元件14d、14e、14f中。

按照图3，电池组模块30具有：至少两个电池组电池32a、32b；具有容纳孔40a、40b、40c的补偿元件34a、34b、34c；以及具有连接孔38的外壳36。补偿元件34a、34b、34c被引入在电池组电池32a、32b之间或者被引入在电池组电池32a、32b中的各一个电池组电池与外壳36之间。例如，当电池组电池32a、32b没有被充电时，补偿元件34a、34b、34c沿堆叠方向的厚度由于充满冷却液体而最大。在充电过程期间，电池组电池32a、32b开始沿横向膨胀。补偿元件34a、34b、34c的厚度可以示例性地通过抽走冷却液体而减小。例如，当电池组电池32a、32b被充满电时，补偿元件34a、34b、34c的厚度最小。

图4示出了用于运行按照本发明的电池组电池10或按照本发明的电池组模块30的具有步骤A和B的方法。方法步骤A描述了其中确定电池组电池10或电池组模块30的充电状态的方法。接着，在电池组电池10中的补偿元件14a、14b、14c或在电池组模块30中的补偿元件34a、34b、34c的厚度在步骤B中依据电池组电池10或电池组模块30的所确定的充电状态来调整。替选地或附加地，在方法步骤A中可以确定电池组电池10或电池组模块30的老化状态。接着，在电池组电池10中的补偿元件14a、14b、14c或在电池组模块30中的补偿元件34a、34b、34c的厚度在步骤B中依据电池组电池10或电池组模块30的所确定的老化状态来调整。老化状态例如通过所测量到的容量与额定容量的比例来定义。对于电池组电池10或电池组模块30来说，该比例在电池组电池10或电池组模块30老化之前可以为直至1或100%。优选地，可以在电池组电池10或电池组模块30的起动开始时测量额定容量。

Claims

1.一种电池组电池，所述电池组电池包括至少一个电极堆（12a、12b、12c、12d）和至少一个补偿元件（14a、14b、14c、14d、14e、14f），

其特征在于，

在所述至少一个电极堆（12a、12b、12c、12d）与所述电池组电池（10）的外壳（16）或第二电极堆（12a、12b、12c、12d）之间引入所述补偿元件（14a、14b、14c、14d、14e、14f），其中所述补偿元件（14a、14b、14c、14d、14e、14f）被设计为使得所述补偿元件（14a、14b、14c、14d、14e、14f）的厚度根据所述电池组电池（10）的充电状态和/或根据所述电池组电池（10）的老化状态来调整。

2.根据权利要求1所述的电池组电池，

其特征在于，

所述补偿元件（14a、14b、14c、14d、14e、14f）具有弹性材料。

3.根据权利要求1至2之一所述的电池组电池，

其特征在于，

当所述充电状态最大时，所述补偿元件（14a、14b、14c、14d、14e、14f）的厚度最小。

4.根据权利要求1至3之一所述的电池组电池，

其特征在于，

当所述充电状态最小时，所述补偿元件（14a、14b、14c、14d、14e、14f）的厚度最大。

5.根据权利要求1至4之一所述的电池组电池，

其特征在于，

所述补偿元件（14a、14b、14c、14d、14e、14f）加载有冷却剂、以液体或气体的形式的冷却剂。

6.根据权利要求1至5之一所述的电池组电池，

其特征在于，

所述补偿元件（14a、14b、14c、14d、14e、14f）具有纵向和横向，其中所述补偿元件（14a、14b、14c、14d、14e、14f）被设计为使得所述补偿元件（14a、14b、14c、14d、14e、14f）的厚度仅仅沿横向来调整。

7.一种电池组模块，所述电池组模块包括至少两个电池组电池（32a、32b）和至少一个补偿元件（34a、34b、34c），

其中在至少一个电池组电池（32a、32b）与所述电池组模块（30）的外壳（36）或第二电池组电池（32a、32b）之间引入所述补偿元件（34a、34b、34c），

其特征在于，

所述补偿元件（34a、34b、34c）被设计为使得所述补偿元件（34a、34b、34c）的厚度根据所述电池组电池（32a、32b）的充电状态和/或根据所述电池组电池（32a、32b）的老化状态来调整。

8.一种用于运行电池组电池的方法，所述电池组电池包括至少一个电极堆（12a、12b、12c、12d）和至少一个补偿元件（14a、14b、14c、14d、14e、14f），其中在所述至少一个电极堆（12a、12b、12c、12d）与外壳（16）或第二电极堆（12a、12b、12c、12d）之间引入所述补偿元件（14a、14b、14c、14d、14e、14f），所述方法包括如下步骤：

A) 确定所述电池组电池（10）的充电状态和/或老化状态；

B) 根据所述电池组电池（10）的充电状态和/或老化状态来调整所述补偿元件（14a、14b、14c、14d、14e、14f）的厚度。

9.一种用于运行电池组模块的方法，所述电池组模块包括至少两个电池组电池（32a、32b）和至少一个补偿元件（34a、34b、34c），在至少一个电池组电池（32a、32b）与所述电池组模块（30）的外壳（36）或第二电池组电池（32a、32b）之间引入所述补偿元件（34a、34b、34c），所述方法包括如下步骤：

A) 确定所述电池组电池（32a、32b）的充电状态和/或老化状态；

B) 根据所述电池组电池（32a、32b）的充电状态和/或老化状态来调整所述补偿元件（34a、34b、34c）的厚度。

10.一种用于运行电池组电池的设备，所述设备包括至少一个装置、尤其是电子控制器，所述装置被设立为执行根据权利要求8所述的方法的步骤。

11.一种用于运行电池组模块的设备，所述设备包括至少一个装置、尤其是电子控制器，所述装置被设立为执行根据权利要求9所述的方法的步骤。

12.根据权利要求1至6之一所述的电池组电池的应用，所述应用用在电动车辆中，用在混合动力车辆中或者用在插电式混合动力车辆中。

13.根据权利要求7所述的电池组模块的应用，所述应用用在电动车辆中，用在混合动力车辆中或者用在插电式混合动力车辆中。