CN110504510A - 电池和配备有所述电池的车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电池(1)，该电池包括：至少一个电能存储单元(3)；外壳(5)，所述外壳容纳所述至少一个电能存储单元(3)，所述外壳(5)具有由具有低导热率的材料制成的底部(7)，所述底部具有用于冷却流体的至少一条流动通道(9)；热板(11)，所述热板由具有高导热率的材料制成，铺设在所述底部(7)上，所述热板(11)与所述至少一个电能存储单元(3)热接触；托架(13)，所述托架面向所述底部(7)并且通过空间(15)与底部(7)分开。

Description

电池和配备有所述电池的车辆
技术领域
本发明涉及蓄电池，特别是用于汽车的蓄电池。
背景技术
由电动机驱动的汽车可以配备高容量电池，例如包含Li离子类型的电池。这些电池在其受到高应力时释放出大量的热量。必须控制这些电池的工作温度以避免过早老化。
发明内容
在这种情况下，本发明旨在提出一种具有有效温度管理系统的电池，并且该电池具有经济的设计。
为此，根据第一方面，本发明涉及一种电池，包括：
-至少一个电能存储单元；
-外壳，所述外壳容纳所述至少一个电能存储单元，所述外壳具有由具有低导热率的材料制成的底部，所述底部具有用于冷却流体的至少一条流动通道；
-热板，所述热板由具有高导热率的材料制成，铺设在所述底部上，所述热板与所述至少一个电能存储单元热接触；
-托架，所述托架面向底部并且通过空间与所述底部分开。
冷却流体通过具有高导热率的板与电能存储单元热接触，使得热量非常有效地排出。
电池外壳的底部用于产生流体的循环通道，这是特别经济的。没有必要增添额外的元素来产生循环通道。
托架保护电池免受外部攻击。该托架是与外壳分离开的部件并且与热板分开，因此可以由适合保护屏功能的材料制成。
布置在底部和托架之间的空间形成热保护，使管道与外部隔离。
这些不同功能由三个部分执行，所述三个部分通常呈板的形式，使得电池的设计简单且经济。
在本发明的含义内，“板”是指主要部分基本上是平坦的而其他尺寸方面薄的元件，主要部分可能是带肋的。
电池可以进一步具有单独考虑或根据任何可能的组合考虑的下述特征：
-底部由复合材料或塑料材料制成；
-复合材料包括热塑性材料或热固性材料且包括增强材料，增强材料有利地包含纤维，大部分纤维是长度小于51mm的短纤维；
-底部具有面向热板的内表面和面向托架的外表面，内表面具有凸起，从而在凸起之间限定流动通道；
-流动通道朝向热板开口；
-热板铺设在所述凸起上并且关闭所述流动通道；
-托架由复合材料制成；
-复合材料包括热塑性材料或热固性材料且包括增强材料，增强材料有利地包含纤维，大部分纤维是长度大于100mm的连续纤维；
-外壳包括紧密地固定到底部的上部部分；
-底部在分布在底部的表面上的多个点处连接到托架。
根据第二方面，本发明涉及一种包括车身和具有上述特征的电池的车辆，该托架直接固定在车身上。
附图说明
参考附图，通过标示而非限制的方式，由下面给出的详细描述显示本发明的其他特征和优点，所述附图包括：
-图1是根据本发明的电池的示意性剖视图，其在车辆车身下方切除；
-图2和图3分别是图1电池外壳的底部的俯视透视图和仰视透视图；
-图4是图1的电池的热板的透视图；和
-图5和图6分别是图1的电池的托架的俯视透视图和仰视透视图。
具体实施方式
图1中所示的电池1设计用于存储电能。例如，它配备有Li离子类型的电池。在一种变型中，它是另一种类型。
电池1通常设计成配备给具有电推进发动机的车辆。在一种变型中，它被设计为配备给具有混合动力发动机的车辆。车辆通常是汽车，例如小汽车、公共汽车或卡车。
根据另一种变型，电池1不配备给车辆，而是配备给静态装置。
电池1包括至少一个电能存储单元3和外壳5，至少一个电能存储单元3容纳在外壳5中。
通常，电池1包括彼此串联和/或并联电连接的大量电能存储单元3。
电能存储单元3彼此抵靠地布置并且形成图1中所示类型的一个或多个块。同一块的电能存储单元布置在两个凸缘4之间，放置在块的两个相对端部处。通过带子(未示出)或任何其他装置固定同一块的电能存储单元3和凸缘4。
外壳5完全包围至少一个电能存储单元3。它被布置成将电能存储单元3保持在适当位置。它向内界定了相对于气体和液体的紧密体积。因此，它使电能存储单元3与外部环境隔离。
外壳5包括由具有低导热率的材料制成的底部7，所述底部具有用于冷却流体循环的至少一条通道9。
电池1还包括由具有高导热率的材料制成的热板11，其放置在底部7上。热板11与所述至少一个电能存储单元3热接触。
这里，热接触是指由电能存储单元3发出的热量优选地被传递到热板11的事实。热板11构成了来自电能存储单元3的热量的有利的排空路线。
电池1还包括托架13，托架13面向底部7并且通过空间15与底部7分开。
底部7对应于外壳5的区域，当电池1运行时，例如，当电池在车辆上时，该区域旨在转向底部。
外壳5包括紧密地固定在底部7上的上部部分17。底部7和上部部分17一起完全包围电能存储单元3。
在图2和3中更详细地示出底部7。它具有面向热板11的内表面19和面向托架13的外表面21。它包括由直立边缘25包围的基本上平坦的区域23。底部7因此呈桶的形式。直立边缘25在其周边上通过套环27朝向外侧延伸。
基本平面的区域23限定内表面19和外表面21。
内表面19具有凸起29，从而在凸起之间限定流动通道9。这些凸起相对于内表面19朝向热板11突出。这些凸起例如是肋。在一种变型中，凸起29具有另一种形状。
凸起29与基本平面的区域23是一体的。
底部7通常通过模塑获得。因此，底部非常经济地制造。
在一种变型中，底部7通过吹塑或通过添加制造获得。
凸起29在它们之间限定流动通道9。流动通道将冷却流体的入口31流体连接到冷却流体的出口33。入口31和出口33是布置在底部7中的孔，例如在直立边缘25中的孔。入口31设置成连接到冷却流体供给部。出口33设置成连接到冷却流体排出部。
流动通道9通常基本上彼此平行，如图2所示。它们基本上覆盖底部7的整个内表面19。
流动通道9朝向热板11开口。
底部7有利地由复合材料或塑料材料制成。
底部7的材料具有低导热率，低导热率通常在0.15和1.5W·m-1之间，优选地在0.3和1.2W·m-1之间，更优选地在0.5和1W·m-1之间。
复合材料优选包括热塑性材料或热固性材料且包括增强材料。例如，这些增强材料可以是纤维，大多数纤维是长度小于51毫米(2英寸)的短纤维。这些短纤维通常是切断的纤维。
长纤维可布置在底部7的某些点处，以局部地加强底部7。这些纤维的长度大于100mm。这些长纤维也被称为连续纤维。
因此，在形成底部7的材料中，至少50％重量的纤维是短纤维，小于50％重量的纤维是长纤维。
复合材料例如是具有SMC(片状模塑复合材料)/连续纤维类型的SMC的热固性基质的材料。
在一种变型中，复合材料例如是具有包覆成型的热塑性预浸渍类型的热塑性基质的材料。
底部7通常具有2mm至7.5mm的厚度。
外壳5的上部部分17通常由与底部7相同的材料制成。
这种材料易于通过模塑成形并且使得可能获得底部7的期望形状，特别是由于使用具有热固性或包覆成型的热塑性预浸渍SMC/具有连续纤维的SMC的技术。
外壳5的上部部分17通常呈帽状。它包括上套环35，所述上套环35设置成抵靠底部7的套环27。
套环27和上套环35使用所有适当的装置相互固定，以便相对于气体和液体密封。它们例如通过诸如螺钉或拉杆的机械构件37彼此刚性地固定，其中插入密封垫圈(未示出)(图1)。机械构件37接收在底部7的孔38中(图2和图3)。孔38一直围绕底部7分布。
可替代地或另外地，套环27和上套环35彼此胶合在一起。
热板11基本上是平面的(图4)。它的尺寸和形状通常与底部7的基本上平面的区域23的尺寸和形状相同。在所示的示例中，它是矩形的，但在一种变型中，它具有任何其他合适的形状。
热板11放置在底部7的内表面19的凸起29上并且因此关闭流动通道9，用于循环冷却流体(图1)。它与凸起29的顶点接触并且在流体通道9的周边上针对冷却流体密封连接，例如通过胶合连接。
台阶部39(图1)形成在底部7的基本上平面的区域23的周边的最大部分上。热板11也放置在台阶部39上并且针对冷却流体密封连接到台阶部39，例如通过胶合连接。
热板11由具有高导热率的材料制成，高导热率通常在50和250W·m-1之间，优选在75和200W·m-1之间，更优选在100和150W·m-1之间。
热板11的材料优选是金属的，并且例如是钢、铝或铝合金。热板11通常是涂层钢板或阳极氧化铝板或非阳极氧化铝板。
电能存储单元3搁置在热板11的上表面43上(图1)。
热板11优选与电能存储单元3、其包装或其插入物直接接触。在一种变型中，热板11通过保证均匀热传递的装置(诸如导热膏)与电能存储单元3接触。
热板11的厚度通常在0.2和1.5mm之间，优选在0.6和1mm之间。
托架13(图5和图6)包括由直立边缘47围绕的基本平坦的中央部分45。直立边缘47在其周边上通过突出的轴环49向外延伸。
因此，托架13呈凹形桶的形式，用于接收底部7。
中心部分45的尺寸大于底部7的基本平面的区域23的尺寸。
底部7的基本平面的区域23容纳在托架13内。通常，底部7实际上完全容纳在托架13内，直立边缘47完全围绕底部7。
底部7的套环27搁置在托架13的突出套环49上。
托架13的中心部分45基本上平行于底部7的基本平面的区域23。因此，空间15沿着基本平面的区域23的整个表面延伸。
基本上平面的区域23在其外表面21上具有肋51(图3)，肋51支承在托架13的中心部分45上。这些肋51形成间隔件，该间隔件限定了分隔托架13的底部7的空间15的高度。
空间15使管道9与外部热隔离。该空间还提供了车辆下方的冲击吸收行程。
它的高度通常在2.5到20毫米之间。
机械构件37还将突出套环49固定到分别属于外壳5的底部7的套环27和上部部分17的上套环35。它们接收在布置在托架13中的孔52内。
优选地，热板11，底部7和托架13通过诸如螺钉或拉杆的机械构件53彼此刚性地固定，其中插入未示出的密封垫圈。
这些机械构件53例如布置成基本上彼此平行的三排，沿热板11的外边缘的两排和板11的一个中间排。机械构件53穿过孔55(图4)而穿过热板11，穿过孔57(图2和3)而穿过底部7的基本上平面的区域23，并穿过孔59(图5和6)而穿过托架13的中心部分45。
热板11围绕穿过它的机械构件53紧密连接到底部7，例如通过胶合连接。
孔59位于凸台61的顶点处，凸台形成在托架13的中心部分45中。
机械构件53通常还穿过外壳5的上部部分17和凸缘4。
因此，机械构件37和53确保了外壳5、热板11和托架13的机械结合。
因此，底部7有利地在分布在底部7的表面上的多个点处连接到托架13。这使得可能在电能存储单元的质心位置处赋予支撑电能存储单元3的结构(即，由热板11、底部7和托架13形成的结构)具有很大的刚性。电能存储单元特别重。对于电推进的车辆而言，这些电能存储单元的重量为约50kg至5吨，更具体地，对于汽车而言为50至750kg，对于公共汽车或卡车而言为150kg至5吨。
肋51也有助于所述结构的刚性。
托架13有利地由复合材料制成。
复合材料优选包括热塑性材料或热固性材料且包括增强材料。例如，这些增强材料可以是纤维，大部分纤维是长度大于100mm的连续纤维。
因此，在形成托架13的材料中，至少50％重量的纤维是连续纤维。
这些长纤维有利地布置成多层，选择取向以根据应力获得优异的机械强度。
热固性材料例如是聚酯、乙烯基酯、环氧树脂、丙烯酸树脂或生物来源的树脂。热塑性材料例如是合成或生物来源的热塑性树脂。
增强材料例如是玻璃、玄武岩、碳、芳族聚酰胺或HMPP(高模量聚丙烯)纤维。作为一种变型，加强件由亚麻、大麻制成，或者是另一种生物来源的纤维。
因此，托架13由特别刚性且机械强度高的材料制成。
它确保了保护电能存储单元3免受外部攻击。
当电池1安装在车辆上时，托架13对电池1所经受的力作出反应，以将它们传递到车辆的结构。传递的力通常是垂直和/或水平的加速度。这些加速度例如由车辆的正常运动、滚动表面的不规则性或车辆所经历的冲击引起。
当电池1安装在车辆上时，托架13保护电能存储单元3免受来自道路上存在的障碍物从下方的侵入或免受通过在侧向撞击期间参与保护电能存储单元3从侧面进入的入侵。
通常，托架13将力直接传递到车辆的车身63(图1)。
为此，托架13通过机械构件65(例如螺钉，拉杆或任何其他固定装置)刚性地固定到车身63。这些机械构件65接收在设置在托架13的突出套环49中的孔67内(图5和图6)。
因此，本发明的电池1有利地包括：由复合材料制成的第一结构，其确保电能存储单元的壳体的成形更容易；以及由结构上更坚固的复合材料制成的第二结构，其确保对第二结构保护但是其成形更难。第一结构是底部7。因为它可以相对更容易成形，所以可能在底部7中以较低的成本产生冷却流体循环通道。
第二种结构是托架13。其机械强度使其执行其保护和力反应功能。然而，它由不易于获得复杂肋状形状(特别是冷却通道)的材料制成。
电池1通常固定在车身63下方，如图1所示。在一种变型中，电池1以任何其他方式放置在车辆上。
已经描述了电池1用于循环通道9由形成在底部7中的凸起限定的情况。在一种变型中，循环通道9是铺设在底部7上的管，或者以任何其它合适的方式形成。

Claims (11)

1.电池(1)，包括：
-至少一个电能存储单元(3)；
-外壳(5)，所述外壳容纳所述至少一个电能存储单元(3)，所述外壳(5)具有由具有低导热率的材料制成的底部(7)，所述底部具有用于冷却流体的至少一条流动通道(9)；
-热板(11)，所述热板由具有高导热率的材料制成，铺设在所述底部(7)上，所述热板(11)与所述至少一个电能存储单元(3)热接触；
-托架(13)，所述托架面向所述底部(7)并且通过空间(15)与底部(7)分开。
2.根据权利要求1所述的电池，其中，所述底部(7)由复合材料或塑料材料制成。
3.根据权利要求2所述的电池，其中，所述复合材料包括热塑性材料或热固性材料且包括增强材料，所述增强材料有利地包含纤维，所述纤维的大部分是长度小于51mm的短纤维。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的电池，其中，所述底部(7)具有面向所述热板(11)的内表面(19)和面向所述托架(13)的外表面(21)，内表面(19)带有凸起(29)，从而在凸起之间限定所述流动通道(9)。
5.根据权利要求4所述的电池，其中，所述流动通道(9)朝向所述热板(11)开口。
6.根据权利要求5所述的电池，其中，所述热板(11)铺设在所述凸起(29)上并且封闭所述流动通道(9)。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的电池，其中，所述托架(13)由复合材料制成。
8.根据权利要求7所述的电池，其中，所述复合材料包括热塑性材料或热固性材料且包括增强材料，所述增强材料有利地包含纤维，所述纤维的大部分是长度大于100mm的连续纤维。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的电池，其中，所述外壳(5)包括紧密地固定到所述底部(7)的上部部分(17)。
10.根据权利要求1至3中任一项所述的电池，其中，所述底部(7)在分布在所述底部(7)的表面上的多个点处连接到所述托架(13)。
11.一种车辆，所述车辆包括车身(63)和根据权利要求1至3中任一项所述的电池(1)，所述托架(13)直接固定到所述车身(63)。
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