CN110739501A - 带有调温装置的电池 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电池，该电池包括：至少一个电池模块，该电池模块具有多个相互导电连接的圆柱形电池单元；带有具有流体空间的容器的用于电池单元调温的调温装置，电池单元部分地伸入到容器内且容器具有用于液体循环的液体流入部和流出部；其中：液体是不导电液体；容器具有带有多个开口的单元保持器，至少一个电池模块的电池单元的相应端侧通过单元保持器伸入容器流体空间内，单元保持器液体密封地包围电池单元的相应外壳面，单元保持器还具有另外至少一个开口，接触元件通过开口伸入容器流体空间内且开口液体密封地包围接触元件外壳面；布置在容器流体空间内的连接装置将伸入容器流体空间内的电池单元端侧的相应电极与伸入容器内的接触元件导电连接。

Description

带有调温装置的电池

技术领域

本发明涉及在权利要求1的前序部分中所给出的类型的电池。

背景技术

已知电池，特别是连接为电池的电池单元经常必须被冷却。特别地，在汽车环境中的使用情况中，重要的且必需的是所使用的电池单元可被充分地冷却，以一方面可保证电池单元的工作能力，且另一方面避免电池单元、例如锂离子单元的过热直至热击穿。

DE10 2015 013 377 A1描述了用于具有多个圆柱形电池单元的电池系统的调温装置。调温装置包括方形的中空体，所述中空体可被冷却液体流过，且所述中空体将电池单元的相应的单元外壳液体密封地包围。电池单元的相应的单元顶部和单元底部不布置在中空体内。电池单元的冷却因此通过布置在中空体内的电池单元的外壳面进行。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供可用以特别有效地冷却电池的电池单元的解决方案。

此技术问题通过带有权利要求1的特征的电池解决。带有本发明的合适的且非显而易见的改进方案的有利的设计在从属权利要求中给出。

根据本发明的电池包括至少一个电池模块，所述电池模块具有多个相互导电连接的圆柱形的电池单元。此外，电池包括带有具有流体空间的容器的用于电池单元的调温的调温装置，所述电池单元部分地伸入到容器内且所述容器具有用于液体循环的液体的流入部和流出部。根据本发明的电池的特征在于，液体是不导电的液体。容器包括带有多个开口的单元保持器，所述至少一个电池模块的电池单元的相应的端侧通过所述开口伸入到容器的流体空间内，且所述单元保持器液体密封地包围电池单元的相应的外壳面，其中单元保持器还具有至少一个另外的开口，接触元件通过所述开口伸入到容器的流体空间内且所述开口液体密封地包围接触元件的外壳面。此外，电池包括布置在容器的流体空间内的连接装置，所述连接装置将伸入到容器的流体空间内的所述电池单元的端侧的相应的电极与伸入到容器内的接触元件导电连接。

圆柱形电池单元，即所谓的圆形单元，是最广泛地使用的且可容易使用的电池单元。此圆形单元用于混合动力车辆的所谓的增压器电池等。此应用情况特别地要求持续的冷却连结，这在圆形单元的情况中是不容易的。本发明基于如下获知，即圆形单元或圆柱形电池单元在其导热能力方面具有各向异性的行为。在圆形单元的情况中，这意味着沿轴向方向的导热能力明显高于沿径向方向的导热能力。沿轴向方向的导热能力例如比沿径向方向的导热能力高30倍。

此效应的原因是，在圆形单元的情况中通常单元卷插入在金属桶内，其中单元卷由不同的金属薄膜层制成，所述金属薄膜层通过具有塑料薄膜的形式的分离器被分开。在单元内部内产生的热在散热时必须沿径向方向穿过各薄膜层，这由于层到层的过渡且由于绝缘的分离器是困难的。而沿轴向方向的热传输明显更容易地在金属薄膜内经过。因此，在单元内部内产生的热很好地被导出到此圆柱形电池单元的端侧，而沿径向方向的热导出明显更差地进行。

本发明通过如下方式利用此获知，即在根据本发明的电池中，电池单元的端侧伸入到容器的流体空间内，在所述流体空间内可具有液体，所述液体通过所述液体循环可被供给和导出。通过在根据本发明的电池中将不导电的液体或电绝缘的液体用作液体，能够毫无困难地使伸入到容器的流体空间内的电池单元的端侧的电极通过也布置在容器的流体空间内的也用作集电器的连接装置相互接触。通过布置在容器的流体空间内的连接装置，此外将电池单元与伸入到容器内的接触元件导电连接。

在根据本发明的电池中，因此例如不要求将特殊的冷却板引导到例如阴极侧设置的集电板上且还专门地将此冷却板电绝缘以不产生短路。此电绝缘将形成对于热导出的阻挡层，这使得热输出困难。在此类解决方案中，此外为补偿不平度且为克服气隙使用填缝物，但所述填缝物是昂贵的且另一方面又仅具有有限的导热能力。而在根据本发明的电池的情况中，电池单元的端侧直接浸入到处于调温装置的容器内的液体内。因此，可以以直接方式将多余的热从电池单元释放到调温装置的容器内的液体中，且通过液体循环输出所述多余的热。此外，电池单元在外壳侧仅需分别在一个位置处通过单元保持器被液体密封地密封。这通过如下方式进行，即使得为电池单元提供的单元保持器的开口一方面保持且另一方面液体密封地包围电池单元。

在根据本发明的电池的情况中，因此调温装置的液体直接被引导到对应的电池单元上，且特别地也被引导到电池单元的端侧上。因此不存在可能阻碍热输出的绝缘的气隙以及绝缘薄膜或其他的绝缘材料。在根据本发明的电池中也不需要特殊的冷却器。调温装置的容器内的特别地用作冷却介质的液体因此可在电池单元的端侧上绕流过电池单元以及也布置在容器的流体空间内的用作集电器的连接装置，且因此最优地导出由电池单元发出的热。

通过将用作集电器的连接装置也布置在容器的流体空间内，可很好地冷却连接装置。用作集电器的连接装置越冷，则连接装置的电阻越低，因此连接装置的材料强度可选择为相对低。在根据本发明的电池中也可根据电池单元的冷却需求使得电池单元的端侧更深地通过单元保持器的开口浸入到容器内，且因此浸入到用作冷却液体的液体中。由此，与用于冷却的液体直接接触的电池单元上的更大的表面积可供使用。总体上，通过根据本发明的电池因此提供了用于电池单元的调温的特别有效的可能性。原理上液体也可用于将电池单元加热。如果电池单元例如具有很低的温度，则液体也可用于通过浸入到液体内的电池单元将热引入到电池单元内。因此，在放电和充电时，电池单元具有确定的温度范围，在所述温度范围内功率输出和功率接收可特别好地进行。因此，调温装置在需要时也可用于将电池单元尽可能快速地置于希望的运行温度中。

本发明的有利的实施形式建议，液体是变压器油。变压器油或所谓的绝缘油是在高温下稳定的高级精炼的矿物油或是稀液体状的硅油。所述变压器油例如在高压技术中使用在变压器、冷凝器和开关中，以用于绝缘、熄弧、润滑和冷却，例如使用在功率电子器件中。通过变压器油可保证以液体填充的容器内的特别好的电绝缘且实现电池单元的良好的热导出。也可将另外的不导电的或绝缘的液体用于电池单元的调温。

本发明的另外的有利的实施形式建议，单元保持器包括第一塑料部件和第二塑料部件，所述第二塑料部件比第一塑料部件更软且包围了用于密封电池单元的外壳面和接触元件的开口。单元保持器可例如通过双组分注塑方法制造。用于接收电池单元和接触元件的开口在外部注塑有用作柔软部件或密封部的第二塑料部件。第二塑料部件因此用作弹性密封部，所述弹性密封部径向作用到电池单元和接触元件上。由此，可实现电池单元的外壳面上的和至少一个接触元件上的特别可靠的密封效果。

根据本发明的另外的有利实施形式建议，连接装置包括至少一个区域，所述区域与电池单元的伸入到容器的流体空间内的电极连接。由此，可以以简单的方式通过用作集电器的板将电池单元的电极相互导电连接。

在本发明的另外的有利的设计中建议，板具有对应的突起，所述突起直接与电池单元的电极连接。连接可例如通过焊接，例如电阻凸焊，或通过另外的焊接方法，例如激光焊接或电阻缝焊来形成。在此情况中，在焊接过程前将突起实施为具有使其在焊接时不被完全熔化掉的高度，以此板将平面地靠放在电池单元的端侧或电极上。通过比正常压制的突起更高的突起，一方面维持了间距且另一方面将板在突起点处减薄，以此具有合适的厚度的板(由于电流传输能力的原因)仍可与通常薄的电池单元的端侧进行焊接。板上的突起在连接过程之后也沿电池单元的电极的方向凸出。调温装置的容器内的液体可因此良好地绕流过电池单元的端侧，且同时保持了电池单元的端侧的极和板之间的可靠的电连接和机械连接。板可例如是超洁镀镍钢(Hilumin)板带。特别优选地，特别地在凸焊的情况中，板特别地包括与电池单元的电极相同的材料。这带来的优点是板以特别简单的方式可与电池单元的电极焊接。此外，由此也可预防接触腐蚀。

本发明的替代的有利的实施形式建议，连接装置包括线，通过所述线将板与伸入到容器的流体空间内的电池单元的电极连接。以此方式也可以以简单且可靠的方式实现电池单元的电极与板的接触。在此情况中，也可使得板由与电池单元的电极不同的材料制成。板可例如是铝板。通过借助于线、例如借助于焊线实现板和电池单元之间的连接，也可连接通常不可简单地被焊接的材料。线焊接特别是超声波焊接方法。

本发明的另外的有利的实施形式建议，将至少一个电池模块的电池单元布置在多个行内，其中接触元件的一个的行通过单元保持器的对应的开口伸入到容器的流体空间内，且通过连接装置与对应的行的电池单元的电极导电连接。以此方式单元串联连接。各行本身可然后又例如相互串联连接或导电连接。

在本发明的另外的有利的设计中建议，伸入到容器的流体空间内的电池单元的端侧是电池单元的对应的单元底部。换言之，因此电池单元的对应的阴极侧浸入到容器的流体空间内。在此电池单元的单元顶部上即在阳极侧上经常设置排气阀。通过使电池单元以其单元底部即以其阴极侧浸入到容器的流体空间内，阳极侧上即单元顶部上的此类排气阀不起作用。但原理上也可使得伸入到容器的流体空间内的电池单元的端侧是电池单元的对应的单元顶部，即阳极侧。合适的卸压结构负责在故障情况中进行单元排气。

根据本发明的另外的有利的实施形式建议，容器具有液体密封地与单元保持器连接的盖。换言之，单元保持器因此在背侧通过盖被液体密封地封闭。只要电池单元和至少一个接触元件通过单元保持器的所述开口伸入到容器的流体空间内且盖将单元保持器在背侧封闭，则整个容器被液体密封地封闭，使得接收在容器内的液体不可逸出。

最后，本发明的替代的有利实施形式建议，电池具有两个电池模块，在所述电池模块之间布置了由单元保持器的两个组成的容器，电池单元的对应的端侧从两个对置的侧伸入到所述容器内。因此，所述电池模块可因此成对地共享调温装置的容器，所述容器在此情况中由单元保持器的两个组成。因此，例如一个电池模块的电池单元可从上方且另一个电池模块的电池单元可从下方在对应的单元保持器内通过所述开口浸入到容器的内部内。两个单元保持器可例如通过弹簧-槽原理形状配合且液体密封地相互连接。通过使得两个电池模块共享由两个单元保持器组成的共同的流体空间，调温装置可特别有效地用于以较少部件数量冷却两个电池模块的电池单元。

如前所述，此电池可使用在车辆内，特别地使用在混合动力车辆或电动车辆内。

本发明的另外的优点、特点和细节从如下的优选实施例的描述中以及根据附图得到。前文中在描述中所述的特点和特点组合以及随后在附图说明和/或附图中单独地示出的特点和特点组合不仅以各给出的组合可使用而且以另外的组合或单独地可使用，而不偏离本发明的范围。

附图说明

在各图中：

图1示出了具有电池模块的电池的示意性透视图，在所述电池模块的下侧上布置了用于电池模块的对应的电池单元的调温的调温装置，所述调温装置具有用于冷却电池单元的可以以液体填充的容器；

图2示出了作为调温装置的容器的一部分的单元保持器的从下方观察的透视图；

图3示出了单元保持器的从下方观察的透视图，其中，多个电池单元已延伸通过单元保持器的对应的开口；

图4示出了单元保持器的从下方观察的另外的透视图，其中，多个销形的接触元件通过所属的开口插入单元保持器内，且通过用作集电器的板将电池单元相互电连接且与接触元件电连接；

图5示出了电池的第二实施形式的透视图，其中，此电池具有两个重叠布置的电池模块，在所述电池模块之间布置了调温装置的由单元保持器的两个组成的容器，电池单元的对应的单元底部从两个对置的侧伸入到所述容器内；

图6示出了在图5中所示的两个单元保持器的从下方观察的透视图；

图7示出了电池的第二实施形式的在单元保持器的区域内的局部剖视放大图；和

图8示出了电池的第二实施形式的在两个单元保持器的区域内的另一局部剖视放大图。

在附图中相同的或功能相同的元件提供有相同的附图标号。

具体实施方式

在图1中在透视图中示出了带有电池模块12的电池10的第一实施形式。电池模块12包括壳体14，在所述壳体14内布置了多个在此不可见的圆柱形的电池单元，即所谓的圆形单元。电池10此外包括调温装置16，所述调温装置16用于在此不可见的电池单元的调温，特别是用于电池单元的冷却。

调温装置16包括容器18，所述容器18包围了在此不可见的流体空间，电池单元部分地伸入到所述流体空间内。容器18在此包括单元保持器20和盖22，所述盖22相对于外部限定了容器18的所述流体空间。此外，容器18包括在此未图示的用于流体循环的连接部，使得用于电池单元调温的液体可被供给到容器18或可从此容器18被导出。

在图2中在从下方观察的透视图中示出了单元保持器20。单元保持器20如所述与在图1中图示的盖22一起形成了容器18，在所述容器18内可接收用于电池单元的调温的不导电的液体。不导电的液体可例如是变压器油。单元保持器20包括多个开口24，电池单元可被通过所述开口24推入到容器18的流体空间内。此外，单元保持器20还包括另外的更小的开口26，通过所述开口26，在此未图示的多个圆柱形接触元件也可被推入到容器18的流体空间内。容器20通过双组分注塑制造。单元保持器20包括第一塑料部件28和第二塑料部件30，所述第二塑料部件30比所述第一塑料部件28更软。第二塑料部件30用作弹性的密封件，且围绕对应的开口24、26。

在图3中在从斜下方观察的透视图中部分地示出了具有仅一个电池模块12的电池10。电池模块12的壳体14在此情况中未被图示，使得可见前文已述的圆柱形电池单元。电池单元32以其对应的单元底部34事先被推过单元保持器20的在此未详细标记的更大的开口24，使得单元底部34伸入到容器18的流体空间内。用作弹性密封件的第二塑料部件30在此包围了对应的在此未详细标记的电池单元32的外壳面，使得在此位置处实现防液体渗透的密封。

在图4中，在从斜下方观察的透视图中又部分地图示了电池模块12。除电池单元32外，多个圆柱形的接触元件36也以其端侧被推入或插入容器18的流体空间内的单元保持器20。圆柱形的接触元件36在此被推过更小的开口26，其中用作弹性密封件的第二塑料部件30在接触元件36的外壳面上液体密封地包围了所述接触元件36。在图4中所示的状态中，因此全部开口24、26由被推动的电池单元32或被推动的接触元件36占据，使得液体不可再通过单元保持器20的开口24、26逸出。在此未图示的盖22将单元保持器20从下方液体密封地封闭，使得液体除通过在此未图示的所述液体循环的流入部和流出部之外，不可再从由单元保持器20和盖22所形成的容器18离开。

伸入到容器18的流体空间内的单元底部34通过相应地用作连接装置或集电器的板38相互串联导电连接。板38通过电阻凸焊直接与在此未详细标记的且不可见的电池单元32的电极连接。由此，板38具有多个突起40，通过所述突起40产生与电池单元32的电极的焊接连接。板38可例如是超洁镀镍钢(Hilumin)板带。优选地，板38由与电池单元32的电极相同的材料制成，这明显便于板38与电池单元32的电极的焊接。通过带有突起40的板38的凸焊，存在于容器18内的液体可很好地绕流电池单元32的单元底部34，且此外获得了电池单元32的电极和板38之间的可靠的电连接和机械连接。替代地也可将铝板用于板38，所述铝板例如可通过在此未图示的焊线与电池单元32的电极接触。

如可见，电池模块12的电池单元32布置为多行，其中，圆柱形接触元件36的一个的每行借助于板38与对应的行的电池单元32导电连接。电池单元32的另外的相互连接当然也是可以的。

在图5中在透视图中示出了电池10的第二实施形式。在此，电池10包括电池模块12的两个，在所述电池模块12之间布置了调温装置16的容器18。在本情况中，容器18除单元保持器20外作为盖22(见图1)的替代包括另外的单元保持器42。另外的单元保持器42此外包括连接部44，通过所述连接部44可将不导电的液体、例如变压器油供给到容器18的流体空间46，且从此流体空间46可导出所述不导电的液体。在此实施形式中，流体空间46因此由两个单元保持器20、42限定，而在第一实施形式中，流体空间46(在先前的附图中未提供有附图标号)由单元保持器20和盖22限定。

两个电池模块12的电池单元32又插入到单元保持器20、42内，使得所述电池模块12以其相应的单元底部34伸入到调温装置16的容器18的流体空间46内。用作连接装置或集电器的板38又用于将电池单元32的单元底部34的在此未详细标记的电极相互导电连接且与圆柱形的接触元件36导电连接。

在图6中在透视图中示出了单元保持器42。单元保持器42除连接部44外具有基本上与单元保持器20(例如见图2)相同的结构。此单元保持器42也优选地通过双组分注塑方法制造，使得单元保持器42又具有第一塑料部件28和第二塑料部件30，所述第二塑料部件30比所述第一塑料部件28更软。更软的第二塑料部件30又用作弹性密封件且包围了小开口24和大开口26，使得电池单元32和圆柱形接触元件36液体密封地在相应的外壳面上被包围。只要电池单元32和接触元件36已被通过开口24、26插入两个单元保持器20、42，则通过两个单元保持器20、42包围的流体空间46就被液体密封地封闭，当然除用于供给和导出用于电池单元32的调温的不导电的液体的连接部44之外。

在图7中在两个单元保持器20、42的区域内的部分截开的详细视图中示出了电池10的第二实施形式。如在图中可见，通过将两个单元保持器20、42通过弹簧-槽原理相互连接，使两个单元保持器20、42形状配合地相互内外嵌套接合。形状配合地相互内外嵌套接合的单元保持器20、42可例如以粘合剂封闭。

在图8中又在两个单元保持器20、42周围的区域内的局部剖视放大图中示出了电池10的第二实施形式。在此，也很好地可见两个单元保持器20、42已被以其环绕的边沿通过弹簧-槽原理形状配合地相互连接。通过在第二实施形式中使得两个电池模块12共享带有两个单元保持器20、42的调温装置16，可在相对低的结构空间需求和部件需求的情况下实现两个电池模块12的电池单元32的特别好的调温。

附图标记列表

10 电池

12 电池模块

14 电池模块的壳体

16 调温装置

18 调温装置的容器

20 单元保持器

22 盖

24 单元保持器内用于电池单元的开口

26 单元保持器内用于接触元件的开口

28 单元保持器的第一塑料部件

30 单元保持器的第二塑料部件

32 圆柱形的电池单元

34 电池单元的单元底部

36 接触元件

38 用作集电器的板

40 板上的突起

42 另外的单元保持器

44 一个单元保持器上的连接部

46 容器的流体空间

Claims (12)

1.一种电池，所述电池包括：

-至少一个电池模块(12)，所述电池模块(12)具有多个相互导电连接的圆柱形电池单元(32)；

-带有具有流体空间(46)的容器(18)的用于所述电池单元(32)的调温的调温装置(16)，所述电池单元(32)部分地伸入到所述容器(18)内，且所述容器(18)具有用于液体循环的液体的流入部(44)和流出部(44)；

其特征在于，

-所述液体是不导电的液体；

-所述容器(18)具有带有多个开口(24)的单元保持器(20、42)，所述至少一个电池模块(12)的电池单元(32)的相应的端侧(34)通过所述开口伸入到所述容器(18)的流体空间(46)内，且所述单元保持器(20、41)液体密封地包围所述电池单元(32)的相应的外壳面，其中，所述单元保持器(20、41)还具有至少一个另外的开口(26)，接触元件(36)通过所述开口(26)伸入到所述容器(18)的流体空间(46)内，且所述开口(26)液体密封地包围所述接触元件(36)的外壳面；

-布置在所述容器(18)的流体空间(46)内的连接装置(38)将伸入到所述容器(18)的流体空间(46)内的所述电池单元(32)的端侧(34)的相应的电极与伸入到所述容器(18)内的接触元件(36)导电连接。

2.根据权利要求1所述的电池(10)，其特征在于，所述液体是变压器油。

3.根据权利要求1或2所述的电池(20)，其特征在于，所述单元保持器(20、42)包括第一塑料部件(28)和第二塑料部件(30)，所述第二塑料部件(30)比所述第一塑料部件(28)更软且包围了用于密封所述电池单元(32)和所述接触元件(36)的外壳面的开口(24、26)。

4.根据前述权利要求中任一项所述的电池(10)，其特征在于，所述连接装置包括至少一个板(38)，所述板(38)与伸入到所述容器(18)的流体空间(46)内的所述电池单元(32)的电极连接。

5.根据权利要求4所述的电池(10)，其特征在于，所述板(38)具有相应的突起，所述突起与所述电池单元(32)的电极直接连接。

6.根据权利要求4或5所述的电池(10)，其特征在于，所述板(38)由与所述电池单元(32)的电极相同的材料制成。

7.根据权利要求4所述的电池(10)，其特征在于，所述连接装置包括线，通过所述线将所述板(38)与伸入到所述容器(18)的流体空间(46)内的所述电池单元(32)的电极连接。

8.根据权利要求7所述的电池(10)，其特征在于，所述板(38)由与所述电池单元(32)的电极不相同的材料制成。

9.根据前述权利要求中任一项所述的电池(10)，其特征在于，将至少一个所述电池模块(12)的电池单元(32)布置在多个行内，其中所述接触元件(36)的一个的行通过所述单元保持器(20、42)的对应的开口(26)伸入到所述容器(18)的流体空间(46)内，且通过所述连接装置(38)与对应的行的电池单元(32)的电极导电连接。

10.根据前述权利要求中任一项所述的电池(10)，其特征在于，伸入到所述容器(18)的所述流体空间(46)内的所述电池单元(32)的端侧是所述电池单元(32)的对应的单元底部(34)。

11.根据前述权利要求中任一项所述的电池(10)，其特征在于，所述容器(18)具有液体密封地与所述单元保持器(20)连接的盖(22)。

12.根据前述权利要求1至10中任一项所述的电池(10)，其特征在于，所述电池(10)具有两个电池模块(12)，在所述电池模块(12)之间布置了由所述单元保持器(20、42)中的两个组成的所述容器(18)，所述电池单元(32)的对应的端侧(34)从两个对置的侧伸入到所述容器内。

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