CN110770939A - 电池装置，电池系统以及用于装配电池系统的方法 - Google Patents

电池装置，电池系统以及用于装配电池系统的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种电池装置(11)用于实现对电池模块(1)的特别安全的操作，该电池装置具有包括多个二次单体(2)的电池模块(1)，该电池模块具有正极(3)和负极(4)。此外，电池模块(1)被接纳在具有接触元件(7)的绝缘的壳体(5)中，该接触元件与正极(3)和负极(4)连接，正极(3)和负极(4)能通过该接触元件与电池系统(10)的电子单元(9)连接。本发明还涉及一种电池系统(10)以及一种用于装配电池系统(10)的方法。

Description

电池装置，电池系统以及用于装配电池系统的方法
技术领域
本发明涉及一种根据独立权利要求的前序部分所述的电池装置、电池系统以及用于装配电池系统的方法。
背景技术
由文献EP 1 864 351 B1已知一种电池装置，该电池装置具有包括多个二次单体的电池模块。电池模块还具有正极和负极。电池模块具有多个电串联连接的二次单体、特别是锂离子单体。为了将电池模块与电池装置的其它元件电连接，电池模块具有导电元件、正极和负极。
由文献DE 201 22 043 U1已知一种用于配置不间断的能量系统的电气柜。该电气柜包括多个接纳部位，这些接纳部位分别具有至少一个连接件，并设计为用于接纳能量模块或电池组。
此外，文献DE 20 2012 104 578 U1公开了一种用于接纳多个电池的模块化电池架。可以将单个电池用电缆连接到电池架的正面。这使得电池能够彼此连接。
发明内容
本发明的目的是，提供一种电池装置、一种电池系统以及一种用于装配电池系统的方法，该电池装置、电池系统和方法能够实现特别安全地操作电池模块。
根据本发明，该目的通过具有独立权利要求的特征的电池装置、电池系统和用于装配电池系统的方法来实现。在相应的从属权利要求和下面的描述中详细说明了具有本发明的适宜的改进方案的有利的设计方案。
为了能够借助于开头所述类型的电池装置特别安全地操作电池模块，根据本发明提出，该电池模块被接纳在具有接触元件的绝缘壳体中，该接触元件与正极和负极连接，并且正极和负极可以通过该接触元件与电池系统的电子单元连接。换句话说，电池模块至少基本上完全被绝缘壳体包围。绝缘壳体的接触元件与电池模块的正极和负极连接。因此，通过经由接触元件与电池系统的电子单元的连接，可以建立通过电池模块的正极和负极到电子单元的连接。有利地，电池模块可以通过接触元件以特别简单的方式与电子单元连接，这是因为正极和负极可以一起并且同时通过接触元件与电子单元连接。另外，由于绝缘壳体为使用者提供了电池模块触摸保护，因此可以特别安全地操作被接纳在绝缘壳体中的电池模块。因此可以使对使用者的电击危险保持在特别低的程度。
在此已经证明有利的是，壳体包括耐酸材料。特别地，电池模块至少基本上完全地被壳体的耐酸材料包围。在接纳在电池模块中的酸泄漏的情况下，从电池模块中泄漏的酸可以被壳体接纳。由于泄漏的酸被收集在壳体中，因此可以将其对使用者造成伤害的风险保持得特别低。由于壳体材料的耐酸性，酸可以有利地长时间地被接纳在壳体中，从而特别长时间地保护使用者免受酸的侵害。
在本发明的一种有利的设计方案中提出，用于机动车的动力电池或起动器电池被作为电池模块接纳在壳体中。由此产生的优点是，用于机动车的动力电池或起动器电池基于绝缘壳体可以特别安全并且特别容易地操作。
在本发明的另一有利的设计方案中提出，接触元件包括接触器。接触器应理解为可在两个开关位置之间切换的电动或气动开关。借助于接触器可以确保，仅当与电池系统的电子单元连接时，才能使电能从接触元件传导出壳体。如果使用者与接触元件接触，则由此可以有利地避免电能从电池模块传输到使用者。
本发明的另一方面涉及一种具有框架的电池系统，该框架具有多个接纳部，在该接纳部中可以分别接纳电池模块。此外，电池系统包括电子单元，该电子单元布置在框架上，借助于该电子单元可以连接和调节相应的电池模块。此外，电池系统具有接触装置，借助于该接触装置可以将相应的电池模块与电子单元连接。为了能够特别安全地操作电池系统，如已经结合根据本发明的电池装置描述的那样，在接纳部中的至少一个接纳部中布置有电池装置。在此，电池模块的接触元件可以与接触装置接触，并且正极和负极可以通过接触元件和接触装置与电子单元连接。特别地，接纳在框架的接纳部中的每个电池模块都是根据本发明的电池装置。这带来的优点是，由于相应的电池模块布置在绝缘壳体中，因此这些电池模块可以被特别安全地操作并且因此可以在框架中特别安全地布置以形成电池系统。为了能够特别简单地连接相应的电池模块，这些电池模块可以通过接纳电池模块的壳体的相应的接触元件接触框架的接触装置，该接触装置又与电子单元连接。由此，电池模块的相应的正极和负极可以与电子单元连接，从而电池模块可以被彼此连接和调节。
在此已证明有利的是，接触元件和/或接触装置包括接触器。如果接触元件包括接触器，则可以至少基本上防止电能从相应的电池模块传输到使用者，从而可以保护使用者免受健康损害。如果接触装置包括接触器，则有利地，仅在接触装置与接触元件接触时才从电子单元传输电能。例如，通过接触器在接触装置上的布置，即使在使用者和接触装置之间存在接触的情况下，也可以至少基本上防止电能从电子单元经由接触装置传输到使用者。由此在操作电池系统时为使用者提供了特别高的安全性。
在本发明的有利的设计方案中提出，电池系统被设计成，作为固定式的蓄电池使电网的负荷峰值平滑化。例如，生产设施的能量需求可以借助于固定式的蓄电池来补偿，其方法是有时由蓄电池和有时由电网向生产设施供能。另选或补充地，当电网中电力过多时，蓄电池可用于吸收能量，而当电网中电力不足时，蓄电池可用于向电网提供能量，这意味着将能量回馈到电网中。由此可以产生经济上的优势，例如，由电力供应商赔付电网的负荷峰值的平滑化，或者通过补偿生产设施的能量需求来节省能量成本。
本发明的另一方面涉及一种用于装配电池系统的方法，在该电池系统中，将包括多个二次单体并且具有正极和负极的电池模块布置在框架的接纳部中。使正极和负极与接纳部的接触装置接触，由此使正极和负极与电子单元连接。然后，借助于电子单元调节电池模块并将该电池模块与至少一个另外的电池模块连接。为了能够特别安全地操作电池模块或电池系统，在将电池模块布置在接纳部中之前将电池模块布置在具有接触元件的绝缘壳体中。接触元件与正极和负极连接，并且通过接触装置将正极和负极与电子单元连接。换句话说，首先将电池模块布置在绝缘壳体中，并且将电池模块的正极和负极与壳体的接触元件连接。然后，将布置在壳体中的电池模块布置在框架的接纳部中，并且将接触元件与接触装置连接。由此，正极和负极经由接触装置与电子单元连接。然后，电池模块借助于电子单元调节并与布置在绝缘壳体中以及在框架的另外的接纳部中的至少一个另外的电池模块连接。通过将电池模块布置在绝缘壳体中，可以由使用者特别安全地并且特别容易地操作电池模块。
本发明还包括根据本发明的方法的优点和改进方案，该改进方案具有已经结合根据本发明的电池装置和根据本发明的电池系统的优点和改进方案描述的特征。因此，在此不再描述根据本发明的方法的相应的优点和改进方案。
附图说明
下面描述本发明的实施例。对此示出：
图1示出具有负极和正极的电池模块的透视图；
图2示出具有根据图1的电池模块的电池装置的示意性剖面图，该电池模块被接纳在具有接触元件的绝缘壳体中；
图3示出电池系统的框架的示意性透视图，该框架具有多个用于接纳相应的电池模块的接纳部；和
图4示出多个被接纳在框架中的电池模块的示意性透视图，该电池模块可以通过相应的接触元件与电子单元连接。
具体实施方式
下面说明的实施例是本发明的优选实施方式。在实施例中，实施方式的所描述的组成部分分别代表本发明的可彼此独立看待的各个特征，这些特征还分别彼此独立地进一步改进本发明，因此也可单独地或以与示出的组合不同的组合视为本发明的组成部分。此外，所描述的实施方式也可以由本发明的其它已经描述的特征来补充。
在附图中，功能相同的元件均设有相同的附图标记。
在图1中以示意性透视图示出电池模块1。电池模块1可以是用于机动车的动力电池或起动器电池的模块。电池模块1包括多个二次单体2，这些二次单体可以连续和/或串联连接。电池模块1还具有正极3和负极4。
为了特别安全地操作电池模块1，电池模块被接纳在绝缘壳体5中，如图2的示意性剖面图所示。在此，绝缘壳体5包括耐酸材料。例如，电池模块1可以在壳体5中嵌入附加的绝缘层6中。绝缘壳体5还包括接触元件7，该接触元件通过相应的连接导线8与正极3和负极4连接。正极3和负极4可通过接触元件7与电池系统10的电子单元9连接。接触元件7可以包括例如接触器，只有当接触元件7与电子单元9连接时，才能借助于接触器将电能从正极3和负极4传输到电子单元9。
图1所示的绝缘壳体5对使用者确保了触摸保护，以便能够特别安全地操作电池模块1。就是说，可以基于电池模块1在壳体5中的布置确保使用者不能直接触摸电池模块1。这使得电池系统10能够由多个电池装置11无危险地构造，该电池装置是布置在绝缘壳体5中的相应的电池模块1。
在装配方法中，包括多个二次单体(2)的电池模块(1)布置在具有接触元件(7)的绝缘壳体(5)中，其中，接触元件(7)与正极(3)和负极(4)连接。
图3以示意性透视图示出框架12，该框架在当前情况下是托架。框架12具有多个接纳部13，电池模块1可被接纳在各个接纳部中。在各个接纳部13中接纳处于各个绝缘壳体5中的电池模块1，并且可以作为电池装置11被接纳在各个接纳部13中。为了装配，电池模块(1)布置在框架(12)的接纳部(13)之一中。
在图4中，以示意性内部视图示出电池系统10。框架12用虚线表示。如结合图3所说明的，电池装置11被接纳在框架12的每个接纳部13中。电池装置11的接触元件7在电池装置11相应被接纳在各个接纳部13中的状态下与电池系统10的未示出的接触装置连接。接触元件7经由接触装置与电池系统10的电子单元9连接。因此，正极3和负极4经由接触元件7与相应的电池装置11连接，并且接触装置与电子单元9连接。电子单元9布置在框架12上，并且可以调节并使多个电池装置11或电池模块1能够彼此连接。当电池系统10运行时，电池模块(1)借助于电子单元(9)调节并与至少一个另外的电池模块(1)连接。为了确保仅在接触元件7接触接触装置时才从或向电池系统10的电子单元9进行能量传输，该接触装置可以包括接触器。
电池系统10基于这样的知识，即，高压蓄电池的装配需要大的面积并且需要专门为此应用而培训的电工。为此，供货的具有限定数量的二次单体2的电池模块1被连接成电池系统10。在高于60伏的电压下执行某些过程步骤，因此应采取相应的防护措施。此外，单个电池模块1预计今后将在工厂和车间越来越多地出现。由于电池模块的加速老化或机动车车型变化，这些电池模块通常不再适合于安装在相应机动车的车辆电池中。但是，由于危险品运输的必要性，因此按规定清除这种电池模块1是成本昂贵的。另外，电池模块1通常仍具有其原始容量的大约80％，这在固定应用中是可以利用的。
绝缘壳体5被设置用于特别有效地利用各个电池模块1的仍然可用的容量。该绝缘壳体5是用于电池模块1的标准化模块壳体，借助于该绝缘壳体可以使未经培训的员工也可以装配固定式蓄电池，在这种情况下该固定式蓄电池是电池系统10。固定式蓄电池或蓄电池系统10可以直接在现场使用，特别是在工厂或车间中为支持电网而使例如由充电柱引起的负荷峰值平滑化，从而节省成本。由此，可以以特别简单的方式有利地利用电池模块1的容量，以便利用能量成本中的节省潜力。另外，即使电池模块由于所生产的机动车的车型变换而不再被用作车辆电池，也可以使用存储在仓库中的电池模块1。此外，可以廉价地构造具有电池模块1的蓄电池。电池系统10提供了模块化的可扩展性，由此可以最佳地利用可用空间，其中，电池系统10可以灵活地适应于相应的应用。由于将电池模块1布置在绝缘壳体5中，因此无需培训员工，并且可以实现分散管理，从而消除了高昂的运输成本，可以通过取消培训来节省成本，并且可以在装配蓄电池时提供触摸保护的系统
电池模块1的电压小于60伏，因此员工可以在不经过特殊培训的情况下移动电池模块。该电池模块1嵌入壳体5中。由此，正极3和负极4可以作为连接电极与接触元件7接触，该接触元件是在壳体5的一个端侧上的标准化的插头。壳体5被设计为使得更加难以发生或防止将电池模块1错误地插入绝缘壳体5中。二次单体2的各个单体电压通过接触元件7从壳体5中输出。由于电池模块1在壳体5上的布置，电池模块1被固定在壳体5中并且被以触摸保护的方式设计。各个电池装置11可以在框架12中经过少量操作而连接成完整的电池、特别是连接成电池系统10，其方法是将各个电池装置11推入空的接纳部13、在此为空的插槽中并卡锁在其中，在此该框架是特殊的托架。为了使其成为可能，所有控制和电力电子设备都集成在框架12的后壁中的电子单元9中。由此，在将各个电池装置插入框架12中之后，可以通过即插即用方式将各个电池装置11组合成能量存储器，在这种情况下为蓄电池。在这种情况下，电子单元9的控制电子设备会识别二次单体2或各个电池模块1的各个单体电压，并自动将二次单体或电池模块尽可能最佳地自动彼此连接，从而使电池系统10的使用者只需将各个电池装置11推入空的插槽中即可。电池模块1与至少一个另外的电池模块1的电连接可以通过壳体5的至少一个接触器进行，由此得到如下优点，当电池装置11从框架12中拆下时，该电池装置完全无电压。另选或附加地，电池模块1可以通过电子单元9或通过框架12的后壁中的接触装置与至少一个另外的电池模块1电连接。为了保持模块化性能，空的插槽或空的接纳部13可以通过绕路、在此通过旁路被绕开/短路。
总体而言，这些示例示出了如何通过本发明可以提供用于触摸保护地装配固定式电池系统的模块壳体。

Claims (8)

1.一种电池装置(11)，其具有包括多个二次单体(2)的电池模块(1)，该电池模块具有正极(3)和负极(4)，
其特征在于，
电池模块(1)被接纳在具有接触元件(7)的绝缘的壳体(5)中，该接触元件与正极(3)和负极(4)连接，正极(3)和负极(4)能通过该接触元件与电池系统(10)的电子单元(9)连接。
2.根据权利要求1所述的电池装置(11)，其特征在于，壳体(5)包括耐酸的材料。
3.根据权利要求1或2所述的电池装置(11)，其特征在于，用于机动车的动力电池或起动器电池被作为电池模块(1)接纳在壳体(5)中。
4.根据前述权利要求中任一项所述的电池装置(11)，其特征在于，接触元件(7)包括接触器。
5.一种电池系统(10)，其具有：框架(12)，该框架具有多个接纳部(13)，在该接纳部中能接纳各一个电池模块(1)；电子单元(9)，该电子单元布置在框架(12)上，借助于该电子单元能连接和调节相应的电池模块(1)；接触装置(7)，借助于该接触装置能将相应的电池模块(1)与电子单元(9)连接，
其特征在于，
在接纳部(13)中的至少一个接纳部中布置有根据权利要求1至4中任一项所述的电池装置(11)，电池模块(1)的接触元件(7)能与接触装置接触，正极(3)和负极(4)能通过该接触元件(7)和接触装置与电子单元(9)连接。
6.根据前述权利要求中任一项所述的电池系统(10)，其特征在于，接触元件(7)和/或接触装置包括接触器。
7.根据前述权利要求中任一项所述的电池系统(10)，其特征在于，电池系统(10)被设计成，作为固定式的蓄电池使电网的负荷峰值平滑化。
8.一种用于装配电池系统(10)的方法，其中，
-将包括多个二次单体(2)的电池模块(1)布置在框架(12)的接纳部(13)中，该电池模块具有正极(3)和负极(4)，
-使正极(3)和负极(4)与接纳部(13)的接触装置接触，由此使正极(3)和负极(4)与电子单元(9)连接，和
-借助于电子单元(9)调节电池模块(1)并将该电池模块与至少一个另外的电池模块(1)连接，
其特征在于，
-电池模块(1)在布置在接纳部(13)中之前被布置在具有接触元件(7)的绝缘的壳体(5)中，该接触元件与正极(3)和负极(4)连接，正极(3)和负极(4)通过接触装置与电子单元(9)连接。
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