CN111146527A

CN111146527A - 电池组电池

Info

Publication number: CN111146527A
Application number: CN201911065448.0A
Authority: CN
Inventors: V.霍姆; B.沙尔; F.韦舍; J.考夫曼; H.赫尔滕
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2018-11-05
Filing date: 2019-11-04
Publication date: 2020-05-12
Anticipated expiration: 2039-11-04
Also published as: DE102018127476A1; US20200144685A1; EP3648222A1; CN111146527B; US11532845B2

Abstract

一种以圆形电池的形式的电池组电池（100），其具有：至少一个电极元件（10），其具有内侧（I）和外侧（A）；和至少一个调温元件（20），其中该至少一个电极元件（10）的内侧（I）至少逐段借助于该调温元件（20）与至少一个电极元件（10）的外侧（A）间隔开。

Description

电池组电池

技术领域

本发明涉及一种根据独立的装置权利要求的前序部分所述的以圆形电池（Rundzelle）的形式的电池组电池和一种根据独立的方法权利要求所述的用于制造以圆形电池的形式的电池组电池的方法。

背景技术

在电池组开发中追求如下目标：将电池组和各个电池组电池的体积设计得尽可能大而将外壳设计得尽可能小，使得可以在没有火灾并且没有短路的情况下承受（ertragen）全部机械负载情况。为了实现最大功率密度和能量密度，结构构件必须节省空间地并且尽可能没有冗余地来设计。同时，除了用于电池组电池的结构空间之外，必须在外壳之内针对电线和控制设备维持足够的结构空间。电池组电池又必须与冷却装置具有尽可能良好的热接触。同样，必须考虑由于老化造成的扩张效应、即所谓的膨胀（Swelling）。以圆形电池形式的电池组电池具有鉴于膨胀方面的优点。相反，在圆形电池情况下不利的是：电池组电池的几何形状受到限制。圆形电池的金属外壳借助于深冲工艺（Tiefziehprozess）来制造，由该深冲工艺产生具有单片地（monolithisch）连接的底部的圆柱形外壳。在此，只能受限制地调节长度与半径之比。大数目的较小的圆形电池需要用于固定、电接线、冷却等等的大量外围设备，因此只能不理想地利用有限的可供使用的结构空间。而小数目的较大的圆形电池又带来如下缺点：对较大的圆形电池的均匀冷却是成问题的。

发明内容

因而，本发明的任务是：提供一种经改善的电池组电池，其例如用于模块化构造的电池组、尤其是针对在电动车辆中的HV应用。本发明的任务尤其是：提供一种简单地构造的、成本低廉的并且重量降低的电池组电池，该电池组电池能够实现均匀的冷却并且具有经优化的、优选地被增大的尺寸。此外，本发明的任务是：提供一种经改善的用于制造以圆形电池的形式的电池组电池的方法，该方法可以简单地、快速地并且成本低廉地被实施。

按照本发明的任务通过具有独立的装置权利要求的特征的电池组电池并且通过具有独立的方法权利要求的特征的用于制造以圆形电池的形式的电池组电池的方法来解决。在从属权利要求中列举了本发明的优选的扩展方案。关于各个发明方面公开的特征可以以如下方式来彼此结合：关于本发明的发明方面的公开内容方面始终相互参考或者始终可以相互参考。

本发明提供了一种以圆形电池的形式的电池组电池，该电池组电池具有：至少一个电极元件，其具有内侧和外侧；和至少一个调温元件，其中所述至少一个电极元件的内侧至少逐段地（abschnittweise）借助于该调温元件与至少一个电极元件的外侧间隔开。

电池组电池可具有至少一个电极元件。也就是说，可以设置仅一个、例如带状的电极元件，该电极元件可以被缠绕（aufwickeln）成卷（Wickel）；或者可以设置多个、例如圆柱套形的（zylindermantelförmig）电极元件，这些电极元件可以彼此同轴地布置并且被插入到彼此中。无论是被缠绕的仅一个唯一的电极元件还是多个电极元件其中的每个电极元件，所述至少一个电极元件分别具有外侧和内侧。在只有一个电极元件的情况下，其相对应地是仅一个外侧和仅一个内侧。在多个电极元件的情况下，在每个电极元件上分别有外侧和内侧。在只有一个电极元件的情况下，该调温元件、例如同样带状的调温元件被包裹（einwickeln）在各个层之间。以这种方式，调温元件将唯一的电极元件的缠绕层（Wickelschicht）的外侧与在其上缠绕的缠绕层的内侧分开。在多个电极元件的情况下，所述至少一个调温元件布置在两个相邻的电极元件之间。以这种方式，所述至少一个调温元件在电极元件的外侧与下一个电极元件的内侧之间发生支承（kommt es zur Auflage）。

按照本发明，提供了一种具有任意大的尺寸的圆形电池，该圆形电池均匀地被调温。在此，本发明的思想在于：在圆形电池之内，具有电池材料的层（Lagen）（通过所述至少一个电极元件构成）和冷却层（Kühlungsebene）（通过所述至少一个调温元件构成）连续地交替并且借此如果期望的话可以完全地填充外壳。在圆形电池的端面上进行电接线以及到冷却的连接（Anschlüsse）（布线（Routing））。通过取出电池材料的各个层以及可能各个冷却层，可以控制和/或改变电池组电池的功率或者有效距离（Reichweite）。在该过程中，在圆形电池的核心中构成空腔。为了从核心出发对圆形电池进行支撑，可以提供一个或多个填充体（Füllkörper），所述填充体保护在电池组电池中保留的（verbleibend）电极元件。

按照本发明的电池组电池可以有利地被用于HV应用，例如被用在电动车辆中。在此，可以提供比较大的圆形电池，这些圆形电池的长度可以有利地充分利用在车辆横向上的可用的结构空间。这种电池组电池可以相对应地在车辆横向上被安置（verbauen）。因此，在车辆中可用的结构空间可以最优地被充分利用。同时，降低了具有一个或多个这种电池组电池的电池组的重量，因为需要更少的组件来进行固定、电接线、冷却等等。至少一个按照本发明的调温元件能够通过优选地任意大的半径并且优选地任意高的圆形电池实现均匀的冷却。不需要针对膨胀的附加措施，因为该功能已经通过圆形电池被满足。此外，按照本发明的圆形电池在制造方面简单并且成本低廉。

本发明还可以在电池组电池方面规定：所述至少一个电极元件包括至少两个电极元件，例如第一电极元件和第二电极元件。因此，可以提供一种插接系统（Stecksystem）。

在本发明的范围内可设想的是：所述至少一个调温元件布置在第一电极元件的内侧与第二电极元件的外侧之间。因此，所述至少一个调温元件可以布置在所述至少两个电极元件之间而且使电极元件经其平面延伸（圆柱套面）均匀地调温而不是如目前在已知的圆形电池中的情况那样仅在底部调温。

本发明还可以在电池组电池方面规定：设置仅一个电极元件，该电极元件被缠绕成卷。因此，可以显著简化电池组电池的制造。

在本发明的范畴内可设想的是：所述至少一个调温元件被包裹在电极元件的内侧与相同电极元件的外侧之间。因此，调温元件可以平面地均匀地接触整个电极元件。因此，调温元件还可以在每个缠绕层中在两侧接触电极元件。

本发明还可以在电池组电池方面规定：所述至少一个电极元件带状地来构造。因此，可以简化电极制造并且提供具有被增大的活性（aktiv）面积的电池组电池。

本发明还可以在电池组电池方面规定：所述至少一个调温元件带状地来构造。因此，可以简化调温元件的制造。

在本发明的范围内，所述至少一个调温元件可以以例如可电开关的冷却元件的形式和/或以有冷却介质流经的冷却导体的形式来实施。以这种方式，可以提供在选择和操控调温元件情况下的灵活性。可电开关的冷却元件可以更快地被操控。有冷却介质流经的冷却导体可以被连接到车辆冷却器和/或热交换器上并且因此在功能上集成在针对电机（Elektromotor）的车辆侧的冷却装置和/或针对车辆内部空间的空调设施中。

本发明在电池组电池方面还可以规定：设置用于电池组电池的外壳。该外壳可以是有利的，以便保护电池组电池以防机械影响和脏污。有利地，该外壳可以以被提高的壁厚度来实施，以便可以支撑（abfangen）大的负载而且优选地将这些大的负载传递给车身。这允许节省其它系统构件并且立即导致高效的结构空间利用和在电池组电池的能量含量（Energieinhalt）被提高的情况下电池组电池的微小的重量。

本发明还可以在电池组电池方面规定：所述至少一个电极元件的外侧至少逐段地借助于所述至少一个调温元件与外壳间隔开。因此，所述至少一个电极元件的最外层可以与位于内部的层同样均匀地被调温。

本发明还可以在电池组电池方面规定：至少两个电极元件构成插接系统。因此，可以实现对电池组电池的功率和有效距离的可变适配。

本发明还可以在电池组电池方面规定：所述至少两个电极元件圆柱套形地来构造和/或能彼此同轴地来布置。以这种方式，所述至少两个电极元件可以节省空间地相对于彼此定位。因此，还可以简化多个电极元件的安置（Lagerung）。

在本发明的范围内还可设想的是：所述至少两个电极元件具有不同的直径。由此，所述至少两个电极元件可以布置在彼此中。

本发明还可以在电池组电池方面规定：所述至少一个调温元件包括至少两个调温元件。在多个电极元件的情况下，至少两个调温元件中的每个调温元件可以分别被布置在两个相邻的电极元件之间。

本发明还可以在电池组电池方面规定：所述至少两个调温元件圆柱套形地来构造和/或能彼此同轴地来布置。以这种方式，所述至少两个调温元件可以节省空间地相对于彼此定位。因此，还可以简化多个调温元件的安置以及连接。

本发明还可以在电池组电池方面规定：所述至少两个调温元件具有不同的直径。由此，所述至少两个调温元件可以布置在彼此中。

本发明还可以在电池组电池方面设置至少一个套筒形的（hülsenförmig）或圆柱形的填充体，所述至少一个电极元件布置在该填充体上。因此，在电池组电池的核心中可以布置空心的填充体，该空心的填充体从内部保护电池组电池，支撑电池组电池并且允许电池组电池的简单的安置，例如在轴承螺栓（Lagerbolzen）上的安置。借助于所述至少一个填充体，还可以替代电极核心（Elektrodenkern）以及必要时替代其它电极元件，以便能够实现对电池组电池的功率和有效距离的适配。

本发明还可以在电池组电池方面规定：所述至少一个电极元件的内侧至少逐段地借助于所述至少一个调温元件与所述至少一个填充体间隔开。因此，所述至少一个电极元件的最内层可以与在其上的层同样均匀地被调温。

本发明还可以在电池组电池方面规定：所述至少一个填充体具有至少两个具有不同直径的填充体，在所述填充体上能布置能扩展（skalierbar）数目的所述至少两个电极元件。因此，可以提供有适配能力的（anpassungsfähig）插接系统。以这种方式，可以提供功率能力不同的系统用于销售，这些系统可以逐渐被加装。同时，可以有意地使用这种系统及其所有插接部件（Steckteil），以便避免电池的磨损和老化。可设想的是：对于较短的距离（Strecke）来说，较小的电池组电池可以是有利的。因为这种较小的电池组电池具有小重量，所以可以降低用于运输所述电池组电池的重量的能量成本。对这种较小的电池组电池的充电也可以较快地进行。对于较长的距离来说，用电极元件完全填充的电池组电池可以是有利的，以便实现电动车辆的更大的有效距离。

按照本发明的任务还通过一种用于制造以圆形电池的形式的电池组电池的方法来解决，该圆形电池尤其可以如上文所描述的那样来构造，该方法具有至少一个步骤：

- 将至少一个调温元件这样定位（Positionieren）在电池组电池的至少一个电极元件上，使得所述至少一个电极元件的内侧至少逐段地借助于该调温元件与所述至少一个电极元件的外侧间隔开。

借助于按照本发明的方法，实现了已经在上文结合按照本发明的电池组电池所描述的相同的优点。在当前情况下全面地参照（Bezug nehmen）这些优点。

在本发明的意义上的方法还具有如下至少一个其它步骤：

- 使至少两个电极元件插入到彼此中，使得所述至少一个调温元件布置在第一电极元件的内侧与第二电极元件的外侧之间。

因此，可以提供可灵活地组装的插接系统，该插接系统具有对所有作为插接元件的电极元件的均匀的冷却。

在本发明的意义上的方法还可以具有如下至少一个其它步骤：

- 缠绕仅仅一个电极元件，使得所述至少一个调温元件被包裹在电极元件的内侧与相同电极元件的外侧之间。

因此，可以提供一种有利的并且快速的用于制造具有均匀的冷却的电池组电池的方法。

在本发明的意义上的方法还具有如下至少一个其它步骤：

- 提供具有不同的直径的至少两个填充体；和/或

- 替代圆柱形的电极核心和/或替代所述至少两个电极元件其中的至少一个电极元件，插入所述两个填充体其中的至少一个填充体。

因此，可以提供有适配能力的和/或有意地能使用的和/或能加装的插接系统。

附图说明

在下文，利用对本发明的优选的实施例的描述依据附图进一步示出其它的改善本发明的措施。在此，在权利要求书中以及在说明书中提及的特征可以分别单独地或者以任意的组合而对于本发明是重要的。在此，应注意到：附图只具有描述性特性，而不被认为是以任何一种形式对本发明进行限制。其中：

图1示出了按照一个可能的实施方式的按照本发明的电池组电池的示意图；

图2示出了按照另一可能的实施方式的按照本发明的电池组电池的示意图；

图3示出了以插接系统的形式的按照本发明的电池组电池的示意图；

图4示出了以具有可能的填充体的插接系统的形式的按照本发明的电池组电池的示意图；和

图5示出了以具有另一可能的填充体的插接系统的形式的按照本发明的电池组电池的示意图。

具体实施方式

图1至5示出了以圆形电池的形式的电池组电池100。电池组电池100具有至少一个电极元件10和至少一个调温元件20，该电极元件具有内侧I和外侧A。按照本发明规定：至少一个电极元件10的内侧I至少逐段地借助于调温元件20与至少一个电极元件10的外侧A间隔开。

按照所有附图1至5的电池组电池100具有至少一个电极元件10。在图2的实施方式中，电池组电池100可以具有仅一个优选地带状的电极元件10，该电极元件可以被缠绕成卷。在图1的实施方式中，电池组电池100可具有多个、优选地圆柱套形的电极元件10，这些电极元件可以插入到彼此中。在此，可以设置第一电极元件11、第二电极元件12和电极核心13。当然，同样可设想的是多个电极元件10。图1和2分别示出了穿过按照本发明的电池组电池100的横截面。

无论是被缠绕的仅一个唯一的电极元件还是多个电极元件10其中的每个电极元件，所述至少一个电极元件10分别具有外侧A和内侧I。在按照图2的仅仅一个电极元件10的情况下，其相对应地是仅仅一个连贯的（durchgehend）外侧A和仅仅一个连贯的内侧I。在按照图1的多个电极元件10的情况下，在每个电极元件10上各有一个外侧A和一个内侧I。

在按照图2的仅仅一个电极元件10的情况下，该调温元件20、例如同样带状的调温元件20在各个层之间被包裹。以这种方式，调温元件20将唯一的电极元件10的缠绕层的外侧A与在其上缠绕的缠绕层的内侧I分开。

在按照图1的多个电极元件10的情况下，所述至少一个调温元件20布置在两个相邻的电极元件10之间。以这种方式，所述至少一个调温元件20来到（kommen）电极元件10的外侧A与下一个电极元件10的内侧I之间。在图1中，第一调温元件21布置在第一电极元件11的内侧I与第二电极元件12的外侧A之间。此外，第二调温元件22布置在第二电极元件12的内侧I与电极核心13的外侧A之间。此外，第三调温元件23布置在外壳101与第一电极元件11的外侧A之间。

所述至少一个调温元件20的这种定位确保：也对具有任意大的尺寸的圆形电池均匀地调温。有利地，在按照本发明的圆形电池之内，具有电池材料的层（通过一个或多个电极元件10构成）和冷却层（通过一个或多个调温元件20构成）连续地交替。在此，外壳101如果期望的话可以完全地（参见图1和3）被填充。

调温元件20可以以例如可电开关的冷却元件的形式和/或以有冷却介质流经的冷却导体的形式来实施。以这种方式，可以提供在选择和操控调温元件20情况下的灵活性。可电开关的冷却元件可以更快地被操控。有冷却介质流经的冷却导体可以有利地在功能上被集成到针对电机的车辆侧的冷却装置中和/或针对车辆内部空间的空调设施中。

如图3至5表明的那样，在圆形电池的端面上进行用于电接线102和用于冷却103的连接。

图4和5阐明：通过取出在圆形电池的核心中的电池材料的各个层以及可能各个冷却层，可以控制和/或改变电池组电池100的功率或者有效距离。为了从核心出发对圆形电池进行支撑，可以提供一个或多个填充体30，所述一个或多个填充体在圆形电池的核心中保护并且支撑在电池组电池100中的保留的电极元件10。

按照本发明的电池组电池100可以有利地被用于HV应用，例如被用在电动车辆中。在此，可以提供比较大的圆形电池，这些圆形电池可以根据长度（der Länge nach）朝车辆横向来安装。

针对电池组电池100的外壳101可以被实施为具有被提高的壁厚度的负载外壳（Lastgehäuse），以便支撑大的负载和/或将大的负载传递给车身。优选地，外壳101可以借助于深冲工艺来被制造而且具有圆柱套形状，其具有单片地连接的底部。外壳101还可具有未示出的、例如能封闭的顶盖。在外壳101的底部和/或顶盖上，可以构造用于电接线102和用于冷却103的相对应的连接。

图3、4和5阐明：所述至少两个电极元件11、12可以构成插接系统，以便能够实现对电池组电池100的功率和有效距离的可变适配。图3至5在左侧示出了穿过相应的电池组电池100的横截面而在右侧示出了穿过相应的电池组电池100的纵截面。

图3至5示出：所述至少两个电极元件11、12以及所述至少两个调温元件21、22圆柱套形地来构造和/或能彼此同轴地来布置，使得它们优选地可以无间隙地贴靠在彼此上。通过所述至少两个电极元件11、12在所述至少两个调温元件21、22上的优选地无间隙的支承来进行热传递，用于对所述至少两个电极元件11、12进行调温。

所述至少两个电极元件11、12具有不同的直径D1、D2。所述至少两个调温元件21、22同样具有不同的直径t1、t2。

图4和5示出：在电池组电池100中，可以设置至少一个套筒形的（或空心的）或者圆柱形的（单片的）填充体30，所述至少一个电极元件10可以布置在该填充体上。

在图4中示出了替代电极核心13的第一填充体31。在图5中示出了替代电极核心13和第二电极元件12的第二填充体32。

所述至少两个填充体31、32具有不同的直径d1、d2。借助于所述至少一个填充体30，可以提供有适配能力的插接系统。

以上对附图的描述仅仅在示例的范畴内描述本发明。当然，只要技术上有意义，这些实施方式的各个特征就可以彼此自由组合，而并不偏离本发明的范畴。

附图标记列表

10 电极元件

11 电极元件、第一电极元件

12 电极元件、第二电极元件

13 电极元件、电极核心

20 调温元件

21 调温元件、第一调温元件

22 调温元件、第二调温元件

23 调温元件、第三调温元件

30 填充体

31 填充体、第一填充体

32 填充体、第二填充体

100 电池组电池

101 外壳

102 电接线

103 冷却

A 外侧

I 内侧

D1 直径

D2 直径

d1 直径

d2 直径

t1 直径

t2 直径

Claims

1.一种以圆形电池的形式的电池组电池（100），所述电池组电池具有：

至少一个电极元件（10），所述电极元件具有内侧（I）和外侧（A）；

和至少一个调温元件（20），

其中所述至少一个电极元件（10）的所述内侧（I）至少逐段地借助于所述调温元件（20）与所述至少一个电极元件（10）的所述外侧（A）间隔开。

2.根据权利要求1所述的电池组电池（100），

其特征在于，

所述至少一个电极元件（10）包括至少两个电极元件（11、12），

和/或所述至少一个调温元件（20）布置在第一电极元件（11）的内侧（I）与第二电极元件（12）的外侧（A）之间。

3.根据权利要求1或2所述的电池组电池（100），

其特征在于，

设置仅一个电极元件（10），所述电极元件被缠绕成卷，

和/或所述至少一个调温元件（20）被包裹在所述电极元件（10）的所述内侧（I）与相同电极元件（10）的所述外侧（A）之间。

4.根据上述权利要求之一所述的电池组电池（100），

其特征在于，

所述至少一个电极元件（10）带状地来构造，

和/或所述至少一个调温元件（20）带状地来构造。

5.根据上述权利要求之一所述的电池组电池（100），

其特征在于，

所述至少一个调温元件（20）以冷却元件的形式和/或以有冷却介质流经的冷却导体的形式来实施。

6.根据上述权利要求之一所述的电池组电池（100），

其特征在于，

设置用于所述电池组电池（100）的外壳（101），

和/或所述至少一个电极元件（10）的所述外侧（A）至少逐段地借助于所述至少一个调温元件（20）与所述外壳（101）间隔开。

7.根据权利要求2所述的电池组电池（100），

其特征在于，

所述至少两个电极元件（11、12）构成插接系统。

8.根据权利要求2所述的电池组电池（100），

其特征在于，

所述至少两个电极元件（11、12）圆柱套形地来构造和/或能彼此同轴地来布置，

和/或所述至少两个电极元件（11、12）具有不同的直径（D1、D2）。

9.根据上述权利要求之一所述的电池组电池（100），

其特征在于，

所述至少一个调温元件（20）包括至少两个调温元件（21、22）。

10.根据权利要求9所述的电池组电池（100），

其特征在于，

所述至少两个调温元件（21、22）圆柱套形地来构造和/或能彼此同轴地来布置，

和/或所述至少两个调温元件（21、22）具有不同的直径（t1、t2）。

11.根据上述权利要求之一所述的电池组电池（100），

其特征在于，

设置至少一个套筒形的或者圆柱形的填充体（30），所述至少一个电极元件（10）布置在所述填充体上，

和/或所述至少一个电极元件（10）的所述内侧（I）至少逐段地借助于所述至少一个调温元件（20）与所述至少一个填充体（30）间隔开。

12.根据权利要求2所述的电池组电池（100），

其特征在于，

所述至少一个填充体（30）具有至少两个具有不同直径（d1、d2）的填充体（31、32），在所述填充体上能布置能扩展数目的所述至少两个电极元件（11、12）。

13.一种用于制造以圆形电池的形式的电池组电池（100）的方法，所述方法具有至少一个步骤：

- 将至少一个调温元件（20）这样定位在所述电池组电池（100）的至少一个电极元件（10）上，使得所述至少一个电极元件（10）的内侧（I）至少逐段地借助于所述调温元件（20）与所述至少一个电极元件（10）的外侧（A）间隔开。

14.根据权利要求13所述的方法，

其特征在于，

所述方法具有至少一个其它步骤：

- 使至少两个电极元件（11、12）插入到彼此中，使得所述至少一个调温元件（20）布置在第一电极元件（11）的内侧（I）与第二电极元件（12）的外侧之间。

15.根据权利要求13或14所述的方法，

其特征在于，

所述方法具有至少一个其它步骤：

- 缠绕仅仅一个电极元件（10），使得所述至少一个调温元件（20）被包裹在所述电极元件（10）的内侧（I）与相同电极元件（10）的外侧（A）之间。

16.根据上述权利要求13至15之一所述的方法，

其特征在于，

所述方法具有至少一个其它步骤：

- 提供具有不同的直径（d1、d2）的至少两个填充体（31、32）；和/或

- 替代圆柱形的电极核心（13）和/或替代所述至少两个电极元件（11、12）其中的至少一个电极元件，插入所述两个填充体（31、32）其中的至少一个填充体。