CN111355005A - 用于电连接的组件及电池组或车辆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于电连接的组件及电池组或车辆，具体而言尤其建议用于借助于至少一个电导体(5)将电化学存储单元电池和/或单元电池模块(4)彼此电连接成电池组(3)、尤其高伏电池组和/或用于借助于至少一个电导体(5)将电池组与至少一个用电设备电连接的组件(6)，其中至少一个电导体(5)至少部分区段地构造为热管(14)或至少部分区段地具有热管(14)。有利地设置成，电导体(5)构造为汇流排且在两端处分别具有或构造接触和固定区段(9)，其中紧接着每个接触和固定区段(9)分别联接有电导体(5)的构造为热管(14)的调温区段(12)，且其中所提及的调温区段(12)联接到电导体(5)的共同的连接区段(13)处。

Description

用于电连接的组件及电池组或车辆

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的用于借助于至少一个电导体将尤其电化学的存储单元电池(Speicherzellen)和/或单元电池模块(Zellmodule)彼此电连接成电池组(Batterie)、尤其高伏电池组(Hochvoltbatterie)和/或用于借助于至少一个电导体将该电池组与至少一个用电设备电连接的组件。根据本发明的权利要求10，本发明还涉及一种带有这种连接组件的电池组以及一种带有这种电池组的车辆。

背景技术

在最近，由于用于机动车的内燃机式驱动器的燃料的供应变得持续性地较短缺，采取了巨大的努力以提供备选的驱动类型。在此电动机式驱动器越来越重要，该电动机式驱动器由一个或多个电化学存储件如电池组或者蓄电池供给电能。机动车在此可仅借助于一个或多个电动机式驱动器运行，或作为所谓的混合动力车辆或插入式混合动力车辆(Plug-in-Hybridfahrzeug，有时称为插电式混合动力车辆)为了驱动不仅具有内燃机而且具有一个或多个电动机。本领域技术人员越来越优选锂离子蓄电池作为所谓的牵引电池组或更确切地说驱动电池组，其本身有利地不具有记忆效应且具有小的自放电。尽管如此，这种蓄电池或电池组的效率与温度有关并且在低温时大大降低。此外可确定的是，在机动车的行驶运行中以及在这种电池组或电池组系统的充电阶段中通过在导电的构件中的电损耗功率热量被引入到电池组系统中，该热量可导致电池组的高的热负荷。众所周知，由于在高的单元电池温度的情况下运行电池组可发生电池组单元电池的加速老化，这伴随电池组系统的使用寿命的缩短。在极端情况下，过高的单元电池温度可导致电化学的存储单元电池的所谓的烧穿并且因此可导致电池组系统的故障。这些情况要求电池组系统的调温措施，以为了实现电池组系统的长的使用寿命以及能够可靠地运行借助于电动机驱动的机动车并能够将该机动车实现为量产车辆(Serienfahrzeug，有时称为标准车辆)。

因此，由文件WO 2013/056877 A1已知一种带有用于锂离子单元电池的调温单元的电池组模块，该调温单元包括一个或多个热管(英语heatpipe)。锂离子电池在此以其基面与相关联的热管热接触。热管作为高效导热的元件是众所周知的。对这种热管本身的详细论述例如可从“WIKIPEDIA(维基百科全书)免费的百科全书(https://de.wikipedia.org/wiki/Wämerohr)”中得出。热管基本上理解为一种换热器，该换热器在利用工作介质(例如水或氨)的蒸发热的情况下通过以下方式允许高的热流密度，即通过可在小的横截面上传输大量的热。热管的热阻明显小于金属。热管的性能因此非常接近等温状态变化。在热管的长度上存在几乎恒定的温度。因此，在相同的热传递功率下，相比于在相同的使用条件下的传统的换热器明显更轻的结构类型是可行的。

此外，长期以来由现有技术中已知电导体，也称为连接器或汇流排，以便将多个电化学存储单元电池彼此连接或者共同互连成所谓的高伏电池组。所提及的存储单元电池在此并联和/或串联地或者串接地相互连接，以便对于一定的应用情况实现一定的容量、更高的电流负载能力和/或更高的总电压。

就此而言，从文件DE 10 2015 112 528 A1中已知一种带有正电流路径和负电流路径的高伏电池组，其中在负电流路径中布置有至少一个电阻。优选地，电流路径分别具有由铜制成的汇流排。以如下情况(即在高伏电池组内在正电流路径和负电流路径之间的热负荷不同)为出发点，利用该出版物提出，通过传热通过如下方式引起在两个电流路径之间的热平衡或者更均匀的温度分布，即通过在所提及的电阻附近两个电流路径通过至少一个热耦合元件彼此热连接，但是彼此电绝缘。根据一种优选的实施方案，所提及的热耦合元件具有至少一个热管(英语heatpipe)。

此外，从文件DE 10 2016 206 510 A1中公开了一种电池组单元，该电池组单元包括至少两个电池组模块，所述电池组模块至少单极地通过模块连接器彼此电连接。在此，模块连接器构造为至少一个热管。根据一种实施方式，模块连接器以两个热管的形式构造，其中每个热管的蒸发器与相关的电池组模块的正极或者负极以及其冷凝器彼此电连接。冷凝器与用作散热部的中间壁热连接，然而与该中间壁电绝缘，其中中间壁具有至少一个孔口，热管被引导通过该孔口。

发明内容

本发明的任务是，在保持现有技术的优点的情况下创造一种备选的用于将电化学存储单元电池和/或单元电池模块彼此电连接成电池组和/或用于将该电池组与至少一个用电设备电连接的组件，该组件提供尤其存储单元电池、单元电池模块和/或电池的就现有技术而言更高效的调温。此外，本发明的任务是提供一种带有这种连接组件的电池组以及一种带有这种电池组的车辆。

以用于借助于至少一个电导体将电化学存储单元电池和/或单元电池模块彼此电连接成电池组、尤其高伏电池组和/或用于借助于至少一个电导体将该电池组与至少一个用电设备电连接的组件(其中该至少一个电导体至少部分区段地构造为热管或至少部分区段地具有热管)为出发点，所提出的任务通过如下方式解决，即电导体构造为汇流排并且在两个端部处分别具有或构造接触和固定区段，其中紧接着每个接触和固定区段分别联接有电导体的构造为热管的调温区段，并且其中所提及的调温区段联接到电导体的共同的连接区段处。

热管、也称为Heatpipe(英语)理解为一种高效的换热器，其在使用工作介质(例如水或氨)的蒸发热的情况下通过以下方式允许高的热流密度，即通过可在小的横截面上传输大量的热。有利地通过上文描述的措施将电导体的传统功能通过以下方式与调温功能相组合，即通过所提及的调温功能直接集成到电导体中，其中就现有技术而言，通过布置在调温区段之间的共同的连接区段进一步改善调温并且因此更有效地设计调温。

从属权利要求描述了本发明的优选的改进方案或设计方案。

为了还进一步改善且还更有效地设计调温，连接区段直接关联有或可关联有至少一个调温元件。

在此优选地，所述至少一个调温元件构造成用于主动地对电导体以及因此还对电和热联接在该电导体处的电化学存储单元电池和/或单元电池模块进行调温。通过此措施有利地使得取决于例如电化学存储单元电池和/或单元电池模块的当前所测量的温度进行限定的调温成为可能。

为了能够实现所提及的主动调温，调温元件优选构造成管状并且由调温流体流过。调温流体可例如由本来就存在的冷却循环回路产生，如其尤其可在车辆、如机动车中发生的那样。

根据本发明的一种实际的实施方式，电导体至少在调温区段的区域中构造成两层，其中对于每个调温区段而言，这两个层彼此间隔开地流体密封地接合成所提及的热管。

与此相反，接触和固定区段和连接区段结构空间最小化地构造为扁平型材，其中但是相关的扁平型材同样可构造成两层。

为了保证电流的可靠传导，电导体和调温元件在导热连接的情况下彼此电绝缘。

为了确保在电导体与调温元件之间的有效热传递，电绝缘件优选具有高的导热系数。因此，所提及的绝缘件例如可由导热良好的陶瓷或由导热良好的塑料形成。

本发明还涉及一种具有至少一个这种连接组件的电池组以及一种带有这种电池组的车辆。

附图说明

下面借助于在图纸中示意性示出的实施例对本发明进行详细解释。然而本发明不限于这些实施例，而是包括所有通过专利权利要求书限定的设计方案。其中：

图1非常示意性地显示了带有电池组的车辆，该电池组具有根据本发明的连接组件，

图2以透视图显示了连接组件，带有电池组的两个单元电池模块，这两个单元电池模块借助于对于本发明而言重要的电导体彼此电连接，

图3以截面图显示了根据图2的连接组件，补充了调温元件，

图4显示了根据图2和图3的所提及的电导体的细节图，

图5显示了根据图4的截面“I-I”，

图6显示了电导体的非常示意性的截面图，结合示出了在所提及的电导体中的电流“I”的电流方向以及热流“Φ”的流动方向，

图7显示了根据图6的细节“Z”。

参考标号列表

1 车辆

2 电动机

3 电池组

4 单元电池模块

5 电导体

6 用于电连接的组件

7 极端子

8 极端子

9 接触和固定区段

10 固定螺栓

11 通孔

12 调温区段

13 连接区段

14 热管

15 层

16 工作介质

16a 冷凝的工作介质

16b 蒸发中的/已蒸发的工作介质

17 管外壳

18 调温元件

19 通道

20 绝缘件

21 导热薄膜

“T1”-“T3” 温度

“I” 电流

“Φ” 热流。

具体实施方式

图1首先显示了车辆1、当前为轿车，带有作为驱动发动机的电动机2且带有电池组3。因此，根据该实施例涉及一种带有牵引电池组或高伏电池组的纯电运行的车辆1。然而通过本发明尤其还包括一种所谓的混合动力车辆或插入式混合动力车辆，其除了一个或多个电动机2之外还具有内燃机(未绘制示出)。

根据该实施例，电池组3具有至少两个单元电池模块4，所述单元电池模块本身分别由至少一个、优选由两个或更多个未绘制示出的电化学存储单元电池形成。众所周知，存储单元电池彼此电互连成所提及的单元电池模块4。单元电池模块4同样彼此互连成所提及的电池组3。为此使用电导体5。

下面示例性地借助于用于将一个单元电池模块4的正极端子7与另一单元电池模块4的负极端子8电连接的组件6来描述本发明。在图2至7中显示的电导体5相对刚性地构造并且在本领域技术人员中也称为电连接器或汇流排。它优选地由导电金属、例如由铜、铜合金、铝、铝合金或这些材料的组合(复合材料)制成。尤其当待电连接的极端子7,8由不同的导电材料制成、例如一个极端子8由铜制成而另一极端子9由铝制成时，展现了由所提及的复合材料制成的电导体5。备选地，电导体5还可具有不导电的陶瓷或塑料基材，保证电流传导的导电颗粒和/或纤维、线材等被包围到所述陶瓷或塑料基材中。

如还可从图2至7中得出的那样，以伸长的、相对刚性地构造的汇流排形式的电导体5在两个端部处分别具有电接触和固定区段9或者构造这样的电接触和固定区段。接触和固定区段9分别借助固定螺栓10固定在相关联的极端子7,8处(尤其参见图3和6)。在此，所提及的固定螺栓10贯穿在相关的接触和固定区段9中的通孔11。紧接着相应的接触和固定区段9分别联接有电导体5的调温区段12，所述调温区段12联接到电导体5的电和热连接所述调温区段的共同的连接区段13处。

各个调温区段12构造为热管14。根据该实施例，电导体5在其纵向延伸上构造为板形的并且在调温区段12的区域中构造为两层的，其中对于各个调温区段12而言，两个层15彼此间隔开地流体密封地被接合成所提及的热管14。热管14因此构造密闭包封的容积，在该容积中布置有工作介质16，例如水或氨。接触和固定区段9和共同的连接区段13根据该实施例单层地构造为扁平型材。然而，取决于用于制造电导体的优选的制造方法，它们也可构造两层的扁平型材(未绘制示出)。

如上面已经阐明的那样，热管14(英语“heatpipe”)理解为高效的换热器，其在利用所提及的工作介质16的蒸发热的情况下通过以下方式允许高的热流密度，即通过可在小的横截面上传输大量的热。图6和图7就此而言显示了电导体5的所提及的热管14的工作原理。

随后在图6中在共同观察电导体5的情况下首先非常示意性地示出电流“I”从一个单元电池模块4的正极(+)(极端子7)向另一单元电池模块4的负极(-)(极端子8)的技术上的电流方向。此外，在图6中非常示意性地示出了在相应的热管14内部的热流“Φ”的流动方向，即从热区域或者更确切地说在电导体5的相应的接触和固定区段9的区域中或者在极端子7,8的区域中的热能吸收区域(“T1”，“T2”)向电导体5的较冷的且用作为散热部(“T3”)的区域(T1＞T3＜T2)。

附图7补充地显示了热管14本身的功能原理。在此，布置在热管14的容积中的液态的工作介质16基本上通过热能吸收蒸发(16b)，该液态的工作介质然后在散热部(“T3”)的区域中再次冷凝(16a)。由于普遍已知且对于本发明而言是不重要的，就此还参考在开头提到的公开内容“WIKIPEDIA免费百科全书(https://de.wikipedia.org/wiki/Wämerohr)”，其还更详细地描述了热管14的工作原理。

根据该实施例，热能排放或散热部(T3)的区域一方面通过热管14的大面积构造且与环境空气间接或直接接触的管外壳17并且另一方面以更大得多的效果通过所提及的连接区段13形成。此外，连接区段13直接关联有充当热交换器的主动冷却的调温元件18，该调温元件18热接触连接区段13(参见图3、6和7)。

根据该实施例，调温元件18管状地构造成带有两个通道19，未绘制示出的调温流体流过这两个通道。调温元件18或者其通道19例如可接入到车辆1的未绘制示出的冷却循环回路中。优选地，调温元件18由导热性非常好的材料、尤其金属如铜、铜合金、铝或铝合金制成。调温元件18当前具有矩形横截面并且接触构造成扁平型材的连接区段13的接触表面。

为了还更有效地进行调温，连接区段13的与接触面相对而置的面同样可用作接触面，该接触面于是同样与优选用于主动调温的调温元件18热接触。备选地，调温元件18也可如此设计，即使得它通过以下方式热接触连接区段13的两个接触表面，即通过它例如具有或者构造用于构造成扁平型材的连接区段13的缝口形容纳部(未绘制示出)。

电导体5和调温元件18构造成彼此电绝缘但导热。就此而言，它们在中间布置有电绝缘件20的情况下接触，但是该电绝缘件有利地具有高的导热系数。所提及的绝缘件20例如通过特定硅树脂或特定聚合物以导热薄膜或导热垫以及导热膏的形式形成。这种产品例如在商标“KERATHERM^®”下市售可得。

为了确保电池组3的所有可接近的部件的无电压性(Spannungsfreiheit)，可另外设置未绘制示出的监视组件，如电压测量装置，其在不允许的电压的情况下自动地将系统切换为无电压的。

为了还更有效地设计电导体5与调温元件18之间的热交换，在电导体5与调温元件18之间另外布置有本身已知的导热薄膜21或者本身已知的导热垫。

上文描述的实施例基本上针对一种用于借助于至少一个电导体5进行电连接的组件6，该电导体5集成地通过如下方式具有电池组3或更确切地说其单元电池模块4的冷却、尤其主动冷却，即通过通过连接区段13且以更进一步改进的效果与调温元件18组合地与电导体5的所提及极端子7,8间隔开地构造并布置有散热部(T3)，其中相应的间距通过热管14占据。

尽管如此，也存在单独地或还附加于上文描述的冷却使用该组件6以用于加热电池组3或者其单元电池模块4的可能性。为此，利用温度升高的调温流体来运行调温元件18。由此，热流“Φ”在相应的热管14内部的流动方向反转(未绘制示出)。散热部在这种情况下因此通过相应的极端子7,8形成(T1<T3>T2)。

此外，本发明还包括一种根据本发明类型的组件6，其带有至少一个上文描述的类型的电导体5，该电导体使电化学存储单元电池彼此电连接或使电池组3与用电设备电连接并构造成用于调温，无论是其冷却和/或加热(未绘制示出)。

Claims (10)

1.一种用于借助于至少一个电导体(5)将电化学存储单元电池和/或单元电池模块(4)彼此电连接成电池组(3)、尤其高伏电池组和/或用于借助于至少一个电导体(5)将该电池组与至少一个用电设备电连接的组件(6)，其中所述至少一个电导体(5)至少部分区段地构造为热管(14)或至少部分区段地具有热管(14)，其特征在于，所述电导体(5)构造为汇流排并且在两端处分别具有或构造接触和固定区段(9)，其中紧接着每个接触和固定区段(9)分别联接有所述电导体(5)的构造为热管(14)的调温区段(12)，并且其中所提及的调温区段(12)联接到所述电导体(5)的共同的连接区段(13)处。

2.根据权利要求1所述的组件(6)，其特征在于，所述连接区段(13)直接关联有或可关联有至少一个调温元件(17)。

3.根据权利要求2所述的组件(6)，其特征在于，所述至少一个调温元件(17)构造成用于主动地对所述电导体(5)和因此还有电和热联接在所述电导体处的电化学存储单元电池和/或单元电池模块(4)进行调温。

4.根据权利要求3所述的组件(6)，其特征在于，所述调温元件(17)构造成管状并且由调温流体流过。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的组件，其特征在于，管状的所述调温元件(17)可运行不仅用于冷却所述电导体(5)而且用于加热所述电导体(5)。

6.根据前述权利要求中任一项所述的组件(6)，其特征在于，所述电导体(5)至少在所述调温区段(12)的区域中构造成双层，并且两个层(15)彼此间隔开地流体密封地接合成所提及的热管(14)。

7.根据前述权利要求中任一项所述的组件(6)，其特征在于，不仅所述接触和固定区段(9)而且所述连接区段(13)构造扁平型材。

8.根据权利要求2至7中任一项所述的组件(6)，其特征在于，所述电导体(5)和所述调温元件(17)在导热连接的情况下彼此电绝缘。

9.根据权利要求8所述的组件(6)，其特征在于，所述电绝缘件(20)具有高的导热系数。

10.一种电池组(3)，带有根据前述权利要求中任一项所述的连接组件(6)，以及一种带有这种电池组(3)的车辆(1)。

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