CN111788709B - 电池机械和热力系统及制造方法、电池模块、模块化电池 - Google Patents

电池机械和热力系统及制造方法、电池模块、模块化电池 Download PDF

Info

Publication number
CN111788709B
CN111788709B CN201880089669.9A CN201880089669A CN111788709B CN 111788709 B CN111788709 B CN 111788709B CN 201880089669 A CN201880089669 A CN 201880089669A CN 111788709 B CN111788709 B CN 111788709B
Authority
CN
China
Prior art keywords
module
heat
circuit board
energy storage
electronic circuit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201880089669.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111788709A (zh
Inventor
S·格策
P·莱丁
D·库恩
M·延施
T·施密特
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dr Ing HCF Porsche AG
Original Assignee
Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dr Ing HCF Porsche AG filed Critical Dr Ing HCF Porsche AG
Publication of CN111788709A publication Critical patent/CN111788709A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111788709B publication Critical patent/CN111788709B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/61—Types of temperature control
    • H01M10/613—Cooling or keeping cold
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/64—Heating or cooling; Temperature control characterised by the shape of the cells
    • H01M10/647—Prismatic or flat cells, e.g. pouch cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/66—Heat-exchange relationships between the cells and other systems, e.g. central heating systems or fuel cells
    • H01M10/667—Heat-exchange relationships between the cells and other systems, e.g. central heating systems or fuel cells the system being an electronic component, e.g. a CPU, an inverter or a capacitor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • B60L50/60—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells using power supplied by batteries
    • B60L50/64—Constructional details of batteries specially adapted for electric vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/24—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries for controlling the temperature of batteries
    • B60L58/26—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries for controlling the temperature of batteries by cooling
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/62—Heating or cooling; Temperature control specially adapted for specific applications
    • H01M10/625—Vehicles
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/655—Solid structures for heat exchange or heat conduction
    • H01M10/6554—Rods or plates
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/655—Solid structures for heat exchange or heat conduction
    • H01M10/6556—Solid parts with flow channel passages or pipes for heat exchange
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/204—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells
    • H01M50/207—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape
    • H01M50/209—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape adapted for prismatic or rectangular cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/204—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells
    • H01M50/207—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape
    • H01M50/211—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape adapted for pouch cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/204—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells
    • H01M50/207—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape
    • H01M50/213—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape adapted for cells having curved cross-section, e.g. round or elliptic
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/284—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders with incorporated circuit boards, e.g. printed circuit boards [PCB]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Battery Mounting, Suspending (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

本发明涉及一种用于制造用于模块化电池的机械和热力系统的方法，其中该系统具有至少一个模块，其中将所述至少一个模块的箱形的模块壳体在至少一个导热的模块侧面上与至少一个面型的冷却装置相连接，其中所述至少一个模块包括至少一个蓄能单元和布置在面型的功率电子电路板上的至少一个功率电子器件，该至少一个蓄能单元与该至少一个功率电子器件藉由将热量导出到与所述冷却装置热连接的至少一个模块侧面上的至少一个第一导热元件和至少一个第二导热元件彼此热隔离并且被以如下方式集成到该模块壳体中：将该至少一个蓄能单元与所述至少一个第一导热元件相连接，使所述至少一个第一导热元件接触与冷却装置相连接的至少一个模块侧面；在至少一个面型的功率电子电路板与至少一个蓄能单元之间布置至少一个第二导热元件，该至少一个第二导热元件接触与冷却装置相连接的至少一个模块侧面。

Description

电池机械和热力系统及制造方法、电池模块、模块化电池
技术领域
本发明涉及一种用于制造用于模块化电池的机械和热力系统的方法，该模块化电池具有在同类的各模块中的能量储存器和功率电子部件。还要求保护一种用于该模块化电池的机械和热力系统。此外，要求保护一种包括该系统的模块。最后，要求保护一种包括该系统或该模块的模块化电池。该模块化电池例如位于电动车辆的驱动装置的电能供应系统周围。
背景技术
功率电子器件、例如模块化多电平转换器(例如在DE 102 17 889 A1中所描述的)可以用于将在其他情况下硬接线的电池组划分成多个模块化电池部分，这些电池部分的电连接可以在运行中动态地改变。模块化电池部分可以由单独的单电池构成，但是也可以由自身又构成小电池组的多个单电池构成。这种动态的改型使得在此能够桥接有缺陷的单电池或产生任意的输出电压。问题在于，无论是功率电子器件还是单电池都各自构成了需要冷却的热源。
文献DE 10 2011 116 126 A1公开了一种电池，该电池具有主动调温的单独的单电池和被布置在电池壳体外侧的部件，这些部件与该电池壳体热耦合。
美国文献US 2016/0118700 A1公开了通过在单电池与电池电子器件之间使用热板进行热传递。
与从现有技术已知的传统电池方案相比，在集成有功率电子器件的电池中存在两个热源。一方面，单电池由于其不可忽视的内电阻而在充电过程和放电过程中(在行驶运行期间)变热。在此，电池冷却系统在很大程度上决定了电动车辆的性能。为此通常使用这样的液体，该液体甚至借助空调压缩机将电池冷却到室温。为此例如也参见美国文献US2015/0360573 A1，该文献描述了将化学电池组和功率电子器件在一个共同的壳体内部借助于冷却液体系统来冷却。另一方面，功率电子器件自身引导大的电流(例如整个电池电流)经过电池电子器件的部件，由此产生额外的传导损耗和开关损耗。
此外，功率电子器件和电池的典型的工作温度范围也不同。如今的电池(例如锂基或锌基电池)偏好通常从例如刚超过0℃到例如40℃的理想运行温度。通常优选在室温下运行。相比之下，电子部件的运行温度范围明显更宽。因此，这些电子部件能够在远低于0℃(在半导体的情况下至少低至-20℃)时工作。向上允许高于120℃的温度，由此例如允许超过100℃的壳体温度。
此外，电池由于其表面相对较大所以损耗功率是占主要地位的。与在功率电子器件上产生的损耗功率比在电池的情况下小得多，例如可能小5至10倍，然而非常集中于功率电子部件上。
同样地，电池由于其大的质量和大的体积而具有大的热容量，而功率电子器件的热容量相比之下非常小。
发明内容
在此背景下，本发明的目的在于，提供一种用于制造用于模块化电池的热力和机械系统的方法，该方法将功率电子器件和能量储存器集成到同类的各模块中、使这些相应的热源在此彼此热隔离并且能够对这些热源进行相应冷却。此外还能够集成控制电子器件。此外，本发明的目的在于，提供一种根据本发明方法制造的相应的热力和机械系统，以及一种包括该系统的电池模块。
为了实现上述目的，提出一种用于制造用于模块化电池的热力和机械系统的方法，其中该系统具有至少一个模块，其中将所述至少一个模块的箱形的模块壳体在至少一个导热的模块侧面上与至少一个面型的冷却装置相连接，其中所述至少一个模块包括至少一个蓄能单元和布置在面型的功率电子电路板上的至少一个功率电子器件，该至少一个蓄能单元与该至少一个功率电子器件藉由将热量导出到与所述冷却装置热连接的至少一个模块侧面上的至少一个第一导热元件和至少一个第二导热元件彼此热隔离，并且被以如下方式集成到模块壳体中：将所述至少一个蓄能单元与所述至少一个第一导热元件相连接，使所述至少一个第一导热元件接触与冷却装置相连接的至少一个模块侧面；将至少一个面型的功率电子电路板布置在所述至少一个蓄能单元与所述模块壳体的壳体内壁之间；以及在该至少一个面型的功率电子电路板与该至少一个蓄能单元之间布置至少一个第二导热元件，该至少一个第二导热元件接触与冷却装置相连接的至少一个模块侧面。
在根据本发明方法的一个实施方式中，将至少两个蓄能单元组合成电池模块，在该电池模块中，使这些蓄能单元相邻地布置并且彼此串联地互连。替代性地可以设想的是，各个蓄能单元藉由可控开关相互连接，由此可以设定这些蓄能单元的并联配置或串联-并联混合的配置，或者由此例如当单个的蓄能单元有故障时，可以跨过或绕过该单个的蓄能单元。
在根据本发明方法的另一个实施方式中，选择至少一个设计为方形电池单体的单电池、或至少一个设计为圆柱形电池单体的单电池、或至少一个设计为软包电池单体的单电池作为蓄能单元。
在根据本发明方法的一个实施方式中，将至少一个隔热元件布置在模块壳体中，其中通过至少一个第一导热元件、至少一个第二导热元件以及该至少一个隔热元件的共同作用而产生至少一个冷却路径，该至少一个冷却路径将在该模块壳体中所产生的热量导出到与该冷却装置相连接的模块侧面上。因此，能够实现共用的但互不影响的冷却路径，从而使得可能具有高温度的功率电子器件不会对至少一个蓄能单元施加热负荷。根据预先确定的要求，也可以这样来联接冷却路径，即通过具有高导热性的材料(例如金属)和隔热物(例如塑料、泡沫或还有空气)来实施在所述功率电子器件与所述至少一个蓄能单元之间的热连接。在运行时在该功率电子器件上或该至少一个蓄能单元上所产生的热量被排出到与该冷却装置相连接的至少一个模块侧面上。
在根据本发明方法的另一个实施方式中，以导热板的形式来设计所述至少一个第二导热元件并且分别用导热板包围面型的功率电子电路板的顶侧和底侧。使相应的导热板接触与冷却装置相连接的至少一个模块侧面。
在根据本发明方法的另一个实施方式中，选择模块底部作为与冷却装置相连接的至少一个模块侧面之一。
在根据本发明方法的一个实施方式中，选择模块化多电平转换器作为功率电子器件。
在根据本发明方法的另一个实施方式中，额外地将控制电子器件集成到模块壳体中，该控制电子器件被设计为面型的控制电路板并且与功率电子电路板对置地或垂直地沿模块壳体的壳体内壁布置。由此，控制电子器件可以与功率电子器件集成到同一模块壳体内，而并不被该功率电子器件的强的电磁场影响。
根据本发明的方法由此将功率电子器件和至少一个蓄能单元、以及任选地还有控制电子器件以机械的和热的方式集成到通常能够以多种实施方式布置在冷却装置上的模块中。
此外，要求保护一种用于模块化电池的机械和热力系统，该模块化电池具有在同类的各模块中的能量储存器和功率电子部件，其中该系统包括具有箱形的模块壳体的至少一个模块，该至少一个模块在至少一个模块侧面上与面型的冷却装置相连接，其中所述至少一个模块具有：至少一个蓄能单元，布置在至少一个面型的功率电子电路板上的功率电子器件，以及至少一个第一导热元件和至少一个第二导热元件，其中，至少一个蓄能单元分别与至少一个第一导热元件相连接，并且至少一个第一导热元件接触与冷却装置相连接的至少一个模块侧面，至少一个面型的功率电子电路板布置在至少一个蓄能单元与模块壳体的壳体内壁之间，并且在至少一个面型的功率电子电路板与至少一个蓄能单元之间布置有至少一个第二导热元件，该至少一个第二导热元件和与该冷却装置相连接的至少一个模块侧面联接。
在此，该模块壳体例如由一个U形的、三面的板弯曲件和所放置的壳体盖组合而成，该板弯曲件具有布置在U形的板弯曲件的开放的两侧处的、经铣销的或经注塑成型的两个连接件。相应的导热元件可以被设计为面型的导热板，该导热板藉由与该冷却装置相连接的模块侧面与该模块的冷却装置相连接。在用至少一个蓄能单元填满的模块壳体中，至少一个功率电子电路板可以沿壳体内壁布置在至少一个蓄能单元侧向。在所述至少一个功率电子电路板与所述至少一个蓄能单元之间可以面型地设计有至少一个导热板作为所述至少一个第二导热元件。额外地，在所述至少一个功率电子电路板与模块壳体的壳体内壁之间可以设计有另一个导热板。各相应的导热板都在边缘处与连接至冷却装置的模块侧面相连接，或者与模块壳体的由模块侧面所对应的壳体内壁相连接，其中该模块壳体的由该壳体内壁所对应的外侧与冷却装置接触。该模块侧面在此例如可以是模块底部。
在根据本发明的机械和热力系统的另外的设计方案中，该系统额外地具有至少一个隔热元件，该至少一个隔热元件与所述至少一个第一导热元件和/或与所述至少一个第二导热元件一起形成至少一个冷却路径，通过该至少一个冷却路径将热量导出至该冷却装置。
在根据本发明的机械和热力系统的还另外的设计方案中，该系统具有至少一个设计为方形电池单体的单电池、或至少一个设计为圆柱形电池单体的单电池、或至少一个设计为软包电池单体的单电池作为蓄能单元。方形的电池单体例如可以设有螺纹连接部或焊接连接部。
在根据本发明的机械和热力系统的设计方案中，该功率电子器件是模块化多电平转换器。模块化多电平转换器一般具有多个功率半导体开关，这些功率半导体开关在工作时与电流输入和电流输出一起形成高的热源，而对功率半导体开关相应控制仅引导弱电流并且因此几乎不会产生热量损耗。
在根据本发明的机械和热力系统的另外的设计方案中，该系统额外地包括被设计为面型的控制电路板的控制电子器件。该控制电路板可以藉由屏蔽板或屏蔽箔片(例如布置在连接多个蓄能单元的电池单体连接框上)被屏蔽不受电磁干扰。
最后，要求保护一种配备有根据本发明的机械和热力系统的电池模块以及一种包括至少一个这种电池模块的模块化电池。
本发明的其他优点和设计方案从说明书和附图中得出。
不言而喻，在不脱离本发明范围的情况下，以上提到的这些特征以及仍将在以下说明的特征不仅能够在相应给出的组合中使用，而且还可以在其他组合中或者单独地使用。
附图说明
对附图予以概括性和一般性地描述，相同的部件被分配有相同的附图标记。
图1以根据本发明方法的实施方式的示意性图示示出用于装入到根据本发明所设置的模块壳体中的、多个方形的能量单体或单电池的布置方式。
图2以根据本发明方法的实施方式的示意性图示示出要安装的各组件的组装。
图3以根据本发明方法的实施方式的示意性图示示出用于将导电体与功率电子电路板螺纹连接的装配区段。
图4以根据本发明方法的实施方式的示意性图示示出将能量单体与功率电子器件的和控制电子器件的电路板集成到根据本发明所设置的模块壳体中的装配区段。
图5以根据本发明方法的实施方式的示意性图示示出得到的、组装而成的根据本发明的模块。
图6以根据本发明方法的实施方式的示意性图示示出布置在冷却板上的多个根据本发明的模块。
图7以根据本发明方法的实施方式的示意性图示示出用于组装根据本发明的模块的第一装配过程。
图8以根据本发明方法的实施方式的示意性图示示出用于组装根据本发明的模块的第二装配过程。
图9以根据本发明方法的实施方式的示意性图示示出用于组装根据本发明的模块的第三装配过程。
图10以根据本发明方法的实施方式的示意性图示示出用于组装根据本发明的模块的第四装配过程。
具体实施方式
在图1中以根据本发明方法的实施方式的示意性图示100示出用于安装到根据本发明所设置的模块壳体中的、多个方形的能量单体104的布置方式。方形的能量单体104(其例如是方形的VDA标准单体)被在其面型的侧面处与其他的方形的能量单体布置成电池组102并且藉由在顶部的单体连接件108串联地互连。单体连接件108的两极直接连接在此处侧向布置的功率电子电路板106上，在此也可以设想功率电子电路板106的另一种布置方式。所示出的布置方式能够实现更好的空间利用并且简化了单体连接。在车辆构造中使用标准化的能量单体提供了在可用性和预先确定的性能方面的可靠性。由所示出的14个能量单体得出电池组102的尺寸，该尺寸对应于模块壳体中可供使用的构造空间的一半。由此得出的模块电压足以实现预先确定的串电压(Strangspannung)。
在图2中以根据本发明方法的实施方式的示意性图示200示出在模块壳体202中集成的或要集成的所有组件的组装。多个方形的能量单体104(各自设有第一导热元件、在此为导热板204)组装成两个电池组并且借助于每个电池组的单体连接框108串联地互连。这些结构元件被嵌入到模块壳体202中并且在相应的端侧被泡沫材料板206相对于连接侧隔离。在各个功率电子电路板106的边缘处垂直地安置有控制电路板212。这两个功率电子电路板106在侧向被推入电池组与壳体壁之间，而这两个控制电路板212在顶部被贴放在单体连接框108上。在相应的电池组(或形成相应的电池组的蓄能单元或能量单体104)与相应的功率电子电路板106之间相应地布置有呈导热板208的形式的第二导热元件，该导热板在下部边缘处具有L形的末端部。这个L形的末端部接触模块壳体202的底部，该底部与面型的冷却装置连接。此外，在相应的功率电子电路板106与模块壳体202的壳体壁之间布置有呈相应的导热板210的形式的相应的第三导热元件，同样在该导热板的下部边缘处设计有L形的末端部并且该L形的末端部以与所述另外的导热板208相同的方式接触模块壳体202的底部。在此示出的图示中，导热板208和210的相应的L形的末端部以其与模块壳体202的底部接触的区段朝向彼此。
在图3中以根据本发明方法的实施方式的示意性图示300示出用于将导电体与相应的功率电子电路板106螺纹连接的装配区段。为了更清楚的原因，并未示出两个侧向的壳体壁。两个控制电路板212被展示为平放在顶部。用于正电压和负电压的各一个导电体被引导至功率电子电路板106中的每个功率电子电路板。在所示出的根据本发明的实施方式中，借助螺母304来实现对导轨状地布置的导电体(这些导电体例如由铜板制成)的紧固。
在图4中以根据本发明方法的实施方式的示意性图示400示出将能量单体、功率电子电路板和控制电子电路板212集成到模块壳体中的装配区段。当来自图示200(参见图2)的各单个的组件已经被组装在模块壳体202中时，获得所示出的图示400。模块壳体202容纳两个多电平逆变器模块，这些多电平逆变器模块通过将蓄能单元、功率电子电路板、控制电路板和导热板或导热板材组装在一起而获得。由此提供用于所有组件的空间并且将这些组件连接成一个单元。模块壳体202对外提供所需的所有接口，这些接口可以包括数据连接、电流连接和各种螺纹连接点。
在图5中以根据本发明方法的实施方式的示意性图示500示出组装而成的模块。在模块壳体202上安置了壳体盖502。
在图6中以根据本发明方法的实施方式的示意性图示600示出布置在冷却板604上的多个模块602。冷却板604的所示出的实施方式是具有输入和输出接口606的液体冷却板。
在图7中以根据本发明方法的实施方式的示意性图示710、720、730、740示出用于组装根据本发明的所设置的模块的第一装配过程。在图示710中以模块壳体202开始进行组装，该模块壳体由U形的、三面的板弯曲件形成，该模块壳体在保持开放的、相对置的两侧处分别设有经铣销的或经注塑成型的、由塑料制成的连接件，从而获得了箱体。然后在该箱体中放入由两个相互垂直地螺纹连接的金属板形成的T形内壁结构716，该内壁结构借助于沉头螺钉712被螺纹连接在模块底部和模块侧面上，其中在该模块侧面处还额外地使用专用垫片714。在图示720中，在模块壳体202的模块底部的内侧上放置间隔垫722，该间隔垫具有高导热性并且可以填满部件之间的间隙。这样准备好以后，在图示730中将两个电池组102引入到模块壳体202中，这些电池组由多个蓄能单元组装成，这些蓄能单元相应地设有在下部边缘处具有L形末端部的导热板，相应的蓄能单元104位于该下部边缘处并且该L形末端部使得能够藉由间隔垫将热量传递到模块底部。电池组102分别藉由泡沫材料板206与相应的连接件隔离。在图示740中，在两个电池组102顶部分别安置面型的泡沫材料件742，并且借助于螺栓744将单体连接框108与来自图示710的内壁结构716螺纹连接。
在图8中以根据本发明方法的实施方式的示意性图示示出用于组装根据本发明所设置的模块的第二装配过程810、820、830、840。在装配步骤740中所安置的单体连接框108中存在凹口，这些凹口容纳相应的六角螺母816、相应的环形舌片(Ringzunge)814、相应的配合垫片818、和用于串联连接蓄能单元的相应的汇流排812。额外地，在此使用用于测量电压的简单环孔集成有的温度传感器的环孔和另外的配合垫片(未详细展示)。相应的环形舌片814必须位于预先限定的位置，为此直接在单体连接框108中设置有凹部。装配步骤820以在装配步骤810中展示的部件的俯视图示出根据本发明的布置方式。为了防止后续装配步骤中可能出现短路，在装配步骤830中针对每个电池组都在连接位置上安置较长的单体电极盖板832和较短的单体电极盖板834。为了完成这个装配过程，在840中还借助相应的六角螺母846、相应的环形舌片844和相应的配合垫片848螺纹连接这两个汇流排841和842。模块壳体202现在装配有两个电池组并且准备好容纳电子组件。
在图9中以根据本发明方法的实施方式的示意性图示示出用于组装根据本发明所设置的模块的第三装配过程910、920、930、940。在模块壳体202的外部对电子组件、包括第二导热元件924、936进行预装配，这些第二导热元件在此被实施为相应的热板的形式。首先，在装配步骤910中，藉由圆柱头螺栓914和螺母918使两个功率电子电路板912与铜导体916连接。接着，在装配步骤920中，在结构922的随后朝向模块壳体内壁的侧面上施加间隔垫926并且用导热板924遮盖该间隔垫。使圆柱头螺栓928和929穿过上述结构元件中的相应的孔。以相同的方式在功率电子电路板932的另一个侧面与另外的间隔垫934与另外的导热板936之间形成接触。藉由螺母937、938和939将圆柱头螺栓928和929的自由端部锁紧并且由此将所有彼此叠置的结构元件固持在一起。为了完成预装配，在装配步骤940中将相应的控制电路板944连接到设有汇流排和导热板的相应的功率电子器件942上。此外将具有USB插头947的USB数据线缆946插入到为此在相应的控制电路板944上所设置的插口中。相应的USB插口948用于另外连接至车载电子器件。因此，电子组件是完备的并且可以在下一个步骤中与模块壳体202以及集成到该模块壳体中的电池组连接。
在图10中以根据本发明方法的实施方式的示意性图示示出用于组装根据本发明所设置的模块的第四装配过程1010、1020、1030、1040。将在装配步骤940中已完成的电子组件(在装配步骤1010中被命名为1014)推入到内壁结构716和该模块壳体的模块壳体内壁以及具有电池组的结构1012之间。该电子组件的铜导体贴放在电池极上。该电子组件在顶部藉由环形舌片1017、配合垫片1016和螺栓1018与结构1012螺纹连接。在装配步骤1020中，藉由螺栓1024将该电子组件从该模块底部起与具有模块壳体、电池组和功率电子电路板或控制电路板的结构1022螺纹连接，并且藉由先前在装配步骤720中引入的间隔垫722在该模块的内部将该电子组件与该壳体底部连联接。在装配步骤1030中，在结构1032上还藉由螺栓1034安置两个保险装置1036，并且最后以通过将壳体盖502卡夹到现在已完成的结构1042上的装配步骤1040来完成装配。

Claims (10)

1.一种用于制造用于模块化电池的机械和热力系统的方法，其中该系统具有至少一个模块，其中将所述至少一个模块(602)的箱形的模块壳体(202)在至少一个导热的模块侧面上与至少一个面型的冷却装置相连接，其中所述至少一个模块(602)包括至少一个蓄能单元(104)和布置在面型的功率电子电路板(106，912)上的至少一个功率电子器件作为模块化多电平转换器，该至少一个蓄能单元与该至少一个功率电子器件藉由将热量导出到与所述冷却装置热连接的至少一个模块侧面上的至少一个第一导热元件(204)和至少一个第二导热元件(208，924，936)彼此热隔离，并且被以如下方式集成到模块壳体(202)中：将所述至少一个蓄能单元(104)与所述至少一个第一导热元件(204)相连接，使所述至少一个第一导热元件接触与冷却装置相连接的至少一个模块侧面；将至少一个面型的功率电子电路板(106，912)布置在所述至少一个蓄能单元(104)与所述模块壳体(202)的壳体内壁之间；以及在该至少一个面型的功率电子电路板(106，912)与该至少一个蓄能单元(104)之间布置至少一个第二导热元件(208，924，936)，该至少一个第二导热元件接触与冷却装置相连接的至少一个模块侧面，以导热板的形式来设计至少一个第二导热元件(208，936)并且分别用导热板包围面型的功率电子电路板(106，912)的顶侧和底侧，使相应的导热板接触与冷却装置相连接的至少一个模块侧面，额外地将控制电子器件集成到模块壳体(202)中，该控制电子器件被设计为面型的控制电路板(212，944)并且与功率电子电路板(106，912)对置地或垂直地沿模块壳体(202)的壳体内壁布置。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，将至少两个蓄能单元(104)组合成电池组(102)，在该电池组中，使这些蓄能单元相邻地布置并且彼此串联地互连。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，选择至少一个设计为方形电池单体的单电池、或至少一个设计为圆柱形电池单体的单电池、或至少一个设计为软包电池单体的单电池作为蓄能单元(104)。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，将至少一个隔热元件布置在模块壳体(202)中，通过至少一个导热元件与该至少一个隔热元件的共同作用而产生至少一个冷却路径，通过该至少一个冷却路径将在该模块壳体(202)中产生的热量导出到与冷却装置相连接的模块侧面上。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其中，选择模块底部作为与冷却装置相连接的至少一个模块侧面之一。
6.一种用于模块化电池的机械和热力系统，该模块化电池具有在同类的各模块(602)中的能量储存器和功率电子部件，其中该系统包括具有箱形的模块壳体(202)的至少一个模块(602)，该至少一个模块在至少一个模块侧面上与面型的冷却装置相连接，其中所述至少一个模块(602)具有：至少一个蓄能单元(104)，布置在至少一个面型的功率电子电路板(106，912)上的、作为模块化多电平转换器的功率电子器件，以及至少一个第一导热元件(204)和至少一个第二导热元件(208，924，936)，其中，至少一个蓄能单元(104)与至少一个第一导热元件相连接，并且至少一个第一导热元件接触与冷却装置相连接的至少一个模块侧面，至少一个面型的功率电子电路板(106)布置在至少一个蓄能单元(104)与模块壳体(202)的壳体内壁之间，并且在至少一个面型的功率电子电路板(106)与至少一个蓄能单元(104)之间布置有至少一个第二导热元件(208，924，936)，该至少一个第二导热元件和与冷却装置相连接的至少一个模块侧面联接，以导热板的形式来设计至少一个第二导热元件(208，936)并且分别用导热板包围面型的功率电子电路板(106，912)的顶侧和底侧，使相应的导热板接触与冷却装置相连接的至少一个模块侧面，额外地将控制电子器件集成到模块壳体(202)中，该控制电子器件被设计为面型的控制电路板(212，944)并且与功率电子电路板(106，912)对置地或垂直地沿模块壳体(202)的壳体内壁布置。
7.根据权利要求6所述的机械和热力系统，该系统额外地还具有至少一个隔热元件，该至少一个隔热元件与至少一个导热元件一起形成至少一个冷却路径，通过该至少一个冷却路径将热量导出至冷却装置。
8.根据权利要求6或7所述的机械和热力系统，该系统具有至少一个设计为方形电池单体的单电池或至少一个设计为圆柱形电池单体的单电池或至少一个设计为软包电池单体的单电池作为蓄能单元(104)。
9.一种电池模块，该电池模块具有根据权利要求6至8之一所述的机械和热力系统并且由根据权利要求1至5之一所述的方法制造。
10.一种模块化电池，该模块化电池具有至少一个根据权利要求9所述的电池模块。
CN201880089669.9A 2018-02-20 2018-09-13 电池机械和热力系统及制造方法、电池模块、模块化电池 Active CN111788709B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102018103713.9A DE102018103713A1 (de) 2018-02-20 2018-02-20 Mechanisches und thermisches System für eine modulare Batterie mit Leistungselektronikkomponenten
DE102018103713.9 2018-02-20
PCT/EP2018/025234 WO2019161876A1 (de) 2018-02-20 2018-09-13 Mechanisches und thermisches system für eine modulare batterie mit leistungselektronikkomponenten

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111788709A CN111788709A (zh) 2020-10-16
CN111788709B true CN111788709B (zh) 2023-08-18

Family

ID=63862085

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201880089669.9A Active CN111788709B (zh) 2018-02-20 2018-09-13 电池机械和热力系统及制造方法、电池模块、模块化电池

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20210005855A1 (zh)
KR (1) KR102437552B1 (zh)
CN (1) CN111788709B (zh)
DE (1) DE102018103713A1 (zh)
WO (1) WO2019161876A1 (zh)

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018231810A1 (en) 2017-06-12 2018-12-20 Tae Technologies, Inc. Multi-level multi-quadrant hysteresis current controllers and methods for control thereof
SG11201912207RA (en) 2017-06-16 2020-01-30 Tae Technologies Inc Multi-level hysteresis voltage controllers for voltage modulators and methods for control thereof
WO2019183553A1 (en) 2018-03-22 2019-09-26 Tae Technologies, Inc. Systems and methods for power management and control
SG11202110832UA (en) 2019-03-29 2021-10-28 Tae Technologies Inc Module-based energy systems capable of cascaded and interconnected configurations, and methods related thereto
KR20210108772A (ko) * 2020-02-26 2021-09-03 엘지전자 주식회사 배터리 팩
CA3191441A1 (en) 2020-04-14 2021-10-21 Tae Technologies, Inc. Systems, devices, and methods for charging and discharging module-based cascaded energy systems
WO2021231759A1 (en) 2020-05-14 2021-11-18 Tae Technologies, Inc. Systems, devices, and methods for rail-based and other electric vehicles with modular cascaded energy systems
KR20230074240A (ko) 2020-09-28 2023-05-26 티에이이 테크놀로지스, 인크. 다상 모듈 기반의 에너지 시스템 프레임워크 및 그것에 관련되는 방법
MX2023003716A (es) 2020-09-30 2023-06-16 Tae Tech Inc Sistemas, dispositivos y métodos para el equilibrado intrafasico e interfasico en sistemas de energía en cascada basados en módulos.
DE102021112775B3 (de) 2021-05-18 2022-06-02 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Batterieanordnung und Verfahren zur Herstellung einer Batterieanordnung
US11888320B2 (en) 2021-07-07 2024-01-30 Tae Technologies, Inc. Systems, devices, and methods for module-based cascaded energy systems configured to interface with renewable energy sources
CN114976437B (zh) * 2022-05-21 2024-03-01 西北工业大学 一种集承载-散热-供能于一体的水下航行器电池舱

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201131091Y (zh) * 2007-12-29 2008-10-08 马建红 电机控制器壳体
CN102656961A (zh) * 2009-12-10 2012-09-05 罗伯特·博世有限公司 电子控制设备
CN203420102U (zh) * 2013-09-05 2014-02-05 台州弘胜电子有限公司 一种缝纫机控制箱电路板的安装结构
CN103580050A (zh) * 2013-11-11 2014-02-12 国家电网公司 一种大功率模块化多电平锂电池储能变流器装置
CN203956880U (zh) * 2014-06-17 2014-11-26 世纪民生科技股份有限公司 手持式工具机
CN204335261U (zh) * 2014-12-26 2015-05-13 广东美的制冷设备有限公司 电子装置
DE102014105123A1 (de) * 2014-04-10 2015-10-15 Conti Temic Microelectronic Gmbh Batteriesystem und Verfahren zum Betreiben eines Batteriesystems
CN105552477A (zh) * 2014-10-24 2016-05-04 福特全球技术公司 牵引电池的热管理
CN106329022A (zh) * 2015-07-03 2017-01-11 曼卡车和巴士股份公司 机动车电池
WO2017060152A1 (de) * 2015-10-09 2017-04-13 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Antriebsbatteriebaugruppe

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6636016B2 (en) * 2000-10-16 2003-10-21 Toshiba Battery Co., Ltd. Battery pack and backup power supply device utilizing the battery pack
DE10217889A1 (de) 2002-04-22 2003-11-13 Siemens Ag Stromversorgung mit einem Direktumrichter
JP4644275B2 (ja) * 2008-07-29 2011-03-02 日立オートモティブシステムズ株式会社 電力変換装置および電動車両
CN107068921A (zh) * 2009-04-01 2017-08-18 株式会社Lg化学 中大型电池组
DE102009035458A1 (de) * 2009-07-31 2011-02-03 Daimler Ag Batterie mit einer Vielzahl von Batterieeinzelzellen
TWI419391B (zh) * 2009-12-25 2013-12-11 Ind Tech Res Inst 電池系統中的散熱與熱失控擴散防護結構
DE102011116126A1 (de) 2011-10-15 2012-05-24 Daimler Ag Batterie mit außenseitig an einem Batteriegehäuseangeordneten elektrischen und/oder elektronischenKomponenten
JPWO2014068922A1 (ja) * 2012-10-29 2016-09-08 三洋電機株式会社 車載用の電源装置及び電源装置を備える車両
US20160111692A1 (en) * 2013-10-29 2016-04-21 Sanyo Electric Co., Ltd. Power supply device
EP2965935B1 (en) 2014-06-17 2017-10-04 FERRARI S.p.A. Electric power system of a vehicle with electric propulsion
US9911951B2 (en) * 2014-09-30 2018-03-06 Johnson Controls Technology Company Battery module compressed cell assembly
KR101913786B1 (ko) * 2015-07-21 2018-10-31 주식회사 엘지화학 단자 플레이트 및 bms가 직접 연결된 구조의 전지모듈

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201131091Y (zh) * 2007-12-29 2008-10-08 马建红 电机控制器壳体
CN102656961A (zh) * 2009-12-10 2012-09-05 罗伯特·博世有限公司 电子控制设备
CN203420102U (zh) * 2013-09-05 2014-02-05 台州弘胜电子有限公司 一种缝纫机控制箱电路板的安装结构
CN103580050A (zh) * 2013-11-11 2014-02-12 国家电网公司 一种大功率模块化多电平锂电池储能变流器装置
DE102014105123A1 (de) * 2014-04-10 2015-10-15 Conti Temic Microelectronic Gmbh Batteriesystem und Verfahren zum Betreiben eines Batteriesystems
CN203956880U (zh) * 2014-06-17 2014-11-26 世纪民生科技股份有限公司 手持式工具机
CN105552477A (zh) * 2014-10-24 2016-05-04 福特全球技术公司 牵引电池的热管理
CN204335261U (zh) * 2014-12-26 2015-05-13 广东美的制冷设备有限公司 电子装置
CN106329022A (zh) * 2015-07-03 2017-01-11 曼卡车和巴士股份公司 机动车电池
WO2017060152A1 (de) * 2015-10-09 2017-04-13 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Antriebsbatteriebaugruppe

Also Published As

Publication number Publication date
DE102018103713A1 (de) 2019-08-22
US20210005855A1 (en) 2021-01-07
WO2019161876A1 (de) 2019-08-29
KR20200106956A (ko) 2020-09-15
CN111788709A (zh) 2020-10-16
KR102437552B1 (ko) 2022-08-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111788709B (zh) 电池机械和热力系统及制造方法、电池模块、模块化电池
EP2784869B1 (en) Battery pack
JP5743356B2 (ja) バッテリー・モジュールとこれを含むバッテリーパック
CN103026437B (zh) 蓄电模块
EP1839349B1 (en) Sensing board assembly for secondary battery module
KR101371212B1 (ko) 전지 모듈용 셀 카트리지 및 전지 모듈
US20130344362A1 (en) Temperature control of galvanic cells with the aid of heat-conducting plastic compounds
US20140220391A1 (en) Power source apparatus, and vehicle and power storage device equipped with that power source apparatus
WO2013031614A1 (ja) 電源装置及びこれを備える車両並びに蓄電装置
CN111354887B (zh) 蓄电池
KR20090127319A (ko) 전력 저장 전지를 결합하고 보관하기 위한 장치
CN208127265U (zh) 电池包
EP3509131A1 (en) Switchable battery module
US20220285755A1 (en) Top Cooling Type Battery Pack
US20170200929A1 (en) Voltage-protected producible motor vehicle battery
US20210296738A1 (en) Battery Module and Battery Pack Including the Same
KR20190092835A (ko) 탑 커버, 이를 구비한 배터리 모듈, 그리고 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차
WO2016029203A1 (en) Using distributed battery management system circuit boards as dc busses in an energy storage system
CN111433936B (zh) 电池组连接器和包括其的电池组
KR20170113362A (ko) 셀 연결 유닛 및 이를 포함하는 전지 모듈
KR101533991B1 (ko) 전지모듈 어셈블리
KR20150115252A (ko) 케이스 프레임 타입의 2 셀 배터리 모듈을 포함하는 배터리 모듈 어레이
JP2018085219A (ja) 電源装置
JP5786806B2 (ja) 蓄電モジュール
JP2022548857A (ja) 電池モジュールおよびそれを含む電池パック

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant