CN111834570A - 电池装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电池装置(1)，至少包括至少一个电池单元(2)和带有壁(4)的壳体(3)，其中所述壳体(3)具有用于冷却液(7)的至少一个入口(5)和出口(6)，其中所述电池单元(2)布置在所述壳体(3)内并且由所述冷却液(7)加载；其中在所述壳体(3)内存在可压缩的气体体积(8)，该气体体积可由所述冷却液(7)加载。

Description

电池装置
技术领域
本发明涉及一种电池装置，带有至少一个电池单元和带有壁的壳体，其中壳体具有用于冷却液的至少一个入口和出口，其中电池单元布置在壳体内部并且由冷却液加载。电池单元是电流存储器(Stromspeicher，有时称为蓄电池)，其例如在机动车中用于存储电能。
背景技术
目前，对电动车辆中的电池装置在快速充电方法方面的要求提高。对于例如350kW[千瓦]的高充电功率，还必须通过相应的冷却系统导出非常高的损耗功率(电池单元的热量释放)。在此，使用静液压的浸没式冷却作为可能的冷却方案，其中电池单元大面积地由液体(例如油)环流，也就是说电池单元位于液体池中。
液体通过非常小的可压缩性而出众。在此在压力突然升高时，压力脉冲以声速传播通过液体并且几乎不可像在可压缩介质(气体，例如环境空气)中那样被削弱。因此，如果例如当在碰撞情况下填充有液体的电池装置在一个部位处受损且变形，则电池装置1中的内部压力也突然地升高。各个电池装置之间的流体连接件、即例如软管或管也遭受突然的压力升高并且可被损坏。此外，在电池装置的损坏位置处排挤液体(例如，由于壳体的凹陷/变形)可导致电池装置的其它部件以及尤其电池单元由排挤的液体损坏(例如，壳体在其它部位处鼓起、电池单元变形、液体从电池装置逸出到周围环境处)。由此可在电池单元处出现不可修复的损坏，这如有可能还可对位于机动车中/处的人员带来提高的安全风险。
例如由DE 10 2016 224 277 A1已知一种用于机动车的电池，该电池具有电池壳体和布置在该电池壳体中的多个电池模块，所述电池模块分别带有自有的模块壳体。在模块壳体与电池壳体的壁之间布置有泡沫元件，通过所述泡沫元件一方面应保证碰撞安全性并且另一方面应保证电池的热绝缘。
由DE 10 2014 212 181 A1已知一种电池模块壳体，在该电池模块壳体中布置有多个电池模块。彼此相邻布置的电池模块通过例如具有泡沫材料的缓冲元件彼此间隔开。缓冲元件由于可压缩性允许对在制造电池期间的制造公差进行补偿并且实现电池模块的热绝缘。
发明内容
本发明的目的是，至少部分地解决关于现有技术所列举的问题。尤其应该提出一种带有高效的静液压的浸没式冷却的电池装置，该电池装置实施成针对碰撞情况进行匹配。
带有根据专利权利要求1的特征的电池装置有助于解决该目的。有利的改进方案是从属专利权利要求的对象。在专利权利要求中单独阐明的特征能够以技术上有意义的方式相互组合并且可通过来自说明书中的解释性详情和/或来自附图的细节来补充，其中指出了本发明的另外的实施变型方案。
提出一种电池装置，其至少包括至少一个电池单元和带有壁的壳体，其中壳体具有用于冷却液的至少一个入口和出口。所述至少一个电池单元布置在壳体内并且由冷却液加载(以用于导出或者输入热量)。在壳体内存在可压缩的气体体积，该气体体积由冷却液加载或者可由冷却液加载。
电池单元是电流存储器，其例如在机动车中使用以用于存储电能。机动车尤其例如具有用于驱动机动车的电机，其中电机可通过存储在电池单元中的电能驱动。
在突然的压力升高或者压力脉冲的情况下，气体体积可被压缩，从而压力升高衰减，也就是说，压力脉冲的最大值是较小的。因此这种压力脉冲尤其对电池装置的其它部件具有较小的影响或甚至没有影响。
气体体积尤其位置受约束地(ortsgebunden，有时称为固定不动地)布置在电池装置中。气体体积尤其例如俘获(eingebunden)在主体中，其中所述主体可布置在壳体中。
尤其地多个电池单元以联合成电池模块的方式布置。尤其地多个电池模块布置在壳体中。尤其地在联合成电池模块的电池单元之间不设置有用于冷却液的流动通道。尤其地在各个电池模块之间布置有用于冷却液的流动通道。
电池模块尤其是电池装置的最小的可更换单元。电池模块尤其以小于60伏特(直流电压)的电压运行。
电池模块尤其可还(或备选地)称为电池单元复合体，各个电池单元为了电互连和机械固定以联合的方式布置在该电池单元复合体中。
在电池装置中存在的气体体积尤其包括在壳体中存在的液体体积的至少1%、优选至少5%、特别优选至少10%。在此，尤其考虑电池装置的为按照规定的运行而设置的运行状态，其中恰好不存在碰撞事故或例如由于之前的碰撞事故引起的例如壳体的变形。
气体体积尤其封入在至少一个闭孔(geschlossen-porig)泡沫元件(主体)中。
根据一种有利的设计方案，因此在壳体内部或者在(带有浸没式冷却的电池单元的)电池装置的内部中使用至少一个闭孔泡沫元件(或多个闭孔泡沫元件)。尤其地在实施成封闭的孔的内部中封入有气体。泡沫元件尤其具有多个孔。由于闭孔的设计方案，在孔中封入的气体(体积)和液体之间尤其不存在直接接触。因此，也不存在气体溶解在液体中。
泡沫元件尤其具有至少90%、优选至少95%的孔隙率(即封闭的孔占泡沫元件的体积的份额)。
在此，尤其可使用不同的气体(空气、氮气等)以用于发泡，例如根据电池装置中的要求还可使用阻燃或惰性气体。
泡沫元件(即成孔的、封入气体的固体)的基材尤其通过如下材料形成，即该材料具有一定的柔性，优选满足电池装置的热方面、机械方面和/或安全相关的要求。
总而言之，泡沫元件尤其是可压缩的、可变形的和/或弹性的。因此在使用在浸没式冷却的电池装置中时，能够将限定的可压缩性引入到难以压缩直至几乎不可压缩的冷却介质(液体)中。
在出现外部负荷例如冲击时，或在电池装置或壳体变形时，通过可压缩的气体体积附加提供的可压缩性可缓冲或降低或甚至完全补偿作用于电池单元上的力或负荷。
传播通过液体的压力脉冲可通过可压缩性缓冲。此外，在壳体变形的部位处排挤的冷却液可流走到气体体积或者所述至少一个泡沫元件的体积中，在该体积中例如泡沫元件被压缩且其体积减小。因此，例如壳体的鼓起、电池单元或电池模块或者电池装置彼此间的连接件的损坏可避免或者至少减小。
在此尤其地，闭孔泡沫元件布置在何处不是强制性地起决定作用，而是只在必要时，泡沫元件在电池装置中布置在冷却液内。
加载在此尤其意味着，作用于冷却液的压力或者压力升高可间接或直接地传递到气体体积上。
气体体积、即例如泡沫元件可例如布置在电池单元之间，其中电池单元仅仅通过气体体积或者泡沫元件彼此分开地布置。压力上升例如可从冷却液为出发点作用于电池单元并且从电池单元作用于泡沫元件。
在气体体积(或者泡沫元件)和冷却液之间的直接接触因此不是强制性必需的，仅仅只要作用在冷却液上的压力能够在不损坏其它组件的情况下传递到气体体积上。
所述至少一个泡沫元件尤其布置在所述至少一个电池单元与壁之间。
所述至少一个泡沫元件尤其布置在壳体的凹槽(Rücksprung)中。泡沫元件尤其例如集成到壳体中。因此尤其可利用结构上的自由空间，其例如可在壳体刚度的拓扑优化(FEM分析)中得出。例如，可使用带有壳体的较小的壁厚的区域，以将泡沫元件例如布置在电池单元与壳体之间。由此尤其不产生新的空间需求，该新的空间需求会减小电池装置的能量/功率密度。
电池装置尤其具有多个电池模块，所述电池模块分别带有至少一个电池单元，其中电池模块至少部分地并排地布置，并且在存在于电池模块之间的中间空间中构造有用于冷却液的流动通道，其中所述至少一个泡沫元件布置在中间空间中。
所述至少一个泡沫元件尤其至少布置在入口或出口中。
所述至少一个泡沫元件尤其布置成使得它能够由冷却液环流(即可在所有侧上由冷却液接触)。
所述至少一个泡沫元件尤其连结在壳体处。
所述至少一个泡沫元件尤其连结在电池单元处或连结在将电池单元位置固定在壳体中的保持框处。
保持框尤其用于将所述至少一个电池单元相对于壳体间隔开地布置或用于将电池模块彼此或者与壳体间隔开地布置。冷却液尤其可在这样创造的中间空间中循环。
通过可压缩的气体体积尤其还可使用于冷却液的、例如在各个电池装置之间或在入口或出口处的连接元件(即例如接管、软管、管)相对于压力负荷卸载。
尤其提出一种机动车，其至少包括驱动单元和已经描述的电池装置。
机动车尤其具有用于驱动机动车的电机，其中电机可通过存储在电池装置的所述至少一个电池单元中的电能驱动。
预防性地应当注意的是，在此使用的序数词(“第一”、“第二”、...)主要(仅)用于区分多个同样的对象、尺寸或过程，即尤其不强制预设这些对象、尺寸或过程彼此的相关性和/或顺序。如果相关性和/或顺序是必要的，则这在此明确地说明或这对于本领域技术人员来说在研究具体描述的设计方案时可显而易见地得出。
附图说明
下面借助附图详细解释本发明以及技术环境。应指出，本发明不应通过所列举的实施例限制。尤其地，只要未明确地另外示出，还可行的是，提取在图中所解释的详情的部分方面并且将所述部分方面与来自本说明书的其它组成部分和认识相组合。尤其应指出，图和尤其所示的尺寸比例仅是示意性的。其中：
图1显示了已知的电池装置；
图2显示了电池装置的第一实施变型方案；
图3显示了电池装置的第二实施变型方案；
图4显示了电池装置的第三实施变型方案；且
图5显示了电池装置的第四实施变型方案。
具体实施方式
图1显示了一种已知的电池装置1，带有多个电池单元2和带有壁4的壳体3，其中壳体3具有至少一个用于冷却液7的入口5和出口6。电池单元2布置在壳体3内并且由冷却液7加载。
电池装置1包括多个电池模块12，所述电池模块分别带有多个电池单元2，其中电池模块12并排地布置并且在存在于电池模块12之间的中间空间13中构造有用于液体7的流动通道16。
在压力15突然增大的情况下(在出现压力脉冲时或者在出现机械负荷时)，压力脉冲以声速传播通过液体7并且几乎不可像在可压缩的介质(气体，例如环境空气)中那样被削弱。因此，如果例如当在碰撞情况下填充有液体的电池装置在一个部位处受损和变形，则电池装置1中的内部压力也突然升高。各个电池装置1之间的流体连接件、即例如软管或管也遭受突然的压力升高并且可被损坏。
图2显示了电池装置1的第一实施变型方案。图3显示了电池装置1的第二实施变型方案。图4显示了电池装置1的第三实施变型方案。图5显示了电池装置1的第四实施变型方案。下面一起描述图2至图5。参见图1的实施方案。
电池装置1包括：多个电池单元2，其中多个电池单元2分别联合成电池模块12；以及带有壁4的壳体3。壳体3具有用于冷却液7的入口5和出口6。电池单元2布置在壳体3内并且由冷却液7加载(以用于导出或者输入热量)。在壳体3内存在可压缩的气体体积8，其由冷却液7加载或可由冷却液7加载。
在压力15突然增大的情况下(参见图2)，气体体积8可被压缩，从而压力增大对电池装置1的其它组件具有尤其小的影响或者甚至没有影响。
当前，多个电池单元2分别以联合成电池模块12的方式布置。多个电池模块12布置在壳体3中。在此，在联合成电池模块12的电池单元2之间不存在用于冷却液7的流动通道16。在各个电池模块12之间布置有用于冷却液7的流动通道16。
保持框14用于将电池单元2相对于壳体3间隔开地布置并且用于将电池模块12彼此间隔开地或者与壳体3间隔开地布置。在这样创造的中间空间13中，冷却液7尤其可在流动通道16中循环。
气体体积8分别封入在多个闭孔泡沫元件10(主体)中。
在出现外部负荷例如冲击时，或在电池装置1或壳体3变形时，通过可压缩的气体体积8附加提供的可压缩性可缓冲或者降低或甚至完全补偿作用于电池单元2的压力15。
根据一种在此未示出的实施变型方案，气体体积8例如泡沫元件10分别布置在电池单元2之间，其中电池单元2仅仅通过气体体积8或泡沫元件10彼此分开地布置。压力上升例如可从冷却液7为出发点作用于电池单元2并且从电池单元2作用于泡沫元件10。
根据在图2中示出的第一实施变型方案，气体体积8例如泡沫元件10分别布置在电池模块12之间。在此，电池装置1具有多个电池模块12，所述电池模块分别带有多个电池单元2，其中电池模块12并排地布置并且在存在于电池模块12之间的中间空间13中构造有用于冷却液7的流动通道16。泡沫元件10布置在中间空间13中。
根据在图3中示出的第二实施变型方案，泡沫元件10布置在电池单元2或者电池模块12与壳体3的壁4之间。
根据在图4中示出的第三实施变型方案，泡沫元件10布置在壳体3的凹槽11中。在此，泡沫元件10例如集成到壳体3中。因此尤其可利用结构上的自由空间，其例如可在壳体刚度的拓扑优化(FEM分析)中得出。例如，可如所示的那样利用带有壳体3的较小壁厚的区域，以将泡沫元件10例如布置在电池单元2与壳体3之间。根据在图5中示出的第四实施方案，泡沫元件10布置在入口5和出口6中。
通过可压缩的气体体积尤其还可使得用于冷却液的例如在各个电池装置之间或在入口或出口处的连接元件(即例如接管、软管、管)相对于压力负荷卸载。
参考标号列表
1 电池装置
2 电池单元
3 壳体
4 壁
5 入口
6 出口
7 冷却液
8 气体体积
9 液体体积
10 泡沫元件
11 凹槽
12 电池模块
13 中间空间
14 保持框
15 压力
16 流动通道

Claims (10)

1.电池装置(1)，至少包括至少一个电池单元(2)和带有壁(4)的壳体(3)，其中所述壳体(3)具有用于冷却液(7)的至少一个入口(5)和出口(6)，其中所述电池单元(2)布置在所述壳体(3)内并且由所述冷却液(7)加载；其中在所述壳体(3)内存在可压缩的气体体积(8)，该气体体积可由所述冷却液(7)加载。
2.根据权利要求1所述的电池装置(1)，其中，存在所述电池装置(1)中的所述气体体积(8)包括存在于所述壳体(3)中的液体体积(9)的至少1%。
3.根据前述权利要求中任一项所述的电池装置(1)，其中，所述气体体积(8)封入在至少一个闭孔泡沫元件(10)中。
4.根据权利要求3所述的电池装置(1)，其中，所述至少一个泡沫元件(10)布置在所述至少一个电池单元(2)与所述壁(4)之间。
5.根据前述权利要求3和4中任一项所述的电池装置(1)，其中，所述至少一个泡沫元件(10)布置在所述壳体(3)的凹槽(11)中。
6.根据上述权利要求3至5中任一项所述的电池装置(1)，其中，所述电池装置(1)具有多个电池模块(12)，所述电池模块(12)分别带有至少一个电池单元(2)，其中所述电池模块(12)至少部分地并排地布置，并且在存在于所述电池模块(12)之间的中间空间(13)中构造有用于所述冷却液(7)的流动通道(16)，其中所述至少一个泡沫元件(10)布置在所述中间空间(13)中。
7.根据前述权利要求3至6中任一项所述的电池装置(1)，其中，所述至少一个泡沫元件(10)至少布置在所述入口(5)或所述出口(6)中。
8.根据前述权利要求3至7中任一项所述的电池装置(1)，其中，所述至少一个泡沫元件(10)布置成使得其能够由所述冷却液(7)环流。
9.根据前述权利要求3至8中任一项所述的电池装置(1)，其中，所述至少一个泡沫元件(10)连结在所述壳体(3)处。
10.根据前述权利要求3至9中任一项所述的电池装置(1)，其中，所述至少一个泡沫元件(10)连结在所述电池单元(2)处或连结在将所述电池单元(2)位置固定在所述壳体(3)中的保持框(14)处。
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