CN113067068A - 车辆电池 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电驱动或可电驱动的机动车的车辆电池(2)，其具有电池壳体(4)，该电池壳体(4)具有壳体盖(8)和下壳体(6)，该下壳体(6)具有居中的中央通道(10)，多个电池格(12)置于该中央通道(10)的侧面；和多个电池模块(14)，这些电池模块(14)布置在所述多个电池格(12)中并且通过模块连接器(16)串联地彼此电连接；以及设置在所述电池模块(14)和所述壳体盖(8)之间的用于热隔绝的绝缘材料(20、32)，其中，至少一个可操纵的隔离元件(24)连接在所述电池模块(14)的串联电路中，当至少一个电池模块(14)发生热过载时，该隔离元件(24)电气地中断所述串联电路。

Description

车辆电池

技术领域

本发明涉及一种电驱动或能电驱动的机动车的车辆电池。本发明还涉及一种具有这种车辆电池的电驱动或能电驱动的机动车。

背景技术

诸如电动车或混合动力车辆之类的电或电动机驱动或能驱动的机动车通常包括电动机，一个或两个车轴能由该电动机驱动。为了提供电能，电动机通常与作为电蓄能器的车辆内部的(高压)电池系统连接。

电池系统尤其应当理解为机动车的电化学电池或所谓的二次电池(secondarybattery)。在这种(二次)车辆电池中，消耗的化学能能通过充电过程恢复。这类车辆电池例如设计为电化学蓄电池、尤其锂离子蓄电池。为了产生或提供足够高的工作电压，这样的车辆电池通常具有至少一个电池单体模块或电池模块，其中多个单独的电池单体模块化地连接。

这样的电池系统优选具有尽可能高的能量密度，从而为机动车的使用者实现相应长的续航里程。为此，通常将大量的电池模块或电池单体紧密地堆积布置在电池壳体中。

为了减少电热损失，彼此连接的电池模块或电池单体具有尽可能小的内电阻。但由于内电阻较低，在电短路的情况下出现相对较高的短路电流。由于车辆电池中的较高的堆积密度或能量密度，存在例如由于电池单体的内部短路或过充电导致自增强的链式反应的风险，该链式反应被称为热失控(thermal runaway)。在热失控期间，一方面释放相应高的热能，另一方面在电池单体中还尤其由于电解质的分解而额外产生气体，由此在电池单体中产生高的内部压力。因此，电池单体可能变形、燃烧甚至爆炸式地释放气体压力。这种热失控或这种由于车辆电池的自燃引起的起火还可能在电池系统受损的情况下、例如在车辆事故或车辆碰撞的过程中出现。

因此，对于车辆电池，鉴于自燃或热失控的起火预防或阻燃在运行安全性方面和为了一般性的人员保护特别重要。在此，例如由于法规规定需要的是，在车辆电池自燃时及时警告车辆使用者或车辆乘员。在此尤其需要的是，在发出警告至车辆电池的着火或火焰形成可见之间、即在发出警告至危及车辆使用者之间存在一定的最小持续时间、例如五分钟，以便车辆使用者可以安全且可靠地撤离。

由专利文献WO 2017/139826 A1已知具有多个电池单体的电池。这些电池单体通过电池单体连接器彼此连接。在电池单体之间设置具有发泡性的保护材料，该保护材料在热作用下鼓起或膨胀。因此，在热失控的情况下，保护材料发生膨胀，该膨胀引起电池单体在空间上间隔距离。在此，电池单体连接器在相应的额定断裂点处断开，从而电池单体的连接被电气地解除。通过电池单体在空间上和电气的隔开或分离，损坏的电池单体有效地从电池单体组中隔离，从而相邻的电池单体被保护。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种特别适合的车辆电池。尤其应当尽可能避免或至少减小车辆电池内的自燃或热失控的风险。本发明所要解决的技术问题还在于提供一种特别适合的电驱动或能电驱动的机动车。

按照本发明，所述技术问题在车辆电池方面通过权利要求1的特征解决并且在机动车方面通过权利要求10的特征解决。有利的设计方案和扩展设计是从属权利要求的技术方案。关于车辆电池提到的优点和设计方案适宜地也可以应用于机动车，并且反之，关于机动车提到的优点和设计方案适宜地也可以应用于车辆电池。

按照本发明的车辆电池规定、适合并且设置用于电驱动或能电驱动的机动车，例如电动车或混合动力车辆。在此，车辆电池具有电池壳体，该电池壳体具有下壳体和盖住该下壳体的壳体盖。下壳体配备有居中的中央通道，多个电池格置于该中央通道的侧面、尤其两侧。

多个电化学的电池模块布置在这些电池格中，其中，优选每个电池格设有电池模块。在此，电池模块通过模块连接器串接或者串联地彼此电连接。

按照本发明，在电池模块和壳体盖之间设有用于隔热的绝缘材料，在电池模块热过载的情况下，该绝缘材料至少暂时地保护壳体盖以防火焰穿透。此外，按照本发明，至少一个可操纵的隔离元件连接在电池模块的串接或者串联电路中，当至少一个电池模块发生热过载时，该隔离元件电气地(德语：galvanisch)中断该串联电路。由此实现了特别适合且可靠的车辆电池。

“热过载”或“热超负荷”此处和以下尤其应理解在一个或多个电池模块或其电池单体的自燃或热失控的过程中的生热或放热。

在电池模块和壳体盖之间设有热隔绝的、尤其不能燃烧或隔火或阻燃的形式为绝缘材料的保护层，该保护层在电池模块自燃或热失控的情况下防止或至少在时间上延迟壳体盖的烧穿。换言之，绝缘材料是耐热的，例如直至大约400℃(摄氏度)。在此，绝缘材料例如设计为布置在电池模块和壳体盖之间的垫子。

作为绝缘材料的补充，在识别到电池模块或电池单体的自燃的情况下，电池模块的电连接在至少一个位置上被电气中断。由于电池模块的高的能量密度，沿着串联电路实现了中央通道的区域中的高的电压差。通过在串联电路的至少一个位置上的电隔离或电中断降低电池壳体内的这样高的电压差。由此有利地降低了车辆电池内的电压击穿的风险，电压击穿可能导致点燃电池模块。

一方面通过绝缘材料并且另一方面通过隔离元件实现了特别安全的车辆电池。此外，通过电气中断电池模块连接还降低了自燃或热失控从相关的电池模块蔓延到相邻的电池模块的风险。由此确保了在电池模块或电池单体热失控的情况下对车辆电池的有效且可靠的防传播保护。

通过将绝缘材料与对电池模块连接的电中断相结合实现了特别安全的车辆电池。串联电路的电中断基本上防止了电压击穿，从而尽可能不点燃电池模块。如果电池模块还是被点燃，则绝缘材料防止壳体盖被烧穿。由此在故障情况下防止或尽可能久延迟车辆电池的着火可见，从而给车辆使用者提供特别长的时间来撤离机动车。由此可靠地遵守了法规规定。

隔离元件的触发或操纵例如自动或自主地进行。在此，隔离元件优选在信号技术上与控制器、即控制单元耦连。该控制器在此例如设计为车辆电池的电池管理系统(BMS)。

在此，控制器一般性地在程序技术和/或电路技术上设置用于在故障情况中、尤其在热过载时在至少一个位置上电气地断开电池模块的串联电路。因此，控制器具体地设置用于，例如借助电池壳体内的温度传感器、压力传感器或起火传感器(Brandsensor)的传感器数据来控制和/或调节隔离元件。在这种故障情况下，优选地，控制器向车辆使用者发送警告信号，使得车辆使用者可以在车辆电池的火焰形成可见之前迅速离开机动车。

连词“和/或”在此处和下文中应当理解为，通过该连词联结的特征既可以共同地设计也可以设计为彼此的替代方案。

在优选的设计方案中，控制器至少核心由具有处理器和数据存储器的微控制器构成，在该微控制器中，用于操纵隔离元件的功能以驱动软件(固件)的形式在程序技术上被执行。但在本发明的范畴内，控制器也可以替代地由不可编程的电子部件、例如专用集成电路(ASIC)构成。

在有利的扩展设计中，绝缘材料设计为电绝缘的。换言之，绝缘材料既具有热隔绝特性又具有电绝缘特性。绝缘材料优选由云母或玻璃纤维材料制成。由此避免壳体盖上的电压击穿。

本发明的附加或另外的方面规定，作为电池模块和壳体盖之间的绝缘材料的补充，还在电池壳体的这样的部位上安装绝缘材料，这些部位由于其相对于输送高压的部件的空间距离在高温下可能遭受电压击穿。

在这种情况下，在适合的设计方案中，所述模块连接器或每个模块连接器配设有绝缘材料。这意味着，除了电池模块和壳体盖之间的绝缘材料之外，还设有输送高压的模块连接器的区域中的绝缘材料。由此进一步改善防止车辆电池的电池内部的电压击穿的集成保护。

在同样适合的、附加的或替代的设计方案中，电池壳体内的金属的紧固元件、例如用于将电池模块固定在电池格中的紧固螺钉配设有绝缘材料。由此基本上完全避免了在电池模块的自燃或热失控的过程中电池壳体内的电压击穿。

在优选的设计方案中，电池模块和壳体盖之间的绝缘材料轮廓一致地与壳体盖的内轮廓相适配。壳体盖的内轮廓在此尤其应理解为壳体盖的朝向壳体内部或电池壳体内部空间的表面的轮廓或几何形状。在此，壳体盖例如具有作为平坦表面的形状偏差的凹槽和/或凹陷部。

由于绝缘材料的轮廓一致的适配或成形，因此，壳体盖的凹槽和凹陷部也由绝缘材料保护或填充。换言之，壳体盖的凹槽和/或凹陷部通过额外的绝缘材料被保护。由此在烧穿方面实现了对壳体盖的特别有效的保护。

附加地或替代地，对壳体盖的凹槽和/或凹陷部的专门保护通过耐热的嵌件可实现，该耐热的嵌件从外部安装在壳体盖上。

隔离元件例如设计为熔断器，该熔断器在热过载的过程中熔化。在一种有利的实施方式中，所述隔离元件尤其设计为开关元件、优选烟火式开关(Pyroschalter，或者说爆炸式开关)，用于电气地中断电池模块的串联电路的直流电压。由此能够实现电池模块的连接的可靠且安全的电隔离。因此确保了在热过载的情况下尽可能降低电池壳体中的电压差，从而有利且简单地避免了电压击穿或电弧。

在适宜的设计方案中，绝缘材料紧固在壳体盖上。在可能的扩展设计中，绝缘材料尤其材料接合地紧固在壳体盖上。例如，绝缘材料被粘贴到壳体盖上。由此能够以简单且减少耗费的方式装配车辆电池或电池壳体。

至少两个彼此连接的部件之间的“材料接合”或“材料接合的连接”此处和以下尤其理解为，彼此连接的部件在其接触面上通过材料的结合或交联(例如由于原子或分子的化合力)必要时在添加剂的作用下保持固定连接。

在可能的设计方案中，绝缘材料作为盖侧的电接触保护装置被施加到电池模块上。换言之，电池模块的接触保护装置由绝缘材料代替或者由绝缘材料构成。由此可以实现绝缘材料的功能集成，从而可以省去形式为电池模块的电池单体的电绝缘保护盖的单独的接触保护装置。因此实现了特别廉价的车辆电池。

在可能的应用中，上述车辆电池例如是模块化的积木式系统的一部分。这种积木式系统尤其应理解为用于尤其在不同电池容量方面个性化地适应电驱动或能电驱动的机动车的不同的应用和要求的车辆电池组。由此改善了在车辆制造中的灵活性和效率。

按照本发明的电驱动或能电驱动的机动车尤其设计为电动车或混合动力车辆。在此，该机动车具有上述车辆电池作为牵引用电池。通过使用按照本发明的车辆电池可以实现特别安全的机动车。因此尤其确保了，在车辆电池自燃的情况下，车辆使用者或车辆乘员在出现车辆电池的可见的着火或火焰形成之前及时被警告。

附图说明

以下根据附图详细描述本发明的实施例。在附图中：

图1示出车辆电池的第一实施方式的立体分解图，该车辆电池具有电池壳体和多个电池模块，该电池壳体具有壳体盖和下壳体；

图2示出电池壳体的第二实施方式的不带有壳体盖的俯视图，其中，多个电池模块通过模块连接器和隔离元件串联连接；

图3示出根据图2的电池壳体的俯视图，其具有打开的隔离元件；

图4示出具有两个模块连接器的四个电池模块的局部俯视图；和

图5示出车辆电池的第三实施方式。

彼此相应的部件和尺寸在所有附图中总是配设有相同的附图标记。

具体实施方式

图1示出处于部分分解状态下的车辆电池2。车辆电池2设计为未详细示出的电驱动或能电驱动的机动车、例如电动车或混合动力车辆的牵引用电池。车辆电池2具有电池壳体4，该电池壳体具有下壳体6和盖住该下壳体的壳体盖8。

大致呈矩形的下壳体6具有居中或中央布置的中央通道10，该中央通道在下壳体6的两个窄侧端面之间延伸。在图1的实施例中，各六个电池格12置于中央通道10的两侧，在这些电池格中分别安装有电池模块14。为了构造电池格12，各六个未详细示出的隔板从中央通道10延伸到下壳体6的长边。电池格12和电池模块14在图中仅示例性地设有附图标记。

在此，十二个电池模块14尤其在中央通道10的区域中彼此连接和接触。在此，这些电池模块14借助于模块连接器16(图2)彼此串接或者串联地电连接。在此，模块连接器16分别将电池模块14的接线端子与分别最近的电池模块14的相邻的接线端子连接。电池模块14的串联电路被导引至电池壳体4的端侧的接线端子18上。在接线端子18的区域中还设有压力补偿阀或减压阀19，该压力补偿阀或减压阀在存在壳体内侧的过压的情况下打开。

在电池模块14和壳体盖8之间布置有由云母或玻璃纤维制成的垫子状或面状的绝缘材料20。绝缘材料20既具有电绝缘特性又具有热隔绝特性。换言之，绝缘材料20不能导电和导热。绝缘材料20尤其不可燃或是隔火的。

壳体盖8具有例如凹槽和凹陷部22，其中，绝缘材料20优选轮廓一致地与壳体盖8的通过凹槽和凹陷部22产生的内轮廓相适配。

绝缘材料20优选紧固在壳体盖8上，尤其材料接合地紧固、例如粘贴。

图2示出车辆电池2或电池壳体4的第二实施例，其中，设有十个电池格12和相应的十个电池模块14。

电池模块14的串联电路在图2中用虚线示出。在此，该串联电路大致呈U形地延伸通过电池壳体4或下壳体6。在此，中央通道10两侧、即平行于中央通道10的竖直的U形结构的臂由模块连接器16实现，其中，横向于中央通道10的水平的U形结构的臂由闭合的隔离元件24构成。

由于多个电池模块14相对置地布置在中央通道10旁，因此跨越中央通道地存在串联电路的(直流)电压差。在图2中例如示出四个不同的电压差ΔU₁、ΔU₂、ΔU₃、ΔU₄。在此，这些电压差ΔU₁、ΔU₂、ΔU₃、ΔU₄从隔离元件24开始朝接线端子18的方向逐渐增大。例如，电压差ΔU₁具有100V(伏)的电压值，电压差ΔU₂具有200伏的电压值，电压差ΔU₃具有300V的电压值，并且电压差ΔU₄具有450伏的电压值。

此外，按照本发明，至少一个可操纵的隔离元件连接在电池模块的串接或者串联电路中，当至少一个电池模块发生热过载时，该隔离元件电气地中断该串联电路。由此实现了特别适合且可靠的车辆电池。

在例如400℃的高温下，电池模块14的绝缘层和/或绝缘材料20可能熔化，从而存在在中央通道10的空气隙上的电压击穿的风险。因此，在这种热过载的情况下，如图3所示，例如设计为烟火式开关的隔离元件24被打开，并且因此串联电路在该位置上被电气地中断或隔离。由此，跨越中央通道10地不存在电压差。换言之，电压差ΔU₁、ΔU₂、ΔU₃、ΔU₄分别具有0伏的电压值。

一方面通过绝缘材料20并且另一方面通过隔离元件24实现了特别安全的车辆电池2。此外，通过电气中断电池模块连接还降低了自燃或热失控从涉及的电池模块14蔓延到相邻的电池模块14的风险。由此确保了在电池模块或电池单体热失控的情况下对车辆电池的有效且可靠的防传播保护。

在图4中示出车辆电池2的另外的实施方式。在该实施例中，除了绝缘材料20外，还在电池壳体4的这样的部位上设有绝缘材料26、28，这些部位由于其相对于输送高压的部件的空间距离在高温下可能遭受电压击穿。

在该实施例中，至少一个模块连接器16配设有绝缘材料26。例如，在中央通道10旁成对地彼此相对置的模块连接器16分别配设或涂覆有绝缘材料26。此外，绝缘材料28设置在电池壳体4内的金属的紧固元件30上。在图4中示出的紧固元件30例如是中央通道10内的紧固螺钉。这意味着，绝缘材料28设置在中央通道10中。

由此基本上完全避免了在电池模块14的自燃或热失控的过程中电池壳体4内的电压击穿。

在图5中示出车辆电池2的另外的实施例。图5中的实施例基本上与图1中的实施例一致，其中，整面的或者面状的绝缘材料20由与电池模块14的数量相等的多个绝缘材料32替代。在此，电池模块14设计为不具有接触保护盖34(图1)。在该实施例中，绝缘材料34规定、适合并且设置用于代替接触保护盖34。换言之，隔热且电绝缘的绝缘材料32作为盖侧的电接触保护装置施加到电池模块14上。

绝缘材料20、26、28、32优选由云母材料或玻璃纤维材料制成。

要求保护的发明不局限于上述实施例。而是本领域技术人员还可以从中在公开的权利要求的范围内推导出本发明的其它不同的变型，只要不脱离本发明的技术方案即可。尤其地，所有关于不同的实施例描述的单个特征还可以在公开的权利要求的范围内以不同的方式相互组合，只要不脱离本发明的技术方案即可。

附图标记列表

2 车辆电池

4 电池壳体

6 下壳体

8 壳体盖

10 中央通道

12 电池格

14 电池模块

16 模块连接器

18 接线端子

19 压力补偿阀

20 绝缘材料

22 凹槽/凹陷部

24 隔离元件

26、28 绝缘材料

30 紧固元件

32 绝缘材料

34 接触保护盖

ΔU₁、ΔU₂、ΔU₃、ΔU₄ 电压差

Claims (10)

1.一种电驱动或可电驱动的机动车的车辆电池(2)，具有

-电池壳体(4)，该电池壳体(4)具有壳体盖(8)和下壳体(6)，该下壳体(6)具有居中的中央通道(10)，多个电池格(12)布置在该中央通道(10)的侧面；和

-多个电池模块(14)，所述电池模块(14)布置在所述多个电池格(12)中，并且所述电池模块(14)通过模块连接器(16)串联地彼此电连接；以及

-设置在所述电池模块(14)和所述壳体盖(8)之间的用于热隔绝的绝缘材料(20、32)，

-其中，至少一个可操纵的隔离元件(24)连接在所述电池模块(14)的串联电路中，当至少一个电池模块(14)发生热过载时，该隔离元件(24)电气地中断所述串联电路。

2.根据权利要求1所述的车辆电池(2)，其特征在于，所述绝缘材料(20、26、28、30)设计为电绝缘的。

3.根据权利要求1或2所述的车辆电池(2)，其特征在于，所述模块连接器(16)或每个模块连接器(16)配设有绝缘材料(26)。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的车辆电池(2)，其特征在于，所述电池壳体(4)内的金属的紧固元件(30)配设有绝缘材料(28)。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的车辆电池(2)，其特征在于，所述绝缘材料(20)轮廓一致地与所述壳体盖(8)的内轮廓相适配。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的车辆电池(2)，其特征在于，所述至少一个隔离元件(24)设计为烟火式开关。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的车辆电池(2)，其特征在于，所述绝缘材料(20、32)紧固在所述壳体盖(8)上。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的车辆电池(2)，其特征在于，所述绝缘材料(20、32)材料接合地紧固在所述壳体盖(8)上。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的车辆电池(2)，其特征在于，所述绝缘材料(32)作为盖侧的电接触保护装置安装在所述电池模块(14)上。

10.一种电驱动或能电驱动的机动车，其特征在于，所述机动车具有根据权利要求1至9中任一项所述的车辆电池(2)。

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