CN113471641B - 电池系统和包括至少一个电池系统的车辆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电池系统(50)和包括至少一个电池系统的车辆。本发明的电池系统(50)包括：电池模块(20)，具有在模块端子(21、22)之间互连的多个电池单体(10)；电池断开单元BDU(80)，包括电连接到模块端子(21、22)和电池系统端子(51、52)之间的电路径并选择性地关闭该电路径的接口单元(81)；壳体(70)，围绕电池模块(20)和BDU(80)并包括开口(55)；冷却板(110)，可拆卸地安装在壳体(70)的外部并被配置用于关闭壳体(70)的开口(55)；以及导热且电绝缘的热界面材料层TIM(120)，设置在接口单元(81)和冷却板(110)之间并与接口单元(81)和冷却板(110)相邻。

Description

电池系统和包括至少一个电池系统的车辆

技术领域

本发明涉及电池系统和包括至少一个电池系统的车辆，该电池系统允许电池断开单元BDU的部件和电池系统整体的改善的冷却。

背景技术

近年来，已经开发了使用电力作为运动源的用于运输货物和人员的车辆。这样的电动车辆是使用储存在可再充电电池中的能量由电动机驱动的汽车。电动车辆可以仅由电池供电，或者可以是由例如汽油发电机供电的混合动力车辆的形式。此外，车辆可以包括电动机和常规内燃机的组合。一般，电动车辆电池(EVB)或牵引电池是用于为电池电动车辆(BEV)的推进提供电力的电池。电动车辆电池与启动电池、照明电池和点火电池不同，因为它们被设计为在持续的时间段内给予电力。可再充电电池或二次电池与一次电池的不同之处在于，它可以被重复地充电和放电，而一次电池仅提供化学能到电能的不可逆转换。低容量可再充电电池用作小型电子设备诸如蜂窝电话、笔记本计算机和便携式摄像机的电源，而高容量可再充电电池用作混合动力车辆等的电源。

一般，可再充电电池包括电极组件、容纳电极组件的外壳和电连接到电极组件的电极端子，电极组件包括正电极、负电极以及插置在正电极和负电极之间的隔板。电解质溶液被注入到外壳中，以便使电池能够经由正电极、负电极和电解质溶液的电化学反应被充电和放电。外壳的形状例如圆筒形或矩形取决于电池的预期用途。因其在膝上型电脑和消费电子产品中的使用而广为人知的锂离子(和类似的锂聚合物)电池在开发中的最新批的电动车辆中占主导地位。

可再充电电池可以用作由串联和/或并联联接的多个单元电池单体(unitbattery cell)形成的电池模块，从而提供高能量密度，特别是为混合动力车辆的电动机驱动提供高能量密度。即，通过取决于所需的电量并为了实现大功率的可再充电电池而互连所述多个单元电池单体的电极端子，形成电池模块。

电池模块可以以块设计或模块化设计来构造。在块设计中，每个电池联接到公共集流器结构和公共电池管理系统，并且其单元被布置在壳体中。在模块化设计中，多个电池单体被连接以形成子模块，并且几个子模块被连接以形成电池模块。在汽车应用中，电池系统常由串联连接的多个电池模块构成，以提供期望的电压。其中，电池模块可以包括具有多个堆叠的电池单体的子模块，在电池模块中，包括多个并联连接的单体的子模块串联连接(XpYs)或包括多个串联连接的单体的子模块并联连接(XsYp)。

为了满足连接到电池系统的各种耗电器的动态电力需求，对电池电力输出和充电的静态控制是不够的。因此，需要耗电器的控制器和电池系统之间的稳定的信息交换。该信息包括电池系统的实际充电状态(SoC)、潜在的电性能、充电能力和内部电阻以及耗电器的实际或预测的电力需求或剩余。因此，电池系统通常包括用于在系统级别获取和处理此类信息的电池管理系统BMS，并进一步包括作为系统的电池模块的部分并在系统级别获取和处理相关信息的多个单体监控电路CSC。特别地，BMS通常测量系统电压、系统电流、系统壳体内部不同位置的局部温度、以及带电(live)部件和系统壳体之间的绝缘电阻。另外，CSC通常测量电池模块的温度和各个单体电压。

这样的电池系统的机械集成要求各个电池系统部件在它们之间的适当的机械连接以及各个电池系统部件与耗电器(例如车辆)的结构的适当的机械连接。这些连接必须被设计为在耗电器的使用期间所提供的压力下以及在电池系统的平均寿命期间保持功能性和安全性。此外，必须满足安装空间、可互换性和安全性要求，特别是在移动应用中。通常由围绕电池模块和BMS的气密性壳体提供安全性要求，包括保护车辆乘客免受电池系统的有害流出物诸如有毒气体、烟雾等影响，以限制此类流出物的排放。

在异常操作状态的情况下，电池组通常应与连接到电池组的端子的负载断开连接。因此，电池系统进一步包括电连接在电池模块和电池系统端子之间的电池断开单元BDU。在电池的使用期间，BDU的部件被加热并释放热能，因此，需要冷却BDU的部件。通常，BDU部件在电池组内部在关闭的或部分打开的壳体内被空气冷却。然而，这需要更长的汇流条，以为电部件诸如继电器和熔丝提供足够的冷却表面。更长的汇流条需要很宽的汇流条横截面，以保持尽可能低的电阻和损耗。

因此，本发明的目的在于克服或减少现有技术的至少一些缺点，并提供允许以高效的方式改善BDU的部件和电池系统整体的冷却的电池系统。

发明内容

本公开的实施方式试图至少在某种程度上解决现有技术中存在的问题的至少之一。特别地，提供了一种电池系统，其包括：电池模块，具有在模块端子之间互连的多个电池单体；以及电池断开单元BDU，包括电连接到模块端子和电池系统端子之间的电路径并选择性地关闭该电路径的接口单元。电池系统进一步包括围绕电池模块和BDU的壳体，其中壳体包括开口。冷却板可拆卸地安装在壳体的外部并被配置用于关闭壳体的开口。此外，导热且电绝缘的热界面材料层TIM设置在接口单元和冷却板之间并与接口单元和冷却板相邻。

根据本公开的另一方面，冷却板的表面积可以小于壳体的总表面积的20％。

冷却板可以被配置为与壳体热接触，其中冷却板和/或壳体被配置为将热传递到电池系统外部的周围环境。

冷却板可以包括多个主肋，所述多个主肋被配置用于将热从电池系统传递到电池系统外部的周围环境。

壳体可以包括多个副肋，所述多个副肋被配置用于将热从电池系统传递到电池系统外部的周围环境。

接口单元可以包括接口板和BDU元件，该接口板具有在电绝缘材料基底中的多个金属子板。

金属子板可以彼此分开地设置，并选择性地连接到BDU元件或通过BDU元件被选择性地连接。

BDU元件可以包括BDU控制单元、至少一个BDU继电器、至少一个BDU熔丝和/或至少一个BDU汇流条。

高电压连接器HVC可以被配置为穿过开口并电连接到接口单元并且形成电池系统端子。

HVC可以从冷却板的一侧延伸，并且BDU安装在冷却板的面对壳体的相反侧上。

HVC、冷却板、TIM和BDU被接合在一起，使得冷却板、TIM和BDU可以被构造成单个BDU组装单元。

BDU组装单元可以被适配为从壳体的外部移除。

HVC可以延伸穿过冷却板和TIM。

壳体可以包括至少一个附加开口，该至少一个附加开口允许在冷却板安装于壳体上的同时使BDU和模块端子之间的电连接和/或BDU和电池系统端子之间的电连接开路。

根据本公开的另一方面，提供了一种包括至少一个如上限定的电池系统的车辆。

该车辆可以被适配为使得BDU组装单元可从电池系统移除而不用从车辆移除电池系统。

本发明的另外的方面可以由以下描述获知。

附图说明

通过参照附图详细描述示例性实施方式，特征对于本领域普通技术人员将变得明显，附图中：

图1示出了根据一实施方式的电池单体的透视图；

图2示出了常规电池模块的透视图；

图3示出了根据一实施方式的电池系统的俯视图；

图4示出了根据一实施方式的BDU的俯视图；

图5示出了根据一实施方式的具有图3所示的BDU的电池系统的剖视图；以及

图6示出了根据一实施方式的电池系统的俯视图。

具体实施方式

现在将详细参照实施方式，其示例在附图中示出。将参照附图描述示例性实施方式及其实现方法的效果和特征。在附图中，相同的附图标记表示相同的元件，并且省略多余的描述。如在这里所使用地，术语“和/或”包括一个或更多个相关所列举项目的任何及所有组合。此外，当描述本发明的实施方式时，“可以”的使用指的是“本发明的一个或更多个实施方式”。尽管这里的实施方式用各种具体实施方式来描述，但对于本领域技术人员将明显的是在修改的情况下实践本发明。所有这样的修改都被认为在权利要求的范围内。

如在这里所使用地，术语“基本上”、“约”和类似术语用作近似术语而不用作程度术语，并且旨在解释将会被本领域普通技术人员识别的在所测量或所计算的值中的固有偏差。此外，如果术语“基本上”与可使用数值表达的特征结合使用，则术语“基本上”表示以该值为中心的值的+/-5％的范围。此外，当描述本发明的实施方式时，“可以”的使用指的是“本发明的一个或更多个实施方式”。在这里，术语“上”和“下”根据z轴来定义。例如，上盖位于z轴的上部，而下盖位于z轴的下部。

图1是示出根据一示例性实施方式的电池单体的透视图。

如图1所示，根据一实施方式的电池单体10可以包括电极组件和用于容纳电极组件的外壳2，外壳2包含电解质。电解质可以包括：锂盐，诸如LiPF₆或LiBF₄；以及有机溶剂，诸如EC、PC、DEC或EMC。电解质溶液可以处于液态、固态或凝胶态。电池单体10还可以包括用于密封外壳2的开口的盖组件3。电池单体10被描述为构造成具有棱柱形状的锂离子二次电池的非限制示例。

外壳2可以被构造成具有基本上长方体形状，并且开口可以形成在其一侧。外壳2可以由金属诸如铝形成。外壳2可以包括具有基本上矩形形状的底表面4，并且可以包括分别垂直地连接到底表面4的端部以形成用于容纳电极组件的空间的一对第一侧壁5和一对第二侧壁6，该对第一侧壁5是宽的侧表面。第一侧壁5可以彼此面对，第二侧壁6可以定位为彼此面对并且可以连接到第一侧壁5。底表面4和第一侧壁5之一彼此连接处的边缘的长度可以比底表面4和第二侧壁6之一彼此连接处的边缘的长度长。优选地，相邻的第一侧壁5和第二侧壁6围成约90°的角度。

盖组件3可以包括用于通过结合到外壳2而覆盖外壳2的开口的盖板7，并且可以包括从盖板7向外突出以分别电连接到正电极和负电极的正电极端子11(第一单体端子)和负电极端子12(第二单体端子)。盖板7可以被构造成具有可在一个方向上延伸并可结合到外壳2的开口的板的形状。盖板7可以包括与盖组件3的内部连通的注入孔13和排气孔14。注入孔13可以被构造成允许电解质溶液的注入，并且密封盖可以安装在其上或其中。此外，包括凹口15的排气构件16可以被安装到排气孔14或被安装在排气孔14中，凹口15可以由于预定压力而打开。

参照图2，常规电池模块20的一示例性实施方式包括在一个方向上对齐的例如如图1所示的多个电池单体10、以及与多个电池单体10的底表面相邻地提供的热交换构件23。此外，由橡胶或其它弹性材料制成的弹性构件24可以插置在支撑板25和热交换构件23之间。一对端板26被提供为在电池单体10的外部面对电池单体10的宽表面，连接板27被配置为将该对端板26彼此连接，从而将多个电池单体10固定在一起。在电池模块20两侧的紧固部分28通过螺栓29被紧固到支撑板25。

在电池模块20中，每个电池单体10是棱柱形(或矩形)单体，电池单体10的宽的平坦表面被堆叠在一起以形成电池模块20。相邻的电池单体10的正电极端子11和负电极端子12通过汇流条30c电连接，汇流条30c可以通过螺母等被固定。因此，通过将多个电池单体10电连接为一捆，电池模块20可以用作电源单元。

图3是示出根据一实施方式的电池系统50的俯视图。

要注意的是，图3意图提供对本公开的电池系统50的更好的易理解性，特别是对电池系统50的电池模块20和BDU(电池断开单元)80之间的电连接的更好的易理解性。电池系统50可以用于电动车辆，因此电池系统50可以仅具有单一级别。

如图5所示，电池系统50包括具有基板71、四个侧壁72和顶盖73的壳体70。壳体70被顶盖73关闭，以为电池系统50提供实质上气密的壳体70。基板71、四个侧壁72和顶盖73围成电池室74。优选地，壳体70(即基板71、四个侧壁72和顶盖73)由铝诸如例如铸铝形成。然而，也可以使用塑料材料。壳体70可以由几个部分(诸如形成电池室74的基板71和侧壁72以及用于覆盖电池室74的顶盖73)组装而成。壳体70可以进一步包括用于提供相对于环境的受控气密性的密封元件。

电池系统50包括电池模块20。如图3所示，电池模块20包括在堆叠方向上堆叠且其宽的侧表面彼此面对的十个对齐的电池单体10。电池模块20的堆叠方向也是电池模块20的纵长方向，电池模块20沿该纵长方向具有其最大延伸。电池模块20以其纵长方向实质上平行于坐标轴100的X轴的方式定位在电池室74中。

电池模块20的电池单体10经由汇流条30c以2p5s配置彼此连接。因此，每个汇流条30c将两个第一单体端子11和两个第二单体端子12(即总共四个单体端子11、12)彼此连接。多个电池单体10借助于各个汇流条30c在模块端子(也称为电池模块端子)21和22(即第一模块端子21和第二模块端子22)之间互连。

电池系统50进一步包括包含接口单元81的BDU(电池断开单元)80。在图4中，绘出了包括接口单元81的BDU 80的俯视图。接口单元81包括接口板82，该接口板82具有设置或嵌入在电绝缘材料基底83中的多个金属子板90。金属子板90设置在电绝缘材料基底83中，使得金属子板90在接口板82的两侧暴露。金属子板90包括导热且导电的金属，诸如铝或铜。电绝缘材料基底83可以包括可为本领域技术人员所知的聚合物或塑料。在图4所示的实施方式中，金属子板90包括四个外围金属子板，即金属子板90a、金属子板90b、金属子板90c和金属子板90d，并包括两个中央金属子板，即金属子板90g和90h。金属子板90彼此分开地设置。换句话说，金属子板90设置在电绝缘材料基底83中，使得电绝缘材料基底83的一部分位于任意两个相邻的金属子板90之间。为了易于理解，图3中未绘出图4的金属子板90。接口板82的厚度可以处于0.5至1.5mm的范围内。

此外，BDU 80的接口单元81包括BDU元件。BDU元件包括BDU控制单元86、两个BDU继电器(即第一BDU继电器87a和第二BDU继电器87b)、两个BDU熔丝(即第一BDU熔丝88a和第二BDU熔丝88b)、以及多个BDU汇流条89。BDU控制单元86被配置为控制BDU继电器87a和87b，特别是配置为设定BDU继电器87a和87b的电导率。BDU控制单元86被进一步配置为控制BDU熔丝88a和88b，特别是配置为监测BDU熔丝88a和88b的状态。特别地，BDU控制单元86被配置为接收指示电池系统50的故障的信号和/或指示需要将至少一个电池模块20与负载断开连接的信号，并且响应于接收到这样的信号，BDU控制单元86被配置为控制另外的BDU元件诸如BDU继电器87a和87b以及BDU熔丝88a和88b，以将至少一个电池模块20与相应的系统端子断开连接(并因此与下游负载断开连接)。作为BDU的部分的此类部件的功能为技术人员所知。此外，将理解，所呈现的BDU元件不限于所述数量的BDU继电器和BDU熔丝，因为本领域技术人员可以使用任何其它数量的BDU继电器和BDU熔丝，例如，仅一个BDU熔丝而不是两个。

BDU汇流条89将电池系统50的电池模块20的模块端子21、22分别与系统端子(也称为电池系统端子)51、52连接，其中这些连接分别经由BDU继电器87a和87b以及BDU熔丝88a和88b来提供。BDU控制单元86的关于BDU继电器87a和87b以及BDU熔丝88a和88b的控制信号在图3中由其上设置有小圆圈的线表示。

电池模块20的第一模块端子21经由第一高电流连接器30a(特别是经由第一高电流电缆30a)以及BDU汇流条89和BDU元件87a、88a连接到电池系统50的第一(正)电池系统端子51。电池模块20的第二模块端子22经由第二高电流连接器30b(特别是经由第二高电流电缆30b)以及BDU汇流条89和BDU元件87b、88b连接到电池系统50的第二(负)电池系统端子52。高电流路径由第一高电流连接器30a、第二高电流连接器30b、汇流条30c和BDU汇流条89形成。

换句话说，包括接口单元81的BDU 80电连接到模块端子21、22和电池系统端子51、52之间的电路径并选择性地关闭该电路径。BDU 80包括BDU元件，该BDU元件被配置用于使第一电池系统端子51和第二电池系统端子52中的至少一个与至少一个电池模块20选择性地断开连接。换句话说，BDU元件被配置为共同提供BDU 80的实际功能。壳体70围绕电池模块20和BDU 80。

根据图4所示的实施方式，BDU元件，即BDU控制单元86、两个BDU继电器(即第一BDU继电器87a和第二BDU继电器87b)、两个BDU熔丝(即第一BDU熔丝88a和第二BDU熔丝88b)，设置在相应的金属子板90上。为了易于理解，第一BDU继电器87a、第二BDU继电器87b、第一BDU熔丝88a和第二BDU熔丝88b在图4中被绘出并且对应于在图3中绘出的BDU元件。金属子板90使多个BDU汇流条89运转(即，形成多个BDU汇流条89)，BDU继电器87a、87b和BDU熔丝88a、88b设置在金属子板90上以便将金属子板90选择性地互连，从而形成将模块端子21、22和系统端子51、52互连的BDU汇流条89，BDU继电器87a、87b和BDU熔丝88a、88b可以借助于例如激光焊接而设置在金属子板90上。

第一BDU继电器87a设置在金属子板90b的一部分上以及在金属子板90g的一部分上，而在图3中将第一模块端子21电连接到第一BDU继电器87a的第一高电流连接器30a借助于接合元件61诸如螺钉-螺栓接合件可拆卸地连接到金属子板90b。类似地，第一BDU熔丝88a设置在金属子板90a的一部分上以及在金属子板90g的一部分上，而在图3中将第一电池系统端子51电连接到第一BDU熔丝88a的BDU汇流条89借助于接合元件62诸如螺钉-螺栓接合件可拆卸地连接到金属子板90a。第二BDU继电器87b设置在金属子板90c的一部分上以及在金属子板90h的一部分上，而在图3中将第二模块端子22电连接到第二BDU继电器87b的第二高电流连接器30b借助于接合元件63诸如螺钉-螺栓接合件可拆卸地连接到金属子板90c。类似地，第二BDU熔丝88b设置在金属子板90d的一部分上以及在金属子板90h的一部分上，而在图3中将第二电池系统端子52电连接到第二BDU熔丝88b的BDU汇流条89借助于接合元件64诸如螺钉-螺栓接合件可拆卸地连接到金属子板90d。

从图3和图4明显的是，金属子板90g可以作为将第一BDU继电器87a和第一BDU熔丝88a电连接的BDU汇流条89起作用，而金属子板90h可以作为将第二BDU继电器87b和第二BDU熔丝88b电连接的BDU汇流条89起作用。为了分别电连接第一BDU继电器87a和第一BDU熔丝88a以及电连接第二BDU继电器87b和第二BDU熔丝88b，还可以在金属子板90g和90h上设置附加的BDU汇流条89。

此外，BDU控制单元86和对应的布线可以以与其它前述BDU元件类似的方式设置在接口板82上，例如，通过表面安装到接口板82或嵌入在接口板82中而设置在接口板82上。这是有利的，因为这使BDU 80能够被高效地制造，而且还包括接口板82的紧凑结构。此外，BDU80与模块端子21、22和/或电池系统端子51、52的电连接可以在需要时通过打开(例如移除)对应的接合元件61、62、63和64而易于机械地断开连接，接合元件61、62、63和64可以呈螺钉-螺栓接合件的形式。这是有利的，例如，当需要更换BDU熔丝88a、88b之一时，通过在更换对应的BDU熔丝88a、88b之前仅仅打开对应的接合元件62和64，BDU 80可以容易地电断开。

电池系统50可以进一步包括位于电池系统50的壳体70内部的电池管理系统BMS77，如图3所示。BMS 77被配置为例如通过测量系统电压、系统电流、壳体70内部不同位置处的局部温度、以及带电部件和壳体70之间的绝缘电阻来监测整个电池系统50。BMS 77可以确定电池系统50中异常状况的存在，并执行或进行控制以执行与确定的异常状况相关联的至少一种对策，诸如例如向车辆的驾驶员发送警告信号。特别地，BMS 77将断开信号DS发送到BDU控制单元86，该BDU控制单元86响应于接收到断开信号DS而控制BDU元件87a、87b、88a、88b以分别将系统端子51、52与模块端子21、22断开连接。特别地，BDU控制单元86将BDU继电器87a、87b的导电状态控制为不导电，从而阻隔从模块端子21、22到系统端子51、52的电流路径。然而，如果BDU继电器87a、87b中的一个或更多个发生故障，则BDU控制单元86可以检测BDU熔丝88a、88b之一是否响应于电池模块20的任何最终过电流而熔断，并且如果BDU熔丝88a、88b之一或两者被熔断，则BDU控制单元86可以检测电池系统50是否达到安全状态。

进一步优选地，电池系统50可以包括构成至少一个电池模块20和BMS77之间的数据连接的多个低电流连接器(未在图中示出)。换句话说，低电流连接器形成低电流路径，例如数据连接。特别优选地，每个电池模块20包括单体监控电路CSC，该单体监控电路CSC被配置为测量模块的温度和各个单体电压，并且可以进一步配置为主动或被动地平衡电池模块20的电池单体10。进一步优选地，低电流连接器经由菊花链式数据连接提供CSC和BMS 77之间的数据连接，该菊花链式数据连接不能是回路。进一步优选地，低电流连接器，特别是所述多个低电流连接器中的另一些，构成BMS 77和BDU 80之间的另一数据连接。

电池系统50的壳体70(见图5)，即壳体70的顶盖73，进一步包括开口55。接口单元81的接口板82的面积小于开口55的面积，使得接口板82能够从电池系统50外部穿过开口55进入到电池室74中。

在电池系统50的操作期间，电流流过将模块端子21、22电连接到电池系统端子51、52的BDU 80。按照电动车辆中的电池系统50的要求，电流流过BDU继电器87a、87b。BDU继电器87a、87b具有内部电阻，热由于该内部电阻而产生。因此，特别是在电池系统50的操作期间，BDU继电器87a和87b释放热能，电池系统50的温度由于该热能而升高。这将会对电池系统50的整体性能产生不利影响。因此，有必要借助于冷却来传递所释放的热。电池系统50的冷却可以通过主动冷却(即通过调节外部流体，诸如壳体70周围的水)或通过其中电池系统50借助于经由冷却表面诸如冷却板的热传递而被冷却的被动冷却来实现。

根据本公开，电池系统50包括冷却板110，该冷却板110可拆卸地安装在壳体70的外部并被构造用于关闭壳体70的开口55。冷却板110可以由金属诸如铝或铜形成，使得冷却板110被配置为将电池系统50内产生的热消散到周围。冷却板110的表面积可以小于电池系统50的壳体70的总表面积的20％，优选地小于壳体70的总表面积的10％，更优选地小于壳体70的总表面积的5％。

冷却板110的表面积是开口55的总表面积的1.05倍或更多，优选地1.1倍或更多，更优选地1.15倍或更多。如图6所示，冷却板110的形状可以呈矩形的形式，然而，冷却板110的形状不限于前述形式，因为本领域技术人员可以使冷却板110的形状适配于他/她的要求。此外，冷却板110的形状可以适配于开口55的形状。

此外，电池系统50包括设置在接口单元81和冷却板110之间并与接口单元81和冷却板110相邻的导热且电绝缘的热界面材料层TIM 120。导热且电绝缘的热界面材料层具有高的热导率，但是具有低的电导率，其中这种情形可以在绝缘体(低电导率)中时出现，原子振动(声子)在传热方面非常高效。这是因为热由声子和电子两者携带，而高电导率需要自由电子。可以使用夹在两个铜层之间的硼氮化物和硅碳化物、铝氮化物或铝氮化物层的材料多形体作为TIM 120。然而，本领域技术人员可以使用可用作TIM 120的其它材料。TIM120的表面积可以与接口单元81的接口板82的表面积近似。接口板82的第一侧82a面对TIM120的第一侧120a。接口板82的第二侧82b面对电池模块20。此外，TIM 120的第二侧120b面对冷却板110的第一侧110a，而冷却板110的第二侧110b面对电池系统50的壳体70的周围环境。

金属子板90在接口板82的第一侧82a以及第二侧82b上暴露。在示出的实施方式中，金属子板90与接口板82的第二侧82b上的BDU继电器87a、87b直接接触并面对电池室74的内部。金属子板90是导电且导热的，因此金属子板90在BDU继电器87a、87b之间提供热接触，使得BDU继电器87a、87b在电池系统50的操作时释放热能，并借助于传导将所释放的热能传递到金属子板90。此外，电池系统50的电池模块20或其它热释放部件所释放的热可以借助于辐射或传导被传递到金属子板90和壳体70。

金属子板90还在接口板82的第一侧82a上暴露并与TIM 120的第一侧120a接触。因此，从第二侧82b上的BDU继电器87a、87b传递到金属子板90的热借助于传导通过金属子板90被传递到TIM 120。此外，金属子板90提供更大的表面积，热从电池系统50的任何热释放元件的其它部分被传递至该更大的表面积，这增强了热传递。此外，与TIM 120接触的金属子板90的大的表面积还借助于从金属子板90到TIM 120的传导来增强热传递。传递到TIM120的热借助于传导被进一步传递到冷却板110。借助于图5中的加粗箭头101，绘出了来自电池系统50的热能经由金属子板90和TIM 120向冷却板110的传递。

冷却板110与壳体70热接触，因此，冷却板110借助于传导将接收到的来自电池系统50的热能的一部分传递到壳体70，如图5中的箭头102所绘出地。此外，冷却板110所接收到的热能的另一部分通过冷却板110消散到电池系统50的周围环境，如借助于图5中的箭头103所绘出地。由冷却板110传递的热可以借助于对流，该对流归因于吹过冷却板110的暴露于电池系统50的外部环境的第二侧110b的气流。而且，归因于对流的热传递的速率与电池系统50外部的气流的相对速度成比例，其中气流的相对速度可以取决于电动车辆的速度。

从冷却板110传递到壳体70特别是传递到顶盖73的部分热能通过壳体70消散到电池系统50的周围环境，如借助于图5中的箭头104所绘出地。壳体70向电池系统50的周围环境的热传递模式可以是对流以及辐射。

冷却板110借助于连接元件111诸如螺钉-螺栓接合件连接到壳体70的顶盖73。

除了气流的相对速度之外，冷却板110和/或壳体70的暴露的表面积也与热传递的速率直接成比例。为了提高热传递的速率，冷却板110包括配置用于将热从电池系统50传递到电池系统50外部的周围环境的多个主肋130，如图6所示。为了增强从电池系统50(特别是从由BDU 80所释放的热引起的热点95)到电池系统50外部的周围环境的热传递，主肋130呈突出结构或鳍状物的形式以增大冷却板110的表面积。主肋130可以包括径向对称的星形，以使得能够实现从热点95到周围环境的均匀增强的热传递。主肋130可以由与冷却板110的导热材料类似的导热材料制成，并且可以借助于焊接设置在冷却板110的第二侧110b上。然而，冷却板110还可以以整体方式包括主肋130，因为例如包括主肋130的冷却板110可以借助于模具来制造。

类似地，壳体70(即壳体70的顶盖73)包括用于将热从电池系统50传递到电池系统50外部的周围环境的副肋140，也如图6所示。副肋140可以由与壳体70的顶盖73的导热材料类似的导热材料制成，并且可以借助于焊接设置在顶盖73上。然而，进一步可想到的是，顶盖73以整体方式包括副肋140，并且可以借助于模具来制造。冷却板110上的主肋130的结构和分布以及壳体70的顶盖73上的副肋140的结构和分布可以由本领域技术人员按照他/她的要求来选择。除了冷却板110和壳体70的热传递能力的增强之外，各个主肋130和副肋140还分别为冷却板110和壳体70提供附加的机械强度和结构稳定性。

换句话说，整体上，为了允许在超过350A(150kW)的电流下的更长时间段的快速充电，BDU 80内部的传导部件，特别是BDU继电器87a、87b和BDU熔丝88a、88b而且还有BDU控制单元86和BDU汇流条89，必须被冷却以满足部件的温度要求。而且，电池系统50(例如，EV电池系统)的壳体70由具有良好的导热性和大的表面积的金属制成，以为BDU元件86、87a、87b、88a、88b、89提供足够的冷却。因此，接口单元81被设计为具有最大的可用面积以通过TIM 120热接触到由金属制成的冷却板110上，该冷却板110作为维修盖附接到电池系统的壳体70。

电池系统50进一步包括被配置为穿过开口55并电连接到电池模块端子21、22并且形成电池系统端子51和52的高电压连接器HVC 40，如图5中的虚线46所绘出地。HVC 40被配置为电连接到接口单元81。HVC 40从冷却板110的暴露于电池系统50的外部的第二侧110b延伸。HVC从冷却板110的一侧(即第二侧110b)延伸，并且BDU 80安装在冷却板110的面对壳体70的相反侧(即第一侧110a)上。HVC 40可以借助于穿过冷却板110中的相应布线开口(未在图中示出)的布线被电连接。从HVC 40起的布线可以穿过冷却板110中的相应布线开口并穿过TIM 120中的布线开口。此外，HVC 40本身可以延伸穿过冷却板110中的相应开口并穿过TIM 120中的相应开口。

HVC 40、冷却板110、TIM 120和BDU 80被接合在一起，使得冷却板110、TIM 120和BDU 80被构造成单个BDU组装单元115。在图5所示的实施方式中，冷却板110、TIM 120和BDU80的接口单元81借助于接合元件112诸如螺钉-螺栓接合件被连接，而HVC 40借助于接合元件(未在图中示出)例如螺钉-螺栓接合件连接到冷却板110。这是有利的，因为这为BDU组装单元115提供了模块化结构，这使单个BDU组装单元115能够被高效地使用和运输。

此外，BDU组装单元115被适配为从壳体70的外部移除。换句话说，BDU组装单元115可以通过仅仅打开连接元件111即螺钉-螺栓接合件而被移除。这是有利的，因为这使BDU组装单元115能够通过仅仅从外部移除BDU组装单元115而不移除电池系统50的壳体70被高效地更换。

图5所示的壳体70进一步包括至少一个附加开口65，该至少一个附加开口65允许在冷却板110安装于壳体70上的同时使BDU 80和模块端子21、22之间的电连接和/或BDU 80和电池系统端子51、52之间的电连接开路。这是有利的，因为这使电连接能够在移除冷却板110之前被断开，这对于用户的安全是必不可少的。通过经由容易地穿过附加开口65而简单地打开可以是螺钉-螺栓接合件的接合元件61、62、63和64，可以使电连接开路。例如，为了使BDU 80和第一模块端子21之间的电连接开路，可以例如借助于螺丝起子打开对应的螺钉-螺栓接合件来打开接合元件61。类似地，为了使BDU 80和第二模块端子22之间的电连接开路，可以打开接合元件63。类似地，为了使BDU 80和第一电池系统端子51之间的电连接开路，可以打开接合元件62，而为了使BDU 80和第二电池系统端子52之间的电连接开路，可以打开接合元件64。

本发明进一步公开包括至少一个电池系统50的车辆(未在图中示出)。该车辆可以被适配为使得BDU组装单元115可从电池系统50移除而不用从该车辆移除电池系统50。

Claims (13)

1.一种电池系统(50)，包括：

电池模块(20)，具有在模块端子(21、22)之间互连的多个电池单体(10)；

电池断开单元(80)，包括电连接到所述模块端子(21、22)和电池系统端子(51、52)之间的电路径并选择性地关闭所述电路径的接口单元(81)；

壳体(70)，围绕所述电池模块(20)和所述电池断开单元(80)并包括开口(55)；

冷却板(110)，可拆卸地安装在所述壳体(70)的外部并被配置用于关闭所述壳体(70)的所述开口(55)；以及

导热且电绝缘的热界面材料层(120)，设置在所述接口单元(81)和所述冷却板(110)之间并与所述接口单元(81)和所述冷却板(110)相邻，

其中所述接口单元(81)包括接口板和电池断开单元元件，所述接口板具有在电绝缘材料基底(83)中的多个金属子板(90)，以及

其中所述金属子板(90)彼此分开地设置且在所述接口板的两侧暴露，在所述接口板的所述两侧中的一侧选择性地连接到所述电池断开单元元件或通过所述电池断开单元元件被选择性地连接，且在所述接口板的所述两侧中的另一侧接触所述热界面材料层(120)。

2.根据权利要求1所述的电池系统(50)，其中所述冷却板(110)的表面积小于所述壳体(70)的总表面积的20％。

3.根据权利要求1所述的电池系统(50)，其中所述冷却板(110)被配置为与所述壳体(70)热接触，其中所述冷却板(110)和/或所述壳体(70)被配置为将热传递到所述电池系统(50)外部的周围环境。

4.根据权利要求1所述的电池系统(50)，其中所述冷却板(110)包括多个主肋(130)，所述多个主肋(130)被配置用于将热从所述电池系统(50)传递到所述电池系统(50)外部的周围环境。

5.根据权利要求1所述的电池系统(50)，其中所述壳体(70)包括多个副肋(140)，所述多个副肋(140)被配置用于将热从所述电池系统(50)传递到所述电池系统(50)外部的周围环境。

6.根据权利要求1所述的电池系统(50)，其中所述电池断开单元元件包括电池断开单元控制单元(86)、至少一个电池断开单元继电器(87a、87b)、至少一个电池断开单元熔丝(88a、88b)和/或至少一个电池断开单元汇流条(89)。

7.根据权利要求1所述的电池系统(50)，其中高电压连接器(40)被配置为穿过所述开口(55)并电连接到所述接口单元(81)并且形成所述电池系统端子(51、52)。

8.根据权利要求7所述的电池系统(50)，其中所述高电压连接器(40)从所述冷却板(110)的一侧(110b)延伸，并且所述电池断开单元(80)安装在所述冷却板(110)的面对所述壳体(70)的相反侧(110a)上。

9.根据权利要求7所述的电池系统(50)，其中所述高电压连接器(40)、所述冷却板(110)、所述热界面材料层(120)和所述电池断开单元(80)被接合在一起以形成单个电池断开单元组装单元(115)。

10.根据权利要求9所述的电池系统(50)，其中所述高电压连接器(40)延伸穿过所述冷却板(110)和所述热界面材料层(120)。

11.根据权利要求10所述的电池系统(50)，其中所述电池断开单元组装单元(115)被适配为从所述壳体(70)的外部移除。

12.根据权利要求1-11中的任一项所述的电池系统(50)，其中所述壳体(70)包括至少一个附加开口(65)，所述至少一个附加开口(65)允许在所述冷却板(110)安装于所述壳体(70)上的同时使所述电池断开单元(80)和所述模块端子(21、22)之间的电连接和/或所述电池断开单元(80)和所述电池系统端子(51、52)之间的电连接开路。

13.一种车辆，包括根据权利要求1-12中的任一项所述的电池系统(50)。