CN114079102A - 被加热的电池模块 - Google Patents

Abstract

电池模块，带有多个电池单池尤其是能再充电的锂离子电池单池或锂聚合物电池单池，其中电池模块的电池单池与包括电阻加热丝的电阻加热元件存在导热接触，其中电阻加热元件的与电池单池的第一外表面区域存在导热接触的第一区域包括带有第一横截面的电阻加热丝；且其中电阻加热元件的具有带有与第一横截面不同的第二横截面的电阻加热丝的第二区域与电池单池的第二外表面区域存在导热接触；和/或其中电阻加热元件在电阻加热丝处具有带有第一铺设密度的与电池单池的第一外表面区域存在导热接触的第一区域；且电阻加热元件包括第二区域，其具有电阻加热丝的与所述第一铺设密度不同的第二铺设密度并且与电池单池的第二外表面区域存在导热接触。

Description

被加热的电池模块

技术领域

本发明涉及按照独立权利要求的前序部分所述的电池模块、用于运行该电池模块的方法以及该电池模块的使用方案。

背景技术

在电动运载工具的领域中常见的电池包括例如组合成单池堆并且彼此电连接的多个电池单池。这类的单池堆最后被插入到相应的电池壳体中。由于在电池单池之内的电化学的变化过程，尤其在电池系统中进行快速的能量输出或者能量吸收的情况下，尤其锂离子电池单池和锂聚合物电池单池剧烈地发热。由电池单池构成的电池组性能越好，相应的热释放就越更大并且就越需要有效的主动的热管理系统。

然而除了有效地冷却电池单池之外能够尤其在低于10°C的低温情况下加热单池的可行方案也越来越重要，因为在该温度情况下仅仅能够有限制地对该单池充电，因为否则就会产生所谓的镀锂（Lithium-Plating）的风险。如果要确保电池单池的能量吸收，那么就需要主动加热电池单池，以便将电池单池带到足够高的温度水平上。

电池单池的调温目前通常通过用常见的水乙二醇混合物进行流体调温来实现。在此，相应的流体被引导穿过例如布置在由电池单池组成的堆的下方的冷却元件的通道。这种冷却元件是相应的冷却循环的组成部件。

就此而言，从DE 10 2015 010 925 A1和DE 10 2011 104 000 A1已知电池设有单池连接器单元和/或单池电压分接单元，其包括调温单元或者与这类的单元存在导热接触。

此外，从WO 2015/0035406已知一种电池组，在该电池组中使用了小型化的冷却剂管以用于对于电池单池进行调温。

发明内容

按照本发明地提供了具有独立权利要求的特征部分的特征的电池模块、用于运行该电池模块的方法以及该电池模块的使用方案。

本发明的优点

按照本发明的电池模块包括多个电池单池，其中例如涉及锂离子电池单池或者锂聚合物电池单池。此外所述电池模块包括电阻加热元件以用于对电池单池进行调温。所述电阻加热元件包括电阻加热丝，所述电阻加热丝在电流流动时致使周围环境得以加热。设置了：所述加热元件包括第一加热区域，在该第一加热区域中所述电阻加热丝具有第一横截面；并且所述加热元件包括第二加热区域，在该第二加热区域中所述电阻加热丝具有与第一横截面不同的第二横截面。电阻加热元件的两个加热区域与电池单池的外表面区域存在导热接触。作为附加方案或者替代方案，加热元件能够包括第一加热区域，该第一加热区域具有电阻加热丝的第一铺设密度；并且具有第二加热区域，该第二加热区域在电阻加热丝处具有与所述第一铺设密度不同的第二铺设密度。两个加热区域再次与电池单池的外表面区域存在导热接触。铺设密度是指每加热区域的面积单位所铺设的电阻加热丝的绝对长度。于是使得电阻加热丝例如在高铺设密度的范围中以电阻加热丝的更长的环并且因此也以电阻加热丝的更大的绝对的铺设长度来铺设。

这种措施的特别的优点在于，在单个的电阻加热元件的情况下，与展现了不同的加热功率的第二加热区域相比较，第一加热区域致使电池单池的与该第一加热区域存在热接触的外表面被更剧烈地加热。

这基于以下认识：在电阻加热丝处的更高的铺设密度致使每加热区域的面积单位的所输出的热能更高；并且电阻加热丝的更小的横截面致使在电阻加热丝之内的温度更高并且因此同样地致使每相应的加热区域的表面区域的热的加热功率的输出更高。在此，能够替代地或者累积地实现这两个措施。

这种加热的特别的重要性基于：在电池模块之内的电池单池经受不同的热影响。如果没有充分考虑这一点，那么在低的或高的温度范围中的相应的电池模块或者包括该电池模块的电池组可能在运行中过早被调节，以便防止损害各个经受热峰值负载的单池。这导致相应的电池模块或者电池组的可用性更小。此外已知，经常经受热负载的电池单池过早地老化，并且因此使得相应的电池模块的或者相应的电池组的电池单池经受不同的老化影响。

本发明的有利的实施方式是所述从属权利要求的主题。

于是有利的是，在电池模块之内的电池单池堆的定位在端部的电池单池与电阻加热元件的、具有被提高的加热功率的加热区域存在导热接触。这以有利的方式通过在电阻加热丝处的更高的铺设密度或者通过电阻加热丝的被减小的横截面来实现。因为电池单池堆的在端部的电池单池通常例如与电池模块的壳体存在导热接触，所以所述位于端部的电池单池被特别剧烈地散热，并且在低的运行温度的情况下处于与在电池单池堆的内部中的能比较的电池单池相比要低的温度水平上。

也有利的是，所述电阻加热元件粘接到多个电池单池的电池单池壳体的外表面上。这种措施的优点在于简单且有效地将电阻加热元件固定在至少一个电池单池的表面上。此外能够通过粘接剂涂层的层厚度来实现平衡电池单池堆的可能的制造公差。

按照本发明的另外的有利的实施方式，电池模块的电池单池以电池单池堆的方式来布置，其中，电池单池堆的电池单池借助于致紧带相对于彼此来位置固定地进行固定。在此，电池模块的致紧带能够被实施为电阻加热元件或者包括所述电阻加热元件。这种实施方式的优点在于，不必设置用于电池模块的附加的新的构件，这致使电池模块的实施方式特别节省空间。

按照本发明的电池模块有利地用在电驱动或者部分电驱动的车辆中，如电池电动的车辆、燃料单池车辆、混合动力车辆或插电式混合动力车辆，并且用在厨房器件或者修理工器件以及用于尤其以再生的方式所产生的电能的固定式的存储器中。

附图说明

本发明的有利的实施方式在附图中被示出并且在接下来的附图说明中被详尽地描述。

其中：

图1a至1d示出了按照本发明的第一实施方式的电池模块的变型方案的示意图；并且

图2示出了按照本发明的第二实施方式的电池模块的示意图。

在图1a至1d中示出了按照本发明的第一实施方式的电池模块的不同的变型方案。所述电池模块10在未被示出的壳体中包括电池单池堆12，所述电池单池堆包括多个电池单池14。所述电池单池14例如具有棱柱形的电池单池壳体16并且构成了电池单池堆12，其中，所述电池单池14的电池单池壳体16分别以其大面积面与相邻的电池单池14存在物理接触。所述电池单池14本身在其电池单池壳体16的顶盖面处具有电池单池端子18以及例如扩展开口20和电解质填装开口22。所述棱柱形的电池单池壳体16分别具有周侧面以及顶盖面和底面，所述周侧面分别包括电池单池壳体16的垂直地布置的分界面。

为了加热电池单池堆12的电池单池14，此外设置了电阻加热元件30。所述电阻加热元件例如平面地实施并且能够例如以加热垫、柔性的印刷电路板（FCP）来实施或者被实施为包括柔性的扁平电缆（FFC）的载体膜片。

为了确保对于所述电池单池堆12的多个电池单池14的尽可能有效的加热，所述电阻加热元件30例如尤其沿其纵向安装在电池单池堆12的外表面处。电池模块10的这类的变型方案在图1a中被示出。

在此，所述电阻加热元件30例如能够粘接到电池单池堆12的电池单池14的电池单池壳体16上。在此，有利地如此确定粘接剂层的层厚度的尺寸，使得在电池单池14在电池单池堆12之内的定位中的、由生产引起的偏差被抵消并且所述电阻加热元件30全面地与电池单池14的电池单池壳体16存在导热接触。有利地将例如带有导热的填充料颗粒的导热的粘接剂用作粘接剂。所述电阻加热元件30能够如在图1a中示出的那样例如布置在电池模块10的致紧带24的上方，或者如在图1b中示出的那样布置在该致紧带24的下方。

所述电阻加热元件30包括电阻加热丝31，该电阻加热丝在电流流动时致使周围环境得以加热。设置了：所述电加热元件30包括第一加热区域32a，在该第一加热区域中所述电阻加热丝31具有第一横截面；并且包括第二加热区域32b，在该第二加热区域中所述电阻加热丝30具有与所述第一横截面不同的第二横截面。电阻加热元件30的两个加热区域32a、32b与电池单池壳体16的外表面区域存在导热接触。作为附加方案或者替代方案，电加热元件30能够包括第一加热区域32a，该第一加热区域具有电阻加热丝30的第一铺设密度；并且具有第二加热区域32b，该第二加热区域在电阻加热丝30处具有与所述第一铺设密度不同的第二铺设密度。两个加热区域32a、32b再次与电池单池壳体16的外表面区域存在导热接触。

在此，致紧带24用于电池单池14在电池单池堆12之内的致紧，以便实现电池单池14在电池单池堆12之内的在位置固定方面的固定。另外的替代方案在于，设置两个电阻加热元件30，其中，一个定位在致紧带24的上方并且一个定位在该致紧带的下方。按照本发明的电池模块的这类的变型方案在图1c中被示出。

如果基于电池单池堆12的结构能够放弃使用致紧带24，那么就如在图1d中所示出的那样所述电阻元件能够很大程度上或者甚至完全地覆盖电池单池堆12的侧面。作为替代方案可行的是，如此实施在图1a至1d中示例性地示出的、至少部分地仅仅覆盖了所述电池单池堆12的大面积面的电阻加热元件30：使得所述电阻加热元件附加地对于电池单池堆12的端侧或者进一步附加地也对于电池单池堆12的第二大面积面进行部分地或者完全地覆盖。以这种方式能够有效地防止在电池单池堆12的电池单池14之内出现热应力。

另外的替代方案在于，致紧带24自身被实施为电阻加热元件30。为此，所述致紧带能够要么自身被实施为电阻加热元件30要么包含该电阻加热元件。为此，所述致紧带24例如能够包含与合适的外部的电源连接的电阻导体。

在图2中示出了按照本发明的第二实施方式的电池模块。相同的附图标记表示与在图1中的构件组件相同的构件组件。

在这种情况下所述电阻加热元件30包括第一加热区域32a，该第一加热区域在电池单池堆12的中间与电池单池14的电池单池壳体16存在导热接触。此外所述电阻加热元件30包括两个第二加热区域32b，所述两个第二加热区域与电池单池堆12的定位在端部的电池单池14的电池单池壳体16存在导热接触。在此，第二加热区域32b在运行中展现出比第一加热区域32a要大的加热功率。为此，电阻加热元件（30）的第二加热区域（32a、32b）具有在电阻加热丝（31）处的被提高的铺设密度或者电阻加热丝（31）的被减小的横截面。

因为电池单池堆12的在端部的电池单池14例如与电池模块10的壳体存在导热接触，所以所述位于端部的电池单池被特别剧烈地散热并且在低运行温度的情况下处于与在电池单池堆12的内部中的能比较的电池单池14相比要低的温度水平上。

所述电阻加热元件30一般与外部的电源连接或者与电池模块10的电池单池14存在传导电流的接触。此外所述电池模块10例如具有温度测量单元以用于确定在电池模块10之内的实时温度。此外设置了用于运行电阻加热元件30的未被示出的控制装置，借助于所述控制装置能够将电阻加热元件30投入运行或者也能够关断电阻加热元件。

Claims (7)

1.电池模块，带有多个电池单池、尤其是能再充电的锂离子电池单池或者锂聚合物电池单池，其中，所述电池模块（10）的电池单池（14）与包括电阻加热丝（31）的电阻加热元件（30）存在导热接触，其特征在于，所述电阻加热元件（30）的第一区域（32a）包括带有第一横截面的电阻加热丝（31），所述第一区域与电池单池（14）的第一外表面区域存在导热接触；并且所述电阻加热元件（30）的第二区域（32b）与电池单池（14）的第二外表面区域存在导热接触，所述第二区域具有带有与所述第一横截面不同的第二横截面的电阻加热丝（31）；和/或所述电阻加热元件（30）在电阻加热丝（31）处具有带有第一铺设密度的第一区域（32a），所述第一区域与电池单池（14）的第一外表面区域存在导热接触；并且所述电阻加热元件包括第二区域（32b），所述第二区域具有电阻加热丝（31）的与所述第一铺设密度不同的第二铺设密度并且与电池单池（14）的第二外表面区域存在导热接触。

2.按照权利要求1所述的电池模块，其特征在于，多个电池单池（14）以电池单池堆（12）的方式来布置，并且所述电阻加热元件（30）的区域（32a、32b）被定位于在端部对于所述电池单池堆（12）进行限定的至少一个电池单池（14）的区域中，所述电阻加热元件的区域在电阻加热丝（31）处具有被提高的铺设密度或者所述电阻加热丝（31）的被减小的横截面。

3.按照权利要求1或2所述电池模块，其特征在于，所述电阻加热元件（30）与将所述电池单池（14）彼此机械地致紧的致紧装置（24）存在导热接触地被定位。

4.按照上述权利要求中任一项所述的电池模块，其特征在于，所述电阻加热元件（30）粘接到所述多个电池单池（14）的至少一个电池单池壳体（16）的外表面上。

5.按照上述权利要求中任一项所述的电池模块，其特征在于，所述多个电池单池（14）以电池单池堆（12）的方式来布置，其中，所述电池单池堆（12）的电池单池（14）借助于致紧带（24）位置固定地相对于彼此固定，并且所述致紧带（24）被实施为电阻加热元件（30）或者包含所述电阻加热元件。

6.用于加热电池模块的方法，其特征在于，在按照上述权利要求中任一项所述的电池模块（10）中，一旦所述电池模块（10）的所测量的实时温度下降到所述电池模块（10）的预先确定的额定温度以下，就接通电阻加热元件（30）。

7.对于根据权利要求1至5中任一项所述的电池模块的、在电驱动或者部分电驱动的车辆或者飞行器中、在厨房电器或修理工电器中以及在用于存储尤其是以再生的方式所产生的电能的固定式的存储器中的使用方案。

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