CN115395129A - 用于高压电池的油冷电池管理系统的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于冷却电池管理系统的设备，其中电池管理系统即BMS具有多个布置在BMS壳体内的电气部件，其中BMS壳体具有用于冷却剂流入通路的至少一个BMS冷却剂流入接口及用于冷却剂流出通路的至少一个BMS冷却剂流出接口，且其中BMS壳体内的至少一个电气部件至少部分被介电冷却剂冲刷。此外，公开了一种高压电池，该高压电池具有电池管理系统和多个并排排列的电池模块，其中每个电池模块在至少一个模块壳体侧具有用于冷却剂流入通路的至少一个冷却剂流入接口。此外，高压电池具有与电池管理系统和电池模块的排列介质密封地相连接的中空的路径。还要求保护一种方法，通过该方法，借助于该设备来对电池管理系统提供冷却。

Description

用于高压电池的油冷电池管理系统的设备和方法
技术领域
本发明涉及一种用于冷却高压电池的电池管理系统的设备，在该高压电池中，电池管理系统充满了介电介质。此外，要求保护一种方法，通过该方法，借助于该设备来对电池管理系统提供冷却。
背景技术
在对电动车辆的牵引电池中的电池单体进行充电或放电的过程中会出现发热，这可能会损坏电池。因此，为了确保电池单体的较长使用寿命，必须冷却电池。根据现有技术，这样的冷却可以通过具有冷却剂的分离的冷却系统来进行。例如，冷却系统的冷却管路可以藉由导热膏热连接到电池单体。
除了在运行时，即例如在电动车辆的行驶中(放电过程)或者在给电池充电时，在电池单体中会发热以外，在电池管理系统中也会出现发热。尤其在系统功率较高的情况下，需要借助于主动冷却来排出废热，从而避免在电池管理系统中出现损坏或故障。然而，在许多应用情况下，电池管理系统要么不是被主动冷却，要么电池管理系统与被冷却剂流过的冷却板仅处于表面接触。
在中国文献CN 108461681 A中，电池单体和电池管理系统布置在冷却板上。冷却液流过冷却板。
美国文献US 2014/0178721 A1提出将电池单体单元和电池管理单元整合到共用的结构中。冷却剂在该结构内部循环。
文献DE 10 2019 209 155 A1涉及一种储能组件，该储能组件具有用于冷却或加热具有两个电子电池导体的至少一个储能器的温控装置。该温控装置至少可以用介电的温控液体喷射电池导体。
发明内容
在此背景下，本发明的目的在于，提供一种用于冷却电池管理系统的设备，该设备考虑到了高压电池在电池管理系统中所需的排出废热方面的更高要求。在此，应要求尽可能小的结构空间和重量。此外，应提供一种用于借助于该设备冷却电池管理系统的对应方法。
上述目的通过具有如下项1的特征的设备、具有如下项4的特征的高压电池以及具有如下项11的特征的方法来实现。本发明的其他优点和设计方案从如下项2-3、5-10以及12-13得出。
1.一种用于冷却电池管理系统的设备，其中所述电池管理系统即BMS具有多个布置在BMS壳体内的电气部件，其中所述BMS壳体具有用于冷却剂流入通路的至少一个BMS冷却剂流入接口以及用于冷却剂流出通路的至少一个BMS冷却剂流出接口，并且其中所述BMS壳体内的至少一个电气部件至少部分被介电冷却剂冲刷。
2.根据上述项1所述的设备，其中至少一个电气部件选自以下列表：接触器、集成电路板、电源连接器、与至少一个电池模块的电连接件。
3.根据上述项中任一项所述的设备，其中所述电池管理系统与电牵引系统的冷却回路相连接。
4.一种高压电池，所述高压电池具有根据上述项1或2所述的电池管理系统，其中所述高压电池具有多个并排排列的电池模块，其中每个电池模块具有模块壳体、两个极连接端、至少一个布置在所述模块壳体中的储能单体以及带有介电冷却剂的直接电池环流部，其中每个电池模块在至少一个模块壳体侧具有用于冷却剂流入通路的至少一个冷却剂流入接口，并且在模块壳体盖上具有用于冷却剂流出通路的冷却剂流出开口，在所述模块壳体盖上还存在两个极连接端，在所述高压电池中，通过使所述电池模块并排排列来确定具有第一冷却剂流入通路和最后的冷却剂流入通路的所述冷却剂流入通路的顺序，其中所述电池模块与所述最后的冷却剂流入通路构成作为所述排列的端部的端侧，其中所述电池管理系统布置在所述端侧，并且其中所述高压电池与冷却系统相连接。
5.根据上述项4所述的高压电池，其中所述至少一个BMS冷却剂流入接口被配置成用于构成与冷却系统的冷却剂流入部直接连接的冷却剂接口，其中介电冷却剂从所述冷却剂接口出发，流向所述电池模块的相应的冷却剂流入接口。
6.根据上述项4或5所述的高压电池，其中所述至少一个BMS冷却剂流出接口被配置成用于构成与通向所述冷却系统的冷却剂回流部直接连接的回流接口，其中介电冷却剂从所述电池模块的相应的冷却剂流出接口中流向所述回流接口。
7.根据上述项4所述的高压电池，其中所述高压电池额外地具有与所述电池管理系统和电池模块的排列介质密封地相连接的中空的路径，其中所述路径被设计成用于包围所述至少一个BMS冷却剂流入接口和所有冷却剂流出开口以及所述电池模块的在其中延伸的极连接端，其中所述路径被配置成用于沿所述并排排列的电池模块接纳从所述冷却剂出口开口中流出的冷却剂并且将其引导至位于所述端侧的电池管理系统的所述至少一个BMS冷却剂流入接口。
8.根据上述项7所述的高压电池，其中所述电池管理系统藉由在所述路径内部延伸的汇流排与所述电池模块相连接，由此所述汇流排被冷却剂环流。
9.根据上述项7或8所述的高压电池，其中所述电池模块的所有冷却剂流入接口都与具有唯一的冷却剂入口的冷却剂分配器相连接，并且其中所述至少一个BMS冷却剂流出接口构成为冷却剂出口，由此构成封闭的冷却系统。
10.根据上述项7至9之一所述的高压电池，其中BMS壳体、所有模块壳体和所述路径由整个壳体构成。
11.一种用于布置电池管理系统的冷却装置的方法，在所述方法中，所述电池管理系统即BMS具有多个布置在BMS壳体内的电气部件，其中在所述BMS壳体上构成有用于冷却剂流入通路的至少一个BMS冷却剂流入接口以及用于冷却剂流出通路的至少一个BMS冷却剂流出接口，并且其中所述BMS壳体内的至少一个电气部件至少部分被介电冷却剂冲刷。
12.根据上述项11所述的方法，在所述方法中，将所述电池管理系统布置在高压电池中，其中所述高压电池具有多个并排排列的电池模块，其中每个电池模块具有模块壳体、两个极连接端、至少一个布置在所述模块壳体中的储能单体、以及带有介电冷却剂的直接电池环流部，其中每个电池模块在至少一个模块壳体侧具有用于冷却剂流入通路的至少一个冷却剂流入接口，并且在模块壳体盖上具有用于冷却剂流出通路的冷却剂流出开口，在所述模块壳体盖上还存在两个极连接端，在所述高压电池中，通过使所述电池模块并排排列来确定具有第一冷却剂流入通路和最后的冷却剂流入通路的所述冷却剂流入通路的顺序，其中所述电池模块与所述最后的冷却剂流入通路构成作为所述排列的端部的端侧，其中将所述电池管理系统布置在所述端侧，并且其中将所述电池管理系统连接到与所述高压电池相连接的冷却系统。
13.根据上述项12所述的方法，其中所述高压电池额外地具有与所述电池管理系统和电池模块的排列介质密封地相连接的中空的路径，其中使所述路径包围所述至少一个BMS冷却剂流入接口和所有冷却剂流出开口以及所述电池模块的在其中延伸的极连接端，其中使所述路径沿所述并排排列的电池模块接纳从所述冷却剂出口开口中流出的冷却剂并且将其引导至位于所述端侧的电池管理系统的所述至少一个BMS冷却剂流入接口。
为了实现上述目的，提出一种用于冷却电池管理系统的设备，其中被本领域技术人员简称为BMS的电池管理系统具有多个布置在BMS壳体内的电气部件。该BMS壳体具有用于冷却剂流入通路的至少一个BMS冷却剂流入接口以及用于冷却剂流出通路的至少一个BMS冷却剂流出接口。BMS壳体内的至少一个电气部件至少部分地被介电冷却剂冲刷。
介电冷却剂例如是由经提纯的、不具有导电杂质的油构成。根据本发明，用介电冷却剂对BMS内的至少部分电气部件直接冲刷，这有利地具有较高的冷却功率或较高的冷却性能，例如其与从现有技术中已知的，即借助于导热膏将BMS连接到冷却板上相比，冷却性能有所提高。因此，使BMS在运行中产生的废热直接在相应出现发热的电气部件上排出，而不必首先不利地通过热扩散到达冷却板(这可能也会对BMS的其他部件产生不利影响)。
在根据本发明的设备的设计方案中，至少一个电气部件选自以下列表：接触器、集成电路板、电源连接器、与至少一个电池模块的电连接件。例如，与至少一个电池模块的电连接件由极连接端和/或汇流排构成。
在根据本发明的设备的另一设计方案中，电池管理系统与电牵引系统的冷却回路相连接。电牵引系统例如是电动车辆或至少部分电驱动的混合动力车辆的驱动装置。
在根据本发明的设备的优选的设计方案中，电池管理系统具有用于介电冷却剂的至少两个冷却剂接口。由此，有利地在至少两个空间上彼此分离的位置处，将冷却剂供应给电池管理系统，这有助于使冷却剂更为有效地流过电池管理系统，并且在电池管理系统中也会实现与其相关联的更好的导热。在根据本发明的设备的特别优选的设计方案中，该至少两个冷却剂接口布置在BMS壳体的相反的两侧，尤其布置在BMS壳体的相应距离BMS冷却剂流出接口最远的位置，这有助于使冷却剂特别有利地流过BMS壳体。
本发明的另一方面涉及一种具有前述电池管理系统的高压电池。该高压电池具有多个并排排列的电池模块，其中每个电池模块具有模块壳体、两个极连接端、至少一个布置在模块壳体中的储能单体以及带有介电冷却剂的直接电池环流部。每个电池模块在至少一个模块壳体侧具有用于冷却剂流入通路的至少一个冷却剂流入接口，并且在模块壳体盖上具有用于冷却剂流出通路的冷却剂流出开口，在该模块壳体盖上还存在两个极连接端。通过使电池模块并排排列来确定具有第一冷却剂流入通路和最后的冷却剂流入通路的冷却剂流入通路的顺序，其中电池模块与最后的冷却剂流入通路构成作为排列的端部的端侧。电池管理系统布置在该端侧。高压电池与冷却系统相连接。
冷却系统例如包括用冷却风通风的冷却器以及冷却剂泵。冷却风例如是由行驶中的电动车辆的行驶风形成。
根据本发明，用介电冷却剂对布置在模块壳体中的至少一个储能单体直接冲刷，这有利地具有较高的冷却功率，尤其与仅通过藉由表面接触连接的冷却板来散热相比，具有更高的冷却效率。通过根据本发明的设备实现了在电池管理系统内部和每个模块壳体内部的较高的冷却功率，这有利地确保了高压电池的快速充电，其中与例如由于低电压值而相对较慢的充电相比，快速充电通常会导致更高的废热。
在根据本发明的高压电池的第一设计方案中，该至少一个BMS冷却剂流入接口被配置成用于构成与冷却系统的冷却剂流入部直接连接的冷却剂接口。从该冷却剂接口出发，介电冷却剂流向电池模块的相应的冷却剂流入接口。
在根据本发明的高压电池的第二设计方案中，该至少一个BMS冷却剂流出接口被配置成用于构成与通向冷却系统的冷却剂回流部直接连接的回流接口。介电冷却剂从电池模块的相应的冷却剂流出接口流向该回流接口。
通过根据本发明的高压电池的第一设计方案和/或根据本发明的高压电池的第二设计方案，电池管理系统有利地整合在高压电池的冷却剂回路中。由此，有利地为电池管理系统省去了额外的冷却设备，例如单独的冷却系统。
在根据本发明的高压电池的另一设计方案中，高压电池额外具有与电池管理系统和电池模块的排列介质密封地相连接的中空的路径。该路径被设计成用于包围该至少一个BMS冷却剂流入接口和所有冷却剂流出开口以及电池模块的在其中延伸的极连接端。该路径被配置成用于沿并排排列的电池模块接纳从冷却剂流出开口中流出的冷却剂并且将其引导至位于端侧的电池管理系统的该至少一个BMS冷却剂流入接口。
通过路径的根据本发明的布置方式，电池管理系统被与并排排列的电池模块相同的冷却剂流过，这有利地为电池管理系统省去了额外的冷却设备并且具有降低成本和减小结构空间的效果。
同样地，通过根据本发明的高压电池的第三设计方案，电池管理系统仅次要地整合在高压电池的冷却剂回路中，因此有利的是，来自冷却器的较冷的、基于物理原因具有较高的吸热能力的冷却剂首先流过电池模块的排列，由此更有效地从储能单体中排热并且不受电池管理系统的负荷。在此之后，电池管理系统才被已经由电池模块的废热加热的冷却剂流过。这满足了如下情况，即例如在一起观察时，与电池模块相比，在电池管理系统中会产生相对较少的废热。
在根据本发明的高压电池的又一设计方案中，电池管理系统藉由在路径内部延伸的汇流排与电池模块相连接。由此汇流排被冷却剂环流。
在根据本发明的高压电池的又一设计方案中，电池模块的所有冷却剂流入接口与具有唯一的冷却剂入口的冷却剂分配器相连接。该至少一个BMS冷却剂流出接口构成为冷却剂出口。由此构成封闭的冷却系统。
在根据本发明的高压电池的又一设计方案中，BMS壳体、所有模块壳体和路径都由整个壳体构成。
此外，要求保护一种用于布置电池管理系统的冷却装置的方法，在该方法中，电池管理系统(BMS)具有多个布置在BMS壳体内的电气部件。在BMS壳体处构成用于冷却剂流入通路的至少一个BMS冷却剂流入接口以及用于冷却剂流出通路的至少一个BMS冷却剂流出接口。使冷却剂至少部分地在BMS壳体内冲刷至少一个电气部件，其中将介电冷却剂经由该至少一个BMS冷却剂流入接口供应到电池管理系统中，并且经由该至少一个BMS冷却剂流出接口再次排出。
在根据本发明的方法的实施方式中，将电池管理系统布置在高压电池中。该高压电池具有多个并排排列的电池模块，其中每个电池模块具有模块壳体、两个极连接端、至少一个布置在模块壳体中的储能单体、以及带有介电冷却剂的直接电池环流部。每个电池模块在至少一个模块壳体侧具有用于冷却剂流入通路的至少一个冷却剂流入接口，并且在模块壳体盖上具有用于冷却剂流出通路的冷却剂流出开口，在该模块壳体盖上还存在两个极连接端。通过使电池模块并排排列来确定具有第一冷却剂流入通路和最后的冷却剂流入通路的冷却剂流入通路的顺序，其中电池模块与最后的冷却剂流入通路构成作为排列的端部的端侧。将电池管理系统布置在该端侧。将电池管理系统连接到与高压电池连接的冷却系统。
在根据本发明的方法的另一实施方式中，高压电池额外具有与电池管理系统和电池模块的排列介质密封地相连接的中空的路径。使该路径包围该至少一个BMS冷却剂流入接口和所有冷却剂流出开口以及电池模块的在其中延伸的极连接端。使该路径沿并排排列的电池模块接纳从冷却剂流出开口中流出的冷却剂并且将其引导至位于端侧的电池管理系统的该至少一个BMS冷却剂流入接口。
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将在下文说明的特征不仅能够在分别给出的组合中使用，而且还可以在其他组合中或者单独地使用。
附图说明
将概括性地并且总体性地描述附图，相同的部件与相同的附图标记相关联。
图1以根据本发明的高压电池的设计方案的俯视图示意性地示出了流动走向。
图2示意性地示出了根据本发明的高压电池的设计方案的侧截面图。
具体实施方式
在图1中，以根据本发明的高压电池的设计方案的俯视图100示意性地示出了流动走向。高压电池具有多个在x轴101的正方向上并排排列的电池模块110，这些电池模块各自具有右侧冷却剂流入接口111(在y轴102的正侧)和左侧冷却剂流入接口112(在y轴102的负侧)。在排列的电池模块110与沿x轴101的方向为最顶部或最后的冷却剂流入通路111、112构成的端部布置有电池管理系统(BMS)120。电池管理系统120具有相对于y轴102的正侧和负侧而言的右侧BMS冷却剂流出接口121和左侧BMS冷却剂流出接口122。在排列的电池模块110和电池管理系统120的上方存在路径130，该路径相应介质密封地包围电池模块110的位于上方的冷却剂流出开口和电池管理系统120的BMS冷却剂流入接口。冷却剂经由冷却剂流入接口111、112在冷却剂流动方向140上流过相应的、各自包围至少一个储能单体的电池模块，然后流入路径130中并且从此处经由电池管理系统120流向BMS冷却剂流出接口121、122。
在图2中，示意性地示出了根据本发明的高压电池的设计方案的侧截面图200。在z轴203的正方向上，在电池模块110和电池管理系统120的上方，布置有位于电池模块110的和电池管理系统120上方的、具有位于其间的密封件234的路径下部232。因此，在进而继续使用密封件233的情况下，路径上部231与路径下部232介质密封地相连接。路径上部231和路径下部232构成图1的路径130。在由路径上部231和路径下部232构成的空腔中，冷却剂环流通向电池模块110和通向电池管理系统120的极连接端251并且环流彼此电连接的汇流排250。
附图标记清单
100 流动走向的俯视图
101 x轴
102 y轴
110 电池模块
111 右侧冷却剂流入接口
112 左侧冷却剂流入接口
120 电池管理系统
121 右侧BMS冷却剂流出接口
122 左侧BMS冷却剂流出接口
130 路径
140 冷却剂的流动方向
200 冷却组件的侧截面图
203 z轴
231 路径上部
232 路径下部
233 路径上部与路径下部之间的密封件
234 路径下部与放置的零件之间的密封件
250 汇流排
251 极连接端

Claims (13)

1.一种用于冷却电池管理系统(120)的设备，其中所述电池管理系统(120)即BMS具有多个布置在BMS壳体内的电气部件，其中所述BMS壳体具有用于冷却剂流入通路的至少一个BMS冷却剂流入接口以及用于冷却剂流出通路的至少一个BMS冷却剂流出接口(121，122)，并且其中所述BMS壳体内的至少一个电气部件至少部分被介电冷却剂冲刷。
2.根据权利要求1所述的设备，其中至少一个电气部件选自以下列表：接触器、集成电路板、电源连接器、与至少一个电池模块的电连接件。
3.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述电池管理系统(120)与电牵引系统的冷却回路相连接。
4.一种高压电池，所述高压电池具有根据权利要求1或2所述的电池管理系统(120)，其中所述高压电池具有多个并排排列的电池模块(110)，其中每个电池模块(110)具有模块壳体、两个极连接端(251)、至少一个布置在所述模块壳体中的储能单体以及带有介电冷却剂的直接电池环流部，其中每个电池模块(110)在至少一个模块壳体侧具有用于冷却剂流入通路的至少一个冷却剂流入接口(111，112)，并且在模块壳体盖上具有用于冷却剂流出通路的冷却剂流出开口，在所述模块壳体盖上还存在两个极连接端(251)，在所述高压电池中，通过使所述电池模块(110)并排排列来确定具有第一冷却剂流入通路(111，112)和最后的冷却剂流入通路(111，112)的所述冷却剂流入通路(111，112)的顺序，其中所述电池模块(110)与所述最后的冷却剂流入通路(111，112)构成作为所述排列的端部的端侧，其中所述电池管理系统(120)布置在所述端侧，并且其中所述高压电池与冷却系统相连接。
5.根据权利要求4所述的高压电池，其中所述至少一个BMS冷却剂流入接口被配置成用于构成与冷却系统的冷却剂流入部直接连接的冷却剂接口，其中介电冷却剂从所述冷却剂接口出发，流向所述电池模块的相应的冷却剂流入接口。
6.根据权利要求4或5所述的高压电池，其中所述至少一个BMS冷却剂流出接口被配置成用于构成与通向所述冷却系统的冷却剂回流部直接连接的回流接口，其中介电冷却剂从所述电池模块(110)的相应的冷却剂流出接口中流向所述回流接口。
7.根据权利要求4所述的高压电池，其中所述高压电池额外地具有与所述电池管理系统(120)和电池模块(110)的排列介质密封地相连接的中空的路径(130)，其中所述路径(130)被设计成用于包围所述至少一个BMS冷却剂流入接口和所有冷却剂流出开口以及所述电池模块(110)的在其中延伸的极连接端(251)，其中所述路径(130)被配置成用于沿所述并排排列的电池模块(110)接纳从所述冷却剂出口开口中流出的冷却剂并且将其引导至位于所述端侧的电池管理系统(120)的所述至少一个BMS冷却剂流入接口。
8.根据权利要求7所述的高压电池，其中所述电池管理系统(120)藉由在所述路径(130)内部延伸的汇流排(250)与所述电池模块(110)相连接，由此所述汇流排(250)被冷却剂环流。
9.根据权利要求7或8所述的高压电池，其中所述电池模块(110)的所有冷却剂流入接口都与具有唯一的冷却剂入口的冷却剂分配器相连接，并且其中所述至少一个BMS冷却剂流出接口(121，122)构成为冷却剂出口，由此构成封闭的冷却系统。
10.根据权利要求7或8所述的高压电池，其中BMS壳体、所有模块壳体和所述路径(130)由整个壳体构成。
11.一种用于布置电池管理系统(120)的冷却装置的方法，在所述方法中，所述电池管理系统(120)即BMS具有多个布置在BMS壳体内的电气部件，其中在所述BMS壳体上构成有用于冷却剂流入通路的至少一个BMS冷却剂流入接口以及用于冷却剂流出通路的至少一个BMS冷却剂流出接口(121，122)，并且其中所述BMS壳体内的至少一个电气部件至少部分被介电冷却剂冲刷。
12.根据权利要求11所述的方法，在所述方法中，将所述电池管理系统(120)布置在高压电池中，其中所述高压电池具有多个并排排列的电池模块(110)，其中每个电池模块(110)具有模块壳体、两个极连接端(251)、至少一个布置在所述模块壳体中的储能单体、以及带有介电冷却剂的直接电池环流部，其中每个电池模块(110)在至少一个模块壳体侧具有用于冷却剂流入通路的至少一个冷却剂流入接口(111，112)，并且在模块壳体盖上具有用于冷却剂流出通路的冷却剂流出开口，在所述模块壳体盖上还存在两个极连接端(251)，在所述高压电池中，通过使所述电池模块(110)并排排列来确定具有第一冷却剂流入通路(111，112)和最后的冷却剂流入通路(111，112)的所述冷却剂流入通路(111，112)的顺序，其中所述电池模块与所述最后的冷却剂流入通路构成作为所述排列的端部的端侧，其中将所述电池管理系统(120)布置在所述端侧，并且其中将所述电池管理系统(120)连接到与所述高压电池相连接的冷却系统。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述高压电池额外地具有与所述电池管理系统(120)和电池模块(110)的排列介质密封地相连接的中空的路径(130)，其中使所述路径(130)包围所述至少一个BMS冷却剂流入接口和所有冷却剂流出开口以及所述电池模块(110)的在其中延伸的极连接端(251)，其中使所述路径(130)沿所述并排排列的电池模块(110)接纳从所述冷却剂出口开口中流出的冷却剂并且将其引导至位于所述端侧的电池管理系统(120)的所述至少一个BMS冷却剂流入接口。
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