CN115943520A - 鲁棒的电池装置和机动车 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电池装置，其包括壳体、容纳在该壳体中的多个单元模块和至少一个隔离元件。通过所述至少一个隔离元件，壳体被划分成多个单元容纳区域，这些单元容纳区域分别大于单元模块之一并且在这些单元容纳区域中分别设置有所述单元模块之中的至少一个单元模块，从而在每个单元容纳区域中在设置在所述单元容纳区域中的所述至少一个单元模块旁边留下空的变形空间，所述至少一个隔离元件构成为固定元件，单元模块借助该固定元件保持在与相应的隔离元件邻接的单元容纳区域中。

Description

鲁棒的电池装置和机动车

技术领域

本发明涉及一种具有多个单元模块的电池装置和配备有该电池装置的机动车。

背景技术

电池在当今用在许多不同的技术领域和应用中。至少由于那里对电池例如在尽可能大的能量密度和容量以及相对高的充电和放电功率方面提出越来越高的要求，电池的运行安全性构成在设计中的一个重要因素。为了即使在事故中或火灾情况下也确保电池的、例如机动车的高压牵引电池的安全性，在常规的电池中也发生明显的耗费，这可能与相应高的成本、高的构造空间需求和高的重量相关联。

在此背景下，在US 2018/0 105 062A1中描述了用于能量存储系统的电池模块分隔室。在此设有至少一个内部的防火壁，该防火壁与外壁相结合地限定用于第一电池模块部分的第一内部空间和用于第二电池模块部分的第二内部空间。相应的第一和第二电池模块可通过第一或第二推入侧推入相应的部分中和从相应的部分中取出。不仅第一推入侧而且第二推入侧可以由相应的盖至少相对于相应另一个电池模块密封。总之，因此应当阻止有害物、如液体、火焰、烟雾或电解质颗粒扩散。

正是从当今广泛使用的锂基电池已知：电池单元的短路或损坏可导致放热的、自增强的反应(热失控)，这可导致相邻电池单元也相应地热激发和破坏并且从而最终在整个电池上导致放热的链反应。但是，火灾在其它应用中或者对于其它必须运输或仓储的设备、例如电气、电子或医疗装备或仪器也可能是有问题的。为此，EP 2 848 557 A2公开了一种容器，该容器包括阻燃材料、由该阻燃材料形成的用于容纳至少一个物品的基本上气密的空腔和与阻燃材料连接的增强材料。因此应当提供一种用于对能防火的运输的或仓储的物品防火保护的容器，以便防止、抑制或阻碍这种火灾。

JP 2007 027 011A也描述了一种电源装置，该电源装置应具有改进的安全性。为此设有一个壳体，在该壳体中多个电池容纳在一个腔室中并且设置有一个分隔壁，该腔室通过该分隔壁而与废气腔室分隔开。在分隔壁中设有安全阀，从电池中出来的气体可以通过该安全阀进入废气腔室中。然后，气体可以通过出口从排气腔室进入壳体的周围环境中。在此，灭火器装置可与该排气腔室耦联。

发明内容

本发明的目的是，以有效的方式改进多单元的电池的鲁棒性。

根据本发明，该目的通过独立权利要求的技术方案来实现。本发明的可能的实施方案和进一步改进方案在从属权利要求中、说明书中和附图中说明。

根据本发明的电池装置包括一个壳体和多个容纳在该壳体内的电元模块。一个单个的电池单元或一组或一联多个电池单元可以是在本意义上的一个单元模块或者可以包括一个这样的单元模块。所述电池装置还具有至少一个隔离元件，所述壳体被所述隔离元件划分成多个单元容纳区域。这些单元容纳区域用于容纳这些单元模块中的各至少一个单元模块。在此，单元容纳区域分别大于单元模块之一。在这些单元容纳区域中分别设置有单元模块中的各至少一个单元模块，在每个单元容纳区域中在设置在其中的所述至少一个单元模块旁边留下自由或空的变形空间。变形空间可以是单元容纳区域的例如充空气的部分区域，在这些部分区域中没有安装、即设置电池装置的构件或部件。这些变形空间可以能实现单元模块的形状和/或尺寸改变，而不对壳体产生机械载荷。通过变形空间，同样能抵挡壳体的由于从外部、例如在事故中作用到该壳体上的力而发生的变形，而不使单元模块直接受载。所述至少一个隔离元件在此构成为固定元件、特别是构成为夹持条，单元模块借助该固定元件保持或固定在邻接于相应隔离元件的单元容纳区域中。

如在开头已经指出的，在单元模块之一损坏时可能发生放热的反应，受热的气体和颗粒由此可能从单元模块中流出或出来。该气体或这些颗粒在此可传输热能并且从而在常规的电池装置中到达相应相邻的单元模块并将其损坏。这在本发明中至少部分地通过所述至少一个隔离元件被防止。为此，所述隔离元件尤其是可以由耐热或耐温的材料制成。即使所述至少一个隔离元件在单元模块之一发生热故障的情况下被损坏，这与损坏其他单元模块相比在电池装置中的安全性方面远不成问题。优选地，对于电池装置的所有单元模块，可在每两个相邻的单元模块之间或在单元模块的所有对彼此面向的侧面之间设置有相应的隔离元件。通过所述至少一个隔离元件，最终能够减少或避免在单元容纳区域、特别是相邻的单元容纳区域之间的质量和/或能量传递或交换。相应的质量和/或能量流——后者例如以由相应损坏的、特别是热击穿的单元模块发出的热辐射的形式——因此可以被所述至少一个隔离元件相应地阻断、阻挡、偏转或转向或者吸收。由此，最终可以避免或减少由于单元模块之一的热击穿而导致的后续损坏、例如绝缘体的熔化、其它部件或构件的点火和跨越所有单元容纳区域的在电池装置之内的可点燃的气体混合物的全面点火。为此，特别是受热的导电的颗粒可能是有问题的，这些颗粒可以被所述至少一个隔离元件有效地阻挡。与单元模块的单独电池或模块壳体的相应更鲁棒的实施方案相反，设置在单元模块或单元容纳区域之间的所述至少一个隔离元件能以更简单的方式、以更少的制造耗费、更低的成本和——取决于实施方案——必要时还以更小的构造空间需求实现更有效的保护效果。特别是，在所述至少一个隔离元件的材料选择和电池装置或单元模块的制造方法方面总体上可以给出更大的灵活性和更简单的实现，因为隔离元件不必集成到各个单元模块的制造过程中并且不必考虑单元模块的电特性。

通过单元模块由或者说借助相应的隔离元件固定或保持，可以防止或使单元模块的移位、即运动变难。由此可以避免或至少减轻撞击、即单元模块之一对相应相邻的单元模块的机械作用。这可以进一步降低损坏相邻单元模块的危险并且从而进一步改善电池装置的安全性。所述至少一个隔离元件的所述效果或功能，即一方面阻挡热气体或颗粒扩散和另一方面保持或固定单元模块，在这里在典型的问题场景下协同配合作用。如果电池装置用在机动车中，则机动车的事故构成电池装置的潜在危险或损坏提高的情况，其中单元模块之一可能以提高的概率损坏和随后热击穿。在此，在这种事故情况下，高于平均的机械力或加速度作用于单元模块。在当前，所述至少一个隔离元件因此具有特别有利的双重功能。据此，因此可以节省否则可能必需的单独的保持或固定元件或者本就已经存在的保持或固定元件可以相应地被扩大或形成为所述至少一个隔离元件。总之，所描述的有利的功能和效果因此可以特别有效和高效地实现，例如，在最小化成本、重量、构造空间需求和生产成本方面。

根据本发明的电池装置可以是或包括用于更全面的电池的单元模块或完整的电池。除了这里提到的构件或部件之外，根据本发明的电池装置可以具有另外的常见的构件或部件、例如一个或多个用于电连接或接触和/或用于冷却系统或冷却回路的接头、电气或电子电路或装置、例如控制器或电池管理系统、至少一个保险器和/或更多类似装置。

在本发明的一个可能的实施方案中，所述至少一个隔离元件完全或部分地、特别是绝大部分地由金属材料形成。因此，所述至少一个隔离元件可以完全由金属材料、即例如纯金属或全金属或合金制成。这能实现所述至少一个隔离元件的特别简单的生产和加工以及特别高的耐温性或耐热性。同样，所述至少一个隔离元件可以仅部分地由金属材料制成并且部分地由另一种材料、特别是非金属材料制成。例如，金属材料为此可以被非金属材料完全或部分地覆盖或包围。非金属材料在此尤其是可以是非导电的。由于这种实施方案，隔离元件可以同时在单元模块之间形成特别有效的、耐高热的或者说防火的并且机械特别稳定的阻隔件以及必要时电绝缘。按这种方式，也可以避免或使单元模块和所述至少一个隔离元件之间的电击穿变难。

在本发明的一个替代的可能的实施方案中，所述至少一个隔离元件至少部分地由耐高热的塑料材料制成。例如，隔离元件可以为此至少部分地由聚醚酮、氟乙烯、纤维复合材料和/或更多类似物制成。按这种方式，隔离元件可以起电绝缘作用，从而可以避免或使电击穿或短接变难，这可有助于改善根据本发明的电池装置的安全性。另外，例如与所述至少一个隔离元件的全金属的构成相比，可以实现隔离元件的和因此电池装置整体的特别小的重量，并且能实现所述至少一个隔离元件的特别灵活的——在需要时也不规则的——造型。后者能实现特别有效地将单元容纳区域彼此隔离开并且能实现特别好地充分利用在根据本发明的电池装置的壳体之内的构造空间。

在本发明的另一个可能的实施方案中，所述至少一个隔离元件将与之邻接的单元容纳区域仅绝大部分地彼此隔离开，但使在单元容纳区域之间的直接连通开放。换言之，隔离元件因此可以具有凹部或通道和/或仅除了预定的距离之外被移近壳体的至少一侧面或内壁或相邻隔离元件。通过单元容纳区域被隔离元件绝大部分地彼此分隔开，可以显著地抑制或限制颗粒扩散以及在相邻的、即被所述至少一个隔离元件彼此分隔开的单元容纳区域之间的空气或氧气的交换或流入。同时，单元容纳区域的通过隔离元件或在隔离元件旁的连接例如能实现在比仅仅一个唯一的单元容纳区域更大的体积上扩散压力或分配压力。由此，在单元模块之一发生热故障的情况下，与单元容纳区域的完全气密的隔离或者说密封相比，可以减小在相应的单元容纳区域之内的压力升高。这可导致在单元模块之一发生热故障的情况下壳体爆裂或以不受控制的方式破裂的危险相应降低。此外，不必按这种方式必需地在每个单元容纳区域中设置排气开口或过压阀，由此可以节省耗费和成本并且必要时实现电池装置抵抗机械力作用的改善的稳定性和安全性。

在本发明的另一个可能的实施方案中，所述至少一个隔离元件也形成所述电池装置的用于容纳电池装置的部件、尤其是电气或电子部件的部件壳体的壁的至少一部分。例如，在如此至少部分地由所述至少一个隔离元件形成的部件壳体中容纳、即设置有保险器、电压测量仪、控制器、电池管理系统、控制或供电电路和/或更多类似物。如果部件壳体完全由隔离元件形成，则这可以能实现容纳在部件壳体中的所述至少一个部件特别安全地安置，例如抵抗机械力作用或损坏。如果部件壳体仅部分地由隔离元件形成，则部件壳体的剩余部分例如可以由壳体、即电池装置的壳体的壁形成。这可以能实现部件壳体的特别节省材料并且构造空间有效的构成。

通过本发明的这里提出的实施方案可以实现进一步提高的功能集成，由此例如可以节省材料耗费和成本并且可以能实现特别有效并且高效地充分利用构造空间。通过隔离元件或由隔离元件至少部分地构成部件壳体在此也有助于进一步改善电池装置的安全性，因为通过隔离元件的本就设置的保护特性便也相应地保护容纳在部件壳体中的所述至少一个部件，例如以防在单元模块之一发生故障情况时的热和/或电影响。

这可以是特别相关的，因为容纳在部件壳体中的所述至少一个部件可以通过从壳体引导出来的管线连接，由此潜在地可以为从损坏的单元模块出来的材料、热气、颗粒或类似物给出扩散路径和/或为空气或氧气给出进入路径以在壳体之内助长火灾。这种扩散或进入路径被隔离元件特别有效地保护，而不必设置相应的单独的构件。

在本发明的另一个可能的实施方案中，所述至少一个隔离元件至少部分地构成为用于加强所述壳体的加强支柱。为此，所述至少一个隔离元件从所述壳体的第一壁延伸直到所述第二壳体的相对的壁。由此可以改善壳体或电池装置的机械稳定性。这也可以有助于提高根据本发明的电池装置的安全性，因为由此可以避免或减少壳体由于从外部作用在该壳体上的机械力或载荷而向内弯曲，这可能导致单元模块之一损坏。通过借助本就作为根据本发明的电池装置的一部分而设置的所述至少一个隔离元件这样赢得安全性，可以实现进一步提高的功能集成，即可以特别有效地改善电池装置的安全性。

特别是，以这种方式可以节省单独的支柱或支撑件，这可以能实现电池装置的成本和材料耗费的降低以及增大的能量密度。隔离元件的加强作用例如可通过相应的轮廓造型、引入一个或多个凸起或隔离元件至少部分地由硬化金属制造来实现。例如，隔离元件可以是支柱、特别是由硬化金属制成的、即特别抗扭的支柱或者可以包括至少一个相应的支柱元件。这样的支柱元件例如可以嵌入由另一种材料、例如更轻的和/或不导电的材料制成的基体中。通过这样嵌入支柱元件，也可以保护该支柱元件免受相邻的热击穿的单元模块的直接热影响，由此即使在单元模块之一发生热故障的情况下也能够特别可靠地或特别长时间地维持隔离元件的和电池装置整体的结构稳定性或完整性。

在本发明的另一个可能的实施方案中，壳体具有排气部位。所述至少一个隔离元件便设置用于使从邻接的单元容纳区域撞击到隔离元件上的气体和/或颗粒流朝向排气部位偏转或转向。例如，排气部位可以是或者包括开口、阀和/或膜。排气部位可以用作从壳体中出来的气体的排出部位，例如对于在壳体中相对于其周围环境存在过压的情况。由此，在相应的故障情况下，从壳体中的材料排出或材料流可以以受控的方式、即在预定的部位处或在预定的方向上并且因此特别安全地进行。

通过隔离元件使气体或颗粒流偏转或转向可以例如通过其设置、取向和/或造型来实现。在本发明的一种可能的进一步改进方案中，所述至少一个隔离元件、特别是所述至少一个隔离元件的主延伸平面或面向邻接的单元容纳区域的表面或侧面为此为了使气体或颗粒流偏转而相对于壳体的外壁、例如底部、盖和/或侧壁倾斜设置。在本发明的一个附加的或替代的进一步改进方案中，所述至少一个隔离元件具有朝向进入开口定向的引导结构。在本发明的一个附加的或替代的进一步改进方案中，所述至少一个隔离元件具有背离单元容纳区域指向的中空弯曲部。

在本意义上，隔离元件的倾斜设置可以意味着：隔离元件和壳体的相邻或邻接的区域或区段彼此不成直角，即形成不同于90°和270°的角度。由此，例如通过相应地调节倾斜位置、即隔离元件相对于壳体的角度可以使平行于壳体的相应区域或区段撞击到隔离元件上的气体或颗粒流在优选转动方向上偏转，该优选转动方向背离相应的单元容纳区域或容纳在其中的单元模块以及背离相邻的单元模块指向。

所述的轻型结构例如可以由至少一个细长的、即在排气开口的方向上纵长延伸的引导元件或导板、至少一个相应细长的凹槽或肋和/或类似物形成。由此，可以给撞击到隔离元件上的或在撞击之后被该隔离元件反射的或偏转的气体或颗粒流同样施加优选转动方向，特别是通过防止或减小气体或颗粒流横向于引导结构的纵向延伸方向的反射或偏转。

由于中空弯曲部，即隔离元件的或其面对相应单元容纳区域的表面的关于隔离元件的内部中心点凸形的设计或突出成形，可以充分利用撞击到隔离元件上的气体或颗粒流的优选沿着隔离元件的表面扩散的趋势，以便朝向排气开口对该气体或颗粒流施加优选转动方向。

通过所述至少一个隔离元件的这里提出的实施可行方案中，从相应的热击穿的单元模块中出来的材料能够特别有效和受控地、即以可预测的或定向的方式从壳体中导出。由此可以降低所述材料伤害相邻单元模块和/或布置在壳体或电池装置的周围环境中的构件或人员的危险。本发明的这里提出的实施方案也最终有助于改善根据本发明的电池装置的安全性。

本发明的另一方面是一种具有至少一个根据本发明的电池装置的机动车。电池装置在此尤其可以是根据本发明的机动车的牵引电池或牵引电池的一部分。根据本发明的机动车尤其是可以是与根据本发明的电池装置相关联地提到的机动车。

本发明的其他特征可从权利要求书、附图和附图描述中得出。上文在说明书中提到的特征和特征组合以及下文在附图描述中和/或在附图中单独示出的特征和特征组合不仅可以以相应给出的组合应用，而且也可以以其它组合或单独地应用，而不离开本发明的范围。

附图说明

附图中：

图1示出具有多个单元模块的电池装置的示意图；以及

图2示出具有多个单元模块的电池装置的另一示意图。

具体实施方式

在图中，相同或功能相同的元件分别设有相同的附图标记。

在图1中示出了从侧面视角看的电池装置10的示意图。这里，电池装置10包括一个壳体12和容纳在其中的多个单元模块14，这些单元模块又分别可以是或包括至少一个或多个单个的电池单元。在本例中，作为所述多个单元模块14，纯示意性地或示例性地示出了一个损坏的单元模块16和一个与之相邻的相邻单元模块18。对于实际应用，电池装置10可以具有大量的单元模块14。

在单元模块14之间在壳体12内设置有隔离元件20。通过例如可由耐温的塑料或作为隔离板由金属制成的隔离元件20，壳体12的内部空间或内部容积被划分为多个、在这里至少两个单元容纳区域。这些单元容纳区域中的每一个单元容纳区域在这里容纳单元模块14之一并且还包括一个相应的保持自由的、即空的变形空间22。因此，通过隔离元件20将壳体12之内的较大的空气容积划分成多个与各个单元容纳区域相配的较小的部分，从而能够避免或减缓在单元模块14之一、在这里损坏的单元模块16热击穿时在壳体12之内空气中所有自由的氧发生爆炸。

在损坏的单元模块16热击穿时，这里示意示出的气体和颗粒流24从该单元模块中出来。该气体和颗粒流可以撞击到隔离元件20上并被该隔离元件阻断，也就是说，防止其扩散。在这里，通过隔离元件20因此防止或至少降低了受热的气体和颗粒流24直接撞击到相邻单元模块18上并且同样激发该相邻单元模块热击穿的危险。

虽然隔离元件20将与该隔离元件邻接的单元容纳区域绝大部分地彼此分隔开，但是在这里它并不是在所有侧面上完全一直延伸到达壳体12上。因此，隔离元件20使通道26开放作为在由隔离元件20彼此分隔开的单元容纳区域之间的直接连通。

图2还示出一种电池装置10，该电池装置是图1的电池装置10或其替代的变型方案。图2所示的电池装置10基本上如同图1所示的电池装置10那样构造，即具有那里描述的部件和构件。另外，气体出口28在图2中示出作为电池装置10的一部分。气体和/或颗粒可以通过该气体出口28从壳体12的内部出来到其周围环境中。为此，气体出口28例如可以是或包括过压阀。

在这里，从损坏的单元模块16中发射或出来的气体和颗粒流24可以被隔离元件20朝向气体出口28偏转或转向，由此可以实现从壳体12中特别有效和高效地导出。

这里，隔离元件20也使在相邻的单元容纳区域或者说变形空间22之间的通道26开放。因此，即使在相邻单元模块18损坏时从该相邻单元模块出来的气体或颗粒也可以到达气体出口28并且通过该气体出口被从壳体12中导出。

这里，电池装置10还包括另外的隔离元件30。该另外的隔离元件30至少部分地或局部地形成单元容纳区域的另外的壁或边界。由此，如果气体和颗粒流24从损坏的单元模块16出发不或不主要朝向隔离元件20运动，则该气体和颗粒流便也可以如所描述的那样被阻碍或偏转。

通过隔离元件20、30以及必要时另外的设置的为了清楚起见在此未示出的隔离元件，可在壳体12之内形成大量单元容纳区域。通过这些隔离元件20、30，便不仅可以避免单元模块16之一的热击穿在整个电池装置10上传播，而且可以确保壳体12的机械稳定性。为此，隔离元件20、30中的至少一个隔离元件可构成为相应的支撑件或支柱。

除了用于阻碍或偏转气体和颗粒流24的隔离功能和稳定或支撑功能之外，通过隔离元件20、30中的至少一个隔离元件可以承担或实现至少一个另外的功能。在这里，所述另外的隔离元件30例如在壳体12之内形成一个单独的部件壳体32，在这里电池装置10的示意性示出的部件34设置在该部件壳体中。部件34例如可以是或包括电气装置或电子装置、控制器的电路板、保险器或接触器和/或更多类似物。对于电池装置10——如这里所示的——包括多个隔离元件20、30的情况，特别是可以规定，这些隔离元件20、30中的仅一个隔离元件构成这样的部件壳体32或其一部分。由此，剩余的隔离元件20、30，在这里特别是隔离元件20，可以构造或成形为相应更简单的。

总之，所描述的实例示出如何能以特别有效的方式实现隔离单元模块14或自由的空气容积作为在电池或者说高压蓄电器中的防火措施。

附图标记列表

10    电池装置

12    壳体

14    单元模块

16    损坏的单元模块

18    相邻单元模块

20    隔离元件

22    变形空间

24    气体和颗粒流

26    通道

28    气体出口

30    另外的隔离元件

32    部件壳体

34    部件

Claims (9)

1.电池装置(10)，其包括壳体(12)、容纳在该壳体中的多个单元模块(14)和至少一个隔离元件(20、30)，壳体(12)被所述隔离元件划分成多个单元容纳区域，这些单元容纳区域分别大于单元模块(14)之一并且在这些单元容纳区域中分别设置有所述单元模块(14)之中的至少一个单元模块，从而在每个单元容纳区域中在设置在所述单元容纳区域中的所述至少一个单元模块(14)旁边留下空的变形空间(22)，所述至少一个隔离元件(20、30)构成为固定元件(20、30)，单元模块(14)借助该固定元件保持在与相应的隔离元件(20、30)邻接的单元容纳区域中。

2.根据权利要求1所述的电池装置(10)，其特征在于，所述至少一个隔离元件(20、30)至少部分地由金属材料形成。

3.根据权利要求1所述的电池装置(10)，其特征在于，所述至少一个隔离元件(20、30)至少部分地由耐热的塑料材料制成。

4.根据前述权利要求之一所述的电池装置(10)，其特征在于，所述至少一个隔离元件(20、30)将与之邻接的单元容纳区域绝大部分地彼此隔离开，但使在单元容纳区域之间的直接连通(26)开放。

5.根据前述权利要求之一所述的电池装置(10)，其特征在于，所述至少一个隔离元件(20、30)也形成电池装置(10)的用于容纳电池装置(10)的部件(34)、尤其是电气或电子部件的部件壳体(32)的壁的至少一部分。

6.根据前述权利要求之一所述的电池装置(10)，其特征在于，所述至少一个隔离元件(20、30)构成为用于加强所述壳体(12)的加强支柱(20、30)并且为此从所述壳体(12)的第一壁一直延伸到所述壳体(12)的相对的第二壁。

7.根据前述权利要求之一所述的电池装置(10)，其特征在于，所述壳体(12)具有排气部位(28)并且所述至少一个隔离元件(20、30)设置用于使从邻接的单元容纳区域撞击到隔离元件(20、30)上的气体或颗粒流(24)朝向排气部位(28)偏转。

8.根据权利要求7所述的电池装置(10)，其特征在于，所述至少一个隔离元件(20、30)为了偏转气体或颗粒流(24)而相对于壳体(12)的外壁倾斜设置，具有朝向排气开口(28)定向的引导结构和/或具有背离单元容纳区域指向的中空弯曲部。

9.机动车，其具有根据前述权利要求之一所述的电池装置(10)，特别是至少作为牵引电池(10)的一部分。

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