CN116529932A - 用于机动车的电池总成 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于机动车的电池总成，其具有电池壳体(14)和安置在该电池壳体(14)的底板(16)上的至少一个电池单体模块(12)。至少一个电池单体模块(12)包括电池单体模块壳体(22)和安置在电池单体模块壳体(22)中的多个电池单体(24)。电池单体模块壳体(22)的底部(26)借助粘合物(28)连接至该电池壳体(14)的底板(16)。电池单体模块壳体(22)借助另一粘合剂(30)连接至电池壳体(14)的侧壁(18)。在此情况下，另一粘合剂(30)具有比布置在电池单体模块壳体(22)的底部(26)与电池壳体(14)的底板(16)之间的粘合物(28)更高的抗剪强度。

Description

用于机动车的电池总成

技术领域

本发明涉及一种用于机动车的电池总成，其具有电池壳体和安置在电池壳体底板上的至少一个电池单体模块。该至少一个电池单体模块包括电池单体模块壳体和安置在电池单体模块壳体中的多个电池单体。电池单体模块壳体的底部借助粘合物被连接至电池壳体底板。

背景技术

CN 112151910 A描述了一种液冷式车辆电池系统，在此，电池模块被安置在壳体内。壳体包括环绕电池模块的框和与框连接的散热板。在框内，电池模块安置在散热板上。一方面，借助导热性结构胶，将电池模块与散热板粘接在一起。另一方面，该框也借助结构胶与散热板的顶侧连接，其中，在框的角部区域中附加设置焊接部。

另外，可以在用于机动车的电池总成中规定将电池单体模块与电池壳体进行螺纹连接。在此情况下，可以在电池单体模块壳体底部与电池壳体底板之间布置导热膏。电池单体模块可被连接至电池壳体，做法是将螺钉插入侧向地设于相应的电池单体模块壳体旁的旋拧板条中。但在此设计中在电池单体模块侧旁设置相应的空隙以便利用螺丝刀接近螺钉。这是不利的。

另外，这样的只能侧向进行的电池单体模块与电池壳体的连接并不理想，尤其当电池单体模块比较重时，就像可能在用于机动车电池总成的电池单体模块中那样。

另外，在将电池单体模块与电池壳体的旋拧板条进行螺纹连接的电池单体模块结构中，通过相应电池单体模块仅提供就电池壳体的侧向压入而言的比较不太有用的侧轮廓。这伴随电池总成的相应低的阻力矩。与此对应，在电池单体模块与电池壳体进行螺纹连接的情况下，无法最佳地将相应电池单体模块的机械刚性用于电池总成的总体力学性能。

另外，将较昂贵的导热膏布置在电池单体模块壳体底部与电池壳体底板之间牵扯到较高的成本。此外，在此情况下大量导热膏不利地导致相应大的电池总成重量。

在电池单体模块壳体底部与电池壳体底板之间的间隙或空隙的设计中还要考虑公差。这导致在电池单体模块壳体底部与电池壳体底板之间的比较大的间隙或空隙。与此对应地，必须采用相对大量的昂贵的导热膏以尽量基本填充该空隙或间隙。这如前所述地关于电池总成的成本和重量是不利的。

发明内容

本发明的任务是提供前言所述类型的电池总成，在此使得该至少一个电池单体模块更好地机械连接至电池壳体。

该任务通过一种具有权利要求1的特征的电池总成来完成。在从属权利要求和以下说明中指明具有适当的发明改进方案的有利设计。

根据本发明的用于机动车的电池总成包括电池壳体和至少一个电池单体模块。该至少一个电池单体模块安置在该电池壳体的底板上。该至少一个电池单体模块包括电池单体模块壳体和安置在该电池单体模块壳体中的多个电池单体。电池单体模块壳体的底部借助粘合物被连接至该电池壳体的底板。另外，该电池单体模块壳体借助另一粘合剂被连接至该电池壳体的侧壁。在此情况下，该另一粘合剂具有比布置在该电池单体模块壳体底部与该电池壳体底板之间的粘合物更高的抗剪强度。

相应地，通过布置在电池壳体侧壁与电池单体模块壳体之间的另一粘合剂来确保至少一个电池单体模块机械连接至电池壳体。即，具有较高的抗剪强度的另一粘合剂承载就力学要求而言的主要载荷。因此在该电池总成中以改善的方式将至少一个电池单体模块机械连接至电池壳体。

与之相比，粘合物的较低抗剪强度用于在需要拆卸时还是能很容易地将至少一个电池单体模块壳体与电池壳体分开。为此，虽然首先应该断开另一粘合剂。而由于该另一粘合剂的良好接近性，这是很容易完成的，例如借助来回运动的比如呈振动刀形式的切割刀具。

在这样切断由另一粘合剂形成的胶层之后，至少一个电池单体模块接着可以很简单地从电池壳体中被取出，比如借助取出工具。从电池壳体中取出至少一个电池单体模块是特别简单的，因为粘合物仅具有较低的抗剪强度。

因为无需将至少一个电池单体模块以螺纹连接至电池壳体和尤其是电池壳体侧壁，故尤其可以获得成本节约和减重。这是因为将电池单体模块有效机械连接到总电池结构中，尤其是因为使用具有高抗剪强度的另一粘合剂。

另外，通过这种方式，可以将至少一个电池单体模块壳体的底部与电池壳体底板之间的间隙或空隙保持特别小。这尤其是相比于将至少一个电池单体模块与电池壳体进行螺纹连接的电池总成而言是适用的。因为至少一个电池单体模块借助粘合物被直接安置在电池壳体底板上而可以获得公差链的缩短。因此可节约粘合物的成本以及粘合物量。这有助于电池总成的减重。

若电池总成被用在机动车中，其中，通过电池总成的至少一个电池单体模块优选提供高压电池，则这样的减重尤其关于机动车CO₂平衡是特别有利的。

此外，因为在电池单体模块壳体的底部与电池壳体底板之间的小间隙公差，容置于电池单体模块壳体中的电池单体可以在其工作中实现其特别有效的冷却。尤其是可以由此改善电池单体的快速充电能力。

间隙公差在电池总成中有利地仅来自由电池壳体底板提供的粘接面和由至少一个电池单体模块壳体底板提供的粘接面的表面形状公差。由此该电池总成可以用比较少的粘合物来制造。

另外，在结构空间发明，将至少一个电池单体模块连接至电池壳体得到了改善，因为无需设置空隙以供螺丝刀接近螺钉。原因是因为使用另一粘合剂将电池单体模块壳体连接至电池壳体而无需将至少一个电池单体模块以螺纹连接至电池壳体。

另外可能的是，电池单体模块壳体对整个电池或电池总成的机械性能做出有效贡献。此外，可以在电池总成内通过简单解决方案形成力路径并有效加以利用。但该至少一个电池单体模块还是可以简单拆卸，就像在借助螺钉或螺栓将至少一个电池单体模块连接至电池壳体时那样。

粘合物的抗剪强度优选在约0.1MPa至约2MPa范围内。此外事实表明有利的是，另一粘合剂的抗剪强度在约5MPa至约15MPa范围内。尤其可通过这种方式实现，即便在所设置的将电池单体模块壳体借助另一粘合剂连接至电池壳体侧壁的粘接面较小的情况下也施加大的保持力。粘合物的与之相比较小的抗剪强度或低抗拉强度又用于保证在维修情况下或为了回收利用能通过向上抽拉电池单体模块而无损地拆下电池单体模块。

附图说明

从以下对优选实施例的说明中以及结合图得到本发明的其它优点、特征和细节。以上在说明书中提到的特征和特征组合以及以下在附图说明中提到的和/或在图中被单独示出的特征和特征组合不仅在各自所指明的组合中、也在其它组合中或单独地可采用，而没有超出本发明范围，其中：

图1极其示意性地示出电池总成，在此，电池单体模块借助两种具有不同抗剪强度的粘合剂粘接至电池总成的电池壳体；

图2示意性地示出根据图1的电池总成的局部；

图3示意性地示出电池总成的另一局部以及用于从电池壳体中取出电池单体模块的取出工具。

在图中，相同的或功能相同的零部件分别带有相同的附图标记。

具体实施方式

图1极其示意性地示出电池总成10，在此，电池单体模块12安置在电池壳体14中。电池壳体14包括在此呈槽形的容纳部，其具有底板16和环绕底板16的侧壁18。侧壁18可以如在此示例性所示地尤其是设计成与电池壳体14的底板16成一体。另外，电池壳体14包括壳盖20，其以在此未详细示出的方式连接至槽形容纳部。该至少一个电池单体模块12安置在由槽形容纳部和壳盖20界定的容纳腔中。

至少一个电池单体模块12在此具有电池单体模块壳体22以及布置在电池单体模块壳体22内的在此未被详细示出的电池单体24。实际上，电池单体模块12的这些电池单体24相互导电连接，其中，各电池单体模块12的电池单体24可以电气地串联和/或并联。

尤其当应通过电池总成10提供用于机动车的高压电池、即用于优选设计成具有高于60伏且尤其是高达数百伏的额定功率的机动车牵引电池的蓄电器时，多个电池单体模块12可以在电池壳体14内导电相连。

电池单体模块壳体22包括底部26，其朝向电池壳体14的底板16。在底部26与底板16之间设置粘合物28。粘合物28优选设计成是导热性的，因此可通过粘合物28良好地从电池单体24将其在工作中所散发的热输出至电池壳体14或相应的冷却机构。例如粘合物28的导热性可以为约2W/mK并且尤其在2W/mK至2.5W/mK范围内。

粘合物28虽然用于在电池壳体14内可靠固定电池单体模块12，但粘合物28的抗剪强度或保持力优选被如下规定，即，在维修或更换至少一个电池单体模块12的情况下该电池单体模块12又能容易地与电池壳体14、尤其是底板16分离。粘合物28优选具有最低附着性，借此能满足碰撞要求和工作强度要求。但由于粘合物28的抗剪强度或抗拉强度比较低，仍然确保了从电池壳体14中无损拆卸电池单体模块12且尤其是将其从电池壳体14的槽形容纳部中取出。

不同于用作导热胶的粘合物28，另一粘合剂30用于将至少一个电池单体模块12结构性地连接至电池壳体14。借助如图1示意性所示的另一粘合剂30，电池单体模块壳体22在此被连接至电池壳体14的侧壁18。另一粘合剂30具有例如可以在尤其是8MPa至14MPa范围内的很高的抗剪强度。与之相比，粘合物28的抗剪强度或抗拉强度尤其可以在如大约0.5MPa至1.5MPa范围内。

用作固定胶的另一粘合剂30的抗剪强度或抗拉强度以及作为导热胶的粘合物28的抗剪强度或抗拉强度都尤其可以根据DIN EN ISO 527-2来确定。

为了在电池壳体14内稳定固定该至少一个电池单体模块12，另一粘合剂30布置在电池单体模块12的侧旁，尤其布置在电池单体模块壳体22的侧壁32与电池壳体14的槽形容纳部的侧壁18之间。为了便于电池单体模块12的拆卸，具有高抗剪强度的另一粘合剂30可被断开，比如借助振动刀具。这是特别容易的，因为在电池单体模块壳体22的侧面允许这种切割刀具的良好接近。

优选地，粘合物28基本上呈平面状覆盖该电池单体模块壳体22的底部26。为了使粘合物28良好平整且使用粘合物28尽量均匀地填充电池壳体14的底板16与电池单体模块壳体22的底部26之间的空隙或缝隙，可以设置边界件以界定相应的粘接面。

例如设计成密封条或密封带34的边界件因此界定了由粘合物28在电池壳体14的底板16上所占据的表面的边缘。在此情况下，密封带34或等同的边界件可以在将至少一个电池单体模块12安装到电池壳体14中之前被安置在电池单体模块12和/或底板16上。

泡沫材料尤其适用于提供这样的边界件。当应该规定电池单体模块12与底板16的导电连接时，这样的泡沫材料也可以被涂覆金属。与此相应，泡沫材料可以被边界件的导电金属包围。

还可以从图1中看到电池单体模块12可以具有吸能件36，由此提供碰撞几何结构。这样的吸能件36可以在电池总成10侧向受力时通过变形而吸收碰撞能且因此避免尤其是电池单体24受损。在图1示意性所示的设计中，另一粘合剂30布置在吸能件36的外侧面38与电池壳体14的槽形容纳部的侧壁18之间。

图2示例性示出尤其被设计成与侧壁32成一体的吸能件36的一个呈具有空腔的腔体形式的可能设计。

与之相比可从图3中看到可能与电池壳体14的槽形容纳部对应的周向凸缘40的可能设计。电池壳体14的壳盖20(见图1)尤其可固定在这种周向凸缘40上。

图3还示意性示出取出装置42，其在粘合剂30被断开之后可被用以从电池壳体14中拆卸电池单体模块12。因此，通过操作该取出装置42，尤其可以达成电池单体模块壳体22的底部26与电池壳体14的底板16(见图1)的分离。取出装置42可以在另一粘合剂30已断开之后被操作，另一粘合剂用于将电池单体模块12结构性地连接至电池壳体14且因此可称为固定胶。

例如该取出装置42可以包括螺杆44，在这里，通过转动该螺杆44能将电池单体模块壳体22的底部26和进而整个电池单体模块12从电池壳体14的底板16(见图1)抬离。“从电池壳体14的槽形容纳部中取出电池单体模块12”在设有这种取出装置42的情况下是很容易的。

通过提供具有不同的抗剪强度的呈一方面是优选导热的粘合物28和另一方面是作为固定胶的另一粘合剂30形式的粘合剂，在这里实现两种相互协调的连接设计。相互协调的连接设计一方面用于提供足以将电池单体块或电池单体模块12固定在电池壳体14内的保持力来满足电池总成10正常使用中的要求，但其也满足用于特殊事件时比如配备有电池总成10的机动车出事故时的要求。

另外，存在无损拆卸至少一个电池单体模块12且在维修情况下继续使用单独部件的可能性，而不需要费事地清理表面。此外保证从电池单体模块12的电池单体24向电池壳体14且尤其是集成的冷却机构的充分散热。

通过导热胶或粘合物28提供的连接设计的可能参数应该例如解释如下。因此，作为粘合物28可以采用从德国Sika有限责任公司获得的粘合剂，其能以商标名-953L30获得。在此情况下，它是含有硅烷封端聚合物的双组分粘合剂。该粘合剂具有0.5MPa至1.5MPa抗拉强度和30+/-20Pa.s的粘度。该粘合剂或粘合物28的导热率在2W/mK至2.5W/mK范围内。另外，在使用该材料时，粘合物28的断裂延伸率根据DIN EN ISO 527-2为约20％至50％。

粘合物28可被广泛地/大面积地施加在电池壳体14的底板16与至少一个电池单体模块12的底部26之间的基本水平的面上。但比如底板16的施加有粘合物28的面无需是绝对水平的。尤其可能存在关于水平面的+10°至-10°的偏差。

优选地，在底板16和底部26之间的接缝或缝隙尽量小，以保证良好散热。尤其是，该缝隙的尺寸可以在0.5毫米至3毫米范围内。

在此连接点，粘合物28被尽量全面地布置在电池壳体14的底板16与相应电池单体模块壳体22的底部26之间，从而一方面可以达成均匀的热传送，另一方面达成电池单体模块12的均匀固定。

与之相比，为了借助另一粘合剂30的结构性连接，可以例如采用呈聚氨酯胶形式的双组分胶，比如从DuPont公司购得的名称为BETAFORCE^TM 9050的粘合剂，其与之相应地可以具有识别号BF9050。该粘合剂具有小于1Pa.s的粘度和小于0.3W/mK的导热率。

另外，该粘合剂的断裂延伸率根据DIN EN ISO 527-2在150％至250％范围内。另外，该粘合剂具有约低于100Shore A的邵氏硬度和达到约800摄氏度的耐热性。

另一粘合剂30优选在电池单体块或电池单体模块12的两个纵侧面与电池壳体14、确切说尤其是侧壁18之间被施加到基本竖直的面上。但该面无需是绝对竖直的，而是可以存在尤其关于竖向的+10°至-10°的偏差。

在其中加入另一粘合剂30的接缝在考虑所有相关公差下优选具有至少1.5毫米厚度。由此在维修情况下可将切割工具如振动工具插入该区域中以分离粘接。

优选地，另一粘合剂30如此满足强度要求，即，其抗剪强度为至少8MPa。通过这种方式，另一粘合剂30即便在较小面积上也能够施加很大的保持力。

尤其相比于电池单体模块壳体22的底部26的被粘合物28覆盖的面积，在电池单体模块壳体22的侧壁32上的被粘合剂30覆盖的面积很小并且优选小许多倍。设置相应小的被另一粘合剂30占据的面积一方面是有利的，因为这使得可以使用长度较短且切割力较小的切割工具或者在短的加工时间内实现粘合剂30的切断且随后电池单体模块12的取出。

另外，在电池单体模块12的侧壁32区域中还有大面积，用以设置用于处理可能存在的电池单体24故障的措施。例如于是可以很顺利地在电池单体模块12或电池单体块上设置侧向通风口或通风孔，或者可以在侧壁32区域中提供敞开的气隙。尤其是这种措施允许在热事件下将从至少其中一个电池单体24流出的气体或流体引导、尤其有针对性地引导至电池壳体14的相应开口。

另外，这两种连接设计优选通过密封带34或相应密封唇和/或泡沫带等被如此分开，即，又能够良好地断开由另一粘合剂30实现的结构性连接。此外，比如呈如图1举例所示的密封带34形式的边界件用于使导热胶或粘合物28留在水平面内。

如果需要清理粘接点，则可以采用不同的措施。例如粘合物28可以从电池单体模块12或电池单体模块壳体22的底侧或者从底板16的顶侧通过使用简单的塑料刮刀而被容易地人工去除。用作侧向固定胶的另一粘合剂30的残留物可以利用简单的锋利工具被机械去除。此外在维修情况下无需完全去除粘附的余胶。相反，在这里只需考虑要设置的用以重新加入粘合物28的间隙高度或要设置的用以重新加入另一粘合剂30的间隙宽度。

作为以上为了提供粘合物28和另一粘合剂30所例举的产品的替代，可以针对导热胶或粘合物28采用诸如Polytec PT有限责任公司的产品，例如VP2108类型的产品，其在约2.5W/mK的导热率下具有0.5MPa的强度或抗剪强度。也可以从企业Polytec PT有限责任公司得到其它的导热胶以提供粘合物28，比如基于环氧树脂的以氮化硼为填料的粘合剂，其识别号为TC433。

另外，可以从企业Copaltec获得用于提供粘合物28的产品，比如ST25或ST30类型。这样的聚氨酯灌封化合物有利地也在约为1.5W/mK的导热率下具有在2MPa范围内的低的强度或抗剪强度。

对于被用作固定胶的另一粘合剂30，尤其可以采用Rühl(睿普)公司的产品，比如Purocast765类型的产品，其抗剪强度为3MPa至10MPa。

另外，为了提供另一粘合剂30，可以比如使用L&L产品公司的PU 10Guss类型的产品，其抗剪强度约为10MPa。

附图标记列表

10 电池总成

12 电池单体模块

14 电池壳体

16 底板

18 侧壁

20 壳盖

22 电池单体模块壳体

24 电池单体

26 底部

28 粘合物

30 壳盖

32 侧壁

34 密封带

36 吸能件

38 外侧面

40 周向凸缘

42 取出装置

44 螺杆

Claims (8)

1.一种用于机动车的电池总成，具有电池壳体(14)和安置在该电池壳体(14)的底板(16)上的至少一个电池单体模块(12)，其中，该至少一个电池单体模块(12)包括电池单体模块壳体(22)和安置在该电池单体模块壳体(22)中的多个电池单体(24)，并且其中，该电池单体模块壳体(22)的底部(26)借助粘合物(28)连接至该电池壳体(14)的底板(16)，

其特征在于，

该电池单体模块壳体(22)借助另一粘合剂(30)连接至该电池壳体(14)的侧壁(18)，其中，该另一粘合剂(30)具有比布置在该电池单体模块壳体(22)的底部(26)与该电池壳体(14)的底板(16)之间的粘合物(28)更高的抗剪强度。

2.根据权利要求1所述的电池总成，其特征在于，该粘合物(28)的抗剪强度在约0.1MPa至约2MPa范围内和/或该另一粘合剂(30)的抗剪强度在约5MPa至约15MPa范围内。

3.根据权利要求1或2所述的电池总成，其特征在于，该粘合物(28)具有比该另一粘合剂(30)更高的导热性。

4.根据权利要求1至3之一所述的电池总成，其特征在于，该侧壁(18)设计成与该电池壳体(14)的底板(16)成一体。

5.根据权利要求1至4之一所述的电池总成，其特征在于，该粘合物(28)基本上以平面的形式覆盖该电池单体模块壳体(22)的底部(26)，其中，该电池单体模块壳体(22)的底部(26)的被该粘合物(28)覆盖的面积比该电池单体模块壳体(22)的侧壁(32)的被所述另一粘合剂(30)覆盖的面积大许多倍。

6.根据权利要求1至5之一所述的电池总成，其特征在于，在该电池壳体(14)的底板(16)上的由该粘合物(28)占据的面积在边缘处由尤其设计成密封条和/或密封带(34)的边界件界定，该边界件布置在该电池壳体(14)的底板(16)与该电池单体模块壳体(22)的底部(26)之间。

7.根据权利要求1至6之一所述的电池总成，其特征在于，该电池单体模块壳体(22)包括吸能件(36)，该吸能件具有朝向该电池壳体(14)的侧壁(18)的外侧面(38)，其中，该另一粘合剂(30)布置在该吸能件(36)的外侧面(38)与所述侧壁(18)之间。

8.根据权利要求1至7之一所述的电池总成，其特征在于，由所述侧壁(18)和所述底板(16)提供该电池壳体(14)的槽形容纳部，其中，该电池壳体(14)包括连接至该容纳部的壳盖(20)。