CN116830370A - 用于电池壳体的隔壁组件、电池和车辆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于电池壳体(2)的隔壁组件(1)，具有：隔壁(1a)，其位于由纵向(L)和正交于纵向(L)的高度方向(H)限定的壁平面(WE)内；至少一个母线排壳体(1b)；以及至少一个容纳在该母线排壳体(1b)中的母线排(1c)。本发明的隔壁组件的特征是，该母线排壳体(1b)与该隔壁(1a)成一体构成。

Description

用于电池壳体的隔壁组件、电池和车辆

技术领域

本发明涉及一种根据如权利要求1的前序部分所详细限定类型的用于电池壳体的隔壁组件、一种根据如权利要求7的前序部分所详细限定类型的具有电池壳体的电池以及一种具有这种电池的车辆。

背景技术

车辆用牵引电池(以下称电池)一般包括包围电池内腔的多件式壳体以及安置在电池内腔中的单池模块，单池模块又分别包括多个伽伐尼单池。这些伽伐尼单池以及单池模块通过一定的方式串联和/或并联，以调设电池容量和可由电池输出的电压。

它在伽伐尼单池损伤情况下可能着火，由此可能引燃相邻的单池或甚至整个单池模块。火焰也可以传播到邻接的单池模块，这可能造成整个电池损坏。此过程也被称为热失控或热传播。为了减缓该过程，所谓的隔壁在电池内腔中设置在各个单池模块之间。借助这种隔壁，这些单池模块可以相互热绝缘和电绝缘。由此，火焰在电池内腔内传播和单池模块因被灼热的火灾废气包围吹扫而不允许地发热以致着火的危险可降低。

为了连接单池模块，单池模块的导体借助触点件(也称为母线排)连接。为了将这种母线排穿过隔壁，隔壁一般具有许多开口。但所述开口也允许气体和/或火焰透过且因此促使相邻的单池模块着火。为了避免短路或触电，母线排安置在母线排壳体中，这阻止直接接触该母线排。

电池还包括许多不同的构件如壳体部件、螺钉、单池模块、导电体、散热件、功率电子件等。用于制造电池的加工成本因此相应高。

EP 3 282 501 A1公开一种电池、一种用于电池的电池模块和一种用于电池的母线排。在此，母线排具有整体式保护功能。通过母线排，多个伽伐尼单池可以并联，其中，分别通过熔断器将各个单池连接至母线排。熔断器由金属片形成，在其中例如通过冲切开设两个臂部。两个臂部因此形成弹簧件且允许伽伐尼单池相对于母线排的相对运动，由此使这些伽伐尼单池难以脱开母线排。在单个伽伐尼单池损伤情况下，由一个伽伐尼单池输出的电流可以快速升高，由此可以使其它连接至母线排的伽伐尼单池受损。但熔断器在此情况下强烈发热，因此熔断并将有故障的伽伐尼单池与母线排分开。

US 5,496,657 A公开一种具有多个单独连接的单池模块的模块式电池系统。在这些单池模块之间分别设有隔壁以及开设于隔壁中的单池连接件。允许简单相互定位和安置单池模块的导向机构与隔壁相接。

US2011/0302773 A1公开一种用于安装电能模块的系统。多个单池模块分别通过一个连接块和开设于连接块中的若干触点件相互导电连接。可实现单池模块的侧向并排布置或竖向堆叠。连接块可具有板状凸起，其在两个单池模块之间延伸且具有用于输送冷却介质的冷却通道以从单池模块散热。

DE 10 2013 202 367 A1公开一种具有由复合膜构成的模块壳体的蓄能器模块。在此，复合膜分别包围蓄电单池以形成单独的容槽。多个容槽通过材料接合连接来相互连接且因此形成蓄能器模块。通过复合膜，用于导电触通蓄能单池的单池连接件分别在相邻容槽之间的接触面处穿过。

US2019/0288343 A1公开一种用于电池的装置。电池包括具有电池壳体以及由电池壳体本身形成的且用于将电池内腔分为多个腔的隔壁。在各自腔内分别安置一个单池模块。单池连接件被引导穿过或经过隔壁，以便导电触通相邻的单池模块。

DE 10 2017 216 005 A1公开一种电池模块和一种电池包。多个单池串联布置并且通过导电的连接件相互触通。在单池之间设置有保持结构体，其允许简单可靠地相互定位和安装单池。

此外，EP 3 496 179 A1公开一种用于电池包的连接件。电池包包括具有两个腔的电池壳体，其中，在每个腔中设置一个具有多个单池的电池模块。这些腔通过由电池壳体一体形成的壁相互界定。该壁具有开口，用于导电触通电池模块的连接件穿过该开口。连接件本身包括导电芯和包围芯的壳罩。壳罩设计成销钉的形式以将连接件牢固保持在壁中。

发明内容

本发明的任务是指明一种改善的用于电池壳体的隔壁组件，借此降低电池加工成本和在加工中连接单池模块所需的节拍时间。

根据本发明，该任务通过一种具有权利要求1的特征的用于电池壳体的隔壁组件来完成。有利的设计和改进方案以及一种具有这种隔壁组件的电池和一种具有这种电池的车辆来自其从属权利要求。

用于电池壳体的隔壁组件包括：隔壁，隔壁位于由纵向和正交于纵向的高度方向所限定的壁平面内且设立用于将由电池壳体封闭的电池内腔分为彼此分隔的腔；至少一个母线排壳体；以及至少一个容纳在该母线排壳体中的母线排，该母线排正交于壁平面地穿过该隔壁，其中，该母线排壳体设计成与该隔壁成一体。根据本发明，隔壁相对于该电池壳体单独构成并且设立用于与之连接。该隔壁在正交于壁平面的一方向上具有夹层结构，其中，夹层芯包含矿物材料或完全由矿物材料构成。

根据本发明的隔壁组件因为隔壁和母线排壳体的一件式设计而允许减小用于连接单池模块所需的零部件的数量，这简化电池加工难度并且缩短加工节拍时间。因此母线排可被装入隔壁中，并且带有母线排的隔壁被安装在电池壳体中。不再需要首先将母线排集成到母线排壳体中、将隔壁安装在电池壳体中且随后将母线排壳体以及母线排一起穿过隔壁。本发明的隔壁组件还具有如下辅助作用，即，彼此相邻的单池模块在单池模块热失控的情况下难以被引燃，这改善着火情况下的电池安全性。该辅助作用可以如此获得，即，省掉在母线排壳体与隔壁之间的打开间隙，否则火焰和灼热气体会穿过该打开间隙。

通常也可以由一个隔壁容纳多个母线排。例如两个母线排能在纵向上相互间隔地穿过隔壁。在此，两个或超过两个的单池模块可以通过母线排被触通。

例如可以将由矿物材料构成的垫置入隔壁的空腔中。借助矿物材料，正交穿过壁平面的隔壁热阻可提高，使得从着火的单池模块传输到相邻的单池模块的热流被减少。这进一步提高着火情况下的电池安全性。此外，矿物材料也是非传导性的，这也改善在短路情况下的电池安全性。

隔壁组件的一个有利改进方案规定，母线排在壁平面中至少间接以形状配合的方式贴靠隔壁，尤其以流体密封的方式贴靠。母线排与隔壁之间间隙越小，火焰和气体越难以从着火的单池模块蔓延到相邻的单池模块。尤其当母线排以流体密封方式贴靠隔壁时，不会有气体在母线排与隔壁之间穿过。在此，母线排可以直接贴靠隔壁或者补偿材料位于母线排与隔壁之间。例如母线排可以至少在局部被耐温度变化的收缩软管包围，其以流体密封方式充填母线排与隔壁之间的间隙。

根据隔壁组件的另一个有利设计，它包括用于每个母线排的保护盖组件，其中，保护盖组件与隔壁一起包夹各自母线排，并且保护盖组件具有位于壁平面内的且在高度方向上安置在保护盖组件上的垫块，其中，该垫块和沿高度方向的隔壁端侧在高度方向上相互齐平贴靠。因设置保护盖组件，虽然隔壁组件的零件数量增加，但它仍少于迄今所用的母线排壳体中的数量，因为它们一般配设有多个保护盖。设置保护盖组件允许将弯曲的母线排安置在隔壁中。为了插入这种例如U形弯曲的母线排，隔壁在端侧可以具有在高度方向上敞开的容槽。借助U形可补偿母线排的位置误差以及热胀。借助保护盖组件，可以封闭该容槽以尽可能减少气体透过隔壁或甚至完全防止透过。借助垫块，可以跨过或弥合隔壁与电池壳体之间间隙，这改善隔壁组件的隔绝作用。保护盖组件例如可以具有带有相应垫块的保护盖座以及两个保护盖。垫块可以设计成与保护盖座成一体、一体形成在其上或者以其它方式例如借助粘接或螺钉被固定在其上。

隔壁组件的另一个有利设计还规定，隔壁包含至少一种非传导性材料、尤其是塑料和/或纤维-塑料复合材料，并且隔壁优选通过注塑制造。塑料是比较有利的非传导性材料。尤其是通过设计成纤维-塑料复合材料，隔壁的机械性能可以改善。因此例如隔壁的稳定性和刚性可提高。塑料或纤维-塑料复合材料的使用允许借助注塑的加工，由此该隔壁也能以大批量的形式很有利且时间高效地制造。例如隔壁包含PA6、GF35、热固性塑料和/或所谓的片状模塑料(SMC)。

隔壁组件的另一有利设计还规定，在沿高度方向的隔壁端侧设置沿纵向尤其在隔壁的整个长度上连贯的误差补偿垫，其中，该误差补偿垫在高度方向上看在母线排上方延伸。借助误差补偿垫可以补偿安置于电池壳体中的隔壁与电池壳体之间的位置误差，因此弥合可能有的间隙。这还使在电池内腔中的火焰蔓延和/或气体传播变得困难。误差补偿垫可以延伸于隔壁的整个长度上或也可以仅局部贴靠隔壁的端侧。也可能的是误差补偿垫被分为多个部分，例如两个、三个或四个部分。故尤其是空出以下部位，在该部位处，电池壳体直接贴靠隔壁的端侧。误差补偿垫可以例如粘接至隔壁以便固定。误差补偿垫例如包括塑料泡沫、橡胶、硅氧烷等。

具有由电池壳体包围的电池内腔的电池根据本发明包括至少一个安置在前述的电池内腔中的隔壁组件。比之设置单独的隔壁和被单独的母线排壳体包围的母线排，本发明隔壁组件的零件数量减小，故本发明电池的加工节拍时间可缩短，因此特别快速且成本有利地加工电池。

电池的一个有利改进方案规定，电池包括至少两个安置于电池内腔中的单池模块，其中，隔壁组件布置在两个单池模块之间，使得隔壁组件将电池内腔分为两个相互分隔的腔，尤其是两个相互气密分隔的腔，其中，这两个单池模块通过母线排被导电触通。本发明的隔壁组件不仅允许缩短电池加工时间，也提高电池防火保护。因此可以利用本发明的隔壁组件相对隔开安置在电池内腔中的单池模块，其中，可能的间隙相比于迄今所用的隔壁和母线排壳体被减小到最小程度或甚至完全尤其是流体密封地被弥合，这防止或至少使从一个热失控的单池模块到一个相邻的单池模块的火焰蔓延和灼热气体逸出变得困难。

电池壳体优选对于每个腔具有至少一个过压阀。例如这种过压阀可以由保险片构成。如果出现一个单池模块的热失控，则从单池模块流出的气体可导致在该单池模块所在的相应腔内的压力升高。由此出现以下危险，即，各个腔或电池壳体本身可能爆裂。通过设置过压阀，可以进行压力平衡且因此防止腔和/或电池壳体的爆裂。借助本发明的隔壁组件，各个腔可以以气密方式相互隔开，因此需要针对每个腔设置至少一个过压阀以便也防止不允许的内压而保护每个腔。隔壁组件和电池壳体如此设计，即，在各自腔内空出足够的体积以便将从单池模块逸出的气体有目的地引导向各自过压阀。也可以设置不带过压阀的单独的腔，它们于是分别流体导通地与带有过压阀的至少一个腔相邻。如果一个设于不带过压阀的腔中的单池模块出现热失控，则从单池模块流出的气体或蒸汽可能经由相邻腔的过压阀而从电池壳体逸出。

根据本发明，车辆包括至少一个上述电池。车辆可以是任何车辆如轿车、卡车、运输工具、公共汽车等。车辆可以是纯电池电动的或者也可以设计成混合动力车、尤其是插电混动车。如果出现电池着火，则乘车人因为本发明电池的更好的防火保护而有更多时间逃生。彼此相邻的单池模块的引燃还变得困难，由此提供更多时间以启动灭火措施。

附图说明

本发明的隔壁组件和本发明的电池的其它有利设计也来自以下参照图所详述的实施例，其中：

图1示出具有从现有技术中知道的隔壁组件的电池的分解图，

图2示出处于母线排的安装位置的图1的电池的截面图，

图3示出根据第一实施例的本发明隔壁组件的透视图，

图4示出根据一个替代实施例的本发明隔壁组件的分解图，

图5示出处于母线排的安装位置的具有本发明隔壁组件的电池的截面图。

具体实施方式

图1示出从现有技术中知道的在电池5例如车辆用牵引电池中的隔壁1a的安装情况。为了概览起见，在图1中仅示出电池壳体2的下部。在由电池壳体2包围的电池内腔中设有至少两个单池模块6，它们借助隔壁1a被相对分隔。在此，隔壁1a在一个由纵向L和正交于纵向L的高度方向H限定的壁平面WE内在单池模块6之间延伸并将由电池壳体2包围的电池内腔分为两个如图2所示的腔7.1、7.2。与此对应，各有至少一个单池模块6布置在其中每个腔7.1、7.2内。隔壁1a例如以形状配合的方式连接至从电池壳体2突出的框架型材10。

借助隔壁1a，火焰和/或灼热气体在两个腔7.1、7.2之间的传播变得困难。在隔壁1a中开设有缺口8，用于触通两个单池模块6的母线排1c在正交方向OR上经过缺口穿过壁平面WE。母线排1c包括导电材料例如铜。母线排1c具有多个开口例如通孔，螺钉9穿过这些通孔以将母线排1c固定在两个单池模块6上。母线排1c被一个母线排壳体1b包围，以防止可能因构件或人不希望地接触母线排1c而导致短路。母线排壳体1b在高度方向H上向上配设有保护盖组件1d，其包括一个保护盖座1d.1和两个保护盖1.d2。保护盖1.d2可被打开以实现母线排1c与单池模块6的螺纹连接。

电池的安装因为有较多的待安装部件而复杂。还可能的是，在至少一个单池模块6着火的情况下，火焰和/或自单池模块6流出的灼热气体穿过隔壁1a的缺口8且因此例如从第一腔7.1蔓延或逸出到第二腔7.2。这增大相邻的单池模块6也被点燃或至少受损的危险。

图2再次以母线排1c安装位置的沿纵向L的截面图示出图1所示的隔壁1a和母线排1c以及母线排壳体1d的安装状况。在图2中画出多个箭头，它们象征气体和/或火焰从第一腔7.1经由位于隔壁1a与母线排壳体1b之间的开口渗透到第二腔7.2。

图3示出本发明的隔壁组件1的透视图。在此，根据本发明将隔壁1a和母线排壳体1b设计成一体式。由此可以减小在电池5加工中待安装的零件的数量。由此，加工的节拍时间可缩短，因此节约成本。

本发明的隔壁组件1的另一积极辅助作用允许将缺口8的空缺面积减小到最小程度或者弥合隔壁1a与电池壳体2之间的其余间隙。在一个特别优选的实施例中，可以用本发明的隔壁组件1相互气密分隔两个腔7.1、7.2，由此获得针对火焰从第一腔7.1至第二腔7.2的穿透或气体从第一腔7.1至第二腔7.2穿过的很高阻力。

本发明的隔壁组件1可以具有一个或多个母线排1c。隔壁1a因此形成用于一个或多个母线排1c的母线排壳体1b。例如隔壁组件1如图3所示地包括两个母线排1c。它们在纵向L上以间距Δl相互间隔。隔壁1a相应地具有两个开口，用于容纳板状或带状母线排1c并且供其在正交方向OR上穿过。母线排1c在此可以间接或直接贴靠隔壁1a。例如母线排1c可以至少局部被收缩软管11包套。借助收缩软管11，隔壁1a与母线排1c之间的可能间隙可以以流体密封方式弥合。此外，误差补偿垫4可以在高度方向H上看安置在隔壁1a上，随后还将对此详加介绍。

图4示出本发明的隔壁组件1的有利设计，其允许也容纳弯曲的母线排1c，如图1、图2、图4和图5所示。这种母线排1c具有基本呈U形的轮廓且带有两个位于一平面内的用于将母线排1c触通至单池模块6的凸起。借助该弯曲，例如可以补偿单池模块6之间的相对运动以及热胀。在隔壁组件1的如图4所示的实施方式中，母线排1c为了穿过隔壁1a被容纳而在高度方向H上看被插入到开设于隔壁1a中的容腔12中且用保护盖组件1d被封闭。保护盖组件1d在此也包括保护盖座1d.1和两个保护盖1d.2。母线排1c在此优选以流体密封方式间接通过收缩软管11在壁平面WE中贴靠隔壁1a和保护盖组件1d。

为了补偿在保护盖组件1d的在高度方向H上看靠上的一端或一侧与隔壁1a的一端侧S之间的距离，保护盖组件1d根据本发明具有垫块1d.3。垫块1d.3对在保护盖座1d.1与电池壳体2之间余留的空腔进行填充，这再次可以从图5中看到。尤其是，垫块1d.3在高度方向H上具有下述伸展尺寸，即，垫块1d.3在高度方向H上看与隔壁1a的端侧S齐平结束。

尤其优选的是在隔壁1a的端侧S在纵向L上在隔壁1a的整个长度上设置误差补偿垫4。误差补偿垫4包括例如塑料泡沫、橡胶、硅氧烷等并且利于两个腔7.1和7.2之间的气密分隔。可以用误差补偿垫4弥合在电池壳体2与隔壁1a或垫块1d.3之间的可能间隙。

隔壁1a在正交方向OR上看具有夹层结构，其中，夹层芯3被置入隔壁1a的空腔中。夹层芯3包括矿物材料或完全由矿物材料构成。矿物材料具有以下优点，即，其不导电且还增大沿正交方向OR穿过隔壁1a的热阻。由此，在其中一个单池模块6热失控时对于两个相邻的单池模块6的热致构件损伤危险可以降低。隔壁1a以及保护盖组件1d优选也包括非导电性材料如塑料。作为塑料例如考虑PA6、GF35或任何热固性塑料或所谓的片状模塑料、即纤维-塑料复合材料。隔壁1a以及保护盖组件1d可以优选借助注塑制造，这允许相应构件的成本很低且快速的加工。

为了将保护盖组件1d固定在隔壁1a上，保护盖组件1d可以例如被夹子固定在隔壁1a上。

图5再次以在母线排1c的安装位置高度上沿纵向L的截面图示出本发明隔壁组件1的图4所示的实施例。图5和图2的对比表明在隔壁1a和电池壳体2之间以及在母线排1c和隔壁1a或保护盖组件1d之间的空缺开口或间隙被闭合，从而可能的火焰和/或气体无法经由腔7.1和7.2传播。图5未示出保护盖1d.2。

为了在一个单池模块6的热失控情况下防止其中一个腔7.1、7.2破裂，电池壳体2可以优选针对每个腔7.1、7.2具有至少一个过压阀(未示出)。这种过压阀可以例如是保险片。

Claims (9)

1.一种用于电池壳体(2)的隔壁组件(1)，具有：

-隔壁(1a)，其位于由纵向(L)和正交于该纵向(L)的高度方向(H)所限定的壁平面(WE)内且设立用于将由该电池壳体(2)包围的电池内腔分为彼此分隔的腔(7.1,7.2)，

-至少一个母线排壳体(1b)，以及

-至少一个容纳在该母线排壳体(1b)中的母线排(1c)，该母线排按正交于该壁平面(WE)的方式穿过该隔壁(1a)，

其中，该母线排壳体(1b)设计成与该隔壁(1a)成一体，

其特征是，

该隔壁(1a)相对于该电池壳体(2)单独构成并且设立用于与之连接，并且

该隔壁(1a)具有在正交于该壁平面(WE)的一方向(OR)上的夹层结构，其中，夹层芯(3)包含矿物材料或完全由矿物材料构成。

2.根据权利要求1所述的隔壁组件(1)，其特征是，该母线排(1c)在该壁平面(WE)内至少间接按形状配合的方式贴靠该隔壁(1a)，尤其以流体密封的方式贴靠。

3.根据权利要求1或2所述的隔壁组件(1)，其特征是，针对每个母线排(1c)设有保护盖组件(1d)，其中，该保护盖组件(1d)与该隔壁(1a)一起包夹各自母线排(1c)并具有位于该壁平面(WE)内且在该高度方向(H)上安置在该保护盖组件(1d)上的垫块(1d.3)，其中，该垫块(1d.3)和该隔壁(1a)的在该高度方向(H)上的一端侧(S)在该高度方向(H)上相互齐平抵接。

4.根据权利要求1至3之一所述的隔壁组件(1)，其特征是，该隔壁(1a)包括至少一个非传导性材料、尤其是塑料和/或纤维塑料复合材料，并且该隔壁(1a)优选通过注塑制造。

5.根据权利要求1至4之一所述的隔壁组件(1)，其特征是，在该隔壁(1a)的在该高度方向(H)上的一端侧(S)设有在该纵向(L)上尤其在该隔壁(1a)的整个长度上连贯的误差补偿垫(4)，其中，该误差补偿垫(4)在该高度方向(H)上看在该母线排(1c)上方延伸。

6.一种电池(5)，具有由电池壳体(2)包围的电池内腔，其特征是，具有安置在该电池内腔中的根据权利要求1至5之一的隔壁组件(1)。

7.根据权利要求6所述的电池(5)，其特征是，具有至少两个安置在该电池内腔中的单池模块(6)，其中，该隔壁组件(1)布置在这两个单池模块(6)之间，使得该隔壁组件(1)将该电池内腔分为两个相互分隔的腔(7.1,7.2)、尤其两个相互气密分隔的腔(7.1,7.2)，其中，这两个单池模块(6)通过母线排(1c)导电触通。

8.根据权利要求7所述的电池(5)，其特征是，该电池壳体(2)针对每个腔(7.1,7.2)具有至少一个过压阀。

9.一种车辆，其特征是，具有至少一个根据权利要求6至8之一的电池(5)。