具有冷卻設備的電池系統(tǒng)的制作方法

文檔序號：11636307閱讀：371來源：國知局

本發(fā)明涉及根據(jù)權利要求1前序部分的電池系統(tǒng)，尤其是用于混合動力驅(qū)動器的電池系統(tǒng)。本發(fā)明還涉及至少包括這種電池系統(tǒng)的機動交通工具，尤其是混合動力交通工具。例如根據(jù)可以歸于申請人的專利ep2744033a1，上述類型的電池系統(tǒng)是已知的。

背景技術：

上述電池系統(tǒng)包括外殼，其中在外殼內(nèi)部布置有多個電池單元。電池單元被組合在一起形成多個層，且通過布置在外殼內(nèi)的冷卻元件進行溫度控制，這些元件各自與電池的極熱傳導性接觸。在外殼上提供流體連接，它們以流體方式連接到冷卻元件。流體連接首先包括至少一個冷卻劑入口，其次包括至少一個冷卻劑出口，從而可形成冷卻回路，其中冷卻劑流過冷卻元件。此外在外殼上布置電連接，它們以電方式連接到電池單元。

電池外殼基本上是長方體形狀且在其端面上包括外蓋，流體連接和電連接通過它延伸。這種設計在電池外殼的流體密封性和組裝的容易性方面是有利的。但是，從安全角度來看已經(jīng)顯示，流體連接和電連接的空間接近有問題，特別是考慮到在已知電池的外殼內(nèi)，連接點存在于冷卻系統(tǒng)中，在沒有流體密封的情況下，這會導致冷卻劑泄漏到電池外殼內(nèi)還布置有電連接的區(qū)域中。因此，存在短路的風險，特別是在高壓系統(tǒng)中，短路會引起火災危險。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的是進一步發(fā)展上述電池以提高其操作安全性。本發(fā)明另一個目的是詳細說明具有這種改良電池的機動交通工具。

根據(jù)本發(fā)明，關于權利要求1的主題所述的電池以及關于權利要求15的主題所述的機動交通工具來實現(xiàn)該目的。

本發(fā)明基于以下思想，其詳細說明一種電池系統(tǒng)，特別用于混合動力驅(qū)動器，包括外殼、布置在外殼內(nèi)部的多個電池單元和冷卻元件，其中流體連接以及至少一個電連接布置在所述外殼上。所述電連接以電方式聯(lián)接到所述電池單元。所述流體連接包括至少一個冷卻劑入口和至少一個冷卻劑出口，每個所述流體連接以流體方式連接到所述冷卻元件。根據(jù)本發(fā)明，所述外殼包括管狀主體，所述管狀主體在其每個相對端面通過閉合蓋以流體密封的方式密封。所述電連接布置在第一閉合蓋上。所述流體連接布置在第二閉合蓋上。

在本發(fā)明中，流體連接和電連接器因此在空間上相互分離。特別地，流體連接和電連接器布置在外殼的相對端面上。由于流體連接與電連接的空間分離，有效地降低了短路以及任何后續(xù)熱事件(例如火災或電解)的風險。

為了降低外殼內(nèi)部的冷卻系統(tǒng)中泄漏的風險，有利的假設將冷卻元件設計為沒有連接點。特別地，可將外殼內(nèi)部的冷卻元件設計為沒有連接點。換言之，在外殼內(nèi)部布置的冷卻元件根本不包括連接點。相反，它形成一個單元，只能在流體連接處(特別是在冷卻劑入口處和冷卻劑出口處)以流體方式連接到冷卻系統(tǒng)的其它組件。

在原理上，可以在電池系統(tǒng)內(nèi)(特別是在外殼內(nèi)部)提供一個或多個冷卻元件。每個冷卻元件優(yōu)選包括冷卻劑入口和冷卻劑出口。特別地，冷卻元件可包括單個冷卻劑入口和單個冷卻劑出口。冷卻劑入口和冷卻劑出口優(yōu)選分別與冷卻元件一體構成并通過第二閉合蓋走出外殼。因此，具有冷卻劑入口和冷卻劑出口的冷卻元件形成沒有連接點(特別是可拆卸的連接點)的整體組件。因此提高了冷卻元件的泄漏安全性，并因此降低了電池系統(tǒng)的供電風險。

在根據(jù)本發(fā)明的電池系統(tǒng)中，電池單元優(yōu)選設計為高度在50mm與90mm之間的圓形單元。特別地，電池單元的高度可以在60mm與80mm之間，特別是大約65mm。這種類型的電池特別適合于電池系統(tǒng)的緊湊設計。這種電池單元也可以按照合理的價格獲得，從而降低整個電池系統(tǒng)的生產(chǎn)成本。

電池單元優(yōu)選組合為形成單元模塊，其中在每兩個單元模塊之間和/或每個單元模塊與外殼之間布置有冷卻元件。這些元件可以引導相互分離的流體流。換言之，冷卻元件可以分別包括相互分離且走出外殼的冷卻劑入口和冷卻劑出口。因此，每個冷卻元件布置在外殼內(nèi)并且沒有連接點。唯一的連接點由冷卻劑入口和冷卻劑出口形成，它們在第二連接蓋上布置在外殼的外部。

在根據(jù)本發(fā)明的電池系統(tǒng)的另一個優(yōu)選實施例中，至少兩個冷卻劑入口和至少兩個冷卻劑出口分別以流體方式連接到流體分配器。流體分配器可以布置在第二閉合蓋的外側上。

流體分配器優(yōu)選將冷卻劑入口連接到單個入口噴嘴，以及將冷卻劑出口連接到單個出口噴嘴。換言之，流體分配器實現(xiàn)將多個冷卻劑入口群集為單個入口噴嘴。這意味著通過循環(huán)泵循環(huán)通過冷卻回路的冷卻劑可經(jīng)由單個入口噴嘴均勻分配到所有冷卻劑入口。

這也適用于單個出口噴嘴，所有流體流可經(jīng)由它一起從冷卻劑出口逸出。因此，流體分配器將冷卻劑出口組合并將其流體流引導到單個出口噴嘴。通過借助于流體分配器組合冷卻劑入口和冷卻劑出口，可以特別容易地將根據(jù)本發(fā)明的電池系統(tǒng)集成到混合動力驅(qū)動系統(tǒng)中。所需要的就是將入口噴嘴和出口噴嘴連接到冷卻回路，從而提供電池單元的充分冷卻。

優(yōu)選地，流體分配器具有板狀設計且包括中心凹部，其中入口噴嘴和出口噴嘴分別突出到中心凹部中。如果入口噴嘴和出口噴嘴相對于彼此同軸地定向，這是特別有利。入口和出口噴嘴的這種布置允許電池系統(tǒng)特別緊湊的設計。

入口噴嘴和出口噴嘴的同軸對準優(yōu)選在流體分配器的板的平面中進行。因此，流體分配器沒有在組裝電池系統(tǒng)期間可能損壞的突出部分。

通過以下事實獲得簡化電池系統(tǒng)安裝的進一步優(yōu)化：流體分配器優(yōu)選終止于與管狀主體的縱向端部的表面基本齊平。因此，將流體分配器集成在緊湊的電池系統(tǒng)單元中并防止損壞。

在電池系統(tǒng)的有利變型中，將容納空間布置在電池單元之間，特別是在單元模塊之間與第一閉合蓋之間。容納空間優(yōu)選包含用于將電連接連接到單元模塊和/或連接到布置在外殼內(nèi)部的電子組件的所有電連接裝置。因此，容納空間將單元模塊與電連接之間的所有電連接以及布置在外殼內(nèi)部的電子組件與電連接之間的所有電連接相集成。因此，它們在空間上與第二閉合蓋上的流體連接分離，其中特別地，單元模塊充當分離器。

電連接在外殼的一個縱向端部的集中既用于提供更高的操作安全性(因為與流體連接的空間分離)，也用于提高組裝的容易性(因為以電方式將電連接連接到單元模塊或電子組件，只需要從一側接近外殼)。

流體連接和電連接在密封外殼相對端面的布置降低了由于在流體回路中的連接點的泄漏而導致的短路的風險。此外，為了防止在外殼內(nèi)部的冷凝形成，在本發(fā)明的其它優(yōu)選實施例中，假設在與電連接分隔開的第一閉合蓋上，將閥門布置為包括透氣的流體密封膜。閥門一方面實現(xiàn)空氣交換以及到外殼內(nèi)部的充分氣流與環(huán)境之間的壓力平衡，另一方面由于流體密封膜而防止任何的液體進入。同時，閥門充當壓力釋放閥，因此在可能導致?lián)p壞的過壓情況下，可以在外殼內(nèi)部與環(huán)境之間建立不連貫的壓力平衡。

閥門還可包括在外殼內(nèi)部有效的空氣干燥介質(zhì)。換言之，優(yōu)選固定于第一閉合蓋外側的閥門配備有在外殼內(nèi)部工作的空氣干燥介質(zhì)。因此空氣干燥介質(zhì)被布置為從外殼內(nèi)部吸收濕氣，從而防止在外殼內(nèi)部形成冷凝。

閥門(特別是空氣干燥介質(zhì)和/或膜)優(yōu)選為可更換。在服務計劃的背景下，例如可以定期更換閥門，優(yōu)選每年更換，以保證空氣干燥介質(zhì)有效地防止冷凝物形成?？諝飧稍锝橘|(zhì)例如可包括吸收濕氣的沸石。

空氣干燥介質(zhì)的吸收能力隨著時間下降，因此建議至少更換空氣干燥介質(zhì)。膜本身也可能隨著時間失去其效果，因此也建議更換。為此，閥門優(yōu)選也可以更換。由于閥門優(yōu)選固定于第一閉合蓋的外側，所以閥門的更換是簡單的，只需要幾個手動操作。

本發(fā)明的第二方案涉及具有如上所述的至少一個電池系統(tǒng)的機動交通工具，特別是混合動力交通工具。在原理上，也可將上述類型的多個電池系統(tǒng)布置在機動交通工具中并優(yōu)選相互電聯(lián)接。每個電池系統(tǒng)也可以共享用于冷卻系統(tǒng)的公共循環(huán)泵。本發(fā)明意義上的機動交通工具不限于陸上交通工具，還包括空中和水上交通工具。

附圖說明

下面參考附圖更詳細地描述本發(fā)明。附圖示出：

圖1是根據(jù)本發(fā)明的電池系統(tǒng)的透視前視圖，所述電池系統(tǒng)包括已經(jīng)從外殼移除的流體分配器；

圖2是圖1所示具有閥門的電池系統(tǒng)的透視后視圖，在分解圖中示出所述電池系統(tǒng)的各個部件；

圖3是圖1所示電池系統(tǒng)的透視縱向剖面圖；以及

圖4是圖1所示電池系統(tǒng)的內(nèi)部結構的透視圖，有兩個單元模塊和一個冷卻元件。

具體實施方式

附圖示出特別適用于混合動力驅(qū)動器的電池系統(tǒng)10。電池系統(tǒng)10可以有利地用作混合動力交通工具的蓄能器，其中電池系統(tǒng)優(yōu)選聯(lián)接到用于向前推進交通工具的電動機?？赡艿慕煌üぞ?特別是機動交通工具)包括地面交通工具、飛機或船只。

電池系統(tǒng)10一般包括外殼11，外殼11包括管狀主體12。管狀主體12包括兩個開口端面和基本上矩形的橫截面。因此，主體12被設計為矩形管。在端面上，主體12由閉合蓋13、14閉合，其中在本申請中，在第一閉合蓋13和第二閉合蓋14之間進行區(qū)分。主體12和閉合蓋13、14可以由鋼制成，優(yōu)選壁厚為3mm。

在外殼11內(nèi)部，布置有電池單元22和至少一個冷卻元件30。優(yōu)選將電池單元22組合形成單元模塊20，其中在每兩個單元模塊20之間和/或在每個單元模塊20與外殼11之間布置一個冷卻元件。

在外殼11外部，提供流體連接31和至少一個電連接21。電連接21以電方式聯(lián)接到電池單元22。流體連接31包括至少一個冷卻劑入口32和一個冷卻劑出口33，其中冷卻劑入口32和冷卻劑出口33以流體方式連接到冷卻元件30?？紤]到電池系統(tǒng)10的操作安全性，假設將電連接21布置于(具體而言是固定于)第一閉合蓋13，將流體連接31布置于(具體而言是固定于)第二閉合蓋14。這樣實現(xiàn)流體連接31與電連接21的空間分離。

圖1示出具有外殼11的電池系統(tǒng)，特別是示出外殼11的流體連接側。外殼11包括主體12和插入主體12的閉合蓋13、14。閉合蓋13、14優(yōu)選焊接到主體12上，提供流體緊密密封。多個流體連接31延伸穿過第二閉合蓋14，特別提供三個冷卻劑入口32和三個冷卻劑出口33。冷卻劑入口32和冷卻劑出口33例如通過密封件固定于第二閉合蓋14。

電池系統(tǒng)優(yōu)選包括流體分配器36，流體分配器36以流體方式連接到至少兩個冷卻劑入口32和至少兩個冷卻劑出口33中的每一個?？蓪⒘黧w分配器36布置在第二閉合蓋14外側。流體分配器36優(yōu)選將冷卻劑入口32連接到單個入口噴嘴37以及將冷卻劑出口33連接到單個出口噴嘴38。這種流體分配器的示例在圖1中示出。流體分配器36包括與流體分配器36上的流體端口連接31一致布置的接收插孔。因此，可將流體分配器36放置在第二閉合蓋14上，從而產(chǎn)生到流體連接31的流體連接。在流體分配器36內(nèi)形成分配器通道，分配器通道從入口噴嘴37延伸到冷卻劑入口32，或者從冷卻劑出口33延伸到出口噴嘴38。

流體分配器36可具有板狀設計。出口噴嘴38和入口噴嘴37優(yōu)選在流體分配器36的板平面中對準。然后入口噴嘴37和出口噴嘴38延伸到流體分配器36的中心凹部39中，形成電池系統(tǒng)10特別緊湊的設計。流體分配器36優(yōu)選終止于與管狀主體12的縱向端面基本齊平的事實也有助于這種緊湊設計。

中心凹部的形狀基本上是矩形，且具有三角形的頭部，其頂端與入口噴嘴37以及出口噴嘴38等距離地分隔開。頂端形成為基本上擱置在入口噴嘴37與出口噴嘴38之間。

入口噴嘴37和出口噴嘴38可以相對于彼此同軸地布置。結果，流體分配器36入口側和出口側的連接通道的長度相同，這對于允許冷卻劑流通過冷卻元件30是有利的。流體分配器36優(yōu)選固定連接到外殼11，從而將電池系統(tǒng)10連接到混合動力驅(qū)動器，只需要將入口噴嘴37和出口噴嘴38連接到冷卻系統(tǒng)，以保證電池系統(tǒng)10內(nèi)部的冷卻。冷卻劑流動通過入口噴嘴37和布置在流體分配器36中的分配通道到冷卻劑入口32，并因此到達多個冷卻元件30。冷卻劑流流動通過冷卻元件30，因此它們冷卻電池系統(tǒng)內(nèi)部的電池單元22。在冷卻元件30中加熱的冷卻劑經(jīng)由流體分配器36的冷卻劑出口33和出口噴嘴38離開外殼11。

圖1示出電池系統(tǒng)10的前側，而圖2示出同一電池系統(tǒng)10的后側。電連接21布置在電池系統(tǒng)10的后側。電連接21特別固定于第一閉合蓋13，第一閉合蓋13優(yōu)選插入管狀主體12并且以流體密封的方式焊接到主體。

在這種情況下，電連接21包括電源插座26和電子器件插座27。電源插座26聯(lián)接到外殼11內(nèi)的電池單元22，且用于分出電池單元22內(nèi)存儲的電能，或者將電池單元22充電。在電源插座26旁邊布置電子器件插座27，電子器件插座27聯(lián)接到外殼11內(nèi)部的電子組件，且用于電池系統(tǒng)10與一組車輛電子器件(例如公交系統(tǒng))之間的信號和/或數(shù)據(jù)傳送。電連接21(特別是電源插座26和電子器件插座27)每個都安裝了密封件，以保證外殼11的流體密封性。

此外，第一閉合蓋13包括與電連接21分隔開的閥門開口19。閥門開口19可具有基本上橢圓的形狀。圓形或方形設計也可以。在閥門開口19上安裝閥門15，其組件優(yōu)選全部布置在外殼11的外部。

閥門15包括閥門架17，其中裝有空氣干燥介質(zhì)16。空氣干燥介質(zhì)16可包括沸石。優(yōu)選地，空氣干燥介質(zhì)16直接擱置在閥門開口19上，使得空氣干燥介質(zhì)16在外殼內(nèi)部有效。因此，外殼11內(nèi)部的空氣空間一直清除濕氣。該閥門還通過在外殼內(nèi)部與環(huán)境之間產(chǎn)生壓力平衡來形成過壓保護。

閥門架17特別包括壓力釋放閥(采用橡膠塞40的形式)插入其中的開口。壓力釋放閥40在開口中保持為當外殼11內(nèi)的壓力超過預定閾值時，壓力釋放閥40形成松動。

膜18也布置在閥門架中。兩個膜18中的每一個優(yōu)選為流體密封的并且是可透氣的。合適的膜18例如可包括紡織品。膜18保證外殼11中空氣的充分交換，同時防止?jié)駳膺M入。

閥門15，特別是空氣干燥介質(zhì)16，釋放閥40和/或膜18可更換。例如，作為服務計劃的一部分，定期更換閥門15，優(yōu)選每年一次?？諝飧稍锝橘|(zhì)16的吸收能力隨著時間的推移而下降，因此建議至少將空氣干燥介質(zhì)16更換。膜18本身也會隨時間而失去其效果，因此也建議將它更換。當閥門15優(yōu)選固定于第一閉合蓋13的外側時，閥門15的更換簡單，只需要幾個手動操作。

圖3示出電池系統(tǒng)10的內(nèi)部結構。在外殼11內(nèi)，特別布置兩個單元模塊20，其包括相互并聯(lián)和串聯(lián)的多個電池單元22。在單元模塊20之間布置有冷卻元件30，冷卻元件30與電池單元22的極熱傳導性接觸。其他冷卻元件30也可以布置在外殼11與單元模塊20之間。

在電池單元22或單元模塊20與第一閉合蓋13之間可布置容納空間24，其中放置連接電纜25。容納空間24優(yōu)選包含用于將電連接21連接到單元模塊20和/或布置在外殼11內(nèi)部的電子組件(例如控制電路板28)的所有電連接裝置。因此，后者在空間上與第二閉合蓋14上的流體連接31分離，其中特別地，單元模塊20可以充當分離器。電連接在外殼11的一個縱向端部的集中既用于提供更高的操作安全性(因為與流體連接31的空間分離)，也用于提高組裝的容易性(因為以電方式將電連接21連接到單元模塊20或電子組件，只需要從一側接近外殼11)。

流體連接31優(yōu)選與冷卻元件30一體設計且延伸穿過第二閉合蓋14。為了支撐流體連接13，在單元模塊20與第二閉合蓋14之間提供支撐結構29，一方面穩(wěn)定流體連接31，另一方面穩(wěn)定外殼31。

圖4詳細示出具有中間冷卻元件30的單元模塊20的布置。單元模塊20分別由多個電池單元形成，優(yōu)選設計為圓形單元。圓形單元排列成多行，這些行交錯且緊密聚集，其間有間隙。行的每個電池單元22相互并聯(lián)電連接。為此，提供焊接于電池單元22的上極和下極的接觸板23。固定于電池單元22相對側的接觸板23交錯，使得電池單元22的每個行相互串聯(lián)聯(lián)接。

電池單元22或圓形單元優(yōu)選高度在50mm與90mm之間。特別地，電池單元22的高度可以在60mm與80mm之間，特別是大約65mm。特別適用于電池系統(tǒng)10的電池單元22是18650類型的電池單元22。這種電池單元22也可以按照合理的價格獲得，從而降低整個電池系統(tǒng)的生產(chǎn)成本。

冷卻元件30在兩個單元模塊20之間延伸。冷卻元件30由袋子34形成，其內(nèi)部布置有多個流通道35。流通道35的結構被調(diào)節(jié)為獲得流動通過冷卻元件30的均勻流體。流體連接31布置在袋子34的縱向端部。流體連接31優(yōu)選形成為袋子34的組成部分。因此，在流體連接31與袋子34之間不存在可拆卸的流體連接，這樣增加了泄漏保護。流體連接31包括冷卻劑入口32和冷卻劑出口33。冷卻劑因此流入冷卻劑入口32，流動通過流通道35并經(jīng)由冷卻劑出口33離開袋子34。袋子34具有柔性外壁，使得由于冷卻元件30內(nèi)的流體壓力以及可能存在于電池系統(tǒng)10內(nèi)的任何其它壓力接觸措施，在冷卻元件30與單元模塊20之間保證良好的熱傳導性接觸。

電池系統(tǒng)10優(yōu)選設計為高壓電池系統(tǒng)10。電連接21與流體連接31的空間分離保證高壓區(qū)域與冷卻劑通道區(qū)域分離。這樣增加了電池系統(tǒng)10的操作安全性。通過將冷卻回路中的所有可拆卸連接點以及流體分配器36布置在外殼11外部的事實來實現(xiàn)附加的安全性。具體而言，流體連接31突出超過電池單元模塊20且延伸穿過支撐結構29和第二閉合蓋14。冷卻元件30本身可以設計為沒有電池系統(tǒng)10的外殼11內(nèi)的連接點。唯一的連接點由流體連接30形成，流體連接30布置在第二閉合蓋14上外殼11的外部。

附圖標記

10電池系統(tǒng)

11外殼

12主體

13第一閉合蓋

14第二閉合蓋

15閥門

16空氣干燥介質(zhì)

17閥門架

18膜

19閥門開口

20單元模塊