用于蓄電池單池的調(diào)溫裝置和用于對蓄電池單池進(jìn)行調(diào)溫的方法以及蓄電池模塊、蓄電 ...的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于蓄電池單池的調(diào)溫裝置和一種用于對蓄電池單池進(jìn)行調(diào)溫的方法以及一種蓄電池模塊、一種蓄電池組、一種蓄電池及一種蓄電池系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]鋰離子蓄電池包括正電極(陽極)和負(fù)電極(陰極)，所述正電極及負(fù)電極能夠在充電時(shí)可逆地存入鋰離子(Li+)(嵌入作用)或者在放電時(shí)又調(diào)出鋰離子(Li+)(嵌出作用)。在此，所述鋰離子蓄電池的容積在充電時(shí)由于嵌入作用而增加，并且在放電時(shí)由于嵌出作用而降低。鋰離子蓄電池?fù)碛休^高的能量密度以及較小的自放電水平。
[0003]但是，能夠預(yù)見，不僅在固定的應(yīng)用情況中、例如在風(fēng)力發(fā)電設(shè)備中而且在移動的應(yīng)用情況中、例如在電動車(electric vehicle, EV)或者混合動力車(hybrid electricvehicle, HEV)中作為能夠再充電的電的蓄能器(EES)越來越多地使用新穎的、例如具有鋰離子蓄電池或者鎳-金屬混合物-蓄電池。
[0004]所述蓄電池系統(tǒng)必須在可用的能函、充電/放電效率、可靠性、使用壽命以及由于經(jīng)常的局部放電引起的不受歡迎的電容損失等方面滿足很高的要求。
[0005]蓄電池系統(tǒng)包括多個(gè)蓄電池單池。所述蓄電池單池由于其單池內(nèi)電阻和所進(jìn)行的電化學(xué)的過程而在充電及放電過程中發(fā)熱。所述蓄電池單池能夠串聯(lián)(串接)，用于提高電壓，并且/或者能夠并聯(lián)，用于提高最大的電流。在此，能夠?qū)⑺鲂铍姵貑纬睾喜⒊尚铍姵貑卧蛘咝铍姵啬K。例如能夠?qū)⑷绞€(gè)蓄電池單池合并在一個(gè)蓄電池模塊中。所述蓄電池模塊夾持著所述蓄電池單池并且承受機(jī)械的應(yīng)力，使得其防止所述蓄電池單池受到損壞。此外，所述蓄電池模塊實(shí)現(xiàn)了對于所述蓄電池單池的機(jī)械的夾緊作用，并且提供電絕緣的作用。此外，所述蓄電池模塊能夠用于對所述蓄電池單池進(jìn)行調(diào)溫。所述蓄電池模塊能夠被合并成蓄電池組。在用于驅(qū)動運(yùn)輸工具時(shí)，例如能夠?qū)⒋蠹s100個(gè)蓄電池單池(作為牽引蓄電池)串聯(lián)或者并聯(lián)。對于高壓蓄電池系統(tǒng)來說，總電壓由此例如能夠?yàn)?50V或者甚至為600V。
[0006]對于所述蓄電池單池的運(yùn)行來說允許的溫度范圍典型地在_30°C與+70°C之間，優(yōu)選在+5°C與+35°C之間。在所述運(yùn)行溫度的下范圍內(nèi)，所述蓄電池單池的有效功率明顯減小。對于低于大約0°C的溫度來說，所述蓄電池單池的內(nèi)電阻劇烈上升，并且所述蓄電池單池的有效功率及效率隨著溫度的進(jìn)一步下降而連續(xù)地減小。在這種情況下，可能出現(xiàn)所述蓄電池單池的、不可逆轉(zhuǎn)的損壞。即使超過所述工作溫度，所述蓄電池單池的有效功率也會明顯地減小。對于超過大約40°C的溫度來說，所述蓄電池單池的使用壽命被降低。在這種情況下同樣可能出現(xiàn)所述蓄電池單池的、不可逆轉(zhuǎn)的損壞。此外，對于所述蓄電池單池的運(yùn)行來說允許的溫差(溫度梯度)在蓄電池單池中并且/或者在蓄電池模塊或者蓄電池的內(nèi)部典型地在5開耳芬溫標(biāo)與10開耳芬溫標(biāo)之間。對于較大的溫差來說，蓄電池單池的不同的區(qū)域或者蓄電池模塊的或者蓄電池的不同的蓄電池單池可能經(jīng)受不同的負(fù)荷，或者甚至可能(部分地)過載并且/或者受到損壞。此外，由于溫差和/或溫度變化而存在著在蓄電池中形成冷凝水的危險(xiǎn)。所述損壞可能導(dǎo)致所述蓄電池單池的老化的加速或者所述蓄電池單池的熱逸潰(Thermal Runaway ),所述熱逸潰對人員及環(huán)境來說代表著危險(xiǎn)。
[0007]在運(yùn)輸工具的混合動力的動力傳動系中，以很高的動力來運(yùn)行鋰離子-高功率蓄電池單池。在例如由于在制動時(shí)對于制動能量的回收或者在加速時(shí)的增壓支持而產(chǎn)生短時(shí)間的峰值負(fù)荷的過程中，所述蓄電池單池必須在很短的時(shí)間里消耗(在充電時(shí))或者輸出(在放電時(shí))較高的功率。由于所述蓄電池單池的內(nèi)電阻，這些短暫的峰值負(fù)荷導(dǎo)致所述蓄電池單池的顯著的發(fā)熱現(xiàn)象。所述蓄電池單池的、在充電或者放電時(shí)的效率很高(大約95%);然而在此產(chǎn)生的廢熱不能忽略。對于例如60KW的牽引功率來說，5%的損失產(chǎn)生3KW的損耗功率。此外，例如在夏季月份中或者在較熱的地區(qū)，可能達(dá)到40°C及更高溫度的外部溫度可能處于允許的溫度范圍之外，使得所述蓄電池單池在未經(jīng)冷卻的情況下可能達(dá)不到例如十年或者十五年的使用壽命。
[0008]為了保證所述蓄電池模塊或者蓄電池系統(tǒng)的安全性、功能及使用壽命，因此需要在預(yù)先給定的溫度范圍之內(nèi)運(yùn)行所述蓄電池單池。一方面像上面所描述的那樣在所述蓄電池單池運(yùn)行的過程中產(chǎn)生熱量，必須將該熱量排出，用于避免將所述蓄電池單池加熱超過臨界的最大溫度。另一方面可能需要要在溫度較低時(shí)將所述蓄電池單池加熱到最低溫度。為了遵守預(yù)先給定的溫度范圍，要對所述蓄電池模塊或者蓄電池系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)溫，也就是說按需要對其進(jìn)行冷卻或者加熱，其中一般來說需要冷卻的次數(shù)比需要加熱的次數(shù)多。
[0009]為此所述蓄電池模塊或者蓄電池系統(tǒng)作為調(diào)溫介質(zhì)、例如在回路中的冷卻介質(zhì)而能夠包括一種流體、例如像乙醇一樣的液體、例如丙烷-1，2，3-三醇(丙三醇、甘油)、油或者液體混合物。
[0010]例如對于所述蓄電池單池的冷卻能夠通過冷卻板來實(shí)現(xiàn)，在所述冷卻板上安裝了所述蓄電池單池。在所述冷卻板中，要么冷卻劑、例如冷卻水(空氣-熱量-冷卻器)要么通過所述熱量來蒸發(fā)的制冷劑(汽化器)吸收所述蓄電池單池的熱量，并且將其通過冷卻器來排放給環(huán)境或者空調(diào)設(shè)備(Airc0nditi0ning，AC)。冷卻系統(tǒng)除了所述冷卻板或者汽化器和冷卻器之外還包括例如由塑料或者金屬、例如鋁制成的、用于將冷卻板、汽化器和/或冷卻器連接起來的軟管和/或管子。
[0011]WO 2012/028927 A2公開了一種具有蓄電池組的電能儲存裝置，該電能儲存裝置包括多個(gè)蓄電池單池、一對端板和多個(gè)張緊帶，其中所述多個(gè)蓄電池單池布置在所述端板對之間，并且所述多個(gè)張緊帶沿著所述多個(gè)蓄電池單池在其上側(cè)面或者下側(cè)面上定向并且相應(yīng)地被固定在所述端板上，使得所述多個(gè)蓄電池單池被張緊在所述端板對之間。
[0012]為了改進(jìn)蓄電池模塊的功能并且降低所述蓄電池模塊的成本，由此有必要改進(jìn)所述調(diào)溫裝置以及所述用于對蓄電池單池進(jìn)行調(diào)溫的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]所述本發(fā)明的、具有獨(dú)立權(quán)利要求的特征的裝置和方法擁有以下優(yōu)點(diǎn):能夠比較容易地對所述蓄電池單池、例如棱柱形的蓄電池單池進(jìn)行調(diào)溫、將其張緊并且/或者將其電氣連接起來。此外，能夠使所述蓄電池模塊模塊化。由此能夠簡化所述蓄電池模塊的構(gòu)造并且減少所述蓄電池模塊的組件的數(shù)目。由此能夠縮小所述蓄電池模塊并且降低其重要。此外能夠提高所述蓄電池模塊的變型方案多樣性和/或可擴(kuò)展性。由此能夠降低成本、例如制造成本、倉儲成本、保養(yǎng)成本或者維修成本并且愛護(hù)資源。
[0014]本發(fā)明的有利的實(shí)施方式在從屬權(quán)利要求中得到了描述。
[0015]所述固定機(jī)構(gòu)能夠有利地包括接觸面，該接觸面能夠與所述蓄電池單池的單池蓋、單池端子或者單池底部連接。所述接觸面也能夠與所述蓄電池單池的側(cè)壁連接。所述連接例如能夠借助于卡夾、穿孔、粘貼、夾緊、釬焊、鉚接、上螺絲或者熔焊例如摩擦焊接或者超聲波焊接來進(jìn)行。通過所述固定機(jī)構(gòu)與所述蓄電池單池的連接能夠通過接觸面來更好地改進(jìn)熱能的交換。通過與所述單池蓋的連接，能夠進(jìn)一步改進(jìn)將熱能從所述蓄電池單池中排出的效果。通過與所述單池端子的連接，能夠進(jìn)一步改進(jìn)熱能的交換，因?yàn)樗鰡纬囟俗虞^深地伸入到所述蓄電池單池中。
[0016]此外，所述調(diào)溫裝置能夠有利地包括布置在所述管子的一個(gè)端部上的連接元件，該連接元件用于將所述管子連接到調(diào)溫系統(tǒng)上。所述連接元件例如能夠構(gòu)造為管接頭、螺絲接頭或者軟管連接件。通過所述連接元件，能夠例如借助于管子和/或軟管將所述調(diào)溫裝置與所述調(diào)溫系統(tǒng)連接起來。由此能夠使所述構(gòu)造模塊化。
[0017]此外，所述調(diào)溫裝置能夠有利地具有布置在所述管子的另一個(gè)端部上的弓形元件，該弓形元件用于將所述管子與另一個(gè)管子連接起來。所述弓形元件能夠包括例如45°或者90°的弓形角，并且例如能夠在直徑和/或半徑方面與所述蓄電池單池的和/或所述管子的尺寸相匹配。通過所述弓形元件，能夠?qū)⑴c所述單池蓋、所述單池端子、所述單池底部或者側(cè)壁連接的管子連接起來。由此能夠減少連接到所述調(diào)溫系統(tǒng)上的連接點(diǎn)的數(shù)目，并且由此減少連接元件的數(shù)目。由此能夠簡化所述構(gòu)造并且/或者降低所述成本和/或所述重量。
[0018]所述多個(gè)固定機(jī)構(gòu)能夠有利地分別包括接觸面，所述接觸面能夠分別與所述多個(gè)蓄電池單池之一的單池蓋、單池端子或者單池底部連接。所述接觸面也能夠與所述蓄電池單池的