對電池單池調(diào)溫的方法、調(diào)溫裝置及其連接裝置、電池模塊、電池組、電池和電池系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】對電池單池調(diào)溫的方法、調(diào)溫裝置及其連接裝置、電池模 塊、電池組、電池和電池系統(tǒng)
【背景技術(shù)】
[0001] 可預(yù)見的是，無論靜止式應(yīng)用例如對于風(fēng)能設(shè)備，還是移動式應(yīng)用例如對于電動 汽車（電動車輛EV)或者混合動力車輛（混合動力車輛HEV)，作為可重復(fù)充電的蓄能器 (EES)，日益使用例如帶有鋰離子蓄電池、鋰聚合物蓄電池或鎳-金屬混合蓄電池的新式電 池系統(tǒng)。
[0002] 鋰離子蓄電池包括正電極（陰極）和負(fù)電極（陽極），這些電極能夠可逆地在充電 時載入（插入）鋰離子（Li+)或者在放電時又卸出（去除）鋰離子。鋰離子蓄電池具有高 的能量密度和低的自我放電性。
[0003] 這種電池系統(tǒng)必須在可用的能量含量、充電/放電效率、可靠性、壽命和并非所愿 的因頻繁的部分放電引起的容量損失方面滿足很高的要求。
[0004] 電池系統(tǒng)包括多個電池單池。由于其單池內(nèi)電阻和所發(fā)生的電化學(xué)過程，電池單 池在充電和放電期間發(fā)熱。電池單池可以串聯(lián)（串連）連接，以便提高電壓，和/或并聯(lián)地 連接，以便增大最大電流。在此，電池單池可以組裝成電池單元或電池模塊。例如可以把三 個至十二個電池單池組裝在一個電池模塊中。該電池模塊保持住電池單池，并承受機械負(fù) 荷，從而它保護(hù)這些電池單池免受損傷。另外，電池模塊可以用于對電池單池調(diào)溫。此外， 電池模塊可以實現(xiàn)對電池單池的機械的壓緊，并提供了電絕緣。多個電池模塊可以組裝成 一個電池組。在汽車驅(qū)動應(yīng)用中，例如可以把大約100個電池單池（作為牽引電池）串聯(lián) 地或并聯(lián)地連接起來。因而對于高電壓電池系統(tǒng)來說，總電壓例如可以為450V或者甚至 600V〇
[0005] 對于電池單池工作所允許的溫度范圍通常介于-30 °C和+70 °C之間，優(yōu)選介于 +5°C和+35°C之間。在低的工作溫度范圍內(nèi)，電池單池的功率能力明顯減小。在溫度低于約 〇°C時，電池單池的內(nèi)電阻顯著增大，電池單池的功率能力和效率隨著溫度的進(jìn)一步下降而 連續(xù)地減小。在這種情況下，電池單池還會出現(xiàn)不可逆的損壞。同樣在超過工作溫度時，電 池單池的功率能力也會顯著減小。在溫度超過約40°C時，電池單池的壽命就會縮短。在這 種情況下，電池單池也會出現(xiàn)不可逆的損壞。另外，在電池單池內(nèi)的和/或在電池模塊或電 池內(nèi)部的對于電池單池工作所允許的溫度差（溫度梯度）通常介于5開爾文和10開爾文 之間。在溫度差較大時，電池單池的不同區(qū)域或者電池模塊的或電池的不同的電池單池會 遭受不同的載荷，或者甚至（局部）過載和/或毀損。此外，由于溫度差和/或溫度變化， 在電池中存在形成冷凝水的危險。這種損壞會導(dǎo)致電池單池加速老化，或者導(dǎo)致電池單池 熱穿透（熱貫穿），這對人和環(huán)境形成了危險。
[0006] 在車輛的混合式驅(qū)動系中，鋰離子大功率電池單池以很高的動態(tài)性工作。在例如 因制動時的制動能量回收或者因加速時的助推支持而產(chǎn)生短暫的峰值負(fù)荷期間，電池單池 必須在很短的時間內(nèi)（在充電情況下）吸收或者（在放電情況下）釋放大的功率。由于電 池單池的內(nèi)部電阻，這些短暫的峰值負(fù)荷導(dǎo)致電池單池顯著地變熱。電池單池在充電或放 電時的效率很高（約95%);然而在這種情況下產(chǎn)生的廢熱卻并非可忽略不計。在牽引功 率例如為60KW時，會產(chǎn)生5%的損耗即3KW的損耗功率。此外，例如在夏季月份或者在較熱 的地區(qū)，室外溫度為40°C乃至更高，這樣的室溫處于允許的溫度范圍之外，因而電池單池在 不冷卻的情況下就無法達(dá)到所要求的例如10年或者15年的壽命。
[0007] 為了保證電池模塊或電池系統(tǒng)的安全性、功能和壽命，因此需要使得電池單池在 預(yù)定的溫度范圍內(nèi)工作。一方面，如上所述，在電池單池工作期間產(chǎn)生熱量，所述熱量必須 予以排出，以便避免電池單池發(fā)熱超過臨界的最大溫度。另一方面，需要在低溫時將電池單 池加熱到最小溫度。為了保持預(yù)定的溫度范圍，對電池模塊或電池系統(tǒng)調(diào)溫，也就是說，根 據(jù)需要予以冷卻或加熱，其中，相比于加熱，往往更頻繁地需要進(jìn)行冷卻。
[0008] 為此，電池模塊或電池系統(tǒng)可以包括流體，例如液體如乙醇比如丙醛-1元醇、2元 醇、3元醇（甘油、丙三醇）、油或水、液體混合物或冷卻劑，作為調(diào)溫劑例如包括在調(diào)溫劑回 路中的制冷劑或冷卻劑。
[0009] 例如，可以利用調(diào)溫件比如調(diào)溫板來實現(xiàn)對電池單池調(diào)溫，在這些調(diào)溫板上安裝 著電池單池。調(diào)溫件例如包括至少部分中空的主體和連接接管，該主體由導(dǎo)熱性強的材料 例如金屬比如鋁構(gòu)成，連接接管由相同材料構(gòu)成且熔焊在主體上。在這些調(diào)溫件中例如要 么容納著冷卻劑比如冷卻水（氣-熱-冷卻器），要么容納著制冷劑，其通過熱量即電池單 池的熱量而蒸發(fā)（蒸發(fā)器），并把熱量通過冷卻器或另一熱交換器排放到外界或空調(diào)設(shè)備 (空調(diào)AC)。冷卻系統(tǒng)除了包括調(diào)溫件或蒸發(fā)器和熱交換器或冷卻器外，還包括例如由塑料 或金屬比如鋁構(gòu)成的軟管和/或管，用于連接調(diào)溫件、蒸發(fā)器、熱交換器和/或冷卻器。因 此例如可以把由鋁構(gòu)成的連接接管與由塑料構(gòu)成的軟管連接起來。這些連接機構(gòu)在熱條件 和液力條件發(fā)生變化時會遭受明顯的應(yīng)力。然而在這種情況下卻對冷卻系統(tǒng)的密封性提出 了很高的要求。
[0010] 由DE 10 2011 082 991 Al已知一種電池，它包括電池殼體、調(diào)溫件和直接與調(diào)溫 件之一接觸的鋰離子單池。
[0011] 為了改善電池模塊的功能，降低電池模塊的成本，因而需要能實現(xiàn)進(jìn)一步改善調(diào) 溫系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 本發(fā)明的具有獨立權(quán)利要求的特征的裝置和方法有如下優(yōu)點：軟管與連接于其 上的部件例如調(diào)溫件之間的連接密封性可以得到改善。在此，即使熱條件和液力條件發(fā)生 變化，也能提高各個連接的密封性。此外，由于連接件數(shù)量減少，可以減少可能的泄漏部位 的數(shù)量。另外，可以省去使用快速連接器、支撐套管和卡箍。由此可以簡化安裝，縮短安裝 時間。此外，可以便于例如在制造過程結(jié)束（測試線結(jié)束即測試EoL)時進(jìn)行檢查和測試。 還可以采用對于連接來說本來就已有的特別是經(jīng)認(rèn)證和/或驗證的連接技術(shù)，比如利用塑 料的軟管-接管-連接技術(shù)，其例如已用于汽油栗。這樣就能降低繁雜性，利用規(guī)格效應(yīng) (Skaleneffekte)。由此可以降低成本，例如研發(fā)成本、認(rèn)證成本、購置成本，包括選擇和檢 查供應(yīng)商的成本、倉儲成本、制造成本和/或測試成本。
[0013] 從屬權(quán)利要求中記載了本發(fā)明的有利實施方式。
[0014] 有益地，連接機構(gòu)的材料可以不同于調(diào)溫件的材料。由此可以使得連接裝置與軟 管（連接管路）之間的連接彼此一致或優(yōu)化。在此，連接機構(gòu)與調(diào)溫件之間的連接借助于 固定機構(gòu)來控制。
[0015] 有益地，連接機構(gòu)的材料可以與連接管路的材料相同，或者與連接管路的材料一 致。這樣就能改善或提高連接裝置與連接管路之間的連接的密封性、持久性和可靠性。此 外可以采用針對于連接例如在造型和/或材料方面已經(jīng)受考驗的、經(jīng)驗證的和/或經(jīng)認(rèn)證 的接口或連接系統(tǒng)。
[0016] 有益地，連接機構(gòu)的材料可以包括塑料。由此可以改善或簡化對連接機構(gòu)的制 造、加工和/或安裝。此外，可以減輕連接機構(gòu)的重量或者減輕包括多個連接機構(gòu)的調(diào)溫裝 置的重量。由此可以降低成本例如制造成本和/或工作成本。
[0017] 有益地，固定機構(gòu)可以包括卡鎖臂、彈性臂或卡夾。這樣就能快速地進(jìn)行安裝，和 /或無需工具比如螺絲