可再充電電池的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種優(yōu)選用于電動車的可再充電電池(1)，特別是高電壓電池，包括至少兩個由電池單元(5)在堆疊方向(y)上串成的堆疊(3，4)，其中，堆疊(3，4)彼此并排地設(shè)置在殼體(12)中，冷卻空氣可以流過垂直于堆疊方向設(shè)置在殼體(12)內(nèi)的冷卻空氣通道(26，27)，冷卻空氣通路(26，27)是用于冷卻電池(1)的封閉冷卻空氣回路(28)的一部分，優(yōu)選的是，冷卻空氣回路(28)具有至少一個冷卻空氣風(fēng)扇(29)和至少一個熱交換器(30)。為了能很好地冷卻電池(1)，至少一個電池單元(5)被塑料單元護(hù)套(14)封裝，其中塑料單元護(hù)套(14)具有優(yōu)選位于電池單元中間平面區(qū)域(15)中的圍繞電池單元(5)的窄側(cè)(5a)設(shè)置的突起的密封接縫(16)，在堆疊(3，4)的相鄰的電池單元(5)的密封接縫(16)之間設(shè)有空間(17)。
【專利說明】可再充電電池
[0001]本發(fā)明涉及一種優(yōu)選用于電動車的可再充電電池，特別是高電壓電池，其具有至少兩個在堆疊方向上并排設(shè)置的電池單元的堆疊，其中，所述堆疊并排設(shè)置在殼體中，冷卻空氣能夠流過垂直于堆疊方向設(shè)置在所述殼體內(nèi)的冷卻空氣通道，所述冷卻空氣通道是用于冷卻電池的封閉冷卻空氣回路的一部分，其中所述冷卻空氣回路優(yōu)選具有至少一個冷卻空氣風(fēng)扇和至少一個熱交換器。
[0002]高電壓電池，特別是鋰離子電池單元，僅能在一個嚴(yán)格限定的溫度范圍內(nèi)運(yùn)行。高電壓電池通常通過封閉的冷卻空氣回路或者通過開放的冷卻空氣系統(tǒng)來達(dá)到合適的溫度。
[0003]W02010 / 053689A2描述了一種電池組件，其包括一殼體和多個并排設(shè)置的鋰離子電池。通過用導(dǎo)熱、電絕緣的流體流經(jīng)殼體來冷卻。盡管液體冷卻系統(tǒng)允許高的冷卻性能，然而由于它們具有許多密封點，因此要承受高的泄漏風(fēng)險。泄漏出的冷卻劑可能導(dǎo)致電池內(nèi)部或外部的短路。
[0004]W02010 / 067944A1公開了一種具有并排設(shè)置的電池單元堆疊的電池，其中電池單元由冷卻空氣冷卻。風(fēng)冷式電池通常在一個開放的冷卻空氣回路中冷卻。冷卻空氣從環(huán)境中吸入并導(dǎo)向電池周圍和/或通過電池內(nèi)的冷卻空氣通道，從而帶走電池的熱量。被加熱的冷卻空氣被傳回到環(huán)境中。然而，溫度差異、濕度差異以及空氣污染等可能對冷卻性能和電池壽命帶來不利的影響。
[0005]公布的W02011 / 067490A1示出了用于車輛電池的冷卻裝置，其中冷卻空氣在封閉回路中通過風(fēng)扇導(dǎo)入到電池單元上。然后，冷卻空氣輸送到電池的前側(cè)，并通過熱交換器再冷卻。
[0006]公布的US2010236846A1和EP2133952A1示出了用于車輛電池的冷卻裝置，其中冷卻空氣被導(dǎo)入封閉回路。所述冷卻裝置含有至少一個冷卻空氣風(fēng)扇和一個熱交換器。
[0007]本發(fā)明的目的是為了避免這些給定的缺點，并且利于以盡可能最簡單的方式高效地冷卻電池，而基本上不受環(huán)境的影響。
[0008]根據(jù)本發(fā)明，其是通過用一個塑料單元外殼包覆至少一個電池單元來實現(xiàn)的，其中塑料單元外殼具有突起的優(yōu)選位于電池單元中間平面區(qū)域內(nèi)的密封接縫，該密封接縫沿著所述電池單元的窄側(cè)延伸，其中堆疊中相鄰的電池單元的每個密封接縫之間限定出一空間。
[0009]本發(fā)明特別緊湊的實施例中的布置是:冷卻空氣風(fēng)扇和/或熱交換器設(shè)置在殼體內(nèi)。
[0010]所述空間可以形成第一和/或第二冷卻空氣通道。
[0011]在本文中，至少一個第一冷卻空氣通道可以設(shè)置在電池的縱軸方向上，至少第二冷卻空氣通道在電池的橫軸方向上，所述橫軸方向相對所述縱軸方向和所述堆疊方向呈直角。
[0012]封閉的冷卻空氣回路使電池的冷卻基本上不受不利的環(huán)境條件，如溫度和濕度的波動、空氣污染等的影響。這保證了電池的恒定的最佳操作條件，以利于其擁有長的壽命。
[0013]空氣經(jīng)由第一冷卻空氣通道流過并冷卻兩個相鄰堆疊之間的區(qū)域。傳導(dǎo)冷卻空氣流的第二冷卻空氣通道位于所述電池的上側(cè)，并用于冷卻電池單元端子和/或電單元連接器。尤其后者可以在至少一個優(yōu)選具有U型或Y型剖面的用于電連接兩個相鄰電池單元的電池連接器突出進(jìn)入第二冷卻空氣通道時被很好地冷卻。。
[0014]第一堆疊的電池單元中的至少一個密封接縫可以延伸到由第二堆疊的兩個相鄰電池單元的密封接縫所限定的空間。圍繞所述空間或延伸入所述空間的所述密封接縫形成冷卻空氣流的導(dǎo)引面。在這種方式中，一方面，改善了冷卻空氣的運(yùn)輸，另一方面，增加了冷卻區(qū)域接觸的表面。
[0015]所述的措施可以增加冷卻能力和/或減少必要的安裝空間，還具有增加體積能量密度的優(yōu)點。
[0016]下面，參照附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明。
[0017]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的電池的從上方的斜視圖；
[0018]圖2示出了該電池的對應(yīng)圖1中的線I1-1I的橫截面圖；
[0019]圖3示出了該電池的正視圖；
[0020]圖4示出了該電池的從下方的斜視圖:
[0021]圖4a示出了該電池的對應(yīng)圖4中的線IV a_ IV a的橫截面圖；
[0022]圖4b示出了一個實施例中該電池加殼體的與圖4a類似的橫截面圖；
[0023]圖5示出了該電池的電池模塊的斜視圖；
[0024]圖6示出了該電池模塊從下方的斜視圖；
[0025]圖7示出了電池單元堆疊的斜視圖；
[0026]圖8示出了該堆疊的側(cè)視圖；
[0027]圖9示出了電池模塊的電池單元堆疊的斜視圖；
[0028]圖10示出了電池模塊的對應(yīng)圖9中的線X-X的橫截面圖；以及
[0029]圖11示出了該電池模塊與圖10相似的橫截面的細(xì)節(jié)。
[0030]該實施例中的可再充電電池I設(shè)有七組電池模塊2，其中，每個電池模塊2具有兩個堆疊3、4，它們由并排設(shè)置的電池單元5集合而成。各電池模塊2的堆疊3、4設(shè)置在由例如鋁或塑料制成的兩個剛性波紋結(jié)構(gòu)板6之間，該板6可以由壓鑄部件形成。板6本身固定在電池I前后部的兩個支撐板7、8之間，其中前部的支撐板7通過夾緊螺釘9與后部的支撐板8緊固連接。夾緊螺釘9設(shè)置在所述板6的區(qū)域中。板6與支撐板7、8—起形成電池模塊2的支撐框架10。所述支撐板7、8設(shè)有開口，以使重量盡可能低。從堆疊方向y軸方向看，由夾緊螺釘9之間限定的間隙確保電池單元5安裝在正確的位置，并具有指定的對于電池I壽命而言恒定的預(yù)加壓力。彈性的絕緣層6a(由例如泡沫制成)設(shè)置在各個板6與相鄰的電池單元5之間，其允許壓力均勻、溫和地分布。
[0031]電池I通過底板11從下面密封。
[0032]電池I連同支撐框架10 —起設(shè)在殼體12內(nèi)，其中冷卻空氣的流動路徑形成在所述殼體12和電池I之間。如圖2和4所示，為了引導(dǎo)冷卻空氣的流動，流動導(dǎo)引面13—體化形成在殼體底板12a上。
[0033]各電池單元5由塑料護(hù)套14封裝，其中所述塑料護(hù)套14大致在電池單元中間平面15的區(qū)域中具有沿著窄側(cè)5a設(shè)置的突起的用于密封的密封接縫16。在堆疊3、4的相鄰的電池單元5的密封接縫16之間分別形成空間17。[0034]為了節(jié)省安裝空間，并排設(shè)置的各電池模塊2的兩個堆疊3、4形成重疊并相互偏移。偏移量V大約為一個電池單元5的厚度D的一半。一個堆疊3、4的電池單元5的密封接縫16延伸到由另一個堆疊3、4的兩個相鄰電池單元5的密封接縫16限定的空間17。以此方式,通過容納密封接縫16的一部分，
[0035]可以至少部分地使用空間17。這對安裝空間和體積能量密度具有非常有益的效果。兩個堆疊3、4間的偏移量V意味著所述板6在電池I的縱向上的中間平面Ia的區(qū)域中形成臺階24。
[0036]通過U-型和Y-型電池單元連接器19、20彼此連接的電池單元端子18從窄側(cè)5a上部的塑料護(hù)套14突出。電池單元連接器19、20和電池單元端子18之間的連接可以被實施為在鉚接工藝中具有一個或多個鉚接點21a的鉚接21。這有利于特別高的電流承載能力，因為其具有多個連接點，因氣密封裝連接點產(chǎn)生的長效防腐蝕連接，以及不同材料(銅到鋁，反之亦然)的電池單元端子18的簡單接觸，不需額外的結(jié)構(gòu)元件。通過鉚接方式，兩到四個薄片可用相同的工具彼此電連接，其中銅、鋁和鋼材料特別適合0.1mm至0.5_的壁厚。
[0037]所以，如果需要，電池單元電壓監(jiān)視線纜22可在鉚接工藝的另一步驟中用電池單元連接器19、20同時連接到電池單元端子18。由于鉚接連接21的鉚接點21a的位置允許的變化大于例如激光焊接時的變化，因此有比較高的公差補(bǔ)償能力。使用并行和多功能工具使較大的生產(chǎn)運(yùn)行更簡單且節(jié)省成本，僅涉及少量簡單可控的輸入?yún)?shù)，例如材料壁厚、壓力等。突出到冷卻空氣通道27的鉚接點21a增加了電池I的散熱表面面積，這對于電池單元端子18的直接空氣冷卻意義重大。突出的鉚接點21a也有助于增加湍流，尤其是在空氣冷卻的情況下提高熱交換。因此，由于有效利用了安裝空間，鉚接點21a在冷卻方面的積極效果也有助于增加體積能量密度。
[0038]為了得到特別好的體積能量密度，必須使電池單元5彼此盡可能靠近。此外，盡可能薄的熱和電絕緣體層23 (例如絕緣箔)設(shè)置在電池單元5之間，以防止當(dāng)相鄰的電池單元5過熱時產(chǎn)生“多米諾效應(yīng)”。
[0039]同時，空間17形成冷卻空氣通道26、27?？臻g17在兩個堆疊3、4的重疊區(qū)域25，即電池I的縱向中間平面Ia的區(qū)域，形成第一冷卻用空氣通道26，其中所述通道沿電池I的豎軸z的方向布置。密封接縫16形成散熱面以及用于空氣流動的流動導(dǎo)引面。在與豎軸z和堆疊方向y軸均成直角的橫軸X的方向上，第二冷卻空氣通道27通過電池單元5上部的空間17形成在電池單元端子18的區(qū)域中。
[0040]第一和第二冷卻空氣通道26、27是用于冷卻電池I的封閉冷卻空氣回路28的一部分，其中冷卻空氣回路28具有至少一個冷卻空氣風(fēng)扇29和至少一個熱交換器30。
[0041]在圖4a示意性示出的實施例中，殼體12設(shè)置有冷卻空氣流入通路31和冷卻空氣流出通路32，這里冷卻空氣流入通路31和冷卻空氣流出通路32設(shè)置在電池I的相同的第一縱向側(cè)Ia(前側(cè))的區(qū)域中。來自冷卻空氣風(fēng)扇29和熱交換器30的冷卻空氣按圖4a的箭頭S的方向通過冷卻空氣流入通路31被送入到殼體12中，并通過電池I上部Ib區(qū)域中電池單元5的電池單元端子區(qū)域內(nèi)的第二冷卻空氣通道27流入到電池的與第一縱向側(cè)Ia相對的第二縱向側(cè)Ic (后側(cè))?？諝獾囊徊糠諷I在電池I的第二縱向側(cè)Ic與殼體12之間流到電池I的下側(cè)ld，并在下側(cè)Id區(qū)域中在主收集通道33中流回到電池I的第一縱向側(cè)la，然后流到冷卻空氣流出通路32，其中主收集通道33形成在電池I的基板11和殼體12之間。冷卻空氣的另一部分S2從兩個由電池單元5形成的堆疊3、4之間的第一冷卻空氣通道26流到電池I的下側(cè)ld，并且也到達(dá)主收集通道33。
[0042]因此，冷卻空氣流經(jīng)第二冷卻空氣通道27，冷卻電池單元端子18與電池單元連接器19、20。此后，冷卻空氣的一部分進(jìn)入第一冷卻空氣通道26，其引導(dǎo)冷卻空氣朝豎軸z的方向流動?？諝饬鬟^電池I的所有空穴和空間17，以排出積聚的熱量。剩余的空氣在位于電池I的第一縱向側(cè)Ia(前側(cè))的支撐板7和殼體12之間流到殼體12的殼體底板12a，在這里空氣被流動導(dǎo)引面13導(dǎo)引到車輛縱向的中間平面ε并被收集。隨后，冷卻空氣通過冷卻空氣流出通路32離開殼體12，并在被再次供應(yīng)到電池I的封閉冷卻回路28之前，被冷卻空氣風(fēng)扇29再次吸入和被熱交換機(jī)30冷卻。
[0043]如圖4b示出，冷卻空氣風(fēng)扇29和熱交換器30也可以安裝在電池I的殼體12內(nèi)，其中所述殼體與外界隔絕地密封。在所示的實施例中，冷卻空氣風(fēng)扇有兩個鼓風(fēng)機(jī)，其設(shè)置在熱交換器30的上游。熱交換器30被構(gòu)造成空氣/水熱交換器，其中冷卻水供給和排出線34、35分別連接到熱交換器30。用于冷卻空氣S的流動導(dǎo)引面由附圖標(biāo)記36表示。
【權(quán)利要求】
1.優(yōu)選用于電動車的可再充電電池(1)，特別是高電壓電池，其具有在堆疊方向(y)上并排設(shè)置的電池單元(5)的至少兩個堆疊(3，4)，其中，所述堆疊(3，4)并排設(shè)置在殼體(12)中，冷卻空氣能夠流過垂直于所述堆疊方向設(shè)置在所述殼體(12)內(nèi)的冷卻空氣通道(26，27)，所述冷卻空氣通道(26，27)是用于冷卻所述電池(1)的封閉冷卻空氣回路(28)的一部分，所述冷卻空氣回路(28)優(yōu)選具有至少一個冷卻空氣風(fēng)扇(29)和至少一個熱交換器(30)，其特征在于，至少一個電池單元(5)封裝有塑料單元外殼(14)，其中所述塑料單元外殼(14)具有優(yōu)選位于電池單元中間平面區(qū)域(15)中的突起的密封接縫(16)，所述密封接縫沿著所述電池單元(5)的窄側(cè)(5a)設(shè)置，其中堆疊(3，4)中相鄰的電池單元(5)的各個密封接縫(16)之間限定出空間(17)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池(1)，其特征在于，至少第一冷卻空氣通道(26)設(shè)置在所述電池(1)的豎軸方向(z)上，至少第二冷卻空氣通道(27)設(shè)置在所述電池(1)的橫軸方向(X)上，所述橫軸方向(X)相對于所述豎軸方向(z)和所述堆疊方向(y)呈直角。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電池(1)，其特征在于，所述空間(17)形成第一和/或第二冷卻空氣通道(25，26)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1到3中任一項所述的電池(1)，其特征在于，一個堆疊(3，4)的電池單元(5)的至少一個密封接縫(6)延伸到由另一個堆疊(4，3)中的兩個相鄰電池單元(5)的密封接縫(16)所限定的空間(17)中。
5.根據(jù)權(quán)利要求1到4中任一項所述的電池(1)，其特征在于，圍繞所述空間(17)或延伸入所述空間(17)的所述密封接縫(16)形成用于冷卻空氣流的導(dǎo)引面。
6.根據(jù)權(quán)利要求1到5中任一項所述的電池(1)，其特征在于，優(yōu)選具有U型或Y型剖面的、用于電連接兩個相鄰電池單元(5)的至少一個電池單元連接器(19，20)延伸到第二冷卻空氣通道(27)中。
7.根據(jù)權(quán)利要求1到6中任一項所述的電池(1)，其特征在于，所述殼體(12)設(shè)有至少一個冷卻空氣流入通路(31)和至少一個冷卻空氣流出通路(32)，其中所述冷卻空氣流入通路(31)和所述冷卻空氣流出通路(32)設(shè)置在所述電池(1)的相同的第一縱向側(cè)(Ia)的區(qū)域中。
8.根據(jù)權(quán)利要求1到7中任一項所述的電池(1)，其特征在于，來自所述冷卻空氣流入通路(31)的冷卻空氣通過所述電池⑴上部區(qū)域中電池單元(5)的電池單元端子(18)區(qū)域內(nèi)的第二冷卻空氣通路(27)運(yùn)送，并且至少部分運(yùn)送到與所述電池(1)的所述第一縱向偵_對的第二縱向側(cè)，在所述電池⑴的第二縱向側(cè)與所述殼體(12)之間運(yùn)送到所述電池(1)的下側(cè)，在所述電池⑴的下側(cè)處在所述電池⑴的基板(11)與所述殼體(12)之間運(yùn)送到所述電池(1)的第一縱向側(cè)(Ia)，然后運(yùn)送到所述冷卻空氣流出通路(32)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電池(1)，其特征在于，至少一部分冷卻空氣從所述第二冷卻空氣通道(27)經(jīng)由所述第一空氣冷卻通道(26)導(dǎo)引到所述電池(1)的下側(cè)(Id)，并且在所述電池⑴的下側(cè)(Id)處在所述電池⑴的基板(11)與所述殼體(12)之間，導(dǎo)引到所述電池⑴的第一縱向側(cè)(Ia)，然后導(dǎo)引到所述冷卻空氣流出通路(32)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的電池(1)，其特征在于，至少一個主收集通道(33)形成在所述電池(1)的基板(11)和所述殼體(12)之間，所述主收集通道(33)優(yōu)選具有至少一個流動導(dǎo)引面(13)，所述流動導(dǎo)引面由所述基板(11)和/或所述殼體(12)上的相對于流動成縱向的翅片形成。
11.根據(jù)權(quán)利要求1到10中任一項所述的電池(1)，其特征在于，所述冷卻空氣風(fēng)扇(29)和/或所述熱交換器(30)設(shè)置在所述殼體(12)內(nèi)。
【文檔編號】H01M10/647GK103918101SQ201280032755
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2012年6月22日 優(yōu)先權(quán)日:2011年6月30日
【發(fā)明者】M·米切利茲 申請人:Avl里斯脫有限公司