電池電芯、電池電芯模塊、電池和機動車輛的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種電池電芯，特別是鋰離子電池電芯，其包括具有多個表面(3)的殼體(2)，其中，在所述殼體(2)的至少一個表面上(3)上設(shè)有多個冷卻肋(11、12)。此外，本發(fā)明還涉及一種包括多個電池電芯的電池電芯模塊、一種電池和一種機動車輛。
【專利說明】電池電芯、電池電芯模塊、電池和機動車輛
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電池電芯、一種包括多個電池電芯的電池電芯模塊、一種電池和
一種機動車輛。
【背景技術(shù)】
[0002]對于廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，例如車輛、固定設(shè)備(例如風力設(shè)備)和移動電子設(shè)備(例如筆記本電腦和通信設(shè)備)，對電池存在著很大的需求。在可靠性、使用壽命和功率方面，對這些電池提出非常高的要求。
[0003]預(yù)定有廣泛應(yīng)用領(lǐng)域的是鋰離子電池技術(shù)。其出色之處尤其在于高的能量密度和極低的自放電。
[0004]電池電芯，尤其是鋰離子電池電芯，具有一個限定的溫度范圍，在該溫度范圍內(nèi)其最優(yōu)地工作。為了在電池電芯周圍實現(xiàn)該溫度范圍，該電池電芯往往與熱管理系統(tǒng)聯(lián)接。特別是，該熱管理系統(tǒng)用于在工作期間冷卻電池電芯。
[0005]電池電芯常常捆綁為所謂的模塊。在此，例如6個電池電芯串聯(lián)布置并相互夾緊，使它們形成一個基本上緊湊的模塊。該模塊可通過其由電池電芯的底面所形成的底面置于冷卻板上或被夾在該冷卻板上。在此情況下，冷卻板將熱量從電池電芯導出并由此實現(xiàn)了最優(yōu)的工作溫度。然而，這個系統(tǒng)的缺點是，例如可由于電池電芯的體積變化或由加速度引起的運動或振動而造成模塊的一個或多個電池電芯失去與冷卻板的最佳接觸。這種情況示例性地于圖1中示出?？梢钥闯?，組合成一個模塊的多個電池電芯I設(shè)置在冷卻體20上，但不是所有的電池電芯I的底面4都與冷卻體20接觸。可以看出，不再能保證從電池電芯I到冷卻體20的充分的熱傳輸。但是在電池電芯I工作期間，這可能會導致不允許的電池電芯I的過熱和電池電芯的損壞。為了避免這種情況，必須付出一定的結(jié)構(gòu)和制造技術(shù)上的花費，來建立電池電芯4和冷卻體20之間的最佳熱傳導性接觸。導致電池電芯4和冷卻體20之間很小的氣隙的、由制造引起的已經(jīng)很小的公差會導致冷卻效果的巨大損失。
[0006]由DE102005032504A1已知為了改善在電池電芯處的冷卻作用設(shè)有冷卻肋，但是這些冷卻肋是冷卻體的組成部分，而不是電池電芯本身的組成部分。這些冷卻肋被設(shè)計成體積相對龐大，由此導致設(shè)有冷卻肋的電池電芯模塊的大的空間需求以及相對大的重量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]根據(jù)本發(fā)明，提供了一種電池電芯，尤其是鋰離子電池電芯，其包括具有多個表面的殼體，其中，在所述殼體的至少一個表面上設(shè)置有多個冷卻肋。殼體的設(shè)有冷卻肋的表面例如為在實施成棱柱形的電池電芯的底面處的面。在此，優(yōu)選地冷卻肋如此相互間隔和設(shè)計尺寸:使得能通過對流的方式實現(xiàn)電池電芯的被動冷卻。在此，冷卻肋的尺寸設(shè)計得越大以及在電池電芯上設(shè)置的冷卻肋越多，則配備有冷卻肋的、相對于周圍散熱介質(zhì)的接觸面越大，且因此在單位時間內(nèi)越多的熱量可以從電池電芯的殼體或冷卻肋傳遞到電池電芯周圍的介質(zhì)中。也就是說，根據(jù)本發(fā)明的電池電芯的設(shè)計方案即使在沒有接觸冷卻體的情況下也能夠在任何時候保證對電芯的充分的調(diào)溫。在此，冷卻肋不一定非要設(shè)計得面積非常大，而是具有相對很小尺寸的多個冷卻肋已經(jīng)足以實現(xiàn)對電池電芯的有效調(diào)溫。
[0008]優(yōu)選地，所述冷卻肋的橫截面應(yīng)具有高度H和寬度B，高度H和寬度B滿足H≥B的比例關(guān)系。特別是，可以滿足H≥1.5XB的條件。即，冷卻肋可被設(shè)計成，它們的高度至少正好與相應(yīng)冷卻肋的橫截面的寬度相同。在此可以規(guī)定，高度H最大是相應(yīng)冷卻肋的橫截面的寬度B的3倍。
[0009]各冷卻肋的橫截面形狀可以是矩形或三角形。在矩形的實施方案中，冷卻肋橫截面的垂直于殼體表面延伸的側(cè)面限定了高度H，并且平行于表面延伸的側(cè)面限定了寬度B。
[0010]在冷卻肋的橫截面為三角形形狀時，該三角形形狀的一條邊設(shè)置在所述殼體的相應(yīng)表面的平面上，其中，在此高度H是與所述表面間隔開的角與所述表面的平面之間的垂直距離，而寬度B對應(yīng)于設(shè)置在所述表面的平面上的邊的長度。
[0011 ] 在根據(jù)本發(fā)明的電池電芯的一種實施方式中，可以規(guī)定，冷卻肋是殼體的一體組成部分。例如可以在用于制造殼體的擠壓工藝過程中一起形成所述冷卻肋。因此，其同樣可以實施為中空的。
[0012]在根據(jù)本發(fā)明的電池電芯的一種替代實施方式中，可以規(guī)定，冷卻肋與所述殼體材料連接。該材料連接例如可以通過在殼體表面處的焊接尤其是通過激光焊接實現(xiàn)。本發(fā)明并不局限于僅在電池電芯上設(shè)置一體形成的冷卻肋或與殼體材料連接的冷卻肋，而是可以在殼體上既設(shè)置一體形成的冷卻肋，又設(shè)置與殼體材料連接的冷卻肋。該實施方式尤其適用于電池電芯加裝冷卻肋的情況。
[0013]根據(jù)本發(fā)明，還提供了一種電池電芯模塊，其包括多個根據(jù)本發(fā)明的電池電芯，其中，所述電池電芯被組合成一組，并且各個電池電芯的設(shè)有冷卻肋的表面基本上設(shè)置在一個平面中，使得電池電芯的冷卻肋同樣設(shè)置在一個平面中。優(yōu)選地，設(shè)有冷卻肋的表面剛好設(shè)置在一個直的平面上，其中，所有的冷卻肋具有相同的高度。
[0014]此外，根據(jù)本發(fā)明還提供了一種電池，其包括至少一個本發(fā)明的電池電芯或至少一種本發(fā)明的電池電芯模塊以及還包括一個冷卻體，其中，至少一個電池電芯的冷卻肋與冷卻體直接機械式地接觸，使得熱量可從電池電芯經(jīng)由冷卻肋傳遞到冷卻體上。即，本發(fā)明的蓄電池電芯不僅可以借助于經(jīng)由冷卻肋的對流冷卻，而且還可以通過從冷卻肋到冷卻體上的熱傳導冷卻。但是在此，不必取消通過以冷卻肋之間的距離為條件的對流的冷卻。也就是說，在本發(fā)明的電池中，冷卻可以通過熱傳導和/或通過經(jīng)由冷卻肋的熱對流實現(xiàn)。
[0015]在根據(jù)本發(fā)明的電池電芯的一種實施方式中規(guī)定，冷卻體具有槽，所述槽被設(shè)置和成形為與冷卻肋的數(shù)目和形狀互補，其中，所述冷卻肋在這些槽中與冷卻體接觸。因此，在電池電芯上設(shè)有多個冷卻肋的情況下，在冷卻體中也設(shè)有相應(yīng)數(shù)量的槽用于容納冷卻肋。由此，在各冷卻肋的縱向側(cè)面上實現(xiàn)了冷卻肋和冷卻體之間基本上平面的接觸以及在冷卻肋為矩形的實施方式中在其端面上也實現(xiàn)了冷卻肋和冷卻體之間平面的接觸，因此，實現(xiàn)了冷卻肋與冷卻體之間的最佳熱傳遞。在該實施方式中，電池電芯的冷卻通過冷卻肋與冷卻體之間的熱傳導實現(xiàn)，其中，通過電池電芯與冷卻體之間相對大的接觸面使熱量傳輸性能最優(yōu)化。
[0016]在此，電池電芯的殼體可以構(gòu)造為，它們在設(shè)置了冷卻肋的區(qū)域相對于其余殼體，熱量傳輸性能優(yōu)化。[0017]作為補充，提供了一種機動車輛，尤其是可電動馬達式驅(qū)動的機動車輛，其包括至少一個本發(fā)明的電池電芯和/或本發(fā)明的電池電芯模塊或本發(fā)明的電池，其中所述電池電芯或電池電芯模塊或電池與機動車輛的傳動系連接。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]參照附圖和下面的描述更加詳細地說明本發(fā)明的實施例。其中:
[0019]圖1示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的電池電芯模塊，
[0020]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的電池電芯的立體圖，
[0021]圖3示出了一個矩形冷卻肋的橫截面，
[0022]圖4示出了一個三角形冷卻肋的橫截面，以及
[0023]圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的電池的冷卻體。
【具體實施方式】
[0024]為了解釋現(xiàn)有技術(shù)已經(jīng)詳細討論了在圖1中示出的常用電池電芯模塊。
[0025]在圖2中示出了本發(fā)明的電池電芯I的立體圖，其基本上實施為棱柱形，從而其殼體2基本上形成一個具有六個基本為矩形的表面3的長方體形狀。在下表面3上，此處稱為底面4，設(shè)置多個冷卻肋11、12。這些冷卻肋可以實施為矩形冷卻肋11或三角形冷卻肋
12。冷卻肋11、12可以例如在殼體2的擠壓工藝過程中制造為殼體2的一體組成部分，或者也可以通過后續(xù)的焊接固定在底面4上。
[0026]在此，電池電芯I不局限于同時設(shè)置矩形冷卻肋11和三角冷卻肋12，而是可以規(guī)定在電池電芯I上僅設(shè)置矩形冷卻肋11或三角形冷卻肋12。但特別地，在電池電芯I的殼體2的底面4上提供矩形冷卻肋11和三角形冷卻肋12的組合，以補償可能的由制造引起的設(shè)置冷卻肋11、12以及相應(yīng)的槽21、22(如在圖5中所示的槽)的公差。
[0027]冷卻肋11、12允許殼體2進而電池電芯I的被動空氣冷卻。從而能夠?qū)崿F(xiàn)電池電芯I的優(yōu)化的熱量管理。不再強制性地需要冷卻元件例如其他的冷卻體用于冷卻電池電芯。這使得由電池電芯制造的電池電芯模塊或電池的成本降低且重量減輕。
[0028]在此，冷卻肋11、12的設(shè)置不局限于在殼體2的底面4，而是原則上可以設(shè)置在所述殼體2的任一表面3上。但是出于體積最小化的原因設(shè)置在底面4上。冷卻肋11、12沿著電池電芯I的縱向方向的定向同樣也不是本發(fā)明的電池電芯I的唯一變型，冷卻肋11、12也可以橫向于縱向方向延伸。
[0029]在圖3和圖4中示出了冷卻肋的不同橫截面。在圖3中示出了矩形冷卻肋11的剖面細節(jié)圖，其中可見的是，冷卻肋11的寬度B由冷卻肋11的從底面4起延伸的垂直側(cè)壁的間距限定。高度H由冷卻肋11的平行于底面4延伸的表面相對于底面4的最大距離限定。
[0030]在圖4中示出了三角形冷卻肋12的剖面細節(jié)圖，其中可見的是，該三角形冷卻肋12的寬度B通過冷卻肋12的側(cè)壁與殼體2的底面4的交點限定(或者說所述交點的間距)。三角形冷卻肋12的高度H通過三角形冷卻肋12的尖端到底面4的平面的距離限定。
[0031]在圖5中示出了冷卻板形式的冷卻體20，其具有多個在橫向方向上延伸的槽21、
22。這些槽可以構(gòu)造為矩形槽21或設(shè)計為三角形槽22。其形狀、尺寸和相對彼此的位置被構(gòu)造成使得電池電芯I的冷卻肋11、12可被容納在槽21、22中。也就是說，槽21、22在其形狀、尺寸以及相對彼此的位置方面與至少一個電池電芯I的冷卻肋互補。
[0032]在圖5中所示的冷卻體包括:并排設(shè)置的三角形槽22和并排設(shè)置的矩形槽21，其特別地可設(shè)計用于，在左側(cè)容納僅具有三角形冷卻肋12的電池電芯，在右側(cè)容納僅具有矩形冷卻肋11的電池電芯。槽21、22的尺寸和形狀優(yōu)選地被構(gòu)造為，其可基本上實現(xiàn)與冷卻肋11、12的形狀配合連接。
[0033]通過將冷卻肋11、12適配到冷卻體20的槽21、22中，可以提供一種未示出的電池,其包括至少一個本發(fā)明的電池電芯I以及在圖5中示出的冷卻體，其中電池電芯I的冷卻肋11、12被容納在冷卻體20的凹槽21、22中。由此達到，可以通過相對大的面，即底面4和冷卻肋11、12的所有與槽21、22接觸的面的總和，實現(xiàn)熱傳遞。這使得電池電芯的高效率、結(jié)構(gòu)以及制造技術(shù)上不復(fù)雜的調(diào)溫成為可能。
[0034]也就是說，根據(jù)本發(fā)明的電池電芯最優(yōu)地適用于靈活使用，即，基于冷卻肋的布置方式用于借助于對流進行熱傳遞以及在布置在冷卻體的冷卻肋上或冷卻肋中時用于借助于熱傳導進行熱傳遞。
[0035]除了最優(yōu)的調(diào)溫之外，將冷卻肋11、12布置在冷卻體20的槽21、22中還可以防止電池電芯I在冷卻體20上無意移動。
【權(quán)利要求】
1.電池電芯(1)，尤其是鋰離子電池電芯，其包括具有多個表面(3)的殼體(2)，其特征在于，在所述殼體(2)的至少一個表面(3)上設(shè)置有多個冷卻肋(11、12)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池電芯(1)，其特征在于，所述冷卻肋(11、12)的橫截面具有高度H和寬度B，并且高度H和寬度B滿足H≥B的比例關(guān)系。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的電池電芯(I)，其特征在于，所述冷卻肋(11)的橫截面形狀分別為矩形。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求1和2中任一項所述的電池電芯(I)，其特征在于，所述冷卻肋(12)的橫截面形狀分別為三角形。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的電池電芯(1)，其特征在于，所述冷卻肋(11、12)是所述殼體(2)的一體組成部分。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的電池電芯(1)，其特征在于，所述冷卻肋(11、12)與所述殼體(2)材料連接。
7.電池電芯模塊，其包括多個根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項所述的電池電芯(1)，其特征在于，所述電池電芯(I)被組合成一組，并且各個電池電芯(1)的設(shè)有冷卻肋(11、12)的表面(3)基本設(shè)置于一個平面中。
8.電池，其包括根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項所述的至少一個電池電芯(1)或根據(jù)權(quán)利要求7所述的電池電芯模塊，以及還包括一個冷卻體(20)，其特征在于，至少一個電池電芯（1)的冷卻肋(11、12)與所述冷卻體(20)直接機械式地接觸，使得熱量能夠從所述電池電芯(1)經(jīng)由所述冷卻肋(11、12)傳遞到所述冷卻體(20)上。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電池，其冷卻體(20)具有槽(21、22)，所述槽被設(shè)置和成形為與所述冷卻肋(11、12)的數(shù)目和形狀互補，其中，所述冷卻肋(11、12)在所述槽(21、22)中與所述冷卻體(20)接觸。
10.機動車輛，尤其是能電動馬達式驅(qū)動的機動車輛，其包括根據(jù)至少一個權(quán)利要求1至6任一項所述的電池電芯(1)和/或根據(jù)權(quán)利要求7所述的電池電芯模塊或根據(jù)權(quán)利要求8和9中任一項所述的電池,其中,所述電池電芯(1)或電池電芯模塊或電池與機動車輛的傳動系連接。
【文檔編號】H01M10/613GK103918121SQ201280039674
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2012年7月12日 優(yōu)先權(quán)日:2011年8月16日
【發(fā)明者】A·呂勒 申請人:羅伯特·博世有限公司, 三星Sdi株式會社