用于電池單池的模塊承載體及其制造方法以及電池模塊、電池組、電池和電池系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及用于電池單池的模塊承載體和用于制造模塊承載體的方法以及電池模塊、電池組、電池和電池系統(tǒng)。本發(fā)明還涉及具有所述模塊承載體、所述電池模塊、所述電池或所述電池系統(tǒng)的車輛特別是汽車比如電動汽車或混合動力汽車。
【背景技術(shù)】
[0002]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或鎳-金屬混合蓄電池的新式電池系統(tǒng)。
[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，從而它保護這些電池單池免受損傷。此外，電池模塊實現(xiàn)了對電池單池的機械的預(yù)壓緊，并提供了電絕緣。另外，電池模塊可以用于對電池單池調(diào)溫。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600Vo
[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0°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?zé)岽┩?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到例如10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。
[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)、油或水或液體混合物，作為調(diào)溫劑例如包括在調(diào)溫劑回路中的冷卻劑。
[0009]例如利用冷卻板來實現(xiàn)冷卻電池單池，在這些冷卻板上安裝著電池單池。在這些冷卻板中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)除了包括冷卻板或蒸發(fā)器和冷卻器外，還包括例如由塑料或金屬比如鋁構(gòu)成的軟管和/或管，用于連接冷卻板、蒸發(fā)器和/或冷卻器。
[0010]WO 2012/028927 A2公開了一種帶有電池組的電儲存裝置，其包括多個電池單池、一對端板和多個壓緊帶，其中，多個電池單池設(shè)置在一對端板之間，多個壓緊帶沿著多個電池單池在其頂面或底面上朝向，并分別固定在端板上，從而多個電池單池在一對端板之間壓緊。
[0011]為了改善電池模塊的功能，降低電池模塊的成本，因而需要改善模塊承載體和用于制造模塊承載體的方法。

【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:電池單池例如棱柱形電池單池能被簡單地保持住、得到保護和被壓緊。由此可以改善地滿足機械要求。此外，模塊承載體可以模塊化。由此可以簡化模塊承載體的結(jié)構(gòu)，減少模塊承載體的組件數(shù)量。還可以提高模塊承載體的多樣性和/或可變性。由此可以降低成本例如制造成本、倉儲成本、維護成本或維修成本，并保護資源。
[0013]有益地，電池單池包括單池底和單池頂蓋，第一容納區(qū)域借助第一承載機構(gòu)的第一側(cè)壁由用于引導(dǎo)單池底的在所述第一側(cè)壁上構(gòu)造的第一凸起例如側(cè)翼式凸起或齒式凸起和用于引導(dǎo)單池頂蓋的在所述第一側(cè)壁上與第一凸起間隔開地構(gòu)造的第二凸起例如側(cè)翼式凸起或齒式凸起構(gòu)成，第二容納區(qū)域可以借助第二承載機構(gòu)的第二側(cè)壁由用于引導(dǎo)單池底的在所述第二側(cè)壁上構(gòu)造的第三凸起例如側(cè)翼式凸起或齒式凸起和用于引導(dǎo)單池頂蓋的在所述第二側(cè)壁上與第三凸起間隔開地構(gòu)造的第四凸起例如側(cè)翼式凸起或齒式凸起構(gòu)成。這樣就能沿著兩側(cè)引導(dǎo)或保持住電池單池。由此能可靠地將電池單池固定在模塊承載體內(nèi)部。
[0014]有益地，電池單池包括設(shè)置在單池頂蓋上的單池接頭，第二凸起和第四凸起經(jīng)過構(gòu)造，從而它們與這些單池接頭可靠地間隔開，和/或，第二凸起和第四凸起經(jīng)過構(gòu)造，從而可靠地遮蓋住這些單池接頭。由此可以保證例如借助單池連接器可靠地安裝和/或可靠地連接多個電池單池。此外，對單池接頭和/或單池連接器的接觸可以得到防止，或者至少變得困難。
[0015]有益地，第一承載機構(gòu)和第二承載機構(gòu)可以構(gòu)造成型部，例如U形型部或擠壓成的型部。因而可以根據(jù)需求通過截斷“環(huán)形”型部來制得承載機構(gòu)。由此可以簡化對承載機構(gòu)的制造。還可以提高承載機構(gòu)的多樣性和/或可變性。由此可以降低成本。有益地，沿著第一空間方向的第一承載機構(gòu)的長度和第二承載機構(gòu)的長度可以適配于電池單池的在第一空間方向上的長度。由此可以根據(jù)電池單池的尺寸和數(shù)量來調(diào)整承載機構(gòu)。由此可以進一步降低成本。有益地，第一承載機構(gòu)和第二承載機構(gòu)可以由塑料和/或金屬例如鋁構(gòu)成。由此可以提高模塊承載體的耐用性和穩(wěn)固性。還可以簡化對模塊承載體的制造。
[0016]有益地，為了容納調(diào)溫劑，第一承載機構(gòu)可以包括沿著第一空間方向構(gòu)造的第一通道，第二承載機構(gòu)可以包括沿著第一空間方向構(gòu)造的第二通道，和/或，為了容納調(diào)溫劑，第一承載機構(gòu)可以包括沿著第一空間方向構(gòu)造的第三通道，第二承載機構(gòu)可以包括沿著第一空間方向構(gòu)造的第四通道。由此可以將對電池單池的調(diào)溫整合到模塊承載體中。由此可以在模塊承載體中對電池單池調(diào)溫(冷卻或加熱)。在此可以簡化模塊承載體和調(diào)溫機構(gòu)的結(jié)構(gòu)。此外，可以改善對模塊承載體的安裝空間的利用。
[0017]有益地，第一連接機構(gòu)可以包括第一連接通道，該第一連接通道可與第一通道和/或第二通道連接，且?guī)в械谝唤宇^，用于流入或流出調(diào)溫劑。由此可以通過第一連接機構(gòu)進行調(diào)溫劑的流入或流出。由此可以簡化承載機構(gòu)的結(jié)構(gòu)。還可以限制模塊承載體的組件數(shù)量。有益地，第一連接機構(gòu)可以包括第一續(xù)引通道，該第一續(xù)引通道可與第一通道和第二通道連接，用于續(xù)引調(diào)溫劑。由此可以便于調(diào)溫劑流經(jīng)模塊承載體。由此可以簡化承載機構(gòu)的結(jié)構(gòu)。還可以限制模塊承載體的組件數(shù)量。有益地，第一連接機構(gòu)可以包括第二續(xù)引通道，該第二續(xù)引通道可與第三通道和第四通道連接，用于續(xù)引調(diào)溫劑。由此可以進一步便于調(diào)溫劑流經(jīng)模塊承載體。有益地，第一連接機構(gòu)可以包括分別用于回饋調(diào)溫劑的可與第一通道和第三通道連接的第一回饋通道和可與第二通道和第四通道連接的第二回饋通道。由此可以進一步便于調(diào)溫劑流經(jīng)模塊承載體。有益地，第二連接機構(gòu)可以包括第二連接通道，第二連接通道可與第一通道或第二通道連接且?guī)в械诙宇^，用于流入或流出調(diào)溫劑。由此可以通過第二連接機構(gòu)進行調(diào)溫劑的流入或流出。由此可以簡化承載機構(gòu)的結(jié)構(gòu)。還可以限制模塊承載體的組件數(shù)量。有益地，第二連接機構(gòu)可以包括第三連接通道，第三連接通道可與第三通道或第四通道連接且?guī)в械谌宇^，用于流入或流出調(diào)溫劑。由此可以改善調(diào)溫劑經(jīng)由第二連接機構(gòu)流入或流出。由此可以簡化承載機構(gòu)的結(jié)構(gòu)。還可以限制模塊承載體的組件數(shù)量。有益地，模塊承載體可以包括第一連接機構(gòu)，該第一連接機構(gòu)包括可與第一通道和第三通道連接的第四連接通道且?guī)в械谒慕宇^，用于流入或流出調(diào)溫劑。由此可以通過第一連接機構(gòu)進行調(diào)溫劑的流入或流出。由此可以簡化連接機構(gòu)的結(jié)構(gòu)。有益地，模塊承載體可以包括第二連接機構(gòu)，該第二連接機構(gòu)包括可與第二通道和第四通道連接的第五連接通道且?guī)в械谖褰宇^，用于流入或流出調(diào)溫劑。由此可以通過第二連接機構(gòu)進行調(diào)溫劑的流入或流出。由此可以進一步簡化連接機構(gòu)的結(jié)構(gòu)。有益地，模塊承載體可以包括用于密封調(diào)溫劑回路的密封件。由此可以密封在通道、連接通道、續(xù)引通道和回饋通道之間的接口。
[0018]有益地，模塊承載體還可以包括底板，例如包括用于容納調(diào)溫劑的另一通道的底板，其中，第一連接機構(gòu)和第二連接機構(gòu)適當(dāng)?shù)嘏c該底板連接，從而該底板布置在第一承載機構(gòu)和第二承載機構(gòu)之間。由此可以進一步改善地滿足機械要求。還可以改善有時在模塊承載體內(nèi)對電池單池的調(diào)溫。
[0019]有益地，第一承載機構(gòu)、第二承載機構(gòu)、第一連接機構(gòu)和/或第二連接機構(gòu)可以包括用于固定模塊承載體的固定機構(gòu)例如固定孔。由此可以簡化對模塊承載體的安裝。
[0020]本發(fā)明提出一種電池模塊，其包括前述模塊承載體和前述電池單池。本發(fā)明提出一種電池組，其包括前述模塊承載體或前述電池模塊。本發(fā)明提出一種電池，其包括前述模塊承載體、前述電池模塊或前述電池組。本發(fā)明提出一種電池系統(tǒng)，其