電池模塊的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及根據(jù)獨立權(quán)利要求的前序部分所述的電池模塊及其應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]具有高的電功率輸出容量的電池組獲得越來越多的重要性。新生代的電池組以所謂的鋰離子電池組的形式實施。在此重要的是，為保證這種電池組的安全和功能，包含在電池組中的各個電池單池在預(yù)先規(guī)定的溫度范圍內(nèi)運行。這樣僅在相應(yīng)的電池單池運行期間就已經(jīng)形成焦耳熱形式的廢熱，這種廢熱由于電池單池中流動的電流和電池單池的內(nèi)電阻而形成，以及此外由于電池單池中的可逆化學(xué)過程也形成熱。所形成的熱被從電池單池排出，以避免電池單池的發(fā)熱超過臨界的運行溫度。這在相應(yīng)的熱管理系統(tǒng)基礎(chǔ)上進行，所述熱管理系統(tǒng)的設(shè)計一般以負(fù)荷周期為基礎(chǔ)進行，從而電池單池內(nèi)的溫度上升在已知的熱邊緣條件情況下可以被預(yù)報。
[0003]在一種常見的實施方式中，相應(yīng)的電池單池或相應(yīng)的由電池單池構(gòu)造的電池模塊通過相應(yīng)電池單池的各自底面散熱。為此例如相應(yīng)電池模塊的安裝在流體通流的板上進行，所述板根據(jù)所要求的冷卻功率的效率被施加水/乙二醇混合物或沸點低的冷卻劑。在此缺點是，提供冷卻所需部件方面的設(shè)備成本提高并且此外經(jīng)由其從電池單池向流體通流的板中傳送熱的面積比較小。此外，由于冷卻系統(tǒng)中的不密封性可導(dǎo)致安全風(fēng)險。
[0004]與此相關(guān)地，由US 2005/0064280 Al已知一種包括大量棒狀電池模塊的電蓄能器，這些電池模塊垂直于其縱向地利用氣流形式的冷卻流體被冷卻。在此尤其是規(guī)定，各個電池模塊在冷卻流體的流動方向上彼此以增大的距離布置，從而垂直于流動的冷卻流體形成更有效的冷卻截面。按照這種方式應(yīng)達到各電池模塊中存在溫度的平衡。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的優(yōu)點
[0006]與此不同地，本發(fā)明涉及具有獨立權(quán)利要求的特征性特征的電池模塊及其應(yīng)用。按照這種方式，可以有效避免現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點。
[0007]這尤其是通過如下方式得以實現(xiàn)，即在電池模塊內(nèi)布置多個電池單池，從而至少部分繞流電池單池的冷卻劑被這樣引導(dǎo)，使得在電池模塊內(nèi)的冷卻劑的流動方向上的總流動截面變小。按照這種方式，在冷卻劑進入到電池模塊中的區(qū)域中，由于在那里存在的比較大的電池單池之間的流動截面而實現(xiàn)比較低的流動速度并由此造成比較差的熱過渡以及由此造成單池中形成的熱的比較差的排出。
[0008]但這種由于低的流動速度而造成的低的吸熱能力通過在進入的冷卻劑與在冷卻劑進口區(qū)域中定位的電池單池之間的較大溫度差而得到補償，從而保證了在電池模塊的進口區(qū)域中的電池單池的足夠冷卻或加熱形式的足夠溫度控制。
[0009]而在冷卻劑從電池模塊出來的區(qū)域中，由于電池模塊的電池單池之間的冷卻劑在那里存在的變小的總流動截面，出現(xiàn)更高的流動速度以及因此向冷卻劑的冷卻劑更好的熱過渡。因為在電池模塊的該區(qū)域中，在電池模塊中流動的冷卻劑與進入電池模塊中的冷卻劑的進入溫度相比已經(jīng)具有提高的溫度，所以保證了冷卻劑在進入到電池模塊中的進口區(qū)域中以及在冷卻劑從電池膜出來的出口區(qū)域中的可比較的溫度控制作用。按照這種方式，在大量的電池單池情況下，例如經(jīng)過所有存在的電池單池，也可以確保足夠的溫度控制。
[0010]本發(fā)明的其他實施方式是從屬權(quán)利要求的主題。
[0011]因此有利的是，在電池模塊的電池單池之間的用于冷卻劑的流動截面尤其是線性或指數(shù)地連續(xù)變窄。因為在流動截面階梯狀變窄時考慮到冷卻劑在階梯區(qū)域中的渦流以及因此冷卻劑的不利的流動剖面圖，所以通過流動截面的連續(xù)變小或變窄考慮到冷卻劑的更好的溫度控制作用。
[0012]此外有利的是，電池單池在電池模塊內(nèi)被布置為，使得其大面積基本上平行于冷卻劑在電池模塊內(nèi)的流動方向定向。通過這種布置，冷卻劑在電池模塊內(nèi)基本上沿各個電池單池的大面積流動，由此可以實現(xiàn)層狀的流動特性和尤其是為熱過渡提供盡可能大的面積。
[0013]依據(jù)另一種有利的實施方式，冷卻劑在電池模塊內(nèi)通過多個流動通道引導(dǎo)，其中在電池模塊朝向冷卻劑進口的區(qū)域中的流動通道的數(shù)量大于在電池模塊朝向冷卻劑出口的區(qū)域中的流動通道的數(shù)量。按照這種方式實現(xiàn)了，在冷卻劑進入電池模塊中的進口區(qū)域中由于更大數(shù)量的流動通道而存在冷卻劑的總計更大的總流動截面并因此冷卻劑的比較低的流動速度。
[0014]但在電池模塊的用于冷卻劑的出口區(qū)域中，由于更少數(shù)量的流動通道(在通道的幾何尺寸相同的情況下)，存在冷卻劑的總計比較小的總流動截面，由此在電池模塊的用于冷卻劑的出口區(qū)域中產(chǎn)生冷卻劑的更高的流動速度。
[0015]根據(jù)另一種有利的實施方式，電池模塊的流動通道至少部分地通過電池單池的外殼區(qū)域形成或限制。按照這種方式保證了從各自的電池單池的內(nèi)部穿過外殼壁向各自的流動通道中并因此向冷卻劑的直接熱傳遞。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的一種特別有利的實施方式，設(shè)置至少兩組平行布置的用于冷卻劑的流動通道，這些流動通道相繼布置在冷卻劑的流動方向上，其中在兩組平行布置的用于冷卻劑的流動通道之間存在混合區(qū)域，該混合區(qū)域允許通過平行布置的用于冷卻劑的第一組流動通道的不同流動通道的冷卻劑在其進入到平行布置的用于冷卻劑的第二組流動通道的流動通道之前進行混合。
[0017]此外有利的是，設(shè)置三組或更多組平行布置的用于冷卻劑的流動通道，其中在冷卻劑的流動方向上，分別在用于冷卻劑的平行布置的兩個相鄰組的流動通道之間存在冷卻劑的混合區(qū)域，其中各自混合區(qū)域的各自流動截面在冷卻劑的流動方向上從電池模塊的冷卻劑入口側(cè)的區(qū)域向電池模塊的冷卻劑出口側(cè)的區(qū)域優(yōu)選逐步變小。
[0018]特別有利地，根據(jù)本發(fā)明的電池模塊可以在鋰離子電池、鋰硫電池或鋰空氣電池中使用，并且這些電池又在混合動力汽車或電動汽車中或者在中間儲存電能范圍中的靜態(tài)電池用途、例如在光伏或風(fēng)能用途中使用。
[0019]本發(fā)明的其他優(yōu)點、特征和細節(jié)從后面的描述中得出，其中參照附圖詳細描述本發(fā)明的實施例。在此，在權(quán)利要求書和說明書中提及的特征分別單獨地或以任意的組合形式對于本發(fā)明是重要的。功能類似的或相同的構(gòu)件或部件在所有附圖中配備有相同的附圖不己O
【附圖說明】
[0020]本發(fā)明的有利實施方式是附圖和后面的附圖描述的主題。其中:
[0021]圖1示出根據(jù)本發(fā)明第一實施方式的電池模塊的示意圖；
[0022]圖2示出根據(jù)本發(fā)明第二實施方式的電池模塊的示意圖；
[0023]圖3示出根據(jù)本發(fā)明第三實施方式的電池模塊的示意圖；以及
[0024]圖4示出根據(jù)本發(fā)明第四實施方式的電池模塊的示意圖。
【具體實施方式】
[0025]在圖1中繪出電池模塊10，其例如包括多個電池單池12a、12b、12c。電池單池12a、12b、12c分別具有兩個電池接線端14a、14b，電池單池12a、12b、12c通過它們電接觸。電池單池12a、12b、12c例如以圓柱形實施方式、棱柱形實施方式或作為所謂的Pouch-Cell (袋裝電池)存在。此外，電池單池12a、12b、12c在電池模塊10內(nèi)以適當(dāng)?shù)男问较嗷ゲ⒙?lián)或串聯(lián)。因為無論是在充電過程中還是在放電過程中都有熱量被釋放并且相應(yīng)的電池單池12a、12b、12c應(yīng)當(dāng)在確定的溫度窗中運行以便不危害其耐久性，所以對電池模塊10的電池單池12a、12b、12c以適當(dāng)?shù)姆绞竭M行溫度控制。
[0026]溫度控制的概念在此包括電池單池12a、12b、12c的適當(dāng)冷卻以及——在低的運行溫度時——適當(dāng)?shù)募訜?。為保證電池單池12a、12b、12c的有效溫度控制，這些電池單池優(yōu)選與冷卻劑直接接觸，所述冷卻劑例如至少部分地繞流電池單池12a、12b、12c的外殼。
[0027]作為冷卻劑既適用氣態(tài)介質(zhì)，例如像空氣或合成氣體如氮和二氧化碳，也適用液態(tài)冷卻劑，例如像在汽車空調(diào)設(shè)備中使用的或者水或二甘醇混合物。
[0028]電池模塊10因此包括冷卻劑16的進口以及冷卻劑18的出口。冷卻劑的流動方向通過箭頭表示。電池模塊10此外包括在電池模塊10的進口側(cè)區(qū)域中定位的第一電池單池12a。電池模塊10此外包括第二電池單池12b，其同樣通過冷卻劑進行溫度控制并且相對于第一電池單池12a在冷卻劑的流動方向上設(shè)置定位在其后面。電池模塊10此外例如包括第三電池單池12c，其同樣通過冷卻劑進行溫度控制并且在冷卻劑的流動方向上例如設(shè)置定位在第一電池單池12a和第二電池單池12b的后面。
[0029]如果由冷卻劑在流動方向上相繼地環(huán)繞沖洗多個電池單池12a、12b、12c，那么對在冷卻劑的流動方向上布置在第二電池單池12b上游的第一電池單池12a的溫度控制作用更強。這所基于的是，通過第一電池單池12a的溫度控制冷卻劑的溫度變化已經(jīng)出現(xiàn)，從而設(shè)置定位在第一電池單池12a后面的第二電池單池12b在冷卻劑的流動方向上受到較小的溫度控制作用。為應(yīng)對該問題，本發(fā)明所基于的構(gòu)思是，通過如下方式改善對在冷卻劑的流動方向上設(shè)置定位在第一電池單池12a后面的第二或第三電池單池12b、12c的溫度控制，即與冷卻劑在第一電池單池12a區(qū)域中的流動速度相比，提高冷卻劑在第二或第三電池單池12b、12c區(qū)域中的速度。
[0030]第一電池單池12a的溫度控制例如通過分別定位在兩個第一電池單池12a之間的第一冷卻劑通道20a進行。第一冷卻劑通道20a在此例如至少部分地通過第一電池單池12a的外殼區(qū)域被限制或構(gòu)成。第一冷卻劑通道20a在此由冷卻劑在其進入到電池模塊10中之后基本上平行通流。冷卻劑的流動方向因此基本上垂直于第一電池單池12a的行布置延伸。此外，