CN102246340A

CN102246340A - 蓄能器

Info

Publication number: CN102246340A
Application number: CN2009801497127A
Authority: CN
Inventors: N.古纳; J.科尔斯特伦克; S.蒂尔曼
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2008-12-10
Filing date: 2009-12-03
Publication date: 2011-11-16
Also published as: EP2377194B1; US20110244299A1; KR20110100273A; EP2377194A1; DE102008061277A1; WO2010066637A1

Abstract

公开了一种具有下列特征的用于积蓄电能的、尤其是用于汽车的蓄能器（ESP1）。该蓄能器（ESP1）具有：带有扁平的电池体（ZK）的至少一个扁平型电池（Z1，Z2），该扁平的电池体（ZK）通过两个平行于电池体平面走向的基面（G11，G12，G21，G22）以及通过垂直于电池体平面（ZE）走向的第一侧面（ZB）和多个第二侧面（ZD）形成边界，所述第一侧面（ZB）和多个第二侧面（ZD）连接基面。此外，设置有带有冷却元件（KF）的冷却装置，该冷却元件（KF）与第一侧面（ZB）热耦合，以便通过侧面将热量从扁平型电池导散。为了改进散热，冷却装置此外还具有冷却板（KB），所述冷却板（KB）与至少一个扁平型电池的基面（G12，G21）之一热耦合。

Description

蓄能器

技术领域

本发明涉及一种具有冷却装置的用于积蓄电能的、尤其是用于汽车的蓄能器。

背景技术

原理决定地完全或者部分通过电能来驱动的车辆被称作混合动力车或电动车。带有混合驱动的汽车（也称作混合动力车）为了产生驱动功率例如具有内燃机和电机。在纯电动车的情况下，驱动功率单独地通过电机来提供。这两种车辆类型、即混合动力车和电动车的共同之处是必须提供和传输大量的电能。

电能的积蓄在此在蓄能器（尤其是电池组（Batterie））中进行，这些蓄能器大多数由多个单个的电池（Zell）构造。这样的电池例如可以是锂离子电池。电池在此包括“实际的”电池体（由避雷器金属膜、电极涂层和分离器构成的复合结构）、大多数被焊接到避雷器膜上的电池组极（接线片（Faehnchen）、接头）和包装。壳体除了小的开口之外被密封。在电池或电池体最终被封口之前，通过开口引入电解液。对于由电极堆或者“棱柱形的胶状卷绕（Jellyrole）”构造的锂离子电池，喜欢使用由薄的塑料膜和铝中间层构成的复合结构构成的膜包装。与刚性的金属壳体相比，该膜包装具有如下优点：使用较少的材料。该包装的体积和重量更小并且由此提高了电池的能量密度或者功率密度（W/L、Wh/L、W/kg、Wh/kg）。用于包装棱柱形电池的膜常常也称作咖啡袋（Coffee-Bag），因为与咖啡的包装类似的过程形成基础：层合膜（Laminatfolie）在真空下被密封，以便保持内部产品无水并且紧凑，而且防范（电解液的）气味（Aroma）的损耗。一般而言，在此并不涉及通过挤出吹塑制造的袋，而是涉及两个彼此熔合在一起的部分。可以发现密封接缝（Siegelnaehte）是侧向的，可能也在上部和在下部。作为密封接缝宽度的简便法则适用的是每一年使用寿命为1mm。对于具有10年使用寿命的要求的汽车应用，这样得到了直至10mm的密封接缝。通常，这些密封接缝侧向地折叠并且被安放于产品上，以便避免过大的体积损耗。对于各个电池，以这种方式实际上可以减小死体积。对于由彼此串联或并联连接的电池构成的蓄能器，连接技术取决于侧向接缝是否起破坏作用并且是否必须被考虑到蓄能器设计或电池组设计中。

如已经提及的那样，在用于汽车的蓄能器中，视功能（混合动力车或者电动车）而定在小的结构空间上需要高的功率密度和/或能量密度。这些要求尤其是利用已提及的锂离子蓄能器来实现。在此，在工作时通过高充电电流和放电电流在蓄能器的电池中形成热量。针对最佳功能和电池的长使用寿命而言，必须将该热量尽可能高效且均匀地通过电池的横截面导散到冷却装置。

现在参阅图1，其中示出了用于传统的蓄能器ESP0的冷却装置的结构。该冷却装置以将热量通过安置在电池Z0的扁平的侧（或者在棱柱形电池的情况下为基面）的冷却片（Kuehlblech）KB导出为内容。可是，电池具有与方向有关的不同的热传导。在面（X-Y）的方向上，发现通过处于电池内部的由铝和铜构成的电流避雷器进行高的热传导。垂直地（在面法线的方向上），明显降低热传导。电极涂层和电极之间的分离器明显更少地传导热。

电池Z0分别在右边和在左边被施加到冷却片KB上。在此，借助粘合连接实现稳定的、热传导的并且电绝缘的连接。冷却片KB在此承担热传导和稳定电池Z0的功能。

在传统的结构中，在电池中也存在热流WF（通过在电池Z0中从上向下走向的朝向与冷却片KB连接的冷却体KK的箭头来表征），该热流WF导致在电池底部ZB（不带密封接缝的电池下边）上的蓄热WST。

发明内容

本发明的任务现在在于给出一种用于提供蓄能器的有效可能性，通过该可能性可以使蓄能器中的热传导最优化并且防止蓄热。

本发明通过独立权利要求来解决。本发明的有利的扩展方案是从属权利要求的主题。

根据本发明的第一方面，用于积蓄电能的蓄能器包括带有扁平的电池体的至少一个扁平型电池（用于积蓄电能），该扁平的电池体通过两个平行于电池体平面走向的基面以及通过垂直于电池体平面走向的第一侧面和多个第二侧面形成边界，所述第一侧面和多个第二侧面连接基面。扁平型电池在此尤其是被设计为棱柱形的扁平型电池。在这种情况下，电池体可以具有基本上为棱柱形的构型。此外，蓄能器具有带有冷却元件的冷却装置，该冷却元件与第一侧面热耦合，以便通过该侧面将热量从扁平型电池导散。耦合在此尤其是扁平地进行，以便保证良好的散热。这样，热量从（通过第一侧面来实现的）电池底部被传导到冷却元件中并且从冷却元件被传导到冷却散热器（Kuehlsenke）中。由此使在热力学方面临界的部位上的热传导被最优化以及避免在类似的条件下在电池底部上形成热点（Hotspot）。

蓄能器在此尤其是适于在汽车中采用。

根据有利的扩展方案，蓄能器此外还具有导热的连接层，该导热的连接层被布置在第一侧面与冷却元件之间。该导热的连接层在此可以包括热传导的聚氨酯泡沫（PU泡沫）、热传导的GAP填充物（间隙填充物）、热垫（Thermo-Pad）、导热膏、热传导的泡沫材料或者双面粘合带。除了改进了冷却元件到第一侧面上的热耦合之外，尤其是可以在将软的材料（PU泡沫、泡沫材料）用作导热的连接层时可以实现电池体对冷却元件的机械去耦合，由此改进了扁平型电池的运行方式并且提高了使用寿命。

可考虑的是，至少一个扁平型电池的电池体具有围绕电池体的包装，该包装至少沿着第一侧面具有从电池体伸出（wegstehen）的连接段。该连接段也称作密封接缝并且在膜包装的扁平型电池的情况下得到，膜包装的扁平型电池也以俗名“咖啡袋”而公知。正好在使用膜包装的带有尤其是在第一侧面上的密封接缝的扁平型电池的情况下，有利的是使用导热的连接层。特别有利的是在此将软的材料用作导热的连接层，以便使密封接缝在机械方面尽可能少地承受应力。

“保护”连接段或密封接缝的另一可能性在于：冷却元件具有至少一个凹处或槽，用于容纳从第一侧面伸出的连接段。

为了进一步改进对蓄能器中的扁平型电池的冷却，冷却装置此外还具有冷却板，该冷却板与至少一个扁平型电池的基面之一热耦合。冷却板在此可以被构造为冷却鳍片（Kuehlfinne）或者冷却片。此外，冷却板可以与冷却元件相连。尤其是，为了固定地连接冷却元件和冷却板，可以设置夹紧连接、插塞连接、铆钉连接、螺旋连接或者焊接连接。

根据本发明的另一实施形式，蓄能器具有至少两个扁平型电池，所述至少两个扁平型电池分别在基面上与冷却板连接并且分别在第一侧面上与冷却元件连接。

相应的扁平型电池可以是锂离子电池，使得提供了锂离子蓄能器。

根据本发明的另一方面，提供了一种带有上面所提及的蓄能器或者其扩展方案和冷却体的蓄能器设备，所述冷却体用作用于冷却元件并且必要时冷却板的散热器，并且与冷却元件和/或冷却板相连。冷却体在此可以被构造为冷却剂，如被构造为水、被冷却的空心体。

根据本发明的另一方面，提供了带有上面所提及的蓄能器设备的汽车。尤其是在这种情况下，冷却体可以与车辆侧的制冷装置热连接或者由该制冷装置形成。

附图说明

在下文现在要参照附图更为详细地阐述本发明的示例性实施形式。其中：

图1示出了带有传统的冷却装置的蓄能器和结构的示意性侧面图示；

图2示出了带有传统的冷却装置和带有根据本发明的实施形式的冷却装置的蓄能器和结构的进行比较的示意性侧面图示；

图3示出了从图2中的箭头FA的观察方向上看图2中示出的带有根据本发明的实施形式的冷却装置的蓄能器的前视图；

图4示出了图3中所画出的小部分A的详细图示；

图5示出了根据本发明的实施形式的蓄能器和结构的另一示意性侧面图示；

图6示出了图5中所画出的小部分B的详细图示。

首先应注意的是，在下文相同的附图标记标明相同的部分。

具体实施方式

对于根据本发明的实施形式的蓄能器的原理结构，参阅图2至6。在此，用于积蓄电能的蓄能器ESP1具有两个棱柱形的扁平型电池Z1和Z2（例如锂离子电池），这两个棱柱形的扁平型电池Z1和Z2分别带有（扁平的）电池体ZK，所述电池体ZK通过两个平行于电池体平面走向的基面G11、G12或G21、G22以及通过垂直于电池体平面ZE走向的第一侧面ZB（电池底部）和多个第二侧面ZD（此处仅仅标明在电池的上部段上的侧面）形成边界，所述第一侧面ZB和多个第二侧面ZD连接基面。蓄能器ESP1的冷却装置包括冷却元件或冷却底座（Kuehlfuss）KF，该冷却底座KF与相应的电池底部ZB热耦合，以便通过电池底部ZB将热量从扁平型电池Z1和Z2导散。此外，设置有导热的连接层WLM，该导热的连接层WLM被布置在相应的电池底部ZB与冷却底座KF之间。冷却底座KF分别具有用于容纳密封接缝SN的凹处KA，这些密封接缝SN由于其膜包装而具有扁平型电池。

此外，冷却装置具有冷却片KB形式的冷却板，该冷却片KB与扁平型电池Z1和Z2的基面G12和G21之一热耦合。冷却片KB在此固定地与冷却底座KF相连。冷却体KK用作用于冷却底座KF和冷却片KB的散热器。

在图2至6中所示的本发明的实施形式中，构思在于：热量的导出除了冷却片KB（冷却板）之外还通过电池底部ZB（第一侧面）来进行。这利用冷却底座KF（作为冷却元件）来实现，该冷却底座KF通过在电池底部与冷却底座之间的（譬如由PU泡沫、GAP填充物、热垫、导热膏、薄泡沫材料、双面粘合带等等构成的）导热连接WLM被连接到冷却体KK上。针对电池的密封接缝SN（只要存在），在冷却底座中设置有相对应的凹处或相对应的空腔KA。

为了将冷却片KB固定地与（通过冷却体KK实现的）换热器接触并且为了进一步进行热传导，冷却片KB（如已经画出的那样）固定地与冷却底座KF相连（例如通过夹紧连接、插塞连接、铆钉连接、螺旋连接或者焊接连接）。冷却片（也称作冷却鳍片）常常包括两个部件，因为鳍片和冷却底座的形状远离铝压铸件的标准范围之外。

这样，热量从电池底部ZB被传导到冷却底座KF中并且从冷却底座被传导到冷却体KK中，而无需通过冷却片KB绕道。由此，在热力学方面临界的部位上的热传导被最优化以及避免在类似的条件下在电池下侧上形成热点。

尤其是在图3-6中示出了耦合电池的示意性结构。冷却底座的成形可以在此如其制造方法那样同样变化。除了例如挤压型材之外，可以考虑复合结构中的相对应弯曲的片和其他变型。

针对不同电池的密封接缝SN的变化的位置，必须考虑冷却底座在空腔的位置方面的变形。

Claims

1. 一种用于积蓄电能的、尤其是用于汽车的蓄能器（ESP1），其具有如下特征：

带有扁平的电池体（ZK）的至少一个扁平型电池（Z1，Z2），所述扁平的电池体（ZK）通过两个平行于电池体平面走向的基面（G11，G12）以及通过垂直于电池体平面（ZE）走向的第一侧面（ZB）和多个第二侧面（ZD）形成边界，所述第一侧面（ZB）和多个第二侧面（ZD）连接基面（G11，G12）；

带有冷却元件（KF）的冷却装置，该冷却元件（KF）与第一侧面（ZB）热耦合，以便通过侧面将热量从扁平型电池导散。

2. 根据权利要求1所述的蓄能器，其此外还具有导热的连接层（WLM），所述导热的连接层（WLM）被布置在第一侧面（ZB）和冷却元件（KF）之间。

3. 根据权利要求2所述的蓄能器，其中，导热的连接层（WLM）包括热传导的聚氨酯泡沫、热传导的GAP填充物、热垫、导热膏、热传导的泡沫材料或者双面粘合带。

4. 根据权利要求1至3之一所述的蓄能器，其中，所述至少一个扁平型电池（Z1）的电池体（ZK）具有围绕电池体的包装，该包装至少沿着第一侧面具有从电池体（ZK）伸出的连接段（SN）。

5. 根据权利要求4所述的蓄能器，其中，冷却元件（KF）具有至少一个凹处（KA），用于容纳从第一侧面伸出的连接段（SN）。

6. 根据权利要求1至5之一所述的蓄能器，其中，冷却装置此外还具有冷却板（KB），所述冷却板（KB）与所述至少一个扁平型电池的基面之一（G12）热耦合。

7. 根据权利要求6所述的蓄能器，其中，冷却板（KB）与冷却元件（KF）相连接。

8. 根据权利要求6至7之一所述的蓄能器，其具有至少两个扁平型电池（Z1，Z2），所述至少两个扁平型电池（Z1，Z2）分别利用基面（G12，G21）与冷却板（KB）相连接并且分别利用第一侧面（ZB）与冷却元件（KF）相连接。

9. 一种蓄能器设备，其具有根据上述权利要求之一所述的蓄能器（ESP1）和冷却体（KK），所述冷却体（KK）用作用于冷却元件（KF）和必要时冷却板（KB）的散热器并且与冷却元件和/或冷却板相连接。

10. 一种汽车，其具有根据权利要求9所述的蓄能器设备。