电池系统和包括该电池系统的电动车辆的制作方法

本公开的实施方式的方面涉及电池系统和包括该电池系统的电动车辆。

背景技术：

1、近来，已经开发了使用电力作为动力源的用于运输货物和人的车辆。电动车辆是由电动机使用存储在可再充电电池（或二次电池）中的能量持久地或暂时地推进的汽车。电动车辆可以仅由电池供电（所谓的电池电动车辆（bev）），或者可以包括电动机和例如常规内燃机的组合（所谓的插电式混合电动车辆（phev））。bev和phev使用高容量可再充电电池，其被设计为在持续的时间段内提供用于推进的电力。

2、通常，可再充电（或二次）电池单体包括电极组件，该电极组件包括正电极、负电极和插置在电极之间的隔膜。固体或液体电解质允许离子在电池单体的充电和放电期间移动。电极组件位于壳体（或壳）中，并且位于壳体外部的电极端子建立与电极的导电连接。常见的电池单体形式包括例如圆柱形、棱柱形和袋形。

3、电池模组由串联或并联连接在一起的多个电池单体形成（或包括串联或并联连接在一起的多个电池单体）。电池模组通过将多个电池单体的电极端子互连而形成，电池单体的数量和连接布置取决于期望的电量，以实现相对高功率的可再充电电池。

4、电池模组可以以块设计或模组化设计来构建。在块设计中，每个电池单体结合到公共集流体结构和公共单体管理单元并容纳在壳体中。在模组化设计中，多个电池单体连接在一起以形成子模组，并且若干子模组连接在一起以形成电池模组。在汽车应用中，电池系统可以包括串联连接在一起以提供期望电压的多个电池模组。

5、电池组是一组任意数量的（通常相同的）电池模组和/或单个（例如，单独的）电池单体。电池模组，或相应地，电池单体，可以以串联、并联或两者的混合的方式配置，以提供期望的电压、容量和/或功率密度。电池组的部件包括单独的电池模组和互连件，该互连件在电池模组之间提供导电性。

6、电池组的机械集成通过单独的部件之间（例如，电池模组之间以及电池模组与车辆的支撑结构之间）的适当机械连接来实现。这些连接应在电池系统的平均使用寿命期间保持功能和安全。此外，应满足安装空间和可互换性规范，特别是在移动应用中。

7、电池模组的机械集成可以通过提供载体框架并通过将电池模组定位在其上来实现。固定电池单体或电池模组可以通过框架中的配合凹陷或通过机械互连器（诸如螺栓或螺钉）来实现。在一些情况下，通过将侧板紧固到载体框架的侧面来限制电池模组。此外，盖板可以固定在电池模组的顶部和下方。

8、电池组的载体框架安装到车辆的承载结构。当电池组要固定在车辆的底部时，可以通过例如穿过电池组的载体框架的螺栓从底侧建立机械连接。框架通常由铝或铝合金制成，以减小构造的总重量。

9、传统的电池系统，不论任何模组化结构，通常都包括电池壳体，该电池壳体用作外壳以将电池系统相对于环境密封并且提供对电池系统的部件的结构保护。封装的电池系统通常作为整体（例如作为单个单元）安装到其应用环境中，诸如电动车辆。因此，更换有缺陷的系统部件，例如有缺陷的电池子模组，需要首先拆卸整个电池系统并去除其壳体。即使小型和/或廉价的系统部件的缺陷也会需要整个电池系统的拆卸和更换及其单独的修理。因为高容量电池系统昂贵、大且重，所以该工序是繁重的，并且例如在机械师车间中笨重的电池系统的存储是困难的。

10、主动或被动热管理系统可以被包括以提供电池组的热控制，从而通过有效地散发、排放和/或消散由其可再充电电池产生的热量来安全地使用至少一个电池模组。如果没有充分地进行热量散发、排放和/或消散，则各个电池单体之间可以出现温度偏差，使得至少一个电池模组可以不再产生期望的（或设计的）电量。另外，内部温度的升高会导致其中发生异常反应，因此，可再充电电池的充电和放电性能劣化，并且可再充电电池的寿命缩短。因此，用于有效地从电池单体散发、排放和/或消散热量的单体冷却是重要的。

11、单体组件的放热分解可能导致所谓的热失控。通常，热失控描述了因升高的温度而加速，进而释放出进一步升高温度的能量的过程。热失控发生在当温度的升高以导致温度的进一步升高的方式改变条件时的情况下，经常导致破坏性结果。在可再充电电池系统中，热失控与因温度升高而加速的强烈放热反应相关联。在热失控中，电池单体温度非常快地上升，并且存储的能量非常突然地释放。在极端情况下，热失控会导致电池单体爆炸并起火。在较小的情况下，热失控会导致电池单体不可修复地损坏。

12、当电池单体被加热到高于临界温度（例如，高于约150°c）时，电池单体会转变为热失控。通常，在低侧或高侧的安全区域之外的温度可能导致对电池单体的不可逆损坏，因此可能触发热失控。热失控也可能由于电池单体的内部或外部短路或电池维护不良而发生。例如，过充电或快速充电可能导致热失控。

13、在热失控期间，故障的电池单体可能达到超过约700°c的温度。此外，大量的热气从故障电池单体的内部通过单体壳体中的排气开口喷射到电池组中。排出的气体的主要成分是h2、co2、co、电解质蒸气和其他烃。因此，排出的气体是可燃的并且具有潜在的毒性。排出的气体还导致在电池组内部气体压力增大。在最坏的情况下，高温导致该过程扩散到相邻的单体并在电池组中着火。在这个阶段，火很难扑灭。

14、电池组的电池单体可以被布置成通过将电池单体堆叠到彼此上或者将电池单体布置成行并且将单体堆叠放置在单体堆叠框架内来形成单体堆叠。这种单体堆叠中的相邻电池单体可以经由单体隔离物彼此隔开（例如，彼此间隔开）。为了确保电池单体在其寿命内的最佳操作，参照（或预定）压力可以通过单体堆叠框架被施加到电池单体上，以补偿电池单体的可能的生产公差和膨胀。

15、当前的电池系统通常包括具有端板的单体堆叠框架，该端板在一些情况下经由端部隔离物以刚性线性压力特性或渐进弹性压力特性施加压力到单体堆叠上。这种刚性线性压力特性或渐进弹性压力特性可能易受长度或定位偏差的影响，因为小的位移可能导致施加在单体堆叠上的力的急剧增加或减小，这又会降低堆叠性能。为了减轻这种情况，必须满足非常精确且因此昂贵的生产公差，或者必须实施在组装期间经由端板的定位来调节单体堆叠预紧力的其他昂贵且复杂的方式。这种单体堆叠框架可能不能确保在单体堆叠的整个寿命期间将适量的压力施加到单体堆叠。

技术实现思路

1、根据本技术的实施方式，提供了一种电池系统，其确保了在电池单体的整个寿命期间用于电池单体的最佳操作的合适的压力条件以及温度。

2、本公开由所附权利要求及其等同物限定。以下描述受限于此限制。位于权利要求及其等同物的范围之外的任何公开旨在用于说明以及比较目的。

3、根据本公开的实施方式，一种电池系统包括：多个电池单体，布置成单体堆叠；单体堆叠框架，容纳单体堆叠并在单体堆叠上施加压力；以及冷却结构，包括分别布置在电池单体中的相邻电池单体之间的多个冷却板。每个冷却板包括两个板元件，其间具有用于冷却剂流过的冷却室和布置在冷却室内部的压缩结构。压缩结构被配置成使得其响应于作用在冷却板的板元件上的压缩力而塑性变形。

4、根据本公开的实施方式，冷却结构还包括弯曲的连接元件，该弯曲的连接元件绕（或围绕）电池单体的端侧面延伸并且将冷却板中的相邻冷却板互连，使得冷却结构具有蜿蜒形式。

5、根据本公开的实施方式，单体堆叠框架包括在单体堆叠上施加压力的端板。

6、根据本公开的实施方式，端板在其面向冷却板中的最外面一个冷却板的内侧面处与最外面的冷却板的相邻侧面对应地成形。

7、根据本公开的实施方式，冷却结构还包括布置在单体堆叠的第一端处的流体入口元件和布置在单体堆叠的第二端处的流体出口元件。冷却结构配置成用于使冷却剂从流体入口元件流过冷却板的冷却室并流出流体出口元件。

8、根据本公开的实施方式，冷却板是挤出板。

9、根据本公开的实施方式，冷却板由铝制成。

10、根据本公开的实施方式，压缩结构包括分布在两个板元件的内表面上并在两个板元件之间延伸的多个支撑架。

11、根据本公开的实施方式，压缩结构包括以下中的一个或多个：具有矩形横截面的压缩元件、具有瓶颈形横截面的压缩元件、具有半圆形横截面的压缩元件、具有帐篷形横截面的压缩元件、具有菱形横截面的压缩元件、具有带有圆形端部的菱形横截面的压缩元件。

12、本公开的又一实施方式提供了一种电动车辆，包括如上所述的电池系统。

13、可以从以下描述中获知本公开的其他方面、特征和实施方式。