电池模块的制作方法

1.本公开涉及一种电池模块、包括多个电池模块的电池组(battery pack)、以及包括这样的电池模块或电池组的车辆，例如混合动力车辆或电动车辆。特别地，所述电池模块包括独立地密封并集成在所述电池模块的外表面中的多个热管。


背景技术：

2.随着电动车辆和混合动力车辆变得越来越流行，高能效车辆解决方案的发展类似地加速。确定车辆的能效的一个重要因素是车辆的重量，并且由于全电动车辆需要相对大的电池，因此对开发减轻重量的电池解决方案存在需求。
3.除了重量问题之外，电池的热管理也是重要的。电池系统通常包括用于控制电池的工作温度(即用于加热或冷却电池)以实现优选的工作温度的热管理装置。具有快速地调节电池的温度达到优选工作温度的热管理装置是有利的。由此，可以提高电池的效率和/或寿命。
4.因此，期望开发一种高效的电池系统以便实现能效更高的车辆。


技术实现要素：

5.通常，所公开的主题涉及一种电池模块，所述电池模块具有集成于其中的热管。通过将热管集成在电池模块中，可以实现到电池模块和/或从电池模块到储热器(即，散热器或冷穴(cold sink))的有效热传递。此外，在至少一些方面中，所述电池模块的热管理可以不太复杂，因为可以减少或甚至省略使用例如冷却板和/或管道，从而降低系统的重量。
6.根据本发明的至少第一方面，所述电池模块包括多个被配置成热连接到储热器的热管，所述热管被独立地密封并被集成在所述电池模块的外表面中，所述热管被配置成与导热元件物理接触地布置，以用于将热量传递到所述电池模块和/或从所述电池模块传递热量。所述热管被布置在所述电池模块的外表面中以有效地处理所述电池模块的热管理。优选地，所述多个热管至少部分地集成在所述电池模块的底表面中以与所述储热器有效地热传递。每个热管可以有利地是l形的。
7.所描述的电池模块的另外的优点是降低泄漏流体的风险和影响。热管是结合了热导率和相变两者的原理以在两个界面之间有效地传递热量的特定热传递装置，并且每个热管中的流体的量相对较小。由于高电压电池和相关的控制电路对水和其它导电流体敏感，有利的是，布置成最接近所述电池模块的热管理的部分构成所述多个热管，每个热管被独立地密封。
8.此外，所描述的电池模块可以降低组装复杂性，因为电池热管理的至少一部分被作为热管集成在所述电池模块中。因此，需要更少的部件来提供所述电池热管理，并且可以省略或减少用于冷却流体流的冷却板和/或管路，从而降低成本和重量以及简化车辆组件。
9.根据至少一个示例性实施例，所述多个热管被配置成与所述储热器流体分离。如上所述，由于降低泄漏流体的风险和影响，所述热管的独立密封是有利的。
10.根据至少一个示例性实施例，所述多个热管中的每个热管包括蒸发部分和冷凝部分，并且热传递流体设置在所述热管内部并且配置成经历相变以使得所述热传递流体在所述蒸发部分中蒸发并且在所述冷凝部分中冷凝。所述热传递流体在每个热管内的移动可包括利用毛细作用、离心力和/或重力将热传递流体作为液体从冷凝部分移动到蒸发部分。因此，所述电池模块被配置成例如通过在每个热管内提供毛细作用装置来诱发这种移动。
11.除了将热量传递到所述电池模块和/或从所述电池模块传递热量之外，所述热管可以根据至少一个示例性实施例被布置和配置成在所述电池模块中内部重新分布热量。这进一步改善了所述电池模块的热管理。根据至少一个示例性实施例，相应的蒸发部分布置在所述电池模块的外部部分中，并且相应的冷凝部分布置在所述电池模块的内部部分中，以便在所述外部部分和内部部分之间重新分布热量。
12.根据至少一个示例性实施例，所述电池模块包括彼此间隔开的多个电池元，以及布置在电池元间隔中的多个翅片。所述电池模块可进一步包括被布置在所述多个翅片中的多个翅片热管，所述翅片热管是独立密封的。因此，热量可在所述电池模块内重新分布。例如，热量可以从所述电池模块的内部到所述电池模块的外部重新分布和移除。根据一个替代的示例性实施例，集成在所述电池模块的外表面中的每个热管包括被配置成延伸到翅片中的翅片部分。因此，所述多个热管中的每一个热管被部分地集成在所述电池模块的外表面中，并且部分地延伸到所述电池模块中。
13.根据本发明的至少第二方面，提供了一种包括多个电池模块的电池组(battery pack)。所述电池组中的至少一个电池模块是根据本发明的第一方面的电池模块。所述电池组可进一步包括用于将热量传递到所述电池模块和/或从所述电池模块传递热量的储热器。可替代地，所述电池组包括导热元件，所述导热元件被布置和配置成与布置在所述电池组外部的储热器热接触。
14.根据至少一个示例性实施例，所述电池组包括用于支撑所述电池模块的中空板，所述电池模块的热管被配置成与所述中空板的外表面物理接触地布置，并且所述储热器形成在所述中空板中。因此，上述导热元件可以由所述中空板的外表面形成。所述电池组可包括保持所述电池模块的框架，以及可选地电池组盖，所述电池组盖封闭所述电池组的内部的电池模块。
15.根据本发明的至少第三方面，提供了一种车辆，所述车辆包括根据本发明的第一方面的电池模块或根据本发明的第二方面的电池组。所述车辆可以例如是混合动力车辆或电动车辆，例如全电动车辆。
附图说明
16.图1是包括根据本发明一个实施例的电池模块的电池组的车辆的示意图；
17.图2是根据本发明一个实施例的包括多个集成热管的电池模块的示意图；
18.图3是根据本发明的至少一个实施例所使用的典型热管的示意图；和
19.图4是根据本发明一个实施例的电池组的结构部件的示意图；
20.图5a是根据本发明一个实施例的电池模块的示意图；和
21.图5b是图5a的本发明的替代实施例的详细视图。
具体实施方式
22.现在将在下文中参考附图更全面地描述本发明，在附图中示出了本发明的当前优选实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实施，并且不应被解释为限于这里阐述的实施例。相反，提供这些实施例是为了透彻和完整，并将本发明的范围完全传达给技术人员。类似的附图标记在全文中指代类似的元件。
23.图1是被布置在车辆102中的电池组100的示意图，电池组100包括多个电池模块108。图1还示出了保持并支撑多个电池模块的框架106和底板104。底板104和框架106可以彼此集成在一起。电池模块108由主要位于电池组100下方的热管理装置110进行温度控制，这将在下面进一步描述。
24.图2示意性地示出了包括多个热管30的电池模块1。电池模块1通常包括被保持在电池模块1内的多个电池元(图5a中示出)。电池元(battery cells)例如可以是袋电池元(pouch cells)、圆柱电池元或棱柱电池元。在图2所示的实施例中，电池模块1被成形为长方体，其具有六个外表面(也称为平面表面、平面或侧面)，其中在图2中仅示出三个外表面3、5、7。当电池模块1被安装为车辆102中的其中一个电池模块108时，图2的电池模块1中面向上的外表面3在图1中是面向底面的表面3。因此，多个热管3被集成到电池模块1的是面向底面的表面3的外表面3中。热传递管30可例如焊接到电池模块1或电池模块壳体上。应注意，多个热管3可集成到电池模块1的多于一个外表面中以进一步改善电池的热管理。
25.暂时转向图3，图3示出了示例性热管131，其根据本发明可以使用在例如图2中的多个热管30中。热管131是结合了热导率和相变两者的原理以在两个界面170、172之间有效地传递热量的热传递装置。热管131是具有保持热传递流体的内腔132的密封管。内腔132由管壁包围。
26.在第一部分133中(其在图3中为蒸发部分133)，热管131被布置成接收来自热源174的热量，由此热传递流体经历相变以使得热传递流体在蒸发部分133中蒸发。热管131还包括第二部分135(其在图3中是冷凝部分135)，在第二部分中，热管131被布置成将热量释放到散热器176。因此，在冷凝部分135中，热传递流体经历相变以使得蒸发的热传递流体冷凝成液体。因此，布置在热管131内部的热传递流体适于或被配置成经历相变以使得热传递流体在蒸发部分133中蒸发和在冷凝部分135中冷凝。注意，热管131被布置成使得在热源174和散热器176切换位置的情况下，热管的第一部分133被转换成热传递流体在其中冷凝的冷凝部分，并且第二部分135被转换成热传递流体在其中蒸发的蒸发部分。
27.随着热传递流体在冷凝部分135处冷凝成液体，蒸发的热传递流体因此从蒸发部分133流到冷凝部分135，如箭头140所示。冷凝的热传递流体(液体)然后从冷凝部分135输送回到蒸发部分133，如箭头141所示。在蒸发部分133处，冷凝的热传递流体因从热源174接收热量而再次蒸发。冷凝的热传递流体通常被输送回到蒸发部分133靠近热管131的内壁。用于冷凝的热传递流体输送的驱动力可以例如是重力。但是，用于产生蒸发部分133与冷凝部分135之间的压力差的其它装置也在本发明的范围内。例如，热传递流体可以作为液体利用毛细作用或离心力从冷凝部分135输送到蒸发部分133。如果利用毛细作用，热管131通常配备有设置在热管131的内壁内部的芯部(wick)(包括箭头141的虚线区域)。压力差或驱动力可替代地通过电感应场实现。
28.因此，热管131在两端被密封，并且提供闭环的热传递装置，其中不包括用于使流
体流入热管131或从热管131流出的入口或出口。因此，热管131不流体流动地连接(fluidly connected)到任何入口通道或出口通道或流体流动分配通道。此外，热管131不流体流动地连接到储热器。热管131内的热传递流体的量可以例如是几毫升，例如约1ml到10ml。因此，即使图2中所示的多个热管30(例如10
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30个热管)被集成在电池模块1的外表面3中，热传递流体的总量仍远小于使用流体流用于电池模块的热传递管理的常规热传递管道系统中的热传递流体的总量。热传递流体可以例如是水或基于水的乙二醇流体。
29.回到图2，每个热管30被独立地密封(即，如参照图3的热管131所述在两端密封)。为了简单起见，现在将更详细地描述热管31中的一个，但是应当理解，热管31的特征和功能适用于图2中的多个热管30中的任何一个。更详细地，热管31是l形的，具有第一热管部分31a和第二热管部分31b，与第一热管部分31a相比，第二热管部分31b成大约90度的角度。第二热管部分31b大致沿着电池模块1的纵向轴线l(即，电池模块1的长度方向)延伸。第一热管部分31a和第二热管部分31b可以分别被称为第一热管支腿和第二热管支腿。代替如图2所示的l形热管，可以有利地使用s形热管(例如，被镜像设置并组合的两个l形热管)。
30.即便热管可以依据如参照图3所描绘的热源和散热器的位置用于冷却和加热目的，但是为了简单起见，图2的电池模块1是关于冷却电池模块1的任务并且然后具体地通过使用沿纵向轴线l居中地布置成与外表面3相邻的散热器76进行解释的。因而，热量将从主要在外表面3中居中地布置的电池模块部分2内的电池模块1传递开。在冷却所述电池模块1的过程中，电池模块1作为热源，并且热管30被配置成热连接到散热器。换句话说，热管30被布置和配置成与导热元件(这里是散热器76)或热连接到散热器76的任何元件(例如，热传递层76a或包括冷却流体流的导管的传导壁)物理接触，以用于从电池模块1传递热量。因此，可以通过与储热器76或提供热传递到储热器76/从储热器76传递热量的热传递层76a的物理接触来传递热量。
31.更具体地，当散热器76沿着纵向轴线l居中地布置时，来自电池模块1的周边的热传递特别有意思，为什么第一热管部分31a布置成包括热管31的蒸发部分。相应地，第二热管部分31b布置成包括热管31的冷凝部分。因此，通过将热量从电池模块1的周边经由热管31输送到沿着纵向轴线l居中地布置的散热器76，热量大部分地从电池模块1移除。因此，热管31还用于从电池模块1的周边到更居中布置的部分在内部重新分布热量。因而，除将热传递到电池模块1和/或从电池模块1传走热量外，热管31还可在电池模块1内传递热量。
32.在图2中，每个热管30是l形的并且对应于先前描述的热管31进行布置和配置。此外，热管30被布置成两排，第一排包括所述多个热管30的第一子组30a，第二排包括所述多个热管30的第二子组30b。第二行中的每个热管相对于第一行中的相应热管反转或旋转180度。因此，多个热管30被集成到电池模块1的外表面3中，使得相应的冷凝部分沿着居中布置的电池模块部分2居中地布置，并且相应的蒸发部分相对更靠近电池模块1的周边布置。换句话说，相应的蒸发部分布置在电池模块1的外部部分中，并且相应的冷凝部分布置在电池模块1的内部部分中，以便在外部部分和内部部分之间重新分布热量。因此，从垂直于电池模块1的外表面3的角度来看，冷凝部分通常布置在电池模块1和散热器76之间。由此，散热器76(例如包括冷却流体的散热器)的外表面(诸如顶表面)可以与电池模块1(或图1的电池模块108)的外表面3(诸如底表面3)直接接触，使电池模块1与散热器76之间的距离最小，并且使电池模块1的热管理特性改善。此外，部分2和热源76相对于电池模块1的中心对准是有
利的，因为它导致其中侧面碰撞对于电池模块1的两侧来说是相同的对称布置。
33.但是，应当注意，集成到电池模块1的外表面3中的所有热管30不需要同样地成形和形成。因此，根据至少一个实施例，至少两个热管的形状和形式彼此不同。此外，在图2中，每个热管30至少在平行于电池模块1的外表面3的几何平面中是l形的。但是，替代地，每个l形热传递管的一部分或支腿可以布置在所述几何平面中，并且l形热传递管的另一部分或支腿可以布置成垂直于所述几何平面，即布置到电池模块1中(见图5b)。
34.图4是示意性地示出了图1所示的电池组100的示例性实施例的分解图。电池组100包括例如由图2的电池模块1实现的多个电池模块108。从顶部到底部，图4示出了电池模块108、被独立地密封和集成在电池模块的底表面中的多个热管130、用于将电池模块108保持就位的框架106、以及具有被配置成支撑电池模块108并且与电池模块108接触的基本平坦的上表面的多个支撑板302。支撑板302可以与框架160集成以形成用于保持和支撑电池模块108的电池托盘。如图4所示，提供了用于将电池模块108保持就位的横向对准的细长分隔元件303。分隔元件303还增加刚度并改善车辆102的侧面碰撞保护。
35.支撑板302可以是中空板，并且如图4所示，支撑板302中的至少一个可以保持或包括储热器376，储热器376在这里实现为散热器376。散热器376可例如实现为流动冷却流体或冷却板。这种冷却流体或冷却板可进一步热量地和可能流体地连接到例如被集成到车辆底盘的底板中的辅助储热器或散热器304，其中系统中包括提供用于循环冷却流体的足够驱动力的泵。因此，支撑板302还可包括用于分布冷却流体的分布通道。分布通道可以设置成包括内部平行的分布通道的挤出铝夹层结构(extruded aluminum sandwich structure)。可替代地，支撑板302可形成车辆底盘的一部分，使得储热器集成在车辆底盘的底板中。
36.在图4中，电池模块108的热管130被布置成与导热元件物理接触，所述导热元件这里是中空板302的外表面302a，包括散热器376。已经参考图2解释了这种热接触的效果和特征，现在将在这里再次进行解释。同样如图4所示，多个热管130被配置成与散热器376流体地分离，因为多个热管130被独立地密封。也就是说，热管130被配置成热且非流体地(thermally and non
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fluidly connected)连接到散热器376。
37.应当注意的是，储热器(这里是散热器376)与热管130一起可以被称为电池模块108的热管理装置110。为了进一步改善储热器376与电池模块108之间的热接触，在中空板302的平坦上表面上优选地布置热界面材料(tim)。
38.图5是示意性地示出包括多个电池元410的电池模块408的示例性实施例的分解图，电池模块408例如由图2的电池模块1实现。电池元410彼此间隔开，并且在电池元间隔411中布置多个翅片412。由此，每个翅片412被布置在两个连续的电池元410之间的间隔411中。图5的电池模块408还包括布置在所述多个翅片412中的多个翅片热管460。多个翅片热管460因此布置在电池元间隔411中。如图5的示例性实施例中所示，翅片热管460以三排分布在电池模块的内部，第一排和第二排翅片热管460处于电池模块408的相应端部部分处，第三排翅片热管460布置在第一排与第二排翅片热管之间。应当注意的是，多个翅片热管460的除图5中所示之外的其它构造位于本发明的范围内。此外，所述多个翅片热管460可包括在每个第二或每个第三翅片412中。也就是说，不需要所述多个翅片412中的每一个都包括翅片热管460。
39.翅片热管460的功能等同于先前描述的热管的功能。因此，翅片热管460能以有效的方式在电池模块408内重新分布热量。翅片热管460中的每一个可以示例为图3的热管131。因此，翅片热管460中的每一个被独立地密封，并且包括蒸发部分和冷凝部分。例如，用于翅片热管460中的每一个的蒸发部分可以布置在电池模块408的第一表面408a(例如，顶表面408a)处，并且用于每个翅片热管460中的每一个的冷凝部分可布置在与第一表面408a相反布置的第二表面408b处，第二表面408b例如是电池模块408的底表面408b。在这样的实施例中，第二表面408b通常被布置和配置成与储热器(通常为散热器)热接触。
40.根据至少一个示例性实施例，所述多个翅片热管460构成第一组热管460，并且电池模块408还包括集成在热模块408的第二表面408b中的第二组热管430。第二组热管430因此与图2中的多个热管30相应地布置和配置。参照图2的热管30提及的任何实施例因此可应用于第二组热管430。
41.可替代地，第二组热管430中的每个热管流体地连接到第一组热管460中的对应热管。这种配置的示例性热管530在图5b中示出。这里，热管530至少部分地集成在电池模块408的第二表面408b中。此外，在这样的实施例中，热管530集成在电池模块408的外表面408b中，并且包括被布置成延伸到翅片412中的翅片部分560。因此，水平热管部分531(对应于第一组热管430)被布置和配置成沿着电池模块408的外表面408b重新分布热量，而竖直热管部分560(对应于第二组热管460)被布置和配置成在电池模块408内重新分布热量。
42.尽管已经参考本发明的特定示例性实施例描述了本发明，但是对于本领域技术人员来说，许多不同的改变、修改等将变得显而易见。此外，应当注意，系统的部件可以省略、互换或以各种方式布置，电池模块的热管和相关的热管理装置仍能够执行本发明的功能。例如，图1的热管理装置110的至少一部分可形成车辆102的底板的一部分，其又形成车辆底盘的一部分。对于这样的实施例，热管理装置110由此是附接有其他部件的车辆的主结构承载框架的一部分。车辆底盘也可以被称为车架。
43.本文所公开的热管可用于从电池模块移除热量(即，冷却)和将热量供应到电池模块(即，加热)的目的。在这两种情况下，热管的布置和配置有利地在电池模块内重新分布热量，并且向电池模块提供有效的热传递或从电池模块提供有效的热传递。因此，储热器是散热器(用于冷却)或热源(用于加热)。电池模块的加热在启动期间可能是有利的，或者当在冷的气候下工作时可能是有利的。此外，在所实现的热管与储热器之间可应用热界面材料(tim)以避免气隙。
44.应注意，与用于传递流体流的常规管道相比，每个热管相对较小。此外，由于每个热管被独立地密封或与其他热管流体地分离，因此热传递流体泄漏的热管损坏的影响相对有限。
45.另外，根据对附图、本公开和所附权利要求的研究，本领域技术人员可以理解和引起对所公开的实施例的变化。在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定词“一”或“一个”不排除多个。在相互不同的从属权利要求中记载了某些措施的仅仅事实并不表明这些措施的组合不能被有利地使用。