加热的电池模块的制作方法

1.本发明涉及一种根据独立权利要求的前序部分所述的电池模块、用于运行该电池模块的方法以及该电池模块的应用。


背景技术：

2.在电动领域中的常见的电池包括多个电池单体，它们例如分组成单体堆垛（zellstapel）并且相互电连接。这种单体堆垛最后被插入到相应的电池壳体中。特别是在电池系统中快速输出或吸收能量的情况下，由于电池单体内的电化学转换过程，尤其是锂离子和锂聚合物电池单体明显变热。由电池单体形成的电池组的功率越高，相应的热量释放就越大，并且更加需要有效的主动热管理系统。
3.然而，除了有效地冷却电池单体之外，能够尤其在低于10℃的低温下加热单体的可能性也越来越重要，因为在该温度下仅能够有限地对所述单体充电，因为否则存在所谓的锂电镀的危险。如果要确保电池单体的全部能量吸收，那么需要主动加热电池单体，以便将电池单体置于足够高的温度水平。
4.目前，电池单体的调温通常通过用水-乙二醇-混合物进行液体调温来实现。在此，相应的流体被导引通过例如布置在由电池单体组成的堆垛之下的冷却元件的通道。该冷却元件是相应的冷却回路的组成部分。
5.与此相关地，由de 10 2015 010 925 a1 和de 10 2011 104 000 a1 公知的是，电池设有单体连接器单元和/或单体电压量取单元，其包括调温单元或者与这种单元处于导热的接触之中。


技术实现要素：

6.本发明涉及一种具有独立权利要求的特征部分的特征的电池模块、用于运行该电池模块的方法和该电池模块的应用。
7.因此，提供了一种电池模块，该电池模块具有多个电池单体（所述电池单体是指例如可重复充电的锂离子电池单体或锂聚合物电池单体）并且具有电阻加热元件。相应的电池单体包括电池单体壳体，所述电池单体壳体分别包括例如环绕的外周面以及底面和顶盖面。电池单体壳体的外周面和/或底面与电阻加热元件处于物理接触之中。
8.该措施的特别的优点在于，电阻加热元件在电池模块内比例如基于调温介质的流量的调温元件要求明显更少的结构空间。由于电阻加热元件与电池单体壳体的合适区域、如尤其是电池单体壳体的外周面或底面直接物理接触，电池单体壳体的决定性区域以及由此电池单体的决定性区域可以经受快速和有效的调温或加热。在此，尤其是电池单体的电极的有目的的加温（erw
ä
rmung）是重要的并且由此电池单体的外周面的加温是特别有效的。
9.本发明的其它有利的实施方式是从属权利要求的主题。
10.因此有利的是，电阻加热元件面状地、尤其以带或加热垫的形式实施。该实施方式
的优点在于，电池模块的一个或多个电池单体的较大的面区域可以经受均匀的加温。
11.此外有利的是，电阻加热元件在其纵向延伸范围上柔性地实施。因为原则上电池单体在运行中会周期性地经历体积变化，所以会发生相应的电池单体壳体的膨胀并且-在将尤其是面状的电阻元件紧固在电池单体壳体的表面上时-在电池单体壳体内产生机械应力。如果电阻加热元件在其纵向延伸范围上柔性地实施，则这可以一同实现（mitvollziehen）电池单体壳体的周期性的体积变化，而不从其表面脱离。
12.为此，电阻加热元件或者至少电阻加热元件的至少一个电阻导体可以波纹状地（gewellt）实施或者包括合适的环，使得在电阻加热元件被拉伸时，电阻加热元件的实施为环的区域的波纹状的区域用作柔性储备并且在电池单体的体积增大时从波纹状的或环状的状态至少部分地转变为平面的或拉伸的状态。
13.因此，进一步有利的是，电阻加热元件以加热垫的形式实施，该加热垫包括至少一个呈斜纹织物（diagonalgewebe）的形式的电阻加热导体。斜纹织物的优点在于，在其纵向拉伸时，尽管织物网眼变形，但能够柔性地跟随纵向伸展。
14.也有利的是，电阻加热元件粘接在多个电池单体的电池单体壳体的外部面上。该措施的优点在于电阻加热元件在至少一个电池单体的表面上的简单且有效的紧固。此外，通过粘接剂涂敷的层厚度可以实现电池单体堆垛的可能的制造公差的均衡化（egalisierung）。
15.此外，如果电阻加热元件的电阻导体例如以柔性电路板（也被称为柔性印刷电路（fpc）的形式或者以柔性的扁平电缆（也被称为柔性的扁平电缆（ffc）的形式来实施，则是有利的。
16.根据本发明的另一种有利的实施方式，所述电池模块的电池单体以电池单体堆垛的形式布置，其中，所述电池单体堆垛的电池单体借助于夹紧带位置固定地相对于彼此紧固。在此，电池模块的夹紧带可以实施为电阻加热元件或者包括该电阻加热元件。该实施方式的优点在于，不必为电池模块设置额外的新的构件，这导致电池模块的特别节省空间的实施方式。
17.根据本发明的一种特别有利的实施方式，电阻加热元件至少区段式地布置在电池模块的两个电池单体之间，所述电池单体彼此邻接并且是电池模块的电池单体堆垛的组成部分。这也能够实现相应的电池单体的大面积或者说外周面的加温并且因此能够实现相应的电池单体的特别有效的加温。
18.根据另一种有利的实施方式，电池模块的电池单体分别具有柱形的电池单体壳体。在这种情况下特别有利的是，所述电阻加热元件至少在很大程度上、尤其完全包围所述电池单体的外周面。这导致这种电池单体类型的电池单体的特别有效的加温。
19.一种用于运行根据本发明的电池模块的方法也是本发明的主题。在此，例如确定电池模块的真实温度并且与电池模块的额定温度相比较。此外检查，电池模块是刚好处于运行状态中还是处于静止状态中。如果电池模块处于运行状态中并且电池模块的当前的真实温度处于预先给定的额定温度以下，那么接通电池模块的电阻加热元件并且给电池模块的电池单体加温。
20.根据本发明的电池模块有利地应用在电动或部分电动运行的车辆中，例如电池电动车辆、燃料电池车辆、混合动力车辆或插入式混合动力车辆中，应用在用于厨房设备或家
庭设备的电池模块中以及应用在用于尤其是再生地产生的电能的固定式的存储器中。
附图说明
21.本发明的有利的实施方式在附图中示出并且在以下附图描述中详细描述。本发明示出：图1a至1d示出了根据本发明的第一实施方式的电池模块的变型方案的示意图，图2示出了根据本发明的第二实施方式的电池模块的示意图，图3示出了根据本发明的第三实施方式的电池模块的示意图，并且图4示意性示出用于运行根据第一、第二或第三实施方式的电池模块的方法的流程。
具体实施方式
22.在图1a至1d中示出了根据本发明的第一实施方式的电池模块的不同变型方案。电池模块10在未示出的壳体中包括电池单体堆垛12，该电池单体堆垛包括多个电池单体14。电池单体14例如具有棱柱形的电池单体壳体16并且形成电池单体堆垛12，其中电池单体14的电池单体壳体16分别以其大面积与相邻的电池单体14处于物理接触之中。电池单体14在其电池单体壳体16的顶盖面上具有电池单体端子18以及例如膨胀开口20和电解质填充开口22。棱柱形的电池单体壳体16分别具有外周面以及顶盖面和底面，所述外周面分别包括电池单体壳体16的垂直布置的限界面。
23.为了给电池单体堆垛12的电池单体14加温而此外设置有电阻加热元件30。该电阻加热元件例如实施成面状的并且例如可以以加热垫、柔性电路板（fcp）的形式或者作为包括柔性的扁平电缆（ffc）的载体膜来实施。
24.为了确保电池单体堆垛12的多个电池单体14的尽可能有效的加温，电阻加热元件30例如安装在电池单体堆垛12的外部面上，尤其是沿着其纵向方向安装在电池单体堆垛12的外部面上。电池模块10的这种变型方案在图1a中示出。
25.在此，电阻加热元件30例如可以粘接到电池单体堆垛12的电池单体14的电池单体壳体16上。在此，粘接剂层的层厚度有利地被如此确定，使得电池单体14在电池单体堆垛12内部的定位中的由制造引起的偏差得到补偿并且电阻加热元件30整面地与电池单体14的电池单体壳体16处于导热的接触之中。有利地，使用例如具有金属填料颗粒的导热的粘接剂作为粘接剂。电阻加热元件30例如可以布置在电池模块10的夹紧带24上方，如在图1a中所示，或者布置在夹紧带24下方，如在图1b中所示。
26.夹紧带24在此用于将电池单体14夹紧在电池单体堆垛12内部，以便实现电池单体14在电池单体堆垛12内部的位置固定的紧固。另一替代方案在于，设置两个电阻加热元件30，其中，一个定位在夹紧带24上方并且一个定位在夹紧带24下方。在图1c中示出了根据本发明的电池模块的这种变型方案。
27.如果能够基于电池单体堆垛12的结构放弃使用夹紧带24，那么-如在图1d中所示-电阻元件可以在很大程度上或者甚至完全遮盖电池单体堆垛12的侧面。替代地，可以如此实施在图1a至1d中示例性示出的、至少部分地遮盖电池单体堆垛12的仅仅一个大面积的电阻加热元件30，使得这些电阻加热元件部分地或完全地附加地遮盖电池单体堆垛12的端侧
或此外附加地也遮盖电池单体堆垛12的第二大面积。通过这种方式可以有效地防止在电池单体堆垛12的电池单体14内部出现热应力。
28.另一替代方案在于，将夹紧带24本身实施为电阻加热元件30。为此，该夹紧带可以要么自身实施为电阻加热元件30要么包含该电阻加热元件。为此，夹紧带24例如可以包含电阻导体，这些电阻导体连接到合适的外部电源上。
29.通常，电阻加热元件30连接到外部电源上或者与电池模块10的电池单体14处于导电接触之中。此外，电池模块10例如具有用于确定电池模块10内部的真实温度的温度测量单元。此外，设置有未示出的控制装置以用于运行电阻加热元件30，借助于该控制装置能够使电阻加热元件30运行或者也能够将其关断。
30.在图2中示出了根据本发明的电池模块的第二实施方式，其中相同的附图标记表示与图1a至1d中相同的结构组件。
31.在此，以俯视图示出了电池模块10。在该实施例中，电阻加热元件30带状地实施并且成之字形地分别围绕电池单体堆垛12的电池单体壳体16的外周面引导。在这种情况下，电阻加热元件30也与电池单体14的电池单体壳体16的大面积热接触。通过这种方式实现了电池单体14的还更好的热方面的加温。
32.在图3中示出了根据本发明的电池模块10的第三实施方式。在此，相同的附图标记表示与在前述附图中相同的结构组件。
33.根据第三实施方式的电池模块10包括多个电池单体14，这些电池单体分别具有柱形的电池单体壳体16。在这种情况下有利的是，设置一个或多个电阻加热元件30，所述电阻加热元件例如至少部分地、理想地完全包围相应柱形的电池单体壳体16的外周面。图3在此示例性地示出多个电池单体14的俯视图，其中，相应面状地实施的电阻加热元件30沿着电池单体14的柱形的电池单体壳体16的外周面与柱形的电池单体壳体16的表面轮廓适配地以波纹形式嵌入。这也能够实现在根据本发明的电池模块10内部的柱形的电池单体14的有效加温。
34.在图4中示意性地示出了用于运行根据本发明的电池模块的方法的流程。
35.在该运行方法的范围内，首先在第一步骤40中检查，相应的根据本发明的电池模块是处于运行状态还是处于静止状态。如果在第一步骤40中确定，电池模块处于静止状态，那么在预先给定的时间周期之后重复第一步骤40。如果例如由控制单元确定电池模块处于运行状态，那么在第二步骤42中检查电池模块的真实温度是否低于电池模块的预先给定的额定温度。如果不是这种情况，则在另一预先给定的等待时间之后重复第一步骤40。
36.如果在步骤42中确定，电池模块的真实温度处于预先给定的额定温度之下，则在第三步骤44中通过电阻加热元件的控制单元使该电阻加热元件运行并且引起电池模块的加温。在另一预先给定的持续时间之后，重新执行第三步骤44并且在确定电池模块的真实温度等于或高于预先给定的额定温度的情况下返回到第一步骤40。如果电池模块的温度继续低于电池模块的预先给定的额定温度，则在另一预先给定的持续时间之后再次重复第三步骤44。