电池装置的制作方法

1.本发明涉及一种电池装置。电池装置包括：壳体和布置在其中的至少一个圆形电池单元或包括多个圆形电池单元的模块，以及通道。


背景技术：

2.电池单元是电存储器，该电存储器例如在机动车中用于存储电能。尤其地，例如机动车具有用于驱动机动车的电机，其中，电机能够通过存储在电池单元中的电能被驱动。
3.例如已知具有液体电解质或固体电解质(固体蓄电池)的电池单元。
4.模块尤其包括一个电池单元或彼此串联或并联电连接的多个电池单元。各个单独的模块可以彼此串联或并联地电连接。电池装置包括至少一个模块或者必要时包括多个模块。
5.在电池装置的开发中，首要目标是将电池单元的体积设计得尽可能大并且将包围电池单元的壳体设计得尽可能小，其中必须忍受住没有起火和短路的全部的机械负荷情况。
6.为了实现最大的功率密度和能量密度，结构部件必须以节省空间的方式并且尽可能没有冗余地设计。同时，除了用于电池单元的安装空间外，在壳体内还必须为电线和控制器留出足够的安装空间。
7.主要驱动因素是z方向尺寸链(即沿机动车的垂直方向)，该z方向尺寸链由于车辆地板中的高结构的电池系统而不可避免地大量堆积。在此重要的是，在不忽视或降低现有要求的情况下尽可能减小电池装置的z方向尺寸、即高度。在此，除了更好的行驶动力学和更好的流动阻力，上车这一主题也是动机(例如包容能力)。
8.在此，尤其要将用于外部碰撞情况(例如桩碰撞侧)的负荷路径直接移到或集成到模块的壳体中，从而例如为电池单元提供更多的安装空间。
9.由us 8,944,198 b2已知一种用于机动车的电池的排气系统。排气系统包括风扇，在发生碰撞时运行该风扇以便从电池中排出气体。


技术实现要素：

10.本发明所要解决的技术问题在于，至少部分解决现有技术中存在的问题。尤其要建议一种电池装置，通过该电池装置能够实现尽可能有效率地利用可用的安装空间。
11.所述技术问题通过具有根据权利要求1的特征的电池装置解决。有利的扩展设计是从属权利要求的技术方案。在说明书中单独提及的特征能够以技术上有意义的方式相互结合并且可以通过说明书中的解释性事实和/或附图中的细节补充，其中示出本发明的其它实施变型。
12.在此建议一种电池装置，其至少包括
13.·
壳体和布置在其中的
14.·
至少一个圆形电池单元，其从底座区域开始以圆柱形的电池单元主体沿着纵轴
线延伸至头部区域并且在该头部区域上具有沿纵轴线的方向相对于头部区域端面突出的圆形电池单元头部，以及
15.·
第一通道，其从入口穿过所述壳体延伸至出口。
16.第一通道具有至少一个开口，所述圆形电池单元头部穿过该开口延伸到第一通道中，使得通过圆形电池单元头部将所述至少一个圆形电池单元的气体排除到第一通道中。
17.尤其地，电池装置的至少一个电池单元在此用作承载部件。因此在碰撞情况下，碰撞能量可以通过至少一个电池单元的变形来耗散。
18.至少一个圆形电池单元、优选多个圆形电池单元、特别优选多个分别包括多个圆形电池单元的模块布置在电池装置的壳体中。在此，圆形电池单元尤其以尽可能高的堆积密度布置在壳体中。
19.圆形电池单元尤其从底座区域开始沿着纵轴线以圆柱形的电池单元主体延伸至头部区域并且在该头部区域上具有沿纵轴线的方向相对于头部区域端面突出的圆形电池单元头部。电池单元主体由多层电极片(阳极和阴极)以及隔板构成。尤其地，这些层和隔板首先堆叠地布置并且随后围绕纵轴线彼此绕卷，从而构成基本上呈圆柱形的电池单元主体。
20.尤其地，电池单元主体沿着纵轴线具有恒定的横截面，因此底座区域端面和头部区域端面尤其具有相同的尺寸。
21.圆形电池单元在头部区域上具有圆形电池单元头部。尤其地，该圆形电池单元头部横向于纵轴线具有比电池单元主体或头部区域端面更小的横截面。尤其地，圆形电池单元头部相对于头部区域端面或电池单元主体或纵轴线基本上同中心地布置。
22.在损坏或碰撞情况下，圆形电池单元的成分、例如气体和/或电解质残留物通过圆形电池单元头部从圆形电池单元排出。
23.第一通道尤其也布置在壳体中。第一通道具有尤其用于布置在其上的每个圆形电池单元的开口(或者说尤其对于布置在其上的每个圆形电池单元，第一通道都具有开口)，相应的圆形电池单元头部通过该开口延伸到第一通道中。通过相应的圆形电池单元头部可以将圆形电池单元的成分排出到第一通道中，从而这些成分不会逸出到壳体中并且损坏位于壳体中的其它圆形电池单元。
24.至少一个圆形电池单元可以立式或卧式地或以其它安装位置布置在电池装置中并且因此在电池装置的运行中相对于环境(尤其相对于重力的方向)布置。
25.尤其地，在头部区域端面和第一通道之间布置有导热材料。尤其地，该导热材料使得热量能够特别好地从圆形电池单元排出至第一通道或排出至流过第一通道的冷却介质。
26.尤其地，通过导热材料将整个头部区域端面、必要时不包括延伸穿过开口的圆形电池单元头部与第一通道导热地连接。尤其地，通过整个头部区域(即头部区域端面和圆形电池单元头部)将热量排出给第一通道。
27.尤其地，开口通过导热材料相对于壳体例如流体密封地或气密地密封。即，通过导热材料尤其实现将布置在第一通道内的体积相对于布置在壳体内但在第一通道和相应的圆形电池单元之外的体积隔开。
28.尤其地，底座区域与第二通道导热地连接。尤其地，底座区域也尤其尽可能大面积地通过导热材料或所述导热材料与第二通道连接。
29.第二通道尤其也具有入口和出口。尤其地，第二通道由冷却剂加载。
30.尤其地，圆形电池单元具有沿着纵轴线延伸的绕卷心轴，其中，绕卷心轴与圆形电池单元头部导热地连接。尤其地，绕卷心轴必要时还与圆形电池单元的底座区域导热地连接。尤其可以通过绕卷心轴将热量从圆形电池单元有效地排出，尤其排出至流过第一通道或第二通道的冷却介质。
31.尤其地，开口通过膜关闭，其中，在将圆形电池单元的气体排除到第一通道中的情况下，膜能够被挤压并且能够至少部分地被破坏。
32.电池装置尤其至少包括多个圆形电池单元，其中，所述多个圆形电池单元彼此相邻布置并且每个圆形电池单元以圆形电池单元头部通过相应的开口延伸到第一通道中。
33.尤其地，在电池装置的运行中，第一通道、必要时还有第二通道由冷却介质(例如冷却液)加载。在电池装置的运行中，通过冷却介质可以将热量从壳体排出或者对圆形电池单元调温。
34.尤其地在此建议，第一通道一方面用于对至少一个圆形电池单元进行冷却或调温，并且另一方面用于将圆形电池单元的在碰撞情况下可能从圆形电池单元逸出的成分排出。
35.即，尤其建议了用于圆形电池单元的组合式冷却和除气系统。在该系统中，封闭的冷却系统、即第一通道用于在一个或多个圆形电池单元的损坏情况下将产生的热气体定向地并且封闭地朝向环境导引并且最终安全地排出到环境中。因此这尤其涉及两个系统的功能集成，由此除了安全性好处之外还额外产生重量和安装空间优点。
36.另一个优点是圆形电池单元在其两个端面上的双侧冷却的可能性，即在底座区域中通过第二通道冷却并且在头部区域中通过第一通道冷却。此外，由此带来的省去内侧的、弧形的导热板的可能性能够实现，在组合式冷却和除气系统适当地设计的情况下继续并且必要时加强地利用圆形电池单元的挤压。
37.尤其地，第二通道是另外的第一通道，其在一侧与至少一个圆形电池单元的底座区域导热连接并且在另一侧具有至少一个开口用于接纳其它圆形电池单元的至少一个圆形电池单元头部。
38.圆形电池单元尤其设计为具有与常见的家用aa或aaa电池类似的向外成形的圆形电池单元头部。该圆形电池单元头部被形状配合地引入配设有开口(优选钻孔)的冷却介质管路结构、即第一通道中，从而电池单元主体(实际的圆形电池单元)位于该第一通道之外，而圆形电池单元头部伸入该第一通道中。
39.圆形电池单元和第一通道之间的剩余的间隙尤其用导热材料、尤其导热胶关闭，该导热材料原本就为了改善的热传导过程要设置在该位置处。
40.因此，导热材料以功能集成的形式既实现了其自然预期的改善热传导的功能，又实现了在此需要的将第一通道相对于圆形电池单元密封的额外功能。在此关联中集成的第三功能是确保圆形电池单元在壳体内的位置。
41.第一通道或冷却系统尤其在两侧具有进入通道或离开通道(入口或出口)。在正常状态下，通过入口或出口供给或排出冷却介质，并且在损坏状态下将从圆形电池单元逸出的圆形电池单元成分(例如气体)排出。
42.圆形电池单元在圆形电池单元头部上有除气开口(优选在金属的圆形电池单元壳
体中的额定薄弱位置)，该除气开口在正常情况下关闭并且只有在发生事件时才打开，以便定向地排出产生的热气体和电解质残留物。在此建议，不是排出到壳体中而是排出到封闭的冷却介质管路结构、即第一通道中，从而将圆形电池单元的气体和电解质残留物定向地并且安全地从受损的圆形电池单元导引至电池装置或机动车的其它位置处的安全出口。因此可以防止对另外的圆形电池单元或其它(电气)构件的损坏。
43.这些出口可以设计为通过膜或减压阀相对于环境封闭，以便仅在除气的情况下将圆形电池单元的成分排出到环境中。
44.由于圆形电池单元头部伸入第一通道中时，该圆形电池单元头部尤其永久地被冷却介质环流，从而在该区域中存在最高效的直接冷却。此外对热管理有利的是在圆形电池单元内或其中央的与此直接热学连接的绕卷心轴，该绕卷心轴可以以此方式额外地从内部冷却圆形电池单元。
45.尤其地，所述第一通道与至少一个排气装置在流动技术上连接，其中，在电池成分从至少一个圆形电池单元逸出到第一通道中并且在第一通道中的极限压力被超出的情况下，过压能够通过至少一个排气装置释放。尤其地，排气装置如此布置，使得过压的释放在壳体之外的可预先确定的区域上进行。
46.尤其地，第一通道与多个排气装置在流动技术上连接，其中，这些排气装置能够可控制地切换，使得逸出到第一通道中的成分能够有针对性地朝向至少一个排气装置绕行(umleitbar)。因此可以避免其它圆形电池单元被损坏，方式是将从圆形电池单元逸出的成分通过第一通道例如沿着尽可能短的路径从壳体排出。
47.第一通道中的开口(优选钻孔)可以尤其用额外的膜关闭。该膜可以设计得非常薄，因为在正常状态下，该膜被冷却系统的内部压力、即存在于第一通道中的冷却介质的压力压在直接贴靠的圆形电池单元头部上。这在膜或对膜的破坏可能已经针对较小的压力差而设计并且快速且较早地打开开口的范围内是有利的，这相当于或者结果是圆形电池单元成分(例如气体)的快速排出。尤其地，膜的设计可以仅考虑除气要求。在排气的情况下、即在圆形电池单元的损坏情况下，圆形电池单元的在圆形电池单元头部上的除气开口被打开，并且由于在膜上的产生的压力差，该膜变形进入结构上空闲的第一通道中，直到膜最终被破坏并且开口相对于第一通道打开。该额外的膜的优点在于冷却系统相对于圆形电池单元的额外的密封功能、即与导热胶并行的冗余的密封设计。
48.通过所建议的电池装置，仍然可以完全利用电池系统中的圆形电池单元的诸多优点，并且同时可以额外使用其高的承载能力。一方面，这提高了电池系统的安全性并且因此同时也提高了安装有这种电池系统的车辆的安全性，并且另一方面还能够实现更高效的电池系统。此外，除了注塑成型还可以使用3d打印作为制造过程，3d打印在结构产生、例如第一通道和必要时的第二通道及其开口的设计中能够实现额外的自由度并且同样能够是快速且廉价的。最重要的优点是该过程的(非常)高的速度和非常高的自动化程度，这能够通过开发的结构上的细节设计来实现。因此，由圆形电池单元构成的电池装置的制造能够快速且廉价地实现，并且因此能够保持圆形电池单元的单独成本优势。因此，与软包电池单元模块和具有棱柱形电池单元的模块相比，所述电池装置还在其组装方面具有价格竞争力。
49.此外建议一种用于运行所描述的电池装置的方法。电池装置包括控制器，至少一个排气装置、优选多个排气装置通过该控制器能够受控制地切换。电池装置的第一通道与
多个排气装置在流动技术上连接，其中，这些排气装置通过控制器能够可控制地切换，使得逸出到第一通道中的电池成分能够有针对性地朝向至少一个排气装置绕行。
50.因此，电池装置尤其包括控制器，该控制器被装备、配置或编程，以便实施所描述的方法、即有针对性地切换至少一个排气装置。
51.此外，所述方法还可以由计算机或借助控制单元的处理器实施。
52.因此还建议一种用于数据处理的系统，所述系统包括处理器，所述处理器被适配/配置为实施所述方法。
53.可以规定一种计算机可读的存储介质，其包括指令，所述指令在通过计算机/处理器实施时允许计算机/处理器实施所述方法。
54.关于所述方法的实施方式尤其可以转用到电池装置或计算机执行的方法(即计算机或处理器、用于数据处理的系统、计算机可读的存储介质)上，反之，关于电池装置或计算机执行的方法的实施方式也可以转用到所述方法上。
55.尤其在权利要求和描述权利要求的说明书中的不定冠词(“一个”、“一种”)的使用应当理解为其本身并且不应当理解为数词。因此，相应地借此引入的术语或部件应当理解为，这些术语或部件出现至少一次并且尤其也可以多次出现。
56.应当注意，此处使用的数词(“第一”、“第二”等)首先(仅)用于区分多个相同的对象、尺寸或过程，即尤其不是对这些对象、尺寸或过程彼此的相关性和/或顺序的强制规定。如果需要相关性和/或顺序，则在此会明确地记载或者对本领域技术人员而言在研究具体描述的设计方案时是显然可见的。如果一个构件可以出现多次(“至少一个”)，则关于这些构件之一的描述可以同样适用于这些构件的全部或大多数，但这不是强制性的。
附图说明
57.以下根据附图更详细地阐述本发明和技术环境。应当指出，本发明不应当由所列举的实施例限制。尤其地，如果未明确地另作说明，也可以提取在图中描述的事实的局部并且将其与说明书中的其它组成部分和认识相结合。尤其应当指出，附图和尤其所示的尺寸比例仅是示意性的。在附图中：
58.图1在侧视图中示出具有立式圆形电池单元的电池装置的剖面；
59.图2示出根据图1的在损坏情况下的电池装置；
60.图3在侧视图中示出具有卧式圆形电池单元的电池装置的剖面；
61.图4在俯视图中示出(例如具有立式圆形电池单元的)电池装置的剖面；和
62.图5示出根据图4的在损坏情况下的电池装置。
具体实施方式
63.图1在侧视图中示出具有立式圆形电池单元3的电池装置1的剖面。图2示出根据图1的在损坏情况下的电池装置1。以下共同描述图1和图2。
64.电池装置1包括壳体2和布置在其中的圆形电池单元3，该圆形电池单元从底座区域4开始以圆柱形的电池单元主体5沿着纵轴线6延伸至头部区域7并且在该头部区域7上具有沿纵轴线6的方向相对于头部区域端面8突出的圆形电池单元头部9，该电池装置还包括从入口11穿过壳体2延伸至出口12的第一通道10。第一通道10具有开口13，圆形电池单元头
部9穿过该开口延伸到第一通道10中，使得在损坏情况下(参见图2)通过圆形电池单元头9将至少一个圆形电池单元3的气体排除到第一通道10中。
65.圆形电池单元3从底座区域4开始沿着纵轴线6以圆柱形的电池单元主体5延伸至头部区域7并且在该头部区域7上具有沿纵轴线6的方向相对于头部区域端面8突出的圆形电池单元头部9。电池单元主体5由多层电极片(阳极和阴极)以及隔板构成。这些层和隔板首先堆叠地布置并且随后围绕纵轴线6彼此绕卷，从而构成圆柱形的电池单元主体5。电池单元主体5沿着纵轴线6具有恒定的横截面或者说横截面积，因此底座区域4中的底座区域端面和头部区域端面8具有相同的尺寸。
66.圆形电池单元3在头部区域7上具有圆形电池单元头部9。该圆形电池单元头部横向于纵轴线6具有比电池单元主体5或头部区域端面8更小的横截面。圆形电池单元头部9相对于头部区域端面8或电池单元主体5或纵轴线6基本上同中心地布置。
67.在损坏或碰撞情况下，圆形电池单元3的成分20、例如气体和/或电解质残留物通过圆形电池单元头部9从圆形电池单元3排出。
68.第一通道10也布置在壳体2中。第一通道具有用于布置在其上的每个圆形电池单元3的开口13，相应的圆形电池单元头部9通过该开口延伸到第一通道10中。通过相应的圆形电池单元头部9可以将圆形电池单元3的成分20排出到第一通道10中，从而这些成分不会逸出到壳体2中并且损坏位于壳体中的其它圆形电池单元3。
69.圆形电池单元3在电池装置1中立式布置并且因此在电池装置1的运行中相对于环境并且相对于重力的方向布置。
70.在头部区域端面8和第一通道10之间布置有导热材料14。导热材料14使得热量能够特别好地从圆形电池单元3排出至第一通道10或排出至流过第一通道10的冷却介质18。
71.开口13通过导热材料14相对于壳体2例如流体密封地或气密地密封。即，通过导热材料14实现将布置在第一通道10内的体积相对于布置在壳体2内但在第一通道10和相应的圆形电池单元3之外的体积隔开。
72.圆形电池单元3的底座区域4与第二通道15导热地连接。
73.圆形电池单元3具有沿着纵轴线6延伸的绕卷心轴16，其中，绕卷心轴16与圆形电池单元头部9导热地连接。绕卷心轴16还与圆形电池单元3的底座区域4连接，从而可以通过绕卷心轴16将热量从圆形电池单元3有效地排出至流过第一通道10或第二通道15的冷却介质18。
74.开口13通过膜17关闭，其中，在将圆形电池单元3的气体排除到第一通道10中的情况下，膜17能够被挤压并且能够至少部分地被破坏。
75.在电池装置1的运行中，第一通道10和第二通道15由冷却介质18(例如冷却液)加载。在电池装置1的运行中，通过冷却介质18可以将热量从壳体2排出或者对圆形电池单元3调温。
76.第一通道10一方面用于对圆形电池单元3进行冷却或调温，并且另一方面用于将圆形电池单元3的在碰撞情况下可能从圆形电池单元3逸出的成分20排出。
77.在用于圆形电池单元3的该组合式冷却和除气系统中，封闭的冷却系统、即第一通道10用于在一个或多个圆形电池单元3的损坏情况下将圆形电池单元3的产生的热的气体或成分20定向地并且封闭地朝向环境22导引并且最终安全地排出到环境中。
78.第一通道10或冷却系统在壳体2的两侧具有入口11和出口12。在正常状态下，通过该入口和出口供给或排出冷却介质18，并且在损坏状态下将从圆形电池单元3逸出的成分20排出。
79.第一通道10与排气装置19在流动技术上连接，其中，在圆形电池单元3的成分20从至少一个圆形电池单元3逸出到第一通道10中并且第一通道10中的极限压力21被超出的情况下，过压能够通过该排气装置19释放到环境22中。排气装置19如此布置，使得过压的释放在壳体2之外的可预先确定的区域上进行。
80.在此，第一通道10与多个排气装置19在流动技术上连接，其中，这些排气装置通过控制器23能够可控制地切换，使得圆形电池单元3的逸出到第一通道10中的成分20能够有针对性地朝向至少一个排气装置19绕行。因此可以避免其它圆形电池单元3被损坏，方式是将从圆形电池单元3逸出的成分20通过第一通道10例如沿着尽可能短的路径从壳体2排出。
81.图3在侧视图中示出具有卧式圆形电池单元3的电池装置1的剖面。在此参照关于图1和图2的描述。
82.在此，多个圆形电池单元3相叠地布置。这些圆形电池单元3以其头部区域端面8延伸到第一通道10中。圆形电池单元3的另外的堆叠体布置在壳体2内。彼此相邻布置的堆叠体布置为，一个堆叠体的圆形电池单元3布置为以头部区域7邻接第一通道10，而另一堆叠体的圆形电池单元3布置为以底座区域4邻接相同的、这时被称为第二通道15的通道。各个单独的第一通道10与共同的入口11和共同的出口12在流动技术上连接。
83.图4在俯视图中示出具有立式圆形电池单元3的电池装置1的剖面。图5示出根据图4的在损坏情况下的电池装置1。以下共同描述图4和图5。在此参照关于图1至图3的描述。
84.与图1和图2不同，此处多个第一圆形电池单元3相邻地立式布置。
85.在壳体2中布置有第一通道10。第一通道具有用于布置在其上的每个圆形电池单元3的开口13，相应的圆形电池单元头部9通过该开口延伸到第一通道10中。通过相应的圆形电池单元头部9可以将圆形电池单元3的成分20排出到第一通道10中，从而这些成分不会逸出到壳体2中并且损坏位于壳体中的其它圆形电池单元3。
86.圆形电池单元3的开口13通过膜17关闭，其中，在将圆形电池单元3的气体排除到第一通道10中的情况下，膜17能够被挤压并且能够至少部分地被破坏。
87.附图标记列表
[0088]1ꢀꢀꢀꢀꢀ
电池装置
[0089]2ꢀꢀꢀꢀꢀ
壳体
[0090]3ꢀꢀꢀꢀꢀ
圆形电池单元
[0091]4ꢀꢀꢀꢀꢀ
底座区域
[0092]5ꢀꢀꢀꢀꢀ
电池单元主体
[0093]6ꢀꢀꢀꢀꢀ
纵轴线
[0094]7ꢀꢀꢀꢀꢀ
头部区域
[0095]8ꢀꢀꢀꢀꢀ
头部区域端面
[0096]9ꢀꢀꢀꢀꢀ
圆形电池单元头部
[0097]
10
ꢀꢀꢀꢀ
第一通道
[0098]
11
ꢀꢀꢀꢀ
入口
[0099]
12
ꢀꢀꢀꢀ
出口
[0100]
13
ꢀꢀꢀꢀ
开口
[0101]
14
ꢀꢀꢀꢀ
导热材料
[0102]
15
ꢀꢀꢀꢀ
第二通道
[0103]
16
ꢀꢀꢀꢀ
绕卷心轴
[0104]
17
ꢀꢀꢀꢀ
膜
[0105]
18
ꢀꢀꢀꢀ
冷却介质
[0106]
19
ꢀꢀꢀꢀ
排气装置
[0107]
20
ꢀꢀꢀꢀ
成分
[0108]
21
ꢀꢀꢀꢀ
极限压力
[0109]
22
ꢀꢀꢀꢀ
环境
[0110]
23
ꢀꢀꢀꢀ
控制器