蓄电池单池布置结构、蓄电池和机动车的制作方法

1.本发明涉及蓄电池单池布置结构、包括至少一个这样的蓄电池单池布置结构的蓄电池以及包括这样的蓄电池的机动车。


背景技术：

2.蓄电池以不同的形式已经长时间以来在最不同的技术领域中使用并且用于最不同的应用。然而在此例如关于容量、充电和放电速度、输出功率、制造成本和对于运行允许的环境条件的跨度对蓄电池提出持续上升的要求。为了符合这些要求，在多个蓄电池或在多个应用中需要温度或热量管理。尤其是在由多个单独的蓄电池单池组成的蓄电池、例如用于车辆的牵引蓄电池中，特别是需要足够的散热或冷却，以便阻止蓄电池在运行中过热。
3.例如由de 10 2009 035 487 a1已知一种蓄电池，在该蓄电池中，多个并联设置的单电池导热地位于导热板上。在此，进一步规定，将单电池在背离导热板的端部上在空隙中突出通过保持板地设置。在相应的单电池和空隙之间形成的中间空间中，在此至少局部引入由硬化的材料形成的支承元件。按照蓄电池的功率或负载在这样的布置结构中可以例如不利的是，来自单电池的热量只可以通过相对小的面导出，并且在运行中在单电池的对置的端部之间可以产生温度梯度。
4.由cn 101 606 210 a已知一种能量存储单元，在该能量存储单元中，多个单独的存储元件通过能导热的树脂制成的壳体接纳。所述壳体在此两部分式地构成并且包围各个存储元件的下面的端部以及上面的端部。
5.作为另一种示例，由wo 2016/139 038 a1已知包括多个相互电连接的蓄电池单池的蓄电池。相应的模块在此具有接纳容器，在所述接纳容器中以至少一个提供中间空间的距离并排设置多个单独的蓄电池单池，并且所述中间空间以电绝缘的球填充。基于所述球的形状和按照填充度也在这里没有可靠地保证各个蓄电池单池的优化的散热。


技术实现要素：

6.本发明的任务是，以特别简单的构造改善蓄电池的热量管理。该任务按照本发明通过独立权利要求的主题来解决。本发明有利的设计方案和进一步构成在从属的权利要求、说明书和附图中给出。
7.按照本发明的蓄电池单池布置结构具有支架和多个蓄电池单池。各所述蓄电池单池分别具有两个彼此沿蓄电池单池的竖直方向对置的并且通过至少一个沿竖直方向延伸的周面连接的端侧。亦即所述周面可以例如是或形成蓄电池单池的至少一个侧壁。各个蓄电池单池以至少基本上彼此平行定向的竖直方向保持在支架的特定于电池的空隙中。亦即所述支架可以与此对应地也称为电池支架或电池保持装置。在所述周面和空隙的朝向所述周面的内侧之间分别设置缺口填充物，所述缺口填充物将蓄电池单池和支架相互连接。缺口填充物在这里亦即至少部分地包围各个蓄电池单池并且在每个蓄电池单池中至少部分地填充在其周面和空隙的包围的内壁之间的距离。亦即缺口填充物尤其是垂直于竖直方向
构成或建立相应的蓄电池单池和支架之间的连续的机械连接或材料连接。
8.按照本发明，所述支架由用于对蓄电池单池进行调温的、亦即与情况相关地用于输送热量至蓄电池单池或从蓄电池单池导出热量的固体的、形状稳定的并且能导热的材料构成。亦即所述支架是刚性或者说刚硬的并且至少在正常条件情况下不可变形。因此，所述支架提供蓄电池单池布置结构的机械的稳定性和结构。所述支架可以在此尤其是一件式、亦即作为整体的构件构成，在所述构件中，空隙分布地并且彼此间隔开地设置。
9.此外按照本发明规定，所述空隙的内侧沿竖直方向至少基本上在蓄电池单池的周面的整个长度上延伸。换句话说，支架至少沿其竖直方向、亦即连续并且至少几乎完全包围蓄电池单池。优选支架沿竖直方向的高度或伸展可以至少基本上总体上等于周面沿竖直方向的长度或蓄电池单池沿该方向测量的高度。所述空隙可以在此沿竖直方向完全或仅部分地穿过支架。亦即所述空隙可以在接纳在空隙中的蓄电池单池的端侧处敞开或在一侧或两侧上关闭或遮盖。
10.此外按照本发明规定，缺口填充物由持久地可变形的能导热的材料构成。亦即缺口填充物的材料可以尤其是在正常条件下持久软或弹性或柔性，亦即尤其是不硬化。亦即这可以是至少在室温和1巴的压力时的情况。亦即所述缺口填充物可以例如是能导热的弹性体或凝胶或导热膏或类似物。在周面之一和相应的空隙的包围该周面的内侧之间的距离可以在此如此小并且缺口填充物的材料的粘性或流动性如此小，使得缺口填充物即使在空隙两侧敞开的情况下也不轻易地从空隙中流出来。优选周面之一和相应的空隙的相应的朝向该周面的内侧之间的距离可以例如为小于5mm、优选小于2mm。但视具体作为缺口填充物使用的材料，所述空隙可以如说明的例如在一侧或在两侧封闭或遮盖，以便阻止缺口填充物流出来。为了实现缺口填充物的特别可靠的保持或安装以及缺口填充物至支架和相应的蓄电池单池的特别可靠的连接，所述缺口填充物可以优选是能导热的胶粘剂。在另一种变型中，缺口填充物可以例如是树脂、例如环氧树脂或类似物。由此可以在需要时建立至支架的较刚性的连接。一般地，缺口填充物可以是裂隙填充物材料。
11.在每种情况中，可以通过缺口填充物的持久的可变形性有利地补偿不仅空隙而且还有蓄电池单池的不平度或制造公差并且因此总是保证在蓄电池单池和支架之间的可靠的接触。因此能够有利地实现在蓄电池单池和支架之间的特别良好的并且特别可靠和均匀的热过渡。通过在这里提出的设计方案此外提供用于每个蓄电池单池的有利地特别大的热过渡面。因此可以不仅将特别多的热量从蓄电池单池导出或输送给蓄电池单池，而且此外避免在长度上、亦即沿蓄电池单池的竖直方向的温度梯度的产生。这在这里有利地以特别简单的构造实现，因为支架承担双重功能性，即不仅提供机械的结构和稳定而且提供至蓄电池单池或从蓄电池单池或者更确切地说至包围蓄电池单池的缺口填充物或从包围蓄电池单池的缺口填充物的热传导。后者可以在此基于其持久的可变形性有利地减少蓄电池单池布置结构的其余的构件或组件的制造要求或精度要求并且因此进一步减少蓄电池单池布置结构的制造费用。
12.蓄电池单池可以特别优选是柱形的单池、例如现今通用的类型18650或21700或类似物。亦即在该情况中所述周面是具有至少基本上圆的横截面的柱形的面。这具有如下优点，即，所述空隙可以特别简单地成形，例如作为支架中的简单的孔。然而本发明可以同样用于不同类型的成形的蓄电池单池、例如用于棱柱形的单池或所谓的袋单池。在这些情况，
所述空隙可以对应不同地、但此外与蓄电池单池的形状和大小适配地成形。正是在使用袋单池时，使用持久地可变形的缺口填充物是特别有利的，因为通过所述缺口填充物，可以承受或补偿在蓄电池单池布置结构的运行中袋单池的典型的变形或尺寸改变。在使用这样的非柱形的蓄电池单池时，所述周面可以通过对应的自由成形面或例如通过蓄电池单池的多个侧面形成。
13.本发明的另外的优点在于，相比于包括对各个蓄电池单池的浸渍冷却的蓄电池，可以放弃在那里需要的用于密封的高的花费以及用于液体的浸渍介质或冷却介质的对应的抽吸机构。
14.优选地，可以附加地在支架的至少一侧上设置导热板。例如蓄电池单池布置结构可以竖立在这样的导热板上或由多个这样的导热板至少部分地包围或围绕。至少一个这样的导热板可以同样是蓄电池单池布置结构的一部分。尤其是至少一个导热板的主延伸平面可以至少基本上垂直于竖直方向、亦即平行于端面设置。所述导热板可以在此与蓄电池单池的端侧和/或与支架的上侧或下侧处于导热的直接的或间接的接触地设置。所述至少一个导热板可以例如由液体的传热介质、尤其是冷却介质可流经。例如导热板可以构成用于，在车辆中的按规定的布置结构中连接到车辆的冷却回路上。这样的导热板或布置结构可以有利地将从蓄电池单池通过支架导出的热量特别有效地传导或导出给环境。
15.在本发明的一种有利的进一步构成中，缺口填充物由导热性在温度上升时递减的材料构成。这可以例如通过对应的固有的材料特性或通过缺口填充物的材料的相过渡实现。这样的材料选择可以有利地抑制、延缓热击穿(英文：thermal runaway)或对其在作用上限制。
16.在本发明的另一种有利的设计方案中，所述空隙沿竖直方向在两侧通过覆盖元件封闭，并且缺口填充物由具有在80℃至120℃之间的蒸发或沸腾温度的材料构成。所述覆盖元件可以在此是支架的一部分、亦即例如由与支架相同的材料制成。同样，覆盖元件可以是单独的构件。特别优选地，覆盖元件可以具有环绕的密封装置。通过覆盖元件，可以有利地避免缺口填充物在超过缺口填充物的蒸发温度的温度的情况下从空隙中排出。以这种方式可以——至少在短暂地——超过蒸发温度时阻止或减少到相应的蓄电池单池或从其到其他的蓄电池单池的传热，由此可以总体上阻止或延缓蓄电池单池布置结构的热击穿。优选覆盖物的压力稳定性可以小于支架或支架的剩余的部分的压力稳定性。由此在超过缺口填充物的蒸发温度时，至少一个覆盖元件可以针对性地通过在相应的空隙中存在的压力提升或破坏并且因此避免支架或支架的剩余的部分的不可预测的破坏。同样，覆盖元件可以例如由部分透气的膜片构成，以便阻止或限定在空隙中的过压形成。
17.在本发明的另一种有利的设计方案中，蓄电池单池的相应的第一电极设置在端侧之一处。此外于是缺口填充物和支架由能导电的材料构成并且每个蓄电池单池的相应的第二电极通过缺口填充物电接触导通。亦即蓄电池的第二电极可以与周面连接或通过所述周面构成。这有利地能够实现特别良好的电接触导通，其中，此外有利地可以节省用于每个蓄电池单池的第二电极的接触导通的附加的接触元件。更多地可以例如实现蓄电池单池的第二极通过支架并且因此在灵活可选择的位置上的供电或接触导通。这可以有利不仅减少蓄电池单池布置结构的制造费用，而且有利也提供关于形状或关于蓄电池单池布置结构的结构空间要求的附加的构造自由空间。设置相应的蓄电池单池的第一电极的端侧可以在这里
当然没有缺口填充物，以便防止短路。以在这里所述的方式，第二电极或者说对应的电接触可以特别大面积地设计，由此有利地减少局部的电流密度并且因此可以减少蓄电池单池的第二极的电的接触导通的逐点的加热以及电阻。
18.在本发明的一种有利的进一步构成中，蓄电池单池布置结构具有相应多个蓄电池单池构成的第一单池块和第二单池块。每个单池块的第一电极在此借助相应的单池连接器相互电连接。每个单池块此外具有相应的单独的支架，该单池块的蓄电池单池接纳在所述支架中。单池块的支架在此通过电绝缘体彼此间隔开。第一单池块的单池连接器通过连接导线与第二单池块的支架电连接，从而单池块相互串联电连接，亦即串联地设置。以这种方式可以有利地实现具有高于每个单独的蓄电池单池的电压或输出电压的总电压或输出电压的蓄电池单池布置结构。这可以在此当前以特别简单的方式、亦即例如以特别的小的制造费用和同时特别大的构造的灵活性实现，因为视可用的结构空间和给定条件，连接导线连接在或可以连接在第二单池块的支架的不同的位置处。同样，蓄电池单池布置结构可以具有其他的单池块，其中，所述单池块可以全部纯串联或至少部分地并联地相互连接或连通。具体的设计方案可以在这里例如依赖于相应的使用或相应的要求。
19.在本发明的另一种有利的设计方案中，缺口填充物由电绝缘的材料构成。亦即蓄电池单池可以在这里通过缺口填充物与支架电绝缘。这有利地提供用于支架的材料的选择的附加的构造的自由空间。例如于是支架可以由能导电的材料制造，由此有利地通常可实现蓄电池单池的特别良好的导热性和因此对应特别良好的并且可靠的调温。
20.在本发明的另一种有利的设计方案中，在每个蓄电池单池和相应的空隙的包围蓄电池单池的内壁之间设置多个形状稳定的、优选能导热的距离保持部。所述距离保持部在此沿相应的蓄电池单池的周向分布地设置并且通过以缺口填充物填充的区域彼此间隔开。亦即在使用柱形的蓄电池单池时，距离保持部可以沿每个蓄电池单池的周边分布地设置在蓄电池单池的周面上。在使用另一种或不同地成形的蓄电池单池时，距离保持部可以例如设置在蓄电池单池的不同的侧上。在使用柱形的蓄电池单池时可以设置至少三个、优选至少四个距离保持部，其中，两个任意的相邻的距离保持部应该沿周向方向小于180℃地彼此间隔开。
21.在使用非柱形的蓄电池单池时，可以优选在蓄电池单池的每一侧上设置至少一个距离保持部。由此同样如通过距离保持部的刚度或变形刚度，可以有利地特别可靠地实现蓄电池单池在空隙中的定心的定向或尽管存在缺口填充物的可变形性仍将蓄电池单池固定在所述空隙中。亦即尤其是可以通过距离保持部避免蓄电池单池和支架之间的相对运动或低于蓄电池单池和支架之间的最小距离。此外可以通过距离保持部有利地阻止或减少缺口填充物沿周向方向的移动或流动。特别优选地可以规定，距离保持部的伸展沿周向方向总体上相比于相应的蓄电池单池或空隙的总周边为小，例如为最多25％、优选最多15％。由此可以有利地保证缺口填充物与蓄电池单池的尽可能大面积的接触并且由此保证蓄电池单池的特别均一的温度。距离保持部可以有利地沿竖直方向在空隙或周面的至少基本上整个长度上延伸。亦即距离保持部可以至少基本上杆状地构成。这可以有利地简化蓄电池单池布置结构的制造。但距离保持部可以同样沿竖直方向较短地或例如多件式或中断地构成。由此可以有利地放大周面的通过缺口填充物接触的份额。
22.在本发明的一种有利的进一步构成中，所述距离保持部由能导电的材料构成并且
对相应的蓄电池单池的电极接触导通。这可以尤其是所述第二电极。距离保持部可以例如是所述接触导通装置或该接触导通装置的一部分。例如各所述距离保持部或例如每个蓄电池单池的一个距离保持部可以沿竖直方向延长超过蓄电池单池或超过相应的空隙。这可以有利地能够实现距离保持部或蓄电池单池的特别简单的电的接触导通。通过距离保持部的在此提出的设计方案，所述距离保持部可以有利地满足双重功能性，即一方面作为机械的距离保持部并且另一方面作为用于蓄电池单池的接触导通的电的接触元件。由此可以有利地减少蓄电池单池布置结构的构件花费或复杂性。视蓄电池单池布置结构的设计方案可以例如规定，所述支架由电绝缘的或不能导电的材料构成和/或空隙的内侧或内壁以电绝缘的材料涂层。由此可以有利地实现特定的接触导通和因此蓄电池单池相互特别灵活的布线。
23.本发明的另一方面是蓄电池，所述蓄电池具有壳体以及具有设置在该壳体中的至少一个按照本发明的蓄电池单池布置结构。按照本发明的蓄电池可以尤其是用于机动车的牵引蓄电池。按照本发明的蓄电池可以此外具有其他的构件或组件、例如电子装置、控制装置、保险装置和/或更多类似物。
24.本发明的另一方面是具有至少一个按照本发明的蓄电池的机动车。所述蓄电池可以在这里优选是按照本发明的机动车的牵引蓄电池。
附图说明
25.本发明的其他的特征可以由权利要求、附图和对附图的说明得出。以上在说明书中所述的特征和特征组合以及接着在对附图的说明和/或附图中单独示出的特征和特征组合不仅以分别给出的组合可使用、而是也以其他的组合可使用或单独可使用，而不会离开本发明的范围。
26.在附图中：
27.图1示出蓄电池单池布置结构的示意的部分俯视图；
28.图2示出蓄电池单池布置结构的示意的部分剖切的透视图；以及
29.图3示出包括多个单池块的蓄电池单池布置结构的示意的部分俯视图。
具体实施方式
30.在图中相同的和功能相同的元件设有相同的附图标记。
31.已知的是，蓄电池单池或电池单池在负荷情况下产生热量并且因此经常需要冷却，以便实现稳定和可靠的运行。在包括多个单电池的蓄电池或电池的常规的设计中，单池中间空间通常绝大部分绝热并且要么被空气填充要么以绝热的材料填充。因此通常不利地仅单电池的全表面的小部分可用于导出热量。在备选的设计中，单池中间空间以导热的并且电绝缘的液体灌满，这可以随之带来用于密封的高的花费。此外强烈地限定合适的对应的浸渍冷却剂的提供，因为这样的冷却剂应该不可燃烧，必须具有高的导热性，必须电绝缘并且不应当引起单电池的腐蚀。
32.在该背景下，图1示出具有改善的热量管理的蓄电池单池布置结构10的示意的部分俯视图。蓄电池单池布置结构10在这里具有包括多个空隙14的作为单池支架作用的支架12。在所述空隙14中分别接纳蓄电池单池布置结构10的蓄电池单池16。蓄电池单池16在这
里是具有柱形的周面的柱形的单池，所述周面将在这里可见的端侧18与对置的第二端侧连接。在蓄电池单池16的端侧18上当前分别设置用于蓄电池单池16的电的接触导通的第一极20。
33.所述空隙14当前沿蓄电池单池16的径向方向大于蓄电池单池，亦即具有比蓄电池单池16更大的直径。由此分别在蓄电池单池16之一和相应的空隙14的朝向该蓄电池单池的内侧或内壁之间给出距离。在该距离中在这里设置多个距离保持部22，通过所述距离保持部，蓄电池单池16在相应的空隙14中定心并且固定。所述距离的在各距离保持部22之间剩余的部分、亦即空隙14的既不通过距离保持部22也不通过蓄电池单池16填充的部分在这里通过持久地可变形的、亦即不硬化的能导热的材料、例如冷却凝胶或导热膏形成的缺口填充物24填充。
34.通过缺口填充物24，热量可以从蓄电池单池16引导到支架12中。支架12在这里同样由能导热的、但固体的或者说形状稳定的材料制成。
35.为了更好的形象说明，图2示出蓄电池单池布置结构10的示意的部分剖切的部分透视图。在这里可看出，空隙14沿蓄电池单池16的竖直方向或纵向延伸方向至少基本上完全穿过支架12。同样距离保持部22至少基本上在空隙14或者说蓄电池单池16的整个高度上延伸。
36.因此，蓄电池单池布置结构10的基本原理在于使用用于支架12的能导热的并且固体的或者说机械稳定的材料和支架12的类似蜂窝的结构，各蓄电池单池16引入所述结构中。支架12可以在此能导电地、例如由铝或铜或类似物设计或电绝缘地、例如由氧化铝、亚硝酸铝或具有绝缘涂层的铝或类似物设计。缺口填充物24在此能够实现在蓄电池单池16和支架12之间的特别良好的并且大面积的热交换。缺口填充物24可以同样视设计方案导电或电绝缘。
37.图3示出蓄电池单池布置结构10的一个另外的示意的部分俯视图，所述蓄电池单池布置结构在这里具有多个单池块。具体地在这里示例性地示出包括第一支架28和接纳在该第一支架中的蓄电池单池16的第一单池块26，各所述蓄电池单池形成第一单池复合体30。所述蓄电池单池16在这里通过第一单池连接器32相互连接成第一单池复合体30，所述第一单池连接器将第一单池块26的各蓄电池单池16的第一极20相互电连接。与所述第一单池块26间隔开地在这里示出第二单池块34，所述第二单池块类似于第一单池块26构造。与此对应地，第二单池块34具有单独的第二支架36以及多个蓄电池单池16，各所述蓄电池单池的第一极20通过第二单池连接器38相互电连接成第二单池复合体40。
38.出于清楚性原因，在这里仅标记一些蓄电池单池16和第一极20。
39.第一单池块26和第二单池块34在这里通过电绝缘体42彼此间隔开。
40.第一单池连接器32在这里通过连接导线44与第二支架36电连接。支架28、36在这里能导电地构成并且通过相应的在这里不可看出的缺口填充物24建立至相应的单池复合体30、40的蓄电池单池16的相应的其他的、亦即与第一极不同的第二极的电接触导通。通过连接导线44，在这里第一单池块26和第二单池块34并且因此单池复合体30、40相互串联电连接。相互电连接的单池块的这样的布置结构可以基本上任意串联和/或并联地扩展。这在这里通过从第二单池连接器38出发的另外的连接导线46表示。
41.每个单池块26、34可以例如形成较广泛的蓄电池的模块。同样，多个单池块26、34
可以组合成较大的蓄电池的模块或蓄电池本身。
42.附图标记列表
43.10
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蓄电池单池布置结构
44.12
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支架
45.14
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空隙
46.16
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蓄电池单池
47.18
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端侧
48.20
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第一极
49.22
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距离保持部
50.24
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缺口填充物
51.26
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第一单池块
52.28
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第一支架
53.30
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第一单池复合体
54.32
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第一单池连接器
55.34
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第二单池块
56.36
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第二支架
57.38
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第二单池连接器
58.40
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第二单池复合体
59.42
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绝缘体
60.44
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连接导线
61.46
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另外的连接导线。