具有保护单元的用于牵引电池的组件、牵引电池以及机动车的制作方法

1.本发明涉及一种用于机动车的牵引电池的组件。该组件包括至少一个具有由多个电池单体形成的单体复合体(zellverbund)的电池模块，电池单体的用于从电池单体的单体壳体排出热气体的脱气区域位于所述单体复合体的上侧上。此外，所述组件具有至少一个电池部件，该电池部件在竖直方向上设置在所述至少一个电池模块上方，使得单体复合体的上侧朝向所述至少一个电池部件的下侧。本发明还涉及一种牵引电池和一种机动车。


背景技术：

2.本发明关注用于可电驱动机动车的可再充电牵引电池，所述牵引电池例如可以构造为高压储能器。这种牵引电池通常具有多个电池部件，如电池模块和控制装置，它们设置在牵引电池的电池壳体中。电池模块具有由电池单体形成的单体复合体，所述电池单体又具有用于从电池单体的单体壳体排出故障引起的热气体的脱气区域。脱气区域例如可以设置在单体壳体的单体盖上，这些单体盖形成单体复合体的上侧。如果在电池模块上方设置有另一电池部件，则该另一电池部件在设置于其下方的电池模块的至少一个电池单体发生故障时被该电池单体的热气体加载。这导致电池部件的高热负荷。此外，由热气体输送的颗粒流可导致电池部件的机械负荷。这些颗粒的积聚还可减小空气隙和爬电距离并且因此增加电池部件短路的风险。


技术实现要素：

3.本发明的任务是以简单和可靠的方式保护机动车的牵引电池的电池部件免受热气体排出的负面影响。
4.根据本发明，所述任务通过具有根据相应独立专利权利要求的特征的组件、牵引电池和机动车来解决。本发明的有利实施方式是从属权利要求、说明书和附图的技术方案。
5.根据本发明的用于机动车的牵引电池的组件包括至少一个具有由多个电池单体形成的单体复合体的电池模块，电池单体的用于从电池单体的单体壳体排出热气体的脱气区域位于所述单体复合体的上侧上。所述组件还包括至少一个电池部件，该电池部件在竖直方向上设置在所述至少一个电池模块上方，使得单体复合体的上侧朝向所述至少一个电池部件的下侧。此外，所述组件还包括保护单元，该保护单元具有用于保护所述至少一个电池部件免受所述至少一个电池模块的热气体影响的板材状的保护区域和与保护区域连接的框架状的支撑区域。所述至少一个电池部件固定在支撑区域上并且在此保护区域设置在所述至少一个电池部件的下侧和单体复合体的上侧之间。
6.本发明还涉及一种用于机动车的牵引电池，该牵引电池具有至少一个根据本发明的组件和电池壳体，所述至少一个组件设置在所述电池壳体中。可再充电牵引电池或牵引蓄电池尤其是构造为高压储能器并且为机动车的电驱动机器提供电驱动能量。牵引电池具有电池壳体，在该电池壳体的内部空间中设置有所述至少一个组件。
7.组件的所述至少一个电池模块具有由电池单体形成的单体复合体。电池单体例如
可以是棱柱形单体、圆形单体或袋状单体(pouchzellen)。在棱柱形单体或袋状单体的情况下，它们沿堆叠方向堆叠成电池堆或电池块形式的单体复合体。电池单体具有脱气区域或脱气元件、如爆破膜或阀，其设置在单体复合体的上侧并且因此设置在电池模块的上侧。在电池单体发生故障的情况下——例如在电池单体内部发生短路的情况下，在单体壳体中产生的热气体可以通过脱气区域逸出到电池壳体的内部空间中。在此，通过热气体输送热量和颗粒，这会导致所述至少一个位于热气体流动路径中的电池部件的热负荷和机械负荷。所述至少一个电池部件例如可以构造为另一电池模块或牵引电池的控制装置或控制器。所述至少一个电池部件设置在所述至少一个电池模块之上。即，所述至少一个电池模块和所述至少一个电池部件沿竖直方向上下堆叠。由于所述至少一个电池部件的下侧朝向单体复合体的上侧并且因此朝向脱气区域，因此所述至少一个电池部件位于热气体流动路径中。
8.此外，所述组件具有保护单元。保护单元设计用于防止来自电池模块的热气体对位于其上方的电池部件造成热和机械负荷并导致由颗粒引起的短路。为此，保护单元具有板材状的保护区域或保护板。“板材状的保护区域”可以理解为由任意材料制成的区域，其宽度和长度远大于其厚度。保护区域在此由保护单元的支撑区域保持，所述至少一个电池部件也固定在该支撑区域上。为此，保护区域和支撑区域可以构造成一体的，例如它们以非破坏不可拆卸的方式相互连接，如焊接。例如支撑区域可以由钢或铝制成并与金属保护区域、如钢板或铝板焊接。保护单元也可以构造为模块化构件，在其中保护区域和支撑区域以非破坏可拆卸的方式连接，如用螺钉连接。为此支撑区域例如可以是铸件。
9.通过将所述至少一个电池部件固定在框架状支撑区域或框架状支撑结构上，所述至少一个电池部件与保护单元机械连接。支撑区域例如可以构造成在保护区域的边缘处在竖直方向上突出的，从而保护单元构造成大致盆形的。所述至少一个电池部件因此可以由保护单元容纳，保护区域覆盖所述至少一个电池部件的下侧并且支撑区域至少部分地与所述至少一个电池部件的在竖直方向上延伸的区域重叠。因此，保护单元至少局部地包围所述至少一个电池部件。
10.在所述至少一个电池部件设置在所述至少一个电池模块上方的状态中，保护区域设置在所述至少一个电池模块和所述至少一个电池部件之间。保护区域尤其是相对于下层的所述至少一个电池模块形成一个封闭表面。因此，保护区域保护所述至少一个电池部件的下侧免于被热气体直接加载，尤其是免于导电颗粒在上层的所述至少一个电池部件上的积聚并且因此免于受到热负荷和机械负荷。尤其是至少保护区域具有耐热和/或电绝缘材料。尤其是保护区域具有例如由钢或铝制成的金属保护板，其涂覆——如通过粘合或热填缝(heiβverstemmen)——有耐热和/或电绝缘材料，如mica或特殊塑料或陶瓷。也可以规定，保护区域由耐热材料如mica制成。通过耐热材料至少可以降低由热气体引起的热量向所述至少一个电池部件中的输入。通过电绝缘材料可防止热气体的颗粒积聚引起的短路。
11.通过这种保护单元可以以简单且节省空间的方式保护所述至少一个电池部件免受所述至少一个电池模块的热气体的影响。保护单元可以有利地提高牵引电池的鲁棒性。
12.在本发明的一种扩展方案中，所述保护区域在朝向单体复合体上侧的一侧上具有槽状的导向结构，该导向结构设计用于接收热气体并将其导出。导向结构尤其是侧向、即垂直于竖直方向将热气体导出。例如导向结构可以将热气体朝向电池壳体的脱气单元方向导出，通过该脱气单元热气体可以从电池壳体的内部空间排出到电池壳体的环境中。
13.也可以规定，所述保护区域具有用于增加保护单元的刚度的加强结构。加强结构例如可以具有冲压到保护板中的加强筋。加强结构使保护区域特别能抵抗热气体造成的机械负荷。
14.证明有利的是，为了降低在电池模块和电池部件之间的热传递，所述保护区域在形成第一气隙的情况下与单体复合体的上侧间隔开设置和/或在形成第二气隙的情况下与所述至少一个电池部件的下侧间隔开设置。保护区域因此与电池模块和/或电池部件间隔开设置并且由此不直接贴靠在电池模块和/或电池部件上。通过所述至少一个气隙可以增加在电池模块和电池部件之间的导热热阻并因此减少由热气体引起的热量向电池部件中的输入。气隙例如可以具有20mm的高度。
15.在本发明的一种实施方式中，所述至少一个电池部件悬挂地固定在支撑区域上以形成第二气隙。通过悬挂式布置，电池部件与保护区域间隔开设置。在此可以规定，电池部件构造为至少一个另外的电池模块，其具有用于保持所述另外的电池模块的单体复合体的电池模块框架，所述支撑区域至少沿该电池模块框架的拉杆延伸并且在所述拉杆上设置有保持元件，通过这些保持元件所述至少一个另外的电池模块固定在支撑区域上。电池模块框架例如具有两个压板和两个拉杆，所述两个压板设置在所述另外的电池模块的单体复合体的前侧和后侧上，所述两个拉杆与压板连接以便拉紧所述另外的电池模块的电池单体并且设置在单体复合体的两个相对置的侧向区域上。拉杆例如可以具有翼状的保持元件，通过所述翼状的保持元件可以将拉杆固定，如用螺钉拧紧在支撑区域上。
16.本发明还包括一种具有根据本发明的牵引电池的机动车。机动车构造为电动或混合动力车辆。
17.参考根据本发明的组件提出的实施方式及其优点相应地适用于根据本发明的牵引电池以及根据本发明的机动车。
18.本发明的其它特征由权利要求书、附图和附图说明得出。上面在说明书中提到的特征和特征组合以及下面在附图说明中提到的和/或在附图中单独示出的特征和特征组合不仅可以以给出的组合使用，而且也可以以其它组合或单独使用。
附图说明
19.现在借助优选实施例并参考附图详细阐述本发明。附图如下：
20.图1以俯视图示出用于机动车的牵引电池的组件的第一种实施方式的示意图；
21.图2以俯视图示出组件的第二种实施方式的示意图；
22.图3以正视图示出组件的第三种实施方式的示意图；
23.图4示出组件的保护单元的第一种实施方式的示意图；
24.图5示出保护单元的第二种实施方式的示意图；
25.图6示出保护单元的第三种实施方式的示意图；和
26.图7示出保护单元的第四种实施方式的示意图。
具体实施方式
27.在附图中相同或功能相同的元件设有相同的附图标记。
28.图1和2以俯视图示出用于机动车的牵引电池的组件1的不同实施方式。组件1设置
在牵引电池的电池壳体的内部空间中并且具有至少一个第一电池模块2，该第一电池模块具有由电池单体4形成的单体复合体3。电池单体4在此为棱柱形单体，它们沿堆叠方向s堆叠成单体复合体3。堆叠方向s在此也相应于纵向方向，电池模块2沿该纵向方向延伸。根据图1，所述组件具有两个电池模块2，它们在垂直于堆叠方向s的横向方向q上彼此并排设置。该组件还具有一个电池部件5，该电池部件在竖直方向h(垂直于图平面)上设置在所述至少一个电池模块2上方。根据图1，电池部件5沿横向方向q延伸并且在此部分地与两个位于其下方的电池模块2重叠。根据图2，电池部件5沿堆叠方向s延伸并且在此部分地与位于其下方的电池模块2重叠。
29.图3以正视图示出组件1。电池部件5在此构造为第二电池模块6，其具有由电池单体8形成的单体复合体7。电池单体4的脱气区域10位于第一电池模块2的单体复合体3的上侧9上，在发生故障的情况下，热气体11可以通过所述脱气区域从电池单体4逸出。由于电池部件5在竖直方向h上设置在第一电池模块2上方，因此电池部件5的下侧12位于热气体11的流动路径中。为了防止热气体11引起电池部件5的热过载或机械过载，组件1还具有保护单元14。所述保护单元14具有金属板形保护区域15，该保护区域在此具有金属保护板16，如铝板或钢板。保护区域15设置在单体复合体3的上侧9和电池部件5的下侧12之间并且形成用于热气体11的屏障。代替电池部件5的下侧12，现在在发生故障的情况下保护区域15被热气体加载。在此保护板16在朝向上侧9的一侧上涂覆有耐热和/或电绝缘材料17、如mica。为了减少从第一电池模块2到电池部件5中的热量输入，保护区域15在形成第一气隙l1的情况下与单体复合体3的上侧9间隔开设置。
30.保护单元14还具有框架状支撑区域18，该支撑区域在此沿竖直方向h定向并且从保护区域15向上突出。电池部件5固定在支撑区域18上。在此，第二电池模块6具有用于拉紧电池单体8的电池模块框架19。电池模块框架19具有拉杆20，所述拉杆沿堆叠方向s在单体复合体7的侧向区域上延伸。在拉杆20上突出地设置有翼状的保持元件21，通过所述保持元件第二电池模块6可以固定在支撑区域18上。例如保持元件21可以放置在支撑区域18上并且在那里用螺钉拧紧，从而电池模块6可以悬挂地固定在保护单元14上。由此，下侧12也在形成第二气隙l2的情况下与保护区域15间隔开设置。在此第一电池模块2和第二电池模块6均不与保护区域15直接接触，从而第一电池模块2和第二电池模块6之间的传热路径的热阻增加。
31.在图4至图7中示出保护单元14的不同实施方式。根据图4，保护单元14例如构造为一体式钢构件。为此，支撑区域18是钢结构并且保护区域15具有由钢制成的保护板16，支撑区域18和保护区域15焊接。此外，保护区域15在此具有结构22，该结构例如可以构造为加强结构和/或导向结构。导向结构例如在保护区域15的朝向第一电池模块2上侧9的一侧中形成槽状凹部，这些槽状凹部可以接收热气体11并且将其侧向导出。支撑区域18在此具有两个导轨23，多个第二电池模块6可以固定在这两个导轨上。导轨23可以沿拉杆20延伸并且可以与电池模块框架19的保持元件21机械连接，以便将第二电池模块保持在保护单元14上。由于支撑区域18在此由钢制成，因此它特别稳定并且可以具有缺口24以减轻保护单元14的重量，这些缺口例如设置在导轨23区域中。
32.根据图5，保护单元14也构造成一体的，支撑区域18例如由铝制成并且保护区域15是与支撑区域18焊接的钢制的保护板16。保护区域15在此具有带有加强筋25的结构22，以
提高保护单元14的机械稳定性。根据图6，保护单元14构造成多件式的，支撑区域18与保护区域15用螺钉连接。支撑区域18例如可以是铸件。在此保护区域15具有凹部26，电池部件5可以设置在这些凹部中。图7从下方示出保护单元14。因此示出朝向第一电池模块2上侧12的一侧，该侧在此具有耐热和/或电绝缘材料17。