電池系統的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種電池系統，包括電池單元（13）、至少一個吸收元件（30、35）和用于冷卻和/或加熱電池殼體（10）內的電池單元（13）的具有液體溫度控制介質的溫度控制系統，用于容納液體溫度控制介質的吸收元件（30、35）布置在電池單元（13）和電池殼體（10）之間，吸收元件（30、35）是無紡布，所述無紡布具有從250到700g/m2的平均面積相關質量并且包括至少兩種不同纖維類型的纖維，所述纖維類型中的至少一種是支持纖維，所述纖維類型中的至少另一種是吸收纖維。本發明還公開了包括電池系統的機動車輛。
【專利說明】電池系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種電池系統，其包括至少一個電池單元、吸收元件、和用于冷卻和/或加熱電池殼體內的電池單元的具有液體溫度控制介質的溫度控制系統，并且涉及包括電池系統的機動車輛。
【背景技術】
[0002]具有多個電池單元的電池系統特別地用作電力和混合動力車輛的能量儲備。為了保證最佳的能量儲備功能，有必要將電池單元的溫度保持在所需的工作范圍內。為了防止工作溫度超出和/或不足，使用了主動或被動的溫度控制系統。高熱容量液體溫度控制介質的使用已經具體地在熱交換器中證明了自己，其中此溫度控制介質以令人滿意地熱傳導的方式沿著電池單元弓I導。
[0003]但是，這里的問題是，例如在以這種方式配備的車輛發生事故的情況下，泄露和因此的溫度控制介質從冷卻元件流出能夠出現。溫度控制介質然后可以進入和電池單元的直接接觸并且，由于它的導電性，可以導致例如短路。
[0004]從DE102010010844A1已知一種電池系統。在其中所公開的電池系統描述了用于電壓供給的存儲模塊，特別是帶有許多存儲單元的車輛，存儲單元每一個具有不同極性的第一和第二連接器端子以及閥門。存儲單元通過連接器端子電連接以形成存儲模塊。出現在存儲單元內的內部壓力可以被耗散，并且電解質可以通過各自的閥門從存儲單元排出。
[0005]該描述的存儲模塊的存儲單元具有預定斷點形式的閥門。在電池老化的情況下，這個預定的斷點使得多余的電解質有可能從存儲單元內部排出。既然用在存儲單元的電解質通常是導電的，這可以導致存儲模塊內的短路和整個存儲模塊的功能不再能得到保證。
[0006]在現有技術中描述的裝置不適合于約束大量的溫度控制介質，所述溫度控制介質在損壞的情況下從一個封閉電池殼體內部的溫度控制系統排出，并且由此不適合于有效地防止對電池系統和單元的損壞。
[0007]因本發明的一個目的是提供增加運行安全的改進的電池系統，并且特別地以使得簡單、便宜和相對不易發生故障的電池系統生產成為可能的這樣的方式構造它們。
[0008]本發明的又一個目的是使得帶有改進的電池系統的機動車輛成為可能。
【發明內容】
[0009]所述目的通過電池系統實現，電池系統包括電池單元、至少一個吸收元件、和用于冷卻和/或加熱電池殼體內電池單元的具有液體溫度控制介質的溫度控制系統，所述用于容納液體溫度控制介質的吸收元件布置在電池單元和電池殼體之間，吸收元件是無紡布，該無紡布具有從250到700g/m2的平均面積相關質量并且包括至少兩種不同纖維類型的纖維，所述纖維類型的至少一個是支持纖維，所述纖維類型的至少另一個是吸收纖維。
[0010]結果是這樣的吸收元件，首先，由于支持纖維的影響，此吸收元件是特別地彈性的，其次，由于吸收纖維的影響，此吸收元件具有高吸收能力。[0011]為了使車輛的電池系統在事故中不損壞，電池殼體是相應地堅固和穩定的構造。為了實現這一點，電池殼體通常具有卷邊、棱(beads，ribs)和其它加強裝置。在位置合適的情況下，排出的液體溫度控制介質可以進入到由加強幾何形狀形成的凹部和中間空間。考慮到它們的緊湊結構，常規結構的無紡布不能以使流出的液體溫度控制介質能夠可靠地被吸收的這樣的方式填充所述中間空間和凹部。如果流出的液體溫度控制介質仍留在所述中間空間和凹部內，在相應的車輛位置的情況下，不希望的流動能夠在電池系統內發生。電化學反應，例如有氫氣釋放的水分解，或者有局部過熱的短路流是可能的結果。
[0012]另外，所述目的通過用于機動車輛的電池系統實現，所述機動車輛包括至少一個電池模塊和至少一個電池系統，此電池系統操作性地連接到前者。除其它外，車輛系統的碰撞行為被改進，并且碰撞導致的損壞(例如，短路、失火)的風險被降低。
[0013]本發明的發展在附屬權利要求、描述和附圖中詳細說明，
[0014]吸收兀件優選地具有從300到450g/m2的平均面積相關質量。在另一優選的方式中，在吸收元件內，支持纖維的重量比例在1%和40%之間并且吸收纖維的重量比例在60%和99%之間。特別優選地，支持纖維的重量比例在2%和30%之間并且吸收纖維的重量比例在70%和98%之間。支撐纖維的重量比例可以通過使用對支撐纖維適當的彈性材料而保持較低。吸收纖維的高重量比例帶來根據本發明的無紡布的高吸收能力。
[0015]本發明的一個優選實施例的區別在于一個事實，即在無負載狀態中，吸收元件的整體高度從3_到40_。這里，無負載狀態表示吸收元件既沒有機械地壓縮也沒有加載液體溫度控制介質的狀態。在無負載狀態中的最佳整體高度要結合吸收元件的期望壓縮程度(見下文)考慮。
[0016]本發明的一個特別優選實施例的區別在于一個事實，即在無負載狀態中吸收元件的整體高度從3mm到10mm。電池系統的特別節省空間的整體設計導致緊湊的安裝空間，再一次結合吸收元件的期望壓縮程度(見下文)的低的整體高度證明有利。
[0017]本發明的再一個優選實施例的區別在于一個事實，即吸收元件具有部分地減少的整體高度。因此，設置在電池殼體內的空腔的局部差異可以由無紡布的同時最佳壓縮程度而補償。
[0018]本發明的一個優選實施例的區別在于一個事實，即在無負載狀態中，吸收元件整體高度減少的部分具有和吸收元件整體高度未減少的部分相同的密度。這實現了一種情況，在這種情況中對限定成分的無紡布的各個地方有一個最佳壓縮程度，其方式適合于電池殼體(卷邊、棱等)內的空間條件。
[0019]本發明的另一優選實施例的區別在于一個事實，即在無負載狀態下，吸收元件整體聞度減少的部分具有和吸收兀件整體聞度未減少的部分相同的面積相關質量。在進入電池系統的安裝中，吸收元件的具有較高密度的所述部分受到電池殼體和電池單元之間相應地匹配的擠壓。具有較高密度的部分優選地在吸收元件的生產中已經形成，例如通過相應的機械和/或熱預處理。由于這種類型的實施例，吸收元件可以以使得它在電池殼體的卷邊、棱和其它加強裝置中的定位簡化的這樣的方式塑造。
[0020]吸收元件優選地以彈性壓縮的方式布置在電池殼體和電池單元之間，壓縮程度是從1%到80%，特別是從10%到50%。吸收元件的彈性壓縮使得吸收元件無需進一步的緊固裝置而可靠地保持在電池系統內的所需位置。電池系統一個或多個吸收元件的結構成型可以以這樣的方式進行，例如，在此方式中吸收元件通過電池殼體的塑造出的造型(shaped-outmouldings)和/或其它部件而保持在電池殼體內它們的位置。由此，吸收元件的安裝也大
幅簡化。
[0021]過度地高壓縮程度限制了吸收元件的吸收能力并且阻礙了局部流出的液體溫度控制介質在整個無紡布上的分布，所述整個無紡布在電池殼體的內部是可利用的。壓縮程度的最佳值在每一種情況下在對無紡布的限定成分的測試中經驗地確定，此時吸收元件相應地定出尺寸。
[0022]吸收纖維優選地設置為以耐壓的方式約束液體溫度控制介質。為此，吸收纖維具有“吸收元件”。在這個上下文中，“吸收元件”理解為表示適合以耐壓的方式約束液體的元件。這里，約束不僅通過簡單的粘附發生，而是，例如通過液體和“吸收元件”之間的離子-偶極相互作用發生。其結果是，通過“吸收元件”吸收的液體不再不顧無紡布的空間位置而流出。傳統的吸收材料(織造織物等)僅能夠以非耐壓的方式約束液體。例如，在故意改變吸收材料的空間位置的情況中，首先吸收的液體可能至少部分地再次流出。
[0023]電池系統優選地以吸收元件至少部分地直接承擔電池殼體的這樣的方式構造。作為將吸收元件至少部分地直接布置到電池殼體上，也就是說在電池殼體的內壁上的結果，首先所需用于彈性壓縮的壓力產生了，其次，作為結果，其保證了在泄露的情況下流出和匯集在例如卷邊和/或棱之間的凹部的液體溫度控制介質可以被可靠地吸收。
[0024]電池系統的運行安全可以通過建議的實施例和方法而提高。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025]在下文中，本發明通過參考附圖的例子描述，附圖中:
[0026]圖1示出了根據本發明的在電池殼體底部上有吸收元件的電池系統的示意性截面圖，以及
[0027]圖2示出了根據本發明的在電池殼體內有兩個吸收元件和卷邊/棱的電池系統的示意性截面圖
【具體實施方式】
[0028]在圖1中示出的示例性實施例中，電池系統包括多個電池元件13，每一個電池元件具有電池電極14、15。電池監測單元17以跨越多個電池單元的方式布置在電池電極14、15的區域內的隔離器元件18上。電池監測單元可以具有用于監測電池電壓和/或單個電池單元的溫度的裝置(例如，未在示意性附圖中示出的電壓支線元件和/或溫度傳感器)。電池單元通過電池連接器(未示出)彼此連接。溫度控制模塊20具有入口開口 21和出口開口22并且通過入口開口 21和出口開口 22被液體溫度控制介質流過，此液體溫度控制介質通過外部裝置控制溫度。電池系統以溫度控制模塊20作為電池單元和液體溫度控制介質之間的熱交換器的方式布置在溫度控制模塊20上。溫度控制模塊20通過載體元件23、24固定地連接到電池殼體10。吸收元件30布置在電池殼體10和溫度控制模塊之間的電池殼體10的底部上，該吸收元件30設置為吸收和約束在損壞的情況下從溫度控制元件中流出的液體溫度控制介質。
[0029]圖2通過例子示出了有兩個吸收元件30、35的電池系統。如在圖1中，溫度控制模塊20通過入口開口 21和出口開口 22被液體溫度控制介質流過，此液體溫度控制介質通過外部裝置控制溫度。對于機械加強的情況，電池殼體具有加強元件11 (卷邊、棱、網等)。布置在電池殼體較低的區域的吸收元件30在加強元件11的區域具有減少的整體高度。這保證了在一點局部流出的液體溫度控制介質可以在整個吸收元件30上分布，并且較低的吸收元件的現有吸收能力由此可以被充分地利用。
[0030]第二吸收元件35布置在電池系統上部區域電池監測單元17和電池殼體10內壁之間。這保證了當機動車輛在車禍中頂部朝下停下來時(rest on its roof),任何流出的液體溫度控制介質被可靠地吸收。電池殼體側壁內側上的和電池殼體內部另外的空腔內的相應的額外吸收元件進一步增加了安全性。
[0031]面積相關質量和/或密度的要求的范圍在對不同無紡布成分的系列測試中經驗地確定，并且表示無負載狀態(也就是說，未加載溫度控制介質并且未壓縮)下的平均面積相關質量(或密度)。
[0032]根據本發明的電池系統包括至少一個電池模塊。電池模塊包括多個電池單元(或電化學存儲單元)。如果電池系統包括多于一個電池模塊，每一個電池模塊可以具有專用的溫度控制模塊，或者所有的電池模塊利用通用的溫度控制模塊。每一個電池模塊通常還包括布置在電池單元的電池電極緊鄰附近的電池監測單元。
[0033]參考標記列表
[0034]10電池殼體
[0035]11加強元件(卷邊、網、棱)
[0036]13電池單元
[0037]14、15 電池電極
[0038]17電池監測單元
[0039]18隔離器元件
[0040]20溫度控制模塊/熱交換器
[0041]21入口開口
[0042]22出口開口
[0043]23、24 載體元件
[0044]30第一(底部)吸收元件
[0045]35第二 (頂部)吸收元件
【權利要求】
1.電池系統，包括電池單元(13)、至少一個吸收元件(30、35)、和用于冷卻和/或加熱電池殼體(10)內的電池單元(13)的具有液體溫度控制介質的溫度控制系統，其特征在于，用于容納液體溫度控制介質的吸收元件(30、35)布置在電池單元(13)和電池殼體(10)之間，吸收元件(30、35)是無紡布，該無紡布具有從250到700g/m2的平均面積相關質量并且包括至少兩種不同纖維類型的纖維，所述纖維類型中的至少一個是支持纖維，所述纖維類型中的至少另一個是吸收纖維。
2.根據權利要求1所述的電池系統，其特征在于，無紡布具有從300到450g/m2的平均面積相關質量
3.根據權利要求1所述的電池系統，其特征在于，在吸收元件(30、35)內，支持纖維的重量比例在1%和40%之間并且吸收纖維的重量比例在60%和99%之間。
4.根據權利要求1所述的電池系統，其特征在于，在吸收元件(30、35)內，支持纖維的重量比例在2%和30%之間并且吸收纖維的重量比例在70%和98%之間。
5.根據權利要求1所述的電池系統，其特征在于，在無負載狀態，吸收元件(30、35)具有從3mm到40mm的整體高度。
6.根據權利要求1所述的電池系統，其特征在于，在無負載狀態，吸收元件(30、35)具有從3mm到IOmm的整體高度。
7.根據權利要求1所述的電池系統，其特征在于，吸收元件(30、35)具有分部分減少的整體高度。
8.根據權利要求7所述的電池系統，其特征在于，在無負載狀態下，吸收元件(30、35)整體高度減少的部分具有和吸收元件(30、35 )整體高度未減少的部分相同的密度。
9.根據權利要求7所述的電池系統，其特征在于，在無負載狀態下，吸收元件(30、35)整體高度減少的部分具有和吸收元件(30、35)整體高度未減少的部分相同的面積相關質量。
10.根據權利要求1所述的電池系統，其特征在于，吸收元件(30、35)以彈性壓縮的方式布置在電池殼體(10)和電池單元(13)之間，壓縮程度是從1%到80%，特別是從10%到50%。
11.根據權利要求1所述的電池系統，其特征在于，吸收纖維設置為以耐壓的方式約束液體溫度控制介質。
12.根據權利要求1所述的電池系統，其特征在于，吸收元件(30、35)至少部分地直接承擔電池殼體。
13.機動車輛，其包括根據權利要求1所述的電池系統。
【文檔編號】H01M2/10GK103811696SQ201310552091
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2013年11月8日 優先權日:2012年11月12日
【發明者】P.達蒙, G.艾克伯格 申請人:麥格納斯太爾電池系統兩合公司