用于電池單池的調溫裝置和用于對電池單池調溫的方法以及電池模塊、電池組、電池和電 ...的制作方法
【專利說明】
【背景技術】
[0001]鋰離子蓄電池包括正電極(陽極)和負電極(陰極)，這些電極能夠可逆地在充電時載入(插入)鋰離子(Li+)或者在放電時又卸出(去除)鋰離子。在此，鋰離子蓄電池的體積在充電時由于所述插入而增大，在放電時由于所述去除而減小。鋰離子蓄電池具有高的能量密度和低的自我放電性。
[0002]但可預見的是，無論靜止式應用例如對于風能設備，還是移動式應用例如對于電動汽車(電動車輛EV)或者混合動力車輛(混合動力車輛HEV)，作為可重復充電的電的蓄能器(EES)，日益使用例如帶有鋰離子蓄電池或鎳-金屬混合蓄電池的新式電池系統。
[0003]這種電池系統必須在可用的能量含量、充電/放電效率、可靠性、壽命和并非所愿的因頻繁的部分放電引起的容量損失方面滿足很高的要求。
[0004]電池系統包括多個電池單池。由于其單池內電阻和所發生的電化學過程，電池單池在充電和放電期間發熱。電池單池可以串聯(串連)連接，以便提高電壓，和/或并聯地連接，以便增大最大電流。在此，電池單池可以組裝成電池單元或電池模塊。例如可以把三個至十二個電池單池組裝在一個電池模塊中。該電池模塊保持住電池單池，并承受機械負荷，從而它保護這些電池單池免受損傷。此外，電池模塊實現了對電池單池的機械的預壓緊，并提供了電絕緣。另外，電池模塊可以用于對電池單池調溫。多個電池模塊可以組裝成一個電池組。在汽車驅動應用中，例如可以把大約100個電池單池(作為牽引電池)串聯地或并聯地連接起來。因而對于高電壓電池系統來說，總電壓例如可以為450V或者甚至600Vo
[0005]對于電池單池工作所允許的溫度范圍通常介于-30 °C和+70 °C之間，優選介于+5°C和+35°C之間。在低的工作溫度范圍內，電池單池的功率能力明顯減小。在溫度低于約0°C時，電池單池的內電阻顯著增大，電池單池的功率能力和效率隨著溫度的進一步下降而連續地減小。在這種情況下，電池單池還會出現不可逆的損壞。同樣在超過工作溫度時，電池單池的功率能力也會顯著減小。在溫度超過約40°C時，電池單池的壽命就會縮短。在這種情況下，電池單池也會出現不可逆的損壞。另外，在電池單池內的和/或在電池模塊或電池內部的對于電池單池工作所允許的溫度差(溫度梯度)通常介于5開爾文和10開爾文之間。在溫度差較大時，電池單池的不同區域或者電池模塊的或電池的不同的電池單池會遭受不同的載荷，或者甚至(局部)過載和/或毀損。此外，由于溫度差和/或溫度變化，在電池中存在形成冷凝水的危險。這種損壞會導致電池單池加速老化，或者導致電池單池熱穿透(熱貫穿)，這對人和環境形成了危險。
[0006]在車輛的混合式驅動系中，鋰離子大功率電池單池以很高的動態性工作。在例如因制動時的制動能量回收或者因加速時的助推支持而產生短暫的峰值負荷期間，電池單池必須在很短的時間內(在充電情況下)吸收或者(在放電情況下)釋放大的功率。由于電池單池的內部電阻，這些短暫的峰值負荷導致電池單池顯著地變熱。電池單池在充電或放電時的效率很高(約95%);然而在這種情況下產生的廢熱卻并非可忽略不計。在牽引功率例如為60KW時，會產生5%的損耗即3KW的損耗功率。此外，例如在夏季月份或者在較熱的地區，室外溫度為40°C乃至更高，這樣的室溫處于允許的溫度范圍之外，因而電池單池在不冷卻的情況下就無法達到例如10年或者15年的壽命。
[0007]為了保證電池模塊或電池系統的安全性、功能和壽命，因此需要使得電池單池在預定的溫度范圍內工作。一方面，如上所述，在電池單池工作期間產生熱量，所述熱量必須予以排出，以便避免電池單池發熱超過臨界的最大溫度。另一方面，需要在低溫時將電池單池加熱到最小溫度。為了保持預定的溫度范圍，對電池模塊或電池系統調溫，也就是說，根據需要予以冷卻或加熱，其中，相比于加熱，往往更頻繁地需要進行冷卻。
[0008]為此，電池模塊或電池系統可以包括流體，例如液體如乙醇比如丙醛-1元醇、2元醇、3元醇(甘油、丙三醇)、油或水、液體混合物或冷卻劑，作為調溫劑例如包括在調溫劑回路中的冷卻劑或制冷劑。
[0009]例如利用冷卻板來實現冷卻電池單池，在這些冷卻板上安裝著電池單池。在這些冷卻板中要么容納著冷卻劑比如冷卻水(氣-熱-冷卻器)，要么容納著制冷劑，其通過熱量即電池單池的熱量而蒸發(蒸發器)，并把熱量通過冷卻器或另一熱交換器排放到外界或空調設備(空調AC)。冷卻系統除了包括冷卻板或蒸發器和冷卻器外，還包括例如由塑料或金屬比如鋁構成的軟管和/或管，用于連接冷卻板、蒸發器和/或冷卻器。
[0010]WO 2012/028927 A2公開了一種帶有電池組的電儲存裝置，其包括多個電池單池、一對端板和多個壓緊帶，其中，多個電池單池設置在一對端板之間，多個壓緊帶沿著多個電池單池在其頂面或底面上朝向，并分別固定在端板上，從而多個電池單池在一對端板之間壓緊。
[0011]為了改善電池模塊的功能，降低電池模塊的成本，因而需要改善調溫裝置和用于對電池單池調溫的方法。
【發明內容】
[0012]本發明的具有獨立權利要求的特征的裝置和方法有如下優點:電池單池例如棱柱形電池單池能被簡單地調溫和/或壓緊。在此，電池單池例如可以在一個電池模塊、多個電池模塊、一個電池組或多個電池組中，特別是當該電池組或這些電池組扁平地構造時，被調溫和/或壓緊。在此，可以通過渦流式流動來提高熱效率，并實現均勻的溫度分布。此外，即使在溫度劑流巨大時也能減小壓力損失或者將其減到最小。由此還可以降低用于例如通過泵來使得溫度劑循環的能量需求。由此可以提高整個系統的能量效率。還可以對電池模塊進行模塊化。由此可以簡化電池模塊的結構，減少電池模塊的組件數量。由此可以縮小電池模塊，減輕其重量。在這種情況下，電池模塊的效率特別是熱效率可以保持不變。還可以提高電池模塊的多樣性和/或可變性。由此可以降低成本例如制造成本、倉儲成本、系統成本、維護成本或維修成本，并保護資源。還可以根據電池單池的需求來調整調溫劑的流動情況和/或液流密度。由此可以減小的溫度差的大小，并減少形成冷凝水。
[0013]從屬權利要求中記載了本發明的有利實施方式。
[0014]有益地，多個連接機構的多個通道可以在多個連接機構中分別閉合地例如管狀地構造，從而管或軟管可軸向地即分別穿過通道橫截面中的開口并沿著通道放置在多個連接機構的多個通道中。由此可以保護管或軟管免受損壞。
[0015]有益地，多個連接機構的多個通道可以在多個連接機構中分別開口地例如溝道形地構造，從而管或軟管可徑向地即分別穿過開口沿著通道放置在多個連接機構的多個通道中。由此可以簡化對調溫裝置的制造，并能實現使用一個唯一的軟管。由此可以降低成本。
[0016]有益地，多個連接機構中的一些連接機構可以相同地構造。由此可以簡化調溫裝置的結構，并減少調溫裝置的不同組件的數量。還可以提高調整裝置的多樣性、可變性和/或靈活性。由此可以降低成本例如制造成本、倉儲成本、維護成本或維修成本，并保護資源。
[0017]有益地，多個連接機構的尺寸可以適配于電池單池的尺寸。由此可以在電池單池數量方面進一步提高可變性。由此可以進一步降低成本例如制造成本、倉儲成本、維護成本或維修成本。
[0018]有益地，多個連接機構中的一些連接機構可以經過適當構造，從而它們壓緊電池單池。由此可以避免或者至少減小材料疲勞，在有些情況下延長電池單池的壽命。還可以省去單獨的模塊壓緊。由此可以降低成本、減輕重量。
[0019]有益地，多個連接機構中的一些連接機構可以分別構造成例如鑄造、噴注或擠壓成連接體。由此可以簡化對連接機構的制造。
[0020]有益地，多個連接機構中的一些連接機構可以分別構造成例如裁切、沖制、彎曲或擠壓成連接帶。由此可以簡化對連接機構的制造，并在形狀和造型方面增大可變性。還可以改善對熱傳遞有決定作用的接觸。此外可以降低成本、減輕重量。
[0021]有益地，調溫裝置還可以包括連接件，該連接件設置在管或軟管的一端，并用于使得管或軟管與調溫系統連接。連接件例如可以是接管、螺紋接管或橄欖形件(Olive)。通過連接件，調溫裝置例如可以借助管和/或軟管與調溫系統連接。由此可以使得結構模塊化。
[0022]有益地，調溫裝置還可以包括弧形件，該弧形件設置在管或軟管的另一端，并用于使得該管或軟管與另一管或軟管連接。弧形件可以包括例如45°、90°或180°的弧度角，且例如在直徑和/或半徑方面與電池單池的和/或管或軟管的尺寸適配。通過弧形件可以實現將多個管和/或軟管連接在一起。由此可以減少與調溫系統連接的連接點數量，進而減少連接件的數量。由此可以簡化結構，并降低成本和/或減輕重量。
[0023]本發明提出一種電池模塊，其包括多個朝向一個空間方向的電池單池和前述的調溫裝置。
[0024]本發明還提出一種電池組，其包括前述的調溫裝置或者前述的電池模塊。
[0025]本發明還提出一種電池，其包括前述調溫裝置、前述電池模塊或前述電池組。
[0026]本發明還提出一種電池系統，其包括前述調溫裝置、前述電池模塊、前述電池組或前述電池。
[0027]本發明還提出一種車輛，特別是汽車比如電動汽車、混合動力車輛或電動摩托車(電動自行車、電力自行車)、電動腳踏車(電動踏板車、電力踏板車)、海上交通工具比如電動船只或潛水艇(潛艇)、空中交通工具或太空交通工具，其包括與車輛相關的前述調溫裝置、與車輛相關的前述電池模塊、與車輛相關的前述電池組、與車輛相關的前述電池或與車輛相關的前述電池系