电池组包的制作方法

本发明涉及一种电池组包(Batteriepack)，所述电池组包包括至少一个电池组电池和用于电池组电池的热绝缘的外罩。

背景技术：

可以借助于电池组来存储电能。电池组将化学反应能转换为电能。在这种情况下区分一次电池组和二次电池组。一次电池组仅可运转一次，而也被称为蓄电池的二次电池组可以重新充电。电池组在此包括一个或者多个电池组电池。

二次电池组尤其用于机动车辆中，特别是用于电动车辆(Electric Vehicle，EV)、混合动力车辆(Hybride Electric Vehicle，HEV)以及插电式混合动力车辆(Plug-In-Hybride Electric Vehicle，PHEV)中。

电池组电池具有也被称为阴极的正电极和也被称为阳极的负电极。在电池组电池的放电过程中，外部电路中的电子从阳极流向阴极。在电池组电池之内，在放电过程中锂离子从阳极流向阴极。

阴极以及阳极包括各一个电流导体(Stromableiter)，活性材料被施加到该电流导体上。两个电极的电流导体借助于集电器与电池组电池的极电连接，所述极也被称为端子。

电池组电池此外具有电池壳体，该电池壳体例如由铝制成并且因此是导电的。电池壳体一般来说被设计为棱柱形的、特别是长方体形的，并且被构造为抗压的。端子在此处于上述电池壳体之外。

在现有技术中已知的电池组电池仅能够在受限制的工作温度范围中最佳地运行。太高的温度可能触发不可逆的化学反应，这可能导致电池组电池的容量损失或者甚至导致电池组电池的损坏。在太低的温度下，锂离子的可移动性可能被降低，由此电池组电池的功率被减小。

具有用于热绝缘的外罩的电池组例如从US 2007/0264485 A1中已知。外罩在此特别是包含纤维增强气凝胶材料。

从US 2007/0238008 A1中也已知一种用于热绝缘的外罩，该外罩包含气凝胶材料。外罩在此尤其用于特别是车辆中的电池组的热绝缘。

从DE 10 2012 214 957 A1中已知用于车辆的热量管理系统，该热量管理系统特别是包括真空绝热板。

DE 10 2022 057 108 A1公开了车辆中的、特别是在车辆加热设备中的绝热。在此尤其设置由气凝胶构成的平板。

技术实现要素：

提出一种电池组包，所述电池组包包括至少一个电池组电池和用于所述至少一个电池组电池的热绝缘的外罩。用于热绝缘的外罩在此应当具有例如在14mWm^-1K^-1的范围中的相对小的导热能力。

根据本发明，电池组包的外罩具有至少一个可封闭的并且也又能打开的通风孔。在被封闭的通风孔的情况下，外罩之内的电池组电池与周围热绝缘，并且电池组电池和周围之间的热交换被减小。在被打开的通风孔的情况下，在电池组电池和周围之间实现热交换。特别是热量向周围的输出是可能的。

优选地，电池组包的外罩包含气凝胶。气凝胶具有特别高的绝热能力以及相对小的比重。气凝胶可例如作为“聚合物-交联气凝胶材料(Polymer-Crosslinked Aerogel-Material)”或者也作为“纤维增强气凝胶毡(Fiber-Reinforced Aerogel Blanket)”得到。

有利地，电池组包的外罩中的通风孔借助于可电操控的封闭装置是能够封闭的并且也又能打开的。这有选择地实现热量向环境的输出，特别是以便将电池组电池冷却到其最优的工作温度，或者实现电池组电池的热绝缘。

封闭装置例如可以以可回转的阀门或者可移动的帘的形式被设计。封闭装置也可以以门或者滑动门的形式被构造。也能够设想其它的设计方案。封闭装置可以被构造为整体的或者也可以被构造为多部分的，例如以具有多个相互被连接的区段的分段门的形式被构造。

优选地，封闭装置包含气凝胶。如已经提及的那样，气凝胶具有特别高的绝热能力以及相对小的比重。

根据本发明的一种有利的设计方案，设置有用于操控封闭装置的控制单元，该控制单元与至少一个温度传感器连接。因此，在太高的温度下通风孔可以通过由控制单元操控封闭装置来打开，以便实现热量的输出，并且将电池组电池冷却到其最优的工作温度。在足够低的温度下，通风孔可以通过由控制单元操控封闭装置来封闭，以便减小电池组电池的温度的进一步下降。

根据本发明的一种有利的改进方案，电加热装置被设置在外罩之内。由此可以将外罩之内的电池组电池加热到其最优的工作温度。

根据本发明的一种有利的设计方案，设置有用于操控电加热装置的控制单元，该控制单元与至少一个温度传感器连接。因此可以在太低的温度下接通加热装置，以便将电池组电池加热到其最优的工作温度。在足够高的温度下可以切断加热装置，以便阻止进一步加热电池组电池。

优选地，所述至少一个电池组电池具有固体电解质。由此避免在通常的周围温度下液态的电解质的冻结。

特别优选地，所述至少一个电池组电池是锂硫电池组电池。这种电池组电池具有例如包含硫碳化合物的阴极和由锂构成的阳极。锂硫电池组电池与传统的锂离子电池组电池相比具有提高的存储容量。

根据本发明的电池组包有利地用于电动车辆(EV)、混合动力车辆(HEV)或者插电式混合动力车辆(PHEV)中。

本发明的优点

通过电池组包的根据本发明的设计方案，不需要用于冷却电池组电池的主动冷却系统、特别是具有液体冷却的冷却系统。因此电池组包的制造成本和重量降低。

作为用于热绝缘的介质的气凝胶是在实践中被证明的、具有非常小的导热能力的材料。由气凝胶构成的、具有小于10mm的厚度的外罩已经出色地适合于热绝缘。气凝胶特别是以该厚度是纺织品式的并且因此是柔性的。因此，气凝胶可以容易地成形，特别是气凝胶可以被切割、缝合以及层压。因此，齐平地包围电池组电池的外罩的制造可以相对简单地执行。此外，气凝胶是抗压的、不易磨损的、不可压缩的，并且具有高的机械强度。气凝胶也是不吸水的以及直到500℃之上是温度稳定的。

特别是现今已知的锂硫电池组电池具有例如80℃的相对高的最优的工作温度。通过电池组包的根据本发明的设计方案可以相对简单地在上述工作温度下运行电池组包的电池组电池。特别是在避免大的温度波动的情况下可以在相对窄的在工作温度附近的温度带中运行电池组包的电池组电池。由此电池组电池的寿命升高。

在将电池组包的电池组电池首先最初加热到电池组电池的例如80℃的最优的工作温度并进行充电之后，电池组包可以投入使用。通过根据本发明的设计方案，在几乎所有能够设想的气侯条件下，特别是不依赖于周围温度和其它情况，总是遵循电池组电池的上述的最优的工作温度。

附图说明

根据附图和随后的描述来更详细地解释本发明的实施方式。

图1示出电池组包的示意图，

图2示出具有被封闭的通风孔的电池组包的示意性透视图，以及

图3示出具有被打开的通风孔的电池组包的示意性透视图。

具体实施方式

在本发明的实施方式的随后的描述中，相同或者相似的元件用相同的附图标记来表示，其中在个别情况中放弃这些元件的重复描述。所述图仅仅示意性地示出本发明的主题。

在图1中示意性地示出了电池组包50。电池组包50包括多个电池组电池2，其中在当前图示中仅仅示出了电池组电池2。电池组包50例如被固定在未被示出的车辆上，并且特别是用作用于车辆的驱动的牵引电池组。

电池组电池2包括电池壳体3，该电池壳体被构造为棱柱形的，当前被构造为长方体形的。电池壳体3当前被实施为导电的并且例如由铝制成。但是，电池壳体3也可以由电绝缘材料、例如塑料制成。

电池组电池2的电池壳体3被外罩52包围。电池组包50的外罩52用于电池组电池2的热绝缘。电池组包50的外罩52由气凝胶制成。

电池组电池2包括负端子11和正端子12。由电池组电池2所提供的电压可以经由端子11、12截取。此外，电池组电池2也可以经由端子11、12来充电。端子11、12以相互间隔的方式被布置在棱柱形的电池壳体3的遮盖面上。

在电池组电池2的电池壳体3之内布置有电极绕组，该电极绕组具有两个电极、即阳极21和阴极22。阳极21和阴极22分别被实施为薄膜式的，并且在分离器18的中间层的情况下被缠绕为电极绕组。也可以设想，在电池壳体3内设置有多个电极绕组。代替电极绕组，例如也可以设置电极堆栈(Elektrodenstapel)。

阳极21包括阳极活性材料41，该阳极活性材料被实施为薄膜式的。阳极21此外包括电流导体31，该电流导体同样被构造为薄膜式的。阳极活性材料41和阳极21的电流导体31相互平面地放置并且相互连接。阳极21的电流导体31被实施为导电的并且由金属制成，例如由铜制成。阳极21的电流导体31借助于集电器与电池组电池2的负端子11电连接。

阴极22包括阴极活性材料42，该阴极活性材料被实施为薄膜式的。阴极22此外包括电流导体32，该电流导体同样被构造为薄膜式的。阴极活性材料42和阴极22的电流导体32相互平面地放置并且相互连接。阴极22的电流导体32被实施为导电的并且由金属制成，例如由铝制成。阴极22的电流导体32借助于集电器与电池组电池2的正端子12电连接。

阳极21和阴极22通过分离器18来相互分开。分离器18同样被构造为薄膜式的。分离器18被构造为电绝缘的，但是有离子传导能力，即对于锂离子来说是可透过的。

电池组电池2当前是锂硫电池组电池。电池组电池2在此包含固体电解质15，该固体电解质在电池组电池2的电池壳体3之内包围阳极21、阴极22和分离器18。固体电解质15也有离子传导能力，并且用于锂离子在阳极21和阴极22之间的输送。

在电池组包50的外罩52之内此外设置有电加热装置54。借助于该加热装置54可以加热外罩52之内的电池组电池2。由电加热装置54为了加热电池组电池2所需要的能量在此由电池组电池2本身提供。

电池组包50包括控制单元64，该控制单元用于操控电加热装置54。控制单元64与用于检测电池组电池2的温度的温度传感器66连接。温度传感器66被布置在外罩52之内。当控制单元64向电加热装置54发出相应的信号时，加热装置54被接通或切断。

控制单元64当前被布置在电池组包50的外罩52之外。但是也可以设想将控制单元64布置在电池组包50的外罩52之内。

图2示出电池组包50的示意性透视图。电池组包50当前被设计为近似长方体形的。也可以设想其它形状、例如圆柱形。外罩52近似完全地包围在所示出的图示中被遮盖的电池组电池2。

电池组包50的外罩52具有可封闭的通风孔60。也可以设置多个通风孔60。在所示出的图示中，通风孔60借助于可电操控的封闭装置62来封闭。电池组包50的封闭装置62当前也由气凝胶制成。也可以设想：封闭装置62由其它材料制成，例如由聚合物制成。

封闭装置62当前以可移动的帘的形式被设计。也可以设想封闭装置62的其它设计方案，例如可回转的阀门形式的设计方案。也可以设想以门或者滑动门的形式构造封闭装置62。封闭装置62在此可以被构造为整体的或者多部分的。例如，封闭装置62可以以具有多个相互连接的区段的分段门(Sektionaltor)的形式被构造。

为了驱动封闭装置62以打开以及关闭通风孔60，设置有这里未被示出的致动器。所述致动器例如是电动机。由致动器驱动封闭装置62以打开以及关闭通风孔60所需要的能量在此由电池组电池2本身来提供。

这里未被示出的、用于操控电加热装置54的控制单元64也用于操控封闭装置62。当控制单元64向致动器发出相应的信号以操控封闭装置62时，通风孔60被打开或者关闭。

图3示出具有被打开的通风孔60的电池组包50的示意性透视图。封闭装置62通过致动器被滑动到一侧并且因此近似完全地释放通风孔60。通过被打开的通风孔60可见多个电池组电池2，这些电池组电池被布置在外罩52之内。

当前被设计为近似长方体形的电池组包50被保持在未被示出的框架中，该框架例如由金属或者聚合物制成。只要该框架被构造为金属的，所述框架就具有电绝缘保护层或者涂层。

也可以设想将电池组电池2直接保持在框架中并且以外罩52包围框架。在此情况下，电池组电池2和框架处于外罩52之内。所述框架在此可以充当电加热设备54并且用于加热电池组电池2。

加热装置54可以包括多个、特别是两个加热段。两个加热段优选地被布置在外罩52之内，使得电池组电池2处于所述加热段之间。特别是一个加热段处于电池组电池2之上，并且一个加热段处于电池组电池2之下。

如果电池组包50之内的温度上升超过可预给定的阈值，则温度传感器66向控制单元64提供相应的信号。控制单元64于是向致动器发出信号以便操控封闭装置62，当前以便打开通风孔60。当通风孔60被打开时，在车辆的行驶期间可以通过行驶相对气流来冷却电池组电池2。

如果电池组包50之内的温度在车辆的停车状态期间、例如在电池组电池2的充电期间上升超过可预给定的阈值，则不存在用于冷却的行驶相对气流。在此情况下可以设置附加的通风器、例如电风扇来产生合适的气流以冷却电池组电池2。同样可以设置具有液体冷却的附加的冷却系统。

当电池组包50之内的温度又下降到可预给定的阈值之下时，温度传感器66向控制单元64提供相应的信号。控制单元64于是向致动器发出信号以便操控封闭装置62，当前以便关闭通风孔60。当通风孔60通过封闭装置62被封闭时，电池组电池2又在外罩52之内被热绝缘。

当电池组包50之内的温度下降到可预给定的阈值之下时，温度传感器66向控制单元64提供相应的信号。控制单元64于是接通电加热装置54。当电池组包50之内的温度又升高超过可预给定的阈值时，温度传感器66向控制单元64提供相应的信号。控制单元64于是又切断电加热装置54。

如果电池组包50之内的温度在车辆的较长的停车状态期间、例如在在冬季期间强烈地下降，则存在于电池组电池2中的能量可能不足以借助于电加热装置54来加热电池组电池2。在此情况下首先需要借助于外部的热源来加热电池组电池2。

本发明不限于这里所描述的实施例和其中所强调的方面。更确切地说，在由权利要求所说明的范围之内位于本领域技术人员的处理范围中的大量修改方案是可能的。