本发明涉及一种用于电动车辆和混合动力车辆的单池模块/电池单体模块(zellmodul)，其中在模块的至少一个外壁中集成/内置有用于热交换的通道。
背景技术
用于车辆用途的高压电池包含串联和/或并联连接的单个单池。在运行状态中，单个单池、例如锂离子电池必须例如被加热或冷却到运行温度，以便导出产生的损耗热量。为此在电池中要求合适手段用于热交换。单个单池通常组合成单池模块，电池包括多个单池模块。
在由于构造空间原因优选使用的流体冷却的情况下，在包括多个单池模块的构件组上布置由冷却流体流过的导热板，单池模块与该导热板导热地连接。单池模块间接地透过壳体冷却。就此提出导热板的不同的构造形式。
文献de102016008110a1公开了一种用于电池、特别是动力电池的底板，该底板用作电池的导热板。底板由挤压型材制成并与蜿蜒布置的、以冷却水流过的管道固定。
从文献de102010013025a1中已知一种电池和一种用于制造带有布置在电池壳体中的冷却板的电池的方法。电池壳体通过冷却板冷却，在冷却板中蜿蜒地布置有在挤压成型过程中制成的冷却通道。
文献de102013107668a1公开了一种电池，该电池具有包括至少一个冷却通道的单池载体或模块载体，各电池单池或电池模块与单池载体或模块载体热连接。在制造单池载体或模块载体时冷却通道在与单池载体或模块载体相同的铸造过程中被浇铸在该单池载体或模块载体中。
使用这种类型的导热板同时带来一系列缺点。冷却系统效率低下，这是因为必须透过多个层(例如ktl漆、粘接剂、空隙填充器)冷却，冷却功率的大部分损耗在壳体上。这种构造使得电池复杂、昂贵且重量大。还要考虑由于焊接变形产生的公差以及多个公差叠加。还产生用于设计、模拟和结构设计的高的成本。对于电池的制造需要大面积以及高投入。对冷却循环系统中的不密封性的查找要求复杂和昂贵的测试。如果冷却系统的一部分不密封或损坏，则产生用于后处理或用于维修以及客户服务的高成本。因此电池必须完全拆卸并在可能情况下更换。冷却系统的不密封性带来整个壳体的更换。
技术实现要素：
因此本发明的目的是，提供一种改善的电池，该电池避免了上述缺点。此外本发明的目的是，给出一种用于制造这种电池的简单的方法。
本发明的主题是用于电池、特别是机动车的动力电池的单池模块，其中在模块的至少一个外壁中集成有用于热交换的管状的空腔(“冷却剂通道”)。
根据本发明的单池模块包括至少一个蓄电池单池(可充电的二次电池)。在一实施形式中，单池模块包括多个以并联和/或串联方式电连接的蓄电池单池。适宜的蓄电池单池的示例包括锂离子电池、锂聚合物电池、锂磷酸铁电池、钠硫电池、和钠氯化镍电池。在一个实施形式中使用锂离子电池。
蓄电池单池或单个单池布置在单池模块内部并被单池模块的外壁包围，该外壁与底板、盖板和四个侧板形成单池模块壳体。单池模块的至少一个外壁具有管状的空腔，该空腔在外壁的整个长度和整个宽度上延伸。这个管状的空腔(“冷却剂通道”)被设置为，使热交换介质(“冷却剂”)穿流该空腔。在单池模块的一个实施形式中，单池模块的底板具有管状的空腔。在单池模块的一个实施形式中，单池模块的盖板具有管状的空腔。在单池模块的一个实施形式中，单池模块的至少一个侧板具有管状的空腔。在另一实施形式中，单池模块的多个外壁都具有管状的空腔，例如底板和盖板、或两个彼此相对的侧板、或底板和/或盖板以及两个彼此相对的侧板。
在单池模块的一个实施形式中，管状的空腔彼此并行地布置。在一个实施形式中，如此选择相邻的管状的空腔之间的间距，使得在空腔之间经过外壁的热流与通过热交换介质的热传输相比可以忽略不计。空腔不直接地彼此“壁挨壁”，以保证尽可能有效的热量输出，这是因为否则在供送线路与回流线路之间发生热交换。在一个实施形式中，相邻的管状的空腔之间的间距相当于至少一个空腔内直径。在另一实施形式中，该间距的值是空腔内直径的数倍。相邻的管状的空腔之间的间距也可以小于空腔内直径。
具有并行地布置的管状的空腔的外壁可以有利地通过挤压成型方法制造。在单池模块的一个实施形式中，单池模块的至少一个外壁包括通过挤压成型方法制成的型材。在另一实施形式中，单池模块的两个外壁分别包括通过挤压成型方法制成的型材。在另一实施形式中，单池模块的四个外壁分别包括通过挤压成型方法制成的型材。在另一实施形式中，单池模块的所有外壁都分别包括通过挤压成型方法制成的型材。在另一实施形式中，单池模块包括具有方形横截面的型材，该型材形成单池模块的底板、盖板和两个彼此相对的侧板。在由型材包围的空腔中布置蓄电池单池。
在一个实施形式中，型材主要由铝或铝合金制成。
在根据本发明的单池模块的外壁中的管状的空腔被设置为用于，在运行状态中被热交换介质穿流，以便冷却或加热位于单池模块中的蓄电池单池。在一个实施形式中，热交换介质是气体、例如空气。在另一实施形式中，热交换介质是流体、例如水、冷却流体或油。
在单池模块的一个实施形式中，两个彼此并排的管状的空腔的开口通过空心的连接元件连接。通过该连接元件提供空腔的流体连接，从而两个连接的空腔形成用于热交换介质的贯通的流动路径。
在一个实施形式中，连接元件设计为u形的插接桥。在另一实施形式中，连接元件具有密封唇，该密封唇密封空腔的开口，从而在连接元件与空腔的彼此连接的开口之间不能流出热交换介质。在一个实施形式中，使用空心的u形插接桥，该u形插接桥具有冗余的密封唇，以便使冷却剂通道彼此连接并使插接桥相对于冷却通道密封。
在另一实施形式中，连接元件也可以粘接在空腔的开口中，或力锁合地压入空腔的开口中，以便实现密封。
在一个实施形式中，外壁的两个彼此具有最大间距的管状的空腔的开口分别连接在热交换介质循环系统上，包含在外壁中的管状的空腔的余下的开口分别成对地通过连接元件彼此连接，使得通过空腔形成热交换介质的蜿蜒的流动路径。通过空腔在单池模块的外壁中的蜿蜒流动实现了有效的热量传输。这特别是在单侧布置的接口的情况下是重要的。在交替布置的接口的情况下，可以设置蜿蜒的流动路径，还可以设置使热交换介质仅沿一个方向流动的、多个并行布置的流动路径。
在一个实施形式中，热交换介质循环系统、例如机动车的冷却系统上的接口通过软管实现，该软管通过卡箍紧固在接口件上，该接口件分别与外壁的两个彼此具有最大间距的管状的空腔(模块的供送线路和回流线路)的开口连接。在另一实施形式中，单池模块在热交换介质循环系统上的接口通过快速锁合联接件或其它连接元件实现。
这提供了如下优点，使得单池模块可以全部以并行于供送线路和回流线路的方式连接，由此可以使单池模块之间的最大可能的温度差距(temperaturspreizung)保持在极小程度。
在运行状态中，每个单池模块直接被热交换介质流过。由此相对于现有技术的电池得到一系列优点。使得降低热传输效率的额外的层、例如ktl、导热粘结剂或空隙填充器被取消。在壳体上不再发生冷却功率的损耗。该结构原理简单，单池模块可低成本且非常容易地制造。不再由于焊接变形和公差叠加产生公差。不需要大的面积和高投入用于制造。如果冷却系统的一部分未密封或损坏，后处理或维修以及客户服务的成本也小。可以简单地检测和快速更换模块；还可以快速的找到未密封处。
用于热交换的元件直接集成在单池模块壳体中。由此省去了单独的冷却板和通流的冷却管，这种冷却管通常包含在电池壳体中以保证通过主动的冷却介质进行冷却。由此简化了制造过程，降低了制造成本，还增高了冷却的效率。
在根据本发明的单池模块中的空腔还用作集成的“防碰撞结构”。在由根据本发明的单池模块构成的电池安装在机动车中时，空腔阻截由下方而来的撞击，例如所谓的“路桩碰撞(pollerfallen)”或“落地”，其中热交换介质(或冷却流体)作为缓冲器起作用。
由这种撞击在单池模块的底侧造成的轻微变形(凹陷)不影响热交换的作用，这是因为继续存在热交换介质的流动，冷却剂通道在侧向方向上可以塑性变形，而管状的空腔的凹陷不成问题，只要空腔的整个横截面没有被堵死。这提高了机动车的运行安全性并防止由于电池的损坏而造成的断电，并在损坏的情况下为车主或车主的保险公司减小了开销。
本发明的主题还包括一种电池，特别是用于机动车的电池，该电池包括至少一个根据本发明的单池模块。在一个实施形式中，电池包括多个彼此电连接和流体连接的根据本发明的单池模块。
本发明的主题还包括一种用于制造根据本发明的单池模块的方法。该方法包括：提供至少一个挤压型材，该挤压型材具有平行布置的管状空腔。该挤压型材被用作根据本发明的单池模块的至少一个外壁，该挤压型材与其余的外壁一同形成用于蓄电池单池的壳体，所述蓄电池单池布置在单池模块中或壳体的内部空间中。在本方法的一个实施形式中，通过连接元件将相邻的管状的空腔的开口连接，该连接元件建立相邻的管状的空腔的流体连接。在另一实施形式中，包含在挤压型材中的管状的空腔如此由连接元件彼此连接，使得产生连续的流动路径，该流动路径蜿蜒地穿过挤压型材延伸。在为热交换介质的供送线路和回流路线使用彼此对置的接口的另一实施形式中，多个并行的流通路径沿一个方向穿过挤压型材延伸。
附图说明
从根据在附图中示意性示出的实施形式并参照附图进一步说明本发明。附图示出：
图1示出现有技术的车辆电池的分解透视图；
图2a-2d示意性示出根据本发明的单池模块的一个实施形式的不同的视图；a)前视图；b)后视图；c)侧视图；d)仰视图；
图3a-3c示意性示出根据本发明的单池模块的实施形式撞击障碍物的不同阶段a)至c)。
具体实施方式
图1在分解透视图中示出相应于现有技术的车辆电池10。电池10包括多个单池模块11，该单池模块在两个彼此上下叠置的平面上分别装配在壳体14中。每个壳体14被盖15封闭并密封。单池模块11在两个壳体14中分别通过布置在壳体14底部的冷却管13冷却。电池10向下的封闭部形成车底保护装置12，该车底保护装置保护电池10以防止由于来自下方的撞击产生的损坏并固定冷却管13。
图2在示意图中示出根据本发明的单池模块20的一个实施形式的不同视图。图2a示出单池模块20的前视图；图2b示出后视图；图2c示出侧视图；图2d示出仰视图。
在示出的实施形式中，单池模块20的外壁具有底板21、多个管状的空腔或冷却剂通道22，该多个管状的空腔或冷却剂通道彼此并行地延伸并从底板21的一边或一个端面延伸至相对的边或端面。
用于冷却剂供送的输送管路24和用于冷却剂回流的排出管路25位于两个彼此相距最远的冷却剂通道22上。接口24和25在运行状态中与冷却剂循环系统、例如机动车的冷却系统和/或并联或串联地与另外的单池模块连接。特别是从图2d中所示，相邻的冷却剂通道22的开口分别通过空心的连接元件23连接。由此冷却剂通道22和连接元件23共同形成蜿蜒地穿过底板21的流动路径，该流动路径从冷却剂入口24延伸至冷却剂出口25。在运行状态中，热交换介质、例如冷却流体流动通过该流动路径。通过底板21，热量在热交换介质与布置在单池模块20的内部空间26中的蓄电池单池(在附图中未示出)之间交换。
图3在示意图中示出根据本发明的单池模块20的实施形式撞到障碍物27上的不同阶段a)至c)。单池模块20以后视图示出。如在图a)至c)中所示，撞到障碍物27上的连续的阶段示出，在撞到障碍物27上或底板21受到来自下方的撞击时单池模块20中的空腔22用作集成的“防碰撞结构”，其中在空腔中或冷却剂通道22中的热交换介质(或冷却流体)作为缓冲器起作用。空腔22吸收冲撞能量并塑性变形。在此空腔的横截面在冲撞的方向上变小并在底板21中垂直于冲撞方向向两侧伸展。
附图标记列表：
10电池
11单池模块
12车底保护装置
13冷却管
14壳体
15盖
20单池模块
21底板
22空腔/冷却剂通道
23连接元件
24冷却剂输送管路/供送线路
25冷却剂排出管路/回流线路
26内部空间
27障碍物