用于机动车高压电池的棱柱形电池单体的加热装置、电池单体、电池模块、高压电池以及机动车的制作方法

本发明涉及一种用于机动车高压电池的棱柱形电池单体的加热装置。本发明还涉及电池单体、电池模块、高压电池以及机动车。

背景技术：

本文尤其是关注用于可电驱动的机动车、如电动车辆或混合动力车辆的高压电池或高压蓄存器。这种高压电池具有大量电池单体或蓄存单体，它们通常堆叠成单体堆并相互连接成电池模块。在此，可由电池模块提供的最大功率通常随着电池单体的运行温度的降低而减小。这在可电驱动的机动车中会导致在较低的外界温度下在开始行驶时只能提供有限的驱动功率。因此，由现有技术已知为电池模块配备加热装置，从而可在需要时对电池单体进行加热。由wo2012/120090a1已知一种具有至少一个电池模块的、用于机动车的电能量蓄存器，其中，在电池模块的至少两个蓄存单体之间设置有柔性电加热元件，该电加热元件例如由柔性加热箔制成。将这种加热箔定位在电池单体之间并且与加热箔进行接触通常非常耗费。

技术实现要素：

本发明的任务在于提供一种解决方案，该解决方案涉及如何能够特别简单并且在没有大的耗费的情况下将加热元件集成到用于可电驱动的机动车的高压电池的电池模块中。

根据本发明，所述任务通过具有根据相应独立权利要求的特征的加热装置、电池单体、电池模块、高压电池以及机动车来解决。本发明的有利实施方案是从属权利要求、说明书和附图的技术方案。

根据本发明的用于机动车高压电池的棱柱形电池单体的加热装置包括：两个面状的加热元件，所述加热元件用于设置在电池单体的单体壳体的两个相对置的周部外侧上；以及两个将加热元件机械和电连接的连接元件，所述连接元件用于设置在单体壳体的壳体盖上并且用于与提供加热电流的能量源连接。为了以加热电流给加热元件通电，第一连接元件与两个加热元件的第一接头电连接，并且第二连接元件与两个加热元件的第二接头电连接。所述连接元件构造成至少局部柔性的，由此加热元件被铰链式地连接。通过将第一加热元件设置在单体壳体的第一周部外侧上、将通过连接元件与第一加热元件铰链式连接的第二加热元件翻转越过壳体盖并将第二加热元件设置在第二周部外侧上，所述加热装置能够被设置在单体壳体上。

本发明还涉及一种用于机动车高压电池的棱柱形电池单体，其包括单体壳体以及根据本发明的加热装置，该单体壳体具有壳体周部和壳体盖，在该壳体盖上设置有电池单体的单体端子，面状的加热元件设置在壳体周部的两个相对置的周部外侧上，并且连接元件设置在壳体盖上的单体端子之间。

此外，本发明还涉及一种用于机动车高压电池的电池模块，其包括多个相互堆叠的根据本发明的电池单体以及两个模块接头，所述模块接头与电池单体的单体端子相应于预定的互连结构而连接，为了向加热装置提供来自电池单体的加热电流，加热装置的第一连接元件彼此电连接并且与电池模块的第一模块接头电连接，而加热装置的第二连接元件彼此电连接并且与电池模块的第二模块接头电连接，第一连接元件和/或第二连接元件通过可控开关元件与相应的模块接头连接。

棱柱形电池单体构造为次级单体并且具有尤其是扁方体形的单体壳体，在该单体壳体的壳体内部空间中设有单体卷芯。单体壳体具有尤其是矩形的壳体底部、壳体周部和尤其是矩形的壳体盖。壳体周部在此由四个周部侧面形成，这些周部侧面尤其是构成单体壳体的一个前侧、一个背侧和两个侧面区域。为了与单体卷芯的电极进行接触，单体端子与电极电连接并引导穿过壳体盖。棱柱形电池单体可沿堆叠方向堆叠成单体堆。为此，例如将一个电池单体的前侧设置在一个相邻的电池单体的背侧上等等。为了互连各电池单体，单体端子可通过单体接触系统彼此电连接。

为了能够例如在低的外界温度下加热电池单体以提高功率，电池模块的至少一个电池单体、尤其是电池模块的每个电池单体具有加热装置，该加热装置设置在单体壳体的外侧上。加热装置在此具有面状的加热元件以及连接元件。所述连接元件设计用于将加热元件彼此机械和电连接。优选地，面状的加热元件分别具有加热箔，该加热箔带有集成的能通电的加热电阻。加热箔或者说加热片例如具有薄的、尤其是柔性的载体，该载体具有嵌入的加热电阻或加热线材，所述加热电阻或加热线材例如曲折形地在载体上或在载体中延伸并且具有两个接头。加热箔例如可构造成矩形的。

通过将第一连接元件与两个加热元件的第一接头电连接并且将第二连接元件与两个加热元件的第二接头电连接，加热元件、尤其是加热电阻在此并联连接。此外，能量源的加热电流可通过连接元件供应给加热元件。能量源例如可以是该电池单体本身或电池模块的电池单体的连接在一起的连接结构。

例如连接元件可通过可控开关与电池单体的单体端子电连接，通过所述开关，加热元件可在需要时连接到单体端子上。连接元件在此构造成至少局部柔性的、尤其是可弯曲的。由此，加热元件通过连接元件形式的铰链彼此连接并且构造成可彼此翻转的。例如连接元件可至少局部地由扁带状线缆构成。

具有加热元件和连接元件的加热装置在此是预安装的并且尤其是构造成一件式的。这意味着，在将加热装置设置在单体壳体上之前，连接元件已经与加热元件机械和电连接。加热装置因此是具有两个彼此连接的加热片的双加热片。加热装置作为整体设置在单体壳体上。在此，加热元件中的一个加热元件设置在第一周部外侧上并且位置固定地定位在那里。另一个加热元件现在借助铰链式连接元件这样翻转越过壳体盖，使得所述另一个加热元件设置在第二周部外侧上。当第二加热元件翻转越过壳体盖时，连接元件被定位在壳体盖上。连接元件尤其是设置在布置在壳体盖上的单体端子之间。因此，除了电池单体的单体端子以外，通过连接元件在壳体盖上还形成两个用于给加热元件通电的加热端子。在此，加热装置尤其是这样设置在单体壳体上，使得加热元件中的一个加热元件设置在单体壳体前侧的外侧上，而加热元件中的另一个加热元件设置在单体壳体背侧的外侧上。因此，在单体堆内，加热元件设置在两个电池单体之间。

通过一件式的、预安装的加热装置可在制造电池模块期间特别简单且快速地将加热装置安装在电池单体上。通过将连接元件定位在壳体盖上，连接元件可特别简单地与能量源接触，以便给加热元件通电。

证明为有利的是，加热元件的朝向周部外侧的内侧构造成有粘性的，从而加热元件能够材料锁合地固定在周部外侧上。例如加热箔可在朝向周部外侧的内侧上具有粘合层。通过粘合层，加热元件、尤其是加热箔可粘合到周部外侧上并且因此可特别简单地定位和固定。此外，粘合确保加热元件与周部外侧之间的良好的热接触，从而可实现从加热元件到壳体内部空间的良好的热传递。

在本发明的一种扩展方案中，为了使配备有加热装置的电池单体与高压电池的单体堆中的相邻的电池单体电绝缘，加热元件的背离周部外侧的外侧构造成电绝缘的。例如加热箔可具有由电绝缘材料、如塑料制成的载体，在该载体中嵌入加热电阻。加热元件的电绝缘的外侧在此也可构造成有粘性的，从而配备有加热装置的电池单体可与相邻的电池单体或其加热装置材料锁合地连接。通过电绝缘的加热元件可有利地省却电池单体的各金属单体壳体之间的其它绝缘体或间隔保持件。

优选地，所述加热装置构造成轴对称的，从而连接元件与电池单体的相应侧边缘之间的相应距离基本上是相同的。在电池单体的堆叠状态中，由电池单体的壳体盖形成的单体堆上侧具有两排彼此平行且平行于堆叠方向延伸的单体端子和两排位于其间、彼此平行且平行于堆叠方向延伸的连接元件。通过加热装置的对称设计和单体壳体的对称设计，配备有加热装置的电池单体也构造成轴对称的。由此，配备有加热装置的电池单体也可在单体堆内转动180°，而不改变连接元件在单体堆上侧上的位置。由此，连接元件可特别简单地例如通过平行于堆叠方向延伸的直型汇流条彼此电连接。

在一种优选实施方式中，加热元件的面积大小等于相应周部外侧面积大小的至少90％，加热元件的高度尤其是单体壳体高度的90％、优选介于60mm至90mm之间、特别优选约为75mm，并且加热元件的长度尤其是单体壳体长度的90％、优选介于150mm至180mm之间、特别优选约为165mm。通过覆盖相应周部外侧至少90％的面状的加热元件可在加热电池单体期间提供均匀的温度分布并且可向电池单体的单体壳体中输入特别高的热量。尤其是，加热元件分别具有至多200μm、优选至多150μm的厚度。由于这种小的厚度(该厚度例如包括加热箔、内侧上的粘合层和外侧上的绝缘层的厚度)，整个电池模块的尺寸仅略微增加。

在本发明的一种扩展方案中，连接元件分别具有用于与能量源电连接的接触板以及柔性导体，所述接触板通过柔性导体与加热元件的相应接头电连接。这种接触板可特别简单地与能量源、如电池模块的模块接头连接。为此例如可将汇流条焊接到接触板上。接触板例如可以是金属接触板并且可由和汇流条材料一样的材料、如铝制成。接触板通过柔性的可弯曲的导体与加热元件机械和电连接。通过将加热元件设置在周部外侧上，接触板尤其是贴靠地设置在壳体盖上。

优选地，接触板的朝向壳体盖的下侧具有用于粘合在单体壳体的壳体盖上的粘合层。粘合层例如可以是设置在下侧上的粘合垫，从而在将加热装置安装在单体壳体上时可将接触板固定在壳体盖上。尤其是，接触板的宽度至多等于单体壳体的厚度、尤其是至多等于单体壳体厚度的90％。接触板可具有15mm至19mm的宽度、约10mm的长度和约1mm至2mm的厚度。

本发明还涉及一种用于机动车的高压电池，其包括至少一个根据本发明的电池模块。高压电池尤其是构造为用于机动车的牵引电池并且包括多个互连的电池模块。

根据本发明的机动车包括根据本发明的高压电池。机动车尤其是构造为电动车辆或混合动力车辆。

参照根据本发明的加热装置提出的实施方式及其优点相应地适用于根据本发明的电池单体、根据本发明的电池模块、根据本发明的高压电池以及根据本发明的机动车。

本发明的其它特征从权利要求、附图和附图说明中得出。上文在说明中提到的特征和特征组合以及下文在附图说明中提到和/或仅在附图中示出的特征和特征组合不仅能够以相应给出的组合来使用而且也能够以其它组合或单独使用。

附图说明

现在参考优选实施例以及参照附图详细阐述本发明。附图中：

图1示出根据本发明的电池单体的一种实施方式的示意图；和

图2示出根据本发明的加热装置的一种实施方式的示意图；和

图3示出加热装置的连接元件的部件的示意图。

具体实施方式

附图中，相同和功能相同的元件设有相同的附图标记。

图1示出根据本发明一种实施方式的棱柱形电池单体1。棱柱形电池单体1可与多个另外的电池单体1堆叠成单体堆。一个单体堆的各电池单体1可相互连接成一个电池模块，多个电池模块又可相互连接成用于可电驱动的机动车的高压电池。电池单体1具有扁方体形的单体壳体2，该单体壳体具有壳体底部3、壳体盖4和壳体周部5。壳体周部5具有多个周部侧面6、7、8、9、即一个前侧6、两个侧面区域7、8以及一个与前侧6相对置的背侧9。此外，电池单体1具有加热装置10，该加热装置在图2中以透视图示出。

加热装置10具有两个面状的加热元件11、12。第一加热元件11例如设置在单体壳体2前侧6的外侧上并且第二加热元件12例如设置在单体壳体3背侧9的外侧上。加热元件11、12例如可分别具有例如带有集成的加热电阻13a的加热箔13。加热电阻13a可在加热元件11、12设置在周部侧面6、9外侧上的状态中曲折形地在周部侧面6、9外侧的表面上延伸。

加热元件11、12在此通过两个连接元件14、15彼此电连接。通过将两个加热元件11、12的第一接头16与第一连接元件14电连接并且将两个加热元件11、12的第二接头17与第二连接元件15电连接，两个加热元件11、12的加热电阻13a通过所述连接元件14、15并联连接。加热装置10例如具有20mohm至150mohm、优选30mohm至60mohm的总电阻。例如在每个加热电阻13a在20℃下具有例如60mohm电阻的情况下，加热装置10由此在20℃下具有30mohm的总电阻。

如图2所示，加热装置10在此是预安装的。也就是说，在将加热装置10设置在单体壳体2上之前，加热元件11、12是通过连接元件14、15机械和电连接的。连接元件14、15构造成铰链式的并且为此构造成局部柔性的。通过铰链式的连接元件14、15，加热元件11、12构造成可彼此翻转的。为了将加热装置10设置在单体壳体2上，例如将第一加热元件11设置在前侧6上。在将第一加热元件11设置在前侧6上之后将第二加热元件12翻转越过壳体盖4并设置在背侧9上。加热元件11、12的内侧18可例如构造成有粘性的，从而加热元件11、12可粘合到周部外侧6、9上。连接元件14、15在此带状地在壳体盖4上被引导并且设置在电池单体1的单体端子19、20之间。由能量源提供的加热电流可通过连接元件14、15馈入到加热电阻13中。

连接元件14、15在此分别具有接触板21，如其示例性地在图3中所示出的。接触板21例如可在其下侧22上具有粘合层23并且因此可被固定粘合在壳体盖4上。粘合层23例如可以是粘合垫。接触板21的长度24例如可大约为10mm，接触板21的宽度25可介于15mm至19mm之间并且接触板21的厚度26可大约为1mm。在此，连接元件14、15具有如下长度，通过该长度，加热元件11、12之间的距离27(参见图2)大致等于电池单体1的厚度。距离27例如可以是21mm。为了提供铰接效果，连接元件14、15在此还具有柔性导体28、如扁带状线缆。通过所述柔性导体28，第一连接元件14的接触板21与第一和第二加热元件11、12的第一接头16电连接，并且第二连接元件15的接触板21与第一和第二加热元件11、12的第二接头17电连接。通过柔性导体28，加热元件还机械地连接。

加热元件11、12在加热装置10设置在单体壳体2上的状态中几乎完全覆盖周部外侧6、9、尤其是至少90％地覆盖周部外侧。如果单体壳体2具有例如约85mm的高度29，则加热元件11、12分别具有约78mm的高度30。如果单体壳体2具有约173mm的宽度31，则加热元件11、12例如分别具有约165mm的宽度32。因此，在加热电池单体1时可在单体壳体2内提供均匀的温度分布以及向单体壳体2内输入高的热量。

此外，加热装置10构造成关于轴线a对称的。轴线a在此也是单体壳体2的对称轴线并且因此是电池单体1的对称轴线。由此，第一连接元件14距单体壳体2侧面区域7的距离与连接元件15距单体壳体2侧面区域8的距离相同。如果现在多个电池单体1相互堆叠成单体堆，则连接元件14、15沿平行的两排设置在由电池单体1的壳体盖4形成的单体堆上侧上。因此，连接元件14、15可与两个直型汇流条电连接并且与电池模块的相应模块接头连接。为了将连接元件14、15与汇流条连接，可将汇流条焊接到连接元件14、15的接触板21上。

电池单体1的模块接头与电池单体1的单体端子19、20电连接，从而可给电池单体1的加热装置10供应电池单体1的电能。在各电池单体1并联连接的情况下，例如所有第一单体端子19与第一模块接头连接，而所有第二单体端子20与第二模块接头连接。此外，第一连接元件14彼此连接并且与第一模块接头连接，而第二连接元件15彼此连接并且与第二模块接头连接。第一连接元件14和/或第二连接元件15在此分别通过可控开关元件与相应的模块接头连接。在不存在加热需求的情况下，相应开关元件断开，从而没有加热电流供应给加热元件11、12。在需要加热的情况下，则相应开关元件可闭合，从而加热元件11、12被供应加热电流。

附图标记列表

1电池单体

2单体壳体

3壳体底部

4壳体盖

5壳体周部

6、7、8、9周部侧面

10加热装置

11、12加热元件

13加热箔

13a加热电阻

14、15连接元件

16、17接头

18加热元件的内侧

19、20单体端子

21接触板

22接触板的下侧

23粘合层

24接触板的长度

25接触板的宽度

26接触板的厚度

27加热元件的距离

28导体

29单体壳体的高度

30加热元件的高度

31单体壳体的长度

32加热元件的长度

a轴线