用于电池单池的模块承载体及其制造方法以及电池模块、电池组、电池和电池系统的制作方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及用于电池单池的模块承载体和用于制造模块承载体的方法以及电池模块、电池组、电池和电池系统。本发明还涉及具有所述模块承载体、所述电池模块、所述电池或所述电池系统的车辆特别是汽车比如电动汽车或混合动力汽车。
【背景技术】
[0002]可预见的是，无论静止式应用例如对于风能设备，还是移动式应用例如对于电动汽车(电动车辆EV)或者混合动力车辆(混合动力车辆HEV)，作为可重复充电的蓄能器(EES)，日益使用例如带有锂离子蓄电池或镍-金属混合蓄电池的新式电池系统。
[0003]这种电池系统必须在可用的能量含量、充电/放电效率、可靠性、寿命和并非所愿的因频繁的部分放电引起的容量损失方面满足很高的要求。
[0004]电池系统包括多个电池单池。由于其单池内电阻和所发生的电化学过程，电池单池在充电和放电期间发热。电池单池可以串联(串连)连接，以便提高电压，和/或并联地连接，以便增大最大电流。在此，电池单池可以组装成电池单元或电池模块。例如可以把三个至十二个电池单池组装在一个电池模块中。该电池模块保持住电池单池，并承受机械负荷，从而它保护这些电池单池免受损伤。此外，电池模块实现了对电池单池的机械的预压紧，并提供了电绝缘。另外，电池模块可以用于对电池单池调温。多个电池模块可以组装成一个电池组。在汽车驱动应用中，例如可以把大约100个电池单池(作为牵引电池)串联地或并联地连接起来。因而对于高电压电池系统来说，总电压例如可以为450V或者甚至600Vo
[0005]对于电池单池工作所允许的温度范围通常介于-30 °C和+70 °C之间，优选介于+5°C和+35°C之间。在低的工作温度范围内，电池单池的功率能力明显减小。在温度低于约0°C时，电池单池的内电阻显著增大，电池单池的功率能力和效率随着温度的进一步下降而连续地减小。在这种情况下，电池单池还会出现不可逆的损坏。同样在超过工作温度时，电池单池的功率能力也会显著减小。在温度超过约40°C时，电池单池的寿命就会缩短。在这种情况下，电池单池也会出现不可逆的损坏。另外，在电池单池内的和/或在电池模块或电池内部的对于电池单池工作所允许的温度差(温度梯度)通常介于5开尔文和10开尔文之间。在温度差较大时，电池单池的不同区域或者电池模块的或电池的不同的电池单池会遭受不同的载荷，或者甚至(局部)过载和/或毁损。此外，由于温度差和/或温度变化，在电池中存在形成冷凝水的危险。这种损坏会导致电池单池加速老化，或者导致电池单池热穿透(热贯穿)，这对人和环境形成了危险。
[0006]在车辆的混合式驱动系中，锂离子大功率电池单池以很高的动态性工作。在例如因制动时的制动能量回收或者因加速时的助推支持而产生短暂的峰值负荷期间，电池单池必须在很短的时间内(在充电情况下)吸收或者(在放电情况下)释放大的功率。由于电池单池的内部电阻，这些短暂的峰值负荷导致电池单池显著地变热。电池单池在充电或放电时的效率很高(约95%);然而在这种情况下产生的废热却并非可忽略不计。在牵引功率例如为60KW时，会产生5%的损耗即3KW的损耗功率。此外，例如在夏季月份或者在较热的地区，室外温度为40°C乃至更高，这样的室温处于允许的温度范围之外，因而电池单池在不冷却的情况下就无法达到例如10年的寿命。
[0007]为了保证电池模块或电池系统的安全性、功能和寿命，因此需要使得电池单池在预定的温度范围内工作。一方面，如上所述，在电池单池工作期间产生热量，所述热量必须予以排出，以便避免电池单池发热超过临界的最大温度。另一方面，需要在低温时将电池单池加热到最小温度。为了保持预定的温度范围，对电池模块或电池系统调温，也就是说，根据需要予以冷却或加热。
[0008]为此，电池模块或电池系统可以包括流体，例如液体如乙醇比如丙醛-1元醇、2元醇、3元醇(甘油、丙三醇)、油或水或液体混合物，作为调温剂例如包括在调温剂回路中的冷却剂。
[0009]例如利用冷却板来实现冷却电池单池，在这些冷却板上安装着电池单池。在这些冷却板中要么容纳着冷却剂比如冷却水(气-热-冷却器)，要么容纳着制冷剂，其通过热量即电池单池的热量而蒸发(蒸发器)，并把热量通过冷却器排放到外界或空调设备(空调AC)。冷却系统除了包括冷却板或蒸发器和冷却器外，还包括例如由塑料或金属比如铝构成的软管和/或管，用于连接冷却板、蒸发器和/或冷却器。
[0010]WO 2012/028927 A2公开了一种带有电池组的电储存装置，其包括多个电池单池、一对端板和多个压紧带，其中，多个电池单池设置在一对端板之间，多个压紧带沿着多个电池单池在其顶面或底面上朝向，并分别固定在端板上，从而多个电池单池在一对端板之间压紧。
[0011]为了改善电池模块的功能，降低电池模块的成本，因而需要改善模块承载体和用于制造模块承载体的方法。
【发明内容】
[0012]本发明的具有独立权利要求的特征的装置和方法有如下优点:电池单池例如棱柱形电池单池能被简单地保持住、得到保护和被压紧。由此可以改善地满足机械要求。此外，模块承载体可以模块化。由此可以简化模块承载体的结构，减少模块承载体的组件数量。还可以提高模块承载体的多样性和/或可变性。由此可以降低成本例如制造成本、仓储成本、维护成本或维修成本，并保护资源。
[0013]有益地，电池单池包括单池底和单池顶盖，第一容纳区域借助第一承载机构的第一侧壁由用于引导单池底的在所述第一侧壁上构造的第一凸起例如侧翼式凸起或齿式凸起和用于引导单池顶盖的在所述第一侧壁上与第一凸起间隔开地构造的第二凸起例如侧翼式凸起或齿式凸起构成，第二容纳区域可以借助第二承载机构的第二侧壁由用于引导单池底的在所述第二侧壁上构造的第三凸起例如侧翼式凸起或齿式凸起和用于引导单池顶盖的在所述第二侧壁上与第三凸起间隔开地构造的第四凸起例如侧翼式凸起或齿式凸起构成。这样就能沿着两侧引导或保持住电池单池。由此能可靠地将电池单池固定在模块承载体内部。
[0014]有益地，电池单池包括设置在单池顶盖上的单池接头，第二凸起和第四凸起经过构造，从而它们与这些单池接头可靠地间隔开，和/或，第二凸起和第四凸起经过构造，从而可靠地遮盖住这些单池接头。由此可以保证例如借助单池连接器可靠地安装和/或可靠地连接多个电池单池。此外，对单池接头和/或单池连接器的接触可以得到防止，或者至少变得困难。
[0015]有益地，第一承载机构和第二承载机构可以构造成型部，例如U形型部或挤压成的型部。因而可以根据需求通过截断“环形”型部来制得承载机构。由此可以简化对承载机构的制造。还可以提高承载机构的多样性和/或可变性。由此可以降低成本。有益地，沿着第一空间方向的第一承载机构的长度和第二承载机构的长度可以适配于电池单池的在第一空间方向上的长度。由此可以根据电池单池的尺寸和数量来调整承载机构。由此可以进一步降低成本。有益地，第一承载机构和第二承载机构可以由塑料和/或金属例如铝构成。由此可以提高模块承载体的耐用性和稳固性。还可以简化对模块承载体的制造。
[0016]有益地，为了容纳调温剂，第一承载机构可以包括沿着第一空间方向构造的第一通道，第二承载机构可以包括沿着第一空间方向构造的第二通道，和/或，为了容纳调温剂，第一承载机构可以包括沿着第一空间方向构造的第三通道，第二承载机构可以包括沿着第一空间方向构造的第四通道。由此可以将对电池单池的调温整合到模块承载体中。由此可以在模块承载体中对电池单池调温(冷却或加热)。在此可以简化模块承载体和调温机构的结构。此外，可以改善对模块承载体的安装空间的利用。
[0017]有益地，第一连接机构可以包括第一连接通道，该第一连接通道可与第一通道和/或第二通道连接，且带有第一接头，用于流入或流出调温剂。由此可以通过第一连接机构进行调温剂的流入或流出。由此可以简化承载机构的结构。还可以限制模块承载体的组件数量。有益地，第一连接机构可以包括第一续引通道，该第一续引通道可与第一通道和第二通道连接，用于续引调温剂。由此可以便于调温剂流经模块承载体。由此可以简化承载机构的结构。还可以限制模块承载体的组件数量。有益地，第一连接机构可以包括第二续引通道，该第二续引通道可与第三通道和第四通道连接，用于续引调温剂。由此可以进一步便于调温剂流经模块承载体。有益地，第一连接机构可以包括分别用于回馈调温剂的可与第一通道和第三通道连接的第一回馈通道和可与第二通道和第四通道连接的第二回馈通道。由此可以进一步便于调温剂流经模块承载体。有益地，第二连接机构可以包括第二连接通道，第二连接通道可与第一通道或第二通道连接且带有第二接头，用于流入或流出调温剂。由此可以通过第二连接机构进行调温剂的流入或流出。由此可以简化承载机构的结构。还可以限制模块承载体的组件数量。有益地，第二连接机构可以包括第三连接通道，第三连接通道可与第三通道或第四通道连接且带有第三接头，用于流入或流出调温剂。由此可以改善调温剂经由第二连接机构流入或流出。由此可以简化承载机构的结构。还可以限制模块承载体的组件数量。有益地，模块承载体可以包括第一连接机构，该第一连接机构包括可与第一通道和第三通道连接的第四连接通道且带有第四接头，用于流入或流出调温剂。由此可以通过第一连接机构进行调温剂的流入或流出。由此可以简化连接机构的结构。有益地，模块承载体可以包括第二连接机构，该第二连接机构包括可与第二通道和第四通道连接的第五连接通道且带有第五接头，用于流入或流出调温剂。由此可以通过第二连接机构进行调温剂的流入或流出。由此可以进一步简化连接机构的结构。有益地，模块承载体可以包括用于密封调温剂回路的密封件。由此可以密封在通道、连接通道、续引通道和回馈通道之间的接口。
[0018]有益地，模块承载体还可以包括底板，例如包括用于容纳调温剂的另一通道的底板，其中，第一连接机构和第二连接机构适当地与该底板连接，从而该底板布置在第一承载机构和第二承载机构之间。由此可以进一步改善地满足机械要求。还可以改善有时在模块承载体内对电池单池的调温。
[0019]有益地，第一承载机构、第二承载机构、第一连接机构和/或第二连接机构可以包括用于固定模块承载体的固定机构例如固定孔。由此可以简化对模块承载体的安装。
[0020]本发明提出一种电池模块，其包括前述模块承载体和前述电池单池。本发明提出一种电池组，其包括前述模块承载体或前述电池模块。本发明提出一种电池，其包括前述模块承载体、前述电池模块或前述电池组。本发明提出一种电池系统，其