具有冷却回路的电池包的制作方法

1.本发明涉及一种电池包，该电池包用于接纳包括多个互连的单体的至少一个电池模块，并且设置有用于使冷却流体在该包中循环的冷却回路。
2.特别地但并非排他性地，本发明适用于对电动或混合动力车辆的传动系供电的锂离子(li离子)电池。


背景技术：

3.li离子电池由于其高电压和高能量密度而特别适合于对电动或混合动力车辆的传动系供电。在这样的电池中，li离子单体是包含一定量的电解质的基本部件，锂离子可以通过该电解质在阴极与阳极之间迁移，以便储存或传递电能。在li离子电池中，多个li离子单体首先组装并且串联和/或并联连接而形成模块，然后多个模块组装并且串联和/或并联连接而形成“包”。因此，电池包通常包括多个互连的模块(该多个互连的模块进而由多个互连的单体形成)和用于该电池包的各个元件的支撑结构。
4.在电池包中的一个或多个单体故障的情况下，可能会在单体内部引发热失控现象。在没有安全装置(比如由申请人实施的安全装置)的情况下，这种热失控现象可能会蔓延到整个包，并且一旦单体超过温度阈值，就会导致失火。因为这种失火是化学性失火，所以非常难以熄灭，尤其是考虑到失火局限在由包形成的几乎气密密封的腔室中这一事实。
5.专利文件cn 106110537披露了一种用于在li离子电池热失控的情况下防止失火风险的装置。电池设置有温度传感器以及水供应回路和液氮供应回路，从而允许水和液氮分别在电池包中循环。当检测到的温度超过某个阈值时，水供应回路和液氮供应回路这两个供应回路中的一个供应回路或另一个供应回路被启用，以便在电池单体热失控的初始阶段期间使电池冷却并且(如果必要的话)在电池着火时灭火。特别地，当温度介于低温度阈值与高温度阈值之间时，液氮供应回路被启用，使得液氮从上方被喷射到电池单体上，并且当温度变得高于高阈值时，液氮喷射被停止，而水供应回路被启用，使得水雾从上方被喷射到电池单体上。
6.这种装置的生产相对复杂，因为这种装置需要向电池提供两个不同的冷却回路(具体地，液氮供应回路和水供应回路)，这对空间和成本不利。此外，将液氮或水从上方喷射到电池模块的单体上的简单动作可能不足以在温度过度升高的情况下阻止失火或不足以确保彻底灭火。


技术实现要素：

7.因此，本发明的目的是提出一种没有先前提及的限制中的至少一个限制的电池包。
8.为此，本发明涉及一种电动或混合动力机动车辆的电池包，所述电池包是由上部壳体和下部壳体形成的，该上部壳体和该下部壳体界定了内部腔室，在该内部腔室中容纳有包括多个互连的电化单体的至少一个电池模块，该包设置有允许旨在借助于喷射喷嘴喷
射到所述至少一个模块上的冷却流体在该包中循环的冷却回路，其特征在于，冷却回路适合于确保冷却流体在包内的封闭回路中的循环，其中布置在内部腔室中的泵能够借助于形成在下部壳体的基部壁中的排放孔口使被喷射到所述至少一个模块上并且被收集在设置在下部壳体的基部壁下面的双基部中的冷却流体再循环到喷射喷嘴。
9.由于这种布置，一方面通过形成在下部壳体的基部壁中的排放孔口允许冷却流体沿着所述至少一个模块的单体向下流动以被收集在下部壳体的双基部中，另一方面通过泵允许收集到的此流体再循环到喷射喷嘴，使得冷却流体在包内部的封闭回路中循环。因此，包特别紧凑且体积更小。
10.有利地，热熔密封元件被放置在每个排放孔口内部，所述热熔密封元件能够在达到确定温度阈值时熔化以密封所述至少一个排放孔口，从而阻止喷射到所述至少一个模块上的冷却流体朝向下部壳体的双基部排放，以允许所述至少一个模块的单体被浸没。
11.由于这种布置，朝向双基部的每个排放孔口可以在温度过度升高的情况下被封闭。温度阈值适合于在单体内开始出现热失控现象(这些单体于是可能会在包内燃烧)时使热熔密封元件熔化。这允许继续喷射到单体上的冷却流体在所述至少一个模块中的液位升高，直到单体被浸没为止。这有效地阻止了单体火势的蔓延。
12.有利地，喷射喷嘴布置在上部壳体的内壁上，所述上部壳体包括与所述内壁间隔开的外壁以在所述上部壳体中形成内部空腔，泵借助于导管连接到喷射喷嘴，该导管通向所述内部空腔以便将所述冷却流体注入在该内部空腔中。
13.有利地，通向下部壳体的双基部中的通孔形成在下部壳体的基部壁中以使冷却流体穿过，泵接合有抽吸嘴，该抽吸嘴穿过所述通孔并且伸入双基部中。
14.有利地，多个单体并置在每个模块的接纳体积中，其中，所述至少一个模块的两个基本单体之间有至少一个间隔，以允许冷却流体在所述至少一个模块的两个单体之间穿过。
15.有利地，间隔由在两个单体之间延伸的隔板形成，所述板的相反两面被开槽以形成沿着单体的流体通路通道。
16.本发明还涉及一种包括电动传动系的机动车辆，其特征在于，所述机动车辆包括如上所述的电池包。
附图说明
17.从下文参考附图通过举例方式且不以任何限制方式提供的描述中，本发明的另外的特征和优点将变得明显，在附图中：
18.[图1]是根据本发明的示例性实施例的电池包的竖直截面视图；
[0019]
[图2]是图1所示的电池包模块的立体图；
[0020]
[图3]是图1所示的电池包的下部部分的细节的分解的、立体的截面视图；
[0021]
[图4]是图1所示的电池包的下部部分的细节的非分解的、立体的截面视图；以及
[0022]
[图5]是电池包的下部部分的细节的立体的截面视图，其中在下部壳体的基部处形成有两个排放孔口，这两个排放孔口分别以堵塞配置和未堵塞配置示出。
具体实施方式
[0023]
图1是设置有至少一个电动传动系的电动或混合动力机动车辆的牵引电池包1的一侧的截面视图。包1基本上由下部壳体2(例如由铝制成)形成、由上部壳体3(也由铝制成)封闭。下部壳体2和上部壳体3界定了内部腔室，在该内部腔室中设置有至少一个、优选地多个由互连的电化单体5构成的模块4，这些互连的电化单体属于li离子类型。根据示例，包1围封由十个互连的电化单体5构成的两个模块4，这两个模块优选地具有平行六面体形状。对于模块4中的每个模块，单体5被固持成彼此平行并且通过隔板6彼此相距一定距离，这些隔板的作用是允许从模块上方喷射的冷却流体在单体之间穿过。图2示出了模块4和在该模块内部的隔板6的细节的立体图，这些隔板规则间隔开并且彼此平行布置，如图1所示的单体将被插入在这些隔板之间。模块4由具有大致正方形的截面的外壳形成，该外壳的上部开口41与下部开口42相对。在外壳4内部，隔板6中的每个隔板基本上延伸外壳4的全高度并且具有两个相反的表面61、62。板6的这两个相反的表面61、62被开槽。因此，这两个相反的表面具有凹槽63，这些凹槽在模块外壳4的上部开口与下部开口之间延伸板6的整个高度。
[0024]
再次参考图1，上部壳体3具有由两个相对的壁(具体地，外壁31和内壁32)形成的内部空腔33，这两个相对的壁彼此间隔开、与容纳在电池包1中的两个由单体5构成的模块4对齐地延伸。内壁32设置有多个喷射喷嘴30，该多个喷射喷嘴面向模块的上部开口41和布置在这些模块中的单体。喷射喷嘴30被设置成允许将注入到上部壳体3的内部空腔33中的冷却流体(如随后将更详细地描述的)喷射到布置在包的在该包的上部壳体3下方的内部腔室中的电池模块4上。冷却流体是电介质流体，即该冷却流体不是电荷载体，从而不会使单体短路。热传递流体是例如聚乙二醇或矿物油。
[0025]
由喷射喷嘴30如此喷射到电池模块4的上部部分上的冷却流体在电池模块的单体5与隔板6之间、沿着凹槽流动到下部壳体2的基部20。以此方式，热交换在单体与冷却流体之间发生，使得单体所释放的热能可以被消散。
[0026]
如在图3和图4(这两个附图分别以分解视图和非分解视图展示了包1的下部部分的细节的立体图)中可以最佳看出的，提供了经加热的冷却流体然后通过重力流动通过形成在下部壳体2的基部壁20中的排放孔口21，该基部壁优选地包括与布置在包中的模块4中的每个模块的下部开口42相对地形成的至少一个排放孔口。排放孔口21所收集到的经加热的冷却流体通过这些孔口21被传送到下部壳体2的双基部23中，该双基部由下部壳体2的下部壁22与下部壳体2的基部壁20相对地形成，下部壳体的这两个壁(即，下部壁22和基部壁20)彼此间隔开。因此，下部壳体的双基部23在下部壳体2的面向模块的下部开口的基部壁20的下面延伸。
[0027]
下部壳体2的双基部23和上部壳体3的内部空腔33借助于泵7彼此连接，该泵位于电池包1的与模块4相邻的腔室中。出于此目的，上部壳体3的内壁32与泵7基本上对齐地具有孔口34，该孔口通向上部壳体3的内部空腔33中。在所述孔口34上安装有连接件，该连接件装配到延伸到泵7的供应管线8中。
[0028]
此外，下部壳体2的基部壁20在泵7的区域中具有通孔26，所述通孔通向下部壳体2的双基部23中。泵7具有抽吸嘴71，该抽吸嘴通过通孔26插入并且伸入下部壳体2的双基部23中。
[0029]
因此，打开泵7使得冷却流体如下在包1内部的封闭回路中循环。首先，通过通孔26
从下部壳体的双基部23中抽出冷却流体。冷却流体被认为会在通孔26处被冷却。然后，该冷却流体通过泵7的抽吸嘴71被抽吸进来，并且在压力之下被递送通过供应管线8，如箭头f所示。然后，冷却流体在压力之下流动到上部壳体3的内部空腔33中。然后，该冷却流体在压力之下通过喷射喷嘴30被注入，以在模块4上方形成喷雾p。然后，根据箭头t，冷却流体通过重力沿着单体5在由布置在单体5之间的隔板6的凹槽63形成的通路通道中流动。在与单体5接触时，冷却流体储存这些单体所产生的热能，然后通过重力流动经过下部壳体2的基部壁20，然后通过排放孔口21流动到下部壳体2的双基部23内部。然后，与单体接触而积聚的热能往往会从经加热的冷却流体中流失到下部壁22，该下部壁例如暴露于环境空气。因为下部壁22与基部壁20之间的距离与该下部壁和该基部壁的表面积相比较小，所以冷却流体呈薄层形式通过下部壳体的双基部23，因此该冷却流体的冷却是迅速的。因此，当冷却流体再次被抽吸通过通孔26时，该冷却流体被认为是冷却的，从而开始单体5的另一轮冷却循环。
[0030]
然而，在一个或多个电池模块中的单体热失控的情况下，一旦电池单体超过温度阈值，这些电池单体就可能会在包内燃烧。刚刚描述的电池单体的冷却循环可能不足以阻止或遏制这种火势的蔓延。
[0031]
因此，排放孔口21各自设置有热熔密封元件24，该热熔密封元件被结合在孔口内并且旨在允许所述排放孔口在温度过度升高的情况下被密封并且因此允许模块被浸没。热熔密封元件24呈球粒的形式，该球粒由热熔材料制成、被放置在每个排放孔口21内部、并且具有中心孔25以允许冷却流体朝向下部壳体2的双基部23穿过，每个球粒具有为了在达到预定温度时阻挡排放孔口21而熔化的能力。
[0032]
通过举例方式并且如在图5中可以最清楚地看出的，形成在下部壳体2的基部壁20中的每个排放孔口21是由大致截头圆锥形的内周面210界定的，该内周面在内部腔室的一侧上的上部开口211与下部壳体2的双基部23的一侧上的下部开口212之间自顶到底渐缩。热熔球粒24被结合在排放孔口21内，其方式使得与这些排放孔口的内周面210相匹配，同时球粒的中心孔25提供了排放孔口21的上部开口211与下部开口212之间的冷却流体的通路。因此，通过在达到预定温度时熔化，球粒24的热熔材料流动到双基部23中并且在与内壁22接触时在排放孔口21的下部开口212处烧结，直到该热熔材料形成封闭所述开口的堵塞物为止。在图5中左侧的排放孔口21被展示处于这种堵塞配置中。因此，与每个排放孔口21相关联的热熔球粒24使得能够在达到预定温度时阻挡形成在模块下方、朝向下部壳体2的双基部23的流体通路，从而阻止冷却流体排放到下部壳体2的双基部23中。
[0033]
与位于电池的模块4下方的排放孔口21相关联的热熔球粒24的熔化使得模块填充有继续从上方喷射单体的冷却流体，从而允许单体在模块内至少部分地被浸没。这种布置在单体内部开始出现热失控的情况下阻止火势蔓延方面特别有效。