电池系统和包括该电池系统的车辆的制作方法

本发明涉及电池系统，其允许在热失控的情况下排放的排出气体远离相邻的电池单元并在离开电池系统之前冷却。此外，本发明涉及包括该电池系统的车辆。

背景技术：

1、近年来，已经开发了使用电力作为动力源的用于运输货物和人员的车辆。这种电动车辆是由电动机驱动的汽车，使用储存在可再充电电池中的能量。电动车辆可以仅由电池提供动力，或者可以是由例如汽油发电机提供动力的混合动力车辆。此外，车辆可以包括电动机和传统内燃机的组合。一般地，电动汽车电池evb或牵引电池是用来为电池电动汽车bev提供动力的电池。电动汽车电池不同于启动电池、照明电池和点火电池，因为它们被设计为在持续的时间段供电。可再充电电池或二次电池与一次电池的不同之处在于，它可以反复地充电和放电，而一次电池只提供化学能到电能的不可逆转换。低容量可再充电电池被用作小型电子装置诸如移动电话、笔记本电脑和摄像机的电源，而高容量可再充电电池被用作电动车辆和混合动力车辆等的电源。

2、一般地，可再充电电池包括电极组件、容纳电极组件的壳体和电连接到电极组件的电极端子，电极组件包括正电极、负电极以及插置在正电极和负电极之间的分隔件。电解质溶液被注入到壳体中，以便能够通过正电极、负电极和电解质溶液的电化学反应对电池进行充电和放电。壳体的形状，例如圆柱形或矩形，取决于电池的预期目的。通过在膝上型电脑和消费电子产物中的应用而广为人知的锂离子(和类似的锂聚合物)电池，主导了最新开发的电动汽车组。

3、可再充电电池可以用作由串联和/或并联联接的多个单位电池单元形成的电池模组，以便提供高能量含量，特别是用于混合动力车辆的电机驱动。也就是，根据所需的电量并为了实现高电力可再充电电池，通过互连多个单位电池单元的电极端子来形成电池模组。

4、电池模组可以以块设计或模组化设计来构造。在块设计中，每个电池联接到公共集流器结构和公共电池管理系统，并且其单位被布置在壳体中。在模组化设计中，多个电池单元被连接以形成子模组，并且几个子模组被连接以形成电池模组。在汽车应用中，电池系统通常由多个串联连接的电池模组组成，用于提供期望的电压。其中，电池模组可以包括具有多个堆叠的电池单元的子模组，每个堆叠包括串联连接多个已并联连接的电池单元(xpys)或者并联连接多个已串联连接的电池单元(xsyp)。

5、电池包是一组任意数量的(最好是相同的)电池模组。它们可以以串联、并联或两者混合被配置，以递送所需的电压、容量或功率密度。电池包的组件包括各个电池模组和在它们之间提供导电性的互连。

6、根据现有技术的电池系统，不管任何模组化结构，通常包括电池壳体，该电池壳体用作将电池系统相对于环境密封的外壳，并为电池系统的组件提供结构保护。封闭式电池系统通常作为一个整体安装在其应用环境(例如电动车辆)中。

7、为了提供对电池壳体内的封闭式电池单元的热控制，热管理系统可以用于有效地散发、释放和/或消散在电池壳体内产生的热量。在电池单元的某些条件下，内部温度的升高会导致在电池单元中发生异常反应。这种异常操作条件的一示例是电池单元中的热失控，其可能由强烈过热或过度充电的单元引起。热失控是电池单元内部的自加速化学反应，其产生大量热量和排出气体，直到几乎所有可用材料耗尽。排放的物质，即排出的产物，可能包含热的和有毒的排出气体以及潜在的导电固体物质，如石墨粉和金属碎片。

8、排出产物的温度，尤其是排出气体的温度，可以达到1000℃甚至更高的温度，尤其是当几个电池单元同时或在短时间内发生热失控时。当通过系统排出元件离开电池系统到环境中时，排出产物的温度通常仍然很高。这给旁观者带来了危险，因为热的排出产物可能会导致烧伤，并可能点燃引起火灾。

9、电池系统的现有技术排出构思是让处于热失控状态的电池单元的热排出产物膨胀到电池壳体中，并通过系统排出元件离开电池系统到电池壳体的环境中。当排出产物逸出电池系统时，电池系统内的压力可以保持在安全范围内。系统排出元件可以例如根据iso4126-6确定尺寸。然而，在这种设计中，排出气流会将热量或颗粒传送到其它单元或导电部件上，这可能导致热传播或短路，引起其它单元的热失控，导致整个电池包的损坏，并可能损坏车辆。

10、从de 10 2017 212 223 a1已知一种电池系统，其中在热失控的情况下，排出产物在底部通过冷却板离开电池单元，直接进入联合排出通道。

11、因此，本公开的目的是克服或减少现有技术的至少一些缺点，并提供一种电池系统，其最小化烧伤和火灾的危险，特别是以简单和成本有效的方式。

技术实现思路

1、本公开的实施方式寻求至少在某种程度上解决现有技术中存在的问题中的至少一个。

2、具体地，提供了一种用于(电动)车辆的电池系统，该电池系统包括电池壳体和在电池壳体内的多个电池单元。电池壳体可以将多个电池单元包围在单元室中。电池单元成组地排列。这种组可以由其组成单元的空间接近度来定义，即一个组的单元可以比不同组的单元彼此更靠近。此外或可选地，这种组可以由其以特定方式(例如串联或并联)电互连的组成单元来定义。例如，每个电池单元组可以形成电池堆叠。多个这些电池堆叠可以形成电池系统的(子)模组。

3、每个电池单元组包括具有至少一个排出口的排出侧。排出侧也可以被认为是电池系统的所有电池单元的排出侧，即电池单元组可以具有相同的排出侧。在电池系统安装在车辆中的安装设置中，排出侧可以例如是电池单元的顶侧，或者优选地是底侧。在热失控的情况下，包含排出产物的排气流通过(多个)排出口在排出侧离开电池单元组。

4、如上所述，利用已知的排气方法，所有电池单元的排气流直接进入单元室或联合排出通道，并且无导向地流过电池壳体，通过系统排出元件离开电池系统到电池壳体的环境中。这可能导致排气流将热量和/或颗粒转移到其它电池或导电部件上，这可能导致热传播或短路，导致其它单元的热失控。

5、本发明克服了这个问题，因为本发明的隔离片为每个电池单元组形成了单独的排出室。隔离片布置在电池单元组的排出侧，隔离片为每个电池单元组形成一个排出室。换句话说，该一个隔离片提供多个单独的排出室，每个电池单元组一个。排出室是分开的，因为由电池单元组排出到室之一中的排气流不能进入相邻的排出室。因此，每个电池单元组具有其自己的排出室，在热失控的情况下，其排气流被引导到该排出室中。因此，对于每个电池单元组，各电池单元组的至少一个排出口邻接相应的排出室。排出室可以由隔离片结合电池单元组的排出侧形成。例如，每个排出口可以在第一侧由电池单元组的排出侧界定，并且在与第一侧相对的第二侧由隔离片界定。

6、隔离片适于或形成为使得离开排出口的排气流通过隔离片中的开口被引导远离电池单元组，其中开口被布置为使得每个排出室具有至少一个开口。因此，每个排出室包括开口，用于允许排气流离开相应的排出室。隔离片可以被认为起到(排气)挡板的作用，即作为障碍物或引导元件，引导离开排出口的排出产物流通过隔离片/排出室中的相应开口远离相应的电池单元组。隔离片可以形成为使得排气流可以或多或少无阻力地被引导离开单元。隔离片可以包括引导表面，以引导排气流从排出口沿着排出侧并穿过隔离片中的开口，这将在后面更详细地说明。隔离片可以适于引导排气流沿着排出侧的至少一部分朝向开口通向排出口。开口可以布置在排出室的侧端。隔离片可以包括深冲金属或由深冲金属组成，即，它可以通过金属板(特别是钢板)的深冲(deep drawing)来制造。通过该冲压工艺，可以形成排出室和/或开口。

7、本发明的主要优点在于，排气流不直接进入用于排出所有单元的所有排气流的公共/联合排出通道，而是排气流首先被排出到单独的排出室中。这些排出室通过使用这些室和周围部件的热质量来降低初始排气流温度，降低相应排气流的压力。此外，由于专用的排出室，排气流被引导远离电池单元，特别是主高压封装区域。因此，所提出的排气几何形状导致排出产物在离开相应的排出室之前充分冷却，从而降低了通过热传播损坏其它单元的风险。此外，排出室保护各个电池单元组免受离开另一单元室的排气流影响，因为该排气流不能进入其它排出室。特别地，离开本发明的电池系统朝向环境的排出产物处于比已知的电池系统低的温度。相对于已知的设计，所提出的电池系统的所讨论部分的布置很容易实现，实际上没有增加成本。

8、利用本发明的隔离片，电池单元的排气流不直接进入单元室，即联合排出通道，而是首先进入相应的排出室，如所说明的。然而，排气流可以从每个排出室被引导到联合排出通道中，该联合排出通道可以经由系统出口将(多个)排气流引导到电池系统外部。因此，根据一实施方式，电池系统包括面对电池单元组的排出侧的盖元件，隔离片布置在盖元件和排出侧之间，其中排出通道布置在隔离片和盖元件之间，排出通道经由隔离片中的开口将电池壳体的系统出口与排出室连接。因此，隔离片还可以与盖元件一起形成用于离开分离的排出室的所有排气流的联合排出通道。在隔离片的第一侧，特别是与电池单元组的排出侧结合，可以形成排出室，而在隔离片的背离第一侧的第二侧，特别是与盖元件结合，可以形成联合排出通道。以一种有利的方式，通过相应的开口离开排出室的预冷却排气流被合并成一股排气流，从而提供到系统出口并因而到电池系统环境的受控排出路径。因此，排气流不仅从它们的排出口被引导通过它们的排出室，而且被引导通过联合排出通道。

9、根据一实施方式，盖元件是底盖。底盖尤其可以是车身底部保护件或电池壳体的防钻撞保护件的一部分。换句话说，车身底部或防钻撞保护件可以形成底盖。因此，在安装设置中，电池系统被布置成使得排出侧是底侧，即使得其面向下。因此，排气流可以离开电池向下进入相邻的排出室。由于重力帮助，这种布置可以允许排气流被特别好地引导。此外，这种布置可能导致排气流与排出室的壁更好地接触，并因此导致排气流的更好冷却，尤其是如果冷却板提供在电池单元的排出侧，因为排气流可以将大量热量传递到该冷却板。冷却板可以包括排气孔或排气阀作为排出口，以允许排气流离开相应的电池单元组。

10、根据一实施方式，电池单元组由隔离片支撑。换句话说，隔离片可以在电池壳体内保持或携带电池单元。电池单元组可以布置在隔离片上。隔离片可以适于保持电池单元组，特别地，隔离片可以包括用于将电池单元固定到隔离片的固定机构。这可以允许在电池壳体中容易地安装电池单元组，同时提供排出室。这样，隔离片可以实现双重功能：提供排出室和支撑电池单元组。用于支撑目前已经使用的电池单元组的支撑片可以用作根据本发明的隔离片，如果这些支撑片适于提供根据本发明的排出室。特别地，所述片可以被深冲以形成排出室、开口和/或引导表面。因此，不需要向电池系统添加额外的部件，从而成本保持大致相同。

11、根据一实施方式，隔离片形成电池系统的结构构件。换句话说，隔离片可以用作电池系统的结构构件。如上所说明的，通过适于支撑电池单元，隔离片可以形成这样的结构构件。然而，作为结构构件，隔离片不仅可以支撑电池单元，而且可以整体上为电池系统提供稳定性，例如可以用作交叉支柱。在这方面，隔离片也可以支撑盖元件，特别是底盖。因此，隔离片可以被认为是电池结构的一部分，并用于保持整个系统的结构完整性。

12、如上所述，隔离片，特别是隔离片中的开口，可以形成为使得排气流可以被引导远离单元，优选地或多或少没有阻力。因此，根据一实施方式，隔离片包括引导表面，用于朝向开口引导排气流，特别是从排出口经过排出室到开口。隔离片可以被修改成使得每个排出室包括至少一个引导表面。这样的引导表面可以以结构简单且有效的方式引导排气流远离电池单元。换句话说，可以将远离单元的方向性组件应用于排气流。隔离片可以包括多个适于在不同方向上引导排气流的引导表面。例如，第一引导表面可以在第一方向上引导排气流，第二引导表面可以在第二方向上引导排气流，第一方向和第二方向例如彼此垂直。根据相应的实施方式，隔离片的引导表面布置在排出室的第一端，并且开口布置在排出室的与第一端相对的第二端，使得排气流从排出口沿着排出侧朝向开口被引导。因此，排气流接收远离单元到侧面的方向性组件。可以在开口处布置另外的引导表面，以甚至更好地引导排气流通过开口。由于排出侧是底侧，所以排气流因而可以在开口外部被向下引导。可以提供另外的引导表面来将排气流引导到排出室的中心。

13、根据一实施方式，每个电池单元组形成单元堆叠，每个堆叠包括彼此电连接的电池单元，例如彼此并联或串联电连接的电池单元，如上所述。多个这些堆叠可以形成电池系统的(子)模组，这些堆叠也被电互连。为这样的单元堆叠提供单独的排出室是有利的，因为这些堆叠可能共同经历例如由于同一堆叠的单元之间的热传播引起的热失控事件。

14、根据一实施方式，电池系统包括多行电池单元组，其中对于每行电池单元组，在电池单元组的排出侧布置隔离片。因此，对于每行，相应的隔离片形成分离的排出室，每个电池单元组一个排出室，用于引导离开排出口的排气流通过隔离片中的开口远离电池单元组。换句话说，电池系统可以包括多个隔离片，每个隔离片为多个电池单元组(例如为一行电池单元组)提供排出室，同样每个组一个排出室。这些隔离片可以各自承载它们各自的电池单元组，并且可以用作结构构件。

15、根据本公开的另一方面，提供了一种包括如上所述的电池系统的车辆。电池系统优选地集成到车辆的底部构造中，这允许电池系统具有基本扁平的形状。如上所述，覆盖元件可以是该车身底部构造的一部分。该车辆是有利的，因为在热失控的情况下，排出产物在进入联合排出通道之前被单独的排出室充分冷却。因此，减少或防止了热传播的风险以及由此导致的其它电池的热失控，并且可以防止对车辆的损坏。

16、本公开的其它方面可以从从属权利要求或以下描述获知。