用于电池单池的调温装置和用于对电池单池调温的方法以及电池模块、电池组、电池和电 ...的制作方法
【专利说明】
【背景技术】
[0001]锂离子蓄电池包括正电极(阳极)和负电极(阴极)，这些电极能够可逆地在充电时载入(插入)锂离子(Li+)或者在放电时又卸出(去除)锂离子。在此，锂离子蓄电池的体积在充电时由于所述插入而增大，在放电时由于所述去除而减小。锂离子蓄电池具有高的能量密度和低的自我放电性。
[0002]但可预见的是，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年或者15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，其中，相比于加热，往往更频繁地需要进行冷却。
[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、液体混合物或冷却剂，作为调温剂例如包括在调温剂回路中的冷却剂或制冷剂。
[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或另一热交换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，因而需要改善调温装置和用于对电池单池调温的方法。
【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调温和/或压紧。在此，电池单池例如可以在一个电池模块、多个电池模块、一个电池组或多个电池组中，特别是当该电池组或这些电池组扁平地构造时，被调温和/或压紧。在此，可以通过涡流式流动来提高热效率，并实现均匀的温度分布。此外，即使在温度剂流巨大时也能减小压力损失或者将其减到最小。由此还可以降低用于例如通过泵来使得温度剂循环的能量需求。由此可以提高整个系统的能量效率。还可以对电池模块进行模块化。由此可以简化电池模块的结构，减少电池模块的组件数量。由此可以缩小电池模块，减轻其重量。在这种情况下，电池模块的效率特别是热效率可以保持不变。还可以提高电池模块的多样性和/或可变性。由此可以降低成本例如制造成本、仓储成本、系统成本、维护成本或维修成本，并保护资源。还可以根据电池单池的需求来调整调温剂的流动情况和/或液流密度。由此可以减小的温度差的大小，并减少形成冷凝水。
[0013]从属权利要求中记载了本发明的有利实施方式。
[0014]有益地，多个连接机构的多个通道可以在多个连接机构中分别闭合地例如管状地构造，从而管或软管可轴向地即分别穿过通道横截面中的开口并沿着通道放置在多个连接机构的多个通道中。由此可以保护管或软管免受损坏。
[0015]有益地，多个连接机构的多个通道可以在多个连接机构中分别开口地例如沟道形地构造，从而管或软管可径向地即分别穿过开口沿着通道放置在多个连接机构的多个通道中。由此可以简化对调温装置的制造，并能实现使用一个唯一的软管。由此可以降低成本。
[0016]有益地，多个连接机构中的一些连接机构可以相同地构造。由此可以简化调温装置的结构，并减少调温装置的不同组件的数量。还可以提高调整装置的多样性、可变性和/或灵活性。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。
[0017]有益地，多个连接机构的尺寸可以适配于电池单池的尺寸。由此可以在电池单池数量方面进一步提高可变性。由此可以进一步降低成本例如制造成本、仓储成本、维护成本或维修成本。
[0018]有益地，多个连接机构中的一些连接机构可以经过适当构造，从而它们压紧电池单池。由此可以避免或者至少减小材料疲劳，在有些情况下延长电池单池的寿命。还可以省去单独的模块压紧。由此可以降低成本、减轻重量。
[0019]有益地，多个连接机构中的一些连接机构可以分别构造成例如铸造、喷注或挤压成连接体。由此可以简化对连接机构的制造。
[0020]有益地，多个连接机构中的一些连接机构可以分别构造成例如裁切、冲制、弯曲或挤压成连接带。由此可以简化对连接机构的制造，并在形状和造型方面增大可变性。还可以改善对热传递有决定作用的接触。此外可以降低成本、减轻重量。
[0021]有益地，调温装置还可以包括连接件，该连接件设置在管或软管的一端，并用于使得管或软管与调温系统连接。连接件例如可以是接管、螺纹接管或橄榄形件(Olive)。通过连接件，调温装置例如可以借助管和/或软管与调温系统连接。由此可以使得结构模块化。
[0022]有益地，调温装置还可以包括弧形件，该弧形件设置在管或软管的另一端，并用于使得该管或软管与另一管或软管连接。弧形件可以包括例如45°、90°或180°的弧度角，且例如在直径和/或半径方面与电池单池的和/或管或软管的尺寸适配。通过弧形件可以实现将多个管和/或软管连接在一起。由此可以减少与调温系统连接的连接点数量，进而减少连接件的数量。由此可以简化结构，并降低成本和/或减轻重量。
[0023]本发明提出一种电池模块，其包括多个朝向一个空间方向的电池单池和前述的调温装置。
[0024]本发明还提出一种电池组，其包括前述的调温装置或者前述的电池模块。
[0025]本发明还提出一种电池，其包括前述调温装置、前述电池模块或前述电池组。
[0026]本发明还提出一种电池系统，其包括前述调温装置、前述电池模块、前述电池组或前述电池。
[0027]本发明还提出一种车辆，特别是汽车比如电动汽车、混合动力车辆或电动摩托车(电动自行车、电力自行车)、电动脚踏车(电动踏板车、电力踏板车)、海上交通工具比如电动船只或潜水艇(潜艇)、空中交通工具或太空交通工具，其包括与车辆相关的前述调温装置、与车辆相关的前述电池模块、与车辆相关的前述电池组、与车辆相关的前述电池或与车辆相关的前述电池系