电池系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种电池系统，包括电池单元（13）、至少一个吸收元件（30、35）和用于冷却和/或加热电池壳体（10）内的电池单元（13）的具有液体温度控制介质的温度控制系统，用于容纳液体温度控制介质的吸收元件（30、35）布置在电池单元（13）和电池壳体（10）之间，吸收元件（30、35）是无纺布，所述无纺布具有从250到700g/m2的平均面积相关质量并且包括至少两种不同纤维类型的纤维，所述纤维类型中的至少一种是支持纤维，所述纤维类型中的至少另一种是吸收纤维。本发明还公开了包括电池系统的机动车辆。
【专利说明】电池系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电池系统，其包括至少一个电池单元、吸收元件、和用于冷却和/或加热电池壳体内的电池单元的具有液体温度控制介质的温度控制系统，并且涉及包括电池系统的机动车辆。
【背景技术】
[0002]具有多个电池单元的电池系统特别地用作电力和混合动力车辆的能量储备。为了保证最佳的能量储备功能，有必要将电池单元的温度保持在所需的工作范围内。为了防止工作温度超出和/或不足，使用了主动或被动的温度控制系统。高热容量液体温度控制介质的使用已经具体地在热交换器中证明了自己，其中此温度控制介质以令人满意地热传导的方式沿着电池单元弓I导。
[0003]但是，这里的问题是，例如在以这种方式配备的车辆发生事故的情况下，泄露和因此的温度控制介质从冷却元件流出能够出现。温度控制介质然后可以进入和电池单元的直接接触并且，由于它的导电性，可以导致例如短路。
[0004]从DE102010010844A1已知一种电池系统。在其中所公开的电池系统描述了用于电压供给的存储模块，特别是带有许多存储单元的车辆，存储单元每一个具有不同极性的第一和第二连接器端子以及阀门。存储单元通过连接器端子电连接以形成存储模块。出现在存储单元内的内部压力可以被耗散，并且电解质可以通过各自的阀门从存储单元排出。
[0005]该描述的存储模块的存储单元具有预定断点形式的阀门。在电池老化的情况下，这个预定的断点使得多余的电解质有可能从存储单元内部排出。既然用在存储单元的电解质通常是导电的，这可以导致存储模块内的短路和整个存储模块的功能不再能得到保证。
[0006]在现有技术中描述的装置不适合于约束大量的温度控制介质，所述温度控制介质在损坏的情况下从一个封闭电池壳体内部的温度控制系统排出，并且由此不适合于有效地防止对电池系统和单元的损坏。
[0007]因本发明的一个目的是提供增加运行安全的改进的电池系统，并且特别地以使得简单、便宜和相对不易发生故障的电池系统生产成为可能的这样的方式构造它们。
[0008]本发明的又一个目的是使得带有改进的电池系统的机动车辆成为可能。
【发明内容】
[0009]所述目的通过电池系统实现，电池系统包括电池单元、至少一个吸收元件、和用于冷却和/或加热电池壳体内电池单元的具有液体温度控制介质的温度控制系统，所述用于容纳液体温度控制介质的吸收元件布置在电池单元和电池壳体之间，吸收元件是无纺布，该无纺布具有从250到700g/m2的平均面积相关质量并且包括至少两种不同纤维类型的纤维，所述纤维类型的至少一个是支持纤维，所述纤维类型的至少另一个是吸收纤维。
[0010]结果是这样的吸收元件，首先，由于支持纤维的影响，此吸收元件是特别地弹性的，其次，由于吸收纤维的影响，此吸收元件具有高吸收能力。[0011]为了使车辆的电池系统在事故中不损坏，电池壳体是相应地坚固和稳定的构造。为了实现这一点，电池壳体通常具有卷边、棱(beads，ribs)和其它加强装置。在位置合适的情况下，排出的液体温度控制介质可以进入到由加强几何形状形成的凹部和中间空间。考虑到它们的紧凑结构，常规结构的无纺布不能以使流出的液体温度控制介质能够可靠地被吸收的这样的方式填充所述中间空间和凹部。如果流出的液体温度控制介质仍留在所述中间空间和凹部内，在相应的车辆位置的情况下，不希望的流动能够在电池系统内发生。电化学反应，例如有氢气释放的水分解，或者有局部过热的短路流是可能的结果。
[0012]另外，所述目的通过用于机动车辆的电池系统实现，所述机动车辆包括至少一个电池模块和至少一个电池系统，此电池系统操作性地连接到前者。除其它外，车辆系统的碰撞行为被改进，并且碰撞导致的损坏(例如，短路、失火)的风险被降低。
[0013]本发明的发展在附属权利要求、描述和附图中详细说明，
[0014]吸收兀件优选地具有从300到450g/m2的平均面积相关质量。在另一优选的方式中，在吸收元件内，支持纤维的重量比例在1%和40%之间并且吸收纤维的重量比例在60%和99%之间。特别优选地，支持纤维的重量比例在2%和30%之间并且吸收纤维的重量比例在70%和98%之间。支撑纤维的重量比例可以通过使用对支撑纤维适当的弹性材料而保持较低。吸收纤维的高重量比例带来根据本发明的无纺布的高吸收能力。
[0015]本发明的一个优选实施例的区别在于一个事实，即在无负载状态中，吸收元件的整体高度从3_到40_。这里，无负载状态表示吸收元件既没有机械地压缩也没有加载液体温度控制介质的状态。在无负载状态中的最佳整体高度要结合吸收元件的期望压缩程度(见下文)考虑。
[0016]本发明的一个特别优选实施例的区别在于一个事实，即在无负载状态中吸收元件的整体高度从3mm到10mm。电池系统的特别节省空间的整体设计导致紧凑的安装空间，再一次结合吸收元件的期望压缩程度(见下文)的低的整体高度证明有利。
[0017]本发明的再一个优选实施例的区别在于一个事实，即吸收元件具有部分地减少的整体高度。因此，设置在电池壳体内的空腔的局部差异可以由无纺布的同时最佳压缩程度而补偿。
[0018]本发明的一个优选实施例的区别在于一个事实，即在无负载状态中，吸收元件整体高度减少的部分具有和吸收元件整体高度未减少的部分相同的密度。这实现了一种情况，在这种情况中对限定成分的无纺布的各个地方有一个最佳压缩程度，其方式适合于电池壳体(卷边、棱等)内的空间条件。
[0019]本发明的另一优选实施例的区别在于一个事实，即在无负载状态下，吸收元件整体闻度减少的部分具有和吸收兀件整体闻度未减少的部分相同的面积相关质量。在进入电池系统的安装中，吸收元件的具有较高密度的所述部分受到电池壳体和电池单元之间相应地匹配的挤压。具有较高密度的部分优选地在吸收元件的生产中已经形成，例如通过相应的机械和/或热预处理。由于这种类型的实施例，吸收元件可以以使得它在电池壳体的卷边、棱和其它加强装置中的定位简化的这样的方式塑造。
[0020]吸收元件优选地以弹性压缩的方式布置在电池壳体和电池单元之间，压缩程度是从1%到80%，特别是从10%到50%。吸收元件的弹性压缩使得吸收元件无需进一步的紧固装置而可靠地保持在电池系统内的所需位置。电池系统一个或多个吸收元件的结构成型可以以这样的方式进行，例如，在此方式中吸收元件通过电池壳体的塑造出的造型(shaped-outmouldings)和/或其它部件而保持在电池壳体内它们的位置。由此，吸收元件的安装也大
幅简化。
[0021]过度地高压缩程度限制了吸收元件的吸收能力并且阻碍了局部流出的液体温度控制介质在整个无纺布上的分布，所述整个无纺布在电池壳体的内部是可利用的。压缩程度的最佳值在每一种情况下在对无纺布的限定成分的测试中经验地确定，此时吸收元件相应地定出尺寸。
[0022]吸收纤维优选地设置为以耐压的方式约束液体温度控制介质。为此，吸收纤维具有“吸收元件”。在这个上下文中，“吸收元件”理解为表示适合以耐压的方式约束液体的元件。这里，约束不仅通过简单的粘附发生，而是，例如通过液体和“吸收元件”之间的离子-偶极相互作用发生。其结果是，通过“吸收元件”吸收的液体不再不顾无纺布的空间位置而流出。传统的吸收材料(织造织物等)仅能够以非耐压的方式约束液体。例如，在故意改变吸收材料的空间位置的情况中，首先吸收的液体可能至少部分地再次流出。
[0023]电池系统优选地以吸收元件至少部分地直接承担电池壳体的这样的方式构造。作为将吸收元件至少部分地直接布置到电池壳体上，也就是说在电池壳体的内壁上的结果，首先所需用于弹性压缩的压力产生了，其次，作为结果，其保证了在泄露的情况下流出和汇集在例如卷边和/或棱之间的凹部的液体温度控制介质可以被可靠地吸收。
[0024]电池系统的运行安全可以通过建议的实施例和方法而提高。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]在下文中，本发明通过参考附图的例子描述，附图中:
[0026]图1示出了根据本发明的在电池壳体底部上有吸收元件的电池系统的示意性截面图，以及
[0027]图2示出了根据本发明的在电池壳体内有两个吸收元件和卷边/棱的电池系统的示意性截面图
【具体实施方式】
[0028]在图1中示出的示例性实施例中，电池系统包括多个电池元件13，每一个电池元件具有电池电极14、15。电池监测单元17以跨越多个电池单元的方式布置在电池电极14、15的区域内的隔离器元件18上。电池监测单元可以具有用于监测电池电压和/或单个电池单元的温度的装置(例如，未在示意性附图中示出的电压支线元件和/或温度传感器)。电池单元通过电池连接器(未示出)彼此连接。温度控制模块20具有入口开口 21和出口开口22并且通过入口开口 21和出口开口 22被液体温度控制介质流过，此液体温度控制介质通过外部装置控制温度。电池系统以温度控制模块20作为电池单元和液体温度控制介质之间的热交换器的方式布置在温度控制模块20上。温度控制模块20通过载体元件23、24固定地连接到电池壳体10。吸收元件30布置在电池壳体10和温度控制模块之间的电池壳体10的底部上，该吸收元件30设置为吸收和约束在损坏的情况下从温度控制元件中流出的液体温度控制介质。
[0029]图2通过例子示出了有两个吸收元件30、35的电池系统。如在图1中，温度控制模块20通过入口开口 21和出口开口 22被液体温度控制介质流过，此液体温度控制介质通过外部装置控制温度。对于机械加强的情况，电池壳体具有加强元件11 (卷边、棱、网等)。布置在电池壳体较低的区域的吸收元件30在加强元件11的区域具有减少的整体高度。这保证了在一点局部流出的液体温度控制介质可以在整个吸收元件30上分布，并且较低的吸收元件的现有吸收能力由此可以被充分地利用。
[0030]第二吸收元件35布置在电池系统上部区域电池监测单元17和电池壳体10内壁之间。这保证了当机动车辆在车祸中顶部朝下停下来时(rest on its roof),任何流出的液体温度控制介质被可靠地吸收。电池壳体侧壁内侧上的和电池壳体内部另外的空腔内的相应的额外吸收元件进一步增加了安全性。
[0031]面积相关质量和/或密度的要求的范围在对不同无纺布成分的系列测试中经验地确定，并且表示无负载状态(也就是说，未加载温度控制介质并且未压缩)下的平均面积相关质量(或密度)。
[0032]根据本发明的电池系统包括至少一个电池模块。电池模块包括多个电池单元(或电化学存储单元)。如果电池系统包括多于一个电池模块，每一个电池模块可以具有专用的温度控制模块，或者所有的电池模块利用通用的温度控制模块。每一个电池模块通常还包括布置在电池单元的电池电极紧邻附近的电池监测单元。
[0033]参考标记列表
[0034]10电池壳体
[0035]11加强元件(卷边、网、棱)
[0036]13电池单元
[0037]14、15 电池电极
[0038]17电池监测单元
[0039]18隔离器元件
[0040]20温度控制模块/热交换器
[0041]21入口开口
[0042]22出口开口
[0043]23、24 载体元件
[0044]30第一(底部)吸收元件
[0045]35第二 (顶部)吸收元件
【权利要求】
1.电池系统，包括电池单元(13)、至少一个吸收元件(30、35)、和用于冷却和/或加热电池壳体(10)内的电池单元(13)的具有液体温度控制介质的温度控制系统，其特征在于，用于容纳液体温度控制介质的吸收元件(30、35)布置在电池单元(13)和电池壳体(10)之间，吸收元件(30、35)是无纺布，该无纺布具有从250到700g/m2的平均面积相关质量并且包括至少两种不同纤维类型的纤维，所述纤维类型中的至少一个是支持纤维，所述纤维类型中的至少另一个是吸收纤维。
2.根据权利要求1所述的电池系统，其特征在于，无纺布具有从300到450g/m2的平均面积相关质量
3.根据权利要求1所述的电池系统，其特征在于，在吸收元件(30、35)内，支持纤维的重量比例在1%和40%之间并且吸收纤维的重量比例在60%和99%之间。
4.根据权利要求1所述的电池系统，其特征在于，在吸收元件(30、35)内，支持纤维的重量比例在2%和30%之间并且吸收纤维的重量比例在70%和98%之间。
5.根据权利要求1所述的电池系统，其特征在于，在无负载状态，吸收元件(30、35)具有从3mm到40mm的整体高度。
6.根据权利要求1所述的电池系统，其特征在于，在无负载状态，吸收元件(30、35)具有从3mm到IOmm的整体高度。
7.根据权利要求1所述的电池系统，其特征在于，吸收元件(30、35)具有分部分减少的整体高度。
8.根据权利要求7所述的电池系统，其特征在于，在无负载状态下，吸收元件(30、35)整体高度减少的部分具有和吸收元件(30、35 )整体高度未减少的部分相同的密度。
9.根据权利要求7所述的电池系统，其特征在于，在无负载状态下，吸收元件(30、35)整体高度减少的部分具有和吸收元件(30、35)整体高度未减少的部分相同的面积相关质量。
10.根据权利要求1所述的电池系统，其特征在于，吸收元件(30、35)以弹性压缩的方式布置在电池壳体(10)和电池单元(13)之间，压缩程度是从1%到80%，特别是从10%到50%。
11.根据权利要求1所述的电池系统，其特征在于，吸收纤维设置为以耐压的方式约束液体温度控制介质。
12.根据权利要求1所述的电池系统，其特征在于，吸收元件(30、35)至少部分地直接承担电池壳体。
13.机动车辆，其包括根据权利要求1所述的电池系统。
【文档编号】H01M2/10GK103811696SQ201310552091
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2013年11月8日 优先权日:2012年11月12日
【发明者】P.达蒙, G.艾克伯格 申请人:麦格纳斯太尔电池系统两合公司