包括多个电池模块的电池组的制作方法

在所描述的发明的上下文中，意图非常宽泛地解释术语“电池组”，特别地将其解释为可以彼此热影响的多个电池模块的布置。电池组可以包括其中电池模块被以组装件的形式布置在其中的壳或壳体，但是并不必须包括壳或壳体。包括多个电池模块的该种类的电池组既可以用在固定系统（例如，de102012209744a1中描述的电池柜）中，并且也可以用在移动系统中，例如作为机动车辆电池的组成部分。在这里，电池模块可以是单个电化学单元（单个单元），或包括两个或更多个该种类的单元的其他组装件。该单个单元进而可以在该种类的组装件内通过并联和/或串联互连而彼此连接。

原则上，目的是将电池组设计得尽可能紧凑，也就是说在尽可能小的区域中布置尽可能多的电池模块。由于电池模块即使在正常操作期间也已经展现出相当大的热量输出，因此通常必须使电池组冷却。

当电池模块进入不正常（irregular）状态（例如，由于过度充电或机械损坏）时，它可以变得非常热。如果电池模块是电池组的组成部分，则这必然导致热量传递到邻近的电池模块，这些电池模块可能同样地由于发热而被转换到不正常状态中。该效应被称为术语“传播（propagation）”。

现有技术公开了用于电池组的间隔物，该间隔物将单个电池模块彼此物理地分离。例如，us2016/0172642a1公开了一种三角形设计的间隔物，其布置在包括三个圆柱形电池模块的单元组之间。该间隔物由电绝缘材料组成，该电绝缘材料可能地也可以抵消传播。然而，由于该间隔物完全地填充了三个圆柱形电池模块之间的中间空间，因此它也阻碍了可能的对流并且从而阻碍了电池模块的冷却。

ep2615661a1公开了一种具有矩形框架的间隔物，其中布置了用于电池模块的接收部分。该间隔物优选地由塑料制造，并且因此同样地看似抵消了可能的传播。电池模块的冷却可以通过间隔物中的通道来实行，如果需要的话，用于检测电池模块的温度的传感器也有可能被布置在所述通道中。

由塑料组成的另外的间隔物从ep2375471a2中是已知的。这里还描述了间隔物与温度传感器的组合使用。

本发明基于下述目的：提供一种包括与现有技术相比经改进的间隔物的电池组。

本发明提出了一种具有权利要求1的特征的电池组以用于实现该目的。本发明的开发是从属权利要求的主题。

与该一般类型的所有电池组相似，根据本发明的电池组具有多个电池模块。然而，与该一般类型的所述电池组形成对照，根据本发明的电池组由以下特征的组合来区分：

•它包括被布置在电池模块之间的间隔物。

•间隔物包括由第一导热材料组成的第一冷却元件，该第一冷却元件与第一个电池模块面对面接触。

•间隔物包括由第二导热材料组成的第二冷却元件，该第二冷却元件与第二个电池模块面对面接触。

•间隔物包括在冷却元件之间的中间空间，该中间空间至少部分地被填充有隔热材料。

•隔热材料具有比第一和第二导热材料更低的热导率，使得第一电池模块的发热不会导致第二电池模块的发热，或者仅在具有延迟的情况下导致第二电池模块的发热。

根据本发明的电池组的间隔物具有优于从现有技术中已知的间隔物的主要优势。冷却元件确保与它们面对面接触的电池模块可以被冷却。在这里，面对面接触意图被理解成意指直接接触，该直接接触在二维接触区域上、在冷却元件与电池模块之间延伸。这优选地通过下述表面来实现：借助于该表面，在几何上彼此匹配的冷却元件和电池模块彼此直接接触。同时布置在中间空间中的隔热材料确保了在没有从一个电池模块到下一个电池模块的障碍物的情况下，热量不能被传递。因此，间隔物抵消了开始所提到的传播。

在最简单的情况下，电池组可以包括仅包括第一和第二冷却元件的间隔物。例如，冷却元件可以均包括分层区域，在这些区域之间，在该情况下同样分层的中间空间在冷却元件之间形成，该中间空间至少部分地填充有隔热材料。然后，这些区域优选地布置在两个电池模块之间，其中每个区域与电池模块之一面对面接触。在该方面中的具体应用将是：例如，如果电池组被设计为包括分层设计的两个或更多个单个单元的堆叠，其中堆叠的单元在每个情况下由间隔物彼此分离。

然而，本发明不限于仅包括第一和第二冷却元件的实施例。特定的优选被给予具有两到五个冷却元件的实施例，特别是具有三个或四个冷却元件的实施例，非常特别优选地具有三个冷却元件的实施例，该三个冷却元件均与电池组的电池模块面对面接触。

因此，在准确地具有三个冷却元件的第一个特别优选的实施例中，电池组具有下述附加特征：

•间隔物包括由第三导热材料组成的第三冷却元件，该第三冷却元件与第三个电池模块面对面接触，

•间隔物包括在该三个冷却元件之间的中间空间，该中间空间至少部分地填充有隔热材料，以及

•隔热材料具有比第三导热材料更低的热导率，使得第三电池模块的发热不会导致第一和/或第二电池模块的发热，或者仅在具有延迟的情况下导致第一和/或第二电池模块的发热。

在准确地具有四个冷却元件的第二个特别优选的实施例中，电池组具有下述附加特征：

•间隔物包括：由第三导热材料组成的第三冷却元件，该第三冷却元件与第三个电池模块面对面接触，以及由第四导热材料组成的第四冷却元件，该第四冷却元件与第四个电池模块面对面接触，

•间隔物包括在该四个冷却元件之间的中间空间，该中间空间至少部分地填充有隔热材料，以及

•隔热材料具有比第三和第四导热材料更低的热导率，使得第三电池模块的发热不会导致第一和/或第二和/或第四电池模块的发热，或者仅在具有延迟的情况下导致第一和/或第二和/或第四电池模块的发热，并且第四电池模块的发热不会导致第一和/或第二和/或第三电池模块的发热，或者仅在具有延迟的情况下导致第一和/或第二和/或第三电池模块的发热。

间隔物用来在电池组的电池模块之间创建物理距离。所述间隔物特别优选地具有对称的设计，特别是旋转对称的设计。在具有三个或更多个冷却元件的实施例中，优选地以下述这样的方式来设计间隔物：与冷却元件接触的所有电池模块具有相同的取向并且处于与彼此相同的距离处。间隔物可以作为单独的部件而存在，该单独的部件被插入电池组的电池模块之间以用于提供根据本发明的电池组。然而，所述间隔物还可以是其中布置电池组的装置的组成部分，例如电池柜的壳体。

在第一个优选的变型中，电池组具有下述特征中的至少一个：

•第一和第二导热材料是相同的，

•第一和第二和第三导热材料是相同的，或

•第一和第二和第三和第四导热材料是相同的，

以及还有下述特征中的至少一个另外的一个（优选地，所有下述特征）：

•隔热材料是塑料或基于塑料的材料，

•隔热材料被以支撑元件的形式布置在中间空间中，第一和第二冷却元件以及还可能地第三和/或第四冷却元件固定到该支撑元件，冷却元件借助于由第五材料组成的至少一个连接元件而彼此连接，以及

•第五材料与第一和第二导热材料相同，还可能地与第三和/或第四导热材料相同。

在第二个优选的变型中，电池组具有下述特征中的至少一个：

•第一和第二导热材料是相同的，

•第一和第二和第三导热材料是相同的，或

•第一和第二和第三和第四导热材料是相同的，

以及还有下述特征中的至少一个另外的一个（优选地，所有下述特征）：

•隔热材料是空气，

•冷却元件借助于由第五材料组成的至少一个连接元件而彼此连接，以及

•第五材料与第一和第二导热材料相同，还可能地与第三和/或第四导热材料相同。

尽管根据第一变型的间隔物具有高度结构完整性，但是根据第二变型的间隔物的特别的区分之处在于：可以借助于被引导通过中间空间的空气流来极好地使冷却元件冷却。

在第一个变型中，支撑元件可以完全地填充冷却元件之间的中间空间。然后，支撑元件在其表面上优选地具有针对冷却元件的插口（receptacles）。然而，支撑元件还可以具有多构件设计，并且针对每个冷却元件具有固定到其上或固定在其中的一个构件。

隔热材料特别优选地是塑料，例如聚碳酸酯（pc）或丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（abs），或是基于塑料的材料，也就是说，例如与填料混合的所提及的塑料之一。

填料还可以是相变材料，也就是说熔化潜热、溶解热或吸收热大于其可以基于其比热容来存储的热量的材料。

在另外的特别优选的实施例中，隔热材料可以是泡沫，也就是说泡沫塑料，例如聚氨酯泡沫塑料或发泡聚苯乙烯（也被称为styropor）。

在第二个变型中，至少一个连接元件通常必须确保间隔物的结构完整性。

在两种变型中，原则上优选所有冷却元件由相同的导热材料形成。然而，在个别情况下，还可以优选由不同的导热材料在同一个电池组内形成冷却元件。这可能是有利的，例如，当电池组内的电池模块必须取决于其方位而被冷却至不同程度时。因此，被朝向外面布置在电池组中的电池模块通常需要比被布置在电池组中心中的电池模块更少的冷却。

在第二个变型的情况下，进一步优选的是，当所有冷却元件和连接元件由相同的导热材料形成时。所有冷却元件和连接元件优选地是具有整体设计的同一个部件的组成部分。

优选地，电池组由下述附加特征中的至少一个（优选地，所有下述附加特征）来区分：

•第一和/或第二和/或第三和/或第四导热材料和/或第五材料具有超过隔热材料的热导率至少10倍、优选地至少100倍的热导率。

•第一和/或第二和/或第三和/或第四导热材料和/或第五材料是金属或金属合金，特别优选地来自包括铁、铜、铝以及这些元素的合金的组。

•第一和/或第二和/或第三和/或第四导热材料和/或第五材料是填充有具有热导率≥10w/（m*k）、特别优选地具有热导率≥100w/（m*k）的固体（例如，石墨或石墨烯）的塑料。

导热材料的热导率特别优选地处于15与500w/（m·k）之间，特别优选处于20与450w/（m·k）之间，并且非常特别优选地处于90与400w/（m·k）之间。隔热材料的热导率优选地处于0.01与1w/（m·k）之间，特别优选地处于0.1与0.8w/（m·k）之间，并且非常特别优选地处于0.2与0.6w/（m·k）之间。

热导率是基于热传导来确定通过材料的热量流动的材料属性或材料常数。热导率通常被指定为以上提到的单位瓦特每米-开尔文w/（m*k）的材料的比热导率。随着温度上升，大多数材料的热导率略微上升。上述数值与在20℃处的热导率有关。

特别优选的是，电池组具有下述附加特征中的至少一个（优选地，所有下述附加特征）：

•电池模块具有细长的设计，并且在两个纵向端部之间均具有主延伸轴。

•第一和第二电池模块以及还可能地第三电池模块和/或第四电池模块的主延伸轴关于彼此平行地延伸。

•间隔物被设计为细长形的主体，并且在两个纵向端部之间具有主延伸轴，该主延伸轴关于第一和第二电池模块的主延伸轴平行地延伸。

•第一和/或第二和/或第三和/或第四冷却元件具有细长的设计，特别地被设计为条带。

•第一细长冷却元件关于第一电池模块的主延伸轴平行地定向。

•第二细长冷却元件关于第二电池模块的主延伸轴平行地定向。

•第三细长冷却元件可以关于第三电池模块的主延伸轴平行地定向。

•第四细长冷却元件可以关于第四电池模块的主延伸轴平行地定向。

在本申请的上下文中，当两个纵向端部之间的距离超过其最大直径至少2倍时，电池模块或间隔物或冷却元件是细长的。因此，主延伸轴优选地是纵向轴。

电池模块特别优选地被设计为圆柱，并且具有超过圆柱直径至少2倍、优选地至少4倍的高度。在这些情况下，纵向端部由圆柱的两个端侧形成。在该情况下，主延伸轴是圆柱轴。在该情况下，圆柱形电池模块优选地关于彼此平行地定向。

间隔物可以具有与电池模块相同的长度。然而，它还可以更短或更长。

冷却元件的长度受限于间隔物的长度。

在电池组的优选开发中，它具有下述附加特征中的至少一个（优选地，所有下述附加特征）：

•间隔物包括用于将冷却设备耦合到间隔物的耦合设备。

•第一耦合设备位于间隔物的纵向端部之一处。

•第二耦合设备位于间隔物的纵向端部之一处。

•第一和/或第二耦合设备包括或者是针对冷却设备或针对与冷却设备的连接件的插口，特别是具有内螺纹的孔。

•第一和第二耦合设备借助于被引导通过间隔物的通道而彼此连接。

•间隔物包括作为连接元件的第一连接元件，该第一连接元件包括第一耦合设备。

•间隔物包括作为连接元件的第二连接元件，该第二连接元件包括第二耦合设备。

•第一和/或第二连接元件形成间隔物的纵向端部/形成间隔物的纵向端部之一，或者被布置在间隔物的纵向端部处/被布置在间隔物的纵向端部之一处。

•第一和/或第二连接元件在冷却元件与冷却设备之间形成导热路径。

冷却设备用来将热量传导出电池模块的中间空间。可能的冷却设备可以是例如无源热沉，其增加了散发出热量的电池模块表面的大小。然而，耦合设备还有可能包括针对冷却电路的连接，其中出于冷却目的将空气或任何其他冷却介质引入到间隔物中。

这可能是优选的，特别是当耦合设备（第一和第二耦合设备）位于间隔物的两个端部处时，该两个端部借助于被引导通过间隔物的通道而彼此连接。在该情况下，可以借助于耦合设备之一将冷却介质引入到间隔物中，并且可以借助于另一个耦合设备将冷却介质从间隔物中引出。

第一和第二连接元件优选地彼此导热地连接。因此，以与第一和/或第二连接元件在冷却元件与冷却设备之间形成导热路径相同的方式，冷却元件也可以在连接元件之间形成导热路径。

在特别优选的实施例中，电池组具有下述特征中的至少一个（优选地，所有下述特征）：

•间隔物包括第一、第二和第三冷却元件，其均由导热材料之一组成，并且与电池模块之一面对面接触。

•间隔物和电池模块均具有细长的设计，并且在两个纵向端部之间均具有主延伸轴。

•间隔物包括由隔热材料组成的支撑元件，第一和第二和第三冷却元件固定在该支撑元件上，并且该支撑元件填充了这三个冷却元件之间的中间空间。

•冷却元件被设计为在支撑元件的表面上的条带，并且关于彼此平行地布置，并且还关于电池模块的主延伸轴以及间隔物是平行的。

•间隔物包括作为连接元件的第一连接元件，该第一连接元件由导热材料之一组成，该第一连接元件连接三个冷却元件。

•第一连接元件形成间隔物的第一个纵向端部。

•间隔物包括作为连接元件的第二连接元件，该第二连接元件由导热材料之一组成，该第二连接元件连接三个冷却元件。

•第二连接元件形成间隔物的第二个纵向端部。

•支撑元件布置在第一与第二连接元件之间。

•第一和第二连接元件均将三个冷却元件彼此连接。

在该优选实施例中，三个冷却元件和连接元件通常由相同的材料组成，例如金属或金属合金。

在优选的开发中，电池组具有下述特征中的一个：

•电池组的电池模块均具有弯曲的或非弯曲的接触区域，它们借助于该接触区域与冷却元件面对面接触。

•电池模块具有圆柱形壳，所述圆柱形壳的表面包括接触区域。

•冷却元件均具有接触区域，该接触区域与电池模块的接触区域的几何形状相匹配。

•冷却元件均具有带凹形横截面的细长的凹槽。

在另外的特别优选的实施例中，电池组具有下述特征中的至少一个（优选地，所有下述特征）：

•间隔物包括与第一冷却元件热接触的第一温度传感器和与第二冷却元件热接触的第二温度传感器，以及还可能地与第三和/或第四冷却元件热接触的第三和/或第四温度传感器。

•温度传感器直接地或借助于热导体连接到冷却元件。

•温度传感器被嵌入冷却元件中或被嵌入冷却元件的接触区域中的凹槽中。

由于每个冷却元件具有其自己的相关联的温度传感器，并且冷却元件通过隔热材料彼此隔离，因此确保的是：比起受邻近的电池模块的热量的影响，温度传感器受所讨论的电池模块的热量的影响的程度更大。温度传感器优选地通过电缆连接到对应的调节和控制单元。可以例如通过支撑元件将这些电缆引导到间隔物的纵向端部。

本发明的另外的特征、细节和优选可以在权利要求和摘要中找到，其两者的措辞通过明确的引用、本发明的优选实施例的以下描述并且还参考附图而被包含在描述的内容中，在附图中：

图1示意性地示出了根据本发明的电池组的实施例的从正面的正面平面图，该电池组包括多个电池模块连同布置在所述电池模块之间的间隔物；以及

图2示意性地示出了图1中图示的间隔物的后侧连同电池模块之一的从上面倾斜的平面图；以及

图3示意性地示出了通过图2中图示的间隔物的横截面（通过图2中的线a的截面）。

图1中图示的电池组100包括多个电池模块10、11、12、13和14，以及与电池模块中的三个电池模块10、11和13面对面接触的间隔物20。

间隔物20具有作为第一纵向端部的端侧连接元件21，其功能将在图2中变得清楚。连接元件21包括作为耦合设备22的具有没有图示出的内螺纹的孔。该耦合设备22可以用来将冷却器设备连接到间隔物20。

在该示例性实施例中，电池模块10、11、12、13和14具有圆柱形设计，并且均具有作为主延伸轴的两个纵向端部之间的圆柱轴。与间隔物20面对面接触的三个电池模块10、11和13是以三角形布置而被布置的，其中它们均处于与彼此相等的距离处。正面地面朝正面的端侧10a、11a、12a、13a和14a均形成相应电池模块的纵向端部。电池模块以及因此还有它们的主延伸轴全部关于彼此平行地定向。

参考图2和图3而变得清楚的是，所图示的间隔物20具有旋转对称的设计。为了清楚起见，没有在间隔物20的图示中图示电池模块。仅仅使用虚线来图示电池模块11。

间隔物20包括第一冷却元件30，该第一冷却元件30被设计为具有恒定宽度的细长的条带。在这里不可见的第二和第三冷却元件32和34两者都具有相同的形状、大小和取向。所有冷却元件30、32和34都由高导热金属组成。

然而，冷却元件30、32和34彼此不直接接触。而是，间隔物20包括支撑元件42，该支撑元件完全地填充三个冷却元件之间的中间空间40。所述支撑元件由导热性差的塑料组成，该导热性差的塑料用作隔热材料并且使冷却元件30、32和34彼此热隔离。

三个冷却元件30、32和34固定到支撑元件42。所述三个冷却元件关于彼此平行地定向，并且还关于电池组10中的电池模块10、11和13的主延伸轴以及间隔物20是平行的。间隔物20包括作为连接元件的第一连接元件21和第二连接元件23。两个连接元件21和23由金属组成，三个冷却元件30、32和34也由金属组成。在所图示的实施例中，将第一、第二和第三冷却元件30、32和34以及连接元件21和23进行组合以形成共同的部件。连接元件21和23在轴向方向上划定冷却元件的界限。

两个连接元件21和23形成间隔物20的纵向端部，支撑元件42被包含在所述纵向端部之间。原则上，连接元件21和23形成冷却元件30、32和34之间的导热路径。另一方面，如已经提及到的那样，可以借助于耦合设备22和24来冷却连接元件21和23。

冷却元件30、32和34均被设计成与分别相关联的电池模块的侧面表面10c、11c和13c面对面接触。

原则上，借助于被引导通过间隔物20的通道（这里没有图示出），将有可能将连接元件21和23彼此连接。在该情况下，可以例如借助于耦合设备22将冷却介质引入到间隔物20中，并且可以借助于耦合设备24将冷却介质从间隔物20引出。

在所图示的实施例中，连接元件21凸出超过电池模块的纵向端部。然而，间隔物20的下述变型也是可以想到的：其中间隔物20的纵向端部与电池模块10的纵向端部平齐地终止。

间隔物20包括与第一冷却元件30热接触的第一温度传感器31和与第二冷却元件32热接触的第二温度传感器33，并且还有与第三冷却元件34热接触的第三温度传感器35。冷却元件30、32和34均包括凹槽，温度传感器31、33和35被布置在该凹槽中。