[发明专利]电池模块载体和电池系统

说明书

本发明涉及一种电池模块载体(101)，包括具有上凸缘(11)、腹板(12)和下凸缘(13)的H形梁(10)，其中至少一个第一冷却剂中空部(14)被布置在上凸缘(11)中并且延伸跨过上凸缘(11)的整个长度。此外，至少一个第二冷却剂中空部(15)被布置在腹板(12)中并且延伸跨过腹板(12)的整个长度。本发明还涉及电池系统，该电池系统包括这样的电池模块载体以及第一多个电池模块(21)和第二多个电池模块(22)。第一和第二多个电池模块21和22的每个的被设置在上凸缘(11)和下凸缘(13)之间并在腹板(12)的相应侧上。本发明还涉及使用H形梁(10)作为电池模块载体。

技术领域

本发明涉及电池模块载体和电池系统。

背景技术

可再充电电池或二次电池与一次电池不同之处在于它能重复充电和放电，而后者仅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用于诸如蜂窝电话、笔记本计算机和便携式摄像机的小型电子设备的电源，而高容量可再充电电池被用作用于混合动力汽车等的电源。

一般地，可再充电电池包括电极组件、容纳电极组件的壳、以及电连接到电极组件的电极端子，电极组件包括正电极、负电极和插置在正电极和负电极之间的隔板。电解质溶液被注入到壳中，从而能够通过正电极、负电极和电解质溶液的电化学反应对电池充电和放电。壳的形状，例如圆筒形或矩形，取决于电池的预期目的。

可再充电电池可以被用作由串联和/或并联联接的多个单位电池单元形成的电池模块，从而例如为混合动力汽车的发动机驱动提供高能量密度。也就是，通过根据所需的功率的量来互连多个单位电池单元的电极端子，并且为了实现例如用于电动汽车的高功率可再充电电池，电池模块被形成。

电池模块能以区块设计或以模块化设计被构造。在区块设计中，每个电池被联接到一个公共集流器结构和电池管理系统，并且其单元被布置在壳体中。在模块化设计中，多个电池单元被连接到子模块，并且若干子模块被连接以形成模块。在模块化设计中，不同的电池管理功能能在模块或子模块级上被实现，这在例如可互换性方面是有利的。

为了形成电池系统，一个或更多电池模块必须被机械地和电地集成，配备有热管理系统并且被设置用于与一个或更多电消耗装置通信。此外，电池系统包括电池管理单元(BMU)和电池断开单元(BDU)。

对于模块化设计中的电集成，具有并联连接的多个单元的子模块被串联连接(XsYp)或者具有串联连接的多个单元的子模块被并联连接(XpYs)。XsYp型子模块能产生高电压，但是每个单独单元的电压水平需要被单独控制。因此，在XsYp型子模块中布线复杂度高。在XpYs型子模块中，并联连接的单元的电压水平被自动平衡，并且因此其足以控制子模块级的电压。因此，在XpYs型子模块中布线复杂性被降低。在并联连接的单元的子模块中，它们的电容相加并且因此XpYs型子模块主要被用于低电容单元。

需要热管理系统以通过有效地发射、排放和/或消散从可再充电电池产生的热来安全地使用电池模块。如果不充分地执行热发射/排放/消散，则在各电池单元之间出现温度偏差，使得电池模块不能产生期望的功率量。此外，内部温度的升高能导致在其中发生异常反应，因此可再充电电池的充电和放电性能退化，并且可再充电电池的寿命缩短。因此，需要用于有效地发射/排放/消散来自单元的热的冷却装置。

为了满足连接到电池系统的各种电消耗装置的动态功率需求，电池功率输出和充电的静态控制是不够的。因此，在电池系统和电消耗装置的控制器之间需要稳定的信息的交换。重要信息包括电池系统的实际充电状态(SoC)、潜在电性能、充电能力和内部电阻，以及消耗装置的实际或预测的功率需求或剩余。

机械集成需要单独部件在它们自身之间的适当的机械连接以及与提供例如车辆的电消耗装置的系统的结构的适当的机械连接。这些连接必须被设计为在电池系统的平均使用寿命期间和在例如车辆的使用期间提供的压力下保持功能良好并且安全。同时，必须满足安装空间和可互换性需求，特别是在移动应用中。