CN102057532A - 用于车辆蓄电池散热的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于车辆蓄电池散热的装置，包括：多个电器存储元件(18)和散热元件(1)，该散热结构具有用于液体流通的通道(2)，其中，电器存储元件(18)与散热元件(1)形成热接触，并且存储元件的热量能够传递到液体上，其中，包括通道(2)的散热元件(1)由至少一个挤压型材形成。

Description

用于车辆蓄电池散热的装置
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的用于车辆蓄电池散热的装置。
背景技术
现今车辆中，对于电器能量存储器的散热由于由于有时高功率密度而有着特殊要求。这样的能量存储器在另一方面还可以用作电动或混合动力车辆的推动电池。这些推动电池可以为锂原子蓄电池、超级电容器、燃料电池、传统充电电池或这些元件的组合。公知的有一系列方案用于使这些组件进行有效散热，但是这些方案通常在制造上耗费工本或消耗成本。对此例如用于电器元件的散热板，其由两部分组装而成，其中，在一部分结构中，用于导引散热剂的通道通过铣削加工而制成。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于车辆蓄电池散热的装置，该装置能够简单和成本低廉地制成，并且该装置还提供了有效和工作可靠的散热。
上述目的通过具有本发明权利要求1的技术特征的前述的装置而实现。由此使包括通道的散热结构设计成为至少一个挤压型材，连接位置的数量减少从而使制造成本保持很低，并因此减少制造步骤以及减少可能产生泄漏的位置。同时，挤压型材由于内部还具有通道而提供较高的抗压强度，这方面特别有利于采用散热元件作为冷却循环的蒸发器。在一个优选的实施例中，液体为散热循环的散热剂。可替换地或可补充地，液体还可以为冷却循环的制冷剂，其中，散热结构形成为用于冷却剂的蒸发器。在下文中，散热剂可被理解为一种传递热量的流体，特别地但不是必须地以液相进行传递，散热剂在散热元件的流动中基本上没有产生相变。在采用制冷剂的情况下，在本发明的具体结构中，正常情况下制冷剂在散热元件中进行蒸发，其中，该散热元件是包括有压缩机、气体散热器/冷凝器和扩展器械的冷却循环的组成部分。在此，冷却循环可以特别包括车辆的空调设备。
在特别优选的实施方案中，散热元件形成为多条液流、特别具有两条液流，其中，第一液流流经其中一些通道，第二液流流经其余的部分通道。由此例如既实现了散热循环与作为环流的散热剂的第一液流相连，又实现了冷却循环与作为环流的制冷剂的第二液流相连。由此使散热过程在不同的工作条件下、特别在车辆空调设备关闭或出现故障的情况下仍然能够安全地进行。
具有优势地，挤压型材的横截面具有至少一个没有通道穿过的区域，该区域特别用于固定电器元件。特别具有优势地，在此可以使散热元件的没有通道穿过的区域的外径小于有通道穿过的区域的外径。在此，较薄的区域使重量和材料得以节省，其中，较薄的区域还同时能够大体借助于预先设置的钻孔或内螺纹而用作电器元件的固定部或元件的定位组件。特别地，这种实施方案能够以简单的方式这样形成，即，散热元件仅具有几个、特别仅具有一个挤压型材。
通常优选地，为了在多个通道上实现液体分配，在散热元件上设有集流管，其中，集流管设置在挤压型材的端侧，并且至少使一些通道通入到集流管内。
在一个可行的具体结构方案中，集流管具有沿纵向延伸的隔离壁，其中，集流管的特别通过该隔离壁隔开的腔室可分配散热元件的不同液流。在此，具有这种隔离壁的集流管可以实现不同液流在不同通道组上的分配。
可替换地或可补充地，集流管可以具有沿横向延伸的隔离壁。这种隔离壁以简单的方式实现了这样的设置结构，其中，在挤压型材的端部上形成一次或多次的液体转向，例如在散热元件的蛇状流通的情况下。
为了确保液体在多个通道上特别均衡的分配，可以使集流管在液体流动方向上具有可变的横截面。在此能够以简单的方式，通过散热元件到集流管中不同的插入深度来形成不同的横截面。
在一个优选的具体结构方案中，集流管具有第一腔室和第二腔室，其中，这些腔室在流动通道的纵向上前后相互设置，并且第一组流动通道在端侧突伸出，该第一组流动通道通过第二组流动通道与第一腔室连接，而第二组流动通道与第二腔室连接。这样的结构特别实现了不同的通道相对于两条散热结构的隔离液流的几乎任意的分配。
可替换地或附加地，为了设置集流管，可以在散热元件上设置一块用于导入一种或多种液体的集成块，其中，该集成块经由垂直于至少一些通道设置的通孔而与这些通道连通。对于集成块还可以设置在这样的可行的实施方案中，其中包括至少两条液流。
在本发明的一个可行的实施方案中，散热元件包括多个挤压型材，其中，在每个挤压型材中形成至少一个、特别形成多个通道。由此在另一方面还通过采用相同的构件而使散热元件具有不同的宽度。
在本发明的另一个变化方案中，散热元件在其流通路径上弯曲。因为在弯曲区域上没有连接位置受到损坏，所以对此可以使挤压型材的使用特别迎合于这样的弯曲结构，该挤压型材内部设有材料相同的一体成型的通道。特别优选地，散热元件在此具有至少一个或多个大约呈180°的弯曲位置，其中，电器存储元件设置在散热元件的平行分层的区段之间。由此另一方面还实现了，通过两个平行的分层的区段使存储元件的两个相对设置的侧面、例如大致呈“咖啡袋”结构的平面式蓄电池进行平面式散热。可替换地或可补充地，可以使散热元件通过其弯曲位置还与存储元件的特别为圆柱形的表面结构相匹配，从而使热接触的面积尺寸得以优化。
在又一个实施方案中，散热元件具有用以容纳电器存储元件的棱柱元件，该棱柱元件具有侧壁。特别优选地，在此棱柱元件材料相同地一体式地包括在挤压型材中，即同时构成挤压型材的组成部分。然而根据实际需要还可以采用单独的、例如与散热元件平面焊接在一起的组件，该组件特别出于简单制造的目的而同样为一块挤压型材。
在本发明的一个可行的变化方案中，电器元件具有自身不带有刚性的外壳，其中特别地，使元件形成为平面式结构或咖啡袋式电池。这种结构特别用于锂原子蓄电池，由于其效率密度对于现今的推动蓄电池特别适用。
可替换地或可补充地，电器元件具有自身带有刚性的外壳，其中特别地，该元件形成为圆柱形结构。这种圆柱形结构同样可以扩展并用于锂原子蓄电池。
出于简单装配的目的，在同时具有良好的热接触的条件下，可以使电器元件通过一个夹固架而固定在散热元件上。具有优势地，在此该夹固架通过弹性夹持而固定住一个或多个电器元件。因此可以使元件在装配或维护的情况中卡掣设置，其中在适宜的夹固架设置结构中，在装配状态下于热接触面的方向上具有由上述设置产生的弹性作用力。
在优选的具体结构方案中，夹固架由两部分形成，其中，在夹固架的两部分之间固定一个特别自身不带有刚性的电器元件。通过两个或多个夹固架例如使咖啡袋电池简单且又可靠地进行装配，其中，同时还通过具有导热的、特别是金属的夹固架，确保在设置中实现电池的特别大的表面。
通常具有优势的是，两个特别自身不带有刚性的电器元件通过在它们之间设置的弹性元件而受到支撑，由此使热接触得到改善，并且使延展性由于电存储器的温度或充电状态而得到平衡。一方面，这种弹性元件除了例如为由波纹板制成的金属弹簧以外还可以采用一层弹性纤维或类似设置。
在一个特别优选的实施方案中，为了改善制造过程并且出于成本和质量控制目的，使多个电器元件连接到一个预装配的堆叠结构上，其中，该预装配的堆叠结构组装到散热元件上。
在一个通常优选的具体结构方案中，电器元件平面地固定在一块能够与散热元件连接的散热板上。这样特别实现了元件在散热板上的预装配。特别优选地，在此使电器元件由此与一个或多个塑料构件连接，其中，散热板、塑料构件以及电器元件共同形成一个堆叠结构，用以与散热元件连接。
然而根据实际需要，还可以使元件直接固定在散热元件上，例如通过粘接的方式。
在另一个实施方案中，散热元件具有第一液流和至少一条第二液流，该第二液流设置在平行于所述第一液流的平面上。优选地，在此使第一和第二液流通过转向块而相互连接，从而使导入口和导出口能够设置在散热元件的同一侧。
本发明的其它优点和特征在接下来所述的实施例以及从属权利要求中给出。
附图说明
接下来，结合附图对本发明的多个实施例进行详细阐述和说明。
图1示出了第一实施例的散热元件的示意图；
图2示出了图1的散热元件的截面图；
图2a示出了图2的散热元件的一个变形方案的示意图；
图3示出了图1的散热元件在其上设有集流管(header)的俯视图；
图4示出了图3的设置结构的一个变形方案的示意图；
图5-7示出了图3的设置结构的其它各个变形方案的示意图；
图8示出了具有两条液流的散热元件的截面图；
图9示出了具有两条液流的另一个散热元件的截面图；
图10示出了具有不同的集流管横截面的散热元件的一个变形方案的示意图；
图11示出了图9的散热元件在其上设有用于两条液流的集流管的局部截面图；
图12-15示出了两条液流的散热元件在其上设有集流管的另一个实施例的整体结构示意图和具体结构示意图；
图16示出了具有集成块的散热元件的截面图；
图17示出了图16的设置结构具有两条液流的集成块和散热元件的一个变形方案的示意图；
图18示出了具有集成的加强部的散热元件的截面图；
图19示出了具有集成形成的用于固定电器元件的固定壁的散热元件的示意图；
图20示出了具有可弯曲的散热元件的一个实施例在第一装配步骤下的示意图；
图21示出了图20的实施例在第二装配步骤下的示意图；
图22示出了图21的实施例的整体结构的立体图；
图23示出了具有弯曲的散热元件的另一个实施例的示意图；
图24示出了通过夹固架固定在散热元件上的电器元件的截面图；
图25示出了图24的实施例的一个变形方案的示意图；
图26示出了用于平面式充电电池的夹固架一个构件的立体图；
图27示出了图26的夹固架两个构件的俯视图；
图28示出了中间设有弹性元件的两个平面电器元件的示意图；
图29示出了图28的电器元件位于一个型材的固定壁之间的示意图；
图30示出了固定在散热板上的平面式电器元件的示意图；
图31示出了图30的设置结构具有附加的塑料定位组件的示意图；
图32示出了散热元件中具有多条液流的又一个实施例的示意图；
图33示出了图32的设置结构的纵向截面图。
具体实施方式
在以下所述实施例中进行散热的电器元件分别为锂离子蓄电池，其中，根据实际需要还可以采用其它元件，诸如镍氢蓄电池或超级电容器(Super-Cap)。
在图1和图2所示的第一实施例中，散热元件由挤压铝型材1形成，该挤压铝型材具有多个在横向上相邻设置的通道2，这些通道可以具有圆形、正方形或其它形状的横截面。每一组通道2在散热元件上都形成厚度较大的第一区域3，其中，位于这些厚度较大的区域3之间的第二区域4为了节省重量而具有较小的厚度。第二区域设有钻孔5，通过这些钻孔使未示出的电器元件可以经由其它定位组件固定设置在该散热元件上。
在图2a的变形方案中，挤压型材1具有恒定的厚度，然而其中，在此也设有不含有通道2的区域4，在该区域中设有定位钻孔5。
特别地，在散热元件上不仅在纵向上、而且在横向上也能够相邻地设置多个蓄电池单格。
图3示出了图1的散热元件在其端侧上设有集流管(header)6的示意图，通过该集流管使液流在通道2上进行分配。这里，在第一区域3中的每组通道分别在每个导入侧和导出侧都具有一块集流管6。
在图4的变形方案中，仅在导入侧和导出侧各设一块集流管，这两块集流管分别与所有通道相连。
如图5和图6所示，集流管可以在其横截面(相当于通道的纵向或挤压方向)上具有隔离壁7，用以将集流管分隔成不同的腔室或局部空间。由此实现了液流在散热元件中单次或甚至多次的转向，从而该散热元件可以形成为U型流散热器或者还具有呈多次蜿蜒形状的流动行程。
图7示意性示出了一个实施例，其中，在同一集流管6上容置多个单独的挤压型材1。由此使单个的型材元件的成型耗费较少，并且使散热元件能够以相同的构件设置成不同的宽度。
图8和图9示出了具有第一液流通道2和第二液流通道2′的散热元件的截面图。在图8的情况下，通道2、2′交错地相邻设置，而在图9的情况下则相互平行地并列设置。
除了实现一条液流的设计(Ein-Flut-Design)以外，散热元件还可以像图8和图9那样而实现两条液流设计(Zwei-Flut-Design)。作为第一种液体，在此可以选择诸如R134a、CO2或任何其它可行的冷却剂。集流管区域具有相应的隔离壁，用以实现所需的液流。在这种设计中，不能自由选择转向次数，因此要考虑到平板内部的压力损失。特别是当有冷却剂流过平板时，要注意使压力损失不能太高。压力损失决定冷却剂的蒸发压力。因此太高的压力损失会导致散热元件中温度的不均匀分配。温度偏差在散热元件中不应超过5°K。上述两种液流设计的优点是，使平板可以由冷却剂和散热剂、或两种其它不同的液体流过。这一点特别对以下情况带来好处，即，车辆(空调设备)中冷却剂循环例如由于过低的外界温度而不能进行工作的情况，并因此导致电器元件不能借助于冷却剂进行散热的情况。于是在此由散热剂承担起元件的散热任务。
集流管通常情况下可以具有诸如为圆形、椭圆形、矩形或梯形的任意横截面形状。为实现装配，于散热元件的正端面或表面的端部区域上设置凹槽，使集流管插置在凹槽中。通过对至少一个构件进行锡焊镀层，可以使该插接设置结构在软焊炉中进行焊接处理，焊接当然要在电器元件的装配之前来进行。
图11举例示出了一种集流管，该集流管能够与图9所示的散热元件组装在一起。为了使两种液流以及通道组2、2′分离，该集流管具有贯穿其纵向的隔离壁8，该隔离壁通过贯穿孔9来固定并进行密封焊接。为了实现装配，使集流管的边缘咬合在散热元件1的正端面的凹槽9中。
图10示出了一个实施例，其中，集流管沿其长度具有自由变化的横截面形状，散热元件通过阶梯式以不同深度咬合在集流管内。由此可以对于经由集流管长度的液体的压力降进行校正，并且确保实现了散热元件1的稳定的液体流通，该散热元件还可以由多个单独的挤压型材构成。
图12至图15示出了两种液流装置的又一个实施例，其中，散热元件的通道2、2′相邻设置。在散热元件的端部区域中，通过消减长度，在散热元件的纵向上分别使第一液流的通道组位于第二液流的通道组2′之前。集流管6在两侧形成有管状的第一集流管构件6a和形成阶梯的盒状的第二集流管构件6b。第一通道2通入到第一集流管构件6a的开口中，而第二液流的通道2′通入到盒状的第二集流管构件6b中。集流管构件6a、6b在散热元件的纵向上大体上相互前后设置。在焊接过程中，所有的构件密封地相互连接，其中，集流管构件6a、6b的导引液体的腔室相互隔离。
可以理解为，集流管6还可以由一体成型件形成，特别由铣件形成。
图16示出了一个集成块11，该集成块相对于集流管可替换地或可补充地设置，并且同样用于在多个通道2上分配液流。集成块11在端部区域上从上方密封地插置在散热元件的表面上。因此，在这种构造中通道2在正端面密封并且通过垂直的通孔12而与集成块相连通。由此为了实现可靠的装配，可以使集成块的突出部分咬合在孔12中。
图17示出了图16的集成块的两条液流的变形方案。集成块11在此具有在横向上延伸的隔离壁13以及两个导入区14、15。通过图17的集成块，特别能够提供分隔液流的通道2、2′，这些通道交错地相邻设置。
图18示出了变形的挤压型材的截面图，其中设有加强肋16，以改善轻质型材的机械刚度。
图19示出了形成为挤压型材的散热元件的一个变形方案，其中垂直于散热元件而突出设有导热壁17，使电器元件18形成热接触地固定在这些导热壁之间。这种型材结构可以形成为一体式挤压型材，或者还可以由两块相互焊接在一起的挤压型材构成，其中一块挤压型材包括通道2，而另一块则包括侧壁17。
图20至图22示出了一种具有弯曲的散热元件1的装置。散热元件适宜地设置较薄，从而首先使电器元件18例如通过粘接而组装在该散热元件上(参见图20)，然后使散热元件于预先设定的弯曲位置19上弯曲180°。通过交替折叠(“折叠式散热器(Faltkühler)”)可以由此使电器元件18组装成一个紧凑的堆叠结构，这些电器元件分别通过两侧进行平面式散热。对此在图中示出了一种变化方案，其中，每两个元件18以其平坦的侧面相互叠放在一起，从而使每个元件仅在一侧上与散热元件1形成热接触。
本发明中的电器元件为具有“咖啡袋(Coffee-Bags)”构造的平面式锂原子电池，其自身不具有刚性外壳。为了补偿热延展和充电膨胀，而分别在元件的一侧上设有纤维垫20。
图22示出了装配后的折叠式装置的立体图，其中，在挤压型材的端部上各设有一个集流管6。总体上，该组装结构的特点是具有特别大的热接触面积，同时更容易制造。
图23示出了弯曲的散热元件的又一个实施例，其中，该散热元件在蓄电池单格18的弯曲的侧壁区段上形成为自身具有刚性的圆柱壁。
图24至图31示出了定位组件，这些定位组件分别用于固定设置，并且同时用于实现电器元件18在散热元件1上的热连接。
图24中，元件通过由金属制成的弹性夹固架21而固定，其中，夹固架与散热元件1螺接，而元件18通过弹性组件22被压向散热元件。
图25示出了一个变形方案，其中，通过弹性侧壁23的适宜变形能够使电器元件18卡掣到夹固架21中，其中，在卡掣之后保留至少一个在散热元件1方向上所产生的压力。对此，电器元件可以具有适宜的结构24，例如具有倾斜的边缘。特别地，在该实施例中可以使夹固架在插置到元件上之前、例如通过焊接的方式先安装在散热元件上。
图26和图27示出了导热的夹固架21的半部分结构，在两个半部之间特别可以装设有自身不具有刚性的平面式锂原子蓄电池，之后再使夹固架相互卡掣并装配到散热元件1上。
图28示出了一种定位组件，其中，两块咖啡袋电池分别各与一块金属板25粘接，其中，这两块金属板相互对齐，并且在金属板之间设有一块波纹状弹性板26。如图29所示，这种设置结构特别适合于夹持在图19的散热元件的侧壁17之间并形成良好的热接触。
图30示出了一块与咖啡袋电池18粘接在一起的散热板27，该散热板可以通过弯曲部28而平放在散热元件上。与散热元件的连接可以通过螺接来实现。
图31示出了图30的电池18和冷却板27，其中还附加地设有一个塑料成型件29，该塑料成型件与电池的导电体18a通过设置在导电体上的钻孔而夹在一起。因此，塑料成型件29可以具有用于与散热板27相互夹持或卡掣的结构(未示出)，从而能够以简单的方式形成一个由多个电器元件组成的预装配的堆叠结构。
然后，堆叠结构可以作为整体组装在散热元件上，并且例如通过螺接和/或粘接而固定在散热元件上。这样能够显著简化本发明装置的批量生产。同时，特别在自身不具有刚性的电池18上使导电体固定在限定的位置上。
可以理解为，上述实施例的各自特征可以根据需要而恰当地进行相互结合。
图32和图33示出了本发明装置的另一个实施例的主视图和纵向截面图。
在该实施例中，散热元件1也设计成挤压型材，并且具有第一液流30和第二液流30′，该第二液流大体上平行于第一液流设置。冷却液如箭头所示流入到集成块11中并且流经第一液流30。然后流入到转向块32中和第二液流30′内，该第二液流设置在比第一液流更深的位置上，最后使冷却液返回到集成块11。
在此，第一液流30主要用于存储元件18的散热。而第二液流30′仅用于散热液体的回流，从而使导入口和导出口都设置在散热元件1的同一侧上。第二液流30′基本上对于存储元件的散热不产生任何影响，并且该第二液流在此这样构成，即，使压力损失保持极可能少。
在第一液流30和第二液流30′之间具有非贯穿通道31，该非贯穿通道与集成块11和转向块32不连通。该非贯穿通道用于两个液流30和30′的绝热，因此该非贯穿通道例如用空气或其它绝热材料填充。
非贯穿通道31可以任选，然而也可能不希望是隔热的，而是用于平衡散热元件的温度。在该实施例中，非贯穿通道可以具有向第二液流30′传递热量的作用。
图32和图33的实施例的主要优点在于，导入口和导出口可以设置在散热元件的同一侧上，并且转向块可以用作相同的构件。当例如在另一个实施例中本发明装置由两个或多个挤压型材制成时，那么仅需要分别匹配于集成块11就可以。

Claims (15)

1.一种用于车辆蓄电池散热的装置，包括：多个电器存储元件(18)和散热元件(1)，所述散热元件具有用于液体流通的通道(2)，
其中，所述电器存储元件(18)与所述散热元件(1)形成热接触，并且所述存储元件的热量能够传递到液体上，
其特征在于，包括通道(2)的所述散热元件(1)由至少一个挤压型材形成。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述散热元件(1)具有多条液流、特别具有两条液流，其中，第一液流流经其中部分通道(2)，第二液流流经其余部分通道(2′)。
3.根据前述任意一项权利要求所述的装置，其特征在于，所述挤压型材(1)的横截面具有至少一个没有通道(2)穿过的区域(4)，该区域特别用于固定电器元件(18)。
4.根据前述任意一项权利要求所述的装置，其特征在于，在所述散热元件(1)上设有集流管(6)，其中，所述集流管(6)设置在所述挤压型材的端侧，并且至少一些通道(2)通入到所述集流管中。
5.根据前述任意一项权利要求所述的装置，其特征在于，在所述散热元件(1)上设有用于导入一种或多种液体的集成块(11)，其中，所述集成块(11)经由垂直于至少一些通道设置的通孔(12)而与这些通道(2)连通。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述集成块(11)包括至少两条液流。
7.根据前述任意一项权利要求所述的装置，其特征在于，所述散热元件(1)包括多个挤压型材，其中，在每个挤压型材中形成至少一个、特别形成多个通道(2)。
8.根据前述任意一项权利要求所述的装置，其特征在于，所述散热元件(1)在其流通路径上形成弯曲。
9.根据前述任意一项权利要求所述的装置，其特征在于，所述散热元件(1)具有用以容纳电器存储元件的棱柱元件，所述棱柱元件具有侧壁(17)。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述棱柱元件材料与所述挤压型材由相同的材料一体构成。
11.根据前述任意一项权利要求所述的装置，其特征在于，所述电器元件(18)具有自身带有刚性的外壳，其中特别地，所述元件形成为圆柱形结构。
12.根据前述任意一项权利要求所述的装置，其特征在于，该装置具有两个所述电器元件(18)，该电器元件(18)自身不带有刚性，由设置在它们中间的弹性元件(26)支撑。
13.根据前述任意一项权利要求所述的装置，其特征在于，多个电器元件(18)连接到一个预装配的堆叠结构上，其中，所述预装配的堆叠结构组装到所述散热元件(1)上。
14.根据前述任意一项权利要求所述的装置，其特征在于，所述散热元件包括第一液流(30)和至少一条第二液流(30′)，所述第二液流设置在平行于所述第一液流的平面上。
15.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述第一液流和至少一条第二液流通过转向块(32)而相互连接。
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