CN102934277A - 带有冷却装置的用于供电的设备 - Google Patents

Abstract

本发明介绍了一种用于供电的设备（1），特别是为机动车供电，该设备包括至少一个储能模块（10），储能模块由多个棱柱形的存储电池（12）构成，这些存储电池堆叠成至少一排、彼此相继地布置并且相互电连接，其中，所述至少一个储能模块（10）的各存储电池（12）在底部一侧与一冷却装置（30）处于热接触。本发明设备（1）的特征在于，冷却装置（30）具有一定数量的扁管（32、33、34、35），这些扁管通过一弹簧装置（40）被压靠到存储电池（12）的底部（14）上。弹簧装置（40）设置在设备的壳体底部（50）与扁管（32、33、34、35）之间并支承在设备的该壳体底部（50）上。壳体底部（50）相对于所述至少一个储能模块（10）固定。

Description

带有冷却装置的用于供电的设备

技术领域

本发明涉及一种用于供电的设备，特别是为机动车供电，该设备包括至少一个储能模块，所述储能模块由多个棱柱形的存储电池构成，这些存储电池堆叠成至少一排、彼此相继地布置并且相互电连接，其中，所述至少一个储能模块的各存储电池在底部一侧与一冷却装置处于热接触。

背景技术

在通常被称作电池组/蓄电池的机动车的供电设备中大多使用多个储能模块用于驱动车辆，例如电动车或者混合动力车。各储能模块典型地由多个堆叠的棱柱形存储电池组成。各个单体的存储电池包含电化学的电池组电池单元。堆叠起来的单体存储电池大部分情况下通过机械的端板和牵条被夹紧固定而构成储能模块。除了将模块彼此进行机械固定之外，端板和牵条还特别用于防止运行过程中在布置于模块内部的电化学电池单元内出现的气体压力变化导致的变形。这样的储能模块通常为了保证必要的运行温度需要进行冷却。

由DE 102006010063A1已知一种用于车辆电池组/蓄电池的冷却装置，其中设置了多个各自大致呈杆形的电池组电池单元在底部一侧的液体冷却措施。通过基底壳体实现所述液体冷却，该基底壳体具有一个封闭的且对液体密封的冷却剂空间，带有一进口和一出口用于冷却液体，例如水，并且设计成压力密封的和防爆的。该处理方式的优点在于：可以用很少数量的构件制成电池组/蓄电池或者一种完备的储能模块。然而，该基底壳体由于其复杂的结构而需要昂贵和复杂地进行加工制造。

另外由EP 2068390A1已知一种储能模块存储电池在底部一侧的冷却措施。在那里提出的设计形式中，将冷却装置固定在一个包括多个棱柱形存储电池的存储电池堆叠上。该处理方式的缺点在于：必须先将储能模块和冷却装置预制成一种半成品，然后才能实现进一步加工。

发明内容

因此本发明的目的是，提供一种用于供电的设备，特别是为机动车供电，其允许实现简化的加工处理并从而有较少的制造成本，同时该设备的存储电池能有效冷却。

上述目的通过一种按照权利要求1所述特征的用于供电的设备得以实现。由各从属权利要求可得出一些有利的设计形式。

本发明提供一种用于供电的设备，特别是为机动车供电，该设备包括至少一个储能模块，所述储能模块由多个棱柱形的存储电池构成，这些存储电池堆叠成至少一排、彼此相继地布置并且相互电连接，其中，所述至少一个储能模块的各存储电池在底部一侧与一冷却装置处于热接触。

按照本发明，所述冷却装置具有一定数量的扁管，这些扁管通过一弹簧装置被基本上平面地压靠到存储电池的底部上，其中，所述弹簧装置设置在设备的壳体底部与扁管之间并支承在设备的该壳体底部上，并且，所述壳体底部相对于所述至少一个储能模块是固定的。

通过冷却装置的平面式结构和简单的夹紧固定，该冷却装置在供电设备中的装配是简单的和过程可靠的。相对其他的方案（在这些方案中，必须将冷却装置例如经由夹紧装置或其他保持机构连接于所述至少一个储能模块）而言，按照本发明的设备具有重量优点。弹簧装置的应用不仅从材料使用而且从生产费用方面来看都是一种经济的解决方案。通过弹簧装置，确保将各扁管平面地压靠到存储电池的底部上。用于引导流体的管路称作扁管，它们具有大量处于横截面为矩形的外壳中的单个管路。外壳和单个管路由导热良好的金属构成。通过这些措施确保所述至少一个储能模块的各存储电池的均匀冷却。

按照一种适宜的设计形式，弹簧装置包括一定数量的弹簧元件，其中，（一个）相应的弹簧元件将冷却装置的（一个）配设的扁管压靠到所述至少一个储能模块的存储电池的底部上。通过这些数量的弹簧元件和所配设的扁管，可以确定：在哪些和多少部段上将冷却装置压靠到存储电池的底部上。该数量例如可以根据冷却装置的规格尺寸进行选择，以便在冷却装置与（多个）储能模块之间达到良好的热接触。对弹簧元件和所配设的扁管的数量的选择同样也可考虑用于每一弹簧元件的成本以及由每一附加弹簧元件-扁管配对所带来的附加重量的观点来实现。通过计算或通过简单的实验可以找到对弹簧元件/扁管的数量的“正确”选择。

按照另一设计形式规定：弹簧元件在横向于纵向方向的截面内具有弹性的腿或翼片，所述腿或翼片支承在壳体底部上并且当变形时产生一种向存储电池方向作用的力。为了得到弹性的和产生压力的特性，适宜的是，弹簧元件由塑料或金属例如钢制成。通过腿或翼片的几何结构设计，特别是其长度和/或其横截面，可以按本领域技术人员已知的方式确定出弹性特性。

为了在按照本发明的设备组装时便于操作，适宜的是，将弹簧装置的各弹簧元件预固定在配设的扁管上。例如，可以将各个弹簧元件通过弹性卡扣连接固定在扁管上中。在弹簧元件或扁管上可以构造相应的突起或者说凸头。

按照另一适宜的设计形式，冷却装置与储能模块和/或与壳体底部除了通过弹簧元件施力之外没有其他的机械连接。这意味着，不必提供包括储能模块和冷却装置或者冷却装置和壳体等部件的一种半成品的预制。可以在供电设备装入机动车中时提供全部的单独部件，然后在那里进行构建。因此显著地简化了装配。

为了进一步改善在储能模块与冷却装置之间的热过渡（热传递），在所述至少一个储能模块的存储电池的底部与所述冷却装置之间设置一种弹性的和/或导热的涂层。该涂层例如可以构造成薄膜或粘合剂的型式。涂层的弹性用来实现对相互邻接的各部件的不平度或表面粗糙度的补偿，从而能在整个面上产生均匀的热过渡。

按照另一适宜的设计形式，储能模块与设备的壳体底部以力锁合和/或形锁合方式相互连接。借此可以将冷却装置与弹簧装置一起“夹紧（verspannt）”在所述至少一个储能模块与壳体底部之间，从而在冷却装置与存储电池的底部之间产生所要求的平面式接触。优选地采用螺钉型式的可拆式连接，以便在损坏/失灵情况下允许对相应部件进行简单的替换。

在另一有利的设计形式中，在冷却装置中这样地构造有冷却通道，在所述至少一个储能模块的每一存储电池的下面都设有相同数量的引导冷却介质的输出和返回管路。作为冷却介质，可以采用冷却剂（单相的液体，例如水-乙二醇混合物）或者也可采用致冷剂，例如R134a、R1234yF或R744。致冷剂包括这样一些介质，它们在热交换过程中改变其聚集状态（物态）。

相同数量的引导冷却介质的输出和返回管路能够实现引导冷却介质的各通道的一种对称设置方式。由此确保各存储电池的均匀散热。特别是可以由此满足这样一种要求：一个储能模块的全部存储电池彼此间最大可以具有5开尔文的温度差别。

附图说明

以下借助附图中所示实施例更详细地说明本发明。其中示出：

图1按照本发明的用于供电的设备的示意性横剖视图；

图2图1所示设备的横剖面的另一示意图，其中附加示出了保持元件，和

图3依据图1的按照本发明的用于供电的设备的从下方观察的示意图。

具体实施方式

图1中，以侧视图可看出储能模块10的一个单体的棱柱形存储电池12，储能模块在其总体上具有大量存储电池，这些存储电池堆叠成至少一排、彼此相继地布置并且相互电连接。存储电池12典型地包括一个或多个单独的电化学电池单元，它们在这里所选择的示图中隐藏在存储电池12的内部。例如在前面20上，存储电池12具有第一和第二极性的连接端子。图中未示出这些连接端子。在用标记14标明的存储电池12的后侧—它构成存储电池12的底部，未设置连接端子。其中一个连接端子，典型地为存储电池的正极，可以与存储电池12的壳体电连接。存储电池12的该壳体优选由导热良好的材料（通常为铝）构成。

如上所述，储能模块10包括多个存储电池，这些存储电池堆叠成至少一排、彼此相继地布置并且相互电连接，从而可达到预定的电压。按照本发明的用于供电的设备包括至少一个这样的储能模块。

储能模块10的各存储电池（在图1中只有其中一个是可见的）在底部一侧与一冷却装置30处于热接触。原则上可以为该冷却装置配设正好一个储能模块。同样，也可以使多个储能模块与该冷却装置处于热接触。

冷却装置30在本实施例中包括四个相互平行延伸的扁管32、33、34、35，这一点也可以清楚地从按照本发明设备1的图3中看出。每一扁管32、33、34、35以本领域技术人员已知的方式包括大量处于横截面为矩形的外壳内的单个管路（参见图1）。可以通过焊接相互连接一个相应扁管的各单个管路和矩形外壳。同样可以通过挤压工艺过程产生扁管的结构形状。外壳和单个管路由导热良好的材料、特别是金属例如钢构成。一个相应扁管32、33、34、35的各单个管路按流动技术在外壳内可以相互连接或者也可以不相连接。

扁管32、33、34、35以其大的扁平侧面接靠存储电池12或者说储能模块10的底部14，一个相应扁管32、33、34、35的横截面宽度（亦即在图平面内从左向右得出的一个相应扁管的宽度）通过在相应外壳中设置的单个管路的数量而确定。单个管路的数量越多，则横截面宽度越大，从而相应扁管的冷却效能越高。

在附图所示的实施例中分别以一定的彼此间距设置扁管32、33、34、35。为了能在装配过程中、但也在设备1的操作中确保该间距，而设置了保持元件60，其构造成梳状的。这一点示意表示于图2的横剖视图。保持元件60具有多个梳齿61，它们具有适配于两扁管之间的相应间距的宽度。同样，分别在最外面的扁管32、34与壳体底部50的壁之间设置有梳齿61。

保持元件60在设备1或储能模块10或相应储能模块10的最外面的存储电池12上的永久机械固定并不是强制的，但是可能的。例如足够的是，在设备1的制造范围内只是夹紧保持元件或将其置入设备中，从而确保各扁管彼此间确定的间距。优选地，分别在一个相应储能模块的前端上和后端上设置一个保持元件60。

优选地，由导热不良的材料、特别是塑料制造所述保持元件60。塑料的应用可阻止：通过保持元件吸收扁管的冷却效能，使其于是不再供冷却存储电池12之用。

通过一导热横向管路经由各存储电池12的相应的电池底部（它们是各存储电池12的相应的导热良好的壳体的部分）来实现从存储电池的那些不与扁管32、33、34、35接触的区域中往外散热。

通过冷却通道32、33、34、35引导冷却介质，以便冷却各存储电池12。作为冷却介质，考虑采用冷却剂或致冷剂。冷却剂是单相的液体，例如水-乙二醇混合物。作为致冷剂，可以使用例如R134a、R1234yF或R744。总地来说，致冷剂是这样的介质，它们在热交换过程中改变其聚集状态。

扁管32、33、34、35通过弹簧元件41被压靠到储能模块10的存储电池12的底部14上。对此，各弹簧元件41设置在壳体底部50与扁管32、33、34、35之间。壳体底部50总体上用来容纳用于供电的设备1，该设备典型地包括许多在这里描述的储能模块10。弹簧元件41支承在壳体底部50上，其中，壳体底部50相对于储能模块10是固定的。

壳体底部50和储能模块10的固定经由法兰16、18予以实现，所述法兰构成在存储电池12的侧向的端部边缘上。法兰16、18可以是存储电池的壳体的组成部分。但法兰16、18也可以作为单独的构件形锁合和/或力锁合地连接于各存储电池12。例如经由图中未详细示出的螺钉，来实现储能模块10和壳体底部50的机械固定或连接，各螺钉穿过法兰16、18拧紧到壳体底部50的相应支架中。其中，在壳体底部50与储能模块10的存储电池12的底部14之间形成了一个确定的间距。弹簧元件41在储能模块10和壳体底部50连接时压向扁管32、33、34、35，从而使它们与存储电池12的底部14进入平面式接触。结果便是，在储能模块的各存储电池与冷却装置之间形成一种很好的热过渡。

弹簧元件或弹簧导轨41在横向于其纵向延长的截面中（亦即垂直于图平面）具有弹性的腿或翼片42，所述腿或翼片支承在壳体底部50上。为了能够确保冷却装置与存储电池12的底部实现尽可能平面式的接触，各个弹簧元件或弹簧导轨41还具有一支承部段43，它将通过夹紧作用的力传递到扁管上。在腿或翼片变形时，由于储能模块10和壳体底部50的机械连接和间距之故，而产生一种向存储电池12的方向（亦即垂直于其底部14）作用的力。弹簧元件或弹簧导轨41可以由塑料或由金属例如钢构成。

基本上按照需要的冷却效能来配置弹簧导轨或扁管的数量。为产生压紧力使用越少的弹簧元件或扁管，则总体设备就越轻。

冷却装置30在存储电池或储能模块上的固定通过夹紧所产生，除此之外不存在两部件相互间的其他机械连接。这意味着：冷却装置与储能模块10和/或也与壳体底部50除了通过弹簧装置40施力之外没有其他的机械连接。因此可以按简单的方式制造该设备1。

在制造范围内，将弹簧元件41与配设的扁管32、33、34、35一起置入壳体底部中。紧接着置入图2中所示的保持元件，以便实现各扁管和各弹簧元件的正确定位。这些保持元件也可以已预装到扁管上。在另一步骤中，将组成储能模块10的各存储电池安置到扁管32、33、34、35上。优选地，将为施加压力所需要的弹簧元件或弹簧导轨41预固定到各扁管上。紧接着将该半成品置入适配于冷却装置30的规格尺寸的壳体底部50中。最后实现储能模块10与壳体底部50的连接，由此产生对于良好热过渡所需要的力，用于使冷却装置和储能模块10平面式接触。

由于各个存储电池12借助于在冷却通道32、33、34、35中的冷却介质进行在底部一侧的冷却，在存储电池12的底部上便实现了一种特别强的冷却。因为存储电池12相对于壳体外壳而言由具备良好导热能力的材料例如铝制成，所以由此可实现一种良好的温度平衡，从而也确保了在底部14上方区域内的冷却。按这种方式可以确保各存储电池12的均匀冷却。特别是确保全部的存储电池相互间最大具有5开尔文的温度差别。

作为任选方案，为了优化冷却装置30往存储电池12的底部上的热过渡和补偿材料公差，可以设置一种弹性的导热的涂层。该涂层例如设置在存储电池12的底部14上或扁管32、33、34、35上。该涂层可以构成为薄膜或粘合剂层。这种涂层只设置在扁管与存储电池的接触面的区域内，便已足够。

为了确保在存储电池12的底部14上实现尽可能好的温度平衡，有利的是，将引导冷却介质的扁管对称地设置在储能模块的存储电池12的下面。因此，在每一存储电池的下面设置同样多的输出和返回管路用于冷却介质。这一点示例性表示于图3中，该图从下面示出一储能模块10，其中，示例性表示出了六个成一排、彼此相继设置的存储电池12。在此可以看出，示例性设置了四个平行延伸的冷却通道32、33、34、35。冷却通道32和34为冷却介质构成一输出导引线路，冷却通道33、35则为其构成一返回导引线路。冷却通道32、33经由转向件36、冷却通道34、35经由转向件37相互连接。这里是在各存储电池12的底部之外实现转向件36、37。通过箭头示出了冷却介质流。冷却介质经由其他未示出的冷却通道的分配措施按选择可以整合于扁管中或者从其外部实现。

在图中所描述的实施例中，储能模块由总共六个彼此相继设置的存储电池12构成。实际当中，例如总共十二个存储电池成两排构成各六个彼此相继设置的存储电池。按照在一储能模块中要达到的总电压来确定排的数量和彼此相继设置的存储电池的数量。对于本领域技术人员来说，不言而喻，也可以选择与此不同的数量和设置方式。

附图标记清单

1   用于供电的设备

10  储能模块

12  存储电池

14  存储电池的底部

16  法兰

18  法兰

20  前面

30  冷却装置

32  扁管

33  扁管

34  扁管

35  扁管

36  冷却通道的转向件

37  冷却通道的转向件

40  弹簧装置

41  弹簧元件/弹簧导轨

42  弹簧元件的腿/翼片

43  支承部段

50  壳体底部

60  保持元件

61  梳齿

Claims (9)

1.用于供电的设备（1），特别是为机动车供电，该设备包括至少一个储能模块（10），所述储能模块由多个棱柱形的存储电池（12）构成，这些存储电池堆叠成至少一排、彼此相继地布置并且相互电连接，其中，所述至少一个储能模块（10）的各存储电池（12）在底部一侧与一冷却装置（30）处于热接触；其特征在于，所述冷却装置（30）具有一定数量的扁管（32、33、34、35），这些扁管通过一弹簧装置（40）被压靠到所述存储电池（12）的底部（14）上，其中，所述弹簧装置（40）设置在所述设备的壳体底部（50）与扁管（32、33、34、35）之间并支承在所述设备的该壳体底部（50）上，并且，所述壳体底部（50）相对于所述至少一个储能模块（10）固定。

2.按照权利要求1所述的设备，其特征在于，所述弹簧装置（40）包括一定数量的弹簧元件（41），其中，相应的弹簧元件（41）将所述冷却装置（30）的配设的扁管（32、33、34、35）压靠到所述至少一个储能模块（10）的存储电池（12）的底部（14）上。

3.按照权利要求2所述的设备，其特征在于，所述弹簧元件（41）在横向于纵向方向的截面内具有弹性的腿或翼片，所述腿或翼片支承在壳体底部（50）上并且当变形时产生一种向所配设的扁管（41）或存储电池（12）的方向作用的力。

4.按照上述权利要求之一项所述的设备，其特征在于，所述弹簧装置（40）的弹簧元件（41）预固定在所配设的扁管（32、33、34、35）上。

5.按照上述权利要求之一项所述的设备，其特征在于，设置有至少一个梳状的保持装置（60），该保持装置横向于各扁管（32、33、34、35）的延伸方向而延伸，所述保持装置通过多个梳齿（61）确定各扁管（32、33、34、35）和各弹簧元件在储能模块（10）的存储电池（12）下方的位置，其中，分别在两个扁管之间构成一个梳齿（61）。

6.按照上述权利要求之一项所述的设备，其特征在于，所述冷却装置（30）与所述储能模块（10）和/或与所述壳体底部（50）除了通过所述弹簧装置（40）施力之外没有其他的机械连接。

7.按照上述权利要求之一项所述的设备，其特征在于，在所述至少一个储能模块（10）的存储电池（12）的底部（14）与所述冷却装置（30）之间设置有弹性的和/或导热的涂层。

8.按照上述权利要求之一项所述的设备，其特征在于，所述储能模块（10）与所述设备的壳体底部（50）以力锁合和/或形锁合方式相互连接。

9.按照上述权利要求之一项所述的设备，其特征在于，在所述冷却装置（30）中按下述方式构造有冷却通道（32、33、34、35）：在每一存储电池（12）的下面都设有相同数量的引导冷却介质的输出和返回管路。

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