CN103069642A - 具有流通道的网的导热板，输送热量的方法和电化学能量储存器 - Google Patents
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Abstract
一种导热板(1)，具有流通道(2)的网，用于流体的至少一个入口(3)和至少一个出口(4)，流通道设置成，在至少一个入口(3)流入流通道的网的流体可流经要控制温度的导热板的区域(5)的布局，随后可从至少一个出口(4)流出流通道的网。流通道设置在至少两个上下重叠的平面上。流通道的网包括在至少一个第一平面中设置的分配通道(6)的树状结构，其从至少一个入口出发进入流通道的网中，分配通道(6)将流体引导到要控制温度的导热板的区域(5)。流通道的网还包括在至少一个第二平面中设置的收集通道(7)的树状结构，其接纳导热板要控制温度的区域(5)中的、来自分配通道的流体，并将流体从流通道的网引导到至少一个出口(4)。
Description
本发明涉及导热板，入口输送热量的方法和电化学能量存储器，并特别是涉及借助导热板对这样一种电化学能量存储器的温度控制。导热板将在不同的技术应用领域用来在热源和散热器之间输送热量，特别是用于技术元件的温度控制，以及特别是例如，应用在电动交通工具中，用于冷却电化学能量存储器。
DE102008027293A1描述了一种用于冷却具有带有流体流经的通道的散热器的交通工具电池的设备，其中电化学储存元件与散热器具有热接触，以及热量从储存单元输送给流体。
DE102008034868A1描述了一种具有电池壳体和在其中布置的用于控制温度的导热板的电池，其中多个彼此电并联和/或电串联的单个单元与导热板导热相连，并从而其极触端通过所述导热板突出穿过来固定。
DE102008034869A1描述了一种电池，该电池具有形成了单元互连的多个电池单元，以及具有与冷却板通过传导元件导热相连的电池单元。、
本发明的目的在于，尽可能至少部分地避免与上述的或其它的已知解决方法相关的缺点或限制，以及给出用于借助导热板输送热量的技术教导。该目的将通过根据设备权利要求中任一项所述的设备，以及通过方法权利要求中任一项所述的方法来实现。
根据本发明，导热板具有配备流通道的网，其具有用于流体的至少一个入口和至少一个出口。流通道在导热板中被设置成使得流体在至少一个入口流入流通道的网中，所述流体流经导热板的用于控制温度的区域布局（Anordnung），并最终从至少一个出口流出流通道的网。流通道在至少两个彼此上下重叠的平面中。流通道的网包括至少设置在至少一个第一平面上的、分配通道的树状结构，其从至少一个入口出发进入流通道的网中，将流体引导到导热板的要控制温度的区域。流通道的网包括至少设置在第二平面上的收集通道的树状结构，其从分配通道收集在导热板的要控制温度的区域中的流体，并将其从流通道的网引导到至少一个出口。
根据本发明，还提出了一种有用于输送热量的方法，其中使用了根据本发明的热导板。最后，还提出了一种根据本发明的电化学能量存储器，其借助于根据本发明的方法来控制温度，或者电化学能量存储器的电接触端至少部分地与至少一个根据本发明的导热板导热地接触。
结合本发明的描述，在下文中，导热板被理解为导热体，该导热板由于其形状或其材料性质，并优选为还由于其结构的特性而非常适合于将热量从至少一个热源输送到至少一个散热件。根据本发明，该导热板配有流通道的网。通过该流通道流动着气态的、液态的或可流动的流体，所述流体的化学或物理的成分被选择为，使得该流体通过流通道的流动支持了从至少一个热源到达至少一个散热件的热输送。对于流体，其可以例如是冷却剂或制冷剂，优选地来自外部的冷却回路或制冷回路的流体在导热板的入口处进入导热板的流通道的网中；其流经流通道的网；并最终在导热板的出口处流出流通道的网；以及，重新被提供给冷却回路或制冷回路。
根据本发明的导热板具有要控制温度的区域的布局，该区域由流通道穿过，使得通过该流通道流动的流体在所述要控制温度的区域之中、以上和以下流过。所述要控制温度的区域可完全地或部分地覆盖导热板；特别地，要控制温度的区域布局可以由完全或部分地覆盖导热板的单一的要控制温度的区域所组成。在导热板的两面上可以按不同的方式设置要控制温度的区域。
流通道在至少两个上下重叠的平面上被设置在导热板中。其中在这两个平面之间也可能有通道。所述平面优选为基本上平行于实质为片状的导热板的两个基本上平行放置的大的外部边界表面。其中，流通道的网包括在至少一个第一平面中设置的分配通道的树状结构，其从至少一个入口出发进入流通道的网中，将流体引导到导热板的要控制温度的区域。根据本发明的导热板可以包括多个优选为树状的流通道的网，在该流通道的网中可流过具有不同的物理特性，特别是热传输特性的不同的流体。
流经流通道的流体优选为在流经该流通道期间能够改变其物态（Aggregatzustand），特别是从液相变化到气相，也就是蒸发并从其周边环境吸收热量，或者相反地从气相变化到液相，也就是凝结并以这种方式向其周边环境提供热量。优选的是，该相的变化还可以在相同的时间发生在流通道的网的不同的区域内。例如，根据哪一个区域要被冷却或加热，流体可以在分配通道中蒸发，并在收集通道中凝结，或相反地在分配通道中凝结并在收集通道中蒸发。在其它的实施例中，蒸发可发生在区域的一部分中，而凝结发生在区域的其他部分中。
在本文中，分配通道的树状结构被理解为分配通道的布局，其被形成为，使得从至少一个入口流入流通道的网中的流体，以用户所希望的方式，在流通道的网中分配，使得流体在各个要控制温度的区域之中、以上、或以下均匀地流过或根据存在于其区域中的热源或散热器的强度流过。可以使用人类的动脉血管分支或动物的血液循环作为分配通道的这种树状结构的解释。动脉血管总是越来越细地分支，最后成为毛细血管系统，其均匀地或根据特定的身体区域的生理要求分配血液，并最终将所述血液收集到统一的静脉毛细血管结构。以类似的方式，根据本发明的导热板的流通道的网具有设置在两个平面的至少一个中的、收集通道的树状结构，其接纳在导热板的要控制温度的区域中的、来自分配通道的流体，并将该流体从流通道的网引导到至少一个出口。在该图中，静脉与收集通道相对应，而动脉对应于分配通道。
在合适的实施方式中，至少两个平面中的网的树状结构的连接有利的是，流通道可以非常灵活地根据可能应用的各自的要求延伸，而设置在仅一个平面中时，由于流通道不能够相互交叉，所以流通道的布置将有限制。
在本发明的优选的实施方案中，热接触表面设在导热板的至少一个侧面上的至少一些要控制温度的区域中，通过其形状、布局或通过其材料性质来实现产生与导热板和散热器或热源的导热接触。这种类型的热接触表面可优选地相应形成为特别是导热板的两个基本上平行的外部壁表面中的一个的内部的或外部的抛光表面，其被形成和设置为，支持导热板与散热器或热源的相应接触表面的导热接触。
热接触表面的特定的材料性质还可以保证被接触的散热器或热源之间的导热，特别是当组成热接触表面的材料由具有特别高的导热性的材料的组中选出时。在本发明的一些应用中可具有的优点为，当材料被选择为，在具有更高的导热性时具有很高的电阻，基本上可实现电绝缘。因此，当其在作为热源或散热器处作为电化学能量存储器的导电接触时，这些材料性质是特别有利的。
在本发明的优选的实施方案中，热接触表面属于至少两组热接触表面中的一组，该热接触表面和其它相对的导热板电绝缘，但至少与其它部分的导热板导热相连。其中优选的是，每组热接触表面包括那些借助导热板与要控制温度的装置保持接触的、与导电接触部具有相同电极性和电压的接触表面。在其它技术应用中有利的是，热接触表面可被分割在两个以上的组中，特别是当导电接触的两个以上的组在导热板的帮助下来控制温度时，其例如通过电压或其它的电特性，例如区分位于电导体上的电信号，以使得在不同类别的电接触部之间不应建立导电连接。
在本发明的这些和其它的优选实施方案中，其也可以有利地彼此结合，除了改善在导热板和要控制温度的热源或散热器之间的导热接触之外，接触表面还优选地用于电导体相互之间的电连接，只要该接触表面属于相同的组或类。在这些实施例中，不同组的热接触表面还和与之相对的其它部分的导热板电绝缘，但至少和其它部分的导热板导热相连，以及在可能的情况下在其自身的组中相互导热相连。这样的结构可例如通过其它导热板的热接触表面来实现，所述其它导热板通过电绝缘的、但导热的导热膜或导热膏分隔开。
在本发明其它的优选的实施例中，其也可以与上述的或其它的实施例的特征相结合，至少一个热接触表面与散热器或与热源通过在至少一个导热表面和散热器或热源之间设置的电绝缘导热箔或电绝缘导热膏保持导热接触。该类型的导热膏例如通过将导热的小的固体精细地分布在电绝缘（例如蜡状）的物质中来得到。然而，热接触表面也可以由导热的、电绝缘的陶瓷层所构建，其例如为包含如碳化锂或铝亚硝酸的化合物。用来制造导热箔或热接触表面的材料的其他示例是电绝缘的弹性体，其导热填料以例如小型铝板的形式被填入。这些小型铝板提供了被改进的热传导性，然而其中，材料保持整体的电绝缘性。硼氮化物或铝的小颗粒适合于作为热弹性的橡胶化合物或塑料中的填料。导热箔也可以采取聚合物薄膜的形式，其中石墨纤维被作为导热填料放入。
在一个优选的实施方案中，用来安装紧固件的结构被设在导热板上，借助于该结构可将至少一个热接触表面压在散热器或热源上。这种结构最好设计成，是以具有被设在导热板上的配备有螺纹的钻孔的形式，以使得在该钻孔中可拧入与具有这些钻孔的螺纹相匹配的螺纹的螺丝或螺栓或类似的紧固元件。用于实现该结构的其它的可能性是专业人员所熟悉的，并且不需要在这里更详细地说明。在本文中，有利的是，紧固结构是由具有高导热性的材料制成，并且其中在另外的某些应用中，如果这些结构是由电绝缘材料构成或通过使用电绝缘材料的外围结构从周边环境电绝缘，则是有利的。
在本发明的其它优选的实施例中，其也可以与上述实施例和与其它的实施例相结合，流通道至少部分地由电绝缘的、但具有好的导热性的材料构成。在这些实施例中，导电流体的使用也是可能的，其经常比电绝缘的流体具有更好的导热性能。
根据本发明，还提供了用于输送热量的方法，其使用了根据本发明的热板。在本发明的优选实施方案中，通过该方法来调节电化学能量存储器的温度，也就是说冷却或加热，其中其电接触部将被带入具有根据本发明的导热板的导热接触中。
在下文中，本发明借助优选的实施例和借助于附图被更详细地描述：
图1以俯视图示意性地示出了根据本发明的导热板的优选的示例；
图2以透视侧视图示意性地示出了根据本发明的导热板的优选的实施例；
图3以透视侧视图示意性地示出了根据本发明的导热板的优选的实施例，和
图4由图4a至4e组成，其以分解视图示意性地示出了根据本发明的导热板的优选的实施例。
如在图1中示例性地示出，导热板1装备有流通道2的网。流体经入口3流入分配通道6中，并沿着该路径到达要控制温度的区域5，在其中流体与其周边环境交换热。因此，流体被收集在收集通道7中并通过出口4离开流通道的网。
图2以透视侧视图示出了相同的布局。可识别的是，分配通道6在上部平面的布局中，其通过垂直延伸的流通道与下部平面中的收集通道7相连。在图1和图2中所示至少部分地是示意性的解释。因此，分配通道6和收集通道还可具有其它树状结构，该树状结构的一些部分不必是直线的、水平的或垂直的。
本发明并不限于所示的实施例，以及根据通常的想法，流体通过分配器的树状结构被引导到导热板的要控制温度的区域5，并且流体在该要控制温度的区域5中借助于收集通道7的树状结构被再次收集。因此，本发明得益于人或动物的血液循环的公知的原理，其中的动脉具有更多的分支直到血管过渡到均匀的或根据生理要求实现的生物体的毛细血管系统。
上面和下面描述的实施例，也可以有利地彼此结合。
本发明提供设有流通道2的网的导热板1，其具有用于流体的至少一个入口3和至少一个出口4。流通道2在导热板1中被设置为，使得流体能够在至少一个入口3流入流通道2的网中，流经导热板1的要控制温度的区域5的布局，并最终在至少一个出口4流出流通道2的网。
流通道被设置在至少两个上下重叠的平面中。流通道2的网包括在至少一个第一平面中设置的分配通道6的树状结构，其从至少一个入口3出发进入流通道2的网中，将流体引导到导热板1的要控制温度的区域5。流通道2的网包括设置在至少一个第二平面中的收集通道7的树状结构，其接纳在导热板1的要控制温度的区域5中的、来自分配通道6的流体，并将该流体从流通道的网引导到至少一个出口4。
此外还提出了一种用于输送热量的方法，例如用来冷却或加热交通工具电池的方法，其中使用了根据本发明的导热板1。最后，根据本发明还设有电化学能量存储器，其借助于根据本发明的方法控制温度，或者其电接触部至少部分地与至少一个根据本发明的导热板1保持导热接触。在本文中，导热板1被理解为一种导热体，由于其形状或其材料特性，并优选地由于其结构特性，适合于将热量从至少一个热源输送到至少一个散热器。
根据本发明的导热板1具有要控制温度的区域5的布局，所述区域5由流通道2穿过，使得通过该流通道2流动的流体在要控制温度的区域5之中、以上和以下流过。所述要控制温度的区域5可完全地或部分地覆盖导热板1；特别地，要控制温度的区域5的布局可以由单一的要控制温度的区域组成，所述区域完全地或部分地覆盖导热板1。在导热板1的两面上可以按不同的方式设置要控制温度的区域5。
流通道在两个上下重叠的平面上被设置在导热板1中。如在附图中示意性所示，这些平面优选为基本上平行于实质为板状的导热板1的两个基本上平行放置的大的外部边界表面。在图1和图2中所示的流通道2的网包括在至少一个第一平面中设置的分配通道6的树状结构，其从一个入口3出发进入流通道2的网中，将流体引导到导热板1的要控制温度的区域5。根据本发明的导热板1还可以包括多个优选为树状的流通道的网，在该流通道的网中可流过具有不同的物理特性，特别是热传输特性的不同的流体。
流经流通道2的流体还可以优选为在流经该流通道期间能够改变其物态，特别是从液相变化到气相，也就是蒸发并从其周边环境吸收热量，或者相反地从气相变化到液相，也就是凝结并以这种方式向其周边环境提供热量。优选的是，该相的变化还可以在相同的时间发生在流通道2的网中的不同的区域内。例如，根据哪一个区域5要被冷却或加热，流体可以在分配通道6中蒸发，并在收集通道7中凝结，或相反地在分配通道6中凝结并在收集通道中蒸发。在其它的实施例中，蒸发可发生在区域5的一部分中，而凝结发生在区域5的其他部分中。
在图1和图2中所示的分配通道6的树状结构被设计成，使得从至少一个入口3流入流通道2的网中的流体，以用户所希望的方式，在流通道2的网中分配，以使得流体在各个要控制温度的区域5之中、以上、或以下均匀地流过或根据存在于其区域中的散热器或热源的强度流过。
正如在图1和图2中所示，两个平面中的网的树状结构的连接有利的是，流通道可以非常灵活地根据可能应用的各自的要求延伸，而在设置在仅一个平面中时，由于流通道2不能够相互交叉，所以将有限制。
优选的是，在导热板1的至少一个侧面上的一些要控制温度的区域5中设置未在图中示出的热接触表面，通过其形状、布局或通过其材料性质来实现生产与导热板1和散热器或热源的导热接触。这种类型的热接触表面可优选地相应形成为导热板1的两个基本上平行的外部壁表面中的一个的内部或外部的、在附图中未示出的（特别是抛光的）表面，其被形成和设置为，支持导热板1与散热器或热源的相应接触表面的导热接触。
图3示意地示出了根据本发明的导热板1的优选的实施方式，其个别部分以由子图4a、4b、4c、4d和4e组成的图4的分解图显示。导热板1由图4e中所示的底板419，设在其上的在图4b、4c和4d中示出的板417、414和412（其中板417是通道板，板414是层过渡板，板412是分配板），以及图4a中示出的顶板407（其上通过接口支持件402和403放置有接口法兰401）所组成。
流体流过具有用于流体的至少一个入口408和至少一个出口409的流通道的网中的导热板1。流通道411、416在导热板407、412、414、417和419中被设置为，使得流体在至少一个入口408处流入流通道的网中，流经导热板1的要控制温度的区域的布局，并最终在至少一个出口409处流出流通道的网。流通道411、416在至少两个平面，即图4b中的412和图4d中的417中相对地设置。流通道的网包括在至少一个第一平面中设置的、分配通道411的树状结构，其从至少一个入口409出发进入流通道的网中，将流体引导到导热板1的要控制温度的区域。流通道的网包括在至少一个第二平面中设置的、收集通道416的树状结构，其接收在导热板1的要控制温度的区域中的、来自分配通道411的流体，并将流体从流通道的网引导到至少一个出口409。
此外，流体从接口法兰401的接口支持件403，经由连接法兰401的出口405，通过顶板的入口408，流入分配板的分配通道411中。在分布通道411的末端，流体通过层过渡板414的凹口415进入收集通道416，从该处通过凹口413、410，和409，经由接口法兰401的入口404，并通过接口支持件402，从导热板1流出。各个子板优选为在凹口406和418处彼此螺合。
Claims (12)
1.一种导热板（1），其具有流通道（2）的网、用于流体的至少一个入口（3）和至少一个出口（4），其中所述流通道（2）被设置为，在所述至少一个入口（3）处流入所述流通道（2）的网中的流体能够流经所述导热板（1）的要控制温度的区域（5）的布局，并且最终能够在所述至少一个出口（4）处从所述流通道的网流出，
其特征在于，
-所述流通道（2）被设置在至少两个上下重叠的平面中，
-所述流通道（2）的网包括在至少一个第一平面中设置的分配通道（6）的树状结构，所述分配通道（6）将流体从所述至少一个入口（3）出发而引导进入所述流通道（2）的网中，进而将流体引导到所述导热板（1）的要控制温度的区域（5），并且，
-所述流通道（2）的网包括在至少一个第二平面中设置的收集通道（7）的树状结构，所述收集通道（7）接纳在所述导热板（1）的要控制温度的区域（5）中的、来自所述分配通道（6）的流体，并将所述流体从所述流通道（2）的网引导到所述至少一个出口（4）。
2.如权利要求1所述的导热板（1），其特征在于，热接触表面设在所述导热板（1）的至少一个侧面上的至少一些所述要控制温度的区域（5）处，通过所述区域（5）的形状、布局或其材料性质来实现产生所述导热板（1）与散热器或与热源的导热接触。
3.如权利要求2所述的导热板（1），其特征在于，所述热接触表面属于至少两组热接触表面中的一组，所述热接触表面和其相对的其它部分的导热板（1）电绝缘，但至少与所述其它部分的导热板（1）良好地导热相连。
4.如权利要求3所述的导热板（1），其特征在于，在一个组内的所述热接触表面彼此导电相连。
5.如权利要求2所述的导热板（1），其特征在于，至少一个热接触表面与散热器或与热源通过在所述至少一个热接触表面和散热器或热源之间设置的电绝缘导热箔或电绝缘导热膏保持导热接触。
6.如权利要求2至5中任一项所述的导热板（1），其特征在于，设置有用来安装紧固件的结构，且能够借助所述结构将至少一个热接触表面压在散热器或热源上。
7.如前述权利要求中任一项所述的导热板（1），其特征在于，所述流通道（2）至少部分地由电绝缘但良好导热的材料构成。
8.一种输送热的方法，在所述方法中应用了根据前述权利要求中任一项所述的导热板（1）。
9.如权利要求8所述的方法，其中，通过电化学能量存储器的电接触部与根据权利要求1至5中任一项所述的导热板（1）的导热接触，来对所述电化学能量存储器控制温度。
10.一种电化学能量存储器，其借助根据权利要求9所述的方法控制温度。
11.一种具有电接触部的电化学能量存储器，所述电接触部中的至少一些与至少一个如权利要求1至7中任一项所述的导热板（1）保持导热接触。
12.如权利要求11所述的电化学能量存储器，其具有多个电化学电池单元，所述电接触部通过导电结构与至少一个导热板（1）连接为，使得所述多个电化学电池单元被连接成串联和/或并联的电化学电池单元。
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