CN103872405A - 热交换器安排 - Google Patents

Abstract

对于一个有待控制温度的技术对象，尤其一个电动汽车驱动器的一个电池组，提供一种热交换器安排，该热交换器安排的热交换器采用一个热交换套（1）的形式，该热交换套具有一个流入通道和一个流出通道，并且该交换套与温度控制的对象的多个内表面进行导热接触。该热交换套（1）借助于彼此堆叠地安排的两个薄片的边缘焊接而以一种简单的方式制成。借助于一个压力套（34）可以将所述热交换套安装在一个热交换器安排的一个狭窄间隙空间中，并且可以有效地将热量传递到相邻的壁，该压力套同样由薄片材料形成并且填充一种可压缩媒介。

Description

热交换器安排

本发明涉及一种用于需要温度控制的技术对象的热交换器安排，尤其涉及一个电动汽车驱动器的一个电池组的热交换器安排，该电动汽车驱动器的该电池组具有一个平坦的热交换器，该热交换器具有一个流入通道和一个流出通道，且该热交换器被一个热载体媒介流通，所述热交换器与温度受控对象的多个内表面进行导热接触。

DE102006059989披露了一种热交换器安排，其中通过加压模铸法形成的一个结构化散热片与一个软管状冷却管以及与从所述冷却管突出的多个导热元件进行导热接触，所述导热元件与一个电动汽车驱动器的一个电池组的多个圆形电池进行表面接触。

DE102010055616披露了另一种所述类型的热交换器安排，其中一个固体散热片（该固体散热片具有由流穿过的多个独立的内部导管）被旋拧到用于固持多个套状电池组电池的多个固体框上。

所述已知的热交换器安排说明了就以下构造而言所需的相对较高费用：制造用于通过一个扁平形式的热交换器传导一个热载体媒介的多个导管，以及与温度受控的一个对象的多个内表面进行导热接触。此外，一个所述类型的热交换器在一个对应安排中占据相对较大的空间，使得所述热交换器大量地为该安排的结构尺寸做出贡献。

本发明所基于的目的是找到一种上述类型的热高效的热交换器安排，所述热交换器安排占据相对较小的结构体积并且能以一种特别简单的方式且与批量生产的产品一样廉价地进行生产和组装。

所述目标根据本发明来实现，其特征在于，该热交换器采用一个由薄片材料形成的热交换套的形式，并且与该热交换套平行地安排一个压力套，该压力套填充一种可压缩媒介并且由薄片材料形成。

不言自明，与引用的现有技术中的板状金属铸件主体相比，一种所述类型的热交换套以一种简单的方式制成，所述方式为：根据其所需形状和尺寸对多个薄片进行切割或冲裁、对这些薄片进行安排以使其相互堆叠，并且在其边缘的区域中将这些薄片焊接或粘结在一起。在由压力套施加的压力下，由于所述热交换套与温度受控的对象的多个导热内表面进行柔性接触，因此所述热交换套抵靠着所述内表面用其内部压力进行支撑、并且因此可以适应一个热载体媒介流过的高压和高流速且因此确保通过强制对流的高质量的热传递。

由于相对于其热交换器表面尺寸的较低材料和空间需求，因此一种所述类型的热交换套适用于与尚未填充的压力套一起插入到一个相对较窄间隙的空间中，使得温度受控的技术对象可以制造成具有相应较小的结构尺寸。

在压力套充满空气或氮气并且封闭地隔离之后，在压力套的满压下，热交换套抵靠着温度受控的对象的一个内表面牢固地定位，使得确保将热量有效地传导至所述对象。

对于由压力套施加的压力在该技术对象内的均匀分布，例如，在一个电池组的外壳内，在本发明的一个优选实施例中规定将一个压力分布板安排在该压力套与该热交换套之间。

在本发明的另一个有利的实施例中，在该热交换套的薄片壁之间包围一个导流栅格用于均匀的流动分配。

本发明的其他有利实施例在从属的专利权利要求中指明并且基于附图从以下描述中显现出，在附图中：

图1是根据本发明的热交换器安排的热交换套的透视图，其中具有流入连接区域的截面图并且套壁以部分剖视的形式说明，

图2是如图1所示的热交换套的流入区域的放大的部分截面图，

图3示出如图1所示的热交换套的一部分的平面图，其中不具有第二薄片壁并且具有用箭头指示的流的分布，

图4示出根据本发明的通过具有热交换器安排的电池组的部分截面，并且

图5是电池组中的多个互连热交换器安排的透视图。

图6热交换套的另一个实施例的导流栅格的透视图，具有单件式地成型在其上的连接件，

图7热交换套在其一个连接件的区域中的部分截面图，

图8在一个连接件的区域中，根据图6的导流栅格的放大透视部分截面图，以及

图9在热交换套的平面中并且在屏障喷嘴（Staudüse）的区域中的放大部分截面图。

图4中说明根据本发明的热交换器安排的热交换套1由两个薄壁2、3形成，这两个薄壁彼此平行延伸、由薄片材料组成且在它们的边缘4的区域中彼此密封地连接。

为了关于撕裂强度、材料耐久性、导热性、电绝缘以及可焊性将热交换套1的特性最优化，用于制造该热交换套的合适薄片材料由不同材料的层状复合物组成，例如，铝、聚酰胺和聚丙烯等、并且能以小于0.2mm的薄片厚度商用于多个应用。如果用于冷却一个电池组，那么薄片材料的多个外层中的至少一者应由电绝缘塑料材料组成，以便使得不再需要安排一个电绝缘的额外的薄片。

热交换套1具有（例如）带有圆形角落区域5的矩形形式，并且在一个狭窄侧处定位成彼此相对的两个角落区域的区域中，对于供应和排放，以大致半圆形式突出且用于在每种情况下的一个连接件8、9的横向外部安排和紧固的连接区域6、7相对于热交换套1的平面垂直地定向，并且因此具有一个热载体媒介穿过该热交换套1的循环。

对于连接件8、9的容纳和紧固，在每种情况下，在热交换套1的壁2、3中的一者的连接区域6、7中穿一个圆形开口10。围绕所述开口10的壁区域11以其内侧靠着该连接件8、9的一个连接凸缘12并且通过焊接或附着粘合固定地且密封地连接到所述连接凸缘上。

相对于热交换套1的壁2、3之间的相对较小间隔，所述间隔允许足够的流穿过该热交换套1并且优选小于2mm，因此这些连接件8、9的内径（流穿过所述内径）可以配置成相对较大，使得热载体媒介可以实现相应较高的传送流速，并且因此可以在该热交换套1内以较低温差实现极其有效的热交换。

对于从其流入连接件8到其流出连接件9穿过热交换套1的流的流分布（所述流分布促进热交换），一个导流栅格13设置在该热交换套1的两个壁2、3之间，所述导流栅格由多个互连的引流网组成，这些引流网限定纵向地且横向地定向的流径，如图3中用方向箭头所指示。

在说明的示例性实施例中，由若干相互平行的横向接片14组成的一个内部栅限定多个横向通道15、16，这些横向通道从沿着热交换套1的多个纵向边缘引导的至少一个流入通道17、18分叉、并且并入沿着相对的纵向边缘引导的至少一个流出通道19、20中。

在梯子形形式的末端处将多个横向接片14彼此连接的一个纵向接片21具有小于所述横向接片的截面高度，使得在每种情况下，在这些横向接片14之间延伸的这些纵向接片区域形成一个屏障接片22。因此，这些屏障接片22产生一个从流入通道17、18到流出通道19、20穿过这些横向通道15和16的更加均匀的流分布。

此外，对于均匀的流分布，在每种情况下，提供一个分流纵向接片25、26，该分流纵向接片至少大致与热交换套1的纵向边缘23、24平行地延伸、并且在其流出侧区域中，经由一个弯曲部分27、28并入一个分隔接片29中。所述分隔接片29限定彼此隔开的两组横向通道15（一方面）和16（另一方面）。

优选地以所述方式进行设计的一个导流栅格13能以一种廉价的方式制造为一个注塑模制件，例如，由铝合金或由塑料制成、并且在制造热交换套1期间放置在所述套的薄片壁2、3之间，然后将所述薄片壁沿着套边缘4彼此焊接在一起。因此，该导流栅格13通过其截面高度相等的多个网14、25至27形成一个内部支撑件，该内部支撑件在套壁2、3之间界定（例如）2mm的距离。此种支撑件可以承担（例如）一个汽车驱动器的一个电池组的多个部件稳定结合所需的区域压力。

图4中的图解示出一个示例性实施例，该示例性实施例用于对一个汽车驱动器的一个电池组31的若干棒状电池30的温度进行控制，这些棒状电池在同一平面中彼此平行地安排并且以并联和串联方式彼此电连接。此处优选地经由其端侧电触点32将热量从棒状电池30传导至热交换套1，出于此目的，这些电触点借助于一个公用的接触板33以并联方式彼此电连接，并且该热交换套1以导热方式靠着所述接触板33。

为了使热交换套1被均匀地按压在接触板33上，且因此获得有效的导热接触并且实现围在其中的导流栅格13的均匀压力负载，提供一个充满一种可压缩媒介（例如，空气或氮气等）的压力套34，并且设置在所述压力套与该热交换套1之间的一个压力分布板35确保将压力均匀地传输到这些棒状电池30。通过这种方式，确保所述棒状电池配备有良好的温度控件并且以一种防振方式得到固持。此处，压力套34通过其从热交换套1避开的侧面抵靠着一个闭合的电池组外壳（未展图）的一个壁37的内表面36得到支撑。

图5示出用于对多个电气棒状电池30的温度进行控制的本发明的示例性应用，这些电气棒状电池以紧凑的方式组合在相互堆叠地安排的多个层38至41中，其中在每种情况下，一个热交换套1设置在每个相邻层之间并且也设置在外层38、41上的外部处。因此，通过到达棒状电池30的两个接触末端的一个导热连接可以实现对棒状电池的温度控制。

设置在多个相互平行的热交换套1中的每一者上的连接件8、9在电池31的一个端头侧面42区域中的同一轴线上堆叠地设置、并且经由一个T形支管43或90°弯管44连接到平行于所述侧面延伸的一个公用连接导管45、46上。所述连接导管45、46经由设置在其上的连接件47、48形成到达一个循环泵（未展图）和一个外部热交换器（未展示）的一个连接。当包括（例如）锂离子电池的电池组31处于电力负载下时，热交换器用于驱散由此在电池组电池30中产生的热量。

例如，在冬天操作的过程中，可能不利于电池组电池30和其性能的一个冷却动作可以借助于一个加热体50与电池组的热绝缘材料49相结合而得到避免，该加热体被紧固到连接导管45、46中的一者上并且例如，借助于一个恒温开关以电气方式进行操作。

在热交换套的一个第二实施例中，其薄片壁51、52包括它们的边缘焊接到或粘结到一个同样用作导流栅格的内部支撑框53上，为此该支撑框额外地具有一个在大小方面与热交换套的外轮廓相对应的外框54以及限定横向流动通道55的横向接片56，其横向截面高度对应于外框54的横向截面高度。相反，在横向接片56的延伸部中向外、横向于这些纵向通道57、58延伸的接片形成了波纹状的屏障接片59。

为了还对于穿过横向流动通道55延伸的横向流动通过流动屏障来实现热交换套的均匀的流通，对应于在图8和图9中的图示，在顺流和逆流方向上分别设置一行倒圆的屏障体61，这些屏障体通过一个接片60彼此连接，使得它们互相之间形成一行屏障喷嘴62。这些屏障喷嘴62的高度对应于横向接片56和外框54的高度。因此，薄片壁51、52额外地还与这行屏障体61进行焊接或粘结。

热交换套的连接件63、64可以在作为注塑模制件形成的支撑框53处单件式地成型。为此在平面形的支撑框53与圆柱形的连接件63、64之间形成一个槽形的通道件65，使得其边缘66与外框54在相同的平面内并且汇入其中。

为了加强在这两个槽形的通道件65与这两个连接件63、64之间的过渡区域，可以在此成型一个肋部67，该肋部在流动方向上延伸并且因此还引导该流动。

参考符号列表

1     热交换套

2,3   薄壁

4     边缘

5     角落区域

6,7   连接区域

8,9   连接件

10    圆形薄片开口

11    环绕的壁区域

12    连接凸缘

13    导流栅格

14    横向接片

15,16 横向通道

17,18 流入通道

19,20 流出通道

21    纵向接片

22    屏障接片

23,24 纵向边缘

25,26 纵向接片

27,28 弯曲部分

29    分隔接片

30    棒状电池

31    电池组

32    电触点

33    接触板

34    压力套

35    压力分布板

36    内表面

37    电池组外壳的壁

38-41 棒状电池的层

42    侧面

43    T形支管

44    弯管

45,46 连接导管

47,48 连接件

49    绝缘

50    加热体

Claims (14)

1.一种对技术对象进行温度控制的热交换器安排，尤其是一个电动汽车驱动器的一个电池组，该热交换器安排具有一个平坦的热交换器（1），该热交换器具有一个流入通道和一个流出通道（6，7），且该热交换器由一种热载体媒介流通，所述热交换器与有待进行温度控制的对象的多个内表面处于导热接触，其特征在于，该热交换器采用由薄片材料形成的一个热交换套（1）的形式，并且，与该热交换套平行地安排一个压力套（34），该压力套填充一种可压缩媒介并且由薄片材料形成，其中该热交换套的薄片壁（51，52）是被焊接或粘结到形成一个导流栅格的一个支撑框（53）上，所述支撑框具有一个在尺寸上与该热交换套的外部轮廓对应的外框（54），并且其中该热交换套的连接件（63，64）单件式地形成于该支撑框（53）上。

2.如权利要求1所述的热交换器安排，其特征在于，一个压力分布板（35）安排在该热交换套（1）与该压力套（34）之间。

3.如权利要求1或2所述的热交换器安排，其特征在于，一个导流栅格（13）被围在该热交换套（1）中。

4.如权利要求3所述的热交换器安排，其特征在于，相应地提供一个分流的纵向接片（25，26），该纵向接片至少大致与该热交换套（1）的纵向边缘（23，24）平行地延伸，使得以彼此平行地延伸的两个热载体媒介的形式流入该热交换套（1）并且流出，其中流入侧和流出侧的纵向接片（25，26）经由一个分隔接片（29）彼此连接，并且所述分隔接片（29）限定该热交换套（1）的两组横向通道（15，16）。

5.如权利要求3或4所述的热交换器安排，其特征在于，将多个横向接片（14）在其末端处梯子形地彼此连接的一个纵向接片（21）具有小于所述横向接片的截面高度，使得在这些横向接片（14）之间延伸的区域分别形成一个屏障接片（22）。

6.如权利要求1至5中的一项权利要求所述的热交换器安排，其特征在于，对于流入和流出，分别将一个圆形开口（10）设置在该热交换套（1）的多个壁（2，3）的一者中，所述开口彼此间隔开并且一个连接件（8，9）被密封地插入到所述开口中，使得这些连接件（8，9）与该热交换套（1）的平面垂直地定向。

7.如权利要求6所述的热交换器安排，其特征在于，在所涉及的套壁（3）与一个连接件（7，8）的圆周之间，通过一个连接件边缘（12）借助于粘结或焊接实现一个密封连接，该连接件边缘形成于所述连接件上并且以一个板边缘或以一个凸缘的方式突出。

8.如权利要求1至7中的一项权利要求所述的热交换器安排，其特征在于，一个槽形的通道件（65）设置在该热交换套的该支撑框（53）与这些连接件（63，64）之间，所述通道件的边缘（66）在与该外框（54）相同的平面中延伸。

9.如权利要求1至8中的一项权利要求所述的热交换器安排，其特征在于，一行屏障体（61）设置在该热交换套的朝向横向通道（55）的顺流侧和/或逆流侧。

10.如权利要求1至9中的一项权利要求所述的热交换器安排，其特征在于，该热交换套（1）的薄片壁（2，3）之间的间隔小于2mm。

11.如权利要求1至10中的一项权利要求所述的热交换器安排，其特征在于，该热交换套（1）的薄片壁（2，3）的厚度小于0.2mm。

12.一种具有棒状电池（30）的用于电动汽车驱动器的电池组（31），该电池组具有如权利要求1至11中的一项权利要求所述的一种热交换器安排，其特征在于，该电池组（31）的端侧的触点（32）分别借助于一个公用的接触板（34）以并联和串联的方式彼此电连接，其中一个热交换套（1）以导热方式靠着多个此类接触板（33），并且至少面向着这些接触板（33）的所述热交换套的壁（3）由多层薄片材料组成，在靠着该接触板（33）的侧面上，该多层薄片材料具有一个电绝缘层。

13.如权利要求12所述的电池组（31），其特征在于，这些电互连的棒状电池（30）是彼此平行的并且分组成多个相互堆叠地安排的层（38至41）中，其中一个热交换套（1）相应地设置在彼此相邻的层（38至41）的每一者之间并且在外层（38，41）上的外部处。

14.如权利要求12或13所述的电池组（31），其特征在于，设置在多个相互平行的热交换套（1）中的每一者上的连接件（8，9）在该电池组（31）的一个端面的侧面（42）的区域中同轴地彼此堆叠地安排、并且经由一个T形支管（43）或90°弯管（44）连接到平行于所述侧面延伸的一个公用的连接导管（45，46）上。

Images