CN103959508A - 具有包含调温通道和旁路的调温体的电池系统以及包含电池系统的机动车 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电池系统，所述电池系统包括多个电池电芯(10)和至少一个调温体(16)，所述调温体通过调温面(18)导热地与所述电池电芯(10)相连接。所述调温体(16)在其内部具有调温通道(24)，其在始流侧通过输入部(20)并且在返回侧通过输出部(22)从所述调温体(16)中引导出来。特征是，旁路(26)通过分离节点(28)和汇聚节点(30)与所述调温通道(24)相连接，其中，所述分离节点(28)比所述汇聚节点(30)更靠近所述输入部(20)地设置。此外，本发明涉及一种包括电池系统的机动车。

Description

具有包含调温通道和旁路的调温体的电池系统以及包含电池系统的机动车
技术领域
本发明涉及一种电池系统，该电池系统包括多个电池电芯和调温体，该调温体通过调温面导热地与电池电芯相连接。该调温体在其内部具有调温通道，该调温通道在始流侧通过输入部并且在返回侧通过输出部从调温体中引导出来。
此外，本发明涉及一种包括电池系统的机动车。
背景技术
目前趋势是，未来不仅在静态的应用中、例如风力发电设备中、在混合动力车辆或电动车中，而且在电子设备中、例如笔记本电脑或移动电话中越来越多地应用新型电池系统，在可靠性、安全性、有效功率和使用寿命方面对其提出了非常高的要求。
为了保证锂离子电池的安全性和功能，需要使锂离子电芯在预定的温度范围之内运行。在锂离子电芯的运行期间，一方面产生为焦耳热形式的热量，其可通过锂离子电芯的电流和内电阻描述，以及通过由于在锂离子电芯中的可逆过程的发热来描述。这些热必须被导出以避免锂离子电芯的升温超过临界的运行温度(并且由此避免锂离子电芯的过热)。
为了使锂离子电池在有利的温度范围中运行，使锂离子电芯联接到调温系统处。该调温系统原则上可根据所使用的调温流体的类型被分为：
1.空气冷却，
2.冷却介质冷却，以及
3.致冷剂冷却。
根据被输送的调温功率的程度选择调温流体。
通常，多个电芯被组合成模块并且多个模块又被组合成电池。在利用调温板调温时，一个或多个电池模块同时由调温板通过热传导调温。作为用于调温板的材料，通常的是铝，或者使用具有至少程度相同的导热性能的其它材料。
该调温板例如在冷的白天起动时加热锂离子电芯或者例如在高的外部温度时在高负载运行期间将其冷却。在多种技术应用中，锂离子电芯通过其下侧被调温。与结构空间相关地再次重要的是，将电池电芯分布到电池之内的多个调温板上。为了优化的电池运行，相应于其热负载液压地调整这些调温板。在此，借助于分配块使调温介质质量流分开并且通过软的软管管路被输送到各个调温板。回程相应地从每个调温板借助于柔性的软管相反地被输送到中央的集中器并且从电池壳体中被导出。为了设计这种调温系统，通常使用负载循环，利用该负载循环可预测在已知的热边界条件下在锂离子电池之内的温度升高。
在利用被调温流体穿流的调温板冷却多个电池电芯时，调温流体的温度由于被吸收的电池电芯损失热在调温板被穿流时始终升高。由此，调温流体稍晚才到达的电池电芯被与之前已经被调温流体冷却的电池电芯相比更热的调温流体冷却。在电池电芯的损失功率近似相同时，对于被已经变热的调温流体冷却的电池电芯来说必然得到与被更加冷的调温流体冷却的电池电芯相比更高的温度。然而，为了电池的最优的有效功率和使用寿命需要其所有电池电芯被调温成近似相同的(最优的)温度。
公开文献DE102006061270A1公开了一种电池，一种电池模块以及一种用于使电池模块运行的方法。在此，为了使电池电芯运行，通过以下方式实现温度的程度适宜的均匀化，即，在电池电芯之间引入由金属体或由良好导热的可能附加地包含金属颗粒的塑料物质构成的导热的电池底座。由此，可得到在电池电芯之间期望的温度平衡；温度也可更长时间被保持在所需的水平上并且如有可能也可更快速地给出。平衡和充电电子设备对在电池电芯的放电或充电循环期间保持优化的温度有附加的影响。
发明内容
根据本发明提供一种电池系统。该电池系统包括多个电池电芯和至少一个调温体，该调温体通过其调温面导热地与电池电芯相连接。调温体在其内部具有调温通道，该调温通道借助于始流侧的输入部和返回侧的输出部从调温体引导出来。特征是，旁路通过分离节点和汇聚节点与调温通道相连接。分离节点比汇聚节点布置成更加靠近输入部。调温通道构造成用于容纳调温流体，该调温流体在流动方向上在分离节点处分支并且被引导到旁路、即与调温通道分离地被引导的通道。随后，该调温流体在流动技术上平行于调温通道被引导，直至旁路的流在汇聚节点中被引导回到调温通道中。始流侧表示调温通道的这样的端部，即，新的调温的调温流体可通过该端部进入，相反地，返回侧表示调温通道的另一端部。作为调温流体，可例如与防冻剂混合地应用水。为此，特别合适的是水和乙二醇的混合物。
根据本发明的电池系统具有的优点是，多个布置在唯一的冷却板上的电池电芯可被调温到近似相同的温度。这也适用于由于在调温体中的流动引导在稍晚的时刻才被调温流体到达的电池电芯。结果是，电池具有提高的使用寿命和有效功率。
优选地，旁路与调温体热绝缘。优选地，也可通过旁路通道由抑制热的材料、例如塑料制成而实现热绝缘或解耦(Entkoppelung)。另一优选的可能性在于，旁路通道通过抑制热的中间层与其余的调温体且特别是与调温通道分离。通过旁路与调温体的热绝缘实现尽可能少地加热在旁路中的调温流体。
此外优选地，旁路和调温通道位于相同的平行于调温面的平面中。在此所述的是平行于调温面伸延的调温通道和旁路。如果在垂直于调温面的方向上调温通道的最大延伸大于旁路的延伸，则整个旁路位于两个平面之间，这两个平面平行于调温面并且在其相对的两侧与调温通道相切。如果在垂直于调温面的方向上旁路的最大延伸大于调温通道的延伸，则整个调温通道位于两个平面之间，这两个平面平行于调温面并且在其相对的两侧与旁路相切。如果调温通道和旁路位于一个平面中，则可实现特别节省空间的扁平的调温体。此外，由此能够实现，建立用于调温面和与调温面相对的侧面的对称的冷却条件。
此外优选地，旁路的所有局部区域相对于调温面的法向距离大于调温通道的每个任意局部区域的法向距离。由此，旁路的每个与调温面的法向距离最小的局部区域具有比调温通道的每个与调温面的法向距离最大的部分更大的法向距离。这种考虑不涉及可能的布置在旁路和调温通道之间的过流通道，该过流通道可属于分离节点和汇聚节点。
此外优选地，旁路的法向投影在调温面上的中线是调温通道的法向投影在调温面上的中线的一部分。这种设计方案实现了利用来自布置在调温通道的远离调温面一侧的特有的旁路中的调温流体供给每个调温通道。
在本发明的优选的设计方案中，输入部和输出部布置在调温体的相对的侧面上。这种实施方案例如实现了调温通道的I形。通过输入部和输出部位于调温通道的相对的侧上，特别是能够节省空间地使多个调温体彼此平行地且同向地布置，由此所有输入部位于平行地布置的调温体的一侧上并且所有输出部位于平行地布置的调温体的另一侧上。这实现了空间上彼此分离地输送调温的调温流体和导出已加热的或已冷却的调温流体。
根据本发明的另一优选的设计方案，输入部和输出部布置在调温体的相同的侧面上。这种实施方案实现了例如调温通道的U形。通过输入部和输出部位于调温通道的相同的侧上，可再次与I形相似地特别节省空间地彼此平行地且同向地布置多个调温体，然而其中，现在所有输入部和所有输出部都位于平行地布置的调温体的同一侧。由此实现，不仅到输入部的输入管路而且从输出部出来的输出管路都节省空间地布置在平行地布置的调温体的同一侧。
优选地，电池电芯是锂离子二级电芯。通过使用锂离子技术，可实现特别高的功率和能量储存密度，由此特别是在电动牵引的领域中得到其它优点。
优选地，调温体很大部分由铝或铜制成，由此实现了高的热导值。
此外，提供一种具有根据本发明的电池系统的机动车，其中，该电池系统通常设置成用于为车辆的电驱动系统供电。
在从属权利要求中给出或者在描述中得到本发明的有利的改进方案。
附图说明
根据附图和以下描述详细解释本发明的实施例。附图中：
图1示出了根据本发明的电池系统，
图2至4示出了具有为U形的调温通道的调温体，
图5和6示出了具有多个为I形的调温通道的调温体，以及
图7示出了具有布置得更深的旁路的调温体。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的电池系统。多个电池电芯10布置在调温体16上。调温体16包括输入部20和输出部22，调温流体、例如调温液体可在工作中通过该输入部和输出部进入和离开。调温流体在从输入部20至输出部22的路径上穿流布置在调温体16的内部中的调温通道24并且由此实现了在电芯10和调温流体之间的热传递，其中，通过调温面18通过导热传递热量。
图2、3和4以示意性的截面图示出了不同调温体16的内部的流动引导，其中，截面平面相对于调温面18平行错位地伸延穿过调温通道24。调温通道24构造成U形，输入部20和输出部22相应地位于调温体16的相同侧面上。
图2示意性地示出了根据现有技术的调温体16。在运行期间，调温流体以从输入部20开始直至输出部22的方式穿流调温通道24，并且当电池电芯10被冷却时变暖或者当电池电芯10被加热时冷却。
在图3中示意性示出的根据本发明的调温体16包括示意性地以虚线绘出的旁路26，其布置在调温通道24之外。旁路26借助于分离节点28和三个汇聚节点30在流动技术上与调温通道24相连接。
在图4中示意性地以虚线示出的两个旁路26分别借助于分离节点28和汇聚节点30在流动技术上与调温通道24相连接，其中旁路26适宜地布置在U形的调温通道24的内侧上。
图5和6以示意性的截面图示出了不同调温体16的内部的流动引导，其中，截面平面相对于调温面平行错位地伸延穿过调温通道24。调温通道24如所示出地构造成I形，输入部20和输出部22相应地位于调温体16的相对的侧面上。
图5示意性地示出了根据现有技术的调温体16。在运行期间，调温流体从输入部20开始直至输出部22穿流调温通道24，其中，调温流体在输入部20之后被分开，平行地在调温通道24中被引导并且在输出部22之前再次汇聚。调温流体在电池电芯10被冷却时变暖或者在电池电芯10被加热时被冷却。
在图6中示意性地示出的根据本发明的调温体16包括两个对称地构造的、示意性地以虚线绘出的旁路26，其布置在外侧的两个调温通道24之外。旁路26分别借助于一个分离节点28和两个汇聚节点30在流动技术上与相关联的外侧的调温通道24相连接。
在图3、4和6中示意性地示出的旁路26原则上可位于平行于调温面18的、与调温通道24相同的平面中。这一方面实现了尽可能扁平的调温体16，然而在某些情况下需要旁路26的热绝缘。此外在调温通道24的一些布置方案中困难的是，为所有调温通道24设置旁路26(见图3b)。特别是在紧密地并排布置调温通道24时，不能毫无疑问地实现将旁路26布置在调温通道24之间。
在图7中示出了可能的补救方案，其以垂直于调温面18的截面平面示出了穿过调温通道24的示意剖视图。可看出，示意性地以虚线绘出的旁路26的所有局部区域相对于调温面的法向距离大于相对于调温通道的每个任意局部区域的法向距离。由此，旁路26在这样的平面中伸延，即，该平面比调温通道24在其中伸延的平面更加远离调温面错位地布置。布置在旁路26和调温通道24之间的可以属于节点28和30的过流通道(在图中垂直地示出)不被视为旁路26的一部分。通过这种设计方案实现，使得旁路26布置成在调温面18上的法向投影中与调温通道24重叠。由此，所有调温通道24在复杂的布置方案中也可利用来自旁路26的新调温流体供给。此外，通过旁路26相对于调温面18增加的偏移，简化了可能的热绝缘或者不需要热绝缘。
为了保证在图3、4、6和7中示出的旁路26的功能，旁路26和分离节点28以及汇聚节点30连同过流通道必须与调温通道24相协调。这例如可通过旁路26的横截面或者通过在分离节点28和汇聚节点30中合适的节流部实现。在运行期间，在分离节点28中调温流体从调温通道24中分支。该调温流体平行于相应的调温通道流过相应的旁路26。在调温流体在调温通道24的走向中通过待冷却或待加热的电池电芯10不断地被加热或者冷却期间，在旁路26中流动的调温流体的温度基本上保持恒定。这例如通过已经阐述的热绝缘或者与调温面18距离很远的适宜的几何布置方案实现。在流动方向上，汇聚节点30位于例如可以计算的方式确定的合适的位置，调温流体在该汇聚节点30处至少部分地从旁路26中被引导回到调温通道24中。在汇聚节点30之后，调温流体的温度介于旁路26的调温流体的温度和调温通道24的调温流体的温度之间。因此，在汇聚节点30之后的调温流体的温度比在汇聚节点30之前在调温通道24中的温度更相近于在分离节点28处的调温流体温度。结果是，与根据图2和5的没有旁路26的情况相比，更均匀地将电池电芯10调温到确定的温度。

Claims (9)

1.一种电池系统，所述电池系统包括多个电池电芯(10)和至少一个调温体(16)，所述调温体通过调温面(18)导热地与所述电池电芯(10)相连接，并且此外，所述调温体(16)在其内部具有调温通道(24)，该调温通道在始流侧通过输入部(20)并且在返回侧通过输出部(22)从所述调温体(16)引导出来，其特征在于，旁路(26)通过分离节点(28)和汇聚节点(30)与所述调温通道(24)相连接，并且所述分离节点(28)比所述汇聚节点(30)更靠近所述输入部(20)地设置。
2.根据权利要求1所述的电池系统，其中，所述旁路(26)与所述调温体(16)热绝缘或抑制热。
3.根据前述权利要求中任一项所述的电池系统，其中，所述旁路(26)和所述调温通道(24)位于相同的平行于所述调温面(18)的平面中。
4.根据权利要求1至2中任一项所述的电池系统，其中，所述旁路(26)的所有局部区域相对于所述调温面(18)的法向距离大于所述调温通道(24)的每个任意局部区域的法向距离。
5.根据权利要求4所述的电池系统，其中，所述旁路(26)的法向投影在所述调温面(18)上的中线是所述调温通道(24)的法向投影在所述调温面(18)上的中线的一部分。
6.根据前述权利要求中任一项所述的电池系统，其中，所述输入部(20)和所述输出部(22)布置在所述调温体(16)的相对的侧面上。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的电池系统，其中，所述输入部(20)和所述输出部(22)布置在所述调温体(16)的相同的侧面上。
8.根据前述权利要求中任一项所述的电池系统，其中，所述电池电芯是锂离子二级电芯。
9.一种具有根据权利要求1至8中任一项所述的电池系统的机动车。
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