CN104205412A - 车辆电池冷却装置、车辆电池组件和冷却装置制造方法 - Google Patents

车辆电池冷却装置、车辆电池组件和冷却装置制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于车辆电池(12)的冷却装置(20)，其包括至少一个冷却剂管道(22)和至少一个单独的压紧元件(24)，所述压紧元件构造成弹性的，以便将冷却剂管道(22)压紧到车辆电池(12)的外侧(16)、优选宽侧面上。压紧元件(24)构造为复合构件，该复合构件具有单独制造的增强构件(34)，该增强构件被塑料材料(36)包围。本发明还涉及一种用于制造这种冷却装置(20)的方法，包括：提供金属的增强构件(34)、尤其是弹簧弹性的金属构件；通过用塑料材料(38)注塑包封增强构件(34)来制造弹簧弹性的压紧元件(24)作为复合构件；以及将冷却剂管道安装在复合构件(24)上，其中，复合构件(24)在垂直于车辆电池的要冷却的外侧(16)变形时被朝冷却剂管道(22)加载。

Description

车辆电池冷却装置、车辆电池组件和冷却装置制造方法
技术领域
本发明涉及一种用于车辆电池的冷却装置，该冷却装置包括至少一个冷却剂管道和至少一个单独的压紧元件，所述压紧元件构造成弹性的，以便将冷却剂管道压紧到车辆电池的外侧、优选宽侧面上。本发明还涉及一种具有这种冷却装置的车辆电池组件以及一种用于制造这种冷却装置的方法。
背景技术
同类冷却装置例如由US2011132580公开。压紧元件是由金属制成的张紧框架，该张紧框架与冷却剂管道拧紧并且通过弹簧元件将车辆电池的电气元件压紧到冷却剂管道上。这种压紧元件重量大并且需要在车辆电池上的复杂安装，在许多电气元件时尤其如此。金属张紧框架可用作热桥并且通过这种方式降低了冷却装置的有效冷却效率。
发明内容
本发明的任务在于提供一种重量小的冷却装置，其具有压紧元件，该压紧元件具有良好并且耐久的弹性特性，该冷却装置可简单且低成本地制造。
本发明的任务通过同类冷却装置解决，其中，压紧元件构造为复合构件，该复合构件具有单独制造的增强构件，该增强构件被塑料材料包围。通过使用塑料材料可减小冷却装置的重量及其制造成本。具有增强构件的复合结构方式可改善机械特性，尤其是在稳定性、弹性和寿命方面。通过构造具有单独制造的增强构件的复合构件可借助简单的制造方法、如注塑包封增强构件来制造耐久的压紧元件。压紧元件的塑料材料尤其是允许构造具有较低热传导率的压紧元件。
根据优选的实施方式，冷却剂管道直接贴靠在电池上。
尤其是包围增强构件的塑料材料与增强构件相比具有较小的热传导率。通过这种方式在冷却装置中避免了不希望的热传导。
通过由金属制成增强构件，可实现特别耐久和紧凑的增强构件。
金属增强构件例如是金属板，其优选在释放状态中具有弧形形状。金属板可简单地通过冲压和变形被制成多种形状。
为了实现压紧元件的耐久的弹性特性，金属增强构件可以是弹簧弹性的金属构件、优选由弹簧钢或弹性铝合金制成。
压紧元件可具有至少一个弹簧弹性的支腿，所述支腿由被塑料材料包围的增强构件构成。优选设置两个弹簧弹性的区段，它们分别构成压紧元件的支腿。
通过将弹簧弹性的支腿相对于车辆电池的被冷却的外侧构成平缓的角度，可实现较低的结构高度以及良好的弹簧弹性特性。弹簧弹性的支腿例如可以以小于45°角设置。
弹簧弹性的支腿可具有设有不均匀抗弯截面系数的区域，以便在受负荷时引起弹簧弹性的区段的均匀变形。由此避免弹簧弹性的支腿的局部过载并且延长压紧元件的使用寿命。
为了构造具有不同抗弯截面系数的区域，增强构件例如可关于其横截面延伸走向构造成不均匀的和/或设置具有塑料包封厚度不同的区域。这可在不同负荷区域之间实现补偿并且在压紧元件受负荷时允许优选均匀的变形。
压紧元件可具有至少一个容纳区段，该容纳区段容纳冷却剂管道。容纳区段尤其是可定位冷却剂管道并且将其良好地压紧到车辆电池的要冷却的外侧上。容纳区段优选可使冷却剂管道在预装状态中安装在压紧元件上。
优选冷却剂管道构造成扁平的，并且具有与车辆电池的相邻的外侧基本上互补的上侧，并且冷却剂管道的横截面的宽度优选大于其高度。因此在冷却剂管道和车辆电池的外侧之间提供尽可能大的直接的接触面，从而在冷却剂管道和车辆电池之间不需要单独的热传导元件。
例如车辆电池的被冷却的外侧的35％至70％可被接触。
可通过下述方式改进电池的被冷却的外侧的隔绝性：设置至少一个隔热构件，该隔热构件与压紧元件连接并且构成电池的被冷却的外侧的隔绝部。
一种根据本发明的车辆电池组件包括具有至少一个电池元件的车辆电池和上述冷却装置，其中，所述冷却装置设置在车辆电池的电池元件的要冷却的宽侧面和壳体之间，并且所述至少一个冷却剂管道直接贴靠在电池元件的要冷却的宽侧面上。这种布置实现冷却装置的紧凑构造。此外，冷却装置的压紧元件可在车辆电池的壳体和电池元件的要冷却的宽侧面之间实现公差补偿。
通过使车辆电池的壳体具有凹陷和/或突出部，它们确保冷却装置、尤其是压紧元件相对于壳体的定位，冷却装置可简单地定位在车辆电池组件中。
一种根据本发明的用于制造用于具有要冷却的外侧的车辆电池的冷却装置的方法包括下述方法步骤：提供增强构件、尤其是弹簧弹性的金属构件；通过用塑料材料注塑包封来增强构件制造弹簧弹性的压紧元件作为复合构件；并且将冷却剂管道安装在复合构件上，并且复合构件在垂直于车辆电池的要冷却的外侧变形时被朝冷却剂管道加载。电池尤其是具有平坦的要冷却的外侧。
可由金属板冲压出增强构件并且优选使其变形成弧形形状。
一种简单且低成本的制造方法由此实现：复合构件通过挤出制成，在此在挤出喷嘴中用塑料材料注塑包封增强构件。
为了确保塑料材料与增强构件的良好结合，增强构件可在与塑料材料结合之前被涂上底漆。
附图说明
本发明的其它特征和优点由下述说明和附图给出，附图如下：
图1为根据本发明的车辆电池组件的示意图；
图2为根据本发明第一种实施方式的冷却装置的细节剖面图；
图3为根据图2的冷却装置的细节图；
图4为根据本发明第二种实施方式的冷却装置的剖面图；
图5为替换构造的根据本发明的冷却装置的细节图；
图6为具有两个根据图4的压紧元件的按本发明的车辆电池组件；
图7为根据本发明的冷却装置的增强构件的透视图；
图8为处于释放状态中的按本发明第三种实施方式的冷却装置；
图9为处于预紧状态中的根据图8的冷却装置；
图10为具有两个增强构件的根据本发明第四种实施方式的冷却装置的剖面图。
具体实施方式
图1示出具有车辆电池12的车辆电池组件10的示意图，车辆电池包括至少一个电池元件。在各电池元件上侧设有电触点14。各电池元件的平坦的下侧构成要冷却的外侧16。
壳体18包围车辆电池12和冷却装置20，冷却装置设置用于冷却电池元件的平面的外侧16。
冷却装置20包括两个冷却剂管道22，所述冷却剂管道构造成扁平的并且以其宽侧面贴靠在电池元件的外侧16上。为确保冷却剂管道22和外侧16之间的导热接触，设置一个单独的压紧元件24。压紧元件24构造成弹性的，并且支撑在壳体18的底部上，压紧元件24在安装状态中被预紧，以将冷却剂管道22压紧到车辆电池12外侧16上。
压紧元件24尤其是构造得能够补偿影响电池元件的外侧16和壳体18之间的距离的制造公差。
冷却装置20构造成扁平的，车辆电池外侧16和壳体18之间的设置用于冷却装置20的结构空间例如在1～5cm之间。可通过冷却装置20的压紧元件24补偿例如直至10％的制造公差。
图2借助根据第一种实施方式的冷却装置20的详细剖面图示出车辆电池组件10的第一种实施方式。
压紧元件24具有两个容纳区段26，它们容纳冷却剂管道22。容纳区段26构造成基本上刚性的，并且允许力良好地传递到冷却剂管道22上。在第一种实施方式中，两个容纳区段26通过压紧元件24的一个构造成基本上刚性的中间区段30连接。中间区段30和两个容纳区段因此构成压紧元件24的一个共同的刚性区段。
容纳区段26分别具有两个定位突起28，所述定位突起限制冷却剂管道22相对于压紧元件24的侧向移动。通过这种方式压紧元件尤其是防止冷却剂管道22之间的距离的变化。
两个弹簧弹性地构造的支腿32从刚性构造的容纳区段26起相对于车辆电池12的被冷却的外侧16的平面朝壳体18底部方向以平缓的角度延伸。弹簧弹性的支腿32以其端部贴靠在壳体18上并且车辆电池组件10的在安装布置中被预紧，从而压紧元件24的容纳区段26将冷却剂管道22朝车辆电池12的要冷却的外侧16加载。
压紧元件24构造为复合构件，其具有单独制造的增强构件34，该增强构件被塑料材料36包围。在第一实施方式中，增强构件34是例如由弹簧钢或弹性铝合金制成的弹簧弹性的金属构件，该金属构件允许压紧元件24的弹簧弹性的支腿32的紧凑构造且具有良好和耐久的弹性特性。
金属增强构件34是金属板，其在释放状态中具有弧形形状。通过这种方式两个弹簧弹性的支腿32可通过一个唯一的增强构件34构成。
也可设置多个增强构件34，它们例如分别配置给一个弹簧弹性地构造的支腿32。
包围增强构件34的塑料材料36与增强构件34相比具有较小的热传导率。因此最大程度降低通过压紧元件24向壳体18的热传导。
塑料材料36一方面在弹簧弹性地构造的支腿32区域中构成增强构件34的薄壁覆盖层，该覆盖层允许支腿32的弹簧弹性变形。另一方面，塑料材料构成压紧元件24的基本上刚性构造的容纳区段26以及中间区段30，这些区段具有相应增加的壁厚。
图3示出图2中的压紧元件24的左侧的容纳区段26和左侧的弹簧弹性的支腿32的细节图。弹簧弹性的支腿32在四个不同程度地压缩的位置中被示出。
在容纳区段26中设置间隔肋38，这些间隔肋例如具有0.1～0.5mm之间的高度以及0.5～2mm之间的宽度。相邻的间隔肋38之间的空隙在0.5～2mm之间。间隔肋38通过减小接触面而降低冷却剂管道22与压紧元件24之间的热传导。
冷却剂管道22构造成扁平的，冷却剂管道22的横截面的宽度大于其高度。在所示实施方式中，冷却剂管道22的宽度大于其高度的九倍。也可设置冷却剂管道22的不同的横截面，在此横截面的宽度优选大于其高度的两倍、优选大于五倍、进一步优选大于十倍。
冷却剂管道22通过多个支撑壁划分为多个冷却剂通道。通过支撑臂提高了扁平的冷却剂管道22的机械稳定性。冷却剂管道22因此构成优选具有多个冷却剂通道的板状构件。
为了减小冷却装置20的重量，在此有利的是，尽可能减小冷却剂管道22的壁厚并且用轻质材料如铝来制造冷却剂管道22、例如通过挤压来制造。
冷却剂管道22在未被压紧的状态中可在横截面中向上凸起地延伸。在安装状态中冷却剂管道22则通过压紧元件24的压紧力平坦地被压紧到车辆电池12的外侧16上。
图4示出冷却装置20的第二种实施方式，在其中，压紧元件24仅在容纳区段26的区域中构造成刚性的。两个支腿32以及两个容纳区段26之间的中间区段30分别构造成弹簧弹性的。
在刚性构造的容纳区段26和弹簧弹性地构造的支腿32或中间区段30之间设置可变形的连接区段40。可变形的连接区段40确保在弹簧弹性地构造的支腿32和中间区段30弹性变形时，容纳区段26相对于车辆电池12的外侧16保持其定向。可变形的连接区段40由压紧元件24上侧上的凹处和由此产生的塑料材料36的层厚的变细部构成。
在弹簧弹性地构造的支腿32的端部上，塑料材料36构成球状突起42，借助该球状突起压紧元件24贴靠在壳体18上。通过突起42的球状形状最大程度地减小了压紧元件24在壳体18上的贴靠面。这在弹簧弹性的支腿32变形时有利于压紧元件24和壳体18底部之间的摩擦并且有利于最小化压紧元件24和壳体18之间的热传导。
此外，弹簧弹性的支腿32的端部容纳在壳体底部18的凹陷44中。将支腿32的端部设置在壳体18的凹陷44中允许冷却装置20相对于壳体18的简单定位。凹陷44构造成细长的，以便使支腿32的端部即使在最大程度弹性变形时也容纳在凹陷44中。
在容纳区段26的区域中分别设置突起，它们构成止挡46，用于限制弹簧弹性的支腿32的变形，并且止挡46在弹簧弹性的支腿32最大程度变形时贴靠在壳体18上或弹簧弹性地构造的支腿32上。
图5示出压紧元件24的一种变型方案，在其中，可变形的连接区段40通过压紧元件24下侧上的凹陷构成，并且该横截面变细允许连接区段40的弹性变形。
图6示出车辆电池组件10的另一种实施方式，在此设置两个根据图4的压紧元件24，它们分别将两个冷却剂管道22压紧到车辆电池12的外侧16上。为了定位两个压紧元件24，在壳体18上设置相应的突出部45，在突出部45之间压紧元件24的支腿32贴靠在壳体18上。
图7示出增强构件34的三维透视图。在所示实施方式中，增强构件是金属板，其沿一条轴线拱曲。增强构件34关于其沿轴向方向的横截面延伸走向构造成不均匀的。在金属板的两个侧边上设置多个凹口47，所述凹口例如可通过冲压而制出。
压紧元件24的弹簧弹性的支腿32的负荷尤其是在刚性容纳区段26和弹簧弹性的支腿的连接区域中最大。但为了实现弹簧弹性的支腿32的尽可能均匀的变形并且避免局部过载，弹簧弹性的支腿32具有设有不均匀抗弯截面系数的区域。
在所示实施方式中，设有不均匀抗弯截面系数的区域通过增强构件34的凹口47构成。凹口47尤其是具有倒圆尖部的三角形。
代替增强构件34的不均匀横截面延伸走向，可设置塑料包封厚度不同的区域，在此抗弯截面系数在塑料包封较厚的区域中增大。
压紧元件24的第三种实施方式示于图8～9中。压紧元件24具有一个平坦的底部区段48，由该底部区段倾斜向上朝冷却剂管道22延伸出两个弹簧弹性地构造的支腿32。在支腿32的端部上压紧元件24分别借助两个容纳区段26贴靠在扁平冷却剂管道22下侧上的彼此相对的两个侧边的区域中，冷却剂管道22桥状地跨接两个支腿32。
此外，容纳区段26在其端部上分别具有一个定位突起28，所述定位突起分别在冷却剂管道的侧边上包围冷却剂管道22并且因此在压紧元件24和冷却剂管道22之间构成形锁合连接。
图8示出压紧元件24的基本造型。压紧元件24在基本造型中不将冷却剂管道22压紧到电池12的平坦的外侧上。在该基本造型中压紧元件24可弹性释放或具有预紧，该预紧将压紧元件24的定位突起28朝冷却剂管道22的侧壁加载。
设置隔热构件50，它们由可变形的和/或可压缩的泡沫材料制成。两个隔热构件50分别与压紧元件24形锁合地连接。压紧元件24在底部区段48区域中的突出部嵌入隔热构件50中。在所示实施方式中，压紧元件24局部地嵌入隔热构件50中。
为使隔热构件50易于变形，在隔热构件50上侧和下侧设置变形缺口。变形缺口也可用于有针对性地改变隔热构件50局部变形特性。
冷却剂管道22、压紧元件24和隔热构件50构成一个彼此连接的组件，该组件形成冷却底部，该冷却底部的总面积优选相应于车辆电池12的平坦的外侧16。
图9示出图8的冷却装置20，该冷却装置20安装在车辆电池组件10中并且设置在车辆电池12的电池元件和壳体18之间。冷却装置20在其高度中被压缩，在此时压紧元件24的支腿32弹性压缩成一个压紧造型中并且借助确定的压紧力将冷却剂管道的上侧压紧到电池元件的宽侧面16上。
同样地，隔热构件50也发生变形，尤其是在变形缺口的区域中。
作用于冷却剂管道22上的压紧力一方面通过压紧元件24的可变形的支腿32和嵌入其中的弹性增强构件34的弹簧常数确定并且另一方面通过尤其是在压紧元件24区域中的隔热构件50材料的可压缩性来确定。
由图9可见，支腿32的突起在该压紧造型中不再与冷却剂管道22的侧边接合。但在压紧元件释放时，支腿32将再次弹回并且定位突起重新作用于冷却剂管道22的侧边。通过这种方式确保冷却剂管道22与压紧元件24在冷却装置的安装状态中彼此不固定连接。
图10示出具有两个增强构件34的压紧元件24的第三种实施方式。两个增强构件34在垂直于车辆电池12外侧16的平面的方向上堆叠地设置。容纳区段26通过两个定位突起28形成，所述定位突起可形锁合地包围冷却剂管道22的侧边。上面的增强构件34同时用于机械地加固压紧元件24的用于形成容纳区段26的上部区段。
所示的各种实施方式的不同特征也可有利地彼此结合。
下面说明车辆电池12的冷却装置20的制造方法。在第一方法步骤中提供增强构件34、尤其是弹簧弹性的金属板。为此由金属板冲压出增强构件34并使其变形成弧形形状。制出的增强构件34例如在图10中示出。
接着，通过用塑料材料36注塑包封增强构件34制出弹簧弹性的压紧元件24作为复合构件。该复合构件通过挤出制成，在此在挤出喷嘴中用塑料材料36注塑包封、并且尤其是完全注塑包封增强构件34。
在增强构件沿轴向不均匀构造时，如图10所示，增强构件34的凹口被填充塑料材料36，复合构件沿轴向具有基本上均匀的外部几何形状。
为了实现增强构件34与塑料材料36的良好结合，增强构件34在被导入挤出喷嘴之前被涂上底漆。
最后，将冷却剂管道22安装在复合构件上，在此复合构件在垂直于车辆电池的要冷却的外侧的平面变形时被朝冷却剂管道22加载。
为了制出车辆电池组件10，将冷却装置20放入壳体18中并且随后放入车辆电池12的电池元件。由于冷却装置20既无需与壳体18也无需与电池固定连接，所以例如可在更换冷却装置20或电池元件时以简单且灵活的方式实现灵活的安装和拆卸。

Claims (19)

1.用于车辆电池(12)的冷却装置(20)，该冷却装置包括至少一个冷却剂管道(22)和至少一个单独的压紧元件(24)，所述压紧元件构造成弹性的，以便将冷却剂管道(22)压紧到车辆电池(12)的外侧(16)、优选宽侧面上，其中，压紧元件(24)构造为复合构件，该复合构件具有单独制造的增强构件(34)，该增强构件被塑料材料(36)包围。
2.根据权利要求1的冷却装置，其特征在于，包围增强构件(34)的塑料材料(36)与增强构件(34)相比具有较小的热传导率。
3.根据权利要求1或2的冷却装置，其特征在于，所述增强构件(34)由金属制成。
4.根据权利要求3的冷却装置，其特征在于，所述增强构件(34)是金属板，其优选在释放状态中具有弧形形状。
5.根据权利要求3或4的冷却装置，其特征在于，金属的所述增强构件(34)是弹簧弹性的金属构件、优选由弹簧钢或弹性铝合金制成。
6.根据上述权利要求之一的冷却装置，其特征在于，所述压紧元件(24)具有至少一个弹簧弹性的支腿(32)，所述支腿由被塑料材料(36)包围的增强构件(34)构成。
7.根据权利要求6的冷却装置，其特征在于，所述弹簧弹性的支腿(32)与车辆电池(12)的被冷却的外侧(16)构成平缓的角度。
8.根据权利要求6或7的冷却装置，其特征在于，所述弹簧弹性的支腿(32)具有设有不均匀抗弯截面系数的区域，以便在受负荷时引起弹簧弹性的支腿(32)的较均匀的变形。
9.根据权利要求8冷却装置，其特征在于，所述增强构件(34)关于其横截面延伸走向构造成不均匀的，和/或设置塑料包封(35)厚度不同的区域。
10.根据上述权利要求之一的冷却装置，其特征在于，所述压紧元件(24)具有至少一个容纳区段(26)，该容纳区段容纳冷却剂管道(22)。
11.根据上述权利要求之一的冷却装置，其特征在于，所述冷却剂管道(22)构造成扁平的，且具有与车辆电池的相邻的外侧(16)基本上互补的上侧，并且优选冷却剂管道(22)的横截面的宽度大于冷却剂管道的高度。
12.根据上述权利要求之一的冷却装置，其特征在于，设置至少一个隔热构件(50)，该隔热构件与压紧元件(24)连接并且构成电池(12)的被冷却的外侧(16)的隔绝部。
13.根据上述权利要求之一的冷却装置，其特征在于，车辆电池(12)的被冷却的外侧(16)的35％至70％与冷却剂管道(22)接触。
14.车辆电池组件(10)，其包括具有至少一个电池元件的车辆电池(12)和根据上述权利要求之一的冷却装置(20)，所述冷却装置(20)设置在车辆电池的电池元件的要冷却的外侧(16)和壳体(18)之间，并且所述至少一个冷却剂管道(22)直接贴靠在电池元件的要冷却的外侧(16)上。
15.根据权利要求14的车辆电池组件(10)，其特征在于，所述车辆电池的壳体(18)具有凹陷(44)和/或突出部(45)，它们确保冷却装置(20)、尤其是压紧元件(24)相对于壳体(18)的定位。
16.冷却装置(20)、优选根据权利要求1至15之一的冷却装置的制造方法，所述冷却装置用于具有要冷却的外侧(16)的车辆电池(12)，该方法包括下述方法步骤：
提供增强构件(34)、尤其是弹簧弹性的金属构件；
通过用塑料材料(36)注塑包封增强构件(34)来制造弹簧弹性的压紧元件(24)作为复合构件；以及
将冷却剂管道安装在复合构件(24)上，并且复合构件(24)在垂直于车辆电池的要冷却的外侧(16)变形时被朝冷却剂管道(22)加载。
17.根据权利要求16的方法，其特征在于，由金属板冲压出增强构件(34)，并且优选使增强构件变形成弧形形状。
18.根据权利要求16或17的方法，其特征在于，所述复合构件(24)通过挤出制成，其中，在挤出喷嘴中用塑料材料(36)注塑包封增强构件(34)。
19.根据权利要求16至18之一的方法，其特征在于，所述增强构件(34)在与塑料材料(36)结合之前涂上底漆。
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