CN104937762B - 用于为电池电芯调温的弹性装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于为电池的电池电芯(2)、特别是作为用于混合动力车、插电式混合动力车或电动车的驱动机构的能量源构造的电池的电池电芯调温的装置(1)，其中，为了使电池电芯(2)与所述装置(1)热接触，所述装置(1)具有接触面(3)，所述接触面构造为，待调温的电池电芯(2)能够布置在所述接触面(3)上，其中，所述装置(1)在所述接触面(3)之下具有能弹性复位的元件(4)，使得所述接触面(3)在正交于所述接触面(3)作用的压力负荷产生作用时在产生作用的压力负荷的区域中下降，其中，复位力与所述压力负荷相反地作用。

Description

用于为电池电芯调温的弹性装置

技术领域

本发明涉及一种用于为电池的电池电芯、特别是作为用于混合动力车、插电式混合动力车或电动车的驱动机构的能量源构造的电池的电池电芯调温的装置，其中，为了使电池电芯与装置热接触，该装置具有接触面，所述接触面构造为，待调温的电池电芯可布置在该接触面上。

背景技术

作为蓄能器，电池、如特别是可再充电的锂离子电池有重要意义，特别是用于在混合动力车、插电式混合动力车或电动车中提供为了驱动所需的能量。如其他电池类型那样，锂离子电池通常由一个或多个电池模块构成，其中，多个相同类型的电池电芯连接成一个电池模块。为了这种电池的安全工作并且为了特别是在性能和使用寿命方面最优地利用这种电池，必须保证，仅仅在一定的温度范围内使用该电池。由此，特别是必须在高的功率消耗或高的功率输出时避免电池电芯发热超过一定的温度，特别是为了不缩短电池电芯的使用寿命并且为了避免电池电芯的所谓的热失控(也称为“thermal runaway”)。出于这一原因，通常对电池或电池电芯进行调温。为了调温，特别是被冷却介质穿流的冷却板用作开头所述的装置，其中，这种冷却板通过接触面与电池的电池电芯热接触，特别是通过将电池电芯布置在冷却板上。以这种方式，在相应的装置的接触面和电池电芯之间传递热能，其中，该热能的传递与电池电芯和接触面之间的热阻相关。为了小的热阻和由此良好的热能传递，需要电池电芯与接触面的良好接触。但是，这常常是有问题的，特别是因为电池电芯通常相互夹紧成一个电池模块，因而各个电池电芯常常不是最优地位于用于为电池电芯调温的装置的接触面上。这在此导致热阻的快速升高。在此，该问题还通过电池电芯由老化引起的变形以及通过特别是在这种电池模块应用在车辆中时的振动和冲击被加剧。这些不期望的干扰甚至可导致，各个电池电芯不与用于为电池电芯调温的装置热接触。在此，不再能充分地为相关的电池电芯进行调温，由此，电池电芯以及由此甚至整个电池可能受到无法修复的损坏。

发明内容

在此背景下，本发明的目的是，特别是在待夹紧成一个电池模块的电池电芯与用于为电池电芯调温的装置的接触面的接触方面，改进开头所述的装置。在此，特别是应使在待调温的电池电芯和接触面之间的间隙最小化。

为了实现所述目的，提出一种用于为电池的电池电芯、特别是作为用于混合动力车、插电式混合动力车或电动车的驱动机构的能量源构造的电池的电池电芯调温的装置，其中，为了使电池电芯与所述装置热接触，所述装置具有接触面，所述接触面构造为，待调温的电池电芯可布置在接触面上，其中，所述装置在接触面之下具有构造成可弹性复位的元件，使得接触面在正交于接触面作用的压力负荷产生作用时在产生作用的压力负荷的区域中下降，其中，复位力与压力负荷相反地作用。也就是说，当具有多个相互夹紧的彼此平行地布置的电池电芯的电池或电池的电池模块布置在用于使电池电芯与装置热接触的接触面上从而电池电芯分别通过一侧与接触面接触时，接触面由于来自电池电芯的正交于接触面作用的压力负荷下降。如果电池电芯相互夹紧使得几个电池电芯从相互夹紧的电池电芯的结合物中在电池电芯的待接触的区域中进一步伸出、即电池电芯彼此具有错位时，那么这些进一步伸出的电池电芯对接触面施加更高的压力，由此接触面在该伸出的电池电芯的区域中比在较少伸出的电池电芯作用于接触面的区域中更强地下降。如果单个电池电芯相对彼此的错位改变，例如由于振动或冲击而改变，那么接触面通过构造成可弹性复位的元件和来自该构造成可弹性复位的元件的复位力相应地跟随相应电池电芯变化的位置。以这种方式，有利地补偿了距各单个电池电芯的不同距离，亦即当一个或多个电池电芯的位置和/或接触面通过因老化引起的变形或其他影响因素、如冲击或振动而在时间进程中发生变化时，也是有利的。在此，有利地，在用于为电池电芯调温的装置和电池电芯之间的热接触不会断裂。在此，热阻有利地保持恒定。

根据本发明的一种有利设计方案规定，该装置具有通道系统，所述通道系统构造为，通过该通道系统可引导流体。在此，该流体可为空气或液体、特别是冷却介质。由此有利地，改善了在装置和电池电芯之间的热能传递。优选地，流体为水-乙二醇-混合物或冷却介质R1234yf。

根据本发明的一种特别优选的设计方案，通道系统具有多个通道，所述多个通道彼此平行地布置并且分别具有下壁、两个彼此对置的侧壁和上壁，其中，上壁的外表面至少部分地形成装置的接触面。通过壁，通道有利地形成封闭的通道系统。特别是，通道构造为被流体、特别是冷却介质穿流。优选地，通道通过连接元件相互连接，从而流体先后穿流过通道。根据一种有利的设计方案，连接元件是柔性的软管、优选是塑料软管。作为变型设计方案规定，多个通道与连接元件一起构造成一体，使得多个通道形成一个唯一的通道，其中，该通道具有多个彼此平行地布置的通道区段。在该变型设计方案中，通道系统是所述通道，多个彼此平行地布置的通道区段是多个彼此平行地布置的通道。

根据本发明的另一有利的设计方案，构造成可弹性复位的元件布置在通道的下壁之下。特别是规定，通道布置在作为构造成可弹性复位的元件的盘形弹簧或片簧上。在此，弹性复位的元件优选地布置在承载板上，特别优选地布置在具有反射热的表面或反射热的表面涂层的板上。电池电芯、确切地说具有电池电芯的电池模块在此有利地直接布置在通道上。在此，至少通道的上壁有利地由导热良好的材料、例如铝或铜制成。

本发明的一种优选变型设计方案规定，通道的侧壁是构造成可弹性复位的元件。由此，有利地可减小材料消耗以及结构尺寸。由此得到的空间和重量节省特别是当根据本发明的装置用在车辆中时是特别有利的。即，特别是可省去使用基础承载板以及额外的构造成复位的元件。有利地，通道的侧壁分别构造为，其可在压力负荷下压缩。也就是说，在压力负荷下，通过将电池电芯布置在通道上，相应的通道的横截面减小。在此，侧壁有利地设计为，通道并非完全地被压扁，由此保证了经过通道的流体流通。根据本发明的一种优选设计方案，通道的侧壁分别设计为曲折式的。有利地，侧壁在此设计为，形成侧壁的面比从下壁到上壁的距离的长度更长。作为侧壁的曲折式设计方案的变型方案，提出按照之字形褶皱形式的设计方案。曲折形的或之字形的结构在此有利地实现了在压力负荷下通道侧壁的压缩。优选地，侧面的通道在此由弹性体材料(Elastomer)制成。根据另一变型设计方案，通道的侧壁构造成可弹性复位的，并且除此以外，构造成可弹性复位的元件布置在通道的下壁之下。

本发明的另一有利的变型设计方案的特征在于，上壁具有两个旁侧区域和相对于旁侧区域向外错位的中间区域，其中，中间区域的外表面形成装置的接触面并且旁侧区域形成弹性复位的元件。在该变型设计方案中，通道的上壁的中间区域相对于通道下壁的距离大于通道的上壁的旁侧区域相对于通道下壁的距离。上壁的中间区域在此有利地通过其他侧壁与上壁的旁侧区域相连接。优选地，在本发明的这种类型的变型设计方案中，至少上壁的旁侧区域由弹性体材料制成。在这种类型的设计方案中，有利地，通道的几何结构并不复杂，由此，有利地简化了该结构的制造。上壁的旁侧区域的布置在侧壁处的端部有利地构造为，其如固体铰链那样作用并且由此使得在中间区域中的上壁能够下降并且由此使得装置的接触面在正交于接触面作用的压力负荷的情况下能够下降。

有利地，一个通道的宽度最大相当于一个待调温的电池电芯的宽度。特别是规定，除了距相应平行布置的其他通道的距离，一个通道的宽度相当于一个待调温的电池电芯的宽度，其中，该距离优选地至少为几微米并且优选地不大于10毫米。电池或电池的电池模块有利地通过夹紧成一个结合物的电池电芯布置在所述装置上，使得分别一个电池电芯布置在装置的通道系统的一个通道上。在此，装置的接触面通过各个通道的接触面形成，其中，电池电芯分别与一个通道的接触面处于热接触。

本发明的另一有利设计方案规定，多个通道的宽度相当于一个待调温的电池电芯的宽度。在此，在通道之间可设置很小的距离，从而通道在压力负荷下下降时不会彼此妨碍。例如规定，四个通道平行地并排布置，使一个电池电芯由该四个通道承载。通过增加通道的数量，有利地，当待与装置接触的电池电芯的面例如由于因老化引起的变形而不平且因而特别是不平行于由通道形成的表面时，在通道的接触面和电池电芯之间给出更好的接触。

附图说明

结合在附图中示出的实施例详细解释本发明的其他有利的细节、特征和设计细节。附图中：

图1以示意图示出了在现有技术中已知的用于为电池电芯调温的冷却板；

图2以示意图示出了用于根据本发明的用于为电池电芯调温的装置的一种实施例的纵剖视图；

图3以示意图示出了用于根据本发明的用于为电池电芯调温的装置的一种实施例的俯视图；

图4以示意图示出了根据本发明的用于为电池电芯调温的装置的通道的横截面；

图5以示意图示出了根据本发明的用于为电池电芯调温的装置的另一通道的横截面；以及

图6以示意图示出了用于根据本发明的用于为电池电芯调温的装置的另一实施例的纵剖视图。

具体实施方式

图1示出了在现有技术中已知的用于为电池电芯2调温的装置1，其中，装置1构造为被冷却介质穿流的冷却板。电池电芯2相互夹紧成一个电池模块(在此在图1中未详细示出用于电芯夹紧的器件)，其中，电池电芯2由于加工公差以及由在工作中的振动所引起地在高度上彼此错位，从而在冷却板1、确切地说冷却板1的接触面3和相应的电池电芯2之间部分地形成间隙。在图1所示的电池电芯2中，该间隙不同程度地形成(在图1、图2和图6中分别示出的虚线框在此应清楚示出了在根据现有技术的装置和根据本发明的装置之间的不同)。在冷却板1的接触面3和电池电芯之间的间隙在此导致在冷却板1和与冷却板的接触面3间隔开的电池电芯2之间的热传递恶化。

在图2中示出了根据本发明的用于为电池的电池电芯2调温的装置1，在其中，不存在上述电池电芯与用于调温的装置的接触面的接触恶化的问题。为了电池电芯2与装置1的热接触，装置具有接触面3，其在根据图2的图示中包括四个单独的接触面3。在此，接触面3构造为，待调温的电池电芯2可布置在接触面3上。

在图2中示出的装置1具有带有多个彼此平行布置的通道6的通道系统，这些通道构造为，冷却介质可被引导通过通道6。在此，冷却介质垂直于绘图平面流过通道6。通道6分别具有下壁、两个彼此对置的侧壁和上壁，这些壁共同形成一个矩形的横截面。通道6的上壁的外表面在此分别形成一个接触面3，其中，所有通道6的接触面3在此形成装置1的接触面3。在通道6下方并且由此在装置1的接触面3之下，在承载板5上布置有构造成可弹性复位的元件4。该构造成可弹性复位的元件4在此引起，通道6进而接触面3在正交于接触面3作用的压力负荷作用下下降。因为各个电池电芯2分别布置在通道6、确切地说通道6的接触面3上并且通道6分别彼此独立地布置在构造成可弹性复位的元件4上，所以由各个通道6的接触面3组成的装置1的整个接触面3构造成在压力负荷作用的区域中可下降。在此，来自构造成可弹性复位的元件4的复位力与压力负荷相反地作用。当电池电芯2布置在装置的接触面3上时，压力负荷分别通过电池电芯2的自重施加。

在图2所示的实施例中，构造成可弹性复位的元件4设计成片簧的形式，其在通过相应的电池电芯2产生的负荷下至少部分地下沉并且在例如通过电池电芯2在电芯结合物中的错位的变化而卸载时，向原来位置的方向复位，其中，在完全卸载的情况下，构造成可弹性复位的元件4进而相应的接触面3(相关的构造成可弹性复位的元件布置在该接触面之下)再次占据原来的位置。为了改善导热性能，可将导热件、例如导热胶引入接触面3和电池电芯2之间。

在图3中，以俯视图示出了根据图2所示实施例类型的用于为电池电芯调温的装置。出于更好的可见性的原因，在图3中省去了电池电芯的图示。图3示出了多个彼此平行布置的通道6。其分别具有下壁、两个侧壁和上壁，其中，上壁的外表面形成用于热接触电池电芯的接触面。各个通道6通过连接软管7相互连接，从而流入第一通道6中的冷却介质(在图3中通过指向通道方向的箭头象征性示出)先后流过所有通道6并且最终从最后的通道6中离开(在图3中通过从通道6指向外的箭头象征性示出)。连接软管7设计成柔性的并且优选地由弹性的塑料材料制成。特别是，连接元件7使得能够实现，各个通道6进而用于与电池电芯热接触的接触面3可彼此无关地在压力负荷的作用下下降。优选地规定，分别一个电池电芯与一个通道6的接触面接触，从而在每个通道6上布置一个电池电芯。构造成可弹性复位的元件有利地构造为，使通道6可沿着其纵向延伸方向不同强度地下降，根据由布置在通道6上的电池电芯所产生的压力负荷。由此有利地，通道6在一个通道端部处可比在对置的通道端部处更强地下降，并且特别是也可侧向地倾斜。

图4示出了通道6的横截面，作为用于根据本发明的用于为电池电芯调温的装置的另一实施例的局部。在此，这种装置包括多个在图4中示出的通道6，其平行地并排布置。在此，这种通道6分别具有下壁8、两个彼此对置的侧壁9和上壁10。在此，下壁8通过承载板5形成，装置的通道6布置在该承载板5上。在此，上壁10的外表面形成接触面3以用于待布置在该接触面3上的电池电芯的热接触。在此，通道6的接触面3共同地形成用于为电池电芯调温的、特别是用于为夹紧成一个电池模块的电池电芯调温的装置的接触面。通道6的侧壁9分别构造成可弹性复位的，由此形成在通道6的接触面3之下的构造成可弹性复位的元件，其使得能够实现通道6的接触面3进而用于为电池电芯调温的装置的接触面在正交于接触面3作用的压力负荷的作用下下降。在此，来自侧壁9的复位力与压力负荷相反地作用。如果压力负荷作用到通道6的接触面3上，通道6的侧壁9被压缩。在此，通道6的横截面减小。在图4所示的用于根据本发明的装置的通道6的实施例中，侧壁9设计为曲折形以实现弹性复位的作用。在此，通道6构造为，被冷却介质、例如冷却介质R1234yf穿流。在此，冷却介质垂直于绘图平面穿流过通道6。

图5示出了通道6的横截面作为用于根据本发明的用于为电池的电池电芯调温的装置的另一实施例的局部。在此，该装置具有多个彼此平行地布置的通道6，其分别如在图5中示出的通道6那样构造。在图5中示出的通道6具有下壁8、两个彼此对置的侧壁9和上壁10。在此，上壁10部分地形成用于使装置与待调温的电池电芯热接触的装置的接触面3。在该实施例中，下壁8通过承载板5形成，通道6布置在该承载板5上。上壁10具有两个旁侧区域11和一个中间区域12。中间区域12在此相对于旁侧区域11向外、即以远离下壁8的方式错位。因此，在中间区域12中从下壁8到上壁10的距离大于在旁侧区域11中从下壁8到上壁10的距离。上壁10的该中间区域12是用于热接触待调温的电池电芯的接触面3，并且由此形成用于为电池电芯调温的装置的接触面的一部分。上壁10至少在中间区域12中优选地由具有良好导热性能的金属、例如铝和/或铜制成。侧壁9和在旁侧区域11中的上壁10优选地由弹性塑料材料制成，其中，上壁10的旁侧区域11构造成可弹性复位的并且由此形成布置在接触面3之下的可弹性复位的元件。从侧壁9到旁侧区域11的上壁10的过渡在此有利地如固体铰链般作用，由此在压力负荷作用到接触面3上时，引起接触面3的根据本发明的下降。在图5中示出的通道6有利地构造成被流体、例如水-乙二醇-混合物穿流，其中，流体垂直于绘图平面穿流过通道6。

在图6中示出了用于根据本发明的用于为电池电芯2调温的装置1的另一实施例。与在图1中示出的实施例不同，在图6中示出的实施例中，多个并排布置的通道6的宽度、即4个平行地并排布置的通道6的宽度相当于待调温的电池电芯2的宽度。为了更好的热传递，各个通道6被流体穿流。各个通道6分别布置在螺旋弹簧4上，其中，螺旋弹簧4是根据本发明的构造成可弹性复位的元件。螺旋弹簧4分别具有相同的弹簧常数。电池电芯2的自重导致弹簧4被压扁，其中，压扁的程度与以下情况相关，即，相应的电池电芯2在电芯结合物中如何布置，也就是说，其在高度上相对于其他电池电芯2具有何种错位。如果电池电芯2进一步从电池电芯2的电芯结合物中伸出，例如在图6中布置在左侧的第二位置处的电池电芯2，那么与朝向接触面3错位的电池电芯2、例如在图6中布置在左侧的第三位置上的电池电芯2相比，较小的压力负荷从这些电池电芯2中作用到通道的接触面3上。通过电池电芯2的这种相对彼此不同的错位，构造成可弹性复位的元件4不同程度地被压缩。由于构造成可弹性复位的元件4的复位力，在此使电池电芯2最优地与接触面3接触。就此而言，由多个相应通道6的单个接触面3形成的装置1的接触面在不同强度作用的压力负荷的区域中不同强度地下降。

在附图中示出的和结合附图解释的实施例用于解释本发明并且对于本发明不是限制性的。

Claims (8)

1.一种用于为电池的电池电芯(2)调温的装置(1)，其中，为了使所述电池电芯(2)与所述装置(1)热接触，所述装置(1)具有接触面(3)，所述接触面构造为，待调温的电池电芯(2)能够布置在所述接触面(3)上，其特征在于，所述装置(1)具有通道系统，所述通道系统构造为，通过所述通道系统能够引导流体，其中，所述通道系统具有多个通道(6)，所述多个通道彼此平行地布置并且分别具有下壁(8)、两个彼此对置的侧壁(9)和上壁(10)，其中，所述上壁(10)的外表面至少部分地形成所述装置(1)的接触面(3)，所述通道(6)的侧壁(9)是能弹性复位的元件(4)，使得所述接触面(3)在正交于所述接触面(3)作用的压力负荷产生作用时在产生作用的压力负荷的区域中下降，其中，复位力与所述压力负荷相反地作用。

2.根据权利要求1所述的装置(1)，其特征在于，所述通道(6)的侧壁(9)分别构造为，其在压力负荷下能够压缩。

3.根据权利要求2所述的装置(1)，其特征在于，所述通道(6)的侧壁(9)分别设计为曲折式的。

4.根据权利要求1所述的装置(1)，其特征在于，所述上壁(10)具有两个旁侧区域(11)和相对于所述旁侧区域(11)向外错位的中间区域(12)，其中，所述中间区域(12)的外表面形成所述装置(1)的接触面(3)并且所述旁侧区域(11)形成能弹性复位的元件(4)。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的装置(1)，其特征在于，一个通道(6)的宽度最大相当于一个待调温的电池电芯(2)的宽度。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的装置(1)，其特征在于，多个并排布置的通道(6)的宽度相当于一个待调温的电池电芯(2)的宽度。

7.根据权利要求1所述的装置(1)，其特征在于，所述电池为用于混合动力车或电动车的驱动机构的能量源。

8.根据权利要求7所述的装置(1)，其特征在于，所述混合动力车为插电式混合动力车。