CN105098285A - 电池组的冷却装置 - Google Patents

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Abstract

描述了一种用于氢气、电动或混合动力车辆的驱动电池组件(10)的电池组(12)的冷却装置(14)，其具有至少两个彼此并排设置的单独的冷却元件(16)，每一个呈现有多个传导冷却流体以传输热能离开的通道(18)。冷却装置(14)包括至少一个预加载单元(20)，其将该至少两个冷却元件(16)压靠电池组(12)的一个侧面(22)，以改善热接触。

Description

电池组的冷却装置
技术领域
本发明涉及一种用于氢气、电动或混合动力车辆的驱动电池组件的电池组的冷却装置。
背景技术
由于纯内燃机的车辆对环境产生的影响，车辆发动机的发展越来越朝着电力驱动转变，其旨在至少部分取代传统内燃机。电力驱动通常具有驱动电池组件以借助其产生动力。驱动电池组件具有至少一个电池组，在该情况下，该电池组由包括多个电池单元的至少一个电池模块组成。所使用的电池组或电池模块是能具有130V到360V电压的高压电池。由于电池在充电和放电期间发热，因此它们必须被冷却，从而把电池保持在工作的最佳范围内。这通过冷却流体或冷却剂流过其中的冷却装置来实现。此外冷却电池也能延长其寿命。通常，电池单元必须保持在低于40℃～50℃，这依赖于所使用电池的种类。
现有技术的冷却装置与冷却剂(例如Rl34a)一起工作，但是，该冷却剂由于最近的方针而不能再使用，并必须被冷却剂R744代替。因为冷却剂R744使得冷却装置在爆裂压力(burstingpressure)方面有更大的要求(超过260bar，而不是55bar)，因此现有技术已知的冷却装置不能与新的冷却剂R744一起使用。因此，为了将现有技术已知的冷却装置和冷却剂R744一起使用，冷却装置的壳体壁被加强，以使它们表现出所需的较高爆裂压力。然而，这样的的后果是，由于壳体壁较厚，冷却效果变差了。而且，冷却装置的重量和所需安装空间也增加了，这同样是有害的，因为这降低了作为整体的电力驱动的效率，也限制了其它马达组件。
本发明所提出的问题是提供具有小的安装空间、并且可以使用冷却剂R744操作的冷却装置。
本发明所提出的问题是通过这样一种冷却装置解决的，其用于氢气、电动或混合动力车辆的驱动电池组件的电池组，其具有配置成彼此并排的至少两个单独的冷却元件，其中每一个展现有多个传导冷却流体以将热能传输离开的通道，其中冷却装置包括至少一个预加载单元，其将至少两个冷却元件压靠电池组的一侧以改善热接触。
发明内容
作为本发明基础的基本想法是，如此构造冷却元件，使得：尽管使用了冷却剂R744，它们仍然呈现出与电池组的良好热接触，同时设计上节省空间并且减轻重量。其是这样实现的，冷却元件呈现有多个通道，因此尽管对爆裂压力要求更高，单独冷却元件的尺寸却可以维持很小，因为所需的爆裂压力可由于多个单独的通道而能够更容易地保证。与更高要求爆裂压力相关联的冷却元件的重量增加是最小的，因为它仅由各个通道之间的间壁产生。但是此重量增加显著小于与外壁的加强相关的重量增加。由于单独构造的冷却元件的冷却装置的多部件设计，也增加了冷却装置的灵活性。
本发明的一个方面设想，通道具有0.5毫米至1.5毫米的，特别是0.7毫米至1毫米的液力直径。由于冷却元件中单独通道的小的直径，尽管爆裂压力导致的要求高，但通道以及由此冷却元件的壁的厚可以保持很小。这种情况下，与现有技术中使用以前的冷却剂的冷却元件相比，单独冷却元件的外部尺寸甚至更小，由此根据本发明的冷却装置所需的安装空间减小了。
冷却元件的通道可以是，例如，具有圆柱形或细长的横截面，特别是具有相对的半圆形端部。通过这种横截面的几何形状，所需的爆裂压力可通过冷却元件的最小壁厚而确保。通道的圆形横截面也确保管道壁中由于内部压力而产生的张力均匀分布在通道壁上。
此外，该通道可以呈现选择为使得整个冷却元件为柔性的液力直径。通道的较小的液力直径以及导致的小壁厚也意味着冷却元件的厚度能保持较小，因而由于小的弯曲阻力力矩，整个冷却元件是柔性的。这导致冷却元件和电池组之间的更好的热接触，因为冷却单元的柔性和预加载意味着可消除电池组的不规则。
根据本发明的另一个方面，在每种情况下单独的预加载单元将冷却元件压靠电池组的侧面，特别是在每种情况下弹簧元件弹性地对冷却元件预作用(pretension)。由于确保了均匀的、平面的接触，因此进一步改善了冷却元件和电池组之间的热接触。
此外，载体可以被设置在冷却元件和预加载单元之间，特别是每个冷却元件配一个载体。载体用于冷却元件与预加载单元间的热解耦，使得预加载单元从热电池组热解耦。此外，通过载体可以确保预加载单元均匀地作用在冷却元件上，从而相较于并排设置的两个大板，冷却元件和电池组之间的接触再次被改善。
根据本发明的另一个方面，冷却装置包括至少一个收集器和/或分配器，每个冷却元件均至少在一端处与该收集器和/或分配器联接，特别是在一端处与收集器联接，在另一端处与分配器联接。通过收集器和分配器，在冷却装置内的冷却流体分配到单独的冷却元件或包含在其中的通道或者否则从它们收集，以被转移到另一个冷却元件。因此收集器和分配器用于引导冷却装置内的冷却流体。收集器/分配器还可以构造为混合元件，其既分配又收集冷却流体。
收集器和/或分配器可以是多部件，特别是两部件的设计，具有用于冷却元件的流体联接的至少一个线元件，以及将至少一个冷却元件关于线元件密封的连接元件。收集器和/或分配器的两部件设计意味着组件可以更加容易制造。由此离开冷却元件的冷却流体经由线元件而收集和/或分配。通过将两个部件关于彼此密封，冷却流体在收集器和/或分配器内流动也是可能的。
特别的，线元件呈现有至少一个接收开口，用于冷却元件的端部接收。由于接收开口，冷却元件在线元件上的牢固安装可以实现。
线元件还可以呈现有两个突出的分支，其间接收有至少一个冷却元件，优选为多个冷却元件。借助于该突出的分支，保证了接收的冷却元件以非倾斜的方式接收，使得所述冷却元件牢固地联接到线元件。此外，接收开口由两个突出的分支限定。而且，接收的冷却元件能以不可移除的方式，例如焊接，而被连接到分支。
特别地，分支以钳状(clamp-like)和积极锁定(positivelylocking)的方式而被连接元件包围，和/或连接元件以密封方式包围冷却元件的指定端部。
根据本发明的另一个方面，连接元件将多个冷却元件密封至共同线元件并密封相邻冷却元件之间的共同接收装置开口，其中连接元件在接收装置开口的区域中具有用于每个冷却元件的夹紧套环，该夹紧套环保持冷却元件的密封。以这种方式，组装变得更容易，因为多个冷却元件可以同时连接到与线元件联接的连接元件。夹紧套环还确保了冷却元件安全地并以密封方式连接到收集器和/或分配器。
在这种情况下，线元件的分支以积极锁定的方式接收在连接元件的夹紧套环和连接元件的外端部之间。这导致组装特别简单，因为冷却元件最初在预组装阶段可以简单地插入到夹紧套环中。随后，冷却元件可以固定连接到夹紧套环或连接元件，例如通过焊接。
本发明的另一个方面的设想是，收集器和/或分配器呈现有第一和第二通道，至少两个冷却元件通过该些通道彼此流体连接。借助于该两个通道，不同的冷却流体分配可以在冷却装置中实现。借助于该第一通道，例如，两个相邻的冷却元件可以彼此流体连接，其中，两个外部冷却元件经由第二通道彼此流体连接。作为一般规则，冷却流体的流动可经由该些通道单独调节。
特别的，第一和第二通道彼此平行地行进。两个通道之一可以是另一个通道的旁通通道，例如，以确保冷却流体的均匀分配。
两个通道横向地行进，例如，特别是以相对于冷却元件中通道成直角。
两个通道可以通过直接位于它们之间的分隔壁彼此分离。以这种方式，尽管壁的厚度小，也可实现收集器和/或分配器中所需的爆裂压力。在位于其间的分隔壁中，特别地，可以设置开口，两个通道通过该开口处于流体连接。
本发明的另一个方面设想是，第一和/或第二通道具有从流动方面来说彼此分离的区段，其被指定给不同的冷却元件。冷却装置的冷却流体分配可因此相应地调整。这特别适合于这样的冷却流体分配，其经由该些区段而被调整，使得具有已蒸发的冷却流体的冷却元件的区段与具有液态、未蒸发的冷却流体的冷却元件的区段之间的比例在具有平行流动构造的所有冷却元件中是相同的。
第一和/或第二通道可具有3mm到6mm之间，特别是4mm到5mm之间的液力直径。基于两个通道的构造，这些通道的直径可以被保持较小。这使得收集器和/或分配器能够使用在爆裂压力方面有更高要求的冷却剂而被操作。同时，重量可通过这种方式而被减轻。作为一般规则，壁厚相对于直径呈线性关系，因此当小直径时，需要较小的壁厚，以确保相同的所需爆裂压力。相反地，这意味着，在相同的壁厚下，较小的直径确保了更大的爆裂压力。
冷却元件可以为挤出成型的轮廓，特别是板形的轮廓。这意味着，具有设置在其中的通道的冷却元件的简单生产是可能的。该板形也确保了，冷却元件的外表面被调整为使得主表面中的一个用于与电池组接触。这增加了冷却装置的效率。
附图说明
参考并由下面的描述和附图得到本发明进一步的优点和特性。在附图中：
图1示出了驱动电池组件的示意性截面图；
图2示出了根据第一实施例的冷却元件的示意性横截面图；
图3示出了根据第二实施例的冷却元件的示意性横截面图；
图4示出了在收集器和/或分配器的区域中冷却装置的横截面图；
图5示出了在另一平面中收集器和/或分配器的区域中冷却装置的另一个横截面图；
图6示出了仅部分示出冷却流体在根据本发明第一实施例的冷却装置中流动的示意图；
图7示出了仅部分示出冷却流体在根据本发明第二实施例的冷却装置中流动的示意图；和
图8示出了冷却流体在根据本发明第三实施例的冷却装置中流动的示意图。
具体实施方式
在图1中，示意性地示出了驱动电池组件10的横截面，驱动电池组件包括电池组12和冷却装置14，电池组是呈现有多个电池单元的电池模块。
实施例所示的冷却装置14呈现有两个独立构造的冷却元件16a和16b，它们彼此横向间隔开并且每一个具有多个平行通道18，用于传输热能的冷却流体或冷却剂流经该通道。特别地，两个冷却元件16a和16b的构造相同。
冷却装置14还包括两个单独的预加载单元20a和20b，两个冷却元件16a和16b通过该预加载单元而被推靠电池组12的平坦侧面22上。侧面22在将被冷却的电池组12的下侧。
在所示的实施例中，预加载单元20a和20b构造为弹簧元件，其中弹簧元件在第一相应端部由电池组12的壳体25的底板部24支撑，以通过无间隙的方式将冷却元件16压靠侧面22。图1所示的间隙仅用于使得单独的部件更容易地被区分，而实际上并不存在。
此外，载体26a和26b设置在冷却元件16a和16b中的每一个与预加载单元20a和20b的另一端之间，以使冷却元件16由载体26支撑。因此，预加载单元20通过载体26将冷却元件16压靠电池组12的下侧22。
载体26a和26b可以由呈现低传热系数的材料形成，从而形成冷却元件16和预加载单元20之间的热解耦。以这种方式，避免了预加载单元20上的热应力。
此外，使用载体26实现了冷却元件16与待冷却的侧面22间的均匀接触，从而电池组12可被有效且高效地冷却。
可替代地，也可提供用于两个或更多个冷却元件16的载体26，其通过一个预加载单元20或多个预加载单元20作用于其上。
图2和3示出了冷却元件16的两个示例性实施例的不同横截面。
在图2所示的实施例中，通道18具有圆柱形横截面。
根据图3所示的实施例，通道18具有细长形横截面，其中，通道18的横截面具有相对的半圆端。
这种情况下，所有实施例的通道18的液力直径可在0.5mm至1.5mm，特别是0.7mm和1mm之间。
图4中，示出了冷却装置14在收集器和/或分配器28区域中的横截面，其中冷却元件16与收集器和/或分配器联接。它是收集器或分配器最终取决于冷却流体的流动方向。
在示出的实施例中，收集器/分配器28构造为两部件，包括线元件30和连接元件32。
线元件30具有第一通道34，其与进口和/或出口管36具有流体连接，以使冷却流体可以供给到各个冷却元件16，并从它们流走。
由于进口管36与分配器28的第一通道34流体联接，例如，来自第一通道34的冷却流体必然到达冷却元件16，反过来，来自冷却元件16的冷却流体必然到达第一通道34和出口管。下面将描述这种情况发生的方式。
最初如图4所示，线元件30包括由两个突出的分支40a和40b形成的接收开口38。冷却元件16接收在接收开口38中，其中冷却元件16在一端41处插入到接收开口38中。
冷却元件16经由连接元件32联接到线元件30，以便其被牢固地保持。为了这个目的，连接元件32如此构造，以使得其在每种情况下它使用夹紧分支32a和32b包围线元件30的分支40a和40b。连接元件32承靠在分支40a和40b朝向彼此的内表面上的部分称为夹紧套环(clampingcollar)42。
组装时，线元件30的分支40a和40b根据连接元件32的尺寸而被夹紧在加紧套环42与夹紧分支32a和32b之间。这样，冷却元件16以密封方式与线元件30联接。
分支40a和40b可以，特别地呈现有彼此间的间距d，该间距为3mm到6mm，特别是4mm到5mm之间。因此，距离d大致相应于冷却元件16外部几何尺寸的四倍。
通过将连接元件32联接，特别是焊接，到线元件30，形成了第二通道44。第二通道44的基本上平行于第一通道34行进，其中，分隔壁46形成在线元件30中两个通道34和44之间。
而且，经由第二通道44，冷却元件16的所有通道18可以彼此流体连接。
多个冷却元件16也可与第二通道44联接。
此外，两个通道34和44具有尺寸为3mm到6mm，特别是4mm到5mm之间的液力直径。
图5示出了与图4相同的区域，其中横截面略微低于图4的绘图平面，这时图5中的冷却元件16没有画出截面。
可从图5看出，将两个通道34和44彼此分隔的分隔壁46具有至少一个开口48，两个通道34和44通过该开口彼此流动连接。
因此，供给的冷却流体经由，例如，入口管36、第一通道34、开口48和第二通道44，到达附接至第二通道44连接的冷却元件16。
此外，还可以从图5看出，连接元件32是连续的夹紧形式，其中连接元件32具有布置在两个夹紧分支32a和32b之间的中间区段50。
如图5所示，只要连接元件32在一个区段中没有接收冷却元件16，连接元件32在该区段中不具有用于冷却元件16的夹紧套环42。
连接元件32构造为使得中间区段50向内弯曲，使得，从这个基本形状开始，夹紧套环42可被容易地构造用于冷却元件16。
例如，连接元件32最初可以连续地构造有向内弯曲的中间区段50，其中夹紧环42通过冲压或冲击而在连接元件32的相应位置处产生。
此外，在连接元件32联接到冷却元件16时，这可能发生，其中冷却元件16被中间区段50推压。
具有接收的一个或多个冷却元件16的连接元件32随后与线元件30联接。
接着，连接部32和线元件30可以在联接处焊接到彼此，以产生可靠的连接。
在这种情况下，通过上述夹紧分支32a和32b以及分支40a和40b的构造，这两个部分可以牢固地彼此焊接。
此外，焊接性能可通过选择兼容材料而被改善，例如铝片，其中每片呈现有焊接层(具有5至12％的Si的AlSi)。
为了简化收集器/分配器28的生产，特别的，这可同样被构造为挤出成型的轮廓(extrudedprofile)。
图6示出了冷却装置14的示意性平面图，其中四个单独构造的冷却元件16在各自的端部41与收集器/分配器28联接。示出的冷却元件16的外表面位于电池组12(这里未示出)的底侧22上。
图6示出了冷却流体的流动方向，其中收集器/分配器28呈现有分隔壁52，其设置在实施例所示的第二通道44中，以将第二通道44分隔为从流动来说彼此分离的区段54、56和58。区段54、56和58的每一个指定给不同的冷却元件16。
收集器/分配器28中和冷却装置14内的冷却流体的流动通常可经由分隔壁52而被影响。这确保待冷却的侧面22与冷却元件16的足够大的外表面接触，仍然是冷的的冷却流体流动通过该外表面。
本实施例中的第一通道34是第二通道44的一种旁通通道，因为它将两个外部冷却元件16彼此联接，而两个内部冷却元件16经由第二通道44彼此流体连接。
图7示出了替代实施例，其中仅设置了一个分隔壁52，其将第二通道44分隔为两个不同的区段54和56。
可从表示冷却流体的流动方向的箭头看出，冷气流体呈现出与图6的实施例相比不同的流动路径。取决于电池组12的冷却效率和热分布方面的需要，冷却流体的流动可通过相应选择的收集器/分配器28或分隔壁52的布置而被相应的调整。
此外，通过分隔壁46中的开口48的数量和大小，在分配器/收集器28中的流动可被改变。从而，精细的调整是可能的。
图8示出了另一个实施例，其中冷却装置14指定给电池组12，该电池组由两个用虚线表示的电池模块60a和60b形成。
实施例所示的冷却装置14总共呈现有八个冷却元件16，它们类似地在相应的端部处与收集器/分配器28联接。四个冷却元件16在每种情况下指定给电池模块60a和60b。另一方面，收集器/分配器28在并排布置的两个电池模块60a和60b的整个长度上延伸。
通过在第一通道34内设置的分隔壁52，冷却流体在冷却装置14内的流动得到控制，并且进口和出口区段62和64被限定。
在本实施例中，两个收集器/分配器28均构造为混合单元，因为它们都既分配又收集。这种混合形式通过使得分隔壁52相应地设置在两个通道34和44中而实现。
特别地，图8所示，冷却元件16中的每一个都具有在相同的流动方向成对流经它们的冷却流体。以这种方式，实现了电池组12的均匀冷却。
由于具有多个通道18的冷却元件16、冷却元件16抵靠在电池组12的侧面22上的预加载以及示出的收集器/分配器28的实施例的设计，冷却剂R744可作为冷却流体使用。
由于良好的热接触，仅仅待冷却的侧面22的部分表面必须与冷却元件16接触。此外，通过使用根据本发明的冷却装置14，确保了，尽管冷却剂R744的使用以及因此对爆裂压力的更严格的要求，然而所需要的空间相同或更小。

Claims (15)

1.一种冷却装置(14)，用于氢气、电动或混合动力车辆的驱动电池组件(10)的电池组(12)，所述冷却装置具有彼此并排设置的至少两个单独的冷却元件(16)，每一个冷却元件呈现有传导冷却流体以传输热能离开的多个通道(18)，其中，所述冷却装置(14)包括至少一个预加载单元(20)，该预加载单元将所述至少两个冷却元件(16)压靠所述电池组(12)的一个侧面(22)，以改善热接触。
2.根据权利要求1的冷却装置(14)，其特征在于，所述通道(18)具有0.5mm至1.5mm，特别是0.7mm至1mm的液力直径。
3.根据权利要求1或2的冷却装置(14)，其特征在于，每种情况下，单独的预加载单元(20)将冷却元件(16)压靠所述电池组(12)的所述侧面(22)，特别是在每种情况下，弹簧元件弹性地对所述冷却元件(16)预作用。
4.根据前述权利要求之一的冷却装置(14)，其特征在于，载体(26)设置在所述冷却元件(16)和所述预加载单元(20)之间，特别是每个冷却元件(16)配有一个载体。
5.根据前述权利要求之一的冷却装置(14)，其特征在于，所述冷却装置(14)包括至少一个收集器和/或分配器(28)，所述冷却元件(16)每个都在至少一个端部(41)处与所述至少一个收集器和/或分配器(28)联接，特别是在一个端部处与收集器联接，并在另一个端部处与分配器联接。
6.根据权利要求5的冷却装置(14)，其特征在于，所述收集器和/或分配器(28)是多部件的，特别是两部件的设计，具有用于所述冷却元件(16)的流体联接的至少一个线元件(30)、以及将至少一个冷却元件(16)关于所述线元件(30)密封的连接元件(32)。
7.根据权利要求6的冷却装置(14)，其特征在于，所述线元件(30)呈现有用于所述冷却元件(16)的端部接收的至少一个接收开口(38)。
8.根据权利要求6或7的冷却装置(14)，其特征在于，所述线元件(30)呈现有两个突出的分支(40)，至少一个冷却元件(16)、优选为多个冷却元件(16)接收在所述两个突出的分支之间。
9.根据权利要求8的冷却装置(14)，其特征在于，所述分支(40)通过所述连接元件(32)以钳状和积极锁定的方式被包围，和/或所述连接元件(32)以密封方式包围所述冷却元件(16)的指定端部(41)。
10.根据权利要求8或9的冷却装置(14)，其特征在于，所述连接元件(32)将多个冷却元件(16)密封到共同的线元件(30)、并且密封相邻的冷却元件(16)之间的共同接收开口(38)，其中，所述连接元件(32)在所述接收开口(38)的区域中具有用于每个冷却元件(16)的夹紧套环(42)，所述夹紧套环保持所述冷却元件(16)密封。
11.根据权利要求5至10之一的冷却装置(14)，其特征在于，所述收集器/分配器(28)呈现有第一和第二通道(34，44)，至少两个冷却元件(16)经由所述第一和第二通道彼此流体连接。
12.根据权利要求11的冷却装置(14)，其特征在于，所述第一和/或第二通道(34，44)平行于彼此行进。
13.根据权利要求11或12的冷却装置(14)，其特征在于，所述第一或第二通道(34，44)具有从流动方面来说彼此分离的区段(54，56，58)，该些区段被指定给不同的冷却元件(16)。
14.根据权利要求11至13之一的冷却装置(14)，其特征在于，所述第一和/或第二通道(34，44)可具有3mm至6mm，特别是4mm至5mm之间的液力直径。
15.根据前述权利要求之一的冷却装置(14)，其特征在于，所述冷却元件(16)是挤出成型的轮廓，特别是板形的轮廓。
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