CN105473362A - 冷却管道 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于冷却加热元件的管道(1)，该管道包括允许冷空气流进入的一个进气开口(11)和多个冷却通道(14-16)、以及允许经加热的空气流排出的一个出气开口(12)，该冷空气流在所述通道之间分成多股空气流以便在这些通道收集由该加热元件产生的卡路里，该经加热的空气流来源于该多股空气流在收集卡路里之后的汇合。该管道包括定位在该出气开口中的、用于防止该多股空气流中的至少一股离开这些冷却通道的装置(17，18)。

Description

冷却管道
技术领域
本发明涉及一种冷却管道。本发明具体地而非排他地应用于冷却电动或混合动力机动车辆的电池。
背景技术
在关于气候变化的共识的当前背景下，减少二氧化碳(CO2)的排放量是机动车辆制造商所面临的主要挑战，因为在该领域的标准正变得愈加严格。
除了持续改进常规内燃发动机的效率(这伴随着CO2排放量的减少)，电动车辆(EV)和混合电动车辆(HEV)现今被视为是减少CO2排放量的最有前途的解决方案。
近年来已经测试了用于电能存储的多种不同技术以满足EV的需求。现今的结果是，锂离子(Li-ion)电芯的电池在功率密度(尤其有利于加速方面的性能)与能量密度(有利于自主性)之间获得了最好的折衷。然而，在没有大量困难的情况下无法使用这种Li离子技术来产生用于EV的牵引电池，特别是如果我们考虑到必要的约400伏(V)的电压水平和所产生的温度水平。事实上，无论是在该车辆行驶时的放电还是在连接到配电网络时的充电，锂离子在Li离子电芯的电极之间的迁移都是放热反应：电芯温度自然会上升。但这些电芯的温度上升仍然必须加以控制，因为它们的性能(特别是在功率和自主性方面)以及它们的使用寿命方面取决于使用条件、特别是运行温度。这些电芯此外被封装在通常被称为“组”或“电池组”的半密封壳体中，因此在充电和放电时都必须保持在基本上最佳的运行温度范围内。具体而言，如果温度过高，则电芯寿命将减小。这是本发明提出要解决的一个问题。
一种常规的解决方案是通过如专利EP1031451中描述的强制对流来冷却，例如：将电池组安装在车辆的地板下方并且由一个装置来进行冷却，该装置包括用于将新鲜空气引入该电池组的进气管道、用于从该电池组排出经加热的空气的出气管道、以及被安排在沿该出气管道的中途以通过送气迫使该电池组中的空气流通的风扇。这种解决方案的一个缺点是，通过送气迫使电池组中形成空气流率，湍流现象被放大并且扰乱该电池组中空气流率的均匀性。作为一个直接后果，该电池组中的冷却变得不均匀：某些电芯随它们在该电池组中的位置的变化而比其他电芯得到更好的冷却，它们接收到的空气流率随它们的位置的变化而变化。间接后果是，这些电芯的性能在短期内不均匀地变化，因为电芯在功率和自主性两个方面的性能都取决于其温度。另一间接后果是，这些电芯的寿命从长远来看不均匀地演变，因为未被很好冷却的电芯老化更快。这是本发明提出要解决的一个问题。
专利申请DE102011015337A1公开了一种用于监测电池温度的方法和装置，其具有与专利EP1031451的冷却不均匀性相关联的相同缺点。
发明内容
本发明的具体目的是要解决所述缺点，特别是使电池组中的空气流均匀化。为此，本发明的目的是一种用于冷却加热元件的管道。该管道包括：用于新鲜空气流进入的一个进气口部、和多个冷却通道、以及用于经加热的空气流排出的一个出气口部，该新鲜空气流在所述通道之间分成多股空气流以在这些通道收集由该加热元件产生的热量，该经加热的空气流来源于该多股空气流在收集热量之后的汇合。该管道包括被安排在该出气口部中的、用于防止该多股空气流中的至少一股从这些冷却通道排出的装置。
在一个优选实施例中，用于防止这些空气流从这些冷却通道排出的装置可以被安排在该出气口部中、面向安置在相对于其他通道出口最接近于该出气口部的排出开口的通道出口。
有利地，用于防止这些空气流从这些冷却通道排出的装置可以包括多个空气导流板，这些空气导流板在该出气口部中面向这些通道出口在预定长度上延伸，以便引导所述空气流朝向该出气口部的排出开口。
有利地，这些导流板的长度可以随它们离该出气口部的开口的距离增大而减小。
有利地，这些导流板可以被弯曲成使得它们的曲率防止这些空气流从这些冷却通道排出。
有利地，这些导流板的曲率半径可以随它们离该出气口部的开口的距离增大而增大。
本发明的目的还在于一种电池组，该电池组包括构成一个加热元件的多个电化学储能电芯，该电池组包括用于冷却该多个电芯的、如以上权利要求中任一项所述的一个管道。
此外，本发明具有的主要优点是，添加根据本发明的导流板对任何管道几何形状都是可能的。
附图说明
本发明的进一步的特性和优点将从以下关于附图给出的说明中显现，这些附图示出了：
-图1以俯视图示出了根据本发明的用于冷却电池组的示例性空气管道；
-图2以透视图示出了根据本发明的同一示例性空气管道；
-图3a和图3b以透视图对应地示出了没有根据本发明的空气管道的电池组中的温度分布和包括图1和图2中所展示的、根据本发明的空气管道的电池组中的温度分布。
具体实施方式
图1和图2对应地以俯视图和透视图图示性地展示了根据本发明的用于冷却电池组的示例性空气管道1。该空气管道是由具有高热导率的材料制成的，例如金属合金或者塑料材料。该空气管道旨在被安排在该电池组(未示出在这些图上)中，该电池组可以是由塑料材料制成的。空气管道1包括供新鲜空气流FE进入的口部11。口部11的进气开口旨在被容纳在该电池组中制成的开口内，以便允许空气经由口部11进入该电池组。空气管道1还包括用于经加热的空气流FS排出的口部12。口部12的出气开口旨在被容纳在该电池组中制成的另一开口内，以便允许空气经由口部12从该电池组排出。最后，空气管道1包括将进气口部11连接到出气口部12的多个通道13、14、15和16。
因此，在图1和图2的示例中，新鲜空气流FE经由口部11以基本上水平的方向X进入该电池组。然后气流FE被分成四股气流f1、f2、f3和f4，这些气流对应地在通道13、14、15和16中沿水平面中与X正交的方向Y流通。气流f1、f2、f3和f4对应地接触这些通道13、14、15和16的壁吸收热量，锂离子电芯(未示出在这些图上)在管道1的上方或下方被安排成平直地或分区地接触这些通道13、14、15和16的壁。一旦通过吸收热量而被加热，这四股气流f1、f2、f3和f4汇合以形成经加热的空气流FS。空气流FS经由口部12沿着与X相反的方向离开该电池组。
根据本发明，弯曲导流板17和18被安排在出气口部12中、对应地面向通道13和14的排出开口。弯曲导流板17和18具有的主要功能是：在防止空气流f1和f2对应地从通道13和14排出的同时促使空气穿过通道15和16而有损于其穿过通道13和14。事实上，通过防止空气流f1和f2对应地从通道13和14排出，导流板17和18在通道13和14中产生了过压，其结果是形成进气流FE的空气变得被优先定向成朝向压力更低的通道15和16。弯曲导流板17和18还具有的功能是：一旦气流f1和f2已经对应地从通道13和14“强迫”排出，将所述气流引导至口部12的排出开口，以便限制它们对出气口部12中的压力上升的影响，因为这种压力上升防止了口部12中气流f4和f3的自由排出并且因此提高了通道15和16中的压力。
因此，本发明的原理是促使新鲜空气在最远离口部11的进气开口的通道中穿行。因此，首先通过将多个导流板、即导流板17和18对应地安排在通道13和14的出口而不是在通道15和16的出口处，促使空气在通道16和15中穿行而有损于空气在通道13和14中穿行。其次，被安排在通道13的出口处的导流板17比被安排在通道14的出口处的导流板18更长并且具有更大的曲率半径，促使空气在通道14中穿行而有损于空气在通道13中穿行。事实上，由于导流板17更长并且其曲率半径更大，它比导流板18产生更大的“塞”效应并且因此在通道13中比在通道14中产生更大的过压，并且因此来自进气流FE的、还未进入通道16或通道15的空气变得被优先定向成朝向通道14而不是朝向通道13。因此，首先是通道的出口处存在或缺乏导流板、然后其次是导流板的几何形状来确定通道13至16之间的优先顺序。这些导流板与通道13至16中气流f1、f2、f3和f4对应采取的方向Y形成小于90°(对应于通道13至16的全封闭的理论角度)且大于0°(对应于通道13至16的全开放的理论角度)的角。这些导流板的曲率半径和长度在各自情况下特别地取决于该管道可获得的空间。
图3a和图3b以透视图对应地展示了在没有根据本发明的空气管道的情况下电池组中的温度分布和包括有已经在上面图1和图2中展示出的、根据本发明的空气管道1的电池组中的温度分布。事实上，申请人能够测量到本发明允许空气流的扩散从图3a中示出的管道中的40％(即气流在某些区域中比其他区域中高40％)降低到图3b中同样绘制出的管道1中的仅17％。因此，图3a和图3b中展示出的温度分布不仅示出了本发明允许从约37.7℃的最高局部温度降低到约37.4℃的最高局部温度，而且还实现了均匀很多的温度分布。

Claims (4)

1.一种用于冷却加热元件的管道(1)，该管道包括：
·用于新鲜空气流(FE)进入的一个进气口部(11)；
·多个冷却通道(13，14，15，16)，该新鲜空气流(FE)在所述通道之间分成多股空气流(f1，f2，f3，f4)以在这些通道收集由该加热元件产生的热量，以及；
·用于经加热的空气流(FS)排出的一个出气口部(12)，该经加热的空气流来源于该多股空气流在收集热量之后的汇合；
其特征在于，该管道包括被安排在该出气口部中的多个空气导流板(17，18)，这些空气导流板面向安置在相对于其他通道出口最接近于该出气口部的排出开口的通道出口，以便防止该多股空气流中的至少一股从这些冷却通道排出，所述空气导流板在随它们离该出气口部的开口的距离增大而减小的长度上延伸，以便引导所述空气流朝向该出气口部的排出开口。
2.如权利要求1所述的冷却管道(1)，其特征在于，这些导流板(17，18)被弯曲成使得它们的曲率防止这些空气流(f1，f2，f3，f4)从这些冷却通道(13，14，15，16)排出。
3.如权利要求2所述的冷却管道(1)，其特征在于，这些导流板的曲率半径随它们离该出气口部(12)的开口的距离增大而增大。
4.一种电池组，该电池组包括构成一个加热元件的多个电化学储能电芯，其特征在于，该电池组包括用于冷却该多个电芯的、如以上权利要求中任一项所述的一个管道。
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