CN107848436A - 具有冷却装置的用于机动车的牵引电池 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于机动车的牵引电池(1)，具有冷却装置(8)，所述冷却装置用于对具有至少一个冷却板(9)的电池单元进行温度调节，所述冷却板(9)由挤压型材实现并且具有至少一个冷却通道(20，22)。通过挤压型材有利地形成了均匀的、可再现的具有限定表面的冷却通道，这些冷却通道相对于传统的由采用消失型砂芯的砂型铸件制造的冷却体具有明显更好的冷却性能。

Description

具有冷却装置的用于机动车的牵引电池
本发明涉及一种具有冷却装置的用于机动车的牵引电池，所述冷却装置用于对具有至少一个冷却板的电池单元进行温度调节。
牵引电池的热管理对电动和混合动力车辆起着重要的作用。电池单元(Batteriezelle)、优选锂离子电池单元的运行是要求效率的。即使这些电池组件的效率高，也必需散发与传输能量成比例的少量热量，因为该热量会损坏电池单元。在升高的温度下，电池单元中的电池内会发生不可逆的降解反应，该降解反应降低了电池单元的寿命。理想情况下，电池单元应该在40℃以下持久运行，因此在较大的放电和充电电流下，电池组件内的调温装置或冷却装置是有利的。
作为锂离子电池的冷却装置，以公知的方式使用液体冷却回路。
常规电池模块的出于制造和成本原因而在砂型铸件中制造的冷却体(或散热器)的冷却通道大多具有不确定的内部几何形状。该几何形状是由于使用消失型砂芯(verlorener Sandkerne)导致的。在此，存在不均匀的冷却剂分布或温度分布的风险以及较差的对要冷却的电池单元的热传递的风险。
本发明要解决的技术问题是在最小的设计空间的情况下并且以制造及成本有利的方式提供电池单元的高性能冷却。
根据本发明，该技术问题通过权利要求1的特征来实现。
牵引电池具有用于对具有至少一个冷却板的电池单元进行温度调节的冷却装置，其中冷却板被设计为挤压型材。通过挤压型材有利地形成了均匀的、可再现的具有定义的表面的冷却通道，这些冷却通道相对于采用消失型砂芯由砂型铸件制造的冷却体具有明显更好的冷却性能。
根据本发明的牵引电池可以通过从属权利要求的特征进一步改进，然而，设计可行方案并非仅限于这些。
本发明的有利的实施方式规定，至少一个冷却通道具有大致矩形的横截面。由此可以廉价、简单和可再现地制造冷却板。
有利地，至少一个冷却通道的大致矩形的横截面的较短边具有直的延伸形状，从而可以简单且廉价地实现该几何形状的制造。
冷却通道的较长边优选设计成具有大致波浪形的延伸形状。在冷却通道的较长边上的具有波峰和波谷的横截面的波浪形延伸形状确保了增大的表面，从而可为冷却剂流和冷却板之间的热传递提供尽可能大的面积。
在本发明的优选实施方式中，冷却通道在其较长边上分别具有多个波峰和波谷，所述多个波峰和波谷被设计为使得第一较长边的波峰与第二较长边的波谷正好对置。由此形成的横截面类似于手风琴，原因是冷却通道的宽度发生变化，其中冷却通道的宽度在较窄和较宽的宽度之间持续不断地变换。
优选地，冷却板具有两个彼此分开的冷却剂端口，其中一个冷却剂端口充当冷却剂入口，另一个冷却剂端口充当冷却剂出口。用于冷却剂入口的冷却剂端口优选地布置在用于冷却剂出口的冷却剂端口的上方。这样，通过用于冷却剂入口的冷却剂端口引入的冷却剂可以在穿流过冷却板后、又经由重力辅助地从用于冷却剂出口的冷却剂端口离开。
有利地，冷却板具有一个用于使冷却剂进入的冷却通道和多个用于使冷却剂返回的冷却通道，由此整个冷却板可以被冷却剂穿流。这些冷却剂端口以设计空间优化的方式布置在上部区域，使得连接在其上的冷却剂管线可以更短和进而更有益地实施。用于冷却剂出口的冷却剂端口在用于返回的冷却通道的方向上呈漏斗状地敞开，因此所有三个用于返回的冷却通道都被用于冷却剂出口的冷却剂端口包括进去。
优选地，用于进入的冷却通道具有比每个用于返回的冷却通道更大的横截面，其中例如，用于返回的冷却通道的横截面面积的总和大致对应于用于进入的冷却通道的横截面面积。用于返回的冷却通道的横截面面积例如基本上具有相同的大小并且具有相同的几何形状，使得在冷却通道中存在几乎相同的流动速度。由此产生的热传递在整个冷却表面上非常均匀。这导致冷却剂流的特别均匀的分布，使得供给的冷却剂具有恒定的压力。
在本发明的优选实施方式中，用于进入的冷却通道和用于返回的冷却通道在冷却板的背对冷却剂端口的端面上彼此连接，使得冷却剂能够沿着定义的方向流动穿过冷却板。
冷却板优选由铝或铝合金制成。铝具有非常好的导热性，从而保证了冷却板与邻接的电池单元之间以及冷却板与冷却剂之间的良好且快速的传热。
图1示出根据本发明的具有与两个电池单元模块组装在一起的冷却装置的牵引电池的实施方式。
图2示出沿着Y轴剖切穿过图1中的实施方式得到的剖面图；
图2a示出了冷却通道的横截面；
图3以等距视图示出冷却板；
图4示出沿着X轴剖切图3中的冷却板得到的剖面图。
根据图1的牵引电池1具有两个单元模块3，所述单元模块分别在其端面7处分别具有两个连接器5。在这两个单元模块3之间布置冷却装置8，该冷却装置8优选设计为冷却板9。冷却板9在其一个端面11上具有两个冷却剂端口12、13，其中沿Z方向观察的上部的冷却剂端口12充当冷却剂入口，而沿Z方向观察的下部的冷却剂端口13充当冷却剂出口。冷却剂端口12、13具有相同的圆形的横截面几何形状。单元模块3、连接器5和冷却板9通过连接元件15相互螺栓连接并固定。连接元件15由被引导穿过单元模块3、连接器5和冷却板9的螺钉(或螺栓)和单侧焊接在连接器5上的螺母组成。
图2以沿Y方向的剖面图示出了图1的本发明的组件。冷却板9布置在(多个)单元模块3之间。在冷却板9和其中一个单元模块3之间分别设置有导热层18，该导热层18优选设计为导热膜，该导热层18有助于冷却板9和单元模块3之间更好的热交换。冷却板9例如具有一个用于冷却剂进入的冷却通道20，该冷却通道20具有几何形状上较大的横截面，以及三个用于返回的冷却通道22，这些冷却通道22具有几何形状上较小的横截面。用于进入的冷却通道20和用于返回的冷却通道22都具有大致矩形的横截面，这将参照图2a更详细地解释。
图2a示出根据本发明的用于进入的冷却通道20的横截面，该横截面基本上是矩形的，其中沿Y方向延伸的两个较短边24具有直的延伸形状并且相互平行。具有大致矩形横截面的沿Z方向延伸的两个较长边26、27具有带有波峰28和波谷29的波形。波峰28在几何形状上具有相同的最大值，波谷29在几何形状上具有相同的最小值，其中在Y方向上看，所有波峰和所有波谷都分别处于相同的高度上。波峰28和波谷29这样布置，使得第一较长边26的波峰28分别正好与第二较长边27的波谷29对置，使得沿Z轴的横截面类似于手风琴。该横截面因此沿Z轴变化，其中该横截面变窄且变宽。用于进入的冷却通道20的通道几何形状还分别以类似形式在用于返回的冷却通道22上出现，其中，用于返回的冷却通道22分别具有同样的波峰28最大值和同样的波谷29最小值，然而沿Z方向观察分别较短地实施，从而导致每个用于返回的冷却通道22与用于进入的冷却通道20相比总体上横截面面积减小。
图3示出了具有冷却剂端口12、13的冷却板9。冷却板9被设计为在XZ平面中在其沿Z方向观察处于上部和下部的区域中在深度上(沿Y方向)具有较小的壁厚，并在其四个角中的每一个上都具有孔32。连接元件15的螺钉被引导穿过这些孔32。
图4示出了沿X方向穿过图3的冷却板9得到的剖面图。在冷却板9的背对冷却剂端口12、13的端面上，用于进入的冷却通道20通过连接管线30与所有用于返回的冷却通道22连接。冷却板9在具有冷却剂端口12、13的端面11上具有耦合管线31。耦合管线31将用于返回的冷却通道22相互连接。耦合管线31在其整个沿Z方向延伸的长度上与用于冷却剂出口的冷却剂端口13连接，其中用于冷却剂出口的冷却剂端口13的管状几何形状沿用于返回的冷却通道22的方向呈漏斗形地敞开。因为横截面在用于冷却剂入口的冷却剂端口12与用于进入的冷却通道20之间发生变化，所以用于冷却剂入口的冷却剂端口12同样沿用于进入的冷却通道20的方向呈漏斗形地敞开。
附图标记列表
1 牵引电池
3 单元模块
5 连接器
7 单元模块端面
8 冷却装置
9 冷却板
11 冷却板端面
12 用于冷却剂入口的冷却剂端口
13 用于冷却剂出口的冷却剂端口
15 连接元件
18 导热层
20 用于进入的冷却通道
22 用于返回的冷却通道
24 较短边
26 第一较长边
27 第二较长边
28 波峰
29 波谷
30 连接管线
31 耦合管线
32 孔

Claims (10)

1.一种用于机动车的牵引电池(1)，具有冷却装置(8)，所述冷却装置用于对具有至少一个冷却板(9)的电池单元进行温度调节，其特征在于，所述冷却板(9)被设计为挤压型材并且具有至少一个冷却通道(20，22)。
2.根据权利要求1所述的牵引电池(1)，其特征在于，至少一个冷却通道(20，22)具有大致矩形的横截面。
3.根据权利要求2所述的牵引电池(1)，其特征在于，冷却通道(20，22)的较短边(24)具有直的延伸形状且相互平行，并且其较长边(26，27)大致遵循具有波峰(28)和波谷(29)的波浪形几何形状。
4.根据权利要求3所述的牵引电池(1)，其特征在于，对置的较长边(26,27)的两个延伸形状都这样相互错移一个波峰(28)，使得第一较长边(26)的波峰(28)与第二较长边(27)的波谷(29)精确对置。
5.根据权利要求3或4所述的牵引电池(1)，其特征在于，冷却通道(20,22)的两个较长边(26,27)各具有多个波峰(28)和波谷(29)，使得冷却通道的横截面(20,22)基本上类似于手风琴。
6.根据前述权利要求之一所述的牵引电池(1)，其特征在于，所述冷却板(9)具有至少两个彼此分开的冷却剂端口(12,13)。
7.根据前述权利要求之一所述的牵引电池(1)，其特征在于，所述冷却板(9)至少具有三个冷却通道(20，22)，其中，设有一个用于冷却剂的进入的冷却通道(20)和多个用于冷却剂的返回的冷却通道(22)。
8.根据权利要求7所述的牵引电池(1)，其特征在于，用于冷却剂的进入的冷却通道(20)具有比每个用于冷却剂的返回的冷却通道(22)更大的横截面面积，其中，这些用于返回的冷却通道(22)分别具有相同的横截面。
9.根据权利要求8所述的牵引电池(1)，其特征在于，三个冷却通道(22)在冷却板(9)内、在冷却板(9)的面向冷却剂端口(12，13)的端面(11)上相互连接。
10.根据权利要求7至9之一所述的牵引电池(1)，其特征在于，用于冷却剂的进入的冷却通道(20)和用于冷却剂的返回的冷却通道(22)在冷却板(9)内、在冷却板(9)的背对冷却剂端口(12,13)的端面上相互连接。
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