CN111095667B - 用于至少一个电能存储元件的热调节装置 - Google Patents

用于至少一个电能存储元件的热调节装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于至少一个电能存储元件(3)的热调节装置，所述装置包括热交换器(1)，其界定用于使传热流体流通的回路，所述热交换器(1)包括用于使传热流体流通的导管(11A、11B)，以及在所述导管(11)的第一端部处设置的用于分配传热流体沿第一流通方向进入入口导管(11A)的入口分配装置(21)和用于收集沿与第一方向相反的第二流通方向在出口导管(11B)中流通的传热流体的出口歧管装置(22)。根据本发明，所述热交换器(1)包括在所述导管(11)的第二端部处的多个反向室(313)，其用于使在至少一个入口导管(11A)和至少一个出口导管(11B)之间的传热流体的流动反向，至少一部分反向室(313)包括用于限制传热流体通路的装置，以平衡在所述热交换器(1)的导管(11A、11B)中的传热流体的流量。

Description

用于至少一个电能存储元件的热调节装置
技术领域
本发明的领域涉及电池的热调节，更具体地涉及配备于机动车辆的电池的热调节，该机动车辆的推进完全或部分地由电动马达提供。
更具体地，本发明涉及热交换器的领域，例如电池冷却器，特别是针对具有电动和/或混合动力马达的车辆的电池。
背景技术
电池的热调节至关重要，特别是在汽车领域，更具体地在电动和混合动力汽车领域。
电池温度必须保持在20℃到40℃之间，以确保可靠性、自主性及车辆性能，同时优化电池寿命。
实际上，当电池经受过冷的温度时，其自主性会大大降低。相反，当电池经受过高的温度时，存在热失控的风险，这可能导致电池损坏。
在电动或混合动力车辆中，电池通常包括多个电池模块，每个电池模块包括连接在一起以产生具有期望的电压和容量的发电机的多个电能存储单元(以下称为“电池单元”)。
为了调节电池的温度，已知使用热调节装置。
热调节装置包括热交换器，热交换器直接或间接地定位成与电池接触，并且传热流体流过热交换器。
因此，传热流体可以吸收每个电池模块发出的热量以对其进行冷却，或者根据需要，如果电池的温度不足以使其正常运行，则可以对它们进行加热。
通常使用的传热流体是液体，例如乙二醇水。
如图1所示，这种热交换器包括将至少两个歧管21、22连接在一起的一束管11，管11的相应端部固定且密封地连接在歧管中。
然后，传热流体可以沿着例如称为“I”的回路(图1)流通通过管11和歧管21、22，以便与电池模块3进行热交换。
应当注意，热交换器的每个分支由相邻的管11形成，相邻的管11用于热调节沿着所述一对管11的纵向轴线设置的两个电池模块3。
现有技术提出了可在这些热交换器中实施的用于使传热流体流通的各种回路。
然而，涉及如何平衡热交换器的各个分支中的流体流动的现有技术是有限的。
现有的少数几种解决方案提出修改歧管和/或管和/或平行供应各回路的管路的流动截面，并证明是昂贵的。
然而，这一点很重要，因为在热交换器的每个分支中的相同流动允许为电池模块提供均匀的热调节和温度。
热交换器的各个分支之间的不适当的流体平衡会在电池模块之间产生明显的温差。
电池模块温度的不均匀调节导致的主要风险是，其中一个电池模块由于温度过高而发生故障，例如导致车辆停车和需要更换电池组组件。
在这种情况下，本发明旨在提供一种用于电池模块的热调节的改进的装置，其可以克服上述缺点，同时比目前的解决方案便宜。
发明内容
为此，本发明提出了一种用于至少一个电能存储元件的热调节装置，特别是用于机动车辆，所述装置包括至少一个热交换器，其界定用于使传热流体流通的回路，所述热交换器包括用于使传热流体流通的导管，以及在所述导管的第一端部处设置的用于分配传热流体沿第一流通方向通过入口导管的入口分配装置和用于收集沿与第一方向相反的第二流通方向在出口导管中流通的传热流体的出口歧管装置。
根据本发明，所述热交换器在所述导管的第二端部处包括多个反向室，用于使在至少一个入口导管和至少一个出口导管之间的传热流体的流动反向，其中至少一部分反向室包括用于限制传热流体通路的装置，以平衡在所述热交换器的导管中的传热流体的流量。
因此，本发明提出了一种用于至少一个电能存储元件或电池模块的热调节装置，该热调节装置实施管式热交换器，其界定用于使传热流体流通的回路。
该回路构造成使电池模块的流量和温度均匀，而无需改变歧管和/或管和/或并行供应各种回路的管路的流动截面，并且以相对便宜的方式进行。
为此，交换器实施多个平行的U形回路或分支，每个回路或分支包括用于传热流体的至少一个入口导管或管以及用于传热流体的至少一个出口导管，其通过反向室在一个端部连接，其中所述室包括用于限制传热流体通路的装置，以平衡在热交换器的导管中的传热流体的流量。
用于限制传热流体通路的装置的实施允许在热交换器的各个分支中获得期望的传热流体的分配。
热交换器的各个分支之间的良好的流体平衡允许减小电池模块之间的明显温差。
这种方法是经济的，并且特别地允许实施具有合理尺寸的直径的歧管。
根据本发明的特定方面，用于传热流体的入口分配装置和出口歧管装置是歧管。
根据本发明的特定实施例，反向室限定在单个反向歧管中，所述导管的第二端部连接至该单个反向歧管中。
有利地，所述单个反向歧管包括一个或多个密封的内部分隔件，其界定多个反向室，至少一个入口导管的第二端部和至少一个出口导管的第二端部连接至每个反向室中。
有利地，每个所述反向室包括用于限制传热流体通路的装置，该装置采用穿设有用于传热流体通路的开口的至少一个分隔件的形式或者在所述反向歧管的截面中的至少一个收缩部的形式。
根据本发明的另一特定实施例，反向室限定在分开的反向歧管中，并且至少一个入口导管的第二端部和至少一个出口导管的第二端部连接至每个反向歧管中。
有利地，分开的反向歧管中的每个都包括用于限制传热流体通路的装置，该装置采用穿设有用于传热流体通路的开口的至少一个分隔件的形式或者以在反向歧管的截面中的至少一个收缩部的形式。
根据本发明的特定方面，用于限制位于反向室中的传热流体通路的分隔件的开口的全部或一些具有不同的截面。
根据本发明的特定方面，形成入口分配装置、出口歧管装置和反向室的歧管是管状的并且具有不同的直径。
根据本发明的特定方面，所述导管包括多个通道。
本发明还涉及一种在这种热调节装置中实施的热交换器。
在说明书的其余部分中，“热调节”的概念指一个电池模块和/或一组电池模块的冷却和加热，电池模块也用术语“电能存储元件”表示。
附图说明
通过阅读以下作为简单说明性和非限制性示例并参考附图而提供的特定实施例的描述，本发明的其他特征和优点将变得显而易见，其中：
图1是根据现有技术的在用于电池的热调节装置中实施的热交换器(也称为“冷却器”)的示意图；
图2A和2B是根据本发明一实施例的在用于电池的热调节装置中实施的热交换器的示意图；
图3是图2A和2B的热交换器在反向歧管附近的详细的透明视图；
图4至6是根据本发明的在电池的热调节装置中实施的其他类型的热交换器的局部示意图。
附图所示的各种元件不一定按实际比例示出，重点在于表示本发明的总体操作。
具体实施方式
在说明书的其余部分中将介绍本发明的几个特定实施例。
要完全理解的是，本发明决不受这些特定实施例的限制，并且其他实施例可被很好地实施。
图2A是根据本发明的在热调节装置中实施的热交换器(也称为“冷却器”)的实施例的示意图。
所述装置旨在装配于混合动力或电动类型的机动车辆，用于热调节形成用于驱动机动车辆的能量源的一个或多个电池。
通常，电池由多个电池模块3构成，每个电池模块3由连接在一起的多个电池单元(未示出)构成。
在这种情况下，热交换器1位于模块3下方，并允许根据操作条件对这些模块3进行冷却和加热。
热交换器1包括用于使传热流体流通的一束管或导管11。
这些管11是直的并且具有相同的长度。
它们彼此平行放置并对齐以形成单排，冷却剂比如乙二醇水用于在其中流通。
管11旨在与或不与车辆电池的多个平行六面体形状的模块3机械接触，并且有利地由导热材料制成，比如金属材料，例如铝或铝合金。
因此，热交换器1直接或间接地定位成与模块3接触并且被传热流体横穿。
该传热流体可以是制冷剂类型，或者甚至可以是冷却剂，例如水和乙二醇的混合物。
因此，传热流体可以吸收由模块3发出的热量以对其进行冷却，或者根据需要，如果模块3的温度不足以使其正常工作，则可以对它们进行加热。
该热交换器1允许限制电池内部的温度的任何突然升高，并且可以克服热点的形成。
在该实施例中，管11具有直的基本长圆形的截面。
在这种情况下，这些管11由挤压铝制成，并且具有用于使液体流通的多个并置的通道(在该示例中，其因此涉及多通道管)。
所述一束管11包括第一端部和第二端部。
如图2A和2B所示，该束管中的部分管11的第一端部连接至第一流体入口歧管21中。这些管将被称为入口管，并且在下文中以11A表示。
该束管中的另一部分管11的第一端部连接至第二流体出口歧管22中。这些管将被称为出口管，并且在下文中以11B表示。
流体入口和出口歧管21、22在管11的第一端部附近垂直于管11的纵向轴线平行地延伸。
这些相邻的歧管21、22分别连接到位于热交换器的同一侧的传热流体入口E和出口S。
在图2A和2B的示例中，该束管11从右到左交替地包括入口管11A和出口管11B。
由入口管11A和出口管11B形成的每一对形成一个分支。
分支的入口管11A和出口管11B的第二端部连接至第三流体反向歧管31中。
因此，多个反向歧管31在管11的分支的第二端部附近对齐地延伸，反向歧管31垂直于管11的纵向轴线，并且平行于流体入口和出口歧管21、22。
因此，传热流体通过流体入口210被引入第一入口歧管21，然后在束管的每个分支的一部分管11(在这种情况下是入口管11A)中分配，从图2B中位于右侧的第一入口管11A到位于左侧的最后一个入口管。
流体在入口管11A中流通并且沿第一方向穿过所述管，然后穿过反向歧管31并且沿另一方向在束管的每个分支的另一部分管11(在这种情况下是出口管)中流通，以便返回到出口歧管22中，并通过流体出口220排出。
歧管31(称为“反向歧管”)被构造成将传热流体从入口管11A分配到出口管11B。
因此，每个分支(在这种情况下由两个相邻的多通道管构成)限定U形的流体流通回路，并且与反向歧管31相关。
如在下文中更详细描述，反向歧管31允许在热交换器1的分支之间的流体流动被平衡。
换句话说，传热流体的流动在所有分支中基本相同，其中反向歧管31以及流体入口和出口歧管21、22具有基本相同的直径。
图3是图2A的热交换器1在反向歧管31附近的详细的透明视图，入口管11A和出口管11B连接至该反向歧管中。
在这种情况下，反向歧管31是管状的，并且其侧端部被密封壁311封闭。
反向歧管31界定了反向室313，并具有内部分隔件312，该内部分隔件上穿孔形成圆形开口3121，该开口形成了对从入口管11A到出口管11B的流体通路的局部限制，从而产生了负载损失。
将该内部分隔件312(称为“节流阀”)插入到设置在反向歧管31的壁上的狭槽中，或者甚至穿过反向歧管31的端部插入。
它是具有校准孔的穿孔分隔件312，该校准孔形成了对传热流体的通路的局部限制。
在变型中，可以通过反向歧管31的截面的局部收缩，即通过使反向歧管31的壁变形，来获得对传热流体通路的这一局部限制。
应当理解，每个反向歧管31都包括具有校准孔的至少一个穿孔的分隔件312，所述校准孔的直径根据相应分支相对于传热流体入口E的远离程度而变化。
在这种情况下，歧管31的分隔件312的孔的直径从图2B的热交换器1的右侧向左侧增大。换句话说，最远离流体入口210(在热交换器的左侧)的反向室的分隔件312的孔的直径大于最接近传热流体入口E(在热交换器的右侧)的反向室的分隔件的孔的直径。
这些穿孔的分隔件312的目的在于：在热交换器1的每个分支中产生局部负载损失，该负载损失须根据分支相对于热交换器1的传热流体入口E的位置而不同。
根据特定方法，分隔件312的全部或一些开口3121具有不同的直径。
优选地，具有不同直径的开口的分隔件312的数量被最小化，以限制热交换器的制造成本，同时确保在热交换器的各个分支之间提供最佳的流体平衡。
在另一实施例中，热交换器具有单个反向歧管31，其包括由流体隔离各个分支的密封内部分隔件界定的多个反向室或隔室。
每个反向室连接到热交换器的分支(即，经由反向隔室流体连通的入口管和出口管)。
穿孔的内部分隔件设置在每个反向室中。
在变型中，每个反向室包括反向歧管31的截面的局部收缩。
图4是在反向歧管附近的根据本发明的热调节装置的热交换器的另一构造的详细示意图。
在该示例中，每个分支包括四个多通道管11，其中两个相邻的入口管11A与两个相邻的出口管11B并置。
流体在入口管11A中流通并且沿第一方向穿过所述管，然后进入反向歧管31，通过由穿设有开口的分隔件312形成的流体通道的局部限制部，并且沿另一方向在出口管11B中流通。
图5是在反向歧管附近的根据本发明的热调节装置的热交换器的另一构造的详细示意图。
在该示例中，每个分支包括四个多通道管11，其中两个相邻的入口管11A设置在分支的中间，而两个出口管11B设置在两个入口管11A的两侧。
流体流通通过入口管11A并且沿第一方向穿过所述管，然后进入反向歧管31，通过各自由穿设有开口的分隔件312形成的两个流体通道的局部限制部，然后沿另一方向在两个出口管11B中流通。
图6是在反向歧管附近的根据本发明的热调节装置的热交换器的另一构造的详细示意图。
在该示例中，每个分支包括三个多通道管11，其中单个入口管11A设置在分支的中间，而两个出口管11B设置在入口管11A的两侧。
流体在入口管11A中流通并且沿第一方向穿过所述管，然后进入反向歧管31，通过各自由穿设有开口的分隔件312形成的两个流体通道的局部限制部，然后沿另一方向在两个出口管11B中流通。
中间入口管11A可以更大到一定程度，使得在所述管内流通的传热流体的流量是每个出口管11B中的流量的两倍。
其他方面和变型
根据本发明的热调节装置的热交换器包括至少两个分支，每个分支包括用于传热流体的至少一个入口管和一个出口管。
热交换器的每个分支冷却至少一个电池模块。
形成入口分配装置、出口歧管装置和反向室313的管状歧管21、22、31可以具有不同的直径。
一个或多个反向歧管的直径可以小于入口和出口歧管的直径，这是由于一个或多个反向歧管中的流量小于入口和出口歧管中的流量。
在特定实施例中，仅一部分反向室包括用于限制传热流体通路的装置。
在特定实施例中，热交换器的歧管中的至少一个是使用与其他歧管不同的制造技术生产的，即：
-通过用于入口和出口歧管的电焊管；
-通过冲压和钎焊一个或多个反向歧管；
-由塑料制成。
热交换器可以通过钎焊、粘接或机械连接的方式进行组装。
在特定实施例中，传热流体的入口和出口位于热交换器的相背侧。
此外，热交换器的分支可以包括偶数或奇数个管。

Claims (5)

1.一种用于至少一个电能存储元件(3)的热调节装置，所述装置包括至少一个热交换器(1)，其界定用于使传热流体流通的回路，所述热交换器(1)包括用于使传热流体流通的导管(11A、11B)，以及在所述导管(11)的第一端部处设置的用于分配传热流体沿第一流通方向通过入口导管(11A)的入口分配装置(21)和用于收集沿与第一流通方向相反的第二流通方向在出口导管(11B)中流通的传热流体的出口歧管装置(22)，
其特征在于，所述热交换器包括在所述导管(11)的第二端部处的多个反向室(313)，用于使在至少一个入口导管(11A)和至少一个出口导管(11B)之间的传热流体的流动反向，至少一部分反向室(313)包括用于限制传热流体通路的装置，用于平衡在所述热交换器(1)的导管(11A、11B)中的传热流体的流量；
其中，所述反向室(313)限定在分开的反向歧管(31)中，并且至少一个入口导管(11A)的第二端部和至少一个出口导管(11B)的第二端部连接至每个反向歧管中；
其中，所述分开的反向歧管(31)中的每个都包括用于限制传热流体通路的装置，该装置采用穿设有用于传热流体通路的开口(3121)的至少一个分隔件(312)的形式或者在反向歧管(31)的截面中的至少一个收缩部的形式。
2.如权利要求1所述的热调节装置，其特征在于，用于传热流体的入口分配装置(21)和出口歧管装置(22)是歧管。
3.如权利要求1所述的热调节装置，其特征在于，用于限制位于反向室(313)中的传热流体通路的分隔件(312)的开口(3121)的全部或一些具有不同的截面。
4.如权利要求3所述的热调节装置，其特征在于，形成所述入口分配装置、出口歧管装置和反向室(313)的歧管(21、22、31)是管状的，并且具有不同的直径。
5.如权利要求1至4中任一项所述的热调节装置，其特征在于，所述导管(11A、11B)包括多个通道。
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