CN111602022A - 用于使用介电流体来调节电池的温度的设备和包括这种设备的电池组 - Google Patents

Abstract

一种用于调节包括至少一个能量储存单元的电池的温度的设备，所述设备包括介电流体流路，所述流路包括用于使用所述介电流体喷射所述单元的表面的器件。

Description

用于使用介电流体来调节电池的温度的设备和包括这种设备 的电池组

技术领域

本发明涉及一种用于使用介电流体来调节电池的单元的温度的设备。本发明还涉及一种包括所述设备和多个电池单元的电池组。其特别是旨在装备机动车辆，特别是电动或混合动力机动车辆。

背景技术

随着以电动车辆为代表的市场份额的不断增长，冷却/加热其所配备的电池组的问题正具有战略重要性。目的是设计尽可能性能最佳、最有效和最经济的电池热管理设备。

通常，为了满足电池的冷却/加热需求，使用“热交换器”，所述“热交换器”包括具有液体冷却剂的循环的冷板，所述板与要冷却的单元接触。这种技术会导致电池的不均匀冷却，从而限制了电池寿命和性能。由于存在于液体冷却剂和单元之间的材料的厚度，这些设备还表现出高热阻。

用于解决该组问题的一种建议的解决方案是将电池浸入介电传热流体中。可以通过流体的循环或在涉及相变的静态条件下实现这种浸入。

从热的观点来看，这两种技术表现良好，特别是由于在液体和单元之间建立了直接接触，但是这具有使用大量介电液体的缺点，从而增加了电池组的成本和重量。

发明内容

本发明试图通过提出一种用于包括至少一个能量存储单元的电池的热调节的设备来解决这些技术问题，所述设备包括介电流体流路，所述流路包括用于使用所述介电流体润湿所述单元的表面的滋润器件。

滋润器件是指允许介电流体以某种方式与电池单元的一个或多个表面接触的任何类型的器件，而不是通过将所述单元浸入所述介电流体中。

特别地，它是喷洒器件、喷射器件或任何能够引起所述流体的循环以使介电流体以流体膜、射流、液滴、雾等的形式与单元的表面接触的器件。

所述设备不仅可以通过要冷却的单元中的介电流体之间的直接接触收集大量的热量并提供均匀的冷却，而且还可以通过消除从较早的设备中已知的介电流体的浴限制介电流体的量并因此限制设备的重量。

本发明还可以包括以下特征中的任何一个，单独地或以任何技术上可能的组合考虑：

-滋润器件包括用于喷洒特别是液相的介电流体的喷洒喷嘴；

-喷洒喷嘴构造成定位在每个电池单元之间，以便将介电流体喷射到单元的侧面上，

-喷洒喷嘴构造成定位在每个电池单元上方，以便将介电流体喷射到单元的上部面上，

-喷洒喷嘴构造成产生介电流体的射流，

-流体旨在至少部分地在单元的表面处蒸发，

-喷洒喷嘴构造成喷射细小液滴的形式的介电流体，其旨在流过单元的表面，

-所述设备包括储存器，所述储存器构造成定位在单元下方，并且能够以液相回收已经送到电池单元的表面上的介电流体。

-所述设备包括泵，所述泵构造成从储存器抽吸所述介电流体，并且在所述介电流体流路中对其加压，

-所述设备包括至少一个冷却器件，其用于冷却介电流体，

-用于冷却介电流体的冷却器件包括位于介电流体流路中的热交换器，

-用于冷却介电流体的冷却器件包括位于储存器中的热交换器，

-冷却器件包括冷凝器，所述冷凝器构造成冷凝介电流体，以便从气相变为液相，并且使所述流体流淌直到储存器，

-冷凝器构造成用于旨在与介电流体进行热交换的冷却剂流体的循环，

-冷却器件包括允许在制冷剂流体和冷却剂流体之间进行热交换的热交换器，

-冷凝器构造成用于所述冷却剂流体的循环，以便与介电流体进行热交换，

-所述设备包括用于加热介电流体的至少一个加热器件，

-加热器件位于储存器中。

本发明还涉及一种电池组，所述电池组包括上述设备和多个电池单元。

附图说明

通过阅读以下以非限制性示例的方式并参考附图给出的描述，将更好地理解本发明，并且，本发明的其他细节、特征和优点将变得显而易见，其中：

-图1示意性地示出了根据本发明的设备的第一实施例的截面图，

-图2示意性地示出了根据本发明的设备的第二实施例的截面图，

-图3示意性地示出了根据本发明的设备的第三实施例的截面图，

-图4示意性地示出了根据本发明的设备的第四实施例的截面图，

-图5示意性地示出了根据本发明的设备的第五实施例的截面图，

-图6是根据本发明的电池组的局部剖开的透视图。

具体实施方式

如图1所示，本发明涉及一种用于调节电池的温度的设备1。所述电池包括至少一个能量存储单元100。它尤其是电动车辆电池。这里的电池包括四个单元100，但这仅仅是一个示意性示例，并且电池可以包括更多数量的单元。

为了使电池正确地工作，期望将它们的温度保持在窄的数值带内，特别是在20至40℃之间。根据本发明的设备具体地具有执行这种温度调节的功能。

所述设备1包括介电流体流路10和滋润器件12，用于使用所述介电流体3滋润单元100的表面。介电流体流路10可以由多个介电流体3供应管道或供应管线11形成，其供应滋润器件12。

根据下文开发的各种实施例，流路10是闭合流路，其中使介电流体相变或不相变。

器件12允许通过润湿电池单元100来有效地调节它们的温度，同时限制所使用的介电流体3的量。特别地，根据本发明的设备1需要的流体3的量比将单元浸入介电流体中的设备所需的少得多。

有利地，滋润器件12包括用于以液相喷洒介电流体的喷洒喷嘴14。所述喷洒喷嘴14允许流体3沿一个或多个电池单元100的任一表面的方向喷洒。通过喷嘴14对流体3的喷洒可以是单向或多向的。

根据图1中描绘的一个实施例，喷洒喷嘴14构造成定位在每个电池单元100之间，以便将介电流体3喷射到电池单元100的侧面上。喷洒喷嘴14的这种布局使得可以覆盖单元100的最大表面积，从而优化温度调节。

根据图2中描绘的另一实施例，喷洒喷嘴14构造成定位在每个电池单元100上方，以便将介电流体3喷射到电池单元100的上部面上。申请人公司已经发现单元100的在电池使用期间经历最大温度升高的区域是在电连接区域中的上部区域。喷洒喷嘴14的这种布局因此允许更具体地针对高温区域，并且因此使得优化温度调节成为可能。

根据一个实施例，所述喷洒喷嘴14构造成产生液相的介电流体3的射流5。

介电流体3的射流5的功率可以变化。所述流体3可以因此撞击在单元100的表面上。所述流体3可以可替代地沿着所述单元100的表面流淌而没有冲击。射流5可以是单向或多向的。

根据另一实施例，喷洒喷嘴14构造成以细小液滴7的形式喷射介电液体3。液滴7的尺寸可以是可变的。喷洒喷嘴可以特别地构造成产生流体3的雾。流体3的喷射可以是单向或多向的。

在图中未示出介电流体的射流5和液滴7。

在使用电池的过程中，单元100经历的温度高于流体3的温度。因此，所述流体3可以旨在至少部分地在单元100的表面处蒸发(特别是图4和图5)。

设备1还可以包括储存器16，所述储存器补充流路10并且构造成定位在电池单元100的下方。所述储存器16能够回收送到电池单元100的表面上的介电液体3。

设备1还可以包括泵18，所述泵构造成从储存器16抽吸所述介电流体3并在所述介电流体流路10中对其加压。

一旦流体3已经滋润了单元100的表面，所述流体就流淌回到储存器16。然后，由储存器16回收的流体3通过泵18抽吸，然后在流路10中的下游再次加压。

因此，介电流体3本身相继沿流路10处于压力下，然后处于容纳单元100的壳体202的压力下。这里，在泵18的作用下在一个或多个管线11和喷洒喷嘴14中再次加压之前，它处于与单元100接触的壳体202的压力下，然后位于储存器18中。介电流体3因此不断地再利用。因此可以使用少量的介电流体3，特别是与将单元浸入介电液体中的设备相比。

有利地，设备1包括用于冷却介电流体3的至少一个冷却器件20。当流体3与单元100接触时，所述流体收集由电池单元散发的热量。然后，在使流体3再次与单元100的表面接触之前，通过所述冷却器件20对其进行冷却。流体3因此经历状态变化和/或温度升高和降低的循环。

根据图1中描绘的一个实施例，冷却器件20包括热交换器22，所述热交换器位于介电流体流路3中，在该情况下在泵18的下游。因此，在与单元100的接触之后已经经历温度升高之后，流体3由储存器16回收，并且由泵18抽吸，然后在热交换器22的作用下经历温度降低。因此，流体3沿着流路载送直到喷嘴，再次与单元100接触，并且再次经历温度升高。

根据图3中描绘的一个实施例，用于冷却介电流体3的冷却器件20包括位于储存器中的热交换器22。介电流体3的冷却在此在泵18的上游进行。它然后由泵18抽吸。这种布置使得可以使用板形式的热交换器22，板形式的热交换器与位于泵18下游的热交换器相比具有更大尺寸的热交换区域。因此，改善了介电流体3和热交换器22之间的温度交换。

根据图4中描绘的一个实施例，介电流体3经历相变，并且当其与单元100的表面接触时至少部分地蒸发。根据该实施例的冷却器件20包括冷凝器26，所述冷凝器构造成冷凝介电流体3，以便从气相改变为液相，并且特别是借助于倾斜平面，使所述流体3流淌直到储存器16。然后通过泵18抽吸储存器16中的液相流体3。冷凝器26通过冷凝器与气相介电流体之间的温度差来使介电流体3冷凝。

有利地，冷凝器26构造成用于旨在与介电流体3进行热交换的制冷剂流体的循环。制冷剂来自膨胀阀并且以降低冷凝器的温度的方式循环通过冷凝器26。因此，冷凝器26允许气态介电流体3冷凝。

根据图5中描绘的实施例，冷却器件20还包括热交换器24，所述热交换器允许在制冷剂流体和冷却剂流体之间进行热交换。根据该实施例的冷凝器26构造成用于冷却剂流体的循环，以便与气相介电流体3进行热交换。

当单元温度太低时，增加它们的温度可能是有利的。当在低温条件下，例如低于0℃下使用电池时，有利的是能够升高电池单元100的温度以便更快地获得最佳性能。

因此，根据本发明的设备1可以包括用于加热介电流体3的加热器件28。然后，加热器件28允许流体3的加热，这将继而将单元100加热至最佳工作温度。所述加热器件28尤其可以是电阻元件。

如图1至图5所示，用于加热介电流体3的加热器件28在此位于流路10中，有利地位于储存器16中。

本发明还涉及一种电池组200，其包括上述的设备1和多个电池单元100。

在图6中可以更好地看到电池组的多个单元100和多个供应管线11。在这种情况下，这些管线是平行的。

Claims (15)

1.一种用于包括至少一个能量存储单元(100)的电池的热调节的设备(1)，所述设备(1)包括介电流体的流路(10)，所述流路(10)包括用于使用所述介电流体(3)润湿所述单元(100)的表面的滋润器件(12)。

2.根据权利要求1所述的设备(1)，其特征在于，所述滋润器件(12)包括用于以液相喷洒所述介电流体(3)的喷洒喷嘴(14)。

3.根据权利要求2所述的设备(1)，其特征在于，所述喷洒喷嘴(14)构造成定位在每个电池单元(100)之间，以便将所述介电流体(3)喷射到所述单元(100)的侧面上。

4.根据权利要求2所述的设备(1)，其特征在于，所述喷洒喷嘴(14)构造成定位在每个电池单元(100)上方，以便将所述介电流体(3)喷射到所述单元(100)的上部面上。

5.根据权利要求2至4中的一项所述的设备(1)，其特征在于，所述喷洒喷嘴(14)构造成产生介电流体(3)的射流(5)，所述流体(3)旨在至少部分地在所述单元(100)的表面处蒸发。

6.根据权利要求2至4中的一项所述的设备(1)，其特征在于，所述喷洒喷嘴(14)构造成喷射细小液滴(7)的形式的介电流体(3)，其旨在流过所述单元(100)的表面。

7.根据前述权利要求中的一项所述的设备(1)，其特征在于，所述设备包括：储存器(16)，所述储存器构造成定位在所述单元(100)下方，并且能够以液相回收已经送到电池单元(100)的表面上的所述介电流体(3)；和泵(18)，所述泵构造成从储存器(16)抽吸所述介电流体(3)，并且在所述介电流体流路(10)中对其加压。

8.根据权利要求7所述的设备(1)，其特征在于，所述设备包括用于冷却介电流体(3)的至少一个冷却器件(20)。

9.根据权利要求8所述的设备(1)，其特征在于，用于冷却介电流体(3)的所述冷却器件(20)包括位于所述介电流体流路(10)中的热交换器(22)。

10.根据权利要求8所述的设备(1)，其特征在于，用于冷却介电流体(3)的所述冷却器件(20)包括位于所述储存器(16)中的热交换器(22)。

11.根据权利要求8所述的设备(1)，其特征在于，所述冷却器件(20)包括冷凝器(26)，所述冷凝器构造成冷凝所述介电流体(3)，以便从气相变为液相，并且使所述流体(3)流淌直到储存器(16)。

12.根据权利要求11所述的设备(1)，其特征在于，所述冷凝器(26)构造成用于制冷剂流体的循环，所述制冷剂流体旨在与所述介电流体(3)进行热交换。

13.根据权利要求11所述的设备(1)，其特征在于，所述冷却器件(20)还包括允许在制冷剂流体和冷却剂流体之间进行热交换的热交换器(24)，所述冷凝器(26)构造成用于所述冷却剂流体的循环，以便与介电流体(3)进行热交换。

14.根据前述权利要求中的一项所述的设备(1)，其特征在于，所述设备包括用于加热所述介电流体(3)的加热器件(28)。

15.一种电池组(200)，包括多个电池单元(100)和根据前述权利要求中的一项所述的设备(1)。

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