CN111916876A - 调节电化学存储器温度的系统和具有这种系统的交通工具 - Google Patents

Abstract

本发明建议一种用于调节布置在交通工具(1)中的电化学存储器(3)的温度的系统(5)，其中，所述电化学存储器(3)配置有至少一个与所述电化学存储器热连接的热交换器(6)，所述热交换器具有至少一个用于冷却流体(10)的流体通道(9)。按照本发明的第一种有利的实施变型方案规定，所述热交换器(6)具有电运行的加热装置(11)，所述加热装置具有至少一个加热电阻(12)。

Description

调节电化学存储器温度的系统和具有这种系统的交通工具

技术领域

本发明涉及一种用于调节布置在交通工具中的电化学存储器的温度的系统，其中，所述电化学存储器配置有至少一个与所述电化学存储器热连接的热交换器，所述热交换器具有至少一个用于冷却流体的流体通道。此外，本发明涉及一种具有这种温度调节系统的交通工具。

背景技术

近年来，在用于交通工具、尤其是机动车的内燃机驱动装置方面做出了巨大的努力，以提供备选的驱动装置类型。在此，从一个或者多个电化学存储器、例如电池或者蓄电池获得电能的电动的驱动装置变得越来越重要。交通工具在此可以作为电动交通工具只通过一个或者多个电动的驱动装置运行，或者可以作为所谓的混合动力或者插电式混合动力交通工具既具有内燃机又具有一个或者多个电动机以用于驱动。

专业领域偏爱将形式为锂离子蓄电池的电化学存储器作为所谓的牵引用蓄电池或者驱动电池，所述电化学存储器自身有利地不具有记忆效应并且具有较低的自放电。无论如何，这种电化学存储器的效率取决于温度并且在低温中急剧降低。此外可以确定的是，在机动车的行驶运行以及在这种电化学存储器的充电阶段中，由于导引电流的构件中的电损耗功率使热量进入系统中，所述热量可能导致电化学存储器的高的热负荷。众所周知，在高电池温度下运行电化学存储器会导致存储器单元的加速老化，随之形成的是电存储系统的缩短的使用寿命。这些情况要求对电化学存储器采取温度调节措施，以便避免所述电化学存储器损坏并且实现所述电化学存储器的较长的使用寿命，并且安全地运行借助电动机驱动的交通工具并且能够将所述交通工具实现为系列或者说量产交通工具(Serienfahrzeug)。在此方面普遍已知的是，为所述电存储系统配置温度调节系统或者冷却系统。

专利文献EP 3 388 279 A2公开了一种电池系统，所述电池系统这样包括热量管理装置，使得所述热量管理装置既能够作为加热系统也能够作为冷却系统使用，以便将电池系统保持在阈值温度范围内。为此将一个或者多个温度传感器嵌入电池系统中。如果测量的电池温度超过了确定的值TMax，则对电池系统进行冷却。如果测量的电池温度低于确定的值TMin，则对所述电池系统进行加热。按照一种实施方式，为了加热和冷却可以使用液体的冷却剂。按照另一种实施方式，可以使用气态的冷却介质、例如空气。该专利文献并未提及关于所述加热系统的具体的设计方案。

由专利文献US 9 586 497 B2已知一种用于电动交通工具的车载电池的温度管理系统，以便在热学上调节或者在需要时冷却或者加热所述电池。使用热交换流体进行冷却，所述热交换流体通过电池的内部通道导引。如果应当加热车载电池，则借助加热器加热所述热交换流体。该专利文献并未提及关于所述加热器的具体的设计方案。

由专利文献US 2016/0149276 A1已知一种用于电动或者混合动力交通工具的电池模块，其具有电化学的电池堆叠以及热交换器。所述热交换器通过热交换流体运行并且具有接入流体循环中的流体入口和流体出口。偏爱使用冷却剂或者加热流体作为热交换流体。热交换器由扁管构成，所述扁管这样具有迂回的构造，使得两个电化学电池布置在两个平行的热交换区段之间并且贴靠在所述热交换区段上。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种简单的并且成本低廉的用于调节布置在交通工具中的电化学存储器的温度的系统，其中，“调节温度”既理解为对电化学存储器的冷却也理解为对电化学存储器的加热。此外，本发明所要解决的技术问题在于，提供一种具有这种温度调节系统的交通工具。

由一种用于调节布置在交通工具中的电化学存储器的温度的系统出发，其中，所述电化学存储器配置有至少一个与所述电化学存储器热连接的热交换器，所述热交换器具有至少一个用于冷却流体的流体通道，所述技术问题由此解决，即

a)按照本发明的第一种有利的实施变型方案，热交换器具有电运行或者说电气地运行的加热装置，所述加热装置具有至少一个电的加热电阻，或者

b)按照本发明的第二种有利的实施变型方案，热交换器本身构造为电运行的加热装置的电的加热电阻。

这两种备选的措施相对于现有技术所具有的优点在于，电化学存储器的加热不是间接地通过在热交换器之外加热的温度调节流体，而是借助布置或者构造在热交换器自身上的加热装置实现，从而在加热的情况下比传统的方式更高效地将热能传递至待加热的电化学存储器。

依此关于本发明的结合实际的第一实施变型方案规定，至少一个加热电阻由形式为加热丝、加热螺旋管、加热带或者类似更多形式的加热导体构成。

在本发明的第一实施变型方案的改进方案中还规定，至少一个加热电阻布置在热交换器的容纳凹处中。由此，如果热交换器例如提前地、即在其最终装配之前装上至少一个加热电阻并且与所述至少一个加热电阻构成装配单元，则所述至少一个加热电阻受到防止外界影响、尤其是防止损坏的保护地布置。

为了使关于所述第一实施变型方案的制造耗费和装配耗费最小化，至少一个加热电阻构造为热交换器的一体化或者说集成式的组成部分。因此所述至少一个加热电阻可以作为嵌入件浇铸到由塑料制成的热交换器的材料中、粘在热交换器上或喷涂在所述热交换器上。

对热交换器本身而言，所述热交换器可以优选由金属或者由至少导热的塑料构成。

为了确保温度调节系统(Temperierungs-System)的冷却系统部分和加热系统部分之间的电绝缘，优选规定，热交换器和/或加热电阻电绝缘地设计和/或冷却流体本身不导电地设计。

为了确保从电化学存储器到热交换器和相反地从热交换器到电化学存储器的大面积的并且由此高效的热传递，所述热交换器优选由扁管构成。扁管在此理解为分别具有两个对置地布置的宽侧和窄侧的管，其中，所述扁管进一步优选通过宽侧与电化学存储器热连接。

如本发明进一步规定的那样，热交换器的至少一个流体通道集成或者能够集成入交通工具内部的和/或交通工具外部的冷却装置的冷却流体循环中。所述交通工具内部的冷却装置因此提供了交通工具的传统的冷却流体循环，所述冷却流体循环尤其用于对产生驱动热量或者其它热量的装置进行冷却和/或用于对交通工具客舱的内部进行冷却。交通工具外部的冷却装置与此相对地理解为如下冷却装置，所述冷却装置例如是交通工具外部的用于电运行的交通工具的牵引用蓄电池的充电装置的组成部分并且与热交换器相结合地提供了相应的冷却流体循环。

冷却流体循环为此可以具有形式为冷却剂或者制冷剂的冷却流体。“冷却剂”优选理解为用于传输热量的液体的物质或者混合物(例如水、水-乙二醇混合物等)、然而备选地也理解为气态的物质或者混合物(例如空气)，其中，冷却剂只能够在冷却循环中沿着温度梯度向温度更低的位置运输焓。与此不同的是，制冷剂(例如CO₂、R1234yf等)能够在制冷循环中逆着温度梯度运输焓，从而允许环境温度比待冷却的电化学存储器的温度更高。

本发明还涉及一种具有前述类型的温度调节系统的交通工具。

附图说明

以下根据在附图中示意性示出的实施例详细阐述本发明。然而本发明并不局限于所述实施例，而是包括所有通过权利要求定义的设计方案。在附图中：

图1极为示意性地示出了交通工具，所述交通工具具有按照本发明地构造的用于调节布置在所述交通工具中的电化学存储器的温度的系统；

图2极为示意性地示出了按照本发明的温度调节系统的第一实施变型方案的第一实施方式；

图3极为示意性地示出了按照本发明的温度调节系统的第一实施变型方案的第二实施方式；并且

图4极为示意性地示出了按照本发明的温度调节系统的第二实施变型方案。

具体实施方式

图1首先示出了交通工具1、在此为轿车，所述交通工具具有电动机2作为驱动马达并且具有构成牵引用蓄电池或者高压电池的电化学存储器3。因此按照这个实施例涉及的是纯电地运行的交通工具1。通过本发明尤其也包括所谓的混合动力交通工具，所述混合动力交通工具除了一个或者多个电动机2之外也具有内燃机(未图示地示出)。电化学存储器3具有壳体4，在所述壳体中优选布置有两个或者更多个相互电联接的存储器模块3a，所述存储器模块本身优选由多个电联接的电化学的存储器单元(Speicherzelle)3b构成(参见图2-4)。

如已经在开篇所阐述的，这种电化学存储器3或者电池或者蓄电池的效率是温度相关的并且在温度较低时强烈降低。此外可以确定的是，在交通工具1的行驶运行中以及在这种电化学存储器3的充电阶段中，由于导引电流的构件中的电损耗功率使热量进入电化学存储器系统中，所述热量可能导致电化学存储器3或者其存储器单元3b的高的热负荷。众所周知，在高电池温度下运行电化学存储器3会导致存储器单元3b的加速老化，随之形成的是电化学存储器3的缩短的使用寿命。这些情况要求对电化学存储器3采取温度调节措施，以便避免所述电化学存储器损坏并且实现所述电化学存储器的较长的使用寿命，以及安全地运行借助电动机2驱动的交通工具1并且能够将所述交通工具实现为量产交通工具。关于此普遍已知的是，为所述蓄电存储系统3配置温度调节系统5，其中，“温度调节”根据需要既理解为对电化学存储器3或者所述电化学存储器的电气的和电子的组成部分的冷却也理解为对电化学存储器3或者所述电化学存储器的电气的和电子的组成部分的加热。

以下实施例适于对电化学存储器3(电池/蓄电池)的多个单独的存储器模块3a的直接的温度调节。备选地或者结合该措施也可以使每个单独的存储器单元3b得到直接的温度调节和/或使整体的电化学存储器3或者其壳体4得到直接的温度调节，所述壳体与此相应地被共同包括在本发明内(未图示地示出)。

本发明的第一实施变型方案的第一实施方式(参见图2)：

在此范围内，图2示出了本发明的第一实施变型方案的具有电化学存储器3的存储器模块3a的第一实施方式，所述电化学存储器配置有与电化学存储器热连接的热交换器6。所述热交换器6由扁管构成，所述扁管具有两个分别对置地布置的宽侧和窄侧。热交换器6如在此所示的那样优选通过所述热交换器的其中一个宽侧与存储器模块3a的容纳存储器单元3b的模块壳体7的下侧在中间安设有本身已知的导热膏8、导热薄膜或者导热垫的情况下热连接。热交换器6自然也可以直接与模块壳体7热连接(未图示地示出)。

构造为扁管的热交换器6例如由连续铸造型材或者拉挤型材(Pultrusionsprofil)构成。所述热交换器优选由金属、例如由铝或者铝合金构成，或者由至少导热的塑料构成，其中，在这种情况下优选在塑料基体中嵌入不导电但是导热的添加物、例如陶瓷粉末。

结合未图示地示出的、布置在热交换器6的端侧的封闭罩构成了用于冷却流体10的回纹形的流体通道9，所述流体通道具有流体入流管9a和流体回流管9b。

流体通道9集成入或者能够借助阀集成入本身已知的并且传统上原本就存在的交通工具内部的冷却装置的未图示地示出的冷却流体循环中。备选地或者与前述措施结合地，所述流体通道9能够集成入交通工具外部的冷却装置的冷却流体循环中，所述冷却装置例如是用于交通工具1的电化学存储器3的外部的充电装置的组成部分(未图示地示出)。

相关的冷却流体循环可以具有形式为冷却剂或者制冷剂的冷却流体10。“冷却剂”优选理解为用于运输热量的液体的物质或者混合物(例如水、水-乙二醇混合物等)，然而备选地也理解为气态的物质或者混合物(例如空气)，其中，冷却剂只能够在冷却循环中沿着温度梯度向温度更低的位置运输焓。与此不同的是，制冷剂(例如CO₂、R1234yf等)能够在制冷循环中逆着温度梯度做到这一点，从而允许环境温度比待冷却的电化学存储器3或者所述电化学存储器的组成部分、例如在此所述的存储器模块3a连同固持在其中的电化学存储器单元3b的温度更高。

例如从图2还能看出的是，热交换器6具有电运行的加热装置11，所述加热装置具有电的加热电阻12。所述加热电阻12按照该实施例由形式为加热丝的加热导体构成。所述加热导体备选地也可以由加热螺旋管、加热带或者类似装置构成(未图示地示出)。

加热电阻12布置在构造为扁管的热交换器6的制备好的容纳凹处13内。即通过热交换器6提前保持用于加热电阻12的必要结构空间。加热电阻12具有包覆所述加热电阻的电绝缘结构14，所述电绝缘结构例如通过由陶瓷或者耐热的塑料制成的绝缘体构成。加热电阻12优选这样设计尺寸并且布置在容纳凹处13中，使得所述加热电阻在此在中间安设有所述导热膏8的情况下与存储器模块3a热接触。

为了避免热能传递至热交换器6处或者传递至布置在所述热交换器中的冷却流体10处，可以在本发明的改进方案中在加热电阻12和热交换器6之间布置未图示地示出的绝热结构。

然而与此相对地也可以有意地对热交换器6连同冷却流体10进行加热，以便实现将热量大面积地、均匀地引入待加热的存储器模块3a中。在这种情况下，加热电阻12和热交换器6之间的所述绝热结构是不必要的。

本发明的第一实施变型方案的第二实施方式(参见图3)：

图3示出了本发明的第一实施变型方案的第二实施方式，其中，功能相同的部件以与之前附图中相同的附图标记标注，因此对所述部件的阐述也可以参照之前针对本发明的第一实施变型方案的第一实施方式的描述。

本发明的第一实施变型方案的该第二实施方式与第一实施方式的区别在于，加热电阻12不是热交换器6的加装件，而是所述热交换器的一体化的组成部分。因此所述加热电阻能够如在此显示的那样作为嵌入件浇铸到尤其由塑料制成的热交换器6的材料中。对于本领域技术人员不言而喻的是，选择相应更耐热的但是导热性好的塑料来构造热交换器6。在这种情况下，将导热的添加物、例如陶瓷粉末嵌入所述热交换器6的塑料基体中。备选地可以将所述加热电阻12、例如形式为需要最小化的结构空间的加热带粘接在由塑料或者金属制成的热交换器6上或者喷涂在所述热交换器上(未图示地示出)。

为了使得加热电阻12电绝缘，热交换器6按照一种实施方案由不导电的材料、尤其是塑料制成。按照另一种实施方案，加热电阻12可以具有例如由电绝缘的陶瓷或者塑料制成的绝缘的包覆结构(未图示地示出)。

因此热量间接地经由热交换器6输入存储器模块3a中，所述热交换器在此在中间安设有所述导热膏8的情况下大面积地与存储器模块3a热接触。

本发明的第二实施变型方案(参见图4)：

图4示出了本发明的第二实施变型方案，其中，功能相同的部件以与之前附图中相同的附图标记标注，因此对所述部件的阐述也可以参照之前针对本发明的第一实施变型方案的第一和第二实施方式的描述。

本发明的该第二实施变型方案与前述第一实施变型方案的实施方式的区别在于，热交换器6本身构成电运行的加热装置11的电的加热电阻12'。所述热交换器6为此由金属构成或者由导电并且导热的塑料构成，其中，在这种情况下，在其塑料基体中嵌入导电的添加物、例如金属粉末和/或石墨粉末、必要时包括导热的添加物、例如陶瓷粉末。

因此热量经由构造为加热电阻12'的热交换器6输入存储器模块3a中，所述热交换器在此在中间安设有所述导热膏8的情况下大面积地与存储器模块3a热接触。

为了在此使得构造为加热电阻12'的热交换器6电绝缘，一方面规定，流体通道9的内周面具有绝缘的涂层和/或使用不导电的冷却流体10。另一方面规定，热交换器6相对于存储器模块3a的模块壳体7电绝缘地构造、尤其是具有例如由电绝缘的耐热塑料制成的电绝缘的涂层。

本发明的作用原理如下：

在基于通过传感器确定的增高的升温而应当冷却相关的存储器模块3a的情况下，激活冷却功能，方式是冷却流体10流过热交换器6的流体通道9并且因此吸收和运走存储器模块3a的所述热量。

如果与此相对地通过传感器确定，存储器模块3a的测量到的温度低于确定的值，则在冷却功能被去激活的情况下激活加热功能，方式是在相关的加热电阻12、12'上施加电压。

附图标记清单

1 交通工具

2 电动机

3 电化学存储器

3a 存储器模块

3b 存储器单元

4 壳体

5 温度调节系统

6 热交换器

7 模块壳体

8 导热膏

9 流体通道

9a 流体入流管

9b 流体回流管

10 冷却流体

11 加热装置

12 加热电阻

12' 加热电阻

13 容纳凹处

14 绝缘结构

Claims (10)

1.一种用于调节布置在交通工具(1)中的电化学存储器(3)的温度的系统(5)，其中，所述电化学存储器(3)配置有至少一个与所述电化学存储器热连接的热交换器(6)，所述热交换器具有至少一个用于冷却流体(10)的流体通道(9)，其特征在于，

a)所述热交换器(6)具有电运行的加热装置(11)，所述加热装置具有至少一个加热电阻(12)，或者

b)所述热交换器(6)本身构造为电运行的加热装置(11)的加热电阻(12')。

2.根据权利要求1所述的温度调节系统(5)，其特征在于，关于特征a)，所述至少一个加热电阻(12)通过形式为加热丝、加热螺旋管、加热带或者类似更多形式的加热导体构成。

3.根据权利要求1或2所述的温度调节系统(5)，其特征在于，关于特征a)，所述至少一个加热电阻(12)布置在热交换器(6)的容纳凹处(13)中。

4.根据权利要求1或2所述的温度调节系统(5)，其特征在于，关于特征a)，所述至少一个加热电阻(12)是热交换器(6)的一体化的组成部分。

5.根据前述权利要求之一所述的温度调节系统(5)，其特征在于，所述热交换器(6)由金属或者至少导热的塑料构成。

6.根据前述权利要求之一所述的温度调节系统(5)，其特征在于，所述热交换器(6)和/或加热电阻(12、12')电绝缘地设计和/或冷却流体(10)本身不导电地设计。

7.根据前述权利要求之一所述的温度调节系统(5)，其特征在于，所述热交换器(6)由扁管构成。

8.根据前述权利要求之一所述的温度调节系统(5)，其特征在于，所述热交换器(6)的至少一个流体通道(9)集成入或者能够集成入交通工具内部和/或交通工具外部的冷却装置的冷却流体循环中。

9.根据权利要求8所述的温度调节系统(5)，其特征在于，所述冷却流体循环具有形式为冷却剂或者制冷剂的冷却流体(10)。

10.一种交通工具(1)，所述交通工具具有根据前述权利要求之一所述的温度调节系统(5)。

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