CN112041629B - 电池冷却器 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种热交换器(26)、特别是一种电池冷却器，其包括：管(10)，该管具有管端部部分(12)，该管端部部分(12)位于管(10)的开口端部上并且相对于管(10)的进一步远离管端部部分(12)的未扩宽部分至少部分地扩宽；头部(14)，该头部具有开口(15)和径向外壁(17)，其中，管(10)的未扩宽部分穿过开口(15)插入；密封件(16)，该密封件被头部(14)接纳，以压缩在管(10)与头部(14)的径向外壁(17)之间；以及储罐部件(18)，该储罐部件通过头部(14)连接至管端部部分(12)。根据本申请，密封件是O形环。另外，本申请涉及用于组装这种热交换器的方法。

Description

电池冷却器
技术领域
在汽车工业中，当前的普遍趋势是电动汽车，这导致在诸如电动汽车之类的车辆的电气系统中，普遍趋势是高容量电池、高功率输出和高电流。在其他技术领域中可以观察到类似的趋势，在这些技术领域中，需要在尺寸受限的系统内增加所提供的电功率。这种趋势尤其会使电池及其周围环境所散发的热能增加。因此，有必要对电动汽车的电池或在类似环境中的电池进行冷却。
背景技术
为了冷却电动汽车或类似装置的一个或多个电池，电池冷却器在该技术领域中是众所周知的。
在于2018年5月29日提交的德国专利申请DE 10 2018 208 473.4(韩国大田市306-230大德区新日西路95号HANON SYSTEMS)中公开了本公开可以应用的有利的电池冷却器的示例。
DE 10 2018 208 473.4中涉及以下内容的描述通过参引在每种情况下并入本文中：热交换器(在本文中称为“电池冷却器”)的使用；冷却元件或冷却通道(在本文中称为“管”)的形状、尺寸、材料、涂层和生产；分配器(在本文中称为“储罐部件”)的形状、尺寸、材料、涂层和生产；分配器底座(在本文中称为“头部”)的形状、尺寸、材料、涂层和生产；以及密封件(在本文中称为“密封件”)的形状、尺寸、材料、涂层和生产。
本发明涉及电池冷却器，比如说例如在DE 10 2018 208 473.4中描述的电池冷却器，该电池冷却器利用了插入电池单元之间的大大扩宽的管，该管进入到储罐部件中，该储罐部件又连接至管，以便将冷却液输送至管。这种电池冷却器的当前设计要求在一方面的储罐部件与另一方面的管之间形成相当复杂且费力的连接。根据本发明的第一方面，目的是简化储罐部件与管的连接。根据本发明的第二方面，目的是提供一种与先前设计相比更具成本效益的解决方案。根据本发明的第三方面，管与储罐部件之间的连接意在允许借助于在组装之前、特别是在建立管与储罐部件之间的连接之前已施加至管的涂层来使管绝缘、特别是使管电绝缘。本发明的第四方面在于提供关于在DE 10 2018 208 473.4中描述的设计以及组装方法的替代性设计及组装方法。
发明内容
技术方案
本发明由独立权利要求限定，并且从属权利要求涉及优选的其他特征。
根据本公开，在组装过程中，管和储罐部件被机械地组装，而无需进行钎焊或焊接。首先，所述方法在电池冷却器的生产期间更容易执行。其次，在实际的组装步骤中不需要进行任何钎焊或焊接的机械组装使得可以用可能对温度敏感的(电或其他)绝缘涂层来涂覆管。换句话说：根据本公开的机械组装允许管设置有任何涂层或由任何材料制成，这些材料可能被高温、比如在钎焊或焊接时发生的高温所破坏或损坏。
根据本发明，管和储罐部件的组装包括提供管的步骤、将头部放置在管上的步骤以及将密封件放置在管上的步骤。
密封件和头部放置在管上，使得管的(自由)端部、即要经由密封件以及头部连接至储罐部件的端部能够用于组装方法的下一步骤。尽管密封件和头部可以经由待连接至储罐部件的端部放置在管上，但是当然也可以在可用的情况下经由管的相反的端部将密封件和头部放置在管上。
根据本公开，管的待连接至储罐部件的端部被放置在在一侧上的密封件和头部与在另一侧上的储罐部件(随后)之间。
在进一步步骤中，将待连接至储罐部件的管端部部分扩宽。这可以通过使用打孔刀或类似物体来实现，以扩宽相关的管端部。管端部可以在管的整个周缘上扩宽，但是也可以仅部分地扩宽管端部。在整个周缘上扩宽管端部部分可以使管与储罐部件的连接更加可靠。
管的扩宽量可以在0.1mm至2.0mm之间，特别是在用于电动车辆的电池冷却器中，所述的管的扩宽量是优选的，因为其在一方面对管与储罐部件之间的连接提供了足够的稳定性。另一方面，扩宽并不是太大，使得管材料不会因扩宽而损坏，并且管与储罐部件之间的连接保持流体密封。
密封件在形状上可以是大致环形的，比如O形环或变形的O形环。也就是说，密封件在平面图中可以是环形、椭圆形、跑道形或变形的，并且在密封件的一部分的横截面图中，密封件可以是圆形、椭圆形或变形的。形状的变化是可能的。在平面图中，密封件可以是圆形、椭圆形或跑道形，或者甚至可以或多或少地遵循多边形、特别是矩形的轮廓。关于本公开，并且考虑到密封件可以抓住管和头部的方式，上述平面图将是沿着管的主要延伸部、即与管中心轴线平行且在将连接至储罐部件的端部上的视图。
密封件的尺寸可以允许未扩宽的管配装到密封件(圆形、椭圆形或跑道形)中。管可以紧紧地抓住密封件，或者管可以定形状成使得必须扩宽管以紧紧地抓住密封件。如上所述，如果密封件朝向管端部被充分扩宽的管端部移动，则管端部部分向外压紧密封件。
当管端部已被扩宽时，可以移除用于扩宽管的工具，并且可以将待紧固至管的储罐部件放置在管的扩宽的端部上。在此之前、在此之后或与此同时，密封件和头部可以朝向管端部移动，以与储罐部件接触。以这种方式，为了在管与储罐部件之间建立连接而在端部处相互作用的头部和储罐部件朝向彼此移动并最终彼此接触，从而使密封件被放置在头部与储罐部件之间以及头部与管之间。
当头部和储罐部件彼此接触时，管的扩宽的端部部分被头部或储罐部件或这两者包围，并且可能被其他元件、比如密封件包围。在该构型中，密封件在一方面的扩宽的管端部与另一方面的头部之间沿相对于管轴线的径向方向被压缩。此外，储罐部件与头部接触，并且头部和储罐部件被压接在一起。用于将储罐部件和头部压接在一起的可能的方法是起伏式压接或凸耳式压接。
由于将储罐部件和头部压接在一起，而扩宽的管端部被储罐部件和/或头部以及在头部和/或储罐部件与管之间的密封件包围，因此提供了管与储罐部件之间的紧密连接。
根据本公开的优选实施方式，至少部分地放置在扩宽的管端部上的储罐部件被设计成具有允许管邻接储罐部件的形状。例如，储罐部件可以包括用于接纳扩宽的管端部的凹部，该凹部可以具有内部台阶部、凸缘或类似的元件，或者具有用于邻接管的端部的形状。因此，确保了在管与储罐部件之间形成连接之后，管不会压入到储罐部件中。此外，这允许提供明确限定的端部位置，在该位置中，管端部被正确地插入到储罐部件中。在该位置中，可以执行储罐部件的压接和头部的压接，并且可以可靠地防止生产错误、不准确以及可能的结果是装置故障的风险。
此外，头部可以定形状并定尺寸成使得头部紧密地靠在未扩宽的管上并且能够沿管轴线移动。可以选择头部的形状和尺寸，以防止扩宽的管端部移动穿过头部。换句话说：头部的用于接纳管的开口可以定尺寸成过窄而使扩宽的管端部无法移动穿过开口，但允许未扩宽的管端部移动穿过开口。
这样可靠地防止了管与储罐部件分离。作为头部的所述设计和管的所述设计的补充或替代，还可以对应地设计密封件，使得密封件提供足够的力以牢固地保持储罐部件与管之间的连接。在这方面，密封件可以设计成使得密封件在管上施加径向压缩力，并且所述径向压缩力可以被选择成使得所述径向压缩力足够大以使扩宽的管在实际情况下不能被拉出在一方面的管与另一方面的储罐部件和/或头部之间的连接。
有益效果
所阐述的方法允许一方面的电池冷却器或类似装置的管与另一方面的储罐部件或另一端部或终端元件的相对具有成本效益、简单但却非常可靠的连接类型。此外，由于该方法是纯机械组装方法，而没有明显的热影响，因此可以在组装之前在管上提供涂层，从而可以以明显更有效的方式提供管上的涂层。
附图说明
在下文中，描述了在以下附图中示出的上述概念的示例。
图1示出了由管和储罐部件组成的完整的模块；
图2是用于图1的模块的待组装的元件的分解图；
图3示出了图2的元件中的一些元件，这些元件处于组装方法的步骤中；
图4示出了用于组装方法的进一步步骤的元件；
图5示出了用于对管端部进行扩宽的工具，该管端部连接至储罐部件；
图6还示出了图5中所示的工具，该工具扩宽了管的待连接至储罐部件的端部；
图7示出了在组装方法的进一步步骤中图2的元件；
图8是图7中所示的步骤中的元件的截面图；
图9示出了在组装方法的进一步步骤中图2的元件；
图10是图9中所示的步骤中的元件的截面图；
图11是图10的视图中的一部分的放大图；
图12示出了如图10中所示的管和储罐部件完全组装连接的方面。
具体实施方式
下面，图1至图12被更详细地描述，以作为本发明的以上描述中所解释的概念的示例或实施方式。注意，在图1至图12所示的实施方式和方法的整个描述中，相同的附图标记用于相同的元件。
图1示出了由管10和储罐部件18组成的模块26。储罐部件包括储罐开口24，用于冷却电池或其他装置的流体可以通过该储罐开口24供给到管10中。
图2是图1的模块26的分解图。从图2中清楚的是，管10具有管端部部分12，以便连接至储罐部件18。所述管端部部分12位于管10的开口端部处并且相对于管10的更下游、即远离开口端部的部分被扩宽。管10具有平坦结构并且包括多个单独的管部，在该示例中为十八个单独的管部，每个单独的管部在管端部部分12处具有单独的开口22，并且管部一体地形成以便形成管10。在本实施方式中，管部定尺寸成使得管部具有大致正方形横截面。尽管并非总是能够从管10的外部确定管10的接合外壁内的管部的数量，但是本公开可以用于许多不同类型的管10。特别地，如本发明中那样，包括多个彼此相对布置的管部并且每个管部是单独的管的扁平结构是优选的结构，因为这使得大量的冷却剂能够沿着要被冷却的电池而引导，因此允许在待冷却的元件、例如电池与冷却介质之间进行非常有效的热传递。但是，当然可以在管10中使用更多或更少的管部。也可以使管部具有其他形状和尺寸，并且本公开也适用于单个管，即外壁是管的唯一壁的管，而在管内部或外壁内部没有形成多个管部。
图2还示出了头部14，该头部14包括与头部14成一体的头部压接部分20。头部14的尺寸使得管10的一部分、特别是管10的未扩宽部分被允许穿过头部14的开口15并在开口15周围接纳密封件16，该密封件16意在围绕管10并且被头部14的径向外壁17包围，使得密封件16被压缩在管10与径向外壁17之间。下面将更详细地描述并在以下附图中的一些附图中示出被头部14的外壁17包围的密封件16以及被密封件16包围并位于头部14的开口15中的管10。
此外，图2示出了意在被压接至头部压接部分20的储罐部件18。为此目的，储罐部件18具有储罐压接部分21，该储罐压接部分21被设计成、即定尺寸且定形状成使得该储罐压接部分21与头部压接部分20相互作用，从而进入到互锁连接中。在本申请的附图中所示的实施方式表示在头部与储罐部件18之间的起伏式压接连接。
图3示出了图1中所示的模块的组装步骤。在该步骤中，头部14被放置在管10上，使得头部14围绕管10并且远离管10的意在连接至储罐部件18的开口端部移动，以便使管10的所述端部能够接近以用于进一步的方法步骤。密封件16也被放置在管10上，使得密封件16围绕管10并且被头部14接纳。结果，密封件16在相对于管轴线的径向方向上被放置在管10与头部14、更确切地说是头部14的外壁17之间。图3示出了头部14、密封件16以及管10、头部14和密封件16的部分组装结构。图3还示出了管10的管部的管开口22，并且从图3中清楚的是，当密封件16和头部14被放置在管10上时，管的意在连接至储罐部件18的端部尚未被扩宽，而是具有与管10的其余部分近似相同的直径。管的端部的所述直径定尺寸成使得头部14、特别是开口15以及密封件16能够从管的自由端部以合适的方式接纳并包围管10。
图4示出了工具28、例如打孔刀，其可以用于扩宽管10的意在连接至储罐部件18的端部，并且在该过程中形成扩宽的管端部部分12。从图4中清楚的是，工具28包括多个突出部30，所述多个突出部30可以在管10的自由端部处引入到管开口22中。在本申请的附图中所示的实施方式中，管10包括十八个管部。因此，工具28包括十八个突出部30，突出部30中的每个突出部具有这样的尺寸并且被布置成使得每个突出部30被压入到管的开口22中的一个开口中，使得开口22中的每个开口接纳突出部30并且被径向扩宽，从而在密封件16和头部14已经被推过管10的自由端部之后形成扩宽的管端部部分12。
因此，图4还示出了扩宽的管端部部分12，即管10的待连接至储罐部件18的部分。
图5是工具28及其突出部30的另一视图。从图5中清楚的是，突出部具有渐缩的结构，其中，突出部13的待插入到管10的开口22中的自由端部的直径小于突出部30的使突出部30附接至工具28的公共基部的端部的直径。
在图5所示的结构中，突出部30以逐步的方式渐缩。也就是说，存在第一渐缩部或第一扩宽部或第一截锥部，其开始具有较小的直径(小于开口22的直径)，并且最终具有例如可以与管10中的对应开口22相同的直径或相似的直径。所述截锥部有利于将突出部30插入到管10的开口22中。进一步远离突出部30的自由端部，可能具有在突出部30进一步插入到管10中的情况下用于扩宽管开口22和管10的端部的第二渐缩部或第二扩宽部。进一步远离突出部30的自由端部，突出部可以是柱形的、即不渐缩或变宽，从而形成沿管轴线具有相同直径的扩宽的管端部部分12。
特别是对于用于冷却例如用于电动汽车的汽车电池的管10的结构而言，可以对管10、特别是对扩宽的管端部部分12进行扩宽高达0.1mm至2.0mm之间的量。
图6示出了工具28和突出部30，当工具28和突出部30插入到管10的自由端部中时，开口22中的每个开口接纳工具28的突出部30中的一个突出部。以这种方式，形成扩宽的管端部部分12。扩宽的管端部部分12通过管10的(管部的)塑性变形而形成。
从图6中进一步清楚的是，管10是多层管。管基部34由第一材料制成，并且管基部34可以用作设置在管10的外壁上的涂层32的基体。涂层32例如可以是绝缘涂层、例如在管10用于冷却电池的情况下特别有用的电绝缘涂层，在管10连接至储罐部件18或其他装置之前，该涂层已经设置在管10上。由于根据本发明的方法不需要自然地与高温相关联并且可能损坏甚至破坏涂层的任何钎焊或焊接步骤，因此可以在提供管10与储罐部件18之间的连接之前，将热敏涂层32施加至管10的基体34。这使得可以显著减少用于提供带涂层的电池冷却器或连接至储罐部件18的另一管的费用。换句话说：本发明使得可以以相对较低的成本提供具有带涂层的管的模块。
图7示出了根据本公开的组装方法的进一步步骤。管10设置有密封件16和头部14，并且扩宽的管端部部分12已经借助于例如在图5和图6中所示并且如上所述的工具28形成。
在工具28已经被移除之后，管10的端部部分12保持其扩宽的设计。换句话说：扩宽的管端部部分12通过管10的(管部的)塑性变形而形成，并且在移除工具28之后不会恢复到其原始尺寸。在工具28已经从管10的端部部分12移除之后，储罐部件18至少部分地放置在扩宽的管端部部分12上。储罐部件18至少部分地接纳扩宽的管端部部分12，使得储罐部件18的内部允许储罐开口24与管10的(管部的)开口22处于流体连接中。
图8是图7的结构的截面图。从图8中清楚的是，扩宽的管端部部分12部分地接纳在储罐部件18中并且邻接储罐部件18的内部台阶部36(该内部台阶部36将在下面更详细地描述)。当储罐部件18与管10的端部邻接时，头部14和密封件16可以朝向储罐部件移动，以便与储罐部件18接触并压接至储罐部件18。
图9示出了在如图1中所示的组装状态下的管10、包括密封件16的头部14和储罐部件18的结构。从图9中清楚的是，头部压接部分20和储罐压接部分21形成起伏式压接连接，并因此形成互锁连接。作为起伏式压接连接的替代方案或补充，凸耳式压接结构对于本公开而言也是可能的。通过将头部14压接至储罐部件18，实现了紧密连接，在本技术领域中对于流体密封性的要求的含义内，该紧密连接是至少流体密封的。
图10是头部14和储罐部件18的组装结构的横截面图。从图10中清楚的是，储罐压接部分21和头部压接部分20并排放置，使得可以将头部压接部分20压接至储罐压接部分21。结果，头部14紧密地连接至储罐部件18。图10示出了外部台阶部38，当头部14和储罐部件18处于组装结构中时，该外部台阶部38为头部压接部分20提供互锁连接，其形成为起伏式压接连接。换句话说：头部压接部分20不仅压接至储罐压接部分21，而且还借助于外部台阶部38和头部压接部分20提供互锁连接。
在储罐部件18的内部具有内部台阶部36，上面已经提到了该台阶部，其与管10的待接纳在储罐部件18中的端部的邻接有关。此外，从图10中清楚的是，密封件16夹持在一方面的头部14的外壁17与另一方面的扩宽的管端部部分12之间。密封件16还被夹持在头部14的轴向端部处的壁与储罐部件18之间。以这种方式，在管10与储罐部件18之间提供了紧密且牢固的连接。
图11是处于组装结构的模块的进一步放大图。扩宽的管端部部分12被示出并且相对于头部14的径向外壁17压缩了密封件16。密封件16被示出成使得密封件16与扩宽的管端部部分12交叠。在组装状态下，密封件16变形成使得密封件16配装在扩宽的管端部部分12与径向外壁17之间以及头部14的轴向外壁与储罐部件18之间。从图11中清楚的是，管10包括管基部34，在使管10变形以形成扩宽的管端部部分12之前并且在管10借助于头部14和密封件16连接至储罐部件18之前，在该管基部34上形成涂层32。
图12是图9至图11中的结构的另一截面图。在图12中，“DT”表示管10在扩宽的管端部部分12中的外径。“DH”表示头部14的开口15的直径，管10通过该开口15被引导到储罐部件18的内部中。
显然，管10的外径DT大于开口15的直径DH，从而形成互锁连接，由此，管10不能从头部14中拉出。内部台阶部36确保管10不能被进一步推入到储罐部件18中，并且通过外部台阶部38、头部压接部分20、储罐压接部分21以及密封件16的在一方面的头部14的轴向端部处的壁与另一方面的储罐部件18之间的恢复力对一方面的储罐部件18和另一方面的头部14的相对位置进行固定。
本申请的附图表现了管和储罐部件的模块以及用于对管和储罐部件进行机械组装的方法的特别优选的实施方式，该模块或方法使得无需任何钎焊或焊接步骤即可连接管和储罐部件。本公开提供了具成本效益且可靠的生产方法，并且同时允许在组装方法结束之前将热敏材料、特别是涂层施加至管10或模块的其他元件，从而提高了可靠性并降低了成本。
工业适用性
本发明提供了用于冷却电动汽车的电池或类似环境的电池冷却器。

Claims (12)

1.一种热交换器(26)，所述热交换器(26)包括：管(10)，所述管(10)具有管端部部分(12)，所述管端部部分(12)位于所述管(10)的开口端部处并且相对于所述管的进一步远离所述管端部部分(12)的未扩宽部分至少部分地被扩宽，
头部(14)，所述头部(14)具有开口(15)和径向外壁(17)，其中，所述管(10)的所述未扩宽部分穿过所述开口(15)配装，
密封件(16)，所述密封件(16)被所述头部(14)接纳以压缩在所述管(10)与所述头部(14)的所述径向外壁(17)之间，以及
储罐部件(18)，所述储罐部件(18)经由所述头部(14)连接至所述管端部部分(12)，其中，所述密封件是O形环，
其中，所述储罐部件(18)包括用于邻接在扩宽的所述管端部部分(12)上的内部台阶部(36)或凸缘，使得防止所述管(10)被推入到所述储罐部件(18)中。
2.根据权利要求1所述的热交换器(26)，其中，所述密封件(16)在平面图中是变形的，使得所述密封件(16)具有椭圆形、跑道形或多边形形状。
3.根据权利要求1所述的热交换器(26)，其中，所述密封件(16)被构造成使得所述密封件(16)在所述头部(14)和所述储罐部件(18)被压接在一起时向所述管(10)施加径向压缩力，并且在所述头部(14)的轴向端部处的壁与所述储罐部件(18)之间施加弹性力。
4.根据权利要求1所述的热交换器(26)，其中，所述管(10)由多个管部组成，所述多个管部各自在所述管端部部分(12)处具有管开口(22)，其中，所述管部是并排的，其中，所述管部具有正方形横截面。
5.根据权利要求1所述的热交换器(26)，其中，所述管(10)是平坦的。
6.根据权利要求1所述的热交换器(26)，其中，所述头部(14)包括头部压接部分(20)，并且其中，所述储罐部件(18)具有储罐压接部分(21)，其中，所述储罐压接部分(21)与所述头部压接部分(20)相互作用以进入所述头部(14)与所述储罐部件(18)之间的互锁连接中。
7.根据权利要求1所述的热交换器(26)，其中，所述密封件(16)还压缩在所述储罐部件(18)与所述头部(14)之间。
8.根据权利要求1所述的热交换器(26)，其中，所述储罐部件(18)包括用于接纳扩宽的所述管端部部分(12)的凹部，在所述凹部中，所述管(10)邻接在所述储罐部件(18)上。
9.根据权利要求1所述的热交换器(26)，其中，用于邻接在扩宽的所述管端部部分(12)上的所述内部台阶部(36)或所述凸缘设置在用于接纳扩宽的所述管端部部分(12)的凹部内。
10.根据权利要求1所述的热交换器(26)，其中，所述头部(14)的所述开口(15)具有下述尺寸：所述尺寸使得所述开口(15)过窄而不能使扩宽的所述管端部部分(12)移动穿过所述开口(15)，但是允许所述管的所述未扩宽部分移动穿过所述开口(15)。
11.一种用于组装根据权利要求1至10中任一项所述的热交换器(26)的方法，所述方法包括以下步骤：
提供具有管端部部分(12)的管(10)，所述管端部部分(12)定位在所述管(10)的开口端部处；
将具有开口(15)和径向外壁(17)的头部(14)放置在所述管(10)上，使得所述管穿过所述头部(14)的所述开口配装；
将密封件(16)放置在所述管(10)上，使得所述密封件(16)被所述头部(14)接纳在所述管(10)与所述径向外壁(17)之间，所述密封件(16)是O形环；
将所述管端部部分(12)至少部分地扩宽；
将储罐部件(18)放置在扩宽的所述管端部部分(12)上，使得所述储罐部件(18)与所述头部(14)接触，其中，所述密封件(16)放置在所述头部(14)与所述储罐部件(18)之间，以及
将所述头部(14)和所述储罐部件(18)压接在一起，其中，扩宽的所述管端部部分(12)被所述储罐部件和/或被所述头部(14)包围。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述管端部部分(12)通过将打孔刀穿过所述管端部部分(12)插入并插入到所述管(10)中来进行扩宽。
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