CN112368875A - 用于耗散来自可再充电电化学能量存储器的布置的热的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于耗散来自可再充电电化学能量蓄积器的布置的热的装置。所述装置包括热管和热耦合元件。本发明还涉及可再充电电化学能量蓄积器的布置，所述布置包括所要求保护的装置。

Description

用于耗散来自可再充电电化学能量存储器的布置的热的装置
技术领域
本发明涉及一种用于耗散来自可再充电电化学能量存储器的布置的热的装置。所述装置包括热管和热耦入元件。本发明还涉及可再充电电化学能量存储器的布置，所述布置包括根据本发明的装置。
背景技术
在本发明的背景中，可再充电电化学能量存储器将被理解为意指伽伐尼二次电池单元（galvanic secondary cell）；这种伽伐尼二次电池单元在下文中也将被称为蓄电池或简称为电池。具体地，这种电池是锂离子电池或钠/氯化镍电池单元，也被称为ZEBRA（零排放电池研究活动）电池。能够彼此电连接的两个或更多个电池的布置也被称为电池组。在此，电连接能够串联或并联地实现。就此而言，所有电池都能够串联连接，或者所有电池都能够并联连接。如果电池组中存在足够数量的电池，则也可能将该数量的电池的子集的每一个串联连接，同时这些子集然后彼此并联连接，或者也可能将该数量的电池的子集每一个并联连接，同时这些子集然后彼此串联连接。
正如尤其用于驱动电驱动车辆那样，电池组的电池优选地被设计为呈大致圆柱形本体的形式，其高度至少与圆柱体的圆直径一样大。同样优选的是，电池组的所有电池都具有相同的形式。为了节省空间，即提供紧凑的电池组，换言之具有紧凑设计的电池组，电池组的电池在空间上彼此紧密邻近彼此地布置。就此而言，电池组中的两个电池之间的最小距离小于相邻圆柱体的圆直径的10％、常常小于5％，具体地至多3 mm，优选地在1.5 mm和0.5 mm之间，特别优选地大约0.75 mm。在此，电池优选地彼此平行地布置，使得它们的上圆形表面在每种情况下位于同一平面中，并且它们的下圆形表面在每种情况下位于同一平面中。此外，优选地为以下情况，电池组中的电池以类似于球体的简单立方堆积或类似于最致密六方堆积的方式布置。
在这种情况下，电池的电极通常布置成使得一个电极（通常为阳极）位于电池的圆形表面中的一者上以及位于电池的外壳表面的子区域上，所述子区域与该圆形表面直接相邻，其中，在此，电流能够例如通过焊接导线（也常常被称为引脚）被抽离。另一带相反电荷的电极（通常为阴极）然后位于电池的外壳表面的其余区域上，其中，电流能够在该处例如通过焊接导线被抽离。在此，两个带相反电荷的电极相对于彼此被适当地电绝缘。沿外壳的高度方向，位于外壳表面的其余区域上的电极的范围占据外壳表面的高度的至少50％，优选地至少60％，特别优选地至少70％。优选地，电池组的所有电池都具有其电极的相同极性和相同取向。
为了使电池组的电池相对于彼此保持处于期望的布置，这些电池通常布置在电池单元保持器中。
当给电池充电时，电能被转换成化学能，并且当使电池放电时，即当抽离电流时，化学能被转换成电能。应注意的是，在本发明的背景中，除非另有其他陈述，否则术语“流（current）”总是指电流（electrical current）。
在从一种形式的能量到另一种形式的能量的所有转换的情况下，出现能量损失。这种能量损失通常通过热辐射变得显著，热辐射自身相应地表现为温度上升。所述能量转换实现得越快，并且所生成的热能够被去除得越不佳，所述温度上升越大。
在电池组的情况下，具体地如果在非常短的时间内给电池组的电池充电或在非常短的时间内释放大量的电能，则生成大量的热。在此，术语“在非常短的时间内”将被理解为意指电池的充电或放电电流是在调节操作期间旨在给所述电池充电所用的电流的至少两倍大。由于电池组的紧凑设计，仅不佳地去除生成的热。电池组中固有的针对对流的自然能力或电池组中固有的针对热传导的自然能力对于该目的而言均不足。由于不良的热的去除所致的温度上升发生导致对电池的损坏，所述损坏能够导致电池中的一个或多个的功率降低、寿命缩短、直至出现故障。
具体地，在此，60℃及以上的温度是有害的。同样有害的是电池组内针对电池（具体地针对锂离子电池）的4K及更大的温度差。
此外，通常的情况是，电池组位于壳体中，一方面是为了保护电池组免受外部影响，例如天气影响或机械负荷，且另一方面例如是为了保护人员免于与电极接触且因此免于触电的危险。所述壳体使得所生成的热甚至更加难以被去除，因为其阻碍了对流和热传导。
已发现电池组的强制对流（例如，通过强制通风，具体地通过风扇）是不适宜的，原因在于这相应地不仅仅是抵消了电池组的紧凑设计的优点。
针对从电池组去除热的这些限制阻碍了这种电池组在完全或部分地由电流驱动的汽车中的使用。这种完全或部分地由电流驱动的汽车在下文中也将被称为电动汽车。电动汽车的成功引入需要提供高效的电池组，其允许电动汽车具有至少在很大程度上对应于仅由内燃发动机驱动的对应汽车的里程和加油速度的里程和充电速度。对于电动汽车的里程，这意味着其相当于仅由内燃发动机驱动的对应汽车的里程的至少30％、优选地相当于至少40％、特别优选地相当于至少50％。对于电动汽车的电池组的充电速度，这意味着其相当于至多30分钟、优选地相当于至多20分钟、特别优选地相当于至多15分钟。
在此，应陈述的是，关于仅由内燃发动机驱动的对应汽车的发动机功率，电动汽车今天已经至少是势均力敌了。
已发现电池组的强制对流（例如，通过强制通风，具体地通过风扇）是不适宜的，原因在于这相应地不仅仅是抵消了电池组的紧凑设计的优点。还已发现，在这种强制对流的情况下，进入的空气在各个电池之间的中间空间中涡旋，且因此不能够形成流动通道，而是相比之下，形成与进一步的空气供应相悖的背压。这进一步阻碍了电池组的冷却。
如果旨在通过相对风来冷却安装在电动汽车中的电池组，则也出现进入的空气在各个电池之间的中间空间中的涡旋的发生以及由此造成的上述后果的发生的问题。通过相对风对电池组的这种直接冷却将被理解为强制对流。
作为对该问题的解决方案，WO2010060856A1提出了在电池组的电池之间提供自由流动的温度控制液体以便控制电池组的温度。然后将热管引入这种温度控制液体中，以便使电池组中所生成的热向外耗散。然而，该解决方案具有以下缺点：如果具有设置有这种温度控制液体的电池组的电动汽车被卷入事故中，则温度控制液体能够逸出并造成损坏。而且，在这种布置的情况下，例如难以用具有已充电电池的电池组替换具有放电的电池的电池组，原因在于，首先，这种电池组是相对重的，且其次，在泄漏的情况下，温度控制液体可能逸出。
作为对该问题的解决方案，WO2017182156A1提出了提供例如由硅酮或丙烯酸树脂组成的导热垫（thermal pad），以便将热从电池组的一个或多个电池传递到热管，且然后将所述热从所述热管传递到壳体盖并从那里传递到周围环境。尽管这种解决方案防止了在具有设置有这种温度控制液体的电池组的汽车被卷入事故的情况下温度控制液体逸出并造成损坏的可能性，但是由于不存在这种温度控制液体，因此首先，在WO2017182156A1中提出的用于导热垫的材料的热导率非常低，这导致将热传递到热管和从热管传递热的低效率，且其次，在WO2017182156A1中提出的导热垫相对于热管的空间布置对于热到热管的有效传递或从热管有效传递热具有低的适合性。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种克服了现有技术的缺点的装置。
具体地，本发明的目的是提供一种装置，相比于通过电池组中固有的针对对流的自然能力和电池组中固有的针对热传导的自然能力的组合所可能实现的，该装置不仅使得可能从电池组更快地去除热，而且可能防止电池组内的温度差过大。
在此，优选地旨在能够免除强制对流，具体地通过风扇实现的强制对流。
此外，旨在免除温度控制液体。这是为了避免在具有设置有这种温度控制液体的电池组的电动汽车被卷入事故的情况下温度控制液体逸出并造成损坏的可能性。也旨在情况是很容易地可能用另一个电池组替换这种电池组，例如，用具有已充电电池的电池组替换具有已放电电池的电池组，而不必进行沉重的举升或者不使得温度控制液体可能由于泄漏而逸出。
具体地，旨在确保不能通过电池的充电或放电而将电池组的电池加热到60℃或更高的温度。
以这种方式，旨在防止对电池的损坏，该损坏能够导致电池中的一个或多个的功率降低、寿命缩短、直至出现故障。
这将使得能够提供高效的电池组，所述高效的电池组允许电动汽车具有至少在很大程度上对应于仅由内燃发动机驱动的对应汽车的里程和加油速度的里程和充电速度。
所述目的通过具有主权利要求的特征的装置来实现。优选的构型将在从属权利要求中找到。
具体地，所述目的通过热耗散插入件（下文中也被简短地称为插入件）来实现。
所述插入件包括热管和热耦入元件。插入件的热管在下文中也将被称为插入件热管。
插入件旨在适合于布置在电池组的两个或更多个电池之间的邻近（neighbourhood）中间空间中。
这两个或更多个电池的邻近中间空间在串联的电池的布置中由两个电池形成，同时在类似于球体的简单立方堆积的电池的布置中，该邻近中间空间由四个电池形成，并且在类似于球体的最致密六方堆积的电池的布置中，该邻近中间空间由三个电池形成。
热耦入元件是物理对象，具体地成形的本体，其能够将热从热源传递到热管，具体地将热引入热管中。
原则上，热管是本领域技术人员已知的。热管是热传递器件，其利用工作介质的蒸发热来容许高的热通量密度，也就是说，能够以小的横截面面积输送大量的热。尽管在用水作为工作介质的情况下，热管仅能够在有限的温度范围内（例如，对于由铜组成的热管而言在从0至250℃的范围内）使用，但是在所述范围内它们具有显著低于金属的热阻的热阻。因此，热管的行为与等温状态变化非常类似。近似恒定的温度在热管的长度上普遍存在。因此，对于相同的传递能力，在相同的使用条件下，比常规的热传递器件显著更轻的设计是可能的。热管包括呈管的形状的气密封装体积，并且在每种情况下，一端面向热源且一端面向散热器。管填充有工作介质，例如水或氨，该工作介质的一小部分在液体状态下占据体积，且该工作介质的相对大的部分在蒸汽状态下占据体积。当引入热时，工作介质开始蒸发，具体地在面向热源的一端处。以这种方式，压力在蒸汽空间中在液体表面上方局部增大，这导致热管内的小压力梯度。因此，所生成的蒸汽流至具有更低温度的位置，也就是说，流至面向散热器的一端，在该处蒸汽凝结。在所述位置处，温度通过释放凝结热而升高。先前吸收的潜热被释放到周围环境。通过毛细力，然后液态的工作介质再次返回引入热的位置。（来源：维基百科。）
为了清楚起见，应注意的是，在本发明的背景中，热管的工作介质不构成在电池组的电池之间自由流动的温度控制液体，如在本文件中在WO2010060856A1中所公开的技术方案的讨论中所提到的。
根据本发明的插入件不仅使得可能将不通过电池的充电或放电使电池组的电池被加热到60℃或以上的温度，而且还使得可能在电池组内不出现4K或更大的温度差。
以这种方式，能够防止对电池的损坏，该损坏能够导致电池中的一个或多个的功率降低、寿命缩短、直至出现故障。
此外，能够免除温度控制液体。这避免了在具有设置有这种温度控制液体的电池组的电动汽车被卷入事故的情况下温度控制液体逸出并造成损坏的可能性。情况也是，容易地可能用另一个电池组替换这种电池组，例如，用具有已充电电池的电池组替换具有已放电电池的电池组，原因在于这种电池组相比于具有温度控制液体的电池组更容易操纵且通常更轻（至少不比其更重），并且温度控制液体不可能由于泄漏而逸出。
此外，这实现了提供高效的电池组的目的，所述高效的电池组允许电动汽车具有至少在很大程度上对应于仅由内燃发动机驱动的对应汽车的里程和加油速度的里程和充电速度。
优选地，根据本发明的插入件的热耦入元件大致由导热材料组成，该导热材料具有为至少0.1 W/(m*K)、优选地为至少0.2 W/(m*K)、特别优选地为至少0.5 W/(m*K)、非常特别优选地为至少1 W/(m*K)、特别优选地为至少2 W/(m*K)的面内热导率。
特别优选地，根据本发明的插入件的热耦入元件大致由导热、电绝缘的热塑性成分组成，该热塑性成分具有为0.1至30 W/(m*K)、优选地为0.2至10 W/(m*K)、特别优选地为0.5至4 W/(m*K)或1至10 W/(m*K)、非常特别优选地为2至7 W/(m*K)的面内热导率。在此，所述导热、电绝缘的热塑性成分具有大于1010 ohm*m、优选地大于1012 ohm*m、特别优选地大于1013 ohm*m的体积电阻率。
在下文中，电绝缘被限定为体积电阻率大于1010 ohm*m、优选地大于1012 ohm*m、特别优选地大于1013 ohm*m。
在此，根据DIN IEC 60093（DIN IEC 60093:1993-12）来确定体积电阻率。
如果在本发明的背景中参考沿注塑成型方向的热导率（面内热导率），则在尺寸为80 mm x 80 mm x 2 mm的样本上根据ASTM E 1461（ASTM E 1461:2013）在23℃下确定所述热导率。
如果在本文件中在其中第一物理对象大致由第二物理对象组成的背景中参考术语“大致”，则这意味着所述第一物理对象由第二物理对象组成达到按重量计至少50％的程度、优选地达到按重量计至少65％的程度、特别优选地达到按重量计至少80%的程度、非常特别优选地达到按重量计至少95%的程度。关于根据本发明的插入件的热耦入元件，这意味着热耦入元件由导热、电绝缘的热塑性成分组成达到按重量计至少50%的程度、优选地达到按重量计至少65％的程度、特别优选地达到按重量计至少80%的程度、非常特别优选地达到按重量计至少95%的程度，其中该热塑性成分具有为0.1至30 W/(m*K)、优选地为0.2至10W/(m*K)、特别优选地为0.5至4 W/(m*K)或1至10 W/(m*K)、非常特别优选地为2至7 W/(m*K) 的面内热导率，并且具有大于1010 ohm*m、优选地大于1012 ohm*m、特别优选地大于1013ohm*m的体积电阻率。
在优选的替代方案1中，根据本发明的插入件的热耦入元件大致由导热的热塑性成分组成，该导热的热塑性成分具有为0.5至50 W/(m*K)、优选地为1至30 W/(m*K)、特别优选地为2至20 W/(m*K)、特别地为7至15 W/(m*K)的面内热导率。在这种情况下，导热的热塑性成分可具有为1010 ohm*m或更小的体积电阻率。
在优选的替代方案2中，根据本发明的插入件的热耦入元件大致由金属（具体地，铝、铜或铁）或者由金属合金（具体地，铝合金、铜合金或铁合金）组成。
如果选择替代方案1并且如果导热的热塑性成分具有为1010 ohm*m或更小的体积电阻率，或者如果选择替代方案2，则电池组的一个或多个电池（所述一个或多个电池在它/它们的电极中的至少一个的区域中与热耦入元件接触）有必要相对于热耦入元件具有电绝缘。所述电绝缘可例如通过用一种材料进行包封或涂覆来实现，其中该材料具有大于1010ohm*m、优选地大于1012 ohm*m、特别优选地大于1013 ohm*m的体积电阻率。
以这种方式，能够然后确保既不发生电短路，电池也不会不必要地放电。
优选地，插入件热管至少部分地被热耦入元件的导热的热塑性成分包围，特别优选地用热耦入元件的导热的热塑性成分封装。作为封装的结果，实现了插入件热管连接到热耦入元件的导热的热塑性成分，使得可能进行有效的热传递，原因在于由于封装，至少在插入件热管和热耦入元件的导热的热塑性成分之间的接触表面的部分中形成了材料粘接的连接。这相应地具有以下作用：在插入件热管和热耦入元件的导热的热塑性成分之间，不再存在阻碍有效热传递的中间空间。
特别优选地，插入件热管的外直径与壁厚度之比为从10:1至4:1，优选地为8:1至4:1，特别优选地为7:1至5:1。这确保了，在封装期间，插入件热管既不塌陷也不爆裂，也不以某种其他方式受损达到一程度使得阻碍了有效热耗散。这确保了，在封装之后，插入件热管的热耗散能力是未封装的热管（也就是说，在封装之前的热管）的热耗散能力的至少80％、优选地至少90％、特别优选地至少95％、特别地至少98％。
优选地，插入件热管比所述两个或更多个电池中的最长的一个更长，特别优选地，插入件热管比所述两个或更多个电池中的最长的一个长至少10％，非常特别优选地，插入件热管比所述两个或更多个电池中的最长的一个长至少20％。
优选地，插入件的形状适合于使得其适合于尽可能充分地占据电池组的两个或更多个直接相邻的电池之间的邻近中间空间，也就是说，达到至少65％的程度，优选地达到至少80％的程度，特别优选地达到至少90％的程度，非常特别优选地达到至少95％的程度。
优选地，热耦入元件的长度在此对应于所述至少两个电池中的最短的一个的长度的至少65％、优选地至少80％、特别优选地至少90％、非常特别优选地至少100％、特别地大于100％。
优选地，插入件热管沿着热耦入元件的长度被引入，在每种情况下相对于热耦入元件的长度引入达到至少80％的程度、优选地达到至少90％的程度、特别优选地达到95-99％的程度。
根据电池组中电池的布置，在串联的电池的布置中，插入件的横截面是由彼此恰好相对的等长度的两条互相平行的线以及由等尺寸的两个圆弧界定的表面，其中，在每种情况下相对的这些线的在每种情况下直接相邻的线端通过在每种情况下圆弧中的一个彼此连接，其中，两个圆弧均以凹入的方式布置。
根据类似于球体的简单立方堆积的电池组中的电池的布置，插入件的横截面是由各自彼此偏移90°的等长度的四条线以及由等尺寸的四个圆弧界定的表面，其中，在每种情况下相对于彼此偏移90°的线的在每种情况下直接相邻的线端通过在每种情况下圆弧中的一个彼此连接，其中，所有圆弧都是凹入的。
根据类似于球体的最致密六方堆积的电池组中的电池的布置，插入件的横截面是由各自彼此偏移120°的等长度的三条线以及由等尺寸的三个圆弧界定的表面，其中，在每种情况下相对于彼此偏移120°的线的在每种情况下直接相邻的线端通过在每种情况下圆弧中的一个彼此连接，其中，所有圆弧都是凹入的。
在电池组中的电池的其他布置中，插入件的横截面以类似于横截面的上述示例的方式形成。
优选地，插入件还具有热耦出元件。热耦出元件是物理对象，具体地是成形的本体，其能够耗散来自热管的热。因此，热耦出元件构成散热器。
优选地，在其背离热源的一端（即，背离所述两个或更多个电池的一端）处，插入件热管具有作为散热器的热耦出元件。插入件热管连接到所述散热器，例如通过将插入件热管的背离热源的那一端以准确配合的方式插入散热器的孔中，或者如果散热器大致由热塑性成分组成，则通过用散热器的热塑性成分来封装插入件热管的背离热源的那一端，使得能够有效地将热从插入件热管传递到散热器。然后，通过对流和热传导，特别是通过对流，将热从散热器释放到周围环境。散热器可被设计为例如呈冷却板或有肋本体的形式或以某种其他合适的方式设计。该散热器在下文中也将被称为电池组散热器。电池组散热器通常位于电池单元保持器的外部并且在包围电池组的壳体内。然而，电池组散热器也可位于壳体的外部。
所述电池组散热器优选地大致由导热的热塑性成分组成，该导热的热塑性成分具有为0.5至50 W/(m*K)、优选地为1至30 W/(m*K)、特别优选地为2至20 W/(m*K)、特别地为7至15 W/(m*K) 的面内热导率。在这种情况下，该导热的热塑性成分可具有1010 ohm*m或更小的体积电阻率。
作为替代方案，所述电池组散热器优选地大致由金属（具体地，铝、铜或铁）或者由金属合金（具体地，铝合金、铜合金或铁合金）组成。
作为另一替代方案，插入件热管的背离热源的那一端优选地自由地终止，具体地终止在电池单元保持器的外部，更具体地终止在包围电池组的壳体的外部，也就是说例如仅被空气包围。由于空间上更少约束的条件及因此更好的对流，插入件能够以这种方式有效地去除热。
因此，根据本发明的插入件的上述实施例使得可能不通过电池的充电或放电而使电池组的电池被加热到60℃或以上的温度。
以这种方式，能够防止对电池的损坏，该损坏能够导致电池中的一个或多个的功率降低、寿命缩短、直至出现故障。
此外，能够免除温度控制液体。这避免了在具有设置有这种温度控制液体的电池组的电动汽车被卷入事故的情况下温度控制液体逸出并造成损坏的可能性。情况还是，容易地可能用另一个电池组替换这种电池组，例如，用具有已充电电池的电池组替换具有已放电电池的电池组，原因在于这种电池组比具有温度控制液体的电池组更容易操纵且通常比其更轻，至少不比其更重，并且温度控制液体不可能由于泄漏而逸出。
此外，这实现了提供高效的电池组的目的，所述高效的电池组允许电动汽车具有至少在很大程度上对应于仅由内燃发动机驱动的对应汽车的里程和加油速度的里程和充电速度。
具体地，如果根据本发明的插入件被引入电池组的电池之间的邻近中间空间的50%或更多、优选地引入70%或更多、特别优选地引入90%或更多、非常特别优选地引入95%或更多，则根据本发明的插入件使得电池组的电池可能不通过电池的充电或放电被加热到60℃或以上的温度。
因此，本发明还涉及一种电池组，其中根据本发明的插入件被引入电池组的电池之间的邻近中间空间的50%或更多、优选地引入70%或更多、特别优选地引入90%或更多、非常特别优选地引入95%或更多、特别地引入100%。
在本发明的优选实施例中，如果存在电池组散热器，则该电池组散热器连接到至少两个插入件热管。因此，该电池组散热器构成了用于这至少两个插入件热管的公共散热器。优选地情况是，电池组的插入件热管的50％或更多、优选地70％或更多、特别优选地90％或更多、非常特别优选地95％或更多连接到用作散热器的同一电池组散热器。
作为替代方案，电池组的插入件热管可优选地连接到多个不同的电池组散热器，其中，插入件热管始终仅连接到一个电池组散热器，但是电池组散热器连接到至少一个插入件热管，优选地连接到两个或更多个插入件热管。
在本发明的一个具体实施例中，不论电池组散热器连接到一个插入件热管还是多个插入件热管，电池组散热器都连接到至少一个另外的热管，其中，该电池组散热器构成了用于该至少一个另外的热管的热源。该至少一个另外的热管在下文中也将被称为电池组散热器热管。电池组散热器和电池组散热器热管彼此连接，例如通过将电池组散热器热管的面向电池组散热器的那一端以准确配合的方式插入散热器的孔中，或者如果散热器大致由热塑性成分组成，则通过用散热器的热塑性成分来封装电池组散热器热管的面向电池组散热器的那一端，使得能够有效地将热从电池组散热器传递到电池组散热器热管，且因此能够有效地将热引入电池组散热器热管。
优选地，至少一个电池组散热器热管的背离电池组散热器的那一端连接到电热换能器，优选地连接到珀耳帖元件或热元件，特别优选地连接到珀耳帖元件。所述电热换能器作为散热器服务于所述至少一个电池组散热器热管，并将从所述至少一个电池组散热器热管传递到电热换能器的热转换成电流。该电流能够被用于多种多样的应用，例如用于加热或冷却气流，通过这样做来控制乘客内车厢的温度。
优选地，在每种情况下，一个电池组散热器热管在每种情况下连接到一个电热换能器。
原则上，珀耳帖元件或热元件是本领域技术人员已知的。
珀耳帖元件是电热换能器，其基于珀耳帖效应在电流通过的情况下生成温度差，或者在温度差的情况下生成电流的通过（塞贝克效应）。珀耳帖元件既可用于冷却，也可在电流方向被反向时用于加热。（来源：维基百科。）
珀耳帖元件具有所谓的“热端”和所谓的“冷端”。热端是珀耳帖元件上的在该位置处热被引入珀耳帖元件中的位置；冷端是珀耳帖元件上的在该位置处电流能够从珀耳帖元件被抽离的位置。
热元件是由不同材料组成的一对金属导体，该对金属导体在一端处连接。根据塞贝克效应，在由两个不同的电导体组成的电路中，在接触点之间存在温度差的情况下生成电压。根据欧姆定律，能够通过外部电路获得电流的流动。串联连接的多个热元件形成热电堆，该热电堆提供高出其数量的更高的电压。（来源：维基百科。）
在其中电热换能器是珀耳帖元件的优选情况下，至少一个电池组散热器热管经由螺钉或支架（bracket）连接例如以力配合的方式连接到珀耳帖元件的热端，其中，优选地，在至少一个电池组散热器热管的背离电池组散热器的那一端和珀耳帖元件之间引入导热膏。以这种方式，可能确保实现从电池组散热器热管到珀耳帖元件的有效热传递。
由于将热传递到珀耳帖元件的热端的至少一个电池组散热器热管的表面小于珀耳帖元件的热端的表面，因此优选地情况是，珀耳帖元件的热端设置有由铜、银或金或者由铜、银或金合金组成的导热层，以便确保更好地将热从所述至少一个电池组散热器热管传递到珀耳帖元件的热端。所述导热层可例如呈膜的形式或通过气相沉积施加。
为了防止至少一个电池组散热器热管向珀耳帖元件的热端传递多于能够从珀耳帖元件的所述热端流动的热，并因此防止珀耳帖元件的热端处出现过多的热量，另一散热器位于所述至少一个电池组散热器热管的面向珀耳帖元件的那一端处。所述散热器在下文中也将被称为热端散热器。因此，热端散热器能够防止在珀耳帖元件的热端处发生过热，具体地局部过热，过热的结果是能够损坏珀耳帖元件的部件。热端散热器通常将过多的热释放到周围环境。
珀耳帖元件的热端和热端散热器彼此连接，使得能够有效地将热从珀耳帖元件的热端传递到热端散热器。该连接可例如以与上文描述的在电池组散热器热管和珀耳帖元件的热端之间的方式类似的方式形成。
热端散热器优选地大致由导热的热塑性成分组成，该导热的热塑性成分具有为0.5至50 W/(m*K)、优选地为1至30 W/(m*K)、特别优选地为2至20 W/(m*K)、特别地为7至15W/(m*K) 的面内热导率。在这种情况下，该导热的热塑性成分可具有1010 ohm*m或更小的体积电阻率。
作为替代方案，所述热端散热器优选地大致由金属（具体地，铝、铜或铁）或者由金属合金（具体地，铝合金、铜合金或铁合金）组成。
热端散热器和所述至少一个电池组散热器热管彼此连接，使得能够有效地将热从所述至少一个电池组散热器热管传递到热端散热器，例如通过将电池组散热器热管的面向热端散热器的那一端以准确配合的方式插入热端散热器的孔中，或者如果热端散热器大致由热塑性成分组成，则通过用热端散热器的热塑性成分来封装电池组散热器热管的面向热端散热器的那一端。
如上文已经进一步提到的，为了使珀耳帖元件可能将热转换成电流，在珀耳帖元件的热端和珀耳帖元件的冷端之间的温度差是必要的。为了确保这一点，还优选地在珀耳帖元件的冷端处布置散热器。所述散热器在下文中也将被称为冷端散热器。
冷端散热器优选地大致由导热的热塑性成分组成，该导热的热塑性成分具有为0.5至50 W/(m*K)、优选地为1至30 W/(m*K)、特别优选地为2至20 W/(m*K)、特别地为7至15W/(m*K)的面内热导率。在这种情况下，该导热的热塑性成分可具有1010 ohm*m或更小的体积电阻率。
作为替代方案，所述冷端散热器优选地大致由金属（具体地，铝、铜或铁）或者由金属合金（具体地，铝合金、铜合金或铁合金）组成。
珀耳帖元件的冷端和冷端散热器彼此连接，使得能够有效地将热从珀耳帖元件的冷端传递到冷端散热器。该连接也可例如以与上文描述的在电池组散热器热管和珀耳帖元件的热端之间的方式类似的方式形成。
在本发明的替代性实施例中，不提供电池组散热器，并且不提供电池组散热器热管。代替地，插入件热管中的每个单独的插入件热管连接到热电换能器。
以对应的方式应用于所述电热换能器以及应用于插入件热管到电热换能器的连接是上文针对电热换能器、电池组散热器热管以及电热换能器到电池组散热器热管的连接所描述的优选实施例。
插入件的上述实施例以特殊的方式使得不仅可能不通过电池的充电或放电使电池组的电池被加热到60℃或以上的温度，而且还可能在电池组内不出现4K或更大的温度差。
因此，能够以特殊的方式防止对电池的损坏，该损坏能够导致电池中的一个或多个的功率降低、寿命缩短、直至出现故障。
此外，能够免除温度控制液体。这避免了在具有设置有这种温度控制液体的电池组的电动汽车被卷入事故的情况下温度控制液体逸出并造成损坏的可能性。情况还是，容易地可能用另一个电池组替换这种电池组，例如，用具有已充电电池的电池组替换具有已放电电池的电池组，原因在于这种电池组比具有温度控制液体的电池组更容易操纵且通常比其更轻，至少不比其更重，并且温度控制液体不可能由于泄漏而逸出。
此外，这实现了提供高效的电池组的目的，所述高效的电池组允许电动汽车具有至少在很大程度上对应于仅由内燃发动机驱动的对应汽车的里程和加油速度的里程和充电速度。
因此，本发明还涉及一种电动汽车，其具有根据本发明的至少一个插入件或根据本发明的电池组。
用于根据本发明使用的热塑性成分的合适的热塑性塑料是聚碳酸酯、聚苯乙烯、苯乙烯共聚物、芳族聚酯（诸如，聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET)、PET-环己烷二甲醇共聚物（PETG）、聚萘二甲酸乙二醇酯（PEN）、聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT））、环状聚烯烃、聚-或共聚丙烯酸酯和聚-或共聚甲基丙烯酸酯（诸如例如，聚-或共聚甲基丙烯酸甲酯（诸如，PMMA））、聚酰胺（优选地，聚酰胺6（PA6）和聚酰胺6.6（PA6.6））以及与苯乙烯的共聚物（诸如例如，透明的聚苯乙烯-丙烯腈（PSAN））、热塑性聚氨酯、基于环烯烃的聚合物（例如，TOPASCD，来自Ticona的商业产品）、或上文提到的聚合物的混合物、以及聚碳酸酯与烯烃共聚物或接枝聚合物的共混物（诸如例如，苯乙烯/丙烯腈共聚物）、以及上述聚合物中的可能的另外的一些聚合物。无论根据本发明使用的热塑性成分具有1010 ohm*m或更小的体积电阻率，还是具有大于1010 ohm*m的体积电阻率、优选地大于1012 ohm*m、特别优选地大于1013 ohm*m的体积电阻率，这都适用。
具体地，用于根据本发明使用的热塑性成分的合适的热塑性塑料是聚碳酸酯。
根据本发明，如果导热的热塑性成分具有1010 ohm*m或更小的体积电阻率，则其能够优选地选自WO 2015/135958 A1中所描述的那些导热的热塑性成分。
例如在WO2012/174574A2、WO2017/005735A1、WO2017/005738A1和WO2017005736A1中公开了同样可用于本发明的其他导热的热塑性成分，其中，在WO2017/005735A1中公开并根据本发明使用的导热的热塑性成分是特别合适的。
根据本发明，如果导热的热塑性成分将具有大于1010 ohm*m、优选地大于1012ohm*m、特别优选地大于1013 ohm*m的体积电阻率，则其能够优选地选自WO 2017/005736 A1中所描述的那些导热的热塑性成分或者选自WO 2017/005735 A1中所描述的那些导热的热塑性成分。
替代地，根据本发明，如果导热的热塑性成分将具有大于1010 ohm*m、优选地大于1012 ohm*m、特别优选地大于1013 ohm*m的体积电阻率，则其也能够优选地选自WO 2017/005738 A1中所描述的那些导热的热塑性成分。
因此，本发明涉及一种热塑性成分的使用，该热塑性成分具有至少为0.1 W/(m*K)、优选地为至少0.2 W/(m*K)、特别优选地为至少0.5 W/(m*K)、非常特别优选地为至少1W/(m*K)、特别优选地为至少2 W/(m*K)的面内热导率，其用于耗散来自电池组的热。
根据本发明，热塑性成分优选地具有大于1010 ohm*m、优选地大于1012 ohm*m、特别优选地大于大于1013 ohm*m的体积电阻率。
在以下附图中图示了本发明的优选构型，而本发明不以这种方式限于这些构型。
使用以下标记：
1 电池
2 插入件热管
3 电池组
4 热耦入元件
5 插入件
6 串联的两个电池的邻近中间空间
7 类似于球体的最致密六方堆积的电池的布置的三个电池之间的邻近中间空间
8 类似于球体的简单立方堆积的四个电池的布置的邻近中间空间
9 电池组散热器
10 电池组散热器热管
11 电池单元保持器
12 壳体
13 热端散热器
14 热传导层
15 珀耳帖元件
16 冷端散热器。
附图说明
图1示出电池组（3），其具有以类似于球体的最致密六方堆积的方式布置的电池（1）以及具有插入件热管（2）。
图2示出来自电池组的细节，该电池组具有以类似于球体的最致密六方堆积的方式布置的电池（1）、具有插入件热管（2）和热耦入元件（4）。
图3示出了插入件（5），其具有插入件热管（2）和热耦入元件（4）。
图4示出穿过插入件（5）的横截面，该插入件（5）具有插入件热管（2）和热耦入元件（4）。
图5示出多个电池（1）和插入件热管（2）的侧视图。
图6示出穿过具有邻近中间空间（6）的串联的两个电池（1）的布置的横截面。
图7示出穿过具有邻近中间空间（7）的电池（1）的布置的横截面，该布置类似于球体的最致密六方堆积。
图8示出穿过具有邻近中间空间（8）的电池（1）的布置的横截面，该布置类似于球体的简单立方堆积。
图9示出电池组（3）的示意性图示，该电池组（3）具有电池（1）、包括插入件热管（2）和热耦入元件（4）的插入件（5）、电池组散热器（9）、电池组散热器热管（10）、电池单元保持器（11）、壳体（12）、热端散热器（13）、热传导层（14）、珀耳帖元件（15）和冷端散热器（16）。

Claims (16)

1.热耗散插入件，其包括插入件热管和热耦入元件，其中，所述热耦入元件由导热材料组成达到按重量计为至少50％的程度、优选地达到按重量计为至少65％的程度、特别优选地达到按重量计为至少80%的程度、非常特别优选地达到按重量计为至少95%的程度，所述导热材料具有为至少0.1 W/(m*K)、优选地为至少0.2 W/(m*K)、特别优选地为至少0.5 W/(m*K)、非常特别优选地为至少1 W/(m*K)、特别优选地为至少2 W/(m*K)的面内热导率。
2.根据权利要求1所述的热耗散插入件，其中，所述热耦入元件由导热的热塑性成分组成达到按重量计为至少50%的程度、优选地达到按重量计为至少65％的程度、特别优选地达到按重量计为至少80%的程度、非常特别优选地达到按重量计为至少95%的程度，所述导热的热塑性成分具有为0.1至30 W/(m*K)、优选地为0.2至10 W/(m*K)、特别优选地为0.5至4W/(m*K)或1至10 W/(m*K)、非常特别优选地为2至7 W/(m*K)的面内热导率，并且具有大于1010 ohm*m、优选地大于1012 ohm*m、特别优选地大于1013 ohm*m的体积电阻率。
3.根据权利要求1所述的热耗散插入件，其中，所述热耦入元件由导热的热塑性成分组成达到按重量计为至少50%的程度、优选地达到按重量计为至少65％的程度、特别优选地达到按重量计为至少80%的程度、非常特别优选地达到按重量计为至少95%的程度，所述导热的热塑性成分具有为0.5至50 W/(m*K)、优选地为1至30 W/(m*K)、特别优选地为2至20 W/(m*K)、特别地为7至15 W/(m*K)的面内热导率。
4.根据权利要求1所述的热耗散插入件，其中，所述热耦入元件由金属，具体地铝、铜或铁或者由金属合金，具体地铝合金、铜合金或铁合金组成，达到按重量计为至少50％的程度、优选地达到按重量计为至少65%的程度、特别优选地达到按重量计至少为80%的程度、非常特别优选地达到按重量计为至少95%的程度。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的热耗散插入件，其中，所述插入件热管用所述热耦入元件的热塑性成分封装。
6.根据权利要求1至3或5中任一项所述的热耗散插入件，其中，所述热塑性成分是包括聚碳酸酯的成分。
7.一种电池组，其包括至少一个根据权利要求1至6中任一项所述的热耗散插入件。
8.根据权利要求7所述的电池组，其中，所述电池组的至少一个热耗散插入件连接到电池组散热器。
9.根据权利要求8所述的电池组，其中，所述电池组散热器连接到至少一个电池组散热器热管。
10.根据权利要求9所述的电池组，其中，所述电池组散热器热管连接到电热换能器。
11.根据权利要求1至4中任一项所述的热耗散插入件，其中，所述插入件热管连接到电热换能器。
12.根据权利要求10所述的电池组或根据权利要求11所述的热耗散插入件，其中，所述电热换能器是珀耳帖元件或热元件。
13.根据权利要求10所述的电池组或根据权利要求11所述的热耗散插入件，其中，所述珀耳帖元件具有热端散热器。
14.一种电动汽车，其包括根据权利要求1至6或11中任一项所述的热耗散插入件或根据权利要求7至10或12或13中任一项所述的电池组。
15.一种热塑性成分的使用，所述热塑性成分具有为至少0.1 W/(m*K)、优选地为至少0.2 W/(m*K)、特别优选地为至少0.5 W/(m*K)、非常特别优选地为至少1 W/(m*K)、特别优选地为至少2 W/(m*K)的面内热导率，其用于耗散来自电池组的热。
16.根据权利要求15所述的热塑性成分的使用，其特征在于，所述热塑性成分具有大于1010 ohm*m、优选地大于1012 ohm*m、特别优选地大于1013 ohm*m的体积电阻率。
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