CN113383453A - 用于电气部件的热交换器以及所述热交换器和部件的组件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于电气部件的热交换器，所述交换器包括第一主体(28)，该第一主体(28)至少限定平行且相邻的主通道(30)和副通道(32)，其中流体从主通道(30)沿相反方向串联流通到副通道(32)，所述第一主体(28)具有至少一个表面，用于在所述通道(30、32)中流通的流体和所述部件之间交换热量，并且主通道(30)的宽度小于副通道(32)的宽度。

Description

用于电气部件的热交换器以及所述热交换器和部件的组件

技术领域

本发明涉及一种用于电气部件的热交换器，通常用于电池的单电池单元。所述部件也可以是电子功率部件。所述交换器可用于冷却和加热电气部件。本发明旨在特别用于机动车辆，尤其用于电动或混合动力机动车辆。

背景技术

在截至本申请日期尚未公开的专利申请中，申请人已经提出了一种热交换器，该热交换器包括限定平行且相邻的主通道和副通道的主体，其中流体沿着U形流通路径从主通道串联流通到副通道。待冷却或加热的电池的单电池单元布置在热交换表面上的主体的每个面上，用于在所述通道中流通的流体和所述单电池单元之间交换热量。

这种配置的优点在于，它可以冷却或加热大量的单电池单元，同时优化紧凑性。

为了使电池正常工作，最冷单电池单元和最热单电池单元之间的温差必须小于5℃。

为此，在上述专利申请中，每个单电池单元面向主通道之一和副通道之一。具体而言，在单电池单元冷却的情况下，通过与单电池单元进行热交换，流体沿着所述通道被加热，使得流体的温度先验地在主通道的入口处最小，在副通道的出口处最大。因此，通过将每个单电池单元定位成面向主通道之一和副通道之一，所有单电池单元被一部分较冷流体和一部分较热流体先验地冷却，使得与流体的热交换可以预期对所有单电池单元进行均匀平均化。

然而，对于本专利申请中所示的通道的构造，由于主通道和副通道具有相同的宽度，可以观察到热交换没有如预测的那样发生，代价是限制了最冷单电池单元和最热单电池单元之间的温差。

更具体地，申请人能够证实，由于主通道中流体的温度过度升高，在主通道中流通的流体和在副通道中流通的变得太热的流体之间发生了热交换，因此预期的平均化受到限制。

发明内容

本发明基于这些观察，并且旨在通过提出一种用于电气部件的热交换器来至少部分地解决上述问题，所述热交换器包括第一主体，该第一主体至少限定平行且相邻的主通道和副通道，其中流体从主通道沿相反方向串联流通到副通道，所述第一主体具有至少一个交换表面，用于在所述通道中流通的流体和所述部件之间交换热量，主通道的宽度小于副通道的宽度。

术语“交换表面”是指待冷却或加热的部件旨在延伸所面对的表面。

通过限制主通道的宽度，部件和在所述主通道中流通的流体之间的热交换因此受到限制。这促进了流体的温度沿着其在主通道的入口直至副通道的出口之间的流通路径逐渐变化。因此，有可能在主体的表面上具有提供与流体的平均热交换的区域，该平均热交换对于所有区域都是相对稳定的。

根据特定实施例，交换器包括一个或多个以下特征，单独考虑或以任何技术上可能的组合考虑:

-所述主通道和副通道具有恒定的宽度，

-副通道和主通道之间的宽度比在1.5和4之间，优选为2，

-所述主通道和所述副通道布置成使得它们交替，

-传热流体优选是乙醇化的水和/或冷却剂，

-所述主通道和所述副通道面向整个交换表面布置，

-第一主体具有两个纵向边缘，每个由两个主半通道界定，

-所述交换表面基本是矩形的，

-交换器包括歧管，用于将流体流通到主通道和/或从副通道流通，

-所述歧管具有用于流体通过的入口和/或出口，

-第一主体包括位于歧管和主通道的入口之间和/或副通道的出口和歧管之间的连接区，

-所述连接区包括用于歧管和主通道的入口之间的流体通过的第一收敛部，

-所述第一收敛部包括与主通道的入口连通的主颈部，

-所述主颈部在所述主通道的纵向延伸方向上延伸，

-主颈部的宽度根据所述主颈部离歧管的流体入口有多近而不同，更靠近歧管的所述入口的主颈部之一的宽度小于更远离歧管的所述入口的主颈部之一的宽度，

-所述连接区包括用于歧管和副通道的出口之间的流体通过的第二收敛部，

-所述第二收敛部包括与歧管连通的副颈部，

-副颈部位于第一收敛部之间，

-所述副颈部在所述副通道的纵向延伸方向上延伸，

-副颈部的宽度根据所述副颈部离歧管的流体出口有多近而不同，更靠近歧管的所述出口的副颈部之一的宽度小于更远离歧管的所述出口的副颈部之一的宽度，

-所述歧管包括用于控制歧管的入口和主通道之间的流体流动的主冲压部和/或用于控制副通道和歧管的出口之间的流体流动的副冲压部，

-所述歧管包括被称为入口冲压部的冲压部，在歧管的入口附近形成流体分配室，

-所述入口冲压部的定向与副冲压部相同，

-所述入口冲压部具有环形构造，

-位于歧管的所述入口附近的所述入口冲压部和与主通道之一相关的收敛部彼此连续，

-交换器包括关于歧管对称于第一主体的第二主体，

-交换器包括板堆叠，

-板堆叠限定所述歧管、所述第一主体和/或所述第二主体，

-堆叠包括中间板，

-所述中间板被冲压，

-中间板具有波纹，用于限定主通道和/或副通道、第一收敛部和第二收敛部、主颈部和/或副颈部和/或主冲压部、副冲压部和/或入口冲压部的底壁部和侧壁，

-通道的侧壁是基本直的，

-所述中间板限定用于从主通道到副通道的流体通过的收集箱的底部和侧壁，

-所述收集箱具有形成用于将所述箱中的流体从主通道之一引导到相邻副通道的偏转表面的中空，

-所述中间板在所述收集箱处具有狭槽，每个狭槽面向副通道之一的露出端，

-所述板堆叠还包括在所述交换器的第一面上的第一外板，单电池单元的第一部分旨在定位成面向该第一外板，

-所述板堆叠还包括在所述交换器的与第一面相对的第二面上的第二外板，单电池单元的另一部分旨在定位成面向该第二外板，

-第一外板具有平坦底部和凸起边缘，

-第二外板是平坦的，

-中间板具有平坦外围边缘，其夹在第一外板的凸起边缘和第二外板的外围边缘之间，

-所述交换器具有分别与歧管的入口和出口相关的入口和出口连接器。

本发明还涉及一种电气部件和如上所述的热交换器的组件。

根据特定实施例，所述组件包括一个或多个以下特征，单独考虑或以任何技术上可能的组合考虑:

-该部件与所述第一主体和/或所述第二主体接触，面向所述主通道和副通道，

-该部件包括蓄电池的单电池单元，

-单电池单元面对主通道之一和副通道之一，

-单电池单元位于所述第一主体和/或所述第二主体的每一侧。

附图说明

纯粹为了说明，现在将基于附图描述详细示例，其中:

图1是根据本发明一实施例的热交换器的透视图，在其两个面上具有电池单电池单元；

图2是所述交换器的中间板的正面视图；

图3是从上方看到的图2的中间板的中心部分的透视图；

图4是从下方看到的图2的中间板的中心部分的透视图；

图5是从上方看到的图2的中间板的纵向端部的透视图；

图6是从下方看到的图5的纵向端部的透视图，

图7示出了在根据本发明的配置中从上方看到的单电池单元和交换器的流体流通通道的相对位置的透明视图。

具体实施方式

如图1所示，本发明涉及一种用于电气部件4的热交换器1，特别是用于机动车辆的电气部件。

在这种情况下，部件4由包括单电池单元6的蓄电池形成。所述单电池单元例如在其一端串联和/或并联电连接。所述单电池单元例如是圆柱形的，具有圆形横截面。

注意，在这种情况下，单电池单元分布在四个组中，两个上组7、7’和两个下组9、9’。

所述单电池单元6优选规则地分布在沿第一方向X定向的行中，各行在垂直于方向X的第二方向Y上一行接一行。单电池单元从一行交错到下一行。

部件4与所述交换器1接触。换句话说，在这种情况下，单电池单元6与所述交换器1接触，例如通过其一端，即与它们电连接的一端相对的一端。也就是说，单电池单元6通过形成盘的表面与交换器接触。

所述交换器限定一个或多个交换表面8，在这种情况下为四个，每个对应于单电池单元6的组7、7’、9、9’中的一个。因此，术语“交换表面”是指待冷却或加热的部件4旨在延伸面对的表面。注意，在这种情况下，交换表面是基本矩形的。

所述交换器优选包括在所述单电池单元6和交换表面8之间的接触层10。所述接触层10由导热材料制成。所述材料有利地是可变形的，以便吸收不同单电池单元6之间的任何制造差异和/或由于不同热膨胀引起的材料变形。它优选地由热粘合剂构成，用于将各种单电池单元6机械地保持在交换表面8上。

所述交换器优选地包括板堆叠，所述板在方向Z上堆叠，与方向X和Y成直角。换句话说，所述板基本在所述方向X和Y上延伸。交换器在方向Z上的厚度远小于其在方向Y上的长度和在方向X上的宽度。

所述板例如由铝和/或铝合金制成。它们是特别通过钎焊组装的。

在这种情况下，堆叠包括在所述交换器的第一面14上的第一外板12，单电池单元6的第一部分定位成面向该第一外板。在这种情况下，所述第一外板12限定两个交换表面8，对应于单电池单元6的上组7、7’。

堆叠还包括在与交换器的第一面14相对的所述交换器的第二面上的不可见的第二外板，单电池单元6的另一部分定位成面向该第二外板。在这种情况下，所述第二外板限定另外两个交换表面8，对应于单电池单元6的下组9、9’。

第一外板12具有基本平坦底部16和凸起边缘18。对应于单电池单元6的上组7、7’的交换表面8位于第一外板12的所述底部16上，并且对应的接触层10位于第一外板12的所述底部16和单电池单元6的每个上组7、7’之间。

第二外板是平坦的。对应于所述其它交换表面8的接触层10位于所述第二外板和单电池单元6的每个下组9、9’之间。

第一外板12和第二外板在它们之间限定了容积，流经交换器的热交换流体特别是传热流体比如乙醇化水和/或冷却剂旨在在该容积内流通。

为了所述流体的流通，在这种情况下，所述交换器还具有与限定在第一外板12和第二外板之间的内部容积相关的入口连接器20和出口连接器22。所述入口连接器20和出口连接器22基本位于沿方向X定向的同一直线上。

优选地，热交换器还包括用于附接到支撑件的凸缘90。

如图2所示，板堆叠包括中间板20，优选为冲压的。

中间板24具有平坦外围边缘26，其夹在第一外板12的凸起边缘18和第二外板的外围边缘之间。换句话说，所述中间板24在第一外板12和第二外板之间限定的内部容积内延伸。这些特征促进了板堆叠的良好密封。

现在将描述流体通过交换器的流通。

所述交换器包括第一主体28，其在这种情况下由板堆叠的一部分限定，特别是位于图1和2中右手侧的部分。

所述主体28至少限定平行且相邻的主通道30和副通道32。所述通道在所述第二方向Y上延伸

在所述主通道和副通道中，流体从主通道30沿相反方向串联流通到副通道32，如对应于主通道30中流体流通方向的箭头34和对应于副通道32中流体流通方向的箭头36所示。箭头34以虚线示出，因为主通道限定在中间板24的内面上，因此在图2中不可见。箭头36以实线示出，因为副通道位于中间板24的顶面上，因此在图2中可见。这同样适用于图3至图6。应当理解，主通道30和副通道32位于所述中间板24的任一侧。

所述主通道30和所述副通道32布置成使得它们交替，优选地在每个交换表面8的整个范围上交替。因此，热交换表面8允许在一方面的所述主通道和副通道中流通的流体与另一方面的所述部件6之间进行热交换。

中间板24具有波纹，用于限定在图2中不可见的主通道的底部和侧壁，以及副通道32的底部38和侧壁40。

主通道30由所述第二外板封闭。在流体通过的一侧的相对侧，主通道的底部固定到所述第一外板12的底部16。副通道32由所述第一外板12的底部16封闭。在流体通过的一侧的相对侧，副通道的底部固定到所述第二外板。

主通道和副通道的侧壁优选是基本直的。

所述第一主体28还包括收集箱，用于沿标记为37的箭头方向从主通道30到副通道32的流体通过。在所述收集箱中，流体从中间板24的一侧到另一侧进行了半转，如所示的示例。中间板24在这方面的构造将在下面更详细地描述。

根据本发明，主通道30的宽度l1小于副通道32的宽度l2。如上所述，这一方面促进了在主通道和副通道中流通的流体与另一方面在每个热交换表面8的整个范围内的部件6之间的均匀热交换。

所述主通道30和副通道32有利地分别具有宽度l1和l2，该宽度面向所述交换表面8是恒定的。然而注意，在根据本发明的交换器中，在第二方向Y上，在组的每一端的单电池单元行的表面部分可以超出所述交换表面8(见图7)。

副通道32和主通道30’之间的优选宽度比l2/l1在1.5和4之间，优选约为2。观察到，低于2时，在交换器表面处的热交换的均匀化受到限制。还观察到，高于4时，交换器在耐内压方面存在问题。此外，当压头损失变得过高时，在表面处的热交换的均匀化方面的优势达到了极限。

在所示的示例中，第一主体28具有两个纵向边缘42，每个由两个主半通道30界定。这些允许热交换均匀化到交换表面8的边缘。

如图3和4中详细示出，交换器1包括歧管44，用于将流体流通到主通道30和/或从副通道32流通。所述歧管44具有用于流体通过的入口46和/或出口48，分别与入口连接器20和出口连接器22连通。所述入口46穿过第一外板12和中间板24形成。所述出口48仅穿过第一外板12形成。

中间板24具有中间部80，其与第一和第二外板一起限定用于流体流通的两个室。在图4中可见的第一室82形成与主通道30连通的入口室。它位于所述中间部80和第二外板之间。它由所述歧管44的入口46供应。在图3中可见的第二室84形成与第二通道32连通的出口室。它位于所述中间部80和第一外板的底部之间。它与歧管44的所述出口48连通。所述中间部80优选地沿着轴线Z位于距第一和第二外板相等的距离处。

如下文将详细描述，交换器构造成根据所述入口/出口46、48的位置促进流体在每个主通道30和副通道32中的良好分布。

为此，在这种情况下，第一主体28包括连接区50，其位于歧管44和主通道30的入口52之间和/或副通道32的出口54和歧管44之间。

如图4中更清楚地示出，所述连接区50包括用于歧管44和主通道30的入口52之间的流体通过的第一收敛部56。术语“收敛部”是指横截面特别是宽度在流体流动方向上减小的部分。所述第一收敛部56由与主通道30的入口52连通的主颈部58延伸。所述主颈部58在所述主通道30的纵向延伸方向Y上延伸，每个主颈部58保持恒定的宽度。

这样，主颈部58的宽度根据所述主颈部58离歧管的流体入口46有多近而不同。最靠近歧管44的所述入口46的一个或多个主颈部的宽度小于最远离歧管44的所述入口46的一个或多个主颈部58的宽度。在这种情况下，最靠近歧管44的入口46的三个主颈部58具有基本相同的宽度，并且在图中右手侧最远离的主颈部58具有更大的宽度。

如图3中更清楚地示出，所述连接区50还包括用于歧管44和副通道32的出口54之间的流体通过的第二收敛部60。所述第二收敛部由与歧管44连通的副颈部62延伸。

所述副颈部62在所述第二通道32的纵向延伸方向Y上延伸，每个副颈部62保持恒定的宽度。

这样，副颈部62的宽度根据所述副颈部离歧管44的流体出口48有多近而不同。最靠近歧管44的所述出口48的一个或多个副颈部的宽度小于最远离歧管44的所述出口48的一个或多个副颈部62的宽度。在这种情况下，副颈部62的宽度在远离歧管44的所述出口48的方向上增加，在投影中，歧管44的位置在图中标记为S。

副颈部62位于第一收敛部56之间。此外，这具有改变所述第一收敛部56的入口宽度的尺寸的效果，位于歧管44的入口46附近的第一收敛部或多个收敛部56具有比最远离的第一收敛部或多个收敛部56更小的开口。

中间板24具有波纹，用于限定第一和第二收敛部56、60以及主和/或副颈部58、62的底部和侧壁。第一收敛部56和主颈部58的底部在Z方向上与主通道30的底部41位于同一水平。第二收敛部60和副颈部62的底部40在Z方向上与副通道32的底部40位于同一水平。第一和第二收敛部56、60以及主和副颈部58、62的侧壁分别位于主导管30和副导管32的纵向壁41、40的延续部分。

所述歧管44包括在图4中突出的主冲压部64，用于控制歧管44的入口46和主通道30之间的流体流动，以及在图3中突出的副冲压部66，用于控制副通道32和歧管44的出口48之间的流体流动。

所述主冲压部64和副冲压部66根据它们在歧管44中的位置具有不同的形状，例如大致圆形、细长形、人字形或三分支星形。

在图4中，可以看到一些主冲压部64位于第一收敛部56的入口处。最靠近歧管44的所述入口46的那些具有人字形，而最远离的那些具有细长形。其他沿方向X位于与歧管44的所述入口46相同的线上。最接近的那些具有三分支星形，而其他具有细长或圆形。

在图3中，可以看到一些副冲压部66位于第二收敛部60的出口处。最靠近歧管44的所述出口48的那些具有人字形，而最远离的那些具有细长形。其他沿方向X位于与歧管44的所述出口48相同的线上。最接近的那些具有三分支星形，而其他具有细长或圆形。

再次在图4中，注意到所述歧管44包括被称为入口冲压部的冲压部68，形成用于在流体入口46附近分配流体的室70。所述入口冲压部68的定向与副冲压部66相同。所述入口冲压部68具有环形构造。给定入口室82的低高度，可以防止流体进入歧管44的速度过快。

在未示出的替代方案中，位于歧管的所述入口附近的所述入口冲压部和与主通道之一相关的第一收敛部彼此连续。

中间板24具有用于限定主冲压部64和/或副冲压部66的波纹。主冲压部64的顶点在Z方向上与副通道32的底部位于同一水平。副冲压部66的顶点在Z方向上与主通道30的底部位于同一水平。

如图5和6所示，所述中间板24限定用于从主通道30到副通道32的流体通过的收集箱的底部92和侧壁94。

所述收集箱具有形成用于将所述箱中的流体从主通道30之一引导至相邻的副通道32的偏转表面74的中空72。

所述中间板24在所述收集箱处具有狭槽76，每个狭槽76面向副通道32之一的露出端，以允许从板的一侧到另一侧的流体通过。狭槽76例如通过在冲压中间板24之前去除材料或者通过在冲压过程中穿孔来制造。

在未示出的替代方案中，中间板由限定所述主通道和副通道的波纹散热片、收集箱以及甚至通过冲压所述第一和/或第二外板限定的连接区构成。

再次参考图1，正如已经理解的那样，在这种情况下，交换器包括第二主体78，其围绕歧管44与第一主体28对称。

板堆叠限定所述歧管44、所述第一主体28和所述第二主体78。

如上所述，部件4与面向所述主通道30和副通道32的所述第一主体28和/或所述第二主体78接触。更具体地，单电池单元6位于所述第一主体28和所述第二主体78的每一侧。它们优选固定至所述第一和/或第二主体28、78。

如图7中更清楚地示出，每个单电池单元6面向主通道30、30’之一和副通道32之一，单电池单元的大部分端表面面向副通道32之一。

在该图中还可以看出，所述连接区沿着轴线Y具有基本与单电池单元6的直径大致相同的延伸。

Claims (10)

1.一种用于电气部件(4)的热交换器(1)，所述交换器包括第一主体(28)，该第一主体(28)限定平行且相邻的至少一个主通道(30)和至少一个副通道(32)，其中流体从主通道(30)沿相反方向串联流通到副通道(32)，所述第一主体(28)具有至少一个交换表面(8)，用于在所述通道(30、32)中流通的流体和所述部件(4)之间交换热量，主通道(30)的宽度小于副通道(32)的宽度。

2.如权利要求1所述的交换器，其中，所述副通道(32)和主通道(2)之间的宽度比在1.5和4之间，优选为2。

3.如前述权利要求中任一项所述的交换器，其中，所述交换器包括歧管(44)，用于使流体流通到主通道(30)和/或从副通道(32)流通，所述歧管(44)具有用于流体通过的入口(46)和/或出口(48)。

4.如前一权利要求所述的交换器，其中，所述第一主体(28)包括位于歧管(44)和主通道(30)的入口(52)之间和/或副通道(32)的出口(54)和歧管(44)之间的连接区(50)。

5.如前一权利要求所述的交换器，其中，所述连接区(50)包括用于歧管(44)和主通道(30)的入口(52)之间的流体通过的第一收敛部(56)，所述第一收敛部(56)包括与主通道(30)的入口(52)连通的主颈部(58)。

6.如前一权利要求所述的交换器，其中，所述连接区(50)包括用于歧管(44)和副通道(32)的出口(54)之间的流体通过的第二收敛部(60)，所述第二收敛部(60)包括与歧管(44)连通的副颈部(62)。

7.如前一权利要求所述的交换器，其中，所述副颈部(62)位于第一收敛部(56)之间。

8.如权利要求3至7中任一项所述的交换器，其中，所述歧管(44)包括用于控制歧管(44)的入口(46)和主通道(30)之间的流体流动的主冲压部(64)和/或用于控制副通道(32)和歧管(44)的出口(48)之间的流体流动的副冲压部(66)。

9.如权利要求3至8中任一项所述的交换器，其中，所述歧管(44)包括被称为入口冲压部的冲压部(68)，在歧管(44)的入口(46)附近形成流体分配室(70)。

10.一种电气部件(4)和如前述权利要求中任一项所述的交换器的组件。

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