CN113826266A - 用于锂离子蓄电池单元的调温系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于对可充电的蓄电池单元、特别是锂(Li)离子蓄电池进行有效冷却和加热的调温系统，其中，所述调温模块包括由聚合物材料构成的外壳(1)，所述外壳包围由单向的碳纤维复合材料(2)构成的至少一个导热层，并且在所述外壳的主面的两个对置的棱边区域上分别具有用于输送传热介质的引导通道(3)，所述引导通道(3)沿着棱边区域从一个端部延伸到另一个端部；优选设置有至少两个相叠地设置的由单向的碳纤维复合材料(2)构成的层，具有流动通道(8)的中间层(7)处于所述层之间，所述流动通道将所述引导通道(3)相互连接。

Description

用于锂离子蓄电池单元的调温系统

技术领域

本发明涉及一种用于对可充电的蓄电池单元、特别是可充电的锂(Li)离子蓄电池(LIB)进行冷却和加热的有效的调温系统。

背景技术

LIB具有在重量和空间要求相对小时的高能量密度。因此，LIB已经在大量的应用范围内用于有效的能量存储。特别突出的应用示例是电移动性，例如作为在电动车或所谓的混合车辆中的能量源。

典型地，为了运行，将一定数量的蓄电池单元组合成蓄电池模块并且将两个或更多个蓄电池模块组合成蓄电池组。单元和/或模块可以串联和/或并联连接。

存在不同的大小和构造的蓄电池单元、例如圆柱形单元或扁平单元、如棱柱形单元或袋单元(咖啡袋单元)。在袋单元中使用柔性的壳体，所述壳体通常由在两侧加塑料涂层的铝箔构成。典型的袋单元尺寸是350mm×100mm。扁平单元、如袋单元或棱柱形单元关于较好的散热和可堆叠性是优选的。

LIB的典型构造如下，从阳极侧开始：

-具有流导出器的阳极(通常铜)，所述流导出器至少在朝向阴极的侧上以活性材料涂层(通常石墨)，

-用于对电极进行电子分离的分离器，但所述分离器对于Li离子是可渗透的，和

-具有流导出器的阴极(通常铝)，所述流导出器至少在阳极侧以活性材料涂层，所述活性材料在给单元充电时放出Li离子，和

-电解质(通常液态或固态)，所述电解质作为在电极上的反应之间的媒介起作用并且确保Li离子运输。

用于阴极或阳极、分离器和电解质的活性材料的合适的材料是现有技术。

对于LIB的运行性和安全性、但也对于所有其他类型的可充电的蓄电池的核心意义的是维持确定的温度范围。对可再充电的蓄电池单元的热管理是重要准则，以便能够确保以优化的功率输出和使用寿命的正常运行。

一般重要的是：将锂离子蓄电池单元运行到15℃至35℃之间的定义的温度范围内，以便避免蓄电池单元的过早的老化并且确保高的周期耐久性。仅当蓄电池系统规则地在理想的温度范围内运行时，才可以实现由行业要求的直至1600个全周期超过10年使用期限的充电周期。因此，关于其交货状态(Begin of Life，寿命初始，BoL)已损失其存储容量的20％并且因此在完全充电时仅还具有最初单元容量(State of Health，剩余电量，SoH)的最大80％的蓄电池系统对于汽车应用不再能使用(End of Life，寿命终止，EoL)。

在每个季节、在夏季以及也在冬季必须通过对蓄电池单元的对应调温可以保证：单元可以在15℃至35℃之间的恒定的温度窗口中运行，最佳的运行温度处于25℃。如果蓄电池例如连续在40℃时运行，则老化加速达到50％。

要考虑的是：蓄电池单元的热特性强烈地各向异性。垂直于单元面，分离器的在聚乙烯膜片的情况下大约1W/mK的小的热导率确定单元堆叠的或在圆柱形单元中的缠绕的单元辊的热导率。在袋形和棱柱形单元时的平面中或者说在圆柱形单元时的高度中，热导率通过金属的流导出器确定，所述热导率处于大约30W/mK。

另一个问题通过电动汽车的驾驶员的将在充电站中的充电周期尽可能保持短的希望决定。已经在不久的未来将提供具有800V电源电压的充电系统，利用该充电系统可以实现直至3C至5C的高的充电速率(C率)。这样高的C率导致围绕电极的接触区域的流线密度的提高并且最后导致对整个单元的强烈加热。

在每种情况下都必须避免80℃之上的温度，因为在该范围内，围绕阳极的石墨颗粒的电解质层减小。一般地，应已经避免60℃之上的温度。在这里要考虑的是：在热的国家，环境温度和来自道路的热量的发射已经可以导致这种高的加热。

用于加速的单元老化的另一个重要方面是除了绝对的运行温度之外在单元面和单元厚度上的温度均匀性。在单元面上观察存在温度降，电极触点的区域中的温度最高。这种不同的热量分布导致单元内部的可能缩短使用寿命的机械应力。

如现今争取达到的高的充电或放电电流在电极连接触点的区域中产生提高的流线密度，所述电极连接触点在这个区域中导致提高的加热。由此，最后在阳极或阴极涂层中产生机械的应力，所述机械的应力一方面可以特定地直接损坏阳极颗粒，另一方面可以由于延伸和收缩而导致颗粒彼此的电接触的损耗，并且最后也导致涂层从流导出器箔的剥离并且因此随之导致涂层与流导出器的电接触的损耗。因此需要从电极接触区域中导出热量并且在单元面或单元厚度上考虑尽可能均匀的热量分布。

在蓄电池系统的热管理中，还考虑在低温时的车辆运行。在特别是0℃之下的低温时，单元电压强烈地减小。因为对于正常行驶运行，单元电压在10℃之下的温度时已经不再足够，所以车辆的作用范围被强烈限制。

LIB的工作电压典型地处于2.7V至4.2V之间的范围内。由于在温度下降时电解质的粘性增加，所述电解质的离子导电性并且随之单元电压降低。以大约2.7V达到单元的下断路电压并且因此出于安全原因不再能实现单元的进一步运行。

除了单元容量的减小，在低温时对蓄电池单元的充电还可能导致阳极的所谓的锂镀(Li-Plating)。锂镀基于：不仅阴极而且阳极具有结合锂离子的物理能力。在充电期间，电场强制离子从阴极游动到阳极，在那里，所述离子加入(interkalieren)到活性材料、例如石墨的晶格结构中。

特别是在低温时出现：锂离子(取代如希望的那样加入到阳极中)构成金属的锂，所述锂在阳极上沉积并且因此不再能供充电过程使用。可循环的锂离子的这种损耗减小蓄电池的有效功率并且可以在最差的情况下导致伴随单元的燃烧和爆炸的所谓的“热逸散(Thermal Runaway)”。

发明内容

由上述实施方案得出：对于蓄电池系统的最佳热管理，除了在高温和/或高充电速率时的冷却功能之外，也需要在低温时对单元的加热。因此，调温模块是值得期望的，所述调温模块可以有效地实现冷却以及加热的两个功能。为此，调温模块应具有与蓄电池单元的表面的尽可能良好的热接触。

因此，合适的调温模块应具有如下特性：

-调温模块应在结构上尽可能细长且轻；

–调温模块应机械地自承载、但允许关于扭转和弯曲的一定柔性；

-调温模块为了调温必须能以液态的或气态的传热介质穿流；

-优选所述模块应可以补偿蓄电池单元面上的温度不均匀性(温度梯度)；

-调温模块应具有可弹性变形的表面层，以用于在不平的面上的较好连接并且用于向蓄电池堆叠的阳极层上的压力负载的均匀分布；

-调温模块应具有一定机械灵活性，以便能够适配在充电/放电时单元的可能的尺寸变化，如特定地在袋单元中是所述情况；

-调温模块应可以直接对蓄电池单元的单元触点进行冷却或加热。

所述任务通过按照本发明的用于对蓄电池单元进行冷却或加热的调温模块解决，所述调温模块具有由聚合物材料构成的外壳，并且所述外壳包括两个对置的主面，所述主面沿着其棱边相互连接，并且在所述主面的两个对置的棱边区域上分别设置有用于传热流体的引导通道，所述引导通道沿着棱边延伸，在所述模块的内部中设置有由单向的碳纤维复合材料构成的至少一个导热层，所述导热层在所述引导通道之间在模块面上延伸。

调温模块的厚度应尽可能小，以便非必要地放大装备有调温模块的蓄电池系统的空间需求。因此，希望扁平的调温模块，所述调温模块的厚度关于调温模块的其他尺寸如长度、宽度或直径是薄的。调温模块的形状取决于蓄电池单元的形状，所述调温模块应用于所述蓄电池单元。对于扁平的蓄电池单元，矩形的基本形状是适宜的。但是，其他形状也是可能的，如方形、圆形等。

外壳包围所述模块的处于内部的部件。所述外壳具有两个对置的主面，所述主面沿着其棱边相互连接。所述连接可以经由侧面进行。

具有棱边区域的外壳由至少部分柔性的聚合物材料、如硅弹性体或聚氨酯弹性体构成。部分柔性的聚合物材料优选具有A20至A60的肖氏硬度A或者说0020至0080的肖氏硬度00。对于具有结构化的不平的表面的蓄电池单元或蓄电池单元堆叠例如可以使用用于外壳的较软的聚合物材料，所述聚合物材料可以较容易地适配蓄电池的表面结构，从而可以确保调温模块与蓄电池单元的表面之间的良好接触。调温模块与蓄电池单元之间的良好接触对于尽可能有效的传热是值得期望的。

附加于对蓄电池单元的表面不平度的补偿，所述外壳引起向单元上的均一的压力传递。例如可以可靠地传输0.1MPa至0.5MPa的压力并且确保在压力解除时的完全复位。因此，外壳可以抑制在充电/放电时的尺寸变化并且使流导出器上的阳极和阴极涂层稳定。

沿着主面的两个对置的棱边区域分别延伸有用于输送传热介质的引导通道延伸。所述引导通道可以分别具有用于传热介质的进入开口和排出开口。如果引导通道相互连接，则一个引导通道可以具有进入开口并且另一个引导通道可以具有排出开口。

进入开口设有到冷却/加热系统上的接头，所述接头可以直接成形到外壳上。

在所述外壳的主面之间设有由单向的碳纤维复合材料构成的至少一个导热层。由单向的碳纤维复合材料构成的所述层的特征在于沿纤维方向的高的热导率。因此，所述纤维平行于要调温的蓄电池单元的单元触点地定向，以便因此能够将热量在单元面上分布和统一。

通过平行地定向纤维，热量可以从单元的热地特别加载的接触区域导出，由此对接触区域卸去热量，热量较均一地分布在总面积上并且总体上取得对总面积的冷却。此外，由碳纤维复合材料构成的层作为用于其他模块部件的部分柔性的承载结构起作用。

由碳纤维复合材料构成的层可以由热固性塑料或热塑性塑料基体中的由碳纤维构成的单向的非编织层构成。典型地，碳纤维非编织层可以由碳纤维构成的多个层构造。

由碳纤维复合材料构成的层的厚度典型地处于0.1mm至0.5mm、优选0.2mm至0.3mm。例如由碳纤维复合材料构成的层可以由硅树脂基体中的由碳纤维构成的单向的非编织层构成。

在需要时可以提高碳纤维复合材料层的柔性，例如对于如下情况，即，要补偿蓄电池单元的表面的不平度或为了使与蓄电池单元的形状的形状适配变得容易。为此，可以将较高份额的软化剂添加给由碳纤维复合材料构成的层的结合树脂系统，所述软化剂例如是单功能的硅氧烷或环氧处理的油酸酯，其赋予复合材料较高的柔性。

按照所述调温模块的一种特别的设计方案，在所述两个主面的每个内侧上可以设置有由单向的碳纤维复合材料构成的至少一个导热层，并且在由单向的碳纤维复合材料构成的各导热层之间设有中间层，所述中间层具有一个或多个流动通道，两个引导通道经由所述流动通道相互连接。

所述中间层可以由聚合物材料或金属制造。例如可以使用如上面对于外壳描述的聚合物材料。特别有利的是：用于中间层的材料是导热的。例如可以使用导热塑料或具有良好热导率的金属。

由于其非常良好的热导率，特别合适的金属是分别在0℃时的银(429)、铜(380)或铝(236)。由于良好的性价比，铜是特别优选的。

也称为导热的塑料化合物的导热塑料包含填料，所述填料改善热导率。所述填料通常以大的量引入到塑料中，从而提及被高度填充的塑料化合物。导热的被高度填充的塑料化合物具有至少50重量％的填料份额。优选地，导热的塑料化合物具有至少0.5W/mK至3W/mK或者也具有更大的热导率。

用于能导热的塑料化合物的填料是有机填料如石墨、金属填料例如铜或铝和陶瓷填料例如氮化硼、硅酸铝。改善热导率的填料的量份额通常为至少50重量％、优选至少65重量％并且特别是优选直至80重量％并且在需要时更多。

能导热的塑料化合物可以除了主填料成分之外包含一个或多个附加填料。

聚合物材料构成塑料化合物的基体。可以使用很多不同的聚合物类，如热塑性聚合物、热塑性弹性体、弹性体或热固性塑料。

在中间层中设置的流动通道连接两个引导通道，所述引导通道沿着模块的两个对置的棱边区域延伸。

流动通道可以横向地经由中间层从一个棱边区域延伸到对置的棱边区域。所述流动通道可以彼此平行地、特别是平行于横轴地定向。所述流动通道可以蛇形曲线形地、作为波纹或另一种适合的形状延伸。

可以设置有连接通道，所述连接通道将两个或更多个流动通道相互连接。

所述流动通道可以是所述中间层的一个或两个表面侧上的槽形的缺口，所述槽形的缺口不完全切开中间层。如果在两个表面侧上设置有槽形的流动通道，则一个表面侧的流动通道可以与另一个表面侧的流动通道错开地设置。

中间层的表面中的槽形的缺口的产生可以以本身已知的方式和方法机械地通过压印、铣削、借助于挤压等进行。

例如可以使用热塑性的被高度填充的塑料化合物以用于制造具有槽形的通流部的中间层。

按照一种设计方案，所述流动通道可以完全截断所述中间层，从而将所述中间层分成单个的区段。在此，两个相邻的区段的对置的侧面构成由两个区段之间的间距定义的通道的侧面。

作为用于构造具有完全切开中间层的流动通道的中间层的区段可以使用例如上述的良好导热材料的条，所述条依次地并且彼此隔开间距地设置在模块中。

对流动通道的自由表面的覆盖和因此对流动通道的向上或向下的封闭构成邻近的层、例如外壳的主面的内侧或模块的处于内部的其他层、例如由单向的碳纤维复合材料构成的一层或多层。

由导热材料构成的中间层有助于将来自单元的热量导出给传热介质。此外，导热材料确保在调温模块的高度上的良好的热量分布。

中间层的厚度通常处于0.1mm至0.5mm、优选0.2mm至0.3mm并且宽度处于0.1mm至≥10mm。完全截断中间层的流动通道的深度对应于中间层的厚度。槽形的流动通道的深度以及流动通道的宽度(切开地或槽形地)按照中间层的厚度和使用情况得出。不言而喻，中间层的厚度和宽度或流动通道的深度可以根据需要变化。

因此，用于按照本发明的温度模块的特别优选的实施方式的层构造在横截面方面如下得出：

-外壳(包括具有引导通道的棱边区域)

-单向的碳纤维复合材料层

-优选由良好导热材料构成的具有流动通道的中间层

-单向的碳纤维复合材料层

-外壳(包括具有引导通道的棱边区域)。

外壳可以围绕其他层/覆层借助于常规的铸造法浇铸，同时可以铸造具有引导通道的棱边区域。传热介质可以是液态或气态的。由于较好的热传递，液态的介质是优选的。

按照一种有利的设计方案，在调温模块的面上在冷却功率方面产生梯度。这意味着：在具有较高热负载的区域中与在具有较小热负载的区域中相比能实现对应较高的冷却功率。如已经提到的那样，电极触点的区域经受特别高的热负载和放热。通过设置调温梯度，可以对这些区域极有效果地放热。

下面列举用于产生温度梯度的手段如措施的示例。所述列举不是封闭性的。

为了产生梯度，例如可以在具有较高放热的区域中与在具有较少热加载的区域中相比设置较大数量的流动通道。

可以使用不同导热的材料用于中间层。在这种情况下，在最大放热的区域中放置具有非常良好的热导率的材料、例如铜。随着与具有最大放热的区域的距离增大，然后可以使用具有减小的热导率的材料。

流动通道可以具有不同的直径，所述通道在具有最大放热的区域中具有较大的直径并且该直径随着与具有最大放热的区域的距离增大而变小，从而可以在具有最大放热的区域中取得较高的冷却并且总体上在蓄电池单元面上取得热量分布的均一化。在引导通道的情况下，直径可以朝较小热负载的方向减小。

在流动通道中和/或在引导通道中可以使用多孔材料，其多孔性随着与具有最大放热的区域的距离增大而减小。

在流动通道中和/或在引导通道中可以设置有障碍物，所述障碍物的设置和/或设计这样选择，使得传热介质的穿流速度随着与具有最大放热的区域的距离增大而增大。例如障碍物的数量可以随着与具有最大放热的区域的距离增大而增大，由此流速减小。

不言而喻，用于产生温度梯度的措施可以相互组合。

用于在冷却功率方面产生梯度的备选方案或附加可能性是设置在所述流动通道的内壁上的冷却翼片，所述冷却翼片伸入到流动通道之中。为了给冷却功率分级，所述翼片可以以不同大小的间距和/或不同数量安装在内壁上。

冷却翼片可以以不同方式制造，例如通过电解分离、从薄箔腐蚀掉、冲压等。

通过翼片提高可环流的表面，由此可以改善在传热介质中的温度分布的均一化。同时，所述翼片也可以用于调整传热介质的流动阻力。

特别是为了在引导通道中应用，措施如减小直径、设置多孔材料和设置障碍物是适合的，多孔性或者说障碍物的数量朝具有较小热负载的区域的方向减小

按照一种设计方案，利用调温模块可以对蓄电池单元的相反极的连接触点直接一起冷却。为此，从调温模块拉出由导热材料构成的冷却接片，所述冷却接片可以直接与单元触点连接。

有利地，为了构成一个或多个冷却接片可以将对应的成形件从由导热材料构成的中间层的位于末端的区段拉出。

冷却接片作为热沉起作用，所述热沉能实现对连接触点的直接冷却，这一般形成单元冷却的最有效方法。冷却接片在调温模块内部经由与碳纤维复合材料材料层和传热介质的接触将热量直接放出给传热介质。

为了在设置有冷却接片时避免两个相反极的连接触点之间的短路，碳纤维复合材料层必须相对于单元触点电分离。用于电分离，在碳纤维复合材料层中可以设置有由电绝缘材料构成的绝缘的中断部。

利用电绝缘的中断部将碳纤维复合材料层分成两个彼此电绝缘的部件。

电绝缘的中断部的位置取决于蓄电池单元的电触点的位置：即，1)分别一个触点处于对置的侧上还是2)两个触点并排地处于蓄电池单元的相同侧上。

在第一种情况下，电绝缘的中断部在碳纤维复合材料层中居中地横向于连接轴地在电触点之间取向并且在第二种情况下居中地平行于电触点取向。在两种情况下都将碳纤维复合材料层分成彼此电绝缘的部分。通常将碳纤维复合材料层分成两个半部。

电绝缘的中断部例如可以通过将由电绝缘材料构成的分隔条插入到碳纤维复合材料层中进行，所述分隔条将碳纤维复合材料层分成两个部分。因为碳纤维复合材料层由一排纤维层构造，所以为此例如沿着分隔面可以将每个纤维层的纤维以足够的长度剪短并且在此形成的空白空间通过绝缘材料填充。

用于中断部的电绝缘材料可以是玻璃纤维复合材料或另一种合适的电绝缘材料。

电的中断部的厚度取决于碳纤维复合材料层的厚度并且可以处于0.1mm至0.5mm、优选0.2mm至0.3mm。

为了运行，调温模块的引导通道连接到上级的冷却加热系统上，利用该冷却加热系统，可以对应于运行和环境条件地对传热介质进行调温。

附图说明

下面借助实施例参考附图详细解释本发明。图1至图6示出用于在扁平单元、例如棱柱形单元或袋单元中的应用的按照本发明的调温模块的实施方式。图7示出用于圆柱形单元的应用方式。

附图中：

图1示出按照本发明的具有基本上板形的矩形的基本形状的调温模块的实施方式，所述基本形状具有包括两个长边和两个短边的两个对置的主面；

图2以纵剖面示出按照本发明的调温模块的另一种实施方式的视图，两个调温模块在两侧贴靠在扁平的蓄电池单元上；

图3示出按照图2的调温模块的纵剖面的视图，该调温模块设置在袋单元的面上；

图4示出平行于按照图3的调温模块的表面的剖面的俯视图；

图5示出垂直于按照图4的表面的剖切位置A的视图；

图6示出平行于按照图2至图5的调温模块的表面的剖面的俯视图，该调温模块具有附加的冷却翼片；

图7示出由圆柱形单元构成的单元组，其具有与圆柱形的形状相适配的按照本发明的调温模块；并且

图8至图12示出用于在按照本发明的调温模块中给散热分级的不同可能性。

具体实施方式

在图1中示出平行于具有板形的矩形的基本形状的调温模块的表面的剖面的俯视图。按照图1的调温模块设计用于与扁平的蓄电池单元使用，所述蓄电池单元的电极触点6处于相同的蓄电池侧上并且在图中突出于模块的左边的短边。

可看出外壳1的沿着长边的棱边区域并且处于棱边区域上的引导通道3，所述引导通道在两个短边之间沿着长边延伸。在棱边区域之间设置有至少一个由单向的碳纤维复合材料2构成的层。所述碳纤维平行地从具有电极触头6的短边沿着长边延伸到对置的短边(在图中在右边)。

每个引导通道3在端部上在短边上分别具有用于传热介质的进入开口4和排出开口5。进入开口4处于相同的短边上、即处于如下短边上，在使用情况下设有电极触点6处于所述短边上，并且排出开口5分别处于对置的短边上。

传热介质在引导通道3中的流动走向通过在引导通道3中延伸的箭头的取向表示。在电极接触区域中生成的高的热负载可以通过在那里进入的良好的传热介质并且借助于平行取向的碳纤维有效地导出到对置的较冷的端部，从而热负载可以基本上均匀地分布在整个单元面上。

在图2中示出两个调温模块的布置结构的纵剖图，各所述调温模块贴靠在袋单元9的主面上。在这个实施方式中，所述模块具有两个由单向的碳纤维复合材料2构成的层，在所述层之间设有具有流动通道8的中间层7。所述流动通道8中的一个、多个或所有流动通道可以与引导通道3连接，所述引导通道在主面的棱边区域中沿着长边延伸。

中间层7优选由能导热的材料、如金属例如铜构成。但是，所述中间层也可以由每种另外的适合的材料、例如能导热的塑料化合物制造。

如已经提到的那样，流动通道8可以完全截断中间层7，由此获得中间层7的单独的区段10，并且相邻的区段10之间的间距定义流动通道8。

优选地，在调温模块的两个短边(端部)上设有由能导热的材料构成的区段10，由所述区段拉出作为冷却接片11的接片，所述冷却接片与蓄电池单元9(在这里例如袋单元)的电极触点6处于接触中。冷却接片11用作用于对电极触点6进行直接冷却的热沉。

为了阻止冷却接片11在调温模块内部经由与碳纤维复合材料层2和传热介质的接触而对两个相反极的电极触点6电短路，碳纤维复合材料层2可以借助于对应中断相对于电极触头6电绝缘。为此，在碳纤维复合材料层2中可以设置有电绝缘的中断部12，该中断部横向地在碳纤维复合材料层2的整个宽度上延伸。用于中断部12的电绝缘材料可以是玻璃纤维复合材料。电绝缘的中断部12可以条形地在碳纤维复合材料层2与一个区段10之间延伸。所述中断部也可以是碳纤维复合材料层2的集成的组成部分。

如由图2和图5可看出的那样，在调温模块的在使用情况下贴靠在蓄电池单元9上的主面中可以在外侧上设置有凹部或凹腔13，所述凹部或凹腔与单元体9的长度和宽度尺寸相对应并且可以将单元体9固定或者说在单元堆叠(图5)中承载。

在图3中示出调温模块的纵剖图，所述调温模块设置在袋单元9上。可看出彼此隔开间距地设置的优选能导热的区段10，从调温模块的短边上的位于末端的区段10分别拉出用于对触点6进行直接冷却的冷却接片11。对应地，将电的中断部12装入到碳纤维复合材料层2中，以便避免两个相反极的电极触点6的短路。在调温模块的在图3中处于后面的长边上可看出具有引导通道3的棱边区域。

平行地通过按照图3的按照本发明的调温模块的具有流动通道8或者说区段10的中间层7的剖面的俯视图在图4中示出。明显可看出引导通道3，该引导通道沿着调温模块的两个长边延伸。引导通道3(在图中上面)具有流体进入开口4并且对置的引导通道3具有流体排出开口5，进入口4和排出口5设置在模块的对置的短边上。在与进入或排出开口4、5对置的端部上，引导通道3封闭。

中间层7可以由条形的、优选能导热的区段10构成，该区段水平横向地在模块面上从具有进入口4的引导通道3向具有排出口5的引导通道3地设置。相邻的区段10之间的具有定义用于传热介质的流动通道8。

位于末端的能导热的区段10具有冷却接片11，所述冷却接片从所述模块突出并且作为用于蓄电池单元9的电触点6的热沉起作用。对应地，电的中断部12以在这里设置在中间的区段10的两侧上的方式处于所述模块中，以使对置的电极触点6彼此电绝缘。

在图5中示出垂直于按照图4的表面的剖切位置A的视图。示出具有两个蓄电池单元9的蓄电池布置结构，所述蓄电池单元与两个调温模块处于接触中。蓄电池单元9在这里设置在两个调温模块之间。第二蓄电池单元9以一个主面贴靠在左边的调温模块的自由的第二主面上。明显可看出外壳1的具有引导通道3的棱边区域以及外壳1的在棱边区域之间在外侧上延伸的下沉部/凹部13，所述下沉部/凹部用于保持蓄电池单元9。在外壳1的内侧是分别设有一层碳纤维复合材料2，所述沿调温模块的主面并且在外壳1的两个对置的棱边区域之间延伸。中间的层是中间层7的流动通道8的剖面。

不言而喻，作为蓄电池堆叠或蓄电池组的蓄电池布置结构可以设计有希望数量的蓄电池单元9，所述蓄电池单具有在其之间设置的调温模块，位于末端的蓄电池单元的自由的主面也可以贴靠在调温模块上。

图6作为平行于调温模块的表面的剖视图示出如在图2和图5中示出的调温模块的设计方案。在这个设计方案中，分别一定数量的冷却翼片14处于中间层7的条形的区段10的侧面上，所述冷却翼片伸入到流动通道8中。冷却翼片14引起条形的区段10的表面的升高和因此较好的传热。如在这里示出的那样，翼片14可以在相邻的能导热的条形的区段10的两个对置的侧面上彼此错开地设置，并且可以延伸到在条形的区段10的对置的侧面上的两个相邻的翼片14之间的空缺部的区域中。

不言而喻，冷却翼片14的数量和布置结构可以根据需要变化。

为了使具有冷却接片11的对置的短边、即在应用情况下蓄电池单元9的相反极的电极6的位置电绝缘，设置有电的中断部12。所述电的中断部12横向地在整个宽度上在模块的引导通道3之间延伸。

图1至图6示出用于扁平的蓄电池单元、例如袋单元的按照本发明的调温模块的设计方案和应用。然而，按照本发明的调温模块也可以用于具有不同于扁平结构的蓄电池单元、例如用于圆柱形单元的调温，如在图7中示出的那样。在此，功能是相同的。

在需要时，对于这种应用可以提高模块的灵活性，从而所述模块的形状可以较好地与圆柱形的蓄电池单元的弯曲的表面相适配。为此，例如可以将较高份额的软化剂添加给由碳纤维复合材料2构成的层的结合树脂系统，所述软化剂赋予复合材料较高的柔性。示例是单功能的硅氧烷或环氧化的油酸酯。但原则上，由碳纤维复合材料2构成的层也可以借助于压机中的对应的波浪形的压模在压力和温度下挤压成希望的波形。

如已经在上面描述的那样，可以希望给散热的分级，以便例如补偿蓄电池单元9中的温度降。在此，可以在具有特别高的热负载的区域中与在具有较小的热负载的区域中相比设置较高的散热。用于实现给散热分级的措施的示例示意性地在图8至图12中示出。图8至图12分别示出平行于按照本发明的调温模块的表面的剖面的俯视图。相反于在图2和图7中示出的实施方式，在这里示出的实施方式中，冷却接片11处于模块的相同的短边上。备选于在图2至图7中示出的模块，引导通道3分别在短边上具有流体进入开口4并且在相反的短边上具有流体排出开口5，在两个引导通道3中，进入口4和排出口5分别处于模块的相同的短边上。

流体进入开口4处于具有冷却接片11的短边上并且因此处于如下侧上，蓄电池单元9的电极触点6在使用情况下在调温模块安装到蓄电池单元9上时处于所述侧上。这是合适的，因为在电极触点6的区域中生成最高的热负载。

如已经结合图1说明的那样，热传导可以通过设置由单向的碳纤维复合材料2构成的层引起，碳纤维从具有电极触头6的一侧延伸直到模块的对置的短边。因此，热量可以从具有电极触头6的最多热加载的区域导出到较少热加载的区域。

按照用于在单元面上的散热和热均一化的另一种可能性，流动通道8的数量可以在模块的长度延伸尺寸上变化，如在图8中示出的那样。因此，流动通道8的数量可以在具有最高的热负载的区域中(在图8中在左侧上)比在具有较小的热负载的区域中大。

在定义流动通道8的能导热的条10的情况下可以使用具有不同的热导率的材料(参见图9)。因而，在具有高的热负载的区域中可以与在具有小的热负载的区域中相比使用具有较高的热导率的材料。例如可以将非常良好的热导体、例如铜放置在最大的热负载的部位上、即在图9中放置在具有电极触头的那侧上，在这里通过冷却接片11覆盖。随着与这个区域的距离增大，对于能导热的条10可以使用具有减小的热导率的材料、例如铝等。

散热的梯度可以通过流动通道8的不同的直径实现，如在图10中示出的那样。在此，流动通道8的直径随着与具有最高的热负载的区域的距离增大而变小。因此，冷却功率在包括具有大的/较大的直径的流动通道8的区域中较高并且随着直径减小，以便因此在更多热加载的区域中取得较高的冷却并且在模块的长度延伸尺寸上获得热量分布或热负载的均一化。

在图10中，流动通道8的直径从具有电极触头6的那侧向相反侧的减小通过在调温模块上示出的具有减小的直径的那排圆来形象地说明。

在引导通道3和/或流动通道8中可以设置有多孔材料13，所述多孔材料的多孔性随着与最大热加载的区域的距离增大而减小。

以具有多孔材料15的引导通道3的纵剖图的示例在图11中示出。具有最高的多孔性15的区域在图11中处于左侧。这在这里是具有最高的热负载的区域。朝对置的右边的短边的方向，多孔性15连续减小。如果多孔材料15设置在流动通道8中，则适宜的是：流动通道中的多孔性15在较强热加载的区域中朝较小热加载的区域的方向减小。

如在图12中示出的那样，在通道中、特别是在引导通道3中可以设置有用于调整传热流体的穿流速度的障碍物16。如在图12中示出的那样，障碍物16的数量和因此在具有最高的放热的区域中(在这里在左端部上)的流量的阻挡最小并且朝具有最小的放热的区域的方向增大(在图中在右边)。

如果障碍物处于流动通道8中，则对流动通道8中的流量的阻挡、即障碍物16的数量在较多热加载的区域中比在较少热加载的区域中大。

对传热介质的穿流速度的调整也可以通过选择障碍物的形状和/或大小进行。

对传热的减小或者说分级也可以取得冷却翼片14的数量的减小。

不言而喻，用于经由调温模块调整温度梯度的上面示出的措施的组合也是可能的。用于调整流量的措施例如可以如其在图11和图12中示出的那样与一个或多个另外的措施组合，如设置有由单向的碳纤维复合材料构成的层(图1)、设置有流动通道的不同的间距(图10)、设置有用于具有不同的热导率的能导热的条6的材料(图9)和/或减小按照图10的流动通道7的直径。

对于在对置的各侧上具有电极触头6的蓄电池，如例如在图2至图6中那样，导热的措施如其在按照图8至图12的实施方式中描述的那样以适宜的方式朝模块的中心定向。

按照本发明提供一种用于对可充电的蓄电池单元、特别是锂离子蓄电池单元进行冷却和加热的多样的调温模块，其可以确保在15℃至35℃之间的理想的温度范围内的可靠运行、可以实现在整个蓄电池面上的热负载的均匀分布以及热量从特别热加载的区域、如电极触点的区域中的有效导出和在特别热加载的区域中具有特别高的导出功率的分级散热。此外，调温模块能设计用于不同的蓄电池类型和形状。

附图标记列表

1 外壳

2 由单向的碳纤维复合材料构成的层

3 引导通道

4 用于传热介质的进入开口

5 用于传热介质的排出开口

6 电极触点

7 中间层

8 流动通道

9 蓄电池单元

10 条、特别是能导热的条(区段)

11 冷却接片

12 电绝缘的中断部

13 外壳1中的下沉部/凹部

14 冷却翼片

15 多孔材料

16 用于调整穿流速度的障碍物。

Claims (15)

1.用于加热或冷却蓄电池单元的调温模块，

其中，所述调温模块包括由聚合物材料构成的外壳(1)，并且所述外壳(1)具有两个对置的主面，所述主面沿着其棱边相互连接，所述外壳(1)包围所述调温模块的处于内部的部件，

在所述调温模块的内部中设置有由单向的碳纤维复合材料(2)构成的至少一个导热层，并且在所述主面的两个对置的棱边区域上分别延伸有一个引导通道(3)，以用于输送传热介质，

由单向的碳纤维复合材料(2)构成的所述至少一个导热层在所述引导通道(3)之间在模块面上延伸。

2.按照权利要求1所述的调温模块，

其中，在所述外壳(1)的所述两个主面中的每个主面的内侧上设置有由单向的碳纤维复合材料(2)构成的层，并且在由单向的碳纤维复合材料(2)构成的各层之间设有中间层(7)，所述中间层具有一个或多个流动通道(8)，所述引导通道(3)经由所述流动通道连接。

3.按照权利要求2所述的调温模块，

其中，所述中间层(7)由导热材料构成。

4.按照权利要求2或3所述的调温模块，

其中，用于所述中间层(7)的导热材料是金属。

5.按照权利要求2或3所述的调温模块，

其中，用于所述中间层(7)的导热材料是导热的塑料化合物。

6.按照权利要求5所述的调温模块，

其中，所述导热的塑料化合物具有至少0.5W/mK的热导率。

7.按照权利要求2至6中任一项所述的调温模块，

其中，所述一个或多个流动通道(8)将所述中间层(7)分成单个的彼此分开的区段(10)。

8.按照权利要求1至6中任一项所述的调温模块，

其中，所述一个或多个流动通道(8)是所述中间层中的槽形的缺口。

9.按照权利要求2至6中任一项所述的调温模块，

其中，在所述流动通道(8)的侧壁上安装有冷却翼片(14)。

10.按照上述权利要求中任一项所述的调温模块，

其中，在所述两个主面的外侧上设置有凹部(13)，以用于保持蓄电池单元。

11.按照权利要求2至10中任一项所述的调温模块，

其中，所述流动通道(8)沿着所述调温模块的横轴彼此平行地在所述引导通道(3)之间延伸。

12.按照权利要求1至11中任一项所述的调温模块，

其中，设置有用于给散热分级的措施。

13.按照权利要求12所述的调温模块，其中，所述措施如下选出：

a)所述流动通道(8)的数量沿着温度降减小，

b)用于区段/条(7/10)的材料的热导率沿着温度降减小，

c)所述流动通道(8)和/或所述引导通道(3)的直径沿着温度降减小，

d)将多孔材料(13)置入到所述引导通道(3)和/或所述流动通道(8)中，多孔性沿着温度降减小，

e)将障碍物(16)插入到所述引导通道(3)和/或所述流动通道(8)中，所述障碍物(16)的数量沿着温度降增多，并且

f)将两个或更多个上述措施a)至e)组合。

14.按照权利要求1至13中任一项所述的调温模块，

其中，至少在所述调温模块的端侧上设置有用于对贴靠着的蓄电池单元(9)的电极触点(6)进行直接冷却的冷却接片(11)。

15.按照上述权利要求1至14中任一项所述的调温模块，其中，用于所述外壳(1)的聚合物材料是弹性体。

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