CN114207913A - 用于电池单元的具有热控外壳的组合件 - Google Patents
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Abstract
组合件,其包括具有壁(11)并含有多组电池单元(7)的外壳(6)。每个壁包封至少一个空间,在空间中的给定时刻能够存在热流体流(F2)。空间以及因此相对应的壁(11)具有流体流的入口和出口。通过对流体流的密封方式,流体流的入口和出口分别与热流体流的供应部(25a)和所述流体流的排出部(25b)连通,使得流体流能够在空间中循环。通过围绕空间的壁和封闭的连通布置,空间与电池单元物理隔离,使得包含在空间中的流体流(F2)和所述外壳的内部空间(9)不连通。壁(11)平行于至少一个电池单元(7)的多个侧面中的至少一个延伸。
Description
技术领域
本发明的技术领域是旨在输送电能的电池的电池单元的热管理,特别是在交通工具中,尤其是在混合动力或“纯电动”交通工具中,其中存在至少一个电动机,无论其是否耦合到至少一个内燃机。
还涉及需要进行热管理的例如船舶上或铁路行业中的大型电池。
术语“交通工具”应以广义理解。
背景技术
本发明的一个技术问题是对电池的电池单元进行热管理。
电池单元适于在优选温度范围内运行。
否则,它们的效率会降低:使用寿命缩短,电气性能降低。
现有技术中已经提出对其运行温度进行管理。
因此,已经提出,例如对于设置有连接到电池(其电池单元竖直地且彼此平行竖立,以使流体流(flow of fluid)在电池单元下方(因此在被一起考虑的这些电池单元的单个下侧或下面上)循环)的电动机的电动或混合动力交通工具,这种流体流在运行中会与电池单元进行热交换。
可想象的是,这种对电池单元进行热管理的方式可能是由以下决定的:
-难以独立于交通工具的其余部分,特别是其直接环境来评估这种热管理问题;目前认为优选的是,电池及其热管理必须适于交通工具的约束(在待在电池单元下方循环的流体流方面上的可用空间、空间定向、与电源的连接),并且由于缺乏对热管理问题本身的详细考虑,反之不行:这很复杂;因此需要努力确保其环境适应它,而不是过度地适应环境,
-可以针对多种类型的电池或电池单元串联生产的技术方案的工业方法迄今为止尚不完善,从一开始就不存在几乎不可分割的交通工具/电池/电池单元热管理系统。
尽管本发明的问题不仅仅涉及轮式交通工具,但通过更精确的实例,我们可以举出用于电池的电池单元的热管理的技术方案,其在电池下方提供“冷却板”,“热”流体流在其中循环,与本电池的电池单元进行热交换。
本文规定:
-这里的“电池单元”是指电化学电池单元,更一般地是指(产生电力的)电池单元,并且
-这里的“热流体流”是指适应流体流(adapted flow of fluid):
--用于向电池单元供应热量,以在它们处于低于与这些电池单元的正常(运行)状态相对应的所谓“第一温度范围”的温度的情况下对其进行加热,
--用于从电池单元中排出热量,以在它们处于高于本“第一温度范围”的温度的情况下对其进行冷却,然后由于热失控条件而处于过热或“异常(运行)状态”。
“热流体流”可以被描述为热载体,因为它传输热量(带给电池单元)或(从电池单元)去除热量。
上述在电池单元下方的定位可能有几个原因:泄漏情况下的安全性、空间和维护。
每个技术方案都涉及与BMS(电池管理系统)的通信,所述BMS是交通工具管理器(能量管理、执行器控制)和电池组(其含有所有电池单元)之间的接口处的电子控制系统。
在任何情况下,电池单元的热管理问题仍然存在,其包含:热效率不足,
-在狭窄的环境中的空间(尤其是高度)方面和/或在与电池单元相邻的热管理构件的机械保护方面的新需求,
-当前技术方案的成本。
例如,由于电气端子,目前通常难以处理电池单元顶部的热点。
电池单元/冷却板交换区域仍然相对较小。
然而,尤其是在未来,越来越频繁的快速充电情况(时间少于15分钟)可能会导致需要在电池舱中散发例如20kW的热功率(正常使用时为2kW)。这种热量会将整个电池组的温度升高到高于正常温度范围(例如,锂离子电池单元在20℃和低于35℃之间)的水平(例如,锂离子电池单元的阈值为35℃),其中需要封包运行。如PCM(相变材料)带电元件等装置可以帮助将这种温度升高减少3到10℃。然而,在快速充电结束时,需要更高效的模块冷却系统。
通常,与电池单元进行热交换的流体流(这里被称为“热传递流体流”或“热流体流”)的较低温度将意味着冷却设定点的修改,制冷构件的效率损失和流速的增加(可能需要可变流量泵,然后需要更高的功率消耗)或交换表面在电池单元的热管理水平方面的增加。
电池单元内还存在温度均匀性的问题。
发明公开内容:
本发明旨在通过解决至少一些提到的问题来改善上述情况。预期的目标是对电池单元的热管理的改善。电池单元的电气效率的增加和/或寿命的增加也是目标之一。
发明内容
为此目的,特别提出了组合件,其包括:
-电池的至少一个电池单元或具有多个侧面并含有一组电池单元的模块,所述至少一个电池单元或所述模块具有多个侧面,以及
-至少一个壁,其适于与所述至少一个电池单元进行热交换,并且为此目的而在与所述至少一个电池单元或所述模块的多个侧面中的一个平行的平面中与之相对设置,所述至少一个壁包封至少一个空间,在空间中可以存在适于与所述至少一个电池单元或所述模块进行热交换以用于热管理的至少一个流体流(F1,F2,在下文中被称为“流体流”),
本组合件的特征在于,所述至少一个空间包括至少一个第一空间和至少一个第二空间:
-至少一个第一空间和至少一个第二空间在彼此平行并且平行于壁面向其延伸(延伸至其)的至少一个电池单元的侧面或模块的侧面的两个平面中延伸(如以下讨论,这两个平行平面可以是相结合的平面),
-至少一个第一空间和至少一个第二空间由至少一个隔板分开,以免彼此连通,并且
-至少一个第一空间和至少一个第二空间适于使得存在作为所述至少一个流体流并且分别在所述至少一个电池单元或所述模块的相同运行时间或不同运行时间存在的不混合的第一流体流(F2)和第二流体流(F1)。
当放置在至少一个电池单元或模块的前面时,前述壁和本电池单元(或甚至在相同平面中与此第一电池单元对齐的其他电池单元)将相邻,即彼此紧邻。
以这种方式,将可能具有在适当的时间以优化的几何形状使用的两个流体流。
在这种背景下,还提出,所述至少一个壁应由特定材料制成,使得其不含有PCM,PCM的使用可以保留在别处。
前述组合件甚至可以使得在所述至少一个壁中限定相应中空内部的至少一个第一空间和所述至少一个第二空间各自大到使得它们将至少占据所述至少一个壁的内部的大部分,以适应其温度。
然后,将允许热交换流体流不限于在刚好在电池单元下方通过的小管中循环,如在现有“冷却板”中。
要考虑的另一个点可以是流体和电池单元之间的热交换区域的范围。
因此,提出以下内容:
-所述至少一个壁具有沿着细长的薄边缘的周边,
-所述至少一个壁在垂直于所述薄边缘的平面中延伸,并且壁沿着所述平面具有由所述周边界定的表面(S),
-并且所述至少一个第一空间和所述至少一个第二空间各自占据所述表面(S)的50%以上。
这结合了制造具有特别大的交换表面的精细结构和系列的可能性。
作为第一种优化制造可能性,提出:
-所述至少一个第一空间和至少一个第二空间可以分别限定在第一板和第二板之间以及所述第二板和第三板之间,所述第一板、第二板和第三板彼此平行并且连接在一起,或
-为了限定所述第一和第二空间,所述第一、第二和第三板设置有被布置成引导流体流的外围凸缘。
作为第二种优化制造可能性,提出所述第一和第二空间中的至少一个由布置在相同平面或平行平面中的一系列管限定。
作为第三种优化制造可能性,提出所述第一和第二空间中的每一个由位于相同平面或不同平行平面中的以至少第一系列和第二系列布置的管限定,第一系列形成所述至少一个第一空间,并且第二系列形成所述至少一个第二空间。
作为第四种优化制造可能性,提出所述第一和第二空间中的至少一个限定在彼此平行并且连接在一起的第一板和第二板之间,并且所述第一和第二空间中的另一个由布置在相同平面或平行平面中的一系列管限定。
取决于生产方法(挤压/模塑/冲压等)、材料、将技术方案适于所选形状的难易程度、期望流动路径的构造等,这些技术方案具有不同的利益。
关于最后一点,需注意,在所述第一和第二空间中,可以为所述第一和第二流(F1/F2)限定平行和交叉循环。
如果所述流是液体到液体并且在电池单元过热的情况下可汽化,则交叉循环可能是最佳的。
所述可汽化流优选地是离所考虑的相邻电池单元最远的一个,因为它是一个电池单元的过热(在其正常运行状态期间,其可以由另一个流进行热管理),这可能会导致所述可汽化流的汽化。
本发明还涵盖包括上述组合件的另一种电池单元热管理组合件。
在本热管理组合件中,提出其包含:
-多个电池单元或多组电池单元,和
-含有所有电池单元的外壳,所述外壳在外围包括多个侧面和每个侧面的一个或多个壁,所述外壳在多个侧面上围绕:
-被一起考虑的多个电池单元,或
-被一起考虑的多组电池单元。
通过本发明的技术方案,可以获得优化热交换:
-包封所述(第一和第二)空间的壁具有外围的薄边缘,其单独延伸:
--在所述外壳的限制侧面的两个连续拐角之间,
--或在两个连接器之间,两个壁通过连接器组装而成,
-包封空间的壁各自在垂直于所述薄边缘的平面中延伸,并且壁沿着所述平面具有界定的表面(S),所述表面(S)沿着所述薄边缘:
--在所述外壳的两个连续拐角之间,
--或在两个连接器之间,并且
-所述外壳的壁中的空间占据这些壁的表面(S)的大部分。
另一方面,本发明涉及包括如前所述的组合件的交通工具,其具有其全部或部分特征,特别可能涉及能够驾驶的交通工具:
-其包括至少一个此组合件,其中多个电池单元与电动机连接,并且
-在面向至少一个电池单元的侧面延伸的至少一个壁中,所述至少第一和第二空间将含有作为所述第一流和第二流分别在电池单元的相同或不同运行时刻存在的第一流体流(F2)和第二可汽化流(F1),所述第一流体流(因此动态地)用于在电池单元的正常运行状态下循环,并且所述第二可汽化流源自相同流体流或不同流体流并适于在不再以正常方式运行的至少一个电池单元过热的情况下在第二空间中汽化。
在本交通工具中,甚至有可能由于电池单元在低于它们过热或劣化的温度阈值的第一温度范围内具有正常状态,因此与至少一个过热电池单元相邻设置的至少一个壁的第二空间中含有的第二流体流(F1)在以下情况下实际存在于第二空间中:
-在电池单元的正常状态下并且在过热或劣化期间,
-或仅在过热或劣化期间。
无论选择什么,需要注意的点是:
-第二空间中含有的第二流体流(F1)可以优选地作为在至少一个相邻电池单元过热并使其达到其汽化或沸腾温度时适于呈现汽相的流体流进行干预,
-并且第一空间中含有的第一流体流(F2)可以优选作为于尽可能地将相邻电池单元保持在其正常运行状态而不会过热的流体流进行干预。
关于所述第二流体流(F1),因此特别可能的是,它是能够在环境压力下改变相的流体流。
在所述交通工具中,还可以确保:
-所述第二流体流(F1)存在于第二空间中,其中所述至少一个电池单元处于过热状态下并且与所述第二流体流进行热交换,使得在所述至少一个电池单元的温度阈值下,所述第二流体流(F1)达到其汽化温度,并且-所述一个或多个第二空间具有开口,以允许将从壁汽化出的第二流体流(F1)抽空到外部大气中。
所述外部大气是所述交通工具以及所述组合件周围的外部环境。所述大气和所述外部环境因此处于环境压力(大气压力)下。
现在关于所述第一流体流(F2),为了确保其在所述一个或多个第一空间中的动态循环存在,可以确保它在含有第一空间的壁中与流的入口和出口连通,并且
-所述交通工具进一步包括用于将流体从所述出口再循环到所述入口的再循环回路,并且在再循环回路上设置用于使所述流体强制循环的构件和用于在所述第一流体流和另一个流体流之间进行热交换的交换器,其中一个将连接到泵或风机,从而确保所述第一流在壁中的强制循环。
开裂点可以是所述外壳的中心区域,因为电池单元可能不太容易进行热管理。
因此,提出以下内容:
-电池单元在所述外壳中分布成多组电池单元,壁中的至少一个在两组电池单元之间延伸,例如所述外壳的内部隔板,并且
-所述内部隔板的(至少一个)第一和第二空间中的至少一个与所述外壳的其他壁的相应空间连通,使得所述第一流体流(F2)和第二流体流(F1)中的至少一个在给定时间从所述其他壁的一个空间循环到另一个空间。
这种循环将促进有效的热传递。
可以关于本发明提供另外的特征,特别是,在电池单元因此在低于它们过热或劣化的温度阈值的第一温度范围内具有正常状态的情况下,所述交通工具包括:
-用于从所述外壳的壁的第一空间中的至少一些供应和排出流体流(F2)的回路,和
-控制单元,其将控制所述第一流体流(F2)在所述入口处的供应和/或这种流在所述出口处的排放,使得所述第一流在第一空间中循环,同时电池单元在所述正常状态下运行。
本发明还涉及借助适于与电池的至少一个电池单元进行热交换的至少一个壁对电池单元进行热管理的方法,壁包封至少一个空间,在空间中可以存在适于与所述至少一个电池单元进行热交换以用于热管理的至少一个流体流(F1,F2),本方法的特征在于,所述至少一个空间包括彼此平行布置的至少一个第一空间和至少一个第二空间:
-至少在电池单元正常运行时,使第一流体流(F2)在第一空间中循环,并且,
-至少在不再正常运行的电池单元过热的情况下,通过从电池单元到壁的热传递,使源自相同流体流或源自不同流体流且然后包含在第二空间中的第二可汽化流(F1)从第二空间汽化。
建议:
-使所述第一流体流(F2)流入比含有所述第二可汽化流(F1)的第二空间更靠近电池单元的第一空间。
因此,将针对正常运行优化与电池单元的热交换,和/或;
-仅在电池单元在其不再以正常方式运行时过热的情况下,所述第二可汽化流(F1)存在于第二空间中。
在第一种情况下,将针对正常运行优化与电池单元的热交换。
在第二种情况下,所述第二可汽化流(F1)将在最佳温度下保留备用。
附图说明
[图1]示出了设置有根据本发明的外壳的交通工具,例如汽车;
[图2]示出了根据本发明的电池单元外壳的一个实例;
[图3]示出了外壳的壁(在下文中有时被称为第一壁或第二壁,例如11-11b1或11-11b2);
[图4]是示出了如何根据本发明制造如以下附图标记为11或11-11c的功能化壁的爆炸图;不同的拉出图详述了放大区域;
[图5]示出了根据本发明的用于电池热管理的组合件,所述组合件包括通过连接块连接的至少第一壁和第二壁(在实例中为两对);
[图6]展示了[图2]的外壳,三个拉出图A、B、C详细说明了可能的放大区域;
[图7]展示了待彼此接合的外壳壁(被称为第一壁)和连接块(附图标记为31);
[图8]示出了根据本发明的具有电池单元和组合件骨架(59)的外壳的一个实例的爆炸图;
[图9]示出了[图8]中的视图的组装状态,没有电池单元且从顶部透视;
[图10]示出了[图8]中的视图的组装状态,没有电池单元且从顶部透视;
[图11]示出了[图9]中的视图的组装状态,其中电池单元和另外的元件放置在顶部和底部以进行其热和/或机械保护;
[图12]相对于[图2]展示了在使用在一个实例中可以提供的相关联构件进行再循环的情况下的被称为F2的流体流的循环路径的一部分;
[图13]示出了[图2]的外壳及其电池单元,没有流体流F2的再循环,但在拉出图中有两个壁的细节;并且
[图14]比[图13]更详细地示出了可以围绕外壳的热管理侧包封的拐角区域,并且在一个实例中,流体流F3可以在所述拐角区域中流动;
[图15]示出了电池单元的替代设计,即本发明的外壳;
[图16]展示了电池单元的另一个替代实施例,其具有可以如[图1]到[图8]中的根据本发明的外壳;
[图17]示出了电池单元的又一个替代实施例,其具有沿[图16]的线XVII-XVII的截面和同样类似于[图1]到[图8]的根据本发明的外壳;
[图18]示出了流F1和F2的替代循环,其中相较于图3中的位置,双壁倾斜90°;
[图19]示出了根据本发明的外壳,其中组装了如图4中的中空壁,在一些地方示出了“平行”循环的F1流体流(没有使附图的信息过载);并且
[图20]示出了与图19相同的外壳;在一些地方示出了流体流F1(仍然与流F2成90°交叉);
[图21]示出了根据本发明的外壳,其相对于任一前述情况倾斜90°,其中电池单元仍然竖直;
[图22]以一个空心壁和与其共面邻接的两个连接器的位置处的局部爆炸图示出了图22的技术方案;
[图23]示出了一种替代技术方案,其中图4中的技术方案的双板中的一个被替换为一系列管,其占据与图4中的情况几乎相同的主表面;和
[图24]中示出了另一种替代技术方案,其中图4中的技术方案的两组三个板均被替换为双系列管,每个系列占据与图4中的情况几乎相同的主表面;
[图25]是电池单元和壁11之间的相对定位的替代设计;
[图26]是图25的局部爆炸图;
[图27]是电池单元和壁11之间的相对定位的替代设计;
[图28]是图27的局部爆炸图;
[图29]是电池单元和壁11之间的相对定位的替代设计;
[图30]是图29的局部爆炸图;
[图31]是电池单元和壁11之间的相对定位的替代设计;
[图32]是图31的局部爆炸图;
[图33]是电池单元和壁11之间的相对定位的替代设计;
[图34]出于更好的可见性示出了与电池单元偏离的管层。
具体实施方式
结合所提及的附图,以下是指非限制性实例。图1示出了交通工具1,在本实例中为汽车,其包括用于其运动(并且因此用于在地面77上行驶,经由车轮4)的由电池5供电的至少一个电动机3,所述电动机3因此与电池电连接。
因此,交通工具1可以是电动的或混合动力的。
在图2中,在交通工具1中,适于具有电化学活性的电池5的电池单元7(也参见图8)含在由外壳6的壁(或面)11外围界定的至少一个内部空间9中。
外壳6布置在周围的外部环境13中,这也是交通工具1的外部环境。
外壳6是多边形的。它的每个侧面都平行于一个电池单元或一系列彼此平行的电池单元的面延伸。
电池5以及因此其电池单元7放置在交通工具底盘或地板75上,所述底盘或地板被假定为是水平的并且可以包含以下提及的(水平)底板35。
电池5和在多个侧面含有并围绕它的外壳6也可以放置在交通工具上,例如船,其中连接到发动机的电池需要受到保护。
每个电池单元7具有:
-用于电气交换的电气连接端子15所位于的连接面或侧面7a,
-与连接面形成某一角度并与其相邻的侧面(lateral faces or sides)7b-7e,和
-与面7a相对的面或侧面7f并且可以是底面。
在一些附图中,INF和SUP分别指示下部或上部、下部区域或上部区域或下面或上面中的内容。
角度(图2)可以是直角α:平行六面体电池单元的常见情况。
优选地,所有电池单元的连接面7a将在内部空间9中相同地定向。
在侧面中,每个电池单元7具有至少两个相对的侧面7b、7e,其限定了每个电池单元的最大表面。
因此,在所选择的实例中,电池单元7的壁是长方体。
壁11中的至少一些被功能化,如已经解释并且如以下进一步详述。
在这方面,这些壁11中的至少一个被功能化:
-其在多组电池单元之间或电池单元之间延伸,从而形成至少一个隔板,例如图2的11-11b或11-11c,其将外壳的内部空间9隔开,或
-其围绕多组电池单元或所有电池单元的外围延伸,例如图2的壁11-11a或11-11d。
这些壁中的每一个功能化壁,例如壁图3-4的11-11c(也可以被称为11-11a或其他):
-其与一些电池单元7和/或与外部环境13进行热交换,并且
-其包封至少一个空间17,流体流(F1或F2,参见图3)可以在给定时间存在于空间中,与一些电池单元7进行热交换。
短语“在给定时间”指示上述流体流在以下状态下存在于空间17中:
-在电池单元的正常状态下(当它们产生电化学活性或放电时),从而遵循低于过热阈值的其所谓的第一温度范围,
-和/或在与流体流相邻地进行热交换的至少一个电池单元的异常状态下,本电池单元的温度超过所述阈值时:它过热。
根据本发明的功能化,每个壁进一步使得:
-所述至少一个空间17以及相对应的壁(因此例如11-11c)具有流体流入口23a和出口23b,
-以流体流密封方式(必要时经由密封件),流体流入口23a和出口23b分别与热流体的供应部25a和流体流的排出部25b连通,使得流体流可以在所述至少一个空间17中循环。
此外:
-通过周围壁(在实例中为壁11-11c的结构材料110;参见图3)并通过所述密封连通,所考虑的空间与电池单元7物理隔离,使得其中存在的流体流(图3的实例中的流体流F2)和外壳的内部空间9不连通,并且
-同一壁横向延伸,平行于至少一个电池单元7的侧面7b-7e中的至少一个。
特别地,流F2可以有利地是液体流,其比气体流热效率更高,例如乙二醇水流。
由于防止了泄漏的风险并且可使用扩大的热交换表面,可以设置成热流体流的供应部25a是液体供应部,使得本液体F2经由入口23a到达所述至少一个空间17,然后从壁11传递到壁11(在连续的空间17中)。
图4的爆炸图示出了如何根据本发明制造所述功能化壁,例如11-11c。
因此,每个这种壁可以包括具有第一和第二相对面170aa、170ab的至少一个板170a,所述第一板、第二板和第三板中的至少一个具有凸缘27a1、27a2和/或27b1、27b2并且可能还具有突起26,其分别在所述凸缘(27a1、27a2或27b1、27b2)之间并且可能在突起之间限定所述至少一个空间17。
每个板170a通常是平坦的,并且在实例中是矩形的。
在实例中,突起26由以某一角度延伸的彼此平行的直肋或波纹26-26a形成(参见局部放大图4)。可替代地,在相关面上,突起26可以通过造粒或局部(临时)压花26-26b形成(参见另一个局部放大图4)。
在每种情况下,突起26的顶部彼此抵靠,从一个板邻接到另一个板,并且间隙17由两个板的相应直肋或凸纹之间的空间限定,在它们交叉或邻接区域外侧。
彼此抵靠的两个相同的板,例如170a、170b,一个相对于另一个绕这些板(以及因此相关壁11(图3、4的11-11c))的平面171中含有的中间水平轴X旋转180°,将在它们之间限定所谓的空间17(附图标记为17-17a1或17-17a2,参见图4)。如此布置,这两个板170a、170b使得分别位于上水平边缘和下水平边缘处的其相应凸缘27a1、27a2是水平的(平行于X轴),面向彼此并且成对地彼此邻接(参见图4顶部的放大图)。
以这种方式,相关流体流(在实例中为F2;但它可以是流F1,参见图18和20)将被水平地引导并且将能够从壁的空间17-17a1或17-17a2(被称为第一空间)沿X轴流到与前一个相邻的壁的相同空间。
在两个这种第一和第二连续壁之间,例如图5或6的11-11b1、11-11b2或11-11c1、11-11c2,包封分别与这些相应壁(例如,11-11c或11-11a)(例如,11-11c或11-11a)的前述空间连通的至少一个空间310的中空连接块31(也被称为连接器)将允许流体流F2在内部空间9中横向水平地循环或在外壳的外围处依次从壁11到壁11循环,如图6中的箭头F2所示(然而,带箭头的循环只是一个实例)。
在拉出图6中,放大了两个不同的区域
-在由虚线围绕并对应于放大图A的第一区域中,详述了外壳6中心的中间壁11;由于它位于两个(组)电池单元7之间,因此壁(优选地)在内部具有两个空间17-17a1和17-17a2(用于流体流F2的循环),并且优选地具有另外两个安全空间,所述安全空间具有开口33(可熔流体流F1可以通过其逸出),并且
-在由虚线围绕并对应于放大图B的第二区域中,详述了另一个壁11,这时是在外壳6的外围;由于它位于多个(组)单元7周围,因此壁在内部具有空间17-17a1(用于相关流体流的循环)和开口33(另一流体流F1或F2可以通过其逸出,这取决于是在图3还是图18的情况下);参见作为一个实例的图6的技术方案B。
应当注意,技术方案B也可以作为降级版技术方案提供在外壳6中心的中间壁中,在两组电池单元之间,来代替技术方案A。还应注意,因此在图6中,用于流体流(实例中为F2)的循环的箭头(粗体)只是一个非限制性实例。从壁11到壁11的其他路线也是可能的;参见图19-20。
连接块31中的内部循环空间310可以与图6中的不同,这取决于连接块的位置和待成对连接的连续壁11中的空间的数量。
因此,可以具有对齐的空间310(其中例如,仅图5的壁11-11b1、11-11b2需要连通),特别呈T形(块31-31a,参见图6),呈L形(块31-31b),呈X形(块31-31c;参见图7)。
为了还将外壳6中的模块化、紧凑性和流体流分配相结合,还建议(每个)连接块31具有至少两个嘴部,如图7的311a、311b:
-所述第一和第二壁的第一或第二开放侧面110a1、110a2分别向其开放,并且
-每一个与连接块的至少一个空间310连通,用于例如F2的至少一个热流体流的流入或流出。
为了确保密封连通,从而防止流体流(特别是F2)到达外壳的内部空间9,一个(每个)壁11和一个(每个)连接块31可以首尾相接触地放置(参见图3中的壁)或两个两个地彼此接合(参见图7),例如焊接在一起,从而确保紧密的机械连接(参见图5、7中的附图标记51a、51b)。
如已提及,流体流F1至少在至少一个电池单元7过热的异常情况下存在于其中的用于热管理的另一个空间(被称为“第二空间”)(附图标记为17-17b1或17-17b2,参见图4)因此可以设置在每个壁11中。
出于此目的:
-在板170b的背面(图4的面170ba),除了可能的突起26之外,两个凸缘27b1、27b2沿着板的竖直边缘延伸,
-并且提供第三块板170c(图4),其与板170b相同,但是绕这些板以及因此相关壁11(图4的11-11c)的平面171中含有的中间水平轴X一个一个地旋转180°。
如此布置,这两个板170b、170c使得分别位于突起26的任一侧的竖直左边缘和竖直右边缘处的其相应横向凸缘27b1、27b2是竖直的(垂直于轴线X),面向彼此并且成对地彼此邻接(参见图4右侧的放大图)。
以这种方式,流体流F1将被竖直地引导并且能够通过相关空间的上部水平部分中的开口(狭缝)33逸出,如图4的17-17b1;另参见图3。
在相同空间17的下部水平部分中,可以存在相同的开口(或狭缝)33。因此,将有可能从内部供应可熔流体流F1,并且适时从来源71向与一个或多个壁11相关的(每个)空间供应;参见图6。如有必要,可在此处放置密封件以密封流体流。
至少在前述第二空间(图4的17-17b1和/或17-17b2)中,对于经由来源71的动态存在,此第二空间的入口或出口将连接到泵或风机(73;参见图6),从而提供流体流F1向入口的强制供应。
至少一个风机或至少一个泵53、43将对流体流F2进行同样的操作(见下文)。而且,对于流体流F3也是如此,如果存在的话:见下文,并且流体流F3的供应部79经由泵或风机(图13的标记81)连接到壁37(相应空间17-17c)中的入口322。出口323允许流体流F3离开壁37,因此在已经在那里循环之后离开相应空间17-17c。
如果需要,可以在外壳的入口和/或出口处放置密封件以密封流体流F3。
通过在壁11的晶片下方(但优选地也在外壳6的整个底部下方和电池单元7下方)延伸的至少一个底板35(见图3)中开放的通道(未示出),流体流F1还可以在一个壁的(第二)空间17-17b1和/或17-17b2和与前一个相邻的壁的相同(第二)空间之间循环,从而形成容器连通的情况,使得平衡空间中的液位成为可能,特别是在流体流F1是液体(或在电池单元的正常状态下具有至少一种液相)的情况。
流体流F1将是可汽化流体,例如水(盐水或非盐水)。
为了优化安全/热管理权衡,因此这种流体流F1将有效地适于在环境温度和压力(20℃;大气压力)下改变相。
在图4中,壁11-11c分别由一对双空间17-17a1、17-17b1和17-17a2、17-17b2形成,这两个双空间由中间隔热板29分开。
实际上,壁11-11c与壁11-11b一样,是在两个电池单元7之间,因此在外壳的内部中,在这些壁分隔的空间9中延伸的一个壁。
这种成十字状的分隔进一步增加了外壳6的机械强度和电池单元的热管理。
在隔热板29的任一侧,每个空间17(例如,17-17a1或17-17b1)与至少与其相邻的电池单元7进行热交换。
因此,板170a(其外面170aa)靠在这些电池单元中的一个上。如果它们之间存在空气膜30,尤其由于突起26,则那里不存在流体流。
隔热板29用作屏蔽,使得一个电池单元7中的过热不会蔓延到另一个。上述双空间对作用于两侧。
然而,在外壳6的外围上,单个壁(例如,11-11a、11-11d)(一系列这种连续壁),无论其本身外围是否具有隔热板29,可能就足够了。
因此,对于每个功能化壁11,在具有第一和第二空间(17-17a1和17-17a2或17-17b1和17-17b2)或甚至一对这种第一和第二空间(如图3中所示)的情况下,第一和第二空间将:
-不彼此连通,
-适于使得所述至少一个热流体流(例如,F2)和另一个流体流(例如,F1)分别在相同时间或在不同时间存在于其中,所述第一流体流动态地存在,而另一流体流能够静态地或动态地存在:在壁的底部、在第二空间17-17b1或17-17b1和17-17b2中没有开口33的情况下,流体流动F1将静态地存在,否则它将动态地存在,因为它处于循环中(容器连通意味着循环)。
在这种流体流F1和/或F2静态地或动态地存在于外壳的侧面上(因此,在直到图20的实例中,既不在顶面上,也不在端子15所在的面上,又不在可找到底板35的底面上)的情况下,外壳6在任何情况下都将包括多个功能化壁11,每个壁具有围绕多个电池单元7或多组电池单元的至少一个空间17,以限定外壳6的至少一部分,其将完全围绕外壳的几个相邻侧面上的多个电池单元(其端子7布置在上水平面或下水平面上)或多组这种电池单元。
更具体地,这些功能化壁11旨在限定外壳的封闭外轮廓(或周边)C1,在多个侧面上围绕被一起考虑的电池单元7(如图13中)或围绕被一起考虑的多组电池单元(如图2中)延伸。
为了进一步提高控制和热安全性,功能化壁11还可以在两组或更多组电池单元之间延伸,以分隔外壳6,如图2中所示(参见例如图6中的壁11-11c1和11-11c2)。
如果我们返回到外壳6的外围的情况,将有可能在外壳的外围处提供另一个流体流F3的互补循环(参见图13、14),其旨在优选地用于对PCM充电(见下文)。
与流体流F3相关的以下内容独立于与附图相关的以上描述。流体流F3将优选地不同于流体流F1和/或F2。流体流F3可以是气态的,例如空气,其可以连通并因此处于压力下。
因此,无论实现所述功能化壁11及其内部空间17的方式如何,可能有用(在电池单元的热管理方面始终有用)的是,将至少一个隔热层或板39(其可以是真空隔热面板)插入在含有第三空间17-17c的壁37和与其相邻的外部机械保护壁40之间(竖直地立在外壳的侧面上);参见图13、14。
甚至可以将至少一个另外的相变材料(PCM)层或板41a、41b插入在隔热体39和含有第三空间17-17c的壁37之间(竖直地竖立在外壳的侧面上)。
含有不同相变温度的PCM的一个或两个PCM层或板41a和41b能够应对在一个给定时间可能非常冷而在另一各给定时间可能非常热的外部环境温度13。
所述(每个)壁37可以包括两个板37a、37b(图14),其通道沿着与其平行的外壳的壁11贯穿它们(在实例中为水平地),从而形成所述第三空间17-17c;参见图13、14。
板37a、37b的材料含有刚性结构基体包覆的PCM。这将优选地是聚合物基体包覆的PCM(相变材料)。
特别地,当需要时,通过通道的流体流F3将允许PCM的再生。
以这种方式,无论PCM的相(特别是固体或液体)如何,都可以得到自支撑复合体。流体流F3的外围通路的通道、管或导管可以集成或添加(管或导管)到壁37。
通过PCM、循环流体流F3和它周围的隔热体的这种组合,将有可能创建有效的动态热屏障。
如果有的话,在功能上可以与连接块31相同的互补连接块32沿着外壳6的壁11沿流体流F3的循环路径连续地平行于流体流F2的循环路径插入在两个相邻壁37之间。
因此,每个互补连接块32包括内部空间320和至少两个嘴部(取决于I形、X形、L形,如图14中的T形……),例如图14的321a、321b:
-壁37的第三空间17-17c在其上横向开放,并且
-每一个都与内部空间320连通,用于热流体流F3的流入或流出,并且因此用于其沿着壁11和块31绕外壳6的横向循环。
为了确保紧密连接以防止流体流(这里为F3)进入外壳的内部空间9,所述(每个)壁37和所述(每个)互补连接块32可以以紧密的方式成对装配在一起(参见图14),从而确保紧密的机械连接(参见图14的附图标记330a、330b)。
因此,将理解的是,在外壳6的外周上,至少在前述轮廓C1上,或在本轮廓C1上以及在两组电池单元7之间(作为前述的中间隔板),因此可以发现:
-两个流体流F1、F2,因此侧壁(例如,11-11a、11-11d)各自为简易的(具有两个相邻的平行侧空间,例如17-17a2和17-17b2),
-或三个流体流F1、F2、F3,因此壁各自横向竖立,具有三个相邻的侧空间,例如17-17a2、17-17b2和17-17c,如图13中所示。
在每种情况下,流体流(分别为F1、F2、F3或F1、F2)在其中彼此平行且相邻(因此存在于外壳的相同面上)的所有空间可以集成到相同的所谓功能化壁。
还应注意,无论流体流F1在哪里与流体流F2相耦合,流体流F1的空间(17-17b1或17-17b2)将邻近于流体流F2的空间但在其之外横向布置。因此,将会存在:
-电池单元7,然后存在
-流体流F2的(所谓第一)空间(17-17a1或17-17a2),然后存在
-流体流F1的(所谓第二)空间(17-17b1或17-17b2)。
在更远离电源单元的位置,可以存在隔热体29或第三流体流F3的空间17-17c。
因此,如果与“功能化”壁(例如,11-11a)相邻的(至少)一个电池单元,例如图4的7-7a,产生电化学活性,则:
-在低于阈值的第一温度范围内(例如,对于锂离子电池单元,在20和35℃之间),它会在其所谓的正常状态下自然升温,例如所述阈值在以上情况下为35℃,
-但它可能在给定时间达到异常状态,超过所述阈值而过热或劣化。
这同样适用于与本壁11-11c相对定位的空间17-17a2相邻的电池单元7-7b,因此在所述实例中,其是两组电池单元7之间的隔板。
至少当达到本异常状态时,并且优选地已经处于正常状态时,流体流F1将存在于第二空间(17-17b1;17-17b2)中。
此外,优选地在本正常状态期间,如7-7a、7-7b等这些电池单元的温度将能够通过它们和在最靠近相关电池单元的(所谓第一)空间(17-17a1或17-17a2)中循环的流体流F2之间的热交换进行热管理。
隔热层29(如果设置)将充当电池单元7-7a和7-7b分别所属的两组电池单元之间的热屏蔽。
流体流F2和最近的电池单元之间的热交换将限制过热的风险,对于液体流体流以及电池单元位于其侧面(7b-7e)的事实更是如此,因此具有最大的交换表面。
如果仍然发生过热,来自电池单元的热量将加热存在于所述第二最近空间(17-17b1或17-17b2)中的流体流F1。
这可能会导致这种流体流的相变,如果它达到其汽化温度并因此汽化(在环境压力下),则其可以通过相关空间的开口33以气相排出(图3或18的箭头F1)。
还应注意,与位于外部环境13和电池单元7之间的界面处的外壳6的外围不同,可以在两组电池单元7之间延伸的外壳的内部空间9的整个部分将被有利地保留专门用于以下二者之间的热交换:
-形成至少一个隔板的(每个)上述功能化壁(例如,壁11-11b、11-11c),和
-与其相邻的至少电池单元7,使得将不会在这些壁中(参见图4,其中未提供PCM)或在它们和所考虑的相邻电池单元7之间布置相变材料。
这将优化机械强度/尺寸/重量/热管理之间的折衷。
另一方面,为了相同的目的,PCM层或板41c可以放置在两个连续的(相邻的)电池单元7之间,如图2中所示。每个PCM 41c将消除与其相邻的电池单元的热震性。
至于流体F3,与流体流F2的循环相关的以下内容独立于与附图相关的以上描述。
如前所述,热流体流F2是动态的。因此可以利用这样的事实,即它经由出口23b从壁11离开,并因此从外壳6(从内部空间9)离开,使得其排出部25b经由再循环回路39连通,这使得将至少部分热流体流再循环到供应部25a成为可能;参见图2。
可以使用具有可变流速的至少一个三通阀41来再循环所有或部分离开外壳6的流体流F2,包含在图18-19中示出的技术方案中,其中收集盖(未所示)可以放置在外壳的开放面上,开口23b从所述开放面上露出。
为了提高能量效率,将在再循环回路39上提供强制循环构件43(如果流体流F2是液体,则是泵;如果是气体,则是风机)和交换器45(在流体流F2和另一个流体流F4之间),以便优选地冷却流体流F2并将其在比离开外壳更冷的25a中再循环;参见图12,其中与图2中一样,流体流F2的循环路径仅作为一个非限制性实例提供。
关于这种流体流F2,需要关注的是,控制单元49(图12)控制这种热流体流在入口处的供应和/或流体流在出口处的排出,使得流体流F2因此在所述至少一个空间17;17-17a1、17-17a2中循环,同时电池单元7处于正常状态。
优选地,还应当关注的是,这种流体流F2也在所述至少一个空间17;17-17a1、17-17a2中循环,同时电池单元7处于异常状态:低于或高于电池单元的正常运行的最小和最大温度阈值,即:
-低于最小温度阈值10℃,并且
-高于最大温度阈值35℃。
不管流体流F2是否被再循环,控制单元49可以连接到感测(至少一个)电池单元7的温度的至少一个温度传感器51;参见图2。
控制单元49可以连接到感测(至少一个)电池单元的温度的至少一个温度传感器51;参见图2。
对于在没有再循环的情况下的流体流F2的强制供应(或作为构件43的替代品),与控制单元49连接的循环构件53将确保流体流在在外壳6(其壁11)中的强制循环。
控制单元49也可以连接到三通阀41以进行控制;参见图12。
至于流体F3和流体流F2的循环,与外壳6中的流体流F1和/或F2和/或F3的循环相关的以下内容独立于与附图相关的以上描述。
因此,关于这种流体流F1和/或F2和/或F3的循环,并且无论是否存在一个这种流(F1或F2)、两个这种流(F1和F2)或三个这种流(F1、F2和F3),应注意以下:
-与流体流F1有关;因此,这是一个可熔流体流,通过使流体流F1在壁11的相对应空间中沸腾或汽化,其循环负责确保在电池单元和/或一组电池单元的热失控期间去除热量,-与流体流F2有关;因此,这是一个其循环负责确保在电池单元7的运行(发电)期间维持其正常状态的流体流:
--如果它们正在升温,则对其进行冷却,
--如果它们仍然很冷,则对其进行加热,因为如果电池单元必须在过低的温度下运行(对于锂离子电池单元,理想的运行温度在+10℃和+35℃之间;在名义上,充电时允许的温度范围可以被认为在0到+45℃之间,而放电时允许的温度范围在-20℃到+60℃之间)。
例如,如果外部温度低于10℃,例如在冬季寒冷天气停车之后,建议加热电池单元以鼓励充电。
然而,因为表述的误导性,本文一般提及的是“冷却回路”,因为冷却可能比加热更频繁。
然而,正如关于某些交通工具已经提出的那样,仅在电池单元7下方提供热流体流是不合适的(可及性、效率、维护不足等)。
本冷却回路在外壳以及因此在电池单元的的几个侧面上的定位(如在本发明中),其特别是可以外围定位(在图2或21的整个封闭轮廓C1上),其中壁11通常延伸到外壳6的外围,应当可以非常有效地去除由电池单元产生的热量。特别地,它应当可以处理连接15附近的热点。
如果几个侧面上的这种外围定位存在于:
-电池单元的(至少)两个更长的相对侧面上,如图2中所示,
-或垂直于轴B1或垂直于通过其较大面7b、7e对齐的电池单元7的彼此平行(如图21中所示)的多个轴B1的平面P2中,则可以相较于电池单元下方的交换表面区域极大地增加交换表面区域,并且鉴于所提出的设计,这不会有任何明显的流体流风险。
当快速充电时(例如,在不到5分钟内),应当可以在一组电池单元(图2或8中的舱)中耗散例如20kW的热功率,而不是例如正常使用中的2kW。这种热量应当能够将整个电池组的温度升高到高于电池组正常运行的允许温度的温度水平。可以使用如加载PCM的电池单元(或板)等装置来将这种温度升高减少例如3到10℃。然而,在快速充电结束时,需要更高效的模块冷却系统:
--经由冷却流体流F2的较低温度(这意味着冷却设定点的变化和制冷器的效率损失),和/或
--经由流速的增加(这需要可变流量泵和更高的消耗)和/或
--经由交换表面的扩大。
在本发明提出的外围、多面、特别是周边技术方案的关于热量的关注点中,我们可以注意到:
-当有这种冷却时,电池单元7内的温度的更好的均匀化,
-重要的热交换表面的可用性:可以设想具有比铝或不锈钢更低的热导率(λ)的交换板:复合材料、塑料、玻璃,其当然具有更高的热阻;但这可以通过更大的交换表面和冷却路径内的更高的对流交换系数来补偿,特别包含存在突起26的情况。
因此,关于流体流F3,这是在电池单元不运行(不产生电)时能够保持舱9/电池单元7的温度的流体流。如果存在,流体流F3的循环可以对PCM侧板41a、41b进行热充电。
在图15中示出的技术方案中,电池5的棱柱形电池单元7具有横向连接端子15,这里标记为15a(阳极)和15b(阴极)。
这些连接端子15既不在上侧7a上也不在相对的下侧上,而是在两个相对的侧面7c、7d上。
这意味着本发明的外壳6的功能化壁11低于(即在竖直方向上低于)电池单元7:H3<H4,参见图15。
通过不延伸到这些横向连接端子15的高度,壁11和端子块31将不会干扰连接端子15,因此在所示出的实例中,它们将悬垂在外壳6的两个较长的相对侧上。这确保了电气连接和流体流F1、F2和/或F3不会干扰。
在图16中,示出了一个实例,其中电池5的电池单元7为圆柱形并具有上部连接端子15:这里附图标记为15a(阳极)和15b(阴极)的两个端子位于每个电池单元的顶侧7a。
图17示出了一个实例,其中电池5的电池单元7仍为圆柱形,但具有连接端子15a和15b,一个在上侧7a,而另一个在下侧7f:
尽管电池单元之间的电气连接以及与电动机3的电气连接未示出,但可以理解的是,电池5始终处于其功能化外壳6中,特别是在图16-17的两个实例中。
壁11和端子块31位于电池单元的相对侧7a、7f的横向,也不干扰连接端子15。
在图16-17中,假设所述另一个流体流F1静态地存在于壁11中。流体流F2向/从外壳6的流入和流出并未示出。
另一方面,在图16中,示出了在一个壁11中循环的流体流F2的入口23a和出口23b。在内部,在每个壁11中,所述设计可以如图17中所示,即如图3或7中。
然而,一种绕垂直于面板11的平面P(图18)的中心轴A倾斜90°的技术方案是可能的,所述面板可以以共面方式彼此相接,如图5或6中所示。
在这种情况下,如图18、19和20中所示:
-流体流F1将“串联”循环并经由连接块31从面板11排出到相邻的面板11(图20的箭头F1),同时:
-流体流F2将“并联”循环(每个面板11都具有其出口;参见图19的箭头F2)。
如果壁11是直立的,则流体流F2可以从底部流到顶部,或反之亦然(在图18中,箭头则向下)。以相同的方式,除了图20中的实例之外,还可以获得“串联”流体流F1。
在任何情况下,期望通过将流体流(F1、F2)保持在较低的温度下更长时间来提供更好的电池单元热管理。
以上内容当然可以应用于图21-22的情况,其中相关轮式交通工具(其水平底盘的一部分已经被示出,即(水平)底板35)包括如前所呈现的外壳6,特别是具有流F1和F2的几个侧面上的壁11,但特殊情况是在交通工具上对包封至少一个空间(图中的17-17a1/17-17b1)的外壳的壁中的一个(图中的11-11a)进行定向,以便面向其平行于所述底盘(平行于其底板35)设置。
因此,轮廓C1在竖直平面P2中,并且每行对齐布置的电池单元的轴B1是水平的。
借助本图(仅被视为一个非限制性实例),将注意到,如果根据本发明,外壳6在本外壳(以及因此电池单元7)的几个侧面上围绕:
-被一起考虑的电池单元,或
-被一起考虑的多组电池单元7,则可以将具有允许流体F1和F2存在于其中的中空内部(因此具有内部空间11)的壁11如下组织:这些壁中的一个(标记为11-11e)是底壁,位于平行于平面P2的平面中。
因此,功能化壁11可以在三个垂直平面中延伸,这些壁彼此相邻,使得流体F1和F2中的一个和/或另一个可以在必要时从一个壁11传递到相邻的壁11。
在图21和22的技术方案中,还可以注意到:
-每个电池单元7具有侧面,其中两个相对的侧面(包含7e)限定了每个电池单元7的最大表面,并且
-周边C1垂直于被一起考虑的电池单元或被一起考虑的多组(这里为两组)电池单元的最大表面延伸。
这可以产生有效的电池单元布局:
-其中它们的连接面(端子15)面对面布置,一排接另一排,平行于平面P2,端子15朝向外壳的中心定向,其中自由容积55允许电缆(未示出)用于电池单元彼此之间以及与待放置的相关电动机的电气连接,-并且它们的薄边缘(较小表面7a和7f的侧面)在竖直方向上细长。
对头拼接的定向不太实用。
以不同的方式,在图2、13和15的技术方案中:
-如果每个电池单元7始终具有侧面,其中两个相对的侧面(7b、7e)限定了每个电池单元的最大表面,
-周边C1绕过被一起考虑的电池单元或被一起考虑的多组电池单元的最大表面。
如已提及,这两种技术方案在热效率、能源性能和/或紧凑性或空间要求方面都非常高效。
在这方面,可以注意到,在这两种情况下,每个电池单元7因此具有侧面,在这些侧面中,两个是相对的侧面(7b、7e),它们限定了每个电池单元的较大表面,所述表面与以一行(图15)或多行(图2或13)布置在外壳中的电池单元平行。
关于包封空间(17;17-17a1,17-17a2;17-17b1,17-17b2……)的壁11,还应注意以下:这些壁各具有两个薄的、细长的、相对的边缘(111a和111b,参见图7),其中每一个延伸:
-在两个连接器31之间(如图7中),两个壁11通过连接器31连接,
-或在外壳6的限制侧面的两个连续拐角之间(例如,图11中的拐角57a和57b)。
在后一种情况下,外壳6可以是单件(其中壁11集成在一起,例如模塑在一起,底部(图21的11-11e)也可以与其他壁集成或附接)。
通过这种薄边缘壁11设计,例如111a和111b,具有内部空间(17;17-17a1,17-17a2;17-17b1,17-17b2……)的相关壁11将各自有利地在一个平面(图3的171和图11的P3)中延伸,所述平面:
-垂直于所述薄边缘,并且
-壁沿着其具有表面S(参见阴影图11和图3的交替长/短线的周边)。
表面S由所述两个薄边缘111a和111b和以下界定:
--外壳的两个连续拐角(例如,57a和57b),
--或所述两个连接器31。
此外,外壳的壁的空间(17;17-17a1,17-17a2;17-17b1,17-17b2)占据了这些壁的表面(S)的大部分。
换句话说,为了在热交换性能方面优化效率,建议在这些壁中限定了相应中空内部的外壳的壁的空间(17……):
-都大到它们至少占据壁的内部的大部分,并且
-含有流体流(F1,F2),以适应电池单元的温度。
还有另一种技术方案需要考虑。在图23和24中示出了两个实例。
本技术方案部分地受到空间17中的至少一个的网络化实现的启发。实际上,在具有内部突起26的技术方案中,这些突起形成用于流体流F1或F2在相对应空间17中循环的合适网络。
因此,作为足够大以至少占据壁11的内部(因此所述表面区域S)的大部分的空间17,将不一定存在单个空间,而是网络化或分隔式空间。
在图23中示出的技术方案中,限定壁的板或面板中的一个,在这种情况下为外板或面板170a,已被替换为一系列1700a管173。在所述实例中无关紧要的是,它位于面板11的两个相对侧面(两个系列1700a)上。
如果关注这些侧面中的一个(或所考虑的每个面本身),则整个系列的管173(例如,前图23中的管)一起限定了用于传递流体F2的表面,其几乎等同于前面的情况并且其容积与前述情况一样大:一系列管173几乎在整个前述表面S上延伸。因此,所有管173都是中空的并且沿着前述表面S延伸;在这种情况下,沿着其余板170b、170c的整个长度L,流体F1可以存在于其间,如前所述。无论它们是否彼此平行,一个(每个)系列的所有管173将形成平行于其余壁板的前述公共平面171延伸的结构。
如果需要,每个管173的端部可以流体连接到已经示出的连接器31,使得这种面板11可以连接到另一个相邻的相同面板11。
图24中的技术方案与图23中的技术方案的不同之处在于,第一技术方案的三个板170a、170b、170c已被替换为在平面171中彼此相靠放置的两个相邻系列1700a、1700b。
每个系列允许流体F2(最外)和F1(最内)中的一个循环,并且所述系列管173几乎占据了与整个前述表面S等同的区域。
隔热板29在平面171中的两个最中央的1700b系列之间延伸,以将本技术方案变为图4中的技术方案的完美替代方案,并且在与在这种情况下竖立在平行于平面171的任一侧的电池单元7的热交换的性能方面与其等同。
管173可以是金属的,例如铝。但实际上,无论它们是由板、管还是其他材料制成,中空壁将由聚合物(塑料)或金属材料或甚至复合材料制成,但优选地没有PCM。作为聚合材料,人们对弹性体表现出兴趣。复合材料的实例包含有机基体复合材料(OMC)和金属基体复合材料(MMC)。金属壁11将有利地是导热的,其热导率λ大于1W/mk,甚至优选地大于5或甚至10W/mk,实际上大于可以用于外壳6的PCM的热导率λ。
如果它们与外壳的平板(例如,图23中的技术方案中的170b或170c)相对延伸,它们可以与其附接,例如通过胶合或焊接。
在图24的具有两个相邻管组1700a、1700b的技术方案中,所述组也可以附接在一起并且在这种情况下附接到板29,以形成整体组合件。
如果系列中的管173是竖直的,则它们可以具有封闭的底端173a并且含有流体F1,如果相邻电池单元过热,所述流体将在适当的时候汽化。
在壁11具有两个流体F1和F2的情况下,通过两个相邻的管系列1700a、1700b,或者通过具有两个内部空间(例如,17-17a1和17-17b1和/或17-17a2和17-17b2)的壁11(所述两个内部空间在本壁的平面(例如,图3的平面171)中彼此平行),壁中的这两个流体流F1和F2优选地如图中所示彼此交叉;但这不是绝对必要的:可以提供平行流(直的或有角度的,取决于与图4相当的技术方案中的板170a、170b、170c上的凸缘(27a1、27a2、2b1……)的方式)。
为了进一步解释本发明的具体特征,还可以参考图25到34,它们成对地示出了五种可能的情况,结合三种不同的实施方式,在每种情况下以组装情况示出,并且相关壁11从相关的一个或多个电池单元7移开,或者甚至呈分解的形式(图26、28、30、32)。所考虑的电池单元是棱柱形的。
在这五种情况下,存在一组布置,其包括:
-至少一个电池单元7(在所述实例中,多个电池单元排列成一行),电池单元具有多个侧面(例如,上述的7a和7e),和
-至少一个壁11,其适于与电池单元进行热交换,并为此目的而在与电池单元7的侧面的一个(如果存在多个侧面,则为电池单元之间的共同侧面)平行的平面P5中与它们相对设置,壁11包封至少第一和第二空间:
-三板技术方案的实例中的空间17-17a1、17-17b1(图25-28;另参见图4的详细描述),
-或管173层的一系列内部通路61。
相应空间在两个平面上延伸,所述两个平面:
--彼此平行(P6和P7;但它们也可以是合并平面P8)
--并且平行于壁11面向其延伸的一个或多个单元的侧面:附图上的大侧面7e或小侧面7c。
另外,相应空间:
-由至少一个隔板(任何管173的封套65或例如中间板170b)分开,以免彼此连通,并且
-适于使得分别在电池单元的相同运行时间或不同运行时间存在的因此不混合的第一流体流(F2)和第二流体流(F1)。
如已提及,从图25到34清楚的是,在壁11中限定相应中空内部的第一和第二空间各自大到它们至少占据所制成的壁11的内部的大部分。
再次,关于第一和第二空间,进一步规定:
-三板技术方案的实例中的空间17-17a1、17-17b1(图25-28;另参见图4的详细描述),
-图29-32的两层技术方案中的相应管173层的一系列内部通路61(被一起考虑),和
-图33-34中的管173的内部通路61,但这里考虑到两个共面组中的管的交替(平面P8):第一组管173用于流F1,第二组其他管173用于流F2。因此,在这种情况下,将管173一起考虑,但成组考虑。一组管散布在另一组的一个或多个连续管之间。
在第一种情况下(图25、26),因此发现图4中的技术方案的三个平行板170a、170b、170c平行于电池单元的相同对齐的短侧面7c布置。
流F1和F2平行和偏移流动(平面P6、P7),如图所示并且如上所述。
第二种情况(图27、28)与第一种情况相同,只是所述一组平行板170a、170b、170c现在被布置成与电池单元的相同对齐的长侧面7e相对并相邻。
流F1和F2平行和偏移流动(平面P6、P7),如图所示并且如上所述。
第三种情况(图29、30)和第四种情况(图31、32)相同,只是层1700a的管173和另一层1700b的管:
-在第三种情况下平行(图29、30)和
-在第四种情况下交叉(在这种情况下垂直)(图31、32)。
在第五种情况下(图33、34),可以看到具有封套或壁65和开口161的管137,但在相同平面P8中沿着电池单元的短侧面交替,即使这可能同样至少与其长侧面相对。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.在大气压力下放置在外部大气中的交通工具的用途,所述交通工具包括组合件,所述组合件包括:
-电池(5)的至少一个电池单元(7)或模块(700),所述至少一个电池单元(7)具有多个侧面(7a-7f),所述模块(700)具有多个侧面(70a-70f)并且含有一组电池单元(7,70),以及
-至少一个壁(11),其适于与所述至少一个电池单元(7)或与所述模块(700)进行热交换,并且为此在与所述至少一个电池单元(7)或所述模块(700)的多个侧面中的一个平行的平面中与之相对设置,所述至少一个壁(11)包封至少一个第一空间(17;17-17a1,17-17a2)和至少一个第二空间(17;17-17b1,17-17b2):
--所述至少一个第一空间和至少一个第二空间在彼此平行并且平行于所述至少一个电池单元的侧面或模块(700)的侧面的两个平面中延伸,壁(11)面向所述至少一个电池单元的侧面或模块(700)的侧面延伸或者延伸至所述至少一个电池单元的侧面或模块(700)的侧面,
--所述至少一个第一空间和至少一个第二空间由至少一个隔板分开,以免彼此连通,并且
--在所述至少一个第一空间和至少一个第二空间中,分别在所述至少一个电池单元或模块的相同运行时间或不同运行时间存在第一流体流(F2)和第二流体流(F1),所述第一流体流和第二流体流在所述至少一个第一空间和至少一个第二空间中不混合,
在所述用途中:
--在第二空间中,将能够在环境压力下改变相的流体流当作所述第二流体流(F1),
--确保所述第二流体流(F1)存在于第二空间(17;17-17b1,17-17b2)中,其中至少一个电池单元处于过热状态并且然后与所述第二流体流(F1)进行热交换,使得在所述至少一个电池单元对应于过热状态的温度阈值下,所述第二流体流(F1)达到汽化温度,并且
--第二空间具有开口(33)并且与外部大气连通,以允许将从壁汽化出的第二流体流(F1)抽空到外部大气中。
2.根据权利要求1所述的用途,其特征在于,将液体作为第一流体流(F2)进行循环。
3.根据权利要求2所述的用途,其特征在于,所述液体是乙二醇水。
4.根据前述权利要求中任一项所述的用途,其特征在于,由于每个电池单元(7)具有电气连接的端子(15)所位于的连接面(7a)、与所述连接面(7a)形成角度并与所述连接面相邻的多个侧面(7b-7e)以及与所述连接面(7a)相对的面(7f),因此通过布置壁(11)使其平行于所述至少一个电池单元(7)的多个侧面(7b-7e)中的至少一个横向延伸来确保第一和第二流体流(F1,F2)在横向上的存在。
5.根据权利要求1到3中任一项所述的用途,其特征在于,由于所述组合件包括:
-多个电池单元或多组电池单元(7),和
-含有所有电池单元的外壳(6),所述外壳(6)在外围包括多个侧面和每个侧面的一个或多个壁,所述外壳在多个侧面上围绕:
--被一起考虑的多个电池单元(7),或
--被一起考虑的多组电池单元(7),每个电池单元具有上侧、下侧以及在所述上侧和下侧之间的至少一个侧面,电气连接的端子(15)位于所述上侧、下侧以及侧面中的至少一个上,
因此确保第一和/或第二流体流(F1,F2):
-存在于不与电池单元的下侧相对的外壳的侧面上,或,
-如果所述端子(15)位于电池单元的两个相对侧面(7c,7d)上,则存在于高度低于电池单元(7)的壁(11)中,使得壁(11)不覆盖所述端子(15)。
6.根据权利要求1到3中任一项所述的用途,其特征在于,由于所述组合件包括:
-多个电池单元或多组电池单元(7),和
-含有所有电池单元的外壳(6),所述外壳(6)在外围包括多个侧面和每个侧面的一个或多个壁,所述外壳在多个侧面上围绕:
--被一起考虑的多个电池单元(7),或
--被一起考虑的多组电池单元(7),每个电池单元具有两个更长的相对侧面,
因此确保所述第一和/或第二流体流(F1,F2)至少存在于电池单元的两个更长的相对侧面上。
7.根据前述权利要求中任一项所述的用途,其特征在于,通过以下方式将所述第一和第二流引导至所述至少一个壁(11)中:
-将所述至少一个第一空间(17;17-17a1,17-17a2)和至少一个第二空间(17;17-17b1,17-17b2)分别限定在第一板(170a)和第二板(170b)之间以及所述第二板(170b)和第三板(170c)之间,所述第一板、第二板和第三板彼此平行并且连接在一起,所述第一、第二和第三板(170a,170b,170c)具有被布置成引导所述流的外围凸缘(27a1,27a2,2b1……),和/或
-通过布置在相同平面或平行平面中的一系列管(173)限定所述至少一个第一空间(17;17-17a1,17-17a2)和至少一个第二空间(17;17-17b1,17-17b2)中的至少一个。
8.根据权利要求1到6中任一项所述的用途,其特征在于,通过位于相同平面或平行平面中的沿至少第一系列和第二系列布置的管(173,1700a,1700b)限定所述至少一个第一空间(17;17-17a1,17-17a2)和至少一个第二空间(17;17-17b1,17-17b2)中的每一个,第一系列形成所述至少一个第一空间(17;17-17a1,17-17a2),并且第二系列形成所述至少一个第二空间(17;17-17b1,17-17b2)。
9.借助适于与电池(5)的至少一个电池单元(7)进行热交换的至少一个壁(11)对电池单元(7)进行热管理的方法,壁(11)包封至少一个空间(17;17-17a1,17-17a2;17-17b1,17-17b2),在空间中能够存在适于与至少一个电池单元(7)进行热交换以用于热管理的至少一个流体流(F1,F2),
其特征在于,由于所述至少一个空间包括彼此平行布置的至少一个第一空间(17;17-17a1,17-17a2)和至少一个第二空间(17;17-17b1,17-17b2),因此:
-至少在电池单元正常运行时,使第一流体流(F2)在第一空间(17;17-17a1,17-17a2)中循环,并且,
-至少在电池单元过热然后不再正常运行的情况下,通过从电池单元到壁(11)的热传递,使第二可汽化流(F1)从第二空间(17;17-17a1,17-17a2)汽化,所述第二可汽化流(F1):
--适于在环境温度和大气压力下改变相,
--由与第一流体(F2)相同的流或由不同的流体流产生,
--包含在第二空间(17;17-17b1,17-17b2)中,以及
--允许在大气压力下排出到外部大气中。
Claims (15)
1.组合件,其包括:
-电池(5)的至少一个电池单元(7)或模块(700),所述至少一个电池单元(7)具有多个侧面(7a-7f),所述模块(700)具有多个侧面(70a-70f)并且含有一组电池单元(7,70),以及
-至少一个壁(11),其适于与所述至少一个电池单元(7)或与所述模块(700)进行热交换,并且为此目的而在与所述至少一个电池单元(7)或所述模块(700)的多个侧面中的一个平行的平面中与之相对设置,所述至少一个壁(11)包封至少一个空间(17;17-17a1,17-17a2;17-17b1,17-17b2),在空间中能够存在适于与至少一个电池单元(7)或所述模块(700)进行热交换以用于热管理的至少一个流体流(F1,F2),
其特征在于,所述至少一个空间包括至少一个第一空间(17;17-17a1,17-17a2)和至少一个第二空间(17;17-17b1,17-17b2):
-所述至少一个第一空间和至少一个第二空间在彼此平行并且平行于所述至少一个电池单元的侧面或模块(700)的侧面的两个平面中延伸,壁(11)面向所述至少一个电池单元的侧面或模块(700)的侧面延伸或者延伸至所述至少一个电池单元的侧面或模块(700)的侧面,
-所述至少一个第一空间和至少一个第二空间由至少一个隔板分开,以免彼此连通,并且
-所述至少一个第一空间和至少一个第二空间适于使得存在作为所述至少一个流体流(F1,F2)并且分别在所述至少一个电池单元或模块的相同运行时间或不同运行时间存在的不混合在一起的第一流体流(F2)和第二流体流(F1)。
2.根据权利要求1所述的组合件,其特征在于,在所述至少一个壁(11)中限定相应中空内部的至少一个第一空间(17;17-17a1,17-17a2)和至少一个第二空间(17;17-17b1,17-17b2)各自大到至少占据所述至少一个壁的内部的大部分。
3.根据前述权利要求中任一项所述的组合件,其特征在于:
-所述至少一个壁(11)具有沿着细长的薄边缘的周边,
-所述至少一个壁(11)在垂直于所述薄边缘的平面中延伸,并且壁沿着所述平面具有由所述周边界定的表面(S),
-并且所述至少一个第一空间(17;17-17a1,17-17a2)和至少一个第二空间(17;17-17b1,17-17b2)各自占据所述表面(S)的50%以上。
4.根据前述权利要求中任一项所述的组合件,其特征在于:
-所述至少一个第一空间(17;17-17a1,17-17a2)和至少一个第二空间(17;17-17b1,17-17b2)分别限定在第一板(170a)和第二板(170b)之间以及所述第二板(170b)和第三板(170c)之间,所述第一板、第二板和第三板彼此平行并且连接在一起,所述第一、第二和第三板(170a,170b,170c)具有被布置成引导所述流的外围凸缘(27a1,27a2,2b1,2b2),和/或-所述至少一个第一空间(17;17-17a1,17-17a2)和至少一个第二空间(17;17-17b1,17-17b2)中的至少一个由布置在相同平面或平行平面中的一系列管(173)限定。
5.根据权利要求1到3中任一项所述的组合件,其特征在于,所述至少一个第一空间(17;17-17a1,17-17a2)和至少一个第二空间(17;17-17b1,17-17b2)中的每一个由位于相同平面或平行平面中的沿至少第一系列和第二系列布置的管(173,1700a,1700b)限定,第一系列形成所述至少一个第一空间(17;17-17a1,17-17a2),并且第二系列形成所述至少一个第二空间(17;17-17b1,17-17b2)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的组合件,其包括:
-多个电池单元或多组电池单元,和
-含有所有电池单元的外壳,所述外壳在外围包括多个侧面和每个侧面的一个或多个壁,所述外壳在多个侧面上围绕:
-被一起考虑的多个电池单元,或
-被一起考虑的多组电池单元。
7.根据权利要求6所述的组合件,其特征在于:
-包封空间(17;17-17a1,17-17a2;17-17b1,17-17b2)的壁(11)具有外围的薄边缘,其单独延伸:
--在所述外壳的限制侧面的两个连续拐角之间,
--或在两个连接器(31)之间,两个壁通过连接器连接,
-包封空间(17;17-17a1,17-17a2;17-17b1,17-17b2)的壁(11)各自在垂直于所述薄边缘的平面中延伸,并且壁沿着所述平面具有界定的表面(S),所述表面(S)沿着所述薄边缘:
--在所述外壳的两个连续拐角之间,
--或在两个连接器之间,并且
-所述外壳的壁的空间(17;17-17a1,17-17a2;17-17b1,17-17b2)占据壁的表面(S)的大部分。
8.交通工具,其包括根据前述权利要求中任一项所述的组合件。
9.能够驾驶的交通工具:
-其包括至少一个根据权利要求1到7中任一项所述的组合件,其中多个电池单元(7)与电动机(3)连接,并且
-在面向至少一个电池单元的侧面(7a-7f)延伸的至少一个壁(11)中,所述至少一个第一空间(17;17-17a1,17-17a2)和至少一个第二空间(17;17-17b1,17-17b2)含有作为所述第一流体流(F2)和第二流(F1)分别在电池单元的相同运行时间或不同运行时间存在的第一流体流(F2)和第二可汽化流(F1),所述第一流体流在电池单元的正常运行状态下进行循环,并且所述第二可汽化流源自相同或不同流体流并适于在不再正常运行的至少一个电池单元过热的情况下在第二空间(17;17-17b1,17-17b2)中汽化。
10.根据权利要求8或9所述的交通工具,其特征在于,电池单元在低于电池单元过热或劣化的温度阈值的第一温度范围内具有正常状态,与过热的至少一个电池单元(7)相邻设置的至少一个壁的第二空间(17;17-17b1,17-17b2)中含有的第二流体流(F1)在以下情况下实际存在于第二空间中:
-在电池单元的正常状态下并且在过热或劣化期间,
-或仅在过热或劣化期间。
11.根据权利要求8到10中任一项所述的交通工具,其特征在于,在第二空间中,所述第二流体流(F1)是能够在环境压力下改变相的流体流。
12.根据权利要求8到11中任一项所述的交通工具,其特征在于:
-所述第二流体流(F1)存在于第二空间(17;17-17b1,17-17b2)中,其中所述至少一个电池单元处于过热状态并且与所述第二流体流(F1)进行热交换,使得在所述至少一个电池单元的温度阈值下,所述第二流体流(F1)达到其汽化温度,并且
-第二空间具有开口(33),以允许将从壁汽化出的第二流体流(F1)抽空到外部大气中。
13.根据权利要求9到12中任一项所述的交通工具,其特征在于,对于所述第一流体流(F2)中存在的循环:
-第一空间(17;17-17a1)在含有第一空间的壁(11)中与流体流的入口和出口连通,并且
-所述交通工具进一步包括用于将流体从所述出口再循环到所述入口的再循环回路(39),并且在再循环回路上设置用于使流体强制循环的构件(43)和用于在所述第一流体流(F2)和另一个流体流(F4)之间进行热交换的交换器(45)。
14.根据权利要求9到13中任一项所述的交通工具,其包括根据权利要求6所述的组合件,并且其中:
-电池单元以多组电池单元分布在所述外壳中,壁(11)中的至少一个在两组电池单元之间延伸,作为所述外壳的内部隔板,并且
-所述内部隔板的至少一个第一空间(17;17-17a1,17-17a2)和至少一个第二空间(17;17-17b1,17-17b2)中的至少一个与所述外壳的其他壁(11)中的相应壁连通,使得所述第一流体流(F2)和第二流体流(F1)中的至少一个在给定时间从所述其他壁的一个空间循环到另一个空间。
15.借助适于与电池(5)的至少一个电池单元(7)进行热交换的至少一个壁(11)对电池单元(7)进行热管理的方法,壁(11)包封至少一个空间(17;17-17a1,17-17a2;17-17b1,17-17b2),在空间中能够存在适于与至少一个电池单元(7)进行热交换以用于热管理的至少一个流体流(F1,F2),
其特征在于,由于所述至少一个空间包括彼此平行布置的至少一个第一空间(17;17-17a1,17-17a2)和至少一个第二空间(17;17-17b1,17-17b2),因此:
-至少在电池单元正常运行时,使第一流体流(F2)在第一空间中循环,并且,
-至少在电池单元过热然后不再正常运行的情况下,通过从电池单元到壁的热传递,使源自相同流体流或源自不同流体流且然后包含在第二空间中的第二可汽化流(F1)从第二空间汽化。
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