CN114667639B - 用于具有基于流体的冷却功能的牵引电池的壳体装置 - Google Patents

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Abstract

用于具有基于流体的冷却功能的牵引电池的壳体装置，牵引电池具有多个电池单体，壳体装置包括：壳体主体，形成具有多个用于容纳多个电池单体的容纳位置的封闭的内部空间，壳体主体底部区域设计用于容纳液态流体；以及用于蒸发液态流体的蒸发装置，蒸发装置具有多个用于形成微通道的微通道结构，微通道结构在组装状态下沿垂直方向延伸，并在其沿垂直方向的下部区域中具有至少一个用于容纳来自壳体主体的底部区域的液态流体的入口开口，液态流体在工作中通过至少一个入口开口进入微通道，实施从电池单体至微通道的液态流体的热输运，使得液态流体在蒸发装置中蒸发。本发明还涉及用于车辆的具有基于流体的冷却功能的牵引电池，包括上述壳体装置。

Description

用于具有基于流体的冷却功能的牵引电池的壳体装置
技术领域
本发明涉及一种用于特别是车辆的具有基于流体的冷却功能的牵引电池的壳体装置，其中所述牵引电池具有多个电池单体，所述壳体装置具有壳体主体，所述壳体主体形成具有多个用于容纳多个电池单体的容纳位置的封闭内部空间，其中所述壳体主体的底部区域设计用于容纳液态流体，且所述壳体装置具有用于蒸发液态流体的蒸发装置。
本发明还涉及一种用于车辆的具有基于流体的冷却功能的牵引电池，包括壳体装置；多个电池单体，所述多个电池单体容纳在所述壳体装置的壳体主体的内部空间的容纳位置中；以及容纳在所述壳体主体的底部区域中的液态流体。
背景技术
从现有技术已知各种类型的高功率电池。在这样的高功率电池中，例如在电动汽车中用作牵引电池的电池，在充电和放电过程中会转换高功率。这种高功率电池目前可以在高达几百伏甚至高达1000伏的电压下工作。此外，目前可能出现数百安培到1000安培的充电和放电电流。原则上，对于未来的发展，更高的电压和电流也是可能的。
在高功率电池中，大的充放电电流会造成较大的热损失，从而导致高功率电池发热。为了保护电池免受热损坏并实现高效率，将高容量电池保持在所需的温度范围内是很重要的。为了避免超出温度范围，必须从电池中散出热量。电流越大以及相关的热损失越大，这一点就越重要，这样即使在如此大的电流下，电池也能保持在所需的温度范围内。在电池单体内部和电池单体之间的温度波动为2至4℃的较大的温度均匀性的情况下，当前在锂离子技术中的电池单体最佳地在例如15℃至40℃的受限的温度范围中工作。在这样的条件下，可以实现高功率电池的可靠工作和性能稳定的长使用寿命。
为了确保这些条件并避免超出温度范围，当前高功率电池的电池单体在工作中，即在充电和/或放电期间被冷却。当前使用不同类型的冷却。例如，可以通过液体热传输介质流过的导热器进行液体冷却。导热器通常布置在电池单体下方，其中导热器通过接触传热与电池单体导热连接。液体热传输介质的热容量用于吸收由电池单体或各个电池通过温差释放的总热量，并将其直接释放到环境中或通过空调回路释放。例如，水或水-乙二醇混合物用作热传输介质，因此需要将热传输介质与电池单体可靠分离。
用空气作为热传输介质也可以实现类似的冷却。由于空气与水不同，它不导电，因此电池单体可以直接与传热介质接触，例如，被传热介质环绕。因此，导热器不是绝对必要的。
原则上，这些系统可以具有热传输介质的主动或被动循环，以散出对流释放的热量。在被动循环中，热传输介质仅通过热传输介质内的温度梯度移动，而在主动循环中，热传输介质被主动循环以散出电池单体的热量。
作为使用与电池单体接触的导热器的液体冷却的改进方案，液体热传输介质可以通过从导热器吸收的热量而蒸发体，这导致更高的热传递，并且由于汽化焓，导致每质量传热介质的高热量吸收。冷凝后，传热介质可以液态返回导热器。
在某些情况下，例如在高压牵引电池的工业应用中，使用液体热传输介质进行冷却的系统也在开发中，这些电池没有与电池单体接触的导热器。与使用空气作为热传递介质相比，冷却是通过液体热传递介质在待冷却的部件周围的直接流动进行的。液体热传输介质的一个重要特性因此是其介电性，因为热传输介质与电池单体直接接触，即与导电和电势承载部件直接接触。此外，如果传热介质在传热期间由于来自待冷却的电池单体的热输入而蒸发，则也可以在介电、液体传热介质中使用其汽化焓和相关的高传热。这种冷却称为两相浸没冷却。
然而，所有这些系统都具有需要进一步改进的缺点。以两相浸没冷却为例，需要将电池组的整个腔体都充满液态传热介质，这会导致较高的附加重量，随之而来的是液态传热介质的相应成本。此外，例如在棱柱形电池中，在电池模块中不中断电池模块中的电池的纵向压缩的情况下不可能，无法在电池之间分配冷却介质。这需要对具有多个电池单体的电池模块进行进一步的研发。此外，增加了电池模块所需的空间。在具有主动循环的系统中，重量和能耗都会因压缩机或泵等附加装置而增加。此外，在车辆断电的情况下，电池单体不被冷却，这在结合先前的高功率输出的情况下尤其成问题并且可能导致热量积聚。在极端情况下，过热的电池可能会着火，这可能非常危险。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于车辆的具有基于流体的冷却功能的牵引电池的壳体装置和一种具有这种壳体装置的牵引电池，其能够在重量轻且可靠性高的情况下有效地冷却牵引电池的电池单体。
本发明用以达成上述目的的解决方案为一种壳体装置。
更详细地，本发明所基于的目的通过一种用于特别是车辆的具有基于流体的冷却功能的牵引电池的壳体装置来实现，其中所述牵引电池具有多个电池单体，所述壳体装置具有壳体主体，所述壳体主体形成具有用于容纳多个电池单体的多个容纳位置的封闭的内部空间，其中所述壳体主体的底部区域被设计为容纳液态流体，且所述壳体装置具有用于蒸发液态流体的蒸发装置。
本发明的壳体装置的特征在于，所述蒸发装置具有多个用于形成微通道的微通道结构，微通道结构在组装状态下沿垂直方向延伸，并在其沿垂直方向的下部区域中具有至少一个用于容纳来自壳体主体的底部区域的液态流体的入口开口，并且在工作中，液态流体通过至少一个入口开口进入微通道，并且实施从电池单体至微通道中的液态流体的热输运，由此使得液态流体在蒸发装置中蒸发。
本发明用以达成上述目的的另一解决方案为一种牵引电池。
更具体地，本发明所基于的目的还通过一种用于车辆的具有基于流体的冷却功能的牵引电池来实现，包括上述壳体装置、容纳在所述壳体装置的壳体主体的内部空间的容纳位置中的多个电池单体，以及容纳在壳体主体的底部区域中的液态流体。
由于在蒸发装置中形成微通道，根据本发明的壳体装置能够在工作中特别有效地冷却容纳在容纳位置中的电池单体，其中通过蒸发液态流体实现来自电池单体的高能量输入。这使得牵引电池能够使用高电压和电流有效地充电和放电。
工作时，液态流体从壳体主体底部区域通过至少一个入口进入各个微通道，从而可以在那里蒸发。液态流体尤其在微通道的内部蒸发，热量通过微通道被传输以蒸发液态流体。微通道优选在内部尽可能广泛地润湿，以便微通道的大面积可用于将热量从电池单体传递到液态流体并且可以有效地冷却。通道的这种润湿可以通过在蒸发过程中穿过微通道的流体运动而实施。例如，蒸发的流体可以夹带尚未蒸发的液态流体，使得该液态流体可以沉积在微通道的内部。润湿尤其取决于液态流体的表面张力。
例如，在工作中，微通道可以部分地填充液态流体，微通道填充液态流体的程度为0％至50％，优选0％至30％，特别优选0％至15％。微通道优选地填充有尽可能少的液态流体以将流体的总量保持在较低水平。因此，流体通道部分地浸没在位于底部区域中的液态流体中。可以不对壳体装置或微通道进行完全填充，从而可以提供重量轻的牵引电池。
然而，微通道在工作中不必部分地填充液态流体。例如，液态和气态流体的混合物可以在至少一个入口的区域中形成，或者可以通过至少一个入口进入相应的微通道。原则上，这足以引起流体通道内部的润湿，以通过微通道中的液态流体的蒸发来确保冷却效果。由此可以进一步减少所需流体的总量。
液态流体可以单独通过至少一个入口开口或作为与气态流体的混合物进入微通道，以实现液态流体在微通道中的连续输送。
壳体装置与牵引电池的结构形成两相浸没式冷却系统，通过微通道内流体的蒸发和吸收所需的蒸发热来达到较强的冷却效果。在蒸发之后，流体在冷凝装置中再次冷凝，以便将热量释放到环境中并实现理想闭合的流体回路，由此可以避免流体的损失。
电池单体可以单独地或作为具有多个电池单体的单元/块/模块被容纳在容纳位置中。因此，也可以将多个电池单体一起容纳在一个容纳位置中。
微通道具有允许液态流体从底部区域流入并且蒸发的流体上升和流出的尺寸。微通道可以具有矩形、正方形、梯形、圆形或椭圆形横截面。例如，微通道可以具有小于一厘米，特别是小于五毫米，例如大约两毫米的直径或边长。微通道的顶部是开放的，因此蒸发的流体可以从顶部的微通道中流出。流体因此从至少一个入口开口通过微通道流到其顶部，在那里它以气态流体的形式出现。
微通道结构用于形成微通道，其中微通道能够直接形成在蒸发装置中，或在牵引电池的组装期间通过将电池单体布置在容纳位置和附接蒸发装置而形成。微通道结构可以例如布置成排或矩阵。微通道结构优选地均匀分布，以便均匀地冷却牵引电池的电池单体。蒸发装置通常具有与电池单体相似/比电池单体更大的垂直延伸度，以便能够在最大可能区域上进行热传递。微通道结构优选地在电池单体的整个垂直范围上延伸。
组装状态是指电池单体被插入并容纳在容纳位置中并且蒸发装置与其布置在一起的状态。例如，成品牵引电池就是这种情况。
微通道或微通道结构在垂直方向上的延伸是指多个微通道结构具有一个对应于垂直方向的主延伸方向。此外，微通道结构可以在另一方向上延伸。在这种情况下，微通道结构不必在垂直方向上直线延伸。
蒸发装置是导热器或热交换器，其中热量从电池单体传递到液态流体，从而液态流体可以蒸发。这种蒸发装置也称为蒸发器。蒸发装置允许从电池单体到液态流体的热传递。冷凝装置也是从气态流体中吸收热量并将其释放到环境中以使气态流体冷凝的导热器或热交换器。由此形成了相应的流体回路。这种冷凝装置也称为蒸汽冷凝器或液化器。
至少在电池单体被容纳在容纳位置并与蒸发装置布置在一起时的组装状态下，微通道优选地仅在其垂直方向的端部处打开并且在周向方向关闭。
蒸发装置的冷却能力尤其取决于在安装状态下形成的微通道的数量。增加微通道结构的数量会增加微通道的数量，从而增强冷却能力。可以选择微通道的局部布置以例如根据电池单体的局部热量产生来确保向液态流体的最佳热传递。冷却能力还取决于在安装状态下形成的微通道的尺寸，由此也可以确定冷却能力的大小。
在牵引电池中使用并且被引入壳体装置的介电流体是不导电的，从而形成单个电池单体的电绝缘。出于同样的原因，蒸发体也优选由非导电材料制成。
介电流体优选在环境压力下具有10℃至80℃的沸腾温度。流体的蒸发在微通道中实现了最大的冷却效果，因此低沸点是有利的。由于在已经在环境压力(即通常约一巴)下在上述温度中沸腾，例如可以提供被动冷却回路作为流体的两相冷却回路，而无需通过泵或压缩机来移动流体。
牵引电池优选地是高功率电池，其可以在高达数百伏甚至高达1000伏的电压和数百安培至1000安培的充电和放电电流下工作。原则上，对于未来的发展，更高的电压和电流也是可能的。为了保护高功率电池免受热损坏并实现高效率，将电池保持在所需的温度范围内。在电池单体内部和电池单体之间的温度波动为2-4℃的较大的温度均匀性的情况下，例如在锂离子技术中，这类牵引电池的当前电池单体最佳地在例如15℃至40℃的受限的温度范围中制造和工作。
在一个有利的实施方式中，蒸发装置具有至少一个蒸发元件，并且该至少一个蒸发元件具有蒸发体，该蒸发体具有多个用于形成微通道的微通道结构。通过具有微通道结构的至少一个蒸发元件的设计，每个蒸发元件均可以单独有助于电池单体的冷却。形成在蒸发元件中的微通道结构可以单独形成微通道，也可以与相邻的电池单体一起形成微通道，从而蒸发装置已经具有蒸发元件的功能。如果例如每个蒸发元件具有相同数量的微通道结构，则蒸发装置的冷却能力可以通过蒸发元件的数量来调整。例如，可以通过仅沿着电池单体的一个长边或沿着电池单体的两个长边布置蒸发元件来进行调整。无论如何，冷却能力的调整取决于在安装状态下形成的微通道的数量及其尺寸。至少一个蒸发元件优选设计成与其侧面中的至少一个沿着一个或多个电池单体布置。
微通道结构例如在至少一个蒸发体中形成排，例如形成为单排或多排。至少一个蒸发元件通常具有纵向延伸度，其中微通道结构布置成排。在横向上，即在至少一个蒸发元件的侧表面之间，至少一个蒸发元件具有小范围的延伸。至少一个蒸发元件通常与牵引电池中的一个或多个相邻电池单体纵向接触。蒸发体通常具有与电池单体相似/比电池单体更大的垂直延伸度，以便能够在最大可能区域上进行接触。微通道结构优选地在电池单体的整个垂直范围上延伸，以便为微通道提供在垂直方向上的较大范围的延伸。
在一个有利的实施方式中，多个微通道结构对相应蒸发元件的至少一个侧表面开放，并且通过将蒸发元件的至少一个侧表面沿一个或多个电池单体布置而在安装状态下形成微通道。多个微通道结构可以至少部分地布置在蒸发体的边缘区域中并且与至少一个分别相邻的电池单体一起形成微通道。多个微通道结构中的至少一些因此在组装状态下在形成微通道的情况下被容纳的电池单体封闭，使得微通道中的流体与电池单体直接接触。相应地，微通道中的流体可以直接吸收电池单体发出的热量，因此非常有效。在该实施方式中，热量至少部分地从电池单体直接传递到液态流体。在液态流体与电池单体、即待冷却的表面直接接触的情况下，形成冷却装置对电池单体的高度适应性及其表面的相关公差。另一方面，对于两个固体之间的传热，需要制成具有高精度和低公差的表面，以通过尽可能充分的接触实现良好的热传递。
为了形成微通道，需要防止流体在蒸发体和电池单体或电池单体之间通过。一方面，这可以通过一个或多个电池单体与相应的蒸发体直接机械接触来实现。由此使得电池单体可以支撑在相应的蒸发体上，从而可以有助于牵引电池的结构完整性。因此，可以以简单的方式形成电池模块，其中电池单体和蒸发元件布置成彼此相邻。在一个或多个电池单体与相应的蒸发体之间存在部分机械接触即可。作为替代方案，电池单体和至少一个蒸发元件之间可以存在较小的距离，该距离被选择得如此小，以防止液态流体在蒸发体与电池单体之间通过。由于电池单体与至少一个蒸发元件之间的距离较小，电池单体不能支撑在相应的蒸发体上。因此，在形成电池单体和蒸发元件相邻布置的电池模块时，需要附接额外的结构元件以实现电池单体在电池模块中的可靠定位并确保其结构完整性。
蒸发体的热导率与从电池单体直接到液态流体的热传递无关。由此，蒸发体原则上可以由任何材料制成，例如由廉价且轻质的塑料材料制成。相应地，存在多种可用于制造蒸发元件或蒸发体的制造方法，例如注塑成型，由此可以非常简单且廉价地制造蒸发元件或蒸发体。在另一种设计方案中，热量可以额外地从电池单体传递到至少一个蒸发元件或其蒸发体，然后再将热量从蒸发体传递到液态流体。为了通过这种方式实现从电池单体到液态流体的良好热传导，蒸发元件或蒸发体具有高导热性。
微通道结构可以分别对相应蒸发元件的恰好一个侧表面开放。由此通过沿着一个或多个电池单体布置具有对应侧表面的蒸发元件，在安装状态下形成对应的微通道。在这种情况下，微通道结构的一部分可以对相应蒸发元件的一个侧表面开放，而微通道结构的另一部分对蒸发元件的相对侧表面开放。
在一个有利的实施方式中，多个微通道结构对相应蒸发元件的两侧表面开放，并且通过将蒸发元件的两侧表面沿多个电池单体布置而形成微通道。因此，各个微通道结构在两侧表面上都是开放的。微通道结构因此在相邻的电池单体之间延伸穿过蒸发元件并且在组装状态下被容纳的电池单体封闭，从而形成微通道。因此，微通道中的流体与相邻的两个电池单体直接接触，并可以直接吸收微通道中这些电池单体发出的热量。来自相邻电池单体的热量从蒸发元件的两侧表面直接传递到液态流体。在组装状态下，这可以形成每个侧表面沿着一个或多个电池单体的布局。蒸发体具有对应于微通道的相应延伸的厚度，即相邻电池单体之间的横向延伸。相应地，蒸发体可以具有一厘米、优选几毫米、特别优选大约两毫米的厚度。
在一个有利的实施方式中，多个微通道结构沿着相应蒸发元件的两侧表面封闭，在相应蒸发体内形成微通道，并且蒸发体在工作中与至少一个电池单体导热接触。多个微通道结构中的至少一些因此形成完全被蒸发体包围的微通道，使得来自电池单体的热量最初被传递到至少一个蒸发元件或蒸发体。热量从蒸发体进一步传递到微通道中的液态流体。为了实现从电池单体到液态流体的良好热传导，蒸发元件或蒸发体优选具有高导热性。通过以这种方式布置的微通道，没有从电池单体到流体的直接热传递。蒸发体的材料使热量分布均匀。例如，蒸发体由具有高导热率的金属制成。
多个微通道结构沿着两个侧表面之一布置的蒸发元件例如可以仅以一个侧表面沿着一个或多个电池单体布置，微通道结构对该侧表面开放。蒸发元件例如可以设计为电池模块的封闭元件。多个微通道结构沿两侧表面布置的蒸发元件以两侧表面沿一个或多个电池单体布置。因此，蒸发元件例如可以设计为电池模块的中间元件，用于附接在两个电池单体之间。
原则上，蒸发元件可以具有多种布置和组合的微通道结构。每个微通道结构可以单独对两侧表面中的一个或另一个开放，或者也可以同时对两侧表面开放。例如，蒸发元件也可以具有多个微通道结构，其中微通道结构仅对蒸发元件的一个侧表面开放，且微通道在组装状态下由蒸发元件的该侧表面沿一个或多个电池单体布置形成。
在一个有利的实施方式中，蒸发装置具有至少一个结构元件，并且该至少一个结构元件被设计为与至少一个蒸发元件一起沿着一个或多个电池单体布置。至少一个结构元件因此与至少一个蒸发元件一起布置成排。因此，结构元件有助于电池模块的结构完整性，其中电池单体相互平行布置，而蒸发元件有助于冷却相邻的电池单体。一个结构元件特别优选地布置在两个蒸发元件之间。
在一个有利的实施方式中，至少一个蒸发元件布置在电池单体的至少两个容纳位置之间的区域中。例如，产生夹层结构，其中容纳在容纳位置中的电池单体与蒸发元件交替。这实现了电池单体与蒸发元件之间的最大接触表面。由此实现良好的散热和较强的冷却能力。在散热较低且冷却能力足够的情况下，蒸发元件例如可以布置在电池单体的两个容纳位置之间。在组装状态下，布置电池单体和蒸发元件，其中两个电池单体之后是一个蒸发元件、两个电池单体和另一个蒸发元件。
在一个有利的实施方式中，用于容纳电池单体的容纳位置以这样的方式布置，使得所容纳的电池单体至少部分地平行布置成排，并且至少一个蒸发元件布置在一个或多个用于一排电池单体的容纳位置的端部区域中。在容纳位置或多个容纳位置中，电池单体因此在它们的纵向方向上共同对齐，使得它们的端部区域例如位于一条直线上。端部区域，也称为头部区域，允许多个电池单体通过蒸发元件共同接触，其中电池单体在头部侧与蒸发元件接触。因此，多个电池单体可以通过单个蒸发元件共同冷却。根据期望的散热和冷却能力，例如在用于电池单体的每排容纳位置中，蒸发元件可以仅布置在一个端部区域处。替代地，可以在两个端部区域的每一个上布置蒸发元件，以相对增强散热和冷却能力。具有微通道的蒸发元件的高冷却效果使电池单体能够仅通过其顶面冷却。电池单体可以各自单独地布置在容纳位置中，或者可以将多个电池单体容纳在共同的容器中。优选地，通过在一个容纳位置容纳多个电池单体的电池模块来容纳多个电池单体。因此，容纳位置优选地设计为共同容纳电池模块，电池单体固定地布置在该电池模块中。
在一个有利的实施方式中，所述至少一个蒸发元件具有大于至少部分在容纳位置中布置成排的电池单体的长度的纵向延伸度。蒸发元件因此沿着布置成排的电池单体的顶面延伸超过该排。这可以实现长度补偿，因为电池单体和蒸发元件在工作中会变热，这会导致长度发生变化。因此确保了从电池单体到至少一个蒸发元件的持久、可靠的热传递。例如，当电池单体以电池模块的形式容纳在一起时，至少一个蒸发元件可以延伸超过电池模块的长度。这种电池模块通常包括端板，电池单体保持在端板之间以形成机械单元。至少一个蒸发元件优选地设计成使其至少延伸到端板的区域中或什至超出。
在一个有利的实施方式中，蒸发装置具有多个蒸发元件，每个蒸发元件沿着多个电池单体延伸并且在组装状态下彼此相邻布置，蒸发元件各自具有多个中间元件，这些中间元件在组装状态下状态是在两个相邻的电池单体之间的垂直方向上延伸，相邻蒸发元件的中间元件彼此以预定距离布置，微通道结构形成在相邻蒸发元件的中间元件之间的预定距离内，并且通过蒸发元件沿多个电池单体的布置，微通道在组装状态下形成。由于蒸发元件的配置在相邻蒸发元件的中间元件之间具有微通道结构，因此需要多个蒸发元件来冷却电池单体。在蒸发元件之间形成的微通道结构与相邻的电池单体一起形成组装状态的微通道。蒸发装置的冷却能力可以通过形成的微通道结构的数量以及它们的尺寸和设计来调整。在这种情况下，如果蒸发元件被设计成在它们的中间元件之间形成相同数量的微通道结构，则微通道结构的数量通常会增加蒸发元件的数量。蒸发元件可以设计成例如梳状，而中间元件设计成尖头。蒸发元件相对于彼此的布置确保蒸发元件之间保持期望距离，由此形成具有期望尺寸的微通道。中间元件保持在连接体上。不必将相邻蒸发元件的所有中间元件布置成彼此相距一定距离。
微通道结构例如在蒸发装置中布置成排，通常布置成多排。原则上，蒸发元件具有任何期望的横向延伸度，即在相邻布置的蒸发元件的方向上的延伸度。蒸发装置的冷却能力可以通过中间元件的横向延伸度和微通道的相应延伸度来调整。在纵向方向上，即在相邻布置的电池单体的方向上，蒸发元件优选地具有小的延伸，以便能够将电池单体布置在彼此之间小的距离处。在牵引电池中的安装状态下，蒸发元件通常与相邻的电池单体在内侧接触，即在面向相应蒸发元件的其他中间元件的侧面上。蒸发元件通常具有比电池单体更大的垂直延伸度，以便能够在最大可能区域上进行接触。微通道结构优选地在电池单体的整个垂直范围上延伸，以便为微通道提供在垂直方向上的较大范围的延伸。相邻蒸发元件优选地在组装状态下相互接触，导致相邻蒸发元件相对于彼此自动定位。
在一个有利的实施方式中，多个蒸发元件相互连接或者可以通过耦合装置相互连接。由此实现相邻蒸发元件相对于彼此的精确定位。相邻的蒸发元件优选具有连接体，中间元件保持在该连接体上，并且蒸发元件在它们的连接体处相互连接或可以相互连接。
在一个有利的实施方式中，所述多个蒸发元件分别具有至少一个连接体，所述中间元件从所述连接体延伸，所述至少一个连接体在组装状态下沿着所述多个电池单体延伸，并且所述连接体在组装状态下沿垂直方向布置在电池单体下方和/或上方。蒸发元件的梳状构造例如使得中间元件从连接体沿一个方向延伸。在这种情况下，蒸发元件的中间元件可以从上方或从下方插入相邻的电池单体之间，从而使连接体相应地布置在电池单体的上方或下方。在具有两个连接体的蒸发元件的构造中，中间元件在两个连接体之间延伸，其中在中间元件之间形成用于引导电池单体的通孔。
在一个有利的实施方式中，所述微通道至少部分地具有表面结构，所述液态流体在所述表面结构上蒸发并形成气泡，其中所述表面结构形成在微通道中，特别是在面向所述底部区域的下部区域中。相应地，可以在微通道中启动液态流体的沸腾过程。气泡的形成促进了液态流体在垂直方向上的传输，从而使微通道的内部不断地被液态流体润湿。由此可以降低过热温度，即微通道表面与沸腾开始时流体的理论沸点之间的温度差。表面结构优选具有孔径在3-25微米范围内的微孔构造。根据微通道结构的布置，表面结构可以形成在电池单体的侧壁和/或蒸发元件上。表面结构可以形成在蒸发元件上，即在由蒸发元件形成的微通道的内表面上，即例如在中间元件或结构元件上，和/或在封闭微通道结构以形成微通道的电池单体的表面上。
在一个有利的实施方式中，所述至少一个入口开口的横截面小于对应的微通道结构的横截面。液态流体通过至少一个入口开口进入相应的微通道。由于与微通道相比横截面减小，可以限制流体进入微通道的流速。
在一个有利的实施方式中，所述至少一个入口开口设计为相应微通道结构的入口区域中的通孔，或者所述至少一个入口开口设计为所述相应微通道结构的入口区域中的侧向凹部。特别地，如果用于形成微通道的相应微通道结构由至少一个电池单体界定，则入口开口可以以简单的方式设计为入口区域中的侧向凹部。因此入口开口部分地由处于完全组装状态的相应电池单体界定。特别地，当用于形成微通道的相应微通道结构由两侧表面上的电池单体界定时，入口区域优选地具有两个入口开口，所述入口开口被设计为在两个侧表面上的入口区域上的侧向凹部。与此无关，入口区域总是可以具有多个单独的入口开口。例如，入口区域可以在微通道的面向壳体主体底部区域的一侧形成相应微通道的板状封闭件。在垂直方向上，即在微通道的纵向上，入口区域优选地具有较小的厚度或材料强度。然而，入口区域优选地在垂直方向上具有至少约1mm的厚度。这能够在电池单体的下侧实现良好的密封。特别地，可以密封电池单体的单元壳体的下边缘上的半径。
在一种有利的实施方式中，至少一个蒸发元件被设计为用于插入壳体主体中的插入元件。作为插入元件的设计实现了在壳体主体中的简单安装。此外，至少一个蒸发元件也可以很容易地更换。蒸发元件的生产也可以独立于牵引电池或壳体装置的生产通过随后插入其中来进行。在一个有利的方案中，至少一个蒸发元件沿垂直方向插入，即从壳体装置的上侧到底部区域。至少一个蒸发元件优选地设计为用于滑入壳体主体中的滑入元件。更优选地，所述至少一个蒸发元件在插入状态下直接或例如在电池单体的容纳位置上方固定在壳体主体上。此外，保持元件或定位元件设置在壳体主体上和/或至少一个蒸发元件上，以便将至少一个蒸发元件定位和/或固定在壳体主体中。尤其是，至少一个蒸发元件在上侧具有止挡元件，其限制至少一个蒸发元件的插入。例如，当插入至少一个蒸发元件时，止挡元件与容纳在相邻容纳位置中的电池单体的顶部接触。
在一个有利的实施方式中，蒸发装置被设计成将电池单体相互支撑或将电池单体支撑在壳体主体上。牵引电池也需要结构强度，以例如满足碰撞安全要求。为此目的，电池单体在壳体主体内的固定布置是有利的。电池单体的这种固定定位可以通过蒸发装置的设计来实现，该蒸发装置用于将电池单体相互支撑或将电池单体支撑在壳体主体上。可以可靠地传递被引入电池壳体的壳体主体的机械力。蒸发装置因此具有附加的结构功能，例如在包含堆叠的电池单体的电池模块内，或在壳体主体内。例如，每个蒸发元件可以设计用于支撑。为此，各个蒸发元件的蒸发体可以具有在蒸发体中沿横向延伸的支撑接片。在完全组装的牵引电池中，支撑接片在相邻电池单体的侧表面之间沿横向延伸。相应地，支撑接片可以在引入电池单体之前在两个相邻的容纳位置之间延伸。在蒸发元件的纵向上，支撑接片优选占蒸发元件与相邻电池单体的总接触面积的至少60％至95％的比例。蒸发体优选在其横向上具有高强度并且因此具有较强的支撑效果。作为替代或补充方案，除了蒸发元件之外，结构元件可以布置在相邻的电池单体之间，以便实现这些电池单体相互支撑。具有多个中间元件的蒸发元件的构造也使得电池单体的电池单体能够支撑在壳体主体上。在具有多个蒸发元件的蒸发装置的实施方案中，所述多个蒸发元件具有中间元件，在中间元件之间形成微通道结构，中间元件可以将电池单体相互支撑或将电池单体支撑在壳体主体上。
在一个有利的实施方式中，至少一个蒸发元件具有格子结构，其中蒸发体具有多个在垂直方向上延伸的支柱。例如，支柱可以与多个微通道结构交替，其中连接元件在相邻支柱之间延伸。相应地，蒸发体中的多个微通道结构形成微通道，这些微通道在横向上延伸穿过蒸发元件并且例如与支撑元件交替，支撑元件在此形成支柱。蒸发元件优选地具有较小的厚度以形成具有与相邻电池单体接触的微通道结构的微通道。相应的蒸发元件在两侧与相邻的电池单体接触。两个支柱之间的连接元件在相应蒸发元件的纵向方向上延伸，例如通过微通道结构。或者，连接元件可以围绕微通道结构延伸，例如作为端板。连接元件导致支柱被定位和保持。备选地，支柱可以设计为中间元件，从而在中间元件之间形成用于容纳电池单体的自由空间。
在一个有利的实施方式中，壳体装置具有在壳体主体中在水平方向上延伸并且形成对电池单体和/或蒸发装置的垂直支撑件的支撑板，该支撑板具有在腔室之间的至少一个流体通道。位于下方的多个微通道结构。通过支撑板可以增加壳体装置的强度。此外，电池单体和蒸发装置在壳体主体中的附接被简化。支撑板中的流体通道优选地大于形成有微通道结构的微通道的横截面，以允许液态流体容易地流入微通道中。支撑板中的流体通道的布置优选地根据微通道结构的布置或定位。在这种情况下，单独的流体通道可以用于将多个微通道结构连接到在底部区域中的支撑板下方形成的腔室。腔室是壳体主体底部区域中由支撑板向上界定的区域。流体通道优选地设计为支撑板中的槽。流体通道的方向可以是平行于或横向于蒸发装置的微通道结构的排方向的方向。
在一个有利的实施方式中，蒸发元件形成壳体主体的壁区域。蒸发元件因此形成壳体装置的结构部分。通过取消在壁区域中的附加壁，壳体装置可以整体制造为具有低重量和小尺寸。蒸发元件优选地还具有冷却元件，特别是冷却肋，其在壳体装置的外侧上延伸，即在与内部相反的方向上。
在一种有利的实施方式中，壳体装置具有至少一个填充元件，该填充元件布置在由壳体主体包围的内部空间中。因此，可以减少例如由于电池单体在壳体主体中的附接而可能出现的死体积，以便通过减少使用的流体在工作中减少牵引电池的总重量。这尤其适用于将具有多个电池单体的电池模块的模块端板附接在壳体主体中。与电池单体相比，模块端板在垂直方向和横向上往往只有很小的延伸，这会导致相应的死体积。至少一个填充元件可以减少容纳在由壳体主体包围的内部空间中所需的流体总量。至少一个填充元件特别优选地具有低于液态流体的密度的密度。填充元件优选地由泡沫制成，例如EPP(可膨胀聚丙烯)，特别是具有闭孔。或者，填充元件被设计为具有至少一个内腔，从而其仅具有较小的总重量。内腔更优选地是充气的，尤其是充气的。或者，内腔可具有与正常压力相比降低的内部压力，直至真空。可以防止液态流体在填充元件的区域中的分布，因此减少了壳体装置中的自由总体积并因此减少了所需的流体总量。填充元件优选地布置成在工作中至少部分地浸入液态流体中。
在一个有利的实施方式中，用于蒸发体的气态流体的出口和用于冷凝的液态流体的入口形成在壳体主体上。这使得能够连接到冷凝装置，使得蒸发体的流体可以有效地在壳体装置的外部冷凝。入口和出口优选地设计为壳体主体中的管套。
作为备选方案，冷凝装置可以布置在壳体主体内部，例如作为热交换器，其布置在壳体主体的上部区域处。特别地，冷凝装置是壳体主体的整体部分。因此，冷凝的流体可以以液态的状态简单地滴回到地面区域、电池单体和/或蒸发装置上。
在一个有利的实施方式中，所述牵引电池填充有液态流体，在系统温度为50℃时，就整个系统的总体积而言，整个系统的填充率为20-60体积％，优选30-40体积％。由此，与将要冷却的部件完全浸入液态流体中的传统浸没式冷却相比，可以实现流体使用量的减少。因此，牵引电池可以轻量化。除了牵引电池之外，整个系统通常包括至少一个冷凝装置，该冷凝装置布置在壳体装置的外部，以及包括在壳体装置和至少一个冷凝装置之间的连接软管。如果需要，整个系统可以有一个容器，但不会增加整个系统的总体积。基于指定的填充率，例如在沸腾操作之前就已经可以实现远离电池单体的充分热传输，在沸腾操作中，微通道中的流体蒸发并通过液态流体的夹带导致微通道润湿。在沸腾操作期间，微通道中液态流体的沸腾和微通道中蒸发流体的上升导致微通道的良好的、优选完全的内部润湿，使得微通道的这些润湿区域有助于冷却电池单体。相应地，在流出时，在微通道的上端，流体的蒸汽质量可以达到10％以上。总体而言，可以始终保证蒸发装置的冷却效果。原则上，用液态流体填充牵引电池与可能用液态流体填充微通道无关。两者都可以相互独立设置。
在一个有利的实施方式中，牵引电池具有质量传感器，该质量传感器至少在工作中与流体接触并且检测流体的至少一种电特性，尤其是电击穿电压和/或流体的电导率。可以通过监测流体的至少一种电特性来确保冷却系统的功能。特别地，例如，如果液态流体直接围绕容纳在壳体装置中的电池单体流动，则例如可以防止由于流体的导电性增加而引起的短路。流体的至少一种电特性可以在流体的液态或气态，即流体的液相或气相中被监测。质量传感器优选地由控制器设计或控制以监测流体的至少一种电特性，并且在必要时发出流体质量即至少一种电特性受损的信号，因此流体被填充和/或可以被更换，以确保流体在操作中的质量。为此，质量传感器例如可以设计为在电压低于预定击穿电压例如约3kV/mm和/或例如超过预定电导率时输出相应的信号大约10-15S/m。特别优选地，可以输出用于击穿电压和/或电导率的多个极限值的信号，以便输出与流体质量有关的不同警告。或者，连续记录至少一种电气特性的一个或多个值，然后将其输出到车辆或牵引电池的控制单元并在那里进一步处理。作为替代或补充方案，可以用质量传感器检测流体的电特性，并由此得出流体的另一电特性。例如，可以通过之前的测试/计算来确定流体的不同电特性之间的相关性，从而可以利用质量传感器检测流体的一种电特性，并且可以由此得出流体的另一种电特性。质量传感器可以定位成使其始终与流体接触，或仅在工作中，例如当流体在壳体装置中处于其气相并且质量传感器与其接触时与流体接触。
在一个有利的实施方式中，质量传感器附接至壳体装置或附接到壳体装置中。质量传感器特别优选地布置在壳体主体的底部区域中以容纳液态流体，由此确保质量传感器在工作中与液态流体的持续接触。
附图说明
本发明的其他优点、细节和特征参阅下面说明的实施例。其中：
图1：根据本发明的第一实施方式的牵引电池的局部示意图，具有壳体装置、多个电池单体和被引入壳体装置的液态流体；
图2：图1的第一实施方式的壳体装置的蒸发元件的示意图，其具有用于形成微通道的微通道结构，和包括两个入口区域变体的引入壳体装置中的流体；
图3：根据本发明的第二实施方式的牵引电池的局部示意图，其具有壳体装置、连接以形成电池模块的多个电池单体以及引入壳体装置中的液态流体；
图4：图3的电池模块的示意性局部表示，具有保持在模块端板之间的多个电池单体和相邻的蒸发元件；
图5：根据本发明第三实施方式的牵引电池的局部示意图，其具有壳体装置、多个电池单体和引入壳体装置中的液态流体的三个视图；
图6：基于图1的第一实施方式的壳体装置的蒸发元件的第四实施方式的蒸发元件的示意图，其在这里被设计为模块封闭元件；
图7：根据本发明的第五实施方式的牵引电池的电池模块的局部示意图，具有两个蒸发元件的布置，每个蒸发元件与图2的蒸发元件和结构元件一致，这两个蒸发元件在两个电池单体之间布置成排；
图8：根据本发明第六实施方式的牵引电池的蒸发装置的局部示意图，该蒸发装置具有多个带有支撑元件的梳状蒸发元件，电池单体布置在蒸发的相邻支撑元件之间元件，以及在相邻蒸发元件的支撑元件之间形成用于形成微通道的微通道结构；和
图9：根据本发明第七实施方式的牵引电池的蒸发装置的示意图，具有中间元件，电池单体在一个平面方向上布置在中间元件之间，用于形成微通道的微通道结构在另一平面方向上布置在中间元件之间。
具体实施方式
在下面的说明中，相同的附图标记标示的是相同部件或相同特征，因此，参考一个附图所进行的部件说明也适用于其他附图，从而避免重复说明。此外，已经结合一个实施方式描述的各个特征也可以在其他实施方式中单独使用。
图1和2涉及根据本发明第一实施方式的牵引电池1和壳体装置2。壳体装置2是牵引电池1的一部分。
牵引电池1是用于电驱动车辆的牵引电池1，并且如下面将详细解释的那样包括基于流体的冷却功能。牵引电池1是高功率电池，其在高达数百伏甚至高达1000伏的电压和数百安培至1000安培的充电和放电电流下工作。
牵引电池1还包括多个电池单体3。壳体装置2还包括壳体主体4，壳体主体形成内部空间5，内部空间具有用于容纳电池单体3的多个容纳位置。图1示出了容纳在壳体装置2的壳体主体4的内部空间5中的电池单体3。在该实施例中，电池单体3各自单独地容纳在未示出的容纳位置中。容纳位置各自定义电池单体3的位置。可选地，用于将电池单体3容纳、固定或保持在其中的单独的安装或保持构件可以分配给容纳位置。在电池单体3内部和电池单体之间的温度波动为2-4℃的较大的温度均匀性的情况下，例如在锂离子技术中，这类牵引电池1的当前电池单体3优选在例如15℃至40℃的温度范围中制造和工作。
壳体装置2的壳体主体4具有设计用于容纳液态流体8的底部区域6。在图1所示的牵引电池1中，液态流体8容纳在壳体主体4的底部区域6中。液态流体8是在牵引电池1中使用的介电流体并且相应地放置在壳体装置2中。液态流体8不导电，从而电池单体3是电绝缘的。介电流体8在环境压力下具有10℃至80℃的沸腾温度。
第一实施方式的壳体装置2还包括蒸发装置9，蒸发装置具有多个单独的蒸发元件10，在工作中，这些蒸发元件与插入容纳位置并容纳在其中的电池单体3接触。蒸发装置9是导热器或热交换器，其中热量从电池单体3传递到液态流体8，从而液态流体可以蒸发，如下文详述。各个蒸发元件10可以以分布式方式布置。
在第一实施例中，蒸发元件10分别布置在用于电池单体3的两个容纳位置之间的区域中。夹层结构导致电池单体3和蒸发元件10的容纳位置交替。相应地，容纳在容纳位置的电池单体3和蒸发元件10交替布置在牵引电池1中。图2中示例性地示出了第一实施例的蒸发元件10中的一个。
图2所示的蒸发元件10包括蒸发体11，蒸发体具有用于形成微通道13的多个微通道结构12。微通道结构体12在蒸发体11中形成为单排。蒸发体11由非导电材料制成。
每个蒸发元件10具有纵向延伸部，即在纵向方向14上的延伸部，其中微通道结构12布置成排。在横向15上，即在蒸发元件10的侧表面33之间，蒸发元件10具有小范围的延伸。如图1所示，蒸发元件10在纵向侧与牵引电池1的2个相邻电池单体3接触。在这种情况下，电池单体3和蒸发元件10具有相似的垂直延伸度。
在该实施例中，蒸发元件10被设计为用于插入到壳体主体4中的插入元件。特别地，蒸发元件10被设计为滑入元件。在该实施例中，蒸发元件10沿垂直方向16，即从上侧朝向壳体装置2的底部区域6插入或滑入。引入的蒸发元件10以未示出的方式固定在壳体主体4上。每个蒸发元件10还在其上侧具有止挡元件26，其限制蒸发元件10的插入。当蒸发元件10被插入时，止挡元件26与容纳在容纳位置的电池单体3的顶部接触，如图1所示。
微通道结构12在蒸发体11中沿垂直方向16延伸。相应地，微通道结构12具有对应于垂直方向16的主延伸方向。此外，微通道结构12可以在另一方向上延伸。微通道结构12不必在垂直方向16上直线延伸。微通道结构12在蒸发元件10的整个垂直延伸上延伸并且因此也在电池单体3的整个垂直延伸度上延伸。
微通道结构12对蒸发元件10的两侧表面33开放并且在相应蒸发元件10的相对侧面33之间延伸。微通道结构12因此在横向15上延伸通过相应的蒸发元件10。微通道13在组装状态下由蒸发元件10的布置形成，蒸发元件的侧面33中的至少一个沿着一个或多个电池单体3布置。对蒸发元件10的两侧表面33开放的微通道结构12因此在安装状态下由邻接侧表面33的电池单体3界定并且也被封闭。由此使得微通道13中的液态流体8可以与电池单体3直接接触。微通道13在其垂直方向16的端部处打开，并且当电池单体3被容纳在容纳位置中时，在组装状态下沿周向封闭，由此完全形成微通道13。
蒸发元件10由廉价且重量轻的塑料材料在诸如注塑成型的制造工艺中制成。蒸发元件10在它们的两侧表面33之间具有较小的厚度，即蒸发元件10在侧面33之间的横向15的延伸度很小，例如大约一厘米，优选几毫米，特别优选大约两毫米。蒸发元件10，具体而言，蒸发体11的厚度，限定了形成在其中的微通道13在横向15上的延伸度。
微通道13具有矩形或正方形横截面。在该实施例中，微通道13具有小于一厘米，特别是小于五毫米，例如大约两毫米的边长。
微通道13至少部分地具有表面结构，液态流体8在该表面结构上蒸发并形成气泡，该表面结构优选地形成在微通道13中面向基部区域6的下部区域中。表面结构采用微孔设计，孔径范围为3-25微米。表面结构形成在蒸发体11和电池单体3上。
每个蒸发元件10的蒸发体11设计为用于将电池单体3相互支撑的支撑元件。蒸发元件10因此在壳体主体4内具有结构功能。可以可靠地传递引入到电池壳体2的壳体主体4中的机械力。蒸发体11包括相应的支撑接片17，以下也称为支柱17，其在蒸发体11中沿横向15延伸，即在完全组装的牵引电池1中，支撑接片17在相邻电池单体3的纵向侧之间沿横向15延伸。在该实施例中，蒸发元件10的纵向方向14上的支撑接片17优选地构成蒸发元件10与相邻电池单体3的总接触面积的不超过10％至20％。相应地，在各个蒸发元件10的边缘区域中实施的微通道结构12在蒸发元件10的纵向上与相邻电池单体3的总接触面积的比例优选为大约80％至90％。蒸发体11因此在其横向15上具有高强度并且因此具有较强的支撑效果。
该结构形成具有格子结构的对应蒸发元件10，其中支撑接片17与微通道结构12交替作为在垂直方向16上延伸的支柱。蒸发元件10优选地具有较小的厚度，以通过微通道结构12与相邻电池单体3的接触形成微通道13。相邻的电池单体3在相应蒸发元件10的侧表面33上的两侧进行接触。
此外，连接元件18在相邻支柱17之间延伸。连接元件18在穿过微通道结构12的在垂直方向16上面向底部区域6的端部中在相应蒸发元件10的纵向方向14上在两个支柱17之间延伸。在蒸发元件10的在垂直方向16上背离底部区域6的端部，止挡元件26同时用作连接元件。连接元件18、26定位并保持支柱17。在本实施例中，连接元件18形成在微通道结构12在垂直方向16上的上端和下端。
微通道结构12各自具有入口区域19，入口区域在其面向壳体主体4的底部区域6的一侧，即在其沿垂直方向16的下端上具有两个入口开口20。入口开口20的横截面小于相关微通道结构12的相应横截面。入口开口20优选地具有对应于相应微通道13的横截面的大约四分之一的横截面。在该实施例中，在垂直方向16上的下连接元件18也形成入口区域19。
入口区域19在微通道13的面向壳体主体4的底部区域6的一侧上形成相应微通道13的板状封闭件。在垂直方向16上，入口区域19具有至少大约1mm的厚度。根据图2中相应地示出的变体1，入口开口20设计为入口区域19上的侧向凹部。入口开口20因此在完全组装状态下由对应的相邻电池单体3部分地界定。入口开口20可作为替代方案设计为入口区域19中的通孔，如图2所示的变体2。
此外，壳体装置2包括支撑板21，该支撑板在壳体主体4中的水平面中延伸并且形成用于电池单体3和蒸发元件10的垂直支撑。如图1所示，多个狭槽22形成在支撑板21中，作为位于支撑板21下方的腔室7与微通道结构12之间的流体通道。在该实施例中，流体通道22根据微通道结构12的布置和定位布置在支撑板21中，各个流体通道22将多个微通道结构12连接到腔室7。在该实施例中，流体通道22的方向是横向于蒸发元件10的方向的方向。支撑板21中的流体通道22优选地大于以微通道结构12形成的微通道13的横截面。腔室7由容纳液态流体8的底部区域6的一部分形成。
此外，壳体装置2具有图1所示的填充元件23，该填充元件布置在由壳体主体4围成的内部空间5中，以减少死体积。填充元件23的密度低于液态流体8的密度。填充元件23优选地由泡沫制成，例如EPP(可膨胀聚丙烯)，特别是具有闭孔。作为备选方案，填充元件23被设计为具有内腔的中空体，从而其仅具有较小的总重量。内腔优选地是充气的，尤其是充空气的。或者，内腔可具有与正常压力相比降低的内部压力，甚至真空。填充元件23以这样的方式布置，即，在工作中，其至少部分地浸没在液态流体8中并且将其移动，由此使得底部区域6中的液态流体8的液位升高。
此外，未在图中示出的壳体主体主体4上形成有用于蒸发体的气态流体的出口和用于冷凝的液态流体的入口8。牵引电池1通过出口和入口连接到未示出的冷凝装置，蒸发的流体在该冷凝装置中在壳体装置2的外部冷凝。入口和出口优选地设计为壳体主体4中的管套。
此外，如图1所示，壳体主体4包括下壳24和上壳25，在装入电池单体3、蒸发装置9、支撑板21和填充元件23之后以可拆卸或不可拆卸的方式相互连接以形成壳体主体4。液态流体8也可以在下壳24和上壳25连接之前或之后通过入口或出口引入到壳体装置2中。
下面解释用于冷却牵引电池1的功能。壳体装置2和牵引电池1的构造以及相应的液态流体填充8与连接到牵引电池1的冷凝装置一起形成两相浸没式冷却系统，从下面的描述中可以详细看出。
牵引电池1部分地填充有液态流体8，其在底部区域6中处于静止状态。液态流体8被填充直到当系统温度为50℃时，就整个系统的总体积而言，整个系统的填充率达到20-60体积％，优选30-40体积％。除了牵引电池1之外，整个系统还包括布置在壳体装置2外部的冷凝装置以及壳体装置2和冷凝装置之间的连接软管。
在该实施例中，液态流体8由于预定的填充率而部分地处于微通道13中，使得至少这部分微通道13已经可以发挥其冷却效果。为了清楚起见，液态流体8仅在图1中的腔室7中示出。液态流体8从腔室7通过流体通道22和入口开口20进入微通道13，使得在工作中微通道13在其沿垂直方向16的下部区域中部分地填充有液态流体8。微通道结构12因此以其下部区域在垂直方向16上部分地浸入液态流体8中，由此产生微通道13与液态流体8的流体接触。在替代实施例中，微通道13中没有液态流体8。
在工作中，即在对牵引电池1进行充电或放电时，电池单体3中会产生热量。热量部分地从电池单体3通过它们的侧壁直接传递到微通道13中的液态流体8。此外，少量的热量从电池单体3的侧壁传递到相邻的蒸发元件10或其蒸发体11。然后该热量进一步从相应的蒸发体11经由微通道13传递到液态流体8。
在该实施例中，指定的填充率在沸腾操作之前就已使微通道13被液态流体8润湿。在沸腾操作期间，液态流体8通过微通道13中的液态流体8的沸腾和蒸发的流体上升而被夹带在微通道13中，这润湿了微通道13的内部。这实现了微通道13的良好的、优选完全的内部润湿，使得润湿的区域有助于电池单体3的冷却。在工作中，热量从电池单体3传输到液态流体8中，使得液态流体8在微通道13中蒸发。
液态流体8随后通过从壳体主体4的底部区域6流过入口开口20或多个入口开口20进入微通道13的液态流体8被输送到微通道13中，其中在该示例中，蒸发的液体8被替代。
在蒸发之后，气态流体8通过出口被引入冷凝器。在那里，气态流体冷凝，向环境散发热量。形成了理想的闭合流体回路。冷凝的流体通过入口返回壳体装置2。流体8可以主动或被动地循环。
图3和图4涉及根据本发明第二实施方式的牵引电池1和壳体装置2。壳体装置2在此也是牵引电池1的一部分。
第一实施方式和第二实施方式的牵引电池1和壳体装置2在很大程度上设计相同，因此下面描述第一实施方式和第二实施方式的牵引电池1和壳体装置2之间的本质区别。相应地，相同的附图标记用于相似或相同的部件。如有疑问，第二实施方式的牵引电池1和壳体装置2的未说明的细节在必要时可参照第一实施方式的相应说明。
如图3和图4所示，在第二实施方式中，电池单体3被组合以形成电池模块27，所述电池模块分别具有多个电池单体3，并且在每个容纳位置中容纳一个电池模块27。相应地，在每个容纳位置中共同容纳多个电池单体3。电池模块27包括沿外部电池单体3的侧壁布置的两个端板28。端板28将电池单体3组合成电池模块27并将各个电池单体3固定在其中。在电池模块27中，电池单体3各自以它们的侧壁彼此相邻地布置。蒸发元件10布置在电池模块27的电池单体3的端部区域中。电池单体3因此在容纳位置以及电池模块27中沿它们的纵向方向14对齐，使得它们的端部区域位于一条直线上。因此在牵引电池1中产生电池模块27的电池单体3与布置在那里的蒸发元件10的头侧接触。
相应地，在第二实施方式的蒸发元件10中，与第一实施方式的蒸发元件10相比，微通道结构12仅对蒸发元件10的两侧表面33中的一个开放，并从该侧面33沿横向15延伸到相应的蒸发元件10中。在安装状态下，微通道13通过蒸发元件10的布置而形成，其具有沿着电池单体3的对应侧表面33。具有打开的微通道结构12的蒸发元件10的侧表面33因此在安装状态下由邻接侧表面33的电池单体3界定并且也是封闭的。在其他方面，第二实施方式的蒸发元件10对应于第一实施例的蒸发元件10。
特别从图4可以看出，那里所示的蒸发元件10的纵向延伸度大于布置在电池模块27中的电池单体3的长度，即蒸发元件10的纵向延伸度大于电池模块27的电池单体3。蒸发元件10因此沿着电池模块27的相邻布置的电池单体3的顶面延伸超出该布置。电池模块27还包括端板28，电池单体3保持在端板之间以形成机械单元。相应的蒸发元件10优选地设计成使其至少延伸到端板27的区域中或甚至超出该区域。紧固孔29形成在端板28中，端板沿垂直方向16延伸并且电池模块27通过未示出的紧固元件附接到壳体主体4上。
蒸发元件10在其上侧具有止挡元件26，其限制蒸发元件10的插入。当蒸发元件10被插入时，止挡元件26与容纳在容纳位置中的电池单体3的上侧接触。同时，止挡元件26用作使支柱17定位和保持的连接元件。在本实施例中，连接元件26形成在微通道结构12在垂直方向16上的上端。
在一个替代实施例中，蒸发元件10形成壳体主体4的壁区域，即壳体装置2的结构部分。
图5涉及根据第三实施方式的牵引电池1和电池壳体装置2。壳体装置2在此也是牵引电池1的一部分。
第一和第三实施方式的牵引电池1和壳体装置2在设计上基本相同，因而下面描述第一和第三实施方式的牵引电池1和壳体装置2之间的区别。相应地，相同的附图标记用于相似或相同的部件。如有疑问，第三实施方式的牵引电池1和壳体装置2的未说明的细节在必要时可参见第一实施方式的相应说明。
第一和第三实施方式的壳体装置2的不同之处在于电池单体3和蒸发元件10在壳体主体4中的支撑。第三实施方式的壳体装置4不具有支撑板21。取而代之的是，电池单体3和蒸发元件10以未示出的方式封装在一起并且以端部保持元件30附接到壳体主体4。为此目的，两个安装孔31形成在每个保持元件30中并且在垂直方向16上延伸。保持元件30通过壳体主体4中的安装孔31与安装螺钉32螺合。
图6涉及根据本发明第四实施方式的牵引电池1和壳体装置2。壳体装置2在此也是牵引电池1的一部分。
第一实施方式和第四实施方式的牵引电池1和壳体装置2在设计上基本相同，因此下面将描述第一实施方式和第四实施方式的牵引电池1和壳体装置2之间的区别。相应地，相同的附图标记用于相似或相同的部件。如有疑问，第四实施方式的牵引电池1和壳体装置2的未说明的细节在必要时可参见第一实施方式的相应说明。
第四实施方式的牵引电池1和壳体装置2与第一实施方式的不同之处在于使用根据第二实施方式的蒸发元件10设计的蒸发元件10。相应地，在第四实施方式的蒸发元件10中，微通道结构12仅对蒸发元件10的两侧表面33中的一个开放，并从该侧面33沿横向15延伸到相应的蒸发元件10中。在安装状态下，微通道13通过蒸发元件10的布置而形成，其具有沿着电池单体3的对应侧表面33。具有打开的微通道结构12的蒸发元件10的侧表面33因此在安装状态下由邻接侧表面33的电池单体3界定并且也是封闭的。在其他方面，第二实施方式的蒸发元件10对应于第一实施例的蒸发元件10。
第四实施方式的蒸发元件10在其上侧同样具有止挡元件26，其限制蒸发元件10的插入。当蒸发元件10被插入时，止挡元件26与容纳在容纳位置中的电池单体3的上侧接触。在本实施例中，连接元件26形成在微通道结构12在垂直方向16上的上端。保持孔34形成在止挡元件26中并且在垂直方向上延伸穿过止挡元件26。保持孔34布置在止挡元件26的不覆盖任何电池单体3的区域中。因此，具有多个相邻电池单体3的电池模块27可以由第四实施方式的蒸发元件10形成，其中第一实施方式的蒸发元件10布置在相邻的电池单体3之间，第四实施方式的蒸发元件10被设计为模块封闭元件并且形成电池模块27的两端。在这种情况下，电池模块27例如可以通过第四实施方式的蒸发元件10的对应止挡元件26的保持孔34安装并固定至壳体主体4。
图7涉及根据本发明第五实施方式的牵引电池1和壳体装置2。壳体装置2在此也是牵引电池1的一部分。
第一和第五实施方式的牵引电池1和壳体装置2在设计上基本相同，因此下面描述第一和第五实施方式的牵引电池1和壳体装置2之间的区别。相应地，相同的附图标记用于相似或相同的部件。如有疑问，第五实施方式的牵引电池1和壳体装置2的未说明的细节在必要时可参见第一实施方式的相应说明。
第五实施方式的牵引电池1和壳体装置2与第一实施方式的不同之处在于蒸发装置9的设计。第五实施方式的蒸发装置9还包括多个蒸发元件10，其对应于第一实施方式的蒸发元件，但每个蒸发元件在纵向方向14上具有较小范围的延伸。此外，蒸发装置9具有结构元件35，用于在两个蒸发元件10之间分别在纵向方向14上沿着电池单体3共同布置。结构元件35与分别相邻的电池单体3接触，从而形成用于电池单体3的支撑。另一方面，蒸发元件10在相邻电池单体3之间设置有少量游隙，使得它们不直接机械接触。在电池单体3和蒸发元件10之间存在较小的距离，该距离被选择得如此小以防止蒸发体11和电池单体3之间的液态流体8通过。
图8涉及根据本发明第六实施方式的牵引电池1和壳体装置2。壳体装置2在此也是牵引电池1的一部分。
第一和第六实施方式的牵引电池1和壳体装置2大致相同，因此下面描述第一和第六实施方式的牵引电池1和壳体装置2之间的差异。相应地，相同的附图标记用于相似或相同的部件。如有疑问，第六实施方式的牵引电池1和壳体装置2的未说明的细节在必要时可参见第一实施方式的相应说明。
第六实施方式的牵引电池1和壳体装置2与第一实施方式的不同之处在于蒸发装置9的设计。第六实施方式的蒸发装置9具有多个蒸发元件10，每个蒸发元件沿多个电池单体3延伸并且在组装状态下彼此相邻布置，每个蒸发元件10具有多个中间元件36，它们彼此平行地从连接体37延伸。在安装状态下，中间元件36分别在两个相邻的电池单体3之间沿垂直方向16延伸，相邻的蒸发元件10的连接体37沿着接触边缘38相互接触。这样就形成相邻蒸发元件10的中间元件36彼此相距预定距离的期望定位。微通道结构12以预定距离形成在相邻蒸发元件10的中间元件36之间，从而通过分别相邻的蒸发元件10沿着分别相邻的电池单体3的布置，在微通道结构12的区域中以安装状态形成微通道13。形成在蒸发元件10之间的微通道结构12因此在安装状态下在相邻蒸发元件10的分别相邻的中间元件36与相邻电池单体3之间形成微通道13。每个限定入口区域19并形成用于微通道3之一的入口开口20的凹部39形成在彼此接触的相邻蒸发元件10的连接体37之间。
在该实施例中，蒸发元件10被设计成梳状，其中中间元件36被设计成尖头并且布置在连接体37上。在组装状态下，连接体37沿垂直方向16布置在电池单体3下方。在该实施例中，微通道结构12在蒸发装置9中以多排的形式布置。原则上，蒸发元件10具有任何期望的横向延伸度，即在相邻布置的蒸发元件10的方向上的延伸度。这对应于就电池单体3而言的纵向14。在彼此相邻布置的电池单体3的方向上，蒸发元件10具有小范围的延伸，以便以较小的距离布置电池单体3，并且能够提供紧凑的电池模块27。当安装在牵引电池1中时，蒸发元件10及其中间元件36在内侧，即在面对相应蒸发元件10的其他中间元件36的侧面上，与相邻的电池单体3接触。在该实施例中，蒸发元件10具有比电池单体3更大的垂直延伸度。微通道结构12在电池单体3的整个垂直延伸上延伸。
图9涉及根据本发明第七实施方式的牵引电池1和壳体装置2。壳体装置2在此也是牵引电池1的一部分。
第六和第七实施方式的牵引电池1和壳体装置2大体相同，因此下面描述第六和第七实施方式的牵引电池1和壳体装置2之间的差异。相应地，相同的附图标记用于相似或相同的部件。如有疑问，第七实施方式的牵引电池1和壳体装置2的未说明的细节在必要时可参见第一实施方式的相应说明。
第七实施方式的牵引电池1和壳体装置2与第六实施方式的不同之处在于蒸发装置9的设计。第七实施方式的蒸发装置9与第六实施方式的蒸发装置9基本相同。然而，与此不同的是，在第七实施方式的蒸发装置9中，蒸发元件10在连接体37处彼此连接，由此形成一体式连接体37。由此，形成由多个蒸发元件10构成的一体式蒸发装置9。由此实现相邻蒸发元件10相对于彼此的精确定位。相应地，电池单体3在一个平面方向上布置在中间元件36之间，用于形成微通道13的微通道结构12在另一平面方向上布置在中间元件之间。
附图标记表
1 牵引电池
2 壳体装置
3 电池单体
4 壳体主体
5 内部空间
6 底部区域
7 腔室
8 液态流体
9 蒸发装置
10 蒸发元件
11 蒸发体
12 微通道结构
13 微通道
14 纵向
15 横向
16 垂直方向
17 支撑接片，支柱
18 连接元件
19 入口区域
20 入口开口
21 支撑板
22 狭缝，流体通道
23 填充元件
24 下壳
25 上壳
26 止挡元件，连接元件
27 电池模块
28 端板
29 紧固孔
30 保持元件
31 安装孔
32 紧固螺钉
33 侧表面
34 保持孔
35 结构元件
36 中间元件
37 连接体
38 接触边缘
39 凹口

Claims (30)

1.一种用于具有基于流体的冷却功能的牵引电池(1)的壳体装置(2)，其中所述牵引电池(1)具有多个电池单体(3)，所述壳体装置包括：
壳体主体(4)，其形成具有多个用于容纳所述多个电池单体(3)的容纳位置的封闭的内部空间(5)，其中所述壳体主体(4)的底部区域(6)设计用于容纳液态流体(8)，和
用于蒸发所述液态流体(8)的蒸发装置(9)，
其中所述壳体装置(2)的特征在于，
所述蒸发装置(9)具有多个用于形成微通道(13)的微通道结构(12)，
所述微通道结构(12)在组装状态下沿垂直方向(16)延伸，并在其沿垂直方向(16)的下部区域中具有用于容纳来自所述壳体主体(4)的底部区域(6)的液态流体(8)的至少一个入口开口(20)，并且
在工作中，液态流体(8)通过所述至少一个入口开口(20)进入所述微通道(13)，并且实施从所述电池单体(3)至所述微通道(13)中的液态流体(8)的热输运，由此使得所述液态流体(8)在所述蒸发装置(9)中蒸发。
2.根据权利要求1所述的壳体装置(2)，其特征在于，
所述蒸发装置(9)具有至少一个蒸发元件(10)，并且
所述至少一个蒸发元件(10)具有蒸发体(11)，所述蒸发体具有用于形成所述微通道(13)的多个微通道结构(12)。
3.根据权利要求2所述的壳体装置(2)，其特征在于，
所述多个微通道结构(12)朝相应蒸发元件(10)的至少一个侧面(33)敞开，并且
所述微通道(13)在组装状态下由所述蒸发元件(10)的布置形成，所述蒸发元件的侧面(33)中的至少一个沿着一个或多个电池单体(3)布置。
4.根据权利要求3所述的壳体装置(2)，其特征在于，
所述多个微通道结构(12)朝相应蒸发元件(10)的两侧表面(33)敞开，并且
所述微通道(13)由所述蒸发元件(10)的布置形成，所述蒸发元件的两侧表面(33)沿多个电池单体(3)布置。
5.根据权利要求2所述的壳体装置(2)，其特征在于，
在相应蒸发体(11)内形成所述微通道(13)的同时，所述多个微通道结构(12)沿相应蒸发元件(10)的两侧表面(33)封闭，并且
所述蒸发体(11)在工作时与至少一个电池单体(3)导热接触。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的壳体装置(2)，其特征在于，
所述蒸发装置(9)具有至少一个结构元件(35)，并且
所述至少一个结构元件(35)被设计成与至少一个蒸发元件(10)一起沿着一个或多个电池单体(3)布置。
7.根据权利要求2所述的壳体装置(2)，其特征在于，
所述至少一个蒸发元件(10)布置在电池单体(3)的至少两个容纳位置之间的区域中。
8.根据权利要求2所述的壳体装置(2)，其特征在于，
用于容纳电池单体(3)的容纳位置布置成使得所容纳的电池单体(3)至少部分平行地布置成排，并且
所述至少一个蒸发元件(10)布置在成排的电池单体(3)的一个或多个容纳位置的端部区域中。
9.根据权利要求8所述的壳体装置(2)，其特征在于，
所述至少一个蒸发元件(10)的纵向延伸度大于至少部分地在所述容纳位置中布置成排的所述电池单体(3)的长度。
10.根据权利要求1所述的壳体装置(2)，其特征在于，
所述蒸发装置(9)具有多个蒸发元件(10)，所述蒸发元件分别沿多个电池单体(3)延伸，并在组装状态下相邻布置，其中
所述蒸发元件(10)分别具有多个中间元件(36)，在组装状态下，所述中间元件分别在两个相邻电池单体(3)之间沿垂直方向延伸，
相邻蒸发元件(10)的所述中间元件(36)布置成彼此相距预定距离，
所述微通道结构(12)以所述预定距离形成在所述相邻蒸发元件(10)的中间元件(36)之间，并且
所述微通道(13)在组装状态下，通过所述蒸发元件(10)沿所述多个电池单体(3)的布置形成。
11.根据权利要求10所述的壳体装置(2)，其特征在于，
所述多个蒸发元件(10)相互连接或者能够通过耦合装置相互连接。
12.根据权利要求10或11中任一项所述的壳体装置(2)，其特征在于，
所述多个蒸发元件(10)各自具有至少一个连接体(37)，所述中间元件(36)从所述连接体延伸，
所述至少一个连接体(37)在组装状态下沿多个电池单体(3)延伸，并且
所述连接体(37)在组装状态下沿垂直方向(16)布置在所述电池单体(3)的下方和/或上方。
13.根据权利要求1所述的壳体装置(2)，其特征在于，
所述微通道(13)至少部分地具有表面结构，所述液态流体(8)在所述表面结构上蒸发并形成气泡，其中所述表面结构形成在微通道(13)中。
14.根据权利要求1所述的壳体装置(2)，其特征在于，
所述至少一个入口开口(20)的横截面小于对应的微通道结构(12)的横截面。
15.根据权利要求1所述的壳体装置(2)，其特征在于，
所述至少一个入口开口(20)设计为相应微通道结构(12)的入口区域(19)中的通孔，或
所述至少一个入口开口(20)设计为相应微通道结构(12)的入口区域(19)中的侧向凹部。
16.根据权利要求2所述的壳体装置(2)，其特征在于，
所述至少一个蒸发元件(10)设计为插入元件，用于插入所述壳体主体(4)中。
17.根据权利要求1所述的壳体装置(2)，其特征在于，
所述蒸发装置(9)设计成将电池单体(3)相互支撑或将电池单体(3)支撑在所述壳体主体(4)上。
18.根据权利要求2所述的壳体装置(2)，其特征在于，
所述至少一个蒸发元件(10)的蒸发体(11)设计为用于将电池单体(3)相互支撑或将电池单体(3)支撑在所述壳体主体(4)上的支撑元件。
19.根据权利要求18所述的壳体装置(2)，其特征在于，
所述至少一个蒸发元件(10)具有格子结构，其中所述蒸发体(11)具有多个在垂直方向(16)延伸的支柱(17)。
20.根据权利要求1所述的壳体装置(2)，其特征在于，
所述壳体装置(2)具有支撑板(21)，所述支撑板在壳体主体(4)中的水平面中延伸并且形成对所述电池单体(3)和/或所述蒸发装置(9)的垂直支撑，其中
所述支撑板(21)在下方的腔室(7)与所述多个微通道结构(12)之间具有至少一个流体通道(22)。
21.根据权利要求2所述的壳体装置(2)，其特征在于，
所述蒸发元件(10)形成所述壳体主体(4)的壁区。
22.根据权利要求1所述的壳体装置(2)，其特征在于，
所述壳体装置(1)具有至少一个填充元件(23)，所述填充元件布置在由所述壳体主体(4)围成的内部空间(5)中。
23.根据权利要求1所述的壳体装置(2)，其特征在于，
所述壳体主体(4)上形成有用于蒸发的气态流体的出口和用于冷凝的液态流体的入口(8)。
24.根据权利要求1所述的壳体装置(2)，其特征在于，所述牵引电池(1)为车辆的电池。
25.根据权利要求13所述的壳体装置(2)，其特征在于，
所述表面结构形成在面向所述底部区域(6)的下部区域中。
26.一种用于车辆的具有基于流体的冷却功能的牵引电池(1)，包括
根据上述权利要求中任一项所述的壳体装置(2)，
多个电池单体(3)，其容纳在所述壳体装置(2)的壳体主体(4)的内部空间(5)中的容纳位置，以及
容纳在所述壳体主体(4)的底部区域(6)中的液态流体(8)。
27.根据权利要求26所述的牵引电池(1)，其特征在于，
所述牵引电池(1)填充有液态流体(8)，在系统温度为50℃时，就整个系统的总体积而言，整个系统的填充率为20-60体积％。
28.根据权利要求26或27中任一项所述的牵引电池(1)，其特征在于，
所述牵引电池(1)具有质量传感器，其至少在工作中与所述液态流体(8)接触，并对所述液态流体(8)的至少一种电特性进行检测。
29.根据权利要求27所述的牵引电池(1)，其特征在于，
在系统温度为50℃时，就整个系统的总体积而言，整个系统的填充率为30-40体积％。
30.根据权利要求28所述的牵引电池(1)，其特征在于，
所述质量传感器对所述液态流体(8)的电击穿电压和/或电导率进行检测。
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