CN114761268A - 用于可能发热的设备的隔室 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于在操作期间可能发热的设备、特别是用于机动车辆的储存电能的装置(9)的隔室(80)，所述隔室包括至少一个冷却板(20)，该至少一个冷却板被布置成让冷却流体流经其中并且被布置成冷却所述设备，所述隔室进一步包括被布置成容纳所述电气设备的上壳体(81)和放置了至少一个流体连接元件(83)以便向冷却板供应流体的下壳体(82)，该下壳体和该上壳体以流体密封的方式彼此隔离。

Description

用于可能发热的设备的隔室
本发明涉及一种用于在操作期间易于发热的设备、特别是用于机动车辆的电能储存装置的隔室。
专利申请US 2017/176108和WO 2013/056938描述了用于冷却电池单体的热交换器。此外，专利申请US 2011/0206967 A描述了这种电池的示例。在此申请中，这些单体储存在具有用于接纳这些单体的壳体的容器中。旨在与相邻容器的壁接触的容器壁具有凹陷，这些凹陷形成用于使传热流体循环的管道的一部分。
本发明的目的特别是改进用于接纳电池单体的隔室的密封。
为此，本发明的一个主题是一种用于在操作期间易于发热的设备、特别是用于机动车辆的电能储存装置的隔室，此隔室具有至少一个冷却板，该至少一个冷却板被设计成供冷却流体穿过并且被设计成冷却所述设备，该隔室包括底盖，该底盖包括至少一个复合材料层和非增强聚合物材料附加层，所述附加层特别是不渗透冷却流体的。
因此，利用特别不渗透水的非增强聚合物材料附加层，改进了隔室的密封，同时特别在重量和机械阻力方面保持了其机械特性。
根据本发明的其他方面描述如下，并且可以单独或组合使用。
根据本发明的一个方面提出，壳体包括两个非增强聚合物材料附加层，所述附加层尤其是不渗透冷却流体的。复合材料层可以布置在两个附加层之间。
根据本发明的另一方面提出，壳体还包括由防火材料制成的防火层。还可以提到防火屏障。
另一方面提出，隔室具有用于使冷却流体循环的至少一个通道，此通道通过使聚合物基材料成型而获得，这是利用用于在聚合物基材料中形成此通道的流体辅助注塑成型、特别是气体或液体辅助注塑成型进行的。
另一方面提出，例如用于接纳电池单体的隔室还具有冷却这些单体的功能，简化了该隔室的制造。
另一方面提出，通过液体或气体辅助注塑成型在聚合物基材料中形成该一个或多个冷却流体通道实现了一步制造方法，而不是需要焊接的用于形成该一个或多个通道的多步方法。因此，本发明使得能够避免与冷却流体泄漏相关的某些密封问题。在本发明中，避免了这些泄漏问题，因为该一个或多个通道由直接在材料中的中空形状形成。进一步简化了制造操作。
另一方面提出，通道具有没有接合部的内壁，这是在成型期间注射的流体使聚合物基材料空洞化的结果。
另一方面提出，通道至少在其长度的一部分上具有圆柱形形状，特别是具有矩形或椭圆形或圆形截面。
另一方面提出，在其中形成通道的聚合物基材料连接到聚合物基复合材料层。
这种连接特别是具有用于使冷却流体循环的该一个或多个通道的材料与此复合材料层之间的成型、特别是包覆成型或共同成型的结果。
根据本发明各方面之一，复合材料层具有开口，并且形成通道的材料穿过此开口，以使得此通道也穿过该层的此开口。
根据本发明各方面之一，在其中形成通道的材料呈在复合材料层的面上延伸的层的形式。
这两层特别形成了底盖。
根据本发明各方面之一，此复合材料层和该层在其表面区域的至少一部分上是平面的。
根据本发明各方面之一，这两层具有相对于此平面部分倾斜的边缘，并且通道在此边缘处通入该材料层中。
根据本发明各方面之一，材料中的通道连接到流体连接构件，特别是在此倾斜边缘处。
根据本发明各方面之一，此流体连接构件由包括通道的层的材料成型而成。
根据本发明各方面之一，复合材料层具有由辅助注塑成型形成的至少两个通道，这些通道特别在其长度的大部分上是平行的。
根据本发明各方面之一，隔室具有冷却板，该冷却板设置在复合材料层的与成型材料层的一侧相反的一侧上。
根据本发明各方面之一，板被设计成供也在成型层的通道中循环的冷却流体穿过。这些通道特别是分别供应和排放在板中循环的冷却液的给送通道。例如，设置了单一供应给送通道和单一排放给送通道。
根据本发明各方面之一，具有给送通道的层具有连接部分，该连接部分与该层的其余部分一体形成，并被设计成连接到冷却板。此连接部分突出穿过复合材料层。
根据本发明各方面之一，通道仅在成型材料层中形成，换句话说，通道例如不是通过两个独立层的组装而形成的。
根据本发明各方面之一，层具有用于形成通道的凹槽和用于机械地增强隔室的增强肋，特别是蜂窝形状的增强肋。
因此，成型层仅占据复合层的外面的一部分，而不是此面全部。此成型层例如占据层的外面的50％以下或者甚至其25％以下。
本发明还涉及一种电能储存模块，该电能储存模块具有特别被设置成一排的多个电池单体以及如上所述的隔室，这些单体放置在此隔室中与冷却板热相互作用。
本发明还涉及一种用于制造如上所述用于在操作期间易于发热的设备的隔室的方法，该方法具有形成聚合物基材料层的步骤，这是利用用于在此层中形成通道的流体辅助注塑成型进行的。
本发明的另一主题独立地或与前述内容相结合是一种用于在操作期间易于发热的设备、特别是用于机动车辆的电能储存装置的隔室，此隔室具有至少一个冷却板，该至少一个冷却板被设计成供冷却流体穿过并且被设计成冷却所述设备，此隔室还具有被设计成接纳所述电气设备的上壳体和放置了用于向冷却板供应流体的至少一个流体连接元件的下壳体，下壳体和上壳体以流体密封的方式彼此隔绝。
根据本发明各方面之一，该一个或多个冷却板将下壳体与上壳体分隔开。
根据本发明各方面之一，多个冷却板将下壳体与上壳体分隔开，并且这些冷却板被设置成平行的排。
根据本发明各方面之一，每个冷却板都具有流体入口和冷却流体出口，该流体入口和该冷却流体出口各自连接到流体连接元件之一，并且这些流体入口和出口全部指向下壳体。
因此，在这些入口和出口处发生泄漏的情况下，冷却流体流动到此下壳体中，而不是流动到上壳体中，以便保护电气部件，特别是当这些元件是电池单体时。
管道特别设置在冷却板内以便使冷却流体循环。
根据本发明各方面之一，底盖包括冷却流体通道，并且流体连接元件连接到此通道。
根据本发明各方面之一，所述底盖具有基本平面的主面。
根据本发明各方面之一，此底盖与冷却板一起限定了下壳体。
根据本发明各方面之一，下壳体和上壳体覆盖基本相同的表面区域。这些壳体因此呈堆叠布置。
根据本发明各方面之一，底盖具有至少一个基于聚合物、特别是基于塑料和热塑性材料的复合材料层。
根据本发明各方面之一，在自由空间中，下壳体的高度是上壳体的高度的25％以下，特别是15％以下。
根据本发明各方面之一，密封件设置在下壳体与上壳体之间的接合周边上。
根据本发明各方面之一，上壳体具有至少一个框架，特别是由铝制成的框架，该至少一个框架限定了上壳体的周边，并且密封件与此框架接触。
根据本发明各方面之一，此框架具有形成周边的外杆以及特别地彼此平行的隔板，用于形成各自旨在接纳一个电池单体的接纳部。这些隔板形成例如两排相同的多个接纳部。
根据本发明各方面之一，冷却板例如通过螺纹联接或粘接而组装在框架上。
根据本发明各方面之一，一个或多个密封件设置在一方面此框架的这些杆和这些隔板与另一方面下壳体之间。
根据本发明各方面之一，该一个或多个密封件以紧密方式设置在框架的区域与冷却板的区域之间和/或框架的区域与底盖的区域之间。
根据本发明各方面之一，密封件由导电材料制成，以便有助于接纳电气部件的上壳体的电磁保护功能(也称为EMC或电磁兼容性)。
根据本发明各方面之一，上盖被设计成抵靠框架以用于封闭隔室，这特别是在插入了密封件、特别是由导电材料制成的密封件的情况下进行的。
本发明允许相对低的隔室总高度，这在给定了大小限制的情况下是有利的。该隔室也可以以简化的方式制造。
根据本发明各方面之一，上盖包括基于塑料材料的复合材料。
本发明还涉及一种电能储存装置，该电能储存装置具有特别被设置成一排的多个电池单体以及如上所述的隔室，这些单体放置在此隔室中与冷却板热相互作用。
参考所附示意图，本发明的进一步特征、细节和优点将在阅读下文给出的详细描述后并根据通过非限制性指示的方式给出的若干示例性实施例变得更加清楚，在附图中：
[图1]是根据本发明的一个示例的隔室的示意性侧视图，
[图2]示出了[图1]的隔室的截面，
[图3]是根据本发明的另一示例的隔室的示意图，
[图4]是[图3]的截面图，
[图5]是[图4]的另一示意图，
[图6]是隔室的截面图。
图1和图2示出了电能储存模块1，该电能储存模块具有多个电池单体9(在图2中可见)和隔室2。
此隔室2具有用于使冷却流体循环的两个通道3，这两个通道在图1中可见并且平行。此图1示出了隔室2的处于下部且处于外部的面。此隔室2与未示出的上盖一起限定了容纳电池单体9的外壳5。此外壳5的底部在此隔室2上。
每个通道3通过可能包括增强纤维的聚合物基材料的成型获得，这是利用流体辅助注塑成型、特别是气体或液体辅助注塑成型进行的，用于在聚合物基材料中形成此通道3。因此，聚合物基材料形成聚合物材料第一层8。
每个通道3具有没有接合部的内壁10，这是在成型期间注射的流体使聚合物基材料空洞化的结果。
每个通道3至少在其长度的一部分上具有圆柱形形状，特别是具有矩形或椭圆形或圆形截面。
形成了通道3的聚合物基材料连接到复合材料第二层11。
复合材料被理解为意指包括至少两种不同材料(比如，塑料和金属)的材料。根据本发明，优选复合材料对应于既坚固又轻质的材料。比如热塑性塑料与增强纤维的混合物等复合材料特别适合这种用途。举例来说，复合材料可以对应于具有玻璃和/或碳纤维的聚丙烯。具体来说，聚丙烯对应于轻质材料，并且玻璃和/或碳纤维增强了外壳的结构。具有玻璃纤维的聚酰胺6也是可能的。复合材料也可以说对应于用热塑性树脂预浸渍的增强纤维。
这种连接是第一层8与第二层11之间的包覆成型或共同成型的结果，该第二层具有用于使冷却流体循环的通道3。
复合材料第二层11具有开口13，并且形成通道3的第一层8穿过这些开口13，以使得每个通道3也穿过与第二层11相关联的此开口13。
在其中形成通道的第一层8呈在复合材料第二层11的面上延伸的层的形式。
第二层11在平面区17中在其表面区域的至少一部分上是平面的。
第一层8和第二层11具有相对于此平面区17倾斜的边缘15，并且通道3在此边缘15处通入第一层8中。
材料中的每个通道3在此倾斜边缘15处连接到流体连接构件27。
每个流体连接构件27以第一层8的材料包覆成型。
隔室2具有冷却板20，该冷却板设置在复合材料层的与第一层8的一侧22相反的一侧21上。
板20被设计成供也在层的通道3中循环的冷却流体穿过。这些通道3是分别供应和排放在板20中循环的冷却液的给送通道。例如，设置了单一供应给送通道和单一排放给送通道。
板20由两个子板24形成，这两个子板一旦组装好便形成冷却流体循环回路39。
第一层8具有连接部分29，这些连接部分与层的其余部分一体形成，并被设计成连接到冷却板20。此连接部分29突出穿过复合材料层，并被相关联的通道3穿过，以便使此通道3通向板20。此板20面向第二层11。
第一层8具有用于形成通道的凹槽33和用于机械地增强隔室2的增强肋34，特别是蜂窝形状的增强肋。
用于辅助注塑成型的流体可以是水。
因此，第一层8仅占据复合材料第二层11的外面的一部分，而不是此面的全部。此层例如占据第二层11的外面的50％以下或者甚至其25％以下。
这些单体9放置在此隔室2中与冷却板20热相互作用。
每个通道3的长度为至少5cm，特别是至少为10cm。
第二层11的复合材料包括玻璃纤维，并且在变型中，还可能包括碳纤维或其他性质的纤维，这些纤维用热塑性树脂预浸渍。
隔室2在其周边上具有凸起的边缘36。
蜂窝结构34朝向外壳5的外部。
在这种情况下使用的冷却液可以特别是基于二氧化碳的液体制冷剂(比如，R744)、2,3,3,3-四氟丙烯(或HFO-1234yf)或1,1,1,2-四氟乙烷(或R-134a)。冷却液还可以是纳米流体。冷却液还可以是水，可能包含添加剂。
电池单体例如包括用于混合动力车辆的多个锂离子(Li-ion)电池。在另一实施例中，多个电池单体是在电池供电的电动车辆中使用的锂离子电池。
冷却板20形成了包括在冷却回路(未示出)中的热交换器，该冷却回路是包括压缩机和其他热交换器的类型。
例如，这些板是两个铝壁的组件，该组件限定了用于使冷却流体循环的管道，这些管道例如采用弯曲路径的形式。
隔室2和电池单体9与其他部件一起形成用于机动车辆的电能储存装置40。
第一层8和第二层11形成底盖88。
图3至图5示出了根据另一实施例的用于机动车辆的电池单体9的隔室80。此隔室80具有冷却板20，这些冷却板被设计成供冷却流体穿过，并且被设计成冷却这些单体9。
此隔室80还具有被设计成接纳这些单体9的上壳体81和放置了用于向冷却板20供应流体的流体连接元件83的下壳体82。
下壳体82和上壳体81以流体密封的方式彼此隔绝。
冷却板20将下壳体82与上壳体81分隔开，如可以在图4和图5中较好地看出。
多个冷却板20将下壳体82与上壳体81分隔开，并且这些冷却板20被设置成平行的排。
每个冷却板20都具有流体入口84和冷却流体出口85，该流体入口和该冷却流体出口各自连接到流体连接元件83之一，并且这些流体入口84和出口85全部指向下壳体82。
因此，在这些入口84和出口85处发生泄漏的情况下，冷却流体流动到此下壳体82中，而不流动到上壳体81中，以便保护电池单体。
管道设置在冷却板20内以便使冷却流体循环。
隔室80具有底盖88，该底盖包括冷却流体通道3，如前一示例中所述的那些冷却流体通道。
流体连接元件83连接到这些通道3，并且例如由也形成通道3的材料延伸形成。这些通道3通过流体辅助注塑成型在聚合物材料第一层8中产生，如在前一示例中所述。
底盖88具有基本平面的主面89。
此底盖88与冷却板20一起限定了下壳体82。
下壳体82和上壳体81覆盖基本相同的表面区域。因此，当组件安装在车辆上时，这些壳体81和82处于竖直堆叠布置。
底盖88具有基于聚合物、特别是塑料和热塑性塑料的复合材料层。
在自由空间中，下壳体82的高度h是上壳体的高度H的25％以下，特别是15％以下。
密封件90设置在下壳体82与上壳体81之间的接合周边91上。
上壳体81具有铝框架93，该铝框架限定了上壳体的周边95，并且密封件90与此框架93接触。
此框架93具有形成周边的外杆94以及形成网格的隔板96，用于形成各自旨在接纳一个电池单体的接纳部97。这些隔板96形成例如两排相同的多个接纳部97。
杆94特别具有蜂窝状结构。这些杆例如由钢或铝制成。
冷却板20例如通过螺纹联接或粘接而组装在框架93上。
密封件90设置在一方面此框架的这些杆94和这些隔板96与另一方面下壳体82之间。
例如基于硅酮的密封件90以紧密方式设置在框架93的区域与冷却板20的区域之间和/或框架93的区域与底盖88的区域之间。
每个密封件90由导电材料制成，以便有助于接纳这些单体的上壳体81的电磁保护功能。
上盖98被设计成抵靠框架93以用于封闭隔室，这是在插入了密封件90的情况下进行的。
上盖98包括基于聚合物材料的复合材料，并且特别具有基本平坦的形状。
给送通道3特别指向下壳体82。
不管上述实施例如何，本发明都涉及隔室2、80的密封，特别涉及底盖88的密封。如图6所展示，底盖88对应于多层结构，该多层结构包括至少一个复合材料层100和非增强聚合物材料附加层102。非增强聚合物材料附加层102对应于例如没有任何增强纤维的塑料或其他热塑性塑料。附加层102优选地对于冷却流体是不可渗透的，以保证底盖88的密封。换句话说，附加层102由对于液体制冷剂(比如，R744、HFO-1234yf、R-134a或水)不可渗透的材料制成。
非增强聚合物材料被理解为意指不具有增强纤维的优选热塑性的材料。为了促进层之间的亲和性，附加层102的聚合物、即热塑性塑料优选与层100的相同。当然，不同聚合物之间的亲和性是可能的，例如化学相容的聚合物、或者通过形成复合物或通过第一层和第二层的预先处理而连接的聚合物或上述两者。
底盖88还可以包括其他层。如图6所展示，底盖88可以包括对应于防火屏障104的层。
根据本发明各方面之一，防火屏障104由以下元件之一形成：
-特别是由塑料、特别是热塑性塑料与合适助剂制成的防火膜，
-包括芳族聚酰胺的层，例如编织织物层，
-金属层或箔片。
根据本发明各方面之一，防火屏障104是并入在底盖88的多层结构中的层。
例如，防火屏障104与多层结构的其他层100、102同时形成。
如图6所展示，底盖88可以包括多个层。例如，底盖88可以包括两个复合材料层100和两个非增强聚合物材料附加层102，还可能包括在这四层之间布置在中央的防火屏障104。
根据未展示的其他实施例，底盖88可以包括复合材料层100和位于此层100两侧上的两个附加层102，还可能包括防火屏障层104。
然而，根据本发明，为了确保改进的密封并防止冷却流体的任何泄漏，优选的是，底盖88的外层，即朝向车辆的底部的层或朝向与电池单体9相反的方向的层优选为附加层102。在存在两个附加层102的情况下，外层和内层(即朝向电池单体9的层)两者可以都是不渗透的非增强聚合物材料附加层102。
根据本发明各方面中的一个未展示的方面，第二防火屏障104以隔室2、80的内层、特别是朝向待容纳在所述隔室中的电池单体9的层的形式设置。因此，两个防火屏障104可以设置在隔室2、80的两个面(内面和外面)上，以便增强隔室2、80的防火能力。
防火屏障104在整个底壁上延伸，特别是遍布其外侧。
根据第一实施例，第二层11对应于第一层100，并且第一层8对应于附加层102。
根据本发明的一个方面提出，上盖98具有与底盖88相同的多层结构。

Claims (10)

1.一种用于在操作期间易于发热的设备、特别是用于机动车辆的电能储存装置(1)的隔室(2，80)，此隔室具有至少一个冷却板(20)，所述至少一个冷却板被设计成供冷却流体穿过并且被设计成冷却所述设备，所述隔室(2，80)包括底盖(88)，所述底盖包括至少一个复合材料层(100)和非增强聚合物材料附加层(102)。
2.如权利要求1所述的隔室(2，80)，其中，所述底盖(88)包括两个非增强聚合物材料附加层(102)，所述复合材料层(100)布置在所述两个附加层(102)之间。
3.如权利要求1或2所述的隔室(80)，其中，所述隔室(80)还具有被设计成接纳所述电气设备的上壳体(81)和放置了用于向所述冷却板(20)供应流体的至少一个流体连接元件(83)的下壳体(82)，所述下壳体(82)和所述上壳体(81)以流体密封的方式彼此隔绝。
4.如权利要求3所述的隔室(80)，其中，所述一个或多个冷却板(20)将所述下壳体(82)与所述上壳体(81)分隔开。
5.如权利要求3和4中任一项所述的隔室(80)，其中，所述底盖(88)包括冷却流体通道(3)，并且所述流体连接元件(83)连接到此通道。
6.如权利要求3至5之一所述的隔室(80)，其中，密封件(90)设置在所述下壳体(82)与所述上壳体(81)之间的接合周边上。
7.如权利要求6所述的隔室(80)，其中，所述上壳体(81)具有至少一个框架(93)，特别是由铝制成的框架，所述至少一个框架限定了所述上壳体的周边，并且所述密封件(90)与此框架接触。
8.如权利要求7所述的隔室(80)，其中，所述一个或多个密封件(90)以紧密方式设置在所述框架(93)的区域与冷却板(20)的区域之间和/或所述框架的区域与所述底盖的区域之间。
9.如前述权利要求之一所述的隔室(80)，其中，上盖(98)被设计成抵靠所述框架以用于封闭所述隔室，这特别是在插入了密封件、特别是由导电材料制成的密封件的情况下进行的。
10.一种电能储存装置(1)，所述电能储存装置具有特别被设置成一排的多个电池单体(9)以及如前述权利要求之一所述的隔室(2，80)，所述单体(9)放置在此隔室中与所述冷却板(20)热相互作用。
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