CN114843654A - 用于冷却至少一个电池单元的通道和形成通道的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于冷却至少一个电池单元(135、155、175)的通道(230、250)，包括第一壳体框架(133)和第二壳体框架(153、173)，其中第一壳体框架(133)与第二壳体框架(153、173)相连，通过第一壳体框架(133)和第二壳体框架(153、173)的形状和材料特性，在第一壳体框架(133)和第二壳体框架(153、173)之间形成部分流体密封区域，所述部分流体密封区域形成通道(230、250)，并且该通道(230、250)设计为允许冷却剂流经该通道(230、250)。

Description

用于冷却至少一个电池单元的通道和形成通道的方法

技术领域

本发明涉及一种用于冷却至少一个电池单元的通道。本发明还涉及一种形成冷却通道的方法。

背景技术

电动车辆由电动马达驱动。驱动电动马达所需的能量来自电池。该电池由多个彼此电气连接的电池模块组成。每个电池模块都包含电池单元。当从电池中取出能量时，由于电阻和相关的功率损失，例如电池单元的内部电阻或接触电阻，会出现损耗功率。损耗功率被转化为热量，并导致电池中的所有电池单元发热。为了避免电池单元过热或者甚至在高损耗功率的情况下由于热量而损坏电池，必须将热量散去。可以使用不导电的冷却剂来冷却电池单元。冷却剂，例如变压器油，在电池模块内循环，并流过被加热的电池单元，吸收其热量并从被加热的电池单元中移除热量。这需要使用大量的冷却剂，但冷却剂非常昂贵和沉重，由此影响了电池模块的价格和重量。

DE 10 2018 117 601 A1描述了一种具有至少一个电池模块的电池，该电池模块具有多个导电互连的圆柱形电池单元，以及用于对电池单元进行温度控制的温度控制装置，该装置具有一个具有流体空间的容器，电池单元部分地伸入其中，并且该容器具有用于液体回路的液体的入口和出口。该液体是不导电的液体，并且该容器具有电池单元支架，该电池单元支架带有多个开口，至少一个电池模块的电池单元的相应的端面通过这些开口伸入容器的流体空间，并且所述开口以液体密封的方式包围电池单元的各自的外表面。电池单元支架至少还具有另一个开口，接触元件通过该另一个开口伸入容器的流体空间，并且所述另一个开口以液体密封的方式包围接触元件的外表面。布置在容器的流体空间中的连接装置将电池单元的伸入容器流体空间的端面的相应的电极与伸入容器中的接触元件电连接。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题是使用在结构上尽可能简单的手段来提供简单的电池单元冷却。

该技术问题由独立权利要求的主题来实现。本发明的有利改进在从属权利要求、描述和附图中给出。

本发明的一个方面涉及一种用于冷却至少一个电池单元的通道，该通道包括第一壳体框架和第二壳体框架，其中第一壳体框架与第二壳体框架相连，并且通过第一壳体框架和第二壳体框架的形状和材料特性，在第一壳体框架和第二壳体框架之间形成部分流体密封区域，并且所述部分流体密封区域形成通道，并且该通道被构造为允许冷却剂流经该通道。根据本发明，通过在连接第一壳体框架和第二壳体框架时设置用于冷却的通道，提供了一种简单而有效的方法来实现电池单元的有效冷却，因为冷却剂流以及由此导致的热量流在所提供的用于冷却的通道内被引导离开电池单元，从而使电池单元得到冷却。电池单元可被插入到电池模块中。一个或多个电池模块能够被连接成电池或储能装置。在连接多个电池模块的情况下，来自第一个电池模块的电池单元与来自另一个电池模块的电池单元彼此电接触并连接。驱动电动马达的能量可以从电池或储能装置中获取，由此例如可以驱动电动汽车。

第一壳体框架可以是第一电池模块的壳体的一部分。第二壳体框架可以是第二电池模块的壳体的一部分。第一壳体框架和第二壳体框架相互连接。由于第一壳体框架和第二壳体框架的形状和材料特性，在第一壳体框架和第二壳体框架之间形成了流体密封区域。例如，第一壳体框架和第二壳体框架可以通过注塑成型工艺制造。在第一壳体框架与第二壳体框架的连接区域可以布置密封件，例如密封唇，从而可以确保流体密封性。第一壳体框架可以包括连接区域的锁定耳。第二壳体框架可以包括与锁定耳对应的锁定片，以便在连接时，第二壳体框架的锁定片锁定到第一壳体框架的锁定耳中。第一壳体框架和第二壳体框架在连接时可以相互内外嵌套插接。

通道被设计为允许冷却剂在通道中流动。该冷却剂是一种不导电的冷却剂，如变压器油。

为了在电池单元之间建立电接触，电池单元包括正极和负极。电池单元可以被布置在第一壳体框架中，使得电池单元的正极或负极可以被布置在通道中。另一个电池单元也可以被布置在第二壳体框架中，使得另一个电池单元的正极或负极也可以被布置在通道中。冷却剂可以至少部分地在电池单元周围流动，从而吸收电池单元的热量并冷却电池单元。被加热的冷却剂可以流出流体密封区域，并例如通过热交换器再次被冷却。部分流体密封区域可以与冷却剂储存器连接。

在一个实施方式中，第一壳体框架包围着内部空间。电池单元被布置在内部空间中，并且该电池单元至少部分地伸入流体密封区域。

在另一个实施方式中，第一壳体框架包括电池单元支架。电池单元支架被设计为用于将电池单元固定在第一壳体框架中。电池单元支架可以由闭孔材料制成。例如，电池单元支架可以由发泡材料制成。电池单元可以插入在电池单元支架中，电池单元支架将电池单元固定在第一壳体框架中，并将电池单元准确地定位在第一壳体框架中。因此，可以避免电池单元在第一壳体框架中的位置公差。电池单元支架可以被布置在第一壳体框架的内部空间中。第一壳体框架可以是电池模块壳体。例如，电池单元支架可以围绕电池单元进行注塑包覆，从而确保密封性，使冷却剂不能渗入电池单元与电池单元支架之间的区域。因此，电池单元支架挤占了冷却剂，冷却剂由此仅在通道中流动。

在另一个实施方式中，电池单元的一个端面伸入第一壳体框架的流体密封区域。第二壳体框架包括另一个电池单元，该另一个电池单元被布置为端面朝向所述电池单元，并且冷却剂直接围绕所述电池单元的所述端面和所述另一个电池单元的端面流动。该电池单元以及另一个电池单元可以是圆形电池单元。在圆形电池单元中，正极和负极分别排列在电池单元的端面上。该电池单元的端面和另一个电池单元的端面伸入流体密封区域，使得该电池单元和另一个电池单元的端面被冷却剂的环流冷却，因为冷却剂吸收热量并在通道中从该电池单元和另一电池单元带走所述热量，以达到冷却的目的。冷却剂因此吸收了电池单元和另一个电池单元的热量。例如，电池单元的端面和另一个电池单元的端面可以从电池单元支架上露出来，使得冷却剂与端面能够直接接触，从而增加热量的散失，从而提高冷却能力，因为端面与冷却剂直接接触。该电池单元和另一个电池单元可以通过端面相互电接触。

在另一个实施方式中，在电池单元的端面上焊接了接触元件，该接触元件被构造成用于在电池单元和另一个电池单元之间建立电接触，其中冷却剂直接在接触元件周围流动。例如，电池单元的端面可以是负极。可以在负极上焊接接触冠作为接触元件。接触冠包括接触凸肩，在电接触的情况下，所述接触凸肩包围另一个电池单元的电池单元护套。通过这种措施，不仅可以通过流过冷却剂来冷却电池单元的端面，而且还可以冷却接触元件，所述接触元件通过与电池单元的端面的直接接触以及相关的热交换能够被高强度地加热，并且也因此必须被冷却。

在另一个实施方式中，在第一壳体框架的内部可以布置有多个电池单元。基于电池单元的数量和预期的最大损耗功率，作为通道的在第一壳体框架和第二壳体框架之间的部分流体密封区域的具体尺寸确保了多个电池单元之间的小的温差。多个电池单元可与第二壳体框架中的多个电池单元电连接。冷却剂可以通过泵泵入通道中。

根据流体密封区域的尺寸，需要更高的泵压来实现冷却剂的最佳流速。流体密封区域的尺寸越大，就能够在电池单元和可能的接触元件上冷却更大的面积。这种措施的优点是避免电池单元的快速老化，并在电池单元之间获得均匀的流分布，从而使电池单元之间只有很小的温度差。例如，对于并联的电池单元，不应超过5开尔文的温差。因此，冷却剂的流速和由此冷却剂的冷却能力取决于泵的压力和流体密封区的尺寸等。

在另一个实施方式中，第一壳体框架包括冷却剂分配器，该冷却剂分配器被构造为使冷却剂以均匀分布的方式流入通道。例如，冷却剂分配器可以是集流腔。冷却剂分配器可以包括主冷却剂入口，该主冷却剂入口用于向多个电池模块提供冷却剂。每个电池模块上都可以提供开口，所述开口使冷却剂能够从主冷却剂入口流入到相应的电池模块中。还可以布置另一个冷却剂分配器，该另一个冷却剂分配器允许冷却剂通过相应的电池模块上的另一个开口流出到主冷却剂出口。

在另一个实施方式中，该通道包括冷却剂入口，该冷却剂入口被构造为允许冷却剂流入该通道，并且该通道包括冷却剂出口，该冷却剂出口被设计为允许冷却剂该通道。冷却剂入口和冷却剂出口可以是用于软管的连接装置。软管可以连接到冷却剂储存器。冷却剂入口和冷却剂出口也可以是开口。这些开口可以与冷却剂分配器相连。

本发明的另一个方面涉及一种形成通道的方法，该方法包括提供第一壳体框架和提供第二壳体框架。然后，将第一壳体框架与第二壳体框架连接，其中，由于第一壳体框架和第二壳体框架的形状和材料特性，在第一壳体框架和第二壳体框架之间形成了部分流体密封区域，并且形成了通道。

在一个实施方式中，第一壳体框架包括锁定片，第二壳体框架包括锁定耳。在连接过程中，第一壳体框架和第二壳体框架可以通过锁定片和锁定耳相互锁定。

在另一个实施方式中，第一壳体框架和第二壳体框架可以插接在一起。为了确保流体密封区域的密封性，密封元件，例如密封环，可以被设置在第一壳体框架与第二壳体框架的连接点处。

第一壳体框架与第二壳体框架的连接可以在制造过程中自动完成。

在一个实施方式中，第一壳体框架与第二壳体框架的连接包括将冷却剂入口和冷却剂出口连接到所述通道。

通道仅通过连接两个壳体框架而形成，这确保了通道的高度密封性，因此没有冷却剂会不期望地从通道中流出。这意味着冷却剂的量可以限制在流体密封区域，而不必像已知的电池模块那样充满整个电池模块的内部空间。集成有该通道的电池模块可以以更小的重量和更低的成本来生产。

附图说明

下面将参照附图解释本发明的有利实施方式。其中

图1以剖视图示出根据第一实施例的用于冷却至少一个电池单元的通道，以及

图2以剖视图示出根据第二实施例的用于冷却至少一个电池单元的通道。

这些图仅是示意性的图示，并且仅用于解释本发明。相同或相似的元件通常有相同的附图标记。

具体实施方式

图1在剖视图中示出根据第一实施例的用于冷却至少一个电池单元的通道。圆形电池单元135、155、175被用作电池模块130、150、170中的电池单元。圆形电池单元135、155、175提供驱动电动汽车所需的能量。通过提供能量，圆形电池单元135、155、175升温。

电池模块130、150、170相应地包括电池模块壳体133、153、173。圆形电池单元135、155、175由电池单元支架137、157、177固定在电池模块壳体133、153、173中。电池单元支架137、157、177同时确保圆形电池单元135、155、175被位置准确地布置，并避免圆形电池单元153、155、175在电池模块130、150、170中的位置公差。相应地，圆形电池单元135、155、175以这样的方式插入，即它们的端面伸入通道230、250。通道230、250仅通过连接电池模块壳体133、153、173而形成，并形成流体密封区域。冷却剂流经通道230、250。冷却剂在圆形电池单元153、155、175的端面周围流动，吸收圆形电池单元135、155、175的热量。这使圆形电池单元135、155、175被冷却。通道230、250相应地包括冷却剂入口111和冷却剂出口191，它们被构造为软管。冷却剂入口111和冷却剂出口191分别与冷却剂分配器110、190连接。通过冷却剂分配器110、190，冷却剂以均匀分布的方式流入和流出通道230和通道250。冷却剂经由(图1中未示出的)泵流入。

图2以剖视图示出了根据第二实施例的通道。根据第二实施例，冷却剂分配器120、180已经集成在电池模块130、150、170中。通过连接各个电池模块壳体133、153、173，不仅产生了通道230、250，还产生了冷却剂分配器120、180。由于冷却剂分配器120、180已经集成在电池模块130、150、170中，因此产生了增加的密封性，使冷却剂不能从电池模块壳体133、153、173中流出。例如，电池模块壳体133、153、173可以使用注射成型工艺一体式地形成。

冷却剂分配器120包括用于使冷却剂流入通道230、250的开口121。冷却剂分配器180还包括用于使冷却剂流出通道230、250的开口121。冷却剂被泵入冷却剂分配器120并通过开口121进入通道230、250。在通道230、250内，冷却剂绕着圆形电池单元135、155、175的端面流动，并通过另一个开口121流出通道230、250进入冷却剂分配器180。为了使冷却剂均匀分布地流入和流出，开口121的所有横截面之和必须至少与各冷却剂分配器120、180的横截面一样大。

附图标记列表

110、120、180、190 冷却剂分配器

111 冷却剂入口

121 开口

130、150、170 电池模块

133、153、173 电池模块壳体

135、155、175 电池单元

137、157、177 电池单元支架

191 冷却剂出口

Claims (10)

1.一种用于冷却至少一个电池单元(135、155、175)的通道(230、250)，包括

第一壳体框架(133)和第二壳体框架(153、173)，其中，所述第一壳体框架(133)与所述第二壳体框架(153、173)相连，并且通过所述第一壳体框架(133)和所述第二壳体框架(153、173)的形状和材料特性在所述第一壳体框架(133)和所述第二壳体框架(153、157)之间形成部分流体密封区域，并且所述部分流体密封区域形成通道(230、250)，并且

所述通道(230、250)被构造为允许所述冷却剂流经所述通道(230、250)。

2.根据权利要求1所述的通道(230、250)，其中所述第一壳体框架(133)包围内部空间，并且在所述内部空间中布置有电池单元(135)，并且所述电池单元(135)至少部分地伸入流体密封区域。

3.根据权利要求1或2中任一项所述的通道(230、250)，其中所述第一壳体框架(133)包括电池单元支架(137、157、177)，其被构造成用于将所述电池单元(135)保持在所述第一壳体框架(133)中。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的通道(230、250)，其中，所述电池单元(135)的端面伸入所述第一壳体框架(133)的流体密封区域，并且所述第二壳体框架(153、173)包括另一个电池单元(155、175)，所述另一个电池单元(155、175)被布置为端面朝向所述电池单元(135)，并且冷却剂直接围绕所述电池单元(135)的所述端面和所述另一个电池单元(155、175)的端面流动。

5.根据权利要求4所述的通道(230、250)，其中，在所述电池单元(135)的端面上焊接接触元件，所述接触元件被构造为在所述电池单元(135)和所述另一个电池单元(155、175)之间建立电接触，并且在此，冷却剂直接在所述接触元件周围流动。

6.根据前述权利要求中任一项所述的通道(230、250)，其中，在所述第一壳体框架(133)的内部空间中能够布置有多个电池单元(135、155、175)，并且作为通道的在所述第一壳体框架(133)和所述第二壳体框架(153、173)之间的部分流体密封区域的尺寸确保了多个电池单元(135、155、175)之间的小的温度差。

7.根据前述权利要求中任一项所述的通道(230、250)，其中所述第一壳体框架(133)包括冷却剂分配器(110、120、180、190)，所述冷却剂分配器被构造为使冷却剂能够以均匀分布的方式流入所述通道(230、250)。

8.根据前述权利要求中任一项所述的通道(230、250)，其中所述通道(230、250)包括冷却剂入口(111)，所述冷却剂入口被构造为允许冷却剂流入所述通道(230、250)，并且所述通道(230、250)包括冷却剂出口(191)，该冷却剂出口被构造为允许冷却剂流出所述通道(230、250)。

9.一种形成通道(230、250)的方法，所述方法包括

-提供根据权利要求1至8中任一项所述的第一壳体框架(133)，

-提供根据权利要求1至8中任一项所述的第二壳体框架(153、173)，

-将所述第一壳体框架(133)连接到所述第二壳体框架(153、173)，其中，通过所述第一壳体框架(133)和所述第二壳体框架(153、173)的形状和材料特性，在所述第一壳体框架(133)和所述第二壳体框架(153、173)之间形成部分流体密封区域，并且形成通道(230、250)。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述第一壳体框架(133)与所述第二壳体框架(153、173)的连接包括将冷却剂入口(111)和冷却剂出口(190)连接到所述通道。

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