CN114976343A - 用于电池单元布置的冷却框架 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于电池单元布置(20)的冷却框架(1)。冷却框架(1)包括冷却板(2)，该冷却板具有能够被冷却剂流过的通道结构(3)，该通道结构由设置在冷却板(2)中的至少一个切口(4)形成。

Description

用于电池单元布置的冷却框架

技术领域

本发明涉及一种用于电池单元布置的冷却框架以及一种具有至少一个这种冷却框架的电池单元布置。

背景技术

由多个电池单元组成的电池模块尤其用于具有电驱动装置的车辆中，以便在需要时能够存储和提供用于驱动车辆的电机所需的电能。在操作过程中，所述电池单元通常会产生，必须去除该废热以防止电池单元由于过热而损坏甚至毁坏。

为了冷却电池单元，已知的是将它们堆叠状地布置成彼此相邻或叠置并且在各个电池单元之间提供冷却装置，以用于冷却电池单元。这能够是冷却通道的系统，冷却剂被引导通过该冷却通道，冷却剂通过热传递吸收电池单元在操作期间产生的废热，从而将废热从电池单元中排出。然而，实现以这种方式配置的传统冷却装置在技术上是复杂的，因为必须优选实现冷却通道的区域系统并且该冷却通道必须以热有利的方式耦合到电池单元。在此必须考虑到，由电池单元受热引起的热膨胀会导致电池单元在冷却装置与电池单元之间产生所谓的“膨胀”，并伴随有机械应力。这种影响必须通过布置在电池单元之间的冷却装置来补偿。

发明内容

因此，本发明的目的是展示开发用于电池单元的冷却装置的新方法。特别是要创建一种优选地可成本有效地制造的冷却装置，其解决了上面所阐述的问题。

该目的通过独立专利权利要求1或并列专利权利要求12的主题来实现。优选实施例是从属专利权利要求的主题。

因此，本发明的基本思想是形成一种作为冷却框架的用于冷却电池单元的冷却装置，该冷却框架布置在彼此堆叠的电池单元堆叠的相邻的两个电池单元之间。这里，这种冷却框架由冷却板形成，在该冷却板中形成有能够被冷却剂流过的通道结构，所述冷却剂通过热传递能够吸收来自电池单元的废热。

根据本发明的所述通道结构由设置在冷却板中的至少一个切口形成，冷却剂能够沿着该切口流动。冷却板或冷却框架的这种技术上极其简单的构造使得在加热期间能够对电池单元的所述“膨胀”进行期望的补偿。尤其是能够补偿由电池单元在膨胀期间产生的所谓的“膨胀力”。由于冷却框架的简单结构，其也能够成本有效地被制造。

根据本发明的用于多个电池单元的布置—以下也称为“电池单元布置”—的冷却框架包括优选地由塑料制成的冷却板，该冷却板包括能够被冷却剂流过的通道结构。这里，冷却结构由设置在冷却板中的至少一个切口形成。当冷却板布置在两个电池单元或其电池单元壳体之间时，冷却剂能够沿着该切口流动，使得这些电池单元或其电池单元壳体在顶侧和底侧覆盖该切口。因此，切口实际上以朝向冷却板的顶侧和底侧被覆盖的方式形成，使得切口形成冷却剂能够沿其流动的冷却剂通道。显然，也能够在冷却板中设置两个或更多个这样的切口，这些切口以彼此流体分离或流体连通的方式形成。

根据一个优选实施例，冷却框架包括膜，每个膜都布置在、尤其是附接到冷却板的顶侧和底侧，所述膜均以流体密封的方式覆盖冷却板的顶侧和冷却侧上的通道结构。以这种方式，创建了冷却框架，利用该冷却框架防止了冷却剂在流经冷却板的顶侧或底侧上的通道结构或切口时的不期望的泄漏。这种冷却板和膜单元也能够毫无问题地布置和安装在待冷却的电池单元或其电池单元壳体之间。优选地，所述膜的膜材料为塑料和金属制成的多元复合膜。

根据一个优选实施例，用于形成冷却剂通道的至少一个切口纵向形成，沿延伸方向延伸，并在第一延伸端通入到冷却剂入口中以用于将冷却剂导入到切口中，并且在第二延伸端通入到冷却剂出口中以用于将冷却剂引导出冷却剂通道。该特性使得冷却剂能够简单地传导到通道结构中，以便流过该通道结构，并且在流过之后，冷却剂也能够从通道结构中传导出去。所述冷却剂入口和冷却剂出口分别能够容易地流体连接到合适的冷却剂储存器或流体地集成在冷却剂在其中循环的冷却回路中。

根据有利的进一步改进，纵向切口的横向于延伸方向测量的的宽度最大为6.5mm，优选约6.5mm。以这种方式确保了基板在尽管存在通道结构或形成通道结构的切口的情况下具有足够高的机械刚度，以避免在膨胀力发生时基板材料的不期望的塑性变形。

特别地，实际上在外侧横向界定冷却板的冷却板外边缘区域中的冷却板的板厚度比冷却板的与边缘区域互补的内部区域的板厚度大至少0.5mm。以这种方式，能够补偿在构造或安装或组装多个电池单元的电池单元布置和布置在其间的冷却框架或冷却板期间作用在冷却框架上的预紧力，使得尤其是基板的材料不会发生塑性变形。能够在内部区域中特别有效地补偿所述膨胀。优选地，外边缘区域特别优选地完全包围内边缘区域。

根据另一优选实施例，至少一个切口或通道结构在冷却板的平面图中具有U形或/和S形或/和曲折轮廓。也能够想到上述轮廓形式的组合，尤其是部分地组合。通过所述轮廓，一方面确保基板能够被冷却剂局部地流过，从而确保电池单元或其待冷却的电池单元壳体与冷却剂的有效热耦合，同时另一方面，同样确保在“膨胀”期间作用的膨胀力能够特别有效地被吸收和补偿。

根据另一优选实施例，在冷却板的平面图中，至少一个切口或通道结构至少部分地具有波浪形轮廓。以这种方式还确保了冷却剂均匀地流过冷却板并且因此确保了布置在冷却框架上并且与冷却剂热连接的电池单元或其电池单元壳体的均匀冷却。

根据有利的进一步改进，至少两个切口布置在至少一个冷却板中，用于形成相应的冷却剂通道，该冷却剂通道的第一延伸端通入到冷却剂入口中并且其第二延伸端通入到冷却剂出口中。该措施还导致改善了冷却剂在基板上的分布以及改善了冷却剂与待冷却的电池单元或电池单元壳体的热耦合。

根据进一步有利的进一步改进，冷却剂入口和冷却剂出口布置在冷却板的同一侧。对此替选地，冷却剂入口和冷却剂出口能够布置在冷却板的彼此相对侧上。根据安装情况，因此能够以灵活的方式实现通道结构尤其是与冷却剂回路的最佳流体耦合。

根据另一优选实施例，冷却板能够具有矩形几何形状。在本实施例中，冷却剂入口和冷却剂出口均设置在冷却板的窄侧上或均设置在冷却板的宽侧上。以这种方式形成的冷却板是特别紧凑的结构并且因此也能够以特别节省空间的方式集成在冷却剂回路中。

此外，本发明包括具有多个电池单元的电池单元布置，所述多个电池单元中的每个包括电池单元壳体，所述电池单元壳体用于形成电池单元的堆叠，并在堆叠方向上彼此间隔开。电池单元相对于彼此的布置以如下方式实现，即在沿堆叠方向间隔开的两个电池单元之间形成中间空间。根据本发明，上面介绍的根据本发明的冷却框架布置在至少一个中间空间中。优选地，根据本发明的一个这样的冷却框架分别优选地布置在在电池单元之间形成的多个、特别优选地全部中间空间中。上述根据本发明的冷却框架的优点因此也适用于根据本发明的电池单元布置。

根据电池单元布置的一种优选实施例，所述至少一个冷却架平靠在堆叠方向上相邻并且也与堆叠方向相对的电池单元或其电池单元壳体两者上。以这种方式，确保了冷却框架或冷却板的特别有效的热耦合，并且因此确保了流经所提供的相应通道结构的冷却剂的特别有效的热耦合。

根据有利的进一步改进，冷却框架分别优选地布置在沿堆叠方向在电池单元之间形成的所有中间空间中，其中，各个冷却框架中的至少两个冷却剂入口彼此流体连通并且各个冷却框架中的至少两个冷却剂出口彼此流体连通。

本发明的其他重要特征和优点从从属权利要求、附图和通过附图的相关附图描述中获得。

应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，上述特征和下文仍将解释的特征不仅能够用于所述的相应组合，而且还能够用于其他组合或单独使用。

本发明的优选示例性实施例在附图中示出并且在以下描述中更详细地解释，其中，相同的附图标记涉及相同或相似或功能相同的部件。

附图说明

在每种情况下示意性地示出：

图1示出了根据本发明的冷却框架的示例的透视图，

图2示出了图1的具有分别布置在顶侧和底侧的膜的冷却框架，

图3示出了根据本发明的电池单元布置的示例，其中，根据图2的多个冷却框架彼此顶部堆叠，

图4示出了图1所示冷却框架的透视图，

图5a-5e高度简化并且粗略地示意性地示出了形成在冷却板中的通道结构的可能轮廓的示例。

具体实施方式

图1以透视图示出了根据本发明的用于根据本发明的电池单元布置20的冷却框架1的示例。根据其名称，冷却框架1以框架的方式形成并且包括塑料的冷却板2，在该冷却板中存在能够被冷却剂(未示出)流过的通道结构3。该通道结构3在图1的示例中通过形成在冷却板2中的切口4来实现。

图2示出了图1的进一步改进。如图2所示，膜17(优选塑料和金属制成的多元复合膜)能够分别布置或附接至冷却板2的顶侧5，并且附接至冷却板2的位于与顶侧相对的底侧6。在冷却板2中，切口4从顶侧5延伸到底侧6。这里，两个膜17在顶侧5和底侧6上分别以流体密封的方式覆盖通道结构3，并且以这种方式分别朝向冷却板2的顶侧5和底侧6限定通道结构3或形成通道结构3的切口4。

切口4纵向形成，用于形成能够被冷却剂流过的冷却剂通道7。纵向切口4或冷却剂通道7沿延伸方向E延伸。在纵向切口4或冷却剂通道7的第一延伸端8a处，纵向切口或冷却剂通道通入到冷却剂入口9中，经由该冷却剂入口冷却剂能够被引导到切口4或冷却剂通道7中。在与第一延伸端8a相对的第二延伸端8b处，切口4或冷却剂通道7通入到冷却剂出口10，已经流经冷却剂通道7或切口4的冷却剂经由所述冷却剂出口能够再次从所述冷却剂通道或切口中被引导出。

切口4或冷却剂通道7的横向于延伸方向E测量的宽度B最大为6.5mm，优选为约6.5mm。在图1和图2的示例中，在外侧横向界定冷却板2的外边缘区域11中的冷却板2的板厚度D比在冷却板2的与所述边缘区域11互补的横向内侧区域12中的板厚度大至少0.5mm。例如，在外边缘区域的区域中的板厚度D能够达到大约2.2mm并且在内边缘区域12的区域中能够达到大约1.2mm。在该示例中，外边缘区域11完全包围内边缘区域12。

在图1的示例中，切口4和通道结构7在冷却板2的顶侧5和底侧6的平面图中分别具有曲折轮廓。在图1和图2的示例中，冷却板2还具有矩形几何形状13，该矩形几何形状具有彼此相对的两个窄侧14a和彼此相对的两个宽侧14b。

在图1和图2的示例中，冷却剂入口9和冷却剂出口10布置在相同的窄侧14a上。然而，也能够设想将冷却剂入口9和冷却剂出口10布置在相同的宽侧14b上(未示出)。根据另一替代方案，冷却剂入口9和冷却剂出口10能够布置在彼此相对的窄侧14a和彼此相对的宽侧14b上(图中未示出)。

图3示例性地示出了根据本发明的电池单元布置20，其具有以上示例性地解释的多个冷却框架1。布置20包括在操作期间产生废热的多个电池单元21。该废热在上述冷却框架1的帮助下被排出。为此，如上所述，冷却剂被引导通过设置在冷却板2中的通道结构3，由电池单元21产生的(废)热能够传递到该冷却剂。这样，电池单元21根据需要被冷却。

电池单元21中的每个包括相应的电池单元壳体22。在图3的示例中，布置20包括多个电池单元21并且因此还包括多个电池单元壳体22，用于形成堆叠23的电池单元壳体沿着堆叠方向S彼此间隔的相邻布置，使得在堆叠方向S上相邻的两个电池单元21之间分别形成中间空间24。

如在图3中可见的，在中间空间24的每个中布置有冷却框架1。这里，每个冷却框架1平靠在堆叠方向S上相邻的电池单元壳体22上并且也平靠与堆叠方向S相对地相邻的电池单元壳体22上。换言之，两个电池单元21的沿堆叠方向S界定相应中间空间24的所述两个电池单元壳体22分别平靠布置在相应中间空间24中的冷却框架1的冷却板2的顶侧5和底侧6(在图3中未标记)。以这种方式，确保了冷却板2的特别有效的热耦合，以及通过通道结构3流向相关电池单元壳体22和电池单元21的冷却剂的特别有效的热耦合。

如图3中另外可见的，冷却剂入口9彼此流体连通。同样，所有冷却剂出口10彼此流体连通。因此，电池单元布置20的所有冷却框架1能够以简单的方式集成在冷却剂回路(图3中未示出)中。

图4示出了图1的冷却框架1的一个方案。在图4的示例中，切口4和通道结构7在顶侧5和底侧6的平面图中分别具有U形轮廓，其中，基部15平行于窄侧14a延伸并且两个腿部16a、16b中的每个平行于宽侧14b延伸。除此之外，在图4所示的冷却板2的顶侧5或底侧6的平面图中，切口4在两个腿部16a、16b的区域中(即，在部分中)分别具有波浪形轮廓。以这种方式，能够实现流过冷却通道7的冷却剂与待冷却的各个电池单元21的电池单元壳体22的特别均匀的热接触。

应当理解的是，图4中所示的冷却框架1(正如图1中的一个冷却框架)能够用于根据图3的电池单元布置20中。显然，还能够想到在图3的电池单元布置20中组合使用根据图1和图4的冷却框架1。还应当理解的是，根据图4的冷却框架1还能够配备有在图2中以膜17分别布置在顶侧和底侧上的形式提供的进一步改进，所述膜覆盖冷却板2，并因此也在顶侧和底侧覆盖存在于冷却板中的切口4或冷却剂通道7。

在图5a至5e中，分别示出了切口4和通道结构3以及冷却剂通道7的不同构造方案。纯粹示例性的，为了清楚起见，在图5a至5e中未示出的冷却板2能够分别具有矩形几何形状，类似于图1和图4的示例，所述矩形几何形状具有两个窄侧14a和两个宽侧14b(未示出)。

为了清楚起见，图5a分别仅粗略地示意性地示出了已经通过图4解释的切口4和冷却剂通道7的U形轮廓，但是没有U形冷却通道7和切口4的两个腿部16a、16b的波浪形设计。

图5b显示了5a的示例的进一步改进。在图5b的示例中，在冷却板2中不是仅形成单个切口4和单个冷却剂通道7，而是形成彼此间隔开设置的两个切口4和两个冷却剂通道7。

在图5b的示例中，两个切口4或两个冷却剂通道7彼此平行，但这不是强制性的。在图5b的示例中，示出了具有图5a所示U形几何形状的两个切口4的所述进一步改进。显然，能够实现为切口4和冷却剂通道7的任何轮廓提供两个切口或两个冷却剂通道7。同样能够设想到的是形成多于两个切口4或冷却剂通道7，尤其是以图5b中示例性示出的方式。

在图5b的示例中，两个切口4或两个冷却剂通道7的两个第一延伸端8a通入到在图5b中仅粗略示意性地示出的公共冷却剂入口9中。同样地，两个切口4或两个冷却剂通道7的两个第二延伸端8b通入到同样仅粗略示意性地示出的公共冷却剂出口10中。

图5c示出了图5a的示例的一个方案。在图5c的示例中，仅示出的切口4或冷却剂通道7(例如与图5a相比)具有S形轮廓。这意味着第一延伸端8a和因此冷却剂入口9以及第二延伸端8b和因此冷却剂出口10布置在彼此相对侧上。

应当理解的是，图5c的示例能够与图5b的示例结合。同样地，图4中所示的波浪形轮廓能够在所有所示示例中部分地或完全地提供。

Claims (13)

1.一种用于电池单元布置(20)的冷却框架(1)，

所述冷却框架具有冷却板(2)，所述冷却板包括能够被冷却剂流过的通道结构(3)，所述通道结构由设置在冷却板(2)中的至少一个切口(4)形成。

2.根据权利要求1所述的冷却框架，

其特征在于，

所述冷却框架(1)包括分别布置在、尤其是附接至冷却板(2)的顶侧(5)和底侧的膜(17)，所述膜在顶侧(5)和底侧(6)上以流体密封的方式覆盖通道结构(3)。

3.根据权利要求1或2所述的冷却框架，

其特征在于，

所述至少一个切口(4)纵向形成以用于形成冷却剂通道(7)，并且在第一延伸端(8a)处通入到冷却剂入口(9)中以用于将所述冷却剂引导到冷却剂通道(7)中，并且在第二延伸端(8b)处通入到冷却剂出口(10)中以用于将所述冷却剂引导出冷却剂通道(7)。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的冷却框架，

其特征在于，

-所述纵向切口(4)沿延伸方向(L)延伸；

-所述纵向切口的横向于延伸方向(L)测量的的宽度(B)最大为6.5mm，优选约6.5mm。

5.根据前述权利要求中任一项所述的冷却框架，

其特征在于，

-所述冷却板(2)在外边缘区域(11)中的板厚度(D)比在冷却板(2)的与所述外边缘部分(11)互补的内部区域(12)中的板厚度大至少0.5mm，

-优选地，外边缘区域(11)特别优选完全包围内边缘区域(12)。

6.根据前述权利要求中任一项所述的冷却框架，

其特征在于，

所述至少一个切口(4)或通道结构(3)在冷却板(2)的平面图中具有U形或S形或曲折轮廓。

7.根据前述权利要求中任一项所述的冷却框架，

其特征在于，

所述至少一个切口(4)或通道结构(3)在冷却板(2)的平面图中至少部分地具有波浪形轮廓。

8.根据前述权利要求中任一项所述的冷却框架，

其特征在于，

为了形成相应的冷却剂通道(7)，至少两个切口(4)布置在所述至少一个冷却板(2)中，所述至少两个切口通过其第一延伸端(8a)通入到冷却剂入口(9)中并且通过其第二延伸端(8b)通入到冷却剂出口(10)中。

9.根据权利要求8所述的冷却框架，

其特征在于，

-所述冷却剂入口(9)和冷却剂出口(10)布置在冷却板(2)的同一侧；或者

-所述冷却剂入口(9)和冷却剂出口(10)布置在冷却板的彼此相对侧上。

10.根据前述权利要求中任一项所述的冷却框架，

其特征在于，

所述冷却板(2)具有矩形几何形状，所述矩形几何形状具有两个窄侧(14a、14b)和两个宽侧(15a、15b)，其中，所述冷却剂入口(9)和冷却剂出口均布置在冷却板(2)的窄侧(14a,14b)之一上或均布置在所述冷却板的宽侧(15a,15b)之一上。

11.一种电池单元布置，其具有多个电池单元(21)，所述电池单元中的每个包括电池单元壳体(22)，为了形成电池单元堆叠，所述电池单元壳体沿堆叠方向彼此间隔开布置，使得在沿堆叠方向(S)布置的两个电池单元(21)之间形成中间空间(24)，

-其中，在至少一个中间空间(24)中布置有根据前述权利要求中任一项所述的冷却框架(1)。

12.根据权利要求11所述的布置(20)，

其特征在于，

所述至少一个冷却框架(1)平靠在所述堆叠方向(S)上相邻并且也与所述堆叠方向(S)相对的电池单元壳体(22)两者上。

13.根据权利要求11或12所述的布置(20)，

其特征在于，

在至少两个、优选在全部中间空间(24)中，各布置有冷却框架(1)，

其中，至少两个冷却剂入口(9)彼此流体连通，并且至少两个冷却剂出口(10)彼此流体连通。

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