CN115552695A - 用于汇流排的冷却系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于汇流排的冷却系统，尤其是用于电池的单元连接器或模块连接器，包括：汇流排，所述汇流排具有用于第一电池的极的第一连接区域、用于连接电气元件的第二连接区域；在连接区域之间的包封汇流排的绝缘部，其中，汇流排至少在两个连接区域中不具有绝缘部，其特征在于，在至少一个的连接区域的背离极的侧面上直接在汇流排的表面上涂覆有凝胶状的导热介质。

Description

用于汇流排的冷却系统
技术领域
本发明涉及一种用于汇流排、特别是用于尤其在汽车应用中的作为电池的单元连接器或模块连接器的汇流排的冷却系统。
背景技术
汇流排越来越多地用于汽车应用中。汇流排具有如下优点，即，其具有良好的载流能力并且可非常良好地装配到现有的结构空间中。汇流排尤其是在必须具有高载流能力的导线中使用。这种导线由超过16mm2、优选直至250mm2和更大的导体横截面形成。根据应用领域，汇流排具有100A至多个100A的载流能力，这即使在汇流排的导电性较高的情况下也导致高的欧姆损耗。
欧姆损耗导致焦耳热，需要将焦耳热强制耗散以保护导体不受损坏。然而，在这种情况下不利的是，由于必要的电气安全性，汇流排通常被电绝缘体包围，所述电绝缘体同时也是热绝缘体。
如果焦耳热仅通过对流被耗散，则当具体的汇流排被用在诸如电池或电池模块的紧密的外壳中时，这尤其是有问题的。
发明内容
因此，本发明的目的在于，改善在高电流线路中使用时汇流排的耐久性。
该目的通过根据权利要求1的冷却系统来实现。
根据本发明的汇流排例如由铝或铝合金或者铜或铜合金形成。汇流排通常具有带有棱角的导体横截面，尤其是正方形的或矩形的导体横截面。汇流排可以形成为扁平件并且例如由板材或带材切割或冲压或由预制材料挤压而成。
根据本发明的汇流排的应用领域特别是在汽车应用中。这尤其可以用于连接电池，无论是驱动电池、辅助电池还是车辆中的其他电池。在根据本发明意义上的电池可以是相互连接的电池单元。单个单元、例如锂离子单元与多个另外的单元并联和/或串联连接并且形成电池模块。在一个电池模块内部，多个单元分别被封装在一个共同的壳体中。各个单元可以通过根据本发明的汇流排相互连接。
根据本发明的电池也可以是电池模块。根据本发明的汇流排可以构成为用于将电池模块彼此连接或者将电池模块与电负载或连接部件连接。如已经提到的那样，多个电池单元被组合成电池模块。每个单独的模块可以封装在自身的壳体中。多个模块又可以被封装在自己的壳体中。这些模块彼此串联和/或并联地相互连接。模块彼此间的连接或与其他元件的连接可以利用根据本发明的汇流排来进行。
此外，根据本发明的汇流排也可以用作所谓的"Energy
Figure BDA0003904492420000021
(能量主干)"，特别是用于驱动电池和电动机之间的连接。这种汇流排例如同样可以在壳体、例如电缆通道中引导。电缆通道尤其可以规定用于提高电安全性。
在所有这些所述的应用中，汇流排在运行中经受高的电负荷。100A或更大的电流流过汇流排。这些高电流导致高欧姆损耗，并且因此导致必须被耗散的大焦耳热。
根据本发明的汇流排以第一连接区域与电池单元或电池模块的至少一个极连接。在单元连接器的情况下，汇流排以第二连接区域与第二电池单元的一极连接。在模块连接器的情况下，汇流排以第二连接区域与第二电池模块的一极或者与电连接部件连接。在这种情况下，汇流排可以作为"能量主干"以其第二连接区域与例如车辆中的电构件、电动机、舒适性用电器等的电接触区域连接。
汇流排的第一和第二连接区域优选位于汇流排的远端。所述连接区域尤其位于汇流排的宽表面上，该宽表面通过端棱和汇流排的两个彼此对置的纵向棱包围。汇流排以其连接区域以传统的方式和方法与电池和/或接触区域连接。在此，尤其使用螺旋连接、夹紧连接、钎焊连接、熔焊连接、尤其超声波焊接、搅拌摩擦焊连接、电阻焊接连接或类似连接。
在连接区域之间，汇流排至少部分地以绝缘体包套。绝缘体优选是PE、PVC或硅树脂。
为了改善散热、尤其为了相对于纯粹的空气对流提高散热，提出了，在所述连接区域中的至少一个的背向所述极的侧面上直接在所述汇流排的表面上涂覆了凝胶状的导热介质。凝胶状在本发明的意义上也可以表示软膏状的。导热介质具有比空气高的热导率，并且使得焦耳热能够从汇流排中散发出去。优选地，将导热介质涂覆得，使得接收到的焦耳热可以通过比涂覆在汇流排上的表面积更大的表面积释放到环境中。
根据一个实施例提出，导热介质具有在25Pas和130Pas之间的粘度。
根据一个实施例提出，导热介质具有相对于空气提高的热导率，至少是空气的两倍或三倍的热导率。此外，还提出热导率在2W/mK至12W/mK之间。已经发现，对于根据本发明的应用，6W/mK的热导率是特别有利的，因为这足以充分地散发产生的焦耳热。
散热可以被动地或主动地进行。在被动散热的情况下，导热介质与被动热交换器连接。根据一个实施例提出，导热介质与被动式热交换器直接接触。尤其地，导热介质夹在汇流排与热交换器之间。例如可能的是，在将壳体、例如模块连接器装配到汇流排上时，将导热介质涂覆并且紧接着封闭壳体，其中通过封闭将热交换器压向导热介质。
根据一个实施例，热交换器可以是壳体壁或壳体壁的一部分。壳体壁也可以是壳体盖。
根据一个实施例提出，电池单元或电池模块封装在共同的壳体中并且至少一个壳体壁与导热介质直接接触。可以将壳体或壳体壁本身用作被动式热交换器。本发明提出，至少一个壳体壁在壳体的安装状态下与导热介质直接接触。那么可能的是，由汇流排吸收的热量通过导热介质输出到壳体壁。然后，热量可以从壳体壁被从壳体向外释放到环境中。
为了提高从壳体向外的热导率，提出壳体在其壁与导热介质直接接触的区域中由金属材料形成。导热介质本身可以是电绝缘体。然后，导热介质建立在汇流排的连接区域与壳体之间的绝缘。然而，为了将焦耳热传递到壳体的外侧，已经证明有利的是，壳体的与导热介质直接接触的至少一个区域由金属材料形成。金属材料具有良好的热导率，从而利用该金属材料可以将导出的热能特别好地传输至壳体的外侧。
为了在壳体的外侧上实现良好的对流提出，在与导热介质直接接触的壳体壁上设置有肋状的冷却体。这样的冷却体具有这样的结构，即，该结构在给定的体积中具有特别大的表面积，从而通过该表面积可以将特别多的热能释放到空气中。
根据一个实施例提出，导热介质通过壳体开口被引导到壳体的外侧。壳体可以具有缺口，并且导热介质可以通过该缺口从内向外引导。在壳体的外侧上，例如大面积的区域可被涂覆导热介质，其中，该区域大于导热介质贴靠在汇流排上的区域。这样，导热介质本身可以作为被动的冷却体起作用。由于导热介质是电绝缘的，所以其电密封壳体。因此，导热介质本身在壳体的外侧上形成冷却体。
根据一个实施例提出，设置主动冷却装置。为此提出，将具有液态或气态冷却介质的管道导入到壳体中。在此，到壳体中的导入可以是气体密封的和/或液体密封的，从而保护安装在壳体中的电池/电池单元免受环境影响。在壳体内部，管道直接在导热介质旁边经过。这意味着，管道、尤其是管道的外周面与导热介质直接接触。管道也可以被引导穿过导热介质。流过管道的冷却介质从导热介质吸收热能并且将其输送到壳体的外侧。冷却介质在管道中循环地被引导并且在壳体外部被引导至主动热交换器。在热交换器处可进行热能的交换，从而可借助于冷却介质将热能从壳体中导出。
如已经阐述的那样，汇流排能够是电池模块连接器。在这种情况下，第一极可以是具有多个电并联的电池单元的第一电池模块的极，而第二极可以是具有多个电并联的电池单元的第二电池模块的极。
可能需要在汇流排的走向中导出其它热能。出于这个原因而提出，汇流排在两个连接区域之间具有作为连接区域和/或冷却区域的区域，其中在这个区域中去除了绝缘部并且将导热介质直接涂覆到该区域上。导热介质以及导热介质在壳体中、壳体上和壳体外的布置可以对应于上述实施方案。
为了电绝缘提出，导热介质具有小于10-8S/m的电导率。
附图说明
下面借助示出实施例的附图进一步阐述本发明。附图示出：
图1示出了根据一个实施例的汇流排；
图2a、b示出了根据一个实施例的冷却系统；
图3示出了电池的壳体的俯视图；
图4示出了根据一个实施例的电池的壳体盖的剖面；
图5示出了根据一个实施例的电池的壳体的盖的剖面；
图6示出了根据一个实施例的主动冷却系统的示意图。
具体实施方式
图1示出了汇流排2。汇流排2形成为具有导电的导体芯2a和围绕芯的绝缘部2b的扁平导体。
可以看出，汇流排2具有矩形的导体轮廓，该导体轮廓带有两个彼此对置的宽表面、两个彼此对置的窄表面以及两个彼此对置的端面。这些面优选地彼此平行地延伸，其中，宽面和窄面在纵向上彼此平行地延伸，并且端面可以横向于纵向地彼此平行地延伸。
汇流排2由导体芯2a没有绝缘部2b的部分和绝缘部2b包围导体芯2a的部分构成。通过绝缘体2b阻止了在汇流排2的表面上由于对流而产生的热耗散。这尤其在汇流排2用于大电流应用时是关键的。在这种情况下，导体芯2a在其连接区域4、6去除绝缘部2b，所述连接区域例如分别位于汇流排2的远端的端面的区域中，并且如下面所示，连接在电池的极上。
图2a示出了具有壳体10的电池8。在壳体10内，电池单元12彼此并排地布置。电池单元12具有相应的极14。
在一种根据本发明的冷却系统中，汇流排2以其连接区域4、6分别与电池单元12的一个极14连接，尤其是材料配合地连接。除了连接区域4、6之外，汇流排2还可以具有其它移除了绝缘体2b的区域，这例如是汇流排2的中心连接区域5。
当汇流排2传导电池单元12的电流时，可能出现高电流，并且汇流排2可能变热。为了能够导出所产生的焦耳热，建议在汇流排上在相应的连接区域4、5、6中直接涂覆导热介质16。导热介质16可以是凝胶状的或软膏状的。在工作温度下，例如在-10℃和+70℃之间，导热介质16具有非液体的粘度进而是形状稳定的。
导热介质16涂覆在导体芯2a上的连接区域4、5、6中的背离相应的极14的表面上。焦耳热能够经由导热介质16从汇流排2传走，并且尤其传入壳体10中或者从壳体10传出。
图2b示出了具有壳体10的电池8的另一个实施例。在此，电池8由电池模块20形成，所述电池模块分别具有至少一个极14。也可能然而未示出的是，仅仅设置电池模块20的一个极14并且汇流排2从壳体10中引出并且例如与另一电导体连接。
所述汇流排2通过连接区域6与极14连接并且通过连接区域4与极14相连接。也可能的是，连接区域4与另一电气设备、电缆等的接头连接。
在导体芯2a的分别对置的一侧上，根据本发明涂覆导热介质16，在该侧上导体芯2a不与极14或另外的电部件连接。根据图2b，导热介质16一方面与导体芯2a直接接触并且另一方面与壳体10的内壁直接接触。由此可以实现从导体芯2a到壳体10的热传输。
图3示出壳体10、尤其壳体盖的俯视图。可以看出，壳体10的所示壳体壁具有不同的区域，其中设有一些区域，在这些区域中导热材料装入到壳体壁中。该导热材料例如可以是金属的。特别是壳体壁可以被金属条22贯穿。金属条22可以在壳体10的壳体壁的宽度和/或长度上延伸。金属条22在壳体10的内侧上与导热介质16直接接触，导热介质在另一侧上与汇流排2的连接区域4、6直接接触。
导热材料16是不导电的，并且在极14和金属带22之间形成绝缘体。经由金属带22尤其能够进行从壳体10的内部到壳体10的外部的良好的热传输。
如图4所示，也可以使汇流排2以其在壳体10内部的连接区域4、6与导热介质16直接接触。导热介质16设置在连接区域4、6的背离极14的一侧上。导热介质16被引导穿过壳体10的壳体壁，例如缺口，如在图4中所示。因此，导热介质16从壳体10的内部被引导到壳体10的外部。
在壳体10的外侧上，导热介质16例如可以大面积地涂覆，尤其是涂覆在比壳体10的壳体壁中的缺口更大的面上，导热介质16通过该缺口向外引导。通过该扩大的表面可以实现良好的热传输。
图5示出了另一实施例，其中，汇流排2在壳体10的内部与极14和导热介质16直接接触。壳体10的壳体壁中的金属带22将导热介质16与壳体10的外侧连接。在壳体10的外侧上能够直接在金属带22上设置冷却体24、例如肋状的冷却体24，通过所述冷却体能够实现对流。
也可能的是，在壳体10的内部中引导所谓的"热管"26。热管26密封地引导到壳体10的内部中。冷却剂在热管26中，它在流动方向28上流过热管26。流动方向28可以受到具有热交换器30的发动机的影响。在发动机/热交换器30处，热被从冷却剂带走并且释放到环境。
在壳体10的内部，在汇流排2处分别在连接区域4、6中设置有导热介质16。热管26可以被引导穿过导热介质16或者直接与导热介质26邻接地在壳体10中被引导。通过热管26中的冷却剂，热可以从导热介质16从壳体10的内部向外输送并且在那里通过热交换器30与周围环境交换。
借助于所示出的解决方案能够特别有效地从汇流排导出焦耳热，所述汇流排用于连接电池单元或电池模块。
附图标记说明
2汇流排
2a导体芯
2b绝缘体
4、5、6连接区域
8电池
10壳体
12电池单元
14电池极
16导热介质
20电池模块
22金属条
24冷却体
26热管
28流动方向
30发动机/热交换器

Claims (12)

1.一种用于汇流排，尤其是用于电池的单元连接器或模块连接器的冷却系统，包括
汇流排，所述汇流排具有
用于第一电池的极的第一连接区域，
用于连接电连接件的第二连接区域，
在所述连接区域之间的包覆所述汇流排的绝缘部，其中
所述汇流排至少在两个连接区域中没有绝缘部，
其特征在于，
在所述连接区域中的至少一个的背离所述极的一侧上直接在所述汇流排的表面上涂覆有凝胶状的导热介质。
2.根据权利要求1所述的冷却系统，
其特征在于，
导热介质具有1*10^6mPas和1*10^12mPas之间的粘度。
3.根据权利要求1或2所述的冷却系统，
其特征在于，
导热介质具有5W/mK与12W/mK之间、尤其在8W/mK的范围中的热导率。
4.根据前述权利要求中任一项所述的冷却系统，
其特征在于，
所述导热介质与被动的热交换器直接接触，尤其是导热介质被夹在汇流排和热交换器之间。
5.根据前述权利要求中任一项所述的冷却系统，
其特征在于，
所述电池被封装在共同的壳体中并且至少一个壳体壁与所述导热介质直接接触。
6.根据前述权利要求中任一项所述的冷却系统，
其特征在于，
壳体在其壁与导热介质直接接触的区域中由金属材料形成。
7.根据前述权利要求中任一项所述的冷却系统，
其特征在于，
在与导热介质直接接触的壳体壁上设置有肋状的冷却体。
8.根据前述权利要求中任一项所述的冷却系统，
其特征在于，
导热介质通过壳体开口引导到壳体的外侧。
9.根据前述权利要求中任一项所述的冷却系统，
其特征在于，
将具有液态或气态冷却介质的管道引入到所述壳体中，所述管道在所述壳体中被引导直接经过所述导热介质，并且所述管道在所述壳体外部被引导到主动的热交换器中。
10.根据前述权利要求中任一项所述的冷却系统，
其特征在于，
第一极是具有多个电并联的电池单元的第一电池模块的极，并且第二极是具有多个电并联的电池单元的第二电池模块的极。
11.根据前述权利要求中任一项所述的冷却系统，
其特征在于，
所述汇流排在两个连接区域之间具有冷却区域，其中在冷却区域中去除了绝缘部，并且导热介质直接涂覆到冷却区域上。
12.根据前述权利要求中任一项所述的冷却系统，
其特征在于，
所述导热介质具有小于10-8S/m的电导率。
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