CN116235341A - 用于为组装成模块所用的各个电池块的调温装置 - Google Patents

Abstract

一种用于为组成模块所用的各个电池块(1)的调温装置，其具有基体(2)，所述基体为了在周侧包围电池块(1)而具有分别相对于接合轴线(3)成对地对置的贯穿口(4)，并且所述基体形成横向于接合轴线(3)延伸的流动通道(5)用于调温流体。为了能实现在电池模块内更低的温度差，同时对电池模块的单个电池块进行均匀良好的调温，建议流动通道(5)通过横向于接合轴线(3)延伸的并具有用于电池块(1)的贯穿口(4)的膜(6)分隔成至少两个腔室(7、8)。

Description

用于为组装成模块所用的各个电池块的调温装置

技术领域

本发明涉及一种用于为组装成模块所用的各个电池块的调温装置，其具有基体，该基体为了在周侧包围电池块而具有关于各接合轴线成对地对置的贯穿口，并且所述基体形成横向于接合轴线延伸的用于调温流体的流动通道。

背景技术

由文献AT520920已知用于组装成模块的各个电池块的调温装置。调温装置为此具有两部件式构成的基体，该基体为了在周侧包围电池块构成关于各接合轴线成对地对置的贯穿口。基体与电池块一起限定用于调温流体的流动通道的边界，调温流体横向于其接合轴线直接流到电池块。尽管电池块和贯穿口之间的密封在所需的调温流体运行压力下在技术上是很复杂的，但在没有位于中间的冷却管道的情况下，通过电池块的在外周侧几乎完全的环流实现单个电池块均匀良好的调温。然而其中的缺点是，调温流体在流动方向上逐渐被加热，使得冷却能力在流动方向上降低。这导致首要地在带有多个电池块的模块中产生在布置在调温流体入口侧的电池块和布置在调温流体出口侧的电池块之间的温度差。这种温差一方面导致功效下降，另一方面导致电池模块加速老化。

为了给模块内的所有电池块施加几乎相同的冷却功率，由文献DE102013225521A1中已知的调温装置具有两个横向于电池块的纵轴线延伸的冷却管路，其中，两个冷却管路与每个待冷却的电池块接触以热传递。在冷却管路中运行的调温流体的流动方向可以是彼此相反的。尽管由此实现模块内较小的温度差，但单个电池块本身承受更大的热负荷，因为调温流体和电池块之间的热交换仅能通过冷却管路与电池块的接触位置实现。这不仅导致较低的冷却功率或能力，也导致单个电池块的不均匀冷却，这导致电池块的加速老化和较低的可行的电负荷。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题是建议一种开头所述类型的调温装置，其能实现在电池模块内更低的温度差，同时对电池模块的各个电池块进行良好的均匀的调温。

本发明以此解决上述问题，通过横向于接合轴线延伸并且具有用于电池块的贯穿口的膜将流动通道分隔成至少两个腔室。本发明基于的认知是，正好在柱形电池块中，沿纵向或接合方向的热传输明显好于横向于纵向或接合方向的热传输，这归因于缠绕式电池芯的分层结构。根据按照本发明的特点，每个电池块沿其接合轴线在所有腔室中被调温流体环流，其中，在至少一个第一组腔室中的调温流体与在第二组腔室中的调温流体以相反的方向流动。在最简单的情况下可以设置两个腔室，即入流腔室和回流腔室，它们通过所述膜相互分开。然而也可以设置多个膜，其将流动通道分隔成多个腔室。在这种情况中，分别仅由一个膜限定边界的位于外部的腔室可以形成入流腔室和回流腔室。如果两个相邻腔室的调温流体的流动方向相反，则产生特别有利的调温条件。相应流入和流回的调温流体之间的温差由电池块内沿其接合轴线方向的良好热传递补偿。此外，由于各个腔室之间的压力差较小并且由此带来的机械负载也较小，膜可以保持较薄，使得相应的电池块外壳的位于贯穿口的区域内的没有被环绕冲刷的区域保持很小。因此，一方面，调温装置内的温度差被最小化，另一方面实现各个电池块的良好的均匀的调温。基体已经必须在流动通道中具有用于调温流体的相应密封，因此通过额外的膜在这个密封方面不造成额外费用。

由于腔室之间的压力差与流动通道和基体外侧的压力差相比相对较小，因此对由膜对腔室的密封的要求相对较低。流动通道和基体外侧的压力差在本发明的典型应用中可以大于腔室之间压力差的十倍。因此，基体的贯穿口可以设置具有基体密封件，其可以承受比布置在膜的贯穿口处的膜密封件更高的压力差。基体密封件通常是具有相对较高表面压力的环形密封件或多个相继的密封件构成的组合，而膜密封件可以形成简单的密封唇，其在特别简单的设计方案中由膜本身形成。

如果针对腔室设置单独的入口和出口，则膜可以是除针对电池块的贯穿口外封闭的。为了进一步减少密封成本，建议膜具有连接所述至少两个腔室的流动开口。根据入口和出口和流动开口的定位，可以在单个腔室中形成不同的流动方向和不同的温度条件。

为了能够以简单的方式连接多个调温装置，建议基体具有与入流腔室流动连接的入口和与回流腔室流动连接的出口。在本发明的范畴中，入流腔室基本上理解为相较于回流腔室，调温流体具有的与预定的目标温度的温差更小的腔室。因此，入流腔室布置在输入侧，回流腔室布置在回流侧。在这种情况下，不同的设计方案是可能的，下面将更详细地说明。

在单个调温装置的情况下，或者作为多个相继串联的调温装置的终结，膜可以具有将入流腔室和回流腔室连接的流动开口，其与基体的入口和出口横向于接合轴线相互间隔。因此，通过入口进入的调温流体以第一流动方向流过入流腔室，通过膜中的流动开口进入回流腔室，并在那里与第一流动方向相反流回出口。为此，入口和出口相对于膜对置，优选能位于共同的平行于接合轴线的轴线上。膜的流动口可以设置在基体的在第一流动方向上与入口或出口相对的侧上。

在特别优选的设计方案中，基体可以有至少两个入口，其在接合轴线的方向上，即相对于膜与至少两个出口对置。这意味着，至少两个出口或两个入口分别相对于膜布置在基体的相同侧。以此在入流腔室和回流腔室中形成两个彼此相反的流动方向，即分别从入口到在此情况中优选居中布置在膜中的流动方向，并此外到至少两个相对的出口。因此，两个分别从流动开口到入口和出口形成的调温装置半部都以逆流调温，即在入口侧在入流腔室中从相应的入口到流动开口并且在出口侧在回流腔室中从流动开口到相应的出口。

为了以特别有利的方式将多个调温装置相互连接，建议入口和出口无论在沿接合轴线的方向上还是横向于接合轴线方向，即相对于膜在基体的相同侧上布置。两个相邻的调温装置以此可以仅通过一个连接位置，即在并排布置的入口和出口的区域中相互流动连接。在优选的设计方案中，调温装置的入口和出口沿接合轴线的方向延伸并位于基体的具有用于电池块的贯穿口的侧上。在这种情况下，对于电池块在入流腔室和回流腔室中反向的迎流，入口或出口必须穿过其中一个腔室，以便与相应另外的腔室建立流动连接。

为了实现针对连接位置更紧凑的设计，入口和出口可以分别形成连接件，其中，一个连接件延伸穿过另一个连接件。为了在此实现匹配的流速，建议两个连接件的自由横截面在量上匹配。如果调温装置要与另外的调温装置连接，调温装置可以分别具有两个这种以双管方式设计的连接件，其中，这些连接件无论在接合轴线的方向上还是横向于接合轴线的方向都布置在基体的相应另一侧上。为了防止多个由此相互连接的调温装置内的温度差，在一个接头处，入口的连接件可以延伸穿过出口的连接件，而在另一个接头处，出口的连接件可以延伸穿过入口的连接件。

为了实现调温装置的简便组装，建议基体包括两个在接合轴线方向上相对的密封元件，并且所述密封元件中至少一个密封元件具有用于伸入流动通道中的用于膜的固持销。基体相应地两件式地构造。密封元件以此可以在中间布置一个或多个由定距件分隔的膜的情况下组合，然后电池块可以被导引通过密封元件或膜的相应的贯穿口。为了在该接合过程中和在调温装置运行期间支撑膜，至少一个密封元件具有伸入流动通道中的固持销，膜支承在固持销上。优选的是，固持销从两个密封元件突出，膜在所述固持销之间导引。

为了通过支撑膜还同时实现调温流体和电池块之间的热传递的改善，固持销可以形成用于调温流体的分流器。通过该措施防止调温流体过早地从电池块外周上脱离和以此防止形成负面影响热传递的死水。

附图说明

在图中示例性示出本发明的内容。其中：

图1示出通过根据本发明的调温装置的不连贯截面，

图2示出第一实施方式的多个调温装置的示意性布局，

图3示出第二实施方式的多个调温装置的示意性布局，以及

图4示出第三实施方式的多个调温装置的示意性布局。

具体实施方式

根据本发明的用于为组成模块所用的各个电池块1的调温装置具有基体2尤其在图1中可见。为了在周侧包围电池块1，基体2包括相对于各接合轴线3成对地对置的贯穿口4，并且基体2与电池块1一起限定用于调温流体的横向于接合轴线3延伸的流动通道5。为了确保组成模块的电池块1之间较小的温度差和同时实现单个电池块1的均匀的调温，流动通道5具有横向于电池块1的接合轴线3延伸的膜6，所述膜将流动通道分成多个腔室7、8，例如入流腔室7和回流腔室8，并在膜中设置有用于电池块1的贯穿口4。在相应的入流腔室7或回流腔室8中流动的调温流体的流动方向彼此相反。通过该措施，每个电池块1都被入流腔室7中的调温流体和回流腔室8中的调温流体包围流动。由于调温流体的温度在沿流动方向冷却的情况下升高并且入流腔室7和回流腔室8中的流动彼此相反运行，所以每个电池块1被加载几乎相同的冷却功率，这相当于入流腔室7或回流腔室8的冷却功率的平均值。

基本上，基体外侧和流动通道5之间的压力差大于入流腔室7或回流腔室8之间的压力差。这导致膜密封件9必须承受比基体密封件10更小的压力差。因此，膜密封件9可以包括简单的密封唇，而对于基体2可以设置具有相对较大表面压力的双环式密封件。

如果基体2具有与入流腔室7流动连接的入口11和与回流腔室8流动连接的出口12，则多个调温装置可以相互连接。

从图1中可以看出，膜6可以具有流动开口13，其将入流腔室7和回流腔室8流动连接。因此，通过入口11以第一流动方向流过入流腔室7的相同的调温流体，通过膜6中的流动开口13进入回流腔室8，并在那里与第一流动方向相反地返回流到出口12。将流动口13与入口11和出口12横向于接合轴线3地间隔开，使调温流体构成期望的流动走向。例如根据图1，流动开口13可以设置在基体2的与入口11或出口12相对的侧上。

图2示出第一实施方式的多个根据本发明的调温装置的示意性布局。在此，第一调温装置T1的出口12通过贯穿后续调温装置T2延伸的连接管14在形成第一调温回路的情况下与更下一个第三调温装置T3的入口11连接。如果调温装置T4的出口12通过穿过调温装置T3的连接管14与调温装置T2的入口11连接，则类似地构成第二调温回路。

图3示出根据本发明的调温装置的第二实施方式，其中基体2可以具有两个入口11和两个出口12。入口11和出口12在接合轴线3的方向上或相对于膜6对置。如果流动开口13居中布置在膜6中，则产生特别有利的流动特性。该实施方式的两个相继的调温装置相互连接，方式是位于膜6的共同侧上的第一调温装置T1的出口12和与之相接的调温装置T2的入口11通过连接管14流动连接。由于该措施，在入流腔室7和回流腔室8中形成两个彼此相反的流动方向，由此构成两个分别彼此独立地利用逆流原理调温的调温装置半部。例如如果组成模块的电池块1承受从基体外侧不均匀的温度负荷，这就是有利的。如图3可见，调温装置的第二实施方式可以与另外的调温装置连接。

图4示出根据本发明的调温装置另外的实施方式，其中入口11和出口12布置在基体2的相同侧，即既在接合轴线3的方向上的相同侧，又在横向于接合轴线3的方向的相同侧。优选入口和出口11、12位于基体2的具有贯穿口4的侧上。两个相邻的调温装置以此可以通过仅一个包括入口和出口11、12的连接位置相互流动连接。用于入口和出口11、12的接头15在此包括两个连接件16、17，其中一个可以穿过另一个。如图4所示，内部的连接件16将第一调温装置T1的入流腔室7与第二调温装置T2的入流腔室7连接，而外部的连接件17将调温装置T2的回流腔室8与调温装置T1的回流腔室8连接。外部的连接件17在此包围内部的连接件16，相反地内部的连接件16穿过外部的连接件17。然而在此实施方式中，连接件16、17也可以并列布置。为了在该实施方式中将输入支路与回流支路连接，最后的调温装置T4可以具有仅一个接头15作为连接位置，而调温装置T4的膜6具有连接入流腔室7和回流腔室8的流动开口13。相反，前述调温装置T1-T3的入流腔室和回流腔室7、8不通过流动开口13相互流动连接。以此还可以减少多个相继连接的调温装置之间的温度差。

从图1可见，基体2可以包括两个密封元件18，其在接合轴线3的方向上彼此相对。所述密封元件18的至少一个可以具有伸入流动通道5的固持销19，固持销支撑膜6。两个密封元件18也可以都具有固持销19，以便膜6可以夹在固持销之间。

固持销19可以形成用于调温流体的分流器，以便能设置电池块的最佳的迎流特性。

Claims (10)

1.一种用于为组成模块所用的各个电池块(1)的调温装置，其具有基体(2)，所述基体为了在周侧包围电池块(1)而具有在接合轴线(3)的方向上成对地对置的贯穿口(4)，并且所述基体形成横向于接合轴线(3)延伸的用于调温流体的流动通道(5)，其特征在于，通过横向于接合轴线(3)延伸的并具有用于电池块(1)的贯穿口(4)的膜(6)将流动通道(5)分隔成至少两个腔室(7、8)。

2.根据权利要求1所述的调温装置，其特征在于，基体(2)的贯穿口(4)设有基体密封件(10)，基体密封件比布置在膜(6)的贯穿口(4)处的膜密封件(9)承受更高的压力差。

3.根据权利要求1或2所述的调温装置，其特征在于，所述膜(6)具有将至少两个腔室(7、8)连接的流动开口(13)。

4.根据权利要求1至3之一所述的调温装置，其特征在于，基体(2)具有与入流腔室(7)流动连接的入口(11)和与回流腔室(8)流动连接的出口(12)。

5.根据权利要求4所述的调温装置，其特征在于，所述膜(6)具有连接入流腔室(7)和回流腔室(8)的流动开口(13)，所述流动开口与基体(2)的入口(11)和出口(12)横向于接合轴线(3)间隔开。

6.根据权利要求5所述的调温装置，其特征在于，基体(2)具有至少两个入口(11)，所述入口在接合轴线(3)的方向上与至少两个出口(12)对置。

7.根据权利要求4所述的调温装置，其特征在于，入口(11)和出口(12)不论在接合轴线(3)的方向上还是横向于接合轴线(3)的方向都布置在基体(2)的相同侧上。

8.根据权利要求7所述的调温装置，其特征在于，入口(11)和出口(12)分别形成连接件(16、17)，其中，一个连接件(16)延伸穿过另一个连接件(17)。

9.根据权利要求1至8之一所述的调温装置，其特征在于，基体(2)包括两个在接合轴线(3)的方向上相互对置的密封元件(18)，并且密封元件(18)中的至少一个具有伸入流动通道(5)的用于膜(6)的固持销(19)。

10.根据权利要求9所述的调温装置，其特征在于，固持销(16)形成用于调温流体的分流器。

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