CN116670893A - 包括重力热管的用于电蓄能器的冷却设备、电蓄能器以及机动车 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于电蓄能器(EES)的冷却设备，其用于冷却电蓄能器(EES)的蓄能器电池(6)，其中，冷却设备具有重力热管(12)，重力热管包括用于吸收蓄能器电池(6)的余热的工作介质，冷却设备具有框架(5)，所述框架包括用于构成用于蓄能器电池(6)的接纳部的壁(11)，重力热管(12)集成到壁(11)中。本发明此外涉及一种电蓄能器(EES)以及一种机动车。

Description

包括重力热管的用于电蓄能器的冷却设备、电蓄能器以及机 动车
技术领域
本发明涉及一种用于电蓄能器的冷却设备，冷却设备用于冷却电蓄能器的蓄能器电池，其中，冷却设备具有重力热管，该重力热管包括用于吸收蓄能器电池的余热的工作介质。本发明此外涉及一种电蓄能器以及一种机动车。
背景技术
当前关注电蓄能器，所述电蓄能器例如可以用作用于电气化机动车、亦即电动车或混合动力车的牵引蓄电池。这样的电蓄能器通常具有至少一个由多个蓄能器电池组成的电池复合体。为了在电蓄能器运行时冷却蓄能器电池，使用冷却设备。这样的冷却设备例如可以如在WO 2020/207718A1中公开的那样具有重力热管。
发明内容
本发明的任务是，提供一种解决方案，使得重力热管能够以简单的方式集成到电蓄能器中。
该任务按照本发明通过具有按照相应独立权利要求的特征的冷却设备、电蓄能器以及机动车来解决。本发明的有利实施方式是从属权利要求、说明书以及附图的主题。
按照本发明的用于电蓄能器的冷却设备用于冷却电蓄能器的蓄能器电池。冷却设备具有重力热管，该重力热管包括用于吸收蓄能器电池的余热的工作介质。此外，冷却设备具有框架，该框架包括用于构成用于蓄能器电池的接纳部的壁，其中，重力热管集成到壁中。
此外属于本发明的是一种电蓄能器，其包括至少一个电池复合体并且包括储存器壳体，所述电池复合体具有蓄能器电池和按照本发明的冷却设备，其中，蓄能器电池设置在框架的接纳部中，电池复合体设置在储存器壳体中。电蓄能器例如可以是高压蓄能器，所述高压蓄能器用作用于可电驱动机动车的可充电的牵引电池或牵引蓄电池。电蓄能器具有所述至少一个电池复合体，所述电池复合体包括多个蓄能器电池。所述蓄能器电池例如可以构成为棱柱形的蓄能器电池或袋式电池。优选地，蓄能器电池构成为圆形电池。蓄能器电池具有电池端子或者说电池极，所述电池端子或者说电池极可以设置在蓄能器电池的电池壳体的电池壳体盖的区域中。电池壳体此外具有电池壳体侧壁和电池壳体底部。
储存器壳体可以具有以壳体盖或者说壳体上部和壳体底部或者说壳体下部形式的壳体部件，它们在构成壳体内部空间的情况下组合。在壳体内部空间中设置所述至少一个电池复合体。为了冷却蓄能器电池，所述至少一个电池复合体此外具有冷却设备。冷却设备具有重力热管。重力热管或者说双相热管是传热器，该传热器通过蒸发热来运输余热。为此，重力热管具有长形的套筒，该套筒在垂直方向上沿重力方向延伸。在套筒中设置工作介质，只要蓄能器电池的由余热引起的温度低于液体的工作介质的沸点，则工作介质以液态存在。一旦温度超过沸点，则工作介质蒸发。换句话说，工作介质从液态转变为气态。工作介质作为蒸汽相反于重力方向向上升高，在那里在冷却设备的与重力热管耦合的热沉上冷凝并且因此将运输的余热输出给热沉。亦即，工作介质再次从气态转为液态并且作为液滴通过重力再次向下掉落。亦即，通过重力实现冷凝的工作介质的回运。热沉尤其是通过储存器壳体的以壳体上部形式的的壳体部件构成。
所述重力热管集成到框架中，框架构成用于保持蓄能器电池。框架为此具有壁，所述壁构成用于蓄能器电池的接纳部。在以圆形电池形式的蓄能器电池中，所述接纳部例如可以构成为具有圆形的或蜂窝形的横截面的空腔。蓄能器电池被推入这些接纳部中，从而所述壁在垂直方向上沿电池壳体侧壁延伸。重力热管集成到这些壁中。重力热管因此相邻于蓄能器电池设置并且在各蓄能器电池之间沿电池壳体侧壁延伸。框架在此由良好导热的材料、例如铝或镁构成。例如可以借助压铸制造框架。为了将蓄能器电池与框架的电绝缘，可以将例如以塑料收缩软管形式的绝缘元件设置在蓄能器电池的电池壳体和框架的壁之间。蓄能器电池因此能够经由良好导热的壁将余热输出给重力热管，余热从重力热管运输至热沉。
通过将重力热管集成到框架中，重力热管能够特别简单并且节省空间地集成到电蓄能器中。
优选地，框架附加地构成用于吸收与事故相关的力。框架因此保护蓄能器电池以防力作用。框架此外可以具有碰撞结构。碰撞结构可以设置在框架的朝向车辆前部的区域上、朝向车辆尾部的区域上或侧向的沿车辆纵轴线延伸的区域上。碰撞结构例如可以构成为推力弹簧和/或蜂窝结构。
被证实为有利的是，所述壁具有管状的空腔，所述空腔为了构成重力热管而被填充以工作介质。亦即，重力热管通过框架本身构成，其方式为所述空腔作为长形的通道引入所述壁中并且被填充以工作介质。所述空腔可以在一侧、例如在框架的上侧开口。框架的上侧可以密封地紧固在壳体上部上，从而重力热管热连接到壳体上部上。
在电蓄能器的一种有利的进一步设计方案中，电蓄能器具有支架和用于连接蓄能器电池的电池接触导通系统，其中，电池接触导通系统和框架集成到支架中。电池接触导通系统尤其是构成为具有印制导线图的冲压梳状物，所述印制导线图能够实现蓄能器电池的预先确定的布线。如下制造冲压梳状物，其方式为在第一步骤中对导体材料、例如板材进行结构化并且从导体材料中分离出空隙。在第二步骤中，将结构化的导体材料和框架与支架连接。导体材料和框架与支架的连接例如可以通过借助原始形式的接合实施。为此，结构化的导体材料和框架以绝缘材料注塑包封和/或浇注。在注塑包封或浇注中，可以空出导体材料的特定区域，以便在第三步骤中完成冲压梳状物。为此可以从导体材料中分离出其他空隙，以制造预先确定的印制导线图。
此外，包括至少一个按照本发明的电蓄能器的机动车属于本发明。机动车尤其是电气化的机动车并且具有电蓄能器作为牵引电池。尤其是，电蓄能器的框架在构成支承结构的情况下与机动车的车身连接。
关于按照本发明的冷却设备所提出的实施形式及其优点对应适用于按照本发明的电蓄能器以及按照本发明的机动车。
附图说明
由权利要求、附图和对附图的说明得出本发明的其他特征。以上在说明书中所提及的特征和特征组合以及接着在对附图的说明中所提及的和/或在附图中单独示出的特征和特征组合不仅能以分别给出的组合使用，而且也能以其他的组合使用或能单独使用。
现在借助优选的实施例以及在参考附图的情况下进一步解释本发明。其中：
图1示出电蓄能器的示意图；
图2示出电蓄能器的第一实施形式在第一平面中的示意剖面图；
图3示出电蓄能器的第一实施形式在第二平面中的示意剖面图；
图4示出电蓄能器的第二实施形式在第一平面中的示意剖面图；
图5示出电蓄能器的第二实施形式在第二平面中的示意剖面图；以及
图6示出电蓄能器的一种实施形式在第三平面中的示意剖面图。
具体实施方式
在图中，相同的或功能相同的元件设有相同的附图标记。
图1示出电蓄能器EES，该电蓄能器具有储存器壳体1，该储存器壳体包括以壳体下部形式的第一壳体部件2a和以壳体上部形式的第二壳体部件2b。所述电蓄能器EES例如可以被用作用于可电驱动的机动车的牵引电池并且构成为高压蓄能器。壳体上部2b可以双壁地构成并且包含用于流动的冷却流体的间隙3。间隙3可以经由接头与外部的冷却回路连接。在储存器壳体1中，在壳体下部2a和壳体上部2b之间设置电池复合体4。
如在按照图2至图5的电蓄能器EES的实施例中示出的，电池复合体4具有框架5和蓄能器电池6。按照图2至图5的电蓄能器EES在此以在z-x平面中的剖面图(B)以及以相对于x偏离30°的剖面(A)示出。x方向例如对应于(车辆)横向方向并且z平面例如对应于(车辆)垂直方向。在图6中，在x-y平面中示出电蓄能器EES的剖面图。y方向例如对应于(车辆)纵向方向。按照图2和图4的电蓄能器EES的实施形式对应于沿在图6中示出的剖切线A的剖面。按照图3和图5的电蓄能器EES的相同的实施形式对应于沿在图6中示出的剖切线B的剖面。
蓄能器电池6分别具有电池壳体7，所述电池壳体具有电池壳体底部7a、电池壳体侧壁7b和电池壳体盖7c。蓄能器电池6例如可以是圆形电池，从而电池壳体盖7c和电池壳体底部7a圆形地构成并且电池壳体侧壁7b圆柱形地构成。电池壳体侧壁7b在此沿垂直方向z延伸。电池壳体盖7c可以具有彼此绝缘的电池端子8a、8b或者说电池极，所述电池端子或者说电池极可以借助电池接触导通系统9电连接，以便连接蓄能器电池6。蓄能器电池6此外可以具有排气开口10，用于在故障情况下、例如在电池内部短路时排出热气。在一种示例性的实施方式中，为了构成用于热气的冷却腔，储存器壳体2的壳体下部2a相对于排气开口10间隔开地设置或构造为可膨胀的热屏。
框架5具有壁11，所述壁构成用于蓄能器电池6的接纳部并且沿垂直方向z至少部分地在电池壳体侧壁7b的高度上延伸。壁11可以吸收由蓄能器电池6放出的余热并且将所述余热朝壳体上部2b的方向引导。在此，从蓄能器电池6朝壳体上部2b的方向的传热通过重力热管12来辅助，所述重力热管基于包围重力热管12的剖切线A而仅在按照图2和图3的示图中示出。重力热管12在此整体式地集成到框架5中或作为单独的构件与框架5接合。重力热管12同样在垂直方向z上沿电池壳体侧壁7b延伸并且设置在各蓄能器电池6之间。框架5与壳体上部2b导热连接，例如通过粘接、旋接、铆接、钳接、钎焊、熔接而导热连接。重力热管12具有工作介质、例如液体，所述工作介质通过蓄能器电池6的余热蒸发并且在此将余热在垂直方向z上相反于重力向上运输。重力热管12与壳体上部2b热耦合，所述壳体上部构成热沉或者说冷凝器。重力热管12可以在此向上开口并且直接连接到壳体上部2b上。重力热管12向下通过框架5的壁11闭锁。蒸发的工作介质在放出余热到壳体上部2b上的情况下在壳体上部2b上再次冷凝并且相反于垂直方向z通过重力再次向下掉落，在那里工作介质为了重新吸收余热而能够再次蒸发。
重力热管12的工作区域通过填充方式、填充压力、在其长度上的形状和尺寸的变化而与蓄能器电池6的允许的温度范围以及热流的控制相适配。在重力热管12的一种特别有利的协调中，所述重力热管在电蓄能器EES的预设的运行范围中显著有助于传热并且在热过载时干燥，以便对排气的蓄能器电池6的环境屏蔽排气的蓄能器电池6的热负荷。
蓄能器电池6与壳体下部2a、壳体上部2b和框架5电绝缘。在一种示例性的实施方式中，蓄能器电池6具有相对于框架5的电绝缘部13，例如以热缩的塑料软管形式的电绝缘部。各蓄能器电池6分别至少在电池接触导通系统9的区域中密封地装入框架5中并且例如通过框架5的卡锁元件14固定。
电池接触导通系统9的接触面冶金学地或通过压力与蓄能器电池6的配置的电池端子8a、8b连接。按照图2和图3，壳体上部2b在朝向电池复合体4的内侧24上为此具有至少一个砧状的隆起部25，所述隆起部将电池接触导通系统9的接触面压紧到电池端子8a、8b上。亦即，壳体上部2b结合到电池接触导通系统9的压力接触系统的力锁合中。在壳体上部2b的内侧24和电池端子8a、8b之间至少在隆起部25的区域中设置绝缘层26。该实施形式能够实现蓄能器电池6的接触导通侧的附加冷却。
在一种有利的实施方式中，框架5如在图1中示出的那样具有电蓄能器EES的侧向限定部15和用于在外力时液压补偿的填充部17的空间16。此外，框架5具有用于机械地集成到机动车中的元件并且可以用作机动车车身的承载结构构件、例如用作底板总成。可以通过材料选择、空隙、壁厚的适配和肋结构来优化特性，如可制造性、可装配性、热传导、力吸收能力和重量。
例如，框架5在铸造方法中或作为3D打印由铝或镁构成。借助镁制造的框架5能够特别良好地铸造，具有特别有利的脱模斜面并且特别节省重量地构成。电池接触导通系统9例如构成为引线框或冲压梳状物。框架5和电池接触导通系统9通过接合方法、例如通过浇注相互连接。在此，框架5也可以在用于电池接触导通系统9的电绝缘的支架18的铸造制造步骤内集成到整体式构件中或者所述整体式构件作为3D打印呈现。
为了保护蓄能器电池6以防热气，如在图2至图5中示出的，可以在电池外壳底侧将附加的和必要时附加地密封的电池盖19安装到框架5上，所述电池盖在过压时从框架5中脱开和释放用于热气的路径或/和包含用于供热气穿透的爆破元件20。在维修情况下，可以在图2和图3所示出的布置结构中放弃对电池接触导通系统9的直接接近并且仅通过取下壳体下部2a以及取出电池盖19和蓄能器电池6进行维修。在此特别有利的是，可以以高的专一性和直接的可接近性从机动车的底部来实施维修。备选于电池盖19或附加地，电池壳体底部7a也可以涂敷有防火漆。
在按照图4和图5的电蓄能器的一种实施形式中，蓄能器电池6的壳体上部2b区域可以借助空隙21中断，以便确保蓄能器电池6的冶金学的接触导通以及浇铸部22的引入。空隙21最后设有接触遮盖部23。在维修情况下，接触遮盖部23可以至少局部地被去除并且最后通过补丁封闭。

Claims (10)

1.一种用于电蓄能器(EES)的冷却设备，所述冷却设备用于冷却所述电蓄能器(EES)的蓄能器电池(6)，其中，所述冷却设备具有重力热管(12)，所述重力热管包括用于吸收所述蓄能器电池(6)的余热的工作介质，其特征在于，
所述冷却设备具有框架(5)，所述框架包括用于构成用于所述蓄能器电池(6)的接纳部的壁(11)，其中，所述重力热管(12)集成到所述壁(11)中。
2.按照权利要求1所述的冷却设备，其特征在于，所述框架(5)附加地构成用于吸收与事故相关的力。
3.按照权利要求1或2所述的冷却设备，其特征在于，所述壁(12)具有管状的空腔，所述空腔为了构成所述重力热管(12)而被填充以所述工作介质。
4.按照上述权利要求之一所述的冷却设备，其特征在于，所述冷却设备具有热沉，运输余热的所蒸发的工作介质在所述热沉上冷凝，以放出余热。
5.按照权利要求4所述的冷却设备，其特征在于，所述热沉通过所述电蓄能器(EES)的储存器壳体(1)的壳体部件(2b)构成。
6.按照上述权利要求之一所述的冷却设备，其特征在于，所述框架(5)通过压铸、尤其是由铝或镁制造而成。
7.一种电蓄能器(EES)，包括至少一个电池复合体(4)并且具有储存器壳体(1)，所述电池复合体具有蓄能器电池(6)和按照上述权利要求之一所述的冷却设备，其中，所述蓄能器电池(6)设置在所述框架(5)的接纳部中，所述至少一个电池复合体(4)设置在所述储存器壳体中。
8.按照权利要求7所述的电蓄能器(EES)，其特征在于，所述电蓄能器(EES)具有支架(18)和用于连接蓄能器电池(6)的电池接触导通系统(9)，其中，所述电池接触导通系统(9)和所述框架(5)集成到所述支架(18)中。
9.一种机动车，包括至少一个按照权利要求7或8所述的电蓄能器(EES)。
10.按照权利要求9所述的机动车，其特征在于，所述框架(5)在构成支承结构的情况下与机动车的车身连接。
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