用于冷却电能存储单元的装置的制作方法

本发明涉及根据权利要求1的前序部分的用于冷却电能存储单元的装置。

背景技术：

混合动力车辆和纯电动车辆可包括交替地用作电动机和发电机的电机、用于存储电能的电能存储件和用于控制电能在电能存储件与电机之间流动的电力电子设备。电能存储件在相对低的温度范围内具有最佳效率。此外，出于安全原因，不应将电能存储件加热到高于最高温度的温度。因此，重要的是在操作期间提供电能存储件的高效冷却。

矩形电池可以捆绑到紧凑电池模块中。传统上，这样的电池模块布置在冷却板上，并通过与冷却板进行热传导接触而循环的冷却剂从下侧冷却。由于不可能在紧凑电池模块中布置圆柱形电池单体的事实，因此必须在或多或少的分离状态下冷却圆柱形电池单体。已知在设有半圆形凹部的两个冷却板之间的行中冷却圆柱形电池单体。在这种情况下，冷却板具有复杂的形状，并且它们很大且占用空间。

us2007/0046259示出了一种电池阵列，其通过使冷却空气流动通过容纳三层或更多层电池模块的保持器壳体来冷却圆柱形电池模块。每个电池模块包括以直线方式结合的多个单独的电池单体。保持器壳体设置有相对的侧壁元件，所述相对的侧壁元件限定与电池模块接触的冷却空气的流动路径。电池阵列设置有将空气引导至保持器壳体的进气管和从保持器壳体接收空气的排气管。

us2014/0162106示出了一种电池装置，其用于冷却多个圆柱形电池单体形式的电池。各电池单体彼此平行地布置，使得在相邻的电池单体之间存在中间空间。端子板和穿孔板布置在电池上方。冷却剂通过多孔板的孔喷出。冷却液在通过端子板上的孔向下进入电池单体之间的中间空间之前，会暂时容纳在端子板上的防溅罩中。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种以简单且可靠的方式提供电能存储单元的有效冷却的装置。

该目的通过在权利要求1的特征部分中限定的装置来实现。该装置包括形成冷却通道的管状元件，在冷却通道中，多个电能存储单元将被循环的冷却介质冷却。电能存储单元可以是电池单体或包括多个电池单体的电池模块。管状元件是设置有相对壁元件的元件，所述相对壁元件限定从管状元件的第一端到管状元件的第二相反端的流动路径，在本公开中也称为冷却通道。根据一个实施方式，管状元件包括相对端壁，并且在第一端壁中提供至少一个开口，并且在相对端壁中提供至少一个开口。开口连接至包括冷却介质和泵的回路，所述泵用于将冷却介质泵送通过回路，并由此经由所述开口泵送通过管状元件。管状元件包括第一平面壁元件和第二平面壁元件，所述第一平面壁元件和第二平面壁元件平行布置彼此间隔开一距离，所述距离小于电能存储单元的高度。第一平面壁元件通过第三和第四侧壁元件连接到第二平面壁元件，使得所述流动路径/冷却通道被限定。端壁可以在所述壁元件的端处彼此相对地布置。此外，第一平面壁元件包括通孔，每个通孔配置成接收并限定用于位于冷却通道中的一个电能存储单元的安装位置。在一个实施方式中，该装置包括至少一个电能存储单元，所述至少一个电能存储单元插入在第一平面壁元件中的通孔中，并且沿其纵向方向从所述第一平面壁元件朝向第二平面壁元件延伸。电能存储单元突出通过通孔，并且包括在电能存储单元的端处的正极和/或负极，所述极暴露在所述冷却通道的外侧并且可以从管状元件的外侧触及。

管状元件的这种设计使得可以经由第一壁元件中的通孔将每个电能单元插入到管状元件中的安装位置。在安装位置中，每个电能单元的底表面可以由第二壁元件的内表面支撑。此外，每个电能单元的上部可以由限定通孔的第一壁元件的表面支撑。优选地，第一壁元件和第二壁元件之间的距离仅略小于电能存储单元的高度。管状元件的这种设计导致每个电能存储单元的基本上整个周缘表面，优选地至少90％，布置在冷却通道中，并与流动通过冷却通道的冷却介质接触。与冷却介质的大的热传导接触表面导致电能存储单元的有效冷却。在这种情况下，仅仅每个电能存储单元的包括电能存储单元的正极和负极的端部布置在冷却通道的外侧。

根据本发明的实施方式，第二壁元件还包括在与第一壁元件中的通孔相对应的位置中的通孔。对应位置可以被称为与第一平面壁元件中的通孔相对的位置。如果使用在相对端部具有正极和负极的电能存储单元，则必须将电能存储单元的两个端部布置在冷却通道的外侧，以便能够将极连接到冷却通道外侧的电气组件。根据一个实施方式，该装置包括至少一个电能存储元件，该电能存储元件的第一端突出通过第一壁元件中的通孔并且第二端突出通过相对的第二壁元件中的通孔。根据一个实施方式，该装置包括具有这种设计和定位的多个这种电能存储元件。

根据本发明的实施方式，所述通孔具有与电能存储单元的外周缘形状相对应的大小和形状。通孔的这种设计使得可以经由通孔将电能存储单元插入冷却通道中的安装位置。通孔可以具有圆形形状，并且电能存储单元可以被成形为直圆柱体。因此，电能存储单元具有圆形的周缘表面，该周缘表面没有尖锐的边缘或其他种类的不规则性，其可能会干扰通过冷却通道的流体。在这种情况下，可以以低流阻提供流动通过冷却通道的冷却介质。然而，不排除使用具有不同周缘形状的电能存储单元。

根据本发明的实施方式，通孔布置在相对于冷却介质通过冷却通道的预期流动方向的多个横向行中，并且两个相邻横向行中的通孔相对于彼此横向移位。优选地，通孔以及因此电能存储单元也布置成与横向行中的相邻电能存储单元等距。电能存储单元的这种定位导致在各电能存储单元之间的均匀分布的流动以及各个电能存储单元的一致有效的冷却。

根据本发明的实施方式，该装置包括用于每个通孔的密封构件，该密封构件配置成提供位于限定通孔的表面与布置在所述通孔中的电能存储单元的外周缘表面之间的紧密密封。这种密封构件阻止冷却介质从冷却通道泄漏。电能存储单元可包括位于外周缘表面中的环形凹部，该环形凹部配置成接收密封构件。电能存储单元的这种设计有利于将密封构件施加在电能存储单元上的预定位置上，同时有利于电能存储单元在冷却通道中的安装过程。

根据本发明的实施方式，管状元件包括平行布置的第三壁元件和第四壁元件，并且第三壁元件和第四壁元件配置成连接第一壁元件和第二壁元件。第三壁元件和第四壁元件可以是平面壁元件。在这种情况下，管状元件限定具有矩形横截面面积的冷却通道。然而，可以使用略微弯曲的形状的第三壁元件和第四壁元件。

根据本发明的实施方式，管状元件设计为单件式材料体。管状元件可以是合适材料的预制型材元件。管状元件可以被铸造或挤压。可替代地，管状元件由分开的壁元件和连接壁元件的紧固装置制成。紧固装置可以是螺栓，螺钉，焊接接头，钎焊接头等。在这种情况下，可以在第一壁元件与其他壁元件连接之前，为第一壁元件提供通孔。

根据本发明的实施方式，管状元件由具有优良热传导特性的材料，优选金属合金制成。这样的材料可以是铝。这种材料的选择有利于热量从管状元件传导到周围环境。

根据本发明的实施方式，管状元件设置有用于第二冷却介质的至少一个附加冷却通道。例如，如果冷却介质是环境空气或在散热器中被环境空气冷却的冷却剂，则不可能将冷却介质冷却到比环境空气低的温度。在环境温度较高的操作条件下，并非总是能够通过普通冷却介质将电能存储单元冷却至所需低温。在这种情况下，可以通过使用第二冷却介质来增加电能存储单元的冷却，该第二冷却介质可以被制冷系统冷却至比环境温度低的温度。附加冷却通道可布置在第三壁元件和/或第四壁元件的外侧上。根据一个实施方式，第一冷却介质是气体或气体混合物，可能是空气，而第二冷却介质是液体，可能是制冷剂。根据一个实施方式，第一冷却介质是液体，可能是水，而第二冷却介质是另一种液体，可能是制冷剂。根据一个实施方式，该装置包括：第一冷却回路，其具有用于冷却第一冷却介质的设备，以及用于使第一冷却介质循环通过由管状元件限定的冷却通道的设备；以及第二冷却回路，其具有用于冷却第二冷却介质和使第二冷却介质循环通过附加冷却通道的设备。附加冷却通道可以由布置在管状元件外侧上并与之直接接触的管形成，或者可以是集成在管状元件的至少一个壁元件中的冷却通道。

根据本发明的实施方式，该装置包括限定平行布置的两个冷却通道的至少两个管状元件，配置为将冷却介质引导至平行冷却通道的入口通道，和配置为接收来自平行冷却通道的冷却介质的出口通道。所述至少两个管状元件的冷却通道相对于所述入口通道和出口通道并考虑到其中包括有管状元件的冷却回路中的流动方向平行(并联)而不是串联连接。入口通道和出口通道是其中布置有泵的冷却回路的通道，用以泵送并由此使冷却介质循环通过冷却回路。所述至少两个管状元件的冷却通道还可以几何地彼此平行地布置。这样的设计使得可以经由共用的入口将冷却介质通道引导至平行的冷却通道，并且经由共用的出口通道引导来自平行的冷却通道的冷却介质通道。平行布置的冷却通道接收相同低温的冷却介质。因此，平行冷却通道中的电能存储单元获得相应的冷却。

附图说明

在下面的示例中并参考附图描述了本发明的优选实施方式，在附图中：

图1示出了用于冷却电池单体的装置，

图2示出了图1中的各管状元件4中的一个的透视图，

图3示出了管状元件的替代实施方式，

图4更详细地示出了图3中的一个电池单体，和

图5示出了管状元件的另一替代实施方式。

具体实施方式

图1示出了用于冷却电能存储单元的装置。电能存储单元可连接至用于驱动混合动力车辆或纯电动车辆的电机。电能存储单元被例示为电池单体1。该装置包括冷却介质驱动构件2，所述冷却介质驱动构件提供通过入口通道3的冷却介质流。在冷却介质是液体的情况下，冷却介质驱动构件可以为泵，以及在冷却介质是气体的情况下，冷却介质驱动构件2可以为风扇。位于入口通道3中的冷却介质流被引导至平行布置的多个管状元件4。每个管状元件4限定冷却通道5，所述冷却通道具有在入口6和出口7之间的直延伸部。每个冷却通道5容纳多个电池单体1。在这种情况下，电池单体1被成形为直圆柱体。离开冷却通道5的冷却介质流被接收在共用的出口通道8中。鉴于来自温度传感器10(感测与电池单体1的温度相关的温度)的信息，控制单元9控制冷却介质驱动构件2的操作。温度传感器10可感测出口管线8中的冷却介质的温度。该温度与电池单体1的温度有关。可替代地，温度传感器10可布置在冷却通道5中。与电池单体1中的一个接触。

图2示出处于分离状态的各管状元件4中的一个的透视图。管状元件4包括第一壁元件4a和第二壁元件4b。第一壁元件4a和第二壁元件4b是彼此间隔开地平行布置的平面壁元件。管状元件4包括第三壁元件4c和第四壁元件4d，所述第三壁元件和第四壁元件是以一定距离彼此平行布置的平面壁元件。第三壁元件4c和第四壁元件4d构成第一壁元件4a和第二壁元件4b之间的侧连接。四个平面壁元件4a-4d限定具有基本矩形横截面面积的冷却通道5。在这种情况下，管状元件4制造为单件式材料体。管状元件5被设计为型材元件，其可以是氧化铝型材。氧化铝型材便宜，并且氧化铝具有优良传热性能。

第一壁元件4a设置有多个圆形通孔11。所述圆形通孔11具有与电池单体1的外圆形周缘相对应的大小和形状。因此，可以将电池单体1插入到各通孔11的每一个中。第一壁元件4a和第二壁元件4b之间的距离小于电池单体1的高度。鉴于这个事实，可以将每个电池单体1经由通孔11插入到位于管状元件4中的安装位置，在所述安装位置中，电池单体1的底表面被支撑在第二壁元件4b的内表面上。在所述安装位置中，电池单体1的上部由限定通孔11的第一壁元件4a的表面支撑。

密封构件11a布置为提供位于电池单体1和限定通孔11的表面之间的紧密密封。由于电池单体1的高度大于第一壁元件4a和第二壁元件4b之间的距离，因此电池单体1的上端部布置在冷却通道5的外侧位置中。每个电池单体1的上端部包括正极1a和负极1b，其连接到未示出的电气部件。通孔11以及因此电池单体1在冷却通道5中以预定图案布置。在这种情况下，相对于通过冷却通道5的预期流动方向，电池单体1布置在多个横向行中。在横向行中，电池单体1布置在距相邻电池单体相等的距离处。位于相邻横向行中的电池单体1相对于彼此横向移位。因此，横向行中的相邻电池单体1之间的流动通道与后方的横向行中的相邻电池单体1之间的流动通道不重合。电池单体1在冷却通道5中的这种定位导致冷却介质流在冷却通道5中的均匀分布以及电池单体1的基本一致的冷却。

在该装置的操作期间，冷却介质驱动构件2提供通过入口通道3的冷却介质流。入口通道3中的冷却介质流均匀地分配到各个冷却通道5的入口开口6。在冷却通道5中，冷却介质基本上与电池单体1的整个周缘表面接触。因此，电池单体1具有与冷却介质流接触的非常大的热传导表面，这有利于冷却通道4中冷却介质与电池单体1之间的热传导。控制单元9控制冷却介质驱动构件2的操作，并因此借助于来自温度传感器10的信息控制通过冷却通道5的冷却介质流。控制单元9可获取有关电池单体1的期望温度的信息。在电池单体1的温度过高的情况下，控制单元9提高冷却介质驱动构件2的速度。这导致通过冷却通道5的较高的冷却介质流和对电池单体1的增强的冷却。在电池单体1的温度太低的情况下，控制单元9降低或停止冷却介质驱动构件2的速度，这导致通过冷却通道5的冷却介质流降低，并且电池单体1的冷却降低。

图3示出了管状元件4的替代实施方式的正视图。在这种情况下，管状元件4包括在第一壁元件4a中的通孔11和在第二壁元件4b中的通孔12。第二壁元件4b中的通孔12具有与第一壁元件4a中的通孔11相对应的位置。在安装状态下，电池单体1的上端布置在冷却通道4上方的位置中，电池单体1的下端布置在冷却通道4下方的位置中。电池单体1的上端包括正极1a，并且电池电体1的下端包括负极1b。第一密封构件11a布置成在电池单体的上部与限定通孔11的第一壁元件4a的表面之间密封。第二密封构件12a布置为在电池单体1的下部与限定通孔12的第二壁元件4b的表面之间密封。在这种情况下，密封构件11a，12a也可以用于维持电池单体1相对于通孔11，12处于期望的垂直位置中。塑料体15布置在第一壁4a的外侧以及第二壁4b的外侧上。塑料体15的目的是将电池单体1保持在预定位置中。塑料体15可包括或支撑连接电池单体1的电源轨。可替代地，塑料体15可以为密封构件11a，12a的集成部分。

在普通冷却介质是环境空气或在散热器中被环境空气冷却的冷却剂的情况下，不可能给冷却介质提供低于环境温度的温度。在环境空气具有高温度的情况下，并不总是能够通过普通冷却介质对电池单体1进行所需的冷却。在这种情况下，可以通过引导到附加冷却通道13由第二冷却介质提供附加冷却。在这种情况下，在第三壁元件4c的外侧上布置有两个附加冷却通道13，并且在第四壁元件4d的外侧上布置有两个附加冷却通道13。第二冷却介质可以是在冷却系统中循环的冷却剂，该冷却剂在被引导至附加冷却通道13之前被制冷系统冷却至比环境温度低的温度。由于管状元件4由铝型材制成，管状元件4具有优良热传导性能。在这种情况下，可以借助于第二冷却介质冷却整个管状元件4。管状元件4的低温冷却冷却通道5中的空气，这又将电池单体1冷却至所需低温。

图4示出处于分离状态的图3中的电池单体1中的一个。电池单体1设置有接收第一密封构件11a的第一环形凹部11b和接收第二密封构件12a的第二环形凹部。电池单体1的这种设计使得相对容易地将密封构件11a，12a定位在电池单体1上的预期安装位置中。此外，这种设计有利于电池单体1相对于限定通孔11，12的表面的安装过程。

图5示出了管状元件4的另一实施方式。在这种情况下，管状元件4包括四个分开的壁元件4a-4d。第一壁元件4a和第二壁元件4b被设计为平板。第三壁元件4c和第四壁元件4d分别包括主平面部分4c’，4d’和两个连接部分4c”，4d”。连接部分4c”，4d”相对于主部分4c’，4d’成直角。连接部分4c”，4d”将连接到第一壁元件4a和第二壁元件4b。在这种情况下，连接部分4c”，4d”借助于螺栓14形式的紧固装置连接到第一壁元件4a和第二壁元件4b。可替代地，紧固装置可以是螺钉，焊接接头，焊点等。

本发明不限于所描述的实施方式，而是可以在权利要求的范围内自由地变化。电池单体1和通孔11，12的外周缘形状可以例如具有非圆形形状。电能存储单元不必是电池单体。它们可以是例如包括多个电池单体的电池模块。