电动车辆电池组的热管理的装置的制造方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及一种用于电力蓄能器电池组的热管理的装置。
【背景技术】
[0002]所设想的应用领域具体地但非排他性地是锂离子电池的热管理，锂离子电池现在广泛地用于存储对于为电动车辆和混合动力车辆的电动机供应能量所必须的电能。这种类型的电池组具有多个电力蓄能器或电池单元，这些电力蓄能器或电池单元包括一个旨在提供额定电压的、可再充电的电化学系统。这些电池单元能以模块的形式(各模块包括有串联或并联连接的多个电池单元)组装在一起，这些模块自身以预定的构型互相连接以便形成电池组。这种电池组通常被容纳在一个电池组外壳中，该电池组外壳由封闭电池单元的组件的刚性壳体形成。
[0003]然而，锂离子技术需要使电池组的温度保持在最优温度范围内(通常包括在20°C与35°C之间)的能力以便保护该电池组的使用寿命。电池组超出这个范围的运行使电池组的老化加速并且使其能量存储能力降低。
[0004]电池组温度升高可能是由环境温度升高、或者由电池组本身由于其内电阻产生的热量造成的。因此，提供40kW电功率的电池组将还产生约2kW的热功率，这个热功率是必须消除的。
[0005]过量的最大温度限制导致电池组所要求的功率限制，从而减少了产生的热功率并且因此使温度返回到可容许的范围内，这被称为电池组的“降额”。环境温度和电池组所要求的功率越高，“降额”的风险越大。通过指示的方式，当电池组的温度超过48°C时应用了“降额”。可以容易地理解的是，“降额”减少了车辆在速度和加速度方面的性能，客户不认为这是有利的。
[0006]同样，电动车辆和混合动力车辆的牵引用电池具有用于调节其温度的装置。如已知的，这些电池例行地由风扇产生的脉冲式空气来冷却。因此，处于低温的外部空气在电池中是脉动的并且在借助于对流吸收了热量之后经由抽出器离开。应理解的是，当环境温度高和/或由电池产生的热功率可观时，这个冷却装置达到其极限。事实上，在冷却空气与电池组之间的小的温度差表示了低的消除由电池产生的热量的能力。
[0007]还已知的是，使用空调系统用以使得用于冷却电池组的空气的温度降低。在这种情况下，空气在电池组中脉动之前首先穿过空调系统的蒸发器。
[0008]然而，无论电池组是由脉动式外部空气还是由急冷空气冷却，这些装置通过致动器(风扇、空调系统的压缩机等)的供电导致了能量消耗，这样减少了车辆的自主性。在通过急冷进行冷却的情况下，该装置的另一个缺点是车辆内部热舒适性降低的风险，因为一些由空调系统产生的冷却是从内部递送并且被引导至电池组。将可以通过在车辆中安装一个专用于电池组的空调系统来补救此第二缺点，但这将导致车辆成本上升。
[0009]此外，从专利文件US 2006/0073377中已知一种用于调节电池组温度的装置，该装置包括一个热存储装置，该热存储装置被直接整合在电池组中并且使用相变材料(PCM)熔化的潜热来吸收电池组的电池单元所产生的热量中的至少一些热量。根据这个文件，该电池组的这些电池单元被嵌入在该相变材料中以便填充在相邻电池单元之间存在的空余空间，该相变材料被布置在封闭该电池组的刚性壳体内。因此，由这些电池单元产生的热量能以潜热的形式存储在该相变材料中以便执行该材料的相变。该材料的相变导致其密度和因此其体积的变化。根据文件US 2006/0073377，管理电池组的温度而使用的相变材料是设置在固定的体积内，与电池组的电池单元之间的空余空间相对应，而该材料在其变相时改变体积以便存储热量(材料的熔化)或者释放先前存储的热量(材料的凝固)。
[0010]在文件US2006/0073377中描述的用于调节电池组温度的系统的缺点在于，在冷却过程中，相变涉及该材料体积减小，从而导致在该材料与这些电池单元之间的热接触损失的风险，或者至少导致了在该材料与这些电池单元之间的热交换表面减小的风险，这是由热调节性能降级转化而来。此外，在这些电池单元释放的热量的作用下进行再加热的情况中，该材料被约束在固定的容积中，影响了该材料的相变，作为过度压力的结果导致了该材料过度加热的风险和/或对封闭该电池组的刚性壳体造成损坏的风险。
【发明内容】
[0011]在此背景下，本发明的目的是提出一种用于蓄能器电池组的热调节装置，所述装置没有上述限制中的至少一个限制。
[0012]为此目的，本发明提出一种用于电力蓄能器电池组的热管理装置，这些电力蓄能器被组装在一个刚性壳体内，所述装置包括被整合到所述电池组中的热存储装置，该热存储装置包括一个腔室，该腔室含有一种相变材料并且具有用于与所述蓄能器交换热量的一个容积，该容积被所述壳体的至少一部分界定，该相变材料的熔化能够存储热量，并且该相变材料的凝固能够释放先前存储的热量。根据本发明，所述腔室在其远端装备有一个膨胀器皿，该膨胀器皿能够在所述相变材料变相时吸收该相变材料的膨胀。
[0013]由于这种安排，该相变材料在固相中可以完全填充发生热交换的热存储腔室的有效容积，因此使该系统能够有最优的热功效，同时使该腔室能够经受由该相变材料的熔化引起的体积方面的变化，使其在常温下可以存储由这些蓄能器释放的热量。
[0014]根据本发明的热管理装置的进一步有利的特征，单独地或组合地采取这些特征:
[0015]-所述膨胀器皿相对于所述腔室是升高的并且具有一个内部容积，该内部容积使所述腔室的所述热交换容积从所述膨胀器皿的下端延伸至所述膨胀器皿的与所述下端相反的上关闭端；
[0016]-所述膨胀器皿的内部借助于打开通向环境空气的一个槽沟与外部相连通，所述槽沟被安排在所述膨胀器皿的上部中；
[0017]-通向环境空气的所述槽沟被连接至一根导管，该导管能够升高与环境空气的连接；
[0018]-所述腔室包括一个上壁和一个下壁，该上壁由一种热传导材料制成、由所述壳体的所述至少一个部分形成并且形成了用于与所述蓄能器交换热量的一个第一表面，该下壁由一种热传导材料制成、与所述上壁相对地布置以便关闭所述热交换容积，所述外壁形成了用于与所述电池的外部交换热量的一个第二表面；
[0019]-所述腔室包括多个热交换鳍，这些热交换鳍被整合在所述腔室的所述上壁和所述下壁的表面上；
[0020]-一个主动冷却系统与该热存储装置相关联，该主动冷却系统包括被安装在所述电池组中的一个冷却回路、装备有用于使一种冷却流体循环穿过所述电池组的装置；
[0021]-所述主动冷却系统的控制装置在所述蓄能器的温度达到大于所述相变材料的熔点的第一温度阈值时能够控制所述主动冷却系统的激活、并且在所述蓄能器的温度达到被包括在所述相变材料的熔点与所述第一阈值之间的第二温度阈值时能够控制所述主动冷却系统的停止。
[0022]-所述相变材料的熔点基本上约为35°C。
[0023]-所述相变材料是石蜡类型的。
【附图说明】
[0024]参照附图基于阅读在下文中提供的通过指示但非限制性的方式给出的本发明的具体实施例的说明，本发明进一步的特征和优点将变得清楚，在附图中:
[0025]-图1是展示了根据本发明的电池组热管理装置的优选实施例的简图；
[0026]-图2是展示了在使用车辆的情况下在电池组的电池单元和相变材料的温度曲线中随时间的变化的简图；
[0027]-图3重制了在车辆没有处于使用时的图2的简图；
[0028]-图4是展示了根据本发明的电池组热管理装置的实施例的简图，结合了具有