特别地用于电池的热调节的热交换器以及相应的制造方法与流程

本发明的领域是特别地用于机动车辆中的热交换器的领域。

本发明特别有利地应用于具有电和/或混合动力传动系的机动车辆的电池的热调节的装置的领域。

背景技术：

具有电和/或混合动力传动系的车辆的电能通过一个或多个电池提供。

在该类型的车辆中，电池通常由多个电能存储单元形成，所述多个电能存储单元布置在保护壳体中，以便形成所谓的电池组。

其中存在的一个问题是，在其运行期间，电池升温且由此容易被损坏。

此外，当温度过低时，电池范围可显著降低。

电池的热调节因此是重要的方面。

由此必须使用热交换器，以便将电池保持在可接受温度，即20℃至40℃，以便确保车辆的可靠性、里程和性能水平，同时优化电池服役寿命。

这样的热交换器传统地包括管道束，所述管道将至少两个集管箱连接在一起，管道的相应端部以固定且密封的方式连接在所述集管箱中。

热传递流体——在直接冷却的情况下即冷却剂流体或在间接冷却的情况下即冷却流体——可由此在交换器中流通，更准确地穿过集管箱和与各个电单元接触的管道，以便通过热传导调节其温度。

以已知的方式，每个集管箱——束的管道敞开到其中——包括集管板，其具有用于管道通过的开口。

该集管板——总体称为“集管器”——被盖或“流体箱”盖住，从而集管器和流体箱限定共用的空间，管道的相对应端部敞开到该空间中，且经由该空间，在适当之处，形成用于热传递流体的入口和出口。

盖例如设置有至流体进入和收集导管的连接部。

此外，内部空间因此可被细分为多个不同的子空间，这使得可以将束的一些管道组组合组合在一起，以便在热交换器中限定预确定的流体-流通构造，其具有用于管道束中的热传递流体的多个向外和返回路径。

通常用于该目的的组装技术中的一个是钎焊组装，其中，交换器的所有元件布置在钎焊炉中，允许填料金属将各个元件(集管器、盖、管道束等)合并，且同时在其上赋予密封性。

但是，已经观察到，冷却器的元件的钎焊倾向于降低管道的机械强度、它们在压力下的性能以及它们的内部和外部抗腐蚀性。

当管道具有穿过它们流动的加压流体时，机械强度的这种降低可导致管道的变形。

此外，当管道具有圆形横截面时，已经观察到在钎焊之后柱形管道的母线的直线度的缺陷。

类似地，当管道具有朝向电池取向的平表面(这是管道具有例如矩圆形横截面的情况)、从而存在大的热交换表面面积时，已经观察到该平表面的平面度的缺陷。

考虑到钎焊导致的管道直线度或平面度的这些缺陷，电池和冷却器之间的热传递不是均匀的，从而热交换器没有优化地调节电池的温度。

为了防止在钎焊时的缺陷，已经提出增加定位在要被钎焊的管道下的钎焊支架支撑件的数量。

但是，该解决方案具有增加的支架成本以及因此制造成本的缺点。

技术实现要素：

本发明的目的是改进热交换器的管道的机械强度，以便在特定应用中优化具有电动和/或混合动力传动系的机动车辆的一个或多个电池的热调节。

为此，本发明的主题是一种用于机动车辆的热交换器，该热交换器包括用于使热传递流体流通的至少一个管道，所述至少一个管道的端部进入集管箱，每个所述集管箱包括集管器和盖且界定至少一个腔室，所述集管器具有用于所述至少一个管道通过的第一开口，所述盖具有用于所述至少一个管道通过的第二开口，所述腔室用于热传递流体的流通，所述至少一个管道在该腔室中敞开。

根据本发明，所述至少一个管道和所述盖与所述集管器机械地组装，所述集管箱包括至少一个密封垫片，其一方面布置在所述盖和所述至少一个管道之间，另一方面布置在所述集管器和所述盖之间。

本发明由此提供一种热交换器，其中，交换器的所有元件以密封的方式被机械地合并。

热交换器的每个集管器和管道或导管之间的机械连接通过这两个部件之间的密封垫片的挤压提供。

该同一垫片同样提供盖和相应集管器之间的密封，且由此，防止或至少最小化热传递流体的泄露的可能性。

通过该机械组装，管道的机械强度没有降级(不像通过钎焊组装的情况)，且管道平面度中的任何缺陷被限制。此外，在组装之前，可以将抗蚀保护应用于管道的表面。

该密封方案此外不要求大量的空间。

热交换器的性能水平由此显著提高。

这样的热交换器特别有利地应用于具有电动和/或混合动力传动系的机动车辆的电池的热调节。

其可以用作车辆空调系统的散热器。

根据本发明的特定方面，所述至少一个密封垫片具有至少一个孔，用于所述至少一个管道的通过。

根据本发明的特定方面，密封垫片包括基部和从所述基部延伸的至少一个套筒，所述至少一个孔横穿所述基部和所述套筒。

根据本发明的特定方面，所述至少一个密封垫片的所述基部容纳在所述盖的凹部中，以便夹置在所述盖和所述集管器之间。

根据本发明的特定方面，所述至少一个密封垫片的所述套筒至少部分地容纳在所述盖的所述第二孔中。

根据本发明的特定方面，所述至少一个管道紧紧地安装在用于所述密封垫片的通过述孔中，从而密封垫片的套筒挤压在所述盖的所述第二开口的内部壁和所述管道的外部壁之间。

根据本发明的特定方面，所述至少一个密封垫片的所述套筒具有矩圆形横截面。

根据本发明的特定方面，所述集管器的第一开口、所述盖的第二开口和所述至少一个密封垫片的孔具有矩圆形横截面。

根据本发明的特定方面，所述盖和所述集管器之间的机械组装通过卡固配合器件实现。

根据本发明的特定方面，卡固配合器件包括由集管器承载的齿，所述齿被设计为与形成所述盖上的沟槽协作。

根据本发明的特定方面，所述盖和所述集管器之间的机械组装通过所述集管器的两个相对边缘绕所述盖的两个相对边缘压接实现。

根据本发明的特定方面，所述集管器包括被用于所述第一管道通过的第一开口横穿的凸缘。

根据本发明的特定方面，第一开口的内部表面在凸缘处包括至少一个变形部，用于将所述至少一个管道保持在所述凸缘中。

由此，压接可在集管器的凸缘和相对应管道之间实现，以便通过热交换器的内部压力和在热交换器组装、其在车辆中的装配和其使用期间施加的机械应力的作用中止部件相对于彼此的移动。

这些管道止挡件以简单的方式获得，且允许管道在集管器上的可靠机械紧固，特别是在挤出管道的情况下。

有利地，热交换器的部件之间的机械连接部与密封区域分离。

在变体实施例中，第一开口通过磁脉冲方法或替换地通过凸缘壁的变形而受限。

根据本发明的特定方面，所述至少一个管道通过焊接或粘结性连结与凸缘组装。

根据本发明的特定方面，所述至少一个导管包括多个通道，用于使热传递流体流通。

根据本发明的特定方面，所述盖包括至少两个腔室，用于使热传递流体流通。

根据本发明的特定方面，第二腔室限定在第一腔室内。

根据本发明的特定方面，第二腔室限定在第一腔室之外。

根据本发明的特定方面，所述盖包括在第一腔室和第二腔室之间的至少一个流体连通开口。

本发明还涉及一种用于组装机动车辆的热交换器的方法，该热交换器包括用于使热传递流体流通的至少一个管道，其端部进入集管箱，每个所述集管箱包括集管器和盖且界定至少一个腔室，该集管器具有用于所述至少一个管道通过的第一开口，该盖具有用于所述至少一个管道通过的第二开口，所述腔室用于热传递流体的流通，所述至少一个管道在该腔室中敞开，该热交换器用于机动车辆。

根据本发明，该方法包括以下步骤：

-具有基部和套筒的至少一个密封垫片被定位在集管器上，从而所述集管器的第一开口与所述密封垫片的孔对齐，

-至少一个管道被用力装配到所述集管器的第一开口和所述密封垫片的孔中，从而所述至少一个管道的第一端部延伸超过所述密封垫片的套筒，

-通过集管器的凸缘压接、焊接或粘结性连结在所述至少一个管道上，集管器与所述至少一个管道被组装在一起，第一开口形成在该凸缘中，

-盖被用力装配到密封垫片上，从而密封垫片的套筒定位在所述盖的第二开口中，

-集管器机械地组装到盖上，从而所述至少一个管道敞开到所述盖的用于使热传递流体流通的腔室中，

-前述步骤被重复，以便将所述至少一个管道固定到所述热交换器的所述第二集管箱。

根据本发明的特定方面，所述至少一个管道同时固定到所述热交换器的第一集管箱和第二集管箱。

就将元件组装到一起而言，用于制造该类型的热交换器的方法由此不需要钎焊，即，填充材料，因为组装是机械的。

该方法此外提供了如下优势：其不需要在中性的受约束的环境中的昂贵、负载的加热设施。

附图说明

本发明的其它特征和优势将在阅读通过仅是示例性而非限制的示例给出的以下描述时和附图而变得更加清楚，在附图中：

图1是根据本发明一个实施例的热交换器的透视图；

图2是根据本发明的热交换器的集管箱的局部扩展图；

图3是根据本发明的热交换器的集管箱的横截面图；

图4是根据本发明的热交换器的集管箱的局部纵向截面图；

图5是根据本发明特定实施例的热交换器的集管箱的横截面图；

图6包括根据本发明的热交换器的盖的多个示意横截面视图a至d，所述盖包括用于使热传递流体流通的两个腔室；以及

图7是根据本发明的热交换器的盖的示意透视图，其包括用于使热传递流体流通的两个腔室以及在这两个腔室之间的流体连通孔。

具体实施方式

图1是根据本发明一个实施例的热交换器1的透视图。

该类型的热交换器被设计为装配到混合动力或电动类型的机动车辆，特别地用于冷却一个或多个电池，每个电池由多个电能存储单元构成，形成用于驱动机动车辆的能量源。

热交换器1定位为与在保护性外壳底部中的所述一个或多个电池直接接触，且热传递流体流动通过其，或者，在热交换器布置在用于保护电池的外壳之外的情况下，与所述一个或多个电池间接接触。

如图1所示，热交换器1包括第一集管箱41和第二集管箱42，该第一集管箱41通过盖形式且大体称为“流体箱”31的元件形成，该盖与大体称为“集管器”的金属板21相关联，该第二集管箱42通过盖32形式的元件形成，该盖与金属板或集管器22相关联，每个集管箱被设计为收集和分配热传递流体，诸如乙二醇水。

热交换器1还包括直的管道或导管11的束，这些直管道或导管11具有相同的长度且垂直于集管器21、22和盖31、32的纵向轴线垂直地延伸，其被设计用于热传递流体的流通。

在该情况下，管道11具有大体矩圆形式的横截面。

在该实施例中，管道11的平部件的至少一个被设计为与至少一个电能存储单元(未示出)机械或非机械接触。

每个管道11在此由挤出铝制成，且包括第一端部和第二端部。

管道11的束的第一端部被设计为与第一集管器21组装，管道11的束的第二端部被设计为与第二集管器22组装。

由此，每个集管器21、22将束的管道11的端部分组合在一起，每个盖31、32以密封的方式经由其周边边缘连接至集管器21、22。

通过集管器21、22和相应盖31、32构成的组件限定一空间，束的管道11敞开到其中。

每个集管箱41、42由此与管道11流体连通。

热交换器1还包括用于热传递流体的流体入口连接部410和流体出口连接部420，它们布置在至少一个集管箱上。

在所示的实施例中，流体入口连接部410位于集管箱41的纵向端部处，流体出口连接部420在与集管箱41相对的端部处位于集管箱42上。

由此，热传递流体经由流体入口连接部410被引入到第一集管箱41中，且然后经由第一集管器21分配到管道11中。

流体在管道11中流通，且然后经由第二集管器22敞开到第二集管箱42中，以便最终经由第二集管箱42的流体出口连接部420排放。

如以下可见，通过强加密封垫片51、52，热交换器1的各个元件(集管器、集管箱和管道)以密封的方式被机械地合并在一起，所述密封垫片一方面在每个盖31、32和管道11的端部之间、另一方面在每个集管器21、22和相应盖31、32之间形成密封。

为了使得本发明更加容易理解，以下仅描述和阐释第一集管箱41的组成元件。

自然，第二集管箱42的组成元件，即集管器22、盖32和密封垫片52，类似于第一集管箱41的组成元件。

图2是第一集管箱41的局部放大图。

由此，热交换器1的单个管道11被局部示出。管道具有多个并置的通道111，用于使热传递流体流通(在图4中可见)。

在该实施例中，管道11的通道111被加强腿分开，所述加强腿确保压力下的管道机械性能(即，使导管11在压力下的变形最小化)。

集管器21的部分——其是大体矩形形式的——也在图2中示出。其包括中央壁212，其两个相对边缘(图2中的上边缘和下边缘)通过翅片213、213’延伸，所述翅片从中央壁212的第一侧弯曲。由此，集管器21具有大体为u形式的横截面。

矩圆形式的凸缘214从中央壁212的第二侧延伸。该凸缘214限定矩圆开口210，用于导管11的插入和通过，该导管本身具有矩圆形横截面。

矩圆开口210的轴线垂直于集管器21的纵向轴线，该矩圆开口210敞开到中央壁212中。

凸缘214的高度在其周边上可以是恒定或可变的。

翅片213、213’相对于中央壁212的平面以90°至110°的角倾斜，且沿与凸缘214相对的方向延伸。

翅片213、213’在其相对的侧向边缘上分别承载两个卡固配合齿218、219和216、217，它们朝向位于两个翅片213、213’之间的空间凸伸(这些齿由此布置为是相面对的)。

类似地，盖31的部分同样在图2中示出。其包括柱形形式的腔室316和基部，热传递流体被设计为在该腔室中流通，该基部包括被中央凹部312分开的两个脚311(图2中为上和下)。

脚311和凹部312在盖31的纵向轴线上延伸。

盖31还具有矩圆开口310，其在盖31的纵向轴线上延伸，并且一方面在腔室316中以及另一方面在基部的凹部312处敞开。

此外，在脚311处，盖31具有沟槽313、313’，其具有的形式与集管器21承载的卡固配合齿216、217、218、219互补。

由此，在组装状态，卡固配合齿216、217和218、219分别与沟槽313’和313协作。

此外，第一集管箱41包括至少一个密封垫片51，其布置在盖31和集管器21之间。

密封垫片51在图2中局部地示出。

密封垫片51包括具有大体矩形形式的基部510，矩圆形式的密封套筒511从其垂直地延伸，所述密封套筒511与盖31的开口310大体互补。

密封垫片51具有形成在基部510和套筒511中的孔512，该孔具有与导管11互补的形式。

密封垫片51有利地由弹性材料制成。其可由此由epdm(是指“三元乙丙橡胶”)制成。

尽管在图2中不可见，应理解，盖31包括在其长度上分布的多个开口310，集管器21同样包括在其长度上分布的多个开口210，且密封垫片51在其长度上具有多个套筒511(或每个具有套筒的多个密封垫片被实施)，从而热交换器1的每个管道11与盖31的开口310、集管器21的开口210和密封垫片51的套筒511相关联。

这使得可以确保热交换器的密封性，其如下所示机械地组装，且没有根据现有技术通过钎焊组装。

图3和4是第一集管箱41上的管道11的组件的截面图。

如在这些图中示出的，密封垫片51的基部510一方面被压靠集管器21的中央壁212，且另一方面被压靠盖31的凹部312的内部表面，从而其保持挤压在盖31和集管器21之间。密封垫片51的套筒511被迫容纳在盖31的开口310中，且局部地延伸超过开口310，以便局部地延伸到盖31的柱形腔室316中。

管道11横穿穿凸缘214的开口210和密封垫片51的孔512，以便敞开到盖31的柱形腔室316中。

管道11通过到密封垫片51中使得可以将套筒511的外部壁径向地抵靠盖31的开口310的内部壁挤压，以便确保管道11/盖31连接的密封性。

换句话说，管道11在盖31的区域中受到预应力地安装在密封垫片51的套筒511中。

密封垫片51的套筒511在盖31的开口310中的径向挤压水平优选地为5至60％，例如为15至40％，特别地为25至30％。

该比例等于在安装之前和安装之后的套筒511的壁的厚度之差除以套筒511的壁在安装之前的厚度。

换句话说，在管道11在集管箱41上的组装状态下，密封垫片51一方面被挤压在管道11的外部壁和盖31的开口310之间的空间中，且在另一方面被挤压在集管器21的中央壁212和盖31的凹部312的内部表面之间。

由此，密封垫片51确保管道11/盖31和盖31/集管器21连接的密封性。

此外，管道11与第一集管箱41机械地组装，以便防止通过热传递流体的加压效果而导致的密封垫片51、集管器21和盖31构成的组件相对于管道11的滑动。

此外，该类型的机械组件使得可以在热交换器1的安装和使用时防止管道11移动。

如图4所示，该类型的机械组件通过在集管器21的凸缘214的外部壁的周边实施多个加强件215而获得。

这样的加强件215足够深，以使凸缘214的内部壁和导管11的外部壁变形，而没有由此阻挡导管11的其中一个通道111。

这由此以点特定的方式减小在凸缘214处的开口210的厚度，以便阻挡管道11的任何平移移动，且由此使管道11在盖31的腔室316中的纵向定位固定。

该管道止挡就管道在集管器上的机械保持来说是简单可靠的解决方案。

其特别适于挤出管道。

此外，热交换器的部件之间的机械连接部与密封区域分离。

图3和4示出集管器21在盖31上的机械组装的第一方案。

如之前所述的，集管器21承载卡固配合齿216、217、218、219，所述卡固配合齿被设计为容纳在盖31的脚311的沟槽313、313’中。集管器由此通过卡固配合固定到盖上。

集管器21在管道11和盖31之间产生机械连接。其还将密封垫片51在盖31中保持在位，且通过垫片51的挤压确保集管箱41在盖31/集管器21连接部处的密封。

图5示出集管器21在盖31上的机械组装的第二方案。

在该实施例中，集管器21的相对翅片是平的，且由此没有承载卡固配合齿。

为了将集管器21固定到盖31上，盖31的相对翅片213、213’的纵向端部折叠在盖31的脚311的沟槽313、313’中。集管器由此通过压接固定到盖。

图6的视图(a)至(d)示出特定实施例，其中，盖31包括用于流通热传递流体的两个导管。

在视图(c)和(d)中，间隔分隔件314——直的或弯曲的——在盖31的轮廓部中挤出，以便形成第一导管和第二导管，后者能够用作热传递流体的传递部或返回通道，以便将用于热传递流体的入口和出口定位在热交换器的同一侧。

在视图(a)和(b)中，与盖31毗邻的第二导管31’被共挤出，以便形成返回、传递或旁通通道。

第二导管31’的直径以及相对于盖31的定位可变化。

通道之间的连通开口可通过机加工或通过切割制造。

在图7的示意图中，第二导管31’与盖31并置。通过机加工或通过切割形成的流体连通开口315允许热传递流体从第一导管朝向第二导管流通，和/或反之亦然。

用于制造热交换器的方法

现在给出用于制造根据本发明的热交换器的方法的例子的描述。

在第一步骤中，管道11的其中一个端部与可调整、可移除止挡件接触，以便界定管道11的被设计为插入到集管箱41中的部分。

当管道11的端部与该止挡件接触时，至少一个保持元件压靠管道11，以便使其固定。

在第二步骤中，集管器21/密封垫片51组件被布置在装配头中。

装配头使得可以将密封垫片51的基部510抵靠集管器21的中央壁212定位，且将集管器21的第一开口210与密封垫片51的孔520对齐。

优选地，利用插入到密封垫片51的孔520中以及集管器21的第一开口210中的冲头，获得对齐。在制造方法的下一步骤中，该类型的定位器件使得可以避免密封垫片51从集管器21掉落。

在第三步骤中，集管器21/密封垫片51组件被用力插入到管道11的端部上，从而管道11的端部横穿集管器21的第一开口210，且然后横穿密封垫片51的孔520，且延伸超过套筒510。

在第四步骤中，集管器21/密封垫片51组件通过压接、焊接或粘结性结合而固定到管道11。

例如，施加到集管器21的凸缘214的机械应力形成凸缘214的内部壁朝向管道11的一个或多个变形部，从而凸缘214的内部壁穿入管道11的外部壁。

被施加的机械应力被确定为使得，凸缘214的内部壁的变形部没有导致导管11的其中一个通道的关闭。

在第五步骤中，盖31被用力插入到密封垫片51上，从而套筒11穿过盖31的第二开口310，直到基部510压靠盖31的凹部312的内部表面。

由此，套筒511确保管道11和盖31之间以及盖31和集管器21之间的密封性。

在第六步骤中，在行程结束时，集管器31机械地组装(通过卡固配合或压接)到盖21上。

在优选实施例中，组装通过集管器21的翅片213、213’承载的卡固配合器件216、217、218、219实现，所述卡固配合器件插入到盖31的沟槽313、313’中。

在替换实施例中，组装通过将集管器21的相对翅片213、213’的纵向端部折叠在盖31的沟槽313、313’中而实现组装。

同样的步骤被实施，以将其他管道11与第一集管箱41组装，且将管道11的其他端部与第二集管箱42组装。

这些步骤优选地在管道11的两侧同时实施。

由此，热交换器1的组件的机械组装相对容易，且使得可以获得其中有热传递流体流通的集管箱41、42内的满意水平的密封度。

由此不需要依赖钎焊来确保根据本发明的热交换器在压力下的机械性能或其密封性，这确保了管道11的平表面的平面度。

因而，热交换器的管道和电能存储单元之间的热交换(当热交换器被设计为热调节一个或多个电池时)被优化。

其他方面和变体

应注意，在一个应用中，取决于条件和需要，本发明的热交换器可用于加热或冷却一个或多个电池，以便调节其温度。

通过热交换器的热传递流体可在该情况下吸收由所述一个或多个电池发出的热，以便冷却它们，或者取决于需要，其可将热贡献给它们，如果所述一个或多个电池的温度不足以它/它们适当地运行。

根据需要，该类型的热交换器可还用作车辆中的散热器。

除了根据本发明的热交换器的部件的机械组装使得可以不使管道的机械性能降级且提高与电池接触(或面向其)的管道表面的平面度之外，与通过钎焊组装的现有技术的热交换器相比，这样的方案提供了其他优点。

本发明的方案由此使得可以防止由与冷却液体反应的残余钎焊料通过使其凝胶化和抗蚀性能降级导致的内部污染，由于管道通道的堵塞，这可导致冷却器(热交换器)的热性能的降低。

机械组装此外使得可以使用通过模制塑料产生的复杂形式的盖，这允许盖容易地连接至冷却环路和其固定(与需要金属管路和固定片附加在由挤出铝、铸铝或轧制铝制成的盖上的钎焊交换器不同)。

此外，盖或水箱可由铝材料(例如3003类型)，或由塑料(例如pa66gf30类型)制成。铝材料使得可以设计薄的部件。

塑料材料使得可以容易地制造复杂的形式，由此有助于冷却器固定到电池壳体和管路的连接部上。

管道——优选地由挤出铝制成——可切割至期望的长度。

管道可具有其他横截面形式，诸如圆形或卵形横截面。

在变体实施例中，多通道管道被电焊，但是在该情况下在通道之间不具有加强腿。

用于热传递流体的流体入口和出口连接部可分别被布置在两个集管箱的每个上(如在前述实施例中那样)，或替换地在同一个集管箱上。

在该变体中，流体连接部基本上在纵向轴线上定心在集管箱的一个上，且通过轧制制造，且然后通过钎焊、粘结性连结、焊接或使得可以固定它们且确保其密封性的任何其他方式连接。

机械组装此外使得可以减小管道的材料厚度，且减小管道通道中分隔件的数量。

此外，密封垫片可包括一个或多个套筒。

对于集管器中的多通道管道的压接的替换，可以设想：

-利用激光束，集管器凸缘直部分在多通道管道上的透明焊接(多通道管道的壁可局部地在要被焊接的区域中是厚的，以便辅助该操作)；

-利用磁脉冲技术，集管器凸缘在多通道管道上的约束；

-集管器凸缘和多通道管道之间的粘结性连结。

对于盖的铝挤出的替换，可以设想有挤出塑料制造这些盖。

显然，本发明不限于上文中描述的和仅通过示例提供的实施例。

其涵盖本发明背景下本领域技术人员可以想到的各种变化例、替换形式和其他变化例，尤其是上述不同实施例(可单独或结合地考虑)的所有组合。