电子模块、用于对其进行调温的调温装置和方法与流程

本公开涉及一种用于对电子模块、尤其是电池模块或电动马达进行调温的调温装置。

此外，本公开涉及一种具有根据本公开的调温装置的电子模块、尤其是电池模块或电动马达。

此外，本公开涉及在使用根据本公开的调温装置的情况下对电子模块、尤其是电池模块或电动马达进行调温的方法。

背景技术：

ep3056847a1中公开了借助使调温介质在主体周围进行流动的装置对主体进行调温。该已知装置的特征是，调温装置包括至少一个由金属带缠绕的带状金属软管，带状金属软管布置在主体的侧面上并且至少局部地包围侧面。带状金属软管在其造型内部形成用于调温介质的螺旋状的有效流动空间。因为带状金属软管的结构不是完全流体密封的，所以设有用于密封的额外的外管。

在前述现有技术中已经证实不利的是，在冷却应用的情况下，待排走的热量必须部分地通过带状金属软管的壁部排出，该壁部甚至局部地构造成双层的。所需的具有外管的多部件方案导致相对高的材料和成本费用。此外，通过单个长流动通道的流动引导也引起相对高的压力损耗。

为了避免前述问题，对于待调温的(即，待加热或待冷却的)主体来说通常需要调温装置，借助调温装置可在尽可能低的或可限定设置的压力损耗以及尽可能没有质量流转差率的情况下进行均匀且有效的调温，同时能够降低材料和成本费用。

技术实现要素：

根据本公开，该目的通过具有方案1的特征的调温装置、通过具有方案15的特征的电子模块以及通过具有方案16的特征的方法来实现。

根据本公开的思想的有利改进方案是从属方案的对象。

根据本公开的用于对电子模块、尤其是电池模块或电动马达进行调温的调温装置，所述调温装置包括：具有内部空间的外罩，该外罩包括管状的壁区段，该外罩被构造成用于除了电子模块的电连接触头和/或从动轴以外基本完全地容纳电子模块；位于管状的壁区段中的至少一个结构化区域；用于调温流体的、通往内部空间的至少一个输入管路；以及至少一个用于调温流体的输出管路，其中在至少一个结构化区域中外罩具有多个离散的造型区域，离散的造型区域至少部分地和/或至少局部地横向于管状的壁区段的纵轴线延伸，输入管路在内部空间中通往第一分配和收集区段，输出管路从外罩的内部空间中的第二分配和收集区段中导出或分出，其中部分的离散的造型区域在其相应的第一和第二端部区段处于相应的走向连续改变的情况下，过渡到外罩的第一分配和收集区段中或第二分配和收集区段中。

在此，术语“电子模块”一般表示待调温的主体，主体被供给电能或提供电能并且其相应地具有电连接触头(卡夹)。此外，在电动马达的情况下还可存在从动轴。

分配和收集区段优选可构造成直管区域，因此外罩在该直管区域中完全没有特殊的结构。出于流动引导的原因，这是有利的；但是本公开不限于这种设计方案。

根据本公开的调温装置用于基本上完全容纳这种电子模块。在上下文中，“基本上完全”是指，至少电子模块的电连接触头和/或从动轴可从外罩中伸出，以尤其施加电连接管路或可利用电动马达产生的驱动力。所述外罩包括管状的壁区段，这意味着该壁区段在圆周上被构造成闭合的。在管状的壁区段中有至少一个结构化区域，在结构化区域中外罩具有多个离散的、即单独的造型区域。所述造型区域至少部分地和/或至少局部地横向于管状壁区段的纵轴线延伸。至少部分的离散的造型区域在其相应的第一和第二端部区段处于相应的走向连续变化的情况下，过渡到外罩的第一分配和收集区段中或第二分配和收集区段中。在上下文中，“在连续变化的情况下”是指，该走向从横向于管状壁区段的纵轴线到分配和收集区段的延伸是逐渐变化的。由此应避免不受控制的涡流形成，这限制了压力损耗并且改进了调温效果。此外，根据本公开的调温装置还包括用于调温流体的输入管路，输入管路通往第一分配和收集区段。最后还有用于调温流体的输出管路，该分支从第二分配和收集区段中导出或分出。因此，调温流体经由输入管路到达第一分配和收集区段中并且从此处被引导至结构化区域或离散的造型区域。在流过这些区域之后，调温流体到达第二分配和收集区段中并且从此处进入所述输出管路。以这种方式实现了用于调温流体的质量流分配，调温流体环绕离散的造型区域和/或在其之间通过。结果是使得压力损耗受控并且改进了调温效果。

由于根据本公开的调温装置与已知的(金属)波纹管类似，所以根据本公开的实现方案也可称为“冷却波纹管”或一般称为“调温波纹管”。因为其制造所需的机械和工艺是已知的，所以还实现了简单的并且因此成本有利的可制造性。无需额外的外部密封。

根据本公开的用于借助根据本公开的调温装置对电子模块、尤其是电池模块或电动马达进行调温的方法，包括：调温流体，优选水、可选地具有添加物的水、油或电介质，例如3m^tmnovec^tmhigh-tech流体，经由输入管路通过外罩的管状的壁区段的结构化区域中的内部空间被引导至输出管路。在该过程中，在离散的造型区域的区域中，如已经描述的那样，有针对性地引导调温流体的流动。

根据本公开的调温装置的改进方案被设置成，调温流体在输入管路的区域中的第一分配和收集区段中的主流动方向和/或在输出管路的区域中的第二分配和收集区段中的主流动方向基本上分别平行于管状的壁区段的纵轴线。以这种方式，在相应降低结构空间的情况下调温流体可轴向平行地导入第一分配和收集区段中或从第二分配和收集区段中导出。

相应地，在根据本公开的调温装置的另一改进方案中，可进行如下设置，也即输入管路和/或输出管路基本上分别横向于管状的壁区段的纵轴线定向。

根据本公开的调温装置的另一改进方案可设置成，管状的壁区段具有两个优选彼此径向相对的结构化区域和两个优选彼此径向相对的分配和收集区段。由此可实现相对于电子模块的圆周尽可能均匀的冷却效果。但是本公开不限于这种设计方案：例如可能有利的是，分配和收集区段彼此径向不相对，而是共同布置在电子模块的一侧上。电子模块的一侧上的离散的造型区域此时在比电子模块的另一侧上的离散的造型区域明显更长的区段上延伸。因此，可有针对性地影响调温效果。例如，电动马达的功率电子设备可布置在较短区段的区域中，以有针对性地优化此处的调温效果。

根据本公开的调温装置的另一改进方案设置成，离散的造型区域(也称为“造型”)被构造成外罩的凸起区域或凹入区域。对此，无需使造型(可替代地也称为“鳍针”)始终实施直至电子模块的侧面(外表面)；该侧面也仅可呈现为在外部的管状的壁区段和内置的电子模块之间的有效自由空间的变窄、即通道高度的(局部)减小。由此可反映出用于调温流体围绕电子模块流动的节流功能。此外，由此实现了加强，以加固外罩的(板)材料。通道高度的减小还引起调温流体的流动速度的提高，这又影响边缘层的形成以及影响热传递性能。代替或除了向内的例如凹部或凹坑形状的造型，也可设置向外的(通道高度增大的)造型。

根据本公开的另一改进方案设置成，其中至少一些离散的造型区域的宽度构造得相对更长并且优选具有基本恒定的横截面。由此基本涉及纵向延伸的波或波纹，如从波纹软管或波纹管中已知的。

根据本公开的另一改进方案设置成，一些离散的造型区域被构造成直线的或弯曲的并且这优选至少形成在其第一和第二端部区段的区域中。所述区域的形状可用于有针对性地影响流动。

根据本公开的另一改进方案设置成，其中至少一些离散的造型区域被构造成水滴形状或流线型区域或所谓的naca造型，例如naca-0015。naca造型是用于飞机翼型的翼型造型的二维横截面，其是由国家航空咨询委员会(naca)制定的翼型设计(英语“airfoildesign”)，参见de.wikipedia.org/wiki/naca-profile。因此环流参数简单得知并且可有针对性地选出，以引起期望的流动性能。

naca造型是原始造型的变型。naca已经针对不同naca造型建立了多种造型表(naca目录)，用于造型的标准化描述。这些表包含不同调节角的几何数据和造型值(升力系数ca，电阻系数cw和力矩系数cm)。这些认知可在本公开中使用。naca造型优选通过调温流体涌流，使得其较厚的端部布置在上游。

通过引入导流造型(例如naca-0015)，可在相比于平行流过的通道而言压力损耗大量提高的情况下实现明显提高的热传递性能。

根据本公开的调温装置的另一改进方案设置成，在调温流体的流动方向上，至少一些相对长的区域和至少一些水滴形、流线型或naca造型区域基本上沿流动方向依次布置。由此可有针对性地影响调温流体的流动以及调温效果。也可错开地布置造型(“以缺口”)。

根据本公开的调温装置的另一改进方案设置成，在调温流体的流动方向上，至少一些相对长的区域和至少一些水滴形、流线型或naca造型区域基本上彼此平行地布置。这也使得能够有针对性地影响流动性能以及调温效果。

根据本公开的调温装置的另一改进方案设置成，相对长的区域限定曲折的流动通道，在流动通道中水滴形、流线型或naca造型区域基本上依次布置。由此相对长的区域可有效地加长流动通道，而水滴形、流线型或naca造型区域有针对性地形成在其流动通道之内的流动。

根据本公开的调温装置的另一改进方案设置成，管状的壁区段具有圆的、特别是正圆的或椭圆形的横截面，并且优选地被一件式地构造或者由至少两个半壳组成。对此，两个半壳可通过分配和收集区段中的材料锁合连接而构成。提及的圆形、特别是正圆形或椭圆形的调温装置横截面特别适合容纳电子移动领域中目前使用的电池电芯或电池模块的旋转对称的常见几何结构。如果管状的壁区段由半壳构成，则这些半壳可作为尖端的深冲件特别成本有利地制成。

根据本公开的调温装置的特定改进方案设置成，输入管路和输出管路布置在管状的壁区段的共同端部上。这可尤其引起调温装置的特别简单的连接。

然而，在根据本公开的调温装置的另一改进方案中设置成，输入管路和输出管路布置在管状的壁区段的不同端部。由此可实现均匀的调温效果。

然而，在根据本公开的调温装置的另一改进方案中可设置成，输入管路和/或输出管路相对于壁区段的纵向延伸而布置在管状的壁区段的中间区域中。由此也可有针对性地影响调温效果。

为了进一步改进调温效果，在根据本公开的调温装置的另一改进方案中可设置成，外罩具有至少位于一个端侧(优选除了电连接触头或从动轴的贯穿部)上的封闭管状的壁区段的端壁区段。该端壁区段可包括至少一个另外的结构化区域，在该另外的结构化区域中外罩具有多个所述类型的离散的造型区域。端侧的结构化区域可合并到相对应的第一分配和收集区段或第二分配和收集区段中。以这种方式，通过端侧的调温装置来补充根据本公开的调温装置，其中端侧的调温装置基本类似于管状的壁区段中的调温装置来构造，以进一步改进调温效果。

根据另一方面，本公开也涉及一种电子模块、尤其是电池模块或电动马达，其具有根据本公开的调温装置。如上所述，电子模块容纳在管状的壁区段中并且同时可至少在结构化区域中邻接相应的管状的壁区段，但是本公开不限于此。为了尤其防止调温介质的质量流转差率并且还为了加固容纳的电子模块，还可额外地设置成，电子模块和调温装置在至少一个区域中彼此固定连接，尤其通过结构化区域中位于凹陷部或凹陷区域中的材料锁合进行连接。由此，特别是在电池电芯变形中，这可通过化学和热影响来抵消。

用于制造根据本公开的调温装置的优选方法是液压成形的。这里，可能的方法步骤为：

1.制造相对厚壁的电子模块壳体；

2.翻扣(可能在热辅助下)由金属(钢)构成的具有液压接口的薄壁套筒；

3.(位于末端)密封焊接在模块壳体和套筒之间留有的两个环形间隙，并且例如通过卷缝或激光焊缝在套筒上形成流动导线和/或热传递鳍(根据本公开的离散的造型区域)；

4.通过薄壁壳体的自由液压成型、经由液压接口(可能在用于承载的内壳的支撑下)形成冷却通道(流动空间或流动通道)；

5.液压接口优选也在操作期间形成用于耦入和耦出调温流体流的端口(输入管路/输出管路)。

电动马达(即可能的电子模块)的已经安装的定子可用于支撑内壳。同样，可以以所述方式借助不同的通道成型(流动空间)来制造调温装置。因此实现了成本有利的单件或小量制造以及变型改进方案。

另外，在(冷却)套筒和待调温的主体(电子模块)之间的(例如材料锁合的)连接的情况下，可加固整体结构，这提高了固有频率。

附图说明

根据附图从下面对实施例的描述中得到本公开的其他特征和优点。

图1示意性地示出了根据本公开的调温装置和容纳在其中的电子模块；

图2在纵剖面图中示出了在本公开的对象中的经造型的离散区域的不同构造方案；

图3示出了根据本公开的调温装置中的管状的壁区段处于开卷状态的实施方式；

图4示出了根据本公开的调温装置中的管状的壁区段处于开卷状态的另一实施方式；

图5示出了根据本公开的调温装置中的管状的壁区段处于开卷状态的另一实施方式；

图6示出了根据本公开的调温装置中的管状的壁区段处于开卷状态的另一实施方式；

图7示出了根据本公开的调温装置中的管状的壁区段处于开卷状态的另一实施方式；

图8示意性地示出了用于制造根据本公开的调温装置的方案。

具体实施方式

图1示意性地示出了根据本公开的调温装置，根据说明书的介绍部分中的实施方式，调温装置可称为“冷却波纹管”或一般称为“调温波纹管”。整个调温装置用附图标记10表示。调温装置具有包括多个离散的造型区域的结构化区域10a，为了清楚起见，图2中没有示出多个离散的造型区域(参见图2)。调温装置10在其表面(侧面)20’的区域中包围待调温的主体20(在此为具有连接触头20a、20b的所谓的电子模块，连接触头部分从调温装置10中引出)。在这种情况下，在一个实施方式中，调温装置10在具有造型的区域中贴靠在表面20’上并且在此可尤其材料锁合地固紧。由此，可抑制提及的质量流转差率；此外，调温装置10与待调温的主体20的材料锁合连接会导致后者的加固，这尤其在主体20实施成电池模块或电池电芯的形式(特别是棱柱形的、深冲或挤压的电池杯的形式)的情况下是有利的以及可期望的。相反，主体20也可用于加固调温装置10。

在本公开的上下文中，调温介质或调温流体tf经由输入管路13和输出管路14通过限定在主体表面20’和调温装置10的内侧之间的内腔或流动空间4进行引导。然而，不同于现有技术，流动空间4不是单个的连续的螺旋形流动空间，而是多个尤其是并联的流动空间，这将在下面进行详细描述。由此，可有针对性地改进调温效果，并且降低压力损耗。此外，外罩11在其端侧的边缘区域中以及额外地也在输入管路13和输出管路14之间如此(优选材料锁合地)与表面20’连接，使得仅可根据预定的图案使调温流体tf流过流动空间4(在图1中通过点划线箭头表示)，并且不是直接从输入管路13流至输出管路14而没有有效地在电子模块20周围有效流动。

附图标记l表示由调温装置10和电子模块20构成的纵轴线。

图2以纵剖面的形式示出了根据本公开的调温装置(调温波纹管)10及其容纳的电子模块20。这里，电子模块20的电连接触头未示出。附图标记11表示调温装置10的外罩，该外罩被构造成使得除了连接触头之外完全地容纳电子模块20。调温装置10或外罩11包括已经根据图1示出的管状壁区段10a和结构化区域，在结构化区域中外罩11或调温装置10具有多个离散的造型区域，图2中仅象征性地示出了附图标记①、②和③或10b中的几个。这些造型区域被构造成不同的：区域①是凹陷部(凹槽、凹窝、回缩部)，而区域②构造成隆起部。区域③又构造成凹陷部并且如此深地实施，使得外罩11接触表面20‘并且可固定在此处。附图标记表示输入管路13或输出管路14。在图2中，附图标记12.1、12.2表示第一或第二分配和收集区段，其中分配和收集区段与输入管路13或输出管路14直接接触。调温流体从输入管路13通过分配和收集区段12.1、12.2到达流动空间4中或从流动空间4直达输出管路14。

图3示出了外罩11或结构化区域10a处于开卷状态的实施方式。箭头示出了纵向方向(长度)和周向方向(圆周)。结构化区域10a包括多个离散的造型区域(“造型”)10b，造型被构造成naca造型或水滴或流线型。只有少部分的造型被明确表示。造型10b(除了图3中上部和下部示出的末端/起始区段，其在图3中用附图标记10d或10e表示)基本上横向于管状的壁区段10a的纵轴线延伸。造型10b在过渡到对应的分配和收集区段12.1、12.2中时的相应走向在所述末端/起始端部10d、10e处改变。相应的走向如此持续变化，使得造型10b弯曲到相应的分配和收集区段12.1、12.2中，从而其走向接近相应的分配和收集区段12.1、12.2的走向或纵向延伸。此外，造型高度可逐渐地减小至零。在它们之间，造型10b基本上构造成直的(沿圆周方向)。造型以规则的行布置，其中，行至行的造型彼此错开(以间隙)布置。

附图标记13表示调温流体tf的输入管路，其中，对应的箭头表示调温流体的质量流。附图标记14相应地表示用于调温流体tf的输出管路。输入管路13通入第一分配和收集区段12.1中，而输出管路14从第二分配和收集区段12.2中导出或分出。因此，第一分配和收集区段12.1也称为纯粹的分配通道，并且第二分配和收集区段12.2称为纯粹的收集区段，但是在此以及后面没有进行区分。在图3中，输入管路13和输出管路14分别大致布置在外罩11的纵向延伸的中间。

图4示出了外罩11或结构化区域10a处于开卷状态的替代实施方式。箭头再次表示纵向方向(长度)和周向方向(圆周)。结构化区域10a包括很少数量的离散的造型区域(“造型”)10b以及多个纵向延伸的波形的造型10c(比宽度明显更长，优选具有恒定的横截面)，这些造型区域被构造成naca造型或水滴或流线型。只有少部分的造型10b、10c被明确表示。造型10b、10c(除了图4中上部和下部示出的末端/起始区段，其在图4中用附图标记10d或10e表示)基本上分别横向于管状的壁区段10a的纵轴线延伸。造型10b、10c在过渡到对应的分配和收集区段12.1、12.2中时的相应走向在所述末端/起始端部10d、10e处改变。相应的走向如此持续变化，使得造型10b、10c弯曲到相应的分配和收集区段12.1、12.2中，从而其走向接近相应的分配和收集区段12.1、12.2的走向或纵向延伸。此外，造型高度可逐渐地减小至零。在它们之间，纵向延伸的造型10c基本被构造成直的(沿圆周方向)。造型以规则的行布置，离散的造型10b仅位于输入管路13和输出管路14的区域中。在图4中，输入管路13和输出管路14布置在外罩11的对角线相对的角部中。

图5示出外罩11或结构化区域10a处于开卷状态的另一替代实施方式。该实施方式是图3和图4的实施方式的组合。箭头再次表示纵向方向(长度)和周向方向(圆周)。结构化区域10a包括多个离散的造型区域(“造型”)10b以及位于它们之间的多个纵向延伸的波形的造型10c(比宽度明显更长，优选具有恒定的横截面)，这些造型区域构造成naca造型或水滴或流线型。只有少部分的造型10b、10c被明确表示。造型10b、10c(除了图5中上部和下部示出的末端/起始区段，其在图5中用附图标记10d或10e表示)基本上分别横向于管状的壁区段10a的纵轴线延伸。造型10b、10c在过渡到对应的分配和收集区段12.1、12.2中时的相应走向在所述末端/起始端部10d、10e处改变。相应的走向如此持续变化，使得造型10b、10c弯曲到相应的分配和收集区段12.1、12.2中，从而其走向接近相应的分配和收集区段12.1、12.2的走向或纵向延伸。此外，造型高度可逐渐地减小至零。在它们之间，纵向延伸的造型10c基本构造成直的(沿圆周方向)。造型以规则的行布置，离散的naca造型10b位于纵向延伸的造型10c之间的区域中。在图4中，输入管路13和输出管路14布置在外罩11的对角线相对的角部中。

图6示出外罩11或结构化区域10a处于开卷状态的另一替代实施方式。箭头再次表示纵向方向(长度)和周向方向(圆周)。结构化区域10a包括多个离散的造型区域(“造型”)10b以及位于它们之间的多个纵向延伸的波形的限定曲折的流动通道4的造型10c(明显长于宽度，优选具有恒定的横截面)，这些造型区域构造成naca造型或水滴或流线型。只有少部分的造型10b、10c被明确表示。造型10b、10c基本在管状的壁区段10a的纵轴线的方向上延伸。造型10b、10c在过渡到对应的分配和收集区段12.1、12.2中时的相应走向在所述末端/起始端部10d、10e处改变。相应的走向如此持续变化，使得造型10b弯曲到相应的分配和收集区段12.1、12.2中，从而其走向接近相应的分配和收集区段12.1、12.2的走向或纵向延伸。此外，造型高度可逐渐地减小至零。在它们之间，纵向延伸的造型10c基本构造成直的(沿圆周方向)。造型以规则的间距布置；离散的造型10b位于纵向延伸的造型10c之间的区域中。在图6中，输入管路13和输出管路14布置在外罩11的对角线相对的角部中。

图7示出了与图5类似的实施方式，但是这里缺少纵向延伸的造型10c(参见图5)。相对于图5，纵向方向和周向方向交换。输入管路13和输出管路14之间的分割线(在外罩11卷成管之后)弯曲地延伸，不完全如图2所示。这原则上可在所有实施方式中实现。

此外，所有示出的实施方式的共同之处还在于，在附图标记13处流入的调温介质相应地从用作一种分配器的第一分配和收集区段12.1、12.2中通过围绕电子模块20的流动空间，然后再次收集在分配和收集区段12.1、12.2中。然后在附图标记14处输出。因此，电子模块20周围的流动发生在多个平行的流动通道4中。造型10b、10c在第一和第二端部区段10d、10e中的弯曲和造型10b、10c的几何构型本身避免或控制了涡流和湍流的形成，这有助于使压力损耗最小并且改进调温效果。

图8示意性地示出了通过液压成型制造根据本公开的调温装置的方案。

在此可能的方法步骤是：

1.制造或提供相对厚壁的电子模块壳体21；

2.翻扣(可能在热辅助下)由金属(钢)构成的具有液压接口(未示出)的薄壁套筒11(外罩)；

3.(位于末端)密封焊接在模块壳体21和套筒11之间留有的两个环形间隙(这在图8中显示为图像插入)，并且例如通过卷缝或激光焊缝(在附图标记30处象征性地示出)在套筒上形成流动导线和/或热传递鳍(根据本公开的离散的造型区域)；

4.通过薄壁壳体(套筒11)的自由液压成型(膨胀)经由液压接口(可能在用于承载的内壳的支撑下)形成冷却通道(流动空间或流动通道)，这在附图中借助箭头象征性示出；附图标记40表示引入套筒11和模块壳体21之间的(液压)介质；

5.液压接口优选也在操作期间形成用于耦入和耦出调温流体流的端口(输入管路/输出管路13、14——参见上面)。