电池冷却模块和装置以及相应的电池的制作方法

1.本发明涉及集成有温度调节或控制装置的电池组型的自主电能源(特别是汽车车载自主电能源)的领域，并且本发明的目的是用于这种电池的单元的冷却模块、包括这种模块的电池组以及包括至少一个这种电池组的混动或电动汽车。


背景技术：

2.混动/电动汽车配备有用于存储运行所需的电能的电池。目前面临的问题是需要对还被称为“电池包”的电池组的设计进行优化，以便从该电池组获得使用寿命(充电/放电)和续航里程方面的最佳性能。
3.在理想情况下采用的电池需要在10℃和30℃之间的温度下运行，特别是例如锂离子或锂聚合物类型的高存储密度电池。温度过低会影响续航里程，而温度过高会影响电池使用寿命。因此，有必要对这种电池的温度进行最佳调节。
4.在车载应用的背景下，存在空气冷却的电池解决方案，但是热交换仍然有限。目前的趋势是使用传热流体以便改善热交换并且提高调节的有效性。
5.此外，容纳这些电池的壳体目前可以直接由汽车的一部分形成，或者包含在形成在该汽车的结构部分中的空腔中。然而，这些解决方案在布局方面不是十分灵活，并且使维护变得困难。因此，具有未集成到汽车结构中的自主电池包的解决方案将是优选。
6.在现有技术中存在许多设计：这些设计使用金属(钢、铝等)方案，经由软管将传热流体分配至设置在电池包内部的冷却板，在冷却板上放置组合有电池的单元或元件的模块。
7.这导致了由大量部件组装形成的复杂结构，使得在生产期间必须生产大量的专用管道的密封连接件(该密封连接件的耐老化性可能存在问题)，并且构成了在热效率方面未得到优化的庞大多部件结构。
8.此外，这些已知解决方案的电池组的外壳由金属(优选为铝)制成，该外壳不能将电池包与外部环境热隔离和电隔离，还具有较高单位成本并且会被腐蚀。
9.此外，在传热液体泄漏至外壳内部的情况下，这些已知的解决方案中没有提供有效措施来保护电池。
10.根据以本技术人名义提交的法国专利申请fr 3062749和fr 3062521，已知集成有冷却装置和直接在外壳主体中循环/分配传热流体的装置的电池组。虽然这种电池组能够克服上述限制，但是这些电池组具有固定结构，无法适配，并且不适合与现有外壳一起使用。此外，形成外壳的部件可能具有较大尺寸和复杂结构。
11.从文献fr 3003938中已知一种用于电池的传热板，该传热板具有基于塑料材料的主体，在该主体上安装有金属板，传热流体循环通道形成在基本主体中以与金属板一起形成封闭管道。
12.通过机械固定、模压或通过使用中间连接部件使连接上述管道的单独连接器紧固至金属板，其中在该单独连接器和金属板之间具有密封件。
13.除专用紧固、冷却方面的可用面积损失以及直接和单独暴露于外部侵害之外，这些连接器的布置导致从上方与流体供给和排出管道连接，这种布置可能会干扰电池的单元/模块的电连接装置。
14.最后，从文献wo 2019/046012中已知一种具有多个冷却板的电池冷却系统，通过一对管状弯头连接器使该冷却板中的每一个与铝挤压件形式的共同传热流体供给和排出管线连接，该共同传热流体供给和排出管线包括连接有连接器的两个纵向腔室。
15.这导致大量单独连接器的复杂布置并且在所有冷却板上布置强制性构造。


技术实现要素：

16.本发明的目的是至少克服上述现有技术的主要限制。
17.本发明的目的是提供一种用于电池(特别是混动或电动汽车电池)的单元或一个或多个模块的冷却模块，该冷却模块包括优选为矩形形的状复合板形式的主体，并且该主体集成有用于传热流体循环的至少一个回路，该回路具有流体入口和流体出口，该复合板包括基板和至少一个盖板，基板由具有低导热率的刚性材料制成并且在该基板中形成有通道阵列，至少一个盖板由具有高导热率的材料制成并且安装在基板上并且形成至少周边密封件，至少一个盖板通过与基板的通道配合形成一个或多个回路的一个或多个管道或一个或多个管道段，并且至少一个盖板旨在与待冷却的电池单元或电池的至少一个模块进行面接触，[盖板/一个或多个管道的回路]组件中的每一个形成温度受控接纳点，
[0018]
其中，该模块还包括沿复合板横向侧中的一侧的突出结构，该突出结构相对于所述复合板倾斜，该突出结构集成有分别连接至复合板的一个或多个管道的回路或回路中的每一个的流体入口和流体出口的供给管道部和排出管道部，该突出结构由低导热率材料制成，并且该突出结构的至少一部分与主体的基板制成为一体，该至少一部分优选为包括与供给管道部和排出管道部相对应的通道的主要部分。
[0019]
本发明还涉及一种冷却装置，该冷却装置包括至少两个上述模块、集成有与上述类型的冷却模块的电池组以及包括至少一个这种电池的汽车。
附图说明
[0020]
通过以下涉及由非限制性示例提供并且参照所附示意图解释的优选实施例的描述，将更好理解本发明，其中：
[0021]
图1a和
[0022]
图1b是根据本发明的第一实施例的冷却模块的透视和截面示意图；
[0023]
图2是图1b中的细节a的不同比例视图；
[0024]
图3a和
[0025]
图3b是处于分解状态(3a)和组装状态(3b)的电池冷却装置的俯视图，该电池冷却装置包括如图1a和图1b所示的四个模块；
[0026]
图4和
[0027]
图5是图1a和图1b的模块的变型实施例的透视图；
[0028]
图6a、
[0029]
图6b和
[0030]
图6c分别是根据本发明的另一实施例的冷却模块的从上方观看的透视图(6a)、从下方观看的透视图(6b)和截面图(6c)；
[0031]
图7a和
[0032]
图7b是图6c中的细节b和细节c的不同比例的视图；
[0033]
图8是图7a中所示的细节b的透视图；
[0034]
图9是图6中所示的冷却模块的分解图；
[0035]
图10a和
[0036]
图10b是从两个不同角度观看的同时形成图6和图9中的冷却模块的基体和基板的一体模制件的透视图；
[0037]
图11是根据本发明的冷却装置的透视图，该冷却装置由四个图6和图9所示的冷却模块的机械和流体组件形成；
[0038]
图12a、
[0039]
图12b和
[0040]
图12c是图11的配备有八个电池模块的冷却装置的从不同角度观看的透视图(图12a和图12b)和从上方观看的透视图(图12c)(在图12c中，在与放置电池模块的平面平行的平面上切割供给管道)；
[0041]
图13是图12c中的细节d的不同比例的视图；
[0042]
图14是示出了由电池模块和冷却装置形成并且在图12中示出的组件安装在保护外壳(此处，是两部式外壳的底部托盘，而顶部封闭盖未示出)中的透视图；
[0043]
图15a和
[0044]
图15b是由图14的安装操作产生的电池组的从上方观看的透视图(15a)和俯视图(15b)；
[0045]
图16a是在设置有电池模块并且图12b中示出的冷却模块在方向z上的正视图，其中模块的突出结构的互补板被移除，并且
[0046]
图16b是图16a中的细节e的不同比例的视图。
具体实施方式
[0047]
图1至图9以不同的结构变型的形式示出了用于特别是混动或电动汽车电池的电池2'的单元或模块2的冷却模块1，该冷却模块1包括优选为矩形的复合板形式的主体3，并且该主体3集成有用于传热流体循环的至少一个回路4，该回路4具有流体入口5和流体出口5'，该复合板3包括基板6和至少一个盖板8，基板6由具有低导热率的刚性材料制成并且在该基板6中形成有通道7阵列，至少一个盖板8由具有高导热率的材料制成并且在具有至少周边密封件9的情况下安装在基板6上，至少一个盖板8与基板6的通道7配合来形成一个或多个回路的一个或多个管道4或管道段4'，并且至少一个盖板8旨在与待冷却的电池2'的单元或至少一个模块2进行面接触，每个[盖板8/管道4的回路]组件形成温度受控接纳点1'。
[0048]
根据本发明，所述模块1还包括沿复合板3的横向侧3'中的一侧的结构10，该结构10相对于所述复合板3突出并且倾斜，并且该结构10集成有分别连接至复合板3的管道4的回路中的每一个的流体入口5和流体出口5'的供给管道11和排出管道11'的部分，该结构10由低导热率材料制成，并且该结构10的至少一部分(优选包括与供给管道11和排出管道11'
部分相对应的通道11
″
的主要部分12)与主体3的基板6制成为一体。
[0049]
由于这些布置，能够提供一种冷却模块1，在该冷却模块1中，流体和外部环境之间的热交换能够集中在放置有单元(布置为一个或多个模块2)的一个或多个盖板8的高度处。此外，不仅与一个或多个盖板8接触的供给传热流体的集成回路4(经由夹在盖板6和8之间的管道段4')在结构上集成在模块1中，而且在回路4与外部供给管线18和排出管线18'之间形成流体连接的管道部11和11'也在结构上集成在模块1中。
[0050]
因此，避免了在模块1的高度处的任何特定管道或管连接，限制了循环路径的露出，并且使模块1与外部的流体连接在外部的一端、在接纳单元或模块2的区域(空出的接纳空间)的外侧并且在相对于由盖板8或每个盖板8提供的支承面的一定距离处(高度偏移)。
[0051]
通过使用本身是良好导热体(例如金属板)的小厚度材料以用于盖板8或每个盖板8，结合该板8与单元之间的最大接触面积和最佳接触质量，实现高导热率λ，并且更一般地说实现了流体fc与单元或模块2之间的良好热传递。
[0052]
至于低导热率，可以通过使用导热率弱的材料或者甚至绝热的材料，结合表面元件9的壁的相对较大厚度来实现。
[0053]
本文通常理解的高导热率λ的λ值为λ＞50w.m-1
.k-1
，优选λ＞100w.m-1
.k-1
，并且低导热率λ的值λ为λ＜1w.m-1
.k-1
，优选λ＜0.5w.m-1
.k-1
。
[0054]
具有良好导热率的材料有利地具有100w/m/k至300w/m/k之间的导热率，通常为类似铝的200w/m/k。等效地，具有低导热率的材料具有0.05w/m/k至0.5w/m/k之间的导热率，通常为类似gf30 pp塑料的0.2w/m/k。
[0055]
在本发明的上下文中，盖板8(具有高导热率，例如薄金属板)和基板6(具有低导热率，例如厚塑料材料壁)之间的导热率差异越大，则本发明的有益效果就越好。
[0056]
如上所述，盖板8的材料(优选为铝)同样可以是非金属，例如包括由填充有添加剂以增加导热率的热塑性或热固性材料。
[0057]
在盖板8是良好导热体(例如硅树脂，优选地被填充)的同时，盖板8同样还可以是柔软或柔性类型，以适应和补偿模块的平整度缺陷。
[0058]
突出结构10优选采用板部的形式，该板部基本垂直于复合板3的中间平面pm延伸，并且以与基板6的横向边缘6'(优选与由复合板3形成的矩形的宽度相对应的边缘)连续的方式延伸。
[0059]
因此，结构10构成相对于板3的横向壁，这两个元件一起形成l截面的角铁结构，该角铁结构可以易于容纳在外壳中，置于外壳的底部上并且抵靠所述外壳的横向壁。
[0060]
此外，有利的是，突出结构10设置在供给管道11和排出管道11'的部分的与集成在复合板3中的管道4的回路或每个回路的流体入口5和流体出口5'连通的端部相反的端部的高度处，供给端口或连接器13和排出端口或连接器13'相对于复合板3的中间板pm偏移，有利地位于相关盖板8上方一定距离处，并且从所述结构10(例如从所述结构10的横向边缘表面处)横向露出(图1、图6和图10)。
[0061]
为了便于制造冷却模块，可以将突出结构10设置为集成有供给管道11和排出管道11'的部分并且具有板部形式的组合构造，以使突出结构10具有复合结构并且包括基体12和互补板12'，在基体12中形成有与供给管道11和排出管道11'的部分相对应的通道11
″
，并且互补板12'通过与所述通道11
″
配合而限定所述管道11和11'的部分，管道11和11'的入口
连接器或端口13和出口连接器或端口13'在所述板部10的边缘表面的高度处横向露出(图6b、图7a、图8、图9和图10a)。
[0062]
当主体3具有矩形形状时，包括壁或板部形式的突出结构10的横向侧3'优选为所述矩形的短边中的一个。
[0063]
集成有管道部11和11'的此种壁或板部10可以具有等于或小于横向侧3'的尺寸的长度，这取决于应用的总尺寸、流体连接要求、材料的经济性等。
[0064]
当然，还可以用作冷却模块1的结构元件、基座和/或横向支撑件并且能够作为单元的挡壁的板10可以是安装在基板6的一侧的单独部件，并且通过嵌套、粘合、焊接或其它方式将该板10紧固至基板6，其中在入口5/出口5'和管道部11、11'之间产生密封。
[0065]
然而，基板6和(复合板10的)基体12优选由热塑性材料模制的一体件19构成，盖板8或每个盖板8由优选为铝的金属板构成。
[0066]
在考虑需求、节省材料、易于构造或对总体尺寸的情况下，板或壁形式的结构10具有不同的形状和不同的轮廓。特别地，该结构的上边缘可以是直的(即，参照图1，平行于主体3的中间平面)、倾斜的(参照图6、图9和图10)或任何形状。此外，该结构10可以是裸露的或配备有补充功能附件。
[0067]
根据图4和图5中示意性示出的可能额外发展，可以设置有优选为竖直壁或板形式的突出结构10以包括或设置有板21，该板21构造成支撑形成例如电池2'的管理系统的一部分的电子电路卡21'、电连接电缆21
″
等。
[0068]
根据在图1至图5中以示例方式示出的第一实施例，模块1可以包括至少两个温度受控接纳点1'，接纳点1'中的每一个包括盖板8和相关联的流体循环管道的回路4，各个回路4或者串联流体连接并且一起与单对供给管道部11和排出管道部11'连接，或者回路4中的每个回路与自身的一对供给管道部11和排出管道部11'单独并且独立连接。
[0069]
根据在图6至图10中以示例方式示出的第二实施例，模块1可以包括单个盖板8和流体循环管道4的单个回路，该单个盖板8和流体循环管道4的单个回路一起形成单个温度受控接纳点1'，在该接纳点上旨在承载一个或多个电池模块2。
[0070]
为了实现有效的热交换，并且同时使给定尺寸的基板6具有最大的交换面积，与导热盖板8相关联的传热流体fc的循环管道4的回路中的每一个包括流体串联连接的平坦管道段4'，以在回路4的入口5和出口5'之间构成蛇形布置。因此，回路4的管道段4'组在基板6和盖板8之间形成平片形式的平坦表面循环空间，除限定有关回路4中的流体循环路径的分隔壁4
″
之外，该平坦表面循环空间具有基本连续的表面范围(图6c、图7a、图7b、图10a和图10b)。
[0071]
例如如图2、图7a、图7b、图8和图9所示，根据本发明的另一个特征，例如在盖板8和基板6之间放置压缩密封件9的情况下，通过材料、粘合剂或金属连接部14或焊接将盖板8或每个盖板8在至少周边、连续或不连续地紧固到基板6，从而形成围绕与相关盖板8相关联的管道4的回路的连续液体密封9。
[0072]
例如根据图7a、图7b、图8和图9中所示，根据本发明的有利的结构变型，盖板8或每个盖板8可以包括形成周边框架的边缘8'，该边缘8'与盖板8一体形成或该边缘8'特别通过包覆成型而附接至盖板8，并且边缘8'紧固至基板6，有利的是，所述边缘8'由允许焊接(例如振动、激光、热气等)至所述基板6的材料制成，如果需要，相关盖板8还在框架8'内部的至
少一个位置处(例如在所述基板6的分隔壁4
″
的高度处)紧固至基板6。
[0073]
例如如图2和图7b所示，为了在复合板3的高度处的传热液体fc可能泄漏的情况下保护单元(cell，电池单元)，并且能够保证将泄漏的液体引导至单个预定位置，本发明可以提供与每个接纳点1'相关联的泄漏路径15，所述泄漏路径15包括在周边处周向延伸的收集器槽部或通道15'以及通向基板6的与盖板8相反的表面的至少一个排出通路15
″
。
[0074]
通道或槽部15
″
优选在密封件9与介于基板6和盖板8之间的周边连接部14之间延伸，泄漏路径15优选形成于并且完全位于基板6中。
[0075]
为了便于将冷却模块1刚性紧固至将安装冷却模块1的外壳20中，基板6可以设置有形成在所述板6的主体中或形成在横向突出的凸耳16'中的诸如钻孔、孔眼等固定位置16。
[0076]
此外，当多个冷却模块1必须安装在同一外壳20中时，将该多个冷却模块1彼此刚性连接以形成结构单元以及功能单元可能是有利的。还期望随时间推移能够可靠支撑模块2'并且在冲击情况下不会损坏的刚性复合板3。
[0077]
为此，基板6可以包括与至少一个其它模块1进行机械联接的机械联接装置16
″
(例如，相互交错的互补结构、配合的固定凸耳等)和/或设置在基板6的与一个或多个盖板8相反的下表面上的加强结构6
″
(肋、凸缘、加厚部)。
[0078]
通过图3a、图3b和图11至图14中的示例所示，本发明的目的还在于电池2'的冷却装置17，该电池2'包括优选分组为模块2的多个单元，所述装置17包括用于放置单元的多个温度受控接纳点1'，这些接纳点1'均与可以与传热流体fc循环回路连接的供给管道18和排出管道18'连接。
[0079]
装置17的特征在于，该装置17具有模块化构造并且包括至少两个如上所述的冷却模块(1)。
[0080]
如上述附图所示，装置17有利地包括以两列和两排的方式布置的四个冷却模块1，通过这种方式使两个模块1的突出结构10在每种情况下共面，并且该突出结构10各自的管道部11和11'的入口端口13和出口端口13'定位成彼此面对，两对模块1的两对对准的突出结构10位于所述模块1的布置的相互相反侧的高度处。
[0081]
供给管道18和排出管道18'优选连接各个冷却模块1的供给管道部11和排出管道部11'，并且将供给管道部11和排出管道部11'连接至外部传热流体循环回路(未示出)，从而形成供给管线和排出管线，管道18、18'中的每一个配备有连接器18
″
，该连接器18
″
例如通过嵌套而以密封方式与在各个冷却模块1的入口部13和出口部13'接合。当然，还提供了将这些管道18、18'与外部回路(未示出)连接的连接装置(连接器18
″′
或其它连接装置)。
[0082]
在不损害传热液体fc循环管线的密封的情况下，为了补偿制造和组装变化以及可能的机械变形或热膨胀，供给管道18和/或排出管道18'(优选供给管道18和排出管道18'两者中的每一个)由通过例如配备有至少一个o形环的密封轴向滑动连接件22'连接的两个对准管道部22构成(参见图12c和图15b)。
[0083]
如图11、图12和图14所示的形成冷却装置17的冷却模块1的布置使电池单元和模块2能够封闭在外壳20中的保持结构(底部托盘)中，并且相对于外壳20(热、物理)绝缘/隔离，如图11至图15所示，同时允许标准基础模块(例如在结构10的上边缘具有不同倾斜度的两个变型中可以获得的模块1)在尺寸和构造方面具有构造适应性和适应的灵活性。
[0084]
当然，电池组可以仅包括一个冷却装置17。然而，对于具有在适用情况下以交错方式布置的大量模块2的较大电池尺寸，可以提供可以彼此流体连接的多个单独冷却装置。
[0085]
在这种情况下，供给管道18和/或排出管道18'中的至少一个(优选供给管道18和排出管道18'两者)设置有连接器23，该连接器23与辅助循环回路连接，在适用情况下与另一个冷却装置17连接。
[0086]
本发明还针对一种温度管理电池组2'，该电池组2'包括分组为多个电池模块2的单元和保护外壳20(仅示出该保护外壳20的底部托盘，该底部托盘由未示出的上盖封闭)。
[0087]
该电池组的特征在于，该电池组还包括至少一个如上所述的冷却装置17，该冷却装置17安装在外壳20中并且包括多个冷却模块1(优选为四个)，该冷却模块1有利地彼此机械和流体连接，并且为所述电池模块2提供多个接纳点1'。
[0088]
外壳20可以特别包括用于容纳传热液体fc的任何链接部的流体密封托盘(参照图15a和图15b)，该流体密封托盘特征在于具有将流体循环管线与优选在外壳20的托盘的横向壁的高度处的管道18、18'连接的通道(若是必要则为密封通道)，该通道位于距底部一定距离处。
[0089]
最后，本发明还涉及一种特别是电动或混动汽车，该电动或混动汽车特征在于包括至少一个上述类型的电池组2'，一个或每个冷却装置17与所述汽车的发动机冷却回路连接。
[0090]
当然，本发明不局限于附图中所描述和所示的实施例。在不脱离本发明的保护范围的情况下，特别是从各个元件的构成或通过替代技术等同物的观点来看，仍然能够进行修改。