用于车辆的扁管装置和电池组系统的制作方法

1.本发明涉及一种用于车辆的电池组系统的扁管装置、尤其是冷却剂
‑
电池组冷却的扁管装置。


背景技术：

2.通常对电动车辆的牵引电池组进行冷却。该冷却可以通过直接冷却剂冷却高效且成本低廉地实现。在车辆技术中公知扁管或扁管装置、诸如用于对车辆、例如电动车辆的电池组进行冷却的电池组扁管装置。在此，被冷却流体流经的扁管装置用于热转移或用于冷却、尤其是用于冷却电池组或该电池组的在运行时被加热的组件。在此，必要时处在压力下的流体或冷却流体通过例如曲折形或蜿蜒形走向的扁管来被引导。在此，冷却流体通过扁管的贴靠在所要冷却的组件上的壁来吸收热量并且引导该热量离开组件进入热交换器（冷却设备）。
3.de 10 2005 052 683 a1涉及一种具有两个并排走向的可流经的通道或者带多个通道的通道段的多通道扁管。在这些通道或通道段之间分别构造有传热减少的区域，该区域使这些通道或通道段热解耦。这里，关于多通道扁管在不同组件表面上的走向没有指示。us 2016/0149276 a1示出了曲折形走向的扁管装置，所述扁管装置具有多个并行走向的直的部段，这些部段在电池组模块的电化学电池之间走向。这些电池与扁管部段的走向方向横向地经由弹性泡沫中间层被压到扁管上。每个扁管装置都被设置用于对一个组件或者一个具有多个电池的模块进行冷却。所示出的扁管装置不适合于多个组件。
4.在这些电池中生热多、例如由于在快速充电时的高充电功率而引起的生热多的情况下，在电池组中可能出现在冷却系统与模块或组件之间的大的温度梯度，所述大的温度梯度可能导致扁管装置在其走向方向上的长度变化。这可能损害组件与扁管之间的热耦合，例如由于扁管从扁管壁贴靠在其上的组件表面脱离而损害组件与扁管之间的热耦合。


技术实现要素：

5.本发明的任务是提供一种电池组冷却，该电池组冷却至少部分地克服了上文提到的缺点。
6.该任务通过根据本发明的扁管装置、根据本发明的电池组系统和根据本发明的车辆来被解决。本发明的其它有利的设计方案从从属权利要求和随后对本发明的优选的实施例的描述中得到。
7.本发明的第一方面涉及一种用于对电池组装置的多个组件进行冷却的扁管装置，该扁管装置具有：第一扁管部段，该第一扁管部段以扁平侧沿着第一组件表面走向；和第二扁管部段，该第二扁管部段以第二扁平侧沿着第二组件表面走向，其中在第一扁管部段与第二扁管部段之间构造有弯曲的过渡区，该弯曲的过渡区使第一扁管部段与第二扁管部段彼此连接，并且该弯曲的过渡区构造成u形、ω形、o形、发夹形和/或螺旋形，使得该过渡区通过弯曲弹性变形来吸收相邻的扁管部段在其走向方向上的由于热而造成的长度变化。
8.该扁管装置可以是电池组冷却。该扁管装置可以被连接到车辆、例如电动车辆的电池组上，以便将在电池组中形成的热量经由该扁管装置排出。该扁管装置可以绕着电池组模块弯曲，而不是绕着各个电池组单池弯曲。
9.为了提供高冷却功率并且借此能够实现电池组模块的更大的充电功率，该扁管装置可以是引导冷却剂的扁管，其中该扁管绕着电池组模块多次弯曲地被敷设。扁管可以扁平地安放到电池组模块，例如扁管可以并行地被安放到电池组模块上。
10.该扁管装置例如可包括铝合金或者其它柔性/弹性（也就是说弹性高于预先给定的阈值、例如能通过弹性和/或剪切模量等等来确定的阈值的）金属合金。该扁管装置还可具有多个通道以及诸如此类的，这些通道例如被焊接在一起、被钎焊在一起等等，使得在扁管中存在多个流动通道。
11.该扁管装置可包括四边形管，该四边形管具有矩形基面。然而，本发明并不限于矩形基面。例如，至少一个角可以被倒圆，例如其方式是该扁管装置通过弯曲工艺来被制造。
12.该弯曲的过渡区可以是公差补偿元件。公差补偿元件可位于电池组模块之间，这能够通过在这些电池组模块外部的扁管的弧形来被实现。公差补偿元件可位于电池组模块之外并且不与电池组模块接触。
13.在有些实施方式中，该过渡区可以逐渐变为弯曲部段，扁管部段沿着平坦的组件表面的走向方向沿着该弯曲部段发生变化。
14.该扁管装置可包括超过两个弯曲部，使得得出如下优点：该扁管装置可以与电池组模块的典型形状适配。
15.该扁管装置可以包括绕着扁管的宽侧的弯曲部的联结，以便能够实现与电池组模块的良好接触，并且该扁管装置可以包括绕着扁管的扁平侧的弯曲部组成，以便能够实现用于与车辆的冷却剂管路连接的高效且进一步的连接点。
16.还可能的是：该扁管装置包括垂直走向的部分和水平走向的部分，其中该扁管装置的垂直走向的部分侧面接触电池组模块并且该扁管装置的水平走向的部分接触电子器件。电池组冷却的水平走向的部分可以被放在有利的位置，以便例如对在电池组系统/电池组之内的电子器件进行冷却。
17.该扁管装置可以绕着两个轴线弯曲，以便也可以在电子器件下方执行冷却。
18.在有些实施方式中，过渡区可以连接在不同平面内走向的扁管部段。
19.还可能的是：该扁管装置包括联接部，其中该联接部将侧面冷却的电池组冷却与电池组模块的底面和/或顶面冷却连接（电池组模块的全方位冷却）。
20.在有些实施方式中，第一组件表面可位于电池组模块上并且第二组件表面可位于控制模块上。
21.电池组模块可以是蓄能器，该蓄能器又由多个单独的电池组电池所组成。这些电池组电池可以是任何形式（圆柱形、棱柱形、软包）并且包含基本化学物质（nca、nmc、lmo、lfp）。
22.控制模块也可以是功率电子器件，该功率电子器件控制电池组与电机之间的高压能量流并且在此将存储在电池组电池中的直流电（dc）转换成用于牵引电机的交流电（ac）。同时，可以借助于dc/dc转换器用低电压来给12伏特直流车载电网供电。电池组电池可以在标准交流电网中用为11 kw的最大充电功率来被充电并且可以在直流电网中用多达125 kw
来被充电。
23.在有些实施方式中，第一扁管部段和第二扁管部段可以在第一组件的组件表面上走向，并且第三扁管部段可以在第二组件的组件表面上走向，其中弯曲部段将第一扁管部段和/或第二扁管部段与第三扁管部段连接。
24.在有些实施方式中，该扁管装置的扁平区域的宽度可以对应于第一组件表面和/或第二组件表面的高度的至少50%、优选地65%并且特别优选地85%。
25.扁管宽度可以与电池组的高度相比较地来被选择。这意味着：扁管包围电池组模块的高度的至少50%、优选地65%并且特别优选地85%。该大的宽度一方面可以实现良好的热传递，另一方面可以实现在扁管中的冷却剂侧的微小的压力损失。
26.在有些实施方式中，冷却剂可以流经该扁管装置。
27.有利地，在该扁管装置中没有水流动而是只有冷却剂流动。可以用冷却剂r744来流经该扁管装置。在使用易燃的冷却剂或液体时，由于电池组冷却在电池组之内进行，所以在泄露情况下有危险。
28.在有些实施方式中，该扁管装置可包括多个、最多五个并行地被流经的流动路径。这可以用于使在有多个流动路径的情况下难以控制的冷却剂可靠地均匀分布。
29.第二方面涉及一种电池组系统，该电池组系统具有根据上述实施方式之一所述的扁管装置、控制模块和多个电池组模块。
30.第三方面涉及一种具有上述电池组系统的车辆。该车辆可以是由一个或多个电机来驱动的电动车。该车辆包括与电机连接的电池组系统，其中该电池组系统包括上述扁管装置和电池组模块。
附图说明
31.现在，本发明的实施例示例性地并且参考随附的附图来被描述，其中：图1示意性示出了具有按照本发明的扁管装置的电池组系统作为实施例；图2a示意性示出了图1中的电池组系统的电池组模块m1的放大的俯视图作为实施例；图2b示意性示出了图1中的电池组系统的电池组模块m1的放大的俯视图作为另一实施例；图3a示意性示出了u形的过渡区；图3b示意性示出了欧米伽（ω）形的过渡区；图3c示意性示出了o形（环形）的过渡区；图3d示意性示出了发夹形的过渡区；图4a示意性示出了在图1中的电池组模块m1与控制模块（功率电子器件）e之间的连接部处的扁管装置的放大的俯视图作为实施例；图4b示意性示出了在图1中的电池组模块m1与控制模块（功率电子器件）e之间的连接部处的扁管装置的放大的侧视图作为实施例；图5示意性示出了在图1中的电池组模块m1与控制模块（功率电子器件）e之间的连接部处的扁管装置的放大的视图作为另一实施例；图6示意性示出了对具有按照本发明的扁管装置的电池组系统的俯视图作为另一
实施例；图7示意性示出了电池组模块和扁管装置作为实施例；图8a示意性示出了垂直走向的扁管装置作为实施例；图8b示意性示出了水平走向的扁管装置作为实施例；以及图9示意性示出了沿着扁管装置的宽度的横截面作为实施例。
具体实施方式
32.图1示意性示出了具有按照本发明的扁管装置的电池组系统作为实施例。电池组系统包括：六个电池组模块m1、m2、m3、m4、m5和m6；控制模块（功率电子器件）e；和扁管装置f。相应的电池组模块m1、m2、m3、m4、m5和m6是长方体，这些长方体由长侧和短侧组成。电池组模块m1、m2、m3、m4、m5和m6是蓄电器并且由多个单独的电池所组成。控制模块（功率电子器件）e对能量流进行控制。控制模块（功率电子器件）e也可以用作逆变器，该逆变器将存储在电池组模块m1、m2、m3、m4、m5和m6中的直流电转换成用于电机的交流电。电池组模块m1、m2、m3、m4、m5和m6通过高压线缆h来与控制模块（功率电子器件）e连接。电池组模块m1、m2、m3、m4、m5和m6布置成两行，其中每行由三个电池组模块组成。同一行的电池组模块中的每个电池组模块都有间距地布置在这些电池组模块之间。电池组模块m1、m2、m3、m4、m5和m6以高电压来进行工作。扁管装置f位于电池组模块m1、m2、m3、m4、m5和m6之间，以便对由于高电压形成的热量进行冷却。扁管装置f是绕着这些电池组模块m1、m2、m3、m4、m5和m6多次弯曲地被敷设的扁管。在图9中能找到关于扁管装置f的造型的更详细的阐述。冷却剂、例如冷却剂r744在入口（管入口）e1处流入扁管装置f，流经扁管装置f并且在出口（管出口）e2处被排出。扁管装置f的扁平侧（图8a中的56a、56b）与电池组模块m1、m2、m3、m4、m5和m6的长侧接触并且与电子器件（功率电子器件）e接触（参见图4a和4b或者图5）。扁管装置f包括两个弯曲部段b1和b2，其中相应的弯曲部段包括第一弯曲部和第二弯曲部。第一弯曲部在相对于底面的垂直方向上走向，而第二弯曲部在相对于底面的水平方向上走向。换言之，扁管装置f的扁平侧（图8a中的56a、56b）并行地被安放到电池组模块m1、m2、m3、m4、m5和m6的长侧上，其中扁管装置f的高度（图8a中的fh）对应于这些电池组模块m1、m2、m3、m4、m5和m6之间的间距。扁管装置f还包括弯曲的过渡区（公差补偿元件）a1、a2、a3、a4、a5和a6，这些弯曲的过渡区通过在与电池组模块m1、m2、m3、m4、m5和m6的接触面之外的弯曲部来被确保。这些过渡区a1、a2、a3、a4、a5和a6用作热交换器并且提供长度公差，使得扁管装置f相对于热膨胀更鲁棒。
33.在图1中示出了六个电池组模块，然而电池组模块的数目并不限于六个电池组模块。电池组系统可由超过六个电池组模块组成或者由更少的电池组模块组成。优选地，电池组系统可由十二个电池组模块组成。
34.图2a示意性示出了图1中的电池组系统的电池组模块m1的放大的俯视图作为实施例。扁管装置f包括第一扁管部段f1、第二扁管部段f2和第三扁管部段f3。第一扁管部段f1与电池组模块m1的第一侧面k1接触，并且第二扁管部段f2与电池组模块m1的第二侧面k2接触。第三扁管部段f3与控制模块（功率电子器件）e接触，其中第一扁管部段f1和第三扁管部段f3通过弯曲部来连接（参见图4a和4b或者图5）。在第一扁管部段与第二扁管部段之间构造有弯曲的过渡区a1，该弯曲的过渡区使第一扁管部段与第二扁管部段彼此连接。弯曲的
过渡区a1具有u形形状并且通过弯曲弹性变形来吸收相邻的扁管部段在其走向方向上所造成的长度变化。例如，由扁管装置f的在电池组模块m1的长侧端部处的第一弯曲部和扁管装置f的在电池组模块m1的短侧端部处的第二弯曲部来得到过渡区a1。
35.图2b示意性示出了图1中的电池组模块m1的放大的俯视图作为另一实施例。扁管装置f包括第一扁管部段f1'、第二扁管部段f2'、第三扁管部段f3'和第四扁管部段f4'。第一扁管部段f1'与电池组模块m1'的第一侧面k1接触，第二扁管部段f2'与电池组模块m1'的第二侧面k2接触，并且第三扁管部段f3'与电池组模块m1'的第三侧面k3接触。第四扁管部段f4'与控制模块（功率电子器件）e'接触，其中第一扁管部段f1'和第四扁管部段f4'通过弯曲部来连接（参见图4a和4b或者图5）。在第一与第二扁管部段之间并且在第二与第三扁管部段之间存在过渡区a1'。弯曲的过渡区a1'具有欧米伽（ω）形形状并且通过弯曲弹性变形来吸收相邻的扁管部段在其走向方向上所造成的长度变化。替选地，过渡区a1'的形状可以是发夹形。
36.在图3a、3b、3c和3d中示意性示出了过渡区的四个不同的实施方式。图3a示意性示出了u形的过渡区；图3b示意性示出了欧米伽（ω）形的过渡区；图3c示意性示出了o形（环形）的过渡区；而图3d示意性示出了发夹形的过渡区。过渡区的形状并不限于图3a至3d的形状，而是也可具有其它形状。
37.图4a示意性示出了在图1中的电池组模块m1与控制模块（功率电子器件）e之间的连接部处的扁管装置的放大的俯视图作为实施例。扁管装置f包括弯曲部段（b），其中弯曲部段（b）构造为使得扁管装置f的宽（扁平）侧（图8a中的56a、56b）与电池组模块m1的长侧和电子器件e贴靠。这通过如下方式来被实现：扁管装置f在相对于电池组模块所放置的底面的垂直方向上被弯曲，并且接着扁管装置f在相对于该底面的水平方向上被弯曲。
38.图4b示意性示出了在图1中的电池组模块m1与控制模块（功率电子器件）e之间的连接部处的扁管装置的放大的侧视图作为实施例。扁管装置f包括弯曲部段b，其中弯曲部段b构造为使得扁管装置f的宽（扁平）侧（图8a中的56a、56b）与电池组模块m1的长侧和电子器件e接触。这通过如下方式来被实现：扁管装置f在相对于电池组模块所放置的底面的垂直方向上被弯曲，并且接着扁管装置f在相对于该底面的水平方向上被弯曲。
39.图5示意性示出了在图1中的电池组模块m1与控制模块（功率电子器件）e之间的连接部处的扁管装置的放大的视图作为另一实施例。扁管装置f包括弯曲部段b，该弯曲部段使在不同平面内走向的扁管部段连接。弯曲部段b具有扭曲的形状（螺旋形/螺旋状），而且例如可以通过使扁管装置f向右/左弯曲90
°
来形成。
40.图6示意性示出了对具有按照本发明的扁管装置的电池组系统的俯视图作为另一实施例。电池组系统包括：六个电池组模块m1'、m2'、m3'、m4'、m5'和m6'；电子器件（功率电子器件）e'；和扁管装置f'。相应的电池组模块m1'、m2'、m3'、m4'、m5'和m6'是长方体，这些长方体由长侧和短侧组成。电池组模块m1'、m2'、m3'、m4'、m5'和m6'是蓄电器并且由多个单独的电池所组成。电子器件（功率电子器件）e'对能量流进行控制。电子器件（功率电子器件）e'也可以用作逆变器，该逆变器将存储在电池组模块m1'、m2'、m3'、m4'、m5'和m6'中的直流电转换成用于电机的交流电。电池组模块m1'、m2'、m3'、m4'、m5'和m6'通过高压线缆h'来与电子器件（功率电子器件）e'连接。电池组模块m1'、m2'、m3'、m4'、m5'和m6'布置成三行，其中每行由两个电池组模块组成。同一行的电池组模块中的每个电池组模块都有间距
地布置在这些电池组模块之间。电池组模块m1'、m2'、m3'、m4'、m5'和m6'以高电压来进行工作。扁管装置f'位于电池组模块m1'与m2'之间，位于电池组模块m3'与m4'之间以及位于电池组模块m5'与m6'之间，以便使所产生的热量冷却。扁管装置f'由三个并行的流动路径pf1、pf2和pf3组成。在图6中能找到关于扁管装置f'的造型的更详细的阐述。冷却剂、例如冷却剂r744在管入口e1'处流入扁管装置f'，流经该扁管装置f'并且在管出口e2'处被排出。扁管装置f'的扁平侧与电池组模块m1'、m2'、m3'、m4'、m5'和m6'的长侧接触并且与电子器件（功率电子器件）e'接触（参见图4a和4b或者图5）。换言之，扁管装置f'的宽侧（图8a中的56a、56b）并行地被安放到电池组模块m1'、m2'、m3'、m4'、m5'和m6'的长侧上，其中扁管装置f'的高度（图8a中的fh）对应于这些电池组模块m1'、m2'、m3'、m4'、m5'和m6'之间的间距。扁管装置f'还包括弯曲的过渡区（公差补偿元件）a1'、a2'、a3'、a4'、a5'、a6'和a7'，这些弯曲的过渡区通过在与电池组模块m1'、m2'、m3'、m4'、m5'和m6'的接触面之外的弯曲部来被确保。这些弯曲的过渡区a1'、a2'、a3'、a4'、a5'、a6'和a7'位于电池组模块m1'与m2'之间，位于电池组模块m3'与m4'之间以及位于电池组模块m5'与m6'之间。这些弯曲的过渡区a1'、a2'、a3'、a4'、a5'、a6'和a7'用作热交换器并且提供长度公差，使得扁管装置f相对于热膨胀更鲁棒。
41.在图6中示出了六个电池组模块，然而电池组模块的数目并不限于六个电池组模块。电池组系统可由超过六个电池组模块组成或者由更少的电池组模块组成。优选地，电池组系统可由十二个电池组模块组成。
42.图7示意性示出了电池组模块和扁管装置作为实施例。电池组模块m是具有边长mh、mb和ml的长方体。边长mh是电池组模块m的高度，边长mb是电池组模块m的宽度，而且边长ml是电池组模块m的长度。优选地，边长ml比边长mb长，但是本发明并不限于该电池组模块的设计。扁管装置f的扁平区域（图8a中的56a、56b）与电池组模块m在具有边长ml的侧面上发生接触。扁管装置f的宽度fb具有如下尺寸，该尺寸对应于电池组模块m的高度mh的至少50%、优选地65%并且特别优选地85%。
43.图8a示意性示出了垂直走向的扁管装置作为实施例。扁管装置f是包括第一扁平区域56a和第二扁平区域56b的扁管，该第一扁平区域和该第二扁平区域对应于扁管装置f的宽度fb。扁管装置f还包括第一高度侧56c和第二高度侧56d，该第一高度侧和该第二高度侧对应于扁管装置f的高度fh。在垂直走向的扁管装置f的情况下，高度侧56c或56d被敷设到底面上。垂直走向的扁管装置f可以绕着扁管装置f的宽侧（沿z2方向）被弯曲，以便在没有其它连接部的情况下建立冷却剂管路的连接或者形成公差补偿元件（图1中的a1、a2、a3、a4、a5或a6；图6中的a1'、a2'、a3'、a4'、a5'、a6'或a7'）。此外，扁管装置f也可绕着扁管装置f的高度侧（沿z1方向）被弯曲，以便在没有其它连接部的情况下建立冷却剂管路的连接。
44.图8b示意性示出了水平走向的扁管装置作为实施例。扁管装置f是包括第一扁平区域56a和第二扁平区域56b的扁管，该第一扁平区域和该第二扁平区域对应于扁管装置f的宽度fb。扁管装置f还包括第一高度侧56c和第二高度侧56b，该第一高度侧和该第二高度侧对应于扁管装置f的高度fh。在水平走向的扁管装置f的情况下，扁平区域56a或56b被敷设到底面上。水平走向的扁管装置f可以绕着扁管装置f的宽侧（沿z2方向）被弯曲，由此这些电池组模块（图1中的m1、m2、m3、m4、m5或m6；图6中的m1'、m2'、m3'、m4'、m5'或m6'）与扁管装置f的扁平侧56a和/或56b接触。此外，扁管装置f也可绕着扁管装置f的高度侧（沿z1方
向）被弯曲，以便在没有其它连接部的情况下建立冷却剂管路的连接。
45.扁管装置f可以是由多个弯曲部形成的一体式扁管装置。替选地，扁管装置f可以由垂直走向的部分和水平走向的部分组成，这些垂直走向的部分和水平走向的部分通过联接部来连接。如果扁管装置f由多个垂直和水平走向的部分组成，则这些垂直走向的部分的扁平区域可接触电池组模块的长侧并且这些水平走向的部分的扁平区域可接触电池组模块的底侧/顶侧。因此，可以从所有侧面对电池组模块进行冷却。
46.图9示意性示出了沿着扁管装置的宽度的截面作为实施例。扁管装置f用于输送冷却剂（未示出）并且包括管壁56，该管壁界定了扁管装置f的内部空间。管壁56具有第一扁平区域56a和第二扁平区域56b。这两个扁平区域彼此相反地来布置。扁管装置f还包含四个腹板s1、s2、s3和s4，这四个腹板将第一扁平区域56a与第二扁平区域56b连接。这些腹板垂直于这些扁平区域地（沿z方向）布置并且沿着扁管装置f延伸。在此，这些腹板限定了并排布置的流体空间r1、r2、r3、r4和r5的壁。流体空间r1、r2、r3、r4和r5这里作为扁管装置f的例如蜿蜒形走向的通道的彼此并行布置的通道部段来被示出。扁管装置f可包含一个通道或者也可包含多个彼此并行走向的通道，其中流体可以按并流或逆流原理流经扁管。流体空间r1、r2、r3、r4和r5的端部与并行布置的流体空间和/或管入口和/或管出口连接（未示出）。
47.扁管装置f的形状并不限于图9的形状。例如，扁管装置f的腹板可以倾斜，具有c形截面轮廓、波浪形轮廓或者锯齿形轮廓。此外，腹板的数目和由此产生的流体空间并不限于五个，而是也可以更多或更少。
48.附图标记列表f；f'
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扁管装置b
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弯曲部段e；e'
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电子器件m1、m2、m3、m4、m5、m6
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电池组模块m1'、m2'、m3'、m4'、m5'、m6' 电池组模块a1、a2、a3、a4、a5、a6
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公差补偿元件a1'、a2'、a3'、a4'、a5'、a6' 公差补偿元件h；h'
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高压线缆e1；e1'
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入口（管入口）e1；e2'
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出口（管出口）mh
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电池组模块的高度ml
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电池组模块的长度mb
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电池组模块的宽度56a
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电池组冷却系统的第一扁平区域56b
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扁管装置的第二扁平区域56c；56d
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扁管装置的高度侧fb
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扁管装置的宽度fh
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扁管装置的高度s1、s2、s3、s4
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腹板
r1、r2、r3、r4、r5
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流体空间