CN109075411A - 用于电池组件的冷却装置以及包括电池组件和冷却装置的单元 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于电动车辆的电池组件(12)尤其是高压蓄能器的冷却装置(20)，该冷却装置包括多个冷却管路(28)，在所述冷却管路中引导冷却剂，所述冷却装置(20)构造成用于将热量从电池组件(12)传递到冷却剂上。所述冷却装置(20)具有至少两个分开地构成的、与电池对置的单冷却元件(22)，各单冷却元件分别经由自己的与相应的单冷却元件(22)相配的阀(24)被供应冷却剂。此外还说明一种包括电池组件(12)和冷却装置(20)的单元(10)。

Description

用于电池组件的冷却装置以及包括电池组件和冷却装置的 单元
技术领域
本发明涉及一种用于电动车辆的电池组件尤其是高压蓄能器的冷却装置，其包括多个冷却管路，在所述冷却管路中引导冷却剂，所述冷却装置构造成用于将热量从电池组件传递到冷却剂上。本发明还涉及一种包括电池组件和这样的冷却装置的单元。
背景技术
为了保证电动车辆(例如混合动力车辆、插电式混合动力车辆以及纯电动车辆)的续驶里程、寿命和可调用的功率，需要电池或电池单体或电池模块的定义的热管理。在此尤其是需要保证，构成为蓄电器的电池在充电和放电过程期间在任何时间处于定义的温度范围内，因为否则发生单体特性的加强的退化，这促进蓄电器的提前老化，因此蓄电器寿命降低。
因此需要的是，在电池组件的内部安装构成为致冷剂或冷却剂冷却器的冷却装置，以便限制电池组件的最大温度，所述电池组件尤其是高压蓄能器。另外决定性的是，在电池组件的各个单体或者单体模块之间将温度差异保持得尽可能小。
当前的结构空间规定，尤其是对于混合动力车辆，一方面要求电池单体或电池模块的多层布置；此外，在混合动力车辆中的安装空间经常处在排气设备附近。这引起，至少有时候不对称地向电池组件输入热量，并且从而引起，电池组件的安装有单体或单体模块的各个区域的不对称的升温。因为在电池组件内的这种温度差异经常是在时间上有限的，所以用于电池组件的冷却装置不能永久地针对不对称性进行设计。另外，由于电池组件的多层结构和尺寸，产生大量并联路径，冷却剂需要均匀地分布到它们上，这在物理上是困难的。这在仅具有非常小份额的液相的致冷剂的情况下尤其如此。在冷却管路单纯串联时，当然它们的总长度是有限的，因此，它们也不适合用于冷却大的电池组件。冷却剂分布的调节，例如经由主动的分配执行器来调节，也出于成本原因而弃用。
发明内容
因此本发明的目的在于，提供一种冷却装置，其在制造简单且廉价的情况下能够实现在电池组件内的均匀的温度分布，并且因此保证电池组件的安全可靠的冷却。
按照本发明的第一方面，为此在开头提及类型的冷却装置中规定，冷却装置具有至少两个分开地构成的、与电池对置的单冷却元件，各单冷却元件分别经由自己的与相应的单冷却元件相配的阀被供应冷却剂。通过采用分别具有自己的阀的多个单冷却元件，可以总体上在冷却装置内实现多个并联路径，这能够实现更均匀的冷却剂分布，并且因此能够实现在电池组件内的更均匀的温度分布。另外，按本发明的方案能相对简单且廉价地实现。电池在这种意义中尤其是可以理解成一个电池模块或一组电池模块。
按照一种优选的实施方式，在一个单冷却元件的各冷却管路之间没有与另一个单冷却元件的各冷却管路的流动连接。因此在各单冷却元件之间不能交换冷却剂，因此每个单冷却元件可以说形成自己的冷却装置，其与其他的单冷却元件独立。
优选通过各单冷却元件的冷却剂流能彼此独立地调节。因此能可靠地平衡尤其是通过外部影响、例如通过从混合动力车辆的排气设备输入热量引起的温度差。
在此，各单冷却元件可以分别具有一个或多个冷却板。在多个冷却板属于一个单冷却元件的情况下，它们在流动关系上相互连接，使得通过所有冷却板的冷却剂流通过与该单冷却元件相配的阀调节。
按照一种优选方案，所述冷却剂是致冷剂，所述致冷剂尤其是作为包括液相和气相的两相混合物存在。即存在直接致冷剂冷却，其中，致冷剂本身穿流单冷却元件。
作为替换可以考虑，例如使用水作为冷却剂，其借助于换热器将吸收的热量排出到致冷剂上。纯冷却剂冷却在理论上也是可能的。
所述阀优选是自调节的或被调节的膨胀阀。自调节的膨胀阀的一个例子是所谓的热控膨胀阀(TXV)；作为被调节的膨胀阀，例如可以考虑电控-热控膨胀阀(eTXV)、电控膨胀阀(EXV)、节流电磁阀(DMV)或者借助于形状记忆合金工作的阀(SXV)。
前面提及的目的同样通过一种包括电池组件和按本发明的冷却装置的单元达到，其中，电池组件具有多个电池模块，这些电池模块分别包括多个电池单体。通过采用多个(即至少两个)单冷却元件可以更好地平衡在电池组件中的通过外部影响引起的温度差，在各个单冷却元件能彼此独立地调节时尤其如此。另外，能实现多个并联路径，这能够实现更均匀的冷却剂分布，并且因此能够实现在电池组件内的均匀的温度分布。
按照一种第一优选方案，每个单冷却元件与电池模块相配。尤其是每个单冷却元件与正好一个电池模块相配。因此达到特别可靠的且可单独调节的冷却。
作为替换，尤其是在具有许多电池模块的高功率电池组件中，可能的是，一个单冷却元件与多个电池模块、尤其是六个以下的电池模块相配。如在试验中已经表明的，因此保证例如高压蓄能器的充分冷却，其中，冷却装置能相对廉价地制造。
在一种扩展方案中，各单冷却元件分别具有多个冷却板，每个冷却板与电池模块相配并且与该电池模块对置地设置。尤其是每个冷却板与正好一个电池模块相配，因此达到电池组件的特别可靠且均匀的冷却。在此，各冷却板尤其是贴靠在电池模块的外壳上。
一种优选实施方式的优点在于特别节省空间的结构，在该实施方式中，各电池模块参考在车辆中的安装位置至少部分地竖直重叠地设置。电池组件尤其是多层的高压蓄能器。在这种方案中，各单冷却元件或者单冷却元件的各个冷却板优选竖直重叠地设置，而且分别与相配的电池模块处于面状接触。
在以下情况时可以达到一种特别紧凑的结构：设有一个共同的壳体，电池组件的各电池模块以及冷却装置设置在该壳体中。
附图说明
其他特征和优点由下面参照附图来说明多种优选实施方式得到。附图如下：
图1显示按本发明第一实施方式的包括电池组件以及冷却装置的单元的示意图；
图2显示按本发明第二实施方式的冷却装置的透视图；并且
图3显示使用了图2的冷却装置的按本发明的单元的透视图。
具体实施方式
图1显示按本发明第一实施方式的单元10。该单元10具有电池组件12，该电池组件尤其是电动车辆的高压蓄能器，并且包括多个(在图中为两个)电池模块14，所述电池模块本身分别由多个电池单体16组成。
单元10还具有冷却装置20，其包括多个(在图中同样为两个)分开地构成的单冷却元件22，各单冷却元件分别经由自己的与相应的单冷却元件22相配的阀24被供应冷却剂(在此为致冷剂)。为此，每个单冷却元件22具有冷却剂入口26，阀24设置在冷却剂入口中，所述阀是膨胀阀。该膨胀阀在此可以构成为自调节的或被调节的。用作为冷却剂的致冷剂作为过冷的液体施加在冷却剂入口26上并且在膨胀之后或者说在膨胀阀24下游尤其是作为包括液相和气相的两相混合物存在。
以致冷剂形式的冷却剂能经由相应的冷却剂入口26和阀24输送给多个冷却管路28，这些冷却管路共同地构成一个冷却板30，所述冷却板与电池模块14对置并且面状地贴靠在电池模块上。在冷却剂经由并联地设置的冷却管路28从其相配的电池模块14吸收热量并且因此冷却电池模块之后，冷却剂经由冷却剂出口32又能排出到车辆的冷却剂回路中。
如由图1可见，每个单冷却元件22与正好一个电池模块4相配，其中，在一个单冷却元件22的各冷却管路28之间没有与另一个单冷却元件22的各冷却管路28的流动连接。因此在两个单冷却元件22之间的冷却剂交换是不可能的。此外，通过各单冷却元件22的冷却剂流能借助于各阀24彼此独立地调节。
图2显示按本发明的第二实施方式的冷却装置20，其中，相同构件带有相同附图标记并且在下面仅仅叙述与前述实施方式的区别。
按图2的冷却装置20也具有两个单冷却元件22，它们分别通过一个相配的阀24被供应以致冷剂形式的冷却剂，所述阀在此也是被调节的或自调节的膨胀阀。然而在此与按图1的方案不同，每个单冷却元件22具有多个即三个冷却板30，它们经由连接管路34彼此流动连接。但是两个单冷却元件22不彼此流动连接，使得在它们之间不发生冷却剂或者说致冷剂的交换。
在按图2的方案中，每个冷却板30与一个构成为高压蓄能器的电池组件的一个电池模块相配，并且与该电池模块对置地设置。每个单冷却元件22因此能冷却三个电池模块，在图2中出于概括性而没有描述它们。与在图2中的每个单冷却元件22的三个冷却板30之中的各两个冷却板一样，在相配的电池组件中，各电池模块参考在车辆中的安装位置部分地竖直重叠地设置，各冷却板30分别与其相配的电池模块处于面状接触。
图3显示按本发明的单元10，在该单元中安装按图2的冷却装置20。配属的电池组件是多层的高压蓄能器，其中，在单元10的两个半体中的各两个电池模块重叠地设置。设有一个共同的壳体36，在该壳体中不仅设置电池组件的各电池模块而且设置冷却装置20，该冷却装置具有分别由三个冷却板30构成的单冷却元件22。
通过本发明的方案可以较好地平衡由于外部影响引起的温度差，因为各单冷却元件通过相配的阀彼此独立地调节。此外总体上可以实现多个并联路径，它们能够实现更均匀的致冷剂分布并且从而能够实现在电池组件内的均匀的温度分布。

Claims (12)

1.一种用于电动车辆的电池组件(12)尤其是高压蓄能器的冷却装置，该冷却装置包括多个冷却管路(28)，在所述冷却管路中引导冷却剂，所述冷却装置(20)构造成用于将热量从电池组件(12)传递到冷却剂上，其特征在于，所述冷却装置(20)具有至少两个分开地构成的、与电池对置的单冷却元件(22)，各单冷却元件分别经由自己的与相应的单冷却元件(22)相配的阀(24)被供应冷却剂。
2.根据权利要求1所述的冷却装置，其特征在于，在单冷却元件(22)的各冷却管路(28)之间没有与另一个单冷却元件(22)的各冷却管路(28)的流动连接。
3.根据权利要求1或2所述的冷却装置，其特征在于，通过各单冷却元件(22)的冷却剂流能彼此独立地调节。
4.根据上述权利要求之中任一项所述的冷却装置，其特征在于，各单冷却元件(22)分别具有一个或多个冷却板(30)。
5.根据上述权利要求之中任一项所述的冷却装置，其特征在于，所述冷却剂是致冷剂，所述致冷剂尤其是作为包括液相和气相的两相混合物存在。
6.根据上述权利要求之中任一项所述的冷却装置，其特征在于，所述阀(24)是自调节的或被调节的膨胀阀。
7.一种包括电池组件(12)和根据上述权利要求之中任一项所述的冷却装置(20)的单元，其中，所述电池组件(12)具有多个电池模块(14)，这些电池模块分别包括多个电池单体(16)。
8.根据权利要求7所述的单元，其特征在于，每个单冷却元件(22)与电池模块(14)相配。
9.根据权利要求7所述的单元，其特征在于，一个单冷却元件(22)与多个电池模块(14)、尤其是六个以下的电池模块(14)相配。
10.根据权利要求9所述的单元，其特征在于，各单冷却元件(22)分别具有多个冷却板(30)，每个冷却板(30)与电池模块(14)相配并且与该电池模块对置地设置。
11.根据权利要求7至10中任一项所述的单元，其特征在于，各电池模块(14)参考在车辆中的安装位置至少部分地竖直重叠地设置。
12.根据权利要求7至11中任一项所述的单元，其特征在于，设有一个共同的壳体(36)，电池组件(12)的各电池模块(14)以及冷却装置(20)设置在该壳体中。
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