專利名稱:用于電化學(xué)電源的調(diào)溫裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種用于電化學(xué)電源(2)的調(diào)溫裝置(1)。本實(shí)用新型提出，所述電源(2)具有一個(gè)殼體(4)和多個(gè)單元電池(3)，其中，所述調(diào)溫裝置(1)包括調(diào)溫流體(5)，所述調(diào)溫流體被設(shè)置為在所述殼體(4)內(nèi)部包圍所述單元電池(3)，所述調(diào)溫裝置(1)還包括至少一個(gè)用于影響所述調(diào)溫流體(5)的溫度的裝置(13，15，17，23)。
【專利說明】用于電化學(xué)電源的調(diào)溫裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種特別是用于電化學(xué)電源的調(diào)溫裝置。其典型的應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)榧訜峄蛘呃鋮s交通工具的和固定不動(dòng)的消耗器的電池、蓄電池或者燃料電池。

【背景技術(shù)】
[0002]已知的是，電化學(xué)電源在低于最小溫度的情況下很少或者完全沒有電能放出。因此，很多電池設(shè)有加熱墊，所述加熱墊通過電加熱元件增大了電池的殼體。然而與能耗相比，這種加熱元件的影響經(jīng)常不能令人滿意。
[0003]另外已知的是，當(dāng)在較高的環(huán)境溫度的情況下取用較大的電流量時(shí)，電化學(xué)電源可能會(huì)過熱。在此已知的是，利用風(fēng)機(jī)對(duì)電池進(jìn)行冷卻。然而，這視使用領(lǐng)域而定也不能以必需的程度起作用。
[0004]因此值得希望的是，能夠?qū)崿F(xiàn)相對(duì)于溫度波動(dòng)不太敏感的供電。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]在上述背景下，提出具有根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)方面特征的技術(shù)方案。其它有利的構(gòu)型可以從其它描述和以下的描述中獲悉。
[0006]根據(jù)本實(shí)用新型，提出了一種用于電源的調(diào)溫裝置，所述電源具有一個(gè)殼體，所述電源具有多個(gè)單元電池。本實(shí)用新型提出，該調(diào)溫裝置包括調(diào)溫流體，所述調(diào)溫流體被設(shè)置為在所述殼體內(nèi)部包圍所述單元電池。該調(diào)溫裝置還包括至少一個(gè)用于影響所述調(diào)溫流體的溫度的裝置。
[0007]根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)有利的構(gòu)型，所述用于影響流體溫度的裝置包括以下部件中的至少一個(gè):熱電元件；附加加熱裝置；熱傳遞裝置；或者空氣運(yùn)動(dòng)裝置。
[0008]根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)有利的構(gòu)型，所述調(diào)溫流體具有在正常壓力的情況下低于100°C、優(yōu)選低于70°C的氣化溫度。
[0009]根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)有利的構(gòu)型，所述殼體具有至少一個(gè)蓋部，所述蓋部設(shè)有至少一個(gè)用于影響所述調(diào)溫流體的溫度的裝置。

【附圖說明】

[0010]以下說明以及本申請(qǐng)的其他描述將解釋本實(shí)用新型的細(xì)節(jié)。這些實(shí)施方案應(yīng)使得本實(shí)用新型易于理解，但仍然只有示范作用。當(dāng)然在本申請(qǐng)所定義的實(shí)用新型范圍之內(nèi)也可刪減、改變或者補(bǔ)充單個(gè)或者多個(gè)所述的特征。當(dāng)然也可以將不同實(shí)施方式的特征相互組合。關(guān)鍵是基本上實(shí)行了本實(shí)用新型的方案。如果應(yīng)當(dāng)至少部分滿足某一特征，則也包括完全或者基本上完全滿足該特征。在此，“基本上”尤其意味著該實(shí)行能夠以可識(shí)別的程度實(shí)現(xiàn)所需的用途，至少以50 %、90 %、95 %或99 %的程度滿足相應(yīng)的特征。如果已注明了最小量，則當(dāng)然也可以使用比該最小量更多的量。如果用至少一個(gè)說明構(gòu)件的數(shù)量，則這尤其也包含具有兩個(gè)、三個(gè)或其它數(shù)量的構(gòu)件的實(shí)施方式。針對(duì)某一對(duì)象描述的主題也可以應(yīng)用于所有其它同類對(duì)象的主要部分或者整體。如果沒有其它說明，則區(qū)間均包括其邊界點(diǎn)。如果為了實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型而給出了多個(gè)可選方案，則這些可選方案也可以單個(gè)地或者相互聯(lián)系地同時(shí)實(shí)現(xiàn)。也就是說在這種情況中“或者”意味著“或是……或是……”以及“和”。
[0011]以下將參考:
[0012]圖1:具有電化學(xué)電源的機(jī)動(dòng)車的部分縱向截面圖；
[0013]圖2:圖1的電化學(xué)電源的分解圖。

【具體實(shí)施方式】
[0014]本實(shí)用新型例如可以在根據(jù)圖1的交通工具中使用。交通工具是指用于運(yùn)送人員和/或貨物的交通工具，如陸上_、水上_、軌道-和空中交通工具，特別是飛機(jī)、輪船和機(jī)動(dòng)車等。
[0015]這樣的交通工具可以配備有根據(jù)本實(shí)用新型的電化學(xué)電源。
[0016]電化學(xué)電源例如是電池、蓄電池或者燃料電池。所述電源用于給交通工具中不同的電消耗器、例如驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)、啟動(dòng)器、照明裝置或者類似物供電。交通工具可以配備一個(gè)或者多個(gè)這種電源。這種電源2優(yōu)選設(shè)置在這樣的位置上:所述位置可以讓行駛風(fēng)或者環(huán)境空氣接近或者易于接近、例如在發(fā)動(dòng)機(jī)室中、交通工具底盤下方或者行李室中。
[0017]電化學(xué)電源2優(yōu)選具有多個(gè)單元電池3。對(duì)此應(yīng)理解為結(jié)構(gòu)組件或者封裝單元意義上的模塊，所述模塊具有至少兩個(gè)電極和一個(gè)化學(xué)能儲(chǔ)存器。例如可以涉及鉛-鉛氧化物-電池。優(yōu)選的是，在一個(gè)電源中設(shè)有多個(gè)單元電池，以便通過將這些單元電池互聯(lián)或聯(lián)接而實(shí)現(xiàn)足夠高的電勢(shì)、例如12伏、24伏、48伏、110伏或者230伏。為了提供足夠大的電流，這種互聯(lián)也是有意義的。在本實(shí)用新型的實(shí)施例中，10個(gè)單元電池設(shè)置成一個(gè)排列，并且2個(gè)這種排列并排地設(shè)置在所述電源中。單元電池3優(yōu)選具有這樣的形狀:所述形狀允許空間上緊密的可收納性，以便實(shí)現(xiàn)電源的高的電荷密度。對(duì)此合適的是方形或者棍形。至少一個(gè)單元電池設(shè)置在電源內(nèi)部，優(yōu)選對(duì)于所有單元電池都是這樣。這些單元電池優(yōu)選如此定向，使得它們能夠被簡單地接觸接通并且調(diào)溫。這可以特別是通過縱軸線的垂直走向以及朝上的電觸頭布置來實(shí)現(xiàn)。優(yōu)選的是，這些單元電池相對(duì)于其它單元電池或者殼體壁如此地定位，使得這些單元電池在運(yùn)行期間被不可運(yùn)動(dòng)地支承。此外，部件之間的最小間距負(fù)責(zé)利用調(diào)溫流體可靠地環(huán)流。優(yōu)選的是，至少一個(gè)單元電池與另一相鄰單元電池之間具有3mm、優(yōu)選5mm、優(yōu)選Icm的最小間距。優(yōu)選至少一個(gè)單元電池與電源的至少一個(gè)殼體壁之間的最小間距也是這樣。
[0018]優(yōu)選的是，電源2具有至少一個(gè)殼體4。在此，“殼體”表示這樣的裝置:所述裝置用于防止化學(xué)劑的不希望的排出或者防止與電源的電構(gòu)件的意外接觸。優(yōu)選的是，所述殼體是氣密或者液密的容器、特別是盆形或者方形的中空體。殼體的形狀基本上跟隨設(shè)置在所述殼體中的單元電池組的輪廓。所述殼體優(yōu)選由以下材料制成:所述材料允許對(duì)電源的內(nèi)置物進(jìn)行高效地調(diào)溫并且具有輕且穩(wěn)固的結(jié)構(gòu)。在此，所述材料例如特別是具有耐酸以及良好導(dǎo)熱成分的塑料、鋁、或者碳纖維或玻璃纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料。尤其優(yōu)選的是這樣一種殼體，所述殼體的壁至少部分地由鋁制成。在需要時(shí)可以局部涂層，以便對(duì)所述鋁進(jìn)行熱、化學(xué)、或者電屏蔽或隔離。
[0019]所述殼體優(yōu)選具有至少一個(gè)蓋部7。蓋部7優(yōu)選基本上具有電源2的基面的輪廓。優(yōu)選的是，所述蓋部不僅液密而且氣密地固定在殼體4上。所述蓋部優(yōu)選由與殼體7其余部分相同的一種材料或者相同的多種材料制成。
[0020]優(yōu)選的是，所述電源具有調(diào)溫流體5。所述調(diào)溫流體應(yīng)允許將多余的熱從單元電池向電源的殼體輸送走或者將熱從電源的殼體向溫度過低的單元電池輸送?！罢{(diào)溫流體”理解為無定形的體，所述體將可以熱儲(chǔ)存、攜帶、在適當(dāng)?shù)奈恢蒙厢尫?。其?shí)例例如是液體、氣體、顆粒、粉末或者由一種或者多種上述成分組成的混合物。優(yōu)選的是，所述調(diào)溫流體以一個(gè)量包含在電源中，所述量允許均勻地繞流電源的所有構(gòu)件。這允許均勻的溫度分布，而不會(huì)出現(xiàn)過冷或者過熱的區(qū)域。優(yōu)選的是，調(diào)溫流體占據(jù)單元電池與殼體之間可用的整個(gè)空間。
[0021]所述調(diào)溫流體的材料在液態(tài)中優(yōu)選具有這樣的熱容:所述熱容允許高效地輸送熱。為此合適的是IkJ/(kg K)、更好為1.1以及更高的熱容。對(duì)此適合的是水、鹽水溶液、含水以及無水乙醇、氟化酮(Fluorketone)、氫氟徑(Hydrofluor-Kohlenwasserstoffe)和其它已知的載熱體。
[0022]優(yōu)選的是，至少部分的調(diào)溫流體具有低于100°C、優(yōu)選低于70°C、優(yōu)選處于40°C至55°C之間的氣化溫度。優(yōu)選的是，所述流體的沸點(diǎn)處于電源的理論運(yùn)行溫度與這樣的值之間:所述值最多超過所希望的運(yùn)行溫度的20%、更好10%。所述百分比表示以開爾文為單位的溫度值。如果單元電池3局部過熱，則調(diào)溫流體將氣化。調(diào)溫流體的氣化以兩種方式反作用于過熱。一方面，液態(tài)形式到蒸氣形式的相變導(dǎo)致了通過調(diào)溫流體提高的熱接收。另夕卜，蒸氣由于其升力非?？焖俚卦陔娫磧?nèi)部向上升起。由此，一方面將過多的熱被特別快速地輸送至殼體壁并且同時(shí)在熱區(qū)域上對(duì)于補(bǔ)充流入的液態(tài)調(diào)溫流體特別快速地提供位置。利用氟烴和含氟的酮可以特別良好地實(shí)現(xiàn)所述效果。此外，所述調(diào)溫流體應(yīng)無毒、不易燃并且對(duì)臭氧無害。優(yōu)選的是，所述調(diào)溫流體在與空氣接觸的情況下僅數(shù)天或者數(shù)周化學(xué)穩(wěn)定。
[0023]優(yōu)選的是，所述殼體具有一個(gè)或者多個(gè)透熱部10。優(yōu)選的是，在殼體4的蓋部7上設(shè)置多個(gè)透熱部。因?yàn)橥ㄟ^調(diào)溫流體5對(duì)流，熱的流體趨向于向上朝蓋部運(yùn)動(dòng)。優(yōu)選的是，所述殼體的端側(cè)或者側(cè)面也設(shè)有透熱部。所述殼體底側(cè)上的附加的透熱部可以特別是用于將熱儲(chǔ)存到電源中，因?yàn)楫?dāng)熱在電源內(nèi)部上升的情況下通過引起的調(diào)溫流體的對(duì)流運(yùn)動(dòng)可以將電源內(nèi)部的熱沿著單元電池很好地分布。
[0024]至少一個(gè)透熱部具有可良好導(dǎo)熱的層，所述層是殼體6的壁的構(gòu)成部分。殼體6的可能設(shè)置的絕緣層在透熱部的區(qū)域中被中斷，從而在這個(gè)區(qū)域中存在凹部。
[0025]調(diào)溫裝置I優(yōu)選具有至少一個(gè)熱電元件13。熱電元件理解為這樣的構(gòu)件:所述構(gòu)件在被加載電壓的情況下包括至少一個(gè)具有提高的溫度的面以及至少一個(gè)具有與未加載的狀態(tài)相比溫度降低的面(珀?duì)柼?；并且應(yīng)理解為這樣的構(gòu)件，所述構(gòu)件在發(fā)生溫度降的情況下產(chǎn)生電勢(shì)(塞貝克元件)。這種熱電元件優(yōu)選為扁平的、基本上為陶瓷部件，其基面優(yōu)選相應(yīng)于透熱部10的面。優(yōu)選的是，熱電元件占據(jù)了蓋部基面的至少50%。優(yōu)選的是，也給至少一個(gè)透熱部10的每個(gè)端側(cè)配備至少一個(gè)熱電元件。
[0026]為了改善熱傳遞的效率，調(diào)溫裝置配備有至少一個(gè)熱傳遞裝置15。熱傳遞裝置15一方面允許熱力學(xué)元件的表面與電源2外部的空氣之間較好的熱傳遞，其方式是，其增大了空氣與調(diào)溫裝置之間的可使用的邊界面。另一方面，所述熱傳遞裝置允許提高空氣通過量。所述兩個(gè)方面都可以通過以下方式實(shí)現(xiàn):熱傳遞裝置15具有至少一個(gè)導(dǎo)熱體，所述導(dǎo)熱體具有多個(gè)相互平行設(shè)置的導(dǎo)熱肋部。此外，導(dǎo)熱體優(yōu)選具有可良好導(dǎo)熱的材料、例如金屬、如鋁或者銅。優(yōu)選的是，給熱傳遞裝置15配置至少一個(gè)空氣運(yùn)動(dòng)裝置17。在此特別可以涉及一個(gè)或者多個(gè)風(fēng)機(jī)，這些風(fēng)機(jī)例如設(shè)置在導(dǎo)熱體的端側(cè)上，以便通過熱傳遞裝置15沿著導(dǎo)熱肋部輸送空氣。按這種方法，借助于吹過的空氣將過多的熱從熱傳遞裝置15和導(dǎo)熱肋部去除或者將熱從被吹入的空氣通過導(dǎo)熱肋部接收用于供入到電源2中。也可以設(shè)置至少一個(gè)空氣運(yùn)動(dòng)裝置17，所述空氣運(yùn)動(dòng)裝置的吹入的或吹出的空氣流在進(jìn)入或者離開所述空氣運(yùn)動(dòng)裝置時(shí)具有這樣的流動(dòng)方向:所述流動(dòng)方向沿著垂直線朝熱電元件的和/或透熱部10的基面定向。尤其可以設(shè)置的是，軸流式風(fēng)機(jī)以垂直于熱電裝置或透熱部定向的空氣流吹向熱電裝置和/或透熱部10。然而也可以設(shè)置流動(dòng)反向，以便通過徑向的空氣流對(duì)透熱部10和/或熱電元件進(jìn)行調(diào)溫并且通過所述軸流式風(fēng)機(jī)可以將排出空氣垂直于熱排出部的或者熱電元件的基面吹走。為此合適的是，空氣運(yùn)動(dòng)裝置17不是側(cè)向地設(shè)置在熱傳遞裝置15的端側(cè)上，而是中心地設(shè)置并且至少替代熱導(dǎo)體的熱導(dǎo)肋部的一部分地設(shè)置在熱傳遞裝置15內(nèi)部?？諝膺\(yùn)動(dòng)裝置17可以設(shè)有覆蓋物19，以便防止無意地作用到轉(zhuǎn)動(dòng)的葉輪中、保護(hù)空氣運(yùn)動(dòng)裝置以防污物或者異物并且將入流的空氣或者出流的空氣轉(zhuǎn)向到優(yōu)選的方向上。
[0027]為了在溫度極低或者反應(yīng)時(shí)間短的情況下也確保加熱所述電源2，所述調(diào)溫裝置可以設(shè)有一個(gè)或者多個(gè)附加加熱裝置23。所述附加加熱裝置一方面可以是面狀的加熱元件，這些加熱元件設(shè)置在殼體4的側(cè)面上。然而也可以設(shè)置的是，至少一個(gè)附加加熱裝置23以加熱棒的形式設(shè)置在調(diào)溫流體5的內(nèi)部。因?yàn)闅んw4從角部開始被最強(qiáng)地冷卻，因此合適的是，特別是在這些區(qū)域中設(shè)置附加加熱裝置。為此，殼體4優(yōu)選具有凸出部，這些凸出部的定向垂直地設(shè)置，以便在這些凸出部中接收同樣垂直設(shè)置的附加加熱裝置23和調(diào)溫流體的部分量。優(yōu)選的是，這些凸出部設(shè)置在電源2的端側(cè)上，以便獲得緊湊的形狀。合適的是，在相應(yīng)端側(cè)的兩個(gè)這樣的凸出部之間設(shè)有至少一個(gè)透熱部和熱傳遞裝置15。
[0028]至少一個(gè)附加加熱裝置23優(yōu)選由PTC材料(正溫度系數(shù))或者陶瓷材料(例如MCH)制成。
[0029]為了確保電源2內(nèi)部的單元電池3被均勻地調(diào)溫，調(diào)溫裝置也可以配備有流體運(yùn)動(dòng)裝置25。所述流體運(yùn)動(dòng)裝置例如可以具有渦輪機(jī)，所述渦輪機(jī)在殼體4內(nèi)部具有自身的電驅(qū)動(dòng)器。但是，為了免受侵蝕性的介質(zhì)，所述流體運(yùn)動(dòng)裝置也可以是具有磁性的或者可磁化的部件的葉輪，所述葉輪可以通過設(shè)置在殼體4外部的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)通過磁場運(yùn)動(dòng)。優(yōu)選的是，流體運(yùn)動(dòng)裝置25設(shè)置在所述凸出部27內(nèi)或者其附近，以確保附加加熱裝置23的可靠繞流并且避免調(diào)溫流體5在那里局部過熱。
[0030]如果殼體4是氣密的，則避免了濕氣進(jìn)入。取消了迄今為止為此在空冷系統(tǒng)中所需的耗費(fèi)。盡管如此，所述系統(tǒng)仍被保護(hù)免受通過冷凝的濕氣引起的腐蝕和短路。為了在薄壁的殼體中避免過壓的問題，合適的是，利用兩種不同的材料填充殼體4的內(nèi)部空間。第一材料作為實(shí)際的調(diào)溫流體起作用。所述第一材料具有在熱容和氣化特性方面已做說明的性質(zhì)。第二材料優(yōu)選在電源的任何使用溫度中都為氣態(tài)。這特別是涉及-50°C至+100°C、優(yōu)選-30°C至+60°C的溫度范圍。優(yōu)選的是，所述第二材料不會(huì)或者僅輕微地溶于第一材料中。第二材料優(yōu)選包含氣態(tài)的氮(N2)、二氧化碳(CO2)或者無水空氣。優(yōu)選的是，第二材料占據(jù)所述兩種材料的總量的I %至70%之間、優(yōu)選10%至50%之間、尤其10%至30%之間的份額。
[0031]如果在蓋部7下方形成氣體儲(chǔ)存部，所述氣體儲(chǔ)存部包含調(diào)溫流體的可冷凝的組成部分，則調(diào)溫裝置I在蓋部上如同冷凝器那樣工作。因?yàn)橐褮饣恼{(diào)溫流體在蓋部上在透熱部10上被冷卻，直到所述調(diào)溫流體達(dá)到其冷凝溫度為止。然后所述調(diào)溫流體作為液體掉落并且滴回到殼體6中的液體中。
[0032]附圖標(biāo)記表
[0033]I調(diào)溫裝置
[0034]2 電源
[0035]3單元電池
[0036]4 殼體
[0037]5調(diào)溫流體
[0038]7 蓋部
[0039]10透熱部
[0040]13熱電元件
[0041]15熱傳遞裝置
[0042]17空氣運(yùn)動(dòng)裝置
[0043]23附加加熱裝置
[0044]25流體運(yùn)動(dòng)裝置
[0045]27凸出部
【權(quán)利要求】
1.一種用于電化學(xué)電源(2)的調(diào)溫裝置(1)， -所述電化學(xué)電源⑵具有一個(gè)殼體(4)， -所述電化學(xué)電源⑵具有多個(gè)單元電池(3)， 其特征在于: -所述調(diào)溫裝置(I)包括調(diào)溫流體(5)，所述調(diào)溫流體被設(shè)置為在所述殼體(4)內(nèi)部包圍所述單元電池(3)， -所述調(diào)溫裝置(I)還包括至少一個(gè)用于影響所述調(diào)溫流體(5)的溫度的裝置(13，15，17,23)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)溫裝置(I)，其特征在于，所述用于影響流體溫度的裝置包括以下部件中的至少一個(gè): -熱電元件(13)， -附加加熱裝置(23)， -熱傳遞裝置(15)，或者 -空氣運(yùn)動(dòng)裝置(17)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)溫裝置(I)，其特征在于，所述調(diào)溫流體(5)具有在正常壓力的情況下低于100°c的氣化溫度。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)溫裝置(I)，其特征在于，所述殼體(4)具有至少一個(gè)蓋部(7)，所述蓋部設(shè)有至少一個(gè)用于影響所述調(diào)溫流體(5)的溫度的裝置(13，15，17，23)。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的調(diào)溫裝置(I)，其特征在于，所述調(diào)溫流體(5)具有在正常壓力的情況下低于70°C的氣化溫度。
【文檔編號(hào)】H01M10-617GK204271192SQ201420738626
【發(fā)明者】F·弗列斯, 張宇, 彭富兵, 張大力, 劉建明 [申請(qǐng)人]捷溫汽車系統(tǒng)（中國）有限公司