具有包含調(diào)溫通道和旁路的調(diào)溫體的電池系統(tǒng)以及包含電池系統(tǒng)的機動車的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種電池系統(tǒng)，所述電池系統(tǒng)包括多個電池電芯(10)和至少一個調(diào)溫體(16)，所述調(diào)溫體通過調(diào)溫面(18)導熱地與所述電池電芯(10)相連接。所述調(diào)溫體(16)在其內(nèi)部具有調(diào)溫通道(24)，其在始流側(cè)通過輸入部(20)并且在返回側(cè)通過輸出部(22)從所述調(diào)溫體(16)中引導出來。特征是，旁路(26)通過分離節(jié)點(28)和匯聚節(jié)點(30)與所述調(diào)溫通道(24)相連接，其中，所述分離節(jié)點(28)比所述匯聚節(jié)點(30)更靠近所述輸入部(20)地設(shè)置。此外，本發(fā)明涉及一種包括電池系統(tǒng)的機動車。
【專利說明】具有包含調(diào)溫通道和旁路的調(diào)溫體的電池系統(tǒng)以及包含電池系統(tǒng)的機動車
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電池系統(tǒng)，該電池系統(tǒng)包括多個電池電芯和調(diào)溫體，該調(diào)溫體通過調(diào)溫面導熱地與電池電芯相連接。該調(diào)溫體在其內(nèi)部具有調(diào)溫通道，該調(diào)溫通道在始流側(cè)通過輸入部并且在返回側(cè)通過輸出部從調(diào)溫體中引導出來。
[0002]此外，本發(fā)明涉及一種包括電池系統(tǒng)的機動車。
【背景技術(shù)】
[0003]目前趨勢是，未來不僅在靜態(tài)的應(yīng)用中、例如風力發(fā)電設(shè)備中、在混合動力車輛或電動車中，而且在電子設(shè)備中、例如筆記本電腦或移動電話中越來越多地應(yīng)用新型電池系統(tǒng)，在可靠性、安全性、有效功率和使用壽命方面對其提出了非常高的要求。
[0004]為了保證鋰離子電池的安全性和功能，需要使鋰離子電芯在預(yù)定的溫度范圍之內(nèi)運行。在鋰離子電芯的運行期間，一方面產(chǎn)生為焦耳熱形式的熱量，其可通過鋰離子電芯的電流和內(nèi)電阻描述，以及通過由于在鋰離子電芯中的可逆過程的發(fā)熱來描述。這些熱必須被導出以避免鋰離子電芯的升溫超過臨界的運行溫度(并且由此避免鋰離子電芯的過熱)。
[0005]為了使鋰離子電池在有利的溫度范圍中運行，使鋰離子電芯聯(lián)接到調(diào)溫系統(tǒng)處。該調(diào)溫系統(tǒng)原則上可根據(jù)所使用的調(diào)溫流體的類型被分為:
[0006]1.空氣冷卻，
[0007]2.冷卻介質(zhì)冷卻，以及
[0008]3.致冷劑冷卻。
[0009]根據(jù)被輸送的調(diào)溫功率的程度選擇調(diào)溫流體。
[0010]通常，多個電芯被組合成模塊并且多個模塊又被組合成電池。在利用調(diào)溫板調(diào)溫時，一個或多個電池模塊同時由調(diào)溫板通過熱傳導調(diào)溫。作為用于調(diào)溫板的材料，通常的是鋁，或者使用具有至少程度相同的導熱性能的其它材料。
[0011]該調(diào)溫板例如在冷的白天起動時加熱鋰離子電芯或者例如在高的外部溫度時在高負載運行期間將其冷卻。在多種技術(shù)應(yīng)用中，鋰離子電芯通過其下側(cè)被調(diào)溫。與結(jié)構(gòu)空間相關(guān)地再次重要的是，將電池電芯分布到電池之內(nèi)的多個調(diào)溫板上。為了優(yōu)化的電池運行，相應(yīng)于其熱負載液壓地調(diào)整這些調(diào)溫板。在此，借助于分配塊使調(diào)溫介質(zhì)質(zhì)量流分開并且通過軟的軟管管路被輸送到各個調(diào)溫板?；爻滔鄳?yīng)地從每個調(diào)溫板借助于柔性的軟管相反地被輸送到中央的集中器并且從電池殼體中被導出。為了設(shè)計這種調(diào)溫系統(tǒng)，通常使用負載循環(huán)，利用該負載循環(huán)可預(yù)測在已知的熱邊界條件下在鋰離子電池之內(nèi)的溫度升高。
[0012]在利用被調(diào)溫流體穿流的調(diào)溫板冷卻多個電池電芯時，調(diào)溫流體的溫度由于被吸收的電池電芯損失熱在調(diào)溫板被穿流時始終升高。由此，調(diào)溫流體稍晚才到達的電池電芯被與之前已經(jīng)被調(diào)溫流體冷卻的電池電芯相比更熱的調(diào)溫流體冷卻。在電池電芯的損失功率近似相同時，對于被已經(jīng)變熱的調(diào)溫流體冷卻的電池電芯來說必然得到與被更加冷的調(diào)溫流體冷卻的電池電芯相比更高的溫度。然而，為了電池的最優(yōu)的有效功率和使用壽命需要其所有電池電芯被調(diào)溫成近似相同的(最優(yōu)的)溫度。
[0013]公開文獻DE102006061270A1公開了一種電池，一種電池模塊以及一種用于使電池模塊運行的方法。在此，為了使電池電芯運行，通過以下方式實現(xiàn)溫度的程度適宜的均勻化，即，在電池電芯之間引入由金屬體或由良好導熱的可能附加地包含金屬顆粒的塑料物質(zhì)構(gòu)成的導熱的電池底座。由此，可得到在電池電芯之間期望的溫度平衡；溫度也可更長時間被保持在所需的水平上并且如有可能也可更快速地給出。平衡和充電電子設(shè)備對在電池電芯的放電或充電循環(huán)期間保持優(yōu)化的溫度有附加的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]根據(jù)本發(fā)明提供一種電池系統(tǒng)。該電池系統(tǒng)包括多個電池電芯和至少一個調(diào)溫體，該調(diào)溫體通過其調(diào)溫面導熱地與電池電芯相連接。調(diào)溫體在其內(nèi)部具有調(diào)溫通道，該調(diào)溫通道借助于始流側(cè)的輸入部和返回側(cè)的輸出部從調(diào)溫體引導出來。特征是，旁路通過分離節(jié)點和匯聚節(jié)點與調(diào)溫通道相連接。分離節(jié)點比匯聚節(jié)點布置成更加靠近輸入部。調(diào)溫通道構(gòu)造成用于容納調(diào)溫流體，該調(diào)溫流體在流動方向上在分離節(jié)點處分支并且被引導到旁路、即與調(diào)溫通道分離地被引導的通道。隨后，該調(diào)溫流體在流動技術(shù)上平行于調(diào)溫通道被引導，直至旁路的流在匯聚節(jié)點中被引導回到調(diào)溫通道中。始流側(cè)表示調(diào)溫通道的這樣的端部，即，新的調(diào)溫的調(diào)溫流體可通過該端部進入，相反地，返回側(cè)表示調(diào)溫通道的另一端部。作為調(diào)溫流體，可例如與防凍劑混合地應(yīng)用水。為此，特別合適的是水和乙二醇的混合物。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的電池系統(tǒng)具有的優(yōu)點是，多個布置在唯一的冷卻板上的電池電芯可被調(diào)溫到近似相同的溫度。這也適用于由于在調(diào)溫體中的流動引導在稍晚的時刻才被調(diào)溫流體到達的電池電芯。結(jié)果是，電池具有提高的使用壽命和有效功率。
[0016]優(yōu)選地,旁路與調(diào)溫體熱絕緣。優(yōu)選地，也可通過旁路通道由抑制熱的材料、例如塑料制成而實現(xiàn)熱絕緣或解耦(Entkoppelung)。另一優(yōu)選的可能性在于，旁路通道通過抑制熱的中間層與其余的調(diào)溫體且特別是與調(diào)溫通道分離。通過旁路與調(diào)溫體的熱絕緣實現(xiàn)盡可能少地加熱在旁路中的調(diào)溫流體。
[0017]此外優(yōu)選地，旁路和調(diào)溫通道位于相同的平行于調(diào)溫面的平面中。在此所述的是平行于調(diào)溫面伸延的調(diào)溫通道和旁路。如果在垂直于調(diào)溫面的方向上調(diào)溫通道的最大延伸大于旁路的延伸，則整個旁路位于兩個平面之間，這兩個平面平行于調(diào)溫面并且在其相對的兩側(cè)與調(diào)溫通道相切。如果在垂直于調(diào)溫面的方向上旁路的最大延伸大于調(diào)溫通道的延伸，則整個調(diào)溫通道位于兩個平面之間，這兩個平面平行于調(diào)溫面并且在其相對的兩側(cè)與旁路相切。如果調(diào)溫通道和旁路位于一個平面中，則可實現(xiàn)特別節(jié)省空間的扁平的調(diào)溫體。此外，由此能夠?qū)崿F(xiàn)，建立用于調(diào)溫面和與調(diào)溫面相對的側(cè)面的對稱的冷卻條件。
[0018]此外優(yōu)選地，旁路的所有局部區(qū)域相對于調(diào)溫面的法向距離大于調(diào)溫通道的每個任意局部區(qū)域的法向距離。由此，旁路的每個與調(diào)溫面的法向距離最小的局部區(qū)域具有比調(diào)溫通道的每個與調(diào)溫面的法向距離最大的部分更大的法向距離。這種考慮不涉及可能的布置在旁路和調(diào)溫通道之間的過流通道，該過流通道可屬于分離節(jié)點和匯聚節(jié)點。
[0019]此外優(yōu)選地，旁路的法向投影在調(diào)溫面上的中線是調(diào)溫通道的法向投影在調(diào)溫面上的中線的一部分。這種設(shè)計方案實現(xiàn)了利用來自布置在調(diào)溫通道的遠離調(diào)溫面一側(cè)的特有的旁路中的調(diào)溫流體供給每個調(diào)溫通道。
[0020]在本發(fā)明的優(yōu)選的設(shè)計方案中，輸入部和輸出部布置在調(diào)溫體的相對的側(cè)面上。這種實施方案例如實現(xiàn)了調(diào)溫通道的I形。通過輸入部和輸出部位于調(diào)溫通道的相對的側(cè)上，特別是能夠節(jié)省空間地使多個調(diào)溫體彼此平行地且同向地布置，由此所有輸入部位于平行地布置的調(diào)溫體的一側(cè)上并且所有輸出部位于平行地布置的調(diào)溫體的另一側(cè)上。這實現(xiàn)了空間上彼此分離地輸送調(diào)溫的調(diào)溫流體和導出已加熱的或已冷卻的調(diào)溫流體。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選的設(shè)計方案，輸入部和輸出部布置在調(diào)溫體的相同的側(cè)面上。這種實施方案實現(xiàn)了例如調(diào)溫通道的U形。通過輸入部和輸出部位于調(diào)溫通道的相同的側(cè)上，可再次與I形相似地特別節(jié)省空間地彼此平行地且同向地布置多個調(diào)溫體，然而其中，現(xiàn)在所有輸入部和所有輸出部都位于平行地布置的調(diào)溫體的同一側(cè)。由此實現(xiàn)，不僅到輸入部的輸入管路而且從輸出部出來的輸出管路都節(jié)省空間地布置在平行地布置的調(diào)溫體的同一側(cè)。
[0022]優(yōu)選地，電池電芯是鋰離子二級電芯。通過使用鋰離子技術(shù)，可實現(xiàn)特別高的功率和能量儲存密度，由此特別是在電動牽引的領(lǐng)域中得到其它優(yōu)點。
[0023]優(yōu)選地，調(diào)溫體很大部分由鋁或銅制成，由此實現(xiàn)了高的熱導值。
[0024]此外，提供一種具有根據(jù)本發(fā)明的電池系統(tǒng)的機動車，其中，該電池系統(tǒng)通常設(shè)置成用于為車輛的電驅(qū)動系統(tǒng)供電。
[0025]在從屬權(quán)利要求中給出或者在描述中得到本發(fā)明的有利的改進方案。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]根據(jù)附圖和以下描述詳細解釋本發(fā)明的實施例。附圖中:
[0027]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的電池系統(tǒng)，
[0028]圖2至4示出了具有為U形的調(diào)溫通道的調(diào)溫體，
[0029]圖5和6示出了具有多個為I形的調(diào)溫通道的調(diào)溫體，以及
[0030]圖7示出了具有布置得更深的旁路的調(diào)溫體。
【具體實施方式】
[0031]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的電池系統(tǒng)。多個電池電芯10布置在調(diào)溫體16上。調(diào)溫體16包括輸入部20和輸出部22，調(diào)溫流體、例如調(diào)溫液體可在工作中通過該輸入部和輸出部進入和離開。調(diào)溫流體在從輸入部20至輸出部22的路徑上穿流布置在調(diào)溫體16的內(nèi)部中的調(diào)溫通道24并且由此實現(xiàn)了在電芯10和調(diào)溫流體之間的熱傳遞，其中，通過調(diào)溫面18通過導熱傳遞熱量。
[0032]圖2、3和4以示意性的截面圖示出了不同調(diào)溫體16的內(nèi)部的流動引導，其中，截面平面相對于調(diào)溫面18平行錯位地伸延穿過調(diào)溫通道24。調(diào)溫通道24構(gòu)造成U形，輸入部20和輸出部22相應(yīng)地位于調(diào)溫體16的相同側(cè)面上。
[0033]圖2示意性地示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的調(diào)溫體16。在運行期間，調(diào)溫流體以從輸入部20開始直至輸出部22的方式穿流調(diào)溫通道24，并且當電池電芯10被冷卻時變暖或者當電池電芯10被加熱時冷卻。[0034]在圖3中示意性示出的根據(jù)本發(fā)明的調(diào)溫體16包括示意性地以虛線繪出的旁路26，其布置在調(diào)溫通道24之外。旁路26借助于分離節(jié)點28和三個匯聚節(jié)點30在流動技術(shù)上與調(diào)溫通道24相連接。
[0035]在圖4中示意性地以虛線示出的兩個旁路26分別借助于分離節(jié)點28和匯聚節(jié)點30在流動技術(shù)上與調(diào)溫通道24相連接，其中旁路26適宜地布置在U形的調(diào)溫通道24的內(nèi)側(cè)上。
[0036]圖5和6以示意性的截面圖示出了不同調(diào)溫體16的內(nèi)部的流動引導，其中，截面平面相對于調(diào)溫面平行錯位地伸延穿過調(diào)溫通道24。調(diào)溫通道24如所示出地構(gòu)造成I形，輸入部20和輸出部22相應(yīng)地位于調(diào)溫體16的相對的側(cè)面上。
[0037]圖5示意性地示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的調(diào)溫體16。在運行期間，調(diào)溫流體從輸入部20開始直至輸出部22穿流調(diào)溫通道24，其中，調(diào)溫流體在輸入部20之后被分開，平行地在調(diào)溫通道24中被引導并且在輸出部22之前再次匯聚。調(diào)溫流體在電池電芯10被冷卻時變暖或者在電池電芯10被加熱時被冷卻。
[0038]在圖6中示意性地示出的根據(jù)本發(fā)明的調(diào)溫體16包括兩個對稱地構(gòu)造的、示意性地以虛線繪出的旁路26，其布置在外側(cè)的兩個調(diào)溫通道24之外。旁路26分別借助于一個分離節(jié)點28和兩個匯聚節(jié)點30在流動技術(shù)上與相關(guān)聯(lián)的外側(cè)的調(diào)溫通道24相連接。
[0039]在圖3、4和6中示意性地示出的旁路26原則上可位于平行于調(diào)溫面18的、與調(diào)溫通道24相同的平面中。這一方面實現(xiàn)了盡可能扁平的調(diào)溫體16，然而在某些情況下需要旁路26的熱絕緣。此外在調(diào)溫通道24的一些布置方案中困難的是，為所有調(diào)溫通道24設(shè)置旁路26 (見圖3b)。特別是在緊密地并排布置調(diào)溫通道24時，不能毫無疑問地實現(xiàn)將旁路26布置在調(diào)溫通道24之間。
[0040]在圖7中示出了可能的補救方案，其以垂直于調(diào)溫面18的截面平面示出了穿過調(diào)溫通道24的示意剖視圖?？煽闯?，示意性地以虛線繪出的旁路26的所有局部區(qū)域相對于調(diào)溫面的法向距離大于相對于調(diào)溫通道的每個任意局部區(qū)域的法向距離。由此，旁路26在這樣的平面中伸延，即，該平面比調(diào)溫通道24在其中伸延的平面更加遠離調(diào)溫面錯位地布置。布置在旁路26和調(diào)溫通道24之間的可以屬于節(jié)點28和30的過流通道(在圖中垂直地示出)不被視為旁路26的一部分。通過這種設(shè)計方案實現(xiàn)，使得旁路26布置成在調(diào)溫面18上的法向投影中與調(diào)溫通道24重疊。由此，所有調(diào)溫通道24在復(fù)雜的布置方案中也可利用來自旁路26的新調(diào)溫流體供給。此外，通過旁路26相對于調(diào)溫面18增加的偏移，簡化了可能的熱絕緣或者不需要熱絕緣。
[0041]為了保證在圖3、4、6和7中不出的芳路26的功能，芳路26和分尚節(jié)點28以及匯聚節(jié)點30連同過流通道必須與調(diào)溫通道24相協(xié)調(diào)。這例如可通過旁路26的橫截面或者通過在分離節(jié)點28和匯聚節(jié)點30中合適的節(jié)流部實現(xiàn)。在運行期間，在分離節(jié)點28中調(diào)溫流體從調(diào)溫通道24中分支。該調(diào)溫流體平行于相應(yīng)的調(diào)溫通道流過相應(yīng)的旁路26。在調(diào)溫流體在調(diào)溫通道24的走向中通過待冷卻或待加熱的電池電芯10不斷地被加熱或者冷卻期間，在旁路26中流動的調(diào)溫流體的溫度基本上保持恒定。這例如通過已經(jīng)闡述的熱絕緣或者與調(diào)溫面18距離很遠的適宜的幾何布置方案實現(xiàn)。在流動方向上，匯聚節(jié)點30位于例如可以計算的方式確定的合適的位置，調(diào)溫流體在該匯聚節(jié)點30處至少部分地從旁路26中被引導回到調(diào)溫通道24中。在匯聚節(jié)點30之后，調(diào)溫流體的溫度介于旁路26的調(diào)溫流體的溫度和調(diào)溫通道24的調(diào)溫流體的溫度之間。因此，在匯聚節(jié)點30之后的調(diào)溫流體的溫度比在匯聚節(jié)點30之前在調(diào)溫通道24中的溫度更相近于在分離節(jié)點28處的調(diào)溫流體溫度。結(jié)果是，與根據(jù)圖2和5的沒有旁路26的情況相比，更均勻地將電池電芯10調(diào)溫到確定的溫度。
【權(quán)利要求】
1.一種電池系統(tǒng)，所述電池系統(tǒng)包括多個電池電芯(10)和至少一個調(diào)溫體(16)，所述調(diào)溫體通過調(diào)溫面(18)導熱地與所述電池電芯(10)相連接，并且此外，所述調(diào)溫體(16)在其內(nèi)部具有調(diào)溫通道(24)，該調(diào)溫通道在始流側(cè)通過輸入部(20)并且在返回側(cè)通過輸出部(22)從所述調(diào)溫體(16)引導出來，其特征在于，旁路(26)通過分離節(jié)點(28)和匯聚節(jié)點(30)與所述調(diào)溫通道(24)相連接，并且所述分離節(jié)點(28)比所述匯聚節(jié)點(30)更靠近所述輸入部(20)地設(shè)置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池系統(tǒng)，其中，所述旁路(26)與所述調(diào)溫體(16)熱絕緣或抑制熱。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的電池系統(tǒng)，其中，所述旁路(26)和所述調(diào)溫通道(24)位于相同的平行于所述調(diào)溫面(18)的平面中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至2中任一項所述的電池系統(tǒng)，其中，所述旁路(26)的所有局部區(qū)域相對于所述調(diào)溫面(18)的法向距離大于所述調(diào)溫通道(24)的每個任意局部區(qū)域的法向距離。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電池系統(tǒng)，其中，所述旁路(26)的法向投影在所述調(diào)溫面(18)上的中線是所 述調(diào)溫通道(24)的法向投影在所述調(diào)溫面(18)上的中線的一部分。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的電池系統(tǒng)，其中，所述輸入部(20)和所述輸出部(22)布置在所述調(diào)溫體(16)的相對的側(cè)面上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項所述的電池系統(tǒng)，其中，所述輸入部(20)和所述輸出部(22)布置在所述調(diào)溫體(16)的相同的側(cè)面上。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的電池系統(tǒng)，其中，所述電池電芯是鋰離子二級電-!-HΛ ο
9.一種具有根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項所述的電池系統(tǒng)的機動車。
【文檔編號】H01M2/10GK103959508SQ201280055462
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2012年9月17日 優(yōu)先權(quán)日:2011年11月14日
【發(fā)明者】X·閻, C·潘克伊維茨, S·京農(nóng), C·勒夫, A·施密特 申請人:羅伯特·博世有限公司, 三星Sdi株式會社