CN113875077A - 装配有使用介电流体的温度调节装置的电池 - Google Patents

Abstract

一种包括至少一排能量存储单元(10)的电池，所述排具有纵向延伸方向，该排的上侧(12)和侧向侧(14)分别由所述单元(10)的一系列上面(10a)和侧向面(10b)以及在纵向延伸方向上分开所述单元(10)的空间(11)限定，所述电池还包括介电流体回路(20)，所述回路(20)包括单元(10)的一个或多个喷射孔(22)，所述一个或多个喷射孔(22)与该排的上侧(12)齐平和/或面向所述排的至少一个侧向侧(14)定位，使得回路(20)使该排的上侧(12)自由。

Description

装配有使用介电流体的温度调节装置的电池

技术领域

本发明涉及一种电池，其装配有使用介电流体的温度调节装置。它特别用于装配机动车辆，特别是带有电动或混合动力机动装置的机动车辆。

背景技术

随着电动汽车所代表的市场份额持续增长，它们所装配的电池组的冷却/加热问题集正变得越来越具有战略重要性。目标是设计性能最佳、效率最高且最经济的电池热管理设备。

“热交换器”通常用于响应冷却/加热电池的要求，所述热交换器由允许冷却剂流通的冷板构成，其中板与待冷却的单元接触。这种技术导致电池冷却不均匀，从而限制它们的寿命和它们的性能。由于液体冷却剂和单元之间存在的材料厚度，这些装置还表现出高耐热性。

为了解决该问题所提出的一个解决方案涉及将形成电池的单元浸入介电传热流体中。这种浸入可以通过流体流通或在涉及相变的静态条件下实现。

从热的观点来看，这两种技术表现良好，特别是由于液体和单元之间建立的直接接触，但具有使用大量介电液体的缺点，从而增加电池组的成本和重量。

为了克服该缺点，已知向单元喷射介电流体的介电流体回路。然而，到目前为止所提出的回路的缺点是增加了电池的空间要求，特别是高度，以及减少了在给定体积下可以放置在电池中的单元数量。实际上，单元必须彼此充分隔开，以允许回路元件通过。

发明内容

本发明的目的是通过提出一种电池来克服这些问题，该电池包括至少一排能量存储单元，所述排具有纵向延伸方向，该排的上侧和侧向侧分别由单元的一系列上部面和侧向面以及在所述纵向延伸方向上分开所述单元的一系列空间限定，所述电池还包括介电流体回路，所述回路包括所述单元的一个或多个喷射孔，所述一个或多个喷射孔与该排的上侧齐平和/或面向所述排的侧向侧中的至少一个定位，使得所述回路使该排的上侧自由。

通过以排配置单元并如此布置回路，该回路相对于同一排的单元侧向偏移，可以降低电池的高度空间要求。因此，单元的上部面可以具有电连接连接器，而没有干扰介电流体回路的任何风险。此外，由于没有回路元件设置在单元之间，所以单元可以在同一排内靠近在一起，同时保持电池的有效冷却。

本发明还可以包括以下特征中的任何一个，单独地或者根据任何技术上可能的组合形成本发明的许多实施例：

-电池包括密封的封闭主体，所述主体包括所述单元和所述回路的至少一个称为喷射部分的部分，所述喷射部分包括所述喷射孔；

-单元的排数大于二，这些排设置成使得它们的侧向侧彼此相对，在正交于所述纵向延伸方向的横向延伸方向上形成单元堆；

-这些排具有比堆更多数量的单元；

-同一排的单元之间的间距在1至10mm的范围内；

-所述回路包括限定所述喷射孔的喷嘴；

-所述单元包括主体，电连接连接器位于主体的上部面附近；

-所述电池包括面向单元的所述上部面定位的冷凝板；

-将所述冷凝板与单元分开的距离在5至10mm的范围内；

-所述回路包括设置有所述喷射孔的至少一个喷射斜坡；

-斜坡至少部分位于比单元的上部面的竖直水平更高的竖直水平上；

-斜坡包括至少一个弯曲部；

-斜坡，然后称为上斜坡，沿着一排或多排单元的所述上侧的一个或多个横向边缘和/或一个或多个纵向边缘延伸；

-上斜坡包括沿着一排或多排单元的上侧的一个或多个纵向边缘延伸的一个或多个纵向分支，所述一个或多个纵向分支设置有所述喷射孔中的至少一些；

-上斜坡形成环；

-上斜坡包括沿着一排或多排单元的所述上侧的一个或多个横向边缘延伸的一个或多个横向分支，所述一个或多个分支设置有所述喷射孔中的至少一些；

-上斜坡包括连接称为喷射分支的所述横向分支的连接分支；

-所述连接分支具有小直径；

-斜坡，然后称为侧向斜坡，定位为与一排或多排单元的称为第一侧向侧的侧向侧中的一个相对；

-侧向斜坡包括与所述第一侧相对延伸的一个或多个纵向分支，所述一个或多个纵向分支设置有所述喷射孔中的至少一些；

-侧向斜坡包括连接称为喷射分支的所述纵向分支的连接分支；

-侧向斜坡包括两个板，其相互连接以形成所述喷射和连接分支；

-所述板之一设置有所述喷射孔；

-其中一个板或所述板包括围绕一排或多排单元的一个纵向边缘延伸的固定裙部；

-所述回路包括设置有所述一个或多个喷射孔的至少一个喷射板；

-所述板定位为与一排或多排单元的所述侧向侧中的一个相对；

-所述喷射孔均匀地位于所述板的表面上。

附图说明

通过阅读下部面的描述，将更好地理解本发明，并且本发明的更多细节、特征和优点将变得显而易见，下部面的描述是通过非限制性示例并参考附图提供的，其中：

图1示出了根据本发明的电池的透视图；

图2示出了图1的电池的透视图，其装配有介电流体回路的第一实施例，其中用于所述电池的盖已被移除；

图3示意性地示出了根据本发明的电池的俯视图，其装配有介电流体回路的第二实施例，其中用于所述电池的盖已被移除；

图4示出了根据本发明的电池的透视图，其装配有介电流体回路的第三实施例，其中仅示出了电池的内部；

图5示出了根据本发明的电池的透视图，其装配有介电流体回路的第四实施例，其中仅示出了盖和电池的内部；

图6示意性地示出了图5所示的介电流体回路的板的透视图；

图7示出了根据本发明的电池的透视图，其装配有介电流体回路的第五实施例，其中仅示出了电池的内部；

图8以另一视角示出了图7。

具体实施方式

如图1至5、7和8所示，本发明涉及一种电池。它特别涉及用于装配机动车辆的电池，所述机动车辆特别是电动或混合动力车辆。

所述电池包括至少一排1、2能量存储单元10。所述排或每一所述排具有纵向延伸方向X、横向延伸方向Y和高度延伸方向Z。所述排或每一所述排还具有上侧12和侧向侧14。这些侧12、14分别由单元的一系列上部面10a和侧向面10b以及由在所述纵向延伸方向X上分开所述单元10的空间11限定。

所述排或每一所述排还包括与上侧相对且未在图中示出的下侧、以及连接每个侧向侧14的横向侧16。所述横向侧16由位于该排端部的单元10的侧面限定。

“上”、“下”、“侧向”或“横向”的概念应相对于电池在使用期间的定向来理解。

单元特别地具有平行六面体形状且具有相同尺寸。在同一排中，它们一个接一个地设置，使得它们的上侧、下侧和侧向侧分别位于同一平面中。作为非限制性示例，它们的尺寸为150mm(沿Y)×100mm(沿Z)×27mm(沿X)。每个单元10通过空间11中的一个与相邻单元分开。每个空间11有利地限定两个相邻单元10之间的相同距离。

作为未示出的变型，单元10是圆柱形的，特别是具有圆形横截面，单元10的纵向轴线在所述高度延伸方向Z上定向。在同一排中，单元10作为组分布，同一组的单元沿着X轴位于同一水平。所述单元10然后有利地以直线或交错的方式在各组间沿着排设置。在这种情况下，一排或多排的侧向侧14由位于每组端部处(即沿横向延伸方向Y位于同一组的两侧)的那些单元10的侧向侧的向外旋转部分限定。在同一排中，单元设置成使得它们的上部面和下部面分别位于同一平面中。作为非限制性示例，它们具有70mm(沿Z)的尺寸和20mm的直径。每组单元10通过空间11中第一个与相邻组分开。每个空间11有利地在两个相邻组的每个单元之间限定相同的最小距离。

在图1至4、7和8中，提供了单排。图5中有两排，两排1、2彼此相邻设置，每排在纵向延伸方向X上延伸。这绝不是限制性的，根据本发明的电池可以包括更多数量的排，它们在横向延伸方向Y上彼此相邻设置，或者可以包括多级排，每个排在纵向延伸方向X上延伸。

如果有多于两排的单元，则这些排布置成使得它们的侧向侧彼此相对，在横向延伸方向Y上形成单元堆(banks)，这些排具有比堆更多数量的单元10。

所述单元10包括例如主体13和未示出的电连接连接器。这尤其涉及用于将单元10连接在一起的连接器。所述连接器优选位于主体13的上部面15附近。

为了使电池正确工作，单元10的温度被期望保持在有限的值范围内，特别是在20℃至40℃之间。

为此，所述电池包括介电流体回路20，所述回路包括用于所述单元10的一个或多个喷射孔22。以这种方式，所述回路20允许调节单元10的温度，同时限制所使用的介电流体量。实际上，所使用的流体量比单元浸入介电流体中的装置中少得多。

有利地，喷射孔22配置成以细滴的形式喷射介电液体，特别是以多方向的方式。液滴的大小可以变化。例如，其约为20μm。喷射孔22尤其可以配置成喷射流体作为雾。

所述回路10包括例如用于液相介电流体的喷嘴24，其限定所述喷射孔22。所述喷嘴24允许流体3喷向一个或多个单元10。所述喷嘴24包括直径特别在50至500μm之间的范围内的流体通过通道。

电池优选地配置成使得介电流体以液滴的形式到达单元10的表面，并且通过在吸收的热量的作用下至少部分地蒸发来改变相。

为此，如图1中更具体地示出的，电池包括封闭和密封的壳体25。所述壳体25包括所述单元10和所述回路20的包括所述喷射孔22的至少一个部分。在这种情况下，壳体25包含整个回路20。所述壳体25特别配置成维持压力条件，使得所选的介电流体在20℃至40℃范围内(特别是约34℃)的温度在单元的表面上经历相变。

在这种情况下，电池还配置成使得蒸发后气相中的那部分介电流体被冷凝，以便返回到液相，并且优选地，使得其能够根据闭环操作再次用于喷射单元10。

为此，电池包括例如冷凝器。在这种情况下，所述冷凝器包括冷凝板26，所述冷凝板26面向一排或多排1、2单元10的上部面12定位。所述冷凝板26有利地形成封闭所述壳体25的主体28的盖。

有利地，所述冷凝板26配置成使旨在与介电流体进行热交换的制冷剂流通。制冷剂在冷凝板26中流通，以降低所述板的温度，这允许气态介电流体在所述冷凝板26的下部面附近冷凝。气态介电流体因此可以流动，特别是通过在重力作用下的滴流(trickling)和/或通过毛细作用流向壳体25的下部。

所述冷凝板26包括例如沿高度延伸方向Z堆叠的两个片材。所述片材一起形成用于使制冷剂流通的一个或多个通道30，这些通道例如通过冲压一个或多个所述片材来限定。

在这种情况下，电池还包括设置在单元10下方的壳体25中的储存器32。储存器32能够回收源自冷凝板26的下部面的介电液体。

电池还包括泵34，该泵34配置成将所述介电流体吸入储存器32中并在所述介电流体回路20中对其加压。

有利地，所述泵34配置成将流体加压到超过10巴。因此，回路20内的压力损失可以忽略，并且每个喷射孔22经受相同的压力。

所述泵34位于例如一排或多排1、2的纵向延伸部中。

储存器16中的液相流体然后被泵34吸入。冷凝器26允许介电流体3借助冷凝器和蒸气相的介电流体之间的温差而被冷凝。

因此，介电流体在回路20中连续地处于液相并被加压，然后，在通过孔22喷射之后，它转变到壳体25的压力，首先以液滴的形式，然后在与单元10的表面接触蒸发之后处于气相。它随后冷凝，以便再次转变为与冷凝板26接触的液相，然后滴流到储存器32，在那里它被泵34吸入，再次穿过回路20。

更一般地，所述孔22配置成喷射单元10的表面，不管介电流体是否相变，流体可以或可以不在闭环中流通。

在喷射单元而不改变流体相的情况下，电池可以配置为作为闭环运行，流体通过沿着单元表面滴流以到达储存器32而在整个环路中保持液相。然后有利地提供用于冷却介电流体的方式。

在这种情况下，所述电池还包括支撑所述单元10的基座35。所述基座35例如放置在壳体25的主体28的底部。在这种情况下，它浸没在储存器32中。

如图2至5、7和8中更具体地示出，根据本发明，所述一个或多个孔22与一排1单元10的上侧12齐平，和/或面向所述排的至少一个侧向侧14定位，使得所述回路20使该排的上侧12自由。

这样，介电流体回路20不再与该排成一直线，或者仅在边缘上，即在外围上。因此，不再存在回路20干扰位于单元10的上部面10a附近的任何电连接连接器的任何风险。通过使电池盖更靠近所述上部面10a，也可以降低电池的高度空间要求。例如，将所述冷凝板26与单元10分开的距离，即在高度延伸方向Z上，在所述冷凝板26的下部面和单元10的连接顶点之间的尺寸，在5和10mm之间，和/或略大于所述电连接连接器的空间要求。

然而，单元的冷却仍然有效。实际上，通过喷射操作，更具体地说，通过雾化，流体到达单元10的足够表面，即使回路20相对于所述单元10在纵向延伸方向X和横向延伸方向Y延伸的平面中稍微偏移地定位。

为了促进这种结果，同一排的单元10之间的间距，即两个相邻单元10之间在纵向方向X上的距离，优选在1至10mm之间的范围。略高于1mm的距离将促进电池的紧凑性。具有较低值的距离对于介电流体在单元10的表面上的适当传播存在风险。

对于多排，电池可以包括与排一样多的回路20。然后，回路20在所述横向延伸方向Y上设置在相邻排之间。作为变型，如图5所示，同一回路20可以在所述横向延伸方向Y上用于多个相邻排。对于排的每个可能级也可以是这种情况。

根据图2至4、7和8所示的各种实施例，所述回路20包括设置有所述喷射孔22的至少一个喷射斜坡36、50。根据本发明，可以理解，斜坡36、50作为正交投影至少部分或全部地位于一排1单元10的上侧12上的投影区域之外。换句话说，斜坡36至少部分或全部地设置在一排1的外部、周边和/或周围。如果斜坡36、50部分地与一排1的上侧12成一直线，则它仅沿着所述上侧12的边缘。

为了更好地匹配该排的形状并促进在该排的最大可能表面上的喷射，斜坡36包括至少一个弯曲部37，例如位于该排的端部单元10中的一个的顶点周围。

所述喷射斜坡36、50有利地定位成使得源自至少一些所述喷嘴24或者甚至源自所有所述喷嘴24的喷雾锥完全或部分地围绕该排的上侧12。为此，并且在这种情况下，斜坡36、50至少部分地位于比单元10的上部面10a的竖直水平更高的竖直水平上，使得所述喷嘴24的至少一部分位于单元的上部面10a的竖直水平之上或紧挨着的下方。

如图2至4所示，斜坡36即所谓的上斜坡沿着一排单元10的所述上侧12的一个或多个横向边缘和/或一个或多个纵向边缘延伸。

在图2和3中，上斜坡36包括沿着一排或多排单元10的上侧12的一个或多个纵向边缘延伸的一个或多个纵向分支38，其中一个或多个所述纵向分支38设置有所述喷射孔22中的至少一些。

在图2中，所述喷射孔22定位成例如所述纵向分支38中的一个与另一个相对。在图3中，它们以交错的方式定位。根据变型，所有或一些所述喷射孔22设置成与单元10之间的至少一些空间11相对。

在图2中，所述纵向分支38横向重叠该排的所述上侧12的一个或所有纵向边缘。更具体地，在它们的宽度上，即在横向延伸方向Y上，纵向分支38的一部分与一排单元10的上侧12成一直线。因此，所述纵向分支部分地与上侧12成一直线，但仅沿着其纵向边缘，而不在所述上侧12的中心部分。在图3中，所述纵向分支38在所述横向延伸方向Y上完全从单元10后退。

在图2中，所述纵向分支38沿着一排1的上侧12的横向边缘朝向彼此延伸，以便形成环。环的沿着横向边缘延伸的部分在纵向延伸方向X上从单元后退。它们还设置有喷射孔22。在图3中，所述纵向分支38具有自由远端。

在图4中，上斜坡36包括沿着一排或多排单元的所述上侧12的一个或所有横向边缘延伸的一个或多个横向分支40，其中所述一个或多个横向分支40设置有所述喷射孔22中的至少一些，在该情况下是所有喷射孔22。

上斜坡36包括连接称为喷射分支的所述横向分支40的连接分支42。所述连接分支42向所述喷射分支40供应介电流体。换句话说，所述连接分支42不包括喷射孔。所述连接分支42可选地具有相对于侧向分支40较小的直径。在所示的示例中，每个横向分支40提供单个喷射孔22。

所述连接分支42横向重叠该排的所述上侧12的纵向边缘中的一个。更具体地，在其宽度上，即在横向延伸方向Y上，连接分支42的一部分定位为与一排单元10的上侧12成一直线。因此，所述纵向分支部分地与上侧12成一直线，但仅沿着其纵向边缘中的一个，而不在所述上侧12的中心部分。所述喷射分支40定位为在所述纵向方向X上从单元10后退。在这种情况下，所述连接分支42沿着一排单元10的横向边缘朝向每个喷射分支40作为弯曲部延伸，所述喷射分支限定扩大的容积室。

如图7和8所示，斜坡50，即所谓的侧向斜坡，定位为与一排单元10的称为第一侧向侧的侧向侧14中的一个相对。

侧向斜坡50包括例如对着所述第一侧延伸的一个或多个纵向分支52，所述一个或多个纵向分支52设置有所述喷射孔22中的至少一些，在这种情况下是所有喷射孔22。

侧向斜坡50还包括连接称为喷射分支(在这种情况下是两个分支)的所述纵向分支52的连接分支54。所述连接分支54向所述喷射分支52供应介电流体。在这种情况下，所述喷射分支52在所述纵向延伸方向X上定向，因此彼此平行。所述连接分支54垂直于所述喷射分支52定向。

所述喷射分支52中的第一个位于所述第一侧向侧的上纵向边缘附近。所述喷射分支52中的另一个位于所述第一侧向侧的下纵向边缘附近。

侧向斜坡50还有利地包括连接所述喷射分支的间隔件56。在这种情况下，所述间隔件在所述高度延伸方向Z上定向，因此平行于连接分支54。没有流体在所述间隔件56中流通。

喷射孔22有利地沿着所述喷射分支52均匀设置。在这种情况下，它们与单元10之间的一些空间11相对设置。所述连接分支54不包括喷射孔。

侧向斜坡50包括例如两个板51、51’，它们面对面连接以相互形成所述喷射分支52和连接分支54，以及间隔件56。所述板51、51’中的每个都具有通道58，特别是通过冲压形成，通道58彼此相对定位并且限定用于在所述喷射分支52和连接分支54中流通介电流体的导管。

所述板中的一个51定位为与所述第一侧向侧相对。为此，所述喷嘴24在其厚度方向上设置的通道中固定至其。

在这种情况下，所述板51、51’包括围绕一排单元10的一个纵向边缘延伸的两个固定裙部60。所述裙部60例如从位于所述第一侧向侧的上纵向边缘附近的所述喷射分支52延伸。所述裙部60覆盖一些所述喷嘴24。作为变型，所述一个或多个裙部可以仅由所述板中的一个形成，例如不支撑喷嘴24的板51’。

累积地或独立于上述，泵34定位为与第一侧向侧14相对，在这种情况下在连接分支54的附近。

如图5所示，所述回路20包括至少一个喷射板62，其设置有一个或多个所述喷射孔22。像侧向斜坡50一样，所述板62定位为与一排或多排单元10的所述侧向侧中的一个相对。所述喷射板62在内部限定用于供应所述喷射孔22的介电流体流通室。

如图6中更清楚地示出，所述喷射孔22优选均匀地位于所述板62的表面上。

更一般地，喷射孔22均匀地设置在所述纵向延伸方向X和/或横向延伸方向Y上，或者在所述板62的所述喷射分支38、40、52附近，或者在供应回路10的任何其他元件附近。

在上部面所示的本发明的各种实施例中，回路20还包括一个或多个第一管64，其一方面连接所述泵34，另一方面连接所述斜坡36、50和/或所述喷射板62。回路20还可以包括第二管65，其例如通过穿过基座35而连接所述储存器32和所述泵34。

在图7和8的实施例中，所述第一管64由通过所述板51、51’形成的通道58的一部分限定。

有利地，除了单元10之外，所述基座35支撑回路20、所述泵32和/或所述管64、65，以便形成准备安装在所述壳体25中的组件。

Claims (10)

1.一种电池，包括至少一排能量存储单元(10)，所述排具有纵向延伸方向，该排的上侧(12)和侧向侧(14)分别由单元(10)的一系列上部面(10a)和侧向面(10b)以及在所述纵向延伸方向上分开所述单元(10)的一系列空间(11)限定，所述电池还包括介电流体回路(20)，所述回路(20)包括所述单元(10)的一个或多个喷射孔(22)，所述一个或多个喷射孔(22)与该排的上侧(12)齐平和/或面向所述排的至少一个侧向侧(14)定位，使得所述回路(20)使该排的上侧(12)自由。

2.如权利要求1所述的电池，其中，同一排的单元(10)之间的空间(11)在1至10mm的范围内。

3.如前述权利要求中任一项所述的电池，包括面向所述单元(10)的上部面(10a)定位的冷凝板(26)，所述冷凝板(26)与单元(10)分开的距离在5至10mm的范围内。

4.如前述权利要求中任一项所述的电池，其中，所述回路(20)包括设置有所述喷射孔(22)的至少一个喷射斜坡(36、50)，所述斜坡(36、50)至少部分地位于紧邻单元(10)的上部面(10a)的竖直水平上方的竖直水平上。

5.如前一权利要求所述的电池，其中，称为上斜坡的所述斜坡(36)沿着一排或多排单元(10)的所述上侧(12)的一个或多个侧向边缘和/或一个或多个纵向边缘延伸。

6.如前一权利要求所述的电池，其中，所述上斜坡(36)包括沿着一排或多排单元(10)的上侧(12)的一个或多个纵向边缘延伸的一个或多个纵向分支(38)，所述一个或多个分支(38)设置有所述喷射孔(22)中的至少一些，所述上斜坡(36)形成环。

7.如权利要求5所述的电池，其中，所述上斜坡(36)包括沿着一排或多排单元(10)的所述上侧(12)的一个或多个横向边缘延伸的一个或多个横向分支(40)，所述一个或多个分支(40)设置有所述喷射孔(22)中的至少一些，所述上斜坡(36)包括连接称为喷射分支的所述横向分支(42)的连接分支(42)。

8.如权利要求4所述的电池，其中，称为侧向斜坡的所述斜坡(50)定位为与一排或多排单元(10)的称为第一侧向侧的侧向侧(14)中的一个相对，所述侧向斜坡(50)包括与所述第一侧(14)相对延伸的一个或多个纵向分支(52)，所述一个或多个纵向分支(52)设置有所述喷射孔(22)中的至少一些。

9.如前一权利要求所述的电池，其中，所述侧向斜坡(50)包括两个板(51、51’)，所述两个板被连接以相互形成所述纵向分支。

10.如权利要求1至3中任一项所述的电池，其中，所述回路(20)包括设置有所述一个或多个喷射孔(22)的至少一个喷射板(62)，所述板定位为与一排或多排单元(10)的所述侧向侧(14)中的一个相对。

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