專利名稱:用于電化學電源的調溫裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種用于電化學電源(2)的調溫裝置(1)。本實用新型提出，所述電源(2)具有一個殼體(4)和多個單元電池(3)，其中，所述調溫裝置(1)包括調溫流體(5)，所述調溫流體被設置為在所述殼體(4)內部包圍所述單元電池(3)，所述調溫裝置(1)還包括至少一個用于影響所述調溫流體(5)的溫度的裝置(13，15，17，23)。
【專利說明】用于電化學電源的調溫裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種特別是用于電化學電源的調溫裝置。其典型的應用領域為加熱或者冷卻交通工具的和固定不動的消耗器的電池、蓄電池或者燃料電池。
【背景技術】
[0002]已知的是，電化學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常不能令人滿意。
[0003]另外已知的是，當在較高的環境溫度的情況下取用較大的電流量時，電化學電源可能會過熱。在此已知的是，利用風機對電池進行冷卻。然而，這視使用領域而定也不能以必需的程度起作用。
[0004]因此值得希望的是，能夠實現相對于溫度波動不太敏感的供電。
實用新型內容
[0005]在上述背景下，提出具有根據本實用新型的一個方面特征的技術方案。其它有利的構型可以從其它描述和以下的描述中獲悉。
[0006]根據本實用新型，提出了一種用于電源的調溫裝置，所述電源具有一個殼體，所述電源具有多個單元電池。本實用新型提出，該調溫裝置包括調溫流體，所述調溫流體被設置為在所述殼體內部包圍所述單元電池。該調溫裝置還包括至少一個用于影響所述調溫流體的溫度的裝置。
[0007]根據本實用新型的一個有利的構型，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:熱電元件；附加加熱裝置；熱傳遞裝置；或者空氣運動裝置。
[0008]根據本實用新型的一個有利的構型，所述調溫流體具有在正常壓力的情況下低于100°C、優選低于70°C的氣化溫度。
[0009]根據本實用新型的一個有利的構型，所述殼體具有至少一個蓋部，所述蓋部設有至少一個用于影響所述調溫流體的溫度的裝置。
【附圖說明】
[0010]以下說明以及本申請的其他描述將解釋本實用新型的細節。這些實施方案應使得本實用新型易于理解，但仍然只有示范作用。當然在本申請所定義的實用新型范圍之內也可刪減、改變或者補充單個或者多個所述的特征。當然也可以將不同實施方式的特征相互組合。關鍵是基本上實行了本實用新型的方案。如果應當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”尤其意味著該實行能夠以可識別的程度實現所需的用途，至少以50 %、90 %、95 %或99 %的程度滿足相應的特征。如果已注明了最小量，則當然也可以使用比該最小量更多的量。如果用至少一個說明構件的數量，則這尤其也包含具有兩個、三個或其它數量的構件的實施方式。針對某一對象描述的主題也可以應用于所有其它同類對象的主要部分或者整體。如果沒有其它說明，則區間均包括其邊界點。如果為了實現本實用新型而給出了多個可選方案，則這些可選方案也可以單個地或者相互聯系地同時實現。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:具有電化學電源的機動車的部分縱向截面圖；
[0013]圖2:圖1的電化學電源的分解圖。
【具體實施方式】
[0014]本實用新型例如可以在根據圖1的交通工具中使用。交通工具是指用于運送人員和/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、輪船和機動車等。
[0015]這樣的交通工具可以配備有根據本實用新型的電化學電源。
[0016]電化學電源例如是電池、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、例如驅動電動機、啟動器、照明裝置或者類似物供電。交通工具可以配備一個或者多個這種電源。這種電源2優選設置在這樣的位置上:所述位置可以讓行駛風或者環境空氣接近或者易于接近、例如在發動機室中、交通工具底盤下方或者行李室中。
[0017]電化學電源2優選具有多個單元電池3。對此應理解為結構組件或者封裝單元意義上的模塊，所述模塊具有至少兩個電極和一個化學能儲存器。例如可以涉及鉛-鉛氧化物-電池。優選的是，在一個電源中設有多個單元電池，以便通過將這些單元電池互聯或聯接而實現足夠高的電勢、例如12伏、24伏、48伏、110伏或者230伏。為了提供足夠大的電流，這種互聯也是有意義的。在本實用新型的實施例中，10個單元電池設置成一個排列，并且2個這種排列并排地設置在所述電源中。單元電池3優選具有這樣的形狀:所述形狀允許空間上緊密的可收納性，以便實現電源的高的電荷密度。對此合適的是方形或者棍形。至少一個單元電池設置在電源內部，優選對于所有單元電池都是這樣。這些單元電池優選如此定向，使得它們能夠被簡單地接觸接通并且調溫。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現。優選的是，這些單元電池相對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行期間被不可運動地支承。此外，部件之間的最小間距負責利用調溫流體可靠地環流。優選的是，至少一個單元電池與另一相鄰單元電池之間具有3mm、優選5mm、優選Icm的最小間距。優選至少一個單元電池與電源的至少一個殼體壁之間的最小間距也是這樣。
[0018]優選的是，電源2具有至少一個殼體4。在此，“殼體”表示這樣的裝置:所述裝置用于防止化學劑的不希望的排出或者防止與電源的電構件的意外接觸。優選的是，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置在所述殼體中的單元電池組的輪廓。所述殼體優選由以下材料制成:所述材料允許對電源的內置物進行高效地調溫并且具有輕且穩固的結構。在此，所述材料例如特別是具有耐酸以及良好導熱成分的塑料、鋁、或者碳纖維或玻璃纖維增強的復合材料。尤其優選的是這樣一種殼體，所述殼體的壁至少部分地由鋁制成。在需要時可以局部涂層，以便對所述鋁進行熱、化學、或者電屏蔽或隔離。
[0019]所述殼體優選具有至少一個蓋部7。蓋部7優選基本上具有電源2的基面的輪廓。優選的是，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]優選的是，所述電源具有調溫流體5。所述調溫流體應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。“調溫流體”理解為無定形的體，所述體將可以熱儲存、攜帶、在適當的位置上釋放。其實例例如是液體、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。優選的是，所述調溫流體以一個量包含在電源中，所述量允許均勻地繞流電源的所有構件。這允許均勻的溫度分布，而不會出現過冷或者過熱的區域。優選的是，調溫流體占據單元電池與殼體之間可用的整個空間。
[0021]所述調溫流體的材料在液態中優選具有這樣的熱容: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]優選的是，至少部分的調溫流體具有低于100°C、優選低于70°C、優選處于40°C至55°C之間的氣化溫度。優選的是，所述流體的沸點處于電源的理論運行溫度與這樣的值之間:所述值最多超過所希望的運行溫度的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，則調溫流體將氣化。調溫流體的氣化以兩種方式反作用于過熱。一方面，液態形式到蒸氣形式的相變導致了通過調溫流體提高的熱接收。另夕卜，蒸氣由于其升力非常快速地在電源內部向上升起。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在熱區域上對于補充流入的液態調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現所述效果。此外，所述調溫流體應無毒、不易燃并且對臭氧無害。優選的是，所述調溫流體在與空氣接觸的情況下僅數天或者數周化學穩定。
[0023]優選的是，所述殼體具有一個或者多個透熱部10。優選的是，在殼體4的蓋部7上設置多個透熱部。因為通過調溫流體5對流，熱的流體趨向于向上朝蓋部運動。優選的是，所述殼體的端側或者側面也設有透熱部。所述殼體底側上的附加的透熱部可以特別是用于將熱儲存到電源中，因為當熱在電源內部上升的情況下通過引起的調溫流體的對流運動可以將電源內部的熱沿著單元電池很好地分布。
[0024]至少一個透熱部具有可良好導熱的層，所述層是殼體6的壁的構成部分。殼體6的可能設置的絕緣層在透熱部的區域中被中斷，從而在這個區域中存在凹部。
[0025]調溫裝置I優選具有至少一個熱電元件13。熱電元件理解為這樣的構件:所述構件在被加載電壓的情況下包括至少一個具有提高的溫度的面以及至少一個具有與未加載的狀態相比溫度降低的面(珀爾帖元件)；并且應理解為這樣的構件，所述構件在發生溫度降的情況下產生電勢(塞貝克元件)。這種熱電元件優選為扁平的、基本上為陶瓷部件，其基面優選相應于透熱部10的面。優選的是，熱電元件占據了蓋部基面的至少50%。優選的是，也給至少一個透熱部10的每個端側配備至少一個熱電元件。
[0026]為了改善熱傳遞的效率，調溫裝置配備有至少一個熱傳遞裝置15。熱傳遞裝置15一方面允許熱力學元件的表面與電源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。所述兩個方面都可以通過以下方式實現:熱傳遞裝置15具有至少一個導熱體，所述導熱體具有多個相互平行設置的導熱肋部。此外，導熱體優選具有可良好導熱的材料、例如金屬、如鋁或者銅。優選的是，給熱傳遞裝置15配置至少一個空氣運動裝置17。在此特別可以涉及一個或者多個風機，這些風機例如設置在導熱體的端側上，以便通過熱傳遞裝置15沿著導熱肋部輸送空氣。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和導熱肋部去除或者將熱從被吹入的空氣通過導熱肋部接收用于供入到電源2中。也可以設置至少一個空氣運動裝置17，所述空氣運動裝置的吹入的或吹出的空氣流在進入或者離開所述空氣運動裝置時具有這樣的流動方向:所述流動方向沿著垂直線朝熱電元件的和/或透熱部10的基面定向。尤其可以設置的是，軸流式風機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。然而也可以設置流動反向，以便通過徑向的空氣流對透熱部10和/或熱電元件進行調溫并且通過所述軸流式風機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，空氣運動裝置17不是側向地設置在熱傳遞裝置15的端側上，而是中心地設置并且至少替代熱導體的熱導肋部的一部分地設置在熱傳遞裝置15內部。空氣運動裝置17可以設有覆蓋物19，以便防止無意地作用到轉動的葉輪中、保護空氣運動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向到優選的方向上。
[0027]為了在溫度極低或者反應時間短的情況下也確保加熱所述電源2，所述調溫裝置可以設有一個或者多個附加加熱裝置23。所述附加加熱裝置一方面可以是面狀的加熱元件，這些加熱元件設置在殼體4的側面上。然而也可以設置的是，至少一個附加加熱裝置23以加熱棒的形式設置在調溫流體5的內部。因為殼體4從角部開始被最強地冷卻，因此合適的是，特別是在這些區域中設置附加加熱裝置。為此，殼體4優選具有凸出部，這些凸出部的定向垂直地設置，以便在這些凸出部中接收同樣垂直設置的附加加熱裝置23和調溫流體的部分量。優選的是，這些凸出部設置在電源2的端側上，以便獲得緊湊的形狀。合適的是，在相應端側的兩個這樣的凸出部之間設有至少一個透熱部和熱傳遞裝置15。
[0028]至少一個附加加熱裝置23優選由PTC材料(正溫度系數)或者陶瓷材料(例如MCH)制成。
[0029]為了確保電源2內部的單元電池3被均勻地調溫，調溫裝置也可以配備有流體運動裝置25。所述流體運動裝置例如可以具有渦輪機，所述渦輪機在殼體4內部具有自身的電驅動器。但是，為了免受侵蝕性的介質，所述流體運動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置在殼體4外部的驅動機構通過磁場運動。優選的是，流體運動裝置25設置在所述凸出部27內或者其附近，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，則避免了濕氣進入。取消了迄今為止為此在空冷系統中所需的耗費。盡管如此，所述系統仍被保護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的內部空間。第一材料作為實際的調溫流體起作用。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。第二材料優選在電源的任何使用溫度中都為氣態。這特別是涉及-50°C至+100°C、優選-30°C至+60°C的溫度范圍。優選的是，所述第二材料不會或者僅輕微地溶于第一材料中。第二材料優選包含氣態的氮(N2)、二氧化碳(CO2)或者無水空氣。優選的是，第二材料占據所述兩種材料的總量的I %至70%之間、優選10%至50%之間、尤其10%至30%之間的份額。
[0031]如果在蓋部7下方形成氣體儲存部，所述氣體儲存部包含調溫流體的可冷凝的組成部分，則調溫裝置I在蓋部上如同冷凝器那樣工作。因為已氣化的調溫流體在蓋部上在透熱部10上被冷卻，直到所述調溫流體達到其冷凝溫度為止。然后所述調溫流體作為液體掉落并且滴回到殼體6中的液體中。
[0032]附圖標記表
[0033]I調溫裝置
[0034]2 電源
[0035]3單元電池
[0036]4 殼體
[0037]5調溫流體
[0038]7 蓋部
[0039]10透熱部
[0040]13熱電元件
[0041]15熱傳遞裝置
[0042]17空氣運動裝置
[0043]23附加加熱裝置
[0044]25流體運動裝置
[0045]27凸出部
【權利要求】
1.一種用于電化學電源(2)的調溫裝置(1)， -所述電化學電源⑵具有一個殼體(4)， -所述電化學電源⑵具有多個單元電池(3)， 其特征在于: -所述調溫裝置(I)包括調溫流體(5)，所述調溫流體被設置為在所述殼體(4)內部包圍所述單元電池(3)， -所述調溫裝置(I)還包括至少一個用于影響所述調溫流體(5)的溫度的裝置(13，15，17,23)。2.根據權利要求1所述的調溫裝置(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: -熱電元件(13)， -附加加熱裝置(23)， -熱傳遞裝置(15)，或者 -空氣運動裝置(17)。3.根據權利要求1所述的調溫裝置(I)，其特征在于，所述調溫流體(5)具有在正常壓力的情況下低于100°c的氣化溫度。4.根據權利要求1所述的調溫裝置(I)，其特征在于，所述殼體(4)具有至少一個蓋部(7)，所述蓋部設有至少一個用于影響所述調溫流體(5)的溫度的裝置(13，15，17，23)。5.根據權利要求3所述的調溫裝置(I)，其特征在于，所述調溫流體(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】H01M10-617GK204271192SQ201420738626
【發明者】F·弗列斯, 張宇, 彭富兵, 張大力, 劉建明 [申請人]捷溫汽車系統（中國）有限公司