用于控制儲能器的儲能元件的溫度的熱交換器的制作方法

本發明涉及一種熱交換器，用于控制例如儲能器的儲能元件和/或功率電子元件的溫度，具有放置在儲能器上的熱交換表面。本發明進一步涉及具有至少一個這種熱交換器的儲能器，以及生產這種熱交換器。

背景技術：

在現代混合以及電動汽車中，使用儲能器，例如鋰離子電池。為了保證儲能器的優化性能以及較長使用壽命，有效的熱管理是必要的，這使得能夠操作特定溫度窗口中的儲能器的儲能元件，例如蓄電池單元。在負荷下，儲能元件必須主動地以及均勻地冷卻，并且在冷季中它們必須相應地被加熱。為此，儲能元件和熱交換器之間的可靠接觸是必要的。此外，發生在熱交換器上的溫度梯度應該均衡并且不傳遞至電池。尤其在儲能器的冷卻劑電路中低體積流動的情形下，較高溫度梯度發生在熱交換器上。從而，儲能元件以不同的強度冷卻，這引起儲能元件之間的溫度差。這種溫度差是不利的，這是由于其對電池的使用壽命和效率具有負效應。

同樣地，儲能器的熱交換器的，非均勻張緊會引起儲能器中的非均勻溫度。

從de102011084002a1公知了一種具有由若干層組成的熱過渡設備的熱交換器。熱絕緣層在熱交換器上施加可變厚度。可壓縮材料構成的容差均化層施加在其上面，這使得熱絕緣層的不同層厚以及電池模塊的不均勻度得以均化。從而，實現取決于位置改變要冷卻的熱交換器和儲能元件之間的傳熱性。該方案的劣勢為兩個層必須施加在熱交換器上，這增加了生產成本。

技術實現要素：

本發明基于的問題是提供可行方案以有利成本降低儲能器的儲能元件之間的溫度差。

根據本發明該問題通過獨立權利要求的主題解決。有利的進一步發展是從屬權利要求的主題。

本發明是基于這樣的總體構思：將傳熱層局部施加至熱交換器的熱交換表面上，使得經由傳熱層在熱交換器和儲能器的儲能元件之間發生接觸。通過將傳熱材料僅局部應用在熱交換表面上，形成絕緣區域，在絕緣區域中，空氣間隙存在于熱交換表面和儲能元件之間。通過涂覆和未涂覆區域之間的比率的變化，能夠調節熱交換器和儲能元件之間的熱阻。此處方便的是，熱交換表面局部涂覆有具有傳熱材料的層，熱交換表面具有設置有傳熱層的接觸區域并且具有不設置有傳熱層的絕緣區域。通過形成接觸區域和絕緣區域，熱交換器和儲能元件之間的熱阻能夠局部地調節，使得盡管在熱交換器中有溫度梯度，但是儲能元件僅相對于彼此具有較小溫度差。通過事實上空氣用作用于絕緣區域的絕緣，僅需要施加影響熱傳遞的一層，使得這種熱交換器的生產簡單以及價格有利。如果熱交換器和儲能器之間的電絕緣是必要的，那么覆蓋電絕緣層能夠施加在熱交換表面上，然后傳熱層局部施加至該覆蓋電絕緣層上。

如果接觸區域設置成用于熱交換器和儲能元件之間的限定熱接觸，那么這是有利的。從而，當熱交換器放置至儲能器上時，熱交換器和儲能元件之間的熱傳遞能夠經由接觸區域發生。以該方式，能夠以目標方式調節熱交換器和儲能器之間的熱阻。

特別有利的是接觸區域構造為扁平以及圓形，尤其圓形和/或橢圓和/或有角度的，尤其四邊形和/或六邊形。以該方式，接觸區域能夠以均勻分布的方式施加在熱交換表面上。此外，通過改變相應的接觸區域的尺寸，能夠影響絕緣區域和接觸區域之間的比率。

特別有利的是覆蓋程度隨截面變化，覆蓋程度指示接觸區域的面積以及絕緣區域的面積之間的比率。熱交換器和儲能元件之間的熱傳遞經由接觸區域以及還經由呈并行回路形式的絕緣區域發生。而經由接觸區域的熱傳遞是非常良好的，絕緣區域中經由空氣間隙的熱傳遞明顯較少。覆蓋程度因此確定熱交換器和儲能元件之間的熱阻。通過改變覆蓋程度，相應地還改變熱交換器和儲能元件之間的熱阻。以該方式，熱交換器的溫度變化能夠均衡，使得儲能元件之間的溫度差較小。

尤其，覆蓋程度沿熱交換器的縱向方向變化，因此沿流經熱交換器的流體的主要流動方向變化。從而，覆蓋程度的改變沿熱交換器的溫度梯度的方向發生，這發生在操作期間。

有利的變型提供的是，熱交換表面的覆蓋程度沿熱交換器的縱向方向以及沿熱交換器的橫向方向變化。從而，還能夠防止沿橫向于流動方向的方向儲能元件中的溫度非均勻。

以有利的方式，熱交換表面的覆蓋程度局部地適應熱交換器和儲能元件之間的期望溫度差，使得覆蓋程度越小，熱交換器和儲能元件之間的期望溫度差越高。這意味著在期望小溫度差的區域中，覆蓋程度大于期望大溫度差的區域。目的是在儲能器內實現盡可能均勻的溫度分配。為了在儲能器中實現大約恒定溫度，從儲能器流出進入熱交換器的熱量必須至少大約恒定或者必須對應于廢熱流動。由于在熱交換器中發生的溫度梯度(用很大努力僅可降低其應用的)，小熱阻因此高覆蓋程度應該存在于熱交換器和儲能器之間的驅動溫度差較小的區域，而在溫度差較大或者應該較大的區域中更高熱阻是必要的。通過將覆蓋程度改動至期望溫度差，因此能夠實現從儲能器流動至熱交換器或者其他路徑的熱量是圓形，越過熱交換器的表面的熱量是恒定的，使得各個儲能元件之間僅發生小溫度差。

另一有利變型提供的是，熱交換表面的覆蓋程度變化以補償熱交換器和/或儲能元件的至少一個熱點和/或冷點。例如，如果熱點的溫度大于儲能器的溫度，那么能夠將覆蓋程度選擇地非常小。因此，大致僅絕緣區域布置在熱交換器的熱交換表面的相應的區域上，使得額外熱不被引入要冷卻的儲能元件。但是，如果熱點區域中熱交換器的溫度仍小于儲能元件的期望溫度，那么還能夠將覆蓋程度選擇地非常高，以實現不管熱點如何而充分冷卻儲能元件。因此，通過調節覆蓋程度，儲能器中的熱點或者冷點還能夠均衡。

優選方案提供的是，熱交換器具有流體通道，流體能夠被引導通過流體通道以控制儲能元件的溫度，在流體流入熱交換器的流入側，覆蓋程度小于流體從熱交換器流出的熱交換器的流出側。在熱交換器的流入側，新的溫度受控的流體到達，從而比在熱交換器的流出側與儲能元件具有較大溫度差。基于該原因，在熱交換器的流入側比在熱交換器的流出側，較小覆蓋程度是必要的。在熱交換器的流出側，流體的溫度從而熱交換器的溫度大致靠近儲能器的溫度，使得熱交換器和儲能元件之間的溫度差較小。因此可變覆蓋程度在冷卻以及還加熱儲能元件期間具有正效應。

此外，上述提到的問題通過具有儲能元件以及擱置在儲能元件上的根據上述說明的至少一個熱交換器的儲能器解決，以控制儲能元件的溫度，其中，儲能元件和熱交換器之間的接觸區域由施加至熱交換器的傳熱層形成。因此，熱交換器的優勢傳遞至儲能器，在該方案中參考上述說明。

有利變型提供的是，熱交換表面的覆蓋程度變化，以補償熱交換器和儲能元件之間的非均勻接觸壓力。如果傳熱層的層厚度由于非均勻張緊而局部不同，那么從而還可改變熱連接阻力。在配置覆蓋程度時這能夠被考慮，以均衡這種改變。

有利方案提供的是，涂覆有傳熱材料的接觸區域和不涂覆有傳熱材料的絕緣區域沿熱交換器的橫向方向交替，使得在絕緣區域中空氣間隙形成在熱交換器和儲能元件之間。通過接觸區域和絕緣區域交替的事實，接觸區域保持儲能元件與熱交換器的熱交換表面處于一定距離，使得在絕緣區域中空氣間隙形成在熱交換器的熱交換表面和儲能元件之間。

有利地，熱交換器和儲能元件之間的熱傳遞經由被傳熱材料覆蓋的接觸區域以及經由形成在絕緣區域處的空氣間隙以并行方式發生。從而，接觸區域以及絕緣區域也貢獻于熱傳遞，使得能夠通過改變絕緣區域和接觸區域的面積的比率來影響熱阻。

特別優選的是，接觸區域具有的結構尺寸小于儲能元件的結構尺寸。以該方式，由于傳熱層的局部應用，能夠防止在儲能元件之間發生溫度差。相比于儲能元件的結構尺寸，通過接觸區域和絕緣區域的較小結構尺寸，熱交換器以及分別儲能元件之間的熱傳遞始終經由至少一個接觸區域和至少一個絕緣區域發生。

尤其，平行于熱傳遞表面來測量接觸區域的結構尺寸，接觸區域的結構尺寸能夠例如是邊緣長度、直徑、半軸線或對角線的長度、或者接觸區域的類似尺寸。此處儲能元件的結構尺寸沿相同方向、因此平行于熱交換表面來觀察，例如其由儲能元件的電池直徑提供。

有利方案提供的是，平均熱阻在熱交換器和儲能元件之間隨截面變化。以該方式，能夠以目標方式影響發生在熱交換器和儲能元件之間的溫度差，例如以均衡存在于熱交換器中的溫度梯度。

此處，例如，在對應于儲能元件的結構尺寸的整個面積中平均熱阻被平均。因而，整個熱交換表面的平均熱阻能夠改變并且能夠有關于各個儲能元件。

平均熱阻尤其沿流經熱交換器的流體的流動方向變化，因此沿熱交換器的縱向方向變化。從而，平均熱阻沿操作期間發生的熱交換器的溫度梯度的方向而變化。

上述提到的問題進一步通過用于生產用于根據上述說明的儲能器的根據上述說明的熱交換器的方法解決，其中，接觸區域印刷至熱交換器的熱交換表面上或者被膠粘而作為膜預切部分。以該方式，傳熱層能夠非常簡單及非常成本有效的方式施加，使得極其有利地生產熱交換器。

特別有利的變型提供的是，在確定熱交換表面的覆蓋程度時，能夠考慮熱交換器和/或儲能元件的熱點和/或冷點。從而，能夠在儲能元件中實現甚至更均勻的溫度。

特別有利的變型提供的是，在確定熱交換表面的覆蓋程度時，能夠考慮熱交換器和儲能元件之間的非均勻接觸壓力。熱交換器和儲能元件之間的接觸壓力引起傳熱層的壓縮。當接觸壓力不均衡時，發生不同的層厚度以及因此發生不同的熱阻。為了實現整個表面均勻的接觸壓力，需要付出巨大努力。因此通過改變覆蓋程度使非均勻接觸壓力的效應均衡是有利的。

附圖說明

借助于附圖，本發明的進一步重要的特征及優勢將見于從屬權利要求、附圖以及附圖說明。

應該理解的是，上文指出的以及下文將進一步解釋的特征不僅能夠以示出的組合使用，而且能夠以其他組合使用或者單獨使用，這并不超出本發明的范圍。

本發明的優選示范實施例呈現于附圖中并且在以下說明中進一步詳細解釋，其中，相同附圖標記指代相同或者類似或者功能相同的部件。

分別概略地示出了：

圖1是具有熱交換器的儲能器的截面圖，

圖2是一個圖，其中，熱交換器的溫度以及儲能器的溫度以取決于位置的方式沿熱交換器中流體的流動方向的方向存在，

圖3是一個圖，其中，熱交換表面的覆蓋程度以及熱交換器和儲能器之間的熱阻以取決于位置的方式沿熱交換器中流體的流動方向的方向存在，

圖4是熱交換器的熱交換表面的頂視圖，

圖5是熱交換器的第二變型的頂視圖，

圖6是圖4的熱交換器的熱交換表面的頂視圖，

圖7是具有兩個熱交換器的儲能器的截面圖，

圖8是熱交換器的第三變型的熱交換表面的頂視圖，以及

圖9是熱交換器的第四變型的熱交換表面的頂視圖。

具體實施方式

圖示于圖1的儲能器10具有多個儲能元件12以及擱置在儲能元件12上的熱交換器14以控制儲能元件12的溫度。為此，熱交換器14具有：熱交換表面16，熱交換器14通過其擱置在儲能元件12上；以及流體通道18，流體20通過其能夠被引導通過熱交換器14以控制其溫度，因此控制儲能元件12的溫度。

應該理解的是，還能夠使用熱交換器14以控制其他元件的溫度，諸如功率電子元件。在下文中，依靠例子僅圖示了儲能元件的溫度控制。

例如，儲能器10用于機動車輛，尤其混合機動車輛或者電動車輛。為此，為了能夠存儲必要電能，儲能器10具有儲能元件12，例如電化學存儲元件，諸如鋰離子蓄電池。通常，還可想到電容器，尤其電化學雙層電容器。

這種儲能器具有受限制的溫度窗口，在該溫度窗口中能夠適當地發生操作儲能元件。在較低溫度下，由于較低化學反應動力，儲能元件的效率受限制。溫度太高導致較快老化或者導致直接破壞儲能元件。基于該原因，如果各個儲能元件12之間的溫度差較小，那么這是有利的，這是由于以該方式所有儲能元件12的溫度能夠更易于保持在允許的溫度窗口中。

對儲能元件12的溫度控制通過熱交換器14發生，熱交換器14的溫度受流體20控制，流體流經熱交換器14。此處，流體20流經熱交換器14的流入側24上的流體入口22而流入熱交換器14，再次通過流體出口26在熱交換器14的流出側28從熱交換器14流出。取決于流體20是否將加熱或者冷卻儲能器10，流體20在熱交換器14的流入側24比在熱交換器14更溫暖或者更冷，在任何情形下流體20在熱交換器14的流入側24比在熱交換器14的流出側28具有與熱交換器14更高的溫度差，這是由于流體在流經熱交換器時能夠發出或者接收熱能。從而，溫度梯度還發生在熱交換器14中。流入側24和流出側28沿熱交換器的縱向方向17彼此隔開。結果，熱交換器14中流體的流動方向21大致平行于縱向方向17。例如如果流體通道18以曲折方式延伸，那么流體的局部流動方向當然會偏離于此。

例如如圖2所示，在冷卻期間熱交換器14的溫度23在熱交換器14的流入側24低于熱交換器14的流出側28。由于儲能器10的溫度25盡可能恒定，因此熱交換器14和儲能元件12之間的溫度差27在流入側24大于流出側28。從而，熱交換器14中的溫度梯度能夠傳遞至儲能元件12，如上所述，這會是不利的。因此，在加熱期間依靠熱交換器14，溫度差27在流入側24還大于流出側28。

為了保持熱交換器14內的溫度梯度較小，能夠增加流體20的流動速度，使得在熱交換器14的流入側24和流出側28之間實現小溫度差27。但是，這將導致增加用于冷卻的能量消耗。與此相反，能夠降低用于冷卻的能量消耗，如果流體20的流動速度降低，從而更高溫度差發生在流入側24和流出側28之間，這是由于通過流體20的每單位體積的越高溫度差，越多熱能能夠朝向熱交換器14或者離開熱交換器傳輸。

為了降低熱交換器14的溫度梯度的效果，熱交換表面16局部被具有傳熱材料的層29覆蓋。此處，接觸區域30設置有傳熱層29，絕緣區域32不設置有傳熱層29。當熱交換器14現在放置在儲能元件12上時，僅熱交換器14的涂覆有傳熱材料的接觸區域30接觸儲能元件14。通過改變接觸區域30以及絕緣區域32的尺寸，尤其通過改變指示接觸區域30以及絕緣區域32的面積之間的比率的覆蓋程度34，能夠調節熱交換器14和儲能器10之間的熱阻36，因此能夠調節儲能元件12的熱阻36。

通過選擇接觸區域30的小結構尺寸，因此通過使用多個接觸區域30，能夠在截面中調節熱交換器14和儲能器10之間的平均熱阻36。優選地，接觸區域30的結構尺寸30這樣小，使得在若干接觸區域30(例如三個)發生從熱交換器14至各個儲能元件12的熱傳遞。從而，對于每個儲能元件12，能夠分別調節覆蓋程度34以及因此能夠調節熱阻36，以保持相應的各個儲能元件12在可用溫度窗口中，而不管熱交換器14中的溫度梯度。

例如，覆蓋程度34在流入側24的區域中小于在流出側28的區域中。從而，在流入側24的區域中熱阻36大于在流出側28的區域中(參見圖3)。因此能夠實現的是，從儲能元件12傳遞至熱交換器14的熱能在流入側24的區域中大約與在流出側28的區域中從儲能元件12傳遞至熱交換器14的熱能均衡。在流入側24的區域中，熱交換器14和布置在那里的儲能元件12之間的溫度差27大于在流出側28的區域中。結果，在流入側24比在流出側28需要更高熱阻36，以實現從儲能器10至熱交換器14的相同熱流動密度。

接觸區域30通過局部施加的傳熱層形成。因此，接觸區域30構造為扁平的。此外可想到不同的形狀。尤其，可想到有角度的或者圓形形狀。四邊形或者六邊形形狀是特別有利的，因為這些形狀能夠在表面上成排彼此鄰近。

接觸區域30布置成彼此隔開并且彼此被絕緣區域32分離。絕緣區域32尤其毗鄰地構建并且被接觸區域30中斷。例如如圖4示出的，絕緣區域32構造為整個連續。但是，取決于接觸區域30的布置，還可想到的是，若干組絕緣區域32構造為彼此分離。

熱交換表面16的覆蓋程度34能夠尤其被接觸區域30的數量影響。此外，其還能夠被接觸區域30的尺寸影響。

例如如圖5和圖6圖所示的，還能夠調節覆蓋程度34，使得所謂的熱點和/或冷點40能夠均衡，其中熱點和/或冷點40是指其溫度局部非常偏離，因此強烈地偏離于平均溫度。尤其，儲能器中、因此也熱交換器14中的熱點和/或冷點40能夠均衡。為此，熱交換表面16的覆蓋程度34能夠沿縱向方向17以及還沿橫向于縱向方向17延伸的橫向方向19改變。

此外，例如正如圖8和圖9所示的，提供的是，使儲能元件12和熱交換表面16之間的非均勻接觸壓力的效應與熱阻均衡。接觸壓力引起壓縮傳熱層29或者分別壓縮接觸區域30，使得由于降低的厚度而降低熱阻。如果現在接觸壓力在整個熱交換表面16不恒定，這導致實現的熱阻偏差，因此導致儲能元件12中不期望的溫度偏差。

通過改變覆蓋程度34這同樣能夠均衡。例如如圖8圖示的，這能夠發生，因為通過更高的覆蓋程度改善了接觸區域30的支撐效應，因此降低了壓縮。可替換地，例如如圖9所示的，還能夠提供的是，在具有更高接觸壓力的區域降低覆蓋程度23，以使熱阻均衡，通過壓縮傳熱層29已經減小了覆蓋程度。

應該理解的是，通過覆蓋程度的變化，上述提到的補償的任何期望組合能夠用組合式覆蓋圖案來均衡。因而，例如，熱交換器14中的以及熱點和/或冷點40中的溫度梯度能夠均衡。此外，還能夠均衡儲能元件12和熱交換器14之間的非均勻張緊。

此外，還能夠使用儲能器10中的若干熱交換器14，例如，這些熱交換器流體地串聯連接。在這種變型中，兩個熱交換器15的覆蓋程度34能夠各自調節，使得盡管兩個熱交換器14之間有溫度差，但是在儲能器10內能夠實現至少大約恒定溫度。

接觸區域30例如通過打印方法，例如絲網印刷或者鋼板印刷能夠施加至熱交換表面16。此外，接觸區域能夠依靠膜預切部分施加至熱交換表面16。