用于控制電池溫度的溫度控制設備的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用于控制電池溫度的溫度控制設備，尤其是用于電池冷卻的冷卻設備和/或用于電池加熱的加熱設備，以及具有這種溫度控制設備的蓄電池裝置。本發明還涉及一種具有這種蓄電池裝置的機動車輛。
【背景技術】
[0002]用于純電力驅動的電動車輛以及用于燃料電池驅動的混合車輛的可充電蓄電池系統是當前研究的主題。目前，在所述的車輛類型中，優選使用鋰離子蓄電池，鋰離子蓄電池的獨特之處是高能量密度以及僅稍微標注，不期望內存效應。安裝在具有電能的機動車輛中的可充電蓄電池可靠供給各種電能消費者的能力在很大程度上取決于蓄電池環境中占優勢的熱條件。這是因為在提供時蓄電池中發生的電化學過程以及在充電情況下接收電能時，在并非微不足道的程度上依賴于蓄電池的操作溫度。對各種鋰離子蓄電池系統的廣泛調查已經示出了，例如，低于臨界溫度，例如在約0°C的區域，通過蓄電池相比于更高操作溫度下可獲得的電能的密度極大地減小。此外，低于該溫度，在充電期間還會發生對鋰離子電池的破壞。
[0003]因此提供熱定義良好的環境條件對于蓄電池的性能可靠及無干擾的操作至關重要-這不僅適用于鋰離子蓄電池，而且通常適用于任何可充電蓄電池系統。關于發生在例如機動車輛的正常操作條件下的相當大的溫度波動，這意味著這些溫度波動必須通過與蓄電池熱耦合的合適的溫度控制設備被補償，以便保持蓄電池的環境溫度-因此還保持蓄電池本身的溫度-在例如由制造商指定的溫度間隔內。
[0004]現有技術公知的是具有熱交換器的溫度控制設備，例如冷卻板或者集電器/管系統具有形成冷卻通道的流體導管，其被熱傳遞介質(例如冷卻劑)流過。將被溫度控制的蓄電池單元平整地抵靠熱傳遞元件，例如溫度控制設備的熱交換器的導管壁。以該方式，蓄電池和冷卻劑之間產生熱接觸，使得冷卻劑能夠從蓄電池提取熱，結果它們的溫度能夠保持低于最大許可閾值。
[0005]在這種溫度控制設備中，經證明顯著的是，對于熱傳遞元件，例如流體導管，以及還對于殼體來說，如果將要在蓄電池和熱傳遞介質之間實現高效的熱耦合，必須選擇具有高導熱性的材料。此外，但是，還必須頻繁地通過所謂的界面材料也執行機械補償，以補償電池組件制造中的制造和安裝容差。如果該補償不能夠發生或者僅能局部發生，則這會導致在冷卻器和電池組件基座之間的區域中有空氣內含物，由此發生組件的差冷卻或者非同質冷卻。但是，基本任務是不僅要維持特定溫度范圍，而且要保持蓄電池的單元之間的溫度差盡可能小。
[0006]從DE102008059952B4中公知一種蓄電池，其具有若干蓄電池單元，還公知一種通用的溫度控制設備，其構建為用于冷卻蓄電池單元的冷卻設備。溫度控制設備的金屬基座主體裝備有電絕緣的絕緣層。這是塑料噴射至基座主體上的噴射模塑層。
[0007]從現有技術進一步公知的是，在各個蓄電池單元和熱交換器之間布置具有彈性特性的高導熱材料，例如溫度控制設備的冷卻板，例如所謂的導熱箔。這些能夠局部補償各個蓄電池單元和流體導管的導管壁之間的不期望的中間空間的形成，例如由于制造或者安裝容差的緣故引起的不期望的中間空間。導熱箔、導熱漿或者導熱粘著劑被用來作為蓄電池單元和熱傳遞元件之間的常規熱界面。
[0008]在所述導熱漿中被證明是一個問題的是，它們的功能在溫度控制設備的實踐操作中(典型地在機動車輛中)由于經常發生振動的緣故不能夠被保證利用。另一方面，提到的導熱箔具有劣勢，由于它們僅具有有限的彈性變形，它們僅能夠根據許可表面壓力來局部補償熱交換器(例如冷卻板)與各個蓄電池單元之間的中間空間的尺寸變動。
【發明內容】
[0009]因此本發明的目的是提供一種用于溫度控制設備的改進的實施例，在該實施例中上述討論的問題不再發生。
[0010]通過獨立權利要求的主題解決所述問題。優選實施例是從屬權利要求的主題。
[0011]因此，本發明的基本構思是，向溫度控制設備的熱傳遞元件分段地提供彈性的機械補償層，所述補償層具有低熱阻力并且依靠絲網印刷和/或模板印刷施加。將塑料應用至熱傳遞元件允許通過適當選擇將被使用的印刷布局來形成幾乎任何期望的印刷圖案。從而，能夠使得補償層適應例如各個蓄電池單元的幾何形狀，由此反過來能夠實現改善的壓縮行為或者改善的補償層的彈性變形能力。結果，能夠實現所有蓄電池單元與熱傳遞元件的改善熱耦合以及能夠確保蓄電池的所有單元的低溫差。
[0012]此處對本發明重要的是，熱傳遞元件的有效區域不完全由所述補償層覆蓋，而是存在熱傳遞元件的有效區域的至少一個這樣的區域:該區域中不存在這種層。換句話說，根據本發明的補償層包括位于熱傳遞元件上的彼此間隔布置的至少兩個層段。當蓄電池的蓄電池單元布置在補償層上時，這允許僅分段地形成在熱傳遞元件上的補償層還在熱傳遞元件上橫向延伸。結果，保證了流經流體導管的流體與布置在補償層上的所有蓄電池單元的尤其可靠的機械接觸以及還有熱接觸，甚至當僅允許小的表面壓力時。這也明確地適用于這樣的蓄電池單元，即由于具有不同的制造或者安裝，這些蓄電池單元與熱傳遞元件的有效區域間具有不同的增加的距離；該增加的距離完全由補償層的塑料填充，補償層依靠絲網印刷和/或模板印刷施加。因為不期望的中間空間降低了各個蓄電池單元和熱傳遞元件之間的熱耦合，因此要避免不期望的中間空間。
[0013]此外，相比于基于導熱漿或者導熱箔的常規界面層，基于根據本發明的補償層，相對于單元的熱同質性，利用降低的層厚度已經能夠實現相同程度的熱耦合，即降低了材料的使用。此外，發生成本優勢，因為相比于通常生產的層來說，依靠絲網印刷和/或模板印刷施加塑料可相當大的降低制造成本。
[0014]根據本發明的用于控制電池溫度的溫度控制設備具有流體導管，流體尤其是冷卻劑能夠流過流體導管，其作為熱傳遞元件又具有至少一個導管壁。在熱傳遞元件的至少一個有效區域上，設置了依靠絲網印刷和/或模板印刷施加的至少一個塑料的彈性補償層。補償層具有至少兩個層段，所述層段彼此間隔布置在熱傳遞元件的外側上。
[0015]在優選實施例中，補償層的塑料是彈性體。在壓縮應力和拉伸應力下彈性體能夠變形，這意味著由彈性體形成的層由于其彈性特性故能夠適應各個蓄電池單元和熱傳遞元件的有效區域之間的變化的距離。因此，如果期望，能夠確保的是，特定蓄電池單元和熱傳遞元件之間的每個各中間空間均由補償層填充。硅樹脂、橡膠以及聚氨酯(PU)被證明特別適合用作補償層中的彈性體。這些基本物質能夠優選具有增加的導熱性，增加的導熱性能夠通過填充合適的物質實現，物質諸如是例如氧化鋁或銅。因此，根據要求，補償層的材料能夠是電絕緣的或者導電的。
[0016]在另一優選實施例中，對發明來說重要的補償層能夠不僅具有兩個，而且具有多個層段，所有的層段都彼此間隔設置在熱傳遞元件上。例如，可想到的是，單獨的層段關聯于每個將被冷卻的蓄電池的蓄電池單元。于是，形成在各層段之間的中間空間允許各層挨靠在蓄電池單元上，當后者在它們的安裝過程中擠壓補償層時。
[0017]在本發明的有利的進一步發展中，在熱傳遞元件的頂視圖中，補償層能夠具有分別帶有相同邊緣輪廓的多個層段。根據本發明，補償層產生的圖案狀構造能夠通過使用對應構造的絲網或者模板依靠絲網印刷和/或模板印刷以簡單的方式生產。利用各層段的合適的幾何形狀構造，這些給整個補償層的壓縮特性帶來進一步的改善。
[0018]實驗研究已經表明，之前所不知道的是，關于它們安裝在熱傳遞元件上，當層段在頂視圖中具有多邊形的邊緣輪廓，優選四邊形、六邊形，最優選矩形或者正六邊形時，能夠特別好地補償不同蓄電池單元和熱傳遞元件之間的不同距離。
[0019]在有利的進一步發展中，在頂視圖中所述層段以柵格狀方式布置在熱傳遞元件的有效區域上，具有至少兩個柵格線和至少兩個柵格間隙。在形成于