熱交換器安排的制作方法
【專利摘要】對于一個有待控制溫度的技術(shù)對象，尤其一個電動汽車驅(qū)動器的一個電池組，提供一種熱交換器安排，該熱交換器安排的熱交換器采用一個熱交換套（1）的形式，該熱交換套具有一個流入通道和一個流出通道，并且該交換套與溫度控制的對象的多個內(nèi)表面進(jìn)行導(dǎo)熱接觸。該熱交換套（1）借助于彼此堆疊地安排的兩個薄片的邊緣焊接而以一種簡單的方式制成。借助于一個壓力套（34）可以將所述熱交換套安裝在一個熱交換器安排的一個狹窄間隙空間中，并且可以有效地將熱量傳遞到相鄰的壁，該壓力套同樣由薄片材料形成并且填充一種可壓縮媒介。
【專利說明】熱交換器安排
[0001]本發(fā)明涉及一種用于需要溫度控制的技術(shù)對象的熱交換器安排，尤其涉及一個電動汽車驅(qū)動器的一個電池組的熱交換器安排，該電動汽車驅(qū)動器的該電池組具有一個平坦的熱交換器，該熱交換器具有一個流入通道和一個流出通道，且該熱交換器被一個熱載體媒介流通，所述熱交換器與溫度受控對象的多個內(nèi)表面進(jìn)行導(dǎo)熱接觸。
[0002]DE102006059989披露了一種熱交換器安排，其中通過加壓模鑄法形成的一個結(jié)構(gòu)化散熱片與一個軟管狀冷卻管以及與從所述冷卻管突出的多個導(dǎo)熱元件進(jìn)行導(dǎo)熱接觸，所述導(dǎo)熱元件與一個電動汽車驅(qū)動器的一個電池組的多個圓形電池進(jìn)行表面接觸。
[0003]DE102010055616披露了另一種所述類型的熱交換器安排，其中一個固體散熱片(該固體散熱片具有由流穿過的多個獨(dú)立的內(nèi)部導(dǎo)管)被旋擰到用于固持多個套狀電池組電池的多個固體框上。
[0004]所述已知的熱交換器安排說明了就以下構(gòu)造而言所需的相對較高費(fèi)用:制造用于通過一個扁平形式的熱交換器傳導(dǎo)一個熱載體媒介的多個導(dǎo)管，以及與溫度受控的一個對象的多個內(nèi)表面進(jìn)行導(dǎo)熱接觸。此外，一個所述類型的熱交換器在一個對應(yīng)安排中占據(jù)相對較大的空間，使得所述熱交換器大量地為該安排的結(jié)構(gòu)尺寸做出貢獻(xiàn)。
[0005]本發(fā)明所基于的目的是找到一種上述類型的熱高效的熱交換器安排，所述熱交換器安排占據(jù)相對較小的結(jié)構(gòu)體積并且能以一種特別簡單的方式且與批量生產(chǎn)的產(chǎn)品一樣廉價地進(jìn)行生產(chǎn)和組裝。
[0006]所述目標(biāo)根據(jù)本發(fā)明來實(shí)現(xiàn)，其特征在于，該熱交換器采用一個由薄片材料形成的熱交換套的形式，并且與該熱交換套平行地安排一個壓力套，該壓力套填充一種可壓縮媒介并且由薄片材料形成。
[0007]不言自明，與引用的現(xiàn)有技術(shù)中的板狀金屬鑄件主體相比，一種所述類型的熱交換套以一種簡單的方式制成，所述方式為:根據(jù)其所需形狀和尺寸對多個薄片進(jìn)行切割或沖裁、對這些薄片進(jìn)行安排以使其相互堆疊，并且在其邊緣的區(qū)域中將這些薄片焊接或粘結(jié)在一起。在由壓力套施加的壓力下，由于所述熱交換套與溫度受控的對象的多個導(dǎo)熱內(nèi)表面進(jìn)行柔性接觸，因此所述熱交換套抵靠著所述內(nèi)表面用其內(nèi)部壓力進(jìn)行支撐、并且因此可以適應(yīng)一個熱載體媒介流過的高壓和高流速且因此確保通過強(qiáng)制對流的高質(zhì)量的熱傳遞。
[0008]由于相對于其熱交換器表面尺寸的較低材料和空間需求，因此一種所述類型的熱交換套適用于與尚未填充的壓力套一起插入到一個相對較窄間隙的空間中，使得溫度受控的技術(shù)對象可以制造成具有相應(yīng)較小的結(jié)構(gòu)尺寸。
[0009]在壓力套充滿空氣或氮?dú)獠⑶曳忾]地隔離之后，在壓力套的滿壓下，熱交換套抵靠著溫度受控的對象的一個內(nèi)表面牢固地定位，使得確保將熱量有效地傳導(dǎo)至所述對象。
[0010]對于由壓力套施加的壓力在該技術(shù)對象內(nèi)的均勻分布，例如，在一個電池組的外殼內(nèi)，在本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施例中規(guī)定將一個壓力分布板安排在該壓力套與該熱交換套之間。
[0011]在本發(fā)明的另一個有利的實(shí)施例中，在該熱交換套的薄片壁之間包圍一個導(dǎo)流柵格用于均勻的流動分配。
[0012]本發(fā)明的其他有利實(shí)施例在從屬的專利權(quán)利要求中指明并且基于附圖從以下描述中顯現(xiàn)出，在附圖中:
[0013]圖1是根據(jù)本發(fā)明的熱交換器安排的熱交換套的透視圖，其中具有流入連接區(qū)域的截面圖并且套壁以部分剖視的形式說明，
[0014]圖2是如圖1所示的熱交換套的流入?yún)^(qū)域的放大的部分截面圖，
[0015]圖3示出如圖1所示的熱交換套的一部分的平面圖，其中不具有第二薄片壁并且具有用箭頭指示的流的分布，
[0016]圖4示出根據(jù)本發(fā)明的通過具有熱交換器安排的電池組的部分截面，并且
[0017]圖5是電池組中的多個互連熱交換器安排的透視圖。
[0018]圖6熱交換套的另一個實(shí)施例的導(dǎo)流柵格的透視圖，具有單件式地成型在其上的連接件，
[0019]圖7熱交換套在其一個連接件的區(qū)域中的部分截面圖，
[0020]圖8在一個連接件的區(qū)域中，根據(jù)圖6的導(dǎo)流柵格的放大透視部分截面圖，以及
[0021]圖9在熱交換套的平面中并且在屏障噴嘴(StaudUse)的區(qū)域中的放大部分截面圖。
[0022]圖4中說明根據(jù)本發(fā)明的熱交換器安排的熱交換套I由兩個薄壁2、3形成，這兩個薄壁彼此平行延伸、由薄片材料組成且在它們的邊緣4的區(qū)域中彼此密封地連接。
[0023]為了關(guān)于撕裂強(qiáng)度、材料耐久性、導(dǎo)熱性、電絕緣以及可焊性將熱交換套I的特性最優(yōu)化，用于制造該熱交換套的合適薄片材料由不同材料的層狀復(fù)合物組成，例如，鋁、聚酰胺和聚丙烯等、并且能以小于0.2mm的薄片厚度商用于多個應(yīng)用。如果用于冷卻一個電池組，那么薄片材料的多個外層中的至少一者應(yīng)由電絕緣塑料材料組成，以便使得不再需要安排一個電絕緣的額外的薄片。
[0024]熱交換套I具有(例如)帶有圓形角落區(qū)域5的矩形形式，并且在一個狹窄側(cè)處定位成彼此相對的兩個角落區(qū)域的區(qū)域中，對于供應(yīng)和排放，以大致半圓形式突出且用于在每種情況下的一個連接件8、9的橫向外部安排和緊固的連接區(qū)域6、7相對于熱交換套I的平面垂直地定向，并且因此具有一個熱載體媒介穿過該熱交換套I的循環(huán)。
[0025]對于連接件8、9的容納和緊固，在每種情況下，在熱交換套I的壁2、3中的一者的連接區(qū)域6、7中穿一個圓形開口 10。圍繞所述開口 10的壁區(qū)域11以其內(nèi)側(cè)靠著該連接件8、9的一個連接凸緣12并且通過焊接或附著粘合固定地且密封地連接到所述連接凸緣上。
[0026]相對于熱交換套I的壁2、3之間的相對較小間隔，所述間隔允許足夠的流穿過該熱交換套I并且優(yōu)選小于2_，因此這些連接件8、9的內(nèi)徑(流穿過所述內(nèi)徑)可以配置成相對較大，使得熱載體媒介可以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)較高的傳送流速，并且因此可以在該熱交換套I內(nèi)以較低溫差實(shí)現(xiàn)極其有效的熱交換。
[0027]對于從其流入連接件8到其流出連接件9穿過熱交換套I的流的流分布(所述流分布促進(jìn)熱交換)，一個導(dǎo)流柵格13設(shè)置在該熱交換套I的兩個壁2、3之間，所述導(dǎo)流柵格由多個互連的引流網(wǎng)組成，這些引流網(wǎng)限定縱向地且橫向地定向的流徑，如圖3中用方向箭頭所指示。
[0028]在說明的示例性實(shí)施例中，由若干相互平行的橫向接片14組成的一個內(nèi)部柵限定多個橫向通道15、16，這些橫向通道從沿著熱交換套I的多個縱向邊緣引導(dǎo)的至少一個流入通道17、18分叉、并且并入沿著相對的縱向邊緣引導(dǎo)的至少一個流出通道19、20中。
[0029]在梯子形形式的末端處將多個橫向接片14彼此連接的一個縱向接片21具有小于所述橫向接片的截面高度，使得在每種情況下，在這些橫向接片14之間延伸的這些縱向接片區(qū)域形成一個屏障接片22。因此，這些屏障接片22產(chǎn)生一個從流入通道17、18到流出通道19、20穿過這些橫向通道15和16的更加均勻的流分布。
[0030]此外，對于均勻的流分布，在每種情況下，提供一個分流縱向接片25、26，該分流縱向接片至少大致與熱交換套I的縱向邊緣23、24平行地延伸、并且在其流出側(cè)區(qū)域中，經(jīng)由一個彎曲部分27、28并入一個分隔接片29中。所述分隔接片29限定彼此隔開的兩組橫向通道15 (一方面)和16 (另一方面)。
[0031]優(yōu)選地以所述方式進(jìn)行設(shè)計的一個導(dǎo)流柵格13能以一種廉價的方式制造為一個注塑模制件，例如，由鋁合金或由塑料制成、并且在制造熱交換套I期間放置在所述套的薄片壁2、3之間，然后將所述薄片壁沿著套邊緣4彼此焊接在一起。因此，該導(dǎo)流柵格13通過其截面高度相等的多個網(wǎng)14、25至27形成一個內(nèi)部支撐件，該內(nèi)部支撐件在套壁2、3之間界定(例如)2_的距離。此種支撐件可以承擔(dān)(例如)一個汽車驅(qū)動器的一個電池組的多個部件穩(wěn)定結(jié)合所需的區(qū)域壓力。
[0032]圖4中的圖解示出一個示例性實(shí)施例，該示例性實(shí)施例用于對一個汽車驅(qū)動器的一個電池組31的若干棒狀電池30的溫度進(jìn)行控制，這些棒狀電池在同一平面中彼此平行地安排并且以并聯(lián)和串聯(lián)方式彼此電連接。此處優(yōu)選地經(jīng)由其端側(cè)電觸點(diǎn)32將熱量從棒狀電池30傳導(dǎo)至熱交換套1，出于此目的，這些電觸點(diǎn)借助于一個公用的接觸板33以并聯(lián)方式彼此電連接，并且該熱交換套I以導(dǎo)熱方式靠著所述接觸板33。
[0033]為了使熱交換套I被均勻地按壓在接觸板33上，且因此獲得有效的導(dǎo)熱接觸并且實(shí)現(xiàn)圍在其中的導(dǎo)流柵格13的均勻壓力負(fù)載，提供一個充滿一種可壓縮媒介(例如，空氣或氮?dú)獾?的壓力套34，并且設(shè)置在所述壓力套與該熱交換套I之間的一個壓力分布板35確保將壓力均勻地傳輸?shù)竭@些棒狀電池30。通過這種方式，確保所述棒狀電池配備有良好的溫度控件并且以一種防振方式得到固持。此處，壓力套34通過其從熱交換套I避開的側(cè)面抵靠著一個閉合的電池組外殼(未展圖)的一個壁37的內(nèi)表面36得到支撐。
[0034]圖5示出用于對多個電氣棒狀電池30的溫度進(jìn)行控制的本發(fā)明的示例性應(yīng)用，這些電氣棒狀電池以緊湊的方式組合在相互堆疊地安排的多個層38至41中，其中在每種情況下，一個熱交換套I設(shè)置在每個相鄰層之間并且也設(shè)置在外層38、41上的外部處。因此，通過到達(dá)棒狀電池30的兩個接觸末端的一個導(dǎo)熱連接可以實(shí)現(xiàn)對棒狀電池的溫度控制。
[0035]設(shè)置在多個相互平行的熱交換套I中的每一者上的連接件8、9在電池31的一個端頭側(cè)面42區(qū)域中的同一軸線上堆疊地設(shè)置、并且經(jīng)由一個T形支管43或90°彎管44連接到平行于所述側(cè)面延伸的一個公用連接導(dǎo)管45、46上。所述連接導(dǎo)管45、46經(jīng)由設(shè)置在其上的連接件47、48形成到達(dá)一個循環(huán)泵(未展圖)和一個外部熱交換器(未展示)的一個連接。當(dāng)包括(例如)鋰離子電池的電池組31處于電力負(fù)載下時，熱交換器用于驅(qū)散由此在電池組電池30中產(chǎn)生的熱量。
[0036]例如，在冬天操作的過程中，可能不利于電池組電池30和其性能的一個冷卻動作可以借助于一個加熱體50與電池組的熱絕緣材料49相結(jié)合而得到避免，該加熱體被緊固到連接導(dǎo)管45、46中的一者上并且例如，借助于一個恒溫開關(guān)以電氣方式進(jìn)行操作。
[0037]在熱交換套的一個第二實(shí)施例中，其薄片壁51、52包括它們的邊緣焊接到或粘結(jié)到一個同樣用作導(dǎo)流柵格的內(nèi)部支撐框53上，為此該支撐框額外地具有一個在大小方面與熱交換套的外輪廓相對應(yīng)的外框54以及限定橫向流動通道55的橫向接片56，其橫向截面高度對應(yīng)于外框54的橫向截面高度。相反，在橫向接片56的延伸部中向外、橫向于這些縱向通道57、58延伸的接片形成了波紋狀的屏障接片59。
[0038]為了還對于穿過橫向流動通道55延伸的橫向流動通過流動屏障來實(shí)現(xiàn)熱交換套的均勻的流通，對應(yīng)于在圖8和圖9中的圖示，在順流和逆流方向上分別設(shè)置一行倒圓的屏障體61，這些屏障體通過一個接片60彼此連接，使得它們互相之間形成一行屏障噴嘴62。這些屏障噴嘴62的高度對應(yīng)于橫向接片56和外框54的高度。因此，薄片壁51、52額外地還與這行屏障體61進(jìn)行焊接或粘結(jié)。
[0039]熱交換套的連接件63、64可以在作為注塑模制件形成的支撐框53處單件式地成型。為此在平面形的支撐框53與圓柱形的連接件63、64之間形成一個槽形的通道件65，使得其邊緣66與外框54在相同的平面內(nèi)并且匯入其中。
[0040]為了加強(qiáng)在這兩個槽形的通道件65與這兩個連接件63、64之間的過渡區(qū)域，可以在此成型一個肋部67，該肋部在流動方向上延伸并且因此還引導(dǎo)該流動。
[0041]參考符號列表
[0042]I 熱交換套
[0043]2，3 薄壁
[0044]4 邊緣
[0045]5 角落區(qū)域
[0046]6，7 連接區(qū)域
[0047]8，9 連接件
[0048]10 圓形薄片開口
[0049]11 環(huán)繞的壁區(qū)域
[0050]12 連接凸緣
[0051]13 導(dǎo)流柵格
[0052]14 橫向接片
[0053]I5, I6橫向通道
[0054]17，18流入通道
[0055]19, 20流出通道
[0056]21 縱向接片
[0057]22 屏障接片
[0058]23, 24縱向邊緣
[0059]25，26縱向接片
[0060]27,28彎曲部分
[0061]29 分隔接片
[0062]30 棒狀電池
[0063]31 電池組[0064]32 電觸點(diǎn)
[0065]33 接觸板
[0066]34 壓力套
[0067]35 壓力分布板
[0068]36 內(nèi)表面
[0069]37 電池組外殼的壁
[0070]38-41棒狀電池的層
[0071]42 側(cè)面
[0072]43 T形支管
[0073]44 彎管
[0074]45,46連接導(dǎo)管
[0075]47,48 連接件
[0076]49 絕緣
[0077]50 加熱體
【權(quán)利要求】
1.一種對技術(shù)對象進(jìn)行溫度控制的熱交換器安排，尤其是一個電動汽車驅(qū)動器的一個電池組，該熱交換器安排具有一個平坦的熱交換器(I )，該熱交換器具有一個流入通道和一個流出通道(6，7)，且該熱交換器由一種熱載體媒介流通，所述熱交換器與有待進(jìn)行溫度控制的對象的多個內(nèi)表面處于導(dǎo)熱接觸，其特征在于，該熱交換器采用由薄片材料形成的一個熱交換套(I)的形式，并且，與該熱交換套平行地安排一個壓力套(34)，該壓力套填充一種可壓縮媒介并且由薄片材料形成，其中該熱交換套的薄片壁(51，52)是被焊接或粘結(jié)到形成一個導(dǎo)流柵格的一個支撐框(53)上，所述支撐框具有一個在尺寸上與該熱交換套的外部輪廓對應(yīng)的外框(54)，并且其中該熱交換套的連接件(63，64)單件式地形成于該支撐框(53)上。
2.如權(quán)利要求1所述的熱交換器安排，其特征在于，一個壓力分布板(35)安排在該熱交換套(I)與該壓力套(34)之間。
3.如權(quán)利要求1或2所述的熱交換器安排，其特征在于，一個導(dǎo)流柵格(13)被圍在該熱交換套(I)中。
4.如權(quán)利要求3所述的熱交換器安排，其特征在于，相應(yīng)地提供一個分流的縱向接片(25，26)，該縱向接片至少大致與該熱交換套(I)的縱向邊緣(23，24)平行地延伸，使得以彼此平行地延伸的兩個熱載體媒介的形式流入該熱交換套(I)并且流出，其中流入側(cè)和流出側(cè)的縱向接片(25，26)經(jīng)由一個分隔接片(29)彼此連接，并且所述分隔接片(29)限定該熱交換套(I)的兩組橫向通道(15，16)。
5.如權(quán)利要求3或4所述的熱交換器安排，其特征在于，將多個橫向接片(14)在其末端處梯子形地彼此連接的一個縱向接片(21)具有小于所述橫向接片的截面高度，使得在這些橫向接片(14)之間延伸的區(qū)域分別形成一個屏障接片(22)。
6.如權(quán)利要求1至5中的一項(xiàng)權(quán)利要求所述的熱交換器安排，其特征在于，對于流入和流出，分別將一個圓形開口( `10)設(shè)置在該熱交換套(I)的多個壁(2，3)的一者中，所述開口彼此間隔開并且一個連接件(8，9)被密封地插入到所述開口中，使得這些連接件(8，9)與該熱交換套(I)的平面垂直地定向。
7.如權(quán)利要求6所述的熱交換器安排，其特征在于，在所涉及的套壁(3)與一個連接件(7，8)的圓周之間，通過一個連接件邊緣(12)借助于粘結(jié)或焊接實(shí)現(xiàn)一個密封連接，該連接件邊緣形成于所述連接件上并且以一個板邊緣或以一個凸緣的方式突出。
8.如權(quán)利要求1至7中的一項(xiàng)權(quán)利要求所述的熱交換器安排,其特征在于,一個槽形的通道件(65 )設(shè)置在該熱交換套的該支撐框(53 )與這些連接件(63，64 )之間，所述通道件的邊緣(66)在與該外框(54)相同的平面中延伸。
9.如權(quán)利要求1至8中的一項(xiàng)權(quán)利要求所述的熱交換器安排，其特征在于，一行屏障體(61)設(shè)置在該熱交換套的朝向橫向通道(55)的順流側(cè)和/或逆流側(cè)。
10.如權(quán)利要求1至9中的一項(xiàng)權(quán)利要求所述的熱交換器安排，其特征在于，該熱交換套(I)的薄片壁(2，3)之間的間隔小于2mm。
11.如權(quán)利要求1至10中的一項(xiàng)權(quán)利要求所述的熱交換器安排，其特征在于，該熱交換套(I)的薄片壁(2，3)的厚度小于0.2mm。
12.—種具有棒狀電池(30)的用于電動汽車驅(qū)動器的電池組(31)，該電池組具有如權(quán)利要求1至11中的一項(xiàng)權(quán)利要求所述的一種熱交換器安排，其特征在于，該電池組(31)的端側(cè)的觸點(diǎn)(32)分別借助于一個公用的接觸板(34)以并聯(lián)和串聯(lián)的方式彼此電連接，其中一個熱交換套(I)以導(dǎo)熱方式靠著多個此類接觸板(33)，并且至少面向著這些接觸板(33)的所述熱交換套的壁(3)由多層薄片材料組成，在靠著該接觸板(33)的側(cè)面上，該多層薄片材料具有一個電絕緣層。
13.如權(quán)利要求12所述的電池組(31)，其特征在于，這些電互連的棒狀電池(30)是彼此平行的并且分組成多個相互堆疊地安排的層(38至41)中，其中一個熱交換套(I)相應(yīng)地設(shè)置在彼此相鄰的層(38至41)的每一者之間并且在外層(38，41)上的外部處。
14.如權(quán)利要求12或13所述的電池組(31)，其特征在于，設(shè)置在多個相互平行的熱交換套(I)中的每一者上的連接件(8，9)在該電池組(31)的一個端面的側(cè)面(42)的區(qū)域中同軸地彼此堆疊地安排、并且經(jīng)由一個T形支管(43)或90°彎管(44)連接到平行于所述側(cè)面延伸的一個公用的連接導(dǎo)`管(45，46)上。
【文檔編號】H01M10/617GK103872405SQ201310659175
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2013年12月9日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月7日
【發(fā)明者】弗蘭克·奧柏里斯特, 馬丁·格拉茨, 彼得·吉斯, 奧利弗·奧柏里斯特 申請人:奧柏里斯特動力系統(tǒng)有限公司