用于控制電池溫度的溫度控制設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于控制電池溫度的溫度控制設(shè)備，尤其是用于電池冷卻的冷卻設(shè)備和/或用于電池加熱的加熱設(shè)備，以及具有這種溫度控制設(shè)備的蓄電池裝置。本發(fā)明還涉及一種具有這種蓄電池裝置的機(jī)動(dòng)車輛。
【背景技術(shù)】
[0002]用于純電力驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)車輛以及用于燃料電池驅(qū)動(dòng)的混合車輛的可充電蓄電池系統(tǒng)是當(dāng)前研究的主題。目前，在所述的車輛類型中，優(yōu)選使用鋰離子蓄電池，鋰離子蓄電池的獨(dú)特之處是高能量密度以及僅稍微標(biāo)注，不期望內(nèi)存效應(yīng)。安裝在具有電能的機(jī)動(dòng)車輛中的可充電蓄電池可靠供給各種電能消費(fèi)者的能力在很大程度上取決于蓄電池環(huán)境中占優(yōu)勢(shì)的熱條件。這是因?yàn)樵谔峁r(shí)蓄電池中發(fā)生的電化學(xué)過程以及在充電情況下接收電能時(shí)，在并非微不足道的程度上依賴于蓄電池的操作溫度。對(duì)各種鋰離子蓄電池系統(tǒng)的廣泛調(diào)查已經(jīng)示出了，例如，低于臨界溫度，例如在約0°C的區(qū)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(huì)發(fā)生對(duì)鋰離子電池的破壞。
[0003]因此提供熱定義良好的環(huán)境條件對(duì)于蓄電池的性能可靠及無干擾的操作至關(guān)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(tǒng)。關(guān)于發(fā)生在例如機(jī)動(dòng)車輛的正常操作條件下的相當(dāng)大的溫度波動(dòng)，這意味著這些溫度波動(dòng)必須通過與蓄電池?zé)狁詈系暮线m的溫度控制設(shè)備被補(bǔ)償，以便保持蓄電池的環(huán)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(nèi)。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)公知的是具有熱交換器的溫度控制設(shè)備，例如冷卻板或者集電器/管系統(tǒng)具有形成冷卻通道的流體導(dǎo)管，其被熱傳遞介質(zhì)(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(shè)備的熱交換器的導(dǎo)管壁。以該方式，蓄電池和冷卻劑之間產(chǎn)生熱接觸，使得冷卻劑能夠從蓄電池提取熱，結(jié)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(shè)備中，經(jīng)證明顯著的是，對(duì)于熱傳遞元件，例如流體導(dǎo)管，以及還對(duì)于殼體來說，如果將要在蓄電池和熱傳遞介質(zhì)之間實(shí)現(xiàn)高效的熱耦合，必須選擇具有高導(dǎo)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(zhí)行機(jī)械補(bǔ)償，以補(bǔ)償電池組件制造中的制造和安裝容差。如果該補(bǔ)償不能夠發(fā)生或者僅能局部發(fā)生，則這會(huì)導(dǎo)致在冷卻器和電池組件基座之間的區(qū)域中有空氣內(nèi)含物，由此發(fā)生組件的差冷卻或者非同質(zhì)冷卻。但是，基本任務(wù)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(shè)備，其構(gòu)建為用于冷卻蓄電池單元的冷卻設(shè)備。溫度控制設(shè)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(xiàn)有技術(shù)進(jìn)一步公知的是，在各個(gè)蓄電池單元和熱交換器之間布置具有彈性特性的高導(dǎo)熱材料，例如溫度控制設(shè)備的冷卻板，例如所謂的導(dǎo)熱箔。這些能夠局部補(bǔ)償各個(gè)蓄電池單元和流體導(dǎo)管的導(dǎo)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(dǎo)熱箔、導(dǎo)熱漿或者導(dǎo)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(guī)熱界面。
[0008]在所述導(dǎo)熱漿中被證明是一個(gè)問題的是，它們的功能在溫度控制設(shè)備的實(shí)踐操作中(典型地在機(jī)動(dòng)車輛中)由于經(jīng)常發(fā)生振動(dòng)的緣故不能夠被保證利用。另一方面，提到的導(dǎo)熱箔具有劣勢(shì)，由于它們僅具有有限的彈性變形，它們僅能夠根據(jù)許可表面壓力來局部補(bǔ)償熱交換器(例如冷卻板)與各個(gè)蓄電池單元之間的中間空間的尺寸變動(dòng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]因此本發(fā)明的目的是提供一種用于溫度控制設(shè)備的改進(jìn)的實(shí)施例，在該實(shí)施例中上述討論的問題不再發(fā)生。
[0010]通過獨(dú)立權(quán)利要求的主題解決所述問題。優(yōu)選實(shí)施例是從屬權(quán)利要求的主題。
[0011]因此，本發(fā)明的基本構(gòu)思是，向溫度控制設(shè)備的熱傳遞元件分段地提供彈性的機(jī)械補(bǔ)償層，所述補(bǔ)償層具有低熱阻力并且依靠絲網(wǎng)印刷和/或模板印刷施加。將塑料應(yīng)用至熱傳遞元件允許通過適當(dāng)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(bǔ)償層適應(yīng)例如各個(gè)蓄電池單元的幾何形狀，由此反過來能夠?qū)崿F(xiàn)改善的壓縮行為或者改善的補(bǔ)償層的彈性變形能力。結(jié)果，能夠?qū)崿F(xiàn)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(duì)本發(fā)明重要的是，熱傳遞元件的有效區(qū)域不完全由所述補(bǔ)償層覆蓋，而是存在熱傳遞元件的有效區(qū)域的至少一個(gè)這樣的區(qū)域:該區(qū)域中不存在這種層。換句話說，根據(jù)本發(fā)明的補(bǔ)償層包括位于熱傳遞元件上的彼此間隔布置的至少兩個(gè)層段。當(dāng)蓄電池的蓄電池單元布置在補(bǔ)償層上時(shí)，這允許僅分段地形成在熱傳遞元件上的補(bǔ)償層還在熱傳遞元件上橫向延伸。結(jié)果，保證了流經(jīng)流體導(dǎo)管的流體與布置在補(bǔ)償層上的所有蓄電池單元的尤其可靠的機(jī)械接觸以及還有熱接觸，甚至當(dāng)僅允許小的表面壓力時(shí)。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(qū)域間具有不同的增加的距離；該增加的距離完全由補(bǔ)償層的塑料填充，補(bǔ)償層依靠絲網(wǎng)印刷和/或模板印刷施加。因?yàn)椴黄谕闹虚g空間降低了各個(gè)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(dǎo)熱漿或者導(dǎo)熱箔的常規(guī)界面層，基于根據(jù)本發(fā)明的補(bǔ)償層，相對(duì)于單元的熱同質(zhì)性，利用降低的層厚度已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)相同程度的熱耦合，即降低了材料的使用。此外，發(fā)生成本優(yōu)勢(shì)，因?yàn)橄啾扔谕ǔＩa(chǎn)的層來說，依靠絲網(wǎng)印刷和/或模板印刷施加塑料可相當(dāng)大的降低制造成本。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的用于控制電池溫度的溫度控制設(shè)備具有流體導(dǎo)管，流體尤其是冷卻劑能夠流過流體導(dǎo)管，其作為熱傳遞元件又具有至少一個(gè)導(dǎo)管壁。在熱傳遞元件的至少一個(gè)有效區(qū)域上，設(shè)置了依靠絲網(wǎng)印刷和/或模板印刷施加的至少一個(gè)塑料的彈性補(bǔ)償層。補(bǔ)償層具有至少兩個(gè)層段，所述層段彼此間隔布置在熱傳遞元件的外側(cè)上。
[0015]在優(yōu)選實(shí)施例中，補(bǔ)償層的塑料是彈性體。在壓縮應(yīng)力和拉伸應(yīng)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(yīng)各個(gè)蓄電池單元和熱傳遞元件的有效區(qū)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(gè)各中間空間均由補(bǔ)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(bǔ)償層中的彈性體。這些基本物質(zhì)能夠優(yōu)選具有增加的導(dǎo)熱性，增加的導(dǎo)熱性能夠通過填充合適的物質(zhì)實(shí)現(xiàn)，物質(zhì)諸如是例如氧化鋁或銅。因此，根據(jù)要求，補(bǔ)償層的材料能夠是電絕緣的或者導(dǎo)電的。
[0016]在另一優(yōu)選實(shí)施例中，對(duì)發(fā)明來說重要的補(bǔ)償層能夠不僅具有兩個(gè)，而且具有多個(gè)層段，所有的層段都彼此間隔設(shè)置在熱傳遞元件上。例如，可想到的是，單獨(dú)的層段關(guān)聯(lián)于每個(gè)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(dāng)后者在它們的安裝過程中擠壓補(bǔ)償層時(shí)。
[0017]在本發(fā)明的有利的進(jìn)一步發(fā)展中，在熱傳遞元件的頂視圖中，補(bǔ)償層能夠具有分別帶有相同邊緣輪廓的多個(gè)層段。根據(jù)本發(fā)明，補(bǔ)償層產(chǎn)生的圖案狀構(gòu)造能夠通過使用對(duì)應(yīng)構(gòu)造的絲網(wǎng)或者模板依靠絲網(wǎng)印刷和/或模板印刷以簡(jiǎn)單的方式生產(chǎn)。利用各層段的合適的幾何形狀構(gòu)造，這些給整個(gè)補(bǔ)償層的壓縮特性帶來進(jìn)一步的改善。
[0018]實(shí)驗(yàn)研究已經(jīng)表明，之前所不知道的是，關(guān)于它們安裝在熱傳遞元件上，當(dāng)層段在頂視圖中具有多邊形的邊緣輪廓，優(yōu)選四邊形、六邊形，最優(yōu)選矩形或者正六邊形時(shí)，能夠特別好地補(bǔ)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(jìn)一步發(fā)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(qū)域上，具有至少兩個(gè)柵格線和至少兩個(gè)柵格間隙。在形成于