CN104600337A - 用于电化学电源的调温装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于电源（2）的调温装置（1）。本发明提出，所述电源（2）具有一个壳体（4）和多个单元电池（3）。

Description

用于电化学电源的调温装置

技术领域

本发明涉及一种特别是根据权利要求1的前序部分所述的用于电化学电源的调温装置。其典型的应用领域为加热或者冷却交通工具的和固定不动的消耗器的电池、蓄电池或者燃料电池。 

背景技术

已知的是，电化学电源在低于最小温度的情况下很少或者完全没有电能放出。因此，很多电池设有加热垫，所述加热垫通过电加热元件增大了电池的壳体。然而与能耗相比，这种加热元件的影响经常不能令人满意。 

另外已知的是，当在较高的环境温度的情况下取用较大的电流量时，电化学电源可能会过热。在此已知的是，利用风机对电池进行冷却。然而，这视使用领域而定也不能以必需的程度起作用。 

因此值得希望的是，能够实现相对于温度波动不太敏感的供电。 

发明内容

在上述背景下，提出具有根据权利要求1的特征的技术方案。其它有利的构型可以从其它权利要求和以下的描述中获悉。 

附图说明

以下说明以及权利要求将解释本发明的细节。这些实施方案应使得本发明易于理解，但仍然只有示范作用。当然在权利要求所定义的发明范围之内也可删减、改变或者补充单个或者多个所述的特征。当然也可以将不同实施方式的特征相互组合。关键是基本上实行了本发明的方案。如果应当至少部分满足某一特征，则也包括完全或者基本上完全满足该特征。在此，“基本上”尤其意味着该实行能够以可识别的程度实现所需的用途，至少以50％、90％、95％或99％的程度满足相应的特征。如果已注明了最小量，则当然也可以使用比该最小量更多的量。如果 用至少一个说明构件的数量，则这尤其也包含具有两个、三个或其它数量的构件的实施方式。针对某一对象描述的主题也可以应用于所有其它同类对象的主要部分或者整体。如果没有其它说明，则区间均包括其边界点。如果为了实现本发明而给出了多个可选方案，则这些可选方案也可以单个地或者相互联系地同时实现。也就是说在这种情况中“或者”意味着“或是……或是……”以及“和”。 

以下将参考： 

图1：具有电化学电源的机动车的部分纵向截面图； 

图2：图1的电化学电源的分解图。 

具体实施方式

本发明例如可以在根据图1的交通工具中使用。交通工具是指用于运送人员和/或货物的交通工具，如陆上-、水上-、轨道-和空中交通工具，特别是飞机、轮船和机动车等。 

这样的交通工具可以配备有根据本发明的电化学电源。 

电化学电源例如是电池、蓄电池或者燃料电池。所述电源用于给交通工具中不同的电消耗器、例如驱动电动机、启动器、照明装置或者类似物供电。交通工具可以配备一个或者多个这种电源。这种电源2优选设置在这样的位置上：所述位置可以让行驶风或者环境空气接近或者易于接近、例如在发动机室中、交通工具底盘下方或者行李室中。 

电化学电源2优选具有多个单元电池3。对此应理解为结构组件或者封装单元意义上的模块，所述模块具有至少两个电极和一个化学能储存器。例如可以涉及铅-铅氧化物-电池。优选的是，在一个电源中设有多个单元电池，以便通过将这些单元电池互联或联接而实现足够高的电势、例如12伏、24伏、48伏、110伏或者230伏。为了提供足够大的电流，这种互联也是有意义的。在本发明的实施例中，10个单元电池设置成一个排列，并且2个这种排列并排地设置在所述电源中。单元电池3优选具有这样的形状：所述形状允许空间上紧密的可收纳性，以便实现电源的高的电荷密度。对此合适的是方形或者棍形。至少一个单元电池设置在电源内部，优选对于所有单元电池都是这样。这些单元电池优选如此定向，使得它们能够被简单地接触接通并且调温。这可以特别是通过纵轴线的垂直走向以及朝上的电触头布置来实现。优选的是，这些单元电池相对于其它单元电池或者壳体 壁如此地定位，使得这些单元电池在运行期间被不可运动地支承。此外，部件之间的最小间距负责利用调温流体可靠地环流。优选的是，至少一个单元电池与另一相邻单元电池之间具有3mm、优选5mm、优选1cm的最小间距。优选至少一个单元电池与电源的至少一个壳体壁之间的最小间距也是这样。 

优选的是，电源2具有至少一个壳体4。在此，“壳体”表示这样的装置：所述装置用于防止化学剂的不希望的排出或者防止与电源的电构件的意外接触。优选的是，所述壳体是气密或者液密的容器、特别是盆形或者方形的中空体。壳体的形状基本上跟随设置在所述壳体中的单元电池组的轮廓。所述壳体优选由以下材料制成：所述材料允许对电源的内置物进行高效地调温并且具有轻且稳固的结构。在此，所述材料例如特别是具有耐酸以及良好导热成分的塑料、铝、或者碳纤维或玻璃纤维增强的复合材料。尤其优选的是这样一种壳体，所述壳体的壁至少部分地由铝制成。在需要时可以局部涂层，以便对所述铝进行热、化学、或者电屏蔽或隔离。 

所述壳体优选具有至少一个盖部7。盖部7优选基本上具有电源2的基面的轮廓。优选的是，所述盖部不仅液密而且气密地固定在壳体4上。所述盖部优选由与壳体7其余部分相同的一种材料或者相同的多种材料制成。 

优选的是，所述电源具有调温流体5。所述调温流体应允许将多余的热从单元电池向电源的壳体输送走或者将热从电源的壳体向温度过低的单元电池输送。“调温流体”理解为无定形的体，所述体将可以热储存、携带、在适当的位置上释放。其实例例如是液体、气体、颗粒、粉末或者由一种或者多种上述成分组成的混合物。优选的是，所述调温流体以一个量包含在电源中，所述量允许均匀地绕流电源的所有构件。这允许均匀的温度分布，而不会出现过冷或者过热的区域。优选的是，调温流体占据单元电池与壳体之间可用的整个空间。 

所述调温流体的材料在液态中优选具有这样的热容：所述热容允许高效地输送热。为此合适的是1kJ/(kg K)、更好为1.1以及更高的热容。对此适合的是水、盐水溶液、含水以及无水乙醇、氟化酮（Fluorketone）、氢氟烃（Hydrofluor-Kohlenwasserstoffe）和其它已知的载热体。 

优选的是，至少部分的调温流体具有低于100℃、优选低于70℃、优选处于40℃至55℃之间的气化温度。优选的是，所述流体的沸点处于电源的理论运行温度与这样的值之间：所述值最多超过所希望的运行温度的20%、更好10%。所述 百分比表示以开尔文为单位的温度值。如果单元电池3局部过热，则调温流体将气化。调温流体的气化以两种方式反作用于过热。一方面，液态形式到蒸气形式的相变导致了通过调温流体提高的热接收。另外，蒸气由于其升力非常快速地在电源内部向上升起。由此，一方面将过多的热被特别快速地输送至壳体壁并且同时在热区域上对于补充流入的液态调温流体特别快速地提供位置。利用氟烃和含氟的酮可以特别良好地实现所述效果。此外，所述调温流体应无毒、不易燃并且对臭氧无害。优选的是，所述调温流体在与空气接触的情况下仅数天或者数周化学稳定。 

优选的是，所述壳体具有一个或者多个透热部10。优选的是，在壳体4的盖部7上设置多个透热部。因为通过调温流体5对流，热的流体趋向于向上朝盖部运动。优选的是，所述壳体的端侧或者侧面也设有透热部。所述壳体底侧上的附加的透热部可以特别是用于将热储存到电源中，因为当热在电源内部上升的情况下通过引起的调温流体的对流运动可以将电源内部的热沿着单元电池很好地分布。 

至少一个透热部具有可良好导热的层，所述层是壳体6的壁的构成部分。壳体6的可能设置的绝缘层在透热部的区域中被中断，从而在这个区域中存在凹部。 

调温装置1优选具有至少一个热电元件13。热电元件理解为这样的构件：所述构件在被加载电压的情况下包括至少一个具有提高的温度的面以及至少一个具有与未加载的状态相比温度降低的面（珀尔帖元件）；并且应理解为这样的构件，所述构件在发生温度降的情况下产生电势（塞贝克元件）。这种热电元件优选为扁平的、基本上为陶瓷部件，其基面优选相应于透热部10的面。优选的是，热电元件占据了盖部基面的至少50%。优选的是，也给至少一个透热部10的每个端侧配备至少一个热电元件。 

为了改善热传递的效率，调温装置配备有至少一个热传递装置15。热传递装置15一方面允许热力学元件的表面与电源2外部的空气之间较好的热传递，其方式是，其增大了空气与调温装置之间的可使用的边界面。另一方面，所述热传递装置允许提高空气通过量。所述两个方面都可以通过以下方式实现：热传递装置15具有至少一个导热体，所述导热体具有多个相互平行设置的导热肋部。此外，导热体优选具有可良好导热的材料、例如金属、如铝或者铜。优选的是，给热传递装置15配置至少一个空气运动装置17。在此特别可以涉及一个或者多个风机， 这些风机例如设置在导热体的端侧上，以便通过热传递装置15沿着导热肋部输送空气。按这种方法，借助于吹过的空气将过多的热从热传递装置15和导热肋部去除或者将热从被吹入的空气通过导热肋部接收用于供入到电源2中。也可以设置至少一个空气运动装置17，所述空气运动装置的吹入的或吹出的空气流在进入或者离开所述空气运动装置时具有这样的流动方向：所述流动方向沿着垂直线朝热电元件的和/或透热部10的基面定向。尤其可以设置的是，轴流式风机以垂直于热电装置或透热部定向的空气流吹向热电装置和/或透热部10。然而也可以设置流动反向，以便通过径向的空气流对透热部10和/或热电元件进行调温并且通过所述轴流式风机可以将排出空气垂直于热排出部的或者热电元件的基面吹走。为此合适的是，空气运动装置17不是侧向地设置在热传递装置15的端侧上，而是中心地设置并且至少替代热导体的热导肋部的一部分地设置在热传递装置15内部。空气运动装置17可以设有覆盖物19，以便防止无意地作用到转动的叶轮中、保护空气运动装置以防污物或者异物并且将入流的空气或者出流的空气转向到优选的方向上。 

为了在温度极低或者反应时间短的情况下也确保加热所述电源2，所述调温装置可以设有一个或者多个附加加热装置23。所述附加加热装置一方面可以是面状的加热元件，这些加热元件设置在壳体4的侧面上。然而也可以设置的是，至少一个附加加热装置23以加热棒的形式设置在调温流体5的内部。因为壳体4从角部开始被最强地冷却，因此合适的是，特别是在这些区域中设置附加加热装置。为此，壳体4优选具有凸出部，这些凸出部的定向垂直地设置，以便在这些凸出部中接收同样垂直设置的附加加热装置23和调温流体的部分量。优选的是，这些凸出部设置在电源2的端侧上，以便获得紧凑的形状。合适的是，在相应端侧的两个这样的凸出部之间设有至少一个透热部和热传递装置15。 

至少一个附加加热装置23优选由PTC材料（正温度系数）或者陶瓷材料（例如MCH）制成。 

为了确保电源2内部的单元电池3被均匀地调温，调温装置也可以配备有流体运动装置25。所述流体运动装置例如可以具有涡轮机，所述涡轮机在壳体4内部具有自身的电驱动器。但是，为了免受侵蚀性的介质，所述流体运动装置也可以是具有磁性的或者可磁化的部件的叶轮，所述叶轮可以通过设置在壳体4外部的驱动机构通过磁场运动。优选的是，流体运动装置25设置在所述凸出部27内 或者其附近，以确保附加加热装置23的可靠绕流并且避免调温流体5在那里局部过热。 

如果壳体4是气密的，则避免了湿气进入。取消了迄今为止为此在空冷系统中所需的耗费。尽管如此，所述系统仍被保护免受通过冷凝的湿气引起的腐蚀和短路。为了在薄壁的壳体中避免过压的问题，合适的是，利用两种不同的材料填充壳体4的内部空间。第一材料作为实际的调温流体起作用。所述第一材料具有在热容和气化特性方面已做说明的性质。第二材料优选在电源的任何使用温度中都为气态。这特别是涉及-50℃至+100℃、优选-30℃至+60℃的温度范围。优选的是，所述第二材料不会或者仅轻微地溶于第一材料中。第二材料优选包含气态的氮（N₂）、二氧化碳（CO₂）或者无水空气。优选的是，第二材料占据所述两种材料的总量的1%至70%之间、优选10%至50%之间、尤其10%至30%之间的份额。 

如果在盖部7下方形成气体储存部，所述气体储存部包含调温流体的可冷凝的组成部分，则调温装置1在盖部上如同冷凝器那样工作。因为已气化的调温流体在盖部上在透热部10上被冷却，直到所述调温流体达到其冷凝温度为止。然后所述调温流体作为液体掉落并且滴回到壳体6中的液体中。 

附图标记表 

1  调温装置 

2  电源 

3  单元电池 

4  壳体 

5  调温流体 

7  盖部 

10 透热部 

13 热电元件 

15 热传递装置 

17 空气运动装置 

23 附加加热装置 

25 流体运动装置 

27 凸出部。 

Claims (4)

1.一种用于电源（2）的调温装置（1），

-所述电源（2）具有一个壳体（4），

-所述电源（2）具有多个单元电池（3），

其特征在于：

-调温流体（5），所述调温流体被设置为在所述壳体（4）内部包围所述单元电池（3），

-至少有一个用于影响所述调温流体（5）的温度的装置（13，15，17，23）。

2.根据权利要求1所述的调温装置（1），其特征在于，所述用于影响流体温度的装置包括以下部件中的至少一个：

-热电元件（13），

-附加加热装置（23），

-热传递装置（15），或者

-空气运动装置（17）。

3.根据权利要求1所述的调温装置（1），其特征在于，所述调温流体（5）具有在正常压力的情况下低于100℃、优选低于70℃的气化温度。

4.根据权利要求1所述的调温装置（1），其特征在于，所述壳体（4）具有至少一个盖部（7），所述盖部设有至少一个用于影响所述调温流体（5）的温度的装置（13，15，17，23）。