用于电池的加热和冷却装置、电池配置和机动车的制作方法
【技术领域】
[0001]本申请涉及一种用于电池配置的加热和冷却装置，所述电池配置具有所述加热和冷却装置。本实用新型还涉及具有所述电池配置的机动车。
【背景技术】
[0002]用于纯电驱动的电动车、混合驱动汽车和燃料电池驱动的汽车的可再充电电池系统是当前研宄的主题。目前，在前述类型的汽车里，优选使用锂离子电池，锂离子电池的特征在于高能量密度，并且只有轻微的记忆效应。可再充电电池为安装在机动车中的耗电体可靠地供应电能的能力主要取决于电池环境中呈现的热条件。在再充电意义上，由于供给期间和电能吸收期间发生的电化学过程并非无关紧要(not unsubstantial degree)取决于电池运行温度的。对锂离子基础的不同电池系统的延伸研宄例如已表明，在低于临界温度时，例如接近O°C的区域中，由电池可获得的能量密度与较高的运行温度相比大幅降低。低于该温度时，充电期间会额外出现锂离子电池的损坏。
[0003]对所述电池的可靠且无忧运行起决定性的，这不仅适用于上述锂离子基础的电池，还普遍适用于任何可再充电电池系统，还是热细分的环境条件的产生。考虑到例如在机动车运行期间出现的实质的温度波动，这意味着这些必须通过适宜的温度控制装置来平衡，该温度控制装置与电池热耦合，以使电池的环境温度和由此使电池自身的温度在预定的温度区间内保持恒定。一方面，直接环绕电池的环境温度假设低于允许的温度范围时，所述装置必须能升高该环境温度。另一方面，如果电池的环境温度超过所述温度区间的上限时，所述装置还必须能降低环境温度。
[0004]由现有技术，可与电池热耦合的各种装置是已知的，原则上这种装置同时包括用于升高电池温度的加热单元和用于降低电池温度的冷却系统。
[0005]因此，DE 1020099058819A1描述了一种用于电池的加热和冷却的装置，该装置包括冷却剂回路和至少一个电加热元件，二者被布置在公共的热转移组件中。在此情况下，电加热元件以正结合的方式和/或非正结合的方式与热转移组件连接。该装置的特点是它需要较大量的构建元件，这些构建元件在加热操作期间由于该设计被电加热元件共加热，这显著增加了电池实际预期加热所需的热输出。
【实用新型内容】
[0006]因此，本实用新型基于以下目的:产生一种用于电池的加热和冷却装置，其特征在于，与待加热或待冷却的电池有效热耦合，同时利用具有少量组件的简单设计结构。本实用新型还具有以下目的，通过所述加热和冷却装置是具有电池的电池配制扩展为温控的。最终，本实用新型具有提供具有所述电池配制的机动车的目的。
[0007]上述根据本实用新型的目的通过独立专利权利要求的主题来解决。优选的实施方式为从属权利要求的主题。
[0008]因此，本申请的基本构思是形成一种用于板状电池的加热和冷却装置，该板状电池具有底板和盖板，以及在底板和盖板之间的区域中布置同时能加热和冷却的元件，以用于与底板热耦合的电池的相应的加热和冷却。这能使制造此类加热和冷却装置所需的组件数量保持较低，使得此类装置的热损失能同样的保持较低。该加热和冷却装置的各个板状组件的叠层状配置额外能实现电池与该加热和冷却装置的广大、由此高度有效的热连接，同时具有非常紧凑的设计。
[0009]一种用于电池的加热和冷却装置，特别用于机动车的电池，包括:
[0010]底板，在所述底板中提供至少一个用于冷却剂或制冷剂流过的流体路径；
[0011 ] 至少一个支撑部件，在每种情况下，在所述至少一个支撑部件中，提供能够热耦合或者与所述底板热耦合的至少一个电加热元件；
[0012]盖板；
[0013]其中，所述底板、至少一个支撑部件和所述盖板沿着堆叠方向彼此邻接地布置。
[0014]优选的实施方式要求保护特别小的安装空间，其中支撑部件被设计为沿纵向延伸的细长的支架。在该支架中在纵向布置有彼此隔开并彼此邻接的至少两个通道口，在该至少两个通道口中分别插入电加热元件。
[0015]为了能实现平板设计的加热和冷却装置，推荐电加热元件和支架的设计，使得任何情况下该至少两个电加热元件的顶侧与支架的顶侧末端齐平。因此，该至少两个电加热元件的底侧分别应该与支架的底侧(21b)末端齐平。
[0016]优选地，可在上述加热和冷却装置上提供电绝缘的电绝缘部，该电绝缘的电绝缘部被布置在底板和支撑部件之间的加热和冷却装置中。所述电绝缘部防止电加热元件与通常由金属制得的即导电的底板不理想的电接触，电绝缘部起到外罩的功能，由此可暴露在外侧与用户身体接触。为了避免不必要地降低电加热元件与底板的热耦合，上述电绝缘部应具有尽可能尚的导热率。
[0017]在优选的实施方式中，上述加热和冷却装置只包括一个支撑部件，该支撑部件被设计为具有至少两个通道口的支撑板，每个通道口中布置有电加热元件。加热装置与独立的电加热元件的组合式构造在制造方面证明是特别有利的，这些独立的电加热元件用于普通支撑板中。为了上述电加热元件与支撑板的最佳热耦合，推荐以它们优选完全填满所述通道口的方式使这些组件对应于它们的空间尺寸形成特定尺寸。至此，各个电加热元件可具体以加热板的方式构建，这些加热板优选以它们被安装在支撑板中的状态完全填满各个通道口。优选借助于适宜的粘合剂实现将电加热元件紧固至支撑部件，该粘合剂优选具有高导热率的特征。由于在围绕通道口的支撑部件的边缘区域上提供有朝向通道口内突出的适宜的突出部，实现了电加热元件在通道口中的特别精确的组装，该突出部在插入电加热元件时以挡板的方式起作用。
[0018]为了对加热和冷却装置的电加热元件供应电能，显然要在支撑部件和盖板之间以及支撑部件和电绝缘部之间提供导电的接触板，为了从外部能量供应单元对电加热元件供应电能，该导电的接触板与电加热元件电连接。在此情况下，提供在支撑部件和底板之间的电绝缘部可被形成为由电绝缘材料形成的绝缘板，或布置在电绝缘材料的底板上的绝缘膜，或涂覆至底板上的电绝缘的绝缘层。
[0019]两个导电接触板遵循常规电线的作用原理，它们使得能将电能从能量供应单元传输至电加热元件。在设计为板状的电加热元件上，导电连接元件可以如下方式提供在两侧，通过以加热和冷却装置的组装状态建立的这两个组件之间的机械接触来产生电加热元件和接触板之间的所需电接触。在制造方面特别巧妙的证明是其中在板状电加热元件上不提供独立的电连接元件，但是电加热元件的顶侧和底侧，至少在区域中，被设计为导电的形式。由此在将各个接触板组装在电加热元件期间自动地建立起电加热元件和接触板之间的所需电连接。利用导电或非导电的粘合剂将这两个接触板分别粘合至电加热元件。当使用非导电的粘合剂时，通过表面的粗糙度来实现接触。在这两个导电接触板的每一个上，可在外部侧向提供连接元件，这能实现与能量供应单元的正端子或负端子连接。
[0020]在此情况下，特别实用地，利用上述加热和冷却装置控制温度的电池自身可被用作电能供应单元。
[0021]特别实用地，在支撑部件中可提供具有相应的电加热元件的至少4个，优选15个，最多优选20个此类通道口，对于支撑部件的俯视图，这些通道口在支撑部件上被布置为网格状。取决于总体要实现的所需热输出，还可提供其它数量的此类电加热元件。当电加热元件产生的热将底板的侧向尽可能均匀的加热时，特别推荐建议的网格状布置的电加热元件。然而，清楚的是除了所述网格状布置几何形状外，电加热元件相对于彼此的其它形式的布置原则上也是可能的。
[0022]替代上述具有单个支撑部件的加热和冷却装置的构造，根据另一实施方式显然的是提供两个，优选三个所述支撑部件，它们任何情况下均可被设计为大致矩形的支架。在此情况下，电绝缘部被设计为绝缘板，其中提供与支撑部件互补的至少两个通道口。在此情况下，对每个支撑部件提供有至少两个通道口，在每个通道口中可插入电加热元件，使得电加热元件优选完全地填满这些通道口。利用粘结可实现将电加热元件固定在通道口中。具有多个支撑部件的加热和冷却装置的设计结构证明是组装特别简单，因为每个支撑部件初始都分别装配有电加热元件。因此，预组装过的支撑部件可在提供与绝缘板中的通道口中被插入为单元，随后被粘合至绝缘板。
[0023]有利地，提供在绝缘板中的通道口大致设计为矩形形状。可替代地或者另外地，这还可对提供于支撑部件中的通道口提供。
[0024]根据有利的另一实施方式，其允许技术上能容易实现的电加热元件的电接触，建议对每个支撑部件分别提供两个单独的导电接触板，优选金属的导电接触板，该导电接触板被插入设计为支架的支撑部件，使得它们直接接触电加热元件的顶面或底面。在这种导电接触板的组装状态下，电加热元件被布置在两个导电接触板之间的夹层状的支撑部件的通道口中。上述两个导电接触板可借由导电或非导电的粘合剂粘结至电加热元件。
[0025]特别实用地，在第二导电接触板和底板之间可提供电绝缘且导热的陶瓷盖板。一方面，所述盖板确保了第二导电接触板相对于底板的电绝缘，而不会负面影响电加热元件与底板的热耦合。替代这种陶瓷的盖板，还能容易想到在导电接触板和底板之间涂覆硅酮粘合剂，该硅酮粘合剂具有与所述陶瓷材料相近的导电