专利名称：可控地隔热的壳体及其控制方法
技术领域：
本发明涉及一种用于可控地对蓄电池温度处理的隔热的壳体系统，其尤其是用于大功率蓄电池。本发明尤其是涉及按本发明的壳体系统的应用和用于冷却电动驱动的车辆的牵引蓄电池的方法。
背景技术：
电储能器例如电池基于电化学转化过程，因此它们对温度特别敏感。在温度过低时导致強烈的功率扰动，在高温度时得到通过过早老化引起的损坏，过早老化与持续的功率扰动相关联。电池温度通常通过周围环境以及通过自身的损耗热确定。已知的是，为了控制温度而使用主动元件例如帕尔贴元件或也使用主动的压缩机驱动的制冷设备。但是这些解决方案与耗费的系统相关联。还已知的是，电池借助介质流和相应的散热片冷却，例如通过空气流或通过具有冷却液的冷却回路。在混合动カ汽车中，使用空冷或制冷回路，该制冷回路耦合到制冷设备上并且由此设置制冷剂的压缩和蒸发。但是这些方法要求足够的介质流，该足够的介质流在需要时由压缩机支持，从而一方面在细小的流时得到小的冷却功率并且另一方面尤其是在借助空调设备冷却的情况下附加地使已经存在的部件受载荷或者尺寸明显必须设计得更耗费。文献FR 2869722示出ー种用于电池的隔热的系统，其中在壳体内部设置材料，该材料的热阻取决于周围的空气压力。因此，通过改变空气压カ来改变材料的导热能力，使得通过壳体壁的热传递是可调制的。但是，材料的単位热传导系数的调制宽度是很小的。在文献US 3,450,196中描述了一种用于宇宙航行中的电池的壳体,其中在壳体中存在氢。通过改变压カ来控制穿过氢的热传递。如也在FR 2869722中那样，US 3,450,196的装置仅能够实现小的热传递带宽，尤其是由于氢的有限的导热性。由现有技术已知的措施仅能够实现可控的热传导系数的很小的调制宽度。
发明内容
因此，本发明的任务是设置ー种装置和方法，通过该方法能够以简单方式通过可调节的温度调节的宽范围对电池的温度进行温度处理。该任务通过根据独立权利要求的隔热的壳体系统和方法解決。本发明能够以简单的方式实现对牵引电池或另ー个大功率蓄电池的温度处理，SP加热或冷却，其中，在需要时能够使温度以大的尺度下降和上升。本发明提供了ー种具有相对于现有技术明显増加的热传递的温度调节装置，但是该热传递也可以被減少到最小。所需的措施以简单的方式实现并且尤其是不使汽车的其它温度处理系统受载荷。按本发明的壳体系统还允许节省空间地安置在汽车中并且能够实现特别高的热排出或热输入，这无法通过基于气体的传统系统实现。同时本发明允许有效的隔热，以便例如阻止，当蓄电池的エ 作温度应当被提高时，在蓄电池中出现的热量留在蓄电池内部。
本发明的构思是，代替仅使用气体，也使用液体作为热传递调制器，其中，液体能够特别容易地从相应的中间室导出或导入相应的中间室中并且能够实现高的热传导系数，这不能通过气体实现。因此，当例如应当向外导出热量时，或当周围环境的热量应当被用于加热蓄电池时，通过泵入液体能够突然地导热地设置壳体。除了壳体的明显增加的最大的热传导系数外，壳体也可以高度隔热地作用，使得壳体的隔热的工作区域没有比具有抽真空的中间室的现有技术小的隔热。按本发明 的壳体以双壁实施，该双壁基本上是封闭的，并且其内含物被改变，以便能够调制隔离能力或热传递能力。壳体设有内室，该内室适合用于接收蓄电池，其中，内部的壁区段能够实现与内室并且由此与蓄电池的热接触。因为内部的壁区段属于双壁，所以在中间室和内室或蓄电池之间得到直接的热桥。类似地，壳体系统包括外部的壁区段，该外部的壁区段属于双壁并且设置了用于热源或散热片(尤其是周围环境)的直接的热桥。中间室通过壁区段完全封闭，流体接头例外，通过该流体接头能够改变中间室的填充。在需要时双壁可以设置压カ补偿阀，以便在排空和填充时实现相对于周围环境的压カ补偿。在壳体系统的流体容器中设有流体，该流体可以通过壳体系统的流体泵泵送到中间室中，或者可以从中间室排出。流体泵被配置用于控制在双壁之间的中间室中的液体的液位(和需要时中间室中的气体压力)。由此能够在宽范围上控制内部和外部的壁区段之间的热传递。作为液体尤其是使用水，优选添加有防锈剂例如こニ醇的水(作为水-こニ醇-混合物)，以便保证特别高的热传递。例如在使用水时通过约0. 6ff/ (mK)的较高热传导能力在周围环境和蓄电池之间得到与具有约0. 02W/ (mK)的热传导能力的空气相比明显改善的热传递。因此，热传递能够通过使用水相对于现有技术以大于10、20或更大的因子提高。因此，尤其在使用大功率蓄电池时，需要高的最大热传递，因为仅仅由于蓄电池的大功率就给出了大的损耗热量。尤其地，隔热的壳体系统也包括大功率蓄电池本身，该大功率蓄电池的外表面优选直接导热地与双壁的内部的壁区段连接，尤其是在其与内室交界的面上。包括导热膏层或热垫的热连接也可看作直接连接。此外，在热桥内部设有热扩展装置，以便增加热传递面积。作为起调制作用的导热介质可以使用水，该导热介质被引入到中间室中以及从该中间室导出，该导热介质在需要时被添加添加剤。双壁的中间室可以没有固体或可以包括隔热物体，该隔热物体具有通道、气孔或开ロ，它们向着中间室敞开并且由此可以填充液体。通道、气孔或开ロ能够以同样的方式用于将水从隔热物体去除。隔热物体例如包括硅酸、聚苯こ烯泡沫、聚氨酯泡沫或玻璃纤维织物。隔热物体可以在整个中间室中延伸或者可以在ー个区段中延伸，其中，外部或内部的壁区段和设有隔热物体的该区段之间保留有间隙。为了支持热传导，可以设置塑料层或金属层形式的壁区段。在塑料层的情况中，该壁区段优选构造为薄的，尤其是比5、3或2mm更薄，以便避免由于塑料材料的特性而出现不希望的热势。优选地，整个壳体基本上由相同的材料制成，例如由注塑的塑料制成。变换地,壁区段可以包括附加的金属板、金属层或金属膜，它们设置在壁区段上，以便改善热传递。热层可以嵌入到由塑料制成的壳体中或可以涂覆到塑料壳体的相应的壁区段上。优选地，壳体系统还包括控制装置，该控制装置具有输入端，这些输入端被配置用干与温度传感器连接，该温度传感器又设置在大功率蓄电池上或设置在壳体系统的外部上。变换地，壳体系统本身可以包括传感器，这些传感器与控制装置连接，其中这些传感器一方面检测大功率蓄电池的温度以及周围环境温度。控制装置还包括输出端，液体泵与该输出端连接。控制装置被配置用于控制该泵以填充和排空中间室。根据蓄电池的温度是否应当与外界温度匹配，増加或降低液位。如果蓄电池的温度应当在周围环境的温度的方向上运动时，那么増加液位。否则减少液位。优选地使用温度预设值，该温度预设值用作为蓄电池温度的额定參数。如果蓄电池温度和周围环境之间的差具有与蓄电池温度和温度预设值之间的差相同的正负号，那么该控制装置被配置用于控制液体以提高液位。如果这些差具有不同的正负号，那么減少液位。控制装置可以接收温度预设值并且优选具有比较器，以便将蓄电池温度与周围环境温度比较以及将蓄电池温度与温度预设值比较。蓄电池温度和周围环境温度之间的差和尤其是其正负号说明了，当建立与周围环境温度的导热连接之后，蓄电池温度会在何种方向上发展。如果发展方向对应于通过蓄电池温度和温度预设值之间的差再现的额定方向，那么 提高液位并且由此设置热传递。控制装置优选被配置用于ニ元地设置液位，使得要么中间室完全被填充液体要么液体完全从中间室被去除。在这种情况下，控制装置优选具有ー个自动断路装置，当液位为零时或当到达满的液位时该自动断路装置使泵停止。除了借助液体液位的调制，本发明还可以被配置用于至少部分地对中间室抽真空。为此，该壳体系统具有一个真空泵，该真空泵连接到中间室上并且被配置用于减少中间室内部的空气压力，尤其是减少到正常压カ(在20°C时为I. 01325巴)的50%、20%、10%、5%、1%或0. 5%。真空泵可以与液体泵分开地设置。在一种变换地实施方式中，液体泵被配置用于也对中间室抽真空。在该情况中，真空泵和液体泵通过同一个泵表示，例如活塞泵或类似件。液体的液位在0%和100%之间被控制。当中间室还含有旧液体的一些液滴或残余物吋，0%的液体液位也包括ー个空的中间室(基本上填充气体)。壳体系统优选具有多个内室，它们如上所述通过双壁包围。壳体优选呈长方六面体形状，其中至少ー个侧实施为双壁。如果壳体系统包括多个内室，那么这些内室通过双壁相互分开。优选地多个双壁的中间室相互连接。在一种优选的实施方式中，壳体系统是长方六面体形的，其中，所有在圆周方向上相继的侧都实施为双壁，其中，底或盖不实施为双壁。但是优选地，底也实施为双壁，以便能够实现相应的冷却。在蓄电池和壁区段之间可以设置一个传热元件，使得电池不必精确地配合在内室中，而是在插入蓄电池之后可以插入传热元件，以便由此闭合热桥。其它实施方式包括弹性的壁区段，它们通过水压至少轻微鼓起，以便借助压配合压到蓄电池上。其它实施方式考虑了水的热容。在此在需要时不希望的是，液体本身的温度对蓄电池的温度处理有重要影响。在这种实施方式中，该中间室或这些中间室的容积仅是内室的容积的一小部分。优选地，中间室具有小于5、2、1或0. 5cm的小宽度，而内室具有数倍于此的长度或宽度尺寸。内室由此优选具有超过10cm、超过20cm或超过50cm的长度。所有内室与所有中间室的容积比优选超过50 =UlOO U200 U500 =UlOOO 1或更多。但是变换的实施方式有目的地考虑了液体的热容，与此有关的冷却、加热以及通过蒸发的液体的冷却效果，尤其是当中间室被抽真空(或部分抽真空)吋。本发明还通过用于受控冷却的方法实现，其中，首先在内室中设置至少ー个大功率蓄电池并且导热地与双壁的内部的壁区段连接。大功率蓄电池和周围环境之间的(经由内部和外部的壁区段穿过中间室、即穿过双壁)的热传递通过改变中间室中的液体的液位被控制。通过泵送液体或通过借助阀吹出液体通过填充或从中间室去除液体改变液位。如果例如阀的容器设置在双壁上方，那么足够的是，打开阀，以便填充中间室。容器优选具有通风机构，使得在填充中间室时将空气导入容器中以及在排空中间室时将空气从容器导出，优选经由单向阀。因为中间室仅具有比较小的容积(例如1-51)并且中间室由此基本上以薄层的形式设置，所以容器也可以相应地实施成很小并且泵可以短时间地将所有液体从容器输送到中间室中，反之亦然。液体由此根据该方法从ー个连接在中间室上的容器导入到中间室中或者从中间室导入到容器中。除了通过液体液位的调制外，热传递也可以通过附加地相对于正常压カ減少空气压カ来控制。在液体从中间室完全被去除之后，空气被去除，其中在此可以使用与在输送液体时相同的泵或者可以使用不同的泵。在分开的泵时，为了阻止当还有液体位于中间室时激活真空泵，可以在中间室中设置传感器，其中，按照该方法询问该传感器是否还有液体位于中间室中。除了水之外，也可以使用任何其它的液体作为热传递媒介，只要它们具有超过0. 03或0. 05或0. Iff/m K的单位热容。另外可以使用纯净水或具有添加剂的水，其中，添加剂例如是进ー步提高导热能力的盐和/或是防腐剤，以便确保系统的运行对于更长的时间得到保证。
图I示出按本发明的隔热的壳体系统。
具体实施例方式图I示出按本发明的壳体系统，其具有壳体10、泵20和容器30。该壳体10包括内室12，该内室的尺寸和比例被配置用于接收蓄电池、例如确定蓄电池类型的蓄电池。壳体10包括双壁14、14’，其中，双壁的内侧14’包括内部的壁区段16’，并且双壁的外壁包括外部的壁区段16。双壁是环绕的并且限定了相关的中间室18，该中间室构造在内壁14’和外壁14之间。中间室18基本上是封闭的，其中，开ロ 19设有用于填充和排空中间室18的流体接头。泵20连接到该接头19上，该泵又与容器30连接。泵20可以在两个方向上运行并且由此将容器30的水32泵送到中间室18中以及将水从中间室18泵送到容器30中。 为了压カ补偿，容器还包括压カ补偿阀34，以便一方面补偿容器30内部通过吸入的液体32的空间增加引起的压カ增加，并且另一方面在泵出液体32时能够通过从外部输入空气实现压カ补偿。尽管泵20作为液压泵示出，但是泵优选也适合用于泵送气体、尤其是将气体从中间室18泵送到容器或优选周围环境中，以便由此对中间室18抽真空并且在很大程度上抑制热流。泵20被控制装置40控制，该控制装置与第一温度传感器42连接，该第一温度传感器设置在内室12中，并且该控制装置配置有一个用于检测周围环境温度的外室传感器44。该控制装置还包括比较器以及输入端或用于温度预设值的存储器(同样未示出)，以便按本发明求出应当对中间室填充水，还是应当隔热地设置中间室，例如具有零填充状态。温度预设值可以尤其是存储在控制装置40的只读存储器中并且 等于位于内室12中的蓄电池的最小工作温度。
权利要求
1.具有壳体(10)的隔热的壳体系统，该壳体包括一个被配置用于接收大功率蓄电池(11)的内室(12)，其中，所述壳体包括双壁，在所述双壁中设有中间室(18)，其中，中间室通过所述双壁的至少一个内部的壁区段(14’)与所述内室导热地连接，所述中间空间通过所述双壁的至少一个外部的壁区段(14)与所述壳体的周围环境连接，并且所述中间室除流体接头(19)以外完全地封闭，其特征在于，所述壳体系统还包括一个与流体接头连接的液体泵(20)和一个具有液体(32)的液体容器(30)，所述液体容器通过所述液体泵(20)与所述中间室(18)连接，其中，所述液体泵(20)被配置用于控制所述双壁的壁区段(16，16’)之间的中间室中的液体的液位。
2.根据权利要求I的隔热的壳体系统,所述壳体系统还包括大功率蓄电池,该大功率蓄电池的外表面导热地与所述双壁的内部的壁区段(14’)连接，其中，通过液体的液位能够通过调节在大功率蓄电池和周围环境之间的穿过所述中间室(18)的热传递。
3.隔热的壳体系统，其中，液体(32)是水并且中间室没有固体或者填充有隔热物体， 所述隔热物体具有向着所述中间室敞开的通道、气孔或开口，从而当液位提高时，水能够进入到所述通道、气孔或开口中，并且这些壁区段(14，14’)包括薄的、导热的塑料层或金属层。
4.具有控制装置(40)的隔热的壳体系统，所述控制装置被配置用于检测大功率蓄电池(11)的蓄电池温度和周围环境温度，其中，所述控制装置还被配置用于控制液体泵(20 )和用于考虑温度预设值，其中，当蓄电池温度和周围环境温度之间的差具有与蓄电池温度和温度预设值之间的差相同的正负号时，所述控制装置被配置用于控制液体泵以提高液位，并且当蓄电池温度和周围环境之间的差具有与蓄电池温度和温度预设值之间的差相反的正负号时，所述控制装置被配置用于控制液体泵以降低液位。
5.根据以上权利要求中任一项的壳体系统,该壳体系统还包括真空泵(20)，该真空泵连接到中间室(8)上并且被配置用于降低存在于中间室中的空气的压力，尤其是降低到小于正常压力的 50%、20%、10%、5%、1% 或 0. 1%。
6.用于受控地冷却大功率蓄电池的方法，包括以下步骤 将大功率蓄电池布置在具有双壁的壳体(10)的内室(12)中，中间室在所述双壁内部延伸，其中，所述大功率蓄电池通过所述布置导热地与所述双壁的内部的壁区段连接，其特征在于，控制从所述大功率蓄电池(11)经由所述双壁的内部的壁区段(14’)并且经由所述双壁的与壳体的周围环境交界的外部的壁区段(14)至周围环境的热传递，其中，通过改变所述中间室(18)中的液体的液位来控制所述热传递，所述中间室在所述内部的壁区段和所述外部的壁区段之间延伸。
7.根据权利要求6的方法，其中，所述控制包括通过泵送液体和/或通过改变阀的打开状态来弓I入液体以提高液位以及去除液体以降低液位。
8.根据权利要求6或7的方法，其中，为了控制所述热传递将液体从连接到所述中间室(18)上的容器(30)引导到所述中间室中或者从所述中间室引导到所述容器(30)中。
9.根据权利要求6、7或8的方法，其中，控制所述热传递包括通过从所述中间室(18)泵出空气，通过降低空气压力来改变中间室内部的空气压力，尤其是将空气压力降低到小于正常压力的 50%、20%、10%、5%、1%或0. 1%。
10.根据权利要求10的方法，其中，仅当在所述中间室中基本上不存在液体时才降低空气压 力。
全文摘要
本发明涉及一种具有壳体的隔热的壳体系统，该壳体包括一个被配置用于接收大功率蓄电池的内室。壳体包括双壁，在双壁中设有中间室，其中，中间室通过双壁的至少一个内部的壁区段与内室导热地连接。中间空间通过双壁的至少一个外部的壁区段与壳体的周围环境连接，并且除流体接头以外完全地封闭。壳体系统还包括一个与流体接头连接的液体泵和一个具有液体的液体容器。液体容器通过液体泵与中间室连接。液体泵被配置用于控制双壁的壁区段之间的中间室中的液体的液位。本发明还涉及一种用于受控地冷却大功率蓄电池的方法。将大功率蓄电池布置在具有双壁的壳体的内室中，中间室在双壁内部延伸。大功率蓄电池通过布置导热地与双壁的内部的壁区段连接。通过改变中间室中的液体的液位来控制从大功率蓄电池经由双壁的内部的壁区段并且经由双壁的与壳体的周围环境交界的外部的壁区段至周围环境的热传递，中间室在内部的壁区段和外部的壁区段之间延伸。
文档编号H01M10/50GK102652372SQ201080055815
公开日2012年8月29日 申请日期2010年10月14日 优先权日2009年12月9日
发明者O·奇斯马尔 申请人:罗伯特·博世有限公司