电池的壳体元件、用于制造和使用这种壳体元件的方法与流程

1.本发明涉及一种按照独立权利要求的类型的、电池的壳体元件。此外，本发明也涉及这种壳体元件的制造和这种壳体元件的使用。


背景技术：

2.由现有技术已知，电池模块具有多个单独的电池单池，所述电池单池分别具有正的电压分接头和负的电压分接头，其中，为了多个电池单池彼此间的导电的串联的和/或并联的连接，相应的电压分接头导电地相互连接并且因此可以联接成电池模块。电池模块本身则联接成电池或电池系统。
3.基于多种可能的、不同的车辆结构空间，可变的模块尺寸应该力求能够最优地充分利用现有的结构空间。
4.此外，电池模块的电池单池，例如锂离子电池单池或锂聚合物电池单池，在运行期间由于化学转化过程而基于其电阻在功率输出或功率输入时变热。特别是在较快的能量输出或能量输入时，这些过程较为明显。电池或电池模块的效率越高，所生成的加热并且随之而来的对有效的调温系统的要求也就越明显。为了提高电池模块的安全性并且也保证电池单池的效率，既加热也冷却电池模块的电池单池，以便可以尽量在特定的温度范围内运行这些电池单池，从而例如可以防止老化特性加剧或者电池化学的分解。但主要是要冷却电池单池。
5.对电池的调温，即加热或散热，例如可以通过用水/乙二醇混合物的液体调温构成。这种混合物在此通过布置在电池模块下方的冷却板导引。冷却板在此可以连接到冷却循环的相应的部件上。
6.现有技术例如是在本技术的申请日还未公开的文献de 10 2021 200 040和de 10 2019 214 199。


技术实现要素：

7.带有独立权利要求的特征的、电池的壳体元件提供的优点是，对电池的各个部件的调温可以与它们的相应的需求相协调。对多个电池单池和功率电子器件的部件的调温的要求尤其可以彼此分开地进行协调和优化。因此可以与对功率电子器件的部件的调温或散热的优化分开地对多个电池单池的调温或散热进行优化。由此尤其也能可靠地优化压力损失。
8.为此，按照本发明，提供一种电池的壳体元件。该壳体元件在此构造用于，在形成构造用于容纳电池模块的多个电池单池的共同的内部空间的情况下与另外的壳体元件连接。
9.在此，壳体元件在第一侧面处形成了调温结构。此外，遮盖元件以这样的方式与壳体元件连接，即，遮盖元件流体密封地限定流动通道的边界，该流动通道构造成能被调温流体穿流。调温结构在此构造成能被调温流体绕流。
10.此外，电池控制机构的第一元件导热地布置在所述遮盖元件处。
11.通过在从属权利要求中阐明的措施，实现了在独立权利要求中说明的装置的有利的扩展设计方案和改进方案。
12.电池的壳体元件的按本发明的实施方式尤其提供了这样的优点，即，能够有效冷却各个部件，如多个电池单池以及功率电子器件的部件，因为形成了较短的热路径。同时能够提供电池的一种紧凑的构造。
13.遮盖元件可以例如借助搅拌摩擦焊与壳体元件连接。
14.总体上可以可靠地对电池控制机构的第一元件进行调温。在此尤其可以独立于多个电池单池地对电池控制机构的第一元件进行调温。电池控制机构的第一元件的调温在此可以通过调温结构的形成而受到影响。
15.调温流体应该指的是一种介质，如水和乙二醇的混合物，其可以吸收或排出很多热量并且相应地造成周围环境的散热或变热。例如可以将用于运行车辆的冷却介质用作调温流体。
16.适宜的是，以这样的方式构造调温结构，即，在第一侧处突出有导流元件。这个导流元件限定了用于引导调温流体的流动通道的边界。在此，在流动通道中还突出有多个涡流元件。这些涡流元件以这样的方式布置，即，紊流由在流动通道中流动的调温流体引起。导流元件尤其构造带有比相应的涡流元件更大的高度。因此遮盖板在导流元件上能与涡流元件间隔开地布置。
17.紊流相比层流所具有的优点是，极大地提高了热传递。由于缺乏层之间的混合，层流是流体的平行的分层流动，而没有垂直于所述层或沿通道高度的主要的热交换。通过伴随层流到紊流的过渡的涡流的加剧，在类似的压力损失下，热传递能够明显提高。
18.导流元件可以例如包围第一侧，这就是说，在壳体元件的外边缘处可以设计在第一侧处并且尤其用于支持抵抗在调温装置运行时施加的内压，这就是说相比环境压力提高的压力，其可以在运行中在流动通道中存在。
19.涡流元件应该指的是一种几何结构，其将调温流体的层流至少部分转化成紊流。为此，涡流元件例如设计成柱筒形、锥形、金字塔形或者设计成任意其它几何形状。有不同的几何形状的不同的涡流元件尤其可以共同形成了涡流元件的一种样式，该样式造成了紊流在调温流体的体积流量中的特别高的份额。通过设置在流动通道中的涡流元件，达到了在流动通道中流动的调温流体的混匀，因而在调温流体和壳体元件之间形成了接触的分界层持续被搅翻。此外，由此可以一方面更加有针对性地使流动转向，并且另一方面可以大幅扩大传热面积。涡流元件有利地不具有与遮盖元件的连接。
20.为了最小化用来使调温流体流动通过流动通道的压力的损失，导流元件尤其构造带有比相应的涡流元件更大的高度或者相应的涡流元件构造带有比导流元件更小的高度，因而有待布置在导流元件上的遮盖元件可以与涡流元件间隔开地布置。通过相对导流元件更低的涡流元件，在遮盖元件和涡流元件之间形成了流动区域，调温流体可以不受阻碍地在该流动区域中流动。由于通过涡流元件带入到调温流体中的流动份额，迫使在流动通道中流动的调温流体与在涡流元件之间流动的调温流体混匀，因而总体上发生了体积流量中的压力减小，但避免了与壳体元件和/或遮盖元件的恒定不变的分界层。
21.此外还可以规定，导流元件包括中间元件，该中间元件将流动通道分成两个仅在
mm之间的高度和/或至少8度的脱模斜度和/或至少1.5 mm的半径的圆形的、特别是柱筒形的涡流元件，导致了热能在壳体元件和相应的调温流体之间的特别有效的交换。
34.整个通道高度总体上也取决于涡流元件的高度并且例如应当这样选择，使得在涡流元件和遮盖元件之间形成了0.5 mm的最小间距。在涡流元件的优选的高度为13.0 mm时，通道高度例如优选为13.5 mm。
35.通过特别是在与其它已知的实施方式比较时或者也在高度与直径比较时的较高的涡流元件，可以通过提高传热面积而在压力损失尽可能最小时导出较多的热量。
36.还适宜的是，电池控制机构的第二元件导热地布置在第二壳体元件的与第一侧对置的第二侧处。电池控制机构的第二元件由此可以同样可靠地被调温。电池控制机构的第二元件尤其可以独立于多个电池单池地被调温。
37.有利的是，电池控制机构的第一元件包括电池模块的至少一个电气的构件和/或电池模块的至少一个电子的构件。
38.尤其可以在电池控制机构的第一元件、例如电气的构件和/或电子的构件，以及遮盖元件之间布置热平衡元件，如能导热的胶粘剂或诸如填隙垫片或填隙料之类的所谓的热界面材料（tim）。
39.例如通过包括电子的构件的印制电路板与遮盖元件例如也借助旋拧或者借助材料配合的连接的连接，可以形成可靠的导热。由此总体上产生了在穿流流动通道的调温流体和印制电路板之间的带有因此较低的热阻的较短的热路径。
40.在此有利的是，电池模块的电气的构件是电池单池连接器和/或线路。电池单池连接器在此构造用于，将多个电池单池的电压分接头导电地串联和/或并联地彼此连接。线路构造用于，将电流从一个构件导引到另一个构件。
41.优选的是，电池模块的电子的构件是开关、保险元件、电池控制系统和/或电阻。通过在第一侧处布置电气的构件和/或电子的构件，可以将电池模块的多个电池单池导电地串联和/或并联地相互电路连接以及控制和调节电池模块。此外，同时可以可靠地对这些部件进行调温。
42.按照本发明的一个优选的方面，至少一个电子的构件在此集成到印制电路板中。此外，所述线路也可以至少部分集成到印制电路板中。这提供了较为紧凑的构造的优点，该构造还能同样简单地进行调温。
43.还适宜的是，电池控制机构的第二元件是电气的变压器、特别是直流变压器。此外，电气的变压器或直流变压器可以布置在另外的印制电路板上或者集成到另外的印制电路板中。
44.在此，还可以在电池控制机构的第二元件、例如电气的变压器或直流变压器，和壳体元件的第二侧之间，布置热平衡材料，例如能导热的胶粘剂、所谓的填隙料或所谓的热界面材料（tim），如填隙垫片或填隙料。
45.通过电气的变压器与壳体元件的例如借助旋拧的连接，可以形成可靠的导热。由此总体上产生了在穿流壳体元件的流动通道的调温流体与电气的变压器或直流变压器之间的带有因此较低的热阻的较短的热路径。
46.特别优选的是，遮盖元件构造成平面的并且由金属材料构造而成，或者遮盖元件具有用于容纳电池控制机构的第一元件的成形结构。遮盖元件在此尤其能够优选由金属板
材构造而成。
47.遮盖元件在此可以例如材料配合地、如特别是经焊接地与壳体元件连接。为此，壳体元件例如可以具有连接区域，该连接区域构造用于，材料配合地与遮盖元件连接。在此还要再一次注意的是，遮盖元件流体密封地密封流动通道。尤其通过遮盖元件与壳体元件的材料配合的连接，可以构成这种密封。
48.此外也可行的是，遮盖元件例如可以形状配合地、如特别是经旋拧地与壳体元件连接。为了可靠的密封，在此还可以在遮盖元件和壳体元件之间布置密封元件。
49.遮盖元件的平面的构造提供的优点是，构造尽可能较大的热接触面以连接电池控制机构的第一元件。
50.带有用于容纳电池控制机构的第一元件的成形结构的遮盖元件例如提供的优点是，可以相应地适应流动通道的能被调温流体穿流的高度，由此可以提供一种优化了特别是结构空间的设计。此外，可以通过成形结构提供对电池控制机构的第一元件的可靠的容纳。此外要注意的是，遮盖元件由金属的材料构造而成，金属的材料在此可以从铝、铜或镍中选出。这提供了较高的导热性的优点。
51.在此尤其可以在电池控制机构的第一元件和遮盖元件之间布置热平衡元件，如导热的胶粘剂。
52.适宜的是，壳体元件构造成压铸壳体、特别是一体式构造。由此可以提供一种机械上较为稳定的构造。此外，由此还可能的是，导引调温流体的区域可以构造在压铸构件内，因而可以取消附加的冷却板、加热元件或调温系统。
53.例如可以在压铸过程期间构造涡流元件、中间元件和导流元件。
54.此外还可以规定，流动通道包括至少一个自由区域，在该自由区域中没有布置涡流元件，其中，至少一个自由区域优选处在耦合区域外，在耦合区域处，遮盖板与电池控制机构的第一元件热耦合。
55.通过流动通道的其内没有布置涡流元件、这就是说其内没有涡流元件的自由区域，可以最小化用于输送调温流体的输送管线中的压力损失。此外，自由区域还促成了调温流体通过流动通道的快速的分配并且由此导致也没有负压填充的特别良好的排气。相应地可以在使用自由区域的情况下通过简单的填充例如将调温流体从瓶或料箱输送到流动通道中，而不必连接泵装置。
56.本发明的主题也是一种用于制造按本发明的壳体元件的制造方法。
57.该制造方法包括：a）提供壳体元件，该壳体元件在第一侧处形成了调温结构，并且b）将遮盖元件以这样的方式与壳体元件连接，即，遮盖元件流体密封地限定能被调温流体穿流的流动通道的边界，并且调温结构构造成能被调温流体绕流，其特征在于，c）将电池控制机构的第一元件导热地布置在遮盖元件处。
58.此外，调温结构以这样的方式构造，使得在第一侧处突出有导流元件，该导流元件限定了用于导引调温流体的流动通道的边界。在此，在流动通道中还突出有多个涡流元件，其中，导流元件材料配合地流体密封地与遮盖元件连接。
59.此外，本发明也涉及按本发明的壳体元件在电池中的使用。
附图说明
60.本发明的实施例在附图中示出并且在接下来的说明中更为详细地加以阐释。
61.图中：图1在立体图中示出了电池的按本发明的壳体元件的一种实施方式；图2在仰视图中示出了电池的按图1的按本发明的壳体元件的一种没有布置遮盖元件的实施方式；图3示意性示出了用于将遮盖元件与壳体元件连接的制造方法；图4是涡流元件的细节图；并且图5示出了电池控制机构的第二元件的布置。
具体实施方式
62.图1示出了电池的按本发明的壳体元件1的一种实施方式。
63.电池的壳体元件1在此构造用于，与在图1中看不到的另外的壳体元件连接。在此可以共同形成一个内部空间，该内部空间构造用于容纳电池模块的多个电池单池。
64.壳体元件1在此优选构造成压铸壳体100。压铸壳体100尤其被一体式构造。
65.在图1中在此可以看到遮盖元件3，该遮盖元件与壳体元件1连接。这种连接在此被以这样的方式构造，使得遮盖元件3流体密封地限定了结合图2加以说明的流动通道4的边界。此外，流动通道4构造成能被调温流体穿流。
66.遮盖元件3在此可以例如平面地由金属构成。
67.此外，在遮盖元件3处还导热地布置着电池控制机构的在图1中看不到的第一元件5。
68.电池控制机构的第一元件5在此可以例如包括电池模块的至少一个电气的构件80和/或电池模块的至少一个电子的构件81。
69.电池模块的电气的构件80在此可以例如是电池单池连接器和/或电气线路。
70.电池模块的电子的构件8在此可以例如是开关、保险元件、电池控制系统和/或电阻并且尤其集成到印制电路板中。
71.此外，可以在与第一侧10对置的一侧11处将电池控制机构的第二元件50导热地布置在壳体元件1处。电池控制机构的第二元件50在此可以尤其是电气的变压器、特别是直流变压器。
72.图2在仰视图中示出了电池的按图1的按本发明的壳体元件1的一种没有布置遮盖元件3的实施方式。
73.在此尤其可以看到壳体元件1的第一侧10。按照图2，第一侧10对应壳体元件1的底侧。
74.在此可以看到，在壳体元件1的第一侧10处构造有调温结构2。在遮盖元件3与壳体元件1按图1所示连接之后，形成了能被调温流体穿流的流动通道4。调温结构2在此构造成能被调温流体绕流。
75.调温结构2在此尤其以这样的方式构造，即，在第一侧10处突出有导流元件21。导流元件21在此限定了用于导引调温流体的流动通道4的边界。此外，在流动通道4中，多个涡流元件22在第一侧10处突出。这些涡流元件在此被这样布置，使得紊流由在流动通道4中流
动的调温流体引起。
76.此外，在中间元件23的侧面61处设计有另外的涡流元件24。此外，导流元件21的侧面62也可以构造成涡流元件24。
77.导流元件21在此尤其构造带有比相应的涡流元件22更大的高度。因此遮盖板3在导流元件21上能与涡流元件22间隔开地布置。
78.此外，导流元件21包括中间元件23。这个中间元件尤其具有在8 mm和12 mm之间的宽度。
79.此外，中间元件23将流动通道4分成两个分通道41。这两个分通道41在此仅在末端42处导流地相互连接。
80.此外还可以看到，壳体元件1在第一分通道410中包括入口51并且在第二分通道420中包括出口52。调温流体在此可以通过入口51流入到流动通道4中，并且调温流体在此可以通过出口52从流动通道4流出。在此，例如可以在流动通道4中形成了调温流体的已标出的流动导引。
81.图3示意性地示出了用于将遮盖元件3与壳体元件1连接起来的制造方法。所述连接在此优选材料配合地特别是借助搅拌摩擦焊形成。
82.起点91在此处在中间元件23的末端处。焊接过程在此首先沿着中间元件23进行，环绕导流元件21并且在终点92处结束。终点92在此布置在入口51和出口52之间的区域中。在搅拌摩擦焊时，在工具的退出点处原则上产生了一个孔。因为流动通道4以通过调温流体产生的内压加载，所以有利的是，将终点92作为搅拌摩擦焊工具的退出点置入到一个区域中，该区域由于内压而在机械上不那么强烈地被加载。
83.图4示出了涡流元件22的细节图。
84.在此先是可以看到，涡流元件22以一种包括多个行71的样式设计。
85.各相邻的行71的涡流元件22在此优选间隔开8.5mm与12.5 mm之间。特别是在相邻的行71的涡流元件22之间的10.5 mm的间距尤为优选。
86.此外，相邻的行71分别彼此对称地错开地布置。
87.还可以看到，涡流元件22构造成圆形。在此处要注意的是，圆形应当指的是，涡流元件22具有圆形构造的横截面。涡流元件22的、特别是其横截面的直径72，在此有利地在3 mm和6 mm之间。直径72特别优选为4.26 mm。此外，涡流元件22还具有优选11.5 mm至14.5 mm的高度73。高度73特别优选为13 mm。
88.此外，涡流元件22具有至少8度的脱模斜度74。此外，涡流元件22具有至少1.5 mm的半径75。
89.此外，由图4也可以看到通道高度76，该通道高度在这个实施例中优选为13.5 mm。
90.图5示出了电池控制机构的第二元件50的布置。
91.在图5中，在此首先可以看到壳体元件1的与第一侧10对置的第二侧11。
92.此外，在第二侧11处，电池控制机构的第二元件50导热地布置在壳体元件1处。电池控制机构的第二元件50在此尤其是电气的变压器95、特别是直流变压器96。
93.电池控制机构的第二元件在此可以例如划分成两个区域97、98。
94.第一区域97在此具有第二元件50的一些不需要强烈调温的元件。在第一区域97中尤其布置着逻辑部分。第二区域98在此具有第二元件50的一些需要强烈调温的元件。在第
二区域98中，在此尤其布置有功率部分。第一区域97在此配属于中间元件23。第二区域98在此配属于流动通道4的u形地被调温流体穿流的那个区域。因此第二区域98也具有u形的轮廓。
95.总体上在此可以通过电池控制机构的第二元件50节省空间地并且优化调温地进行布置。