AT520409B1

AT520409B1 - Akkumulator

Info

Publication number: AT520409B1
Application number: ATA50745/2017A
Authority: AT
Inventors: Ing Stefan Gaigg Dipl; Dipl Ing Hintringer Roland
Original assignee: Miba Ag
Priority date: 2017-09-05
Filing date: 2017-09-05
Publication date: 2020-02-15
Also published as: WO2019046871A1; CN111373599A; US20210167444A1; AT520409A1; DE112018004864A5; US11581597B2

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Akkumulator (1) mit mehreren zylindrischen Zellen (2) zur Speicherung für elektrische Energie und zumindest einer Kühlvorrichtung (4) zur Kühlung oder Temperierung der Zellen (2), wobei die Kühlvorrichtung (4) zumindest einen Kühlmittelkanal (5), zumindest einen Kühlmitteleinlass (6) und zumindest einen Kühlmittelauslass (7) aufweist, und zumindest eine mehrschichtige Folie (8) aufweist, die zumindest teilweise zwischen den Zellen (2) angeordnet ist.

Description

[0001] Die Erfindung betrifft einen Akkumulator mit mehreren zylindrischen Zellen zur Speicherung für elektrische Energie und zumindest einer Kühlvorrichtung zur Kühlung oder Temperierung der Zellen, wobei die Kühlvorrichtung zumindest einen Kühlmittelkanal, zumindest einen Kühlmitteleinlass und zumindest einen Kühlmittelauslass und zumindest eine Folie, die zumindest teilweise zwischen den Zellen angeordnet ist, aufweist.

[0002] Die Lebensdauer und die Effektivität sowie auch die Sicherheit einer wieder aufladbaren Batterie, d.h. eines Akkumulators, für die sogenannte E-Mobility hängen unter anderem auch von der Temperatur im Betrieb ab. Aus diesem Grund wurden schon verschiedenste Konzepte für die Kühlung bzw. Temperierung der Akkumulatoren vorgeschlagen. Im Wesentlichen lassen sich die Konzepte in zwei Typen unterteilen, nämlich die Luftkühlung sowie die Wasserkühlung bzw. generell die Kühlung mit Flüssigkeiten.

[0003] Für die Wasserkühlung werden Kühlkörper verwendet, in denen zumindest ein Kühlmittelkanal ausgebildet ist. Diese Kühlköper werden zwischen den einzelnen Modulen des Akkumulators oder auf den Modulen angeordnet. Ein Modul ist dabei eine selbstständige Einheit des Akkumulators, also nicht nur eine Zelle.

[0004] Problematisch ist die Kühlung einzelner Zellen, wenn diese zylindrisch ausgeführt sind. Die zylindrische Zelle ist jedoch die am weitesten verbreitete Zellenform, da sie einfach zu produzieren ist, mechanisch sehr stabil ist und im Vergleich zu anderen Formen die größte Energiedichte erreicht. Ein Standard ist die 18650-Zelle, die 18 mm im Durchmesser und 65 mm in der Höhe misst. Die Zellchemie ist bei dieser Zelle in ein stabiles Rundgehäuse integriert. Aufgrund ihrer Form hat sie jedoch eine schlechte Wärmeabfuhr.

[0005] Die FR 2782399 A1 beschreibt einen Akkumulator mit mehreren zylindrischen Zellen, zwischen denen eine deformierbare, wärmeleitende Wand angeordnet ist.

[0006] Die US 2007/037050 A1 beschreibt einen Akkumulator mit mehreren zylindrischen Zellen und einer Kühlvorrichtung, die zwei einschichtige Folien aufweist, wobei die Folien unter Ausbildung eines Kühlmittelkanals zwischen den Folien miteinander verbunden sind.

[0007] Die EP 1 261 065 A2 beschreibt ebenfalls einen Akkumulator mit mehreren zylindrischen Zellen und einer Kühlvorrichtung, die zwei einschichtige Folien aufweist, wobei die Folien unter Ausbildung eines Kühlmittelkanals zwischen den Folien miteinander verbunden sind. Die Kühlvorrichtung ist schlauchförmig ausgebildet.

[0008] Aus der EP 2 744 033 A1 ist eine Batterie bekannt, mit in mehreren Reihen nebeneinander angeordneten, parallel und seriell elektrisch zu mindestens einem Zellenblock miteinander verbundenen Stabzellen, die in thermisch leitendem Kontakt mit mindestens einem Kühlelement stehen, wobei endseitige elektrische Kontakte einer sich über eine Breite der Batterie erstreckenden Reihe von Stabzellen jeweils durch eine gemeinsame Kontaktplatte elektrisch parallel miteinander verbunden sind und diese Kontaktplatten in wärmeleitender Verbindung mit einem sich parallel zu ihr erstreckenden, flüssigkeitsdurchströmten, flachen Wärmetauscher stehen.

[0009] Aus der WO 2011/088997 A1 ist eine temperierbare Batteriezellenanordnung für eine beliebige Anzahl einzelner Batteriezellen bekannt, mit einer die Batteriezellen jeweils einzeln, wenigstens teilweise flächig umschließenden Aufnahmestruktur sowie einem mit der Aufnahmestruktur in thermischen Kontakt bringbaren Temperiermedium, wobei die Aufnahmestruktur lagenweise angeordnete Aufnahmetaschen aufweist, von denen jede Aufnahmetasche wenigstens zwei flächige, flexible Taschenwände vorsieht, zwischen denen wenigstens eine Batteriezelle einbringbar ist, und jeweils zwei lagenweise benachbarte Aufnahmetaschen so mittel- oder unmittelbar miteinander gefügt sind, und zwischen den jeweils benachbarten Aufnahmetaschen jeweils wenigstens ein von dem Temperiermedium durchströmbarer Durchgangskanal vorgesehen ist.

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AT 520 409 B1 2020-02-15 österreichisches patentamt [0010] Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine konstruktiv einfache Kühlungsmöglichkeit bzw. Temperierungsmöglichkeit für Akkumulatoren mit zylindrischen Zellen zu schaffen.

[0011] Die Aufgabe der Erfindung wird bei dem eingangs genannten Akkumulator dadurch gelöst, dass die Folie mehrschichtig ausgebildet ist.

[0012] Von Vorteil ist dabei, dass durch die Flexibilität der Folie der Raum zwischen den Zellen eines Zellenmoduls mit mehreren Zellen besser bzw. einfacher zur Kühlung bzw. Temperierung der Zellen genutzt werden kann. Die Folie kann sich ohne weitere Maßnahmen treffen zu müssen (wie beispielsweise das Anbringen von Ausgleichsmassen) vollflächiger an die Zellen anlegen, wodurch die Wärmeübertragung in die und aus den Zellen effizienter gestaltet werden kann. Zudem kann durch die Folie auch eine Gewichtsreduktion erreicht werden, wodurch die Effektivität der Energieversorgung, beispielsweise für die E-Mobility, durch längere Arbeitsdauer des Akkumulators, und damit beispielsweise höhere Reichweiten eines Elektrofahrzeugs, verbessert werden kann.

[0013] Wenn im Folgenden zur Vereinfachung nur mehr der Begriff „Kühlung“ verwendet wird, ist dabei aber auch der Begriff „Temperierung“ mitzulesen. Es wird also unter dem Begriff „Kühlung“ im Sinne der Erfindung auch die Temperierung des Akkumulators verstanden.

[0014] Nach einer Ausführungsvariante des Akkumulators kann vorgesehen sein, dass die Kühlvorrichtung ein selbsttragendes Gehäuse aufweist, in welchem Ausnehmungen angeordnet sind, in denen die Zellen angeordnet sind, wobei mehrschichtige Folien zwischen jeweils zwei einander gegenüberliegenden Ausnehmungen, und insbesondere zwischen dem Gehäuse und den Zellen, angeordnet und mit dem Gehäuse verbunden sind. Es kann damit der Kühlvorrichtung eine verbesserte Stabilität verliehen werden, sodass auf zusätzliche Halterungen für die Zellen verzichtet werden kann. Zudem kann damit eine weitere Verbesserung der Kühlung des Akkumulators erreicht werden, wenn das Gehäuse zumindest teilweise aus einem Metall besteht, da über das Metall ein Teil der Wärme durch Wärmeleitung abtransportiert werden kann.

[0015] Nach einer Ausführungsvariante dazu kann vorgesehen sein, dass die Ausnehmungen im Gehäuse einen im Vergleich zu einem Außendurchmesser der Zellen größeren Durchmesser aufweisen, sodass die Folien zumindest teilweise zumindest annähernd konusförmig ausgebildet sind. Durch diese Konusform wird das Einführen der Zellen in die Kühlvorrichtung vereinfacht, wodurch die maschinelle Fertigung des Akkumulators verbessert werden kann.

[0016] Nach einer anderen Ausführungsvariante kann vorgesehen sein, dass die Kühlvorrichtung eine weitere ein- oder mehrschichtige Folie aufweist, wobei die Folie und die weitere Folie unter Ausbildung des zumindest einen Kühlmittelkanals zwischen der Folie und der weiteren Folie miteinander verbunden sind. Von Vorteil ist dabei, dass die Kühlvorrichtung einfach aus zwei miteinander verbundenen Folienmaterialien aufgebaut ist bzw. aus diesen besteht. Eine zusätzliche Anordnung bzw. ein zusätzlicher Einbau des Kühlmittelkanals kann entfallen, da dieser durch die partielle Verbindung der beiden Folienmaterialien automatisch entsteht. Die Herstellung der Kühlvorrichtung kann großteils automatisiert erfolgen, wobei auch hinsichtlich der Geometrie der Kühlvorrichtung und der konkreten Ausgestaltung des zumindest einen Kühlmittelkanals nur sehr wenig Einschränkungen existieren.

[0017] Die Folie kann nach einer weiteren Ausführungsvariante aus einem Laminat bestehen, das eine erste Kunststofffolie, eine damit verbundene Verstärkungsschicht, eine mit der Verstärkungsschicht verbundene Metallfolie oder eine mit der Verstärkungsschicht verbundene metallisierte weitere Kunststofffolie aufweist. Durch die Verstärkungsschicht kann eine verbesserte Steifigkeit und Festigkeit bei der Betriebstemperatur des Akkumulators erreicht werden. Es hat sich zudem gezeigt, dass diese Folie eine geringere Kriechneigung aufweist. Weiter weist damit die Folie eine reduzierte Wärmedehnung auf, was bei Temperaturänderungen zu weniger Spannungen in der Kühlvorrichtung führt. Durch die Metallfolie bzw. die metallisierte weitere Kunststofffolie wird eine bessere Wärmeverteilung über die Fläche der Kühlvorrichtung erreicht, wodurch deren Effizienz verbessert werden kann. Durch die bessere Wärmeverteilung

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AT 520 409 B1 2020-02-15 österreichisches patentamt aufgrund der verbesserten Wärmeleitfähigkeit der Folie können zudem Hotspots im Betrieb der

Kühlvorrichtung besser verhindert werden. Daneben kann damit der Kühlvorrichtung auch eine

Barrierefunktion verliehen werden.

[0018] Auch die weitere Folie kann zumindest eine zweite Kunststofffolie aufweisen, die mit der ersten Kunststofffolie des Laminats der Folie partiell in Verbindungsbereichen verbunden ist, sodass zwischen den Verbindungsbereichen zumindest ein Hohlraum ausgebildet ist, der den zumindest einen Kühlmittelkanal bildet. Es kann damit die Herstellung der Kühlvorrichtung weiter vereinfacht werden.

[0019] Aus den voranstehend genannten Gründen zum Laminat der Folie kann nach einer weiteren Ausführungsvariante vorgesehen sein, dass die weitere Folie ebenfalls aus einem Laminat besteht, das die zweite Kunststofffolie, eine damit verbundene Verstärkungsschicht, eine mit der Verstärkungsschicht verbundene Metallfolie oder eine mit der Verstärkungsschicht verbundene metallisierte weitere Kunststofffolie aufweist.

[0020] Es kann auch vorgesehen sein, dass die Verstärkungsschicht eine Faserverstärkung aufweist. Mit der Faserverstärkung kann der Wärmeausdehnungskoeffizient des Verstärkungselementes verringert und an den Wert der Folien angenähert werden. Somit kann das Wärmeübertragungselement weniger Eigenspannungen und eine geringere Verzugsneigung aufweisen.

[0021] Die Faserverstärkung kann dabei nach einer Ausführungsvariante dazu durch ein Gewebe gebildet sein, wodurch eine weitere Verbesserung des mechanischen Verhaltens der Kühlvorrichtung erreicht werden kann.

[0022] Es ist auch möglich, dass die erste Kunststofffolie und/oder die zweite Kunststofffolie und/oder die metallisierte weitere Kunststofffolie aus einem Kunststoff besteht/bestehen, der ausgewählt ist aus einer Gruppe bestehend aus PE, POM, PA, PPS, PET, vernetzte Polyolefine, thermoplastische Elastomere auf Ether-/Ester Basis, Styrol-Block-Copolymere, Silikonelastomere. Insbesondere diese Kunststoffe haben sich für den Einsatz zur Herstellung der Kühlvorrichtung mit einem höheren Automatisierungsgrad durch die bessere Extrusionsfähigkeit als vorteilhaft herausgestellt.

[0023] Zur Erhöhung der Kühlleistung kann vorgesehen werden, dass in Richtung auf die Zellen mehrere Folien übereinander angeordnet sind, zwischen denen mehrere Kühlkanäle ausgebildet sind. Dabei erweist sich die Verwendung der Folie und gegebenenfalls weiteren Folie als vorteilhaft, da damit trotz der höheren Kühlleistung ein geringes Gewicht der Kühlvorrichtung erreicht werden kann.

[0024] Zwischen den mehreren übereinander angeordneten Folien kann gemäß einer weiteren Ausführungsvariante des Akkumulators eine Faserschicht angeordnet sein, wodurch eine weitere Gewichtsreduktion erreichbar ist, insbesondere wenn nach einer Ausführungsvariante dazu vorgesehen ist, dass der Kühlmittelkanal oder die Kühlkanäle zumindest teilweise in der Faserschicht ausgebildet ist oder sind.

[0025] Nach einer andern Ausführungsvariante des Akkumulators kann vorgesehen werden, dass der Auslass und/oder der Einlass durch ein Distanzelement zwischen der Folie und der weiteren Folie gebildet ist. Es kann damit eine bessere Trennung der Folien der Kühlvorrichtung im Bereich des zumindest einen Kühlmittelkanals zumindest im Bereich des Einlasses und/oder Auslasses erreicht werden, wobei gleichzeitig eine verbesserte Dichtheit der Kühlvorrichtung in diesen Bereichen einfacher erreicht werden kann.

[0026] Eine verbesserte Kühlung kann der Zellen kann gemäß einer weiteren Ausführungsvariante des Akkumulators erreicht werden, wenn der Kühlkanal spiralförmig verlaufend angeordnet ist.

[0027] Von Vorteil ist es in Hinblick auf die Einfachheit der Ausführung, der Kühlleistung und der Anordenbarkeit zwischen den Zellen, wenn gemäß einer Ausführungsvariante des Akkumulators vorgesehen ist, dass die Kühlvorrichtung schlauchförmig ausgebildet ist.

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AT 520 409 B1 2020-02-15 österreichisches patentamt [0028] Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert.

[0029] Es zeigen jeweils in vereinfachter, schematischer Darstellung:

[0030] Fig. 1 [0031] Fig. 2 [0032] Fig. 3 [0033] Fig. 4 [0034] Fig. 5	einen Akkumulator in Schrägansicht von oben; eine erste Anordnung von Zellen im Akkumulator in Ansicht von oben; eine zweite Anordnung von Zellen im Akkumulator in Ansicht von oben; eine dritte Anordnung von Zellen im Akkumulator in Ansicht von oben; eine erste Ausführungsvariante der Anordnung einer Kühlvorrichtung im Akkumulator in Schrägansicht;
[0035] Fig. 6	die Ausführungsvariante der Anordnung der Kühlvorrichtung im Akkumulator nach Fig. 5 Draufsicht;
[0036] Fig. 7 [0037] Fig. 8	die Kühlvorrichtung des Akkumulators nach Fig. 5 in Seitenansicht; eine zweite Ausführungsvariante der Anordnung einer Kühlvorrichtung im Akkumulator in Schrägansicht;
[0038] Fig. 9	einen Ausschnitt der Ausführungsvariante der Anordnung der Kühlvorrichtung im Akkumulator nach Fig. 8 Draufsicht;
[0039] Fig. 10	eine dritte Ausführungsvariante der Anordnung einer Kühlvorrichtung im Akkumulator in Schrägansicht;
[0040] Fig. 11	die Ausführungsvariante der Anordnung der Kühlvorrichtung im Akkumulator nach Fig. 10 Draufsicht;
[0041] Fig. 12	einen Ausschnitt aus einer vierten Ausführungsvariante der Anordnung einer Kühlvorrichtung im Akkumulator in Draufsicht;
[0042] Fig. 13	eine fünfte Ausführungsvariante der Anordnung einer Kühlvorrichtung im Akkumulator in Schrägansicht;
[0043] Fig. 14	einen Ausschnitt aus der Kühlvorrichtung des Akkumulators nach Fig. 13 in Seitenansicht;
[0044] Fig. 15	eine sechste Ausführungsvariante der Anordnung einer Kühlvorrichtung im Akkumulator in Schrägansicht;
[0045] Fig. 16 [0046] Fig. 17	die Kühlvorrichtung des Akkumulators nach Fig. 15 in Seitenansicht; einen Ausschnitt aus einer siebenten Ausführungsvariante der Anordnung einer Kühlvorrichtung im Akkumulator in Schrägansicht;
[0047] Fig. 18 [0048] Fig. 19	die Kühlvorrichtung des Akkumulators nach Fig. 17 in Seitenansicht; eine achte Ausführungsvariante der Anordnung einer Kühlvorrichtung im Akkumulator in Schrägansicht;
[0049] Fig. 20	einen Ausschnitt aus einer neunten Ausführungsvariante der Anordnung einer Kühlvorrichtung im Akkumulator in Schrägansicht;
[0050] Fig. 21 [0051] Fig. 22 [0052] Fig. 23 [0053] Fig. 24 [0054] Fig. 25	ein Detail aus einer zehnten Ausführungsvariante des Akkumulators; ein Detail aus einer elften Ausführungsvariante des Akkumulators; einen Ausschnitt aus einer anderen Ausführungsvariante der Kühlvorrichtung; einen Ausschnitt aus einerweiteren Ausführungsvariante der Kühlvorrichtung; einen Ausschnitt aus einer Ausführungsvariante der Kühlvorrichtung mit mehreren Kühlebenen übereinander.

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AT 520 409 B1 2020-02-15 österreichisches patentamt [0055] Einführend sei festgehalten, dass in den unterschiedlich beschriebenen Ausführungsformen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen werden, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäß auf gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen werden können. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. oben, unten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind diese Lageangaben bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen.

[0056] Die folgenden Ausführungen können auf alle Ausführungsvarianten der Erfindung angewandt werden, sofern sich aus der Beschreibung oder den Zeichnungen nicht etwas Anderes ergibt.

[0057] In Fig. 1 ist ein Akkumulator 1, d.h. eine wieder aufladbare Batterie, in Schrägansicht dargestellt. Der Akkumulator umfasst mehrere Zellen 2, die eine zylindrische Form haben. Die Zellen 2 werden bei dieser Ausführungsvariante des Akkumulators von zumindest einem Rahmenelement 3 in Position gehalten. Das zumindest eine Rahmenelement 3 weist Durchbrüche auf, durch die die Zellen hindurchgesteckt sind.

[0058] Im konkret dargestellten Beispiel sind ein oberes und ein unteres Rahmenelement 3 vorgesehen. Es kann aber auch nur ein Rahmenelement 3 vorhanden sein.

[0059] Es sei bereits an dieser Stelle ausgeführt, dass die Anzahl der Zellen 2 in den dargestellten Ausführungsvarianten des Akkumulators 1 den Schutzumfang nicht beschränkend zu verstehen ist.

[0060] Weiter können mehrere Zellen 2 zu einem Zellenmodul zusammengefasst sein. Beispielsweise kann der in Fig. 1 dargestellte Akkumulator 1 ein derartiges Modul sein. Mehrere dieser Module können in der Folge in einem Akkumulator 1 verbaut sein, um damit dessen Leistungsvermögen zu erhöhen.

[0061] Die Zellen 2 dienen der Speicherung der elektrischen Energie. Dazu weisen sie einen entsprechenden Aufbau auf. Beispielsweise kann eine Zelle eine Schichtung aus Folien umfassend die Anode, die Kathode und einen Separator, wie dies an sich bekannt ist. Es sei diesbezüglich auf den einschlägigen Stand der Technik dazu verwiesen.

[0062] Die Zellen 2 können unterschiedlich im Akkumulator 1 bzw. im Zellenmodul angeordnet sein. Drei Ausführungsvarianten sind in den Fig. 2 bis 4 gezeigt. Beispielsweise können die Zellen 2 in Reihen angeordnet sein, wobei jede zweite Reihe um circa eine halbe Zellenbreite (= Durchmesser der Zelle) versetzt ist. Die Zellen jeder zweiten Reihe sind also in den Lücken der jeweils benachbarten Zellenreihen angeordnet, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist. Die Zellen 2 in einem Dreiecksraster aus gleichseitigen Dreiecken angeordnet. Ein derartiges Dreieck ist in Fig. 2 strichliert angedeutet.

[0063] Es ist aber auch die unversetzte Ausführungsvariante möglich, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist. Hier sind die Zellen 2 in einem Raster aus Quadraten angeordnet, wie diese ebenfalls strichliert angedeutet ist.

[0064] Fig. 4 zeigt eine Anordnung, bei der ein zentrale Zelle 2 von sechs Zellen 2 umgeben unter Ausbildung einer Sechseckform umgeben ist.

[0065] Der Akkumulator 1 ist nicht auf eine dieser dargestellten Muster der Anordnung der Zellen 2 beschränkt.

[0066] Der Akkumulator umfasst weiter zumindest eine Kühlvorrichtung 4 (es können auch mehr als eine Kühlvorrichtung 4 in dem Akkumulator angeordnet werden) zur Kühlung oder Temperierung der Zellen 2, wie sie anhand einer ersten Ausführungsvariante der Anordnung dieser Kühlvorrichtung 4 im Akkumulator 1 in den Fig. 5 und 6 dargestellt ist.

[0067] Die Kühlvorrichtung 4 weist zumindest einen Kühlmittelkanal 5, zumindest einen Kühlmitteleinlass 6 und zumindest einen Kühlmittelauslass 7 auf. Über den Kühlmitteleinlass 6 wird ein flüssiges Kühlmittel, beispielsweise ein Glykol/Wasser-Gemisch, in den Kühlmittelkanal 5

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AT 520 409 B1 2020-02-15 österreichisches patentamt eingebracht, und mit dem Kühlmittelauslass 7 wieder ausgebracht. Die Kühlvorrichtung 4 ist in einen entsprechenden Kühlmittelkreislauf eingebunden, der hier nicht näher dargestellt wird.

[0068] Die Kühlvorrichtung 4 weist zumindest eine mehrschichtige Folie 8 auf, die zumindest teilweise zwischen den Zellen 2 angeordnet ist und die den Kühlmittelkanal 5 ausbildet.

[0069] Aufgrund der Flexibilität der Folie 8 kann die Kühlvorrichtung 4 besser in den Räumen zwischen den Zellen 2 Platz finden und sich gleichzeitig auch besser an die Oberfläche der Zellen 2 anlegen, insbesondere unmittelbar anlegen, wie dies insbesondere aus Fig. 6 ersichtlich ist. Nachdem die Folie 8 flexibel ist, also nicht steif ist, kann sich diese Folie 8 an Unebenheiten der Zellen 2 oder zwischen den Zellen 2 besser anpassen. Zudem kann damit die Ausdehnung der Zellen 2 durch Temperaturerhöhung einfacher ermöglicht werden. Eine Ausgleichsmasse zwischen der Kühlvorrichtung 4 und den Zellen 2 ist nicht erforderlich. Es kann damit die Wärmeübertragung von den Zellen 2 in die Kühlvorrichtung 4 verbessert werden.

[0070] Die Kühlvorrichtung 4 erstreckt sich bei dieser Ausführungsvariante annähernd linear (abgesehen von der Welligkeit aufgrund der Anlage an die Zellen 2) zwischen zwei Reihen von Zellen 2. Nachdem die Reihen versetzt zueinander sind (siehe Ausführungen zur Fig. 2), erfolgt die Anlage der Folie 8 an die Zellen 2 abwechselnd, d.h. dass die Folie 8 mit einer Seite an den Zellen 2 der ersten Reihe und mit der zweiten Seite an den Zellen 2 der zweiten Reihe in Längserstreckung der Kühlvorrichtung 4 abwechselnd anliegt. Sofern mehrere Reihen von Zellen 2 im Akkumulator 1 angeordnet sind, kann auch mehr als eine Kühlvorrichtung 4 angeordnet werden, wie dies teilweise aus den weiteren Figuren ersichtlich ist.

[0071] Wie insbesondere aus Fig. 5 ersichtlich ist, erstreckt sich die Kühlvorrichtung 4 bevorzugt über zumindest annähernd die gesamte Höhe der Zellen 2.

[0072] Abhängig von der Anzahl an Zellen 2 in den Reihen weist also die Kühlvorrichtung 4 eine zumindest annähernd rechteckförmige (wie in den Fig. 5 und 6) oder zumindest annähernd quadratische Form auf.

[0073] Der Kühlmitteleinlass 6 und/oder der Kühlmittelauslass 7 können als Rohrstutzen, also zylinderförmig, ausgebildet sein. Insbesondere bestehen sie aus einem Kunststoff, der mit der Folie 8 verbunden ist, insbesondere stoffschlüssig verbunden ist, beispielsweise verschweißt oder verklebt ist.

[0074] Der Kühlmittelkanal 5 ist durch die Folie 8 selbst gebildet. Dazu kann eine Lage Folie „gefaltet“ und die offenen Seiten entlang der Seitenkanten der aufeinanderliegenden Folienteile miteinander stoffschlüssig verbunden werden. Es können aber auch zwei (oder mehr) Folienzuschnitte aufeinandergelegt und allseitig stoffschlüssig unter Ausbildung von Verbindungsbereichen, beispielsweise von Schweißnähten 9, miteinander verbunden werden, wie dies aus Fig. 7 ersichtlich ist. Die Verbindungsbereiche sind in den Bereichen, in denen der Kühlmitteleinlass 6 und der Kühlmittelauslass 7 angeordnet werden, unterbrochen.

[0075] Bei Bedarf können auch mehr als ein Verbindungsbereich, beispielsweise mehr als eine Schweißnaht 9, pro Seitenkante der Folie 8 angeordnet bzw. ausgebildet werden, um der Kühlvorrichtung 4 eine höhere Sicherheit gegen Undichtigkeiten zu verleihen.

[0076] Der Kühlmittelkanal 5 kann im einfachsten Fall als unverzweigter Kanal, gerader Kanal ausgebildet sein. Es ist aber auch möglich, den Strömungsverlauf des Kühlmittels beliebig an die jeweiligen Gegebenheiten anzupassen. In Fig. 7 verlaufen beispielsweise ein erster Kühlmittelkanalabschnitt 10 und ein zweiter Kühlmittelkanalabschnitt 11 zumindest annähernd parallel zueinander. Die beiden Kühlmittelkanalabschnitte 10, 11 sind durch mehrere senkrecht dazu orientierte Kühlmittelkanalabschnitte 12 miteinander verbunden. Das einlaufende Kühlmittel wird daher auf mehrere Teilströme aufgeteilt und nach dem Durchlaufen der Kühlmittelkanalabschnitt 12 wieder zu einem Kühlmittelstrom vereinigt.

[0077] Generell kann der Kühlmittelkanal 5 auch mäanderförmig verlaufend ausgebildet sein.

[0078] Auch hier erweist sich die Verwendung von zumindest einer Folie 8 für die Kühlvorrichtung 4 als Vorteil, da die konkrete Ausführung des Kühlmittelkanals 5 durch Anordnung weiterer

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Verbindungsbereiche, insbesondere weiterer Schweißnähte 13, einfach herstellbar ist, insbesondere gleichzeitig mit der Herstellung der Verbindungsbereiche entlang der Seitenkanten, also beispielsweise der Schweißnähte 9, erfolgen kann.

[0079] Es sei darauf hingewiesen, dass der in Fig. 7 konkret dargestellte Verlauf des Kühlmittelkanals 5 nicht den Schutzumfang beschränkend zu verstehen ist.

[0080] Die Kühlvorrichtung 4 kann auch mehr als einen Kühlmitteleinlass 6, mehr als einen Kühlmittelauslass 7 und mehr als einen Kühlmittelkanal 5 aufweisen.

[0081] In den weiteren Figuren sind weitere und gegebenenfalls für sich eigenständige Ausführungsformen des Akkumulators 1 gezeigt, wobei wiederum für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen bzw. Bauteilbezeichnungen wie in den Fig. 1 bis 7 verwendet werden. Um unnötige Wiederholungen zu vermeiden, wird auf die detaillierte Beschreibung zu den Fig. 1 bis 7 hingewiesen bzw. Bezug genommen.

[0082] Wie bereits voranstehend angemerkt, kann der Akkumulator 1 auch mehr als eine Kühlvorrichtung 4 aufweisen. Als Beispiel ist in den Figuren 8 und 9 ein Akkumulator 1 gezeigt, der zwei neben einander angeordnete Kühlvorrichtungen 4 aufweist, wobei jede Kühlvorrichtung 4 jeweils zwei Reihen von Zellen 2 zugeordnet ist.

[0083] Anders als bei voranstehend ausgeführter Ausführungsvariante des Akkumulators 1 ist die Kühlvorrichtung 4 hier schlauchförmig ausgebildet. Es kann nur ein Kühlmittelkanal 5 zwischen dem Kühlmitteleinlass 6 und dem Kühlmittelauslass 7 ausgebildet sein. Es ist aber auch möglich, dass mehr als ein Kühlmittelkanal 5 ausgebildet wird, beispielsweise zwei, wie dies in Fig. 8 mit einer Schweißnaht 13 angedeutet ist. Die beiden Kühlmittelkanäle 4 verlaufen in einer Strömungsrichtung 14 des Kühlmittels parallel zueinander.

[0084] Die Kühlmitteleinlässe 6 und die Kühlmittelauslässe 7 sind zumindest teilweise trichterförmig ausgebildet, womit die Aufteilung des Kühlmittels auf die zur Verfügung stehende Querschnittsfläche rascher erfolgen kann. Im Wesentlichen sehen die beiden Kühlvorrichtungen 4 damit annährend tubenförmig aus.

[0085] Aus Fig. 9 ist ersichtlich, dass die Kühlvorrichtungen 4 im Bereich zwischen den Zellen Aufweitungen 15 aufweisen. Dies kann wiederum aufgrund der Flexibilität der Folie 8 erreicht werden. Durch diese Aufweitungen 15 liegen die beiden Kühlvorrichtungen 5 großflächiger an den Zellen 2 an.

[0086] Es ist weiter aus den Fig. 8 und 9 ersichtlich, dass jeweils zwei Reihen von Zellen, zwischen denen jeweils eine Kühlvorrichtung 4 angeordnet ist, keine Versetzung aufweisen, also die Zellen auf einem quadratischen Raster angeordnet sind, wie dies zu Fig. 3 ausgeführt wurde. Daraus gebildete Einheiten aus zwei Reihen Zellen 2 und der dazwischen angeordneten Kühlvorrichtung 4 können aber wieder um ca. einen halben Durchmesser der Zellen 2 versetzt sein (in Fig. 8 die beiden mittleren Reihen an Zellen 2).

[0087] Das „ca.“ beim Versatz um ca. einen halben Zellendurchmesser bezieht sich auf den Umstand, dass die Zellen 2 im Akkumulator 1 zueinander beabstandet sind und dieser Abstand daher beim Versatz der Reihen mitberücksichtigt werden muss.

[0088] Mit den Fig. 10 und 11 soll verdeutlicht werden, dass es auch möglich ist, einen Akkumulator 1, der mehr als zwei Reihen Zellen 2 aufweist, mit nur einer Kühlvorrichtung 4 auszustatten. Nachdem die Folie 8 flexibel ist, ist es möglich, diese schlangenartig zwischen Zellen 2 zu platzieren. Die Kühlvorrichtung 4 kann auch zumindest annähernd U-förmig verlegt werden.

[0089] Derartige Ausführungen mit nur einer Kühlvorrichtung 4, die zur Kühlung von mehr als zwei Reihen an Zellen 2 dienen, haben den Vorteil, dass damit die Anzahl an notwenigen Kühlmitteleinlässen 6 und Kühlmittelauslassen 7 reduziert werden kann.

[0090] Nur der Vollständigkeit halber sei ausgeführt, dass die Kühlvorrichtung 4 auch bei dieser Ausführungsvariante des Akkumulators 1 schlauchförmig ausgebildet sein kann.

[0091] Die Fig. 12 zeigt, dass es möglich ist, die oder eine Kühlvorrichtung 4 zwischen jeder

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Reihe von Zellen 2 anzuordnen. Dabei ist es auch möglich, dass die Zellen 2 in einem Viereckraster und in einem Dreieckraster angeordnet sind, wie dies in Fig. 12 strichliert angedeutet ist.

Strömungstechnisch betrachtet wird jedoch der Dreieckraster bevorzugt.

[0092] Bei allen bisher beschriebenen Ausführungsvarianten kann die Kühlvorrichtung 4 bzw. können die Kühlvorrichtungen 4 flexibel verlegt werden. Die Ausführungen sind nicht auch eine bestimmte Anzahl an Zellen oder eine bestimmte Länge der Kühlvorrichtung 4 beschränkt, da letztere beliebig ausgestaltbar ist.

[0093] In Fig. 13 ist eine Ausführung des Akkumulators 1 gezeigt, bei der eine zentrale Zelle 2 von sieben Zellen 2 umgeben ist. Um den Blick auf die zwischen der zentralen Zelle 2 und den äußeren Zellen 2 liegende Kühlvorrichtung 4 zu ermöglichen, ist in Fig. 13 die siebte äußere Zelle 2 nicht dargestellt.

[0094] Bei dieser Ausführungsvariante werden zwei schlauchförmige Kühlvorrichtungen 4 miteinander kombiniert, indem die beiden Schläuche miteinander verbunden werden, insbesondere stoffschlüssig, beispielsweise durch Schweißen. Es entsteht damit ein einziger Schlauch, mit dem es möglich ist, die zentrale Zelle 2 einerseits zu kühlen und andererseits verhindert werden kann, dass die zentrale Zelle 2 zu stark abkühlt. Dazu kann beispielsweise die Folienoberfläche und/oder die Folienart der verwendeten Folie 8 zusätzlich entsprechend angepasst werden.

[0095] Die Ausführung des Kühlmittelkanals 5 kann wiederum variabel gestaltet werden. Beispielsweise kann dieser durch die weiteren Verbindungsbereiche der Folien 8, insbesondere die Schweißnähte 13, so ausgebildet werden, dass das Kühlmittel zick-zack durch die die Kühlvorrichtung 4 läuft, wie dies in Fig. 14 angedeutet ist.

[0096] Es ist aber auch möglich, dass das Kühlmittel zumindest annähernd in Richtung der Höhe der Zellen 2 strömt, wie dies anhand der Fig. 15 und 16 verdeutlicht ist. Es kann dabei eine Umlenkung der Strömung nur im Bereich des Kühlmitteleinlasses 6 und/oder des Kühlmittelauslasses 7 erfolgen. Durch die Umlenkung können Turbulenzen erzeugt werden, um das Kühlmittel optimal zu nutzen. Derartige Turbulenzen können alternativ oder zusätzlich dazu auch durch entsprechend hohe Einlaufströmungsgeschwindigkeiten erreicht werden.

[0097] Neben den dargestellten Verläufen des Kühlmittelkanals 5 soll mit den Fig. 17 und 18 veranschaulicht werden, dass dieser auch anders als dargestellt verlaufen kann, insbesondere spiralförmig verlaufen kann. Auch dieser spiralförmige Verlauf kann entweder durch entsprechende Anordnung einer schlauchförmigen Kühlvorrichtung 4 oder durch entsprechende Ausbildung von Verbindungsbereichen, insbesondere den Schweißnähten 13 in der Folie 8 erzeugt werden.

[0098] Bei den Ausführungsvarianten des Akkumulators 1 nach den Fig. 19 bis 22 weist dieser ein selbsttragendes Gehäuse 16 auf, das Teil der Kühlvorrichtung 4 ist. In dem Gehäuse 16 sind Ausnehmungen bzw. Durchbrüche 17 in einem Deckelteil 18 und Ausnehmungen bzw. Durchbrüche 19 in einem Bodenteil 20 angeordnet bzw. ausgebildet. In die bzw. durch die Ausnehmungen bzw. Durchbrüche 17 im Deckelteil 18 und in die bzw. durch die Ausnehmungen bzw. Durchbrüche 19 im Bodenteil 20 sind die Zellen 2 gesteckt, wobei die Zellen 2 wie bei den anderen Ausführungsvarianten des Akkumulators 1 oben und unten über die Kühlvorrichtung 4 vorragend angeordnet sind. Das Gehäuse 16 kann damit das zumindest eine Rahmenelement 3 nach Fig. 1 ersetzen.

[0099] Die Ausnehmungen bzw. Durchbrüche 17, 19 sind an die Querschnittsform der Zellen 2 angepasst, also insbesondere kreisförmig im Querschnitt.

[00100] Es sei darauf hingewiesen, dass die Kühlvorrichtung 4 in Fig. 20 teilweise geschnitten dargestellt ist, um einen Einblick in das Innere der Kühlvorrichtung 4 zu ermöglichen.

[00101] Das Gehäuse 16 besteht bevorzugt zumindest teilweise aus einem, gegebenenfalls faserverstärkten Kunststoff, insbesondere einem Hartkunststoff, oder aus einem Metall, beispielsweise Aluminium oder einer Aluminiumlegierung.

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AT 520 409 B1 2020-02-15 österreichisches patentamt [00102] Zwischen jeweils zwei einander in Richtung der Höhe der Zellen 2 gegenüberliegenden Ausnehmungen, also beispielsweise einem Durchbruch 17 im Deckelteil 18 und einem Durchbruch 19 im Bodenteil 20, sind jeweils ein- oder mehrschichtige Folien 8 angeordnet und mit dem Gehäuse 16 verbunden, insbesondere verschweißt oder verklebt. Bevorzugt erstrecken sich die Folien 8 auch bis in die Ausnehmungen bzw. Durchbrüche 17, 19, insbesondere über die gesamte Höhe dieser Ausnehmungen bzw. Durchbrüche 17, 19 in Richtung der Längserstreckung der Zellen 2, und sind mit den Seitenwänden der Ausnehmungen bzw. Durchbrüche 17, 19 verbunden, wie dies aus den Fig. 21 und 22 ersichtlich ist.

[00103] Die Folien 8 stellen bei diesen Ausführungsvarianten des Akkumulators 1 lediglich eine Membran dar, mit der ein Innenraum 21 des bis auf zumindest einen Zu- und Ablauf für das Kühlmittel geschlossenen Gehäuses 16 gegen die Zellen 2 abgetrennt ist. Der Innenraum 21 selbst des Gehäuses 16 bildet den Kühlmittelkanal 5 der Kühlvorrichtung 4. Das Gehäuse 16 wird also vollständig von dem flüssigen Kühlmittel durchströmt. Der Flüssigkeitsdruck im Betrieb drückt die Folien 8 gegen die Zellen 2, wodurch eine entsprechend gute Kühlung der Zellen 2 erreicht werden kann.

[00104] Wie aus den Fig. 21 und 22 zu ersehen ist, kann gemäß einer Ausführungsvariante dazu vorgesehen sein, dass die Ausnehmungen im Gehäuse 16 einen im Vergleich zu einem Außendurchmesser der Zellen 2 größeren Durchmesser aufweisen, sodass die Folien 8 in diesem Bereich beabstandet zu den Zellen 2 angeordnet sind. Diese Bereiche können dabei zumindest teilweise zumindest annähernd konusförmig ausgebildet sein (Fig. 21) oder zylindrisch (Fig. 22). Für die Herstellung günstiger ist die konusförmige Ausführung, die zylindrische Ausführung ist hingegen eine platzoptimierte Ausführungsvariante.

[00105] In Fig. 23 ist ein Ausschnitt einer Ausführungsvariante der Kühlvorrichtung 4 im Querschnitt dargestellt.

[00106] Es sei an dieser Stelle erwähnt, dass die Kühlvorrichtung 4 der nachfolgenden Ausführungsvarianten bzw. die im Folgenden beschriebene Folie 8 bzw. weitere Folie auch in den voranstehend vorgestellten Ausführungsvarianten des Akkumulators 1 eingesetzt werden können. Um dies zu verdeutlichen sei beispielsweise genannt, dass die Folie 8 im Akkumulator nach Fig. 5 wie nachstehend beschrieben zusammengesetzt sein kann und gegebenenfalls mit einerweiteren Folie, wie nachstehend beschrieben, verbunden sein kann.

[00107] Es sei aber auch darauf hingewiesen, dass die Folie 8 der Ausführungsvarianten des Akkumulators 1 nach den Fig. 1 bis 22 auch anders als nachstehend beschrieben aufgebaut bzw. zusammengesetzt sein kann.

[00108] Die Kühlvorrichtung 4 umfasst die Folie 8 und eine weitere ein- oder mehrschichtige Folie 22. Die Folie 8 und die weitere Folie 22 sind unter Ausbildung des zumindest einen Kühlmittelkanals 5 zwischen der Folie 8 und der weiteren Folie 22 miteinander in Verbindungsbereichen 23 verbunden. Zwischen den Verbindungsbereichen 23 verbleiben nicht verbundene Bereiche, in denen durch die Beabstandung der Folie 8 von der weiteren Folie 22 der zumindest eine Kühlmittelkanal 5 ausgebildet ist. Die Folie 8 und die weitere Folie 22, die insbesondere oberhalb der Folie 8 angeordnet ist, erstrecken sich wie bei den voranstehend beschriebenen Ausführungsvarianten des Akkumulators 1 ohne das Gehäuse 16 bevorzugt über eine Fläche, die bevorzugt zumindest annähernd, insbesondere zu 100 %, der Fläche der Kühlvorrichtung 2 entspricht (in Draufsicht betrachtet).

[00109] Die Folie 8 besteht bei dieser Ausführungsvariante der Kühlvorrichtung 4 aus einem Laminat, das eine erste Kunststofffolie 24, eine damit verbundene Verstärkungsschicht 25, eine mit der Verstärkungsschicht 25 verbundene Metallfolie 26 oder eine mit der Verstärkungsschicht 25 verbundene metallisierte weitere Kunststofffolie aufweist.

[00110] Der zumindest eine Kühlmittelkanal 5 ist wie bei den voranstehend beschriebenen Ausführungsvarianten des Akkumulators 1 ohne das Gehäuse 16 nicht durch gesonderte Bauteile sondern durch die nur partielle Verbindung der Folien, also bei dieser Ausführungsvariante der Folie 8 mit der weiteren Folie 22 gebildet. Die Wand bzw. die Wände des zumindest einen

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Kühlmittelkanals 5 werden also durch die Folie 8 und die weitere Folie 22 gebildet, vorzugsweise jeweils zur Hälfte.

[00111] Bevorzugt umfasst die weitere Folie 22 zumindest eine zweite Kunststofffolie 27 bzw. besteht aus dieser. Die zweite Kunststofffolie 27 ist mit der ersten Kunststofffolie 24 des Laminats der Folie 8 partiell in den Verbindungsbereichen 23 verbunden, sodass zwischen den Verbindungsbereichen 23 zumindest ein Hohlraum ausgebildet ist, der den zumindest einen Kühlmittelkanal 5 bildet.

[00112] Es kann weiter vorgesehen sein, dass nach einer Ausführungsvariante dazu auch die weitere Folie 22 aus einem Laminat besteht, das die zweite Kunststofffolie 27, eine damit verbundene Verstärkungsschicht 28, eine mit der Verstärkungsschicht 28 verbundene Metallfolie 29 oder eine mit der Verstärkungsschicht 28 verbundene metallisierte weitere Kunststofffolie aufweist.

[00113] Prinzipiell können auch andere Laminate verwendet werden. Beispielsweise kann nur die Folie 8 mit der Metallfolie 26 oder nur die weitere Folie 22 mit der Metallfolie 29 versehen sein. Ebenso kann nur die Folie 8 die Verstärkungsschicht 25 oder nur die weitere Folie 22 die Verstärkungsschicht 28 aufweisen. Es sind mehr als dreischichtige Aufbauten der Folie 8 und/oder der weiteren Folie 22 möglich. Bevorzugt sind die Folie 8 und die weitere Folie 22 jedoch gleich ausgebildet.

[00114] Die Verstärkungsschicht 28 und/oder die Metallfolie 29 der weiteren Folie 22 kann/können unterschiedlich sein zur Verstärkungsschicht 25 und/oder zur Metallfolie 26 der Folie 8. Vorzugsweise sind die beiden Verstärkungsschichten 25, 28 und/oder die beiden Metallfolien 26, 29 jedoch gleich ausgebildet.

[00115] Die beiden Folien 8, 22 sind so angeordnet, dass die beiden Kunststofffolien 24, 27 aneinander anliegen und über diese Kunststofffolien 24, 27 die genannte partielle Verbindung ausgebildet wird. Falls die weitere Folie 22 (nur) die zweite Kunststofffolie 27 aufweist, wird diese zweite Kunststofffolie 27 unmittelbar benachbart zur Kunststofffolie 24 des Folie 8 angeordnet und mit dieser verbunden.

[00116] Anstelle einer Metallfolie 26, 29 können auch metallisierte weitere Kunststofffolien verwendet werden, wobei in diesem Fall die Metallisierung vorzugsweise zwischen der Verstärkungsschicht 25, 28 und der weiteren Kunststofffolie angeordnet wird.

[00117] Die erste Kunststofffolie 24 und/oder die zweite Kunststofffolie 27 und/oder die metallisierte weitere Kunststofffolie besteht/bestehen bevorzugt zu zumindest 80 Gew.-%, insbesondere zu zumindest 90 Gew.-% oder zu 100 Gew.-%, aus einem thermoplastischen Kunststoff oder einem Elastomer. Der thermoplastische Kunststoff kann ausgewählt sein aus einer Gruppe umfassend bzw. bestehend aus Polyethylen (PE), Polyoxymethylen (POM), Polyamid (PA), insbesondere PA 6, PA 66, PA 11, PA 12, PA 610, PA 612, Polyphenylensulfid (PPS), Polyethylenterephthalat (PET), vernetzte Polyolefine, bevorzugt Polypropylen (PP). Das Elastomer kann ausgewählt sein aus einer Gruppe umfassend bzw. bestehend aus thermoplastischen Elastomeren, wie z.B. thermoplastische Vulkanisate, olefin-, amin-, ester-basierende, thermoplastische Polyurethane, insbesondere thermoplastische Elastomere auf Ether-/Ester Basis, Styrol-Block-Copolymere, Silikonelastomere.

[00118] Es sei an dieser Stelle erwähnt, dass unter einem Kunststoff ein synthetisches oder natürliches Polymer verstanden wird, das aus entsprechenden Monomeren hergestellt ist.

[00119] Vorzugsweise besteht/bestehen die erste Kunststofffolie 24 und/oder die zweite Kunststofffolie 27 und/oder die metallisierte weitere Kunststofffolie aus einer sogenannten Siegelfolie. Dies hat den Vorteil, dass die jeweiligen Folien direkt miteinander verbunden werden können.

[00120] Es ist aber auch möglich, andere Kunststoffe, wie z.B. duroplastische Kunststoffe bzw. duroplastische Werkstoffe einzusetzen, die dann beispielsweise mit einem Klebstoff miteinander verklebt werden. Hierzu eignen sich insbesondere Zweikomponenten Klebstoffsysteme auf Polyurethanbasis oder Silikonbasis oder auch Heißklebesysteme.

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AT 520 409 B1 2020-02-15 österreichisches patentamt [00121] Bevorzugt umfasst/umfassen die Verstärkungsschicht(en) 25, 28 eine oder besteht/bestehen aus einer Faserverstärkung.

[00122] Die Faserverstärkung ist bevorzugt als eigene Schicht ausgebildet, die zwischen der Kunststofffolie 24 bzw. der Kunststofffolie 27 und der Metallfolie 26 bzw. der Metallfolie 29 oder der metallisierten weiteren Kunststofffolie angeordnet ist. Sollten in der Faserverstärkungsschicht Hohlräume ausgebildet sein, können diese auch mit dem Kunststoff der Kunststofffolie 24 bzw. der Kunststofffolie 27 oder der metallisierten weiteren Kunststofffolie zumindest teilweise ausgefüllt sein.

[00123] Die Faserverstärkung kann aus Fasern und/oder Fäden gebildet sein, die ausgewählt sind aus einer Gruppe umfassend oder bestehend aus Glasfasern, Aramidfasern, Kohlenstofffasern, Mineralfasern, wie beispielsweise Basaltfasern, Naturfasern, wie z.B. Hanf, Sisal, und Kombinationen daraus.

[00124] Bevorzugt werden Glasfasern als Faserverstärkungsschicht eingesetzt. Der Anteil der Fasern, insbesondere der Glasfasern, an der Faserverstärkung kann zumindest 80 Gew.-%, insbesondere zumindest 90 Gew.-%, betragen. Bevorzugt bestehen die Fasern und/oder Fäden der Faserverstärkung ausschließlich aus Glasfasern.

[00125] Die Fasern und/oder Fäden können in der Faserverstärkung als Gelege, beispielsweise als Vlies, vorliegen. Bevorzugt wird jedoch ein Gewebe oder ein Gestrick aus den Fasern und/oder Fäden. Es ist dabei auch möglich, dass das Gewebe oder Gestrick nur bereichsweise vorliegt und die restlichen Bereiche der Faserverstärkung durch ein Gelege gebildet werden.

[00126] Es ist auch möglich, dass gummierte Fasern und/oder Fäden als bzw. für die Faserverstärkung eingesetzt werden.

[00127] Bei Verwendung eines Gewebes sind unterschiedliche Bindungsarten, insbesondere Leinwand-, Köper- oder Atlasbindung, möglich. Bevorzugt wird eine Leinwandbindung eingesetzt.

[00128] Es ist aber auch möglich, ein offenmaschiges Glasgewebe oder Glasgelege zu verwenden.

[00129] Die Faserverstärkung kann als Einzelschicht ausgebildet sein. Es ist aber auch möglich, dass die Faserverstärkung mehrere, gegebenenfalls voneinander getrennte, Einzelschichten aufweist, beispielsweise zwei oder drei, wobei zumindest einzelne der mehreren Einzelschichten zumindest bereichsweise, vorzugsweise zur Gänze, auch aus zum Rest der Einzelschichten unterschiedlichen Fasern und/oder Fäden bestehen können.

[00130] Alternativ oder zusätzlich zur Faserverstärkung kann/können die Verstärkungsschichten) 25, 28 eine mineralische Füllung aufweisen. Als mineralische Füllung (mineralischer Füllstoff) kann beispielsweise Calziumcarbonat, Talkum, Quarz, Wollastonit, Kaolin oder Glimmer eingesetzt werden.

[00131] Die Metallfolie 26, 29 ist insbesondere eine Aluminiumfolie. Es sind aber auch andere Metalle verwendbar, wie beispielsweise Kupfer oder Silber.

[00132] Die Metallfolie 26, 29 kann eine Schichtstärke zwischen 5 μm und 100 μm aufweisen.

[00133] Im Falle des Einsatzes der metallisierten weiteren Kunststofffolie können für die Metallisierung die genannten Metalle verwendet werden. Vorzugsweise weist die Metallisierung eine Schichtdicke auf, die ausgewählt ist aus einem Bereich von 5 nm bis 100 nm. Die metallische Bedampfung der weiteren Kunststofffolie kann mit aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren hergestellt werden.

[00134] Die Kunststofffolie 24 und/oder die Kunststofffolie 27 und/oder die weitere Kunststofffolie, die die Metallisierung aufweist, kann/können eine Schichtdicke zwischen 10 μm und 200 μm aufweisen.

[00135] Die Schichtdicke der Verstärkungsschicht(en) 25, 28 kann zwischen 5 μm und 50 μm /28

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[00136] Die Folie 8 und/oder die weitere Folie 22 kann/können insbesondere folgenden Aufbau in der angegebenen Reihenfolge aufweisen:

[00137] - Kunststofffolie 24 bzw. Kunststofffolie 27 aus PP;

[00138] - Verstärkungsschicht 25, 28 aus einem Glasfasergewebe;

[00139] - Metallfolie 26, 29 aus Aluminium mit einer Schichtdicke von 12 μm.

[00140] Für den Fall, dass die weitere Folie 22 nur aus der Kunststofffolie 27 besteht, wird hierfür bevorzugt ein Polyethylenterephthalat (PET) als Kunststoff verwendet.

[00141] Die Folie 8 und/oder die weitere Folie 22 können auch noch zumindest eine weitere Schicht aufweisen, wie beispielsweise zumindest eine weitere Verstärkungslage und/oder zumindest eine Primerschicht und/oder zumindest eine thermotrope Schicht.

[00142] Obwohl die Folie 8 und die weitere Folie 22, falls diese ebenfalls ein Folienlaminat ist, prinzipiell in Form der Einzelfolien zur Herstellung der Kühlvorrichtung 4 eingesetzt werden können, sodass das bzw. die Folienlaminat(e) erst im Zuge der Herstellung der Kühlvorrichtung 4 ausgebildet werden, ist es von Vorteil, wenn die erste Folie 8 und/oder die weitere Folie 22 als (laminiertes) Halbzeug eingesetzt werden.

[00143] Zur Verbindung der Einzelschichten des Laminats oder der Laminate können diese miteinander über Klebstoffe verklebt werden. Hierzu eignen sich die voranstehend genannten Klebstoffe. Neben Klebstoffen kann auch die Coextrusion und die Extrusionsbeschichtung als Verbindungsmöglichkeit eingesetzt werden. Selbstverständlich ist auch eine Kombination möglich, dass mehrere Kunststoffe coextrudiert und mit einer extrusionsbeschichteten Metall- oder (Faser)Verstärkungsschicht miteinander klebekaschiert werden. Generell können sämtliche bekannte Verfahren zur Herstellung von Verbundfolien bzw. Folienlaminaten verwendet werden.

[00144] Nach einerweiteren Ausführungsvariante kann vorgesehen sein, dass die Kühlvorrichtung 4 noch zumindest eine zusätzliche Folie aufweist, die mit der Folie 8 oder der weiteren Folie 22 partiell verbunden ist, wie dies voranstehend zur Verbindung der Folie 8 mit der weiteren Folie 22 beschrieben wurde. Die Kühlmittelkanäle 5 können damit in zumindest zwei Ebenen übereinander angeordnet sein, wobei sie in diesem Fall bevorzugt nicht deckungsgleich, sondern seitlich versetzt zueinander auf die voranstehend beschriebene bzw. die nachfolgend noch zu beschreibende Art und Weise ausgebildet werden. In diesem Fall ist es von Vorteil, wenn die Folie 8 oder die weitere Folie 22 auf beiden äußeren Seiten (Oberflächen) die Kunststofffolie 24 oder die Kunststofffolie 27 aufweisen, sodass über diese der Verbund mit den zusätzlichen Folien hergestellt werden kann, also insbesondere wieder zwei Siegelfolien miteinander verbunden werden können.

[00145] Fig. 24 zeigt einen Ausschnitt einer anderen Ausführungsvariante der Kühlvorrichtung 4. Bei dieser wird zwischen der Kunststofffolie 24 und der Kunststofffolie 27 (beide in Fig. 23 dargestellt) eine Faserschicht 30, beispielsweise aus einem Papier, angeordnet. Diese Faserschicht 30 ist flüssigkeitsfest ausgerüstet. Dazu kann auf den Oberflächen, die mit dem Kühlmittel in Kontakt kommen, eine Beschichtung 31 vorgesehen sein. Es besteht aber auch die Möglichkeit, dass die Fasern des Papiers bzw. der Faserschicht 30 an sich flüssigkeitsfest ausgerüstet, beispielsweise beschichtet sind.

[00146] Die Beschichtung 31 hat aber zudem auch eine andere Funktion. In der Faserschicht 30 wird der zumindest eine Kühlmittelkanal 5 vorgesehen, beispielsweise durch Prägen oder ein anderes formgebendes Verfahren. Um die hergestellte Form im Betrieb des Akkumulators 1 bzw. der Kühlvorrichtung 4 beibehalten zu können, kann der Faserschicht 30 mit der Beschichtung 31 eine höhere Festigkeit bzw. Steifigkeit verliehen werden.

[00147] Die Beschichtung 31 kann beispielsweise eine gehärtete Klebstoffschicht sein.

[00148] Um weiter Gewicht des Akkumulators 1 bzw. der Kühlvorrichtung 2 einsparen zu kön12/28

AT 520 409 B1 2020-02-15 österreichisches patentamt nen, kann nach einer weiteren Ausführungsvariante dazu, die in Fig. 25 gezeigt ist, vorgesehen sein, dass mehrere dieser mit der Beschichtung 31 versehenen Faserschichten 30 zwischen der Folie 8 und der weiteren Folie 22 übereinander liegend, insbesondere unmittelbar übereinander liegend, angeordnet sind.

[00149] Die Folie 8 und/oder die weitere Folie 22 können auch bei diesen Ausführungsvarianten der Kühlvorrichtung 4 als Einzelfolien oder als Laminate ausgebildet sein.

[00150] In der bevorzugten Ausführungsvariante der Kühlvorrichtung 4 weist diese auch entsprechende Anschlusselemente (Kühlmitteleinlass 6, Kühlmittelauslass 7) für den Anschluss der Zulaufleitung und der Ablaufleitung für das Kühlmittel auf. Prinzipiell können diese als herkömmliche Anschlusselemente ausgebildet sein, wie sie nach dem Stand der Technik bekannt sind. In der bevorzugten Ausführungsvariante sind diese Anschlusselemente aber ebenfalls zumindest teilweise, insbesondere zur Gänze, aus einem Kunststoff hergestellt, wobei als Kunststoffe die voranstehend genannten Kunststoffe verwendet werden können.

[00151] Nach einer anderen Ausführungsvariante des Akkumulators 1 kann vorgesehen sein, dass der Kühlmittelauslass 6 und/oder der Kühlmitteleinlass 7 durch ein Distanzelement (nicht dargestellt) zwischen der Folie 8 und der weiteren Folie 22 gebildet ist. Bevorzugt bestehen die Distanzelemente ebenfalls aus Kunststoff. Es ist weiter bevorzugt, wenn über die Distanzelemente die Dichtheit der Anschlüsse der Kühlvorrichtung 4 für das Kühlmittel verbessert wird.

[00152] Es sei in diesem Zusammenhang erwähnt, dass die konkrete Platzierung des Kühlmitteleinlasses 6 und des Kühlmittelauslasses 7 abhängig ist von der konkreten Ausführung des zumindest einen Kühlmittelkanals 5.

[00153] Die voranstehend erwähnten Sammelkanäle für das Kühlmittel können wie der zumindest eine Kühlmittelkanal 5 durch die nur partielle Verbindung der Folie 8 mit der weiteren Folie 22 hergestellt werden. Es sei dazu auf die entsprechenden voranstehenden Ausführungen verwiesen.

[00154] Die beschriebene partielle Verbindung der Folie 8 mit der weiteren Folie 22 bzw. einer zusätzlichen Folie bzw. der beiden Kunststofffolien 24, 27 der Laminate kann in einer Laminierpresse erfolgen. Die Verbindung kann dabei durch Einwirkung einer erhöhten Temperatur und eines erhöhten Druckes, wie dies bei Laminieren bzw. Heißsiegeln bekannt ist, erfolgen. Die konkrete Temperatur richtet sich dabei nach den verwendeten Kunststoffen.

[00155] Anstelle der Laminiervorrichtung kann auch eine Presse verwendet werden, insbesondere zur Herstellung von langfaserverstärkten Folien 8, 22 bzw. einer langfaserverstärkten Kühlvorrichtung 4. Es werden dabei die Fasern mit dem Kunststoff imprägniert und verpresst, wodurch das faserverstärkte Folienmaterial entsteht.

[00156] Für eine höheren Grad der Individualisierbarkeit der Kühlvorrichtung 4 bei hohem Automatisierungsgrad kann vorgesehen sein, dass für die Verbindung ein Schweißroboter verwendet wird. Es können damit die Verbindungsbereiche 23 (Fig. 23) individuell festgelegt und programmiert werden, sodass die Anordnung bzw. Ausbildung des zumindest einen Kühlmittelkanals 5 sehr flexibel an individuelle Bedürfnisse angepasst werden kann.

[00157] Bei den beiden genannten Verfahren zur Herstellung der Kühlvorrichtung 4 erfolgt die Verbindung der Folien 8, 22 miteinander bzw. der Folie 8 mit dem Gehäuse 16 stoffschlüssig entweder über Verschweißen oder durch Kleben, wobei auch Mischvarianten dieser Verfahren möglich sind. Generell können auch andere Verfahren hierfür angewandt werden.

[00158] Als Schweißverfahren können beispielsweise das Temperaturimpulsschweißen, Laserschweißen, IR-Schweißen, Ultraschallschweißen, Hochfrequenzschweißen, angewandt werden.

[00159] Generell sei angemerkt, dass bei mehr als einem Kühlmittelkanal 5 in der Kühlvorrichtung 4 es von Vorteil sein kann, wenn vor den mehreren Kühlmittelkanälen 5 ein gemeinsamer Einlass und danach ein gemeinsamer Auslass angeordnet sind, die jeweils als Sammelkanal ausgebildet sein können, von dem aus sich die Kühlmittelkanäle verzweigen, bzw. in den sie münden. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, dass jeder Kühlmittelkanal 5 seinen eigenen

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Kühlmitteleinlass 6 und/oder seinen eigenen Kühlmittelauslass 7 aufweist.

[00160] Weiter kann der Kühlmitteleinlass 6 und der Kühlmittelauslass 7 auf einer Seite der Kühlvorrichtung 4 angeordnet sein. Der Kühlmitteleinlass 6 und der Kühlmittelauslass 7 können aber auch an bzw. in unterschiedlichen Seiten der Kühlvorrichtung 4 angeordnet bzw. ausgebildet sein.

[00161] Für die (automatische) Einführung der Zellen 2 in die Kühlvorrichtung 4 mit dem Gehäuse 16 kann in diesem ein Unterdrück erzeugt werden, wodurch die Folie 8 in das Gehäuse 16 gezogen wird.

[00162] Der Akkumulator 1 kann in verschiedensten Gebieten verwendet werden, wie beispielsweise in Kraftfahrzeugen (E-Mobility), in Flugzeugen, etc. Es können ja nach Anwendung auch mehrere Akkumulatoren 1 zu einem einzigen kombiniert werden. Der Ordnung halber sei abschließend darauf hingewiesen, dass zum besseren Verständnis des Aufbaus der Akkumulator 1 bzw. die Kühlvorrichtung 2 nicht zwingenderweise maßstäblich dargestellt wurden.

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BEZUGSZEICHENLISTE

Akkumulator 31

Zelle

Rahmenelement

Kühlvorrichtung

Kühlmittelkanal

Kühlmitteleinlass

Kühlmittelauslass

Folie

Schweißnaht

Kühlmittelkanalabschnitt

Schweißnaht

Strömungsrichtung

Aufweitung

Gehäuse

Durchbruch

Deckelteil

Durchbruch

Bodenteil

Innenraum

Folie

Verbindungsbereich

Kunststofffolie

Verstärkungsschicht

Metallfolie

Kunststofffolie

Verstärkungsschicht

Metallfolie

Faserschicht

Claims

1. Akkumulator (1) mit mehreren zylindrischen Zellen (2) zur Speicherung für elektrische Energie und zumindest einer Kühlvorrichtung (4) zur Kühlung oder Temperierung der Zellen (2), wobei die Kühlvorrichtung (4) zumindest einen Kühlmittelkanal (5), zumindest einen Kühlmitteleinlass (6), zumindest einen Kühlmittelauslass (7) und zumindest eine Folie (8), die zumindest teilweise zwischen den Zellen (2) angeordnet ist, aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie (8) mehrschichtig ausgebildet ist.

2. Akkumulator (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlvorrichtung (4) ein selbsttragendes Gehäuse (16) aufweist, in welchem Ausnehmungen angeordnet sind, in denen die Zellen (2) angeordnet sind, wobei mehrschichtige Folien (8) zwischen jeweils zwei einander gegenüberliegenden Ausnehmungen, und insbesondere zwischen dem Gehäuse (16) und den Zellen (2), angeordnet und mit dem Gehäuse (16) verbunden sind.

3. Akkumulator (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen im Gehäuse (16) einen im Vergleich zu einem Außendurchmesser der Zellen (2) größeren Durchmesser aufweisen, sodass die Folien (8) zumindest teilweise zumindest annähernd konusförmig ausgebildet sind.

4. Akkumulator (1) nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlvorrichtung (4) eine weitere ein- oder mehrschichtige Folie (22) aufweist, wobei die Folie (8) und die weitere Folie (22) unter Ausbildung des zumindest einen Kühlmittelkanals (5) zwischen der Folie (8) und der weiteren Folie (22) miteinander verbunden sind.

5. Akkumulator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie (8) aus einem Laminat besteht, das eine erste Kunststofffolie (24), eine damit verbundene Verstärkungsschicht (25), eine mit der Verstärkungsschicht (25) verbundene Metallfolie (26) oder eine mit der Verstärkungsschicht (25) verbundene metallisierte weitere Kunststofffolie aufweist.

6. Akkumulator (1) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Folie (22) zumindest eine zweite Kunststofffolie (27) aufweist, die mit der ersten Kunststofffolie (24) des Laminats der Folie (8) partiell in Verbindungsbereichen (23) verbunden ist, sodass zwischen den Verbindungsbereichen (23) zumindest ein Hohlraum ausgebildet ist, der den zumindest einen Kühlmittelkanal (5) bildet.

7. Akkumulator (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Folie (22) aus einem Laminat besteht, das die zweite Kunststofffolie (27), eine damit verbundene Verstärkungsschicht (28), eine mit der Verstärkungsschicht (28) verbundene Metallfolie (29) oder eine mit der Verstärkungsschicht (28) verbundene metallisierte weitere Kunststofffolie aufweist.

8. Akkumulator (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsschicht (25, 28) eine Faserverstärkung aufweist.

9. Akkumulator (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserverstärkung durch ein Gewebe gebildet ist.

10. Akkumulator (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kunststofffolie (24) und/oder die zweite Kunststofffolie (27) und/oder die metallisierte weitere Kunststofffolie aus einem Kunststoff besteht/bestehen, der ausgewählt ist aus einer Gruppe bestehend aus PE, POM, PA, PPS, PET, vernetzte Polyolefine, thermoplastische Elastomere auf Ether-/Ester Basis, Styrol-Block-Copolymere, Silikonelastomere.

11. Akkumulator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass in Richtung auf die Zellen (2) mehrere Folien (8) übereinander angeordnet sind, zwischen denen mehrere Kühlkanäle (5) ausgebildet sind.

12. Akkumulator (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den mehreren übereinander angeordneten Folien (8, 22) eine Faserschicht (30) angeordnet ist.

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13. Akkumulator (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der der Kühlmittelkanal (5) oder die Kühlmittelkanäle (5) zumindest teilweise in der Faserschicht (30) ausgebildet ist bzw. sind.

14. Akkumulator (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmittelauslass (7) und/oder der Kühlmitteleinlass (6) durch ein Distanzelement zwischen der Folie (8) und der weiteren Folie (22) gebildet ist.

15. Akkumulator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkanal (5) spiralförmig verlaufend angeordnet ist.

16. Akkumulator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlvorrichtung (4) schlauchförmig ausgebildet ist.