-
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Kühlung einer
Wärmequelle
eines Kraftfahrzeugs und auf einen Kältemittelkreislauf für ein Kraftfahrzeugs.
-
In
modernen Hybridelektro- oder Elektrofahrzeugen (HEV/EV Fahrzeugen)
werden leistungsfähige
Energiespeicher, wie zum Beispiel Li-Ionen oder NiMH-Akkumulatoren oder
Super-Caps eingesetzt. Bei diesen Energiespeichern kommt es beim
schnellen Laden und Entladen aufgrund von Widerständen in
und außerhalb
der Zellen zur Erwärmung.
Temperaturen über
50°C schädigen die
Energiespeicher dauerhaft. Um die Funktion der Energiespeicher zu gewährleisten
müssen
diese aktiv gekühlt
werden. Dazu werden die Energiespeicher mit einer mit Kältemittel
durchströmten
Platte in thermischen Kontakt gebracht und somit gekühlt. Die
Batteriekühlplatte wird
als zusätzlicher,
zweiter Verdampfer in den bestehenden Klimakältekreis im Fahrzeug eingebunden
(Zwei-Verdampfer-Anlage).
-
Bei
der Kühlung
der Zellen ist es wichtig, dass alle Zellen gleichmäßig gekühlt werden.
So ist ein maximaler Temperaturgradient in der Kühlplatte, von ca. 5K einzuhalten.
Bei ungleichmäßiger Kühlung der
Zellen altern die Zellen unterschiedlich schnell, was die Funktion
und Leistung der Energiespeicher negativ beeinflusst.
-
4 zeigt
einen Kältemittelkreislauf
gemäß dem Stand
der Technik, bei dem eine Batteriekühlplatte 402 in Reihe
mit einem Klimaverdampfer 404 geschaltet ist. Neben der
Batteriekühlplatte 402 und dem
Klimaverdampfer 404 weist der Kältemittelkreislauf einen Verdichter 406,
einen Kondensator 408, ein Ventil 412 mit fester Öffnung (FXV)
und ein thermisches Expansionsventil (TXV) 414 auf.
-
Die
Kühlplatte 402 zur
Kühlung
der Energiespeicher wird immer „nass” gefahren, um die gleichmäßige Kühlung aller
Zellen der Energiespeicher sicherzustellen. Das bedeutet, dass der
Batteriekühlplatte 402 immer
so viel Kältemittel
zur Verfügung
gestellt werden muss, dass sich die physikalischen Prozesse in der
Batteriekühlplatte 402 immer
im Nassdampfgebiet abspielen. Um eine gleichmäßige Temperaturverteilung auf
der Platte 402 zu gewährleisteten,
darf es in der Platte 402 nie zur Überhitzung kommen.
-
Übertragen
auf den Kältekreis
im Fahrzeug bedeutet dies, dass es nicht möglich ist, den Ausgang der
Batteriekühlplatte 402,
analog zur Verschaltung des Klimaverdampfers 404, direkt
vor dem Verdichter 406 einzubringen. Denn im Austritt der
Platte 402 ist immer noch flüssiges Kältemittel vorhanden, so dass
der Verdichter 406 Flüssigkeitsschlägen ausgesetzt
sein und beschädigt
werden würde.
-
Deshalb
wird die Batteriekühlplatte 402 in Reihe
zum Hauptklimaverdampfer 404 geschaltet. Der noch vorhandene
flüssige
Anteil des Kältemittels wird
im Hautklimaverdampfer 404 nachverdampft, so dass Flüssigkeitsschläge am Verdichter 406 verhindert
werden. Der Massenstrom durch die Batteriekühlplatte 404 wird
durch das Ventil 412 mit fester Öffnung bestimmt. Der feste Öffnungsdurchmesser des
Ventils 412 wird durch den größten Lastfall in der Batterie
bestimmt.
-
5 zeigt
eine Batteriekühlplatte 520 nach dem
Stand der Technik. Die Batteriekühlplatte 520 weist
eine Mehrzahl von Kältemittelfluten 526 auf. Die
Kältemittel fluten 526 weisen
einen gemeinsamen Eintritt 532 und einen gemeinsamen Austritt 534 auf.
-
Die
Betriebspunkte für
die Batteriekühlplatte 520 werden
im Kreislauf so eingestellt, dass sich der Operationspunkt der Platte 520 immer
im Nassdampfgebiet befindet und somit das Kältemittel in der Platte 520 immer
dieselbe Temperatur aufweist. Bei der Gestaltung der Strömungsfluten
in der Platte 520 muss also vor allem beachtet werden,
dass das Kältemittel
gleichmäßig in die
Fluten 526 verteilt wird, der Druckverlust in der Platte 520 nicht
zu hoch wird und dass genügend
Fluten 526 zur gleichmäßigen Kühlung der
Platte 520 vorhanden sind. Um eine Gleichverteilung des
Kältemittels
zu gewährleisten bietet
es sich an, das Kältemittel
in einem Punkt 532 in der Platte 520 eintreten
zu lassen, so dass es sich in die einzelnen Fluten 526 in
der Platte 520 verteilen kann. Die Fluten 526 treffen
sich wieder in dem Austrittpunkt 534. Räumlich sind Vor- und Rückströmung relativ
weit voneinander entfernt.
-
Die
in 4 gezeigte Verschaltung der Batteriekühlplatte
im Kältekreis
des Fahrzeuges hat den Nachteil, dass die Batteriekühlung immer
mit der Klimatisierung der Fahrzeugkabine gekoppelt ist. Es ist nicht
möglich
die Batteriekühlplatte
alleine, ohne den Klimaverdampfer zu betreiben. Dies hat vor allem
im Winter enorme Nachteile, denn der Klimaverdampfer wird nur bis
zu bestimmten Außentemperaturen
betrieben, um Vereisung zu verhindern. Konkret bedeutet dies, dass
bei kalten Außentemperaturen
kein Betrieb der Batterie mehr möglich
ist.
-
Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine verbesserte Vorrichtung
zur Kühlung
einer Wärmequelle
eines Kraftfahrzeugs und einen verbesserten Kältemittelkreislauf für ein Kraftfahrzeugs zu
schaffen.
-
Diese
Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 sowie einen Kältemittelkreislauf gemäß Anspruch
11 gelöst.
-
Der
vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine
Kühlmittelplatte
direkt vor einem Verdichter betrieben werden kann, wenn das Kältemittel
im Austritt aus der Kühlmittelplatte
gasförmig
ist. Um eine gleichmäßige Temperaturverteilung auf
der Kühlmittelplatte
zu realisieren werden die Kühlmittelfluten
in der Kühlmittelplatte
erfindungsgemäß so angeordnet,
das Vor- und Rückströmungen direkt
nebeneinander liegen.
-
Vorteilhafterweise
kann die Verschaltung der erfindungsgemäßen Batteriekühlplatte
im Kältekreis so
realisiert werden, dass die Batteriekühlung auch ohne Klimaverdampfer
betrieben werden kann. Die Gestaltung der Batteriekühlplatte
ist dabei für
die sich aus der neuen Verschaltung ergebenen Herausforderungen
für eine
gleichmäßige Zellkühlung ausgelegt.
-
Die
vorliegende Erfindung schafft eine Vorrichtung zur Kühlung einer
Wärmequelle
eines Kraftfahrzeugs, mit einem Kühlkörper, der mehrere Vorströmungsfluten
und mehrere Rückströmungsfluten aufweist,
wobei zumindest eine Mehrzahl der Vorströmungsfluten und Rückströmungsfluten
abwechselnd nebeneinanderliegend in dem Kühlkörper angeordnet sind. Durch
die abwechselnde Anordnung der Vorströmungsfluten und Rückströmungsfluten kann
eine möglichst
gleichmäßige Temperaturverteilung
innerhalb des Kühlkörpers erreicht
werden. Somit kann ein vorbestimmter maximaler Temperaturgradient
auf dem Kühlkörper eingehalten
werden.
-
Beispielsweise
können
die Vorströmungsfluten
und die Rückströmungsfluten
so in dem Kühlkörper angeordnet
sein, dass zwischen benachbarten Vorströmungsfluten mindestens eine
Rückströmungsflut
angeordnet ist. Auch können
die Vorströmungsfluten
und die Rückströmungsfluten
so in dem Kühlkörper angeordnet
sein, dass zwischen benachbarten Rückströmungsfluten mindestens eine
Vorströmungsflut
angeordnet ist. Somit kann gewährleistet
werden, dass ein Temperaturunterschied zwischen Vorströmungsfluten
und Rückströmungsfluten ausgeglichen
wird.
-
Der
Kühlkörper kann
eine Eintrittsöffnung aufweisen,
die mit den Vorströmungsfluten
verbunden ist und eine Mehrzahl von Austrittsöffnungen aufweisen, die jeweils mit
einer der Rückströmungsfluten
verbunden sind. Somit kann ein Überkreuzen
von Vorströmungsfluten
oder Rückströmungsfluten
vermieden werden.
-
Der
Kühlkörper kann
eine Mehrzahl von Verbindungsstellen aufweisen, die ausgebildet
sind, um jeweils eine der Vorströmungsfluten
mit jeweils einer der Rückströmungsfluten
zu verbinden. Dabei können
die Mehrzahl der Verbindungsstellen in einer ersten Hälfte des
Kühlkörpers und
die Eintrittsöffnung und
die Mehrzahl der Austrittsöffnungen
in einer zweiten Seite des Kühlkörpers angeordnet
sein, wobei die erste und die zweite Hälfte einander gegenüberliegen.
Somit können
die Vorströmungsfluten
und die Rückströmungsfluten über eine
möglichst
große Strecke
nebeneinander geführt
werden.
-
Vorteilhafterweise
kann die Vorrichtung ausgebildet sein, um ein Kühlmittel in zumindest teilweise
flüssiger
Form aufzunehmen und das Kühlmittel
in gasförmiger
Form abzugeben. Somit kann der Vorrichtung ein Verdichter nachgeschaltet
werden, ohne dass die Gefahr besteht, dass der Verdichter durch Flüssigkeitsschläge beschädigt wird.
Dazu können die
Rückströmungsfluten
zumindest im Bereich der Austrittsöffnungen jeweils eine Überhitzungszone aufweisen.
-
Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
kann einen Anschlussblock aufweisen, der eine Zuführöffnung und
eine Abführöffnung aufweist
und ausgebildet ist, um die Eintrittsöffnung des Kühlkörpers mit der
Zuführöffnung und
die Mehrzahl von Austrittsöffnungen
des Kühlkörpers mit
der Abführöffnung zu verbinden.
Der Anschlussblock ermöglicht
eine abgestimmte Anbindung des Kühlkörpers an
einen Kühlmittelkreis.
Insbesondere kann der Anschlussblock ausgebildet sein, um das Kühlmittel
gleichmäßig auf
die mehreren Vorströmungsfluten
zu verteilen.
-
Die
vorliegende Erfindung schafft ferner einen Kältemittelkreislauf für ein Kraftfahrzeug,
mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur Kühlung
einer Wärmequelle
eines Kraftfahrzeugs und einem Verdichter, der der Vorrichtung zur
Kühlung
nachgeschaltet ist. Vorteilhafterweise kann der Kältemittelkreislauf
auch ohne einen zusätzlichen
Klimaverdampfer betrieben werden.
-
Gemäß einer
Ausgestaltung weist der Kältemittelkreislauf
einen Klimaverdampfer auf, der parallel zu der Vorrichtung zur Kühlung geschaltet
ist. Durch die Parallelschaltung können die Vorrichtung zur Kühlung und
der Klimaverdampfer unabhängig voneinander
betrieben werden.
-
Gemäß einer
Ausgestaltung kann der Kältemittelkreislauf
ein geregeltes Expansionsventil zur Regelung eines Kühlmittelstroms
durch den Kühlkörper aufweisen.
Beispielsweise kann ein thermisches Expansionsventil eingesetzt
werden. Das geregelte Expansionsventil kann ausgebildet sein, um
den Kühlmittelstrom
abhängig
von einer Temperatur des Kühlmittels
nach Durchströmen
des Kühlkörpers zu regeln.
Somit kann gewährleistet
werden, dass das Kühlmittel
im Austritt gasförmig
ist. Die Regelung ermöglicht
auch eine getaktete Kühlung
der Wärmequelle.
-
Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung kann das Expansionsventil eine Baueinheit
mit dem Kühlkörper bilden.
Somit kann die Anzahl der Teile des Kältemittelkreislaufes reduziert
und die Montage erleichtert werden.
-
Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf
die beiliegenden Zeichnungen näher
erläutert.
Es zeigen:
-
1 eine
Darstellung eines erfindungsgemäßen Kühlmittelkreises;
-
2 eine
Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur Kühlung;
-
3a–3c Darstellungen
eines Anschlussblocks für
die erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur Kühlung;
-
4 eine
Darstellung eines Kühlmittelkreises
gemäß dem Stand
der Technik; und
-
5 eine
Darstellung einer Kühlplatte
gemäß dem Stand
der Technik.
-
In
der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen
Zeichnungen dargestellten und ähnlich
wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche
Bezugszeichen verwendet, wobei eine wiederholte Beschreibung dieser
Elemente weggelassen wird.
-
1 zeigt
einen Kältemittelkreislauf
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. Der Kältemittelkreislauf kann beispielsweise
in einem Kraftfahrzeug zur Kühlung
einer Wärmequelle eingesetzt
werden. Bei der Wärmequelle
kann es sich um einen leistungsfähigen
Energiespeicher, wie zum Beispiel Li-Ionen oder NiMH-Akkumulatoren oder Super-Caps
handeln. Der Kältemittelkreislauf weist
eine Vorrichtung zur Kühlung
der Wärmequelle auf,
die gemäß diesem
Ausführungsbeispiel
als Batteriekühlplatte 102 ausgebildet
ist. Die Batteriekühlplatte 102 ist
parallel zu einem Klimaverdampfer 104 geschaltet. Neben
der Batteriekühlplatte 102 und dem
Klimaverdampfer 104 weist der Kältemittelkreislauf einen Verdichter 106,
einen Kondensator 108, ein erstes thermisches Expansionsventil
(TXV) 112 und ein zweites thermisches Expansionsventil
(TXV) 114 auf.
-
Der
Kältemittelkreislauf
kann von einem Kühlmittel
durchflossen werden. Das erste thermische Expansionsventil 112 ist
in Flussrichtung vor der Batteriekühlplatte 102 angeordnet
und ausgebildet, um einen Durchfluss des Kühlmittels durch die Batteriekühlplatte 102 zu
regeln. Beispielsweise kann das thermische Expansionsventil 112 ausgebildet
sein, um den Durchfluss des Kühlmittels
abhängig
von einer Temperatur des Kühlmittels
ausgangsseitig der Batteriekühlplatte 102 zu
regeln. Die Temperatur des Kühlmittels
kann dazu von einem Temperaturfühler erfasst
und an eine Steuerung des thermischen Expansionsventils 112 bereitgestellt
werden. Das zweite thermische Expansionsventil 114 ist
in Flussrichtung vor dem Klimaverdampfer 104 angeordnet
und ist ausgebildet, um einen Durchfluss des Kühlmittels durch den Klimaverdampfer 104 zu
regeln. Der Verdichter 106 ist im Strömungspfad des Kühlmittels
hinter der Batteriekühlplatte 102 und
dem Klimaverdampfer 104 angeordnet. Ausgangsseitig ist
der Verdichter 106 mit dem Kon densator 108 verbunden. Der
Kondensator 108 ist ausgangsseitig über die Ventile 112, 114 mit
der Batteriekühlplatte 102 und dem
Klimaverdampfer 104 verbunden.
-
Der
Klimaverdampfer 104 ist zum Betrieb des Kühlkreises
nicht erforderlich. Um eine autarke Funktion der Batteriekühlung 102 zu
gewährleisten, darf
die Batteriekühlung 102 nicht
mehr an die Funktion des Klimaverdampfers 104 gekoppelt
sein. Dazu wird die Batteriekühlplatte 102 parallel
zum Klimaverdampfer 104 geschaltet, wie es in 1 gezeigt
ist. Die Regelung des Massenstroms durch die Batteriekühlplatte 102 erfolgt
nun nicht mehr durch ein Ventil mit fester Öffnung (FXV), sondern durch
ein thermisches Expansionsventil 112 welches den Massenstrom
durch die Batteriekühlplatte 102 nach Überhitzung
hinter der Batteriekühlplatte
regelt. Eine solche Regelung kann analog zur Regelung des Klimaverdampfers 104 sein.
-
Bei
der erfindungsgemäßen Verschaltung treten
lokal definierte Überhitzungszonen
(überhitzter Dampf)
im Austrittsbereich der Fluten in der Batteriekühlplatte 102 auf (physikalischer
Effekt). Die Überhitzungen
liegen üblicherweise
im Bereich von 1–10 K.
Auf der Platte 102 wirkt sich der Temperaturgradient im
Kältemittel
aufgrund der Überhitzungszone
direkt auf die Plattentemperatur aus, da in der Regel die Batteriekühlplatte 102 aus
einen sehr gut wärmeleitendem
Material, wie zum Beispiel Aluminium hergestellt wird. Das bedeutet,
es gibt „kalte” und „warme” Zonen
auf der Plattenoberfläche.
Beim Design der Batteriekühlplatten 102 nach
dem Stand der Technik, wie in 5 gezeigt,
kann der geforderte Temperaturgradient auf der Platte von 5 K nicht
mehr eingehalten werden. Die in 5 gezeigte
Platte 520 hat drei Fluten 526 und einen Ein-
und Austrittsbereich 532, 534. Die Vor- und Rückströmung sind
nicht unmittelbar nebeneinander angeordnet, so dass ein Temperaturausgleich
auf der Platte 520 im benötigten Maße nicht stattfinden kann.
-
Deshalb
wird bei der in 1 gezeigten erfindungsgemäßen Verschaltung
der Batteriekühlplatte 102 im
Kältekreislauf
das Design der Kühlplatte 102,
bzw. die Flutenführung
an die Überhitzungszonen
so angepasst, dass eine gleichmäßige Temperaturverteilung
auf der Platte 102 und somit eine gleichmäßige Kühlung der
Zellen, trotz Überhitzung
in der Platte 102 gewährleitet
werden kann.
-
2 zeigt
eine Darstellung einer Vorrichtung zur Kühlung einer Wärmequelle
gemäß einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. Gemäß diesem
Ausführungsbeispiel
ist die Vorrichtung zur Kühlung
als Batteriekühlplatte
für eine Überhitzungsregelung
ausgebildet. Die Batteriekühlplatte weist
einen Kühlkörper 220 auf,
in dem mehrere Vorströmungsfluten 222 und
mehrere Rückströmungsfluten 224 angeordnet
sind. Die Vorströmungsfluten 222 und
Rückströmungsfluten 224 können als
Kanäle
innerhalb des Kühlkörpers 220 ausgebildet
sein, durch die ein zur Kühlung
geeignetes Kühlmittel
strömen
kann. Die Vorströmungsfluten 222 sind über Verbindungsstellen 226 jeweils
mit einer zugeordneten Rückströmungsflut 224 verbunden.
Der Kühlkörper 220 weist
eine Eintrittsöffnung 232 und
eine Mehrzahl von Austrittsöffnungen 234 auf.
Das Kühlmittel
kann über
die Eintrittsöffnung 232 in
den Kühlkörper 220 hinein
und über
die Mehrzahl der Austrittsöffnungen 234 aus
dem Kühlkörper 220 hinaus
strömen.
Insbesondere kann das Kühlmittel über die
Eintrittsöffnung 232 in
die Vorströmungsfluten 222, über die
Verbindungsstellen 226 in die Rückströmungsfluten 224 und
aus den Austrittsöffnungen 234 aus
den Rückströmungsfluten 234 heraus
strömen.
Gemäß diesem
Ausführungsbeispiel
sind die Verbindungsstellen 226 an einem Rand des Kühlkörpers 220 und die
Ein- und Austrittsöffnungen 232, 234 an
einem gegenübeliegenden
Rand des Kühlkörpers 220 angeordnet.
Die Vorströmungsfluten 222 und
die Rückströmungsfluten 224 sind
im Kühlkörper 220 parallel zueinander
geführt.
Die Vorströmungsfluten 222 und die
Rückströmungsfluten 224 sind
dabei jeweils abwechselnd angeordnet, so dass neben einer Vorströmungsflut 222 jeweils
eine Rückströmungsflut 224 angeordnet
ist, und umgekehrt. Im mittleren Bereich des Kühlkörpers 220 sind gemäß diesem
Ausführungsbeispiel
zwei Rückströmungsfluten 224 nebeneinanderliegend
angeordnet.
-
Das
Temperaturniveau des Kältemittels
in den Fluten 222, 224 der Batteriekühlplatte 220 vor der Überhitzungszone
ist aufgrund der Verdampfung des Kältemittels nahezu konstant
und auf jeden Fall niedriger als das Temperaturniveau in der Überhitzungszone.
Die Verschiebung des Dampfdruckes im Kältemittel, durch den Druckverlust
in den Fluten 222, 224 ist bei optimaler Kanalauslegung
zu vernachlässigen.
Um eine Gleichverteilung der Temperatur auf der Plattenoberfläche zu realisieren,
ist es deshalb notwendig die Fluten 222, 224 mit „kalten” Verdampfungszonen
direkt neben „warmen” Überhitzungszonen
anzuordnen, also Vor- und Rückströmung direkt
nebeneinander. Die Temperaturgradienten in der Platte 220 gleichen
sich aus und die Temperatur auf der Plattenoberfläche egalisiert
sich. Eine mögliche
Flutengestaltung ist in 2 gezeigt. Hier sind Vor- und
Rückströmung 222, 224 unmittelbar
nebeneinander angeordnet.
-
Eine
solche Gestaltung der Stromführung
in der Platte 220 führt
einen komplexen Anschlussblock mit sich (gezeigt in den 3a–3c).
Der Eintritt in die Platte 220 erfolgt gemäß dem in 2 gezeigten
Ausführungsbeispiel
in einem Punkt 232. Der Punkt 232 sollte möglichst
symmetrisch zur Flutenführung 222 angeordnet
sein, um eine optimale, gleichmäßige Aufteilung
des am Eintritt der Platte 220 zweiphasigen Kältemittels
(Dampf und Flüssigkeit)
in die einzelnen Fluten 222 in der Platte 220 zu gewährleisten.
Ist eine symmetrische Anordnung aus Bauraumgründen nicht möglich, so
sind die Fluten 222, 224 in der Platte 220 in
ihrem Querschnitt entsprechend anzupassen. Eine gleichmäßige Aufteilung
des Kältemittels
ist sehr wichtig für
eine gleichmäßige, homogene
Temperaturverteilung. Ist keine gleichmäßige Verteilung des Kältemittels
gegeben, kann dies in ungewünschten,
undefinierten Überhitzungszonen
resultieren.
-
Der
Austritt des Kältemittels
kann bei diesem Plattendesign nun nicht mehr in einem Punkt zusammengefasst
werden, ohne dass sich Fluten 224 überschneiden würden. Deshalb
weist die Platte 220 mehrere Austrittspunkte 224 des
Kältemittels
auf, die sich erst im Anschlussblock wieder vereinen. Mehrere Ausgänge 234 auf
der Platte 220 haben keinen Nachteil auf die Gleichverteilung,
da das Kältemittel im
Austritt immer einphasig (gasförmig)
ist.
-
Ein
weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Flutenanordnung zeigt sich,
wenn die Kühlung
der Platte 220 nicht kontinuierlich erfolgt, sondern die Kühlung im
ON/OFF-Betrieb betrieben wird (Taktung). Das Prinzip der Taktung
sieht vor, die Batterie so lange nicht zu kühlen bis die Zellen eine bestimmte
kritische Tempera tur erreicht haben. Haben die Zellen die kritische
Temperatur erreicht, wird die Kühlung
angeschaltet und die Zellen werden gekühlt und zwar solange, bis eine
minimale Temperatur erreicht wird. In der Regel liegt der optimale
Temperaturbereich für
die Zelle zwischen 30°C
und 40°C.
Die getaktete Einspritzung des Kältemittels
ermöglicht
es, die Zellen immer in diesem optimalen Temperaturbereich zu halten.
-
Wird
Kältemittel
in die „aufgeheizte” Platte 220 eingespritzt,
so fängt
das Kältemittel
zuerst im Eintrittsbereich an zu verdampfen und zu überhitzen. Die Überhitzungsfront
schiebt sich immer weiter Richtung Plattenaustritt 234,
bis ein stationärer
Zustand erreicht wird. Bis der stationäre Zustand erreicht wird, ist
der Temperaturgradient im Kältemittel oftmals
größer als
10 K. Die Stromführung
in der Platte 220 mit Vor- und Rückströmung 222, 224 direkt
nebeneinander, ermöglicht
es diese hohen Temperaturgradienten auszugleichen und abzumildern.
Somit ist ein autarker Betrieb der Batteriekühlung möglich und das Flutendesign
gleicht Temperaturgradienten aus Überhitzungsregelung und/oder
getakteter Einspritzung des Kältemittels,
in der Plattenoberfläche
aus. Die erfindungsgemäße Batteriekühlplatte
ist für Überhitzungsregelung
und Taktung geeignet.
-
Die 3a–3c zeigen
unterschiedliche Darstellungen eines Anschlussblockes gemäß einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. Der Anschlussblock ist geeignet, um
den in 2 gezeigten Kühlkörper an
den in 1 gezeigten Kältemittelkreislauf
anzuschließen.
Insbesondere ist der Anschlussblock ausgebildet, um das einströmende Kühlmittel
gleichmäßig auf
die mehreren Vorströmungsfluten
des Kühlkörpers zu
verteilen.
-
3a zeigt
eine Ansicht des Anschlussblockes mit einer Zuführöffnung 342 und einer
Abführöffnung 344.
Gemäß diesem
Ausführungsbeispiel
ist der Anschlussblock quaderförmig
ausgebildet und die Zuführöffnung 342 und
die Abführöffnung 344 sind
nebeneinander auf einer Oberfläche
des Anschlussblocks angeordnet. Die Zuführöffnung 342 bildet
einen Eintritt und die Abführöffnung 344 bildet
einen Austritt für
das durch den Kühlkörper strömende Kühlmittel.
Dazu weist der Anschlussblock Kanäle auf, die ausgebildet sind,
um die Zuführöffnung 342 mit
der Eintrittsöffnung
des Kühlkörpers und
die Abführöffnung 344 mit
den Austrittsöffnungen
des Kühlkörpers zu
verbinden. Dazu führen
gemäß diesem Ausführungsbeispiel
von der Zuführöffnung 342 und der
Abführöffnung 344 jeweils
Kanäle
senkrecht in den Anschlussblock hinein. Der mit der Abführöffnung 344 verbundene
Kanal ist mit einem weiteren horizontalen Kanal innerhalb des Anschlussblocks verbunden,
um eine Verbindung zu der Mehrzahl der Austrittsöffnungen des Kühlkörpers herzustellen.
-
3b zeigt
eine Draufsicht auf den in 3a gezeigten
Anschlussblock.
-
3c zeigt
einen Querschnitt durch den Anschlussblock entlang der in 3a gezeigten Schnittlinie
A-A. Die Abführöffnung 344 weist
in einem dem Kühlkörper zugewandten
Bereich eine Ausdehnung des Durchmessers auf.
-
Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
zur Kühlung
kann zur Kühlung
anderer als der beschriebenen Wärmequellen
eingesetzt werden. Der Kühlkörper kann
in seiner Form an die Wärmequellen
angepasst sein. Insbesondere kann eine Oberfläche des Kühlkörpers einer zu kontaktierenden
Oberfläche
der Wärmequelle
nachgebildet sein. Abhängig
von der Form des Kühlkörpers kann
die Anordnung der Fluten angepasst werden. Dabei wird vorzugsweise
eine abwechselnde Anordnung der Vorströmungsfluten und Rückströmungsfluten
beibehalten. Die Fluten können
in einzelne Gruppen zusammengefasst sein. Insbesondere im Übergangsbereich
zwischen zwei Gruppen kann es zu einer Abweichung der abwechselnden
Anordnung kommen, so dass vereinzelt zwei Vorströmungsfluten oder zwei Rückströmungsfluten nebeneinander
angeordnet sein können.
Abhängig von
den Gegebenheiten kann auch eine abwechselnde Anordnung von beispielsweise
jeweils zwei Vorströmungsfluten
und jeweils zwei Rückströmungsfluten
möglich
sein. Solche Variationen in der abwechselnden Anordnung sind erfindungsgemäß möglich, solange
die gewählte
abwechselnde Anordnung einen Ausgleich des Temperaturunterschieds
zwischen Verdampfungszonen und Überhitzungszonen ermöglicht.
Die Eintritts- und Austrittsöffnungen
können
an anderen Stellen des Kühlkörpers angeordnet werden
und in ihrer Anzahl variiert werden. So können mehr als eine Eintrittsöffnung vorgesehen
werden oder einzelne Rückströmungsfluten
eine gemeinsame Austrittsöffnung
aufweisen.