DE102009039392A1

DE102009039392A1 - Vorrichtung zur Temperierung, insbesondere Luftkühlung einer Vielzahl von Gegenständen, insbesondere Einzelbatterien einer Stromversorgungseinheit für Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE102009039392A1
Application number: DE102009039392A
Authority: DE
Inventors: Johann German; Robert MÖLLER
Original assignee: MOELLER SCHWACHSTROMGERAETE INHABERIN CLAUDIA MOELLER EK; Moeller Schwachstromgeraete Inhaberin Claudia Moeller E K; Moller Schwachstromgerate Inhaberin Claudia Moller Ek
Current assignee: MOELLER SCHWACHSTROMGERAETE INHABERIN CLAUDIA MOELLER EK; Moeller Schwachstromgeraete Inhaberin Claudia Moeller E K; Moller Schwachstromgerate Inhaberin Claudia Moller Ek
Priority date: 2009-08-31
Filing date: 2009-08-31
Publication date: 2011-04-07

Abstract

Eine Vorrichtung zur Temperierung, insbesondere Luftkühlung, einer Vielzahl von Gegenständen, insbesondere Einzelbatterien einer Stromversorgungseinheit für Kraftfahrzeuge, bestehend aus - einem Gehäuse (1), - einer innerhalb des Gehäuses angeordneten, die Gegenstände (8) aufnehmenden Temperierungskammer, - einem Lufteinlass, - einem Luftauslass, und - mindestens einem an den Lufteinlass und/oder an den Luftauslass angeschlossenen Gebläse, ist gekennzeichnet durch zwei sich mit Abstand gegenüberliegende, die Temperierungskammer begrenzende Luftverteilerplatten (9; 10), von denen jede eine Vielzahl von einerseits an den Lufteinlass angeschlossenen Lufteinlassöffnungen (9.1) und andererseits an den Luftauslass angeschlossenen Luftauslassöffnungen (9. 2) hat.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Temperierung, insbesondere Luftkühlung, einer Vielzahl von Gegenständen, insbesondere Einzelbatterien einer Stromversorgungseinheit für Kraftfahrzeuge, bestehend aus

– einem Gehäuse,
– einer innerhalb des Gehäuses angeordneten, die Gegenstände aufnehmenden Temperierungskammer,
– einem Lufteinlass,
– einem Luftauslass, und
– mindestens einem an den Lufteinlass und/oder an den Luftauslass angeschlossenen Gebläse.

In der DE 601 24 634 T2 (ex EP 1 178 558 ) ist als zum Stand der Technik gehörend ein Kühlsystem für eine Stromversorgungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug beschrieben. Dieses Kühlsystem umfasst ein eine Vielzahl von Einzelbatterien aufnehmendes Gehäuse mit im Bereich des Gehäusebodens angeordneten Lufteinlässen und an der Oberseite des Gehäuses befindlichen Luftauslässen. Um eine möglichst gleichförmige Kühlung der Einzelzellen zu gewährleisten, sind innerhalb des Gehäuses Kühlungseinstellrippen derart angeordnet, dass die Geschwindigkeit der Kühlluft von der Gehäuseunterseite zur Gehäuseoberseite hin größer wird.
Eine weitere in dieser Druckschrift behandelte Stromversorgungseinrichtung enthält eine Vielzahl von in oberen und unteren Reihen angeordneten Einzelbatterien, die in einen eine Vielzahl von Luftspalten enthaltenden Block derart eingefügt sind, dass um die Einzelbatterien Luftkanäle für die Einzelbatterien umströmende Kühlluft gebildet sind. Die Kühlluft strömt in einen im Bereich der Oberseite des Blocks befindlichen Lufteinlasskanal ein, an den die Luftspalte und damit die die Einzelbatterien umgebenden Kühlkanäle angeschlossen sind. Die Kühlluft durchströmt im wesentlichen in „Parallelschaltung” den die Einzelbatterien aufnehmenden Block und verlässt diesen Block durch einen Luftauslasskanal, der im wesentlichen parallel zu dem Lufteinlasskanal verläuft. Abgesehen davon, dass der Block mit den die Einzelbatterien umgebenden Kühlkanäle in konstruktiver Hinsicht sehr aufwändig ist, ist auch hier keine gleichmäßige Kühlung aller Einzelbatterien gewährleistet, wenn mehrere Reihen von Einzelbatterien in dem Block zwischen dem Lufteinlasskanal und dem Luftauslasskanal angeordnet sind.
In der DE 102 02 807 B4 ist zur Temperierung von Hochleistungs-Sekundärbatterien für Fahrzeuganwendungen eine Vorrichtung beschrieben, bei der Einzelbatterien bzw. Einzelzellen jeweils für sich Kanäle aufweisen, durch die ein Wärme transportierendes Medium strömt, was zu einem hohen konstruktiven Aufwand im Bereich der Einzelbatterien bzw. Einzelzellen führt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs geschilderten Art zu verbessern, um insbesondere innerhalb der Temperierungs- bzw. Kühlkammer eine gleichmäßige Temperatur der Temperier- bzw. Kühlluft zu erhalten.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist die erfindungsgemäße Vorrichtung gekennzeichnet durch zwei sich mit Abstand gegenüberliegende, die Temperierungskammer begrenzende Luftverteilerplatten, von denen jede eine Vielzahl von einerseits an den Lufteinlass angeschlossenen Lufteinlassöffnungen und andererseits an den Luftauslass angeschlossenen Luftauslassöffnungen hat. Mit einer derartigen Ausgestaltung wird erreicht, dass die durch die beiden Luftverteilerplatten in die Kühl- bzw. Temperierkammer eintretenden Luftströmungen aufeinanderprallen und kollidieren, wodurch eine Vergleichmäßigung der in der Kühl- bzw. Temperierkammer herrschenden Temperatur gewährleistet wird.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen behandelt.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher beschrieben.
1 ist eine perspektivische Gesamtansicht des Gehäuses ohne Lufteinlass- und Luftauslasstrichter;
2 zeigt eine Explosionsdarstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
3 zeigt eine Detailansicht entsprechend dem Ausschnitt A von 1;
4 ist eine Draufsicht auf das Gehäuse gemäß 1;
5 ist eine Schnittansicht in Richtung der Pfeile V-V in 4;
6 ist eine Seitenansicht einer Luftverteilerplatte;
7 ist eine Seitenansicht eines Pakets von übereinanderliegenden Zuluft- und Abluftkanälen;
8 ist eine Stirnansicht in Richtung des Pfeiles VIII-VIII in 7.
Das in 1 in isometrischer Gesamtdarstellung dargestellte Gehäuse 1 besteht aus einer Bodenplatte 2, zwei Seitenwänden 3 und 4, einer Zuluftverteilerplatte 5 und einer Abluftplatte 6 sowie einem Deckel 7. In dem Gehäuse 1 ist eine Vielzahl von Einzelbatterien (Zellen) 8 untergebracht. Zur genauen Positionierung und Fixierung der Einzelbatterien 8 ist die Bodenplatte 2 mit Einbuchtungen 2.1 versehen, und der Deckel 7 hat Öffnungen 7.1 zum abdichtenden Einschieben der oberen Enden der Einzelbatterien 8.
In dem Gehäuse 1 sind mit Abstand von den Seitenwänden 3, 4 Luftverteilerplatten 9 und 10 angeordnet. Diese Luftverteilerplatten 9 und 10 sind mit ihrem unteren Rand in an der Oberseite der Bodenplatte 2 angebrachte Schlitze 2.2 und mit ihren Seitenrändern in an den Innenseiten der Zuluftverteilerplatte 5 und der Abluftplatte 6 angeordneten Schlitze eingesetzt, von denen in 2 nur einer der Schlitze 6.1 der Abluftplatte 6 sichtbar ist.
Der Deckel 7 kann in nicht sichtbarer Weise ebenfalls mit an seiner Unterseite befindlichen Schlitzen zur Aufnahme der oberen Ränder der Luftverteilerplatten 9 und 10 versehen sein.
Die Luftverteilerplatten 9 und 10 sind gemäß 6 mit einer Vielzahl von einerseits in seitlichem Abstand voneinander liegenden und andererseits reihenweise übereinander angeordneten Öffnungen versehen.
Ausgehend von der Anordnung gemäß 2 zeigt 6 die Luftverteilerplatte 9, bei der die in der untersten Zeile befindlichen Öffnungen Lufteinlassöffnungen 9.1 und die in der obersten Zeile befindlichen Öffnungen Luftauslassöffnungen 9.2 sind. Gemäß 6 wechseln sich von unten nach oben jeweils Zeilen mit Lufteinlassöffnungen 9.1 mit Luftauslassöffnungen 9.2 ab.
Die Luftverteilerplatte 10 hat in der untersten Zeile Luftauslassöffnungen 9.2 und in der obersten Zeile die Lufteinlassöffnungen 9.1, wobei die Zeilen mit Lufteinlassöffnungen und Luftauslassöffnungen sich jeweils abwechseln.
Zwischen den Seitenwänden 3 und 4 und den Luftverteilerplatten 9 und 10 sind Pakete von übereinanderliegenden Zuluftkanälen 11 und Abluftkanälen 12 untergebracht, derart, dass die Zuluftkanäle 11 den Lufteinlassöffnungen 9.1 und die Abluftkanäle 12 den Luftauslassöffnungen 9.2 der Luftverteilerplatte 9 gegenüberliegen.
Diese Pakete 20 von Zuluftkanälen 11 und Abluftkanälen 12 bestehen aus deckungsgleich mit Abstand übereinanderliegenden Materialstreifen 13. Zwischen benachbarten Materialstreifen 13 und anschließend an die oberen und unteren Materialstreifen 13 jedes Pakets 20 sind senkrecht zu diesen Materialstreifen Leitbleche 14.1 und 14.2 angeordnet, die abwechselnd in entgegengesetzten Richtungen diagonal von der Zuluftverteilerplatte 5 in Richtung der Abluftplatte 6 verlaufen, wie es weiter unten noch ausführlicher beschrieben wird.
Zur Positionierung der Pakete 20 sind die außenliegenden Leitbleche 14.1 bzw. 14.2 vorzugsweise in Schlitze eingesetzt, die an der Oberseite der Bodenplatte 2 und an der Unterseite des Deckels 7 angebracht sind.
Die Zuluftverteilerplatte 5 ist für jedes Paket 20 von Zuluft- und Abluftkanälen 11 bzw. 12 mit übereinanderliegenden und in die Zuluftkanäle 11 mündenden Zuluftöffnungen 5.1 versehen. Die Abluftplatte 6 ist mit den Abluftkanälen 12 gegenüberliegenden Abluftöffnungen 6.1 versehen. Die Zuluftverteilerplatte 5 hat zwischen den Zuluftöffnungen 5.1 Wandabschnitte, von denen die zwischen den Zuluftkanälen 11 liegenden Abluftkanäle 12 verschlossen sind. Die Ablauftplatte 6 hat zwischen den Abluftöffnungen 6.1 befindliche Wandabschnitte, von denen die zwischen den Abluftkanälen 12 liegenden Zuluftkanäle 11 verschlossen sind.
Von den diagonal verlaufenden Leitblechen 14.1 wird der Querschnitt der sich die an die Zuluftöffnungen 5.1 anschließenden Zuluftkanäle 11 in Richtung der Abluftplatte 6 kontinuierlich bis zu einem Querschnitt im Bereich von Null verringert. Mittels der die Abluftkanäle 9.2 begrenzenden Leitbleche 14.2 vergrößern sich die Querschnitte der Abluftkanäle 12 kontinuierlich von einem Wert von Null von der Zuluftverteilerplatte 12 zu einem maximalen Öffnungswert in Richtung der Abluftplatte 6 bis zu deren Abluftöffnungen 6.1.
Vor die Zuluftverteilerplatte 5 ist ein Lufteinlasstrichter 15 angesetzt, der eine zentrale Öffnung 15.1 zum Anschließen eines nicht dargestellten Gebläses aufweist.
An die Abluftplatte 6 ist ein Luftauslasstrichter 16 angesetzt, der eine zentrale Öffnung 16.1, beispielsweise zum Anschließen eines nicht dargestellten Sauggebläses hat. An die Öffnungen 15.1 und 16.1 kann ggf. auch ein in die Atmosphäre mündender Schlauch angeschlossen sein.
Mittels des Lufteinlasstrichters 15 können beide Reihen von Zuluftöffnungen 5.1 gleichzeitig mit Zuluft, beispielsweise Kühlluft, beaufschlagt werden. Ähnliches gilt für den Luftauslasstrichter 16.1, in den die Abluft aus beiden Reihen von Abluftkanälen 12 und Abluftöffnungen 6.1 einmünden. Es besteht auch die Möglichkeit, beide Reihen von Zuluftöffnungen 5.1 gesondert mit Druckluft zu beaufschlagen. Ähnliches gilt auch für die Abluftöffnungen 6.1.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kennzeichnet sich dadurch aus, dass innerhalb der die Einzelbatterien 8 aufnehmenden Temperier- bzw. Kühlkammer die durch die Luftverteilerplatten 9 und 10 eintretende Luft wie in 5 durch die Pfeile dargestellt strömen und in Kollision kommen, wodurch es zu einer Verwirbelung der Luft kommt, die somit zwangsweise vor dem Weiterströmen in der Kammer verweilt und dadurch eine höhere Wärmemenge aufnehmen kann.
Das Kernmerkmal der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, dass zwei sich mit Abstand gegenüberliegende, die Temperierungs- bzw. Kühlkammer begrenzende Luftverteilerplatten 9, 10 eine Vielzahl von sowohl an einen Lufteinlass angeschlossenen Lufteinlassöffnungen 9.1 als auch an einen Luftauslass angeschlossene Luftauslassöffnungen 9.2 haben, derart, dass durch beide sich gegenüberliegende Luftverteilerplatten 9, 10 gleichzeitig Temperierungs- bzw. Kühlluft in die Kühlungs- bzw. Temperierungskammer eingeleitet wird, so dass es zu einer Kollision der eingeführten Luftströme und damit zu einer außerordentlich intensiven Verwirbelung der Luft kommt, wodurch eine gleichmäßige Temperaturverteilung innerhalb der Temperier- bzw. Kühlkammer gewährleistet wird.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist auch dazu geeignet, mittels Warm- oder Heißluft in der Temperierungskammer befindliche Gegenstände zu erwärmen.
Die Einzelbatterien bzw. Einzelzellen sind sowohl in Längsrichtung als auch in Querrichtung in einem solchen Abstand voneinander angeordnet, dass sich miteinander kollidierende Luftströmungen ausbilden können.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 60124634 T2 [0002]
EP 1178558 [0002]
DE 10202807 B4 [0004]

Claims

Vorrichtung zur Temperierung, insbesondere Luftkühlung, einer Vielzahl von Gegenständen, insbesondere Einzelbatterien einer Stromversorgungseinheit für Kraftfahrzeuge, bestehend aus – einem Gehäuse (1), – einer innerhalb des Gehäuses angeordneten, die Gegenstände (8) aufnehmenden Temperierungskammer, – einem Lufteinlass, – einem Luftauslass, und – mindestens einem an den Lufteinlass und/oder an den Luftauslass angeschlossenen Gebläse, gekennzeichnet durch zwei sich mit Abstand gegenüberliegende, die Temperierungskammer begrenzende Luftverteilerplatten (9; 10), von denen jede eine Vielzahl von einerseits an den Lufteinlass angeschlossenen Lufteinlassöffnungen (9.1) und andererseits an den Luftauslass angeschlossenen Luftauslassöffnungen (9.2) hat.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in den Luftverteilerplatten (9 bzw. 10) die Lufteinlassöffnungen (9.1) nebeneinander in mehreren übereinander angeordneten Zeilen liegen und die Luftauslassöffnungen (9.2) ebenfalls nebeneinander in mehreren übereinander angeordneten Zeilen liegen, und dass die Lufteinlassöffnungen (9.1) und die Luftauslassöffnungen (9.2) jeweils abwechselnd übereinander liegen.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass an den Außenseiten der Luftverteilerplatten (9; 10) – jeder Zeile von Lufteinlassöffnungen (9.1) ein an den Lufteinlass angeschlossener Zuluftkanal (11) und – jeder Zeile von Luftauslassöffnungen (9.2) ein an den Luftauslass angeschlossener Abluftkanal (12) gegenüber liegt.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuluftkanäle (11) und die Abluftkanäle (12) jeweils abwechselnd übereinanderliegend angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Zeile von Lufteinlassöffnungen (9.1) im Bereich der einen Luftverteilerplatte (9) im Bereich der gegenüberliegenden Luftverteilerplatte (10) eine Zeile von Luftauslassöffnungen (9.2) gegenüberliegt.
Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5 gekennzeichnet durch – eine dem Lufteinlass zugeordnete Zuluftverteilerplatte (5) mit den Zuluftkanälen (11) gegenüberliegenden Zuluftöffnungen (5.1) und – eine dem Luftauslass zugeordnete Abluftplatte (6) mit den Abluftkanälen gegenüberliegende Abluftöffnungen (6.1).
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuluftverteilerplatte (5) – zwischen den Zuluftöffnungen (5.1) befindliche Wandabschnitte hat, von denen die zwischen den Zuluftkanälen (11) liegenden Abluftkanäle (12) verschlossen sind, und dass die – Abluftplatte (6) zwischen den Abluftöffnungen (6.1) befindliche Wandabschnitte hat, von denen die zwischen den Abluftkanälen (12) liegenden Zuluftkanäle (11) verschlossen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuluftverteilerplatte (5) und die Abluftplatte (6) senkrecht zu den Luftverteilerplatten (9; 10) angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der Zuluftkanäle (11) von der Zuluftverteilerplatte (5) in Richtung der Abluftplatte (6) kleiner wird.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der Zuluftkanäle (11) in Richtung zur Abluftplatte (6) auf den Wert Null abnimmt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der Abluftkanäle (12) von der Abluftplatte (6) in Richtung zur Zuluftverteilerplatte (5) kleiner wird.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der Abluftkanäle (6) in Richtung zur Zuluftverteilerplatte auf den Wert Null abnimmt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuluftkanäle (11) und Abluftkanäle (12) zu einem Paket (20) von mehreren, im wesentlichen deckungsgleich mit Abstand übereinanderliegenden Materialstreifen (13) zusammengefasst sind, und dass zwischen benachbarten Materialstreifen (13) und anschließend an die oberen und unteren Materialstreifen (13) des Pakets (20) senkrecht zu diesen Materialstreifen (13) angeordnete Leitbleche (14.1; 14.2) liegen, die abwechselnd in entgegengesetzten Richtungen diagonal von der Zuluftverteilerplatte (5) in Richtung der Abluftplatte (6) verlaufen.