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Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung für eine Fahrzeugantriebsbatterie mit mehreren nebeneinander angeordneten Batteriezellen. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Fahrzeugantriebsbatteriebaugruppe mit einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung.
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Fahrzeugantriebsbatterien für reine Elektro-, Brennstoffzellen- oder Hybridfahrzeuge stehen im Zentrum der Entwicklungen von alternativ angetriebenen Fahrzeugen. Die Lebensdauer der Batterie hängt sehr stark von der Temperaturbelastung der Batteriezellen während des Lade- und Entladevorgangs ab. Dies betrifft insbesondere Lithium-Ionen-Batterien und NiMH-Batterien. Es muss, um die Leistungsfähigkeit der Batterie beizubehalten, vermieden werden, dass die Batteriezellen über ihre Maximaltemperatur von 45°C bis 60°C erwärmt werden oder sich selbst erwärmen.
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Eine weitere Ursache für die Reduzierung der Dauerleistungsfähigkeit ist eine inhomogene Temperaturverteilung von Zelle zu Zelle. Dabei muss vermieden werden, dass zwischen den Zellen eine Temperaturdifferenz von mehr als 5°C auftreten kann. Zu beachten ist in diesem Zusammenhang, dass die Zellen üblicherweise in Reihe geschaltet werden, sodass eine defekte Zelle einen Totalausfall der Batterie verursachen kann.
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Die Erfindung betrifft insbesondere eine Kühlvorrichtung für eine Fahrzeugantriebsbatterie sowie eine Fahrzeugantriebsbatteriebaugruppe, die zylindrische, insbesondere quaderförmige Batteriezellen aufweisen. Die neuartigen quaderförmigen Batteriezellen zeichnen sich dadurch aus, dass ihr Packvolumen sehr gering ist, verglichen mit den bislang üblichen kreiszylindrischen Batteriezellen.
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Während bei den kreiszylindrischen Batteriezellen lamellenförmige Kühlbleche um die Mantelfläche herum geführt sind, um einen möglichst großen Teil der Mantelfläche zu kühlen, ist bei den quaderförmigen Batteriezellen eine Kühlung an einer der Flachseiten, insbesondere an einer Stirnwand der Batterie ausreichend.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine vereinfacht aufgebaute, möglichst leicht bauende und vor allem leistungsfähige Kühlvorrichtung für eine Fahrzeugantriebsbatterie zu schaffen sowie eine Fahrzeugantriebsbatteriebaugruppe, welche sich aufgrund der guten Batteriekühlung durch eine hohe Dauerleistungsfähigkeit auszeichnet.
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Dies wird durch eine Kühlvorrichtung für eine Fahrzeugantriebsbatterie mit mehreren nebeneinander angeordneten, insbesondere quaderförmigen Batteriezellen erreicht, die eine Mantelfläche, eine obere Stirnwand und eine untere Stirnwand aufweisen. Die Fahrzeugantriebsbatterie für die Kühlvorrichtung hat eine im Wesentlichen flache Unterseite. Die Kühlvorrichtung selbst umfasst wenigstens einen Kühlboden, welcher an der Unterseite der Batterie flächig anliegt, mindestens eine Kühlmittelleitung, mindestens eine wärmeleitende Kontaktplatte zum Kontakt mit der Unterseite der Batterie und mindestens ein Trägerbauteil aufweist, welches eine niedrigere Wärmeleitfähigkeit als die Kontaktplatte besitzt und welches eine Halterung für die Kühlmittelleitung und die Kontaktplatte bildet. Der Kühlboden ist zur Unterseite der Batterie federelastisch ausgebildet, sodass die Kontaktplatte flächig und vorgespannt an der Unterseite anliegen kann.
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Die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung umfasst einen Kühlboden, der insbesondere zur Kühlung der unteren Stirnwände von Batteriezellen verwendet wird, was jedoch nicht einschränkend der Fall ist. Genauso gut könnten auch Abschnitte der flachen Mantelflächenabschnitte dem Kühlboden zugewandt sein. Der Begriff „unten” ist folglich auf einen horizontal ausgerichteten Kühlboden bezogen, auf dem die Batterie aufliegt. Die gekühlte aufliegende Seite der Batterie ist dann die Unterseite. Wichtig ist, dass der Kühlboden selbst federelastisch ausgebildet ist, damit die Kontaktplatte möglichst vollflächig an der Batterie anliegen kann. Bisherige Lösungen verwendeten oftmals unflexible Platten, sodass aufgrund der Toleranzen wärmeisolierende Luftspalte auftreten konnten, die die Kühlwirkung erheblich herabsetzen. Durch die federelastische Ausbildung des Kühlbodens wird dies wirksam verhindert. Der Kühlboden ist sehr einfach aufgebaut, denn er hat ein Trägerbauteil, eine Kühlmittelleitung sowie die Kontaktplatte, über die die Wärme unmittelbar zum Kühlfluid in der Kühlmittelleitung geführt wird. Das Trägerbauteil hat eine relativ niedrige Wärmeleitfähigkeit, auf jeden Fall eine niedrigere als die Kontaktplatte, und wirkt somit isolierend, wodurch sie beispielsweise aus Kunststoff kostengünstig und vor allem leichtbauend hergestellt werden kann.
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Der Kühlboden sollte eine vorgefertigte, selbsttragende Einheit sein.
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Die Kontaktplatte ist gemäß einer Ausführungsform ein umgeformtes Blech, vorzugsweise aus Aluminium oder Kupfer.
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Die Kontaktplatte kann eine erste Kontaktzone zur Wärmeübertragung zur Kühlmittelleitung sowie mindestens eine zweite Kontaktzone zur Wärmeübertragung von der Fahrzeugantriebsbatterie aufweisen. Im Bereich der ersten Kontaktzone umgreift das Blech die Kühlmittelleitung abschnittsweise. Die Wärme wird von der Kontaktplatte in die Kühlmittelleitung übertragen, wobei diese beiden Teile nicht zwingend einstückig miteinander verbunden sein müssen, sondern auch aus mehreren Teilen zusammengesetzt werden können. Indem jedoch die Kontaktplatte die Kühlmittelleitung abschnittsweise umgreift, ergibt sich eine große Wärmeübertragungsfläche, sodass eine schnelle Wärmeübertragung von der Kontaktplatte auf die rohrförmige Kühlmittelleitung ermöglicht wird.
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Vorzugsweise, was jedoch nicht zwingend der Fall sein muss, ist ausschließlich eine formschlüssige Verbindung zwischen der Kontaktplatte und der Kühlmittelleitung vorgesehen.
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Die Form der Kontaktplatte ist insbesondere der Form der Kühlmittelleitung exakt angepasst, sodass eine vollflächige Kontaktzone entsteht.
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Um minimale Luftspalte zu verhindern, kann alternativ zwischen der Kontaktplatte und der Kühlmittelleitung eine Wärmeleitpaste vorgesehen sein.
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Die Kontaktplatte kann als elastisch verformbare Platte ausgeführt sein, um sich der Form der Unterseite der Batterie optimal anpassen zu können.
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In diesem Zusammenhang sind mehrere unterschiedliche Konzepte denkbar. Zum einen kann das Trägerbauteil selbst starr ausgeführt sein, sodass die Elastizität des Kühlbodens ausschließlich durch die elastische Kontaktplatte erzielt wird ist. Alternativ hierzu wäre es auch möglich, die Kontaktplatte relativ starr und das Trägerbauteil elastisch auszuführen. Bei dieser Variante würde die Federelastizität durch das vorgespannt gegen die Unterseite der Batterie drückende, elastische Trägerbauteil erreicht werden. Eine weitere Idee wäre, sowohl die Kontaktplatte als auch das Trägerteil elastisch auszuführen, sodass beide Teile für die Elastizität des Kühlbodens und für das Anschmiegen des Kühlbodens an die Batterie verantwortlich sind.
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Die Elastizität der Kontaktplatte im Bereich ihrer Kontaktzone mit der Unterseite kann dadurch zustande kommen, dass die Kontaktplatte relativ zur Unterseite angewinkelt verläuft, und zwar in einem Winkel von 0,5° bis 10°, vorzugsweise 1 bis 2° zur Unterseite, wenn die Batterie horizontal ausgerichtet ist. Durch dieses Abwinkeln ergibt sich eine Art Federwirkung, ähnlich einer leicht nach oben abgestellten Blattfeder. Diese Blattfeder hat den ersten Kontakt mit der Unterseite an ihrem höchsten Punkt und federnd dann mit weiterer Vorspannung nach unten ein, wobei dabei die Kontaktfläche stetig zunimmt. Diese Ausführungsform sichert auf einfache Weise eine vollflächige Kontaktierung der Unterseite der Batterie.
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Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht in diesem Zusammenhang vor, dass mittig zur Kontaktplatte die Kühlmittelleitung und die Kontaktplatte selbst von der Mitte aus beidseits abgewinkelt in Richtung Unterseite verläuft. Dadurch ergibt sich eine leichte V-Form. Die Kontaktplatte erhält damit zwei „Flügel”, durch die die gesamte Auflagefläche vergrößert wird.
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Die Kontaktplatte kann mit ihrer Vorder- oder Rückseite vorzugsweise elastisch vorgespannt an der Kühlmittelleitung anliegen. Dabei ist es möglich, dass die Elastizität des Kühlbodens, wenn dieser gegen die Unterseite gedrückt wird, auch eine Anpresskraft zwischen der Kontaktplatte und der Kühlmittelleitung hervorruft, sodass auch hier eine vollflächige, sichere Kontaktierung ermöglicht wird.
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Zur optimierten Positionierung der Kontaktplatte kann diese mindestens eine rückseitig abgewinkelte Zunge aufweisen, die in eine Lagerung im Trägerbauteil eingreift und dort verschiebbar geführt ist.
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Diese Zunge kann optional durchgängig entlang der gesamten Länge der Kontaktplatte verlaufen oder nur abschnittsweise.
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Als Lagerung im Trägerbauteil kann ein Schlitz oder können mehrere Schlitze ausgeführt sein, in die die Zunge hineinragt. Vorzugsweise erstreckt sich die Zunge in Einfederrichtung, das heißt im Wesentlichen senkrecht zur Unterseite der Batterie.
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Über die Zunge kann auch ein Anschlag für die Kontaktplatte realisiert werden, nämlich v. a. in Richtung vertikal nach oben, das heißt in Richtung zur Unterseite der Batterie, und/oder auch nach unten. Hierbei muss ein formschlüssiger Anschlag zwischen Zunge und Trägerbauteil in der entsprechenden Richtung ausgeführt sein. Ein Beispiel für einen solchen Anschlag wäre ein seitlicher Vorsprung an der Zunge, zum Beispiel durch Umbiegen des Zungenrandes, wobei der Vorsprung einen Hinterschnitt im Trägerbauteil hintergreift.
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Über die Zunge kann auch die Kontaktplatte am Trägerbauteil befestigt sein, sodass diese beiden Teile eine vorgefertigte, in sich geschlossene Einheit bilden, die insbesondere beim Transport nicht auseinanderfallen kann. Es wäre möglich, ausschließlich über die Zunge die Arretierung der Kontaktplatte am Trägerbauteil auszuführen.
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Das Trägerbauteil ist gemäß der bevorzugten Ausführungsform ein verrippter Hohlkörper. Über die Verrippung wird einerseits eine hohe Stabilität erreicht und andererseits ein geringes Gewicht.
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Optional kann im Trägerbauteil eine vorzugsweise U-förmige Halterung für die Kühlmittelleitung ausgeformt sein. Hier wäre es beispielsweise zusätzlich möglich, eine Art Rastverbindung zwischen Kühlmittelleitung und Trägerbauteil auszuführen, damit diese beiden Teile formschlüssig miteinander verbunden sind.
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Das Trägerbauteil kann auch einen Rahmen oder einen Rahmenabschnitt besitzen, der selbst die Halterung für die Kühlmittelleitung und die Kontaktplatte bildet.
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Das Trägerbauteil sollte darüber hinaus auch mit einem oder mehreren Hohlräumen ausgeführt sein, die als Wärmeisolierung für die Batterie wirken.
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Der oder die Hohlräume können auch mit einem Wärmeisolierungsbauteil oder einer Art Schüttung oder einem Schaum gefüllt sein, um die Isolationswirkung zu verbessern. In diesem Zusammenhang ist es auch denkbar, das Wärmeisolierungsbauteil einstückig mit dem Rahmen auszuführen, insbesondere durch Anschäumen des Wärmeisolierungsbauteils an das Trägerbauteil.
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Natürlich kann das Wärmeisolierungsbauteil auch als separates Bauteil ausgeführt sein, welches in das Trägerbauteil eingesetzt wird.
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Das Trägerbauteil sollte insbesondere vertikale Rippen aufweisen, um einerseits einfach die Wärmeisolierungsbauteile einzuführen und um andererseits eine ausreichende Stabilität und gleichmäßige Anpresskraft zu erreichen.
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Wie bereits zuvor erläutert, kann anstatt oder zusätzlich zur elastischen Konatktplatte das Trägerbauteil elastisch verformbar ausgebildet sein. Hierbei wäre es denkbar, das Trägerbauteil mit quer verlaufenden, von Rippen ausgehenden Biegesegmenten auszuführen. Diese Biegesegmente werden im eingebauten Zustand elastisch gebogen und sollten vorzugsweise, was jedoch nicht zwingend der Fall sein muss, die Oberseite des Trägerbauteils bilden und von dessen Unterseite beabstandet sein. Über die Beabstandung ist sichergestellt, dass das Trägerbauteil im Bereich der Biegesegmente zur Rückseite hin einfedern kann.
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Die Biegesegmente müssen nicht quer, das heißt horizontal verlaufen, sondern können auch schräg zur Unterseite der Batterie hin ansteigen.
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Eine weitere Idee besteht darin, Biegesegmente vorzusehen, die zumindest abschnittsweise schräg verlaufende, elastische Streben besitzen.
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Es ist in diesem Zusammenhang möglich, dass sich die Streben von einer Abstützstelle an der Unterseite des Trägerbauteils, das heißt beabstandet zur Kontaktplatte, zu einer Halterung der Kühlmittelleitung erstrecken. Das bedeutet, die Kühlmittelleitung selbst ist näher an der Unterseite der Batterie angeordnet als die Abstützstelle der Streben. Im Bereich der Halterung der Kühlmittelleitung wird damit die Kraft auf die Kontaktplatte aufgebracht, wenn der Kühlboden gegen die Batterie gepresst wird.
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Verallgemeinert gesagt sollte das Trägerbauteil einen oberseitig abstehenden Andrückvorsprung besitzen, über den eine Anpresskraft auf die Kontaktplatte ausgeübt wird. Hierbei ist es von Vorteil, wenn die Unterseite des Andrückfortsatzes von der Unterseite des Trägerbauteils beabstandet ist, um in dieser Richtung elastisch einfedern zu können. Dies ist insbesondere dann wichtig, wenn an der Unterseite des Trägerbauteils beispielsweise eine Anpressplatte angebracht wird, über die möglichst gleichmäßig eine Anpresskraft auf den Kühlboden ausgeübt werden soll.
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Gemäß der bevorzugten Ausführungsform hat das Trägerbauteil Befestigungsvorrichtungen, die eine direkte Befestigung des Trägerbauteils an der Batterie ermöglichen. Insbesondere kann hier eine Schraubverbindung vorgesehen sein, über die der Anpressdruck sehr gut einstellbar ist. Die Befestigungsvorrichtungen können in diesem Zusammenhang abstehende Zungen oder Laschen sein, die Durchstecköffnungen oder Gewinde besitzen, um die Befestigung der Kühlvorrichtung an der Batterie zu ermöglichen.
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Wie bereits zuvor erläutert, ist das Trägerbauteil insbesondere aus Kunststoff hergestellt, zum Beispiel durch ein Spritzgussverfahren oder durch Extrudieren.
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Der Kühlboden muss nicht lediglich eine Kontaktplatte aufweisen. Es kann zumindest ein Paar von Kontaktplatten vorgesehen sein, wobei die erste Kontaktplatte mit der Zuleitung der Kühlmittelleitung und die zweite Kontaktplatte mit der Rückleitung der Kühlmittelleitung verbunden ist. Über diese Ausführungsform lässt sich ein gutes Wärmegleichgewicht von Batteriezelle zu Zelle realisieren, denn Ziel soll es sein, sämtliche Batteriezellen auf ähnlichem Temperaturniveau zu halten.
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Eine weitere Idee zur möglichst gleichmäßigen Kühlung der Batteriezellen besteht darin, einen Kühlmittelverteiler vorzusehen, von dem aus mehrere Kühlmittelleitungen zu eigenen Kontaktplatten und von dort zu einer Sammelleitung führen. Das bedeutet, es ist eine Art Parallelschaltung von Kühlmittelleitungen vorgesehen, die jeweils eigene Kontaktplatten zugeordnet haben. Damit wird die Reihe oder die Reihen von Batteriezellen, die einer Kontaktplatte zugeordnet sind, genauso gut gekühlt wie die Nachbarreihe oder die Gruppen von Nachbarreihen, die der benachbarten Kontaktplatte zugeordnet sind.
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Die Kühlmittelleitungen verlaufen vorzugsweise mäander- oder U-förmig unterhalb der Kontaktplatten. Als Zuleitungsverteiler kann ein Staudruckverteiler oder ein Venturiverteiler vorgesehen sein.
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Um Lötverbindungen zu vermeiden, können Zuleitungen und Rückleitungen formschlüssig oder kraftschlüssig, vorzugsweise durch Pressringverbindungen mit dem Kühlmittelverteiler bzw. der Sammelleitung verbunden sein.
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Als Kühlmittel wird insbesondere ein Wasser, Glykol, Wasser-Glykol-Gemisch oder ein Kältemittel eingesetzt, hier insbesondere R134a, HFO1234yf oder R744.
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Da die eingesetzten Batterieeinheiten oftmals sehr groß sind, kann es vorteilhaft sein, mehrere Trägerbauteile einzusetzen. Über mehrere Trägerbauteile kann bei einer übergroßen Batterie auch flächenspezifisch ein gleichmäßiger Druck ausgeübt werden. Extrem große Trägerbauteile müssten eine enorme Dicke aufweisen, damit ausgeschlossen ist, dass sie nur lokal eine Anpresskraft gegen die Unterseite ausüben. Mehrere Trägerbauteile stellen sicher, dass im Bereich der kleineren, einzelnen Trägerbauteile jeweils eine vollflächige Auflage und gleichmäßige Anpresskraft vorhanden ist.
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Die Trägerbauteile können auch formschlüssig miteinander verbunden sein, zur Bildung einer Art Einheit.
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Die Erfindung betrifft, wie eingangs bereits erörtert, auch eine Fahrzeugantriebsbatteriebaugruppe, mit einer Fahrzeugantriebsbatterie mit mehreren Batteriezellen und einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung. Die Kühlvorrichtung liegt mit ihrer Kontaktplatte oder mit ihren Kontaktplatten an der Unterseite der Batterie an.
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Die Trägerbauteile können unterschiedlich groß ausgeführt sein. Jeweils einer Batteriezelle kann ein Trägerbauteil und/oder ein Kühlboden zugeordnet sein. Das heißt umgekehrt, dass sich nicht zwei Trägerbauteile oder zwei Kühlböden über eine Batteriezelle erstrecken.
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Es wäre insbesondere auch vorteilhaft, wenn mehrere Batteriezellen zu einer vorgefertigten Einheit in Form einer Batteriezellengruppe zusammengesetzt sind. Die Batterie insgesamt kann optional aus mehreren Batteriezellengruppen gebildet werden. Pro Batteriezellengruppe sollten nicht mehrere Trägerbauteile oder mehrere Kühlböden zur Kühlung verantwortlich sein, sondern nur ein Trägerbauteil bzw. ein Kühlboden.
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Unterhalb jeder Batteriezellengruppen kann in diesem Zusammenhang ein Kühlmittelzulauf und ein Kühlmittel-Rücklauf vorhanden sein, sodass alle Batteriezellen einer Batteriezellengruppe im Wesentlichen auf die gleiche Temperatur gekühlt werden.
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Die Kühlvorrichtung sollte insbesondere an der von den elektrischen Anschlüssen der Batterie abgewandten Seite der Batterie positioniert sein. Wenn die obere Stirnwand diejenige Seite ist, an der die beiden Pole der Batterie vorhanden sind, sollte also die untere Stirnwand die gekühlte Batterieseite sein.
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Zur Erzielung einer gleichmäßigen Anpresskraft gibt es mehrere verschiedene Ansätze.
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Beispielsweise kann die Trägerplatte an einem Gehäuse der Batterie befestigt und durch die Befestigung gegen die Unterseite der Batterie gepresst werden. Die Konatktplatte drückt dabei elastisch gegen die Unterseite der Batterie, eine Bodenplatte der Batterie oder direkt gegen die Batteriezellen.
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Eine Bodenplatte kann unter Umständen gerade bei Ausbildung einer Baugruppe mechanisch erforderlich sein, sodass die Bodenplatte zwischen den Batterien und der oder den Kontaktplatten liegt. Die Bodenplatte sollte natürlich aus sehr gut wärmeleitendem Material bestehen.
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Bei dieser Ausführungsform ist das Trägerbauteil insbesondere als starres Trägerbauteil ausgeführt.
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Eine andere Ausführungsform sieht vor, dass unterhalb des Kühlbodens eine Anpressplatte vorgesehen ist, die vorzugsweise an der Batterie befestigt wird und durch die sozusagen über eine Art Sandwich-Konstruktion der Kühlboden zwischen der Batterie und der Anpressplatte zusammengedrückt und elastisch deformiert wird. Hier kann (was nicht zwingend der Fall sein muss) die Anpressplatte elastisch ausgeführt sein, denn über die starre Anpressplatte kann der Druck gleichmäßig an das Trägerbauteil und den Kühlboden weitergeleitet werden.
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Zu betonen ist, dass die obigen einzelnen Merkmale natürlich beliebig miteinander kombiniert werden können.
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In den Figuren zeigen:
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1 eine Batteriezellengruppe einer erfindungsgemäßen Fahrzeugantriebsbatteriebaugruppe;
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2 eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Fahrzeugantriebsbatteriebaugruppe samt einer Kühlvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
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3 eine Detailansicht einer Kontaktplatte der Kühlvorrichtung gemäß 2;
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4 eine Detailansicht eines Kühlbodensegments der Kühlvorrichtung gemäß 2;
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5 eine Detailansicht eines Wärmeisolierungsbauteils der Kühlvorrichtung gemäß 2;
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6 eine perspektivische Ansicht eines Kühlbodens der Kühlvorrichtung gemäß 2;
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7 einen Kühlboden der Kühlvorrichtung gemäß 2 in einer Draufsicht;
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8 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung mit acht Kühlböden;
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9 eine Explosionsansicht der Kühlvorrichtung gemäß 8;
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10 eine Detailansicht benachbarter Kühlböden der Kühlvorrichtung gemäß 8;
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11 ein Kühlmittelleitungssystem der Kühlvorrichtung gemäß 8;
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12 eine schematische Schnittansicht einer Kühlvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
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13 eine schematische Schnittansicht einer Kühlvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung;
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14 eine schematische Schnittansicht einer Kühlvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung;
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15 eine schematische Schnittansicht einer Kühlvorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung mit einem Trägerbauteil mit hoher Steifigkeit;
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16 eine schematische Schnittansicht einer Kühlvorrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform mit einem flexibel ausgebildeten Trägerbauteil mit mittlerer Steifigkeit; und
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17 eine schematische Schnittansicht einer Kühlvorrichtung gemäß einer siebten Ausführungsform mit einem flexibel ausgebildeten Trägerbauteil mit geringer Steifigkeit.
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Fahrzeugantriebsbatterien dienen als Energiespeicher zum Antrieb elektrischer Motoren beispielsweise in Elektro- oder Hybridfahrzeugen.
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Eine Fahrzeugantriebsbatterie besteht aus einer Mehrzahl von Batteriezellen, die elektrisch miteinander gekoppelt sind. Für eine einfache Handhabung der Fahrzeugantriebsbatterie können mehrere Batteriezellen in einer Batteriezellengruppe angeordnet sein, wobei mehrere Batteriezellengruppen zusammen die Fahrzeugantriebsbatterie bilden.
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In 1 ist eine Batteriezellengruppe 10 gezeigt, in der sechs Batteriezellen 12 in einem gemeinsamen Gehäuse 14 angeordnet sind. Die Batteriezellen 12 sind quaderförmig ausgebildet und weisen eine Mantelfläche sowie eine obere und untere Stirnwand auf.
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Die Batteriezellen 12 sind ferner auf der Oberseite der Batteriezellengruppe 10 elektrisch miteinander verbunden und weisen einen gemeinsamen elektrischen Anschluss 16 auf.
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Die Batteriezellengruppe 10 hat eine flache Unterseite 18, die wärmeleitend ausgebildet ist und über die eine Kühlung aller Batteriezellen 12 der Batteriezellengruppe 10 von den unteren Stirnwänden der Zellen aus möglich ist.
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Alternativ können auch andere Batteriezellengruppen oder einzelne Batteriezellen vorgesehen sein, beispielsweise solche, bei denen flache Unterseiten der Batteriezellen 12, das heißt deren untere Stirnwände individuell zur Kühlung der Batteriezelle 12 wärmeleitend ausgebildet sind.
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Eine Kühlvorrichtung 20 zum Kühlen der Batteriezellengruppe 10 der Fahrzeugantriebsbatterie ist in einer schematischen Schnittansicht in 2 gezeigt. Die Kühlvorrichtung 20 und die Fahrzeugantriebsbatterie zusammen bilden eine Fahrzeugantriebsbatteriebaugruppe 100.
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Die Kühlvorrichtung 20 umfasst einen Kühlboden 22, welcher an der Unterseite 18 der Batteriezellengruppe 10 angeordnet ist. Der Kühlboden 22 kann direkt an der Batteriezellengruppe 10 befestigt sein oder durch eine äußere Anpressplatte 23, welche beispielsweise Teil eines Außengehäuses der Fahrzeugantriebsbatterie sein kann.
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Ein Trägerbauteil 24 des Kühlbodens 22 ist als verrippter Hohlkörper ausgebildet, in dem Verstärkungsrippen 25 und U-förmige Halterungen 26 für eine Kühlmittelleitung 28 ausgeformt sind. Die durch das Trägerbauteil 24 gebildeten Hohlräume bilden eine Wärmeisolierung zwischen der Batteriezellengruppe 10 und der Anpressplatte 23 des Außengehäuses der Fahrzeugantriebsbatterie.
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In der gezeigten Ausführungsform ist in mehreren Hohlräumen des Trägerbauteils 24 jeweils ein Wärmeisolierungsbauteil 29 vorgesehen (siehe 5).
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Das Trägerbauteil 24 bildet im Wesentlichen identische Segmente, die jeweils einem Kühlmittelleitungsabschnitt 28 zugeordnet sind. In 2 sind zwei Segmente des Trägerbauteils 24 gezeigt.
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Im Folgenden wird der Kühlboden 22 anhand zweier angrenzender Segmente des Trägerbauteils 24 beschrieben, wobei die Beschreibung analog für die weiteren Segmente gilt.
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Das Trägerbauteil 24 weist einen Halterungsabschnitt 26 auf, der zur Halterung der Kühlmittelleitung 28 vorgesehen ist. Der Halterungsabschnitt 26 hat auf beiden Seiten der Kühlmittelleitung 28 Rastnasen 30, die eine formschlüssige Befestigung der Kühlmittelleitung 28 am Trägerbauteil 24 ermöglichen (siehe 2).
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Auf der Oberseite der Kühlmittelleitung 28 liegt eine Kontaktplatte 32 auf. Die Auflagefläche der Kontaktplatte 32 auf der Kühlmittelleitung 28 bildet eine erste Kontaktzone 34 zur Wärmeübertragung zwischen der Kontaktplatte 32 und der Kühlmittelleitung 28. Die Formgebung der Kontaktplatte 32 ist an den Außenumfang der Kühlmittelleitung 28 angepasst, um die Fläche der ersten Kontaktzone 34 zu maximieren.
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Jedes Segment des Trägerbauteils 24 hat vorzugsweise eine Kontaktplatte 32.
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Zwischen der Kühlmittelleitung 28 und der Kontaktplatte 32 ist eventuell eine Wärmeleitpaste vorgesehen, die die Wärmeübertragung zwischen den beiden Bauteilen verbessert.
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Die Kontaktplatte 32 erstreckt sich von der ersten Kontaktzone 34 in der Mitte aus beidseits abgewinkelt nach außen, wodurch eine leichte V-Form gebildet wird. Die Kontaktplatte 32 verläuft dabei angewinkelt in einem Winkel von 0,5° bis 10°, vorzugsweise 1° bis 3° zur Unterseite 18 der Batteriezellengruppe 10, hier zur Horizontalen.
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Angrenzend an die erste Kontaktzone 34 besitzt die Kontaktplatte 32 zwei zweite Kontaktzonen 36, die zu beiden Seiten der ersten Kontaktzone 34 angeordnet sind.
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An den von der Kühlmittelleitung 28 beabstandeten Enden der Kontaktplatte 32 ist die Kontaktplatte 32 in Richtung des Trägerbauteils 24 umgebogen und bildet zwei rückseitig abgewinkelte Zungen 38.
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Die Zungen 38 ragen in Schlitze am Trägerbauteil 24 hinein, die Lagerungen 40 für die Zungen 38 bilden, welche bei der vertikalen Bewegung der Kontaktplatte 32 eine Führung darstellen.
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Die Lagerungen 40 sind auf der Unterseite durch das Trägerbauteil 24 abgeschlossen, wodurch die vertikale Bewegung der Zunge 38 in der Lagerung 40 nach unten beschränkt ist.
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Die Kontaktplatte 32 ist federelastisch ausgebildet. Der Kühlboden 22 ist so an der Batteriezellengruppe 10 angebracht, dass alle Kontaktplatten 32 des Kühlbodens 22 federelastisch gegen die Unterseite 18 der Batteriezellengruppe 10 vorgespannt sind. Die Kontaktplatten 32 liegen mit den zweiten Kontaktzonen 36 im Wesentlichen flach und vollflächig an der Unterseite 18 der Batteriezellengruppe 10 mit einer möglichst großen Kontaktfläche an.
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Der Kühlboden 22 kann direkt an der Batteriezellengruppe 10 befestigt sein, beispielsweise über Schraubverbindungen, wobei eine optimale Vorspannung des Kühlbodens 22 gegen die Unterseite 18 der Batteriezellengruppe 10 durch Anziehen der Schraubverbindungen mit einem vorbestimmten Drehmoment erreicht werden kann. Laschen 33 an dem Gehäuse 14 dienen der Befestigung (siehe 1).
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Durch die Vorspannung des Kühlbodens 22 wird einerseits die Kontaktplatte 32 mit der zweiten Kontaktzone 36 gegen die Unterseite 18 der Batteriezellengruppe 10 und andererseits die erste Kontaktzone 34 gegen die Kühlmittelleitung 28 gedrückt. An beiden Kontaktzonen 34, 36 wird somit die Wärmeübertragung verbessert.
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Alternativ kann der Kühlboden 22 zwischen der Unterseite 18 der Batteriezellengruppe 10 und der Anpressplatte 23 angeordnet sein, wobei die Batteriezellengruppe 10 an der Anpressplatte 23 befestigt ist und die Anpressplatte 23 den Kühlboden 22 gegen die Unterseite 18 der Batteriezellengruppe 10 beaufschlagt. Die Anpressplatte 23 kann Teil eines Außengehäuses der Fahrzeugantriebsbatterie sein.
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In 3 ist eine Detailansicht einer Kontaktplatte 32 in perspektivischer Ansicht gezeigt. Die Kontaktplatte 32 besteht aus einem umgeformten Blech.
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Am jeweils äußeren seitlichen Rand ist die Kontaktplatte 32 umgebogen, wobei auf jeder Seite drei Zungen 38 vorgesehen sind, die sich im Wesentlichen senkrecht nach unten erstrecken.
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Die Kontaktplatte 32 ist aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit gefertigt, beispielsweise Kupfer oder Aluminium, wobei Aluminium aufgrund des geringen Gewichts bevorzugt wird.
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In 4 ist die Kontaktplatte 32 in ein Segment des Trägerbauteils 24 eingelegt gezeigt. Die drei Zungen 38 auf der sichtbaren Seite der Kontaktplatte 32 befinden sich in den dafür vorgesehenen Lagerungen 40 des Trägerbauteils 24.
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Die Anzahl und die Verteilung der Zungen 38 und Lagerungen 40 an der Kontaktplatte 32 bzw. dem Trägerbauteil 24 ist im Wesentlichen beliebig, insbesondere kann auch nur eine Zunge 38 vorgesehen sein, die sich über die gesamte Länge der Kontaktplatte 32 erstreckt.
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Das Trägerbauteil 24 des Kühlbodens 22 ist aus Kunststoff mittels Spritzgießen gefertigt ist. Das Material des Trägerbauteils 24 hat eine Wärmeleitfähigkeit, die um mehr als den Faktor 3 geringer ist als die Wärmeleitfähigkeit der Kontaktplatten 32. Es können auch andere Materialien oder Fertigungsverfahren angewendet werden.
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5 zeigt ein Wärmeisolierungsbauteil 29, welches als separates Bauteil ausgeführt ist und in das Trägerbauteil 24 eingesetzt werden kann. Das Wärmeisolierungsbauteil 29 weist mehrere Ausnehmungen 42 auf, in die sich im eingesetzten Zustand des Wärmeisolierungsbauteils 29 die Verstärkungsrippen 25 des Trägerbauteils 24 erstrecken.
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Das Wärmeisolierungsbauteil 29 besteht beispielsweise aus einem geschäumten Kunststoff. Es ist auch möglich, dass das Wärmeisolierungsbauteil 29 beispielsweise an das Trägerbauteil 24 angeschäumt wird.
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6 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Kühlbodens 22 mit vier ineinander übergehenden Segmenten des Trägerbauteils 24. Beim ersten, auf der rechten Seite angeordneten Segment ist nur das Trägerbauteil 24 mit eingesetzten Kühlmittelleitungsabschnitten 28 gezeigt.
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Das Trägerbauteil 24 bildet einen Rahmen mit Halterungsabschnitten 26 für die Kühlmittelleitungsabschnitte 28, in denen die Kühlmittelleitungsabschnitte 28 jeweils durch vier Paare von Rastnasen 30 am Trägerbauteil 24 befestigt sind. Auf jeweils beiden Seiten der Halterungsabschnitte 26 ist das Trägerbauteil 24 wannenförmig ausgebildet, wobei sich am Boden des Trägerbauteils 24 mehrere vertikale Verstärkungsrippen 25 erstrecken und durch das Trägerbauteil 24 Hohlräume gebildet werden.
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In die Hohlräume des Trägerbauteils 24 mit den Verstärkungsrippen 25 sind im benachbarten, zweiten Segment Wärmeisolierungsbauteile 29 eingesetzt.
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Die beiden linken Segmente des Kühlbodens 22 zeigen die Kontaktplatten 32, die mit ihren ersten Kontaktzonen 34 an den Kühlmittelleitungen 28 anliegen.
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7 zeigt eine Draufsicht auf den Kühlboden 22 der Kühlvorrichtung 20 gemäß 6. Der Kühlboden 22 umfasst das Trägerbauteil 24, welches vier Segmente, vier Kühlmittelleitungsabschnitte 28 und vier Kontaktplatten 32 aufweist. Wie durch die Pfeile auf den Kühlmittelleitungen 28 angedeutet ist, bilden jeweils zwei benachbarte Kühlmittelleitungsabschnitte 28 ein Paar mit einer Kühlmittelzuleitung und einer Kühlmittelrückleitung.
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Die gemeinsame Unterseite 18 der Batteriezellengruppe 10 ist mit allen vier Kontaktplatten 32 in Kontakt. Die Positionen der einzelnen Batteriezellen 12 der Batteriezellengruppe 10 sind schematisch durch die gestrichelten Linien in 7 angedeutet. Die Batteriezellengruppe 10 ist einem selbsttragenden Kühlboden 22 zugeordnet und umgekehrt.
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Es ist auch möglich, dass eine Batteriezellengruppe 10 vorgesehen ist, bei der die Batteriezellen 12 jeweils einzeln mit ihrer Unterseite an den Kontaktplatten 32 des Kühlbodens 22 anliegen. Es ist vorgesehen, dass jedes zu kühlende Batterieelement, das heißt entweder eine Batteriezellengruppe 10 oder eine einzelne Batteriezelle 12, jeweils mit mindestens einem Zuleitungs-Rückleitungs-Paar mindestens einer Kühlmittelleitung 28 in thermischem Kontakt steht, wodurch eine gleiche Temperatur aller Batterieelemente gewährleistet wird.
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Der Kühlboden 22 weist mehrere Befestigungsvorrichtungen 44 auf (siehe 7). Die Befestigungsvorrichtungen 44 dienen zur Befestigung des Trägerbauteils 24 an der Batteriezellengruppe 10 oder einem Gehäuse der Fahrzeugantriebsbatterie. In der gezeigten Ausführungsform sind die Befestigungsvorrichtungen 44 angespritzte Gewinde für Schraubverbindungen. Es können natürlich auch andere Arten von Befestigungsvorrichtungen 44 vorgesehen sein.
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Eine Fahrzeugantriebsbatterie kann, wie gesagt, auch aus mehreren Batteriezellengruppen 10 bestehen. Die mehreren Batteriezellengruppen 10 sind in einer Fahrzeugantriebsbatteriebaugruppe 100 in einem gemeinsamen Außengehäuse der Fahrzeugantriebsbatterie mit einer gemeinsamen Kühlvorrichtung 20 untergebracht.
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Eine Kühlvorrichtung 20 mit mehreren identischen Kühlböden 22 ist in 8 gezeigt. Es sind acht Kühlböden vorgesehen, die in zwei Reihen von je vier Kühlböden 22 angeordnet sind. 9 zeigt eine Explosionsansicht der Kühlvorrichtung 20 aus 8. Die Kühlböden 22 entsprechen den in 6 und 7 gezeigten Kühlböden 22.
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Ein Kühlmittelleitungssystem 27 hat mehrere Kühlmittelleitungen 28 mit jeweils einer Kühlmittelzuleitung, welche an einen gemeinsamen Kühlmittelverteiler 50 angeschlossen ist, und einer Kühlmittelrückleitung, welche an eine gemeinsame Sammelleitung 52 angeschlossen ist. Durch eine nicht gezeigte Kältemaschine wird der Kühlmittelkreislauf geschlossen.
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In der gezeigten Ausführungsform sind vier U-förmig verlaufende Kühlmittelleitungen 28 vorgesehen, die jeweils haarnadelförmig ausgebildet sind, mit parallel verlaufender Kühlmittelzuleitung und Kühlmittelrückleitung. Es sind jeweils zwei Kühlmittelleitungen 28 mit je einem Zuleitungsabschnitt und einem Rückleitungsabschnitt einem Kühlboden 22 zugeordnet.
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Die Oberseite der Kühlböden 22 wird durch die Kontaktplatten 32 gebildet, unter denen die Kühlmittelleitungen 28 und die Wärmeisolierungsbauteile 29 angeordnet sind. Es werden jeweils vier Kontaktplatten 32 und acht Wärmeisolierungsbauteile 29 von vier Trägerbauteilen 24 eines Kühlbodens 22 getragen (siehe 9).
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Die Fläche der Kühlböden 22 ist auf die Fläche der gemeinsamen Unterseite 18 der Batteriezellengruppe 10 abgestimmt, so dass genau eine Batteriezellengruppe 10 genau einem Kühlboden 22 zugeordnet ist. In der in 8 gezeigten Ausführungsform bilden somit acht Batteriezellengruppen 10, die auf den acht Kühlböden 22 der Kühlvorrichtung 20 angeordnet sind, die Fahrzeugantriebsbatteriebaugruppe 100.
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Die gemeinsame Unterseite 18 der Batteriezellengruppe 10 befindet sich dabei in wärmeleitendem Kontakt mit der zweiten Kontaktzone 36 der Kontaktplatten 32 der Kühlböden 22.
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Die federelastisch ausgebildeten Kontaktplatten 32 liegen flächig und vorgespannt an der Unterseite 18 der Batteriezellengruppe 10 an. Auf diese Weise werden Toleranzen und Unebenheiten an der Unterseite 18 der Batteriezellengruppe 10 und/oder an den Kühlböden 22 ausgeglichen und eine gute Wärmeübertragung zwischen der Kühlvorrichtung 20 und der Batteriezellengruppe 10 gewährleistet.
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10 zeigt eine Detailansicht zweier benachbarter Trägerbauteile 24 mit einer gemeinsamen Kühlmittelleitung 28. Nebeneinander angeordnete Kühlböden 22 sind formschlüssig miteinander verbunden, wodurch ein relatives Verschieben der Kühlböden 22 zueinander verhindert wird. Die formschlüssige Verbindung der Kühlböden 22 erfolgt über hakenförmige Verbindungsteile 54, die an benachbarten Seiten zweier Kühlböden 22 angebracht sind und die ineinander eingreifen. Es ist auch möglich, dass die beiden in 9 gezeigten Reihen von Trägerbauteilen 24 seitlich miteinander verbunden sind.
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Im Hintergrund von 10 ist eine Befestigungsvorrichtung 44 zur Befestigung des Kühlbodens 22 an der Batterie zu erkennen.
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11 zeigt das Kühlmittelleitungssystem 27 der Kühlvorrichtung 20 aus 8 und 9 mit den vier Kühlmittelleitungen 28, dem Kühlmittelverteiler 50 und der Sammelleitung 52. Der Kühlmittelverteiler 50 ist zum Beispiel ein Staudruckverteiler oder ein Venturiverteiler.
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Die Zuleitungen und Rückleitungen der Kühlmittelleitung 28 sind jeweils formschlüssig und kraftschlüssig durch Pressringverbindungen 56 am Kühlmittelverteiler 50 und an der Sammelleitung 52 angebracht. Bei den Pressringverbindungen 56 werden die zu verbindenden Rohre ineinandergesteckt und durch einen Pressring kraftschlüssig und/oder formschlüssig zusammengehalten. Auf diese Weise ist kein Löten der Rohrverbindungen notwendig.
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Das Kühlmittel, welches durch die Kühlmittelleitungen 28 geleitet wird, kann eine Kühlflüssigkeit, insbesondere Wasser, Glykol oder ein Wasser-Glykol-Gemisch, oder ein Kältemittel, insbesondere R134a, HFO1234yf oder R744 sein.
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Das Kühlmittel in den Kühlmittelleitungen 28 nimmt beim Durchfließen der Kühlböden 22 Wärme von den zu kühlenden Batteriezellengruppen 10 auf, wodurch das Kühlmittel in den hinteren Abschnitten der Kühlmittelleitungen 28 eine geringere Kühlleistung ermöglicht als in den vorderen Abschnitten der Kühlmittelleitungen 28. Da jeder Kühlboden 22 sowohl mit der Zuleitung als auch mit der Rückleitung mindestens einer Kühlmittelleitung 28 in Verbindung steht, wird die Kühlleistung gemittelt, wodurch eine gleichmäßige Kühlleistung aller Batteriezellen entlang einer Kühlmittelleitung 28 gewährleistet wird.
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In der gezeigten Ausführungsform weist jede Kühlbodenreihe zwei Kühlmittelleitungen 28 mit jeweils einem Paar von Zuleitungsabschnitt und Rückleitungsabschnitt auf. Durch dieses parallele Kühlmittelleitungssystem 27 sind die einzelnen Kühlmittelleitungen 28 kürzer und es findet ein schnellerer Durchfluss von Kühlmittel statt, wodurch die Reaktionszeit der Kühlvorrichtung 20 bei Temperaturänderungen verkürzt wird.
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Im Folgenden werden weitere Ausführungsformen der Kühlvorrichtung 20 beschrieben, wobei im Wesentlichen nur auf die Unterschiede zur bisher beschriebenen Ausführungsform eingegangen wird.
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12 zeigt eine zweite Ausführungsform der Kühlvorrichtung 20, wobei sich lediglich die Ausführungsform des Trägerbauteils 24 geringfügig gegenüber der ersten Ausführungsform geändert hat. Durch die größere Anzahl der Verstärkungsrippen 25 des Trägerbauteils 24 weist der Kühlboden 22 eine höhere Steifigkeit auf.
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Eine hohe Steifigkeit des Trägerbauteils 24 ist insbesondere vorteilhaft, wenn die Kühlvorrichtung 20 ohne eine darunterliegende Anpressplatte 23 direkt an den Batteriezellengruppen 10 befestigt ist.
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In der ersten und zweiten Ausführungsform sind die durch den Rahmen des Trägerbauteils 24 ausgebildeten Hohlräume im Wesentlichen auf der Seite der Kontaktplatte 32 angeordnet, während der Rahmen des Trägerbauteils 24 im Wesentlichen der Kontaktplatte 32 abgewandt angeordnet ist. Die Wärmeisolierungsbauteile 29 sind zwischen dem Trägerbauteil 24 und der Kontaktplatte 32 angeordnet, wodurch die Wärmeisolierungsbauteile 29 durch das Trägerbauteil 24 und die Kontaktplatte 32 gehalten werden.
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In 13 ist eine dritte Ausführung der Kühlvorrichtung 20 gezeigt, wobei der Rahmen des Trägerbauteils 24 im Wesentlichen aufseiten der Kontaktplatte 32 und der durch den Rahmen gebildete Hohlraum zur Wärmeisolierung im Wesentlichen der Kontaktplatte 32 abgewandt angeordnet ist. Dies ermöglicht die Montage der Kontaktplatte 32 von der Oberseite des Trägerbauteils 24 und den Einsatz von Wärmeisolierungsbauteilen 29 von der gegenüberliegenden Unterseite des Trägerbauteils 24.
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Auf der rechten Seite von 13 ist eine Lagerung 40 als Führung für eine Zunge 38 der Kontaktplatte 32 ausgebildet, wobei die Lagerung 40 und die Zunge 38 jeweils zueinander ausgerichtete Vorsprünge aufweisen. Dadurch ist die Bewegung der Zunge 38 der Kontaktplatte 32 vertikal nach oben beschränkt, während die Bewegung der Zunge 38 der Kontaktplatte 32 vertikal nach unten durch den Boden der Lagerung 40 beschränkt ist. Eine derartige Halterung der Zungen 38 der Kontaktplatte 32 ist an mehreren Stellen der Kontaktplatte 32 vorgesehen, sodass die Kontaktplatte 32 allein über die Zungen 38 am Trägerbauteil 24 befestigt ist. Somit können sich die Kontaktplatten 32 nicht vom Trägerbauteil 24 lösen, was insbesondere vorteilhaft ist, wenn die Kühlvorrichtung 20 nicht an einer Fahrzeugantriebsbatterie befestigt ist, beispielsweise beim Transport.
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14 zeigt eine vierte Ausführungsform, in der die Kontaktplatte 32 zwischen dem Trägerbauteil 24 und der Kühlmittelleitung 28 eingeklemmt wird. Die Kontaktplatte 32 liegt somit mit der ersten Kontaktzone 34 an der dem Trägerbauteil 24 zugewandten Seite der Kühlmittelleitung 28 an. Zwischen der Kontaktplatte 32 und der Kühlmittelleitung 28 ist eventuell eine Schicht einer Wärmeleitpaste vorgesehen, um die Wärmeleitfähigkeit zwischen der Kühlmittelleitung 28 und der Kontaktplatte 32 innerhalb der ersten Kontaktzone 34 zu verbessern. Die Kontaktplatte 32 ist auf diese Weise durch die Kühlmittelleitung 28 am Trägerbauteil 24 befestigt.
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Die 15, 16 und 17 zeigen drei Ausführungen der Kühlvorrichtung 20, bei denen das Trägerbauteil 24 elastisch ausgebildet ist.
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Die Fahrzeugantriebsbatteriebaugruppe 100 weist ein Batterieaußengehäuse auf, welches eine Anpressplatte 23 bildet. Die Kühlböden 22 der Kühlvorrichtung 20 sind zwischen der gemeinsamen Unterseite 18 der Batteriezellengruppe 10 und der Anpressplatte 23 des Außengehäuses der Batterie elastisch vorgespannt angeordnet.
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Durch die elastisch ausgebildeten Trägerbauteile 24 der Kühlböden 22 können Fertigungstoleranzen auch im Bereich der Anpressplatte 23 ausgeglichen werden.
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Die Unterseite eines am Trägerbauteil 24 oberseitig abstehenden Andrückfortsatzes 64 ist von der Unterseite 18 des Trägerbauteils 24 beabstandet, um in dieser Richtung elastisch einzufedern. Über den Andrückfortsatz 64 des Trägerbauteils 24 wird eine Anpresskraft auf die Kontaktplatte 32 und/oder die Kühlmittelleitung 28 ausgeübt. Durch die Anpresskraft wird die Wärmeübertragung über die erste Kontaktzone 34 und/oder zweite Kontaktzone 36 des Trägerbauteils verbessert.
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Je nach Ausführungsform kann eine relativ hohe Elastizität oder eine relativ hohe Steifigkeit des Trägerbauteils 24 und somit des Kühlbodens 22 realisiert werden. In 15 ist eine Ausführungsform mit hoher Biegesteifigkeit des Trägerbauteils 24 gezeigt. Das Trägerbauteil 24 hat elastisch verformbare, quer verlaufende, von Rippen ausgehende Biegesegmente 58, die im eingebauten Zustand elastisch gebogen sind.
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Insbesondere im Randbereich der Kühlböden 22 sind Verstärkungsrippen vorgesehen, die nicht elastisch ausgebildet sind und eine Verformung des Kühlbodens 22 begrenzen.
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In 15 ist das Biegesegment 58 eine schräg verlaufende elastische Strebe 60, die sich von einer Abstützstelle 62 an der Unterseite des Trägerbauteils zu einer Halterung der Kühlmittelleitung 28 erstreckt. Die Abstützstelle 62 ist in der Ebene der Kühlvorrichtung eine Strecke L von der Kühlmittelleitung entfernt, und die Strebe 60 erstreckt sich in einem Winkel α zur Ebene der Kühlvorrichtung. Wird die Strecke L größer gewählt oder der Winkel α kleiner gewählt, so erhöht sich die Elastizität der Strebe 60.
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Die in 16 gezeigte sechste Ausführungsform entspricht im Wesentlichen der in 15 gezeigten fünften Ausführungsform, wobei die Strecke L im Wesentlichen der Breite der zweiten Kontaktzone 36 der Kontaktplatte 32 entspricht, wodurch eine mittlere Steifigkeit des Kühlbodens 22 realisiert wird.
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In der in 17 gezeigten siebten Ausführungsform bildet das Biegesegment 58 die Oberseite des Trägerbauteils 24 und ist von dessen Unterseite beabstandet, um entsprechend nach unten einfedern zu können. Die Strecke L entspricht somit der gesamten Breite der zweiten Kontaktzone 36 der Kontaktplatte 32, und der Winkel α ist im montierten Zustand annähernd null. Im nicht montierten Zustand steht der Andrückfortsatz 26 etwas nach oben vor. Der Kühlboden weist hier eine geringe Steifigkeit auf.
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Es wird explizit darauf hingewiesen, dass es möglich ist, die Merkmale der verschiedenen gezeigten Ausführungsformen auf vielfältige Weise miteinander zu kombinieren.
