DE102010002640A1

DE102010002640A1 - Cooling device for an electrochemical energy storage unit and method of manufacturing a cooling device

Info

Publication number: DE102010002640A1
Application number: DE201010002640
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Lars (FH) Ludwig; Dr. Schroth Holger
Original assignee: Behr GmbH and Co KG
Current assignee: Mahle Behr GmbH and Co KG
Priority date: 2010-03-08
Filing date: 2010-03-08
Publication date: 2011-09-08
Also published as: WO2011110483A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung (200) zum Kühlen mindestens einer elektrochemischen Energiespeichereinheit (230), wobei die Vorrichtung (200) mindestens zwei voneinander beabstandete Rohre (100) aus einem verformbaren Metallmaterial aufweist, die ausgebildet sind, um von einem Kühlmittel durchströmt zu werden, wobei jedes der Rohre (100) an einer dem anderen Rohr zugewandten Seite zumindest teilweise nach außen gekrümmt ist, und ein Bodenelement (210) mit mindestens einer Ausnehmung (240) aufweist, wobei gegenüberliegende Ränder (250) der Ausnehmung (240) parallel zu den Rohren (100) angeordnet sind, und wobei ein Bodenbereich der Ausnehmung (240) eine geringere Breite aufweist als ein minimaler Abstand (a-z) zwischen den Rohren (100).The present invention relates to a device (200) for cooling at least one electrochemical energy storage unit (230), wherein the device (200) comprises at least two spaced-apart tubes (100) of deformable metal material, which are designed to be flowed through by a coolant wherein each of the tubes (100) is at least partially outwardly curved on a side facing the other tube and a bottom member (210) having at least one recess (240), opposite edges (250) of the recess (240) being parallel to the tubes (100) are arranged, and wherein a bottom portion of the recess (240) has a smaller width than a minimum distance (az) between the tubes (100).

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Kühlen mindestens einer elektrochemischen Energiespeichereinheit gemäß dem Anspruch 1 sowie ein Herstellungsverfahren zum Herstellen einer derartigen Vorrichtung gemäß dem Anspruch 10.The present invention relates to a device for cooling at least one electrochemical energy storage unit according to claim 1 and to a manufacturing method for producing such a device according to claim 10.

Bei der effektiven Nutzung kleinformatiger Energiespeicher bzw. Zellen auf Lithium-Ionen-Basis besteht das Problem, dass zur Aufrechterhaltung der maximalen Lebensdauer die Zelle innerhalb eines Temperaturfensters betrieben werden muss. Aufgrund der Verlustleistung beim Laden bzw. Entladen wird im Inneren der Zelle kontinuierlich eine Wärmemenge generiert. Diese Verlustleistung der Zelle muss durch geeignete Kühlung mit gleicher Geschwindigkeit abgeführt werden. Zusätzlich ist besonders darauf zu achten, dass die Temperaturdifferenz innerhalb einer Zelle und innerhalb eines Moduls einen zellspezifischen Wert nicht übersteigt.In the effective use of small-sized energy storage or cells on lithium-ion base, the problem is that to maintain the maximum life of the cell must be operated within a temperature window. Due to the power loss during charging or discharging, a quantity of heat is continuously generated inside the cell. This power loss of the cell must be dissipated by suitable cooling at the same speed. In addition, special care must be taken to ensure that the temperature difference within a cell and within a module does not exceed a cell-specific value.

Bisherige Lösungen basieren auf einem massiven, kühlmitteldurchfluteten Bauteil mit entsprechender Kälteleistung. Die Kühlung der Zellen ist damit auf unterschiedliche Arten möglich. Beispielsweise kann ein Kühligel verwendet werden, bei dem die Zellen in vorgesehene Einschub-Taschen zwischen den kühlmitteldurchfluteten „Stacheln” des Kühligels eingeschoben und fixiert werden. Weiterhin ist eine Verwendung einer Kühlplatte ohne Kühlbleche denkbar. Dabei werden die Zellen auf eine mit Kühlmittelkanälen durchzogene Kühlplatte aufgestellt und gesondert fixiert. Alternativ kann eine Kühlplatte mit Kühlblechen eingesetzt werden. Auf eine mit Kühlmittelkanälen durchzogene Kühlplatte werden dünnwandige L- bzw. T-Profile aufgespannt, welche die Kälteleistung von der Kühlplatte zu den Zellen transportieren, die sich sandwichartig zwischen den Kühlblechen befinden.Previous solutions are based on a massive, coolant-flooded component with appropriate cooling capacity. The cooling of the cells is thus possible in different ways. For example, a Kühligel be used, in which the cells are inserted and provided in provided insertion pockets between the coolant-flowed "pricks" of the cooling fan. Furthermore, a use of a cooling plate without cooling plates is conceivable. The cells are placed on a traversed with coolant channels cooling plate and fixed separately. Alternatively, a cooling plate with cooling plates can be used. On a traversed with coolant channels cooling plate thin-walled L or T-profiles are clamped, which transport the cooling power from the cooling plate to the cells, which are sandwiched between the cooling plates.

Jedoch ist z. B. ein Kühligel sehr massiv und damit sehr schwer. Weiterhin haben die Einschubtaschen ein geringes Übermaß aus Gründen der Prozesssicherheit. Aufgrund dieser notwendigen Toleranz verschlechtert sich der auf thermischem Kontakt basierte Wärmeübergang deutlich. Bei einer Verwendung einer Kühlplatte ist das hohe Gewicht der Kühlplatte und zusätzlicher Befestigungs- und Verspannelemente zu berücksichtigen. Eine Gewichtreduzierung durch Weglassen der Verspannelemente würde zu einem deutlich reduzierten Wärmeübergang führen und so die Effektivität der Kühlung herabsetzen. Bei einem Einsatz einer Kühlplatte ohne Kühlbleche werden die Zellen nur am Boden des Hard-Case bzw. Zellmantels gekühlt. Diese einseitige Kühlung führt zu hohen Temperaturunterschieden innerhalb der Zelle. Durch eine Vorrichtung mit Kühlblechen kann durch eine optimierte Gestaltung der Kühlbleche der Temperaturunterschied in der Zelle im Vergleich zu einer Vorrichtung ohne Kühlbleche zwar deutlich reduziert werden. Allerdings erhöht sich durch die Kühlbleche und den erhöhten Aufwand für die Fixierung und Verspannung von Blechen und Zellen auch das Gewicht deutlich. Außerdem werden für diese Lösung zwei thermische kontaktbasierte Schnittstellen benötigt, während bei den anderen im Vorhergehenden genannten Varianten eine Schnittstelle ausreichend ist. Thermische Kontakte stellen immer erhöhte Anforderungen bezüglich Toleranz, Oberflächenbeschaffenheit und Steifigkeit dar, um einen guten thermischen Übergangskoeffizienten sicherzustellen.However, z. B. a Kühligel very massive and thus very difficult. Furthermore, the pockets have a slight excess for reasons of process reliability. Due to this necessary tolerance, the heat transfer based on thermal contact deteriorates significantly. When using a cooling plate, the high weight of the cooling plate and additional fastening and bracing elements must be taken into account. A weight reduction by omitting the Verspannelemente would lead to a significantly reduced heat transfer and thus reduce the effectiveness of the cooling. When using a cooling plate without cooling plates, the cells are cooled only at the bottom of the hard case or cell jacket. This one-sided cooling leads to high temperature differences within the cell. By a device with cooling plates can be significantly reduced by an optimized design of the cooling plates of the temperature difference in the cell compared to a device without cooling plates. However, the weight increases significantly due to the cooling plates and the increased effort for fixing and clamping of metal sheets and cells. In addition, two thermal contact-based interfaces are needed for this solution, while in the other variants mentioned above an interface is sufficient. Thermal contacts always place increased demands on tolerance, surface quality and rigidity in order to ensure a good thermal transition coefficient.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Vorrichtung zum Kühlen einer elektrochemischen Energiespeichereinheit und ein verbessertes Herstellungsverfahren für eine derartige Vorrichtung zu schaffen.It is the object of the present invention to provide an improved device for cooling an electrochemical energy storage unit and an improved manufacturing method for such a device.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 sowie ein Herstellungsverfahren gemäß Anspruch 10 gelöst.This object is achieved by a device according to claim 1 and a manufacturing method according to claim 10.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch eine Verwendung von geeigneten Werkstoffen eine Kühlvorrichtung geschaffen werden kann, die leichtgewichtig und multifunktional ist. Entsprechend kann ein gemäß diesem Ansatz hergestelltes Rohr sehr einfach zum Kühlen und zum Halten einer elektrochemischen Energiespeichereinheit eingesetzt werden.The present invention is based on the finding that by using suitable materials a cooling device can be created which is lightweight and multifunctional. Accordingly, a tube made according to this approach can be used very simply for cooling and holding an electrochemical energy storage unit.

Die hier vorgestellte Konstruktionsweise ist sehr leicht, da lediglich die dünnwandigen Kühlmittel-Formrohre, insbesondere aus Leicht-Metall, in der Regel Aluminium, gefertigt werden. Alle weiteren Bauteile wie Tank, Rohrboden, Trennwände und Batterie-Bodenprofil können aus Kunststoff gefertigt werden. Ein bedeutender Vorteil der vorgestellten Lösung ist ein optimierter Wärmeübergang zwischen den Formrohren und den Zellen, welcher beispielsweise durch ein Zwängungsmaß zwischen den Rohren, das geringer als eine Zellendicke ist, erreicht werden kann. Weiterhin kann die Position der Kühlung über die Zellhöhe variabel eingestellt werden bzw. sogar durch eine zusätzliche Bodenkühlung der Zellen ergänzt werden. Ein weiterer Vorteil besteht in der geschlossenen und integrierten Lösung. Geschlossen ist die Lösung, da es sich um lediglich ein Produkt handelt, welches ohne weitere Spezialteile oder -werkzeuge in jeder Umgebung montiert werden kann. Es handelt sich weiterhin um eine integrierte Lösung, da auch für die Einbringung und Fixierung der Zellen keine weiteren Montageteile benötigt werden. Alle notwendigen Verklipsungen können durch den Kühler zur Verfügung gestellt werden. Durch diese beiden Eigenschaften können zusätzliche Kosten- und Gewichtsvorteile generiert werden. Ein Zugriff auf die Zellen wird nicht durch eine Modulbauweise erschwert. Einzelne Zellen können leicht ausgetauscht werden.The construction presented here is very easy, since only the thin-walled coolant molding tubes, in particular made of lightweight metal, usually aluminum, are manufactured. All other components such as tank, tubesheet, partitions and battery bottom profile can be made of plastic. An important advantage of the proposed solution is an optimized heat transfer between the forming tubes and the cells, which can be achieved for example by a constraint between the tubes, which is less than a cell thickness. Furthermore, the position of the cooling via the cell height can be set variably or even supplemented by an additional bottom cooling of the cells. Another advantage is the closed and integrated solution. The solution is closed because it is just a product that can be mounted in any environment without any special parts or tools. It is also an integrated solution, since no further mounting parts are needed for the introduction and fixation of the cells. All necessary Verklipsungen can be provided by the cooler. These two features can generate additional cost and weight benefits. Access to the cells is not hampered by a modular design. Single cells can be easily exchanged.

Gemäß dem hier vorgestellten Ansatz kann eine einfache und leichte Bauweise für die Kühlkomponenten von Zellen bei gleichzeitiger Gewährleistung einer effektiven und sicheren Kühlung realisiert werden. Zusätzlich kann die Konstruktion Funktionen bezüglich einer Verbindung und Verspannung von Kühlkomponente und Zellen direkt enthalten oder zumindest einfache Lösungen ermöglichen.According to the approach presented here, a simple and lightweight design for the cooling components of cells while ensuring effective and safe cooling can be realized. In addition, the construction may directly contain functions relating to connection and strain of the cooling component and cells, or at least allow simple solutions.

Der erfindungsgemäße Ansatz beinhaltet eine optimierte Methode für die Kühlung von Zellen mit „hartem” Gehäuse, in der Regel prismatische oder zylindrische Zellen mit einem Aluminium-Gehäuse.The approach of the invention includes an optimized method for cooling "hard" housing cells, typically prismatic or cylindrical cells with an aluminum housing.

Die vorliegende Erfindung schafft eine Vorrichtung zum Kühlen mindestens einer elektrochemischen Energiespeichereinheit, wobei die Vorrichtung folgende Merkmale aufweist: mindestens zwei voneinander beabstandete Rohre aus einem verformbaren Metallmaterial, wobei die Rohre ausgebildet sind, um von einem Kühlmittel durchströmt zu werden, wobei jedes der Rohre an einer dem anderen Rohr zugewandten Seite zumindest teilweise nach außen gekrümmt ist; und ein Bodenelement mit mindestens einer Ausnehmung, wobei gegenüberliegende Ränder der Ausnehmung parallel zu den Rohren angeordnet sind, und wobei ein Bodenbereich der Ausnehmung eine größere Breite aufweist als ein minimaler Abstand zwischen den Rohren.The present invention provides an apparatus for cooling at least one electrochemical energy storage unit, the apparatus comprising: at least two mutually spaced tubes made of a deformable metal material, wherein the tubes are adapted to be flowed through by a coolant, wherein each of the tubes at a the other pipe side facing at least partially curved outwards; and a bottom member having at least one recess, wherein opposite edges of the recess are arranged parallel to the tubes, and wherein a bottom portion of the recess has a greater width than a minimum distance between the tubes.

Bei der elektrochemischen Energiespeichereinheit kann es sich beispielsweise um Lithium-Ionen-Zellen handeln, die zum Antrieb eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs eingesetzt werden können. Beispielsweise kann die elektrochemische Energiespeichereinheit als eine Flachzelle mit einer festen Ummantelung aus Aluminium ausgebildet sein. Die elektrochemische Energiespeichereinheit kann sich aus einer oder einer Mehrzahl von Zellen zusammensetzen. Bei den Rohren kann es sich z. B. um Rundrohre oder um Flachrohre mit konvexen Seiten handeln. Beispielsweise können sich gegenüberliegende Hauptseiten von Flachrohren jeweils konvex sein. Als das verformbare Metallmaterial kann z. B. dünnwandiges Aluminium eingesetzt werden. Das Metallmaterial kann elastisch verformbar sein, so dass es bei einer Wegnahme des Verformungsdrucks wieder in seinen Urzustand zurückkehren kann. Die Ausnehmung des Bodenelements kann zum Aufnehmen eines Fußbereichs einer elektrochemischen Energiespeichereinheit ausgebildet oder ausgeformt sein. Die Ausnehmung kann wannenförmig sein, wobei ein Rand der Ausnehmung umlaufend ist. Alternativ kann die Ausnehmung auch U-förmig sein und somit zwei sich gegenüberliegende Ränder oder Randseiten aufweisen. Wenn sich die elektrochemische Energiespeichereinheit aus einer Mehrzahl von Einzelzellen zusammensetzt, kann das Bodenelement eine entsprechende Anzahl von Ausnehmungen aufweisen. Entsprechend der Anordnung der Rohre und des Bodenelements kann die elektrochemische Energiespeichereinheit zwischen die Rohre in die Ausnehmung eingesetzt und gekühlt werden. Aufgrund des geringeren Abstandes zwischen den Rohren im Vergleich zu der Breite des Bodenelements kann die elektrochemische Energiespeichereinheit in ihrer Position fixiert werden.The electrochemical energy storage unit can be, for example, lithium-ion cells that can be used to drive an electric or hybrid vehicle. For example, the electrochemical energy storage unit may be formed as a flat cell with a solid aluminum cladding. The electrochemical energy storage unit may be composed of one or a plurality of cells. The tubes may be z. B. to round tubes or flat tubes with convex sides. For example, opposite major sides of flat tubes may each be convex. As the deformable metal material may, for. B. thin-walled aluminum can be used. The metal material may be elastically deformable, so that it can return to its original state upon removal of the deformation pressure. The recess of the bottom element may be formed or shaped for receiving a foot region of an electrochemical energy storage unit. The recess may be trough-shaped, wherein an edge of the recess is circumferential. Alternatively, the recess may also be U-shaped and thus have two opposite edges or edge sides. When the electrochemical energy storage unit is composed of a plurality of individual cells, the bottom element may have a corresponding number of recesses. According to the arrangement of the tubes and the bottom element, the electrochemical energy storage unit can be inserted between the tubes in the recess and cooled. Due to the smaller distance between the tubes compared to the width of the bottom element, the electrochemical energy storage unit can be fixed in position.

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das Bodenelement aus einem Kunststoffmaterial hergestellt sein. Auf diese Weise kann das Bodenelement mit wenig Gewicht und auf einfache und kostengünstige Weise realisiert werden. Die Gewichtsreduzierung kann sich positiv auf den Energieverbrauch eines Fahrzeugs auswirken.According to one embodiment of the present invention, the bottom element may be made of a plastic material. In this way, the bottom element can be realized with little weight and in a simple and cost-effective manner. The weight reduction can have a positive effect on the energy consumption of a vehicle.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform können die Rohre als Flachrohre mit einem bikonvexen Querschnitt ausgebildet sein. Eine derartige Form der Rohre kann eine große Wärmeübergangsfläche und somit eine effizientere Kühlung der elektrochemischen Energiespeichereinheit bereitstellen. Auch bietet eine derartige Form der Rohre eine gute Federwirkung, und Zellen können dichter gepackt werden als dies bei Rundrohren möglich wäre.According to a further embodiment, the tubes can be designed as flat tubes with a biconvex cross-section. Such a shape of the tubes can provide a large heat transfer area and thus more efficient cooling of the electrochemical energy storage unit. Also, such a shape of the tubes provides a good spring action and cells can be packed more tightly than would be possible with round tubes.

Ferner kann die Vorrichtung mindestens eine Wand aufweisen. Die Wand kann derart ausgebildet sein, dass die Rohre durch Aussparungen in der Wand führbar sind. Die Aussparungen können dabei einer Umfangsform der Rohre entsprechen. Vorteilhafterweise können die Rohre auf diese Weise gut in ihrer Position gehalten werden. Die Fixierung einer zwischen den Rohren angeordneten elektrochemischen Energiespeichereinheit sowie ein Wärmeübergang zwischen den Rohren und der elektrochemischen Energiespeichereinheit können entsprechend verbessert werden.Furthermore, the device may have at least one wall. The wall can be designed such that the tubes can be guided through recesses in the wall. The recesses may correspond to a peripheral shape of the tubes. Advantageously, the tubes can be kept well in position in this way. The fixation of an arranged between the tubes electrochemical energy storage unit and a heat transfer between the tubes and the electrochemical energy storage unit can be improved accordingly.

Dabei kann die mindestens eine Wand aus einem Kunststoffmaterial hergestellt sein. Auf diese Weise kann die Wand einfacher und kostengünstiger hergestellt werden und weist gegenüber z. B. einer Wand aus einem Metallmaterial ein geringeres Gewicht auf.In this case, the at least one wall can be made of a plastic material. In this way, the wall can be made easier and cheaper and has z. B. a wall of a metal material on a lower weight.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Bodenelement mindestens eine Nut aufweisen. Diese kann ausgebildet sein, um einen dem Bodenelement zugewandten Fußbereich der mindestens einen Wand aufzunehmen. Eine derartige vorteilhafte Verbindungsmöglichkeit von Bodenelement und Wand ist einfach und ohne zusätzliche Elemente zu realisieren. Auf diese Weise kann eine feste Struktur aus Bodenelement und Wand zum Fixieren der Rohre und damit der elektrochemischen Energiespeichereinheit geschaffen werden. Ein verbesserter Wärmeübergangskoeffizient ist die Folge.According to a further embodiment, the bottom element may have at least one groove. This can be designed to receive a foot region of the at least one wall facing the floor element. Such an advantageous connection possibility of floor element and wall can be realized easily and without additional elements. In this way, a solid structure of bottom element and wall for fixing the pipes and thus the electrochemical Energy storage unit to be created. An improved heat transfer coefficient is the result.

Ferner kann die mindestens eine Nut ein Hakenelement aufweisen und die mindestens eine Wand in dem Endbereich mindestens eine Einkerbung oder Öffnung aufweisen. Somit können die mindestens eine Wand und das Bodenelement ausgebildet sein, um formschlüssig verbunden zu werden. Mit Hilfe der Nut kann die Wand in dem Bodenelement arretiert werden, wodurch die Verbindung zwischen Bodenelement und Wand z. B. auch Erschütterungen besser standhalten kann. Auch hier liegt der Vorteil wiederum neben der einfachen Herstellbarkeit in einer verbesserten Fixierung der Elemente gegeneinander, ohne dass dafür zusätzliche Elemente benötigt werden.Furthermore, the at least one groove may have a hook element and the at least one wall in the end region have at least one notch or opening. Thus, the at least one wall and the bottom element may be formed to be positively connected. With the help of the groove, the wall can be locked in the bottom element, whereby the connection between the floor element and wall z. B. can withstand shocks better. Again, the advantage lies in addition to the ease of manufacture in an improved fixation of the elements against each other, without the need for additional elements are needed.

Weiterhin kann die mindestens eine Wand in einem dem Fußbereich gegenüberliegenden Kopfbereich mindestens ein Hakenrastelement aufweisen. Das Hakenrastelement kann z. B. ausgebildet sein, um folgend auf ein Einsetzen eines der elektrochemischen Energiespeichereinheit in das Bodenelement auf eine Kopfseite der elektrochemischen Energiespeichereinheit aufgeklipst zu werden. Auf diese Weise kann die elektrochemische Energiespeichereinheit mit geringem Aufwand noch besser in ihrer Position fixiert werden. Weiterhin kann die elektrochemische Energiespeichereinheit ohne weiteres durch ein manuelles Zurückschieben des Hakenrastelements entnommen und ausgewechselt werden, ohne dass dazu ein Einsatz von Werkzeugen nötig wäre.Furthermore, the at least one wall in a head region opposite the foot region can have at least one hook-type catch element. The hook catch element can, for. B. be adapted to be clipped following a insertion of one of the electrochemical energy storage unit in the bottom element on a head side of the electrochemical energy storage unit. In this way, the electrochemical energy storage unit can be fixed even better with little effort in their position. Furthermore, the electrochemical energy storage unit can be easily removed and replaced by manually pushing back the hook latching element, without requiring the use of tools.

Gemäß einer Ausführungsform kann mindestens eines der Rohre eine innenliegende Spirale aus einem Kunststoffmaterial aufweisen, die ausgebildet sein kann, um ein Zurückbilden des Rohres aus einer Verformung zu unterstützen. Vorteilhafterweise kann so eine dauerhaftere Funktionalität der Rohre sowie eine längere Haltbarkeit derselben gewährleistet werden. Zudem kann ein Gewichtsvorteil dadurch gegeben sein, dass besonders dünnwandige Rohre eingesetzt werden können.According to one embodiment, at least one of the tubes may include an internal spiral of plastic material that may be configured to assist in re-forming the tube from deformation. Advantageously, such a more durable functionality of the tubes and a longer shelf life of the same can be ensured. In addition, a weight advantage can be given by the fact that particularly thin-walled tubes can be used.

Die vorliegende Erfindung schafft ferner ein Herstellungsverfahren zum Herstellen einer Vorrichtung zum Kühlen mindestens einer elektrochemischen Energiespeichereinheit, wobei das Herstellungsverfahren folgende Schritte aufweist: Bereitstellen von mindestens zwei Rohren aus einem verformbaren Metallmaterial, die ausgebildet sind, um von einem Kühlmittel durchströmt zu werden, wobei jedes der Rohre zumindest teilweise nach außen gekrümmt ist; Bereitstellen eines Bodenelements mit mindestens einer Ausnehmung, wobei die Ausnehmung in einem Bodenbereich zwischen gegenüberliegenden Rändern des Bodenelements eine Ausnehmungsbreite aufweist; und Ausrichten der Rohre gegenüber dem Bodenelement, derart, dass die Rohre parallel zu den Rändern des Bodenelements angeordnet sind und dass ein minimaler Abstand zwischen den Rohren, insbesondere der nach außen gekrümmten Seiten der Rohre, geringer ist als die Ausnehmungsbreite des Bodenbereichs.The present invention further provides a manufacturing method for producing a device for cooling at least one electrochemical energy storage unit, the manufacturing method comprising the following steps: providing at least two ducts of a deformable metal material, which are designed to be flowed through by a coolant, wherein each of the Tubes is at least partially curved outward; Providing a floor element with at least one recess, wherein the recess has a recess width in a bottom area between opposite edges of the floor element; and aligning the tubes with respect to the bottom member, such that the tubes are arranged parallel to the edges of the bottom member and that a minimum distance between the tubes, in particular the outwardly curved sides of the tubes, is less than the recess width of the bottom portion.

Vorteilhafte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:Advantageous embodiments of the present invention will be explained below with reference to the accompanying drawings. Show it:

1 eine Querschnittdarstellung eines Rohrs zum Führen eines Kühlmittels zur Verwendung in einer Vorrichtung zum Kühlen einer elektrochemischen Energiespeichereinheit, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 1 a cross-sectional view of a pipe for guiding a coolant for use in a device for cooling an electrochemical energy storage unit, according to an embodiment of the present invention;

2 eine Prinzipdarstellung im Querschnitt eines Rohrverformungskühlers in Matrixbauweise zum Kühlen einer Mehrzahl von elektrochemischen Energiespeichereinheiten, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 2 a schematic representation in cross section of a tube forming cooler in a matrix design for cooling a plurality of electrochemical energy storage units, according to an embodiment of the present invention;

3 eine Prinzipdarstellung in Draufsicht auf das Ausführungsbeispiel eines Rohrverformungskühlers aus 2; 3 a schematic diagram in plan view of the embodiment of a tube forming cooler 2 ;

4 eine Prinzipdarstellung im Längsschnitt einer Vorrichtung zum Kühlen einer elektrochemischen Energiespeichereinheit, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und 4 a schematic representation in longitudinal section of a device for cooling an electrochemical energy storage unit, according to an embodiment of the present invention; and

5 ein Ablaufdiagramm für ein Herstellungsverfahren zum Herstellen einer Vorrichtung zum Kühlen mindestens einer elektrochemischen Energiespeichereinheit. 5 a flowchart for a manufacturing method for producing a device for cooling at least one electrochemical energy storage unit.

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.In the following description of the preferred embodiments of the present invention, the same or similar reference numerals are used for the elements shown in the various drawings and similar, and a repeated description of these elements will be omitted.

Bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung (Kühler) zur Kühlung von Energiespeichersystemen werden Energiespeicherzellen in den Kühler gesteckt. Dabei werden die Kühlerrohre verformt und bilden somit einen Wärmeübergang zur Zelle. Die Zellen werden innerhalb der Kühlkomponente positioniert und fixiert.In a device according to the invention (cooler) for cooling energy storage systems, energy storage cells are plugged into the cooler. The cooling tubes are deformed and thus form a heat transfer to the cell. The cells are positioned and fixed within the cooling component.

1 zeigt in einer Querschnittdarstellung ein Ausführungsbeispiel eines Rohres 100 zum Führen eines Kühlmittels, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Rohr 100 ist gemäß dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel als ein Flachrohr ausgebildet, dessen gegenüberliegende lange Seiten jeweils eine Krümmung nach außen aufweisen. Das so geformte bikonvexe Rohr 100 kann z. B. aus Aluminium gefertigt sein. Das Rohr 100 kann auch einen anderen als in 1 dargestellten Querschnitte aufweisen, beispielsweise kann der Querschnitt rund sein, oder es kann lediglich eine der Seiten des Rohres 100 konvex sein. Für eine hier vorgestellte Vorrichtung zum Kühlen einer elektrochemischen Energiespeichereinheit werden mindestens zwei parallel angeordnete Rohre 100 benötigt. 1 shows a cross-sectional view of an embodiment of a tube 100 for guiding a coolant, according to an embodiment of the present invention. The pipe 100 is formed according to the embodiment shown here as a flat tube, whose opposite long sides each have a curvature have outside. The so-shaped biconvex tube 100 can z. B. made of aluminum. The pipe 100 can be another than in 1 For example, the cross section may be round, or it may only be one of the sides of the tube 100 be convex. For a device presented here for cooling an electrochemical energy storage unit, at least two tubes arranged in parallel are used 100 needed.

2 zeigt eine Prinzipdarstellung im Querschnitt eines Rohrverformungskühlers 200 in Matrixbauweise zum Kühlen einer Mehrzahl von elektrochemischen Energiespeichereinheiten, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung 200 umfasst eine Mehrzahl von Rohren 100, ein Bodenelement bzw. Batterie-Bodenprofil 210 sowie eine Wand 220. In die Vorrichtung 200 ist eine Mehrzahl von zu kühlenden elektrochemischen Energiespeichereinheiten 230 eingesetzt. Der Übersichtlichkeit halber ist lediglich eines der Rohre 100 sowie einer der elektrochemischen Energiespeichereinheiten 230 mit einem Bezugszeichen gekennzeichnet. Das Batterie-Bodenprofil 210 kann aus einem Kunststoff hergestellt sein und weist bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel eine Mehrzahl von Ausnehmungen 240 zum Aufnehmen eines Bodenbereichs der elektrochemischen Energiespeichereinheiten 230 auf. Die Rohre 100 sind als bikonvexe Flachrohre ausgeführt, wie sie bereits in Zusammenhang mit 1 erläutert wurden. Es ist jeweils ein Rohr 100 parallel zu einem Rand 250 des Bodenelements 210 angeordnet. Bei der Schnittdarstellung des Rohrverformungskühlers 200 in 2 ist die Trennwand 220 durch zwei horizontale Linien angedeutet, die Ober- und Unterkante der Wand 220 repräsentieren. Die Wand 220 kann z. B. aus einem Kunststoff hergestellt sein. Sie weist eine Mehrzahl von Aussparungen in der Form der Rohre 100 auf, so dass die Rohre 100 durch die Aussparungen hindurchgeführt im rechten Winkel zu der Wand 220 angeordnet sind, wodurch die Matrixbauweise der Vorrichtung 100 realisiert ist. Entsprechend dieser erweiterbaren Matrixkonstruktion der Vorrichtung 100 können auch weitere Trennwände 220 enthalten sein, die jeweils abwechselnd mit einer Reihe von elektrochemischen Energiespeichereinheiten 230 angeordnet sein können. Dieser Sachverhalt wird im Folgenden im Zusammenhang mit 3 noch weitergehend erläutert. 2 shows a schematic representation in the cross section of a Rohrverformungskühlers 200 in a matrix construction for cooling a plurality of electrochemical energy storage units, according to an embodiment of the present invention. The device 200 includes a plurality of tubes 100 , a floor element or battery bottom profile 210 as well as a wall 220 , Into the device 200 is a plurality of electrochemical energy storage units to be cooled 230 used. For the sake of clarity, only one of the tubes 100 and one of the electrochemical energy storage units 230 marked with a reference numeral. The battery bottom profile 210 can be made of a plastic and has in the in 2 shown embodiment, a plurality of recesses 240 for receiving a bottom portion of the electrochemical energy storage units 230 on. The pipes 100 are designed as biconvex flat tubes, as they are already associated with 1 were explained. It is each a tube 100 parallel to a border 250 of the floor element 210 arranged. In the sectional view of the tube deformation cooler 200 in 2 is the dividing wall 220 indicated by two horizontal lines, the top and bottom of the wall 220 represent. The wall 220 can z. B. be made of a plastic. It has a plurality of recesses in the shape of the tubes 100 on, leaving the pipes 100 passed through the recesses at right angles to the wall 220 are arranged, whereby the matrix design of the device 100 is realized. According to this expandable matrix construction of the device 100 can also have more partitions 220 be included, each alternating with a series of electrochemical energy storage units 230 can be arranged. This facts will be related to 3 further explained.

Gemäß dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel werden gezielt nur die Bauteile aus Metall, in der Regel Aluminium, hergestellt, welche für den Wärmetransport benötigt werden, d. h. hier die beim Betrieb des Kühlers kühlmittelgefüllten Formrohre 100. Die Formrohre 100 sind hier dünnwandige Rohre in flacher Bauweise, wobei die langen Seiten eine nichtebene und zumindest in einer Welle bauchige Form erhalten. Die Rohre 100 werden in Trennwände 220 aus Kunststoff geschoben, wobei sich die Anzahl der Rohre 100 und die Anzahl der Trennwände 220 aus der Matrix-Größe der Batterie 230 ergibt. Bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist lediglich eine Wand 220 gezeigt. Die Öffnungen in den Trennwänden 220 geben günstigerweise die Formgebung der Rohre 100 zumindest teilweise wieder, so dass eine feste Press-Verbindung zwischen Trennwand 220 und Rohr 100 entsteht und ein Verkanten vermieden werden kann.According to the in 2 shown embodiment, only the components made of metal, usually aluminum, are manufactured targeted, which are required for the heat transfer, ie here the coolant filled during operation of the cooler molding tubes 100 , The form pipes 100 Here are thin-walled tubes in a flat design, the long sides of a non-planar and bulged at least in a wave shape. The pipes 100 be in partitions 220 pushed out of plastic, with the number of tubes 100 and the number of partitions 220 from the matrix size of the battery 230 results. At the in 2 illustrated embodiment is merely a wall 220 shown. The openings in the partitions 220 Conveniently give the shape of the tubes 100 at least partially, leaving a firm press connection between the partition wall 220 and pipe 100 arises and tilting can be avoided.

In 2 nicht gezeigt ist, dass ein Kühlmitteleintrag in die Rohre 100 durch eine Rohrboden-Tank-Konstruktion vorgesehen sein kann, wie sie in handelsüblichen Kühlmittelkühlern von Kraftfahrzeugen Stand der Technik ist. Um weiteres Gewicht zu sparen, kann der Rohrboden nicht aus Metall wie z. B. Aluminium sondern aus Kunststoff gefertigt sein. Die Verbindung zwischen Tank und Boden kann durch Vibrationsschweißen oder Orbitalschweißen erfolgen, die Verbindung zwischen Rohr 100 und Boden durch Einpressen des Rohres 100 in eine dafür vorgesehene Schlitzung im Boden.In 2 not shown is a coolant entry into the pipes 100 may be provided by a tube bottom tank construction, as in prior art coolant radiators of motor vehicles prior art. To save further weight, the tubesheet can not be made of metal such. B. aluminum but be made of plastic. The connection between tank and floor can be done by vibration welding or orbital welding, the connection between pipe 100 and soil by pressing in the tube 100 in a designated slit in the ground.

Wie 2 zeigt, wird zu kühlende Zelle 230 in ein Raster, begrenzt z. B. durch jeweils zwei Trennwände 220 und Rohre 100, geschoben. Ein lichter Abstand der Trennwände 220 ist so groß bemessen, dass genügend Platz für Schnapphaken zur Positionierung der Zelle 230 bleibt. Auf eine Verwendung von Schnapphaken, die in 2 nicht gezeigt sind, wird im Zusammenhang mit einem in 4 gezeigten Darstellung noch genauer eingegangen. Ein lichter Abstand a-z der geformten Seiten der Rohre 100 ist dagegen um das Zwängungsmaß z kleiner als eine Abmessung bzw. Breite a einer Zelle 230. Dadurch wird erreicht, dass durch das Einschieben einer Zelle 230 die speziell geformten Wandungen der dünnwandigen Rohre 100 elastisch verformt werden, wodurch sich die Form der Seitenwände unter einer elastischen Federwirkung an die Kontur der Zellwandung anpasst. Der thermische Kontakt erhält somit automatisch einen Anpressdruck, welcher den Wärmeübergang deutlich verbessert. Die Art der Formgebung der Rohr-Seitenwände ist auf die jeweilige Zelle 230 abgestimmt.As 2 shows becomes cell to be cooled 230 in a grid, limited z. B. by two partitions 220 and pipes 100 , pushed. A clear distance between the partitions 220 is sized so that there is enough space for snap hooks to position the cell 230 remains. On a use of snap hooks in 2 not shown, is related to a in 4 shown representation in more detail. A clear distance az of the shaped sides of the tubes 100 on the other hand, is smaller by the constraint z than a dimension or width a of a cell 230 , This ensures that by inserting a cell 230 the specially shaped walls of the thin-walled tubes 100 be elastically deformed, whereby the shape of the side walls adapts under an elastic spring action to the contour of the cell wall. The thermal contact thus automatically receives a contact pressure, which significantly improves the heat transfer. The type of shaping of the tube side walls is on the respective cell 230 Voted.

3 zeigt die Vorrichtung 200 zum Kühlen einer elektrochemischen Energiespeichereinheit 230 in einer Draufsicht. Gezeigt sind eine Mehrzahl von Rohren 100 und eine Mehrzahl von Wänden 220, wobei die im Zusammenhang mit 2 beschriebene Verbindung von Rohren 100 und Wänden 220 die Matrixform der Vorrichtung 200 ergibt. In die Zwischenräume zwischen Rohren 100 und Wänden 220 ist eine Mehrzahl von Zellen 230 in zwei Reihen eingesetzt. Der Übersichtlichkeit halber ist lediglich ein Rohr 100, eine Wand 220 sowie eine Zelle 230 mit einem Bezugszeichen gekennzeichnet. Je nach Anzahl und Anordnung der Zellen 230 kann die Matrixkonstruktion durch Hinzufügung oder Wegnahme von Rohren 100 und/oder Wänden 220 beliebig verändert werden. 3 shows the device 200 for cooling an electrochemical energy storage unit 230 in a top view. Shown are a plurality of tubes 100 and a plurality of walls 220 , being related to 2 described connection of pipes 100 and walls 220 the matrix shape of the device 200 results. In the spaces between pipes 100 and walls 220 is a plurality of cells 230 used in two rows. For the sake of clarity, there is only one pipe 100 , a wall 220 as well as a cell 230 marked with a reference numeral. Depending on the number and arrangement of the cells 230 can the matrix construction by adding or removing tubes 100 and / or walls 220 be changed arbitrarily.

4 zeigt einen Ausschnitt im Längsschnitt der Vorrichtung 200 zum Kühlen einer elektrochemischen Energiespeichereinheit 230 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Gezeigt sind das Bodenelement 210, zwei Trennwände 220 sowie durch zwei horizontale Linien angedeutet ein durch die Aussparungen in den Wänden 220 geführtes Kühlrohr 100. Eine elektrochemische Energiespeichereinheit 230 ist zwischen die Wände 220 in das Bodenelement 210 eingesetzt. Ein durch eine Strichkreislinie gekennzeichneter Bereich 410 zeigt eine Verklipsung zwischen dem Bodenprofil 210 und einer Trennwand 220, die identisch mit der weiteren Trennwand 220 und dem Bodenprofil 210 besteht. Ein durch eine weitere Strichkreislinie gekennzeichneter Bereich 420 zeigt eine Verklipsung zwischen der Zelle 230 und der weiteren Trennwand 220, die identisch mit der Trennwand 220 und der Zelle 230 besteht. Wie bereits im Zusammenhang mit den vorhergehenden Figuren erläutert, wird zur Fixierung der Zelle 230 in der dritten Richtung wird das Batterie-Bodenprofil 210, das z. B. aus Kunststoff besteht, unter der gesamten Batterie 230 vorgesehen. Das Bodenelement 210 kann mit den Trennwänden 220 verklipst werden und so die Zelle 230 in Bodenrichtung halten. Dazu weist das Bodenprofil eine Nut 430 auf, in die die Wand 220 eingesetzt werden kann. Zum formschlüssigen Verbinden von Bodenelement 210 und Wand 220 weist die Nut 430 ein Hakenelement und die Trennwand 220 in entsprechender Höhe eine Einkerbung oder Öffnung auf, so dass die Wand 220 in das Bodenelement 210 fest eingerastet werden kann. In der Gegenrichtung, also an einer Seite der Batterieanschlüsse, wird die Zelle 230 durch an den Trennwänden 220 vorhandene Schnapphaken bzw. Hakenrastelemente 440 fixiert. Die Hakenrastelemente 440 sind dabei so ausgebildet und an den Wänden 220 angeordnet, dass je zwei elektrochemische Energiespeichereinheiten 230 durch eine dazwischenliegende Wand 220 auf je einer Seite fixiert werden können. 4 shows a section in the longitudinal section of the device 200 for cooling an electrochemical energy storage unit 230 according to an embodiment of the present invention. Shown are the floor element 210 , two partitions 220 as well as indicated by two horizontal lines through the recesses in the walls 220 guided cooling tube 100 , An electrochemical energy storage unit 230 is between the walls 220 in the soil element 210 used. An area indicated by a dash circle 410 shows a Verklipsung between the soil profile 210 and a partition 220 identical to the other partition 220 and the soil profile 210 consists. An area indicated by another dash circle 420 shows a Verklipsung between the cell 230 and the other partition 220 that are identical to the dividing wall 220 and the cell 230 consists. As already explained in connection with the preceding figures, is used to fix the cell 230 in the third direction is the battery bottom profile 210 , the Z. B. made of plastic, under the entire battery 230 intended. The floor element 210 can with the partitions 220 be clipped and so the cell 230 in the direction of the ground. For this purpose, the soil profile has a groove 430 on, in the wall 220 can be used. For the positive connection of floor element 210 and wall 220 has the groove 430 a hook element and the partition 220 at the appropriate height a notch or opening on, leaving the wall 220 in the soil element 210 can be firmly locked. In the opposite direction, so on one side of the battery terminals, the cell 230 through at the partitions 220 existing snap hooks or hook catch elements 440 fixed. The hook detents 440 are so designed and on the walls 220 arranged that each two electrochemical energy storage units 230 through an intervening wall 220 can be fixed on one side.

5 zeigt ein Ablaufdiagramm 500 für ein Herstellungsverfahren zum Herstellen einer Vorrichtung zum Kühlen mindestens einer elektrochemischen Energiespeichereinheit. In einem Schritt 510 werden zwei oder mehr Rohre aus einem verformbaren Metallmaterial bereitgestellt. Die Rohre sind ausgebildet, um von einem Kühlmittel durchströmt zu werden, wobei jedes der Rohre zumindest teilweise nach außen gekrümmt ist. In einem Schritt 520 wird ein Bodenelement bereitgestellt. Das Bodenelement kann eine oder mehrere Ausnehmungen aufweisen. Jede der Ausnehmungen weist dabei in einem Bodenbereich zwischen gegenüberliegenden Rändern des Bodenelements eine Ausnehmungsbreite auf. In einem Schritt 530 werden die Rohre gegenüber dem Bodenelement derart angeordnet, dass eine Längsachse der Rohre parallel zu den Rändern des Bodenelements verläuft. Dabei sind das Bodenelement und die Rohre so bemessen, dass infolge der Anordnung von Rohren und Bodenelement ein minimaler Abstand zwischen den Rohren geringer ist als die Ausnehmungsbreite des Bodenbereichs. 5 shows a flowchart 500 for a manufacturing method for producing a device for cooling at least one electrochemical energy storage unit. In one step 510 two or more tubes of deformable metal material are provided. The tubes are designed to be flowed through by a coolant, wherein each of the tubes is at least partially curved outward. In one step 520 a floor element is provided. The bottom element may have one or more recesses. Each of the recesses has a recess width in a bottom area between opposite edges of the floor element. In one step 530 the tubes are arranged opposite the bottom element such that a longitudinal axis of the tubes runs parallel to the edges of the bottom element. In this case, the bottom element and the tubes are dimensioned so that due to the arrangement of tubes and bottom element a minimum distance between the tubes is less than the recess width of the bottom portion.

Prinzipiell besteht die Möglichkeit einer Verwendung zusätzlicher Schichten zur Wärmeübertragung, um den Wärmefluss mit Hilfe gezielter Einbringung von Wärmestaus zu optimieren. Alternativ zu den beschriebenen Ausführungsbeispielen ist ein Weglassen der Trennwände und/oder eine Verspannung von Teilen der Batterie oder der gesamten Batterie zu einem Modul bzw. zu Modulen denkbar. Wie bereits erläutert können, sollten die Rohre zu dünnwandig sein und dadurch plastische Verformungen im Rohr entstehen, die Rohre durch eine innenliegende Kunststoffspirale verstärkt werden.In principle, there is the possibility of using additional layers for heat transfer in order to optimize the heat flow by means of targeted introduction of heat accumulation. As an alternative to the described embodiments, omitting the partitions and / or clamping parts of the battery or the entire battery to form a module or modules is conceivable. As already explained, the pipes should be too thin-walled, resulting in plastic deformation in the pipe, and the pipes should be reinforced by an internal plastic spiral.

Die beschriebenen Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt und können miteinander kombiniert werden.The described embodiments are chosen only by way of example and can be combined with each other.

Claims

Contraption ( 200 ) for cooling at least one electrochemical energy storage unit ( 230 ), the device comprising: at least two spaced-apart tubes ( 100 ) made of a deformable metal material, which are designed to be flowed through by a coolant, wherein each of the tubes is at least partially curved on a side facing the other tube to the outside; and a floor element ( 210 ) with at least one recess ( 240 ), with opposite edges ( 250 ) of the recess are arranged parallel to the tubes, and wherein a bottom portion of the recess has a greater width than a minimum distance (az) between the tubes.

Contraption ( 200 ) according to claim 1, characterized in that the bottom element ( 210 ) is made of a plastic material.

Contraption ( 200 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the tubes ( 100 ) are formed as flat tubes with a biconvex cross-section.

Contraption ( 200 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the device has at least one wall ( 220 ), wherein the wall is formed such that the tubes ( 100 ) are guided or guided by recesses in the wall.

Contraption ( 200 ) according to claim 4, characterized in that the at least one wall ( 220 ) is made of a plastic material.

Contraption ( 200 ) according to claim 4 or 5, characterized in that the bottom element ( 210 ) at least one groove ( 430 ), which is formed around a base element facing the foot region of the at least one wall ( 220 ).

Contraption ( 200 ) according to one of claims 4 to 6, characterized in that the at least one groove ( 430 ) a hook element and the at least one wall ( 220 ) in the end region has at least one notch or opening, so that the at least one wall and the bottom element ( 210 ) are positively connected.

Contraption ( 200 ) according to one of claims 4 to 7, characterized in that the at least one wall ( 220 ) in a head region opposite the head region at least one hook catch element ( 440 ) having.

Contraption ( 200 ) according to one of the preceding claims, characterized in that at least one of the tubes ( 100 ) has an internal spiral made of a plastic material, which is designed to support a reformation of the tube from a deformation.

Manufacturing method for producing a device ( 200 ) for cooling at least one electrochemical energy storage unit ( 230 ), the manufacturing method comprising the following steps: providing at least two tubes ( 100 ) made of a deformable metal material, which are designed to be flowed through by a coolant, wherein each of the tubes is at least partially curved outward; Providing a floor element ( 210 ) with at least one recess ( 240 ), wherein the recess in a bottom area between opposite edges ( 250 ) of the bottom member has a recess width; and aligning the tubes with respect to the bottom member, such that the tubes are arranged parallel to the edges of the bottom member, and that a minimum distance (az) between the tubes, in particular the outwardly curved sides of the tubes, is less than the recess width of the bottom portion.