DE102011016738A1 - Cooling device for cooling cylindrical battery cells for e.g. vehicle with electrical drive, has separate coolant line fastened at monolithic cooling body and thermally conductively contacted with cooling body - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Batteriekühlvorrichtung für Batteriezellen sowie eine Batteriebaugruppe mit einer derartigen Batteriekühlvorrichtung und einer Mehrzahl von Batteriezellen.The invention relates to a battery cooling device for battery cells and a battery assembly comprising such a battery cooling device and a plurality of battery cells.
Aus der
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Batteriekühlvorrichtung zu schaffen, welche eine verbesserte Wärmeleitung ermöglicht und durch ein einfaches Herstellungsverfahren hergestellt werden kann, und eine Batteriebaugruppe mit einer derartigen Kühlvorrichtung.The object of the invention is to provide a battery cooling device, which allows improved heat conduction and can be produced by a simple manufacturing process, and a battery assembly with such a cooling device.
Diese Aufgabe wird durch eine Batteriekühlvorrichtung für Batteriezellen, insbesondere für zylindrische Batteriezellen, gelöst, welche wenigstens einen monolithischen Kühlkörper mit einem sich in einer Ebene ersteckenden Kühlboden und sich aus der Ebene des Kühlbodens erstreckende Halte- und Kühlstege zur seitlichen Positionierung der Batteriezellen umfasst, wobei eine separate Kühlmittelleitung vorgesehen ist, welche am Kühlkörper befestigt und mit dem Kühlkörper in wärmeleitendem Kontakt ist.This object is achieved by a battery cooling device for battery cells, in particular for cylindrical battery cells, which comprises at least one monolithic heat sink with a cooling bottom which extends in one plane and holding and cooling webs extending from the plane of the cooling base for laterally positioning the battery cells separate coolant line is provided which is attached to the heat sink and with the heat sink in heat-conducting contact.
Die Wärmeleitung innerhalb des Kühlkörper ist verbessert, da der Kühlkörper monolithisch ausgebildet ist und keine Lötverbindungen oder Grenzflächen aneinander angrenzender Bauteile des Kühlkörpers im Wärmefluss liegen.The heat conduction within the heat sink is improved because the heat sink is monolithic and no solder joints or interfaces of adjacent components of the heat sink are in the heat flow.
Durch das Vorsehen einer separaten Kühlmittelleitung können Probleme, die bei der Abdichtung von beispielsweise direkt im Kühlkörper ausgebildeten Kühlmittelleitungen auftreten können, vermieden werden.By providing a separate coolant line problems that may occur in the sealing of, for example, formed directly in the heat sink coolant lines can be avoided.
Die Kühlmittelleitung kann formschlüssig in dem monolithischen Kühlkörper aufgenommen sein. Dies ermöglicht eine maximale Kontaktfläche zur Wärmeübertragung zwischen der Kühlmittelleitung und dem Kühlkörper.The coolant line can be received in a form-fitting manner in the monolithic heat sink. This allows a maximum contact surface for heat transfer between the coolant line and the heat sink.
Vorzugsweise wird die Kühlmittelleitung bei der Herstellung des Kühlkörpers in ein Druckgusswerkzeug eingelegt und formschlüssig umspritzt.Preferably, the coolant line is inserted in the production of the heat sink in a die-casting tool and molded around a positive fit.
Alternativ ist es möglich, dass der Kühlboden auf der von den Halte- und Kühlstegen abgewandten Seite eine Kühlmittelleitungsnut aufweist, welche zur Aufnahme der Kühlmittelleitung ausgebildet ist. Die Kühlmittelleitungsnut ermöglicht eine Aufnahme der separaten Kühlmittelleitung zu einem nachfolgenden Zeitpunkt im Herstellungsverfahren der Batteriekühlvorrichtung und ermöglicht beispielsweise eine Anpassung an die Außenfläche der Kühlmittelleitung.Alternatively, it is possible that the cooling base on the side remote from the holding and cooling webs side has a Kühlmittelleitungsnut, which is designed to receive the coolant line. The Kühlmittelleitungsnut allows a recording of the separate coolant line at a subsequent time in the manufacturing process of the battery cooling device and allows, for example, an adaptation to the outer surface of the coolant line.
Die Kühlmittelleitung kann in der Kühlmittelleitungsnut durch Verguss eines wärmeleitenden Klebstoffes, vorzugsweise ein Gießharz mit wärmeleitenden Zusätzen, befestigt sein. Dies ermöglicht einerseits die Befestigung der Kühlmittelleitung im Kühlboden und verbessert andererseits die Wärmeübertragung zwischen der Kühlmittelleitung und dem Kühlboden.The coolant line may be secured in the coolant conduit groove by potting a thermally conductive adhesive, preferably a cast resin with heat conductive additives. On the one hand, this makes it possible to fasten the coolant line in the cooling bottom and, on the other hand, improves the heat transfer between the coolant line and the cooling bottom.
Es ist auch möglich, dass eine Anpressplatte vorgesehen ist, welche die Kühlmittelleitung gegen den Kühlboden beaufschlagt. Dies ermöglicht eine alternative Befestigung der Kühlmittelleitung am Kühlboden und verbessert die Wärmeübertragung zwischen Kühlmittelleitung und Kühlboden, indem die Kühlmittelleitung gegen den Kühlboden gepresst wird und somit ein direkter Kontakt zwischen Kühlmittelleitung und Kühlboden sichergestellt wird.It is also possible that a pressure plate is provided, which acts on the coolant line against the cooling bottom. This allows an alternative attachment of the coolant line to the cooling floor and improves the heat transfer between the coolant line and the cooling floor by the coolant line is pressed against the cooling floor and thus a direct contact between the coolant line and the cooling floor is ensured.
Eine Gewichtsreduktion der Batteriekühlvorrichtung kann erreicht werden, indem der Kühlboden und/oder die Halte- und Kühlstege des monolithischen Kühlkörpers hohl ausgebildet sind.A weight reduction of the battery cooling device can be achieved by the hollow bottom and / or the holding and cooling webs of the monolithic heat sink are hollow.
Beispielsweise betragen die Wandstärken des Kühlkörpers zwischen 1,5 bis 3 mm.For example, the wall thickness of the heat sink is between 1.5 to 3 mm.
Die Halte- und Kühlstege und vorzugsweise der Kühlboden können im Wesentlichen eine konstante Wandstärke aufweisen. Dies ist insbesondere bei einer Herstellung des monolithischen Kühlkörpers durch Druckgießen vorteilhaft, da auf diese Weise das Druckgussteil mit kurzer Zykluszeit gespritzt und der Verzug des Druckgussteils reduziert werden kann.The holding and cooling webs and preferably the cooling bottom can essentially have a constant wall thickness. This is particularly advantageous when producing the monolithic heat sink by die casting, since in this way the die cast part can be injection molded with a short cycle time and the distortion of the diecast part can be reduced.
Eine besonders kompakte Ausführung der Batteriekühlvorrichtung auf einer kleinen Fläche kann erreicht werden, indem die Halte- und Kühlstege so angeordnet sind, dass die Batteriezellen eine dichte Packung bilden können. In einer derartigen Anordnung grenzen die Batteriezellen mit ihren Seitenflächen direkt aneinander an, während die Halte- und Kühlstege in sich aus der Geometrie der Batteriezellen ergebenden Zwischenräumen angeordnet sind. Bei kreiszylindrischen Batteriezellen ergibt sich beispielsweise eine hexagonale Packung der Batteriezellen.A particularly compact design of the battery cooling device on a small area can be achieved by arranging the holding and cooling webs so that the battery cells can form a tight package. In such an arrangement, the battery cells adjoin one another directly with their side surfaces, while the holding and cooling webs are arranged in spaces resulting from the geometry of the battery cells. For circular cylindrical battery cells results for example, a hexagonal packing of the battery cells.
Vorzugsweise weist der monolithische Kühlkörper Ausnehmungen im Kühlboden auf, welche als Berstöffnungen für die Batteriezellen ausgebildet sind. Auf diese Weise stellt die Batteriekühlvorrichtung ein Volumen zur Verfügung, in welches defekte Batteriezellen durch vorgesehene Sollbruchstellen aufplatzen können.Preferably, the monolithic heat sink recesses in the cooling bottom, which are formed as burst openings for the battery cells. In this way, the battery cooling device provides a volume in which defective battery cells can burst due to intended breaking points.
Die Kühlmittelleitung kann ein Rohr mit vorzugsweise kreisförmigem Querschnitt aufweisen, insbesondere mit einem Innendurchmesser von 2 bis 5 mm, vorzugsweise von 2,5 bis 3,5 mm. Dies ermöglicht eine einfache Ausführung für die separate Kühlmittelleitung.The coolant line may have a tube with preferably circular cross section, in particular with an inner diameter of 2 to 5 mm, preferably from 2.5 to 3.5 mm. This allows a simple design for the separate coolant line.
Beispielsweise verläuft die Kühlmittelleitung gekrümmt, vorzugsweise sinusförmig. Auf diese Weise wird einerseits die Länge der Kühlmittelleitung im Kühlboden verlängert, wodurch die wärmeübertragende Kontaktfläche zwischen Kühlmittelleitung und Kühlboden vergrößert wird, und andererseits kann der Verlauf der Kühlmittelleitung an die geometrischen Verhältnisse des Kühlbodens angepasst werden.For example, the coolant line is curved, preferably sinusoidal. In this way, on the one hand, the length of the coolant line is extended in the cooling floor, whereby the heat-transferring contact area between the coolant line and the cooling base is increased, and on the other hand, the course of the coolant line can be adapted to the geometric conditions of the cooling floor.
Vorzugsweise verläuft die Kühlmittelleitung haarnadelförmig. Auf diese Weise erfolgt die Rückleitung des Kühlmittels in der Kühlmittelleitung in annähernd dem selben Bereich wie die Hinleitung des Kühlmittels, wodurch eine inhomogene Temperaturverteilung aufgrund sich beim Durchlaufen der Kühlmittelleitung erwärmenden Kühlmittels kompensiert werden kann.Preferably, the coolant line is hairpin-shaped. In this way, the return of the coolant in the coolant line takes place in approximately the same area as the forward line of the coolant, whereby an inhomogeneous temperature distribution can be compensated due to the coolant flowing through the coolant line.
Es kann eine Mehrzahl von Kühlmittelleitungen vorgesehen sein. Auf diese Weise kann die Länge einer einzelnen Kühlmittelleitung verkürzt werden, ohne die Gesamtlänge der Kühlmittelleitungen zu verändern. Vorzugsweise ist ein Kühlmittelverteiler vorgesehen und die Kühlmittelleitungen sind parallel geschaltet.It can be provided a plurality of coolant lines. In this way, the length of a single coolant line can be shortened without changing the overall length of the coolant lines. Preferably, a coolant distributor is provided and the coolant lines are connected in parallel.
Beispielsweise können der Kühlmittelverteiler und die Kühlmittelleitungen ein Kühlmittelsystem bilden, welches eine vorgefertigte Baueinheit bilden kann, wodurch eine einfache Montage am Kühlkörper ermöglicht wird.For example, the coolant distributor and the coolant lines can form a coolant system, which can form a prefabricated structural unit, whereby a simple mounting on the heat sink is made possible.
Vorzugsweise ist der Kühlmittelverteiler in einem gemeinsamen Bauteil, beispielsweise einem Befestigungsflansch, zusammen mit einem Kältemittelaustrittssammler angeordnet.Preferably, the coolant distributor is arranged in a common component, for example a fastening flange, together with a refrigerant outlet header.
Insbesondere ist der Kühlmittelverteiler als Venturi- oder Staudruckverteiler ausgebildet.In particular, the coolant distributor is designed as Venturi or dynamic pressure distributor.
Eine kompakte Ausführung wird ermöglicht, indem ein Befestigungsflansch für den Kühlmittelverteiler am Kühlkörper vorgesehen ist.A compact design is made possible by providing a mounting flange for the coolant distributor on the heat sink.
Die Aufgabe der Erfindung wird ferner durch eine Batteriebaugruppe mit einer oben beschriebenen Kühlvorrichtung und einer Mehrzahl von Batteriezellen, insbesondere zylindrischen Batteriezellen, gelöst.The object of the invention is further achieved by a battery assembly with a cooling device described above and a plurality of battery cells, in particular cylindrical battery cells.
Vorzugsweise erstrecken sich die Halte- und Kühlstege bis zur halben Höhe, vorzugsweise bis zu einem Drittel der Höhe der Batteriezellen. Auf diese Weise kann das Gewicht der Kühlvorrichtung reduziert werden, und die Kühlvorrichtung kann von den elektrischen Anschlüssen der Batteriezellen beabstandet angeordnet werden.Preferably, the holding and cooling webs extend up to half the height, preferably up to one third of the height of the battery cells. In this way, the weight of the cooling device can be reduced, and the cooling device can be arranged at a distance from the electrical terminals of the battery cells.
Vorzugsweise ist ein Zwischenraum zwischen den Halte- und Kühlstegen und den Batteriezellen durch eine wärmeleitende Vergussmasse gefüllt. Auf diese Weise können die Batteriezellen einerseits in der Batteriekühlvorrichtung befestigt werden, und andererseits wird die Wärmeübertragung zwischen den Batteriezellen und dem Kühlkörper verbessert.Preferably, a gap between the holding and cooling webs and the battery cells is filled by a thermally conductive potting compound. In this way, the battery cells can be mounted on the one hand in the battery cooling device, and on the other hand, the heat transfer between the battery cells and the heat sink is improved.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:Further features and advantages of the invention will become apparent from the following description and the drawings, to which reference is made. In the drawings show:
Im Folgenden wird eine Batteriebaugruppe
Eine schematische Ansicht einer Batteriebaugruppe
Die Batteriekühlvorrichtung
Die Halte- und Kühlstege
Der Kühlboden
Zur Befestigung der Kühlmittelleitungen
Die Anpressplatte
Die Kühlmittelleitungsnuten
Elektrischen Anschlüsse
Am seitlichen Rand der Batteriebaugruppe
Die Batteriezellen
Die Kontaktflächen der Halte- und Kühlstege
Die Batteriezellenaufnahmen
In der gezeigten Ausführungsform sind drei voneinander getrennte Kühlmittelleitungsnuten
Die Kühlmittelleitungsnut
Es können auch andere Verläufe der Kühlmittelleitungsnuten
Eine Mehrzahl von Befestigungselementen
Die Höhe der Halte- und Kühlstege
Der monolithische Kühlkörper
Eine optimierte Wärmeübertragung zwischen den Batteriezellen
Der monolithische Kühlkörper
In der ersten Ausführungsform ist der monolithische Kühlkörper
Der Kühlmittelverteiler
Der gemeinsame Rücklauf ist durch eine gemeinsame Austrittskammer gebildet, welche mit den drei parallel geschalteten Kühlmittelleitungen fluidisch kommuniziert.The common return is formed by a common outlet chamber, which communicates fluidically with the three parallel-connected coolant lines.
Das Kühlmittelleitungssystem
Bei Betrieb der Batteriekühlvorrichtung
Die Montage der Batteriekühlvorrichtung
Die Anpressplatte wird auf den monolithischen Kühlkörper
In der Anpressplatte
Anschließend wird die Anpressplatte
Die zweite Ausführungsform kann insbesondere auch mit einer Anpressplatte
Eine weitere alternative Befestigung der separaten Kühlmittelleitung
Die Merkmale der vierten Ausführungsform können auch mit den besonderen Merkmalen der ersten drei Ausführungsformen kombiniert werden.The features of the fourth embodiment may also be combined with the specific features of the first three embodiments.
Der monolithische Kühlkörper aus
Es ist auch möglich, dass die Wandstärke der Halte- und Kühlstege
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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