DE102011053439A1

DE102011053439A1 - Temperiermodul für eine Energiespeichereinrichtung, Stapelmodul für eine Energiespeichereinrichtung oder für eine elektrische Maschine sowie Energiespeichereinrichtung

Info

Publication number: DE102011053439A1
Application number: DE201110053439
Authority: DE
Inventors: Christian Melzer
Original assignee: HS SYSTEMTECHNIK GmbH
Current assignee: HS SYSTEMTECHNIK GmbH
Priority date: 2010-09-09
Filing date: 2011-09-09
Publication date: 2013-01-03

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Temperiermodul für eine mindestens eine Energiespeicherzelle (36) aufweisende Energiespeichereinrichtung (100) umfassend einen Temperierkörper (10) mit mindestens einer ersten Fluidanschlussöffnung (28) und mindestens einer zweiten Fluidanschlussöffnung (28) für ein Wärmeträgermedium, einer ersten Außenfläche, die dazu vorgesehen ist, zumindest teilweise einer Energiespeicherzelle (36) der Energiespeichereinrichtung (100) zugewandt zu sein, um mit dieser in wärmeleitendem Kontakt zu stehen, sowie eine der ersten Außenfläche gegenüberliegenden zweiten Außenfläche. Zwischen der ersten Außenfläche und der zweiten Außenfläche ist mindestens ein Kanal (26) zum Führen von Wärmeträgermedium vorgesehen, der die erste Fluidanschlussöffnung (28) und die zweite Fluidanschlussöffnung (30) miteinander verbindet. Die erste Fluidanschlussöffnung (28) ist in der ersten Außenfläche vorgesehen und die zweite Fluidanschlussöffnung (30) in der zweiten Außenfläche. Die Erfindung betrifft außerdem ein Stapelmodul für eine mindestens eine Energiespeicherzelle (36) aufweisende Energiespeichereinrichtung (100), wobei das Stapelmodul einen Rahmen (32a, 32b) zum Halten eines Temperierkörpers (10) und/oder einer Energiespeicherzelle (36) umfasst, wobei der Rahmen (32a, 32b) mindestens ein Distanzelement (34) aufweist, welches in einer Stapelrichtung derart vom Rahmen (32a, 32b) hervorsteht, dass das Distanzelement (34) bei einer Anordnung mehrerer Stapelmodule hintereinander in Kontakt mit einem Rahmen (32a, 32b) eines benachbarten Stapelmoduls steht. Ferner betrifft die Erfindung eine Energiespeichereinrichtung (100) mit mindestens einem dieser Module. Eine zweite Variante des erfindungsgemäßen Temperiermoduls ist zur Kühlung von Abschnitten – z.B. Statorwicklungen – einer elektrischen Maschine vorgesehen und hat einen Temperierkörper mit mindestens einer ersten Fluidanschlussöffnung und mindestens einer zweiten Fluidanschlussöffnung für ein Wärmeträgermedium. Der Temperierkörper hat ersten Außenfläche sowie eine der ersten Außenfläche gegenüberliegenden zweite Außenfläche, die dazu vorgesehen sind, zumindest teilweise den zu kühlenden Abschnitten der elektrischen Maschine zugewandt zu sein, um mit diesen in wärmeleitendem Kontakt zu stehen, wobei zwischen der ersten Außenfläche und der zweiten Außenfläche mindestens ein Kanal zum Führen von Wärmeträgermedium vorgesehen ist, der die erste Fluidanschlussöffnung und die zweite Fluidanschlussöffnung miteinander verbindet. Die erste Fluidanschlussöffnung ist in der ersten Außenfläche vorgesehen ist, und die zweite Fluidanschlussöffnung ist in der zweiten Außenfläche vorgesehen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Temperiermodul für eine Energiespeichereinrichtung oder für eine elektrische Maschine, bei dem ein Wärmeüberträgermedium eingesetzt wird, ein Stapelmodul für eine Energiespeichereinrichtung sowie eine Energiespeichereinrichtung.
Insbesondere für mobile Anwendungen, wie beispielsweise bei modernen Elektrofahrzeugen und Hybridfahrzeugen, aber auch normalen Fahrzeugbatterien, werden zunehmend leistungsfähige Energiespeichereinrichtungen verwendet, die elektrische Energie speichern können. Als Energiespeicher kommen in der Regel Lithium-Ionen-Akkumulatoren, NiMH-Akkumulatoren oder Super-Caps zum Einsatz. Im Allgemeinen wird eine größere Anzahl einzelner derartiger Energiespeicher in der Form von Energiespeicherzellen zusammengeschaltet, um eine gewünschte Spannung beziehungsweise Leistung bereitzustellen, die durch eine einzelne Zelle nicht bereitgestellt werden könnte. Aufgrund der hohen Leistungsdichte eng gepackter Energiespeicherzellen kann während des Betriebs, insbesondere dem Entladen oder Aufladen, eine erhebliche Erwärmung innerhalb und außerhalb der Energiespeicherzellen auftreten. Eine übermäßige Erwärmung kann allerdings zu einer Verringerung der Leistungsfähigkeit und darüber hinaus zu einer dauerhaften Schädigung von Energiespeicherzellen führen. Daher ist es erforderlich, derartige Energiespeichereinrichtungen zu kühlen. Kühlsysteme für Energiespeichereinrichtungen, insbesondere Fahrzeugbatterien, sind beispielsweise aus den Dokumenten DE 10 2008 027 293 A1 und DE 10 2008 051 897 A1 bekannt.
Beim Starten des Fahrzeugs sollen die Aggregate schnellstmöglich auf Betriebstemperatur gebracht werden, so dass auch eine Erwärmung über ein geeignetes System erfolgen sollte.
Es ist dabei insbesondere bei Energiespeichereinrichtungen und/oder bei elektrischen Maschinen für einen mobilen Einsatz wünschenswert, ein platzsparendes Temperiersystem zu verwenden. Gleichzeitig soll eine effiziente und gleichmäßige Kühlung von Speicherzellen und/oder von elektrischen Maschinen erreicht werden, und die Energiespeichereinrichtung soll leicht montierbar sein.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche erfüllt.
Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Merkmalen der abhängigen Ansprüche.
Erfindungsgemäß ist ein Temperiermodul gemäß einer ersten Variante für eine mindestens eine Energiespeicherzelle aufweisende Energiespeichereinrichtung vorgesehen. Das Temperiermodul umfasst einen Temperierkörper mit mindestens einer ersten Fluidanschlussöffnung und mindestens einer zweiten Fluidanschlussöffnung für ein Temperaturträgermedium und mit einer ersten Außenfläche, die dazu vorgesehen ist, zumindest teilweise einer Energiespeicherzelle der Energiespeichereinrichtung zugewandt zu sein, um mit dieser in temperaturleitendem Kontakt zu stehen, sowie einer der ersten Außenfläche gegenüberliegenden zweiten Außenfläche. Zwischen der ersten Außenfläche und der zweiten Außenfläche ist mindestens ein Kanal zum Führen eines Wärmeträgermediums vorgesehen, der die erste Fluidanschlussöffnung und die zweite Fluidanschlussöffnung miteinander verbindet. Die erste Fluidanschlussöffnung ist in der ersten Außenfläche vorgesehen ist und die zweite Fluidanschlussöffnung ist in der zweiten Außenfläche vorgesehen.
Eine zweite Variante des erfindungsgemäßen Temperiermoduls ist zur Kühlung von Abschnitten – z.B. Statorwicklungen – einer elektrischen Maschine vorgesehen und hat einen Temperierkörper mit mindestens einer ersten Fluidanschlussöffnung und mindestens einer zweiten Fluidanschlussöffnung für ein Wärmeträgermedium. Der Temperierkörper hat ersten Außenfläche sowie eine der ersten Außenfläche gegenüberliegenden zweite Außenfläche, die dazu vorgesehen sind, zumindest teilweise den zu kühlenden Abschnitten der elektrischen Maschine zugewandt zu sein, um mit diesen in temperaturleitendem Kontakt zu stehen, wobei zwischen der ersten Außenfläche und der zweiten Außenfläche mindestens ein Kanal zum Führen von Temperaturträgermedium vorgesehen ist, der die erste Fluidanschlussöffnung und die zweite Fluidanschlussöffnung miteinander verbindet. Die erste Fluidanschlussöffnung ist in der ersten Außenfläche vorgesehen ist, und die zweite Fluidanschlussöffnung ist in der zweiten Außenfläche vorgesehen.
Somit lässt sich das Temperiermodul unabhängig von anderen Komponenten der Energiespeichereinrichtung oder der elektrischen Maschine herstellen. Durch die an gegenüberliegenden Flächen vorgesehenen Fluidanschlussöffnungen lassen sich leicht Fluidleitungen beziehungsweise Fluidanschlüsse anschließen. In einem montierten Zustand des Temperiermoduls sind die Fluidanschlüsse gegeneinander versetzt, so dass sich mehrere Energiespeicherzellen und zugehörige Temperiermodule leicht bei geringem Raumbedarf stapeln beziehungsweise hintereinander anordnen lassen. Über den wärmeleitenden Kontakt zwischen der ersten Außenfläche und der Energiespeicherzelle kann die Energiespeicherzelle bzw. die zu kühlenden Abschnitte der elektrischen Maschine gekühlt werden. Für den Fall, dass das Wärmeträgermedium wärmer ist als die Energiespeicherzelle, kann diese zudem erwärmt werden, etwa beim Anfahren einer Energiespeichereinrichtung im Winter.
Die erste Außenfläche des Temperierkörpers kann durch eine erste Wandplatte gebildet sein. Die zweite Außenfläche des Temperierkörpers kann durch eine zweite Wandplatte gebildet sein. Die erste Wandplatte und/oder die zweite Wandplatte können den Kanal begrenzen. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die erste Wandplatte und/oder die zweite Wandplatte in wärmeleitenden oder direkten Kontakt mit dem Wärmeträgermedium stehen oder bringbar sind. Die erste Wandplatte und/oder die zweite Wandplatte können mit einer Kanalplatte verbunden sein, in welcher der Kanal ausgebildet sein kann und welche den Kanal in die Richtungen begrenzt, in denen er nicht von der oder den Wandplatten begrenzt ist. Es ist zweckmäßig, wenn die erste Wandplatte und/oder die zweite Wandplatte und/oder die Kanalplatte fest miteinander verbunden sind, etwa durch Verschweißen. Insbesondere ist es zweckmäßig, wenn die erste Wandplatte und/oder die zweite Wandplatte und/oder die Kanalplatte für das Temperaturträgermedium fluiddicht miteinander verbunden sind, so dass Temperaturträgermedium nicht unerwünscht aus dem Kanal ausströmen kann. Die erste Wandplatte und/oder die zweite Wandplatte und/oder die Kanalplatte können durch ein Metallblech, etwa ein Stahlblech, gebildet sein. Es ist möglich, dass eine erste Wandplatte und eine zweite Wandplatte derart geformt und miteinander verbunden sind, dass zwischen ihnen der Kanal ausgebildet ist. Dann kann eine separate Kanalplatte entbehrlich sein. Dazu können beispielsweise aus einer Wandplatte Fluidführungselemente herausgebogen sein oder es können Fluidführungselemente an einer Wandplatte befestigt sein. Es ist zudem möglich, dass die Kanalplatte und mindestens eine der Wandplatten einstückig ausgebildet sind. Die erste Wandplatte und/oder die zweite Wandplatte und/oder die Kanalplatte können im Wesentlichen rechteckig sein. Es kann vorteilhaft sein, mehr als einen Kanal auszubilden. In der ersten Außenfläche und/oder der zweiten Außenfläche können mehrere erste beziehungsweise zweite Anschlussöffnungen vorgesehen sein. Es ist zweckmäßig, wenn die erste oder die ersten Anschlussöffnungen der Zufuhr oder dem Abführen von Wärmeträgermedium dienen. Der Temperierkörper beziehungsweise eine oder mehrere seiner Komponenten können elektrisch leitend sein und mit einem Ableiter einer Energiespeicherzelle verbunden oder verbindbar sein. Ableiter und Temperierkörper beziehungsweise die entsprechende Komponente, z.B. eine Wandplatte, können miteinander verlötet, verschweißt oder einstückig ausgebildet sein. Die ersten und/oder die zweiten Anschlussöffnungen können parallel oder antiparallel zu einer Stapelrichtung ausgerichtet sein, in welcher mehrere Energiezellen und Temperiermodule gestapelt beziehungsweise angeordnet werden. An der ersten Außenfläche und/oder der zweiten Außenfläche kann eine wärmeleitende Schicht vorgesehen sein. Die temperaturleitende Schicht kann elastisch sein, um eine Anpassung an temperaturbedingte Änderungen der Ausdehnung des Temperierkörpers und/oder einer damit wärmeleitend verbundenen Energiespeicherzelle zu ermöglichen. Die temperaturleitende Schicht kann durch eine Wärmeleitpaste, ein thermisches Lot oder eine geeignete wärmeleitende Folie gebildet sein. Zweckmäßigerweise kann auch die zweite Außenfläche dazu vorgesehen sein, zumindest teilweise einer Energiespeicherzelle der Energiespeichereinrichtung zugewandt zu sein, um mit dieser in wärmeleitendem Kontakt zu stehen, um eine Kühlung und gegebenenfalls eine Erwärmung der Energiespeicherzelle zu ermöglichen.
Es wird besonders bevorzugt, wenn der Temperierkörper aus zwei – vorzugsweise gleichen – Wandplatten und einer dazwischen angeordneten Kanalplatte gebildet ist, wobei in der Kanalplatte ein Kanal – vorzugsweise als ausgeschnittene (z.B. ausgestanzte) Durchgangsausnehmung – ausgebildet ist. An den beiden Wandplatten ist jeweils eine der Außenflächen und jeweils eine der Fluidanschlussöffnungen angeordnet.
Wenn die Wandplatten Vorsprünge haben, die in Durchgangsausnehmungen entsprechender Größe der Kanalplatte einsetzbar sind oder eintauchen, sind Positionierhilfen für die Montage des Temperierkörpers geschaffen.
Eine bevorzugte Weiterbildung des Temperiermoduls für elektrische Maschinen hat einen ringförmigen Hauptabschnitt und einen mittleren freien Bereich zum Umfassen der zu kühlenden Abschnitte – insbesondere Statorwicklungen – der elektrischen Maschine.
Dabei wird es bevorzugt, wenn der Kanal umlaufend in dem ringförmigen Hauptabschnitt angeordnet ist, wobei der ringförmige Kanal eine Wellenform hat. Auch ein Außenumfang des ringförmigen Hauptabschnitts kann eine entsprechende Wellenform haben.
Über eine Mehrzahl von – vorzugsweise gleichmäßig am Innenumfang des ringförmigen Hauptabschnitts verteilten – sich etwa radial in den mittleren freien Bereich erstreckenden Wärmeübertragungsabschnitten kann die Wärme aus einem besonders warmen Innenbereich der Statorwicklungen an das Wärmeträgermedium übertragen werden, wodurch die Effizienz der Kühlung verbessert ist. Vorzugsweise ist jeweils einer Statorwicklung ein Wärmeübertragungsabschnitte zugeordnet, oder das Statorblech mit Wicklung selbst ist gleichzeitig auch das dreiteilige Kühlmodul. Damit kann die Wärme von Statorwicklungen einer elektrischen Maschine radial nach außen zunächst in den die elektrische Maschine umfassenden ringförmigen Hauptabschnitt und schließlich radial nach außen durch eine Kontaktlasche abgeführt werden.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung der ersten Variante ist der Temperierkörper im Wesentlichen etwa plattenartig und eben oder gekrümmt geformt. Er hat also eine vergleichsweise geringe Dicke, die der Summe der Dicke der beiden Wandplatten und der Kanalplatte entsprechen kann, und eine vergleichsweise große Ausdehnung entlang der Platten. In Richtung der Ausdehnung der Platten kann der Temperierkörper eben oder gekrümmt bzw. gebogen sein. Dabei kann der Kanal durch Stege der Kanalplatte gebildet sein, die sich in entgegen gesetzten Richtungen wechselseitig von einem Rand der Kanalplatte entlang der Ausdehnung der Platten nach innen erstrecken kann. z.B. können drei Stege, so angeordnet und gegeneinander gerichtet sein, dass der Kanal eine W-Form erhält.
Wenn eine Breite des Kanals größer ist als eine Breite der Stege, ergibt sich großer Kanalquerschnitt und damit Volumenstrom der Temperiermoduls. Dabei wird es bevorzugt, wenn die Wandplatten Vorsprünge haben, die in den Kanal einsetzbar sind oder in diesen eintauchen, und deren Größe etwa einer Dicke der Kanalplatte entspricht. Damit stützt sich eine Wandplatte durch den Kanal hindurch an der anderen Wandplatte ab und einer Durchbiegung weg von der zu kontaktierenden Energiespeicherzelle ist verhindert.
Die erste Fluidanschlussöffnung kann in einem ersten vorstehenden Element der ersten Außenfläche, insbesondere einer ersten Kontaktlasche, vorgesehen sein. Das erste vorstehende Element kann im montierten Zustand freistehen. Dadurch ist die erste Fluidanschlussöffnung leicht zugänglich.
Die zweite Fluidanschlussöffnung kann in einem zweiten vorstehenden Element der zweiten Außenfläche, insbesondere einer zweiten Kontaktlasche, vorgesehen sein. Das zweite vorstehende Element kann im montierten Zustand freistehen. Somit ist die zweite Fluidanschlussöffnung leicht zugänglich.
Es ist zweckmäßig, wenn der Kanal mäanderförmig verläuft. Insbesondere kann der Kanal innerhalb der Kanalplatte mäanderförmig geführt sein. Somit lässt sich das Wärmeträgermedium über eine große Fläche führen und es kann eine flächenmäßig gleichmäßig verteilte Kühlwirkung erreicht werden. Unter mäanderförmig kann verstanden sein, dass die summierten Richtungsänderungswinkel der Richtungsänderungen des Kanals zwischen der ersten Anschlussöffnung und der zweiten Anschlussöffnung einer Winkelsumme von mindestens 180°, 270°, 360° oder 400° entspricht und sich aus mindestens zwei, drei oder mehr Richtungsänderungen zusammensetzt. So können z.B. fünf Richtungsänderungen mit 90° + 180° + 180° + 180° + 90° = 720° vorgesehen sein.
Gemäß einer Weiterbildung kann das Temperiermodul einen Rahmen zum Halten und/oder Aufnehmen des Temperierkörpers aufweisen. Der Temperierkörper kann beispielsweise am Rahmen befestigt sein, etwa durch Verschrauben, über eine Flanschverbindung, durch Verschweißen oder Ähnliches. Somit lässt sich eine zuverlässige und stabile Befestigung des Temperierkörpers gewährleisten. Der Rahmen kann den Temperierkörper umgeben, etwa in dem er ihn zumindest teilweise umläuft. Es kann vorgesehen sein, dass der Rahmen die erste und/oder die zweite Außenfläche des Temperierkörpers freilässt. Insbesondere können die erste Außenfläche und/oder die zweite Außenfläche aus dem Rahmen herausragen.
Der Rahmen kann mindestens ein Distanzelement aufweisen, das derart ausgelegt ist, dass das Distanzelement des Temperiermoduls bei einer Anordnung mehrerer Temperiermodule hintereinander in Kontakt mit einem Rahmen eines benachbarten Temperiermoduls steht. Somit können die Module gut zueinander ausgerichtet sein und es wird ein gleichmäßiger Kraftfluss zwischen Temperiermodulen, Temperierkörpern und den zugehörigen Rahmen ermöglicht. Das oder die Distanzelemente können elastisch sein, um eine Anpassung an Wärmeausdehnungen und Kontraktionen zu erlauben. Es ist vorstellbar, dass ein Distanzelement auf dem Rahmen angeordnet ist, das den Rahmen im Wesentlichen umläuft. Es können aber auch mehrere separate Distanzelemente angeordnet sein. Bei einem im Wesentlichen rechteckigen Rahmen können beispielsweise vier jeweils in jeder Ecke des Rahmens angeordnete Distanzelemente vorgesehen sein.
In diesem Zusammenhang kann eine Energiespeichereinrichtung mit mindestens einer Energiespeicherzelle vorgesehen sein, welche mindestens eines der oben beschriebenen Temperiermodule aufweist. Das Temperiermodul ist derart angeordnet, dass seine erste Außenfläche einer Energiespeicherzelle zugewandt ist und mit dieser in wärmeleitendem Kontakt steht. Durch den wärmeleitenden Kontakt kann über das Wärmeträgermedium eine Kühlung und/oder eine Erwärmung der Energiespeicherzelle erfolgen. Zweckmäßigerweise ist ein Temperiermodul derart angeordnet, dass seine erste Außenfläche und seine zweite Außenfläche in wärmeleitendem Kontakt mit unterschiedlichen Energiespeicherzellen stehen. Somit kann ein Temperiermodul für die Kühlung und/oder Erwärmung von zwei Energiespeicherzellen verwendet werden.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung hat die Energiespeichereinrichtung ein Temperiermodul mit zwei vorbeschriebenen – vorzugsweise gleichen – Temperierkörpern. Diese haben jeweils einen halbschalenförmigen Hauptabschnitt, die an einander gegenüber liegenden Mantelabschnitten einer – z.B. kreiszylinderförmigen oder quaderförmigen – Energiespeicherzelle anliegen, wobei die beiden Temperierkörper über Randabschnitte aneinander befestigt sind. Die Randabschnitte können gegenüber dem Hauptabschnitt abgewinkelt sein. Die beiden Hauptabschnitte temperieren somit zusammen den gesamten Mantel der Energiespeicherzelle.
Gemäß einer anderen bevorzugten Weiterbildung hat die Energiespeichereinrichtung ein Temperiermodul mit einem wellenförmigen Temperierkörper, wobei zumindest eine der beiden Außenflächen – insbesondere eine Wandplatte – an mehreren Mantelabschnitten verschiedener – z.B. kreiszylinderförmiger – Energiespeicherzellen anliegt. Der Temperierkörper temperiert somit an einer seiner Seiten Mantelabschnitte verschiedener Energiespeicherzellen gleichzeitig. Dabei liegt auch die andere Außenfläche des wellenförmigen Temperierkörpers an zumindest einem Mantelabschnitt zumindest einer weiteren – z.B. kreiszylinderförmigen – Energiespeicherzellen an.
Eine erfindungsgemäße vorrichtungstechnisch besonders einfach aufgebaute Energiespeichereinrichtung hat eine Energiespeicherzelle, die zwei einander gegenüber liegende etwa flächige Mantelabschnitte hat. Dabei liegt an jedem Mantelabschnitt eine Kanalplatte direkt an. Weiterhin sind nur zwei äußere über ihre Randabschnitte (z.B. über Schrauben) aneinander befestigte Wandplatten vorgesehen, die die Energiespeicherzelle mit den beiden Kanalplatten umfassen oder umgreifen. Die beiden Wandplatten können dabei die beiden Kanalplatten gegen die Energiespeicherzelle spannen. Somit ist ein direkter Wärmeaustausch der Energiespeicherzelle mit dem die Kanalplatte durchströmenden Wärmeträgermedium möglich.
Bei den zuletzt genannten Weiterbildungen wird es besonders bevorzugt, wenn ein durch Temperaturänderung bedingte Formänderung des Mantelabschnitts oder der Mantelabschnitte an die anliegende Wandplatte oder die Kanalplatte oder den zugeordneten Temperierkörper elastisch übertragbar ist. Wenn das Temperiermodul oder die Kanalplatte einseitig z.B. an einer flachwandigen Energiespeicherzelle anliegt, können sich bauchige Ausdehnungen der Energiespeicherzelle und eine entsprechende elastische Durchbiegung des Temperierkörpers ergeben.
Alternativ oder zusätzlich zu den oben genannten Merkmalen kann ein Stapelmodul für eine mindestens eine Energiespeicherzelle aufweisende Energiespeichereinrichtung vorgesehen sein. Das Stapelmodul umfasst einen Rahmen zum Halten eines Temperierkörpers und/oder einer Energiespeicherzelle, wobei der Rahmen mindestens ein Distanzelement aufweist, welches in einer Stapelrichtung derart vom Rahmen hervorsteht, dass das Distanzelement bei einer Anordnung mehrerer Stapelmodule hintereinander in Kontakt mit einem Rahmen eines benachbarten Stapelmoduls steht. Über das Distanzelement kann einerseits eine genaue Anordnung der Stapelmodule zueinander erfolgen und andererseits ein Kraftfluss bei einer Belastung einer aus mehreren Modulen bestehenden Einrichtung über die Rahmen abgeleitet werden, ohne Temperierkörper und Energiespeicherzellen übermäßig zu belasten. Es ist vorstellbar, dass das Stapelmodul eines der oben beschriebenen Temperiermodule ist. Der gehaltene Temperierkörper und/oder die gehaltene Energiespeicherzelle können am Rahmen durch ein geeignetes Befestigungsmittel, z.B. Verschrauben, Verkleben, Verschweißen, Verlöten etc. befestigt sein. Es ist auch möglich, dass ein Temperierkörper und eine Energiespeicherzelle auf eine ähnliche Art aneinander befestigt sind. Zweckmäßigerweise steht das Distanzelement derart hervor, dass ein wärmeleitender Kontakt zwischen einer zugeordneten Energiespeicherzelle und einem Temperierkörper herstellbar ist.
Der Rahmen kann mehrere Distanzelemente aufweisen, die in die gleiche Stapelrichtung vorstehen. Somit kann eine gleichmäßige Anlage der Rahmen zueinander erfolgen und ein definierter Kraftfluss und Wärmefluss ist gewährleistet.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Rahmen einen der oben beschriebenen Temperierkörper enthält. Das Stapelmodul kann somit sowohl eine Abstandsfunktion als auch eine Kühlfunktion erfüllen.
Das mindestens eine Distanzelement kann elastisch sein. Somit wird es möglich, dass sich das Stapelmodul unterschiedlichen Temperaturausdehnungen anpasst.
In diesem Zusammenhang kann ein Energiespeichereinrichtung mit mindestens einer Energiespeicherzelle vorgesehen sein, die mehrere der oben beschriebenen Stapelmodule umfasst, die derart angeordnet sind, dass das mindestens eine Distanzelement eines Stapelmoduls in Kontakt mit dem Rahmen eines weiteren Stapelmoduls steht. Dies ermöglicht eine definierte und stabile Anordnung der Stapelmodule.
Besonders zweckmäßig ist es, wenn zwischen zwei Energiespeicherzellen ein Temperiermodul in wärmeleitendem Kontakt mit mindestens einer dieser Energiespeicherzellen angeordnet ist. Dies ermöglicht eine effiziente Kühlung oder Erwärmung der Energiespeicherzellen.
Insbesondere kann das Temperiermodul eines der oben beschriebenen Temperiermodule sein, die sich besonders dafür eignen, an einem Rahmen befestigt zu werden oder zwischen zwei Stapelmodulen angeordnet zu sein.
In einer Weiterbildung kann ein Temperiermodul mit einer ersten Außenfläche in wärmeleitendem Kontakt mit einer ersten Energiespeicherzelle stehen und mit einer zweiten Außenfläche in wärmeleitendem Kontakt mit einer zweiten Energiespeicherzelle. Somit lassen sich die Energiespeicherzellen besonders effizient kühlen oder erwärmen.
Im Rahmen dieser Beschreibung und der Ansprüche ist eine Energiespeicherzelle dazu ausgelegt, elektrische Energie zu speichern beziehungsweise abzugeben. Die Energiespeicherzelle kann insbesondere ein Lithium-Ionen-Akkumulator, ein NiMH-Akkumulator oder eine Super-Cap-Zelle oder eine Ionensiliziumzelle sein. Die Energiespeicherzelle kann insbesondere mit mindestens einer flachen Außenfläche (z.B. als Flachzelle) ausgebildet sein, etwa in rechteckiger Form beziehungsweise prismatischer Form oder in der so genannten „Coffee-Bag“ Form. Die Energiespeicherzelle kann auch zylindrisch, insbesondere kreiszylindrisch, sein. Die Energiespeichereinrichtung kann insbesondere für einen mobilen Betrieb, beispielsweise als Fahrzeugbatterie, insbesondere für Hybrid-Elektrofahrzeuge und/oder Elektrofahrzeuge vorgesehen sein. Ein Wärmeträgermedium kann jede Art von Fluid, Gas oder Flüssigkeit oder ein Gemisch daraus sein, dass zur Kühlung und/oder Erwärmung eingesetzt werden kann. Es kann auch vorgesehen sein, dass das Wärmeträgermedium beim Kühlen oder Erwärmen eine Phasenänderung durchläuft. Insbesondere kann das Wärmeträgermedium Wasser, Kühlwasser eines Fahrzeugs oder Luft sein. Luft ist für den sicheren Einsatz bei Lithium-Ionen-Zellen ein besonderes geeignetes Wärmeträgermedium. Insbesondere kann ein Kühlmedium ein Wärmeträgermedium sein. Ein Temperierkörper beziehungsweise Temperiermodul oder eine Energiespeichereinrichtung kann über die Anschlussöffnungen auf geeignete Weise mit jeder Art von Kühlsystem verbunden sein, das in der Lage ist, ein Wärmeträgermedium gewünschter Temperatur zur Verfügung zu stellen. Insbesondere kann ein Temperierkörper oder ein Temperiermodul oder eine Energiespeichereinrichtung direkt oder indirekt an eine Klimaanlage und/oder einen Kühlwasserkreislauf eines Fahrzeugmotors angeschlossenen sein. Es ist auch vorstellbar, einen separaten Kühlkreislauf zur Kühlung des Wärmeträgermediums bereitzustellen. Es ist zweckmäßig, die Größen der Fluidanschlussöffnungen und den Querschnitt des oder der Kanäle eines Temperierkörpers derart auszuwählen, dass ein gewünschter Wärmeträgermediumsstrom erfolgen kann. Es ist vorstellbar, dass die Zufuhr von Wärmeträgermedium zu einem oder mehreren Temperierkörpern durch eine Steuereinrichtung gesteuert wird. Dazu können geeignete Sensoren und ansteuerbare Fluidsteuerelemente vorgesehen sein, wie beispielsweise Temperatursensoren und Ventile. Es ist vorstellbar, die Zufuhr von Wärmeträgermedium zu den Temperierkörpern einzeln zu steuern, oder eine zentrale Steuerung der Zufuhr von Wärmeträgermedium zu mehreren oder allen Temperierkörpern einer Energiespeichereinrichtung vorzunehmen. Ein Temperiermodul kann einen Temperierkörper bezeichnen. Es kann neben dem Temperierkörper zusätzliche Komponenten aufweisen, beispielsweise einen Rahmen, der einen Temperierkörper hält und/oder Verbindungs- und Befestigungselemente. Für eine Energiespeichereinrichtung kann vorgesehen sein, dass mehrere gleichartige Temperiermodule oder Temperierkörper beziehungsweise gleichartige Stapelmodule eingesetzt werden.
Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen anhand besonders bevorzugter Ausführungsformen beispielhaft erläutert. Dabei werden für funktional oder strukturell gleiche Komponenten identische Bezugszeichen verwendet.
Es zeigen:
1 eine schematische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines Temperierkörpers;
2 eine schematische Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Temperierkörpers mit einer wärmeleitenden Schicht;
3 eine schematische Ansicht eines Kanals in einem dritten Ausführungsbeispiels eines Temperierkörpers;
4 eine schematische Ansicht einer Anordnung von Stapelmodulen beziehungsweise Temperiermodulen mit Distanzelementen;
5 eine Energiespeichereinrichtung mit mehreren abwechselnd hintereinander angeordneten Temperiermodulen und Energiespeicherzellen;
6 eine Energiespeichereinrichtung, die an ein Kühlsystem eines Fahrzeugs angeschlossen ist;
7 eine Kanalplatte eines vierten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Temperierkörpers in einer perspektivischen Ansicht;
8 eine Wandplatte des vierten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Temperierkörpers gemäß 7;
9 eine Kanalplatte und eine erste Wandplatte eines fünften Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Temperierkörpers;
10 eine erfindungsgemäße Energiespeichereinrichtung mit einer zylindrischen Energiespeicherzelle und zwei Temperierkörpern in einer schematischen Darstellung;
11 eine erfindungsgemäße Energiespeichereinrichtung mit mehreren zylindrischen Energiespeicherzellen und einem Temperierkörper in einer schematischen Darstellung; und
12 eine erfindungsgemäße Energiespeichereinrichtung mit einer quaderförmigen Energiespeicherzelle und zwei einfachen Temperierkörpern in einer schematischen geschnittenen Darstellung.
1 zeigt eine schematische Ansicht eines Temperierkörpers 10, der zum Erwärmen oder Kühlen eines Energiespeichers geeignet ist. Der Temperierkörper 10 weist eine erste Wandplatte 12 und eine ihr gegenüberliegende zweite Wandplatte 14 auf. Zwischen den Wandplatten 12 und 14 ist eine Kanalplatte 16 angeordnet, in der sich ein in der 1 nicht zu erkennender Kanal erstreckt beziehungsweise eingebettet ist. Die erste Wandplatte 12 weist eine erste Außenfläche auf, in welcher eine erste Fluidanschlussöffnung 28 vorgesehen ist. Insbesondere umfasst die erste Wandplatte 12 zwei vorstehende Flächen oder vorstehende Elemente in Form von Kontaktlaschen 13a, 13b. Die erste Fluidanschlussöffnung 28 ist in einer dieser Kontaktlaschen 13b vorgesehen. An die erste Fluidanschlussöffnung 28 angeschlossen ist eine Anschlussleitung 18, die mit einer Fluidleitung zur Zufuhr oder Ableitung von Wärmeträgermedium wie etwa Luft oder Wasser verbunden werden kann. Die erste Anschlussleitung 18 steht somit auf der ersten Außenfläche. Es ist vorgesehen, dass die erste Anschlussleitung 18 gebogen verläuft, damit Fluidleitungen leicht angeschlossen werden können. Die zweite Wandplatte 14 weist eine zweite Außenfläche auf, in welcher eine zweite Fluidanschlussöffnung vorgesehen ist. Auch die zweite Wandplatte 14 weist zwei vorstehende Flächen oder vorstehende Elemente in Form von Kontaktlaschen 15a, 15b auf. Die Fluidanschlussöffnung ist in einer dieser Kontaktlaschen 15a vorgesehen. An die zweite Fluidanschlussöffnung angeschlossen ist eine zweite Anschlussleitung 20, die mit einer Fluidleitung zur Zufuhr oder Ableitung von Wärmeträgermedium wie etwa Luft oder Wasser verbunden werden kann. Die zweite Anschlussleitung 20 steht somit auf der zweiten Außenfläche. Es ist vorgesehen, dass die Anschlussleitung 20 ebenfalls gebogen verläuft. Die Anschlussleitungen 18, 20 können jeweils aus zwei oder mehr Elementen bestehen, die gegeneinander verdrehbar sein können. Auch die Kanalplatte 16 weist vorstehende Elemente 17a, 17b auf. Wie in 1 zu erkennen ist, überdecken sich die Laschen 13a, 15a und 17a sowie 13b, 15b, 17b jeweils in Richtung der Stapelrichtung der Platten 12, 14, 16. Dadurch ergeben sich in diesem Beispiel zwei Laschenanordnungen von einander zugeordneten Laschen. Die erste Fluidanschlussöffnung 28 der ersten Wandplatte 12 ist in diesem Beispiel der einen Laschenanordnung 13b, 15b, 17b zugeordnet und die zweite Fluidanschlussöffnung der zweiten Wandplatte 14 der zweiten Laschenanordnung 13a, 15a, 17a. Die Kanalplatte 16 und/oder die Wandplatten 12, 14 können aus einem metallischen Material bestehen, insbesondere aus einem Stahlblech oder einer Stahllegierung. Besonders geeignet ist Edelstahl 1.4301. Die Kanalplatte 16 kann beispielsweise eine Stärke von etwa 1,5 mm aufweisen. Die Wandplatten 12, 14 können 0,5 mm stark sein. Die Wandplatten 12, 14 können als Deckplatten oder Deckbleche der Kanalplatte 16 angesehen werden. Andere Wandstärken sind möglich Die Kanalplatte 16 und die Wandplatten 12, 14 können miteinander verschweißt sein, etwa durch ein Laserschweißverfahren.
Allgemein sind die erste Außenfläche der ersten Wandplatte 12 und die zweite Außenfläche der zweiten Wandplatte 14 diejenigen Flächen, die auf der der Kanalplatte 16 abgewandten Seite der jeweiligen Wandplatte liegen. Der Kanal verbindet die Fluidanschlussöffnungen miteinander, so dass zwischen den Anschlussleitungen 18, 20 ein Wärmeträgermedium, insbesondere ein Kühlfluid, strömen kann.
2 zeigt eine schematische Ansicht des Temperierkörpers 10 aus 1, bei dem zusätzlich die Außenflächen der Wandplatten 12, 14 mit wärmeleitenden Schichten 22, 24 überzogen sind. Die wärmeleitenden Schichten 22, 24 können beispielsweise aus einer wärmeleitenden Paste oder einer geeigneten Folie bestehen. Die Schichten 22, 24 können elastisch sein, um Wärmeausdehnungseffekte auszugleichen. Es ist vorgesehen, dass das Temperiermodul 10 über die wärmeleitenden Schichten 22, 24 in Kontakt mit Energiespeicherzellen gebracht wird, um einen Wärmeaustausch mit dem Wärmeträgermedium zu ermöglichen. Die Schichten 22, 24 erstrecken sich nicht über die Außenflächen der Laschen 13a, 13b, 15a, 15b, da nicht vorgesehen ist, dass diese in wärmeleitenden Kontakt mit einer Energiespeicherzelle gelangen.
3 zeigt eine schematische Ansicht eines Kanals 26 in einem Temperierkörper 10, wie beispielsweise einem Temperierkörper, der in 1 und 2 gezeigt ist. Der Kanal 26 verläuft mäanderförmig in der Kanalplatte 16 und wird nach oben und unten durch die angedeuteten Wandplatten 12, 14 begrenzt. Der Kanal 26 verbindet die Fluidanschlussöffnung 28 mit der Fluidanschlussöffnung 30. Die erste Fluidanschlussöffnung 28 ist in der Figur in der Oberseite des Temperierkörpers 10 vorgesehen, in der Außenfläche, die mit der ersten Kontaktlasche 13b gebildet ist. Die zweite Fluidanschlussöffnung 30 öffnet sich hingegen auf der hinsichtlich der Kanalplatte 16 gegenüberliegen Außenseite der zweiten Wandplatte 14 auf der zur zweiten Laschenanordnung gehörenden und in dieser Ansicht nicht zu erkennenden Kontaktlasche nach unten. In der 3 sind angedeutet Dichtungselemente und Verbindungselemente zu erkennen, die eine dichte und sichere Verbindung der Fluidanschlussleitungen an die Anschlussöffnungen 28, 30 gewährleisten.
4 zeigt eine schematische Ansicht einer Anordnung von Stapelmodulen beziehungsweise Temperiermodulen mit Distanzelementen 34. Beispielhaft sind zwei übereinander angeordnete Rahmen 32a, 32b gezeigt. Jeder Rahmen 32a, 32b ist im Wesentlichen rechteckig ausgebildet. In jeder Ecke eines Rahmens 32a, 32b ist ein Distanzelement 34 vorgesehen. Die Rahmen 32a, 32b sind aufeinander gestapelt, so dass der obere Rahmen 32b auf den Distanzelementen 34 des unteren Rahmens 32a lagert. Zum besseren Halt der Rahmen 32a, 32b aneinander kann vorgesehen sein, dass ein Rahmen 32a, 32b auf der Seite, auf der er die Distanzelemente 34 eines anderen Rahmens 32a, 32b berührt beziehungsweise selbst keine Distanzelemente 34 aufweist, jeweils eine Aufnahmevertiefung für ein Distanzelement 34 aufweist. Es kann vorgesehen sein, dass die Distanzelemente 34 in entsprechende Vertiefungen eines anderen Rahmens 32a, 32b einrasten. Die Distanzelemente 34 sind im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet und bieten einer Vertiefung oder Aufnahme eines zugeordneten Rahmens 32a, 32b eine Anschlagfläche 35, oberhalb derer der Durchmesser des Distanzelements 34 verringert ist. Dadurch kann ein präziser Abstand zwischen den Rahmen 32a, 32b eingestellt werden. Innerhalb eines Rahmens 32a, 32b ist eine Energiespeicherzelle 36 befestigt, welche ein Lithium-Ionen-Akkumulator sein kann. Der Rahmen 32a, 32b überragt die Zelle 36 an seinen inneren Rändern. Auf der Zelle 36 ist ein Temperierkörper 10 mit wärmeleitenden Schichten 22, 24 wie oben beschrieben angeordnet. In der 4 ist die dreilagige Struktur aus den beiden wärmeleitenden Schichten 22, 24 und dem aus den drei Platten 12, 14, 16 bestehenden Metallkörper zu erkennen. Zwischen den Rahmen 32a, 32b stehen die beiden Laschenanordnungen des Temperierkörpers 10 hervor, der auf der nicht zu erkennenden Energiespeicherzelle des Rahmens 32a angeordnet ist. Dieser untere Temperierkörper befindet sich somit in wärmeleitendem Kontakt sowohl mit der Zelle 36 des Rahmens 32a als auch mit der Zelle 36 des Rahmens 32b und ist zwischen beiden Rahmen 32a, 32b beziehungsweise deren Energiespeicherzellen angeordnet. Somit ergibt sich eine abwechselnde Anordnung von Zellen und Temperierkörpern 10 beziehungsweise Temperiermodulen. Durch die Verbindung der Rahmen 32a, 32b über die Distanzelemente 34 und einen dadurch erzeugten Anpressdruck können die Temperiermodule in ihrer Position gehalten werden. Es ist alternativ oder zusätzlich auch möglich, jeweils den Temperierkörper 10 an dem Rahmen 32a, 32b und/oder der Energiespeicherzelle 36 zu befestigen. Es ist ebenfalls vorstellbar, dass der Temperierkörper 10 am Rahmen 32a, 32b befestigt ist und die Energiespeicherzelle 36 zwischen den Rahmen 32a, 32b beziehungsweise Temperierkörpern 10 aufgenommen ist. Die Anschlussleitungen 18, 20 der beiden Laschenanordnungen sind einerseits in der Höhe zueinander versetzt, da sich die einen Fluidanschlussöffnungen auf den ersten Außenseiten beziehungsweise den zugehörigen Laschen befinden (in 4 nach unten gerichtet), während die anderen Fluidanschlussöffnungen in der zweiten Außenseite beziehungsweise den zweiten Laschen 15a nach oben gerichtet sind. Die Anschlussleitungen 18 sind somit bezüglich der Stapelrichtung beziehungsweise der Kanalplatten 16 entgegengesetzt zu den Anschlussleitungen 20 orientiert. Alle Anschlussleitungen 18, 20 einer Orientierung beziehungsweise einander entsprechender Laschenanordnungen können für die gleiche Strömungsrichtung von Wärmeträgermedium vorgesehen sein, also entweder alle zur Zufuhr oder zur Ableitung von Wärmeträgermedium. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die ersten Anschlussleitungen 18 der Zufuhr von Wärmeträgermedium dienen, und die zweiten Anschlussleitungen 20 der Ableitung von Wärmeträgermedium zu einem angeschlossenen Kühlkreislauf dienen.
5 zeigt eine Energiespeichereinrichtung 100 mit mehreren abwechselnd hintereinander angeordneten Temperiermodulen und Energiespeicherzellen 36. Die Temperierkörper 10 sind jeweils an den vorstehenden Laschen zu erkennen. In diesem Beispiel sind, anders als in den 1 bis 4, die zwei Laschenanordnungen 13a, 15a, 17a und 13b, 15b, 17b eines Temperierkörpers 10 nicht an derselben Seite des Temperierkörpers 10 vorgesehen, sondern auf gegenüberliegenden Seiten. Mit den Energiespeicherzellen 36 sind Ableiter 110 elektrisch verbunden, die einen Stromfluss von oder zu den Energiespeicherzellen 36 ermöglichen. Ebenfalls mit dem Ableiter 110 einer zugehörigen Energiespeicherzelle 36 verbunden ist ein zugeordneter Temperierkörper 10. Somit lassen sich einerseits die Energiespeicherzellen 36 über die Temperierkörper 10 miteinander verschalten und andererseits zusätzlich Wärme über die Ableiter 110 abführen. In dem in 4 gezeigten Beispiel ist vorgesehen, dass dazu ein Temperierkörper 10 jeweils über zwei Ableiterabschnitte 110a mit rechtwinkligen Flächen verfügt. Die Ableiterabschnitte 110a sind gegeneinander versetzt angeordnet und jeweils mit einem elektrisch leitfähigen Bereich des Temperierkörpers 10, beispielsweise einer der Platten 12, 14, 16 verbunden oder einstückig damit ausgebildet. Ein Ableiterabschnitt 110a kontaktiert einen entsprechenden Ableiterabschnitt 110a einer benachbarten Energiezelle 36 und bildet somit einen Ableiter 110. Jeder der Ableiterabschnitte 110a eines Temperierkörpers 10 kontaktiert eine andere der dem Temperierkörper 10 benachbarten Energiespeicherzellen 36. Ferner kann die Energiespeichereinrichtung 100 eine oder mehrere Abschlussplatten 120 aufweisen, um die mechanische Stabilität zu erhöhen und Schutz für die Temperierkörper 10 und die Zellen 36 zu bieten.
6 zeigt schematisch eine Energiespeichereinrichtung 100, die an ein Kühlund/oder Heizsystem 200 angeschlossen ist, das zu einem Fahrzeug gehören kann. In einem Gehäuse der Energiespeichereinrichtung 100 sind abwechselnd Energiespeicherzellen 36, in diesem Fall Lithium-Ionen-Akkumulatoren, und Temperierkörper 10 angeordnet. Eine Spannung kann über die Pole +/– abgegriffen oder angelegt werden. Innerhalb des Gehäuses ist ferner eine Temperatursensorik 202 zur Überwachung der Temperatur der Energiespeichereinrichtung 100 vorgesehen. Die Energiespeichereinrichtung 100 ist über einen Kühlzufluss 204 mit einem Kühler 206 des Fahrzeugs verbunden. Über den Kühlzufluss 204 kann ein Wärmeträgermedium wie Wasser oder Luft über eine nicht gezeigte Verteileinrichtung den Temperierkörpern 10 der Energiespeichereinrichtung 100 zugeführt werden. Erwärmtes Wärmeträgermedium kann über einen Ventilator 208 im Kühler 206 abgekühlt werden. Über eine ebenfalls nicht gezeigte Verteileinrichtung kann Wärmeträgermedium, das über die Temperierkörper 10 Wärme mit den Energiespeicherzellen 36 ausgetauscht hat, einem Kühlabfluss 210 zugeführt werden. Der Kühlabfluss 210 kann direkt zum Kühler 206 führen und alternativ oder zusätzlich in einen Wärmespeicher 211, der bei Bedarf als Wärmepuffer dienen kann. Die Temperatur im Wärmespeicher 211 kann über eine Temperatursensorik 212 überwacht werden.
Ferner weist das Kühl- und/oder Heizsystem 200 eine elektronische Steuereinrichtung 205 auf, die über elektrische Leitungen mit den Temperatursensoriken 202 und 212 verbunden ist und von diesen Temperatursignale empfängt. Die elektronische Steuereinrichtung 205 ist ferner dazu ausgebildet, über eine elektrische Leitung den Ventilator 208 beziehungsweise einen Motor des Ventilators 208 auf Basis der empfangenen Temperatursignale anzusteuern. Insbesondere ist die Steuereinrichtung 205 dazu ausgelegt, bei erhöhter Temperatur im Gehäuse der Energiespeichereinrichtung 100 die Leistung des Ventilators 208 zu erhöhen, um eine größere Kühlleistung zur Verfügung zu stellen.
7 zeigt eine Kanalplatte 316 eines vierten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Temperierkörpers. Die Kanalplatte 316 hat einen ringförmigen Hauptabschnitt 342, in dem ein umlaufender wellenförmiger Kanal 326 ausgebildet ist. Am Hauptabschnitt 342 sind zwei vorstehende Elemente 317a, 317b ausgebildet. Diese erstrecken sich etwa radial nach außen. In den vorstehenden Elementen 317a, 317b sind ein Anfangs- bzw. ein Endpunkt des Kanals 326 angeordnet. Durch die Wellenform des Kanals 326 ist der Weg, den das Wärmeträgermedium zurücklegt, gegenüber dem Umfang des Hauptabschnitts 342 verlängert. Der Umfang des Hauptabschnitts 342 kann an einen leistungsstarken Elektromotor eines Fahrzeugs angepasst sein.
Vom Hauptabschnitt 342 radial nach innen erstrecken sich laschenartige Wärmeübertragungsabschnitte 344. Diese haben jeweils ein als Durchgangsausnehmung gebildetes Langloch, wobei acht Langlöcher am radial äußeren Endabschnitt eine erweiterte Durchgangsausnehmung 340 haben.
Während der Produktion bzw. Herstellung des vierten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Temperierkörpers wird in einer bereits zuvor beschriebenen Bauweise die Kanalplatte 316 zwischen zwei Wandplatten befestigt und mit diesen abgedichtet.
8 zeigt eine erste Wandplatte 312 und eine baugleiche zweite Wandplatte 314, die an die Kanalplatte 316 gemäß 7 von oben und von unten angesetzt werden, so dass sich ein im Wesentlichen ringscheibenförmiger Temperierkörper ergibt.
Die erste Wandplatte 312 und die zweite Wandplatte 314 haben jeweils einen Außen- und einen Innenumfang, der demjenigen der Kanalplatte 316 gemäß 7 entspricht. Abweichend von der Kanalplatte 316 sind kein Kanal 326 und keine Durchgangsausnehmungen 340 vorgesehen. Die beiden Wandplatten 312 und 314 weisen jeweils vier etwa kegelstumpfförmige Vorsprünge 338 auf, die beim Zusammensetzen des Temperierkörpers in vier Durchgangsausnehmungen 340 eintauchen und dadurch als Positionierhilfen dienen.
An einer ersten Kontaktlasche 313b der ersten Wandplatte 312 und an einer zweiten Kontaktlasche 315a der zweiten Wandplatte 314 ist eine erste Fluidanschlussöffnung 328 bzw. eine zweite Fluidanschlussöffnung 330 vorgesehen. Eine weitere erste Kontaktlasche 313a der ersten Wandplatte 312 und eine weitere zweite Kontaktlasche 315b der zweiten Wandplatte 314 werden mit der Kanalplatte 316 fluiddicht geschlossen.
9 zeigt eine Kanalplatte 416 und eine erste Wandplatte 412 gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Temperierkörpers. Die Kanalplatte 416 hat im Wesentlichen einen äußeren Rand und drei sich vom äußeren Rand nach innen erstreckende Stege 446. Damit begrenzt die Kanalplatte 416 einen etwa W-förmigen Kanal 426.
Die Kanalplatte 416 hat an ihrem Rand vier Durchgangsausnehmungen 440, wobei in zwei Durchgangsausnehmungen 440 entsprechende Vorsprünge 438 der ersten Wandplatte 412 eingesetzt sind, während in die beiden anderen Durchgangsausnehmungen 440 zwei entsprechende Vorsprünge der (nicht gezeigten) zweiten Wandplatte eingesetzt werden. Die zweite Wandplatte des fünften Ausführungsbeispiels ist baugleich mit der ersten Wandplatte 412.
Die Kanalplatte 416 hat zwei vorstehende Elemente 417a, 417b. Die erste Wandplatte 412 hat zwei entsprechend geformte erste Kontaktlaschen 413a, 413b wobei in der Kontaktlasche 413b eine als Durchgangsausnehmung gebildete erste Fluidanschlussöffnung 428 gebildet ist. Wenn diese als Einlassöffnung angenommen wird, strömt das Wärmeträgermedium – mit wechselnden Richtungen – um die drei Stege 446 herum zum vorstehenden Element 417a und von dort aus der Zeichenebene nach oben durch eine zweite Fluidanschlussöffnung der zweiten Wandplatte (nicht gezeigt) aus dem Temperierkörper heraus.
Im Verlauf des Kanals 426 befinden sich sechs an der ersten Wandplatte 412 ausgebildete etwa kegelstumpfförmige Vorsprünge 448. Über diese Vorsprünge 448 können sich die beiden Wandplatten, von denen in 9 nur die erste Wandplatte 412 gezeigt ist, aneinander abstützen. Dies dient der mechanischen Stabilität des fünften Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Temperierkörpers.
10 zeigt eine erfindungsgemäße Energiespeichereinrichtung 500 in einer schematischen Darstellung. Sie hat eine etwa kreiszylinderförmige Energiespeicherzelle 536 mit einem oberen und mit einem unteren Mantelabschnitt 550. An jedem Mantelabschnitt 550 liegt ein Temperierkörper 510 an, der prinzipiell ähnlich dem fünften Ausführungsbeispiel gemäß 9 aufgebaut ist. In einem über das fünfte Ausführungsbeispiel hinausgehenden Fertigungsschritt sind die beiden Temperierkörper 510 halbschalenförmig gebogen, so dass sie zusammen schellenartig den Mantel der Energiespeicherzelle 536 umgreifen. Dabei hat jeder Temperierkörper 510 radial nach außen abstehende Randabschnitte, über die die beiden Temperierkörper 510 mit Schrauben aneinander befestigt sind.
Die Kanäle der beiden Temperierkörper 510 (vgl. 9) können fluidtechnisch in Reihe oder parallel geschaltet sein. Nach dem in 10 gezeigten prinzipiellen Aufbau einer Energiespeichereinrichtung 500 kann auch abweichend eine etwa quaderförmige Energiespeicherzelle von zwei gebogenen bzw. abgewinkelten Temperierkörpern umfasst und temperiert werden.
11 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Energiespeichereinrichtung 600 in einer schematischen Darstellung. Dabei ist ein vergleichsweise großflächiger Temperierkörper 610, der prinzipiell gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel aus 9 aufgebaut ist, derart wellenförmig geformt, dass er mit seinen beiden Wandplatten an verschiedenen Energiespeicherzellen 636 gleichzeitig anliegt und diese temperiert. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel temperiert der Temperierkörper 610 über seine erste Wandplatte die beiden äußeren kreiszylindrischen Energiespeicherzellen 636, während er über seine zweite Wandplatte die eine mittlere Energiespeicherzelle 636 temperiert.
Abweichend von dem in 11 zweiten Ausführungsbeispiel können auch mehr als drei Energiespeicherzellen wechselseitig von einem erfindungsgemäßen Temperierkörper umschlungen und temperiert werden.
12 zeigt eine erfindungsgemäße Energiespeichereinrichtung 700 mit einer quaderförmigen Energiespeicherzelle 736 und zwei besonders einfach aufgebauten Temperierkörpern in einer schematisch geschnittenen Darstellung. Dabei ist eine flache quaderförmige Energiespeicherzelle 736 vorgesehen, deren beiden einander gegenüberliegenden etwa flächige Mantelabschnitte 750 direkt vom Wärmeträgermedium temperiert werden. Dieses wird über direkt an den Mantelabschnitten 750 anliegende Kanalplatten 416 (vgl. 9) über den jeweiligen Mantelabschnitt 750 geleitet. Die beiden (nicht näher gezeigten) Kanäle der beiden Kanalplatten 416 sind fluidtechnisch in Reihe geschaltet.
An der jeweiligen von der Energiespeicherzelle 736 abgewandten äußeren Seite ist eine Wandplatte 712 befestigt. Die beiden Wandplatten 712 haben abgewinkelte Randabschnitte, über die sie miteinander verschraubt sind. Damit bilden die beiden Wandplatten 712 zusammen ein Gehäuse der gesamten Energiespeichereinrichtung 700.
Bezugszeichenliste

10; 410; 510; 610: Temperierkörper
12; 312, 314; 412; 712: erste Wandplatte
13a, 13b; 313a, 313b; 413a, 413b: erste Kontaktlasche
14; 314: zweite Wandplatte
15a, 15b; 315a, 315b: zweite Kontaktlasche
16; 316; 416: Kanalplatte
17a, 17b; 317a, 317b; 417a, 417b: vorstehendes Element
18: erste Anschlussleitung
20: zweite Anschlussleitung
22, 24: wärmeleitende Schicht
26; 326; 426: Kanal
28; 328; 428: erste Fluidanschlussöffnung
30; 330: zweite Fluidanschlussöffnung
32a, 32b: Rahmen
34: Distanzelement
35: Anschlagfläche
36; 536; 636; 736: Energiespeicherzelle
100; 500; 600; 700: Energiespeichereinrichtung
110: Ableiter
110a: Ableiterabschnitt
120: Abschlussplatte
200: Kühl- und/oder Heizsystem
202: Temperatursensorik
204: Kühlzufluss
205: Steuereinrichtung
206: Kühler
208: Ventilator
210: Kühlabfluss
211: Wärmespeicher
212: Temperatursensorik
338; 438: Vorsprung
340; 440: Durchgangsausnehmung
342: ringförmiger Hauptabschnitt
344: Wärmeübertragungsabschnitt
446: Steg
448: Vorsprung
550; 650; 750: Mantelabschnitt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008027293 A1 [0002]
DE 102008051897 A1 [0002]

Claims

Temperiermodul für eine mindestens eine Energiespeicherzelle (36; 436; 536; 636) aufweisende Energiespeichereinrichtung (100; 400; 500; 600), umfassend einen Temperierkörper (10; 410; 510; 610) mit mindestens einer ersten Fluidanschlussöffnung (28; 428) und mindestens einer zweiten Fluidanschlussöffnung (30) für ein Wärmeträgermedium, einer ersten Außenfläche, die dazu vorgesehen ist, zumindest teilweise der Energiespeicherzelle (36; 436; 536; 636) der Energiespeichereinrichtung (100; 400; 500; 600) zugewandt zu sein, um mit dieser in wärmeleitendem Kontakt zu stehen, sowie eine der ersten Außenfläche gegenüberliegenden zweiten Außenfläche, wobei zwischen der ersten Außenfläche und der zweiten Außenfläche mindestens ein Kanal (26; 426) zum Führen von Wärmeträgermedium vorgesehen ist, der die erste Fluidanschlussöffnung (28; 428) und die zweite Fluidanschlussöffnung (30) miteinander verbindet, und wobei die erste Fluidanschlussöffnung (28; 428) in der ersten Außenfläche vorgesehen ist, und die zweite Fluidanschlussöffnung (30) in der zweiten Außenfläche vorgesehen ist.
Temperiermodul für zu kühlende Abschnitte einer elektrischen Maschine, umfassend einen Temperierkörper mit mindestens einer ersten Fluidanschlussöffnung (328) und mindestens einer zweiten Fluidanschlussöffnung (330) für ein Wärmeträgermedium, einer ersten Außenfläche sowie eine der ersten Außenfläche gegenüberliegenden zweiten Außenfläche, die dazu vorgesehen sind, zumindest teilweise den zu temperierenden Abschnitten der elektrischen Maschine zugewandt zu sein, um mit diesen in wärmeleitendem Kontakt zu stehen, wobei zwischen der ersten Außenfläche und der zweiten Außenfläche mindestens ein Kanal (326) zum Führen von Wärmeträgermedium vorgesehen ist, der die erste Fluidanschlussöffnung (328) und die zweite Fluidanschlussöffnung (330) miteinander verbindet, und wobei die erste Fluidanschlussöffnung (328) in der ersten Außenfläche vorgesehen ist, und die zweite Fluidanschlussöffnung (330) in der zweiten Außenfläche vorgesehen ist.
Temperiermodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Temperierkörper aus zwei Wandplatten (12, 14; 312, 314; 412) und einer dazwischen angeordneten Kanalplatte (16; 316; 416) gebildet ist, und wobei in der Kanalplatte (16; 316; 416) ein Kanal (26; 326; 426) ausgebildet ist, und wobei an den Wandplatten (12, 14; 312, 314; 412) jeweils eine Außenfläche und jeweils eine Fluidanschlussöffnung (28, 30; 328, 330; 428) angeordnet ist.
Temperiermodul nach Anspruch 3, wobei die Wandplatten (312, 314; 412) Vorsprünge (338; 438) haben, die in Durchgangsausnehmungen (340; 440) der Kanalplatte (316; 416) einsetzbar sind oder eintauchen.
Temperiermodul nach einem der Ansprüche 2 bis 4, das einen ringförmigen Hauptabschnitt (342) und einen mittleren freien Bereich zum Umfassen der zu temperierenden Abschnitte der elektrischen Maschine hat.
Temperiermodul nach Anspruch 5, wobei in dem ringförmigen Hauptabschnitt (342) ein ringförmiger Kanal (326) angeordnet ist, und wobei der ringförmige Kanal (326) eine Wellenform hat.
Temperiermodul Anspruch 5 oder 6 mit einer Mehrzahl von am Innenumfang des ringförmigen Hauptabschnitts (342) verteilten sich etwa radial in den mittleren freien Bereich erstreckenden Wärmeübertragungsabschnitten (344).
Temperiermodul nach Anspruch 3 oder 4, wobei der Temperierkörper (410; 510; 610) im Wesentlichen etwa plattenartig und eben oder gekrümmt geformt ist, wobei der Kanal (426) durch Stege (446) der Kanalplatte (416) gebildet ist, die sich in entgegen gesetzten Richtungen wechselseitig von einem Rand der Kanalplatte (416) nach innen erstrecken.
Temperiermodul nach Anspruch 8, wobei eine Breite des Kanals (426) größer ist als eine Breite der Stege (446), und wobei die Wandplatten (412) Vorsprünge (448) haben, die in den Kanal (426) einsetzbar sind oder eintauchen, und deren Größe etwa einer Dicke der Kanalplatte (416) entspricht.
Temperiermodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Fluidanschlussöffnung (28; 328; 428) in einem ersten vorstehenden Element der ersten Außenfläche, insbesondere einer ersten Kontaktlasche (13b; 313b; 413b), vorgesehen ist.
Temperiermodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Fluidanschlussöffnung (30; 330) in einem zweiten vorstehenden Element der zweiten Außenfläche, insbesondere einer zweiten Kontaktlasche (15a; 315a), vorgesehen ist.
Temperiermodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kanal (26; 426) mäanderförmig verläuft.
Temperiermodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Temperiermodul einen Rahmen (32a, 32b) zum Halten des Temperierkörpers (10) aufweist.
Temperiermodul nach Anspruch 13, wobei der Rahmen (32a, 32b) mindestens ein Distanzelement (34) aufweist, das derart ausgelegt ist, dass das Distanzelement (34) des Temperiermoduls bei einer Anordnung mehrerer Temperiermodule hintereinander in Kontakt mit einem Rahmen (32a, 32b) eines benachbarten Temperiermoduls steht.
Energiespeichereinrichtung (100; 400; 500; 600) mit mindestens einer Energiespeicherzelle (36; 436; 536; 636), umfassend mindestens ein Temperiermodul nach Anspruch 1, 3, 4 oder nach einem der Ansprüche 8 bis 14, welches derart angeordnet ist, dass seine erste Außenfläche einer Energiespeicherzelle (36; 436; 536; 636) zugewandt ist und mit dieser in wärmeleitendem Kontakt steht.
Energiespeichereinrichtung (500) nach Anspruch 15, wobei das Temperiermodul zwei Temperierkörper (510) hat, die jeweils einen halbschalenförmigen Hauptabschnitt haben, der an einander gegenüber liegenden Mantelabschnitten (550) einer Energiespeicherzelle (536) anliegen, wobei die beiden Temperierkörper (510) über Randabschnitte aneinander befestigt sind.
Energiespeichereinrichtung (600) nach Anspruch 15, wobei das Temperiermodul einen wellenförmigen Temperierkörper (610) hat, und wobei zumindest eine der beiden Außenflächen an mehreren Mantelabschnitten (650) verschiedener Energiespeicherzellen (636) anliegt.
Energiespeichereinrichtung (700) mit einer Energiespeicherzelle (736), die zwei einander gegenüber liegenden etwa flächige Mantelabschnitte (750) hat, wobei an jedem Mantelabschnitt (750) eine Kanalplatte (416) anliegt, und mit zwei aneinander befestigte Wandplatten (712), die die Energiespeicherzelle (736) mit den beiden Kanalplatten (416) umfassen oder umgreifen.
Energiespeichereinrichtung (400; 500; 600) nach Anspruch 16, 17 oder 18, wobei ein durch Temperaturänderung bedingte Formänderung des Mantelabschnitts oder der Mantelabschnitte (550; 650; 750) an die anliegende Wandplatte oder die anliegende Kanalplatte (416) oder den zugeordneten Temperierkörper (510; 610) elastisch übertragbar ist.
Stapelmodul für eine mindestens eine Energiespeicherzelle (36) aufweisende Energiespeichereinrichtung (100), wobei das Stapelmodul einen Rahmen (32a, 32b) zum Halten eines Temperierkörpers (10) und/oder einer Energiespeicherzelle (36) umfasst, wobei der Rahmen (32a, 32b) mindestens ein Distanzelement (34) aufweist, welches in einer Stapelrichtung derart vom Rahmen (32a, 32b) hervorsteht, dass das Distanzelement (34) bei einer Anordnung mehrerer Stapelmodule hintereinander in Kontakt mit einem Rahmen (32a, 32b) eines benachbarten Stapelmoduls steht.
Stapelmodul nach Anspruch 20, wobei der Rahmen (32a, 32b) mehrere Distanzelemente (34) aufweist, die in die gleiche Stapelrichtung vorstehen.
Stapelmodul nach einem der Ansprüche 20 bis 21, wobei das mindestens eine Distanzelement (34) elastisch ist.
Energiespeichereinrichtung (100) mit mindestens einer Energiespeicherzelle (36), umfassend mehrere Stapelmodule nach einem der Ansprüche 19 bis 21, die derart angeordnet sind, dass das mindestens eine Distanzelement (34) eines Stapelmoduls in Kontakt mit dem Rahmen (32a, 32b) eines weiteren Stapelmoduls steht.
Energiespeichereinrichtung nach Anspruch 23, bei der zwischen zwei Energiespeicherzellen (36) ein Temperiermodul in wärmeleitendem Kontakt mit mindestens einer dieser Energiespeicherzellen (36) angeordnet ist.
Energiespeichereinrichtung nach Anspruch 24, wobei das Temperiermodul ein Temperiermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 14 ist.
Energiespeichereinrichtung nach Anspruch 24 oder 25, wobei ein Temperiermodul mit einer ersten Außenfläche in wärmeleitendem Kontakt mit einer ersten Energiespeicherzelle (36) steht und mit einer zweiten Außenfläche in wärmeleitendem Kontakt mit einer zweiten Energiespeicherzelle (36).