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QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
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Diese Anmeldung beansprucht Priorität und jeglichen anderen Zeitrang aus der am 11. Oktober 2010 eingereichten vorläufigen U.S.-Anmeldung Seriennr. 61/391,823, die durch Bezugnahme hierin vollumfänglich aufgenommen ist.
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HINTERGRUND
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Die vorliegende Anmeldung betrifft das Vorsehen eines Wärmemanagements für Batteriemodule, die gekühlt oder beheizt werden müssen.
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Hybrid- und Elektrofahrzeuge stellen durch entweder Ergänzen (im Fall von Hybridfahrzeugen) oder durch vollständiges Ersetzen (im Fall von Elektrofahrzeugen) der Brennkraftmaschine (ICE, kurz vom engl. Internal Combustion Engine) eine Alternative zu herkömmlichen Fahrzeugantriebskraftmitteln dar. Bei solchen Hybrid- oder Elektrofahrzeugkonfigurationen wird mindestens ein Teil der Antriebsleistung durch ein oder mehrere Batteriepacks vorgesehen, die als Gleichspannungs(DC)-Quelle für einen Motor, einen Generator oder ein Getriebe dienen, die wiederum genutzt werden können, um die erforderliche Energie zum Drehen eines oder mehrerer der Fahrzeugräder vorzusehen. Ein nützliches Merkmal einer Batteriepackkonfiguration für Fahrzeugantrieb ist, dass sie aufladbar sind, wie etwa durch eine herkömmliche Steckdose mit 120/240 Volt Wechselstrom (AC). Solche Batteriepackkonfigurationen sind als aufladbare Energiespeichersysteme (RESS, kurz vom engl. Rechargeable Energy Storage System) bekannt, die in Form eines oder mehrerer Module konfiguriert sein können, die aus einer Reihe von einzelnen Batterien bestehen.
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RESS-Baugruppen erfordern Wärmemanagement, um Leistung und Intaktheit zu wahren. Unter bestimmten Umständen kann das Laden oder der Betrieb von Batterien des RESS bei einer zu hohen Temperatur die Lebensdauer der Batterien verkürzen. Analog kann das Laden oder der Betrieb von Batterien bei einer zu niedrigen Temperatur unter bestimmten Umständen eine dauerhafte Schädigung der Batterie hervorrufen. Um der Möglichkeit solcher Ereignisse entgegenzutreten und um einen verbesserten Batteriewirkungsgrad zu fördern, wurden daher herkömmliche Wärmemanagementsysteme entwickelt.
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Bei einer herkömmlichen Konfiguration eines Wärmemanagementsystems ist das RESS in einem Rahmen positioniert, der zusätzlich Kühlrippen, Pfade oder Kanäle für Kühlflüssigkeit für die verschiedenen Zellen des Batteriepacks umfassen kann. Bei einer solchen Auslegung besteht eine Kälteplatte aus einer strangepressten Aluminiumstruktur, die anschließend zugeschnitten und mit einem Verbinder gemeinsam bearbeitet wird, um Wendungen des Kühlpfads vorzusehen, die maschinell oder anderweitig in der Platte ausgebildet sind. Eine solche Auslegung der Kälteplatte erfordert mehrere Teile und enge Toleranzen während der Fertigung, um (u. a.) die Flachheit der Platte zu wahren.
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Als Beispiel für die Wärmemanagementstrategie eines herkömmlichen RESS-Wärmemanagementsystems wird auf 1 Bezug genommen. Die Strategie ist als Baugruppe von mehreren Platten (zum Beispiel einer vorderen Platte 10 und einer hinteren Platte 15) konfiguriert, die durch eine Kühlmittelleitung 55, die einen Kühlpfad bildet, miteinander thermisch verbunden sind. Die vordere Kühlplatte 10 besteht aus einem oberen und unteren Plattenteilstück 20, 25, und die hintere Kühlplatte 15 besteht aus einem oberen und unteren Plattenteilstück 30, 35. Zwischen dem oberen und dem unteren Plattenteilstück 20, 25 der vorderen Kühlplatte 10 befinden sich eine Reihe von Kanälen 40, durch die das Kühlmittel strömt. Solche Kanäle 40 werden zwischen dem oberen und unteren Plattenteilstück 20, 25 maschinell eingearbeitet, geformt oder anderweitig ausgebildet. Kanäle können auch durch Einbau einer separaten Strömungspfadvorrichtung in einen Hohlraum gebildet werden, der ansonsten zwischen dem oberen und unteren Plattenteilstück 20, 25 besteht. Analog befinden sich zwischen dem oberen und unteren Plattenteilstück 30, 35 der hinteren Kühlplatte 15 Kühlmittelkanäle 45. Ein Kühlmitteleinlassrohr 50 ist mit den Kühlmittelkanälen 45 der hinteren Kühlplatte 15 verbunden. Durch das Einlassrohr 50 und durch die Kühlmittelkanäle 45 in der hinteren Kühlplatte 15 strömt Kühlmittel. Eine Leitung 55 verbindet die Kühlmittelkanäle 45 der hinteren Platte 15 mit den Kühlmittelkanälen 40 der vorderen Kühlplatte 10. Kühlmittel strömt von der Leitung 55 und durch die Kühlmittelkanäle 40 der vorderen Platte 10 und tritt dann durch den Kühlmittelauslass 60 aus.
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Auch wenn es herkömmliche Strategien für das Wärmemanagement einer RESS-Baugruppe gibt, wie etwa die vorstehend dargelegten, bestehen dennoch weiterhin Einschränkungen bei den herkömmlichen Verfahren und Vorrichtungen.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Gemäß der Lehre der vorliegenden Erfindung werden eine Wärmemanagementkomponente für eine RESS-Baugruppe und ein Verfahren für das Steuern der Temperatur eines RESS-Batteriemoduls offenbart.
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In manchen der verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Anmeldung wird eine Wärmemanagementkomponente für eine RESS-Baugruppe vorgesehen, die umfasst: (i) einen Rahmen mit einem ersten und zweiten Abschnitt, die durch einen mittleren Abschnitt getrennt sind, wobei der mittlere Abschnitt eine Kammer ausbildet, die sich weg von und zwischen dem ersten und zweiten Abschnitt erstreckt; und (ii) eine Wärmetauschplatte in mechanischer Verbindung mit mindestens dem ersten und zweiten Abschnitt des Rahmens, wobei sich die Wärmetauschplatte über die Kammer erstreckt. Die Kammer ist dafür konfiguriert, eine Durchströmung von mindestens einem Wärmeübertragungsfluid aufzunehmen, zu fassen und zu leiten. Die Wärmetauschplatte hat gegenüberliegende erste und zweite Seiten, die sich beide über die Kammer erstrecken. Die Wärmetauschplatte ist so konfiguriert, dass sie mit einem RESS-Batteriemodul in mechanischer Verbindung und Wärmeverbindung und mit dem mindestens einen Wärmeübertragungsfluid in Wärmeverbindung steht, wenn dieses von der Kammer aufgenommen und gefasst wird und diese durchströmt.
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In manchen der verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Anmeldung wird auch ein Verfahren zum Steuern der Wärmeenergie eines RESS-Batteriemoduls vorgesehen. Das vorgesehene Verfahren umfasst (a) Vorsehen einer Wärmemanagementkomponente, wie sie hierin beschrieben wird; und (b) Umwälzen mindestens eines Wärmeübertragungsfluids durch die Komponente. In manchen Ausführungsformen umfasst das vorgesehene Verfahren das Verringern oder Halten von Wärmeenergie eines RESS-Batteriemoduls in Wärmeverbindung mit einer Wärmetauschplatte durch Umwälzen von Wärmeübertragungsfluid, das eine niedrigere Wärmeenergie als die Wärmetauschplatte aufweist. In manchen Ausführungsformen umfasst das vorgesehene Verfahren das Steigern von Wärmeenergie eines RESS-Batteriemoduls in Wärmeverbindung mit einer Wärmetauschplatte durch Umwälzen von Wärmeübertragungsfluid, das eine höhere Wärmeenergie als die Wärmetauschplatte aufweist.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Ein umfassenderes Verständnis der Erfindung und der vielen Ausführungsformen derselben lässt sich mühelos gewinnen, wenn diese durch Heranziehen der folgenden näheren Beschreibung bei Betrachtung in Verbindung mit den Begleitzeichnungen verständlicher wird, wobei:
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1 eine Ansicht einer Ausführungsform einer Kühlbaugruppe des Stands der Technik ist;
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2 eine Ansicht eines Beispiels einer Wärmemanagementkomponente gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung zeigt;
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3A ein Beispiel einer integrierten Wärmemanagementkomponente gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung zeigt,
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wobei 3B eine Detailansicht eines Teils der Komponente von 3A ist; und
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4 bestimmte Ausführungsformen einer Wärmemanagementkomponente gemäß der vorliegenden Anmeldung veranschaulicht.
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EINGEHENDE BESCHREIBUNG
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Nun werden spezifische Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Die Erfindung kann aber in verschiedenen Formen umgesetzt werden und sollte nicht auf die hierin dargelegten Ausführungsformen beschränkt ausgelegt werden. Diese Ausführungsformen werden vielmehr vorgesehen, damit diese Offenbarung gründlich und vollständig ist, und vermitteln dem Fachmann den Schutzumfang der Erfindung in vollem Umfang.
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Sofern nicht anders festgelegt, haben alle hierin verwendeten technischen und wissenschaftlichen Begriffe die gleiche Bedeutung, wie sie von einem Durchschnittsfachmann, an den sich diese Erfindung wendet, üblicherweise verstanden würde. Die hierin in der vorliegenden Beschreibung der Erfindung verwendete Terminologie dient lediglich zum Beschreiben bestimmter Ausführungsformen und soll die Erfindung nicht beschränken. Wie in der Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen verwendet sollen die Singularformen ”ein”, ”eine”, ”einer” sowie ”der”, ”die”, ”das” auch die Pluralformen einschließen, sofern der Kontext nicht eindeutig etwas anderes besagt.
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Zu beachten ist, dass Begriffe wie ”bevorzugt”, ”üblicherweise” und ”typischerweise” hierin nicht genutzt werden, um den Schutzumfang der beanspruchten Erfindung zu beschränken oder um zu implizieren, dass bestimmte Merkmale ausschlaggebend, wesentlich oder auch wichtig für die Struktur oder Funktion der beanspruchten Erfindung sind. Vielmehr sollen diese Begriffe lediglich alternative oder zusätzliche Merkmale hervorheben, die in einer bestimmten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung genutzt werden können, aber nicht genutzt werden müssen.
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Für die Zwecke des Beschreibens und Darlegens der vorliegenden Erfindung wird festgestellt, dass der Begriff ”System” hierin genutzt wird, um eine Kombination von Komponenten und einzelne Komponenten darzustellen, unabhängig davon, ob ein solches System mit anderen Systemen kombiniert wird. Zum Beispiel kann ein ”System” gemäß der vorliegenden Erfindung ein elektrochemisches Umwandlungssystem oder ein Brennstoffzellensystem, ein ein ein elektrochemisches Umwandlungssystem enthaltendes Fahrzeug usw. umfassen.
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Zu beachten ist, dass der Begriff ”im Wesentlichen” hierin genutzt wird, um den innewohnenden Grad an Unsicherheit wiederzugeben, der einem quantitativen Vergleich, einem Wert, einer Messung oder einer anderen Angabe zugeschrieben werden kann. Der Begriff ”im Wesentlichen” wird hierin auch genutzt, um den Grad darzustellen, um den eine quantitative Angabe von einem angegebenen Bezugswert abweichen kann, ohne zu einer Änderung der Grundfunktion des betreffenden Gegenstands zu führen.
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Wärmemanagementkomponente
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In verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Anmeldung wird eine Wärmemanagementkomponente für eine RESS-Baugruppe vorgesehen. Die vorgesehene Komponente umfasst (i) einen Rahmen mit einem ersten und zweiten Abschnitt, die durch einen mittleren Abschnitt getrennt sind, wobei der mittlere Abschnitt eine Kammer ausbildet, die sich weg von und zwischen dem ersten und zweiten Abschnitt erstreckt; und (ii) eine Wärmetauschplatte in mechanischer Verbindung mit mindestens dem ersten und zweiten Abschnitt des Rahmens, wobei sich die Wärmetauschplatte über die Kammer erstreckt. Die Kammer ist dafür konfiguriert, eine Strömung von mindestens einem Wärmeübertragungsfluid zu fassen. Die Wärmetauschplatte ist so konfiguriert, dass sie mit einem RESS-Batteriemodul in mechanischer Verbindung und Wärmeverbindung und mit dem mindestens einen Wärmeübertragungsfluid in Wärmeverbindung steht, wenn dieses von der Kammer aufgenommen und gefasst wird und diese durchströmt. ”Wärmeübertragungsfluid”, wie es hierin verwendet wird, bezeichnet ein Fluid, Gas oder anderes strömfähiges Medium.
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In manchen Ausführungsformen ist die vorliegende Anmeldung auf Wärmemanagementkomponenten gerichtet, die bei Verwendung als Teil eines funktionsfähigen Wärmemanagementsystems dazu dienen, eine RESS-Baugruppe zu kühlen. Bei solchen Ausführungsformen wird das mindestens eine Wärmeübertragungsfluid aus Kühlmitteln gewählt. Für die Zwecke der Veranschaulichung nimmt die folgende Offenbarung Bezug auf eine solche Komponente, ein solches Fluid und ein solches System. Die Erfindung kann aber in unterschiedlichen Formen umgesetzt werden und sollte nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt ausgelegt werden. Ausführungsformen, bei denen die Wärmemanagementkomponente konfiguriert ist, um als Teil eines funktionsfähigen Systems verwendet zu werden, das zum Beheizen oder Halten der Temperatur einer RESS-Baugruppe dient, werden zum Beispiel ausdrücklich innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Anmeldung liegend betrachtet, ebenso wie Wärmeübertragungsfluide, die keine Kühlmittel sind.
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Die vorgesehene Wärmemanagementkomponente ermöglicht das Integrieren verschiedener RESS-Kühlkomponenten, um die Gesamtfunktionsfähigkeit des RESS und des Wärmemanagementsystems zu verbessern. Die vorgesehene Komponente kann zum Beispiel eines oder mehrere von verringerter Bauteilanzahl, verbesserter Fertigbarkeit, zusätzlichem Bauvolumen für zusätzliche Energie und höherer Zuverlässigkeit als bei herkömmlichen Wärmemanagementkomponenten vorsehen. Eine besondere Ausführungsform der vorgesehenen Komponente umfasst einen geformten RESS-Rahmen, bei dem die Kühlmittelpfade direkt in den Rahmen ausgebildet und mit einer Wärmetauschplatte abgedeckt sein können, die mit verschiedenen RESS-Batteriemodulen oder Zellen in Wärmeverbindung steht. In einer Form sind die Kühlmittelpfade durch fallendes Gießen oder Formen (zum einfacheren Verständnis wird der Begriff ”Formen” verwendet, um Formen, Gießen oder andere Verfahren des integralen Herstellens der Kühlmittelpfade als Teil der Einhausung verwendet) in den Rahmen ausgebildet.
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Ausführungsformen eines Beispiels einer vorgesehenen Wärmemanagementkomponente werden in 2 schematisch beschrieben. Ein Rahmen 100 (der eine RESS-Einhäusung sein kann, aber nicht muss) kann aus einem geeigneten Baumaterial wie etwa Gussmetall, maschinell bearbeitetem Metall oder geformtem Kunststoff bestehen. In manchen Ausführungsformen kann der Rahmen lasttragend für das Modul 105 des RESS sein. Der Rahmen 100 kann in einer Vielzahl von geometrischen Anpassungen vorliegen, sofern bestimmte Elemente beibehalten werden, und er kann getrennt von oder integriert mit anderen Fahrzeugteilen sein. Dadurch bietet die vorgesehene Komponente Flexibilität bei der Gesamtauslegung und -konfiguration und ermöglicht Freiheit von bestimmten Zwängen, die bei herkömmlichen RESS-Wärmemanagementkomponenten bestehen. In einer Ausführungsform können der Rahmen 100 und das Kühlsystem (mit einer Wärmetauschplatte 110 und einer Kammer 130 zum Fassen mindestens eines Wärmeübertragungsfluids) mit einer Struktur integriert sein, die die RESS-Baugruppe enthält.
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Der Rahmen 100 umfasst mindestens einen ersten und zweiten Abschnitt 115, 120, woran eine Wärmetauschplatte 110 angebracht ist. In manchen Ausführungsformen können der erste und zweite Abschnitt 115, 120 flache Flächen in der gleichen Ebene sein, wodurch die Einfachheit der Verbindung und eine Reduzierung von Montage- oder Fertigungsproblemen gefördert werden. Die Wärmetauschplatte 110 kann zum Beispiel durch Stanzen oder Gießen hergestellt werden und kann an dem Rahmen 100 unter Verwenden von Schrauben, Bolzen, Klebstoffen, Schweißen oder anderen herkömmlichen Mitteln, die dem Fachmann bekannt sind, an dem Rahmen 100 mechanisch angebracht werden. Die Platte 110 kann – muss aber nicht – im Wesentlichen eben sein. Es wird erwogen, dass eine Dichtung, ein O-Ring oder ein Dichtmittel zwischen dem ersten und zweiten Abschnitt 115, 120 und der Wärmetauschplatte 110 angeordnet werden kann, um dazwischen eine Abdichtung auszubilden. Optional kann der Rahmen 100 eine Nut 125 für ein Dichtmittel, einen O-Ring oder eine Dichtung umfassen. Die Oberfläche der Wärmetauschplatte 110 bildet eine relativ große Fläche aus, die mit einer vergleichsweise großen Oberfläche der wärmeerzeugenden RESS-Module 105 in Wärmeverbindung steht. In einer bestimmten Form wird die Wärmeverbindung durch Anbringen der RESS-Module 105 direkt an der Wärmetauschplatte 110 hergestellt, um dazwischen direkten, physikalischen Kontakt herzustellen. Demgemäß kann in manchen Ausführungsformen die Wärmetauschplatte 110 lasttragend für das Modul 105 des RESS sein.
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Zwischen dem ersten und zweiten Abschnitt 115, 120 des Rahmens 100 erstreckt sich ein (nicht bezeichneter) mittlerer Abschnitt des Rahmens 100 in einer Richtung entgegengesetzt zu den RESS-Modulen 105 weg von der Ebene des ersten und zweiten Abschnitts 115, 120, wodurch eine Kammer 130 ausgebildet wird. Die Kammer 130 kann – muss aber nicht – ein oder mehrere Strömungspfadstrukturen 135 umfassen, die einen Strömungspfad 140 für mindestens ein Wärmetauschfluid ausbilden. In manchen Ausführungsformen sind die eine oder die mehreren Strömungspfadstrukturen 135 in den Rahmen 100 eingeformt, wodurch die Bauteilanzahl verringert wird. Die optionalen Strukturen 135 können diskrete Kanäle für das Strömen von Wärmetauschfluid ausbilden; können Körper sein, die zum Umlenken oder Unterbrechen des Strömens von Wärmetauschfluid dienen; können Körper sein, die ein Wärmetauschfluid getrennt von einem anderen halten; oder können Kombinationen derselben sein. Es wird zum Beispiel erwogen, dass die Strukturen 135 Wände sein können, die in den Rahmen 100 eingeformt oder an diesem mechanisch angebracht sind, wobei die Wände diskrete Kanäle zum Leiten des Strömungspfads 140 mindestens eines Wärmetauschfluids ausbilden. Weiter wird erwogen, dass solche diskrete Kanäle konfiguriert sein können, um ein Wärmetauschfluid getrennt von einem anderen Wärmetauschfluid zu halten, während sie durch die Kammer 130 strömen (wie etwa bei einem System mit zwei Strömungspfaden in einem geschlossenen Kreislauf). Als weiteres Beispiel wird erwogen, dass die Strukturen 135 Wände, Teilwände oder andere Körper sein können, die in den Rahmen 100 eingeformt oder daran mechanisch angebracht sind und die zum Unterbrechen der Strömung des Wärmetauschfluids in der Kammer 130 dienen, wodurch die Verweilzeit in der Kammer 130 und der Kontakt mit der Wärmetauschplatte 110 vor Austreten aus der Kammer 130 erhöht werden. Unabhängig vom Vorhandensein oder der Art der Strömungspfadstruktur 135, die in der Kammer 130 enthalten ist, umfasst die Wärmemanagementkomponente zusätzlich mindestens einen Einlass und Auslass 145, 150 in Fluidverbindung mit der Kammer 130, wodurch Eintritts- und Austrittsstellen für das mindestens eine Wärmetauschfluid vorgesehen werden. In manchen Ausführungsformen können, wie in 2 gezeigt, der Einlass und Auslass 145, 150 vollständig oder teilweise mit der Wärmetauschplatte 110 integriert (wie etwa durch Formen) oder mechanisch daran angebracht sein. Es wird aber auch erwogen, dass der Einlass und Auslass 145, 150 alternativ getrennt von der Wärmetauschplatte 110 sein und mit der Kammer 130 in Fluidverbindung stehen können, ohne die Wärmetauschplatte 110 zu kontaktieren.
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Als Teil eines Wärmemanagementsystems steht die vorgesehene Wärmemanagementkomponente mit einem RESS-Batteriemodul in mechanischer Verbindung und Wärmeverbindung und kann in manchen Ausführungsformen auch zumindest teilweise das RESS-Batteriemodul lagern. Es wird auch erwogen, dass andere Komponenten eines RESS-Systems, die eines Wärmemanagements bedürfen, von der vorliegenden Wärmemanagementkomponente und der dadurch ermöglichten effizienten Wärmetauschbeziehung profitieren können. Komponenten wie etwa eine Batterietrenneinrichtung, ein Batteriesteuergerätmodul und ein Batterieerfassungsmodul sowie andere Steuergeräte, Schütze und elektrische Einrichtungen oder Wärmesenken (die alle nicht gezeigt sind) können zum Beispiel ebenfalls gegen die Wärmetauschplatte der vorgesehenen Komponente montiert werden, um die Wärmeübertragung dazwischen zu erleichtern. Es versteht sich für den Fachmann, dass die vorliegende Erfindung gleichermaßen auf Situationen übertragbar ist, bei denen es erforderlich ist, Wärme zu einer Komponente zu befördern statt sie davon weg zu transportieren, und dass die Richtung der Wärmeströmung nicht neuheitsschädlich für die vorliegende Erfindung ist.
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In der in 2 dargestellten Ausführungsform erfolgt das Wärmemanagement des Batteriemoduls 105, das durch die vorgesehene Komponente ermöglicht wird, durch Wärmetausch an einer einzigen Seite (insbesondere der Unterseite) des Moduls 105. Auch wenn dies nicht gezeigt ist, kann die vorgesehene Komponente verlängert werden, um einen mehrseitigen Wärmetausch vorzusehen. Zum Beispiel können die Unterseite und eine oder mehrere Seiten des Moduls 105 mit der Wärmetauschplatte 110 in mechanischer Verbindung und Wärmeverbindung stehen, wobei die Wärmetauschplatte 110 und der Rahmen 100 dafür konfigurierbar sind.
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Unter Bezug auf 3 sind Ausführungsformen eines anderen Beispiels einer vorgesehenen Wärmemanagementkomponente dargestellt. Gezeigt ist ein Rahmen 200 mit einem ersten und zweiten Abschnitt 205, 210, die durch einen mittleren Abschnitt 215 getrennt sind, wobei der mittlere Abschnitt 215 eine Kammer 220 ausbildet, die sich weg von und zwischen dem ersten und zweiten Abschnitt 205, 210 erstreckt. An mindestens dem ersten und zweiten Abschnitt 205, 210 ist eine Wärmetauschplatte 225 an dem Rahmen 200 mechanisch angebracht. Die Wärmetauschplatte 225 weist zwei nicht (bezeichnete) gegenüberliegende Seiten auf und erstreckt sich über die Kammer 220 und kann durch Bolzen, Schrauben, Dichtmittel oder andere mechanische Anbringungsmittel an dem Rahmen 200 angebracht sein. In manchen Ausführungsformen wird erwogen, dass die mechanische Anbringung dauerhaft oder rückgängig machbar gewählt werden kann. Optional kann eine Dichtung, ein O-Ring oder ein Dichtmittel (die alle nicht gezeigt sind) zwischen der Wärmetauschplatte 225 und dem Rahmen 200 angeordnet werden. Die Wärmemanagementkomponente umfasst auch einen Einlass und Auslass 230, 235 in Fluidverbindung mit der Kammer 220. Wie gezeigt sind der Einlass und Auslass 230, 235 zumindest teilweise mit der Wärmetauschplatte 225 integriert.
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Bei Betrieb tritt mindestens ein Wärmetauschfluid durch einen Einlass 230, 235 in die Komponente ein und strömt zu und durch die Kammer 220, bevor es durch einen Auslass 230, 235 austritt. Die Strömung des Wärmetauschfluids kann durch mindestens eine Strömungssteuerungsvorrichtung, wie etwa ein Gebläse oder eine Pumpe, gesteuert werden, wobei die Strömungssteuerungsvorrichtung mit der Wärmemanagementkomponente in Verbindung steht. Wenn es durch die Kammer 220 strömt, steht das mindestens eine Wärmetauschfluid mit der Wärmetauschplatte 225 in Wärmeverbindung, und es kommt zu einer Übertragung von Wärmeenergie zwischen der Wärmetauschplatte 225 und dem mindestens einen Wärmetauschfluid. In manchen Ausführungsformen wird durch das mindestens eine Wärmetauschfluid von der Wärmetauschplatte 225 Wärmeenergie absorbiert, wodurch die Wärmeenergie der Wärmetauschplatte 225 verringert wird. Wenn in einer solchen Ausführungsform eine (nicht gezeigte) RESS-Baugruppe mit der Wärmetauschplatte 225 in Wärmeverbindung stehen würde, würde die Wärmeenergie der RESS-Baugruppe sinken (oder bei einem stationären Zustand gehalten werden), wenn Wärmeenergie von ihr zu der Wärmetauschplatte 225 und dann auf das mindestens eine Wärmetauschfluid übertragen wird. In manchen Ausführungsformen wird durch das mindestens eine Wärmetauschfluid Wärmeenergie zu der Wärmetauschplatte 225 freigesetzt, wodurch die Wärmeenergie der Wärmetauschplatte 225 gesteigert wird. Wenn in einer solchen Ausführungsform eine (nicht gezeigte) RESS-Baugruppe mit der Wärmetauschplatte 225 in Wärmeverbindung stehen würde, würde die Wärmeenergie der RESS-Baugruppe zunehmen (oder bei einem stationären Zustand gehalten werden), wenn Wärmeenergie von dem mindestens einen Wärmetauschfluid zu der Wärmetauschplatte 225 und dann zu der RESS-Baugruppe übertragen wird.
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In manchen Ausführungsformen kann die Kammer 220 eine oder mehrere (nicht gezeigte) Strömungspfadstrukturen umfassen, die in diese eingeformt sind. Solche Strömungspfadstrukturen können so konfiguriert sein, dass sie die Verweilzeit des mindestens einen Wärmetauschfluids in der Kammer 220 verlängern; die Strömung des Wärmetauschfluids unterbrechen oder umlenken; die Kontaktfläche mit der Wärmetauschplatte 225 vergrößern; diskrete Kanäle zum Leiten von Strömung von Wärmetauschfluid ausbilden; oder können Kombinationen derselben sein. Demgemäß bietet die vorgesehene Komponente Wärmemanagement-Flexibilität für spezifische RESS-Anforderungen. Dies wird in 4 veranschaulicht, die verschiedene Strömungspfadoptionen für ein Wärmetauschfluid zeigt. In bestimmten Ausführungsformen können Aspekte der numerischen Strömungsmechanik (CFD, kurz vom engl. Computational Fluid Dynamics) verwendet werden, um Fluidströmungspfade zu konzipieren. Dadurch können kundenspezifische und kostengünstige Optionen für ein RESS-Wärmemanagementsystem vorgesehen werden.
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Wärmemanagement-Verfahren
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In verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Anmeldung wird auch ein Verfahren zum Steuern, der Wärmeenergie eines RESS-Batteriemoduls vorgesehen. Das vorgesehene Verfahren umfasst (a) Vorsehen einer Wärmemanagementkomponente; und (b) Umwälzen mindestens eines Wärmeübertragungsfluids durch die Komponente. Die Wärmemanagementkomponente umfasst (i) einen Rahmen mit einem ersten und zweiten Abschnitt, die durch einen mittleren Abschnitt getrennt sind, wobei der mittlere Abschnitt eine Kammer ausbildet, die sich weg von und zwischen dem ersten und zweiten Abschnitt erstreckt; und (ii) eine Wärmetauschplatte in mechanischer Verbindung mit mindestens dem ersten und zweiten Abschnitt des Rahmens, wobei sich die Wärmetauschplatte über die Kammer erstreckt und in Wärmeverbindung mit einem RESS-Batteriemodul steht.
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In verschiedenen Ausführungsformen des vorgesehenen Verfahrens beinhaltet das Umwälzen des mindestens einen Wärmetauschfluids durch die Komponente das Eintretenlassen des Fluids durch einen Einlass in die Wärmemanagementkomponente und das Strömenlassen desselben zur und durch die Kammer, bevor es durch einen Auslass austritt. Die Strömung des Wärmetauschfluids kann durch mindestens eine Strömungssteuerungsvorrichtung, wie etwa ein Gebläse oder eine Pumpe, gesteuert werden, wobei die Strömungssteuerungsvorrichtung mit der Wärmemanagementkomponente in Verbindung steht. In manchen Ausführungsformen umfasst das Verfahren das Herbeiführen einer Übertragung von Wärmeenergie zwischen der Wärmetauschplatte der Komponente und dem mindestens einen Wärmetauschfluid. Durch Sicherstellen, dass das mindestens eine Wärmetauschfluid bei Strömen durch die Kammer mit der Wärmetauschplatte in Wärmeverbindung bleibt, kann es zu einer Übertragung von Wärmeenergie zwischen der Wärmetauschplatte und dem mindestens einen Wärmetauschfluid kommen. Bei Auftreten einer Änderung der Wärmeenergie der Wärmetauschplatte kann auch eine Übertragung von Wärmeenergie zwischen dem RESS-Batteriemodul und der Wärmetauschplatte erfolgen.
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In manchen Ausführungsformen umfasst das vorgesehene Verfahren das Senken (oder Halten bei einem stationären Zustand) der Wärmeenergie eines RESS-Batteriemoduls durch Übertragen von Wärmeenergie von dem RESS-Batteriemodul zu der Wärmetauschplatte, die in Wärmeverbindung damit steht. Die Wärmeenergie der Wärmetauschplatte kann wiederum durch das mindestens eine Wärmetauschfluid, das in Wärmeverbindung damit steht, absorbiert werden.
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In manchen Ausführungsformen umfasst das vorgesehene Verfahren das Steigern (oder Halten bei einem stationären Zustand) der Wärmeenergie eines RESS-Batteriemoduls durch Übertragen von Wärmeenergie von dem mindestens einen Wärmetauschfluid, das damit in Wärmeverbindung steht, zu der Wärmetauschplatte und das Übertragen von Wärmeenergie von der Wärmetauschplatte zu dem RESS-Batteriemodul, das damit in Wärmeverbindung steht.
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Wie für einen Fachmann verständlich ist, kann das Verfahren das Vorsehen einer Wärmemanagementkomponente, wie sie in dieser Anmeldung beschrieben ist, und das Umwälzen mindestens eines Wärmetauschfluids dadurch umfassen.
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Nach eingehendem Beschreiben der vorgesehenen Wärmemanagementkomponente und des Verfahrens zum Steuern der Wärmeenergie eines RESS-Batteriemoduls unter Bezug auf spezifische Ausführungsformen derselben versteht sich, dass Abwandlungen und Änderungen möglich sind, ohne vom Schutzumfang der hierin und in den beigefügten Ansprüchen dargelegten Erfindung abzuweichen.
