DE102012207853A1 - Cooling device for energy storage device used in vehicle e.g. motor car, has cooling plate whose residual surfaces are connected with heat sink having heat sink near region and heat sink far region - Google Patents

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Abstract

The cooling device has a cooling plate (18) to cool energy storage units (22,23) of an energy storage device (21). Two cooling surfaces of cooling plate are fastened with the energy storage units, where expansion of cooling surfaces is larger than residual surfaces of cooling plate. The residual surfaces are connected with a heat sink (8) having a heat sink near region and a heat sink far region. The heat collecting property of the cooling plate in the heat sink far region is set to higher than the cooling plate in the heat sink near region. An independent claim is included for the energy storage device used in vehicle.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung zum Kühlen von mindestens einem Energiespeicher zur Speicherung von elektrischer Energie für ein Fahrzeug sowie eine Energiespeichervorrichtung für ein Fahrzeug mit einer solchen Kühlvorrichtung. The present invention relates to a cooling device for cooling at least one energy storage device for storing electrical energy for a vehicle and to an energy storage device for a vehicle having such a cooling device.

Zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs und der Schadstoffemissionen werden in modernen Kraftfahrzeugen zunehmend Elektromotoren als Antriebsquelle eingesetzt. Die Versorgung dieser Elektromotoren mit elektrischer Energie erfolgt meist mit Hilfe leistungsstarker Energiespeicher zur Speicherung von elektrischer Energie, beispielsweise mit Hilfe elektrochemischer Energiespeicher (z.B. Batterien) und/oder elektrostatischer Energiespeicher (z.B. Kondensatoren oder Doppelschichtkondensatoren). In order to reduce fuel consumption and pollutant emissions, electric motors are increasingly used as the drive source in modern motor vehicles. The supply of these electric motors with electrical energy usually takes place with the aid of powerful energy storage devices for storing electrical energy, for example with the aid of electrochemical energy stores (for example batteries) and / or electrostatic energy stores (for example capacitors or double-layer capacitors).

Bei einem elektrochemischen Energiespeicher, wie beispielsweise einer Batterie mit vorzugsweise einer Mehrzahl von in Serie und/oder parallel geschalteten Energiespeicherzellen, erfolgt dabei (a) im Falle einer Ladung eine Umwandlung von elektrischer Energie in chemische Energie und (b) im Falle einer Entladung eine Umwandlung von chemischer Energie in elektrische Energie. Die elektrische Energie wird als durch Umwandlung in chemische Energie gespeichert. Bei einem elektrostatischen Energiespeicher, wie zum Beispiel einem sog. Doppelschichtkondensator, erfolgt eine elektrische Ladung bzw. eine elektrische Entladung von bevorzugt mehreren Doppelschichtkondensatoren. In the case of an electrochemical energy store, such as a battery with preferably a plurality of energy storage cells connected in series and / or in parallel, (a) in the case of a charge, a conversion of electrical energy into chemical energy and (b) a conversion in the case of a discharge from chemical energy to electrical energy. The electrical energy is stored as by conversion to chemical energy. In the case of an electrostatic energy store, for example a so-called double-layer capacitor, there is an electrical charge or an electrical discharge of preferably several double-layer capacitors.

Insbesondere die elektrochemischen Energieumwandlungsprozesse sind je nach genutztem Typ von Akkumulator und dessen jeweiliger Zellenchemie mit Verlusten behaftet, die eine Erwärmung und damit eine Änderung der Enthalpie des betreffenden Energiespeichers zur Folge haben. In particular, the electrochemical energy conversion processes are subject to depending on the type of accumulator used and its respective cell chemistry with losses that have a warming and thus a change in the enthalpy of the energy storage concerned result.

Zusätzlich entsteht eine Verlustwärme (a) beim zyklischen Betrieb elektrochemischer Energiespeicher und (b) durch die stets vorhandenen ohmschen Widerstände beispielsweise des Zelleninnenwiderstands und/oder von elektrischen Interzellverbindungsleitungen. Somit sind abhängig von der anfallenden elektrischen Verlustleistung in einem elektrochemischen Energiespeicher eine Erwärmung und ein Temperaturanstieg im Betrieb unvermeidlich, sofern nicht eine effiziente Kühlung eingesetzt wird. In addition, there is a loss of heat (a) in the cyclic operation of electrochemical energy storage and (b) by the always existing ohmic resistances, for example, the cell internal resistance and / or electrical intercell connection lines. Thus, depending on the resulting electrical power loss in an electrochemical energy storage, a warming and a temperature increase during operation are inevitable, unless efficient cooling is used.

Um eine hohe Betriebssicherheit insbesondere eines elektrochemischen Energiespeichers zu gewährleisten und einen vorzeitigen Ausfall des Energiespeichers durch Alterung von Energiespeicherzellen (z. B. Lithium-Ionen-, NiMH-, NiZn-, NiCd-, Blei-Säure-Zellen etc.) zu vermeiden, welche Alterung besonders bei hohen Temperaturen aufgrund des bekannten Gesetztes von Arrhenius sehr schnell verläuft, ist ein thermisches Management mit einer entsprechenden Kühlung sämtlicher Energiespeicherzellen notwendig.In order to ensure a high degree of operational reliability, in particular of an electrochemical energy store, and to avoid a premature failure of the energy store due to aging of energy storage cells (eg lithium-ion, NiMH, NiZn, NiCd, lead-acid cells, etc.), which aging is very fast, especially at high temperatures due to Arrhenius' known law, thermal management with corresponding cooling of all energy storage cells is necessary.

Da die maximale Leistungsabgabe sowie die Speicherkapazität der Energiespeicher weiter gesteigert werden und sich gleichzeitig der verfügbare Bauraum für die Energiespeicher immer weiter verringert, steigt die Leistungsdichte (Leistungsabgabe pro Bauvolumen) sehr stark an. Insbesondere bei den elektrochemischen Energiespeichern kommt es aufgrund exothermer Nebenreaktionen oder aufgrund von Energieverlusten am Innenwiderstand der Zellen beim Lade- bzw. Entladebetrieb zu einer hohen Wärmefreisetzung. Zur Vermeidung kritischer Temperaturzustände, welche nicht nur aus sicherheitstechnischen Gründen zu vermeiden sind, sondern zusätzlich auch die Lebensdauer der einzelnen Energiespeicher drastisch reduzieren, sind leistungsfähige Kühlkonzepte notwendig. An diese Kühlkonzepte sind hinsichtlich eines geringen Bauraums, einer einfachen und kostengünstigen Konstruktion und der Kühleffizienz sehr hohe Ansprüche gestellt.Since the maximum power output as well as the storage capacity of the energy storage devices are further increased and at the same time the space available for the energy storage device continues to decrease, the power density (power output per construction volume) increases very strongly. Particularly in the case of electrochemical energy stores, due to exothermal side reactions or due to energy losses on the internal resistance of the cells during charging or discharging operation, a high heat release occurs. To avoid critical temperature conditions, which are not only to be avoided for safety reasons, but also drastically reduce the life of the individual energy storage, powerful cooling concepts are necessary. Very high demands are placed on these cooling concepts with regard to a small installation space, a simple and inexpensive construction and the cooling efficiency.

Die DE 10 2008 051 897 A1 beispielsweise stellt ein Kühlkonzept vor, bei dem die Energiespeicher auf einer sogenannten L-Finne angeordnet sind, wobei die L-Finnen wiederum einseitig gekühlt werden. Dabei hält ein Spannrahmen die Kühlfinnen, die die Energiespeicher tragen, zusammen. The DE 10 2008 051 897 A1 For example, presents a cooling concept, wherein the energy storage are arranged on a so-called L-fin, the L-fins are in turn cooled on one side. A tenter holds together the cooling fins that carry the energy storage.

Diese einseitige Kühlung ist aufgrund des einfachen konstruktiven Aufbaus und der dadurch kostengünstigen Herstellung eine bevorzugte Kühlungsmethode bis zu einer bestimmten Leistungsklasse beim Betrieb der Energiespeicher. Die Temperaturverteilung über die Kühlvorrichtung ist aufgrund der einseitigen Wärmesenke jedoch sehr ungleichmäßig. Je nach Höhe des Energiespeichers und damit der Kühlvorrichtung, der elektrischen Belastung des Energiespeichers, der Stärke bzw. Dicke der Kühlvorrichtung sowie dem Temperaturvorlauf (Temperaturunterschied zwischen dem Energiespeicher und der Kühlvorrichtung) kann ein Temperaturunterschied über die Länge bzw. Höhe der Kühlvorrichtung von deutlich mehr als 10 K entstehen.This one-sided cooling is due to the simple structural design and thereby cost-effective production a preferred cooling method up to a certain power class in the operation of energy storage. However, the temperature distribution across the cooling device is very uneven due to the one-sided heat sink. Depending on the height of the energy storage and thus the cooling device, the electrical load of the energy storage, the thickness or thickness of the cooling device and the temperature flow (temperature difference between the energy storage and the cooling device), a temperature difference over the length or height of the cooling device of significantly more than 10 K arise.

Eine ungleichmäßige Temperaturverteilung im Energiespeicher führt im Betrieb jedoch zu folgenden Problemen:

  • 1. Die aktive Masse des Energiespeichers wird im zyklischen Betrieb ungleichmäßig elektrisch und thermisch belastet, so dass der Energiespeicher im oberen Bereich stärker altert und es entsprechend zu schnelleren Ausfällen des Energiespeichers kommen kann.
  • 2. Es können sich lokale Potentialunterschiede über die Höhe des Energiespeichers ausbilden, die dann zu Ausgleichströmen innerhalb des Energiespeichers führen. Dies kann eine zusätzliche Korrosion an den Elektroden des Energiespeichers verursachen, wodurch es zu einem früheren Ausfall des Energiespeichers kommen kann.
However, an uneven temperature distribution in the energy storage leads to the following problems during operation:
  • 1. The active mass of the energy storage is unevenly loaded electrically and thermally in cyclic operation, so that the energy storage in the upper area ages more and it can come correspondingly to faster failures of the energy storage.
  • 2. It can form local potential differences over the height of the energy storage, which then to balancing currents within the Lead energy storage. This can cause additional corrosion to the electrodes of the energy storage, which can lead to a previous failure of the energy storage.

Um diese Probleme zu vermeiden, gibt es beispielsweise das Konzept der Flächenkühlung, wie es zum Beispiel in der DE 9210384 U1 beschrieben ist. Dabei wird eine flächige Kühlplatte von einem Kühlmittel durchströmt, das die Wärmeenergie abtransportiert. Die Herstellung einer solchen Kühlplatte ist jedoch aufwendiger und damit teurer als die Herstellung einer einseitig gekühlten L-Finne. Darüber hinaus kann es zu Undichtigkeiten kommen, so dass das Kühlmittel ausläuft.To avoid these problems, for example, there is the concept of area cooling, as it is the case in the DE 9210384 U1 is described. In this case, a flat cooling plate is flowed through by a coolant, which removes the heat energy. However, the production of such a cooling plate is more expensive and thus more expensive than the production of a one-sided cooled L-fin. In addition, there may be leaks, so that the coolant leaks.

Ausgehend von diesen Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kühlvorrichtung zum Kühlen von Energiespeichern sowie eine darauf basierende Energiespeichervorrichtung bereit zu stellen, die kostengünstig hergestellt werden können und eine akzeptable Temperaturverteilung in den Energiespeichern erreichen. Based on these prior art, it is an object of the present invention to provide a cooling device for cooling energy storage devices and an energy storage device based thereon, which can be produced inexpensively and achieve an acceptable temperature distribution in the energy storage devices.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Kühlvorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1 und eine Energiespeichervorrichtung nach Anspruch 5 gelöst. Die abhängigen Patentansprüche geben Ausführungsformen der Erfindung an. According to the invention this object is achieved by a cooling device with the features of claim 1 and an energy storage device according to claim 5. The dependent claims indicate embodiments of the invention.

Dementsprechend umfasst die Erfindung eine Kühlvorrichtung zum Kühlen von mindestens einem Energiespeicher zur Speicherung von elektrischer Energie für ein Fahrzeug mit einer Kühlplatte zum Kühlen des mindestens einen Energiespeichers. Die Kühlplatte weist zwei Kühlflächen zur Befestigung des mindestens einen Energiespeichers auf, die eine größere Ausdehnung besitzen als restliche Flächen der Kühlplatte. Die Kühlplatte ist an mindestens einer der restlichen Flächen mit einer Wärmesenke verbunden, so dass die Kühlplatte einen wärmesenkennahen Bereich und einen wärmesenkenfernen Bereich aufweist. Erfindungsgemäß ist die Kühlvorrichtung derartig ausgestaltet, dass eine Wärmeaufnahmefähigkeit der Kühlplatte im wärmesenkenfernen Bereich höher ist als im wärmesenkennahen Bereich.Accordingly, the invention comprises a cooling device for cooling at least one energy store for storing electrical energy for a vehicle with a cooling plate for cooling the at least one energy store. The cooling plate has two cooling surfaces for attachment of the at least one energy storage, which have a greater extent than the remaining surfaces of the cooling plate. The cooling plate is connected to at least one of the remaining surfaces with a heat sink so that the cooling plate has a heat sink near area and a heat sink remote area. According to the invention, the cooling device is designed in such a way that a heat absorption capacity of the cooling plate in the region remote from the heat sink is higher than in the region close to the heat sink.

Durch die höhere Wärmeaufnahmefähigkeit der Kühlplatte im wärmesenkenfernen Bereich als im wärmesenkennahen Bereich wird einer erhöhten Temperatur des Energiespeichers im wärmesenkenfernen Bereich entgegengewirkt. Dadurch kann der Vorteil entstehen, dass die Temperaturverteilung innerhalb der Energiespeicher ausgeglichen wird, wodurch es zu einer Verlängerung der Lebensdauer der Energiespeicher kommen kann. Due to the higher heat absorption capacity of the cooling plate in the area away from the heat sink than in the area close to the heat sink, an increased temperature of the energy store in the area away from the heat sink is counteracted. As a result, the advantage can arise that the temperature distribution within the energy store is compensated, which can lead to an extension of the life of the energy store.

Bei einer Ausführungsform stehen die Kühlflächen zueinander in einem Winkel zwischen 1 und 45 Grad, so dass die Kühlplatte im wärmesenkenfernen Bereich eine höhere Wärmekapazität und damit eine höhere Wärmeaufnahmefähigkeit als im wärmesenkennahen Bereich aufweist. Die Kühlplatte weist also im wärmesenkenfernen Bereich mehr Masse auf als im wärmesenkennahen Bereich, so dass mehr Wärme im wärmesenkenfernen Bereich aufgenommen werden kann als im wärmesenkennahen Bereich. Insbesondere bei einem Winkel von 10 bis 20 Grad zwischen den Kühlflächen wird ein ausreichender Ausgleich der Temperaturunterschiede innerhalb der Energiespeicher bei akzeptablen Abmessungen einer auf mehreren solchen Kühlvorrichtungen basierenden Energiespeichervorrichtung erreicht. Der optimal Winkel hängt dabei von dem Aufbau und den Abmessungen der Energiespeicher, dem Material der Kühlplatte und der Ausführung der Wärmesenke ab.In one embodiment, the cooling surfaces are at an angle between 1 and 45 degrees, so that the cooling plate has a higher heat capacity and thus a higher heat absorption capacity in the area away from the heat sink than in the area near the heat sink. The cooling plate therefore has more mass in the area away from the heat sink than in the area near the heat sink, so that more heat can be absorbed in the region remote from the heat sink than in the area near the heat sink. In particular, at an angle of 10 to 20 degrees between the cooling surfaces, a sufficient compensation of the temperature differences within the energy storage is achieved with acceptable dimensions of an energy storage device based on a plurality of such cooling devices. The optimum angle depends on the structure and dimensions of the energy storage, the material of the cooling plate and the execution of the heat sink.

Die Materialzusammensetzung der Kühlplatte im wärmesenkennahen Bereich kann durchschnittlich einen niedrigeren Wärmeleitkoeffizienten als eine Materialzusammensetzung der Kühlplatte im wärmesenkenfernen Bereich aufweisen. Beispielsweise kann die Kühlplatte im wärmesenkenfernen Bereich überwiegend aus Kupfer und im wärmesenkennahen Bereich überwiegend aus Aluminium bestehen. Überwiegend meint in diesem Zusammenhang, dass der Werkstoff der Kühlplatte im entsprechenden Bereich zu mehr als 50 % aus dem genannten Material besteht. Dies kann beispielsweise durch eine schichtweise Anordnung von unterschiedlichen Materialien oder durch eine entsprechende Legierung erreicht werden. The material composition of the cooling plate in the heat sink near area may have, on average, a lower heat conduction coefficient than a material composition of the cooling plate in the heat sink distal region. For example, the cooling plate in the region away from the heat sink can consist predominantly of copper and, in the region close to the heat sink, predominantly of aluminum. Predominantly means in this context that the material of the cooling plate in the corresponding area consists of more than 50% of said material. This can be achieved for example by a layered arrangement of different materials or by a corresponding alloy.

Durch den niedrigeren Wärmeleitkoeffizienten der Kühlplatte im wärmesenkennahen Bereich als im wärmesenkenfernen Bereich wird die Wärmeaufnahmefähigkeit der Kühlplatte im wärmesenkenfernen Bereich im Vergleich zum wärmesenkennahen Bereich erhöht, wodurch einer ungleichmäßigen Temperaturverteilung innerhalb der zu kühlenden Energiespeicher entgegengewirkt wird. Due to the lower coefficient of thermal conduction of the cooling plate in the heat sink area near the heat sink remote area, the heat absorption capacity of the cooling plate is increased in the heat sink remote area compared to the heat sink near area, whereby a non-uniform temperature distribution is counteracted within the energy storage to be cooled.

Darüber hinaus umfasst die vorliegende Erfindung eine Energiespeichervorrichtung für ein Fahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung und mindestens einem Energiespeicher zur Speicherung von elektrischer Energie, wobei die Kühlvorrichtung ein wärmeleitfähiges Befestigungsmedium umfasst, mit dem der mindestens eine Energiespeicher auf der Kühlplatte befestigt ist. Bei dem wärmeleitfähigen Befestigungsmedium kann es sich beispielsweise um einen Wärmeleitkleber, eine Wärmeleitfolie oder ein Wärmeleitpad handeln. In addition, the present invention comprises an energy storage device for a vehicle having a cooling device according to the invention and at least one energy storage device for storing electrical energy, wherein the cooling device comprises a heat-conductive fastening medium with which the at least one energy store is mounted on the cooling plate. The thermally conductive fastening medium can be, for example, a heat-conductive adhesive, a heat-conducting foil or a heat-conducting pad.

Bei einer Ausführungsform ist ein Wärmeleitkoeffizient des Befestigungsmediums niedriger als ein Wärmeleitkoeffizient der Kühlplatte und das Befestigungsmedium weist im wärmesenkennahen Bereich eine größere Dicke auf als im wärmesenkenfernen Bereich. Hierdurch wird wiederum eine höhere Wärmeaufnahmefähigkeit der Kühlplatte im wärmesenkenfernen Bereich als im wärmesenkennahen Bereich erreicht.In one embodiment, a heat conduction coefficient of the fastening medium is lower than a heat conduction coefficient of the cooling plate, and the fastening medium has a greater thickness in the region near the heat sink than in the heat sink heat sink remote area. As a result, in turn, a higher heat absorption capacity of the cooling plate is achieved in the area away from the heat sink than in the area near the heat sink.

Weitere Details und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden mit Bezug auf die in den Figuren gezeigten Ausführungsformen erläutert. Further details and advantages of the present invention will be explained below with reference to the embodiments shown in the figures.

Dabei zeigen Show

1 den Zusammenhang zwischen der Restkapazität eines Energiespeichers und der Temperatur, bei der der Energiespeicher betrieben wird; 1 the relationship between the residual capacity of an energy store and the temperature at which the energy store is operated;

2 eine Energiespeichervorrichtung mit einer Kühlvorrichtung nach dem Stand der Technik; 2 an energy storage device with a cooling device according to the prior art;

3 eine weitere Energiespeichervorrichtung mit einer Kühlvorrichtung nach dem Stand der Technik; 3 another energy storage device with a cooling device according to the prior art;

4 eine Temperaturverteilung einer einseitig gekühlten Kühlvorrichtung nach dem Stand der Technik; 4 a temperature distribution of a one-side cooled cooling device according to the prior art;

5 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung; 5 a first embodiment of a cooling device according to the invention;

6 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Energiespeichervorrichtung, die auf der ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung basiert; 6 a first embodiment of an energy storage device according to the invention, which is based on the first embodiment of a cooling device according to the invention;

7 eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung; 7 a second embodiment of a cooling device according to the invention;

8 eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Energiespeichervorrichtung und 8th a second embodiment of an energy storage device according to the invention and

9 eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Energiespeichervorrichtung. 9 A third embodiment of an energy storage device according to the invention.

In der nachfolgenden Beschreibung werden gleiche und gleichwirkende Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen, sofern nichts anderes angegeben ist.In the following description, identical and equivalent elements are given the same reference numerals, unless otherwise indicated.

In der 1 ist verdeutlicht, wie sich die Restkapazität eines Energiespeichers in Abhängigkeit von der Temperatur über die Betriebszeit entwickelt, mit der der Energiespeicher betrieben wird. Auf der Ordinatenachse 1 ist die Restkapazität C des Energiespeichers in % der Anfangskapazität und auf der Abszissenachse 2 die Betriebsdauer t in Tagen aufgetragen. Die oberste Linie 3 verdeutlicht die Entwicklung der Restkapazitätsgrenze bei einer Betriebstemperatur von 25 Grad. Die Linie 4 zeigt den Verlauf bei 50 Grad Celsius, die Linie 5 bei 60 Grad Celsius und die Linie 6 bei 70 Grad Celsius. In einer Gesamtschau zeigen die Linien 3–6 deutlich, dass durch eine Kühlung der Energiespeicher eine Verlängerung ihrer Lebensdauer erreicht werden kann. In the 1 illustrates how the residual capacity of an energy storage device as a function of the temperature over the operating time develops, with which the energy storage is operated. On the ordinate axis 1 is the remaining capacity C of the energy storage in% of the initial capacity and on the abscissa axis 2 the operating time t is plotted in days. The top line 3 illustrates the development of the residual capacity limit at an operating temperature of 25 degrees. The line 4 shows the course at 50 degrees Celsius, the line 5 at 60 degrees Celsius and the line 6 at 70 degrees Celsius. In an overall view, the lines show 3 - 6 clear that by cooling the energy storage an extension of their life can be achieved.

2 illustriert eine Energiespeichervorrichtung nach dem Stand der Technik. Diese umfasst zwei Kühlplatten 7a, 7b, die an einer Seite mit einer Wärmesenke 8 verbunden sind. Auf jeder Kühlplatte 7a, 7b ist jeweils ein Energiespeicher 9a, 9b angeordnet. Jeder der Energiespeicher 9a, 9b weist ein äußeres Ableitelement 10 auf. Die Ableitelemente der beiden Energiespeicher 9a, 9b sind an der Stelle 11 durch Laser- oder Ultraschallschweißen miteinander verbunden. Wie die 3 verdeutlicht, können auch zwei Energiespeicher 9a, 9b auf einer Kühlplatte 7c angeordnet sein. 2 illustrates an energy storage device according to the prior art. This includes two cooling plates 7a . 7b on one side with a heat sink 8th are connected. On every cooling plate 7a . 7b is in each case an energy store 9a . 9b arranged. Each of the energy storage 9a . 9b has an outer diverting element 10 on. The diverting elements of the two energy storage 9a . 9b are in place 11 connected by laser or ultrasonic welding. As the 3 also illustrates two energy storage 9a . 9b on a cooling plate 7c be arranged.

4 zeigt die Energiespeichervorrichtung aus 3 in einer Draufsicht, wobei drei unterschiedliche Temperaturzonen 12, 13, 14 eingezeichnet sind. Die erste Temperaturzone 12 befindet sich in einem wärmesenkenfernen Bereich 15, während die dritte Temperaturzone 14 im wärmesenkennahen Bereich 16 liegt. Da der wärmesenkennahe Bereich 16 näher an der Wärmesenke 8 ist als der wärmesenkenferne Bereich 15, wird der wärmesenkennahe Bereich naturgemäß besser gekühlt. Somit befindet sich die Temperatur in der dritten Temperaturzone 14 beim Betrieb des Energiespeichers unter der Temperatur der ersten Temperaturzone 12. Die Temperatur in der dazwischenliegenden zweiten Temperaturzone 13 besitzt einen Wert, der zwischen den Temperaturen der ersten Temperaturzone 12 und der dritten Temperaturzone 14 liegt. 4 shows the energy storage device 3 in a plan view, with three different temperature zones 12 . 13 . 14 are drawn. The first temperature zone 12 is located in a heat sink remote area 15 while the third temperature zone 14 in the heat sink area 16 lies. As the heat sink near area 16 closer to the heat sink 8th is considered the heat sink remote area 15 , the heat sink area is naturally better cooled. Thus, the temperature is in the third temperature zone 14 during operation of the energy store below the temperature of the first temperature zone 12 , The temperature in the intermediate second temperature zone 13 has a value that is between the temperatures of the first temperature zone 12 and the third temperature zone 14 lies.

5 illustriert eine erste Ausführungsform 17 einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung zum Kühlen von mindestens einem Energiespeicher zur Speicherung von elektrischer Energie für ein Fahrzeug. Die Kühlvorrichtung 17 weist eine Kühlplatte 18 zum Kühlen des mindestens einen Energiespeichers auf. Die Kühlplatte besitzt zwei Kühlflächen 19, 20, die eine größere Ausdehnung besitzen als restliche Flächen der Kühlplatte. An einer der restlichen Flächen ist die Kühlplatte 18 mit der Wärmesenke 8 verbunden, so dass die Kühlplatte einen wärmesenkennahen Bereich 16 und einen wärmesenkenfernen Bereich 15 aufweist. Die beiden Kühlflächen 19 und 20 stehen dabei in einem Winkel zueinander, der zwischen einem und 45 Grad liegt. Auf diese Weise besitzt die Kühlplatte im wärmesenkenfernen Bereich 15 eine größere Masse als im wärmesenkennahen Bereich 16. Daher kann die Kühlplatte 18 im wärmesenkenfernen Bereich 15 mehr Wärme aufnehmen als im wärmesenkennahen Bereich 16. Anders ausgedrückt besitzt die Kühlplatte 18 im wärmesenkenfernen Bereich 15 eine höhere Wärmekapazität als im wärmesenkennahen Bereich 16. 5 illustrates a first embodiment 17 a cooling device according to the invention for cooling at least one energy storage device for storing electrical energy for a vehicle. The cooling device 17 has a cooling plate 18 for cooling the at least one energy store. The cooling plate has two cooling surfaces 19 . 20 , which have a greater extent than the remaining surfaces of the cooling plate. On one of the remaining surfaces is the cooling plate 18 with the heat sink 8th connected so that the cooling plate has a heat sink near area 16 and a heat sink remote area 15 having. The two cooling surfaces 19 and 20 stand at an angle to each other, which is between one and 45 degrees. In this way, the cooling plate has in the heat sink remote area 15 a larger mass than in the heat sink near area 16 , Therefore, the cooling plate 18 in the heat sink remote area 15 absorb more heat than in the heat sink area 16 , In other words, the cooling plate has 18 in the heat sink remote area 15 a higher heat capacity than in the heat sink area 16 ,

Der optimale Winkel zwischen den beiden Kühlflächen 19, 20 kann dabei abhängig sein von der Höhe der Energiespeicher, der Wärmeentwicklung, die vom Fahrverhalten des Fahrzeugführers abhängt, dem Material der Kühlplatte 18 sowie der Stärke der Wärmesenke 8. The optimal angle between the two cooling surfaces 19 . 20 may be dependent on the amount of energy storage, heat generation, which depends on the driving behavior of the driver, the material of the cooling plate 18 as well as the strength of the heat sink 8th ,

6 zeigt eine erste Ausführungsform 21 einer erfindungsgemäßen Energiespeichervorrichtung, die auf der ersten Ausführungsform 17 einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung beruht. Dabei ist auf der Kühlfläche 19 ein erster Energiespeicher 22 und auf der Kühlfläche 20 ein zweiter Energiespeicher 23 angeordnet. Dies kann beispielsweise mittels eines wärmeleitfähigen Befestigungsmediums, wie zum Beispiel einem Wärmeleitkleber, einer Wärmeleitfolie oder einem Wärmeleitpad, erfolgen. 6 shows a first embodiment 21 an energy storage device according to the invention, which in the first embodiment 17 a cooling device according to the invention is based. It is on the cooling surface 19 a first energy store 22 and on the cooling surface 20 a second energy store 23 arranged. This can be done, for example, by means of a thermally conductive fastening medium, such as a heat-conductive adhesive, a heat-conducting foil or a heat-conducting pad.

In 7 ist eine zweite Ausführungsform 24 einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung dargestellt. Diese weist eine Kühlplatte 25 auf, die eine Materialzusammensetzung besitzt, die dazu führt, dass im wärmesenkennahen Bereich 16 durchschnittlich ein niedriger Wärmeleitkoeffizient vorherrscht als im wärmesenkenfernen Bereich 15. Im gezeigten Beispiel besteht die Kühlplatte aus drei Schichten. Die Schicht 26a besteht aus Kupfer, während die Schichten 26b und 26c aus Aluminium hergestellt sind. Da Aluminium einen niedrigeren Wärmeleitkoeffizienten als Kupfer besitzt, ergibt sich im wärmesenkennahen Bereich 16 durchschnittlich ein niedriger Wärmeleitkoeffizient als im wärmesenkenfernen Bereich 15. In 7 is a second embodiment 24 a cooling device according to the invention shown. This has a cooling plate 25 which has a material composition that results in being in the heat-near range 16 On average, a lower coefficient of thermal conductivity prevails than in the heat sink remote area 15 , In the example shown, the cooling plate consists of three layers. The layer 26a is made of copper, while the layers 26b and 26c made of aluminum. Since aluminum has a lower coefficient of thermal conductivity than copper, results in the heat sink near range 16 On average, a lower coefficient of thermal conductivity than in the heat sink remote area 15 ,

8 zeigt eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Energiespeichervorrichtung 27. Die Energiespeichervorrichtung 27 umfasst eine Kühlplatte 28. Auf dieser Kühlplatte 28 sind auf jeder der beiden Kühlflächen wärmeleitfähige Befestigungsmedien 29a, 29b aufgetragen, mit deren Hilfe die Energiespeicher 22, 23 an der Kühlplatte 28 befestigt werden. Die wärmeleitfähigen Befestigungsmedien 29a, 29b sind Teil der Kühlvorrichtung und sind derartig ausgestaltet, dass eine Wärmeaufnahmefähigkeit der Kühlplatte resultiert, die im wärmesenkenfernen Bereich 15 höher ist als im wärmesenkennahen Bereich 16. Da der Wärmeleitkoeffizient der Befestigungsmedien 29a, 29b niedriger ist als ein Wärmeleitkoeffizient der Kühlplatte 28 wird dieser Effekt dadurch erreicht, dass das Befestigungsmedium im wärmesenkennahen Bereich 16 eine größere Dicke aufweist als im wärmesenkenfernen Bereich 15. 8th shows a second embodiment of an energy storage device according to the invention 27 , The energy storage device 27 includes a cooling plate 28 , On this cooling plate 28 On each of the two cooling surfaces are thermally conductive mounting media 29a . 29b applied, with the help of which the energy storage 22 . 23 on the cooling plate 28 be attached. The thermally conductive fastening media 29a . 29b are part of the cooling device and are designed such that a heat absorption capacity of the cooling plate results that in the heat sink remote area 15 is higher than in the heat sink area 16 , As the thermal conductivity of the mounting media 29a . 29b is lower than a heat conduction coefficient of the cooling plate 28 this effect is achieved in that the fastening medium in the heat sink area 16 has a greater thickness than in the heat sink remote area 15 ,

In 9 ist eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Energiespeichervorrichtung 30 gezeigt. Diese dritte Ausführungsform 30 kombiniert die zweite Ausführungsform 27 einer Energiespeichervorrichtung mit der ersten Ausführungsform einer Kühlvorrichtung 17. Das heißt, dass die Kühlplatte 18 derartig ausgestaltet ist, dass sie im wärmesenkenfernen Bereich 15 eine höhere Wärmekapazität aufweist als im wärmesenkennahen Bereich 16. Zusätzlich sind die Befestigungsmedien 29a, 29b, die einen niedrigeren Wärmeleitkoeffizienten als die Kühlplatte aufweisen, im wärmesenkennahen Bereich 16 dicker aufgetragen als im wärmesenkenfernen Bereich 15. Auf diese Weise ergibt sich, dass im wärmesenkenfernen Bereich 15 der thermische Widerstand der Kühlvorrichtung reduziert und im wärmesenkennahen Bereich 16 erhöht ist. In 9 is a third embodiment of an energy storage device according to the invention 30 shown. This third embodiment 30 combines the second embodiment 27 an energy storage device with the first embodiment of a cooling device 17 , That is, the cooling plate 18 is designed such that they in the heat sink remote area 15 has a higher heat capacity than in the heat sink area 16 , In addition, the mounting media 29a . 29b having a lower coefficient of thermal conductivity than the cooling plate in the heat sink area 16 applied thicker than in the heat sink remote area 15 , In this way it follows that in the heat sink remote area 15 the thermal resistance of the cooling device is reduced and in the heat sink near range 16 is increased.

Die dritte Ausführungsform 30 kann den Vorteil aufweisen, dass die beiden Energiespeicher 22, 23 wiederum weitgehend parallel zueinander angeordnet sind, wodurch mehrere Energiespeichervorrichtungen effizient und platzsparend nebeneinander angeordnet werden können. The third embodiment 30 may have the advantage that the two energy storage 22 . 23 are again arranged substantially parallel to each other, whereby a plurality of energy storage devices can be arranged efficiently and space-saving side by side.

Die mit Bezug auf die Figuren gemachten Ausführungen sind rein illustrativ und nicht beschränkend zu verstehen. An den gezeigten Ausführungsformen können viele Änderungen vorgenommen werden, ohne den Schutzbereich, wie er in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, zu verlassen. Insbesondere können die Merkmale der gezeigten Ausführungsformen miteinander kombiniert werden, um auf diese Weise für den Anwendungszweck optimierte weitere Ausführungsformen bereit zu stellen. Beispielsweise ist es natürlich möglich, bei der dritten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Energiespeichervorrichtung 30 die Kühlplatte 18 aus Schichten aufzubauen, die aus unterschiedlichen Materialien bestehen, wie dies mit Bezug auf die zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung 24 beschrieben wurde. The statements made with reference to the figures are purely illustrative and not restrictive. Many changes can be made to the illustrated embodiments without departing from the scope of protection as defined in the appended claims. In particular, the features of the embodiments shown can be combined with each other to provide in this way optimized for the application further embodiments. For example, it is of course possible in the third embodiment of an energy storage device according to the invention 30 the cooling plate 18 build up of layers, which consist of different materials, as with reference to the second embodiment of a cooling device according to the invention 24 has been described.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Restkapazität eines Energiespeichers in Prozent seiner Anfangskapazität Remaining capacity of an energy storage as a percentage of its initial capacity
22
Betriebsdauer des Energiespeichers Operating time of the energy storage
33
Entwicklung der Restkapazität bei 25 Grad Celsius Development of the residual capacity at 25 degrees Celsius
44
Entwicklung der Restkapazität bei 50 Grad Celsius Development of the remaining capacity at 50 degrees Celsius
55
Entwicklung der Restkapazität bei 60 Grad Celsius Development of the residual capacity at 60 degrees Celsius
66
Entwicklung der Restkapazität bei 70 Grad Celsius Development of the residual capacity at 70 degrees Celsius
7a–7c7a-7c
Kühlplatte cooling plate
88th
Wärmesenke heat sink
9a, 9b9a, 9b
Energiespeicher energy storage
1010
Äußeres Ableitelement Outer discharge element
1111
Verbindung connection
1212
erste Temperaturzone first temperature zone
1313
zweite Temperaturzone second temperature zone
1414
dritte Temperaturzone third temperature zone
1515
wärmesenkenferner Bereich heat sink far range
1616
wärmesenkennaher Bereich heat sink near area
1717
erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung first embodiment of a cooling device according to the invention
18 18
Kühlplatte cooling plate
1919
Kühlfläche cooling surface
2020
Kühlfläche  cooling surface
2121
erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Energiespeichervorrichtung First embodiment of an energy storage device according to the invention
2222
Energiespeicher energy storage
2323
Energiespeicher energy storage
2424
zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung second embodiment of a cooling device according to the invention
2525
Kühlplatte cooling plate
26a–26c26a-26c
Schichten der Kühlplatte Layers of the cooling plate
2727
zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Energiespeichervorrichtung second embodiment of an energy storage device according to the invention
2828
Kühlplatte cooling plate
29a, 29b29a, 29b
wärmeleitfähiges Befestigungsmedium thermally conductive fastening medium
3030
dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Energiespeichervorrichtung Third embodiment of an energy storage device according to the invention

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102008051897 A1 [0008] DE 102008051897 A1 [0008]
  • DE 9210384 U1 [0011] DE 9210384 U1 [0011]

Claims (6)

Kühlvorrichtung (17, 24) zum Kühlen von mindestens einem Energiespeicher (22, 23) zur Speicherung von elektrischer Energie für ein Fahrzeug mit – einer Kühlplatte (18, 25) zum Kühlen des mindestens einen Energiespeichers, – wobei die Kühlplatte zwei Kühlflächen (19, 20) zur Befestigung des mindestens einen Energiespeichers aufweist, die eine größere Ausdehnung besitzen als restliche Flächen der Kühlplatte, und die Kühlplatte an mindestens einer der restlichen Flächen mit einer Wärmesenke (8) verbunden ist, so dass die Kühlplatte einen wärmesenkennahen Bereich (16) und einen wärmesenkenfernen (15) Bereich aufweist, – wobei die Kühlvorrichtung derartig ausgestaltet ist, dass eine Wärmeaufnahmefähigkeit der Kühlplatte im wärmesenkenfernen Bereich (15) höher ist als im wärmesenkennahen Bereich (16).Cooling device ( 17 . 24 ) for cooling at least one energy store ( 22 . 23 ) for storing electrical energy for a vehicle with - a cooling plate ( 18 . 25 ) for cooling the at least one energy store, - wherein the cooling plate has two cooling surfaces ( 19 . 20 ) for attaching the at least one energy store, which have a greater extent than remaining areas of the cooling plate, and the cooling plate on at least one of the remaining surfaces with a heat sink ( 8th ), so that the cooling plate has a heat sink area ( 16 ) and a heat sink remote ( 15 ) - wherein the cooling device is designed such that a heat absorption capacity of the cooling plate in the heat sink remote area ( 15 ) is higher than in the heat sink area ( 16 ). Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Kühlflächen (19, 20) zueinander in einem Winkel zwischen 1 und 45 Grad, insbesondere zwischen 10 und 20 Grad, stehen, so dass die Kühlplatte (18) im wärmesenkenfernen Bereich (15) eine höhere Wärmekapazität und damit eine höhere Wärmeaufnahmefähigkeit als im wärmesenkennahen Bereich (16) aufweist.Cooling device according to claim 1, wherein the cooling surfaces ( 19 . 20 ) at an angle between 1 and 45 degrees, in particular between 10 and 20 degrees, so that the cooling plate ( 18 ) in the heat sink remote area ( 15 ) has a higher heat capacity and thus a higher heat absorption capacity than in the heat sink area ( 16 ) having. Kühlvorrichtung (25) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Materialzusammensetzung der Kühlplatte im wärmesenkennahen Bereich (16) durchschnittlich einen niedrigeren Wärmeleitkoeffizienten als eine Materialzusammensetzung der Kühlplatte im wärmesenkenfernen Bereich (15) aufweist.Cooling device ( 25 ) according to any one of the preceding claims, wherein a material composition of the cooling plate in the heat sink area ( 16 ) on average a lower coefficient of thermal conductivity than a material composition of the cooling plate in the heat sink remote area ( 15 ) having. Kühlvorrichtung (25) nach Anspruch 3, wobei die Kühlplatte im wärmesenkenfernen Bereich überwiegend aus Kupfer (26a) und im wärmesenkennahen Bereich überwiegend aus Aluminium (26b, 26c) besteht.Cooling device ( 25 ) according to claim 3, wherein the cooling plate in the region remote from the heat sink is made predominantly of copper ( 26a ) and in the heat sink near area mainly of aluminum ( 26b . 26c ) consists. Energiespeichervorrichtung (21, 27, 30) für ein Fahrzeug mit – einer Kühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche und – mindestens einem Energiespeicher (22, 23) zur Speicherung von elektrischer Energie, – wobei die Kühlvorrichtung ein wärmeleitfähiges Befestigungsmedium (29a, 29b) umfasst, mit dem der mindestens eine Energiespeicher auf der Kühlplatte befestigt ist.Energy storage device ( 21 . 27 . 30 ) for a vehicle with - a cooling device according to one of the preceding claims and - at least one energy store ( 22 . 23 ) for storing electrical energy, - wherein the cooling device is a thermally conductive fastening medium ( 29a . 29b ), with which the at least one energy store is mounted on the cooling plate. Energiespeichervorrichtung nach Anspruch 5, wobei ein Wärmeleitkoeffizient des Befestigungsmediums (29a, 29b) niedriger ist als ein Wärmeleitkoeffizient der Kühlplatte (18, 25, 28) und das Befestigungsmedium im wärmesenkennahen Bereich (16) eine größere Dicke aufweist als im wärmesenkenfernen Bereich (15).An energy storage device according to claim 5, wherein a heat conduction coefficient of the fixing medium ( 29a . 29b ) is lower than a heat conduction coefficient of the cooling plate ( 18 . 25 . 28 ) and the mounting medium in the heat sink area ( 16 ) has a greater thickness than in the heat sink remote area ( 15 ).
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