DE102012207894A1

DE102012207894A1 - Kühleinrichtung, Energiespeichervorrichtung mit einer solchen Kühleinrichtung und ein entsprechendes Herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE102012207894A1
Application number: DE201210207894
Authority: DE
Inventors: Klaus Greger; Sebastian Oppermann
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2012-05-11
Filing date: 2012-05-11
Publication date: 2013-11-14

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kühleinrichtung für einen Energiespeicher zur Speicherung elektrischer Energie sowie eine Energiespeichervorrichtung mit einer solchen Kühleinrichtung. Darüber hinaus behandelt die Erfindung entsprechende Herstellungsverfahren. Die erfindungsgemäße Kühleinrichtung (1, 2) umfasst ein Kühlelement (K1) zum Kühlen eines auf dem Kühlelement anordnenbaren Energiespeichers zur Speicherung elektrischer Energie und mindestens ein am Kühlelement angeordnetes Verbindungselement (V1) zum mechanischen und thermischen Verbinden eines kühlmittelführenden Kühlsystems (R1, R2, R3), insbesondere eines Kühlrohrs, mit dem Kühlelement (K1) mittels eines Fügeverfahrens, wobei das Verbindungselement (V1) einstückig mit dem Kühlelement (K1) ausgebildet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kühleinrichtung für einen Energiespeicher zur Speicherung elektrischer Energie sowie eine Energiespeichervorrichtung für ein Fahrzeug mit einer solchen Kühleinrichtung und zumindest einem Energiespeicher zur Speicherung elektrischer Energie. Darüber hinaus befasst sich die vorliegende Erfindung mit einem Verfahren zur Herstellung einer entsprechenden Kühleinrichtung und einer darauf basierenden Energiespeichervorrichtung.
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).
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 sogenannten Doppelschichtkondensator, erfolgt eine elektrische Ladung bzw. eine elektrische Entladung von bevorzugt mehreren Doppelschichtkondensatoren.
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.
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.
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.
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.
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.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kühleinrichtung sowie eine darauf basierende Energiespeichervorrichtung bereitzustellen, die einfach und kostengünstig hergestellt werden können und eine effektive Kühlung der Energiespeicher zur Speicherung elektrischer Energie ermöglichen. Darüber hinaus ist es eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein effizientes Herstellungsverfahren für eine erfindungsgemäße Kühleinrichtung und eine erfindungsgemäße Energiespeichervorrichtung anzugeben.
Die oben angegebenen Aufgaben werden durch die Gegenstände nach den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Die abhängigen Patentansprüche geben Ausführungsformen an.
Dementsprechend umfasst die Erfindung eine Kühleinrichtung für einen Energiespeicher zur Speicherung elektrischer Energie mit einem Kühlelement zum Kühlen eines auf dem Kühlelement anordnenbaren Energiespeichers zur Speicherung elektrischer Energie. Die Kühleinrichtung weist mindestens ein am Kühlelement angeordnetes Verbindungselement zum mechanischen und thermischen Verbinden eines kühlmittelführenden Kühlsystems mit dem Kühlelement auf, wobei das Verbindungselement einstückig mit dem Kühlelement ausgebildet ist. Bei dem Kühlsystem kann es sich insbesondere um ein Kühlrohr handeln. Das Verbindungselement ist derartig ausgestaltet, dass ein Verbinden des Kühlsystems mit dem Kühlelement mittels eines Fügeverfahrens erfolgen kann.
Fügeverfahren sind einfach und kostengünstig ausführbar, so dass das Kühlelement mit wenig Aufwand mit dem Kühlsystem verbunden werden kann. Dadurch dass das Verbindungselement einstückig mit dem Kühlelement ausgebildet ist, kann auf einen Schritt des Verbindens des Verbindungselements mit dem Kühlelement verzichtet werden. Darüber hinaus ist die Verbindung zwischen dem Verbindungselement und dem Kühlelement besonders stabil, wärmeleitfähig und langlebig.
Bei einer Ausführungsform ist das Kühlelement aus einem Blech hergestellt. Das mindestens eine Verbindungselement besteht dabei aus Armen, die durch Setzen von Schnitten in einem Randbereich des Kühlelements und durch Biegen des Kühlelements zwischen jeweils zwei Schnitten hergestellt wurden. Die Bereiche zwischen zwei Schnitten können dabei jeweils in einer alternierenden Richtung gebogen werden, um auf diese Weise eine gute Abstützung des Kühlsystems zu erreichen, nachdem das Kühlelement mit dem Kühlsystem verbunden wurde. Durch die Verwendung eines Bleches und die einfachen und kostengünstigen Schnitt- und Biegeschritte können die Arme des Verbindungselements mit wenig Aufwand hergestellt werden.
Besondere Vorteile können sich ergeben, wenn die Arme des Verbindungselementes derartig gebogen sind, dass sie an eine Form des Kühlsystems angepasst sind. Dabei können die Arme derartig ausgestaltet sein, dass eine Verbindung zwischen dem Kühlsystem und dem Kühlelement durch Einführen des Kühlsystems zwischen die Arme erfolgen kann, wobei sich die Arme beim Einführen des Kühlsystems nach außen biegen und um das Kühlsystem einrasten, wenn das Kühlsystem eine Zielposition erreicht. Bei einer solchen Ausführung kann das Kühlsystem sozusagen in das Verbindungselement eingeklipst werden. Auf diese Weise wird der Verbindungsvorgang besonders einfach.
Darüber hinaus umfasst die Erfindung eine Energiespeichervorrichtung für ein Fahrzeug, die eine erfindungsgemäße Kühleinrichtung umfasst. Auf dem Kühlelement der Kühleinrichtung ist dabei zumindest ein Energiespeicher zur Speicherung von elektrischer Energie für das Fahrzeug angeordnet. Darüber hinaus ist das kühlmittelführende Kühlsystem mittels eines Fügeverfahrens über das mindestens eine Verbindungselement mit dem Kühlelement mechanisch und thermisch verbunden. Wie gesagt kann es sich bei dem Kühlsystem insbesondere um ein Kühlrohr handeln. Eine solche Energiespeichervorrichtung kann besonders einfach und kostengünstig hergestellt werden. Insbesondere ist die Verbindung zwischen dem Kühlsystem und dem Kühlelement besonders einfach.
Für die Verbindung zwischen dem Kühlsystem mit dem Kühlelement über das mindestens eine Verbindungselement können verschiedene Verfahren zum Einsatz kommen, wie beispielsweise Biegen, Krimpen, Kleben, Laserlöten oder Laserschweißen. Diese Verfahren können auch in Kombination miteinander Verwendung finden. Beispielsweise ist es möglich, das mindestens eine Verbindungselement um das Kühlsystem herum zu biegen und das Kühlsystem zusätzlich an dem mindestens einen Verbindungselement festzukleben, um auf diese Weise eine höhere Verrutschfestigkeit zu erreichen.
In einer Ausführungsform ist das Kühlsystem umlaufend am Kühlelement angeordnet. Dies ermöglicht einen Wärmeabtransport an vielen Stellen des Kühlelements und somit eine erhöhte Wärmeabfuhr.
Bei einer Ausführungsform sind mehrere Kühleinrichtungen und mehrere Energiespeicher zur Speicherung elektrischer Energie vorgesehen, die jeweils mit dem Kühlsystem verbunden sind. Auf diese Weise nutzen mehrere Kühleinrichtungen und mehrere Energiespeicher ein einziges Kühlsystem, das gleichzeitig als eine Art Haltevorrichtung fungiert, so dass die Kühleinrichtungen und damit die darauf angeordneten Energiespeicher zueinander fixiert sind. Dadurch kann gegenüber der DE 10 2008 051 897 A1 auf den Spannrahmen verzichtet werden, der die Kühlfinnen zusammenhält, was zu einer einfacheren Herstellung und zu Kosteneinsparungen führen kann. Darüber hinaus kann die Kühlwirkung verbessert werden, da das Kühlsystem von einem Kühlmittel durchströmt wird.
Zusätzlich umfasst die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Kühleinrichtung. Bei diesem Verfahren werden ein Kühlelement zum Kühlen eines auf dem Kühlelement anordnenbaren Energiespeichers zur Speicherung elektrischer Energie und mindestens ein am Kühlelement angeordnetes Verbindungselement zum mechanischen und thermischen Verbinden des kühlmittelführenden Kühlsystems mit dem Kühlelement mittels eines Fügeverfahrens hergestellt. Wie gesagt kann es sich bei dem Kühlsystem insbesondere um ein Kühlrohr handeln. Das Verbindungselement kann dabei aus einem Teil des Kühlelements hergestellt werden, so dass das Verbindungselement einstückig mit dem Kühlelement ausgebildet ist.
Bei einer Ausführungsform umfasst der Schritt des Herstellens eines Kühlelements die Schritte Bereitstellen eines Bleches und Stanzen des Bleches, um das Kühlelement herzustellen. Stanzen ist ein besonders einfaches Verfahren, um ein Blech auf eine gewünschte Größe zuzuschneiden.
Darüber hinaus kann der Schritt des Herstellens des mindestens einen Verbindungselementes die Schritte Setzen von Schnitten in einem Randbereich des Kühlelements und jeweils Biegen des Kühlelements zwischen zwei Schnitten in jeweils alternierender Richtung umfassen, so dass jeweils ein Arm eines Verbindungselementes entsteht. Mit diesen Schritten kann das mindestens eine Verbindungselement besonders einfach und kostengünstig hergestellt werden.
Die Arme des Verbindungselementes können dabei derartig gebogen werden, dass sie an eine Form des Kühlsystems angepasst sind. Vorzugsweise sind die Arme so gebogen, dass eine Verbindung zwischen dem Kühlsystem und dem Kühlelement durch Einführen des Kühlsystems zwischen die Arme erfolgen kann, wobei sich die Arme beim Einführen des Kühlsystems nach außen biegen und um das Kühlsystem einrasten, wenn das Kühlsystem eine Zielposition erreicht.
Durch diesen Biegeschritt wird erreicht, dass das Kühlsystem besonders einfach mit dem Kühlelement verbunden werden kann. Insbesondere ist für das Einrasten keinerlei Wärmeenergie notwendig, so dass eine Beschädigung der Energiespeicher aufgrund von Wärmeenergie ausgeschlossen werden kann.
Darüber hinaus umfasst die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Energiespeichervorrichtung. Bei diesem Verfahren wird eine Kühleinrichtung mit dem oben beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt. Zumindest ein Energiespeicher zur Speicherung elektrischer Energie wird danach auf dem Kühlelement der Kühleinrichtung angeordnet. Ein kühlmittelführendes Kühlsystem wird bereitgestellt und mechanisch sowie thermisch mit dem Kühlelement über zumindest ein am Kühlelement angeordnetes Verbindungselement mittels eines Fügeverfahrens verbunden.
Als Fügeverfahren kommen insbesondere Biegen, Krimpen, Kleben, Laserlöten oder Laserschweißen in Betracht, wobei diese Verfahren auch in Kombination miteinander angewendet werden können. Die Verwendung eines Fügeverfahrens erlaubt ein besonders einfaches und kostengünstiges Verbinden des Kühlsystems mit dem Kühlelement.
Der Schritt des mechanischen und thermischen Verbindens kann vorsehen, dass das Kühlsystem umlaufend am Kühlelement angeordnet wird. Wie bereits ausgeführt, erlaubt eine umlaufende Anordnung des Kühlsystems einen effektiven Abtransport von Wärme.
Bei einer Ausführungsform werden die Schritte des Herstellens einer Kühleinrichtung sowie des Anordnens von zumindest einem Energiespeicher auf dem Kühlelement der Kühleinrichtung zunächst mehrfach ausgeführt. Es werden also zunächst mehrere Kühleinrichtungen mit darauf angeordneten Energiespeichern zur Speicherung elektrischer Energie hergestellt. Anschließend wird ein kühlmittelführendes Kühlsystem bereitgestellt und das Kühlsystem wie beschrieben mit dem Kühlelement über zumindest ein am Kühlelement angeordnetes Verbindungselement mittels eines Fügeverfahrens mechanisch und thermisch verbunden. Auf diese Weise werden die Kühlelemente der Kühleinrichtungen mit dem Kühlsystem gekoppelt. Dies erlaubt, dass das Kühlsystem zunächst separat hergestellt und geprüft werden kann. Dabei können insbesondere sehr hohe Temperaturen verwendet werden, da durch die Separierung Beschädigungen der Energiespeicher aufgrund der Temperatur ausgeschlossen sind. Durch ein Prüfen der Dichtigkeit des Kühlsystems vor dessen Montage kann dessen ordnungsgemäßes Funktionieren unabhängig von den Energiespeichern erfolgen. Dadurch kann etwaig austretendes Kühlmittel die Energiespeicher nicht beschädigen. Da nur ein Kühlsystem zum Einsatz kommt, kann dieses als Haltestruktur dienen, so dass auf eine vom Kühlsystem getrennte Spannvorrichtung verzichtet werden kann.
Die Merkmale der Erfindung wurden mit Bezug auf ein Verfahren und/oder mit Bezug auf eine Vorrichtung beschrieben. Sofern nicht explizit anders angegeben, können Verfahrensmerkmale mit Vorrichtungsmerkmalen und Vorrichtungsmerkmale mit Verfahrensmerkmalen kombiniert werden. Die Verfahrensmerkmale sind also auch auf die Vorrichtung und die Vorrichtungsmerkmale auch auf das Verfahren anwendbar.
Weitere Details der Erfindung und ihre Vorteile werden im Folgenden mit Bezug auf die in den Figuren gezeigten Ausführungsformen weiter erläutert.
Dabei zeigen
1 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kühleinrichtung mit einer Ausführungsform eines Kühlsystems;
2 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Energiespeichervorrichtung;
3 ein Blech als Ausgangsmaterial für ein erfindungsgemäßes Kühlelement;
4 das Kühlelement aus 3 mit Schnitten in seinem Randbereich;
5 das Blech aus 4 mit gebogenen Armen;
6 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer Kühleinrichtung;
7 eine Ausführungsform des Schrittes Herstellen eines Kühlelements;
8 eine Ausführungsform des Schrittes Herstellen mindestens eines am Kühlelement angeordneten Verbindungselements;
9 eine weitere Ausführungsform eines kühlmittelführenden Kühlsystems;
10 eine weitere Ausführungsforme eines kühlmittelführenden Kühlsystems;
11 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Energiespeichervorrichtung und
12 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Energiespeichervorrichtung.
Im Folgenden werden gleiche und gleichwirkende Elemente und Verfahrensschritte, sofern nichts anderes angegeben ist, mit denselben Bezugszeichen benannt.
1 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kühleinrichtung mit einer Ausführungsform eines kühlmittelführenden Kühlsystems. Die gezeigte Kühleinrichtung 1 umfasst ein Kühlelement K1, auf dessen Seitenflächen Energiespeicher zur Speicherung elektrischer Energie (wie in 2 dargestellt) beispielsweise mittels eines wärmeleitfähigen Klebstoffes befestigt werden können, um die Energiespeicher über das Kühlelement K1 zu kühlen. Das Kühlelement K1 weist an einem Rand ein Verbindungselement V1 auf, das aus acht Armen besteht. Diese sind so gebogen, dass die Arme das Kühlsystem, in Form eines Kühlrohrs R1, aufnehmen und festhalten können. Die Wärme aus den Energiespeichern fließt in das Kühlelement K1 ab und wandert von dort zu dessen Rand in das Verbindungselement V1, wo die Wärme auf das Kühlrohr R1 übergehen kann. In dem Kühlrohr R1 fließt ein Kühlmittel, das diese Wärme abtransportiert, so dass eine effektive Kühlung der Energiespeicher erreicht wird.
2 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Energiespeichervorrichtung E1 von oben. Das Kühlelement K1 und dessen Verbindungselement V1 aus 1 sind wiederum genauso wie das Kühlrohr R1 dargestellt. Auf dem Kühlelement K1 sind zwei Energiespeicher S1 und S2 angeordnet.
Die 3 zeigt ein Blech, das als Ausgangsmaterial für die Herstellung einer erfindungsgemäßen Kühleinrichtung mittels des in den 6 bis 8 beschriebenen Verfahrens dient. Wie in 4 dargestellt, werden in dieses Blech B in dessen Randbereich eine Reihe von Schnitten C1 bis C23 vorgenommen. Dadurch fallen die Ecken zwischen den Schnitten C6 und C7 sowie C17 und C18 heraus. Wie die 5 illustriert, wird das verbleibende Material zwischen den Schnitten jeweils gebogen, um auf diese Weise einen Arm eines Verbindungselementes herzustellen. Die Arme A1 bis A22 sind dabei so gebogen, dass sie einer Form des Kühlsystems entsprechen. Wie beispielsweise der 2 zu entnehmen ist, umfassen die Arme des Verbindungselements V1 mehr als die Hälfte des Umfangs des Kühlrohrs R1. Der über einen Winkel von 180° hinausgehende Teil des Verbindungselementes ist jedoch so gering, dass eine Verbindung zwischen dem Kühlrohr R1 und dem Kühlelement K1 durch Einführen des Kühlrohrs R1 zwischen die Arme des Verbindungselementes V1 erfolgen kann, wobei sich die Arme beim Einführen des Kühlrohrs R1 nach außen biegen und um das Kühlrohr R1 einrasten, wenn das Kühlrohr R1 seine Zielposition erreicht. Auf diese Weise kann das Kühlrohr R1 einfach in das Verbindungselement V1 eingeklipst werden und wird dann dort durch das Verbindungselement V1 festgehalten.
Die 6, 7 und 8 verdeutlichen noch einmal explizit das Verfahren, das bereits mit Bezug auf die 3 bis 5 erläutert wurde. 6 zeigt eine Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Kühleinrichtung für einen Energiespeicher zur Speicherung elektrischer Energie. In Schritt H1 wird ein Kühlelement zum Kühlen eines auf dem Kühlelement anordnenbaren Energiespeichers hergestellt. Anschließend wird in Schritt H2 mindestens ein am Kühlelement angeordnetes Verbindungselement hergestellt, das zum mechanische und thermischen Verbinden eines kühlmittelführenden Kühlsystems mit dem Kühlelement mittels eines Fügeverfahrens vorgesehen ist.
Die 7 stellt eine Ausführungsform des Schrittes H1 aus 6 dar. In Schritt H11 wird zunächst ein Blech bereitgestellt, das als Ausgangsmaterial für das Kühlelement dient. In Schritt H12 wird dann dieses Blech gestanzt, um das Blech entsprechend zuzuschneiden und so das Kühlelement herzustellen.
In 8 ist eine Ausführungsform des Schrittes H2 aus 6 illustriert. In Schritt H21 werden in einem Randbereich des Kühlelements Schnitte gesetzt. In Schritt H22 wird dann das Material zwischen den Schnitten entsprechend umgebogen. Dabei wird das Material umlaufend jeweils in unterschiedlichen Richtungen gebogen, so dass jeweils ein Arm eines Verbindungselementes entsteht. Wie bereits beschrieben, werden die Arme dabei vorzugsweise derartig gebogen, dass sie an eine Form des Kühlsystems angepasst sind. Es wird dabei insbesondere angestrebt, dass eine Verbindung zwischen dem Kühlsystem und dem Kühlelement durch ein schlichtes Einführen des Kühlsystems zwischen die Arme des Verbindungselements möglich ist. Da die Arme vorzugsweise aus einem Blech bestehen, kann das Kühlsystem derartig eingeführt werden, dass sich die Arme nach außen biegen und um das Kühlsystem anschließend einrasten, wenn das Kühlsystem seine Zielposition erreicht.
Die 9 zeigt eine weitere Ausführungsform eines kühlmittelführenden Kühlsystems, das zusammen mit der Erfindung verwendet werden kann. Dieses Kühlsystem R2 besteht aus mehreren Kühlrohren R21 bis R25. Das Kühlmittel wird in das Kühlrohr R21 gepumpt und gelangt von dort in die bügelförmigen Verbindungsrohre R23, R24 und R25. Aus diesen Kühlrohren R23 bis R25 kann das Kühlmittel über das Kühlrohr R22 wieder abfließen. Um einen gleichmäßigen Fluss über die Kühlrohre R23 bis R25 zu erreichen, kann zusätzlich beispielsweise vorgesehen sein, im Kühlrohr R23 sowie im Kühlrohr R24 jeweils eine Drossel vorzusehen, wobei die Drossel im Kühlrohr R23 enger eingestellt ist als im Kühlrohr R24.
10 zeigt eine weitere Ausführungsform eines kühlmittelführenden Kühlsystems. Das gezeigte Kühlsystem R3 unterscheidet sich von dem Kühlsystem R2 aus 9 dadurch, dass das Kühlmittel nicht verzweigt. Stattdessen besteht das Kühlsystem R3 aus einem einzigen Rohr, das entsprechend gebogen ist, um die Anordnung von drei Kühlelementen in entsprechend bereitgestellten Bügeln zu ermöglichen.
Die 11 stellt eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Energiespeichervorrichtung E2 dar. Die Energiespeichervorrichtung E2 nutzt das kühlmittelführende Kühlsystem R2 aus 9, das entsprechend noch einmal von der Seite dargestellt ist. Wie beschrieben fließt das Kühlmittel über das Kühlrohr R21 zu und verzweigt sich von dort in die Kühlrohre R23 bis R25. An dem Kühlrohr R23 ist ein entsprechendes, nicht gezeigtes Kühlelement angeordnet, das die beiden Energiespeicher S3 und S4 kühlt. Eine Verbindung zwischen dem Kühlelement und dem Kühlrohr R23 erfolgt über ein entsprechendes Verbindungselement, dessen Arme A23 bis A30 in 11 dargestellt sind. Analog dazu ist ein weiteres Kühlelement am Kühlrohr R24 mittels eines entsprechenden Verbindungselementes angebracht, dessen Arme A31 bis A38 in 11 zu sehen sind. Auf diesem Kühlelement sind die Energiespeicher S5 und S6 angeordnet. Auch das Kühlrohr R25 trägt ein entsprechendes Kühlelement, wobei eine Verbindung über das Verbindungselement erfolgt. Die entsprechenden Arme A39 bis A46 des Verbindungselementes sind wiederum in 11 angedeutet. Das Kühlelement trägt die Energiespeicher S7 und S8.
Die in 11 gezeigte Energiespeichervorrichtung E2 kann besonders einfach und sicher hergestellt werden. Das Kühlsystem R2 kann separat produziert und auf Dichtigkeit geprüft werden. Für die Herstellung des Kühlsystems R2 können hohe Temperaturen verwendet werden, wie sie z. B. beim Schweißen entstehen, ohne dass die Gefahr besteht, dass die Hitze irgendwelche Energiespeicher beschädigt. Auch die Dichtigkeitsprüfung kann sicher vorgenommen werden, weil eine Leckage nicht zu einer Verunreinigung der Energiespeicher mit einem Kühlmittel führt. Die Kühleinrichtungen können unabhängig vom Kühlsystem R2 gefertigt und mit entsprechenden Energiespeichern bestückt werden. Eine Verbindung zwischen den Kühlelementen und dem Kühlsystem erfolgt dann einfach über einklipsen. Da das Kühlsystem R2 die Kühleinrichtungen hält und zueinander fixiert, bedarf es keiner weiteren Träger- bzw. Haltestruktur, die dadurch eingespart werden kann.
Die 12 illustriert eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Energiespeichervorrichtung. In Schritt H1 wird wiederum zunächst ein Kühlelement hergestellt. In Schritt H2 wird dann mindestens ein am Kühlelement angeordnetes Verbindungselement hergestellt. Anschließend wird zumindest ein Energiespeicher zur Speicherung elektrischer Energie auf dem Kühlelement angeordnet (Schritt H3). Wenn weitere Kühlelemente mit Energiespeichern gewünscht sind, wird in Schritt H4 entsprechend zu Schritt H1 zurückgesprungen. Wenn die gewünschte Anzahl an Kühlelementen mit Energiespeichern bereits erreicht ist, wird mit Schritt H5 fortgefahren, in dem ein kühlmittelführendes Kühlsystem bereitgestellt wird. In Schritt H6 wird das kühlmittelführende Kühlsystem dann mechanisch und thermisch mit dem Kühlelement über zumindest ein am jeweiligen Kühlelement angeordneten Verbindungselement mittels eines Fügeverfahrens verbunden.
Mit Hilfe der Erfindung kann erreicht werden, dass ein einziges Kühlsystem mehrere Energiespeicher mechanisch fixiert und gleichzeitig zur Temperierung dient. Es kann ein guter Kompromiss zwischen Herstellungskosten und Kühlleistung erreicht werden. Ein entscheidender Vorteil kann in der einfachen Herstellung aus Stanzbiegeteilen in Verbindung mit einem einfachen Fügeverfahren bestehen. Je nach konkreter Ausführung kann beispielsweise Biegen, Krimpen, Kleben, Laserlöten oder Laserschweißen oder Ähnliches Anwendung finden. Auch Kombinationen sind denkbar, wie z. B. Krimpen in Verbindung mit spaltfüllendem Kleben. Durch die Verwendung von einfachen Stanzbiegeteilen in Kombination mit einem für die Massenfertigung tauglichen Fügeverfahren kann eine effektive Kühl- und Haltestruktur erstellt werden.
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 Schutzumfang, wie er durch die beigefügten Ansprüche definiert ist, zu verlassen.
Bezugszeichenliste

1: Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kühleinrichtung
2: weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kühleinrichtung
A1–A46: Arme
B: Blech
C1–C23: Schnitte in einem Randbereich des Kühlelements
E1: Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Energiespeichervorrichtung
E2: weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Energiespeichervorrichtung
H1: Herstellen eines Kühlelements
H11: Bereitstellen eines Bleches
H12: Stanzen des Bleches
H2: Herstellen mindestens eines am Kühlelement angeordneten Verbindungselements
H21: Setzen von Schnitten in einem Randbereich des Kühlelements
H22: jeweils Biegen des Kühlelements zwischen zwei Schnitten in jeweils alternierender Richtung
H3: Anordnen von zumindest einem Energiespeicher auf dem Kühlelement
H4: weitere Kühleinrichtungen mit Energiespeicher vorgesehen?
H5: Bereitstellen eines kühlmittelführenden Kühlsystems
H6: mechanisches und thermisches Verbinden des kühlmittelführenden Kühlsystems mit dem Kühlelement
R1–R3: Ausführungsformen eines kühlmittelführenden Kühlsystems

R21–R25: Kühlrohre
S1–S8: Energiespeicher
V1: Verbindungselement

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102008051897 A1 [0008, 0018]

Claims

Kühleinrichtung (1, 2) für einen Energiespeicher zur Speicherung elektrischer Energie mit – einem Kühlelement (K1) zum Kühlen eines auf dem Kühlelement anordnenbaren Energiespeichers zur Speicherung elektrischer Energie und – mindestens einem am Kühlelement angeordneten Verbindungselement (V1) zum mechanischen und thermischen Verbinden eines kühlmittelführenden Kühlsystems (R1, R2, R3), insbesondere eines Kühlrohrs, mit dem Kühlelement mittels eines Fügeverfahrens, wobei das Verbindungselement (V1) einstückig mit dem Kühlelement (K1) ausgebildet ist.
Kühleinrichtung nach Anspruch 1, wobei das Kühlelement aus einem Blech (B) hergestellt ist und das mindestens eine Verbindungselement aus Armen (A1–A46) besteht, die durch Setzen von Schnitten (C1–C23) in einem Randbereich des Kühlelements und durch jeweils Biegen des Kühlelements zwischen zwei Schnitten in jeweils alternierender Richtung hergestellt wurden.
Kühleinrichtung nach Anspruch 2, wobei die Arme (A1–A46) des Verbindungselements derartig gebogen sind, dass sie an eine Form des Kühlsystems (R1–R3) angepasst sind, so dass eine Verbindung zwischen dem Kühlsystem und dem Kühlelement (K1) durch Einführen des Kühlsystems zwischen die Arme erfolgen kann, wobei sich die Arme beim Einführen des Kühlsystems nach außen biegen und um das Kühlsystem einrasten, wenn das Kühlsystem eine Zielposition erreicht.
Energiespeichervorrichtung (E1, E2) für ein Fahrzeug mit – einer Kühleinrichtung (1, 2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, – zumindest einem auf dem Kühlelement der Kühleinrichtung angeordneten Energiespeicher (S1–S8) zur Speicherung von elektrischer Energie für das Fahrzeug und – einem kühlmittelführenden Kühlsystem (R1, R2, R3), insbesondere einem Kühlrohr, wobei das Kühlsystem mittels eines Fügeverfahrens über mindestens ein Verbindungselement (V1) mit dem Kühlelement mechanischen und thermischen verbunden ist.
Energiespeichervorrichtung nach Anspruch 4, wobei das Kühlsystem (R1, R2, R3) mittels Biegen, Krimpen, Kleben, Laserlöten oder Laserschweißen über das mindestens eine Verbindungselement (V1) mit dem Kühlelement (K1) verbunden ist.
Energiespeichervorrichtung nach Anspruch 5, wobei das Kühlsystem (R2, R3) umlaufend am Kühlelement angeordnet ist.
Energiespeichervorrichtung (E2) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei mehrere Kühleinrichtungen und mehrere Energiespeicher (S3–S8) vorgesehen sind und die Kühlelemente der Kühleinrichtungen mit dem Kühlsystem (R2) verbunden sind.
Verfahren zur Herstellung einer Kühleinrichtung für einen Energiespeicher zur Speicherung elektrischer Energie mit den Schritten – Herstellen eines Kühlelements (H1) zum Kühlen eines auf dem Kühlelement anordnenbaren Energiespeichers zur Speicherung elektrischer Energie und – Herstellen mindestens eines am Kühlelement angeordneten Verbindungselements (H2) zum mechanischen und thermischen Verbinden eines kühlmittelführenden Kühlsystems, insbesondere eines Kühlrohrs, mit dem Kühlelement mittels eines Fügeverfahrens, wobei das Verbindungselement aus einem Teil des Kühlelements hergestellt wird, so dass das Verbindungselement (V1) einstückig mit dem Kühlelement (K1) ausgebildet ist.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Schritt des Herstellens eines Kühlelements (H1) die Schritte umfasst – Bereitstellen eines Bleches (H11) und – Stanzen des Bleches (H12), um das Kühlelement herzustellen, und der Schritt des Herstellens des mindestens einen Verbindungselements (H2) die Schritte umfasst – Setzen von Schnitten (H21) in einem Randbereich des Kühlelements und – jeweils Biegen des Kühlelements (H22) zwischen zwei Schnitten in jeweils alternierender Richtung, so dass jeweils ein Arm eines Verbindungselementes entsteht.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Arme (A1–A46) des Verbindungselements derartig gebogen werden, dass sie an eine Form des Kühlsystems (R1, R2, R3) angepasst sind, so dass eine Verbindung zwischen dem Kühlsystem und dem Kühlelement (K1) durch Einführen des Kühlsystems zwischen die Arme erfolgen kann, wobei sich die Arme beim Einführen des Kühlsystems nach außen biegen und um das Kühlsystem einrasten, wenn das Kühlsystem eine Zielposition erreicht.
Verfahren zur Herstellung einer Energiespeichervorrichtung mit den Schritten – (a) Herstellen einer Kühleinrichtung mit den Schritten nach einem der Ansprüche 8 bis 10, – (b) Anordnen von zumindest einem Energiespeicher zur Speicherung elektrischer Energie auf dem Kühlelement der Kühleinrichtung (H3), – (c) Bereitstellen eines kühlmittelführenden Kühlsystems (H5) und – (d) mechanisches und thermisches Verbinden (H6) des kühlmittelführenden Kühlsystems mit dem Kühlelement über zumindest ein am Kühlelement angeordnetes Verbindungselement mittels eines Fügeverfahrens.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei als Fügeverfahren Biegen, Krimpen, Kleben, Laserlöten oder Laserschweißen verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, wobei das Kühlsystem umlaufend am Kühlelement angeordnet wird.
Verfahren (H1–H6) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei die Schritte (a) und (b) zunächst mehrfach ausgeführt werden, um mehrere Kühleinrichtungen mit entsprechenden Energiespeichern bereitzustellen, und anschließend die Schritte (c) und (d) ausgeführt werden, um die Kühlelemente der Kühleinrichtungen mit dem Kühlsystem zu verbinden.