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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Temperieren mindestens eines Energiespeichers gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs, sowie ein System mit mehreren solchen in einer reihenartigen Abfolge angeordneten Anordnungen sowie ein Batteriemodul mit mehreren Energiespeichern und einem solchen System. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Anordnung und eines solchen Systems.
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Für die Bereitstellung der zum Antrieb eines Fahrzeugs, beispielsweise eines Hybrid- oder Elektrofahrzeugs, benötigten Energie werden in der Regel Energiespeicher verwendet. Als Energiespeicher kommen insbesondere im Fall eines Hybrid- oder Elektrofahrzeugs elektrische Energiespeicher in Frage, wie elektrostatische Energiespeicher und elektrochemische Energiespeicher. Spezielle Beispiele sind galvanische Zellen (z.B. Lithium-Ionen-Zellen, Bleibatterien, Zink/Luft-Zellen, Lithium/Luft-Zellen, Nickelmetallhydridzellen) und Kondensatoren (z.B. Doppelschichtkondensatoren – Double Layer Condensators, DLC) oder auch Brennstoffzellen. Typischerweise werden für die Bereitstellung ausreichender Betriebsspannung und zur Erfüllung von im Betrieb auftretenden Energie- und Leistungsanforderungen Energiespeicher miteinander zu einer Batterie verbunden, beispielsweise durch paralleles oder serielles Verschalten der Energiespeicher.
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Bei dem Betrieb solcher Energiespeicher ist es in der Regel erforderlich, dass die Temperatur der Energiespeicher innerhalb eines vorgegebenen Soll-Bereichs gehalten wird oder zumindest vorgegebene Grenztemperaturen nicht überschreitet bzw. nicht unterschreitet. Dies soll möglichst auch bei starken Wärmeentwicklungen im Energiespeicher, wie etwa während Leistungsspitzen, also bei sehr starken Entladeströmen, und schnellen Ladevorgängen, also beispielsweise bei sehr hohen Ladeströmen, gewährleistet sein.
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Eine Anordnung zum Kühlen eines elektrischen Energiespeichers ist beispielsweise aus
US 2011/0293982 A1 bekannt. Die dort beschriebene Anordnung umfasst zwei Deckbleche und ein zwischen den Deckblechen angeordnetes Zwischenblech, wobei das Zwischenblech derart umgeformt ist und derart an die beiden Deckbleche angrenzt, dass durch die Deckbleche und das Zwischenblech mehrere zwischen den Deckblechen verlaufende Kanäle zum Leiten eines fluiden, also gasförmigen oder flüssigen, Mediums gebildet sind. Die Deckbleche weisen jeweils auf einer dem Zwischenblech abgewandten Seite Kontaktflächen auf, an denen jeweils ein Energiespeicher wärmeleitend verbindbar ist.
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Nachteilig an bekannten Anordnungen zum Temperieren von Energiespeichern ist, dass sie relativ viel Bauraum einnehmen und außerdem aufwendig und teuer in der Herstellung sind.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Möglichkeit aufzuzeigen, die es erlaubt, einen oder mehrere Energiespeicher möglichst platzsparend, einfach und kostengünstig zu temperieren. Ferner ist auch ein kostengünstiges und einfaches Herstellungsverfahren vorzuschlagen, mit der sich dieses realisieren lässt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Anordnung, ein System, ein Batteriemodul und durch ein Verfahren gemäß den unabhängigen Ansprüchen. Weiterentwicklungen und spezielle Ausführungsformen ergeben sich mit den Merkmalen der abhängigen Ansprüche.
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Es wird eine Anordnung beschrieben, welche auch als eine Kühlfinne bezeichnet werden kann, und die zum Temperieren eines oder mehrerer Energiespeicher dient, beispielsweise von Energiespeichern der eingangs genannten Art bzw. der eingangs genannten Beispiele, wobei die als Kühlfinne bezeichenbare Anordnung zwei Deckbleche umfasst, sowie ein zwischen diesen Deckblechen angeordnetes Zwischenblech. Die Anordnung umfasst ferner ein oder mehrere zwischen den Deckblechen verlaufende Kanäle zum Leiten eines fluiden Mediums, welches eine Flüssigkeit oder aber auch ein Gas sein kann. Zumindest eines der Deckbleche, vorzugweise beide Deckbleche, weist auf einer dem Zwischenblech abgewandten Außenseite dieses Deckblechs eine Kontaktfläche auf, über die dieses Deckblech mit einer Außenfläche eines der Energiespeicher wärmeleitend verbindbar ist. Die genannte Kontaktfläche ist typischerweise eben ausgestaltet und möglichst groß, um eine möglichst effektive Wärmeübertragung zwischen dem Energiespeicher und dem Deckblech zu ermöglichen. Typischer Weise grenzt das jeweilige Deckblech mit dieser Kontaktfläche direkt an den Energiespeicher an oder auch flächig oder direkt und flächig.
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Das durch die Kanäle geleitete Medium hat die Funktion, von den Energiespeichern an die Deckbleche abgegebene Wärme aufzunehmen und abzutransportieren, um so die Energiespeicher zu kühlen. Es ist außerdem bei Bedarf möglich, mittels des Mediums Wärmeenergie in die Anordnung zu transportieren und auf die Energiespeicher zu übertragen, um die Energiespeicher zu erwärmen. In der Regel ist es im Betrieb des Energiespeichers, beispielsweise bei der Energieversorgung eines Antriebs eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs, häufiger erforderlich, die Energiespeicher zu kühlen als sie zu erwärmen.
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Es ist vorgesehen, dass das Zwischenblech ein oder mehrere Schlitze aufweist und diese Schlitze seitlich begrenzende, also an die Schlitze seitlich angrenzende Zwischenstege aufweisen, wobei jeder der Zwischenstege außerdem auch an beide Deckbleche flächig angrenzt. Auf diese Weise ist jeder der Schlitze jeweils durch beide Deckbleche abgedeckt, grenzt also jeder der Schlitze seitlich an beide Deckbleche an.
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Hierbei bezieht sich die Begriffe „seitlich“ und „Seite“ eines Schlitzes auf diejenigen Seiten bzw. Seitenflächen des jeweiligen Schlitzes, welche entlang – und typischerweise parallel – zu einer Längsrichtung dieses Schlitzes verlaufen. Auf analoge Weise werden diese Begriffe auch im Zusammenhang mit den Zwischenstegen verwendet.
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Die Zwischenstege können zwischen Kanälen vorgesehen sein sowie zwischen einem Kanal und einer Außenkante des Zwischenblechs. Die letztgenannte Position entspricht einer Endposition, wobei bei einer Ausführung mit nur einem Kanal nur Zwischenstege zwischen dem Kanal und einer Außenkante vorgesehen sind.
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Jeder der Zwischenstege liegt mit jeweils einer Seite, die einem der Deckbleche zugewandt ist, an diesem Deckblech an und liegt mit einer dieser Seite gegenüberliegenden weiteren Seite, die dem anderen Deckblech zugewandt ist, an dieses andere Deckblech an. Mit anderen Worten sind die beiden Deckbleche und das Zwischenblech also sandwichartig übereinander gelegt bzw. übereinander gestapelt.
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Jeder der Kanäle ist erfindungsgemäß jeweils einer dieser Schlitze. Dies führt dazu, dass die Anordnung zum einen sehr raumsparend ist und sich außerdem sehr kostengünstig und einfach herstellen lässt. Beispielsweise kann das Zwischenblech ein Stanzgitter sein. In diesem Fall werden die Schlitze und die die Schlitze seitlich begrenzenden Zwischenstege durch Stanzen hergestellt. Dies entspricht dem hier vorgeschlagenen Herstellungsverfahren der Anordnung.
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Die Schlitze erstrecken sich durch die gesamte Dicke des Zwischenblechs hindurch. Die Schlitze sind somit Ausnehmungen in dem Zwischenblech, die sich von einer Seite des Zwischenblechs zur gegenüberliegenden Seite erstrecken. Die Schlitze bilden in dem Zwischenblech Seitenwände. Das zumindest eine Deckblech bildet zumindest eine Boden- oder Deckenwand, wobei die Seitenwände zusammen mit den Wänden, die von dem zumindest einen Deckblech gebildet werden, zusammen eine vorzugsweise umfänglich geschlossene Kanalwand des Kanals oder einen Winkelabschnitt des Kanalwandumfangs des Kanals bilden. Das Innere des Kanals wird in Umfangsrichtung des Kanals (teilweise) umgeben von den Seitenwänden, die durch die Schlitze in dem Zwischenblech freigestellt werden. Das Innere des Kanals wird in Umfangsrichtung (teilweise) vorzugsweise umgeben von einem Zwischenblech oder von zwei Zwischenblechen, die an das Zwischenblech flächig angrenzen. Der Kanal ist umfänglich geschlossen, insbesondere durch die Seitenwände der Schlitze und den Abschnitten des zumindest einen Deckblechs, die an die Schlitze angrenzen. Zwischen den Seitenwänden jedes Schlitzes verläuft der zugehörige Kanal. Aus diesem Grund bildet der Schlitz den Kanal, oder mit anderen Worten: der Schlitz ist der Kanal.
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Weitere Vorteile der Anordnung, deren Kanäle in der hier vorgeschlagenen Weise als Schlitze des Zwischenblechs ausgestaltet sind, besteht in ihrer besonders großen mechanischen Stabilität, in ihrer sehr guten Maßhaltigkeit sowie in ihrer sehr guten Skalierbarkeit. Außerdem ist es problemlos möglich, die Schlitze in beliebigen Verläufen auszuformen und anzuordnen, um den Strömungsverlauf des Mediums für einen konkreten Anwendungsfall (je nach Kühlungsanforderungen und Bauräume des Energiespeichers und ggf. des Fahrzeugs etc.) individuell und flexibel verändern und anpassen zu können. Außerdem kann auch die Anzahl der Kanäle problemlos variiert werden. Dies ist beispielsweise im Fall der Kanalbildung durch Umformungsmaßnahmen an dem Zwischenblech, wie etwa im eingangs genannten Stand der Technik, nicht oder nur eingeschränkt möglich.
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Insgesamt sind als Vorteile der Anordnung (auch als Kühlfinne oder Finne bezeichnet) bzw. der im Folgenden beschriebenen Weiterentwicklungen und speziellen Ausführungsformen zu nennen:
- – Kompakte, flache Bauweise
- – Sehr einfacher Aufbau und Produktion
- – Sichere Abdichtung des Kühlmediums auch bei Flüssigkeitskühlung
- – Geringes Gewicht der Anordnungen (Kühlfinnen)
- – Sehr gute Skalierbarkeit in verschiedene Richtungen und leichte Skalierbarkeit des Kühlmediumdurchflusses
- – In Querschnitt, Anzahl und Lage skalierbare Kanäle, Einlass- und Auslassöffnungen bzw. -kanäle
- – Einfache Bauteile der Anordnung mit hoher Maßhaltigkeit
- – Integration des Kühlmittelverteilers für mehrere Kühlfinnen oder Batteriemodule in die Verteilerblöcke
- – Eine ebene und möglichst große Kontaktfläche (z.B. Klebefläche) für die Zelle auf der Finne, bei unterschiedlichster Führung der Kühlkanäle in der Finne
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Die Schlitze des Zwischenblechs sind als längliche Löcher (Aussparungen) des Zwischenblechs zu verstehen. Diese Löcher durchlaufen das Zwischenblech vollständig und verbinden somit in der Anordnung die beiden Deckbleche miteinander. Die Schlitze verlaufen entlang ihrer Längsrichtung parallel zu den beiden Deckblechen. Die Schlitze weisen jeweils einen Querschnitt auf, der durch eine Breite der Schlitze sowie durch eine zur Breite senkrecht verlaufenden Dicke des Zwischenblechs definiert ist. Wiederum senkrecht zu diesem Querschnitt, also senkrecht zur Dicke des Zwischenblechs und senkrecht zur Breite des Schlitzes, verläuft die Längsrichtung bzw. die Längsausdehnung bzw. der Längsverlauf des Schlitzes, also des Kanals.
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Vorzugsweise grenzt jeder der Zwischenstege des Zwischenblechs entlang einer Gesamtlänge dieses Zwischenstegs an beide Deckbleche spaltfrei an, also ohne Lücken zwischen dem Zwischensteg und den Deckblechen. Auf diese Weise kann gewährleistet werden, dass die beiden an diesen Zwischensteg seitlich angrenzenden Schlitze, also Kanäle, gegeneinander abgedichtet sind und dass ein Hindurchfließen des Mediums zwischen diesem Zwischensteg und den beiden Deckbleche verhindert wird.
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Vorzugsweise ist jeder der Zwischenstege mit den beiden Deckblechen stoffschlüssig verbunden, vorzugsweise durch Verschweißen, Verlöten oder Verkleben des Zwischenstegs mit den beiden Deckblechen. Diese stoffschlüssige Verbindung zwischen den Zwischenstegen und den Deckblechen ist wiederum vorzugsweise jeweils durchgängig entlang einer Gesamtlänge des jeweiligen Zwischenstegs, um eine sichere Abdichtung der Kanäle zu erreichen.
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In einer typischen und besonders einfach herstellbaren Ausführungsform sind die Deckbleche und das Zwischenblech jeweils eben bzw. plan ausgestaltet. Mit anderen Worten grenzen in diesem Fall die Deckbleche und das Zwischenblech jeweils in Außenflächen der Deckbleche und des Zwischenblechs aneinander an, wobei diese Außenflächen jeweils plan bzw. eben sind.
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Typischerweise grenzt jeder der Schlitze, also jeder der Kanäle, seitlich an einen der genannten Kontaktfläche des jeweiligen Deckblechs direkt gegenüberliegenden Innenflächenbereich dieses Deckblechs an. Auf diese Weise wird eine möglichst direkte thermische Kopplung zwischen dem Medium und dem Energiespeicher erzielt durch direktes Anströmen der Kontaktfläche mit dem Medium und werden lange Wege der Wärmeleitung vermieden. Der genannte Innenflächenbereich kann beispielsweise definiert werden als eine Projektion der Kontaktfläche von der dem Zwischenblech abgewandten Außenseite des Deckblechs auf eine dem Zwischenblech zugewandten Innenseite des Deckblechs. Diese Projektion verläuft parallel zu einer Flächennormale der Kontaktfläche bzw. parallel zu einer Flächennormale der Außenseite des Deckblechs.
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In einer Weiterentwicklung weisen die Deckbleche und das Zwischenblech jeweils eine Vorlauföffnung sowie jeweils eine Rücklauföffnung auf. Vorzugsweise sind die Vorlauföffnungen miteinander fluchtend angeordnet. Vorzugsweise sind außerdem die Rücklauföffnungen miteinander fluchtend angeordnet.
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Die Kanäle verlaufen zwischen den Vorlauföffnungen und den Rücklauföffnungen und gehen dabei von den Vorlauföffnungen aus und münden in die Rücklauföffnungen. Auf diese Weise wird das Medium von den Vorlauföffnungen zu den Rücklauföffnungen geleitet. Der Verlauf der Kanäle und die Anordnung der Vorlauföffnungen und der Rücklauföffnungen bedingen sich somit gegenseitig. Sind beispielsweise die Vorlauföffnungen und die Rücklauföffnungen nebeneinander angeordnet, dann haben die Kanäle typischerweise eine U-förmigen Verlauf. Sind die Vorlauföffnungen und die Rücklauföffnungen auf einander gegenüberliegenden Seiten der Anordnung angeordnet, so haben die Kanäle typischerweise einen geraden Verlauf. Es ist natürlich auch möglich, dass die Kanäle entlang ihres Verlaufes beliebige Krümmungen aufweisen und/oder mäanderförmige Teilabschnitte.
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Das hier vorgeschlagene System zur Temperieren mehrerer Energiespeicher umfasst mehrerer in einer reihenartigen Abfolge angeordnete Anordnungen hier vorgeschlagener Art, wobei die Deckbleche und die Zwischenbleche dieser Anordnungen typischerweise parallel zueinander ausgerichtet sind. Das System umfasst außerdem mehrere Verteilerblöcke mit jeweils einem Vorlaufkanal und einem Rücklaufkanal. Vorzugsweise ist zwischen jeweils zwei in dieser Abfolge benachbarten Anordnung jeweils genau einer der Verteilerblöcke angeordnet, so dass dessen Vorlaufkanal mit seinen Enden in die Vorlauföffnungen dieser benachbarten Anordnungen mündet und dass dessen Rücklaufkanal entsprechend mit seinen Enden in die Rücklauföffnungen dieser benachbarten Anordnungen mündet. Auf diese Weise sind also die Vorlauföffnungen benachbarter Anordnungen jeweils durch den Vorlaufkanal des zwischen diesen Anordnungen angeordneten Verteilerblocks miteinander verbunden. Entsprechend sind auch die Rücklauföffnungen benachbarter Anordnungen durch den Rücklaufkanal des zwischen diesen Anordnungen angeordneten Verteilerblocks direkt miteinander verbunden.
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In einer besonders einfach herstellbaren Ausführung sind die Vorlauföffnungen der Anordnungen miteinander und mit den Vorlaufkanälen der Verteilerblöcke fluchtend angeordnet. Auf diese Weise ergibt sich eine im Wesentlichen geradlinige Strömung des Mediums durch die Vorlauföffnungen und die Vorlaufkanäle. Entsprechend können auch die Rücklauföffnungen der Anordnung miteinander und mit den Rücklaufkanälen der Verteilerblöcke fluchtend angeordnet sein, so dass sich auch in den Rücklaufkanälen und durch die Rücklauföffnungen ein im Wesentlichen geradliniger Strömungsverlauf des Mediums ergibt.
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Die Vorlaufkanäle sind mit den Rücklaufkanälen über die Kanäle der Anordnungen, also durch die Schlitze der Zwischenbleche der Anordnungen, miteinander verbunden. Beispielsweise kann durch einen gegenüber den Rücklaufkanälen erhöhten Druck des Mediums in den Vorlaufkanälen eine Strömung des Mediums von den Vorlaufkanälen durch die Kanäle in die Rücklaufkanäle der Verteilerblöcke erzielt werden.
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Vorzugsweise weist jeder der Verteilerblöcke eine Halterung auf, die ausgestaltet ist, einem zwei oder mehr der Anordnungen sowie vorzugsweise auch die mit diesen Anordnungen verbundenen Energiespeicher zu halten und zu fixieren. Diese Halterung kann rahmenförmig ausgestaltet sein und kann außerdem ausgestaltet sein, Verbindungen zwischen Halterungen benachbarter Verteilerblöcke herzustellen, um auf diese Weise eine mechanische Stabilisierung des Systems zu erzielen. Die Halterungen können als Teilabschnitte von seitlichen Außenwänden des Systems ausgestaltet sein, welche das System stabilisieren und/oder abdichten.
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Das System kann an beiden Enden der reihenartigen Abfolge der Anordnungen jeweils eine Außenwand aufweisen, welche ausgestaltet sein kann, das System an den beiden Enden abzudichten und/oder mechanisch zu stabilisieren. Die genannten Außenwände an den beiden Enden der reihenartigen Abfolge der Anordnungen können jeweils einen Vorlaufanschluss zum Zuführen des Mediums in die Vorlaufkanäle der Verteilerblöcke und in die Vorlauföffnungen der Anordnung aufweisen, sowie einen Rücklaufanschluss zum Rückführen des Mediums aus Rücklaufkanälen der Verteilerblöcke und aus den Rücklauföffnungen der Anordnungen. Auf diese Weise kann das System mit einem Reservoir des Mediums über diese Vorlauf- und Rücklaufanschlüsse verbunden werden.
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Das hier vorgeschlagene Batteriemodul, welches sich beispielsweise zur Energieversorgung des Antriebs eines Elektro- oder Hybridfahrzeug eignet, umfasst mehrere Energiespeicher und das oben beschriebene System. Wobei für die Energiespeicher die Energiespeicher der eingangs genannten Art bzw. die eingangs genannten Beispiele in Frage kommen. Jeder der Energiespeicher des Moduls grenzt an zumindest eine der Kontaktflächen einer der Anordnungen flächig an und kann auf diese Weise mittels des durch die Kanäle dieser Anordnung geleitete Mediums temperiert, also je nach Bedarf gekühlt oder erwärmt werden. Insbesondere ist es auch möglich, dass an jeweils beide der Kontaktflächen einer jeden der Anordnungen jeweils mindestens einer der Energiespeicher flächig angrenzt. Auf diese Weise wird mittels jeder der Anordnungen zwei der Energiespeicher temperiert, wodurch das Batteriemodul besonders platzsparend ist.
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In dem hier vorgeschlagenen Verfahren zum Herstellen einer Anordnung hier vorgeschlagener Art ist entsprechend vorgesehen, dass die Schlitze des Zwischenblechs und die Zwischenstege des Zwischenblechs durch Stanzen, also mittels einer entsprechend ausgestalteten Stanzvorrichtung hergestellt werden. Dabei kann vorgesehen sein, dass in einem ersten Schritt zunächst Haltestege zwischen den Zwischenstegen erhalten bleiben, um ein Auseinanderfallen des Zwischenblechs zu verhindern. Anschließend wird das Zwischenblech mit einem der beiden Deckbleche verbunden, so dass die Zwischenstege fixiert sind. In einem dritten Schritt können dann die genannten Hilfsstege entfernt werden. In einem nachfolgenden Schritt kann anschließend auch das zweite der beiden Deckbleche mit dem Zwischenblech verbunden werden. Es ist möglich, das Zwischenblech mit den beiden Deckblechen stoffschlüssig zu verbinden, also das Zwischenblech mit den Deckblechen zu verkleben, zu verschweißen oder zu verlöten.
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Jedes der genannten Bleche, also das Zwischenblech wie auch jedes der Deckbleche kann auf seinen Außenflächen eine oder mehrere Beschichtungen aufweisen, welche durch eine Wärmevermittlermasse, ein Lot oder ein Klebstoff und/oder eine Dichtungsmasse gegeben sein können. Im Folgenden wird die Erfindung anhand von in 1 bis 8 schematisch dargestellten speziellen Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt:
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1 eine Explosionsdarstellung einer Anordnung hier vorgeschlagener Art,
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2 die in 1 gezeigte Anordnung sowie zwei mit der Anordnung zu verbindende Energiespeicher in einer perspektivischen Ansicht,
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3 die in 2 gezeigte Anordnung, nachdem die Energiespeicher mit der Anordnung verbunden worden sind, in einer perspektivischen Ansicht
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4 einen Ausschnitt der in 1–3 gezeigten Anordnung in einer perspektivischen Darstellung,
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5 in einer Explosionsdarstellung eines Batteriemoduls hier vorgeschlagener Art mit mehreren Anordnungen der in 1–4 gezeigten Art,
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6 eine Draufsicht auf einen Ausschnitt eines Querschnitts durch das in 5 gezeigte Batteriemodul,
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7 perspektivische Darstellung eines der Verteilerblöcke des in 6 gezeigten Batteriemoduls und
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8 verschiedene Ausführungsformen von Anordnungen hier vorgeschlagener Art jeweils in einer Draufsicht.
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1 zeigt eine Explosionsdarstellung einer Anordnung 1 hier vorgeschlagener Art zum Temperieren zweier Energiespeicher, beispielsweise zweier Lithium-Ionen-Zellen oder anderer Energiespeicher eingangs genannter Art. Die Anordnung 1, welche auch als Kühlfinne bezeichnet werden kann, umfasst zwei Deckbleche 2, 3 sowie ein zwischen diesen Deckblechen 2, 3 angeordnetes Zwischenblech 4. Die Deckbleche 2, 3 und das Zwischenblech 4 sind jeweils aus einem Metall, wie beispielsweise Stahl oder Aluminium, hergestellt. Prinzipiell kommen für diese Bleche 2, 3, 4 aber auch nicht-metallische Werkstoffe, wie etwa Kunststoffe, in Frage. Vorzugsweise werden jedoch möglichst wärmeleitende, leichte und formstabile Materialien verwendet.
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Die Deckbleche 2, 3 sowie das Zwischenblech 4 weisen Löcher auf, die durch Stanzen hergestellt worden sind. Bei diesen Löchern handelt es sich um jeweils eine Vorlauföffnung 5 in jedem der Deckbleche 2, 3, um jeweils eine Rücklauföffnung 6 in den beiden Deckblechen 2, 3 sowie um mehrere Vorlauföffnungen 7 in dem Zwischenblech 4 und um mehrere Rücklauföffnungen 8 in dem Zwischenblech 4. Darüber hinaus weist das Zwischenblech 4 weitere Löcher auf, die als Schlitze 9 ausgestaltet sind und die jeweils von einer der Vorlauföffnungen 7 des Zwischenblechs 4 zu einer der Rücklauföffnungen 8 des Zwischenblechs 4 verlaufen.
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Jedes der beiden Deckbleche 2, 3 weist auf einer dem Zwischenblech abgewandten Außenseite 10 des jeweiligen Deckblechs 2, 3 eine ebene Kontaktfläche auf, über die jeweils einer der Energiespeicher wärmeleitend verbindbar ist, vgl. 2 und 3.
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Jedes der Deckbleche 2, 3 weist außerdem eine dem Zwischenblech 4 zugewandte Außenfläche 12 auf, mit der die Deckbleche 2, 3 jeweils an einander entgegengesetzten Außenflächen 13 des Zwischenblechs 4 flächig angrenzen. Dies ist in 2 dargestellt.
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Die beiden Deckbleche 2, 3 weisen auf den dem Zwischenblech 4 zugewandten Außenflächen 12 jeweils einen Innenflächenbereich 14 auf. Diese Innenflächenbereiche 14 liegen den Kontaktflächen 11 der jeweiligen Deckbleche 2, 3 direkt gegenüber. Jeder Innenflächenbereich 14 ist also eine Projektion der Kontaktfläche 11 von der dem Zwischenblech 4 abgewandten Außenseite des jeweiligen Deckblechs 2, 3 auf die dem Zwischenblech 4 zugewandte Außenseite 12 des jeweiligen Deckblechs 2, 3, wobei diese Projektion senkrecht zu diesen Außenflächen 10, 12 verläuft.
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2 zeigt die in 1 dargestellte Anordnung 1 in einem zusammengebauten Zustand, in dem das Zwischenblech 4 mit seinen beiden ebenen Außenflächen 13 an die ihm zugewandten ebenen Außenflächen 12 der beiden Deckbleche 2, 3 flächig angrenzt. Zu erkennen ist außerdem, dass die Schlitze 9 des Zwischenblechs 4 jeweils an die gestrichelt dargestellten Innenflächenbereiche 14 der beiden Deckbleche 2, 3 angrenzen.
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Das Zwischenblech 4 weist außerdem die Schlitze 9 seitlich begrenzende Zwischenstege 15 auf, wobei jeder der Zwischenstege 15 an beide Deckbleche 2, 3 flächig angrenzt, so dass jeder der Schlitze 9 jeweils durch beide Deckbleche 2, 3 abgedeckt ist. Auf diese Weise bilden die Schlitze 9 Kanäle 16 aus, welche zwischen den beiden Deckblechen 2, 3 verlaufen und ausgestaltet sind, ein fluides Medium, wie beispielsweise eine Flüssigkeit (z.B. Glykol oder Wasser) oder ein Gas (z.B. CO2 oder Luft) von den Vorlauföffnungen 5 der Deckbleche 2, 3 zu den Rücklauföffnungen 6 der Deckbleche 2, 3 zu leiten.
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Dadurch, dass jeder der Zwischenstege 15 des Zwischenblechs 4 entlang einer Gesamtlänge des jeweiligen Zwischenstegs 15 an beide Deckbleche 2, 3 spaltfrei angrenzt, werden die Kanäle 16 seitlich gegeneinander abgedichtet. Zur Verbesserung dieser Abdichtung ist jeder der Zwischenstege 15 mit den beiden Deckblechen 2, 3 jeweils entlang seiner Gesamtlänge durchgängig stoffschlüssig verbunden, in diesem Beispiel durch Verkleben. Genauso gut könnte diese stoffschlüssige Verbindung aber auch durch Verlöten oder Verschweißen der Zwischenstege 15 mit den beiden Deckblechen 2, 3 erreicht werden.
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Wie außerdem in 2 erkennbar ist, sind die Vorlauföffnungen 5 der beiden Deckbleche 2, 3 miteinander sowie mit den Vorlauföffnungen 7 des Zwischenblechs 4 fluchtend angeordnet. Ebenso sind die Rücklauföffnungen 6 der beiden Deckbleche 2, 3 miteinander und mit den Rücklauföffnungen 8 des Zwischenblechs 4 fluchtend angeordnet.
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Außerdem sind in 2 die beiden elektrischen Energiespeicher dargestellt, bevor sie mit den Kontaktflächen 11 der Deckbleche 2, 3 wärmeleitend verbunden werden. Um eine möglichst gute Wärmeübertragung zwischen den Deckblechen 2, 3 und den Energiespeichern 17 zu gewährleisten, weisen die Zellen eine HV-isolierende Wärmevermittlerschicht 18 auf, welche im Zustand, in dem die Energiespeicher 17 mit den Deckblechen 2, 3 verbunden sind, flächig an die Kontaktflächen 11 der Deckbleche 2, 3 angrenzen.
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3 stellt die in den 1 und 2 gezeigte Anordnung 1 dar, nachdem die beiden Energiespeicher 18 mit den Kontaktflächen 11 der Deckbleche 2, 3 flächig und wärmeleitend verbunden worden sind. Dadurch, dass die Kanäle 16 an die oben beschriebenen Innenbereiche 14 der Deckbleche angrenzen, wird das Medium sehr nahe an die Kontaktflächen 14 herangeführt, so dass eine besonders effektive thermische Kopplung zwischen den Energiespeichern 18 und dem in den Kanälen geführten Medium erzielt wird. Die Kanäle 16 sind in den 2 und 3 gestrichelt dargestellt, obwohl sie von außen eigentlich nicht sichtbar wären. Außerdem ist schematisch durch Pfeile in 3 der Strömungsverlauf des Mediums dargestellt. Insbesondere ist das Hineinströmen des Mediums durch die Vorlauföffnungen 5 in die Kanäle 16 und durch die Kanäle zu den Rücklauföffnungen 6 und durch Letztere hindurch aus der Anordnung 1 hinaus durch weitere Pfeile dargestellt.
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Zu erkennen sind außerdem Stromableiter 19 der beiden Energiespeicher, wobei zwei der Stromableiter 19 elektrisch leitend für eine serielle Verschaltung der beiden Energiespeicher 18 verbunden sind. Genauso gut wäre aber auf entsprechend modifizierte Weise auch eine parallele Verschaltung der Energiespeicher 18 möglich.
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4 zeigt eine Detailansicht auf einen Ausschnitt der in den vorangehenden Figuren gezeigten Anordnung 1. Besonders deutlich zu erkennen ist das flächige Aufeinanderliegen der Deckbleche 2, 3 und des Zwischenblechs und das seitliche Angrenzen jedes der Schlitze 9 bzw. jedes der Kanäle 16 an die jeweils angrenzenden Zwischenstege 15 sowie an beide Deckbleche 12, 13. Zu erkennen ist außerdem die fluchtende Anordnung der Vorlauföffnungen 5 der beiden Deckbleche miteinander und mit den Vorlauföffnungen 7 des Zwischenblechs 4 wie auch die fluchtende Anordnung der Rücklauföffnungen 6 der Deckbleche 2, 3 miteinander und mit den Rücklauföffnungen 8 des Zwischenblechs 4. Wiederum sind solche Strukturen, die eigentlich durch das obere Deckblech 2 verdeckt sind, gestrichelt dargestellt.
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In 5 ist ein Batteriemodul 20 hier vorgeschlagener Art in einer (teilweisen) Explosionsdarstellung schematisch dargestellt. Das Batteriemodul 20 umfasst ein System hier vorgeschlagener Art mit mehreren Anordnungen 1 hier vorgeschlagener Art, die beispielsweise wie in den vorangehenden Figuren dargestellt ausgebildet sind. Mit jeder dieser Anordnungen 1 sind zwei elektrische Energiespeicher 17 verbunden, beispielsweise so, wie anhand von 4 beschrieben worden ist. Bei diesen elektrischen Energiespeichern 17 handelt es sich um einzelne galvanische Zellen, beispielsweise Lithium-Ionen-Zellen, oder um beliebige andere Energiespeicher wie beispielsweise die eingangs genannten Energiespeichertypen. Die Anordnungen 1 sind in einer reihenartigen Abfolge angeordnet, so dass die Deckbleche 2, 3 aller Anordnungen parallel zueinander (und parallel zur zx-Ebene, vgl. Koordinatensystem in 5) angeordnet sind. Entsprechend sind auch die Energiespeicher 17 parallel zueinander (und parallel zur zx-Ebene) angeordnet bzw. gestapelt. Das Batteriemodul 20 umfasst außerdem mehrere Verteilerblöcke 21 mit jeweils einem Vorlaufkanal 22 und einem Rücklaufkanal 23; vgl. hierzu auch 7, in der ein solcher Verteilerblock einzeln dargestellt ist. Zwischen jeweils zwei benachbarten Anordnungen 1 ist jeweils genau einer der Verteilerblöcke 21 angeordnet, wobei dessen Vorlaufkanal 22 in die Vorlauföffnungen 5 dieser benachbarten Anordnungen 1 mündet und dessen Rücklaufkanal 23 in die Rücklauföffnungen 6 dieser benachbarten Anordnungen 1 mündet.
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Ferner weist jeder der Verteilerblöcke 21 eine rahmenförmige Halterung 24 auf, die ausgestaltet ist, eine der Anordnungen 1 sowie die mit dieser Anordnung 1 verbundenen Energiespeicher 17 zu halten und räumlich zu fixieren. Die Rahmen 24 sind außerdem ausgestaltet, formschlüssig ineinanderzugreifen, um eine mechanische Stabilisierung des Batteriemoduls 20 zu erzielen. Zu diesem Zweck weisen die Halterungen 24 paarweise korrespondierende Ausbuchtungen 25 und entsprechende Aufnahmen 26 für diese Ausbuchtungen 25 auf. Ferner sind die Halterungen 24 ausgebildet, (parallel zur zy-Ebene ausgerichtete) Seitenwände 17 des Batteriemoduls 20 auszubilden. Zu diesem Zweck sind die Halterungen 24 seitlich derart verbreitert, dass sie in einem zusammengesetzten Zustand eine durchgängige, vorzugsweise flüssigkeitsdichte und vorzugsweise auch gasdichte Wand, also die Seitenwand 27, ausbilden.
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Die Verteilerblöcke 21 übernehmen somit die Verteilung des Mediums über mehrere Anordnungen 1 (Kühlfinnen), die Abdichtung der Anordnungen untereinander und die Bildung zumindest eines Teils eines Gehäuses des Batteriemoduls 20.
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An beiden Enden der reihenartigen Abfolge der Anordnungen 1 weist das Batteriemodul jeweils eine Außenwand 28 auf, welche mit den an die jeweilige Außenwand 28 direkt angrenzenden Verteilerblöcken 21 verbunden sind. Jede dieser Außenwände 28 weist jeweils einen Vorlaufanschluss 29 sowie einen Rücklaufanschluss auf, wobei der Vorlaufanschluss mit den Vorlaufkanälen 22 der Verteilerblöcke 21 sowie mit den Vorlauföffnungen 5 der Anordnungen 1 zum Zuführen des Mediums in die Anordnungen 1 verbunden ist (Strömungsrichtung in Richtung der y-Achse, siehe schwarzer dicker Pfeil). Der Rücklaufanschluss ist entsprechend mit den Rücklaufkanälen 23 der Verteilerblöcke 21 wie auch mit den Rücklauföffnungen der Anordnungen 1 zum Rückführen des Mediums aus den Anordnungen 1 verbunden (entgegengesetzt der Richtung der y-Achse, siehe dicker weißer Pfeil).
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In 6 ist ein Ausschnitt eines Querschnitts durch das in 5 gezeigte Batteriemodul 20 parallel zur in 5 gezeigten yz-Ebene dargestellt, wobei diese Schnittebene durch die Vorlauföffnungen 5 der Deckbleche 2, 3 der Anordnungen 1, durch jeweils eine der Vorlauföffnungen 8 der Zwischenbleche 4 der Anordnungen 1, durch jeweils einen der Kanäle 16 der Zwischenbleche 4 sowie jeweils durch den Vorlaufkanal 22 der Verteilerblöcke verläuft. Zu erkennen ist insbesondere, dass die Vorlauföffnungen 5, 7 sowie die Vorlaufkanäle 22 relativ zueinander fluchtend angeordnet sind, so dass das Medium durch die Vorlaufkanäle im Wesentlichen geradlinig hindurchströmen kann (in Richtung der y-Achse, vgl. dicke Pfeile). Senkrecht von den Vorlaufkanälen 5 gehen die Kanäle 16 der Anordnungen 1 ab (in Richtung der z-Achse, vgl. dünne Pfeile).
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7 zeigt in einer perspektivischen schematischen Darstellung einen der Verteilerblöcke 21 des in den 5 und 6 gezeigten Systems bzw. Batteriemoduls 20. Zu erkennen sind insbesondere der Vorlaufkanal 22, der Rücklaufkanal 23 sowie die rahmenförmige Halterung 24.
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In 8 sind verschiedene Ausführungsformen der in den 5 bis 7 gezeigten Verteilerblöcke 21 jeweils in einer Draufsicht schematisch dargestellt. Diese Ausführungsformen der Verteilerblöcke unterscheiden sich voneinander dadurch, dass die Vorlaufkanäle 22 und Rücklaufkanäle 23 dieser Verteilerblöcke 21 jeweils an unterschiedlichen Seiten des jeweiligen Verteilerblocks 21 angeordnet sind. In manchen Beispielen sind sogar mehr als ein Vorlaufkanal 22 und/oder mehr als ein Rücklaufkanal 23 vorgesehen. Typischerweise werden aber in Verwendung mit einem speziellen Batteriemodul jeweils nur genau ein Vorlaufkanal 22 und nur genau ein Rücklaufkanal 23 verwendet, d.h. durch die Kanäle 16 der angeschlossenen Anordnungen 1 miteinander verbunden. Die übrigen Vorlaufkanäle 22 und Rücklaufkanäle 23 werden dann nicht verwendet. Der Vorteil eines Verteilerblock 21 mit mehreren Vorlauf- bzw. Rücklaufkanälen 22, 23 besteht darin, dass dieser Verteilerblock 21 mit verschiedenen Anordnungen 1 kompatibel ist, die sich jeweils in ihren Kanälen 16 bzw. den Konfigurationen oder Verläufen ihrer Kanäle 16 voneinander unterscheiden.
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In den dargestellten und in anderen Ausführungsformen kann das jeweilige Deckblech mit dieser Kontaktfläche direkt an den Energiespeicher angrenzen, bspw. flächig, oder über eine flächige oder linienförmige Dichtwulst oder -schicht entlang der Schlitze und auf dem Zwischenblech.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Anordnung
- 2
- Deckblech
- 3
- Deckblech
- 4
- Zwischenblech
- 5
- Vorlauföffnung im Deckblech
- 6
- Rücklauföffnung im Deckblech
- 7
- Vorlauföffnung im Zwischenblech
- 8
- Rücklauföffnung im Zwischenblech
- 9
- Schlitz im Zwischenblech
- 10
- Außenseite des Deckblechs
- 11
- Kontaktfläche des Deckblechs
- 12
- Außenseite des Deckblechs
- 13
- Außenfläche des Zwischenblechs
- 14
- Innenflächenbereich
- 15
- Zwischensteg
- 16
- Kanal
- 17
- Energiespeicher
- 18
- Wärmeleitschicht
- 19
- Stromableiter
- 20
- Batteriemodul
- 21
- Verteilerblock
- 22
- Vorlaufkanal
- 23
- Rücklaufkanal
- 24
- Halterung
- 25
- Ausbuchtung
- 26
- Aufnahme
- 27
- Seitenwand
- 28
- Außenwand
- 29
- Vorlaufanschluss
- 30
- Rücklaufanschluss
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2011/0293982 A1 [0004]
