DE102012218750B4 - Battery module with several devices for controlling the temperature of an energy store - Google Patents
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Abstract
Batteriemodul (19) mit mehreren Vorrichtungen (1) zum Temperieren mindestens eines Energiespeichers, und mit mehreren Energiespeichern (15), wobei jeder der Energiespeicher (15) an mindestens eine der Kontaktflächen (3) der Vorrichtungen (1) flächig angrenzt,jede Vorrichtung (1) zum Temperieren mindestens eines Energiespeichers, jeweils umfassend ein Wärmeleitblech (2), das über mindestens eine Kontaktfläche (3) des Wärmeleitblechs (2) mit einer Außenfläche des Energiespeichers (15) wärmeleitend verbindbar ist, wobei die Vorrichtung (1) ferner ein Rohr (4) zum Leiten eines fluiden Mediums aufweist, wobei das Rohr (4) mit dem Wärmeleitblech (2) wärmeleitend verbunden ist,wobei das Wärmeleitblech (2) außerhalb der mindestens einen Kontaktfläche (3) einen Randbereich (5) aufweist, wobei das Rohr (4) einen Rohrabschnitt (6) umfasst, der einen Verlauf entlang des Randbereichs (5) aufweist, wobei der Rohrabschnitt (6) in diesem Verlauf entlang des Randbereichs (5) auf dem Randbereich (5) aufliegt,dadurch gekennzeichnet, dassdie Wärmeleitbleche (2) der Vorrichtungen (1) in einer reihenartigen Abfolge hintereinander angeordnet sind, wobei die Randbereiche (5) der Wärmeleitbleche (2) an zumindest zwei einander gegenüberliegenden Seiten des jeweiligen Wärmeleitblechs (2) Verbreiterungen (17) aufweisen, wobei die Verbreiterungen (17) ausgestaltet sind, in der genannten reihenartigen Abfolge miteinander eine oder mehrere Außenwände (22) des Batteriemoduls (19) auszubilden, und die Verbreiterungen (17) durch Umformen und/oder Umbiegen des Wärmeleitblechs (2) in den Randbereich (5) ausgebildet sind.Battery module (19) with several devices (1) for temperature control of at least one energy store, and with several energy stores (15), each of the energy stores (15) flatly adjoining at least one of the contact surfaces (3) of the devices (1), each device ( 1) for tempering at least one energy store, each comprising a heat conducting plate (2) which can be connected in a thermally conductive manner to an outer surface of the energy store (15) via at least one contact surface (3) of the heat conducting plate (2), the device (1) also being a tube (4) for conducting a fluid medium, the tube (4) being connected to the heat-conducting sheet (2) in a thermally conductive manner, the heat-conducting sheet (2) having an edge region (5) outside the at least one contact surface (3), the tube (4) comprises a pipe section (6) which has a course along the edge region (5), wherein the pipe section (6) rests on the edge region (5) in this course along the edge region (5) is, characterized in that the heat conducting plates (2) of the devices (1) are arranged one behind the other in a row-like sequence, the edge regions (5) of the heat conducting plates (2) being widened on at least two opposite sides of the respective heat conducting plate (2) have, wherein the widenings (17) are designed to form one or more outer walls (22) of the battery module (19) with one another in the aforementioned row-like sequence, and the widenings (17) by forming and / or bending the heat-conducting plate (2) into the Edge area (5) are formed.
Description
Die Erfindung betrifft ein Batteriemodul mit mehreren Vorrichtungen zum Temperieren mehrerer Energiespeicher.The invention relates to a battery module with several devices for temperature control of several energy stores.
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.Energy stores are generally used to provide the energy required to drive a vehicle, for example a hybrid or electric vehicle. Electric energy stores, such as electrostatic energy stores and electrochemical energy stores, are particularly suitable as energy stores in the case of a hybrid or electric vehicle. Specific examples are galvanic cells (e.g. lithium-ion cells, lead batteries, zinc / air cells, lithium / air cells, nickel metal hydride cells) and capacitors (e.g. double layer capacitors - DLC) or fuel cells. Typically, energy stores are connected to one another to form a battery in order to provide sufficient operating voltage and to meet energy and power requirements that arise during operation, for example by connecting the energy stores in parallel or in series.
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.When operating such energy stores, it is generally necessary that the temperature of the energy store is kept within a predefined setpoint range or at least does not exceed or fall below predefined limit temperatures. If possible, this should also be ensured in the event of strong heat development in the energy store, such as during power peaks, that is to say with very strong discharge currents, and fast charging processes, that is, for example, with very high charging currents.
Eine Vorrichtung zum Kühlen einer Batterie mehrerer elektrischer Energiespeicher eines Fahrzeugs ist beispielsweise aus
Nachteilig an bekannten Vorrichtungen zum Temperieren von Energiespeichern ist, dass sie viel Bauraum einnehmen und außerdem aufwendig und teuer in der Herstellung sind.The disadvantage of known devices for temperature control of energy stores is that they take up a lot of installation space and are also complex and expensive to manufacture.
Eine Batterie und/oder ein Batteriemodul mit einer Kühlvorrichtung ist beispielsweise aus der
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Batteriemodul mit mehreren Vorrichtungen anzugeben, das ein Temperieren der Energiespeicher ermöglicht und gleichzeitig platzsparend ist und kostengünstig und einfach hergestellt werden kann.It is an object of the present invention to specify a battery module with a plurality of devices that enables the energy storage device to be tempered and at the same time saves space and can be manufactured inexpensively and easily.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Batteriemodul gemäß dem unabhängigen Anspruch. Weiterentwicklungen und spezielle Ausführungsformen ergeben sich mit den Merkmalen der abhängigen Ansprüche.According to the invention, this object is achieved by a battery module according to the independent claim. Further developments and special embodiments result from the features of the dependent claims.
Ein hier beschriebenes Batteriemodul umfasst mehrere Vorrichtungen und mehrere Energiespeicher. Eine Vorrichtung zum Temperieren eines oder mehrerer Energiespeicher, beispielsweise von Energiespeichern der eingangs genannten Art bzw. der eingangs genannten Beispiele, umfasst ein Wärmeleitblech, das auch als Kühlfinne bezeichnet werden kann, das über mindestens eine Kontaktfläche des Wärmeleitblechs mit einer Außenfläche einer oder mehrerer der Energiespeicher wärmeleitend verbindbar ist. Die Vorrichtung umfasst außerdem ein Rohr zum Leiten eines fluiden Mediums aufweist, wobei das Medium eine Flüssigkeit oder aber auch ein Gas sein kann. Das Rohr ist mit dem Wärmeleitblech wärmeleitend verbunden.A battery module described here comprises several devices and several energy stores. A device for controlling the temperature of one or more energy stores, for example energy stores of the type mentioned or the examples mentioned at the beginning, comprises a heat conducting plate, which can also be referred to as a cooling fin, which via at least one contact surface of the heat conducting plate with an outer surface of one or more of the energy stores is thermally connectable. The device also comprises a tube for guiding a fluid medium, wherein the medium can be a liquid or else a gas. The pipe is connected to the heat conducting plate in a thermally conductive manner.
Jede der genannten mindestens einen Kontaktfläche ist typischerweise räumlich zusammenhängend und vorzugsweise eben ausgestaltet und außerdem möglichst groß, um eine möglichst effektive Wärmeübertragung zwischen dem mindestens einen Energiespeicher und dem Wärmeleitblech zu ermöglichen. Typischer Weise grenzt das Wärmeleitblech mit dieser mindestens einen Kontaktfläche direkt an den Energiespeicher oder an die Energiespeicher an.Each of the mentioned at least one contact surface is typically spatially contiguous and preferably designed flat and also as large as possible in order to enable the most effective heat transfer possible between the at least one energy store and the heat conducting plate. With this at least one contact surface, the heat conducting plate typically adjoins the energy store or the energy store.
Der Rohrabschnitt liegt vorzugsweise flächig an dem Randbereich an. Der Rohrabschnitt ist wärmeübertragend mit dem Randbereich verbunden, wobei dies durch unmittelbaren physischen Kontakt, vorzugsweise flächig oder auch linien- oder punktförmig, zwischen Rohrabschnitt und Randbereich vorgesehen sein kann. Eine wärmeübertragende Verbindung zwischen Rohrabschnitt und Kontaktfläche kann durch die direkte anliegende Anordnung von Rohrabschnitt und Kontaktfläche vorgesehen sein und kann ferner durch wärmeübertragendes Material unterstützt sein, das Stellen des Rohrabschnitts mit Stellen der Kontaktfläche verbindet, an denen der Rohrabschnitt und die Kontaktfläche nicht unmittelbar physisch aneinanderstoßen. Als direktes Aufliegen des Rohrabschnitts auf dem Randbereich wird aufgrund der dadurch vorgesehenen wärmeübertragenden Verbindung auch eine Anordnung vorgesehen sein, bei der der Rohrabschnitt über ein wärmeleitendes Material, etwa über ein (vorzugsweise elastisches) Wärmepad oder über eine (vorzugsweise elastische) Wulst, mit dem Randbereich verbunden ist. Das Material verbindet daher den Rohrabschnitt mit dem Randbereich in physischer Weise, und stellt insbesondere eine wärmeübertragende Verbindung her, die den Rohrabschnitt direkt mit dem Randbereich der Kontaktfläche in mechanischer Weise und insbesondere in wärmeübertragender Weise verbindet.The pipe section preferably lies flat against the edge region. The pipe section is connected to the edge area in a heat-transferring manner, it being possible for this to be provided by direct physical contact, preferably flat or also linear or punctiform, between the pipe section and the edge area. A heat-transferring connection between the pipe section and the contact surface can be provided by the direct abutting arrangement of the pipe section and the contact surface and can also be supported by a heat-transferring material, the positioning of the pipe section connects to locations on the contact surface where the pipe section and the contact surface do not physically abut one another. As the pipe section rests directly on the edge area, due to the heat transferring connection provided thereby, an arrangement is also provided in which the pipe section is connected to the edge area via a thermally conductive material, for example via a (preferably elastic) heat pad or via a (preferably elastic) bead connected is. The material therefore physically connects the pipe section to the edge area, and in particular produces a heat-transferring connection that connects the pipe section directly to the edge area of the contact surface in a mechanical manner and in particular in a heat-transferring way.
Das durch das Rohr geleitete Medium hat die Funktion, von den Energiespeichern an das Wärmeleitblech abgegebene Wärme aufzunehmen und abzutransportieren, um so die Energiespeicher zu kühlen. Es ist außerdem bei Bedarf möglich, mittels des Mediums Wärmeenergie in die Vorrichtung 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.The function of the medium conducted through the pipe is to absorb and transport away the heat given off by the energy stores to the heat conducting plate in order to cool the energy stores. It is also possible, if necessary, to transport thermal energy into the device by means of the medium and to transfer it to the energy store in order to heat the energy store. As a rule, when the energy store is in operation, for example when supplying energy to a drive of an electric or hybrid vehicle, it is more frequently necessary to cool the energy store than to heat it.
Ein Aspekt des hier beschriebenen Konzepts ist es, dass das Wärmeleitblech außerhalb der Kontaktfläche einen Randbereich aufweist und dass das Rohr einen Rohrabschnitt umfasst, wobei dieser Rohrabschnitt einen Verlauf entlang des Randbereichs hat. Dies bedeutet, dass der Rohrabschnitt entlang des Randbereichs verläuft. Gleichzeitig, also in diesem Verlauf entlang des Randbereichs, liegt der Rohrabschnitt flächig auf dem Randbereich auf. Hierbei berührt also der Rohrabschnitt mit einer dem Randbereich zugewandten Außenfläche des Rohrabschnitts eine dem Rohrabschnitt zugewandte Außenfläche des Randbereichs. In dem genannten Verlauf verläuft der Rohrabschnitt vorzugsweise kontinuierlich und durchgängig entlang des Randbereichs. In Ausführungsformen, in denen der Randbereich eine oder mehrere Lücken aufweist, überbrückt der Rohrabschnitt diese Lücken vorzugsweise entlang eines möglichst kurzen und direkten Weges. Der genannte Verlauf des Rohrabschnitts ist typischerweise außerdem auch parallel zu der dem Rohrabschnitt zugewandten Außenfläche des Randbereichs. Vorzugsweise umläuft dieser Randbereich die mindestens eine Kontaktfläche ringsum vollständig oder zumindest teilweise. Vorzugsweise liegt das Rohr ausschließlich mit diesem Rohrabschnitt auf dem Wärmeleitblecht auf und somit ausschließlich in dem genannten Randbereich außerhalb des Kontaktbereichs.One aspect of the concept described here is that the heat conducting plate has an edge area outside the contact surface and that the tube comprises a tube section, this tube section running along the edge area. This means that the pipe section runs along the edge area. At the same time, that is to say in this course along the edge area, the pipe section lies flat on the edge area. In this case, the pipe section, with an outer surface of the pipe section facing the edge region, touches an outer surface of the edge region facing the pipe section. In the course mentioned, the pipe section preferably runs continuously and continuously along the edge region. In embodiments in which the edge region has one or more gaps, the pipe section bridges these gaps preferably along the shortest and most direct path possible. The named course of the pipe section is typically also parallel to the outer surface of the edge region facing the pipe section. This edge region preferably runs around the at least one contact surface completely or at least partially. Preferably, the pipe rests exclusively with this pipe section on the heat-conducting sheet and thus exclusively in the named edge area outside the contact area.
Indem der auf dem Wärmeleitblech aufliegende Rohrabschnitt auf dem Randbereich aufliegt, liegt er also außerhalb des Kontaktbereichs auf dem Wärmeleitblech auf bzw. außerhalb eines Bereichs des Wärmeleitblech, der auf einer dem Kontaktbereich entgegengesetzten Seite des Wärmeleitblechs angeordnet ist. Auf diese Weise wird zum einen ein einfacher Aufbau der Vorrichtung und gleichzeitig eine effektive Wärmeübertragung zwischen dem in dem Rohr geführten Medium und dem mindestens einen an die Kontaktfläche(n) angrenzenden Energiespeicher ermöglicht. Zudem ist es möglich, dass das Wärmeleitblech auf zwei einander entgegengesetzten Seiten, im Folgenden auch als Vorderseite und Rückseite des Wärmeleitblechs bezeichnet, jeweils eine der mindestens einen Kontaktfläche aufweist, wobei der genannte Randbereich des Wärmeleitblechs jeweils außerhalb beider dieser Kontaktflächen angeordnet ist. Dann kann über sehr kurze Wege hinweg eine effektive Wärmeübertragung zwischen dem in dem Rohr geführten Medium und an diese Kontaktflächen angrenzende Energiespeicher erzielt. Dabei wird beim Kühlen der Energiespeicher die Wärme von beiden Energiespeichern auf beide Kontaktflächen auf der Vorder- und der Rückseite übertragen, in dem Wärmeleitblech zunächst zu dem Randbereich nach außen weitergeleitet und von dort aus auf den Rohrabschnitt und das darin enthaltene Medium übertragen. Bei einem Kühlen verläuft die Wärmeübertragung in entgegengesetzter Richtung. In einer typischen und besonders einfach herstellbaren Ausführungsform ist das Wärmeleitblech vollständig, zumindest im Randbereich eben bzw. plan ausgestaltet. Auch die kontaktflächen sind typischerweise plan eben und plan ausgestaltet. In diesem Fall verläuft der Rohrabschnitt, möglicherweise auf das gesamt Rohr, vollständig parallel zu der Kontaktfläche. Es ist außerdem möglich, dass der Randbereich durch Umformen bzw. Umbiegen des Wärmeleitblechs aus einer durch die Kontaktflächen definierten Ebene herausgebogen ist. Auf diese Weise kann beispielsweise eine Vertiefung der Kontaktfläche gegenüber dem Randbereich und somit eine bessere Fixierung des Energiespeichers erzielt werden. Das Wärmeleitblech kann beispielsweise als ein Stanz-Biegeteil gegeben sein bzw. in einem Stanz-Biege-Verfahren hergestellt werden. Außerdem kann der Randbereich Halteelemente aufweisen zum Halten und Fixieren des Rohrs an dem Wärmeleitblech.Since the pipe section resting on the heat conducting plate rests on the edge area, it lies outside the contact area on the heat conducting plate or outside a region of the heat conducting plate which is arranged on a side of the heat conducting plate opposite the contact area. In this way, on the one hand, a simple construction of the device and, at the same time, an effective heat transfer between the medium guided in the pipe and the at least one energy store adjoining the contact surface (s) are made possible. In addition, it is possible for the heat conducting sheet to have one of the at least one contact surface on two opposite sides, hereinafter also referred to as the front and back of the heat conducting sheet, the named edge region of the heat conducting sheet being arranged outside of both of these contact areas. Effective heat transfer between the medium carried in the pipe and the energy storage device adjoining these contact surfaces can then be achieved over very short distances. When cooling the energy store, the heat from both energy stores is transferred to both contact surfaces on the front and back, first passed on to the edge area in the heat conducting plate and from there transferred to the pipe section and the medium contained therein. When cooling, the heat transfer takes place in the opposite direction. In a typical embodiment that is particularly easy to manufacture, the heat conducting sheet is designed completely, at least in the edge region, to be flat or planar. The contact surfaces are also typically designed to be flat and flat. In this case, the pipe section, possibly over the entire pipe, runs completely parallel to the contact surface. It is also possible for the edge area to be bent out of a plane defined by the contact surfaces by reshaping or bending the heat-conducting sheet. In this way, for example, a deepening of the contact surface in relation to the edge area and thus better fixing of the energy store can be achieved. The heat conducting sheet can be given, for example, as a stamped and bent part or can be produced in a stamping and bending process. In addition, the edge area can have holding elements for holding and fixing the pipe on the heat conducting plate.
Indem der Rohrabschnitt auf dem Randbereich und somit außerhalb der Kontaktfläche verläuft und nicht über diese hinweg, erlaubt die Vorrichtung außerdem - in einer Richtung senkrecht zu der Kontaktfläche - eine räumlich sehr kompakte Anordnung der Vorrichtung relativ zu dem mindestens einen Energiespeicher, da der Energiespeicher direkt und großflächig an die Kontaktfläche angrenzen kann und das Rohr nicht zwischen der Kontaktfläche und dem an diese Kontaktfläche angrenzenden Energiespeicher angeordnet ist.Since the pipe section runs on the edge area and thus outside the contact surface and not across it, the device also allows - in a direction perpendicular to the contact surface - a spatially very compact arrangement of the device relative to the at least one energy store, since the energy store is direct and can adjoin the contact surface over a large area and the pipe not between the contact surface and the energy store adjoining this contact surface is arranged.
Es ist vorgesehen, dass jeder der Energiespeicher an mindestens eine der Kontaktflächen der Vorrichtungen flächig angrenzt.It is provided that each of the energy stores is flat adjacent to at least one of the contact surfaces of the devices.
Erfindungsgemäß ist ferner vorgesehen, dass die Randbereiche der Wärmeleitbleche an zumindest zwei einander gegenüberliegenden Seiten des jeweiligen Wärmeleitblechs Verbreiterungen aufweisen. Diese Verbreiterungen können ausgestaltet sein, in der genannten reihenartigen Abfolge miteinander eine oder mehrere mechanisch stabilisierende Außenwände des Batteriemoduls auszubilden. Auf diese Weise kann ein kompakter Aufbau erzielt werden, indem die Wärmeleitbleche der Vorrichtungen in einer reihenartigen Abfolge hintereinander angeordnet sind.According to the invention it is further provided that the edge areas of the heat conducting plates have widenings on at least two mutually opposite sides of the respective heat conducting plate. These widenings can be designed to form one or more mechanically stabilizing outer walls of the battery module with one another in the aforementioned row-like sequence. In this way, a compact structure can be achieved in that the heat conducting plates of the devices are arranged one behind the other in a row-like sequence.
Die Kontaktflächen der Wärmeleitbleche sind vorzugsweise parallel zueinander ausgerichtet und ferner sind die Verbreiterungen der Randbereiche senkrecht zu den Kontaktflächen ausgerichtet. Diese Außenwände können ausgestaltet sein, benachbarte Wärmeleitbleche in dem Batteriemodul miteinander mechanisch zu verbinden. Zu diesem Zweck können sie entsprechende Verbindungselemente, wie etwa Ausbuchtungen, Rastnasen und entsprechende Aufnahmen aufweisen.The contact surfaces of the heat conducting plates are preferably aligned parallel to one another and, furthermore, the widened areas of the edge regions are aligned perpendicular to the contact surfaces. These outer walls can be designed to mechanically connect adjacent heat conducting plates in the battery module to one another. For this purpose, they can have corresponding connecting elements, such as bulges, locking lugs and corresponding receptacles.
Vorzugsweise ist der Rohrabschnitt möglichst in der Nähe des äußersten Rands des Wärmeleitblechs angeordnet, um auf diese Weise eine möglichst große Kontaktfläche umlaufen zu können, ohne dabei über diese Kontaktfläche hinweg zu verlaufen. Um dies zu ermöglichen, weist der Randbereich eine möglichst geringe Breite auf. Die Breite des Randbereichs an einer gegebenen Stelle des Randbereichs wird parallel zur Kontaktfläche und senkrecht zum Verlauf des Rohrabschnitts an dieser Stelle gemessen. Vorzugsweise ist die Breite des Randbereichs an keiner Stelle größer, also überall kleiner, als
- - das Dreifache, besonders bevorzugt kleiner als das Doppelte, des maximalen Außendurchmesser des Rohrabschnitts,
- - 10%, besonders bevorzugt kleiner als 5%, der Länge einer Längsseite des Wärmeleitblechs oder
- - 3 cm, besonders bevorzugt kleiner als 2 cm.
- - three times, particularly preferably less than twice, the maximum outer diameter of the pipe section,
- - 10%, particularly preferably less than 5%, of the length of a longitudinal side of the heat conducting sheet or
- - 3 cm, particularly preferably less than 2 cm.
In einer besonders einfach herstellbaren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die an die Außenfläche des Randbereichs flächig anliegende Außenfläche des Rohrabschnitts mit dieser Außenfläche des Randbereichs stoffschlüssig verbunden ist, vorzugsweise durch Verkleben, Verlöten oder Verschweißen. Es ist ebenso einfach möglich, dass die an die Außenfläche des Randbereichs flächig anliegende Außenfläche des Rohrabschnitts mit dieser Außenfläche des Randbereichs durch Verklemmen, Verpressen oder Quetschen verbunden ist. Entsprechend sieht das hier vorgeschlagene Herstellungsverfahren vor, dass eine an den Randbereich flächig anliegende Außenfläche des Rohrabschnitts mit dem Randbereichs stoffschlüssig verbunden wird, vorzugsweise durch Verkleben, Verlöten oder Verschweißen, oder mit dem Randbereich verbunden wird durch Verklemmen, Verpressen oder Quetschen mit dem Randbereich.In an embodiment that is particularly easy to manufacture, it is provided that the outer surface of the pipe section that lies flat against the outer surface of the edge area is materially connected to this outer surface of the edge area, preferably by gluing, soldering or welding. It is just as easily possible for the outer surface of the pipe section that lies flat against the outer surface of the edge area to be connected to this outer surface of the edge area by clamping, pressing or squeezing. Correspondingly, the production method proposed here provides that an outer surface of the pipe section lying flat against the edge area is materially connected to the edge area, preferably by gluing, soldering or welding, or is connected to the edge area by clamping, pressing or squeezing with the edge area.
In einer Ausführungsform weist der Rohrabschnitt in dem genannten Verlauf Teilabschnitte auf, die entlang des Randbereichs gebogen sind. Auf diese Weise kann erzielt werden, dass der genannte Verlauf beibehalten wird und die Kontaktfläche durch den Rohrabschnitt vollständig oder zumindest teilweise ringsum umlaufen wird. Dabei können die gebogenen Teilabschnitte entlang einer gemeinsamen Umlaufrichtung um die Kontaktfläche gebogen sein. Außerdem ist es möglich, dass jeder der gebogenen Teilabschnitte einen Krümmungswinkel aufweist und dass eine Gesamtsumme der Krümmungswinkel mindestens 170° oder mindestens 260° beträgt. Im Fall einer Gesamtsumme zwischen 170° und 190°, d.h. von etwa 180°, kann beispielsweise ein U-förmiger Verlauf des Rohrabschnitts erzielt werden. Im Fall einer Gesamtsumme von etwa 270° kann erzielt werden, dass der Rohrabschnitt die Kontaktfläche ringsum vollständig umläuft.In one embodiment, the pipe section has partial sections in said course which are bent along the edge region. In this way it can be achieved that the named course is maintained and the contact surface is completely or at least partially encircled by the pipe section. The curved subsections can be bent around the contact surface along a common direction of rotation. It is also possible for each of the curved subsections to have an angle of curvature and for a total sum of the angles of curvature to be at least 170 ° or at least 260 °. In the case of a total between 170 ° and 190 °, i.e. of about 180 °, for example, a U-shaped course of the pipe section can be achieved. In the case of a total of approximately 270 °, it can be achieved that the pipe section completely surrounds the contact surface.
Ferner ist es möglich, beispielsweise in dem typischen Fall rechtwinklig ausgestalteter Kontaktflächen, dass der Rohrabschnitt in dem genannten Verlauf gerade Teilabschnitte aufweist, wobei die geraden Teilabschnitte durch die gebogenen Teilabschnitte miteinander verbunden sind.It is also possible, for example in the typical case of rectangular contact surfaces, for the pipe section to have straight subsections in the named course, the straight subsections being connected to one another by the curved subsections.
Typischerweise weist das Rohr an einem ersten Ende des Rohres einen Vorlaufanschluss auf zum Anschließen des Rohrs an eine Zuführleitung zum Zuführen des Mediums in das Rohr und weist das Rohr außerdem an einem zweiten Ende des Rohres einen Rücklaufanschluss auf zum Anschließen des Rohrs an eine Rückführleitung zum Rückführen des Mediums aus dem Rohr, wobei der Rohrabschnitt den Vorlaufanschluss mit dem Rücklaufanschluss vorzugsweise durchgängig verbindet.Typically, the pipe has a flow connection at a first end of the pipe for connecting the pipe to a feed line for feeding the medium into the pipe and the pipe also has a return connection at a second end of the pipe for connecting the pipe to a return line for return of the medium from the pipe, the pipe section preferably continuously connecting the flow connection to the return connection.
Dabei ist es möglich, dass der Vorlaufanschluss und der Rücklaufanschluss freitragend von dem Randbereich des Wärmleitblechs abstehen. Dann schmiegt sich das Rohr ausgehend von dem Vorlaufanschluss in einem ersten Kontaktpunkt zwischen dem Rohr und dem Wärmeleitblech an den Randbereich an und geht in diesem Kontaktpunkt in den genannten Rohrabschnitt über. Außerdem schmiegt sich das Rohr ausgehend von dem Rücklaufanschluss an den Randbereich in einem letzten Kontaktpunkt zwischen dem Rohr und dem Wärmeleitblech an und geht in diesem letzten Kontaktpunkt in den genannten Rohrabschnitt über. Vorzugsweise beträgt ein Abstand zwischen dem ersten Kontaktpunkt und dem letzten Kontaktpunkt weniger als
- - das Fünffache, besonders bevorzugt weniger als das Vierfache, des maximalen Außendurchmesser des Rohrabschnitts,
- - 15%, besonders bevorzugt weniger
als 10%, einer maximalen Länge oder eines maximalen Durchmessers der Kontaktfläche oder - - 3cm, besonders bevorzugt weniger
als 2 cm.
- - five times, particularly preferably less than four times, the maximum outer diameter of the pipe section,
- - 15%, particularly preferably less than 10%, of a maximum length or a maximum diameter of the contact surface or
- - 3 cm, particularly preferably less than 2 cm.
Je kleiner dieser Abstand ist, umso vollständiger umläuft das Rohr die Kontaktfläche und umso besser und effektiver ist damit die thermische Kopplung zwischen dem Medium um der Kontaktfläche. Es ist aber auch möglich, mit einem U-förmigen Verlauf des Rohrabschnitts bereits eine ausreichende thermische Kopplung zu erzielen.The smaller this distance, the more completely the tube runs around the contact surface and the better and more effective the thermal coupling between the medium around the contact surface. However, it is also possible to achieve sufficient thermal coupling with a U-shaped profile of the pipe section.
Das Rohr weist zumindest im Rohrabschnitt vorzugsweise einen länglichen Querschnitt auf, beispielsweise in der Form eines Langlochs, um auf diese Weise eine möglichst große Kontaktfläche und somit eine möglichst gute thermische Kopplung zwischen dem Rohrabschnitt und dem Wärmeleitblech zu erzielen.The tube preferably has an elongated cross-section at least in the tube section, for example in the form of an elongated hole, in order to achieve the largest possible contact surface and thus the best possible thermal coupling between the tube section and the heat conducting plate.
Bei dem erfindungsgemäßen Batteriemodul weist jede der Vorrichtungen typischerweise auf zwei einander entgegengesetzten Seiten des Wärmeleitblechs dieser Vorrichtung jeweils eine der Kontaktflächen auf, wobei an beide dieser Kontaktflächen jeweils einer der Energiespeicher flächig angrenzt. Auf diese Weise wird ein besonders kompakter Aufbau des Batteriemoduls und gleichzeitig eine besonders gute thermische Kopplung zwischen dem Medium und den Energiespeichern erzielt.In the case of the battery module according to the invention, each of the devices typically has one of the contact surfaces on two opposite sides of the heat conducting plate of this device, one of the energy stores being flatly adjacent to both of these contact surfaces. In this way, a particularly compact design of the battery module and, at the same time, a particularly good thermal coupling between the medium and the energy stores are achieved.
Das Wärmeleitblech und das Rohr sind typischerweise aus einem Metall gefertigt. Im Prinzip können diese Bauteile aber auch aus anderen möglichst wärmeleitenden Materialiengefertigt sind. Außerdem kann das Wärmeleitblech und/oder das Rohr Beschichtungen aufweisen, welche durch eine Wärmevermittlermasse, ein Lot oder ein Klebstoff und/oder eine Dichtungsmasse gegeben sein können.The heat conducting plate and the pipe are typically made of a metal. In principle, however, these components can also be made from other materials that are as thermally conductive as possible. In addition, the heat conducting plate and / or the pipe can have coatings which can be provided by a heat transfer compound, a solder or an adhesive and / or a sealing compound.
Der Übersichtlichkeit halber seien an diese Stelle die wichtigsten Vorteile und Funktionen der Vorrichtung und des Batteriemoduls und der hier beschriebenen Weiterentwicklungen und speziellen Ausführungsformen genannt:
- - kompakte, flache Bauweise
- - sehr einfache Bauteile
- - sehr einfacher Aufbau und Produktion
- - Kühlkanal kann platzsparend im Bereich bzw. entlang eines äußeren umlaufenden Randes des Energiespeichers verlaufen. Dieser Rand kann bspw. eine Siegelnaht sein, wie etwa im Fall eines als sogenannte Pouchzelle (auch Coffee-bag Zelle genannt) ausgestalteten Energiespeichers.
- - sichere Abdichtung auch eines flüssigen Mediums
- - geringes Gewicht
- - sehr gute Skalierbarkeit in verschiedenen Richtungen und leichte Skalierbarkeit des Durchflusses des Mediums durch das Rohr
- - Kurze Entfernung von der Mitte des Energiespeichers (Zellmitte) zum Rohr (Kühlkanal)
- - eine eben und möglichst große Kontaktfläche, insbesondere zum Verkleben der Energiespeicher mit dem Wärmeleitblech
- - Ausprägung des Wärmeleitblechs als Zellaufnahme zur Positionierung von mindestens einem Energiespeicher
- - Aufnahme für das Kühlrohr durch eine das Rohr mechanisch fixierende Ausformung des Randbereichs des Wärmeleitblechs und/oder durch Löten, Schweißen, Quetschen, Kleben etc.
- - Ausprägung (Verbreiterungen am Randbereich) zum Verbinden von mehreren Wärmeleitblechen innerhalb eines Batteriemoduls, bspw. durch Ineinanderstecken der Wärmeleitbleche. Zusätzlich oder alternativ können die Wärmeleitbleche auch miteinander verbunden werden durch Schweißen, Löten, Kleben, Klemmen etc.
- - compact, flat design
- - very simple components
- - very simple construction and production
- - The cooling channel can run in the area or along an outer circumferential edge of the energy store in a space-saving manner. This edge can, for example, be a sealed seam, such as in the case of an energy store designed as a so-called pouch cell (also called a coffee-bag cell).
- - secure sealing of a liquid medium too
- - light weight
- - Very good scalability in different directions and easy scalability of the flow of the medium through the pipe
- - Short distance from the center of the energy storage device (cell center) to the pipe (cooling channel)
- - A flat and as large as possible contact surface, in particular for gluing the energy store to the heat conducting sheet
- - Formation of the heat conducting sheet as a cell receptacle for positioning at least one energy store
- - Receptacle for the cooling tube through a molding of the edge area of the heat conducting plate that mechanically fixes the tube and / or through soldering, welding, squeezing, gluing, etc.
- - Characterization (widening at the edge area) for connecting several heat conducting plates within a battery module, for example by plugging the heat conducting plates into one another. Additionally or alternatively, the heat conducting sheets can also be connected to one another by welding, soldering, gluing, clamping, etc.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von in
-
1 eine perspektivische Darstellung einer Vorrichtung hier vorgeschlagener Art zum Temperieren von Energiespeichern, -
2 die in1 gezeigte Vorrichtung in einer Explosionsdarstellung, -
3 eine Draufsicht auf einen vergrößerten Ausschnitt der in1 und 2 gezeigten Vorrichtung, -
4 und5 perspektivische Darstellungen der in1 bis 3 gezeigten Vorrichtung mit zwei Energiespeichern, -
6 eine Teilansicht auf einen Querschnitt durch die in5 gezeigte Anordnung, -
7 eine Explosionsdarstellung eines Batteriemoduls hier vorgeschlagener Art, umfassend mehrere Vorrichtungen gemäß1 bis 6 und mehreren Energiespeichern.
-
1 a perspective view of a device of the type proposed here for controlling the temperature of energy stores, -
2 in the1 shown device in an exploded view, -
3 a plan view of an enlarged section of the in1 and2 device shown, -
4th and5 perspective representations of the in1 to3 shown device with two energy stores, -
6 a partial view of a cross section through the in5 arrangement shown, -
7th an exploded view of a battery module of the type proposed here, comprising several devices according to1 to6 and several energy stores.
In
Die Vorrichtung umfasst ein Wärmeleitblech
Die Vorrichtung
In
In der gezeigten Ausführungsform weist der Randbereich
Der Randbereich
Hierzu weist der Rohrabschnitt
An einem ersten Ende des Rohres
Wie außerdem in
Um möglichst große Kontaktflächen
Die an die Außenfläche des Randbereichs
In
In
Dadurch dass das Rohr entlang des Randbereichs
In
In
Die Verbreiterungen
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