DE102013013257A1 - Device with electrochemical storage - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine zumindest einen elektrochemischen Speicher umfassende Vorrichtung, die wechselnden Umgebungstemperaturen bzw. Einstrahlverhältnissen ausgesetzt ist. Aufgabe der Erfindung ist es, die dem elektrochemischen Speicher in Form von elektrischer Energie entnehmbare Energiemenge zu optimieren bzw. seine Lebensdauer bei niedrigen, mittleren und hohen Umgebungstemperaturen und Einstrahllasten zu verbessern. Dies geschieht durch Kontrolle der Wärmeströme zwischen elektrochemischem Speicher und Umgebung, beispielsweise durch erfindungsgemäße fluidumströmte Schildelemente, gezielten Einsatz thermischer Isolierung und Wärmeleitung und geeigneten Kombinationen hiervon.The invention relates to a device comprising at least one electrochemical accumulator, which is exposed to changing ambient temperatures or Einstrahlverhältnissen. The object of the invention is to optimize the amount of energy that can be removed from the electrochemical store in the form of electrical energy or to improve its service life at low, medium and high ambient temperatures and irradiation loads. This is done by controlling the heat flows between the electrochemical storage and the environment, for example by fluid-flow shield elements according to the invention, targeted use of thermal insulation and heat conduction and suitable combinations thereof.

Description

Die Erfindung betrifft eine zumindest einen elektrochemischen Speicher umfassende Vorrichtung, die wechselnden Umgebungstemperaturen bzw. Einstrahlverhältnissen ausgesetzt ist.The invention relates to a device comprising at least one electrochemical accumulator, which is exposed to changing ambient temperatures or Einstrahlverhältnissen.

Aufgabe der Erfindung ist es, die aus dem elektrochemischen Speicher in Form von elektrischer Energie bei Vollentladung entnehmbare Energiemenge zu optimieren und seine Lebensdauer zu verbessern.The object of the invention is to optimize the amount of energy removable from the electrochemical storage in the form of electrical energy at full discharge and to improve its service life.

Diese Aufgaben werden gelöst durch eine Vorrichtung, welche die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.These objects are achieved by a device having the features specified in claim 1. Advantageous developments of the invention are the subject of the dependent claims.

Die physikalischen Hintergründe der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. der Stand der Technik gestalten sich wie folgt:
Die Temperatur eines elektrochemischen Speichers ergibt sich im stationären Zustand aus der Bilanz der wesentlichen Wärmeströme: C1·(TSpeicher – TUmgebung) + qSt + qAbw + qSonst = 0
The physical background of the device according to the invention and the prior art are as follows:
The temperature of an electrochemical store results in the steady state from the balance of the significant heat flows: C 1 · (T Memory - T Environment ) + q St + q Abw + q Else = 0

Dabei bezeichnen: C1: eine Konstante, die geometrische Faktoren, Wärmeübergänge, Wärmeleitfähigkeiten der vom Wärmestrom durchflossenen Materialien etc. beinhaltet; qSt: ist der Wärmeeintrag auf der Speicher-Gehäuseoberfläche infolge Strahlung; qAbw: ist der Wärmeeintrag infolge Abwärme des elektrochemischen Speichers im Betrieb; qSonst: bezeichnet sonstige Wärmequellen/Senken, beispielsweise Abwärme eines in Speichernähe verbauten Motors; TUmgebung: bezeichnet die Umgebungstemperatur sowie TSpeicher: die Speichertemperatur.Where: C1: a constant that includes geometric factors, heat transfer, thermal conductivities of the heat flow-through materials, etc.; q St : is the heat input on the memory housing surface due to radiation; q Abw : is the heat input due to waste heat of the electrochemical storage in operation; q Otherwise : refers to other heat sources / sinks, for example waste heat from a motor installed near the storage tank; T environment : refers to the ambient temperature and T memory : the storage tank temperature.

Unter Vernachlässigung der sonstigen Wärmequellen/Senken können daraus folgende Schlüsse für einen stationären Zustand gezogen werden:

  • • Im Betrieb liegt die Speichertemperatur – infolge Abwärme der elektrochemischen Prozesse im Speicher- stets oberhalb der Umgebungstemperatur. Die praktische Speichertemperatur bzw. Temperaturdifferenz zur Umgebung ergibt sich aus der Qualität der Wärmedämmung zwischen Speicher und Umgebung sowie der stationär im Speicher produzierten Abwärmemenge.
  • • Wird der Speicher nicht betrieben, liegt die Speichertemperatur bei Wegfall von Einstrahlungsenergie (z. B. nachts) auf dem Niveau der Umgebungstemperatur
  • • Liegt eine Einstrahlungssituation (z. B. Sonneneinstrahlung auf das Speichergehäuse) vor, liegt die Speichertemperatur stets oberhalb der Umgebungstemperatur. An wolkenlosen Sommertagen kann auch in gemäßigten Breiten die Temperaturdifferenz zur Umgebung leicht bis zu 20°C oder mehr betragen.
Neglecting the other heat sources / sinks, the following conclusions can be drawn for a steady state:
  • • During operation, the storage temperature - due to the waste heat of the electrochemical processes in the storage tank - is always above the ambient temperature. The practical storage temperature or temperature difference to the environment results from the quality of the thermal insulation between the storage tank and the surrounding area as well as the waste heat quantity produced in the storage tank.
  • • If the storage tank is not operated, the storage tank temperature will be at the level of the ambient temperature if there is no radiation energy (eg at night)
  • • If there is an irradiation situation (eg solar radiation on the storage housing), the storage temperature is always above the ambient temperature. On cloudless summer days, even in temperate latitudes, the temperature difference with the surroundings can easily reach 20 ° C or more.

Es ist weiter bekannt, dass die in Form von elektrischer Energie bei Vollentladung entnehmbare Energiemenge eines elektrochemischen Speichers im Betrieb bei hohen Temperaturen bzw. bei Überschreitung der zulässigen Betriebstemperaturen infolge Überhitzung durch die dann erforderliche Notabschaltung signifikant eingeschränkt wird- eine Nutzung der gespeicherten Restenergie ist dann erst nach Abkühlung unter die zulässige Maximaltemperatur wieder möglich.It is further known that the removable in the form of electrical energy at full discharge amount of energy of an electrochemical storage in operation at high temperatures or exceeding the allowable operating temperatures due to overheating by the then required emergency shutdown is a use of stored residual energy is only then after cooling below the permissible maximum temperature again possible.

Weiter ist bekannt, dass die Lebensdauer eines elektrochemischen Speichers bzw. elektrochemischer Zellen bei hohen, aber im Sinne der zulässigen Betriebstemperatur noch erlaubten, Temperaturen signifikant, z. B. infolge verstärkter Alterung von Komponenten des elektrochemischen Speichers, abnimmt.It is also known that the life of an electrochemical storage or electrochemical cells at high, but within the meaning of the permissible operating temperature still allowed temperatures significantly, z. B. due to increased aging of components of the electrochemical storage decreases.

Nach allgemeiner Konvention gilt das Ende der Lebensdauer eines elektrochemischen Speichers als erreicht, wenn der elektrochemische Speicher nicht mehr in der Lage ist, aus vollgeladenem Zustand und bei Referenztemperaturen bei einem vorgegebenen elektrischen Entladestrom eine vorgegebene Mindestkapazität zu liefern bzw. aus vollgeladenem Zustand eine vorgegebene elektrische Dauerleistung bis zur vollständigen Entladung zu liefern.According to a general convention, the end of the life of an electrochemical storage is considered to be reached when the electrochemical storage is no longer able to deliver a predetermined minimum capacity from fully charged state and reference temperatures at a given electrical discharge current or fully charged state a predetermined continuous electrical power to deliver until complete discharge.

Ein weiteres Problem, das in einer bevorzugten Ausführung der Erfindung adressiert wird, ist die bekannte Tatsache, dass die einem elektrochemischen Speicher in Form von elektrischer Energie bei Vollentladung entnehmbare Energiemenge bei niedrigen, aber im Sinne der zulässigen Betriebstemperatur erlaubten, Temperaturen infolge zusätzlicher, zellinterner Widerstandsverluste (Innenwiderstand) signifikant zurückgeht.Another problem addressed in a preferred embodiment of the invention is the well-known fact that the amounts of energy removable at full discharge from an electrochemical storage device are low, but allowable within the permissible operating temperature, due to additional cell internal resistance losses (Internal resistance) decreases significantly.

Erfindungsgemäße elektrochemische Speicher sind in diesem Zusammenhang Primärzellen, Sekundärzellen und Tertiärzellen, insbesondere, aber ohne Beschränkung hierauf, Lithium-Ionen-Primärzellen, Lithium-Ionen-Akkumulatorzellen, Nickel-Metallhydrid-Akkumulatorzellen, Blei-Säure-Akkumulatorzellen, Nickel-Cadmium-Akkumulatorzellen und Polymerelektrolytbrennstoffzellen. Bei Tertiärzellen ist ein ggf. erforderlicher Brennstoff- bzw. Oxidatortank ggf. ebenfalls Bestandteil des Speichers.Electrochemical storage devices according to the invention in this context are primary cells, secondary cells and tertiary cells, in particular, but not limited thereto, lithium ion primary cells, lithium ion secondary cells, nickel metal hydride secondary cells, lead acid secondary cells, nickel cadmium secondary cells and polymer electrolyte fuel cells. For tertiary cells, a possibly required fuel or oxidizer tank may also be part of the storage.

Die Lösung der hier geschilderten Problematik erfolgt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung, die zumindest einen elektrochemischen Speicher zumindest bereichsweise in Form eines Gehäuses, ggf. mit Anbauteilen, umschließt und die Mittel zur Veränderung des Wärmedurchgangswiderstandes bzw. zur Reduzierung des Wärmeeintrags in den Speicher durch Einstrahlung umfasst bzw. die über Mittel zur Beeinflussung des Wärmestroms aus dem Speicher an die Umgebung bzw. aus der Umgebung an den Speicher umfasst.The solution to the problem described here is carried out by the device according to the invention, at least one electrochemical storage at least partially in the form of a housing, if necessary with attachment parts, encloses and the means for changing the heat transfer resistance or for reducing the heat input into the memory by irradiation comprises or comprises means for influencing the heat flow from the memory to the environment from the environment or to the memory.

Der Stand der Technik wird im Folgenden exemplarisch beschrieben anhand eines Lithium-Ionen-Akkumulatorspeichers für ein Elektrofahrrad. Er gilt für ähnliche, auch rein stationär eingesetzte, Speicher analog.The prior art is described below by way of example with reference to a lithium-ion accumulator memory for an electric bicycle. It applies to similar, even purely stationary used, memory analog.

Gemäß dem Stand der Technik besteht ein solcher Speicher aus einem Paket elektrisch verschalteter Akkumulatorzellen, im Folgenden als ”Zellpaket” bezeichnet, wobei die gewünschte Arbeitsspannung des elektrochemischen Speichers durch elektrische Serienschaltung einer zweckmäßigen Anzahl solcher Zellen erreicht wird. Die gewünschte Speicherkapazität wird im Folgenden durch Verwendung von Zellen mit entsprechender Kapazität bzw. einer elektrischen Parallelschaltung jeweils mehrerer Zellen pro Spannungsebene erzielt. Die elektrische Ausführung der Parallel- und Serienschaltung bei Akkumulatorzellen erfolgt in der Regel durch metallische Zellverbinder, die die Pole benachbarter Zellen verbinden und mit einem geeigneten Fügeverfahren (z. B. Schweißen, Löten, Schrauben etc.) an den jeweiligen Zellpolen fixiert werden.According to the prior art, such a memory consists of a packet of electrically connected battery cells, hereinafter referred to as "cell pack", wherein the desired operating voltage of the electrochemical storage is achieved by electrical series connection of a convenient number of such cells. The desired storage capacity is achieved in the following by using cells with appropriate capacity or an electrical parallel connection of a plurality of cells per voltage level. The electrical design of the parallel and series connection in accumulator cells is usually carried out by metallic cell connectors that connect the poles of adjacent cells and fixed with a suitable joining method (eg., Welding, soldering, screws, etc.) to the respective cell poles.

Ein Zellpaket mit solcher elektrischer Verschaltung wird im Allgemeinen durch Angabe des verwendeten Zelltyps und der Anzahl der Serien- und Parallelverschaltungsebenen charakterisiert. Außerdem werden die Nennspannung und die (Gesamt-)Nennkapazität des Zellpaketes genannt.A cell stack with such electrical circuitry is generally characterized by indicating the type of cell used and the number of series and parallel interconnect levels. In addition, the rated voltage and the (total) rated capacity of the cell stack are called.

Beispiel: Die Angabe ”Li-Ion Sanyo UR18650F, 105 3P, 37 V, 7.5 Ah” bezeichnet einen Akkumulatorspeicher basierend auf Li-Ionen-Zellen des Herstellers Sanyo, Typ UR18650F, bei dem 10 Zellen in (S)erie und dazu jeweils 3 Zellen (P)arallel geschaltet wurden. Der Akkumulatorspeicher aus diesem Beispiel besteht somit aus 10(S) × 3(P) = 30 Zellen, hat eine Nennspannung von 37 V und eine Nennkapazität von 7.5 Ah.Example: The indication "Li-Ion Sanyo UR18650F, 105 3P, 37 V, 7.5 Ah" designates a storage battery based on Li-ion cells of the manufacturer Sanyo, type UR18650F, in which 10 cells in (S) erie and in each case 3 Cells (P) were switched in parallel. The accumulator memory of this example thus consists of 10 (S) × 3 (P) = 30 cells, has a rated voltage of 37 V and a rated capacity of 7.5 Ah.

Ein solcherart elektrisch verschaltetes Zellpaket wird in der Regel zum Schutz vor äußeren Einwirkungen in einem möglichst kleinen Gehäuse, das z. B. aus Kunststoff bestehen kann, untergebracht.Such a kind electrically interconnected cell pack is usually used to protect against external influences in the smallest possible housing, the z. B. may consist of plastic housed.

Je nach verwendetem Zelltyp kann ein solches Gehäuse ggf. außerdem eine Elektronikplatine bzw. elektrische Schutzschaltung enthalten, welche den ordnungsgemäßen Betrieb des Zellpakets mittels Sensoren überwacht, für eine gleichmäßige Aufladung der Zellen sorgt und das Zellpaket durch Kontrolle von Schaltelementen zur Zellbalancierung, zur Lasttrennung bzw. Lastregelung vor Überbeanspruchung schützt.Depending on the type of cell used, such a housing may optionally also contain an electronic board or electrical protection circuit which monitors the proper operation of the cell pack by means of sensors, ensures uniform charging of the cells and the cell pack by controlling switching elements for cell balancing, load separation or Load control protects against overstressing.

Übliche Abschaltkonditionen zur Vermeidung einer solchen Überbeanspruchung sind insbesondere: Überschreitung des zulässigen Ladestroms; Überschreitung des zulässigen Entladestroms; Überschreitung der Ladeschlußspannung der einzelnen Zellen; Unterschreitung der Entladeschlußspannung der einzelnen Zellen; Überschreitung der zulässigen Maximal-Betriebstemperatur und Unterschreitung der zulässigen Minimal-Betriebstemperatur.Typical switch-off conditions for avoiding such overuse are in particular: exceeding the permissible charging current; Exceeding the permissible discharge current; Exceeding the end-of-charge voltage of the individual cells; Below the discharge voltage of the individual cells; Exceeding the permissible maximum operating temperature and below the permissible minimum operating temperature.

Häufig sind solche Speicher als vom Fahrzeug bzw. Nutzungsort abnehmbar gestaltet, so dass ein schneller Austausch des Speichers möglich ist bzw. das Wiederaufladen nicht zwingend am Fahrzeug bzw. Nutzungsort erfolgen muss, sondern auch räumlich getrennt davon erfolgen kann.Often, such memory are designed to be removable from the vehicle or place of use, so that a quick replacement of the memory is possible or the recharging does not necessarily have to be done on the vehicle or place of use, but also spatially separated from it.

Ein elektrochemischer Speicher, insbesondere ein Lithium-Ionen-Akkumulatorspeicher, wird sowohl durch Lagerung als auch durch Betrieb abgenutzt. Wesentliche Abnutzungserscheinungen sind dabei die Abnahme der pro Entladezyklus in Form von elektrischer Energie bei Vollentladung entnehmbaren Energiemenge bei einer festgelegten Nennstromdichte (Kapazitätsabnahme) einerseits, sowie die Abnahme der entnehmbaren maximalen elektrischen Dauerleistung – infolge Zunahme des elektrischen Speicher-Innenwiderstandes – andererseits.An electrochemical storage, in particular a lithium-ion storage battery, is worn out both by storage and by operation. Significant signs of wear are the decrease in per cycle discharge in the form of electrical energy at full discharge amount of energy at a specified nominal current density (capacity decrease) on the one hand, and the decrease in the removable maximum continuous electrical power - due to increase in electrical storage internal resistance - on the other.

Für typische Lithium-Ionen-Akkumulatorspeicher gilt beispielsweise, dass die Alterungsgeschwindigkeit, sowohl bei reiner Lagerung bzw. im Ruhezustand als auch im Betrieb, insbesondere bei Temperaturen oberhalb von ca. 25°C, besonders oberhalb von +40°C, mit weiter steigender Temperatur überproportional stark zunimmt.For typical lithium-ion battery storage, for example, the aging rate, both in pure storage or at rest and during operation, especially at temperatures above about 25 ° C, especially above + 40 ° C, with further increasing temperature disproportionately strong increases.

Es ist weiter bekannt, dass bei solchen Akkumulatorspeichern, die bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen entladen werden, ein signifikanter Anteil der gespeicherten Energiemenge infolge hoher elektrochemisch bedingter Zell-Innenwiderstände in Form von Wärme verloren geht. Das bedeutet, dass die Effizienz der Energieumwandlung von elektrochemisch gespeicherter in elektrisch verfügbare Energie durch den Temperatureinfluss sinkt. (siehe 1). Die hier auftretenden Verlustmechanismen (elektrische Innenwiderstandszunahme infolge niedriger Temperatur) sind reversibler Natur und halten lediglich so lange an, solange die Zellen auf niedrigem Temperaturniveau verbleiben. Sie können durch Erhöhung der Zelltemperatur einfach eliminiert werden.It is also known that with such rechargeable battery stores which are discharged at comparatively low temperatures, a significant proportion of the stored amount of energy is lost as a result of high electrochemically induced cell internal resistances in the form of heat. This means that the efficiency of energy conversion from electrochemically stored to electrically available energy decreases due to the influence of temperature. (please refer 1 ). The loss mechanisms occurring here (electrical increase in internal resistance due to low temperature) are reversible and only last as long as the cells remain at a low temperature level. They can be easily eliminated by increasing the cell temperature.

Für typische Lithium-Ionen-Akkumulatorspeicher liegt beispielsweise das zulässige Temperaturfenster für den Entladebetrieb zwischen –20°C und +45°C. Die optimale Betriebstemperatur liegt zwischen +15°C und +25°C. Oberhalb von 40°C nimmt die Alterungsgeschwindigkeit stark zu. Unterhalb von +5°C nimmt die in Form von elektrischer Energie bei Vollentladung entnehmbare Energiemenge durch – reversible-Zunahme der Zell-Innenwiderstände signifikant ab: Ein erheblicher Teil der elektrochemisch gespeicherten Energie wird hier durch hohe Zell-Innenwiderstände beim Entladen direkt in Wärme umgewandelt. Die wesentlichen Zusammenhänge sind schematisch in 1 dargestellt.For example, for typical lithium-ion battery storage is the allowable Temperature window for unloading between -20 ° C and + 45 ° C. The optimum operating temperature is between + 15 ° C and + 25 ° C. Above 40 ° C, the rate of aging increases sharply. Below + 5 ° C, the amount of energy that can be removed in the form of electrical energy at full discharge decreases significantly - reversible increase in cell internal resistances: A significant portion of the electrochemically stored energy is directly converted into heat by high internal cell resistances during discharge. The essential connections are shown schematically in 1 shown.

Sämtliche im Folgenden dargestellten Figuren dienen der schematischen Darstellung von funktionalen Zusammenhängen ohne Anspruch auf Maßstabstreue.All figures shown below serve the schematic representation of functional relationships without claim to scale.

In 1 bezeichnen: (1.01) eine erste Entladekennlinie, die sich ergibt bei einer Speichertemperatur von +40°C; (1.02) eine zweite Entladekennlinie, die sich ergibt bei einer Speichertemperatur von +20°C und (1.03) eine dritte Entladekennlinie, die sich ergibt bei einer Speichertemperatur von 0°C. Die in Form von elektrischer Energie bei Vollentladung entnehmbare Energiemenge (Einheit: Wattstunden) korreliert mit dem Flächeninhalt der Fläche unterhalb der jeweiligen Entladekennlinie. Bei 0°C korreliert diese mit dem von (1.04) bezeichneten ersten Flächeninhalt. Wird die Speichertemperatur auf +25°C erhöht, kommt der von (1.05) bezeichnete zweite Flächeninhalt als in Form von elektrischer Energie bei Vollentladung verfügbare Energiemenge hinzu. Eine weitere Temperaturerhöhung auf +40°C führt zu einer weiteren Zunahme der in Form von elektrischer Energie bei Vollentladung entnehmbaren Energiemenge um den durch (1.06) bezeichneten dritten Flächeninhalt.In 1 describe: ( 1:01 ) a first discharge characteristic, which results at a storage temperature of + 40 ° C; ( 1:02 ) a second discharge characteristic, which results at a storage temperature of + 20 ° C and ( 1:03 ) a third discharge characteristic, which results at a storage temperature of 0 ° C. The amount of energy removable in the form of electrical energy at full discharge (unit: watt-hours) correlates with the surface area of the area below the respective discharge characteristic. At 0 ° C this correlates with that of ( 1:04 ) designated first surface area. If the storage tank temperature is raised to + 25 ° C, the 1:05 ) indicates second surface area as an amount of energy available in the form of full discharge electrical energy. A further increase in temperature to + 40 ° C leads to a further increase in the amount of energy removable in the form of electrical energy at full discharge by ( 1:06 ) designated third area.

Wie bereits geschildert ist zudem bekannt, dass bei Akkumulatorspeichern, die im oberen Bereich des zulässigen Betriebstemperaturfensters betrieben oder gelagert werden, eine deutliche Verstärkung der Alterungsprozesse einsetzt. Diese Alterungsprozesse schlagen sich u. a. in einer irreversiblen Abnahme der nutzbaren Speicherkapazität bzw. in einer irreversiblen Zunahme der Zell-Innenwiderstände nieder. Im Gegensatz zum Betrieb bei niedrigen Temperaturen handelt es sich dabei wie gesagt um irreversible Prozesse bzw. Verlustmechanismen, d. h. sie können, z. B. durch Absenkung der Betriebstemperatur, nicht mehr eliminiert werden.As already described, it is also known that battery accumulators, which are operated or stored in the upper range of the permissible operating temperature window, significantly increase the aging processes. These aging processes are u. a. in an irreversible decrease in the usable storage capacity or in an irreversible increase in the cell internal resistance. In contrast to the operation at low temperatures, as already stated, these are irreversible processes or loss mechanisms, ie. H. they can, for. B. by lowering the operating temperature, no longer be eliminated.

Es ist daher im Sinne eines wirtschaftlichen Betriebes zweckmäßig, einen Akkumulatorspeicher weder bei vergleichsweise hohen Temperaturen (verstärkte Alterung) zu betreiben oder zu lagern, noch einen Solchen bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen (Absinken der in Form von elektrischer Energie bei Vollentladung entnehmbaren Energiemenge bzw. des Umwandlungs-Wirkungsgrads) zu betreiben.It is therefore expedient in terms of economic operation to operate or store a rechargeable battery either at relatively high temperatures (increased aging), nor such a at comparatively low temperatures (decrease in removable in the form of electrical energy at full discharge energy or conversion Efficiency).

Es ist weiter bekannt, dass sich durch Exposition des Speichers gegenüber Sonnen- bzw. Albedostrahlung als zusätzlicher Wärmelast auf der Speicher-Gehäuseoberfläche und ggf. weitere Aufheizung durch abwärmeproduzierende elektrochemische Prozesse während des Speicherbetriebs (Entladen/Laden) Speichertemperaturen einstellen können, die deutlich über der allgemeinen Luft-Umgebungstemperatur und auch über der äußeren Gehäuseoberflächentemperatur liegen.It is also known that by exposure of the memory to solar or Albedo radiation as additional heat load on the memory housing surface and possibly further heating by waste heat-producing electrochemical processes during storage operation (unload / load) can set storage temperatures well above general ambient air temperature and also above the outer housing surface temperature.

Dies führt zu einer temperaturbedingt verstärkter Alterung der Speicherzellen, ggf. in Verbindung mit einem temporären Nutzungsausfalls des gesamten Speichers, wenn die zulässige Betriebstemperatur der Speicherzellen überschritten wird und eine Übertemperatur-Notabschaltung erforderlich wird.This leads to a temperature-induced increase in aging of the memory cells, possibly in conjunction with a temporary loss of use of the entire memory when the permissible operating temperature of the memory cells is exceeded and an overtemperature emergency shutdown is required.

Es wäre daher zweckmäßig, einen solchen elektrochemischen Speicher dergestalt vor zusätzlichen Wärmelasten infolge von Sonnen/Albedoeinstrahlung zu schützen, dass auch bei lang anhaltender Exposition des Speichergehäuses gegenüber der Strahlungsquelle keine bzw. nur eine geringe Durcherhitzung bzw. Temperaturerhöhung des Speichers über die allgemeine Luft-Umgebungstemperatur hinaus erfolgt.It would therefore be expedient to protect such an electrochemical storage from additional heat loads as a result of sun / albedo radiation such that even with long-lasting exposure of the storage housing to the radiation source no or only a slight overheating or temperature increase of the memory on the general air ambient temperature takes place.

Eine dem Stand der Technik entsprechende thermische Rundumisolierung ist dazu prinzipiell nicht in der Lage- ein technisch brauchbarer, effizienter und wirtschaftlich interessanter Schutz vor allmählicher Durcherhitzung des elektrochemischen Speichers infolge Einstrahlungslasten ist nach dem Stand der Technik nicht verfügbar: Gemäß des Standes der Technik wird der geschilderten Problemstellung nur teilweise erfolgreich und mit verschiedenen, sehr spezifischen Ansätzen begegnet. Die verschiedenen Ansatzmöglichkeiten entsprechend des Standes der Technik werden im Folgenden mit ihren Vor- und Nachteilen geschildert:A prior art thermal all-round insulation is in principle not able to a technically useful, efficient and economically interesting protection against gradual heating of the electrochemical storage due to irradiation loads is not available in the prior art: According to the prior art, the described Problem solved only partly successful and met with different, very specific approaches. The various approaches according to the prior art are described below with their advantages and disadvantages:

Thermische RundumisolierungThermal all-round insulation

Es sind Akkumulatorspeicher bekannt, die über eine den Speicher allseitig umschließende thermische Isolierung verfügen, wodurch der Wärmestrom von bzw. zur Umgebung reduziert und die Angleichung der Speichertemperatur an die Umgebungstemperatur verlangsamt wird.There are known accumulator memory, which have a memory on all sides enclosing thermal insulation, whereby the heat flow from or to the environment is reduced and the alignment of the storage temperature is slowed down to ambient temperature.

Dieser Aufbau ist für den Entladebetrieb bei niedrigen Außentemperaturen bzw. im Winter zweckmäßig, da somit das Auskühlen eines nach dem Aufladen in einem warmen Raum im Kern noch warmen Akkumulatorspeichers im Außenbetrieb verlangsamt wird. Dies ist deshalb besonders vorteilhaft, weil mit einer Reduzierung der Kerntemperatur des Speichers stets auch eine Reduzierung der in Form von elektrischer Energie bei Vollentladung nutzbaren Energiemenge verbunden ist.This structure is useful for unloading at low outdoor temperatures or in winter, since thus the cooling of a still warm after charging in a warm room in the core accumulator memory is slowed down in outdoor mode. This is particularly advantageous because With a reduction in the core temperature of the memory, a reduction in the amount of energy that can be used in the form of electrical energy at full discharge is always associated.

In der Praxis macht sich eine solche Auskühlung z. B. bei Lithium-Ionen-Akkumulatorspeichern bei Speicherkerntemperaturen von unter 15°C, insbesondere von unter 5°C, durch einen signifikanten Verlust der in elektrischer Form bei Vollentladung entnehmbaren Energiemenge bemerkbar.In practice, such a cooling z. As in lithium-ion battery storage at storage core temperatures of below 15 ° C, especially below 5 ° C, noticeable by a significant loss of removable in electrical form at full discharge amount of energy.

Nachteilig bei einer solchen Lösung stellt sich der Betrieb bei gehobenen Umgebungstemperaturen dar, da die Abführung der beim Laden bzw. Entladen im Speicher entstehenden Abwärme an die Umgebung durch die thermische Rundum-Isolierung auch dann ebenfalls verlangsamt wird, was zu einer deutlichen Erhöhung der Speicherkerntemperatur führen kann – verbunden mit der Gefahr eines temporären Nutzungsausfalls durch Überhitzung und ggf. Notwendigkeit der Übertemperatur-Notabschaltung und verbunden mit einer deutlich erhöhten Alterungsgeschwindigkeit des Speichers.The disadvantage of such a solution is the operation at elevated ambient temperatures, since the discharge of the heat generated during charging or discharging in the store waste heat is also slowed down by the thermal insulation around also, resulting in a significant increase in the storage core temperature can - combined with the risk of temporary loss of use due to overheating and possibly the need for over-temperature emergency shutdown and associated with a significantly increased rate of aging of the memory.

Matrix mit PhasenwechselmaterialMatrix with phase change material

Weiter sind aus US20060063066A1 Akkumulatorspeicher bekannt, bei denen die einzelnen Speicherzellen eingebettet sind in eine Matrix aus einem mit einem Phasenwechselmaterial gefüllten, porösen Kohlenstoff. Die Schmelztemperatur des verwendeten Phasenwechselmaterials wird hier so gewählt, dass das Phasenwechselmaterial bei Überschreiten einer gewünschten Speicher-Grenztemperatur einen Phasenübergang fest-flüssig durchmacht und Wärme aus den benachbarten Speicherzellen zur Kompensation seines Schmelzenthalpie-Energiebedarfs aufnimmt.Next are out US20060063066A1 Accumulator memory is known in which the individual memory cells are embedded in a matrix of a filled with a phase change material, porous carbon. The melting temperature of the phase change material used is chosen here such that the phase change material undergoes a phase transition solid-liquid when a desired memory limit temperature is exceeded and absorbs heat from the adjacent memory cells to compensate for his enthalpy of fusion energy.

Eine solche Ausführung ist vor allem bei hohen Außentemperaturen bzw. im Sommer zweckmäßig, da somit das Überhitzen des Akkumulatorspeichers, was mit einer Erhöhung der Alterungsgeschwindigkeit bzw. der Gefahr des temporären Nutzungsausfalls wegen Überhitzung verbunden ist, im Rahmen der absolut verfügbaren ”Wärmespeicherkapazität” des verwandten Phasenwechselmaterials, begrenzt wird.Such an embodiment is particularly useful at high outdoor temperatures or in the summer, as thus the overheating of the accumulator memory, which is associated with an increase in the rate of aging or the risk of temporary loss of use due to overheating, in the context of the absolutely available "heat storage capacity" of the related Phase change material is limited.

Nicht gelöst wird durch diesen Lösungsansatz das Problem der Aufheizung infolge direkter Sonnen- bzw. indirekter Albedoeinstrahlung auf das Speichergehäuse: Eigene Experimente haben gezeigt, dass alleine durch die Aufheizung eines handelsüblichen Speichergehäuses durch Strahlung an einem sonnigen Tag auch ohne Lade-/Entladevorgänge bzw. damit verbundene Abwärmeproduktion leicht Speichertemperaturen von mehr als 50°C erreicht werden können. Wurde die absolut verfügbare Schmelzenthalpie des Phasenwechselmaterials bereits durch diesen Energieeintrag aufgezehrt, ergibt sich, insbesondere beim folgenden Betrieb mit Abwärmeproduktion, auch aus diesem Konzept kein zusätzlicher Nutzungsvorteil mehr.Not solved by this approach, the problem of heating due to direct solar or indirect albedo radiation on the storage enclosure: Own experiments have shown that alone by the heating of a commercially available storage enclosure by radiation on a sunny day without loading / unloading or so associated waste heat production easily storage temperatures of more than 50 ° C can be achieved. If the absolutely available enthalpy of fusion of the phase change material has already been consumed by this input of energy, this concept, in particular during the subsequent operation with waste heat production, no longer results in any additional use advantage.

Weiter liegt auf der Hand, dass ein solcher Aufbau keine Vorteile beim Betrieb bei niedrigen Temperaturen aufweist und der Speicher konstruktionsbedingt durch die Phasenwechselmaterial-Kohlenstoff-Matrix mit zusätzlichem Gewicht und zusätzlichem Bauraumbedarf belastet wird, was die Herstellkosten treibt und die Handhabungsfreundlichkeit bei entnehmbaren Speichern beeinträchtigt.Further, it is obvious that such a structure has no advantages in operation at low temperatures and the memory is structurally burdened by the phase change material carbon matrix with additional weight and additional space requirements, which drives the manufacturing costs and affects the ease of handling removable storage.

Vergrößerung der verbauten SpeicherkapazitätIncrease the installed storage capacity

Weiter sind Akkumulatorspeicher bekannt, bei denen das Problem der geringeren, in Form von elektrischer Energie bei Vollentladung nutzbaren Energiemenge bei niedrigen Temperaturen, bzw. das Problem der schnelleren Alterung bei hohen Temperaturen dadurch kompensiert wird, dass die im Akkumulatorpack verbaute elektrochemische Speicherkapazität deutlich erhöht wird, so dass Alterungs- und Kapazitätsverluste bei der normalen Nutzung und während der üblichen Nutzungsdauer ob dieser vorhandenen Überschusskapazität kaum bemerkbar sind.Further, accumulator memory are known in which the problem of lower, usable in the form of electrical energy at full discharge amount of energy at low temperatures, or the problem of faster aging at high temperatures is compensated by the accumulated in the accumulator pack electrochemical storage capacity is significantly increased, so that aging and capacity losses during normal use and during normal service life are barely noticeable in terms of this existing surplus capacity.

Problematisch bei dieser Lösung sind die höheren Herstellkosten, sowie eine signifikante Gewichts- und Volumenzunahme des Speichers, was ebenfalls die Herstellkosten treibt und die Handhabungsfreundlichkeit bei entnehmbaren Speichern beeinträchtigt.The problem with this solution is the higher manufacturing costs, as well as a significant increase in weight and volume of the memory, which also drives the manufacturing costs and affects the ease of handling removable storage.

Aktive Kühlung bzw. HeizungActive cooling or heating

Weiter sind Akkumulatorspeicher bekannt, die durch aktive Kühlung, beispielsweise unter Verwendung von Peltierelementen oder eines elektrisch getriebenen Kühlkreislaufes, bzw. durch aktive Heizung, beispielsweise unter Verwendung von elektrisch betriebenen Heizschlangen, eine Überhitzung bzw. Unterkühlung des elektrochemischen Speichers verhindern.Next accumulator are known, which prevent overheating or undercooling of the electrochemical storage by active cooling, for example using Peltier elements or an electrically driven cooling circuit, or by active heating, for example, using electrically operated heating coils.

Problematisch bei dieser Lösung ist, neben deutlich höheren Herstellkosten, der zusätzliche Energieverbrauch durch die aktiven Temperierungselemente, der sich negativ auf die Entladeeffizienz bzw. die in elektrischer Form bei Vollentladung entnehmbare Energiemenge niederschlagen kann.The problem with this solution, in addition to significantly higher production costs, the additional energy consumption by the active Temperierungselemente, which can be reflected on the discharge efficiency or removable in electrical form at full discharge energy amount.

Vorgenannte Schwächen des Standes der Technik werden durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst bzw. optimiert. Vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.The aforementioned weaknesses of the prior art are achieved or optimized by a device according to the invention. Advantageous embodiments and modifications of the invention are the subject of the dependent claims.

Im Weiteren erfolgt die Beschreibung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Referenz zu einem rechtshändigen kartesischen Koordinatensystem wie folgt:

  • • Die positive z-Achse verläuft parallel zum Schwerkraftvektor der Erdgravitation und ist diesem entgegengerichtet. Sie verläuft also in einer vertikalen Richtung.
  • • Die positive x-Achse verläuft im Falle einer mobilen Anwendung parallel zur Fahrtrichtung und ist dieser entgegengerichtet. Sie verläuft also in einer horizontalen Richtung.
  • • Die positive y-Achse verläuft entsprechend der rechtshändigen Form des Koordinatensystems senkrecht zu den beiden vorgenannten Achsen. Sie verläuft also ebenso in einer horizontalen Richtung.
In the following, the description of the device according to the invention with reference to a right-handed Cartesian coordinate system is given as follows:
  • • The positive z-axis is parallel to the gravitational vector of earth gravity and is directed counter to it. So it runs in a vertical direction.
  • • In the case of a mobile application, the positive x-axis runs parallel to the direction of travel and is in the opposite direction. So it runs in a horizontal direction.
  • • The positive y-axis is perpendicular to the two aforementioned axes according to the right-handed shape of the coordinate system. So it also runs in a horizontal direction.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung gem. Anspruch 1 ist schematisch in 2 als Schnitt der yz-Ebene des Referenz-Koordinatensystems (2.07) dargestellt.The device according to the invention. Claim 1 is schematically in 2 as a section of the yz plane of the reference coordinate system ( 2:07 ).

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist in 2 im Wesentlichen symmetrisch zu einer y-Mittelachse und einer x-Mittelachse (Strichpunktlinien) dargestellt; die Ausführungen zu den einzelnen Bereichen gelten ggf. für die jeweils symmetrisch dazu angeordneten Bereiche analog.The device according to the invention is in 2 shown substantially symmetrical to a y-center axis and an x-center axis (dashed-dotted lines); The remarks on the individual areas may apply analogously to the respective symmetrically arranged areas.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung (2.10) ist zumindest zeit- und bereichsweise der direkten Strahlung zumindest einer ersten elektromagnetischen Strahlungsquelle (2.09), beispielsweise der Sonnenstrahlung oder der Erdalbedostrahlung, ausgesetzt. Außerdem wird sie zumindest bereichsweise von nicht näher dargestellter Umgebungsatmosphäre bzw. Umgebungsatmosphärenfluid, beispielsweise von Luft, umschlossen bzw. umspült.The device according to the invention ( 2.10 ) is at least temporally and regionally the direct radiation of at least a first electromagnetic radiation source ( 2:09 ), such as solar radiation or Erdalbedostrahlung exposed. In addition, it is at least partially enclosed or lapped by non-illustrated ambient atmosphere or ambient atmosphere fluid, for example, air.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung (2.10) umfasst zumindest ein erstes Außenteil (2.12) das zumindest einen ersten elektrochemischen Speicher (2.11) zumindest bereichsweise umschließt.The device according to the invention ( 2.10 ) comprises at least a first outer part ( 2 .12) the at least one first electrochemical store ( 2.11 ) encloses at least regionally.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung (2.10) umfasst weiter, zumindest an seiner äußeren, einer ersten Strahlungsquelle (2.09) zugewandten Peripherie, zumindest ein erstes plattenförmiges Schildelement (2.13), das zumindest in einem ersten Abstand (2.15) zur benachbarten ersten Oberfläche (2.18) des ersten Außenteils angeordnet ist.The device according to the invention ( 2.10 ) further comprises, at least at its outer, a first radiation source ( 2:09 ) facing periphery, at least a first plate-shaped shield element ( 2.13 ), which at least at a first distance ( 2.15 ) to the adjacent first surface ( 2.18 ) of the first outer part is arranged.

In einer besonders bevorzugten Ausführung beträgt dieser erste Abstand (2.15) mindestens 3 mm, besonders bevorzugt mehr als 10 mm, ganz besonders bevorzugt zwischen 10 mm und 250 mm.In a particularly preferred embodiment, this first distance ( 2.15 ) at least 3 mm, more preferably more than 10 mm, most preferably between 10 mm and 250 mm.

Die ersten Schildelemente können mit dem ersten Außenteil eine Einheit bilden bzw. in ein erstes Außenteil integriert sein, als Anbauteil an das erste Außenteil ausgestaltet sein oder als Anbauteil an ein erstes Innenteil ausgeführt sein.The first shield elements may form a unit with the first outer part or be integrated into a first outer part, be designed as an attachment to the first outer part or be designed as an attachment to a first inner part.

Die Anbindung der ersten plattenförmigen Schildelemente (2.13) zum ersten Außenteil (2.12) erfolgt zum Zwecke der Minimierung der Wärmeübertragung durch Wärmeleitung von den ersten plattenförmigen Schildelementen (2.13) zum restlichen Außenteil durch nicht dargestellte Befestigungselemente mit geringem Befestigungsquerschnitt und hohem Wärmedurchgangswiderstand.The connection of the first plate-shaped shield elements ( 2.13 ) to the first outer part ( 2.12 ) is carried out for the purpose of minimizing the heat transfer by conduction of heat from the first plate-shaped shield elements ( 2.13 ) to the rest of the outer part by fastening elements, not shown, with low mounting cross-section and high thermal resistance.

Typische geeignete Befestigungselemente sind z. B: Schrauben, Bolzen, Stifte, Haken, Druckknöpfe, Klettverbundflächen, Saugnapfelemente, Nieten, Stege, Zylinder und weitere Formteile, die durch Formschluss, Adhäsion, Magnetkraft, Klebe- oder Schweissverfahren zumindest zwei an das Befestigungselement anliegende Bauelemente verbinden.Typical suitable fasteners are z. B: screws, bolts, pins, hooks, snaps, Velcro, suction cup elements, rivets, webs, cylinders and other moldings that connect by positive engagement, adhesion, magnetic force, bonding or welding process at least two adjacent to the fastener components.

Typische geeignete verschiebliche Befestigungselemente sind z. B. Teleskopelemente, Zahnstangen bzw. Zahnradelemente, Hydraulikzylinder, Scherengestelle, Scherenelemente o. ä.Typical suitable sliding fasteners are z. B. telescopic elements, racks or gear elements, hydraulic cylinders, scissors racks, scissors elements o. Ä.

Ein erstes plattenförmiges Schildelement (2.13) ist unter anderem dadurch gekennzeichnet, dass es zumindest bereichsweise für zumindest einen Bereich des Frequenzspektrums einer ersten elektromagnetischen Strahlungsquelle (2.09) intransparent ist.A first plate-shaped shield element ( 2.13 ) is characterized, inter alia, by at least partially covering at least a portion of the frequency spectrum of a first electromagnetic radiation source ( 2:09 ) is intransparent.

In einer bevorzugten Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist eine zweite Oberfläche (2.17) eines ersten plattenförmigen Schildelements (2.13) einen vergleichsweise niedrigen Emissionskoeffizienten, besonders bevorzugt kleiner als 0.95, ganz besonders bevorzugt zwischen 0.5 und 0.95, auf.In a preferred embodiment of the device according to the invention, a second surface ( 2.17 ) of a first plate-shaped shield element ( 2.13 ) has a comparatively low emission coefficient, more preferably less than 0.95, most preferably between 0.5 and 0.95.

In einer bevorzugten Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist eine erste Oberfläche (2.18) eines ersten Außenteils (2.12) einen vergleichsweise hohen Emissionskoeffizienten, besonders bevorzugt größer als 0.9, ganz besonders bevorzugt zwischen 0.95 und 1, auf.In a preferred embodiment of the device according to the invention, a first surface ( 2.18 ) of a first outer part ( 2.12 ) has a comparatively high emission coefficient, more preferably greater than 0.9, most preferably between 0.95 and 1.

In einer besonders bevorzugten Ausführung besitzt eine dritte Oberfläche (2.16) eines ersten plattenförmigen Schildelements (2.13) einen Remissionsgrad bezogen auf das Sonnenspektrum von mindestens 30%, besonders bevorzugt von mehr als 70%.In a particularly preferred embodiment, a third surface ( 2.16 ) of a first plate-shaped shield element ( 2.13 ) a remission degree based on the solar spectrum of at least 30%, more preferably of more than 70%.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist unter anderem dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes plattenförmiges Schildelement (2.13) mit einer zweiten Oberfläche (2.17) zusammen mit einer ersten Oberfläche (2.18) eines ersten Aussenteils (2.12) zumindest bereichsweise die Wände eines ersten Strömungskanals (2.14) bildet und diesen zumindest bereichsweise begrenzt.The device according to the invention is inter alia characterized in that a first plate-shaped shield element ( 2.13 ) with a second surface ( 2.17 ) together with a first Surface ( 2.18 ) of a first outer part ( 2.12 ) at least partially the walls of a first flow channel ( 2.14 ) forms and limits this at least partially.

Ein erster Strömungskanal (2.14) ist unter anderem dadurch gekennzeichnet, dass seine Kanalseele bzw. eine in der Strömungskanalmitte zwischen zweiter Oberfläche (2.17) und erster Oberfläche (2.18) verlaufende Stromfadenschar zumindest teil- bzw. bereichsweise Richtungskomponenten parallel zu einem ersten Schwerkraftvektor des Erdgravitationsfeldes (2.08), bzw. diesem entgegengesetzt, aufweist.A first flow channel ( 2.14 ) is characterized, inter alia, by its channel core or one in the flow channel center between the second surface ( 2.17 ) and first surface ( 2.18 ) current strands at least partially or partially directional components parallel to a first gravity vector of Erdgravitationsfeldes ( 2:08 ), or opposite thereto.

Weiter ist ein erster Strömungskanal (2.14) unter anderem dadurch gekennzeichnet, dass er über zumindest einen ersten Einströmbereich (2.19) und einen ersten Ausströmbereich (2.20) mit einer nicht näher bezeichneten Umgebungsatmosphäre verbunden und mit nicht näher bezeichnetem Umgebungsatmosphärenfluid gefüllt ist.Next is a first flow channel ( 2.14 ) characterized in that it has at least one first inflow region ( 2.19 ) and a first outflow area ( 2.20 ) is connected to an unspecified ambient atmosphere and filled with unspecified ambient atmosphere fluid.

In 2 sind weiter dargestellt: Ein erster Wärmestrom (2.22), ausgehend von einem ersten plattenförmigen Schildelement (2.13) hin zu einem ersten Strömungskanal (2.14), weiter ein zweiter (Ab-)Wärmestrom (2.23), ausgehend von einem ersten elektrochemischen Speicher (2.11) durch eine benachbarte erste Oberfläche (2.18) eines ersten Aussenteils (2.12) hindurch hin zu einem ersten Strömungskanal (2.14), sowie ein dritter Wärmestrom (2.21), der von einer dritten Oberfläche (2.16) eines ersten plattenförmigen Schildelements (2.13) nach außen zur freien Atmosphäre gerichtet ist.In 2 are further shown: a first heat flow ( 2.22 ), starting from a first plate-shaped shield element ( 2.13 ) to a first flow channel ( 2.14 ), a second (waste) heat flow ( 2.23 ), starting from a first electrochemical store ( 2.11 ) by an adjacent first surface ( 2.18 ) of a first outer part ( 2.12 ) through to a first flow channel ( 2.14 ), as well as a third heat flow ( 2.21 ), from a third surface ( 2.16 ) of a first plate-shaped shield element ( 2.13 ) is directed outwards to the free atmosphere.

Weiter ist dargestellt ein erster Fluidstrom (2.24) durch einen ersten Strömungskanal (2.14), der eine dem Schwerkraftvektor des Erdgravitationsfeldes (2.08) zumindest bereichsweise entgegengerichtete z-Richtungskomponente gem. des Referenz-Koordinatensystems (2.07) aufweist, und ein zweiter Fluidstrom (2.25), der entlang einer dritten Oberfläche (2.16) eines ersten plattenförmigen Schildelements vorbeistreicht und ebenfalls eine dem Schwerkraftvektor (2.08) zumindest bereichsweise entgegengerichtete z-Richtungskomponente aufweist.Next is shown a first fluid flow ( 2.24 ) through a first flow channel ( 2.14 ), which is a gravity vector of the Earth's gravitational field ( 2:08 ) at least partially opposing z-direction component gem. of the reference coordinate system ( 2:07 ), and a second fluid stream ( 2.25 ) running along a third surface ( 2.16 ) of a first plate-shaped shield element and also a gravity vector ( 2:08 Has at least partially opposing z-direction component.

Weiter sind dargestellt das verwendete Referenz-Koordinatensystem bzw. die verwendete Koordinatensystemebene (2.07). Im Übrigen ist die erfindungsgemäße Vorrichtung zumindest bereichsweise von nicht näher dargestelltem Umgebungsatmosphärenfluid umgeben bzw. umspült.Furthermore, the reference coordinate system or the coordinate system level used ( 2:07 ). Incidentally, the device according to the invention is at least partially surrounded or surrounded by non-illustrated ambient atmospheric fluid.

An der erfindungsgemäßen Vorrichtung (2.10) finden, zumindest zeitweise und zumindest bereichsweise, die folgenden erfindungsrelevanten physikalischen Vorgänge statt:

  • • Eine erste Strahlungsquelle (2.09) wirft elektromagnetische Strahlung auf eine dritte Oberfläche (2.16) eines ersten plattenförmigen Schildelements (2.13) und heizt diese Oberfläche, und damit mittelbar das gesamte plattenförmige Schildelement (2.13), so weit auf, bis sich Einstrahlungsleistung von der ersten Strahlungsquelle (2.09), die Abstrahlungsleistungen der Oberflächen (2.16), (2.17) von (2.13), Remissionsleistung der Oberfläche (2.16), Wärmeleitungseffekte und die Wärmeabfuhr durch das umgebende Atmosphärenfluid (Konvektion) am ersten plattenförmigen Schildelement (2.13) in einer Wärmebilanz die Waage halten. Der Wärmeeintrag durch Sonneneinstrahlung auf z. B. Kunststoffoberflächen ist unter Umständen erheblich: Temperaturen auf Oberflächen analog zu dritten Oberflächen (2.16) von > 50°C bei Atmosphären-Umgebungstemperaturen von 25°C (im Schatten gemessen) sind an wolkenlosen Tagen auch in gemäßigten Breiten keine Seltenheit.
  • • In unmittelbarer Nähe einer zweiten Oberfläche (2.17) eines ersten plattenförmigen Schildelements (2.13) bzw. einer dritten Oberfläche (2.16) eines ersten plattenförmigen Schildelements (2.16) heizt sich das anliegende Umgebungsatmosphärenfluid, z. B. Umgebungsluft, entsprechend der jeweiligen lokalen Oberflächentemperatur eines ersten plattenförmigen Schildelements (2.13) auf und steigt infolge Dichteabnahme in z-Richtung des Referenz-Koordinatensystems (2.07) auf, wodurch spontan durch natürliche Konvektion ein stationärer erster Fiuidstrom (2.24) bzw. ein zweiter stationärer Fiuidstrom (2.25) entsteht, wobei die Fluidströme Wärme aus einem ersten Wärmestrom (2.22) bzw. aus einem dritten Wärmestrom (2.21) von einer zweiten Oberfläche (2.17) eines ersten plattenförmigen Schildelements (2.13) bzw. von einer dritten Oberfläche (2.16) eines ersten plattenförmigen Schildelements (2.13) abführt und durch die Temperaturdifferenz zur Umgebungsatmosphäre bzw. durch von unten bzw. von der Seite in einem ersten Einströmbereich (2.19) nachströmendes, kühleres Umgebungsatmosphärenfluid bzw. Umgebungsluft in Gang gehalten werden, solange eine geeignete Temperaturdifferenz besteht. Insbesondere bilden sich dadurch in einem ersten Strömungskanal (2.14) stationäre Strömungsverhältnisse mit zumindest einer nach oben bzw. gegen den Schwerkraftvektor (2.08) gerichteten Strömungskomponente eines ersten Fluidstroms (2.24) aus. Bei geeigneter Dimensionierung der nicht figürlich dargestellten Schildelement-Befestigungselemente, des Kanalquerschnitts eines ersten Strömungskanals (2.14) und geeigneter Wahl der Ein- und Ausströmgeometrie an den ersten Einströmbereichen (2.19) bzw. ersten Ausströmbereichen (2.20) wird die Übertragung der auf eine dritte Oberfläche (2.16) eines ersten plattenförmigen Schildelements (2.16) eingestrahlten Strahlungswärme hin zu einer ersten Oberfläche (2.18) eines ersten Außenteils (2.12), und damit mittelbar hin zu einem ersten elektrochemischen Speicher (2.11) deutlich reduziert. Zudem dient ein erster Fluidstrom (2.24) weiter der Abführung von Abwärme aus einem zweiten Wärmestrom (2.23) hin zur Umgebungsatmosphäre: Die Ausbildung einer kovektiv bedingten ersten Fluidströmung (2.24) erfolgt prinzipiell auch bei alleinigem Auftreten einer Temperaturdifferenz zwischen Umgebungsatmosphäre und einer ersten Oberfläche (2.18) eines ersten Aussenteils (2.12).
At the device according to the invention ( 2.10 ) take place, at least temporarily and at least partially, the following physical processes relevant to the invention:
  • • a first radiation source ( 2:09 ) throws electromagnetic radiation onto a third surface ( 2.16 ) of a first plate-shaped shield element ( 2.13 ) and heats this surface, and thus indirectly the entire plate-shaped shield element ( 2.13 ), until the irradiation power from the first radiation source ( 2:09 ), the radiation power of the surfaces ( 2.16 ) 2.17 ) from ( 2.13 ), Remission performance of the surface ( 2.16 ), Heat conduction effects and the heat dissipation by the surrounding atmospheric fluid (convection) at the first plate-shaped shield element (FIG. 2.13 ) balance in a heat balance. The heat input by solar radiation on z. B. Plastic surfaces may be significant: Temperatures on surfaces analogous to third surfaces ( 2.16 ) of> 50 ° C at atmospheric ambient temperatures of 25 ° C (measured in the shade) are not uncommon on cloudless days even in temperate latitudes.
  • • In the immediate vicinity of a second surface ( 2.17 ) of a first plate-shaped shield element ( 2.13 ) or a third surface ( 2.16 ) of a first plate-shaped shield element ( 2.16 ) heats the applied ambient atmosphere fluid, z. B. ambient air, according to the respective local surface temperature of a first plate-shaped shield element ( 2.13 ) and increases due to density decrease in the z-direction of the reference coordinate system ( 2:07 ), whereby a stationary first Fiuidstrom spontaneously by natural convection ( 2.24 ) or a second stationary Fiuidstrom ( 2.25 ), wherein the fluid streams heat from a first heat flow ( 2.22 ) or from a third heat flow ( 2.21 ) from a second surface ( 2.17 ) of a first plate-shaped shield element ( 2.13 ) or from a third surface ( 2.16 ) of a first plate-shaped shield element ( 2.13 ) and by the temperature difference to the ambient atmosphere or by from below or from the side in a first inflow ( 2.19 ) nachströmendes, cooler ambient atmosphere fluid or ambient air are kept in motion, as long as a suitable temperature difference exists. In particular, this forms in a first flow channel ( 2.14 ) stationary flow conditions with at least one upwards or against the gravity vector ( 2:08 ) directed flow component of a first fluid stream ( 2.24 ) out. With suitable dimensioning of the non-illustrated shield element fastening elements, the channel cross-section of a first flow channel ( 2.14 ) and a suitable choice of the inflow and outflow geometry at the first inflow regions ( 2.19 ) or first outflow areas ( 2.20 ), the transfer to a third surface ( 2.16 ) of a first plate-shaped shield element ( 2.16 radiated radiant heat toward a first surface ( 2.18 ) of a first outer part ( 2.12 ), and thus indirectly to a first electrochemical storage ( 2.11 ) significantly reduced. In addition, a first fluid flow ( 2.24 ) further the removal of waste heat from a second heat flow ( 2.23 ) to the ambient atmosphere: the formation of a covective first fluid flow ( 2.24 ) takes place in principle even when a temperature difference between ambient atmosphere and a first surface ( 2.18 ) of a first outer part ( 2.12 ).

Dadurch wird das Problem der Überhitzung eines elektrochemischen Speichers infolge äußerer Strahlungslast, insbesondere der Sonneneinstrahlung, mit passiven Mitteln, d. h. ohne zusätzlichen Verbrauch an elektrischer Energie, entschärft.As a result, the problem of overheating of an electrochemical storage due to external radiation load, in particular solar radiation, with passive means, d. H. without additional consumption of electrical energy, defused.

Im Folgenden wird diese Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung anhand eines konkreten Ausführungsbeispiels geschildert:In the following, this embodiment of the device according to the invention will be described with reference to a concrete exemplary embodiment:

Ausführungsbeispiel:Embodiment:

Eine im Folgenden beschriebenes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung (3.10) umfasst einen elektrochemischen Speicher, der aus 16 Lithium-Ion-Akkumulatorzellen vom Typ Sanyo UR18650F, die geometrisch als Quader mit jeweils 4 Rundzellen nebeneinander und 4 Rundzellen übereinander zu einem Zellpaket angeordnet ist.An embodiment of the device according to the invention described below ( 3.10 ) comprises an electrochemical storage, which consists of 16 Sanyo UR18650F lithium ion accumulator cells, which are arranged geometrically as cuboids with 4 round cells next to each other and 4 round cells one above the other to form a cell packet.

Die Längsachsen der einzelnen Rundzellen verlaufen parallel zur x-Achse des Referenz-Koordinatensystems (3.07). Die Zellen sind zu einem ersten Zellpaket in einer 1S16P Anordnung verschaltet. Die Verbindung der Einzelzellpole miteinander erfolgt jeweils an Plus- und Minuspolen der Zellen durch ein in 3 nicht dargestelltes erstes rechteckiges Zellverbinderblech mit den Abmessungen 72 × 72 × 0.3 mm aus dem Werkstoff Hilumin auf der Pluspolseite und ein zweites Zellverbinderblech identischer Geometrie auf der Minuspolseite des Zellpakets. Die Außenabmessungen des Zellpaketes samt Verkabelung betragen 72 × 72 × 72 mm.The longitudinal axes of the individual round cells run parallel to the x-axis of the reference coordinate system ( 3:07 ). The cells are interconnected to form a first cell packet in a 1S16P arrangement. The connection of the single cell poles with each other takes place at plus and minus poles of the cells by a in 3 not shown first rectangular cell connector sheet with the dimensions 72 × 72 × 0.3 mm from the material Hilumin on the positive pole side and a second cell connector sheet identical geometry on the negative pole side of the cell stack. The external dimensions of the cell package including cabling are 72 × 72 × 72 mm.

Die Verbindung des ersten bzw. zweiten Zellverbinderblechs mit den einzelnen Polen der Akkumulatorzellen erfolgt durch ein Punktschweißverfahren mit 2 Schweisspunkten pro Einzelzellpol. Das erste Zellpaket ist auf der Pluspolseite durch ein erstes Kupferkabel mit 2.5 mm2 Querschnitt und einer 0.5 mm dicken Kunststoffmantelisolation mit einem äußeren Lade- bzw. Lastkreis verbunden. Das Zellpaket ist auf der Minuspolseite durch ein zweites Kupferkabel identischer Geometrie mit demselben äußeren Lade- bzw. Lastkreis verbunden.The connection of the first and second cell connector sheet to the individual poles of the battery cells is carried out by a spot welding method with 2 welding points per single cell pole. The first cell packet is connected on the positive pole side by a first copper cable with 2.5 mm 2 cross section and a 0.5 mm thick plastic jacket insulation with an external charging or load circuit. The cell stack is connected on the negative pole side by a second copper cable of identical geometry to the same external load or load circuit.

Das erste und das zweite Kupferkabel sind mit ihren ersten bzw. zweiten Zellverbinderblechen mittels eines Punktschweißverfahrens verbunden. Das Zellpaket ist allseitig, mit max. 1 mm Abstand zur Innenwandung, umschlossen von einem quaderförmigen ersten Aussenteil (3.12) aus dem Kunststoff ABS mit einer Gehäusewandstärke von 1 mm. Die nicht näher beschriebene Kabelführung der beiden Kupferkabel erfolgt durch zweckmäßige, nicht näher beschriebene Öffnungen an der Unterseite des ersten Aussenteils (3.12).The first and second copper cables are connected to their first and second cell connector sheets, respectively, by a spot welding method. The cell package is all-round, with max. 1 mm distance to the inner wall, enclosed by a cuboid first outer part ( 3.12 ) made of ABS plastic with a housing wall thickness of 1 mm. The unspecified cable guide of the two copper cables is carried out by appropriate, unspecified openings on the underside of the first outer part ( 3.12 ).

Die Zusammenhänge werden im Weiteren beschrieben anhand 3.The relationships will be described below 3 ,

Ein quaderförmiges, das Zellpaket allseitig umschließende, erste Aussenteil (3.12) ist mit einer an der Unterseite des ersten Aussenteils (3.12) zentral angebrachten ersten Sockelscheibe (3.31) aus ABS mit Durchmesser 40 mm und Länge 70 mm durch eine Klebeverbindung verbunden und mit der ersten Sockelscheibe (3.31) als ”Fuß” auf einer Fläche bzw. Unterlage parallel zur xy-Ebene des Referenz-Koordinatensystems (3.07) aufgestellt.A cuboid, the cell packet on all sides enclosing, first outer part ( 3.12 ) is with a at the bottom of the first outer part ( 3.12 ) centrally mounted first base plate ( 3.31 ) made of ABS with a diameter of 40 mm and a length of 70 mm connected by an adhesive bond and with the first base plate ( 3.31 ) as a "foot" on a surface parallel to the xy plane of the reference coordinate system ( 3:07 ).

Die Außenabmessungen des ersten Aussenteils (3.12) ohne Sockelscheibe betragen (in x/y/z-Ausdehnung) 76 × 76 × 76 mm.The outer dimensions of the first outer part ( 3.12 ) without base plate (in x / y / z dimensions) 76 × 76 × 76 mm.

Am seitlichen Umfang des ersten Aussenteils (3.12) sind vier erste plattenförmige Schildelemente (3.13) mit jeweils 10 mm Abstand nach außen parallel versetzt zu den vier jeweils direkt benachbarten ersten Oberflächen (3.18) des ersten Aussenteils (3.12) angeordnet.At the lateral circumference of the first outer part ( 3.12 ) are four first plate-shaped shield elements ( 3.13 ) with each 10 mm distance outwards offset parallel to the four directly adjacent first surfaces ( 3.18 ) of the first outer part ( 3.12 ) arranged.

Die Abmessungen der ersten plattenförmigen Schildelemente (3.13) betragen 76 × 76 × 1 mm. Die ersten plattenförmigen Schildelemente bestehen aus dem Werkstoff ABS.The dimensions of the first plate-shaped shield elements ( 3.13 ) are 76 × 76 × 1 mm. The first plate-shaped shield elements are made of the material ABS.

Die Verbindung der ersten, plattenförmigen Schildelemente (3.13) mit dem ersten Aussenteil (3.12) erfolgt an äußeren, zur z-Achse parallel verlaufenden Kanten der plattenförmigen Schildelemente (3.13) mittels insgesamt 8 senkrechter bzw. parallel zur Z-Achse verlaufender, erster Abstandshalter-Stege (3.26) mit einer Stegbreite von 1 mm, einer Steglänge von 76 mm und einer Steghöhe von 10 mm. Die ersten Abstandshalter-Stege (3.26) sind an ihren Kontaktflächen zum ersten Außenteil (3.12) bzw. zu den benachbarten ersten plattenförmigen Schildelementen (3.13) zur Befestigung verklebt und bestehen ebenfalls aus dem Werkstoff ABS.The connection of the first, plate-shaped shield elements ( 3.13 ) with the first outer part ( 3.12 ) takes place on outer, parallel to the z-axis edges of the plate-shaped shield elements ( 3.13 ) by means of a total of 8 vertical spacer bars (or parallel to the Z-axis), 3.26 ) with a web width of 1 mm, a web length of 76 mm and a web height of 10 mm. The first spacer bars ( 3.26 ) are at their contact surfaces to the first outer part ( 3.12 ) or to the adjacent first plate-shaped shield elements ( 3.13 ) glued to the attachment and also made of the material ABS.

Auf einer der ersten Sockelscheibe (3.31) gegenüberliegenden vierten Oberfläche (3.28) des ersten Außenteils (3.12) ist ein erstes pyramidenstumpfförmiges Schalenelement (3.29) mit 10 mm Abstand (Pyramidenstumpfbasis) zur vierten Oberfläche (3.28) angeordnet. Das erste pyramidenstumpfförmige Schalenelement (3.29) ist im Bereich der Pyramidenstumpffläche mit einem ersten Durchbruch (3.30) versehen. Das erste pyramidenstumpfförmige Schalenelement (3.29) ist mit vier 10 mm langen, zylinderförmigen zweiten Abstandshaltern (3.27) aus dem Werkstoff ABS mit dem ersten Aussenteil (3.12) mittels Klebeverbindung verbunden. Der Durchmesser der zweiten Abstandshalter (3.27) beträgt 4 mm.On one of the first base plate ( 3.31 ) opposite fourth surface ( 3.28 ) of the first outer part ( 3.12 ) is a first truncated pyramidal shell element ( 3.29 ) with 10 mm distance (truncated pyramid base) to the fourth Surface ( 3.28 ) arranged. The first truncated pyramidal shell element ( 3.29 ) is in the area of the truncated pyramid surface with a first breakthrough ( 3.30 ) Mistake. The first truncated pyramidal shell element ( 3.29 ) is equipped with four 10 mm long, cylindrical second spacers ( 3.27 ) made of the material ABS with the first outer part ( 3.12 ) connected by adhesive bonding. The diameter of the second spacers ( 3.27 ) is 4 mm.

Die am Umfang des ersten Aussenteils (3.12) angebrachten ersten plattenförmigen Schildelemente (3.13) schirmen in diesem Zusammenhang die direkt benachbarten ersten Oberflächen (3.18) des ersten Außenteils (3.12) vor direkter Bestrahlung einer ersten elektromagnetischen Strahlungsquelle (3.09), hier: Der Sonne, ab und schaffen die Voraussetzung für die, je nach Sonnenstand, zwischen den ersten plattenförmigen Schildelementen (3.13) und den direkt benachbarten ersten Oberflächen (3.18) des ersten Aussenteils (3.12) spontan einsetzende, vertikale, Konvektionsströmung, die sich bei Beaufschlagung der erfindungsgemäßen Vorrichtung (3.10) mit Sonneneinstrahlung nach kurzer Zeit spontan ausbildet und durch die Temperaturdifferenz zur Umgebungsatmosphäre bzw. durch von unten bzw. der Seite nachströmende kühlere Atmosphärenluft in Gang gehalten wird.The at the periphery of the first outer part ( 3.12 ) mounted first plate-shaped shield elements ( 3.13 ) shield in this context the directly adjacent first surfaces ( 3.18 ) of the first outer part ( 3.12 ) before direct irradiation of a first electromagnetic radiation source ( 3:09 ), here: the sun, and create the condition for, depending on the position of the sun, between the first plate-shaped shield elements ( 3.13 ) and the directly adjacent first surfaces ( 3.18 ) of the first outer part ( 3.12 ) spontaneous, vertical, convection flow, which occurs when the device according to the invention ( 3.10 ) spontaneously formed with solar radiation after a short time and kept in motion by the temperature difference to the ambient atmosphere or by flowing from below or the side of cooler atmospheric air.

Das erste pyramidenstumpfförmige Schalenelement (3.29) übernimmt eine vergleichbare Abschirmfunktion für die vierte Oberfläche (3.28) des ersten Aussenteils. Bei Beaufschlagung der erfindungsgemäßen Vorrichtung (3.10) mit einer Strahlungslast im Bereich des ersten pyramidenstumpfförmigen Schalenelements (3.29) setzt u. a. auch an der Innenwand des pyamidenstumpfförmigen Schalenelements (3.29) spontan eine dem Schwerkraftvektor (3.08) entgegengesetzte stationäre Konvektionsströmung ein, die an der Innenseite des pyramidenstumpfförmigen Schalenelements (3.29) entlangstreicht, durch den Durchbruch (3.30) nach oben austritt und durch die Temperaturdifferenz des ersten pyramidenförmigen Schalenelements (3.29) zur Umgebungsatmosphäre und durch von der Seite im Bereich der Pyramidenstumpfbasis nachströmendes, kühleres Atmosphärenfluid in Gang gehalten wird. Damit wird der Wärmeübergang von auf der äußeren Oberfläche des ersten pyramidenstumpfförmigen Schalenelements (3.29) durch z. B. Sonneneinstrahlung eingestrahlter Strahlungswärme hin zur vierten Oberfläche (3.28) des ersten Aussenteils (3.12) deutlich reduziert.The first truncated pyramidal shell element ( 3.29 ) assumes a comparable screening function for the fourth interface ( 3.28 ) of the first outer part. When loading the device according to the invention ( 3.10 ) with a radiation load in the region of the first truncated pyramidal shell element ( 3.29 ) also inter alia on the inner wall of the pyamidenstumpfförmigen shell element ( 3.29 ) spontaneously a gravity vector ( 3:08 ) opposite stationary Konvektionsströmung on the inside of the truncated pyramid shell element ( 3.29 ), through the breakthrough ( 3.30 ) exits upward and by the temperature difference of the first pyramidal shell element ( 3.29 ) to the ambient atmosphere and by flowing from the side in the region of the truncated pyramid, cooler atmospheric fluid in motion. Thus, the heat transfer from on the outer surface of the first truncated pyramid shell member ( 3.29 ) by z. B. Solar radiation radiated radiant heat towards the fourth surface ( 3.28 ) of the first outer part ( 3.12 ) significantly reduced.

Die Pyramidenstumpfhöhe des Schalenelements beträgt 20 mm, Steigung der Flanken 30° und die Wanddicke des pyramidenstumpfförmigen Schalenelements beträgt 0.1 mm. Die Pyramidenstumpfbasis beträgt 76 × 76 mm. Das pyramidenstumpfförmige Schalenelement ist aus Aluminiumblech hergestellt.The truncated pyramid height of the shell element is 20 mm, slope of the flanks 30 ° and the wall thickness of the truncated pyramidal shell element is 0.1 mm. The truncated pyramid basis is 76 × 76 mm. The truncated pyramidal shell element is made of aluminum sheet.

Der Schutz horizontaler, nach oben weisender Oberflächen erfindungsgemäßer Vorrichtungen, beispielsweise von Deckeln, erfolgt im Prinzip stets analog durch die Bereitstellung einer abschattenden Schildfläche mit zumindest bereichsweise eine vertikale (z-)Richtungskomponente enthaltenden Oberflächenverlauf und der Vermeidung von Ansammlungen erwärmten Atmosphärenfluids in nach oben geschlossenen Schildflächenbereichen durch geeignete Durchbrüche zur Umgebungsatmosphäre.The protection of horizontal, upwardly facing surfaces of devices according to the invention, for example covers, is always analogous in principle by providing a shading shield surface with at least partially a vertical (z) direction component containing surface course and the avoidance of accumulations of heated atmospheric fluid in upwardly closed shield surface areas through suitable breakthroughs to the ambient atmosphere.

Im Anschluss an dieses Ausführungsbeispiel wird im Folgenden eine weitere besonders bevorzugte Ausführung bzw. Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung geschildert:
Es ist bekannt, dass manche elektrochemische Speicher, beispielsweise Lithium-Ionen-Akkumulatorzellen aufgrund ihres geometrischen Aufbaus eine stark anisotrope Wärmeleitung aufweisen. So liegt beispielsweise die Wärmeleitfähigkeit bei üblichen Lithium-Ionen-Rundzellen in Richtung der Zylinderachse (siehe auch 4 – (4.36)) bei einem Vielfachen der Wärmeleitfähigkeit in radialer Richtung (siehe auch 4 – (4.37).
Following on from this exemplary embodiment, a further particularly preferred embodiment or development of the device according to the invention is described below:
It is known that some electrochemical stores, for example lithium-ion accumulator cells, have a highly anisotropic heat conduction due to their geometric structure. For example, the thermal conductivity of conventional lithium-ion cylindrical cells is in the direction of the cylinder axis (see also 4 - ( 4:36 )) at a multiple of the thermal conductivity in the radial direction (see also 4 - ( 4:37 ).

Dies ist dem schichtförmigen Aufbau solcher Zellen, z. B. auf Basis eines Wickelkerns, geschuldet, wobei die Wärmeleitung entlang der (axialen) elektrischen Leiterführung (4.36) innerhalb des Zeltkörpers materialbedingt (es werden u. a. Kupfer und Aluminium eingesetzt) deutlich reibungsloser erfolgt als senkrecht (4.11) dazu (hier hemmen u. a. thermisch schlechter leitende Kunststofffolien, die als Separatormaterialien eingesetzt werden, den Wärmetransport).This is the layered structure of such cells, eg. B. based on a winding core, owed, wherein the heat conduction along the (axial) electrical conductor guide ( 4:36 ) within the tent body due to the material (copper and aluminum are used inter alia) is much smoother than perpendicular ( 4.11 ) (here, among other things, thermally poorly conductive plastic films, which are used as separator materials inhibit heat transport).

Besonders für den Einsatz in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung geeignete Akkumulatorzellen sind die Bauformen: Pouchzelle mit gegenüberliegenden Ableitern, sowie die Bauform Rundzelle. Prismatische Bauformen und Pouchzellen mit nebeneinander liegenden Ableitern sind brauchbar, aber etwas weniger gut geeignet.Especially for use in a device according to the invention suitable accumulator cells are the types: Pouch cell with opposing arresters, as well as the design round cell. Prismatic designs and pouch cells with adjacent arresters are useful, but less well suited.

Der Abtransport der beim elektrochemischen Umwandlungsprozess von chemischer in elektrische Energie (Entladen) bzw. von elektrischer in chemische Energie (Laden) in den Akkumulatorzellen anfallende Abwärme erfolgt daher innerhalb der Zellen bevorzugt in Richtung der Zellpole, d. h. z. B. bei Rundzellen in axialer Richtung (4.36) bzw. entlang der Längsachse einer Rundzelle, und bei anderen Zellbauformen analog.The removal of the resulting in the electrochemical conversion process of chemical into electrical energy (discharge) or from electrical to chemical energy (charging) in the accumulator cells waste heat is therefore within the cells preferably in the direction of the cell poles, ie, for example, in round cells in the axial direction ( 4:36 ) or along the longitudinal axis of a round cell, and in other cell types analog.

In einer besonders bevorzugten Ausführung bzw. Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird vom Umstand der stark anisotropen Wärmeleitung und der Existenz einer Vorzugs-Wärmeleitungsrichtung in elektrochemischen Zellen, insbesondere in Akkumulatorzellen, besonders bevorzugt Li-Ion-Akkumulatorzellen, Gebrauch gemacht. Die Beschreibung dieser Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung erfolgt im Folgenden anhand von 4, die einen Schnitt einer solchen erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer yz-Ebene des Referenz-Koordinatensystems (4.07) schematisch abbildet:
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist im Wesentlichen symmetrisch zu einer y-Mittelachse und einer x-Mittelachse (Strichpunktlinien) dargestellt; die Ausführungen zu den einzelnen Bereichen gelten ggf. für die jeweils symmetrisch dazu angeordneten Bereiche analog.
In a particularly preferred embodiment or development of the device according to the invention is the circumstance of strongly anisotropic Heat conduction and the existence of a preferred direction of heat conduction in electrochemical cells, in particular in battery cells, more preferably Li-ion battery cells, made use of. The description of this variant of the device according to the invention is given below with reference to FIG 4 showing a section of such a device according to the invention in a yz-plane of the reference coordinate system ( 4:07 ) schematically illustrates:
The device according to the invention is shown substantially symmetrically with respect to a Y-center axis and an X-center axis (dashed-dotted lines); The remarks on the individual areas may apply analogously to the respective symmetrically arranged areas.

Diese besonders bevorzugte Ausführung (4.10) der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist zumindest zeit- und bereichsweise der direkten Strahlung einer ersten elektromagnetischen Strahlungsquelle (4.09), beispielsweise der Sonnenstrahlung, ausgesetzt. Außerdem wird diese Ausführung zumindest bereichsweise von nicht näher dargestellter Umgebungsatmosphäre bzw. Umgebungsatmosphärenfluid, beispielsweise Umgebungsluft, umgeben.This particularly preferred embodiment ( 4.10 ) of the device according to the invention is at least in time and area of the direct radiation of a first electromagnetic radiation source ( 4:09 ), for example solar radiation. In addition, this embodiment is at least partially surrounded by non-illustrated ambient atmosphere or ambient atmosphere fluid, such as ambient air.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird in dieser Ausführung (4.10) gebildet aus zumindest einem ersten Innenteil (4.32), das einen, aus anisotrop wärmeleitenden, elektrochemischen Zellen gebildeten, ersten elektrochemischen Speicher (4.11), hier gebildet aus ersten Rundzellen (4.39), umfasst, sowie einem ersten Außenteil (4.12), das das erste Innenteil (4.32) zumindest bereichsweise umschließt.The device according to the invention is in this embodiment ( 4.10 ) formed from at least a first inner part ( 4:32 ), which is a first electrochemical storage device formed from anisotropically thermally conductive electrochemical cells ( 4.11 ), formed here from first round cells ( 4:39 ), and a first outer part ( 4.12 ), which is the first inner part ( 4:32 ) encloses at least regionally.

Ein erstes Außenteil (4.12) umfasst zudem, zumindest an seiner äußeren, einer ersten elektromagnetischen Strahlungsquelle (4.09) zugewandten Peripherie, zumindest ein erstes plattenförmiges Schildelement (4.13), das zumindest in einem ersten Abstand (4.15) zur benachbarten ersten Oberfläche (2.18) des ersten Außenteils (2.18) angeordnet ist.A first outdoor part ( 4.12 ) also comprises, at least at its outer, a first electromagnetic radiation source ( 4:09 ) facing periphery, at least a first plate-shaped shield element ( 4.13 ), which at least at a first distance ( 4.15 ) to the adjacent first surface ( 2.18 ) of the first outer part ( 2.18 ) is arranged.

Die Anbindung erster plattenförmiger Schildelemente (4.13) zum bzw. im ersten Außenteil (4.12) erfolgt, zum Zwecke der Minimierung der Wärmeübertragung durch Wärmeleitung von ersten plattenförmigen Schildelementen (4.13) zur restlichen Vorrichtung, durch erste Abstandshalter-Stege (4.26) mit geringer Anbindungs- bzw. Verbindungsquerschnittsfläche und hohem Wärmedurchgangswiderstand.The connection of first plate-shaped shield elements ( 4.13 ) to or in the first outer part ( 4.12 ), for the purpose of minimizing the heat transfer by heat conduction of first plate-shaped shield elements ( 4.13 ) to the rest of the device, by first spacer webs ( 4.26 ) with low connection or cross-sectional area and high thermal resistance.

Diese Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist unter anderem dadurch gekennzeichnet, dass erste plattenförmige Schildelemente (4.13) mit zweiten Oberflächen (4.17) der ersten plattenförmigen Schildelemente zusammen mit ersten Oberflächen (4.18) des ersten Außenteils (4.12) zumindest bereichsweise die Wände erster Strömungskanäle (4.14) bilden und diese Strömungskanäle zumindest bereichsweise begrenzen.This embodiment of the device according to the invention is inter alia characterized in that first plate-shaped shield elements ( 4.13 ) with second surfaces ( 4.17 ) of the first plate-shaped shield elements together with first surfaces ( 4.18 ) of the first outer part ( 4.12 ) at least partially the walls of first flow channels ( 4.14 ) form and limit these flow channels at least partially.

Die ersten Strömungskanäle (4.14) sind unter anderem dadurch gekennzeichnet, dass in den Strömungskanalmitten verlaufende Stromfäden zumindest bereichsweise eine Richtungskomponente parallel zum Schwerkraftvektor des Erdgravitationsfeldes (4.08) bzw. diesem entgegengesetzt aufweisen.The first flow channels ( 4.14 ) are characterized inter alia by the fact that current strands running in the flow channel centers at least in regions have a direction component parallel to the gravity vector of the earth gravitational field ( 4:08 ) or have this opposite.

Weiter sind erste Strömungskanäle (4.14) unter anderem dadurch gekennzeichnet, dass sie im Bereich erster Einströmbereiche (4.19) und erster Ausströmbereiche (4.20) zu einer nicht näher bezeichneten Umgebungsatmosphäre hin geöffnet bzw. mit dieser verbunden sind und mit nicht näher bezeichnetem Umgebungsatmosphärenfluid gefüllt sind.Next are first flow channels ( 4.14 ) characterized, inter alia, in the region of first inflow regions ( 4.19 ) and first outflow areas ( 4.20 ) are opened to an unspecified ambient atmosphere out or connected to this and are filled with unspecified ambient atmosphere fluid.

Die Ausrichtung eines ersten elektrochemischen Speichers (4.11) innerhalb eines ersten Innenteils (4.32) und die Ausrichtung eines ersten Innenteils (4.32) innerhalb eines ersten Aussenteils (4.12) ist so gestaltet, dass eine Vorzugs-Wärmeleitungsrichtung (4.36) elektrochemischer Zellen (4.39) eines elektrochemischen Speichers (4.11), zumindest bereichsweise, auf erste Strömungskanäle (4.14), zumindest bereichsweise, begrenzende, durch niedrige Wärmedurchgangswiderstände gekennzeichnete, erste Bereiche (4.34) eines ersten Außenteils (4.12) in einem ersten erfindungsgemäßen Winkel zur Flächennormalen der ersten Oberfläche (4.18), der vorzugsweise zwischen 0° und 45°, besonders bevorzugt 0° beträgt, ausgerichtet ist.The orientation of a first electrochemical store ( 4.11 ) within a first inner part ( 4:32 ) and the alignment of a first inner part ( 4:32 ) within a first outer part ( 4.12 ) is designed so that a preferred direction of heat conduction ( 4:36 ) electrochemical cells ( 4:39 ) of an electrochemical store ( 4.11 ), at least in regions, on first flow channels ( 4.14 ), at least partially, limiting, characterized by low thermal resistance, first areas ( 4:34 ) of a first outer part ( 4.12 ) at a first angle according to the invention to the surface normal of the first surface ( 4.18 ), which is preferably between 0 ° and 45 °, particularly preferably 0 °, is aligned.

Weiter umfasst ein erstes Außenteil (4.12) der erfindungsgemäßen Vorrichtung (4.10) durch hohe Wärmedurchgangswiderstände gekennzeichnete zweite Bereiche (4.33), die zumindest bereichsweise quer bzw. in einem zweiten erfindungsgemäßen Winkel zur Vorzugs-Wärmeleitungsrichtung (4.36) eines elektrochemischen Speichers (4.11) bzw. eines ersten Innenteils (4.32) angeordnet sind, bzw. in einer Nebenwärmeleitungs-Richtung (4.37), in der zellkonstruktionsbedingt nur ein Bruchteil der Abwärmeabgabe aus den einzelnen elektrochemischen Zellen (4.39) erfolgen kann, angeordnet sind.Furthermore, a first outer part ( 4.12 ) of the device according to the invention ( 4.10 ) characterized by high thermal resistance second areas ( 4:33 ), which at least partially transversely or in a second inventive angle to the preferred direction of heat conduction ( 4:36 ) of an electrochemical store ( 4.11 ) or a first inner part ( 4:32 ) are arranged, or in a secondary heat pipe direction ( 4:37 ), in the cell construction only a fraction of the waste heat output from the individual electrochemical cells ( 4:39 ), are arranged.

In 4 sind weiter dargestellt: Ein erster Wärmestrom (4.22), der, ausgehend von einer zweiten Oberfläche (4.17) eines ersten plattenförmigen Schildelements (4.13) hin zu einem ersten Strömungskanal (4.14), verläuft, sodann ein zweiter Wärmestrom (4.23), der, ausgehend von einem ersten, einen ersten elektrochemischen Speicher (4.11) umfassenden, Innenteil (4.32), durch, diesem benachbarte, erste Bereiche (4.34) eines ersten Aussenteils (4.12) hindurch hin zu ersten Oberflächen (4.18) eines ersten Außenteils als Randzone erster Strömungskanäle (4.14) verläuft, sowie ein dritter Wärmestrom (4.21), der von einer dritten Oberfläche (4.16) eines ersten plattenförmigen Schildelements (4.13) nach außen hin zur freien Atmosphäre gerichtet ist.In 4 are further shown: a first heat flow ( 4.22 ), which, starting from a second surface ( 4.17 ) of a first plate-shaped shield element ( 4.13 ) to a first flow channel ( 4.14 ), then a second heat flow ( 4.23 ), which, starting from a first, a first electrochemical storage ( 4.11 ), inner part ( 4:32 ), by, this neighboring, first areas ( 4:34 ) of a first outer part ( 4.12 ) through to first surfaces ( 4.18 ) of a first outer part as edge zone first Flow channels ( 4.14 ), and a third heat flow ( 4.21 ), from a third surface ( 4.16 ) of a first plate-shaped shield element ( 4.13 ) is directed outwards to the free atmosphere.

Weiter ist dargestellt ein erster Fluidstrom (4.24) durch einen ersten Strömungskanal (4.14), der eine dem Schwerkraftvektor (4.33) entgegengerichtete z-Richtungskomponente aufweist, und ein zweiter Fluidstrom (4.25), der entlang einer dritten Oberfläche (4.16) eines ersten plattenförmigen Schildelements (4.13) vorbeistreicht und ebenfalls eine dem Schwerkraftvektor (4.33) entgegengesetzte z-Richtungskomponente aufweist. Weiter sind erste vertikale Einströmbereiche (4.19) und erste vertikale Ausströmbereiche (4.20) der ersten Strömungskanäle (4.14) dargestellt.Next is shown a first fluid flow ( 4.24 ) through a first flow channel ( 4.14 ), which is a gravity vector ( 4:33 ) has opposing z-direction component, and a second fluid flow ( 4.25 ) running along a third surface ( 4.16 ) of a first plate-shaped shield element ( 4.13 ) and also a gravity vector ( 4:33 ) has opposite z-direction component. Furthermore, first vertical inflow regions ( 4.19 ) and first vertical outflow areas ( 4.20 ) of the first flow channels ( 4.14 ).

Die erfindungsgemäße konstruktive Ausführung von Bereichen mit hohem Wärmedurchgangswiderstand, beispielsweise (4.26), (4.33), und von Bereichen mit niedrigem Wärmedurchgangswiderstand, beispielsweise (4.34), erfolgt dergestalt, dass sich der Quotient der Wärmedurchgangswiderstände von Bereichen mit hohem Wärmedurchgangswiderstand zu Bereichen mit niedrigem Wärmedurchgangswiderstand zumindest so verhält wie 2:1, besonders bevorzugt wie 5:1, ganz besonders bevorzugt wie 20:1 oder größer.The construction according to the invention of areas with high thermal resistance, for example ( 4.26 ) 4:33 ), and areas of low thermal resistance, for example ( 4:34 ), takes place such that the quotient of the heat transfer resistances of regions with high heat transfer resistance to regions with low heat transfer resistance behaves at least as 2: 1, particularly preferably as 5: 1, very particularly preferably as 20: 1 or greater.

Die konstruktive Ausführung des thermischen Isolierungsmaterials und der Isolierungsdicke für die Ausführung eines zweiten Bereichs (4.33) des ersten Außenteils (4.12) und eines ersten Bereichs (4.34) des ersten Außenteils (4.12) erfolgt daher dergestalt, dass sich der Quotient der Wärmedurchgangswiderstände der von einem zweiten Wärmestrom (4.23) und einem vierten Wärmestrom (4.38) durchströmten, ersten (4.34) und zweiten (4.33) Bereiche des ersten Außenteils (4.12) zueinander zumindest so verhalten wie 1:2, besonders bevorzugt wie 1:5, ganz besonders bevorzugt wie 1:20, oder kleiner.The structural design of the thermal insulation material and the insulation thickness for the execution of a second area ( 4:33 ) of the first outer part ( 4.12 ) and a first area ( 4:34 ) of the first outer part ( 4.12 ) takes place in such a way that the quotient of the heat transfer resistances of a second heat flow ( 4.23 ) and a fourth heat flow ( 4:38 ), first ( 4:34 ) and second ( 4:33 ) Areas of the first outer part ( 4.12 ) at least as much as 1: 2, more preferably as 1: 5, most preferably as 1:20, or smaller.

Weiter sind in 4 dargestellt der Schwerkraftvektor des Erdgravitationsfeldes (4.08) und das verwendete Referenz-Koordinatensystem bzw. die verwendete Koordinatensystemebene (4.07). Im Übrigen ist diese Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zumindest bereichsweise von nicht näher dargestelltem Umgebungsatmosphärenfluid umgeben Weiter umfasst diese Ausführung (4.10) der erfindungsgemäßen Vorrichtung zumindest ein erstes Verschlusselement (4.35), welches temporär in einem besonders bevorzugten Betriebszustand, insbesondere bei niedrigen Umgebungstemperaturen, in zumindest einen ersten Strömungskanal (4.14) zumindest bereichsweise eingesetzt ist und den Strömungsquerschnitt eines ersten Strömungskanals (4.14) zumindest bereichsweise verringert bzw. verschließt.Next are in 4 the gravity vector of the Earth's gravitational field ( 4:08 ) and the reference coordinate system used or the coordinate system level used ( 4:07 ). Incidentally, this embodiment of the device according to the invention is at least partially surrounded by non-illustrated ambient atmospheric fluid further comprises this embodiment ( 4.10 ) of the device according to the invention at least a first closure element ( 4:35 ), which temporarily in a particularly preferred operating state, in particular at low ambient temperatures, in at least a first flow channel ( 4.14 ) is used at least partially and the flow cross-section of a first flow channel ( 4.14 ) at least partially reduced or closes.

Geeignete erste Verschlusselemente (4.35) sind z. B. Einsatzformteile mit hohem Wärmedurchgangswiderstand, Klappen, Drosseln, Ventile und weitere Komponenten zur manuellen oder automatischen, beispielsweise mechanisch, elektrisch oder über Bimetallelemente, aktivierten, Wärmeübertragungs- bzw. Strömungsmanipulation.Suitable first closure elements ( 4:35 ) are z. B. insert moldings with high thermal resistance, flaps, throttles, valves and other components for manual or automatic, such as mechanical, electrical or bimetallic elements, activated, heat transfer or flow manipulation.

An dieser Ausführung (4.10) der erfindungsgemäßen Vorrichtung finden zumindest zeitweise und zumindest bereichsweise die folgenden erfindungsrelevanten physikalischen Vorgänge statt:

  • • Eine erste Strahlungsquelle (4.09) wirft elektromagnetische Strahlung auf eine dritte Oberfläche (4.16) eines ersten plattenförmigen Schildelements (4.13) und heizt diese Oberfläche, und damit mittelbar das gesamte plattenförmige Schildelement (4.13), so weit auf, bis sich die Einstrahlungsleistung von der ersten Strahlungsquelle (4.09), die Abstrahlungsleistungen der Oberflächen (4.16), (4.17) von (4.13), die Remissionsleistung der Oberfläche (4.16), Wärmeleitungseffekte und die Wärmeabfuhr durch das umgebende Atmosphärenfluid (Konvektion) am ersten plattenförmigen Schildelement (4.13) in einer Wärmebilanz die Waage halten. Der Wärmeeintrag auf z. B. Kunststoffoberflächen durch Sonneneinstrahlung ist ggf. erheblich: Oberflächentemperaturen (4.16) von > 50°C bei Atmosphären-Umgebungstemperaturen von 25°C (im Schatten gemessen) sind an wolkenlosen Tagen auch in gemäßigten Breiten keine Seltenheit.
  • • In unmittelbarer Nähe einer zweiten Oberfläche (4.17) bzw. einer dritten Oberfläche (4.16) eines ersten plattenförmigen Schildelements (4.13) heizt sich die anliegende Umgebungsluft bzw. das anliegende Umgebungsatmosphärenfluid entsprechend der jeweiligen lokalen Oberflächentemperatur eines ersten plattenförmigen Schildelements (4.13) auf und steigt infolge Dichteabnahme in z-Richtung des Referenz-Koordinatensystems (4.07) auf, wodurch spontan durch Konvektion eine stationäre erste Fluidströmung (4.24) bzw. eine stationäre zweite Fluidströmung (4.25) entsteht, die Wärme aus einem ersten Wärmestrom (4.22) bzw. aus einem dritten Wärmestrom (4.21) von einer zweiten Oberfläche (4.17) bzw. von einer dritten Oberfläche (4.16) eines ersten plattenförmigen Schildelements (4.13) abführt und die durch die Temperaturdifferenz der heißeren Oberflächen zur Umgebungsatmosphäre und durch von unten bzw. von der Seite auf Höhe der ersten Einströmbereiche (4.19) nachströmende, kühlere Umgebungsluft bzw. kühleres Umgebungsatmosphärenfluid in Gang gehalten wird. Insbesondere bilden sich dadurch in einem ersten Strömungskanal (4.14) stationäre Strömungsverhältnisse mit zumindest einer nach oben bzw. gegen den Schwerkraftvektor gerichteten Strömungskomponente eines ersten Fluidstroms (4.24) aus, die bei geeigneter Dimensionierung der ersten Abstandshalter (4.26), eines ersten Kanalquerschnitts (4.14) und geeigneter Wahl der Ein- und Ausströmgeometrie bzw. der ersten Einströmbereiche (4.19) und ersten Ausströmbereiche (4.20) eines ersten Strömungskanals (4.14) die Wärmeübertragung der auf eine dritte Oberfläche (4.16) eines ersten plattenförmigen Schildelements (4.16) eingestrahlten Strahlungswärme hin zu einer ersten Oberfläche (4.18) eines ersten Außenteils (4.12) und damit mittelbar hin zu einem elektrochemischen Speicher (4.11) deutlich reduziert. Zudem dient ein erster Fluidstrom (4.24) weiter der Abführung von Abwärme aus einem zweiten Wärmestrom (4.23) hin zur Umgebungsatmosphäre: Die Ausbildung einer kovektiv bedingten ersten Fluidströmung (4.24) erfolgt prinzipiell auch bei alleinigem Auftreten einer Temperaturdifferenz zwischen Umgebungsatmosphäre und einer ersten Oberfläche (4.18) eines ersten Aussenteils (4.12).
  • • Die Abgabe von Abwärme aus einem ersten elektrochemischen Speicher (4.11) bzw. aus einem ersten Innenteil (4.32) an die Umgebungsatmosphäre erfolgt nun hauptsächlich über eine erste Oberfläche (4.18) eines ersten Außenteils und über einen oder mehrere erste Strömungskanäle (4.14) an konvektiv bedingte erste Fluidströme (4.24). Die Wärmeabgabe von Abwärme aus einem ersten elektrochemischen Speicher (4.32) über einen vierten Wärmestrom (4.38) bzw. über einen zweiten Bereich (4.33) eines ersten Außenteils hinweg ist, insbesondere bei gemäßigten oder hohen Temperaturen, infolge des hohen Wärmedurchgangswiderstandes dieses Bereichs vergleichsweise gering. Es ergeben sich damit durch diese Ausführung (4.10) der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei gemäßigten und hohen Temperaturen keine nennenswerten Nachteile gegenüber der Ausführungsvariante nach 2
  • • Bei Entladebetrieb bei niedrigen Umgebungstemperaturen hingegen werden bei der hier geschilderten Ausführung (4.10) der erfindungsgemäßen Vorrichtung erste Strömungskanäle (4.14) durch erste Verschlusselemente (4.35), beispielsweise durch den Strömungskanal entlang der ersten Bereiche niedrigen Wärmedurchgangswiderstandes (4.34) ausfüllende Formteile mit hohem Wärmedurchgangswiderstand, verschlossen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung verhält sich dann wie ein rundum thermisch isolierter bzw. von Bereichen mit hohem Wärmedurchgangswiderstand umgebener elektrochemischer Speicher, der sich im Betrieb durch seine eigene Abwärme leicht auf einem deutlich höheren Betriebstemperaturniveau als die Atmosphären-Umgebungstemperatur halten kann.
On this version ( 4.10 ) of the device according to the invention take place at least temporarily and at least in some areas the following physical processes relevant to the invention:
  • • a first radiation source ( 4:09 ) throws electromagnetic radiation onto a third surface ( 4.16 ) of a first plate-shaped shield element ( 4.13 ) and heats this surface, and thus indirectly the entire plate-shaped shield element ( 4.13 ), until the irradiation power from the first radiation source ( 4:09 ), the radiation power of the surfaces ( 4.16 ) 4.17 ) from ( 4.13 ), the remission power of the surface ( 4.16 ), Heat conduction effects and the heat dissipation by the surrounding atmospheric fluid (convection) at the first plate-shaped shield element (FIG. 4.13 ) balance in a heat balance. The heat input on z. B. Plastic surfaces due to solar radiation may be significant: surface temperatures ( 4.16 ) of> 50 ° C at atmospheric ambient temperatures of 25 ° C (measured in the shade) are not uncommon on cloudless days even in temperate latitudes.
  • • In the immediate vicinity of a second surface ( 4.17 ) or a third surface ( 4.16 ) of a first plate-shaped shield element ( 4.13 ) heats the adjacent ambient air or the surrounding ambient atmosphere fluid according to the respective local surface temperature of a first plate-shaped shield element ( 4.13 ) and increases due to density decrease in the z-direction of the reference coordinate system ( 4:07 ), whereby spontaneously by convection a stationary first fluid flow ( 4.24 ) or a stationary second fluid flow ( 4.25 ) arises, the heat from a first heat flow ( 4.22 ) or from a third heat flow ( 4.21 ) from a second surface ( 4.17 ) or from a third surface ( 4.16 ) of a first plate-shaped shield element ( 4.13 ) and by the temperature difference of the hotter surfaces to the ambient atmosphere and from below or from the side at the level of the first inflow areas ( 4.19 ) is maintained in flowing, cooler ambient air or cooler ambient atmosphere fluid in motion. In particular, this forms in a first flow channel ( 4.14 ) stationary flow conditions with at least one upward or against the gravity vector directed flow component of a first fluid flow ( 4.24 ), which, with suitable dimensioning of the first spacers ( 4.26 ), a first channel cross-section ( 4.14 ) and a suitable choice of the inlet and Ausströmgeometrie or the first inflow ( 4.19 ) and first outflow areas ( 4.20 ) of a first flow channel ( 4.14 ) heat transfer to a third surface ( 4.16 ) of a first plate-shaped shield element ( 4.16 radiated radiant heat toward a first surface ( 4.18 ) of a first outer part ( 4.12 ) and thus indirectly to an electrochemical storage ( 4.11 ) significantly reduced. In addition, a first fluid flow ( 4.24 ) further the removal of waste heat from a second heat flow ( 4.23 ) to the ambient atmosphere: the formation of a covective first fluid flow ( 4.24 ) takes place in principle even when a temperature difference between ambient atmosphere and a first surface ( 4.18 ) of a first outer part ( 4.12 ).
  • The dissipation of waste heat from a first electrochemical store ( 4.11 ) or from a first inner part ( 4:32 ) to the ambient atmosphere now takes place mainly via a first surface ( 4.18 ) of a first outer part and via one or more first flow channels ( 4.14 ) to convective first fluid streams ( 4.24 ). The heat transfer of waste heat from a first electrochemical storage ( 4:32 ) via a fourth heat flow ( 4:38 ) or over a second area ( 4:33 ) of a first outer part is, in particular at moderate or high temperatures, due to the high thermal resistance of this area comparatively low. It thus result from this embodiment ( 4.10 ) of the device according to the invention at moderate and high temperatures no significant disadvantages compared to the embodiment according to 2
  • • When unloading at low ambient temperatures, however, in the embodiment described here ( 4.10 ) of the device according to the invention first flow channels ( 4.14 ) by first closure elements ( 4:35 ), for example, through the flow channel along the first regions of low thermal resistance ( 4:34 ) filling moldings with high thermal resistance, closed. The device according to the invention then behaves like an all-round thermally insulated or surrounded by regions with high thermal resistance electrochemical storage, which can easily hold in operation by its own waste heat at a much higher operating temperature than the atmospheric ambient temperature.

Dadurch wird nun zusätzlich das Problem der Auskühlung beim Entladebetrieb bei niedrigen Umgebungstemperaturen, zumindest auf dem Niveau des Standes der Technik, entschärft.As a result, the problem of cooling during unloading operation at low ambient temperatures, in addition to the level of the prior art, is now defused.

Da die ersten Verschlusselemente (4.35) beim Laden bei höheren Umgebungstemperaturen, z. B. Laden in einer geheizten Garage, aus den ersten Strömungskanälen (4.14) zur Verbesserung der Abwärmeabgabe ganz oder teilweise entfernt werden können, weist diese Lösung gegenüber dem Stand der Technik als zusätzlichen Vorteil die Vermeidung einer möglichen Überhitzung beim Ladeprozess auf, da über die dann wieder offenen ersten Strömungskanäle (4.14) bzw. ersten Bereiche niedrigen Wärmedurchgangswiderstands (4.34) eine effizientere Abwärmeabgabe an die Umgebungsatmosphäre erfolgt.Since the first closure elements ( 4:35 ) when charging at higher ambient temperatures, eg. B. Loading in a heated garage, from the first flow channels ( 4.14 ) can be removed in whole or in part in order to improve the waste heat emission, this solution has the additional advantage of avoiding possible overheating during the charging process, as compared to the prior art, since via the first flow channels ( 4.14 ) or first regions of low thermal resistance ( 4:34 ) a more efficient waste heat emission to the ambient atmosphere takes place.

Dadurch ist ggf. ein schnelleres Aufladen bei ggf. vergleichsweise reduzierter Alterungsgeschwindigkeit des elektrochemischen Speichers möglich.As a result, a faster charging is possibly possible with a possibly reduced aging rate of the electrochemical storage.

Ausführungsbeispielembodiment

Eine im folgenden Beispiel und anhand von 5 beschriebene Ausführung (5.10) der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst einen ersten elektrochemischen Speicher (5.11), der aus 12 Lithium-Ion-Akkumulatorzellen vom Typ Sanyo UR18650F, die geometrisch als Quader mit jeweils 3 Rundzellen nebeneinander und 4 Rundzellen übereinander angeordnet und zu einem ersten Zellpaket in einer 1S12P-Anordnung verschaltet sind. Die Verbindung der Zellpole erfolgt durch nicht dargestellte rechteckige Zellverbinderbleche mit den Abmessungen 60 × 72 × 0.5 mm aus dem Werkstoff Nickel.One in the following example and based on 5 described embodiment ( 5.10 ) of the device according to the invention comprises a first electrochemical store ( 5.11 ), consisting of 12 Sanyo UR18650F lithium-ion battery cells, arranged geometrically as cuboids with 3 round cells next to each other and 4 round cells one above the other, and interconnected to form a first cell packet in a 1S12P arrangement. The connection of the cell poles is made by the not shown rectangular cellular connector plates with the dimensions 60 × 72 × 0.5 mm made of the material nickel.

In 5 ist ein erster elektrochemischer Speicher (5.11) schematisch durch drei Rundzellen dargestellt und die Vorzugs-Wärmeleitungsrichtung (5.36) des ersten elektrochemischen Speichers durch einen Doppelpfeil. Die Längsachsen der einzelnen Rundzellen innerhalb des ersten elektrochemischen Speichers (5.11) verlaufen parallel zur x-Achse im Referenz-Koordinatensystem (5.07).In 5 is a first electrochemical store ( 5.11 ) schematically represented by three round cells and the preferred direction of heat conduction ( 5:36 ) of the first electrochemical storage by a double arrow. The longitudinal axes of the individual round cells within the first electrochemical store ( 5.11 ) are parallel to the x-axis in the reference coordinate system ( 5:07 ).

Die Vorrichtung in 5 ist zur einfachen Veranschaulichung ohne Deckel dargestellt, der in Form einer 20 mm dicken Styroporplatte ausgeführt ist.The device in 5 is shown for ease of illustration without lid, which is designed in the form of a 20 mm thick Styrofoam plate.

Die Verbindung der Zellverbinderbleche mit den einzelnen Polen der Akkumulatorzellen erfolgt durch ein Punktschweißverfahren mit 2 Schweisspunkten pro Zellpol. Die Anbindung des ersten Zellpaketes an einen äußeren Lade- bzw. Lastkreis erfolgt durch zwei geeignete, nicht dargestellte Kupferkabel mit 2.5 mm2 Querschnitt und einer 0.5 mm dicken Kunststoffmantelisolation, die aus dieser Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach unten herausgeführt und an Plus- und Minuspol mit einem ebenfalls nicht abgebildeten äußeren Lade- bzw. Lastkreis verbunden werden.The connection of the cell connector plates with the individual poles of the battery cells is carried out by a spot welding method with 2 Welding points per cell pole. The connection of the first cell stack to an external charging or load circuit is carried out by two suitable, not shown copper cable with 2.5 mm 2 cross-section and a 0.5 mm thick plastic sheath insulation, which led out of this embodiment of the device according to the invention down and at plus and minus pole with be connected to an external load or load circuit also not shown.

Dieser erste elektrochemische Speicher (5.11) bzw. dieses erste Zellpaket ist nach unten und an den Seiten mit max. 1 mm Abstand zur Innenwandung umschlossen von einem quaderförmigen ersten Außenteil (5.12) aus Kunststoff mit einer Gehäusewandstärke in den ersten Bereichen (5.34) des ersten Außenteils (5.12) von 1 mm und einer Wandstärke in den zweiten Bereichen (5.33) des ersten Aussenteils (5.12) von insgesamt 25 mm. Die zweiten Bereiche sind ausgeführt in Sandwichbauweise aus abwechselnd gefügten Lagen aus 1 mm ABS-Kunststoff, 20 mm Styropor und 1 mm ABS-Kunststoff.This first electrochemical store ( 5.11 ) or this first cell packet is down and on the sides with max. 1 mm distance to the inner wall enclosed by a cuboid first outer part ( 5.12 ) made of plastic with a housing wall thickness in the first areas ( 5:34 ) of the first outer part ( 5.12 ) of 1 mm and a wall thickness in the second areas ( 5:33 ) of the first outer part ( 5.12 ) of a total of 25 mm. The second areas are made in sandwich construction of alternating layers of 1 mm ABS plastic, 20 mm Styrofoam and 1 mm ABS plastic.

Die nicht näher beschriebene Kabelführung der beiden Kupferkabel erfolgt durch zweckmäßige, nicht näher beschriebene Öffnungen an der Unterseite des ersten Kunststoffgehäuses.The cable guide of the two copper cables not described in more detail by appropriate, unspecified openings on the underside of the first plastic housing.

Dieses erste Außenteil (5.12) ist auf einer an der Unterseite des ersten Außenteils (5.12) zentral angebrachten ersten Sockelscheibe (5.31) aus ABS mit Durchmesser 40 mm und Länge 70 mm durch eine Klebeverbindung verbunden und mit der ersten Sockelscheibe (5.31) als ”Fuß” auf einer Fläche bzw. Unterlage parallel zur xy-Ebene abgestellt. Die Außenabmessungen des ersten Außenteils (5.12) ohne Sockelscheibe und ohne erste plattenförmige Schildelemente (5.13) betragen (in x/y/z-Ausdehnung) 70 × 126 × 76 mm.This first outdoor part ( 5.12 ) is on one at the bottom of the first outer part ( 5.12 ) centrally mounted first base plate ( 5.31 ) made of ABS with a diameter of 40 mm and a length of 70 mm connected by an adhesive bond and with the first base plate ( 5.31 ) as a "foot" on a surface or pad parallel to the xy plane parked. The outer dimensions of the first outer part ( 5.12 ) without a base plate and without first plate-shaped plate elements ( 5.13 ) are (in x / y / z extent) 70 x 126 x 76 mm.

Am seitlichen Umfang des ersten Außenteils (5.12) sind zwei erste plattenförmige Schildelemente (5.13) mit jeweils 9 mm Abstand nach außen versetzt zu den jeweils benachbarten ersten Oberflächenebenen (5.18) des ersten Aussenteils (5.12) angeordnet. Schildelemente (5.13) und benachbarte erste Oberflächen (5.18) des ersten Aussenteils (5.12) bilden einen dazwischenliegenden vertikalen ersten Strömungskanal (5.14) mit ersten Einströmbereichen (5.20) und ersten Ausströmbereichen (5.19) aus.At the lateral extent of the first outer part ( 5.12 ) are two first plate-shaped shield elements ( 5.13 ) offset with each 9 mm distance to the outside to the respective adjacent first surface planes ( 5.18 ) of the first outer part ( 5.12 ) arranged. Shield elements ( 5.13 ) and adjacent first surfaces ( 5.18 ) of the first outer part ( 5.12 ) form an intermediate vertical first flow channel ( 5.14 ) with first inflow areas ( 5.20 ) and first outflow areas ( 5.19 ) out.

Die äußeren Abmessungen betragen für die ersten plattenförmigen Schildelemente (5.13) jeweils 76 × 76 × 0.2 mm. Sie bestehen aus dem Werkstoff Aluminium.The outer dimensions are for the first plate-shaped shield elements ( 5.13 ) each 76 × 76 × 0.2 mm. They consist of the material aluminum.

Die Verbindung der ersten plattenförmigen Schildelemente (5.13) mit dem ersten Aussenteil (5.12) erfolgt an äußeren senkrechten Kanten der rechteckigen Schildelemente mittels senkrechter bzw. parallel zur Z-Achse verlaufender, erster Abstandshalter-Stege (5.26) mit einer Stegbreite von 2 mm und einer Steghöhe von 9 mm. Die ersten Abstandshalter-Stege (5.26) sind an ihren Kontaktflächen zum ersten Außenteil (5.12) bzw. dem benachbarten Schildelement (5.13) verklebt und bestehen ebenfalls aus dem Werkstoff ABS.The connection of the first plate-shaped shield elements ( 5.13 ) with the first outer part ( 5.12 ) takes place on outer vertical edges of the rectangular shield elements by means of vertical or parallel to the Z-axis extending first spacer webs ( 5.26 ) with a web width of 2 mm and a web height of 9 mm. The first spacer bars ( 5.26 ) are at their contact surfaces to the first outer part ( 5.12 ) or the adjacent shield element ( 5.13 ) and are also made of the material ABS.

Die am Umfang des ersten Aussenteils (5.12) angebrachten beiden plattenförmigen Schildelemente (5.13) schirmen in diesem Zusammenhang die direkt benachbarten ersten Oberflächen (5.18) des ersten Außenteils (5.12) vor direkter Bestrahlung durch die Sonne (5.09) ab und schaffen so die Voraussetzung für eine, je nach Sonnenstand, zwischen den ersten plattenförmigen Schildelementen (5.13) und den direkt benachbarten ersten Oberflächen (5.18) des ersten Außenteils (5.12) spontan einsetzende, nicht näher dargestellte vertikale Fluidströmung.The at the periphery of the first outer part ( 5.12 ) attached two plate-shaped shield elements ( 5.13 ) shield in this context the directly adjacent first surfaces ( 5.18 ) of the first outer part ( 5.12 ) from direct irradiation by the sun ( 5:09 ) and thus create the condition for, depending on the position of the sun, between the first plate-shaped shield elements ( 5.13 ) and the directly adjacent first surfaces ( 5.18 ) of the first outer part ( 5.12 ) spontaneously occurring, not shown vertical fluid flow.

Diese Fluidströmung ist eine dem Schwerkraftvektor (5.08) entgegengerichtete Konvektionsströmung und verläuft innerhalb der erfindungsgemäßen Vorrichtung in den ersten Strömungskanälen (5.14). Sie bildet sich in einem Strömungskanal bei Beaufschlagung des dem entsprechenden ersten Strömungskanals direkt benachbarten, ersten plattenförmigen Schildelements mit Sonneneinstrahlung, bzw. beim Auftreten von Temperaturdifferenzen zwischen einer ersten Oberfläche (5.18) des ersten Aussenteils (5.12) und der Umgebungsatmosphäre infolge der Produktion von Abwärme im ersten elektrochemischen Speicher (5.11), nach kurzer Zeit spontan aus.This fluid flow is a gravity vector ( 5:08 ) directed convection flow and runs within the device according to the invention in the first flow channels ( 5.14 ). It forms in a flow channel when the first plate-shaped shield element directly adjacent to the corresponding first flow channel is exposed to sunlight, or when temperature differences occur between a first surface ( 5.18 ) of the first outer part ( 5.12 ) and the ambient atmosphere due to the production of waste heat in the first electrochemical storage ( 5.11 ), spontaneously after a short time.

Weiter abgebildet ist ein erstes Verschlusselement (5.35) als Formteil bestehend aus einem elastischen Schaumstoff, beispielsweise aus Latexschaum, mit den (unkomprimierten) Abmessungen (X × Y × Z) 10.09 m × 60 × 80 mm. Solche ersten Verschlusselemente (5.35) werden bei Außentemperaturen unterhalb von 10°C in die ersten Strömungskanäle (5.14) zwischen den ersten plattenförmigen Schildelementen und den ersten Oberflächen (5.18) eingesetzt und verschließen die ersten Strömungskanäle (5.14) durch Formschluss vollständig. Die beiden Verschlussteile analog zu (5.35) werden typischerweise bei Außentemperaturen unterhalb von 10°C in die erfindungsgemäße Vorrichtung eingesetzt und bei Temperaturen oberhalb von 12°C wieder entnommen.Also shown is a first closure element ( 5:35 ) as a molded part consisting of an elastic foam, for example made of latex foam, with the (uncompressed) dimensions (X × Y × Z) 10.09 m × 60 × 80 mm. Such first closure elements ( 5:35 ) are at outside temperatures below 10 ° C in the first flow channels ( 5.14 ) between the first plate-shaped shield elements and the first surfaces ( 5.18 ) and close the first flow channels ( 5.14 ) Completely by positive engagement. The two closure parts analogous to ( 5:35 ) are typically used at outside temperatures below 10 ° C in the inventive device and removed again at temperatures above 12 ° C.

Im Anschluss an dieses Ausführungsbeispiel wird im Folgenden eine weitere besonders bevorzugte Ausführung bzw. Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung geschildert:
Es ist bekannt, dass die beim Entladen anfallende Abwärme eines elektrochemischen Speichers mit zunehmender spezifischer Strombelastung (und nachlassender Umwandlungseffizienz) zunimmt. Wird ein elektrochemischer Speicher zur Versorgung des Antriebs eines Fahrzeugs, beispielsweise eines Elektrofahrrades, verwendet, liegt, mit gewissen Einschränkungen, ein Zusammenhang zwischen Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs und Strombelastung des elektrochemischen Speichers vor.
Following on from this exemplary embodiment, a further particularly preferred embodiment or development of the device according to the invention is described below:
It is known that the waste heat of an electrochemical store arising during discharging increases with increasing specific current load (and decreasing conversion efficiency). Becomes a used electrochemical storage for supplying the drive of a vehicle, such as an electric bicycle, there is, with certain restrictions, a relationship between vehicle speed and current load of the electrochemical storage ago.

In einer besonders bevorzugten Weiterbildung bzw. Ausführung (6.10) der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird von diesem Umstand Gebrauch gemacht. Die Beschreibung dieser Ausführung, die für den Einsatz als Energiespeicher an einem Fahrzeug, beispielsweise einem Elektrofahrrad, besonders geeignet ist, erfolgt im Folgenden anhand von 6, die einen Schnitt der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer xy-Ebene des Referenz-Koordinatensystems (6.07) darstellt:
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist im Wesentlichen symmetrisch zu einer y-Mittelachse und einer x-Mittelachse (Strichpunktlinien) dargestellt; die Ausführungen zu einzelnen Bereichen gelten ggf. für die jeweils symmetrisch dazu angeordneten Bereiche analog.
In a particularly preferred development or embodiment ( 6.10 ) of the device according to the invention is made use of this circumstance. The description of this embodiment, which is particularly suitable for use as an energy store on a vehicle, for example an electric bicycle, is described below with reference to FIG 6 showing a section of the device according to the invention in an xy plane of the reference coordinate system ( 6:07 ) represents:
The device according to the invention is shown substantially symmetrically with respect to a Y-center axis and an X-center axis (dashed-dotted lines); the comments on individual areas may apply analogously to the respective symmetrically arranged areas.

Die Einbaulage dieser Ausführung (6.10) der erfindungsgemäßen Vorrichtung an einem Fahrzeug ist besonders bevorzugt dadurch gekennzeichnet, dass die X-Achse des Referenz-Koordinatensystems (6.07) parallel zur Fahrzeuglängsachse erfolgt und diese Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem der äußeren Atmosphäre zumindest mittelbar ausgesetzten Bereich am Fahrzeug dergestalt angebracht wird, dass sich vor einem zweiten Einströmbereich (6.40) zumindest eines zweiten Strömungskanals (6.43) bei Bewegung des Fahrzeugs relativ zur Umgebungsatmosphäre ein dynamischer Staudruck aufbauen kann bzw. zumindest ein zweiter Einströmbereich (6.40), zumindest ein zweiter Strömungskanal (6.43) und zumindest ein zweiter Ausströmbereich (6.41) von einem dritten Fluidstrom (6.42) mit horizontaler Richtungskomponente, beispielsweise einem Fahrwind, zumindest teil- bzw. bereichsweise durchströmt werden.The mounting position of this version ( 6.10 ) of the device according to the invention on a vehicle is particularly preferably characterized in that the X-axis of the reference coordinate system ( 6:07 ) is carried out parallel to the vehicle longitudinal axis and this embodiment of the device according to the invention in an outer atmosphere at least indirectly exposed area on the vehicle is mounted in such a way that before a second inflow ( 6:40 ) at least one second flow channel ( 6:43 ) can build up a dynamic dynamic pressure during movement of the vehicle relative to the ambient atmosphere or at least a second inflow region (FIG. 6:40 ), at least one second flow channel ( 6:43 ) and at least a second outflow area ( 6:41 ) from a third fluid stream ( 6:42 ) are flowed through with horizontal direction component, such as a driving wind, at least partially or in sections.

Weiter ist die Einbaulage dieser Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung am Fahrzeug besonderes bevorzugt dadurch gekennzeichnet, dass die xy-Ebene des Referenz-Koordinatensystems (6.07) zumindest weitgehend parallel zur Straßen- bzw. Fahrbahnoberfläche bzw. senkrecht zum Schwerkraftvektor verläuft.Furthermore, the installation position of this variant of the device according to the invention on the vehicle is particularly preferably characterized in that the xy plane of the reference coordinate system ( 6:07 ) runs at least substantially parallel to the road surface or road surface or perpendicular to the gravity vector.

Eine besonders bevorzugte Ausführung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass erste, zumindest bereichsweise vertikal verlaufende, Strömungskanäle (analog zu 44.14) und zweite, zumindest bereichsweise horizontal verlaufende, Strömungskanäle (6.43) zu gemeinsamen dritten Strömungskanälen (analog zu 77.44), zusammenfallen. Das bedeutet insbesondere, dass in einem solchen dritten Strömungskanal eine überlagerte Durchströmung mit Geschwindigkeitskomponenten in x- und z-Richtung erfolgen kann.A particularly preferred embodiment of the invention is characterized in that first, at least partially vertically extending flow channels (analogous to 4 - 4.14 ) and second, at least partially horizontally extending flow channels ( 6:43 ) to common third flow channels (analogous to 7 - 7:44 ), coincide. This means in particular that in such a third flow channel a superimposed flow with velocity components in the x and z directions can take place.

In 6 bezeichnen bzw. sind dargestellt: Ein erster elektrochemischer Speicher (6.11), eine erste elektromagnetische Strahlungsquelle (6.09), erste plattenförmige Schildelemente (6.13) mit einer zweiten Oberfläche (6.17) und erste Bereiche (6.34) niedrigen Wärmedurchgangswiderstandes mit ersten Oberflächen (6.18), die zweite Strömungskanäle (6.43) zumindest bereichsweise begrenzen. Weiter sind dargestellt ein erstes Außenteil (6.12), erste punktförmige, d. h. eine geringe Anströmungs-Stirnfläche bzw. Wärmeleitungs-Querschnittsfläche umfassende, zweite Abstandshalter (6.27) als Befestigungselemente mit hohem Wärmedurchgangswiderstand, die der Anbindung erster plattenförmiger Schildelemente (6.13) an bzw. in einem ersten Aussenteil (6.12) dienen.In 6 denote: a first electrochemical store ( 6.11 ), a first electromagnetic radiation source ( 6:09 ), first plate-shaped shield elements ( 6.13 ) with a second surface ( 6.17 ) and first areas ( 6:34 ) low heat transfer resistance with first surfaces ( 6.18 ), the second flow channels ( 6:43 ) at least partially limit. Next are shown a first outer part ( 6.12 ), first point-shaped, ie a small flow-face or heat-conducting cross-sectional area comprising second spacers ( 6.27 ) as fasteners with high thermal resistance, the connection of the first plate-shaped shield elements ( 6.13 ) on or in a first outer part ( 6.12 ) serve.

Weiter sind dargestellt die Vorzugs-Wärmeleitungsrichtung (6.36) der Akkumulatorzellen (6.39) eines ersten elektrochemischen Speichers (6.11), die zweiten Bereiche (6.33) hohen Wärmedurchgangswiderstandes, sowie die die zweiten Strömungskanäle (6.43) begrenzenden, ersten Oberflächen (6.18). Weiter sind dargestellt die die zweiten Strömungskanäle (6.43) begrenzenden zweiten Oberflächen (6.17), sowie die, von einem ersten elektrochemischen Speicher (6.11) hin zu den zweiten Strömungskanälen (6.43) gerichteten, zweiten Wärmeströme (6.23).Next are shown the preferred direction of heat conduction ( 6:36 ) of the accumulator cells ( 6:39 ) of a first electrochemical store ( 6.11 ), the second areas ( 6:33 ) high heat transfer resistance, as well as the second flow channels ( 6:43 ) limiting first surfaces ( 6.18 ). Next are shown the second flow channels ( 6:43 ) limiting second surfaces ( 6.17 ), as well as, from a first electrochemical store ( 6.11 ) to the second flow channels ( 6:43 ), second heat flows ( 6.23 ).

Weiter sind dargestellt die aus einem ersten plattenförmigen Schildelement (6.13) hin zu den zweiten Strömungskanälen (6.43) gerichteten, ersten Wärmeströme (6.22), sowie die aus einem ersten elektrochemischen Speicher (6.11) durch die zweiten Bereiche (6.33) hohen Wärmedurchgangswiderstandes hindurchströmenden, vierten Wärmeströme (6.38). Ebenso ist dargestellt ein von einer dritten Oberfläche (6.16) eines ersten plattenförmigen Schildelements (6.13) an die freie Umgebungsatmosphäre gerichteter dritter Wärmestrom (6.21).Next are shown from a first plate-shaped shield element ( 6.13 ) to the second flow channels ( 6:43 ), first heat flows ( 6.22 ), as well as from a first electrochemical storage ( 6.11 ) through the second areas ( 6:33 ) high heat transfer resistance, fourth heat flows ( 6:38 ). Likewise, one of a third surface ( 6.16 ) of a first plate-shaped shield element ( 6.13 ) directed to the free ambient atmosphere third heat flow ( 6.21 ).

Weiter dargestellt sind nach außen gerichtete, ggf. einer ersten elektromagnetischen Strahlungsquelle (6.09), beispielsweise der Sonne, zugewandte dritte Oberflächen (6.16) eines ersten plattenförmigen Schildelements (6.13), sowie horizontale, zumindest teilweise in x-Richtung des Referenz-Koordinatensystems (6.07) verlaufende dritte Fluidströme (6.42), die sich durch Bewegung des Fahrzeugs relativ zur umgebenden Atmosphäre ausbilden (”Fahrtwind”). Weiter sind dargestellt optional einsetzbare erste Verschlusselemente (6.35), mit denen zweite Strömungskanäle (6.43) zumindest temporär, zumindest bereichsweise, verschlossen werden.Also shown are outwardly directed, possibly a first electromagnetic radiation source ( 6:09 ), for example, the sun, facing third surfaces ( 6.16 ) of a first plate-shaped shield element ( 6.13 ), as well as horizontal, at least partially in the x-direction of the reference coordinate system ( 6:07 ) extending third fluid streams ( 6:42 ), which are formed by movement of the vehicle relative to the surrounding atmosphere ("wind"). Also shown are optionally usable first closure elements ( 6:35 ), with which second flow channels ( 6:43 ) at least temporarily, at least partially closed.

Diese besonders bevorzugte Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass eine Durchströmung der Strömungskanäle zumindest zeitweise und zumindest bereichsweise durch Atmosphärenfluid sowohl in horizontaler Richtung durch einen dritten Fluidstrom (6.42) als auch in vertikaler Richtung, (analog zu 4 – (4.24)) durch einen nicht dargestellten ersten Fluidstrom bzw. durch eine Strömung mit horizontaler und vertikaler Geschwindigkeitskomponente erfolgt. Es liegt somit ein gemeinsamer Strömungskanal (analog zu 77.44) für Strömungen mit horizontaler und mit vertikalen Geschwindigkeitskomponenten, sogenannten überlagerten Strömungen, vor. This particularly preferred embodiment of the device according to the invention is characterized in particular in that a flow through the flow channels at least temporarily and at least partially by atmospheric fluid both in the horizontal direction by a third fluid flow ( 6:42 ) as well as in the vertical direction, (analogous to 4 - ( 4.24 )) by a first fluid flow, not shown, or by a flow with horizontal and vertical velocity component. There is thus a common flow channel (analogous to 7 - 7:44 ) for flows with horizontal and vertical velocity components, so-called superimposed flows.

An dieser besonders bevorzugten Ausführung (6.10) der erfindungsgemäßen Vorrichtung finden nun, zusätzlich bzw. ggf. abweichend zu den bereits anhand 4 geschilderten Vorgängen, folgende erfindungsrelevanten physikalischen Vorgänge statt:

  • • Die Gesamtvorrichtung (6.10) wird von einer ersten Strahlungsquelle (6.09) mit elektromagnetischer Strahlung beaufschlagt. Diese Strahlung trifft die Gesamtvorrichtung u. a. auf einer dritten Oberfläche (6.16) eines ersten plattenförmigen Schildelements (6.13), das einen dahinter liegenden ersten Bereich (6.34) vor der Strahlung, zumindest bereichsweise und, im Wellenlängenbereich von 100 nm oder darüber, zumindest teilweise, intransparent abschirmt.
  • • Diese dritte Oberfläche (6.16) eines ersten plattenförmigen Schildelements (6.13) strahlt einen Teil der von der Strahlungsquelle (6.09) einfallenden elektromagnetischen Strahlung direkt durch Remission ab. Der nicht remittierte Strahlungsanteil wird an der Oberfläche (6.16) absorbiert und in Wärme umgewandelt.
  • • Durch diesen Vorgang wird das betroffene erste plattenförmige Schildelement (6.13) aufgeheizt. Infolge des hohen Wärmedurchgangswiderstands der zugehörigen zweiten Abstandshalter (6.27) ist die Wärmeübertragung vom betroffenen ersten plattenförmigen Schildelement (6.13) an die übrige Vorrichtung durch Wärmeleitung vernachlässigbar klein. Die Temperatur des betroffenen ersten plattenförmigen Schildelements (6.13) steigt dabei signifikant über die Temperatur der Umgebungsatmosphäre an.
  • • In unmittelbarer Nähe einer zweiten Oberfläche (6.17) bzw. einer dritten Oberfläche (6.16) eines ersten plattenförmigen Schildelements (6.13) heizt sich die anliegende Umgebungsluft bzw. das anliegende Umgebungsatmosphärenfluid entsprechend der jeweiligen lokalen Oberflächentemperatur eines ersten plattenförmigen Schildelements (6.13) auf und steigt infolge Dichteabnahme in z-Richtung des Referenz-Koordinatensystems (6.07) auf, wodurch spontan durch Konvektion eine stationäre erste Fluidströmung (6.24) bzw. eine stationäre zweite Fluidströmung (6.25) entsteht, die Wärme aus einem ersten Wärmestrom (6.22) bzw. aus einem dritten Wärmestrom (6.21) von einer zweiten Oberfläche (6.17) bzw. von einer dritten Oberfläche (6.16) eines ersten plattenförmigen Schildelements (6.13) abführt und die durch die Temperaturdifferenz der heißeren Oberflächen zur Umgebungsatmosphäre und durch von unten bzw. von der Seite auf Höhe der nicht dargestellten ersten Einströmbereiche nachströmende, kühlere Umgebungsluft bzw. kühleres Umgebungsatmosphärenfluid in Gang gehalten wird.
  • Insbesondere bilden sich dadurch in einem ersten Strömungskanal (vgl. 4-4.14) stationäre Strömungsverhältnisse mit zumindest einer nach oben bzw. gegen den Schwerkraftvektor gerichteten Strömungskomponente eines ersten Fluidstroms (vgl. 44.24) aus, die bei geeigneter Dimensionierung der zweiten Abstandshalter (6.27), eines ersten Kanalquerschnitts (4.14) und geeigneter Wahl der Ein- und Ausströmgeometrie bzw. der ersten Einströmbereiche (vgl. 44.19) und ersten Ausströmbereiche (vgl. 44.20) eines ersten Strömungskanals (vgl. 44.14) die Wärmeübertragung der auf eine dritte Oberfläche (6.16) eines ersten plattenförmigen Schildelements (vgl. 44.16) eingestrahlten Strahlungswärme hin zu einer ersten Oberfläche (6.18) eines ersten Außenteils (6.12) und damit mittelbar hin zu einem elektrochemischen Speicher (6.11) deutlich reduziert.
  • • Die Ausbildung einer kovektiv bedingten ersten Fluidströmung (4.24) erfolgt prinzipiell auch bei alleinigem Auftreten einer Temperaturdifferenz zwischen Umgebungsatmosphäre und einer ersten Oberfläche (6.18) eines ersten Aussenteils (6.12). Analog dazu wird also Abwärme (6.23) aus dem Betrieb des elektrochemischen Speichers (6.11) infolge Ladens oder Entladens über eine durch die Abwärme relativ zur Umgebungsatmosphäre aufgeheizte zweite Oberfläche (6.18) an das Atmosphärenfluid im ersten Strömungskanal (vgl. 44.43) abgegeben, so dass auch hier ein Abwärmeabtransport durch spontan einsetzende natürliche Konvektionsströmung erfolgt.
  • • Bei Bewegung des Fahrzeugs entlang der Fahrzeuglängsachse relativ zur Umgebungsatmosphäre tritt nun zusätzlich eine horizontale, zumindest bereichsweise in x-Richtung des Referenz-Koordinatensystems (6.07) verlaufende relative Atmosphärenbewegung (Fahrtwind) in Form dritter Fluidströme auf (6.42). Die Anströmung der zweiten Strömungskanäle (6.43) durch dritte Fluidströme (6.42) bzw. das Vorbeiströmen von dritten Fluidströmen (6.42) an den dritten Oberflächen (6.16) der ersten plattenförmigen Schildelemente (6.13) führt zu zusätzlichen, als ”erzwungene Konvektion” bekannten Wärmeübergangsprozessen der dritten Wärmeströme (6.21) an den dritten Oberflächen (6.16), der ersten Wärmeströme (6.22) an den zweiten Oberflächen (6.17) und der zweiten Wärmeströme (6.23) an den ersten Oberflächen (6.18) hin zum jeweils an den Oberflächen vorbeistreichenden Umgebungsatmosphärenfluid.
  • • Dadurch wird also auch der Vorgang der Abgabe von Abwärme aus dem Betrieb des ersten elektrochemischen Speichers an die Umgebungsatmosphäre über zweite Wärmeströme (6.23) deutlich verbessert bzw. die bei gegebenen Umgebungstemperaturen realisierbaren zweite (Ab)Wärmeströme (6.23) deutlich erhöht und die Aufheizung der ersten Oberflächen (6.18), und damit mittelbar des ersten elektrochemischen Speichers (6.11), infolge elektromagnetischer Strahlung aus der Strahlungsquelle (6.09) minimiert.
  • • Liegen Umgebungstemperaturen bzw. Einstrahlbedingungen vor, bei denen eine verstärkte Abwärmeabfuhr aus einem ersten elektrochemischen Speicher (6.11) über einen zweiten (Ab)Wärmestrom (6.23) unerwünscht ist, beispielsweise im Winter, werden die zweiten Strömungskanäle (6.43) durch geeignete erste Verschlusselemente (6.35), besonders bevorzugt elastische Formeinsatzteile mit hohem Wärmedurchgangswiderstand, zumindest bereichsweise, besonders bevorzugt entlang der zweiten Oberflächen (6.18), verschlossen: Dadurch wird eine einerthermischen Rundumisolierung des ersten elektrochemischen Speichers (6.11) vergleichbare Wärmeleitungssituation erzielt.
In this particularly preferred embodiment ( 6.10 ) find the device according to the invention now, additionally or possibly different from those already based 4 described processes, the following physical processes relevant to the invention take place:
  • • The overall device ( 6.10 ) is from a first radiation source ( 6:09 ) is exposed to electromagnetic radiation. This radiation strikes the entire device, inter alia, on a third surface ( 6.16 ) of a first plate-shaped shield element ( 6.13 ), which has a first area ( 6:34 ) in front of the radiation, at least partially, and in the wavelength range of 100 nm or above, at least partially, intransparent shields.
  • • This third surface ( 6.16 ) of a first plate-shaped shield element ( 6.13 ) radiates part of the radiation source ( 6:09 ) incident electromagnetic radiation directly by remission. The non-remitted radiation component is at the surface ( 6.16 ) and converted into heat.
  • By this process, the affected first plate-shaped shield element ( 6.13 ) heated. Due to the high thermal resistance of the associated second spacers ( 6.27 ) is the heat transfer from the affected first plate-shaped shield element ( 6.13 ) to the rest of the device by heat conduction negligibly small. The temperature of the affected first plate-shaped shield element ( 6.13 ) increases significantly above the temperature of the ambient atmosphere.
  • • In the immediate vicinity of a second surface ( 6.17 ) or a third surface ( 6.16 ) of a first plate-shaped shield element ( 6.13 ) heats the adjacent ambient air or the surrounding ambient atmosphere fluid according to the respective local surface temperature of a first plate-shaped shield element ( 6.13 ) and increases due to density decrease in the z-direction of the reference coordinate system ( 6:07 ), whereby spontaneously by convection a stationary first fluid flow ( 6.24 ) or a stationary second fluid flow ( 6.25 ) arises, the heat from a first heat flow ( 6.22 ) or from a third heat flow ( 6.21 ) from a second surface ( 6.17 ) or from a third surface ( 6.16 ) of a first plate-shaped shield element ( 6.13 ) and is maintained by the temperature difference of the hotter surfaces to the ambient atmosphere and by from below or from the side at the level of the first inflow, not shown inflowing, cooler ambient air or cooler ambient atmosphere fluid in motion.
  • In particular, this forms in a first flow channel (see. 4 - 4.14 ) stationary flow conditions with at least one upward or against the gravity vector directed flow component of a first fluid flow (see. 4 - 4.24 ), which, with suitable dimensioning of the second spacers ( 6.27 ), a first channel cross-section ( 4.14 ) and a suitable choice of the inlet and Ausströmgeometrie or the first inflow (see. 4 - 4.19 ) and first outflow areas (cf. 4 - 4.20 ) of a first flow channel (see. 4 - 4.14 ) heat transfer to a third surface ( 6.16 ) of a first plate-shaped shield element (see. 4 - 4.16 radiated radiant heat toward a first surface ( 6.18 ) of a first outer part ( 6.12 ) and thus indirectly to an electrochemical storage ( 6.11 ) significantly reduced.
  • • The formation of a covective first fluid flow ( 4.24 ) takes place in principle even when a temperature difference between ambient atmosphere and a first surface ( 6.18 ) of a first outer part ( 6.12 ). Similarly, waste heat ( 6.23 ) from the operation of the electrochemical store ( 6.11 ) due to charging or discharging via a heated by the waste heat relative to the ambient atmosphere second surface ( 6.18 ) to the atmospheric fluid in the first flow channel (see. 4 - 4:43 ), so that also takes place here a Abwärmeabtransport by spontaneously occurring natural convection.
  • When moving the vehicle along the vehicle longitudinal axis relative to the ambient atmosphere, a horizontal, at least partially in the x-direction of the reference coordinate system now also occurs ( 6:07 ) running relative atmospheric motion (airstream) in the form of third fluid streams ( 6:42 ). The flow of the second flow channels ( 6:43 ) by third fluid streams ( 6:42 ) or the flow of third fluid streams ( 6:42 ) on the third surfaces ( 6.16 ) of the first plate-shaped shield elements ( 6.13 ) leads to additional, as "forced convection" known heat transfer processes of the third heat flows ( 6.21 ) at the third surfaces ( 6.16 ), the first heat flows ( 6.22 ) on the second surfaces ( 6.17 ) and the second heat flows ( 6.23 ) at the first surfaces ( 6.18 ) to the ambient atmosphere fluid passing past the surfaces.
  • Thus, the process of discharging waste heat from the operation of the first electrochemical storage to the ambient atmosphere via second heat flows ( 6.23 ) significantly improved or at a given ambient temperatures feasible second (Ab) heat flows ( 6.23 ) and the heating of the first surfaces ( 6.18 ), and thus indirectly the first electrochemical storage ( 6.11 ), due to electromagnetic radiation from the radiation source ( 6:09 ) minimized.
  • • Are there ambient temperatures or irradiation conditions in which increased waste heat removal from a first electrochemical store ( 6.11 ) via a second (off) heat flow ( 6.23 ) is undesirable, for example in winter, the second flow channels ( 6:43 ) by suitable first closure elements ( 6:35 ), particularly preferably elastic mold inserts with high heat transfer resistance, at least in regions, particularly preferably along the second surfaces ( 6.18 This closes off a thermal all-round insulation of the first electrochemical store ( 6.11 ) achieves comparable heat conduction situation.

Durch diese besonders bevorzugte Ausführung bzw. Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird zusätzlich das Problem der Überhitzung eines elektrochemischen Speichers bei Entladebetrieb und Fahrt unter hohen Umgebungstemperaturen und (Sonnen-)Einstrahllasten adressiert: Durch Verstärkung der Wärmeübertragung an die Umgebungsatmosphäre in zweiten Strömungskanälen (6.43) oder gemeinsamen Strömungskanälen (vgl. 77.44) durch erzwungene Konvektion, und damit deutlich über das allein durch natürliche Konvektion erzielbare Maß hinaus, wird der Abwärmetransport aus dem elektrochemischen Speicher (6.11) durch die zweiten Wärmeströme (6.23) der Abwärmeproduktion angepasst. Insbesondere ist ggf. eine genaue Kontrolle der Temperatur des elektrochemischen Speichers (6.11), durch Anpassung der Einströmverhältnisse der dritten Fluidströme (6.42) in x-Richtung des Referenz-Koordinatensystems (6.07), beispielsweise mittels Düsen, Drosseln, Klappen etc., oder auch durch einen Verschluß der Strömungskanäle mittels isolierender Formteile mit hohem Wärmedurchgangswiderstand, vergleichsweise einfach umsetzbar.This particularly preferred embodiment or development of the device according to the invention additionally addresses the problem of overheating of an electrochemical store during discharge operation and driving under high ambient temperatures and (solar) irradiation loads: By amplifying the heat transfer to the ambient atmosphere in second flow channels ( 6:43 ) or common flow channels (cf. 7 - 7:44 ) by forced convection, and thus clearly beyond what can be achieved only by natural convection, the waste heat transport from the electrochemical storage ( 6.11 ) by the second heat flows ( 6.23 ) adapted to the waste heat production. In particular, if necessary, a precise control of the temperature of the electrochemical storage ( 6.11 ), by adjusting the inflow conditions of the third fluid streams ( 6:42 ) in the x-direction of the reference coordinate system ( 6:07 ), for example by means of nozzles, throttles, flaps, etc., or by a closure of the flow channels by means of insulating moldings with high thermal resistance, comparatively easy to implement.

Ausführungsbeispielembodiment

Diese besonders bevorzugte Ausführung bzw. Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird im Folgenden anhand des in 7 isometrisch und ohne Deckel abgebildeten praktischen Beispiels geschildert:
Der nicht abgebildete Deckel besteht aus einem den elektrochemischen Speicher (7.11) vollständig bedeckenden, plattenförmigen Deckelteil aus 20 mm Styropor.
This particularly preferred embodiment or development of the device according to the invention will be described below with reference to the in 7 isometric and without a lid illustrated practical example:
The lid, not shown, consists of a electrochemical store ( 7.11 ) completely covering, plate-shaped cover part of 20 mm Styrofoam.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist hier im Wesentlichen symmetrisch zu einer der xz-Ebene des Referenz-Koordinatensystems (7.07) parallelen Mittelebene dargestellt; die Ausführungen zu den einzelnen Elementen bzw. Bereichen gelten ggf. für die jeweils symmetrisch dazu angeordneten Bereiche analog.The device according to the invention is essentially symmetrical to one of the xz-plane of the reference coordinate system ( 7:07 ) parallel center plane; the comments on the individual elements or areas apply, if appropriate, analogously for the areas arranged symmetrically in each case.

Diese besonders bevorzugte Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die symmetrisch zu einer xz-Ebene des Referenz-Koordinatensystems (7.07) aufgebaut ist, umfasst einen elektrochemischen Speicher bzw. ein Zellpaket aus Lithium-Ion-Akkumulatorzellen Typ Lifebatt X1E38120, die geometrisch als Quader mit jeweils 3 Rundzellen nebeneinander und 3 Rundzellen übereinander in einer 9S1P Architektur angeordnet sind.This particularly preferred embodiment of the device according to the invention, which is symmetrical to an xz-plane of the reference coordinate system ( 7:07 ), comprises an electrochemical storage or a cell pack of lithium-ion battery cells type Lifebatt X1E38120, which are geometrically arranged as a cuboid with 3 round cells next to each other and 3 round cells one above the other in a 9S1P architecture.

In 7 ist ein erster elektrochemischer Speicher (7.11) schematisch durch drei teilweise sichtbaren Rundzellen dargestellt. Die einzelnen Akkumulatorzellen des ersten elektrochemischen Speichers (7.11) sind untereinander zu einem Zellpaket verbunden durch nicht abgebildete Zellverbinder aus dem Werkstoff Hilumin mit den Abmessungen 40 × 15 × 0.4 mm, die an den einzelnen Zellpolen mittels eines Punktschweißverfahrens mit 4 Schweißpunkten pro Zellpol befestigt sind.In 7 is a first electrochemical store ( 7.11 ) schematically represented by three partially visible round cells. The individual accumulator cells of the first electrochemical store ( 7.11 ) are connected to each other in a cell packet by means not shown cell connectors made of Hilumin material with the dimensions 40 × 15 × 0.4 mm, which are attached to the individual cell poles by means of a spot welding process with 4 welds per cell pole.

Das Zellpaket wird durch eine ebenfalls nicht abgebildete Schutzschaltungs-Elektronikplatine, entsprechend der Vorgaben des Zellherstellers, vor Überladung, Unterspannung, Überstrom und Betrieb außerhalb des vom Zellhersteller vorgegebenen Temperaturfensters abgesichert. Die Kontaktierung des Zellpakets nach Außen erfolgt durch ebenfalls nicht dargestellte, an Plus- und Minuspol des Zellpakets befestigte, mit jeweils 0.5 mm Kunststoffmantel nach außen isolierte Kupfer-Lastkabel mit 2.5 mm2 Leitungsquerschnitt. Die Befestigung der Lastkabel an den Polen erfolgt ebenfalls mittels jeweils eines Schweißpunktes.The cell packet is protected by a likewise not shown protection circuit electronic board, according to the specifications of the cell manufacturer, from overcharging, undervoltage, overcurrent and operation outside the temperature window specified by the cell manufacturer. The contacting of the cell packet to the outside by not shown, attached to the positive and negative pole of the cell stack, each with 0.5 mm plastic sheath to the outside insulated copper load cable with 2.5 mm 2 cable cross-section. The attachment of the load cable to the poles is also carried out by means of one welding point.

Abgesehen von den Komponenten des elektrochemischen Speichers und den durch den Schaumstoff ”Styropor” gebildeten, zweiten Bereichen (7.33) hohen Wärmedurchgangswiderstandes (7.33) ist diese Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung (7.10) vollständig aus dem Kunststoff PE mit Gehäusewandstärken von jeweils 2 mm gefertigt. Ein Deckelteil aus 20 mm Styropor, das den ersten elektrochemischen Speicher (7.11) passgenau nach oben abdeckt, ist in der 7 nicht dargestellt.Apart from the components of the electrochemical store and the second areas formed by the foam "Styrofoam" (US Pat. 7:33 ) high thermal resistance ( 7:33 ) is this embodiment of the invention Contraption ( 7.10 ) made entirely of PE plastic with housing wall thicknesses of 2 mm each. A lid part of 20 mm polystyrene containing the first electrochemical storage ( 7.11 ) is precisely covered to the top, is in the 7 not shown.

In 7 weiter dargestellt sind ein erstes Aussenteil (7.12), eine Vorzugs-Wärmeleitungsrichtung (7.36) eines ersten elektrochemischen Speichers (7.11), die Sonne (7.09) als elektromagnetische Strahlungsquelle, sowie erste plattenförmige Schildelemente (7.13), die erste Bereiche (7.34) niedrigen Wärmedurchgangswiderstandes vor der Strahlung der Sonne (7.09) abschirmen.In 7 further shown are a first outer part ( 7.12 ), a preferred direction of heat conduction ( 7:36 ) of a first electrochemical store ( 7.11 ), the sun ( 7:09 ) as electromagnetic radiation source, as well as first plate-shaped shield elements ( 7.13 ), the first areas ( 7:34 ) low thermal resistance against the radiation of the sun ( 7:09 ) shield.

Weiter sind abgebildet dritte Strömungskanäle (7.44), die zwischen ersten plattenförmigen Schildelementen (7.13) und ersten Bereichen (7.34) des ersten Außenteils ausgebildet sind. Die ersten plattenförmigen Schildelemente sind durch zweite Abstandshalter (7.27) mit den Abmessungen 5 × 5 × 15 mm in einem Abstand von 15 mm mittels Klebeverfahren im ersten Aussenteil (7.12) angebunden.Next are shown third flow channels ( 7:44 ) between first plate-shaped shield elements ( 7.13 ) and first areas ( 7:34 ) of the first outer part are formed. The first plate-shaped shield elements are by second spacers ( 7.27 ) with the dimensions 5 × 5 × 15 mm at a distance of 15 mm by means of gluing in the first outer part ( 7.12 ).

Die dritten Strömungskanäle (7.44) sind ausgestattet mit ersten Einströmbereichen (7.19) und ersten Ausströmbereichen (7.20) für Fluidströmungen mit vertikaler Geschwindigkeitskomponente, sowie mit zweiten Einströmbereichen (7.40) und zweiten Ausströmbereichen (7.41) für Fluidströmungen mit in x-Richtung des Referenz-Koordinatensystems (7.07) verlaufenden, horizontalen Geschwindigkeitskomponenten. Somit ist eine Durchströmung der dritten Strömungskanäle (7.44) mit Fluidströmungen mit beliebigen x- bzw. z-Richtungskomponenten möglich.The third flow channels ( 7:44 ) are equipped with first inflow areas ( 7.19 ) and first outflow areas ( 7.20 ) for fluid flows with vertical velocity component, as well as with second inflow regions ( 7:40 ) and second outflow areas ( 7:41 ) for x-direction fluid flows of the reference coordinate system ( 7:07 ), horizontal velocity components. Thus, a flow through the third flow channels ( 7:44 ) possible with fluid flows with any x or z-direction components.

Weiter dargestellt in 7 ist eine erste Sattelrohrbohrung (7.54) zur Befestigung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mittels nicht dargestellter Klemmschrauben am nicht dargstellten Sattelrohr eines Elektrofahrrades. Die Einbaulage am Sattelrohr erfolgt dergestalt, dass die Fahrzeuglängsachse parallel zur x-Achse des Referenz-Koordinatensystems (7.07) verläuft. Ebenso ist dargestellt ein der z-Richtung des Referenz-Koordinatensystems (7.07) entgegengerichteter Schwerkraftvektor (7.08) des Erdgravitationsfeldes.Further illustrated in 7 is a first saddle tube bore ( 7:54 ) for fastening the device according to the invention by means not shown clamping screws on not illustrated saddle tube of an electric bicycle. The mounting position on the seat tube is such that the vehicle longitudinal axis parallel to the x-axis of the reference coordinate system ( 7:07 ) runs. Likewise, one of the z-direction of the reference coordinate system ( 7:07 ) opposing gravity vector ( 7:08 ) of the earth's gravitational field.

Bei abgeschalteter Energieentnahme aus dem elektrochemischen Speicher (7.11) schirmen senkrecht bzw. von natürlicher Konvektion durchflossene erste Schildschlitze (7.47) und dritte Strömungskanäle (7.44) bzw. die daran nach außen angrenzenden plattenförmigen Schildelemente (7.13) die erfindungsgemäße Vorrichtung (7.10) vor Wärmelasten infolge Solareinstrahlung ab- die eingestrahlte Energie wird, wie bereits mehrfach geschildert, durch natürliche Konvektion in den ersten Schildschlitzen (7.47) bzw. dritten Strömungskanälen (7.44) zumindest teilweise abgeführt und an die Umgebungsatmosphäre abgegeben.With switched off energy extraction from the electrochemical storage ( 7.11 ) shield perpendicularly or by natural convection flowed through first shield slots ( 7:47 ) and third flow channels ( 7:44 ) or the plate-shaped shield elements (FIG. 7.13 ) the device according to the invention ( 7.10 ), the incident energy is, as already described several times, due to natural convection in the first shield slots ( 7:47 ) or third flow channels ( 7:44 ) at least partially removed and released to the ambient atmosphere.

Bei laufender Energieentnahme aus dem ersten elektrochemischen Speicher (7.11) und gleichzeitiger Bewegung des Fahrzeugs relativ zur Umgebungsatmosphäre wird die erfindungsgemäße Vorrichtung durch den Fahrtwind zusätzlich mit einer horizontalen, erzwungenen, Konvektionsströmung in den dritten Strömungskanälen (7.44) beaufschlagt. Diese erzwungene Konvektionsströmung führt zum verstärkten Wärmeübergang in den ersten Bereichen (7.34) bzw. an den den dritten Strömungskanälen (7.44) zugewandten Außen-Oberflächen (7.18) der ersten Bereiche (7.34) und damit zum verbesserten Wärmeübergang bzw. zur verbesserten Abwärmeabgabe aus dem ersten elektrochemischen Speicher (7.11) an die Umgebungsatmosphäre. Dadurch wird das Temperaturniveau im ersten elektrochemischen Speicher (7.11) gesenkt.With ongoing energy removal from the first electrochemical storage ( 7.11 ) and simultaneous movement of the vehicle relative to the ambient atmosphere, the device according to the invention is additionally provided by the airstream with a horizontal, forced, convection flow in the third flow channels ( 7:44 ). This forced convection flow leads to increased heat transfer in the first areas ( 7:34 ) or at the third flow channels ( 7:44 ) facing outer surfaces ( 7.18 ) of the first areas ( 7:34 ) and thus for improved heat transfer and for improved waste heat emission from the first electrochemical storage ( 7.11 ) to the ambient atmosphere. As a result, the temperature level in the first electrochemical store ( 7.11 ) lowered.

Bei Umgebungstemperaturen unterhalb von 10°C wird diese Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung durch zwei passgenaue, nicht in der Abbildung dargestellte, Formteile aus Latexschaum ergänzt. Der erfindungsgemäße Einsatzort dieser passgenauen Formteile sind die dritten Strömungskanäle (7.44), die durch diese Formteile vollständig verschlossen werden. Die unkomprimierten Abmessungen dieser Formteile betragen 120 × 120 × 17 mm. Bei Umgebungstemperaturen oberhalb von 12°C werden die ersten Formteile wieder aus den dritten Strömungskanälen (7.44) der erfindungsgemäßen Vorrichtung herausgenommen.At ambient temperatures below 10 ° C, this embodiment of the device according to the invention is complemented by two precisely fitting, not shown in the figure, molded latex foam. The location according to the invention of these precisely fitting molded parts are the third flow channels ( 7:44 ), which are completely closed by these moldings. The uncompressed dimensions of these moldings are 120 × 120 × 17 mm. At ambient temperatures above 12 ° C, the first moldings are again from the third flow channels ( 7:44 ) taken out of the device according to the invention.

Im Anschluss an dieses Ausführungsbeispiel wird im Folgenden eine weitere besonders bevorzugte Ausführung bzw. Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung geschildert:
In einer weiteren besonders bevorzugten, hier nicht figürlich dargestellten, Ausführung bzw. Weiterbildung ist die erfindungsgemäße Vorrichtung unter anderem dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein erster elektrochemischer Speicher, ggf. samt Gehäuse, als eine aus der Gesamtvorrichtung entnehmbare Baugruppe ausgestaltet ist.
Following on from this exemplary embodiment, a further particularly preferred embodiment or development of the device according to the invention is described below:
In a further particularly preferred, not figuratively illustrated, embodiment or development, the device according to the invention is characterized inter alia in that at least one first electrochemical storage, possibly together with the housing, is configured as an assembly that can be removed from the overall device.

Besonderer Vorteil dieser Variante ist, dass die den elektrochemischen Speicher umfassende, entnehmbare Baugruppe nicht innerhalb der Gesamtvorrichtung geladen werden muss, sondern an einem anderen Ort geladen werden kann. Dies ist insbesondere beim Einsatz als mobiler Speicher für z. B. ein Elektrofahrrad zur Steigerung der Benutzungsfreundlichkeit und Handhabbarkeit des Produktes von besonderer Bedeutung.A particular advantage of this variant is that the removable assembly comprising the electrochemical storage does not have to be charged within the overall apparatus, but can be loaded at another location. This is especially when used as a mobile storage for z. As an electric bicycle to increase the ease of use and manageability of the product is of particular importance.

Bei einer weiteren besonders bevorzugten Ausführung (8.10) der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird zumindest ein erster elektrochemischer Speicher (8.11) mit einer Vorzugs-Wärmeleitungsrichtung (8.36) von einem ersten Innenteil (8.32) zumindest bereichsweise, besonders bevorzugt vollständig, umschlossen und dieses erste Innenteil (8.32) als entnehmbare Baugruppe aus der Gesamtvorrichtung (8.10) ausgeführt.In a further particularly preferred embodiment ( 8.10 ) of the device according to the invention is at least a first electrochemical Storage ( 8.11 ) with a preferred direction of heat conduction ( 8:36 ) of a first inner part ( 8:32 ) at least partially, particularly preferably completely, enclosed and this first inner part ( 8:32 ) as a removable assembly of the overall device ( 8.10 ).

Die Gesamtvorrichtung (8.10) wird demnach gebildet aus zumindest einem, zumindest einen ersten elektrochemischen Speicher (8.11) umfassenden, ersten Innenteil (8.32) und zumindest einem ersten Aussenteil (8.12), ggf. samt Anbauteilen.The overall device ( 8.10 ) is thus formed from at least one, at least a first electrochemical storage ( 8.11 ), the first inner part ( 8:32 ) and at least a first outer part ( 8.12 ), if necessary including attachments.

Besonderes Merkmal dieser besonders bevorzugten Ausführung ist die Gestaltung der Schnittstellen zwischen erstem Innenteil (8.32) und erstem Aussenteil (8.12). Die Schnittstelle des ersten Aussenteils (8.12) ist derart gestaltet, dass das Einsetzen eines ersten Innenteils in ein erstes Aussenteil in verschiedenen, besonders bevorzugt zwei verschiedenen, beispielsweise jeweils um 90° um eine gemeinsame Drehachse versetzten, Positionen erfolgen kann.A special feature of this particularly preferred embodiment is the design of the interfaces between the first inner part ( 8:32 ) and the first outer part ( 8.12 ). The interface of the first outer part ( 8.12 ) is designed such that the insertion of a first inner part in a first outer part in different, more preferably two different, for example, each offset by 90 ° about a common axis of rotation, positions can take place.

Das bedeutet also, dass ein erstes Innenteil in zumindest zwei unterschiedlichen Montagepositionen mit einem ersten Außenteil, besonders bevorzugt durch Formschluss, kompatibel ist.This means that a first inner part in at least two different mounting positions with a first outer part, more preferably by positive engagement, is compatible.

Diese besonders bevorzugte Ausführung (8.10) wird im Folgenden, als Schnitt in einer xy-Ebene des Referenz-Koordinatensystems (8.07) dargestellt, anhand von 8A und 8B erläutert.This particularly preferred embodiment ( 8.10 ) is referred to below as a section in an xy plane of the reference coordinate system ( 8:07 ), based on 8A and 8B explained.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist hier im Wesentlichen symmetrisch zu einer y-Mittelachse und einer x-Mittelachse (Strichpunktlinien) dargestellt; die Ausführungen zu einzelnen Bereichen gelten ggf. für die jeweils symmetrisch dazu angeordneten Bereiche analog.The device according to the invention is shown here substantially symmetrically with respect to a y-center axis and an x-center axis (dashed-dotted lines); the comments on individual areas may apply analogously to the respective symmetrically arranged areas.

8A zeigt ein erstes Aussenteil (8.12), welches dritte Bereiche (8.45) hohen Wärmedurchgangswiderstandes, dritte Strömungskanäle (8.44) und erste plattenförmige Schildelemente (8.13) umfasst, welche mit zweiten, zylinderförmigen, Abstandshaltern (8.27) im ersten Aussenteil (8.12) angebunden sind. 8A shows a first outer part ( 8.12 ), which third areas ( 8:45 ) high heat transfer resistance, third flow channels ( 8:44 ) and first plate-shaped shield elements ( 8.13 ), which with second, cylindrical, spacers ( 8.27 ) in the first outer part ( 8.12 ) are connected.

Weiter sind dargestellt ein erstes Innenteil (8.32), welches einen vierten Bereich (8.46) hohen Wärmedurchgangswiderstandes, einen ersten elektrochemischen Speicher (8.11), (schematisch dargestellt durch vier nebeneinander liegende Rundzellen), sowie erste Bereiche (8.34) niedrigen Wärmedurchgangswiderstandes umfasst, sowie eine erste elektromagnetische Strahlungsquelle, beispielsweise die Sonne (8.09).Next are shown a first inner part ( 8:32 ), which is a fourth area ( 8:46 ) high thermal resistance, a first electrochemical storage ( 8.11 ), (shown schematically by four adjacent round cells), as well as first areas ( 8:34 ) comprises low heat transfer resistance, as well as a first electromagnetic radiation source, for example the sun ( 8:09 ).

Erstes Aussenteil (8.12) und erstes Innenteil (8.32) sind in 8A in einer ersten Montageposition (8.51) zur erfindungsgemäßen Vorrichtung zusammengesetzt. Die Interaktion der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit der Umgebungsatmosphäre erfolgt bei Bewegung relativ zur Umgebungsatmosphäre über dritte, horizontale, Fluidströme (8.42), beispielsweise Fahrtwind, die die dritten Strömungskanäle (8.43) zumindest bereichsweise mit horizontalen Geschwindigkeitskomponenten durchströmen bzw. außen an den ersten plattenförmigen Schildelementen (8.13) entlangstreichen.First outer part ( 8.12 ) and first inner part ( 8:32 ) are in 8A in a first mounting position ( 8:51 ) assembled to the device according to the invention. The interaction of the device according to the invention with the ambient atmosphere takes place during movement relative to the ambient atmosphere via third, horizontal, fluid flows ( 8:42 ), for example, wind, which the third flow channels ( 8:43 ) flow through at least in regions with horizontal velocity components or on the outside of the first plate-shaped shield elements ( 8.13 ).

Weiter erfolgt die Interaktion der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit der Umgebungsatmosphäre in der ersten Montageposition über nicht dargstellte erste Fluidströme mit vertikaler Geschwindigkeitskomponente, die bei Auftreten einer Temperaturdifferenz zwischen der Umgebungsatmosphäre und ersten plattenförmigen Schildelementen (8.13) bzw. ersten Bereichen (8.34) niedrigen Wärmedurchgangswiderstandes spontan als natürliche Konvektionsströmungen entlang der im Vergleich zur Umgebungsatmosphäre wärmeren Oberflächen mit vertikalen, dem Schwerkraftvektor entgegengerichteter bzw. parallel zur z-Achse des Referenz-Koordinatensystems (8.07) gerichteter Strömungsrichtungen auftreten.Furthermore, the interaction of the device according to the invention with the ambient atmosphere in the first assembly position via not shown first fluid flows with vertical velocity component, which occurs when a temperature difference between the ambient atmosphere and first plate-shaped shield elements ( 8.13 ) or first areas ( 8:34 ) low thermal resistance spontaneously as natural Konvektionsströmungen along the compared to the ambient atmosphere warmer surfaces with vertical, the gravity vector opposite or parallel to the z-axis of the reference coordinate system ( 8:07 ) Directed flow directions occur.

Diese erste Montageposition (8.51) eignet sich besonders bevorzugt für den Betrieb bei gemäßigten bis hohen Umgebungstemperaturen und bei mittlerer bis hoher Solar- bzw. Albedostrahlungslast bzw. in Situationen, bei denen es darum geht, den elektrochemischen Speicher vor Aufheizung bzw. Überhitzung durch Strahlungslast und eigene Abwärme zu schützen.This first mounting position ( 8:51 ) is particularly preferred for operation at moderate to high ambient temperatures and at medium to high solar or Albedo radiation load or in situations where it comes to protect the electrochemical storage from heating or overheating by radiation load and its own waste heat.

In 8B sind, unter Verwendung der gleichen Bezeichner wie bei 8A, ein erstes Aussenteil (8.12) und ein erstes Innenteil (8.32) in einer zweiten Montageposition (8.52) dargestellt, wobei das erste Innenteil (8.32) um einen erfindungsgemäßen Winkel, besonders bevorzugt 90°, um einen gemeinsamen Drehpunkt (Schnittpunkt der Strichpunktlinien) bzw. eine den gemeinsamen Drehpunkt beinhaltende, figürlich nicht dargestellte, zur z-Achse parallele, erste Drehachse (siehe auch 9 – (9.50)), gedreht eingesetzt ist. Dadurch werden die dritten Strömungskanäle (8.43), zumindest bereichsweise, verschlossen.In 8B are using the same identifiers as in 8A , a first outer part ( 8.12 ) and a first inner part ( 8:32 ) in a second mounting position ( 8:52 ), wherein the first inner part ( 8:32 ) at an angle according to the invention, particularly preferably 90 °, about a common pivot point (intersection of the dashed lines) or a common fulcrum, figuratively not shown, parallel to the z-axis, the first axis of rotation (see also 9 - ( 9:50 )), rotated. As a result, the third flow channels ( 8:43 ), at least in certain areas, closed.

Die Interaktion der erfindungsgemäßen Vorrichtung (8.10) mit der Umgebungsatmosphäre in einer zweiten Montageposition (8.51) beschränkt sich im Wesentlichen auf das Vorbeistreichen horizontaler Fluidströme (”Fahrtwind”) und ggf. vertikaler Fluidströme an den Außenoberflächen der Vorrichtung. Fluidströme innerhalb der dritten Strömungskanäle (8.44) treten, je nach Verschlußgrad der dritten Strömungskanäle (8.43), nur noch in reduzierter Form, besonders bevorzugt: überhaupt nicht, auf. Ein, im Vergleich zur Wärmeabgabe an die Umgebungsatmosphäre an den übrigen äußeren Oberflächen der Vorrichtung, nennenswert höherer Wärmeübergang in den dritten Strömungskanälen (8.44) erfolgt nicht.The interaction of the device according to the invention ( 8.10 ) with the ambient atmosphere in a second mounting position ( 8:51 ) is essentially limited to the passage of horizontal fluid flows ("wind") and possibly vertical fluid streams on the outer surfaces of the device. Fluid flows within the third flow channels ( 8:44 ), depending on the degree of closure of the third flow channels ( 8:43 ), only in a reduced form, especially preferred: not at all. A, compared to the heat transfer to the ambient atmosphere at the other outer surfaces of the device, significantly higher heat transfer in the third flow channels ( 8:44 ) does not occur.

Diese zweite Montageposition (8.51) eignet sich besonders bevorzugt für den Betrieb bei niedrigen Umgebungstemperaturen, bei denen die Solar- bzw. Albedostrahlungslast auf die Außenoberflächen der erfindungsgemäßen Vorrichtung (8.10) in der Wärmebilanz nicht nennenswert ins Gewicht fällt bzw. wenn es darum geht, den elektrochemischen Speicher (8.11) möglichst gut vor Auskühlung zu schützen.This second mounting position ( 8:51 ) is particularly preferably suitable for operation at low ambient temperatures at which the solar or albedo radiation load on the outer surfaces of the device according to the invention ( 8.10 ) in the heat balance is not significant or when it comes to the electrochemical storage ( 8.11 ) as well as possible to protect against cooling.

Das Zusammenwirken des ersten Aussenteils (8.12) mit dem ersten Innenteil (8.32) in dieser Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist gekennzeichnet durch die Aufteilung der zweiten Bereiche (siehe 6 – (6.33)) hohen Wärmedurchgangswiderstandes in dritte Bereiche (8.45) und vierte Bereiche (8.46), die durch die zumindest zwei verschiedenen Montagepositionen (8.51), (8.52) auch voneinander getrennt angeordnet werden können.The interaction of the first outer part ( 8.12 ) with the first inner part ( 8:32 ) in this embodiment of the device according to the invention is characterized by the division of the second regions (see 6 - ( 6:33 )) high heat transfer resistance into third areas ( 8:45 ) and fourth areas ( 8:46 ) caused by the at least two different mounting positions ( 8:51 ) 8:52 ) can also be arranged separately from each other.

Beim Zusammenwirken des ersten Aussenteils (8.12) mit dem ersten Innenteil (8.32) in einer ersten Montageposition (8.51) ergibt sich kein funktionaler Unterschied zum Aufbau nach 6.In the interaction of the first outer part ( 8.12 ) with the first inner part ( 8:32 ) in a first mounting position ( 8:51 ) there is no functional difference to the structure after 6 ,

Beim Zusammenwirken des ersten Aussenteils (8.12) mit dem ersten Innenteil (8.32) in einer zweiten Montageposition (8.52) hingegen übernehmen die vierten Bereiche (8.46) die Aufgabe der bei dieser Variante nun entfallenden ersten Verschlusselemente (siehe 6 – (6.35)), verschließen die dritten Strömungskanäle (8.44) zumindest bereichsweise für horizontale und vertikale Fluidströme und stellen damit eine thermische ”Rundum”-Isolierung des elektrochemischen Speichers (8.11) in der erfindungsgemäßen Vorrichtung (8.10) her.In the interaction of the first outer part ( 8.12 ) with the first inner part ( 8:32 ) in a second mounting position ( 8:52 ), however, the fourth areas ( 8:46 ) the task of the first closure elements now omitted in this variant (see 6 - ( 6:35 )), close the third flow channels ( 8:44 ) at least partially for horizontal and vertical fluid flows and thus provide a thermal "all-round" insulation of the electrochemical storage ( 8.11 ) in the device according to the invention ( 8.10 ) ago.

In einer besonders bevorzugten, figürlich nicht dargestellten, Ausführung erfolgt die Kontaktierung des ersten elektrochemischen Speichers mit einem äußeren Verbraucher- bzw. Ladekreis über drehsymmetrische, besonders bevorzugt im Bereich der Drehachse angeordnete Kontaktierungselemente, wie z. B. über Klinkenstecker, Hohlstecker o. ä. Dadurch wird eine vergleichbare elektrische Kontaktierung in den verschiedenen Montagepositionen sichergestellt.In a particularly preferred, figuratively not shown, execution of the contacting of the first electrochemical memory with an external load or charging circuit via rotationally symmetrical, particularly preferably arranged in the region of the axis of rotation contacting elements such. B. over jack, hollow plug o. Ä. This ensures a comparable electrical contact in the various mounting positions.

In einer weiteren besonders bevorzugten, nicht detailliert dargestellten, Variante umfasst diese Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zudem fünfte Bereiche (8.48) hohen Wärmedurchgangswiderstandes, die in einer ersten Montageposition (8.51) weitgehend von den vierten Bereichen (8.46) ausgefüllt werden und in einer zweiten Montageposition (8.52) durch flexible, z. B. an einer der angrenzenden Oberflächen (vgl. 9 – (9.49)-fünfte Oberflächen) des ersten Aussenteils (8.12) befestigten, elastischen und kompressiblen thermischen Isolationsmasse, beispielsweise einem hochelastischen offenporigen Schaumstoff mit hohem Porositätsgrad, ausgefüllt wird, welcher bei Anwendung einer ersten Montageposition (8.51) vom Volumen eines ersten Innenteils (8.32) bzw. der vierten Bereiche (8.46) hohen Wärmedurchgangswiderstandes elastisch komprimiert bzw. an eine in der Figur nicht dargestellte Randposition verdrängt wird.In a further particularly preferred variant, which is not shown in detail, this embodiment of the device according to the invention also comprises fifth regions ( 8:48 ) high thermal resistance, in a first mounting position ( 8:51 ) largely from the fourth areas ( 8:46 ) and in a second assembly position ( 8:52 ) by flexible, z. B. on one of the adjacent surfaces (see. 9 - ( 9:49 ) -fifth surfaces) of the first outer part ( 8.12 ), elastic and compressible thermal insulation material, for example a highly elastic open-cell foam with a high degree of porosity, which is filled in when a first mounting position ( 8:51 ) of the volume of a first inner part ( 8:32 ) or the fourth areas ( 8:46 ) high heat transfer resistance is elastically compressed or displaced to an edge position, not shown in the figure.

Die erste Montageposition (8.51) bzw. zweite Montageposition (8.52) wird vom Benutzer der erfindungsgemäßen Vorrichtung (8.10) anhand geeigneter Kriterien, wie beispielsweise der Umgebungstemperatur, sowie den aktuellen Solar- bzw. Albedo-Einstrahlungsbedingungen, gewählt und durch entsprechendes lagerichtiges Einsetzen des Innenteils (8.32) in das Aussenteil (8.12) umgesetzt. Eine Überwachung der Montagepositionen durch thermische bzw. elektrische Messmittel und Vorgabe einer vorzuziehenden Montageposition durch ein mikroprozessorgesteuertes System ist ggf. wünschenswert.The first mounting position ( 8:51 ) or second mounting position ( 8:52 ) is used by the user of the device according to the invention ( 8.10 ) on the basis of suitable criteria, such as the ambient temperature, and the current solar or albedo irradiation conditions, selected and by appropriate positionally correct insertion of the inner part ( 8:32 ) in the outer part ( 8.12 ) implemented. A monitoring of the mounting positions by thermal or electrical measuring means and specification of a preferable mounting position by a microprocessor-controlled system may be desirable.

Durch diese besonders bevorzugte Ausführung wird, unter Beibehaltung der bereits geschilderten Vorteile der einzelnen Ausführungen, eine deutliche Vereinfachung der erfindungsgemäßen Vorrichtung erzielt: Die Einstellung für den Betrieb bei hohen bzw. niedrigen Temperaturen erfolgt dynamisch durch den Benutzer und die Auswahl einer von zumindest zwei Montagepositionen nach klimatischen Kriterien. Die Mitführung zusätzlicher Verschlusselemente entfällt.This particularly preferred embodiment, while maintaining the already described advantages of the individual embodiments, a significant simplification of the device according to the invention achieved: The setting for operation at high or low temperatures is done dynamically by the user and the selection of one of at least two mounting positions climatic criteria. The entrainment of additional closure elements is eliminated.

Ausführungsbeispielembodiment

Diese besonders bevorzugte Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird im Folgenden anhand des in den 9A und 9B in isometrischer Ansicht ohne Deckel abgebildeten Ausführungsbeispiels geschildert. Diese Variante besteht im Wesentlichen aus zwei voneinander vollständig trennbaren Baugruppen, die im Betrieb in zwei um 90° zu einer gemeinsamen Drehachse (9.50) versetzten Montagepositionen zur erfindungsgemäßen Gesamtvorrichtung zusammengesetzt bzw. montiert sind.This particularly preferred embodiment of the device according to the invention is described below with reference to the in the 9A and 9B portrayed in isometric view without lid illustrated embodiment. This variant essentially consists of two assemblies which can be completely separated from one another and which, in operation, rotate in two directions at 90 ° to a common axis of rotation (FIG. 9:50 ) offset assembly positions are assembled or mounted to the overall device according to the invention.

9A zeigt die beiden Baugruppen als Einzelteile; 9B bildet diese Baugruppen zusammengefügt in den beiden für diese Variante charakteristischen Montagepositionen ab. 9A shows the two modules as individual parts; 9B forms these assemblies joined together in the two characteristic of this variant mounting positions.

Die beiden Baugruppen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind jeweils symmetrisch bezüglich zu zur xz-Ebene und zu zur yz-Ebene des Referenz-Koordinatensystems (9.07) parallelen Mittelebenen aufgebaut. Ausführungen zu den einzelnen Elementen bzw. Bereichen gelten ggf. für die jeweils symmetrisch dazu angeordneten Bereiche analog.The two assemblies of the device according to the invention are each symmetrical with respect to the xz-plane and to the yz-plane of the reference Coordinate system ( 9:07 ) built parallel middle planes. Explanations of the individual elements or regions may apply analogously to the respective symmetrically arranged regions.

Diese besonders bevorzugte Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst einen nicht näher beschriebenen ersten elektrochemischen Speicher aus Lithium-Ionen-Akkumulatorzellen des Typs ”Pouchzelle” (9.11), gekennzeichnet durch eine erste Vorzugs-Wärmeleitungsrichtung (9.36) und eine im Wesentlichen quaderförmige Gestalt mit den Abmessungen (X × Y × Z): 64 mm × 64 mm × 64 mm, wobei dieser Bauraum des ersten elektrochemischen Speicher zu thermischen Isolationszwecken zusätzlich oben und unten nicht figürlich dargestellte Platten aus 10 mm dickem Latexschaum umfasst. Die Anbindung des elektrochemischen Speichers über Lastkabel nach außen zu einem Lade/Verbraucherkreis erfolgt durch nicht dargestellte, geeignete Kabel und Steckverbindungen.This particularly preferred embodiment of the device according to the invention comprises a first electrochemical store, not described in further detail, of "Pouch cell" type lithium-ion battery cells (US Pat. 9.11 ), characterized by a first preferred direction of heat conduction ( 9:36 ) and a substantially cuboidal shape with the dimensions (X × Y × Z): 64 mm × 64 mm × 64 mm, this space of the first electrochemical storage for thermal insulation purposes additionally not shown at the top and bottom panels of 10 mm thick latex foam includes. The connection of the electrochemical storage via load cable to the outside to a charging / consuming circuit is done by means not shown, suitable cables and connectors.

Erste Baugruppe: Dieser erste elektrochemische Speicher (9.11) wird allseitig umschlossen von einem stellenweise ausgeschäumten, ansonsten als Spritzgußteil aus ABS hergestellten ersten Innenteil (9.32) mit einer allgemeinen Gehäusewandstärke von 2 mm, welches außerdem einen ersten Bereich (9.34) niedrigen Wärmedurchgangswiderstandes und einen mit PU-Schaum ausgeschäumten vierten Bereich (9.46) hohen Wärmedurchgangswiderstandes umfasst und eine erste Baugruppe darstellt.First Assembly: This First Electrochemical Storage ( 9.11 ) is enclosed on all sides by a locally foamed, otherwise produced as an injection molded part of ABS first inner part ( 9:32 ) with a general housing wall thickness of 2 mm, which also has a first area ( 9:34 ) low heat transfer resistance and a foamed with PU foam fourth area ( 9:46 ) comprises high thermal resistance and constitutes a first assembly.

Die Abmessungen der vierten Bereiche (9.46) incl. Gehäusewände nach Außen und zum elektrochemischen Speicher betragen jeweils (X × Y × Z): 12 × 68 × 68 mm, die Außenabmessungen des ersten Innenteils (9.32) betragen somit ca. (X × Y × Z): 88 × 68 × 68 mm.The dimensions of the fourth areas ( 9:46 ) incl. housing walls to the outside and to the electrochemical storage are each (X × Y × Z): 12 × 68 × 68 mm, the outer dimensions of the first inner part ( 9:32 ) thus amount to approximately (X.Y × Z): 88 × 68 × 68 mm.

Die erste Baugruppe muss zum Laden des elektrochemischen Speichers aus der Gesamtvorrichtung (9.10) entnommen werden, um an einer nicht dargestellten, externen Ladestation aufgeladen zu werden.The first assembly must be able to charge the electrochemical store from the overall device ( 9.10 ) are taken to be charged at an external charging station, not shown.

Zweite Baugruppe: Die zweite Baugruppe wird gebildet durch ein erstes Aussenteil (9.12), welches dritte Bereiche (9.45) hohen Wärmedurchgangswiderstandes, sowie erste plattenförmige Schildelemente (9.13), erste Schildschlitze (9.47), dritte Strömungskanäle (9.44) sowie zweite Abstandshalter (9.27) umfasst. Die allgemeine Gehäusewanddicke des ersten Aussenteils (9.12) beträgt 2 mm; das Gehäuse ist aus bereichsweise mit PU Schaum ausgeschäumtem ABS hergestellt. Die am Umfang angebrachten ersten Schildschlitze (9.47) bilden durchgängige, senkrecht durchströmbare, zur Umgebungsatmosphäre nach oben und unten offene Kanäle mit einem Seitenverhältnis von 3–5:1 und einer Mindestkanalseitenlänge von 4 mm. Die Abmessungen der ersten plattenförmigen Schildelemente betragen ca. (X × Y × Z): 68 × 2 × 68 mm.Second assembly: The second assembly is formed by a first outer part ( 9.12 ), which third areas ( 9:45 ) high heat transfer resistance, and first plate-shaped shield elements ( 9.13 ), first shield slots ( 9:47 ), third flow channels ( 9:44 ) as well as second spacers ( 9.27 ). The general housing wall thickness of the first outer part ( 9.12 ) is 2 mm; The housing is made of partially filled with PU foam foamed ABS. The first shield slots ( 9:47 ) form continuous, vertically permeable, up to and down to the ambient atmosphere open channels with an aspect ratio of 3-5: 1 and a minimum channel side length of 4 mm. The dimensions of the first plate-shaped shield elements are approximately (X × Y × Z): 68 × 2 × 68 mm.

Die zweiten Abstandshalter (9.27) dienen der Anbindung der ersten plattenförmigen Schildelemente (9.13) innerhalb des ersten Aussenteils (9.12) und haben die Abmessungen (X × Y × Z): 1 × 10 × 3 mm. Die dritten Bereiche (9.45) hohen Wärmedurchgangswiderstandes sind mit PU Schaum ausgeschäumt und haben die Abmessungen (X × Y × Z) 12 mm × 66 mm × 66 mmThe second spacers ( 9.27 ) serve the connection of the first plate-shaped shield elements ( 9.13 ) within the first outer part ( 9.12 ) and have the dimensions (X × Y × Z): 1 × 10 × 3 mm. The third areas ( 9:45 ) high heat transfer resistance are foamed with PU foam and have the dimensions (X × Y × Z) 12 mm × 66 mm × 66 mm

Weiter umfasst das erste Aussenteil (9.12) nicht näher dargestellte, hochelastische und hochkompressible erste Schaumstoffelemente, welche an den beiden fünften Oberflächen (9.49) in yz-Richtung vollflächig angeklebt sind. Diese ersten Schaumstoffelemente füllen in einer zweiten Montageposition (9.52) die fünften Bereiche (9.48) durch elastische Expansion aus. In der ersten Montageposition werden die ersten Schaumstoffelemente vom ersten Innenteil (9.32) vollständig komprimiert und hin zum Rand bzw. zu den fünften Oberflächen (9.49) verdrängt. Die Abmessungen eines ersten Schaumstoffelements im unkomprimierten Zustand betragen (X × Y × Z): 15 × 68 × 67 mm; eine elastische Komprimierung auf 2 mm Dicke und weniger ist möglich.Furthermore, the first outer part ( 9.12 ) not shown, highly elastic and highly compressible first foam elements, which on the two fifth surfaces ( 9:49 ) in the yz direction are glued over the entire surface. These first foam elements fill in a second mounting position ( 9:52 ) the fifth areas ( 9:48 ) by elastic expansion. In the first mounting position, the first foam elements from the first inner part ( 9:32 ) completely compressed and towards the edge or to the fifth surfaces ( 9:49 ) repressed. The dimensions of a first foam element in the uncompressed state are (X × Y × Z): 15 × 68 × 67 mm; an elastic compression to 2 mm thickness and less is possible.

Die Außenabmessungen eines ersten Aussenteils (9.12) incl. Schildelemente (9.13) betragen ca. (X × Y × Z): 136 mm × 96 mm × 72 mm. Es ist auf der Unterseite mit einem ersten Elektrofahrrad in geeigneter Form über ein Klebeverfahren dergestalt verbunden, dass die Fahrzeuglängsachse entlang der x-Achse des Referenz-Koordinatensystems (9.07) verläuft, die Fahrbahnebene im wesentlichen parallel zur xy-Ebene des Referenz-Koordinatensystems (9.07) verläuft und die Möglichkeit einer angemessenen An- bzw. Abströmung erster Schildschlitze (9.47) und ggf. dritter Strömungskanäle (9.44) bzw. ihrer Ein- und Ausströmbereiche durch Fluidströme aus Umgebungsatmosphärenfluid in vertikaler bzw. vertikaler und horizontaler Richtung sichergestellt ist.The outer dimensions of a first outer part ( 9.12 ) including shield elements ( 9.13 ) are approximately (X.Y × Z): 136 mm × 96 mm × 72 mm. It is connected on the bottom with a first electric bicycle in a suitable form via an adhesive method such that the vehicle longitudinal axis along the x-axis of the reference coordinate system ( 9:07 ), the track plane is substantially parallel to the xy plane of the reference coordinate system ( 9:07 ) and the possibility of adequate inflow or outflow of first shield slots (FIG. 9:47 ) and possibly third flow channels ( 9:44 ) or its inflow and outflow areas is ensured by fluid streams from ambient atmosphere fluid in the vertical or vertical and horizontal directions.

In 9B links dargestellt ist eine erste Montageposition (9.51). Bei dieser Montageposition kann eine Durchströmung der dritten Strömungskanäle (9.44) von der Umgebungsatmosphäre aus in horizontaler und vertikaler Richtung durch Fluidströme mit geeigneten Geschwindigkeitskomponenten ungehindert erfolgen.In 9B shown on the left is a first mounting position ( 9:51 ). In this mounting position, a flow through the third flow channels ( 9:44 ) from the ambient atmosphere in the horizontal and vertical directions by fluid flows with suitable speed components unhindered.

Diese erste Montageposition (9.51) ist zu empfehlen für mittlere bis gehobene Umgebungsatmosphärentemperaturen (im Sinne der vom Hersteller des elektrochemischen Speichers zulässigen Umgebungs-Betriebstemperaturen) und für mittlere bis hohe Sonneneinstrahlungslasten, beispielsweise ab 15°C Umgebungsatmosphärentemperatur oder mehr.This first mounting position ( 9:51 ) is recommended for medium to elevated ambient atmospheric temperatures (in the sense of the environmental operating temperatures permitted by the manufacturer of the electrochemical store) and for medium to high solar irradiation loads, for example from 15 ° C ambient atmosphere temperature or more.

Weiter ist in 9B rechts dargestellt eine zweite Montageposition (9.52), bei der das erste Innenteil (9.32) um 90° um die gemeinsame senkrechte Drehachse (9.50) gedreht ist und bei der das erste Innenteil (9.32) mit seinen vierten Bereichen (9.46) die dritten Strömungskanäle (9.44) durch Formschluss vollständig verschließt. In dieser zweiten Montageposition (9.52) ist demzufolge eine Durchströmung der dritten Strömungskanäle (9.44) von der Umgebungsatmosphäre aus nicht möglich- eine konvektive Wärmeübertragung an die Atmosphäre findet innerhalb der dritten Strömungskanäle (9.44) demnach nicht statt.Next is in 9B shown on the right a second mounting position ( 9:52 ), in which the first inner part ( 9:32 ) by 90 ° about the common vertical axis of rotation ( 9:50 ) and in which the first inner part ( 9:32 ) with its fourth areas ( 9:46 ) the third flow channels ( 9:44 ) completely closed by positive locking. In this second mounting position ( 9:52 ) is therefore a flow through the third flow channels ( 9:44 ) is not possible from the ambient atmosphere - a convective heat transfer to the atmosphere takes place within the third flow channels ( 9:44 ) therefore not held.

Diese zweite Montageposition (9.52) ist zu empfehlen für niedrige Umgebungsatmosphärentemperaturen (im Sinne der vom Hersteller des elektrochemischen Speichers zulässigen Umgebungs-Betriebstemperaturen) sowie Einstrahlungslasten, die im Vergleich zur niedrigen Umgebungstemperatur bei der Erstellung der Wärmebilanz nicht nennenswert ins Gewicht fallen, beispielsweise bei Umgebungsatmosphärentemperaturen unterhalb von 10°C.This second mounting position ( 9:52 ) is recommended for low ambient atmospheric temperatures (in the sense of the ambient operating temperatures permitted by the manufacturer of the electrochemical store) as well as for irradiation loads which are insignificant compared to the low ambient temperature when establishing the heat balance, for example at ambient atmospheric temperatures below 10 ° C.

Die Auswahl und Umsetzung der ersten bzw. zweiten Montageposition erfolgt durch den Benutzer anhand der o. g. klimatischen Kriterien.The selection and implementation of the first and second mounting position is carried out by the user on the basis of o. G. climatic criteria.

Im Anschluss an dieses Ausführungsbeispiel wird im Folgenden eine weitere besonders bevorzugte Ausführung bzw. Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung geschildert:
In einer weiteren besonders bevorzugten Weiterbildung bzw. Ausführung (10.10) der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird die erfindungsgemäße Vorrichtung, analog zu den Ausführungen zu den 8 und 9, in zumindest zwei Baugruppen aufgeteilt, die in zumindest zwei unterschiedlichen Montagepositionen (10.51), (10.52) zueinander kompatibel sind bzw. zusammengesetzt werden können, und die zusammen eine erfindungsgemäße Vorrichtung (10.10) bilden.
Following on from this exemplary embodiment, a further particularly preferred embodiment or development of the device according to the invention is described below:
In a further particularly preferred development or embodiment ( 10:10 ) of the device according to the invention, the device according to the invention, analogous to the comments on the 8th and 9 , divided into at least two subassemblies, which in at least two different mounting positions ( 10:51 ) 10:52 ) are compatible with each other or can be assembled, and which together form a device according to the invention ( 10:10 ) form.

Die Gesamtvorrichtung (10.10) wird demnach gebildet aus zumindest einem, einen ersten elektrochemischen Speicher (10.11) umfassenden, ersten Innenteil (10.32) und zumindest einem ersten Aussenteil (10.12), welches keine plattenförmigen Schildelemente (10.13) umfasst:
Besonderes Merkmal dieser besonders bevorzugten Ausführung (10.10) ist, dass die ersten plattenförmigen Schildelemente (10.13) fest mit dem ersten Innenteil (10.32) verbunden sind.
The overall device ( 10:10 ) is thus formed from at least one, a first electrochemical storage ( 10:11 ), the first inner part ( 10:32 ) and at least a first outer part ( 10:12 ), which no plate-shaped shield elements ( 10:13 ) comprises:
Particular feature of this particularly preferred embodiment ( 10:10 ) is that the first plate-shaped shield elements ( 10:13 ) fixed to the first inner part ( 10:32 ) are connected.

Diese besonders bevorzugte Ausführung wird als isometrische Ansicht ohne Deckel im Folgenden anhand der 10A und 10B erläutert.This particularly preferred embodiment is described as an isometric view without a lid in the following with reference to 10A and 10B explained.

Die beiden dort dargestellten Baugruppen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind jeweils symmetrisch bezüglich zu zur xz-Ebene und zu zur yz-Ebene des Referenz-Koordinatensystems (10.07) parallelen Mittelebenen aufgebaut. Ausführungen zu den einzelnen Elementen bzw. Bereichen gelten ggf. für die jeweils symmetrisch dazu angeordneten Bereiche analog.The two assemblies of the device according to the invention shown there are each symmetrical with respect to the xz-plane and to the yz-plane of the reference coordinate system ( 10.7 ) built parallel middle planes. Explanations of the individual elements or regions may apply analogously to the respective symmetrically arranged regions.

In 10A sind die beiden Baugruppen getrennt voneinander dargestellt. Die erste Baugruppe umfasst ein erstes Aussenteil (10.12) mit dritten Bereichen (10.45) hohen Wärmedurchgangswiderstandes, sowie für eine vertikale Durchströmung nach oben und unten offene erste Schildschlitze (10.47). Weiter umfasst das erste Aussenteil (10.12) eine zumindest bereichsweise fluiddichte erste Bodenplatte (10.53) hohen Wärmedurchgangswiderstandes und eine analoge, nicht figürlich dargstellte Deckelplatte hohen Wärmedurchgangswiderstandes.In 10A the two assemblies are shown separately. The first assembly comprises a first outer part ( 10:12 ) with third areas ( 10:45 ) high heat transfer resistance, as well as for a vertical flow up and down open first shield slots ( 10:47 ). Furthermore, the first outer part ( 10:12 ) an at least partially fluid-tight first base plate ( 10:53 ) high heat transfer resistance and an analog, not figuratively dargstellte cover plate high thermal resistance.

Die zweite Baugruppe umfasst ein erstes Innenteil (10.32) mit vierten Bereichen (10.46) hohen Wärmedurchgangswiderstandes, ersten Bereichen (10.34) niedrigen Wärmedurchgangswiderstandes, dritten Strömungskanälen (10.44), ersten Einströmbereichen (10.19), ersten Ausströmbereichen (10.20), zweiten Einströmbereichen (10.40), zweiten Ausströmbereichen (10.41), ersten plattenförmigen Schildelementen (10.13), zweiten Abstandshaltern (10.27), einem ersten elektrochemischen Speicher (10.11) und einer Vorzugs-Wärmeleitungsrichtung (10.36) des ersten elektrochemischen Speichers (10.11).The second assembly comprises a first inner part ( 10:32 ) with fourth areas ( 10:46 ) high thermal resistance, first areas ( 10:34 ) low heat transfer resistance, third flow channels ( 10:44 ), first inflow areas ( 10:19 ), first outflow areas ( 10:20 ), second inflow areas ( 10:40 ), second outflow areas ( 10:41 ), first plate-shaped shield elements ( 10:13 ), second spacers ( 10:27 ), a first electrochemical storage ( 10:11 ) and a preferred direction of heat conduction ( 10:36 ) of the first electrochemical store ( 10:11 ).

Weiter dargestellt sind in den 10A und 10B: Das Referenz-Koordinatensystem (10.07), der Schwerkraftvektor (10.08) des Erdgravitationsfeldes und eine elektromagnetische Strahlungsquelle, beispielsweise die Sonne, (10.09).Further shown in the 10A and 10B : The Reference Coordinate System ( 10.7 ), the gravity vector ( 8.10 ) of the earth's gravitational field and an electromagnetic radiation source, for example the sun, ( 9.10 ).

Die beiden Baugruppen, bzw. das erste Aussenteil (10.12) und das erste Innenteil (10.32), sind in zumindest zwei Montagepositionen zueinander kompatibel und werden durch Zusammensetzen zur erfindungsgemäßen Vorrichtung kombiniert.The two assemblies, or the first outer part ( 10:12 ) and the first inner part ( 10:32 ), are compatible with each other in at least two mounting positions and are combined by assembling the device according to the invention.

In einer ersten Montageposition (10.51) wird das erste Innenteil (10.32) mit den ersten plattenförmigen Schildelementen (10.13) nach außen positioniert. Eine horizontale Durchströmung der dritten Strömungskanäle (10.44) durch Umgebungsatmosphärenfluid entlang der x-Achse des Referenz-Koordinatensystems (10.07) erfolgt bei Bewegung der erfindungsgemäßen Vorrichtung relativ zur Umgebungsatmosphäre entlang der x-Achse, beispielsweise durch Fahrtwind.In a first mounting position ( 10:51 ), the first inner part ( 10:32 ) with the first plate-shaped shield elements ( 10:13 ) positioned to the outside. A horizontal flow through the third flow channels ( 10:44 ) by ambient atmosphere fluid along the x-axis of the reference coordinate system ( 10.7 ) takes place during movement of the device according to the invention relative to Ambient atmosphere along the x-axis, for example by wind.

Eine vertikale Durchströmung der dritten Strömungskanäle (10.44) entlang der z-Achse des Referenz-Koordinatensystems (10.07) durch Umgebungsatmosphärenfluid erfolgt bei Beaufschlagung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit elektromagnetischer Strahlung, bei Abwärmeproduktion im elektrochemischen Speicher (10.11) bzw. bei jeder Aufheizung der Begrenzungsoberflächen der dritten Strömungskanäle (10.44) über die Umgebungsatmosphärentemperatur hinaus.A vertical flow through the third flow channels ( 10:44 ) along the z-axis of the reference coordinate system ( 10.7 ) by ambient atmospheric fluid takes place when the device according to the invention is exposed to electromagnetic radiation, when waste heat is produced in the electrochemical store ( 10:11 ) or at each heating of the boundary surfaces of the third flow channels ( 10:44 ) beyond the ambient atmosphere temperature.

In einer zweiten Montageposition (10.52) werden die ersten plattenförmigen Schildelemente (10.13) bzw. die dritten Strömungskanäle (10.44) nach innen positioniert, die horizontalen und vertikalen Einströmöffnungen der dritten Strömungskanäle (10.44) durch die direkt anliegenden Seitenwände bzw. eine erste Bodenplatte (10.53) und eine nicht abgebildete Deckelplatte zumindest bereichsweise, vorzugsweise vollständig, verschlossen. Eine Wärmeübertragung durch Konvektion im Bereich der dritten Strömungskanäle (10.44) bzw. Kommunikation über Fluidströme mit der Umgebungsatmosphäre fällt unter diesen Umständen weg.In a second mounting position ( 10:52 ), the first plate-shaped shield elements ( 10:13 ) or the third flow channels ( 10:44 ) positioned horizontally, the horizontal and vertical inflow openings of the third flow channels ( 10:44 ) by the directly adjacent side walls or a first base plate ( 10:53 ) And a non-illustrated cover plate at least partially, preferably completely closed. Heat transfer by convection in the area of the third flow channels ( 10:44 ) or communication via fluid streams with the ambient atmosphere is eliminated under these circumstances.

Vorteilhaft bei dieser Variante ist unter anderem eine Vereinfachung des Herstellaufwandes, was zur Kostensenkung der Herstellkosten und damit der Wirtschaftlichkeit des Produktes beiträgt.An advantage of this variant is, inter alia, a simplification of the manufacturing effort, which contributes to the cost reduction of the manufacturing costs and thus the profitability of the product.

Im Anschluss an dieses Ausführungsbeispiel werden im Folgenden weitere besonders bevorzugte Ausführungen bzw. Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung geschildert:
Eine weitere, nicht figürlich dargestellte, besonders bevorzugte Weiterbildung bzw. Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die ersten plattenförmigen Schildelemente verschieblich entlang des Normalenvektors ihrer Hauptflächen gestaltet sind. Eine solche Verschieblichkeit gestattet die Manipulation des Strömungsquerschnitts der dritten Strömungskanäle und kann beispielsweise durch Ersatz zweiter Abstandshalter konstanter Länge durch: Teleskopartige Befestigungselemente, Scherenelemente oder Scherengestelle, erfolgen.
Following on from this exemplary embodiment, further particularly preferred embodiments or developments of the device according to the invention are described below:
Another, not illustrated, particularly preferred embodiment or embodiment of the device according to the invention is characterized in that the first plate-shaped shield elements are designed to be displaceable along the normal vector of their main surfaces. Such a displaceability allows the manipulation of the flow cross section of the third flow channels and, for example, by replacing second spacers constant length by: Telescope-like fasteners, scissor elements or scissors racks done.

Dadurch ist das Maß der Durchströmung der dritten Strömungskanäle durch Variation ihres hydraulischen Durchmessers variabel einstellbar.As a result, the degree of flow through the third flow channels is variably adjustable by varying their hydraulic diameter.

In einer besonders bevorzugten Ausführung kann der Abstand zwischen den ersten Bereichen und den plattenförmigen Schildelementen in der Bandbreite von 0 mm–25 mm, besonders bevorzugt stufenlos, eingestellt werden.In a particularly preferred embodiment, the distance between the first regions and the plate-shaped shield elements in the range of 0 mm-25 mm, particularly preferably continuously, can be adjusted.

Weiter gestattet eine solche Verschieblichkeit der ersten plattenförmigen Schildelemente bei der Ausbildung analog zu 10 eine Ausweitung der dritten Bereiche (10.45) hohen Wärmedurchgangswiderstandes (10.45) entlang der x-Achse des Referenz-Koordinatensystems (10.07) um ein Volumen entsprechend der fünften Bereiche (vgl. 9 – (9.48)), sofern die ersten Schildelemente (10.13) in der zweiten Montageposition (10.52) stets eingefahren werden.Furthermore, such a movability of the first plate-shaped shield elements in the embodiment permits analogous to 10 an extension of the third areas ( 10:45 ) high thermal resistance ( 10:45 ) along the x-axis of the reference coordinate system ( 10.7 ) by a volume corresponding to the fifth regions (cf. 9 - ( 9:48 )), provided that the first shield elements ( 10:13 ) in the second mounting position ( 10:52 ) are always retracted.

In einer weiteren, ebenfalls nicht figürlich dargestellten Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung als Weiterbildung eines ersten Innenteils (10.32) analog zur in 10 abgebildeten Variante ist das erste Innenteil bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass die ersten plattenförmigen Schildelemente (10.13) vom ersten Innenteil (10.32) abnehmbar sind bzw. an der erfindungsgemäßen Vorrichtung gem. 9 oder 10 keine ersten plattenförmigen Schildelemente vorhanden sind.In a further embodiment of the device according to the invention, which is likewise not illustrated, as a development of a first inner part (FIG. 10:32 ) analogous to in 10 illustrated variant, the first inner part or the device according to the invention is characterized in that the first plate-shaped shield elements ( 10:13 ) from the first inner part ( 10:32 ) are removable or according to the device according to the invention. 9 or 10 no first plate-shaped shield elements are present.

Diese Variante ist besonders geeignet für klimatische Regionen, in denen, z. B. jahreszeitbedingt nennenswerte Temperaturunterschiede der Umgebungsatmosphäre auftreten, in denen jedoch keine nennenswerte Einstrahlungsbelastung vorliegt, beispielsweise infolge regelmäßiger Bewölkung oder infolge typischen Betriebs der erfindungsgemäßen Vorrichtung in unklimatisierten Innenräumen oder bei Nacht.This variant is particularly suitable for climatic regions in which, for. B. seasonally significant differences in temperature of the ambient atmosphere occur, but in which there is no significant exposure to radiation, for example as a result of regular clouding or as a result of typical operation of the device according to the invention in unclimatiated interiors or at night.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • US 20060063066 A1 [0037] US 20060063066 A1 [0037]

Claims (14)

Vorrichtung bestehend aus zumindest einem, zumindest einen ersten elektrochemischen Speicher (2.11) umfassenden, ersten Außenteil (2.12) und zumindest einem ersten plattenförmigen Schildelement (2.13), dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einer ersten Oberfläche (2.18) eines ersten Außenteils (2.12) und einem ersten plattenförmigen Schildelement (2.13) zumindest ein, an einem ersten Einströmbereich (2.19) und an einem ersten Ausströmbereich (2.20) mit der Umgebungsatmosphäre verbundener, erster Strömungskanal (2.14) mit zumindest bereichsweise vertikaler Richtungskomponente ausgebildet ist.Device consisting of at least one, at least one first electrochemical storage ( 2.11 ), the first outer part ( 2.12 ) and at least one first plate-shaped shield element ( 2.13 ), characterized in that between a first surface ( 2.18 ) of a first outer part ( 2.12 ) and a first plate-shaped shield element ( 2.13 ) at least one, at a first inflow region ( 2.19 ) and at a first outflow area ( 2.20 ) connected to the ambient atmosphere, the first flow channel ( 2.14 ) is formed with at least partially vertical directional component. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Abstand (2.15) zwischen einem erstem Außenteil (2.12) und erstem plattenförmigen Schildelement (2.13) zumindest 3 mm, besonders bevorzugt zwischen 10 mm und 250 mm, beträgtApparatus according to claim 1, characterized in that a first distance ( 2.15 ) between a first outer part ( 2.12 ) and the first plate-shaped shield element ( 2.13 ) is at least 3 mm, more preferably between 10 mm and 250 mm Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein erstes plattenförmiges Schildelement (2.13) zumindest bereichsweise für zumindest einen Bereich des Frequenzspektrums einer das plattenförmige Schildelement (2.13) bestrahlenden elektromagnetischen Strahlungsquelle (2.09), besonders bevorzugt für Wellenlängen oberhalb von 200 nm, intransparent istApparatus according to claim 1 to 2, characterized in that at least one first plate-shaped shield element ( 2.13 ) at least in regions for at least a portion of the frequency spectrum of a plate-shaped shield element ( 2.13 ) irradiating electromagnetic radiation source ( 2:09 ), especially preferred for wavelengths above 200 nm, is intransparent Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster elektrochemischer Speicher (4.11) eine Vorzugs-Wärmeleitungsrichtung (4.36) aufweist und diese Vorzugs-Wärmeleitungsrichtung zumindest teilweise und zumindest bereichsweise auf zumindest einen, einen ersten Strömungskanal (4.14) begrenzenden, ersten Bereich (4.34) eines ersten Aussenteils (4.12) ausgerichtet ist.Apparatus according to claim 1 to 3, characterized in that a first electrochemical storage ( 4.11 ) a preferred direction of heat conduction ( 4:36 ) and this preferential heat conduction direction at least partially and at least partially on at least one, a first flow channel ( 4.14 ), the first area ( 4:34 ) of a first outer part ( 4.12 ) is aligned. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zumindest ein erstes Verschlusselement (4.35) für die zumindest bereichsweise, temporäre, Verschließung zumindest eines ersten Strömungskanals (4.14) umfasst.Apparatus according to claim 1 to 4, characterized in that the device at least a first closure element ( 4:35 ) for the at least regional, temporary, closure of at least one first flow channel ( 4.14 ). Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorzugs-Wärmeleitungsrichtung (4.36) eines elektrochemischen Speichers (4.11) in einem ersten erfindungsgemäßen Winkel zur Flächennormalen eines ersten Bereiches (4.34) ausgerichtet ist, wobei der erste erfindungsgemäße Winkel vorzugsweise im Bereich von 0°–45°, besonders bevorzugt im Bereich von 0°–15° zur Flächennormalen eines ersten Bereichs (4.34) ausgestaltet ist.Apparatus according to claim 1 to 6, characterized in that a preferred direction of heat conduction ( 4:36 ) of an electrochemical store ( 4.11 ) at a first angle according to the invention to the surface normal of a first region ( 4:34 ), wherein the first angle according to the invention preferably in the range of 0 ° -45 °, particularly preferably in the range of 0 ° -15 ° to the surface normal of a first region ( 4:34 ) is configured. Vorrichtung nach Anspruch 1–6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung in einem zweiten erfindungsgemäßen Winkel zur Vorzugs-Wärmeleitungsrichtung (4.36) eines ersten elektrochemischen Speichers (4.11), zumindest einen zweiten Bereich (4.33) umfasst, dessen Wärmedurchgangswiderstand sich zum Wärmedurchgangswiderstand eines ersten Bereichs (4.34) zumindest so verhält wie 2:1, besonders bevorzugt wie 5:1, ganz besonders bevorzugt wie 20:1 oder größer, und wobei der zweite erfindungsgemäße Winkel vorzugsweise zwischen 45° und 90°, besonders bevorzugt zwischen 75° und 90° zur Vorzugs-Wärmeleitungsrichtung (4.36) beträgt,.Apparatus according to claim 1-6, characterized in that the device in a second angle according to the invention to the preferred direction of heat conduction ( 4:36 ) of a first electrochemical store ( 4.11 ), at least a second area ( 4:33 ), whose thermal resistance to the heat transfer resistance of a first area ( 4:34 ) is at least as 2: 1, more preferably 5: 1, most preferably 20: 1 or greater, and wherein the second angle of the invention is preferably between 45 ° and 90 °, more preferably between 75 ° and 90 ° to the preferred Heat conduction direction ( 4:36 ),. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einem ersten Außenteil (6.12) und einem ersten plattenförmigen Schildelement (2.13) zumindest ein mit der Umgebungsatmosphäre, zumindest an einem zweiten Einströmbereich (6.40) und an einem zweiten Ausströmbereich (6.41), verbundener zweiter Strömungskanal (6.43) mit zumindest bereichsweise horizontaler Richtungskomponente ausgebildet istApparatus according to claim 1 to 7, characterized in that between a first outer part ( 6.12 ) and a first plate-shaped shield element ( 2.13 ) at least one with the ambient atmosphere, at least at a second inflow region ( 6:40 ) and at a second outflow area ( 6:41 ), connected second flow channel ( 6:43 ) is formed with at least partially horizontal direction component Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Strömungskanal (6.43) mit zumindest bereichsweise horizontaler Richtungskomponente und ein erster Strömungskanal (2.14) mit zumindest bereichsweise vertikaler Richtungskomponente zumindest bereichsweise, übereinstimmen bzw. zusammenfallen.Apparatus according to claim 1 to 8, characterized in that a second flow channel ( 6:43 ) with at least partially horizontal direction component and a first flow channel ( 2.14 ) with at least partially vertical direction component at least partially, coincide or coincide. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung bei Betrieb an einem Fahrzeug zumindest im Bereich eines zweiten Einströmbereichs (6.40) und zumindest eines zweiten Ausströmbereichs (6.41), sowie zumindest eines ersten Einströmbereichs (2.19) und zumindest eines zweiten Ausströmbereichs (2.20) zumindest mittelbar mit der Umgebungsatmosphäre verbunden ist. Besonders bevorzugt stimmt zumindest eine horizontale Richtungskomponente eines zweiten Einströmbereichs (6.40) zumindest bereichsweise mit einer Hauptbewegungsrichtung des Fahrzeugs bzw. mit einer Richtung des durch die Fahrzeugbewegung relativ zur Umgebungsatmosphäre im Bereich eines zweiten Einströmbereichs (6.40) induzierten dritten Fluidstroms (6.42) überein.Apparatus according to claim 1 to 9, characterized in that the device when operated on a vehicle, at least in the region of a second inflow ( 6:40 ) and at least one second outflow area ( 6:41 ), as well as at least a first inflow region ( 2.19 ) and at least one second outflow area ( 2.20 ) is at least indirectly connected to the ambient atmosphere. Particularly preferably, at least one horizontal directional component of a second inflow region ( 6:40 ) at least in regions with a main movement direction of the vehicle or with a direction of the vehicle movement relative to the ambient atmosphere in the region of a second inflow region ( 6:40 ) induced third fluid flow ( 6:42 ) match. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein, einen ersten elektrochemischen Speicher (8.11) umfassendes, erstes Innenteil (8.32) als eine aus einem ersten Aussenteil (8.12) herausnehmbare Baugruppe ausgebildet istApparatus according to claim 1 to 10, characterized in that at least one, a first electrochemical storage ( 8.11 ), the first inner part ( 8:32 ) as one of a first outer part ( 8.12 ) Removable assembly is formed Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein erstes Innenteil (8.32) in zumindest einer ersten Montageposition (8A), und einer zweiten Montageposition (8B), besonders bevorzugt in zwei um 90° um eine gemeinsame erste Drehachse (9.50) versetzt angeordneten Montagepositionen, mit zumindest einem ersten Aussenteil (8.12) kompatibel ist.Apparatus according to claim 1 to 11, characterized in that at least a first inner part ( 8:32 ) in at least a first mounting position ( 8A ), and a second mounting position ( 8B ), more preferably in two by 90 ° a common first axis of rotation ( 9:50 ) arranged offset mounting positions, with at least a first outer part ( 8.12 ) is compatible. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Innenteil (10.32) zumindest ein erstes plattenförmiges Schildelement (10.13) und zumindest einen, zwischen Schildelement und elektrochemischem Speicher (10.11), mit horizontalen und vertikalen Richtungskomponenten ausgebildeten dritten Strömungskanal (10.44) umfasst, der in zumindest einer ersten Montageposition (10.51) zumindest an einem ersten Einströmbereich (10.19), einem ersten Ausströmbereich (10.20), einem zweiten Einströmbereich (10.40) und einem zweiten Ausströmbereich (10.41) oder an gemeinsamen Einströmbereichen bzw. gemeinsamen Ausströmbereichen mit der Umgebungsatmosphäre verbunden ist.Apparatus according to claim 1 to 12, characterized in that a first inner part ( 10:32 ) at least a first plate-shaped shield element ( 10:13 ) and at least one, between shield element and electrochemical storage ( 10:11 ), formed with horizontal and vertical direction components third flow channel ( 10:44 ), which in at least a first mounting position ( 10:51 ) at least at a first inflow region ( 10:19 ), a first outflow area ( 10:20 ), a second inflow area ( 10:40 ) and a second outflow area ( 10:41 ) or at common inflow or common outflow is connected to the ambient atmosphere. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Abstand (10.15) zwischen einem ersten plattenförmigen Schildelement (10.13) und einer ersten Oberfläche (10.18) durch verschiebliche Befestigungselemente variabel gestaltet ist und eine Einstellvorrichtung für eine erfindungsgemäße, mehr als 3 mm betragende, besonders bevorzugt zwischen 10 und 250 mm betragende, Kanalbreite eines dritten Strömungskanals (10.44) umfasst.Apparatus according to claim 1 to 11, characterized in that a first distance ( 10:15 ) between a first plate-shaped shield element ( 10:13 ) and a first surface ( 10:18 ) is variably designed by displaceable fastening elements and an adjusting device for an inventive, more than 3 mm amount, particularly preferably amounts to between 10 and 250 mm, channel width of a third flow channel ( 10:44 ).
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US20060063066A1 (en) 2004-08-06 2006-03-23 Seungdon Choi Battery system containing phase change material-containing capsules in interior configuration thereof

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