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Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung für ein Batteriepaket einer Antriebsbatteriebaugruppe eines Wasserstoff-, Elektro- oder Hybridfahrzeugs.
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Aufgrund der Umweltbelastungen, die von Fahrzeugen mit reinen Verbrennungsmotoren ausgehen, geht die Entwicklung von Fahrzeugantrieben zunehmend in Richtung Elektroantriebe, welche die konventionellen Verbrennungsmotoren zumindest teilweise ersetzen sollen. Die Elektroantriebe weisen typischerweise eine Antriebsbatteriebaugruppe auf, über die der Elektroantrieb seine Leistung generiert. Die Antriebsbatteriebaugruppe weist dabei wenigstens ein Batteriepaket auf, das aus zumindest einem Batteriemodul aufgebaut ist, welches mehrere Batteriezellen umfasst. Bei den verwendeten Batteriepaketen oder Batteriemodulen handelt es sich um Hochvoltbatterien, die Spannungen von 130 bis 360 V aufweisen können. Da die Batterien beim Laden und Entladen Wärme abgeben, müssen die Batterien gekühlt werden, damit die Batterien in einem optimalen Wirkungsbereich gehalten werden. Dies wird über eine Kühlvorrichtung erreicht, durch die ein Kühlfluid oder Kältemittel strömt. Durch das Kühlen der Batterien wird zudem deren Lebensdauer verlängert. Typischerweise müssen die Batteriezellen unterhalb von 40 bis 50 °C gehalten werden, wobei dies von der verwendeten Batterieart abhängt.
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Aus dem Stand der Technik sind Kühlvorrichtungen bekannt, die mit einem Kältemittel (beispielsweise R134a) arbeiten, das jedoch aufgrund neuerer Richtlinien nicht mehr verwendet werden darf und durch das Kältemittel R744 ersetzt werden muss. Da das Kältemittel R744 höhere Anforderungen an den Berstdruck der Kühlvorrichtungen stellt (mehr als 260 bar statt 55 bar), können die aus dem Stand der Technik bekannten Kühlvorrichtungen nicht mit dem neuen Kältemittel R744 verwendet werden. Um die aus dem Stand der Technik bekannten Kühlvorrichtungen dennoch mit dem Kältemittel R744 zu verwenden, werden die Gehäusewände der Kühlvorrichtung verstärkt, sodass sie den geforderten höheren Berstdruck aufweisen. Dies hat jedoch zur Folge, dass die Kühlwirkung schlechter ist, da die Gehäusewand dicker ist. Ferner steigen auch das Gewicht und der benötigte Bauraum der Kühlvorrichtung, was ebenfalls nachteilig ist, da dies die Effizienz des gesamten Elektroantriebs senkt sowie eine Einschränkung der anderen Motorkomponenten zur Folge hat.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kühlvorrichtung zu schaffen, die einen geringen Bauraum aufweist und mit dem Kältemittel R744 betrieben werden kann.
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Die Aufgabe der Erfindung wird durch eine Kühlvorrichtung für ein Batteriepaket einer Antriebsbatteriebaugruppe eines Wasserstoff-, Elektro- oder Hybridfahrzeugs gelöst, mit wenigstens zwei separaten, nebeneinander angeordneten Kühlelementen, die jeweils mehrere ein Kühlfluid führende Kanäle zum Abtransport von Wärmeenergie aufweisen, wobei die Kühlvorrichtung wenigstens eine Vorspanneinheit umfasst, die die wenigstens zwei Kühlelemente gegen eine Seite des Batteriepakets zur Verbesserung des thermischen Kontakts drückt.
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Der Grundgedanke der Erfindung ist es, die Kühlelemente derart zu gestalten, dass sie trotz der Verwendbarkeit des Kältemittels R744 einen guten thermischen Kontakt mit dem Batteriepaket aufweisen und gleichzeitig platzsparend und leicht ausgebildet sind. Dies wird dadurch erreicht, dass die Kühlelemente mehrere Kanäle aufweisen, wodurch die Größe der einzelnen Kühlelemente trotz der höheren Anforderungen an den Berstdruck klein gehalten werden können, da der geforderte Berstdruck aufgrund der vielen einzelnen Kanäle leichter garantiert werden kann. Die mit dem geforderten höheren Berstdruck eingehende Gewichtszunahme der Kühlelemente ist minimal, da diese lediglich aus den Zwischenwandungen der einzelnen Kanäle resultiert. Diese Gewichtszunahme ist jedoch deutlich geringer als diejenige, die mit einer Verstärkung der Außenwände einhergeht. Die mehrteilige Ausführung der Kühlvorrichtung aufgrund der separat ausgebildeten Kühlelemente erhöht zudem die Flexibilität der Kühlvorrichtung.
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Ein Aspekt der Erfindung sieht vor, dass die Kanäle einen hydraulischen Durchmesser von 0,5 mm bis 1,5 mm, insbesondere 0,7 mm bis 1 mm, haben. Aufgrund des geringen Durchmessers der einzelnen Kanäle im Kühlelement kann trotz der hohen Anforderungen an den Berstdruck die Wandungsstärke der Kanäle und somit auch der Kühlelemente gering gehalten werden. Die äußeren Abmessungen der einzelnen Kühlelemente sind dabei gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Kühlelementen, die die alten Kältemittel verwenden, sogar geringer, wodurch der benötigte Bauraum der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung sinkt.
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Die Kanäle eines Kühlelements können zum Beispiel einen kreiszylindrischen oder einen länglichen Querschnitt, insbesondere mit halbkreisförmigen entgegengesetzten Enden, aufweisen. Über diese Querschnittsgeometrie kann der geforderte Berstdruck bei minimaler Wandstärke der Kühlelemente garantiert werden. Runde Querschnitte der Kanäle stellen zudem sicher, dass sich die aufgrund des Innendrucks in der Rohrwandung entstehende Spannung gleichmäßig auf die Wandungen der Kanäle verteilt.
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Ferner können die Kanäle einen hydraulischen Durchmesser aufweisen, der so gewählt ist, dass das gesamte Kühlelement flexibel ist. Durch den geringeren hydraulischen Durchmesser der Kanäle und die daraus resultierende geringe Wandstärke kann auch die Dicke der Kühlelemente gering gehalten werden, sodass durch das geringe Biegewiderstandsmoment das gesamte Kühlelement flexibel ist. Dies hat eine bessere thermische Kontaktierung des Kühlelements am Batteriepaket zur Folge, da aufgrund der Flexibilität und der Vorspannung der Kühlelemente Unebenheiten am Batteriepaket ausgeglichen werden können.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung drückt jeweils eine eigene Vorspanneinheit ein Kühlelement gegen die Seite des Batteriepakets, insbesondere spannt jeweils ein Federelement ein Kühlelement elastisch vor. Die thermische Kontaktierung des Kühlelements mit dem Batteriepaket verbessert sich dadurch nochmals, da ein homogener flächiger Kontakt sichergestellt ist.
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Ferner kann zwischen den Kühlelementen und der Vorspanneinheit ein Träger vorgesehen sein, insbesondere jeweils ein Träger pro Kühlelement. Der Träger dient zur thermischen Entkopplung der Kühlelemente und der Vorspanneinheit, sodass die Vorspanneinheit vom warmen Batteriepaket thermisch entkoppelt ist. Ferner kann über den Träger sichergestellt werden, dass die Vorspanneinheit das Kühlelement gleichmäßig beaufschlagt, wodurch der Kontakt zwischen Kühlelement und Batteriepaket nochmals verbessert ist verglichen mit zwei großen aneinanderliegenden Platten.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst die Kühlvorrichtung wenigstens einen Sammler und/oder Verteiler, mit dem die Kühlelemente jeweils an zumindest einem Ende gekoppelt sind, insbesondere an einem Ende mit einem Sammler und am anderen Ende mit einem Verteiler. Über den Sammler und den Verteiler wird das Kühlfluid innerhalb der Kühlvorrichtung an die einzelnen Kühlelemente und die darin enthaltenen Kanäle verteilt bzw. von ihnen gesammelt, um zu einem anderen Kühlelement umgeleitet zu werden. Der Sammler und der Verteiler dienen somit zur Führung des Kühlfluids innerhalb der Kühlvorrichtung. Der Sammler/Verteiler kann auch als ein Mischelement ausgebildet sein, was sowohl das Kühlfluid verteilt als auch sammelt.
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Der Sammler und/oder Verteiler kann mehrteilig, insbesondere zweiteilig, aufgebaut sein, mit wenigstens einem Leitungselement zur fluidischen Koppelung der Kühlelemente und einem Verbindungselement, das zumindest ein Kühlelement zum Leitungselement abdichtet. Über den zweiteiligen Aufbau des Sammlers und/oder des Verteilers kann die Montage erleichtert werden. Das aus den Kühlelementen austretende Kühlfluid wird somit im Leitungselement gesammelt und/oder über das Leitungselement verteilt. Durch das Abdichten der beiden Teile zueinander ist zudem eine Kühlfluidführung innerhalb des Sammlers und/oder des Verteilers möglich.
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Insbesondere weist das Leitungselement wenigstens eine Aufnahmeöffnung für die endseitige Aufnahme der Kühlelemente auf. Aufgrund der Aufnahmeöffnung kann eine sichere Lagerung der Kühlelemente am Leitungselement erreicht werden.
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Das Leitungselement kann ferner zwei vorstehende Schenkel aufweisen, zwischen denen zumindest ein Kühlelement, vorzugsweise mehrere Kühlelemente, aufgenommen ist. Über die vorstehenden Schenkel ist sichergestellt, dass das aufgenommene Kühlelement kippsicher aufgenommen ist, sodass dieses sicher mit dem Leitungselement gekoppelt ist. Die Aufnahmeöffnung ist ferner durch die beiden vorstehenden Schenkel definiert. Des Weiteren können die aufgenommenen Kühlelemente ausziehsicher mit den Schenkeln verbunden werden, beispielsweise verlötet.
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Insbesondere werden die Schenkel vom Verbindungselement klammerartig und formschlüssig umgriffen und/oder das Verbindungselement umgreift das zugeordnete Ende des Kühlelements dichtend.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung dichtet das Verbindungselement mehrere Kühlelemente zu einem gemeinsamen Leitungselement ab und dichtet zwischen benachbarten Kühlelementen die gemeinsame Aufnahmeöffnung ab, wobei das Verbindungselement im Bereich der Aufnahmeöffnung für jedes Kühlelement einen Klemmkragen hat, der das Kühlelement dichtend hält. Hierdurch erleichtert sich die Montage, da die mehreren Kühlelemente gleichzeitig mit einem Verbindungselement verbunden werden können, welches mit dem Leitungselement gekoppelt wird. Über den Klemmkragen ist zudem sichergestellt, dass die Kühlelemente sicher und dichtend mit dem Sammler und/oder dem Verteiler verbunden sind.
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Dabei werden die Schenkel des Leitungselements zwischen dem Klemmkragen des Verbindungselements und den äußeren Enden des Verbindungselements formschlüssig aufgenommen. Hierdurch ergibt sich eine besonders einfache Montage, da die Kühlelemente zunächst in einer Vormontage einfach in den Klemmkragen gesteckt werden können. Anschließend können die Kühlelemente mit dem Klemmkragen bzw. dem Verbindungselement fest verbunden werden, beispielsweise durch Löten.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung sieht vor, dass der Sammler und/oder Verteiler einen ersten und einen zweiten Kanal aufweisen bzw. aufweist, über die jeweils wenigstens zwei Kühlelemente miteinander in Fluidverbindung stehen. Über die beiden Kanäle können verschiedene Kühlfluidverteilungen in der Kühlvorrichtung realisiert werden. Über den ersten Kanal können beispielsweise zwei benachbarte Kühlelemente fluidverbunden sein, wobei zwei äußere Kühlelemente über den zweiten Kanal miteinander in Fluidverbindung stehen. Generell kann über die Kanäle die Strömung des Kühlfluids individuell eingestellt werden.
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Insbesondere verlaufen der erste und der zweite Kanal parallel zueinander. Bei einem der beiden Kanäle kann es sich beispielsweise um einen Bypasskanal für den anderen Kanal handeln, sodass eine homogene Verteilung des Kühlfluids gewährleistet ist.
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Die beiden Kanäle verlaufen zum Beispiel quer, insbesondere rechtwinkelig zu den Kanälen in den Kühlelementen.
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Die beiden Kanäle können durch eine direkt dazwischenliegende Trennwand voneinander getrennt sein. Hierdurch kann der geforderte Berstdruck im Sammler und/oder im Verteiler trotz geringer Wandstärken erreicht werden. In der dazwischenliegenden Trennwand kann insbesondere eine Durchtrittsöffnung vorgesehen sein, über die die beiden Kanäle in Fluidverbindung stehen.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung sieht vor, dass der erste und/oder zweite Kanal voneinander strömungsmäßig getrennte Abschnitte hat, die unterschiedlichen Kühlelementen zugeordnet sind. Hierüber kann die Kühlfluidverteilung der Kühlvorrichtung entsprechend eingestellt werden. Es ist insbesondere sinnvoll, dass über die Abschnitte die Kühlfluidverteilung derart eingestellt ist, dass das Verhältnis von Kühlelementabschnitten mit bereits verdampftem Kühlfluid und Kühlelementabschnitten mit flüssigem, unverdampftem Kühlfluid in allen Kühlelementen mit paralleler Strömungsführung gleich ist.
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Der erste und/oder der zweite Kanal können bzw. kann einen hydraulischen Durchmesser zwischen 3 mm und 6 mm haben, insbesondere 4 mm und 5 mm. Aufgrund der Ausbildung von zwei Kanälen können die Durchmesser dieser Kanäle gering gehalten werden. Dies ermöglicht es, den Sammler und/oder den Verteiler mit einem Kältemittel zu betreiben, das höhere Anforderungen an den Berstdruck stellt. Gleichzeitig kann hierbei Gewicht eingespart werden. Generell verhält sich die Wandstärke linear zum Durchmesser, sodass bei kleinerem Durchmesser eine geringere Wandstärke nötig ist, um den gleichen geforderten Berstdruck zu garantieren. Im Umkehrschluss bedeutet dies, dass ein kleinerer Durchmesser bei gleicher Wandstärke einen größeren Berstdruck garantiert.
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Die Kühlelemente können Strangpress- oder Extrusionsprofile sein, insbesondere plattenförmige Profile. Hierdurch ist eine einfache Herstellung der Kühlelemente mit den darin angeordneten Kanälen möglich. Über die Plattenform ist zudem sichergestellt, dass die Außenflächen der Kühlelemente so eingestellt sind, dass eine der Hauptflächen zur Kontaktierung des Batteriepakets eingesetzt wird. Dies erhöht die Effizienz der Kühlvorrichtung.
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Weitere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine schematische Querschnittsdarstellung einer Antriebsbatteriebaugruppe,
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2 eine schematische Querschnittsdarstellung eines Kühlelements gemäß einer ersten Ausführungsform,
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3 eine schematische Querschnittsansicht eines Kühlelements gemäß einer zweiten Ausführungsform,
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4 eine Querschnittsansicht der Kühlvorrichtung im Bereich eines Sammlers und/oder Verteilers,
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5 eine weitere Querschnittsansicht der Kühlvorrichtung im Bereich eines Sammlers und/oder Verteilers in einer anderen Ebene,
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6 eine schematische Darstellung des Kühlfluidflusses in einer erfindungsgemäßen, nur abschnittsweise dargestellten Kühlvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform,
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7 eine schematische Darstellung des Kühlfluidflusses in einer erfindungsgemäßen, nur abschnittsweise dargestellten Kühlvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform, und
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8 eine schematische Darstellung des Kühlfluidflusses in einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform.
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In 1 ist eine Antriebsbatteriebaugruppe 10 schematisch im Querschnitt gezeigt, die ein Batteriepaket 12, das ein mehrere Batteriezellen aufweisendes Batteriemodul ist, sowie eine Kühlvorrichtung 14 umfasst.
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Die Kühlvorrichtung 14 weist in der gezeigten Ausführungsform zwei separat ausgebildete Kühlelemente 16a, 16b auf, die seitlich voneinander beabstandet sind und jeweils mehrere parallele Kanäle 18 haben, durch die ein Kühlfluid oder Kältemittel zum Abtransport von Wärmeenergie strömt. Die beiden Kühlelemente 16a, 16b sind insbesondere identisch ausgebildet.
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Die Kühlvorrichtung 14 umfasst ferner zwei separate Vorspanneinheiten 20a, 20b, über die die beiden Kühlelemente 16a, 16b gegen eine flache Seite 22 des Batteriepakets 12 beaufschlagt werden. Bei der Seite 22 handelt es sich um die zu kühlende Unterseite des Batteriepakets 12.
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Die Vorspanneinheiten 20a, 20b sind in der gezeigten Ausführungsform als Federelemente ausgebildet, die sich mit einem ersten jeweiligen Ende an einem Bodenabschnitt 24 eines Gehäuses 25 des Batteriepakets 12 abstützen, um die Kühlelemente 16 spaltfrei gegen die Seite 22 zu drücken. Der in 1 gezeigte Spalt dient nur zur besseren Unterscheidung der einzelnen Teile und ist in der Praxis nicht vorhanden.
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Ferner ist jeweils ein Träger 26a, 26b zwischen den jeweiligen Kühlelementen 16a, 16b und den anderen Enden der Vorspanneinheiten 20a, 20b angeordnet, sodass die Kühlelemente 16 von den Trägern 26 getragen werden. Die Vorspanneinheiten 20 drücken die Kühlelemente 16 demnach indirekt über die Träger 26 gegen die Unterseite 22 des Batteriepakets 12.
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Die Träger 26a, 26b können aus einem Material gebildet sein, das einen geringen Wärmeübertragungskoeffizienten aufweist, sodass eine thermische Entkopplung der Kühlelemente 16 und der Vorspanneinheiten 20 geschaffen ist. Hierdurch werden thermische Beanspruchungen der Vorspanneinheiten 20 vermieden.
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Ferner wird mit dem Träger 26 ein homogener Kontakt der Kühlelemente 16 an der zu kühlenden Seite 22 erreicht, sodass das Batteriepaket 12 effektiv und effizient gekühlt werden kann.
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Alternativ kann auch ein Träger 26 für zwei oder mehr Kühlelemente 16 vorgesehen sein, der von einer Vorspanneinheit 20 oder mehreren Vorspanneinheiten 20 beaufschlagt wird.
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Aus den 2 und 3 gehen verschiedene Querschnitte zweier beispielhafter Ausführungsformen der Kühlelemente 16 hervor.
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In der in 2 gezeigten Ausführungsform weisen die Kanäle 18 einen kreiszylindrischen Querschnitt auf.
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Gemäß der in 3 gezeigten Ausführungsform haben die Kanäle 18 einen länglichen Querschnitt, wobei die Kanäle 18 im Querschnitt entgegengesetzte halbkreisförmige Enden haben.
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Der hydraulische Durchmesser der Kanäle 18 sämtlicher Ausführungsformen kann dabei zwischen 0,5 mm bis 1,5 mm, insbesondere 0,7 mm bis 1 mm betragen.
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In 4 ist die Kühlvorrichtung 14 im Bereich eines Sammlers und/oder Verteilers 28 im Querschnitt gezeigt, mit dem ein Kühlelement 16 gekoppelt ist. Ob es sich um einen Sammler oder Verteiler handelt, hängt letztendlich von der Strömungsrichtung des Kühlfluids ab.
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Der Sammler/Verteiler 28 ist in der gezeigten Ausführungsform zweiteilig ausgebildet, wobei er ein Leitungselement 30 sowie ein Verbindungselement 32 umfasst.
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Das Leitungselement 30 weist einen ersten Kanal 34 auf, mit dem ein Einlass- und/oder Auslassrohr 36 fluidverbunden ist, sodass das Kühlfluid den einzelnen Kühlelementen 16 zugeführt und von ihnen abgeführt werden kann.
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Da das Einlassrohr 36 beispielsweise mit dem ersten Kanal 34 des Verteilers 28 fluidgekoppelt ist, muss das Kühlfluid vom ersten Kanal 34 zum Kühlelement 16 gelangen und umgekehrt vom Kühlelement 16 zum ersten Kanal 34 und zu einem Auslassrohr. Wie dies geschieht wird nachfolgend erläutert.
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Zunächst geht aus 4 ferner hervor, dass das Leitungselement 30 eine Aufnahmeöffnung 38 umfasst, die durch zwei vorstehende Schenkel 40a, 40b ausgebildet ist. In der Aufnahmeöffnung 38 ist das Kühlelement 16 aufgenommen, wobei das Kühlelement 16 mit einem Ende 41 in die Aufnahmeöffnung 38 eingesteckt ist.
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Das Kühlelement 16 ist über das Verbindungselement 32 an das Leitungselement 30 gekoppelt, sodass es sicher gehalten ist. Hierzu ist das Verbindungselement 32 derart ausgebildet, dass es mit jeweils einem Klemmschenkel 32a, 32b die Schenkel 40a, 40b des Leitungselements 30 umgreift. Der Teil des Verbindungselements 32, der an den zueinander gerichteten Innenflächen der Schenkel 40a, 40b anliegt, wird als Klemmkragen 42 bezeichnet.
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Die Schenkel 40a, 40b des Leitungselements 30 werden bei der Montage zwischen den Klemmkragen 42 und den Klemmschenkeln 32a, 32b aufgrund der Dimensionierungen des Verbindungselements 32 geklemmt. Hierdurch ist das Kühlelement 16 dichtend mit dem Leitungselement 30 gekoppelt.
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Die Schenkel 40a, 40b können insbesondere einen Abstand d zueinander aufweisen, der zwischen 3 mm und 6 mm, insbesondere 4 mm und 5 mm liegt. Somit entspricht der Abstand d in etwa dem Vierfachen der Außengeometrie eines Kühlelements 16.
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Durch das Koppeln, insbesondere ein Verlöten, des Verbindungselements 32 mit dem Leitungselement 30 ist ein zweiter Kanal 44 ausgebildet. Dieser zweite Kanal 44 verläuft im Wesentlichen parallel zum ersten Kanal 34, wobei zwischen den beiden Kanälen 34, 44 eine Trennwand 46 im Leitungselement 30 ausgebildet ist.
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Über den zweiten Kanal 44 können ferner sämtliche Kanäle 18 eines Kühlelements 16 miteinander fluidverbunden sein.
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Es können auch mehrere Kühlelemente 16 mit dem zweiten Kanal 44 gekoppelt sein.
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Die beiden Kanäle 34, 44 weisen ferner einen hydraulischen Durchmesser auf, der zwischen 3 mm und 6 mm groß ist, insbesondere zwischen 4 mm und 5 mm.
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In 5 ist derselbe Bereich wie in 4 gezeigt, wobei der Querschnitt etwas unterhalb der Zeichenebene der 4 liegt, da das Kühlelement 16 in 5 nicht geschnitten dargestellt ist.
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Aus 5 geht hervor, dass die Trennwand 46, die die beiden Kanäle 34, 44 voneinander trennt, zumindest eine Durchtrittsöffnung 48 aufweist, über die die beiden Kanäle 34, 44 miteinander strömungsverbunden sind.
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Das eingespeiste Kühlfluid erreicht demnach beispielsweise über das Einlassrohr 36, den ersten Kanal 34, die Durchtrittsöffnung 48 und den zweiten Kanal 44 die an den zweiten Kanal 44 angeschlossenen Kühlelemente 16.
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Ferner geht aus 5 hervor, dass das Verbindungselement 32 durchgehend klammerförmig ausgebildet ist, wobei das Verbindungselement 32 einen mittleren Abschnitt 50 aufweist, der zwischen den beiden Klemmschenkeln 32a, 32b angeordnet ist.
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Sofern das Verbindungselement 32 in einem Abschnitt kein Kühlelement 16 aufnimmt, wie in 5 gezeigt, weist das Verbindungselement 32 in diesem Abschnitt keinen Klemmkragen 42 für ein Kühlelement 16 auf.
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Das Verbindungselement 32 ist so ausgebildet, dass der mittlere Abschnitt 50 nach innen gewölbt ist, sodass ausgehend von dieser Grundform in einfacher Weise der Klemmkragen 42 für die Kühlelemente 16 ausgebildet werden kann.
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Beispielsweise kann das Verbindungselement 32 zunächst durchgehend mit einem nach innen gewölbten mittleren Abschnitt 50 ausgebildet sein, wobei die Klemmkragen 42 an den entsprechenden Positionen im Verbindungselement 32 durch Einstanzen oder Einschlagen hergestellt werden.
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Ferner kann dies dann geschehen, wenn das Verbindungselement 32 mit dem Kühlelement 16 gekoppelt wird, wobei das Kühlelement 16 durch den mittleren Abschnitt 50 gestoßen wird.
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Anschließend wird das Verbindungselement 32 mit dem aufgenommenen Kühlelement 16 oder den mehreren aufgenommenen Kühlelementen 16 mit dem Leitungselement 30 gekoppelt.
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Das Verbindungsteil 32 und das Leitungselement 30 können anschließend an das Koppeln miteinander verlötet werden, sodass eine sichere Verbindung vorliegt.
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Die beiden Teile können hierbei über die beschriebene Ausbildung der Klemmschenkel 32a, 32b und Schenkel 40a, 40b gut miteinander verlötet werden.
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Die Löteigenschaften können zudem dadurch verbessert werden, dass kompatible Materialien gewählt werden, beispielsweise Aluminiumbleche, die jeweils eine Lötschicht (AlSi mit 5 bis 12 % Si) aufweisen.
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Zur Vereinfachung der Herstellung des Sammler/Verteilers 28 kann dieser insbesondere ebenfalls als ein Extrusionsprofil ausgebildet sein.
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In 6 ist die Kühlvorrichtung 14 in einer schematischen Draufsicht gezeigt, wobei vier separat ausgebildete Kühlelemente 16 an einem jeweiligen Ende 41 mit einem Sammler/Verteiler 28 gekoppelt sind. Die gezeigten Außenflächen der Kühlelemente 16 liegen an einer Unterseite 22 eines hier nicht gezeigten Batteriepakets 12 an.
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Aus der 6 gehen die Strömungsrichtungen des Kühlfluids hervor, wobei der Sammler/Verteiler 28 Separationswände 52 aufweist, die in der gezeigten Ausführungsform im zweiten Kanal 44 vorgesehen sind, um den zweiten Kanal 44 in voneinander strömungsmäßig getrennte Abschnitte 54, 56, 58 zu unterteilen. Die Abschnitte 54, 56, 58 sind jeweils unterschiedlichen Kühlelementen 16 zugeordnet.
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Über die Separationswände 52 kann die Strömung des Kühlfluids innerhalb des Sammlers/Verteilers 28 und allgemein in der Kühlvorrichtung 14 beeinflusst werden. Dies stellt sicher, dass die zu kühlende Seite 22 mit einer ausreichend großen Außenfläche der Kühlelemente 16 in Kontakt steht, die von einem noch kühlen Kühlfluid durchströmt sind.
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Der erste Kanal 34 ist in dieser Ausführungsform eine Art Bypasskanal zum zweiten Kanal 44, da er die beiden außenliegenden Kühlelemente 16 miteinander koppelt während die beiden innenliegenden Kühlelemente 16 über den zweiten Kanal 44 miteinander in Fluidverbindung stehen.
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In 7 ist eine alternative Ausführungsform gezeigt, bei der nur eine Separationswand 52 vorgesehen ist, die den zweiten Kanal 44 in zwei unterschiedliche Abschnitte 54, 56 unterteilt.
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Aus den Pfeilen, die die Strömungsrichtung des Kühlfluids darstellen, geht hervor, dass das Kühlfluid im Vergleich zu der Ausführungsform in 6 einen anderen Strömungsweg aufweist. Je nach Bedarf an Kühlleistung und Verteilung der Wärme im Batteriepaket 12 kann über einen entsprechend ausgewählten Sammler/Verteiler 28 bzw. der Anordnung der Separationswände 52 der Kühlfluidstrom entsprechend eingestellt werden.
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Über die Anzahl und Größe der Durchtrittsöffnungen 48 in der Trennwand 46 kann zudem die Strömung innerhalb des Verteilers/Sammlers 28 verändert werden. Hierdurch ist eine Feineinstellung möglich.
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In 8 ist eine weitere Ausführungsform gezeigt, wobei die Kühlvorrichtung 14 einem Batteriepaket 12 zugeordnet ist, welches aus zwei Batteriemodulen 60a, 60b ausgebildet ist, die gestrichelt dargestellt sind.
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Die Kühlvorrichtung 14 weist in der gezeigten Ausführungsform insgesamt acht Kühlelemente 16 auf, die in analoger Weise mit einem Sammler/Verteiler 28 am jeweiligen Ende gekoppelt sind. Vier Kühlelemente 16 sind dabei jeweils einem Batteriemodul 60a, 60b zugeordnet. Der Sammler/Verteiler 28 erstreckt sich dagegen über die gesamte Länge der beiden nebeneinander angeordneten Batteriemodule 60a, 60b.
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Über die Separationswände 52 innerhalb des ersten Kanals 34 wird die Strömung des Kühlfluids in der Kühlvorrichtung 14 gesteuert und ein Einlass- und ein Auslassabschnitt 62, 64 definiert.
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Die beiden Sammler/Verteiler 28 sind in dieser Ausführungsform jeweils als Mischeinheit ausgebildet, da sie sowohl verteilen als auch sammeln. Diese Mischform wird dadurch erreicht, dass Separationswände 52 in den beiden Kanälen 34, 44 entsprechend vorgesehen sind.
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Aus der 8 geht insbesondere hervor, dass die Kühlelemente 16 jeweils paarweise in gleicher Strömungsrichtung vom Kühlfluid durchströmt werden. Hierdurch wird eine homogene Kühlung des Batteriepakets 12 erreicht.
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Aufgrund der Ausbildung der Kühlelemente 16 mit mehreren Kanälen 18, der Vorspannung der Kühlelemente 16 gegen die Seite 22 des Batteriepakets 12 sowie der gezeigten Ausführung des Sammlers/Verteilers 28 kann als Kühlfluid das Kältemittel R744 verwendet werde.
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Aufgrund des guten thermischen Kontakts muss nur eine Teilfläche der zu kühlenden Seite 22 mit den Kühlelementen 16 kontaktiert werden. Zudem ist mit der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung 14 sichergestellt, dass der Platzbedarf trotz der Verwendung des Kältemittels R744 und den damit strengeren Anforderungen an den Berstdruck gleich groß oder sogar geringer ist.
