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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Temperierkörper zum Temperieren von wenigstens einer galvanischen Zelle, wobei der Temperierkörper wenigstens ein Anschlussmittel zum Verbinden des Temperierkörpers mit einem Temperierkreislauf aufweist. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Anordnen eines Anschlussmittels an einen Temperierkörper sowie ein Lithium-Ionen-Energiespeicher-System mit wenigstens einer Lithium-Ionen-Zelle zum Versorgen eines elektrisch antreibbaren Verbrauchers mit elektrischer Energie und einem Temperierkörper.
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Grundlegend ist es bekannt, dass Energiespeicher und insbesondere wieder aufladbare Energiespeicher, wie beispielsweise Akkumulatoren, welche einen breiten Einsatz in Mobiltelefonen, Notebooks bzw. Laptops, tragbaren Konsumentengeräten oder auch im Automobilsektor finden, eine Schlüsseltechnologie zum Betreiben der entsprechenden Geräte darstellen. In der Automobilindustrie werden Energiespeicher beispielsweise zum Antrieb eines Elektromotors in Hybridfahrzeugen oder Elektrofahrzeugen eingesetzt, wobei das Elektrofahrzeug vorteilhaft 100% der antreibenden Energie aus den elektrische Energie speichernden Energiespeichern nutzt. Die wieder aufladbaren elektrischen Energiespeicher, wie zum Beispiel bekannte Lithiumionenakkumulatoren, weisen je nach Einsatzspezifikation modulare Aufbauten auf, welche beispielsweise seriell oder parallel elektrisch verschaltet sind. Zur Gewährleistung der Betriebssicherheit derartiger Energiespeicher ist es unter anderem erforderlich die Energiespeicher innerhalb eines optimalen Temperaturbereiches zu betreiben, insbesondere weil die Temperatur der Energiespeicher einen erheblichen Einfluss auf dessen Leistungsbereitstellung, deren Alterung, welche zu einer Leistungsminderung führen kann, sowie auf deren Lebensdauer und Betriebssicherheit haben kann.
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Um Energiespeichersysteme bzw. Energiespeicher folglich vor einer Überhitzung im Betrieb sowie einer Unterkühlung zu schützen, ist es grundlegend bekannt ein thermisches Managementkonzept zu entwickeln, welches für eine Temperierung der Energiespeicher dient. Insbesondere während des Betriebes des Energiespeichers, das heißt während des Ladens oder Entladens des Energiespeichers, wird Wärme durch diesen durch den sogenannten bekannten ohmschen Wärmeverlust aufgrund des Innenwiederstandes des Energiespeichers produziert. Sofern diese produzierte Wärme nicht hinreichend abgeführt wird, kann es zu einer Steigerung der Temperatur innerhalb des Energiespeichers kommen und damit zu einer Überhitzung und im schlimmsten Fall zu einem Brand des Energiespeichers. Wird der Energiespeicher dagegen durch beispielsweise die Umgebungstemperaturen unterkühlt, wie es zum Beispiel bei einem Energiespeicher auftreten kann, welcher in einem elektrisch antreibbaren Fahrzeug integriert ist, welches während der Wintermonate den kalten Umgebungsbedingungen ausgesetzt ist, so kann es vorkommen, dass die Leistungsabgabe der Energiespeicher zu gering ist, um insbesondere das Fahrzeug zu starten. Deshalb ist es erforderlich die Energiespeicher auf einen optimal ausgelegten Temperaturbereich abzukühlen bzw. aufzuheizen und demzufolge zu temperieren.
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Es ist bekannt, dass zur Temperierung eines Energiespeichersystems unterschiedliche Medien, wie beispielsweise flüssige oder gasförmige Medien eingesetzt werden, welche die Wärmeenergie der Energiespeicher aufnehmen und zum Beispiel an eine Außenumgebung abführen. So werden beispielsweise bei einem Einsatz von flüssigen Medien Platten oder Bleche, welche beispielsweise aus Aluminium bestehen können, direkt an den Energiespeicher angeordnet, um einen guten thermischen Kontakt mit dem Energiespeicher zu ermöglichen, wobei diese Platten oder Bleche von dem Medium durchströmt werden. Um einen Austausch des verwendeten Mediums innerhalb der Platten oder Bleche zu gewährleisten, weisen die Platten bzw. Bleche Anschlussmittele auf, welche entsprechend für den Medieneinlass bzw. den Medienauslass in bzw. aus den Platten bzw. Blechen dienen. Derartige Anschlussmittele werden bekannter Weise während der Fertigung der Kühlplatten an diese gelötet. Bedingt durch diesen Lötprozess und demzufolge bedingt durch die Auftragung des Lötmaterials, die Schichtdicke, die Lötparameter und/oder die Fixierungsmöglichkeiten ergibt sich eine axiale Lagetoleranz, die beispielsweise zu einer Erschwerung der Montage, insbesondere bei einer maschinellen Montage führen kann und/oder Dichtheitsprobleme verursachen kann, wobei das Dichtelement beispielswiese bei einem Einstecken beschädigt werden oder keine gleichmäßige Anpressung des Dichtelements an das Anschlussmittel erfolgen kann, wenn beispielsweise die Achse des Anschlussmittels und der Kupplung außerhalb eines zulässigen Bereiches liegen. Des Weiteren ist es denkbar, dass insbesondere bei einer dezentralen bzw. schiefen Lage bzw. Anordnung der Anschlussmittele, Schnellkupplungen wegen Bauteilkollisionen nicht eingesteckt werden können, sodass es zu einem sog. Bauraumkonflikt kommt. Ein nachträgliches Ausrichten der Anschlussmittele nach dem vorgenannten Lötvorgang ist jedoch nur eingeschränkt möglich, insbesondere auch deswegen, weil hierbei die Gefahr besteht, dass die Lötstellen bei einer Nacharbeit beschädigt werden können, sodass folglich die Dichtheit nicht mehr gewährleistet werden kann.
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Weiterhin als nachteilhaft ist anzusehen, dass bei benannte Platten oder Bleche mit angelötetem Anschlussmittel ein erhöhtes Risiko der Beschädigung der Anschlussmittele während des Transportes der Platten oder Bleche von dem Herstellungsort selbst zu beispielsweise einem Montageort, an welchem die Energiespeicher an die Platten bzw. Blechen angeordnet werden, besteht. Zudem ist es im Hinblick auf entsprechende Logistikkosten sehr kostenintensiv derartige Platten bzw. Bleche mit angelötetem Anschlussmittel derart dicht zu verpacken, dass eine Deformierung der Anschlussmittele während des Transportes ausgeschlossen werden könnte, insbesondere weil bei gleichem Verpackungsvolumen weniger Platten bzw. Bleche transportiert werden könnten.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile bei einem Temperierkörper zum Temperieren, das heißt zum Kühlen oder Erwärmen eines Energiespeichers zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung zumindest einen Temperierkörper zum Temperieren von wenigstens einer galvanischen Zelle und insbesondere einem Energiespeicher sowie ein Verfahren zum Anordnen eines Anschlussmittels an diesen Temperierkörper zu schaffen, mit welchen auf eine einfache und kostengünstige Art und Weise eine Verbindung von Anschlussmitteln an einem Temperierkörper ohne Erzeugung einer kritischen fertigungsbedingten Lageabweichung ermöglicht wird, wobei zudem eine Beschädigung der Anschlussmittel sowie auch des Temperierkörpers selbst beispielsweise bei einem Transport ausgeschlossen werden kann.
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Die voranstehende Aufgabe wird gelöst durch einen Temperierkörper zum Temperieren von wenigstens einer galvanischen Zelle mit den Merkmalen des Anspruchs 1, durch ein Lithium-Ionen-Energiespeicher-System mit wenigstens einer Lithiumionen-Zelle mit den Merkmalen des Anspruches 8 sowie durch ein Verfahren zum Anordnen eines Anschlussmittels an einen Temperierkörper mit den Merkmalen des Anspruches 9. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem Temperierkörper beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem Lithium-Ionen-Energiespeicher-System und/oder dem Verfahren und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann. Außerdem kann der erfindungsgemäße Temperierkörper durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellt werden.
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Der Temperierkörper zum Temperieren von wenigstens einer galvanischen Zelle weist wenigstens ein Anschlussmittel zum Verbinden des Temperierkörpers mit einem Temperierkreislauf auf. Erfindungsgemäß weißt das Anschlussmittel wenigstens eine Mediendurchlassöffnung zum Leiten eines Temperiermediums von dem Temperierkreislauf zu dem Temperierkörper oder von dem Temperierkörper zu dem Temperierkreislauf und wenigstens einen Anschlussmittelbefestigungsbereich zum zeitlich flexiblen Anordnen des Anschlussmittels an eine Einlassöffnung oder eine Auslassöffnung des Temperierkörpers zum Einlassen oder Auslassen des Temperiermediums in und/oder aus dem Temperierkörper auf. Im Rahmen der Erfindung ist ein Temperierkörper insbesondere ein Kühlkörper, welcher gleichzeitig auch zum Erwärmen des mit dem Temperierkörper verbundenen bzw. an den Temperierkörper angeordneten Energiespeichers, welcher beispielsweise eine galvanische Zelle und vorteilhaft eine Mehrzahl an miteinander verbundenen galvanischen Zellen aufweist, dient. Dieser Energiespeicher ist beispielsweise eine Batterie und insbesondere ein wieder aufladbarer elektrischer Energiespeicher in Form eines Akkumulators und insbesondere ein Lithiumionenakkumulator. Das erwähnte zeitlich flexiblen Anordnen des Anschlussmittels an die Einlassöffnung oder die Auslassöffnung des Temperierkörpers kann insbesondere form- und/oder kraftschlüssig (insbesondere ausschließlich form- und/oder kraftschlüssig) erfolgen.
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Mittels des Temperierkörpers ist es vorteilhaft möglich den Energiespeicher und insbesondere die galvanische Zelle zu temperieren und insbesondere zu kühlen oder zu erwärmen, um eine Funktion des Energiespeichers bzw. der galvanischen Zelle zu gewährleisten und vorteilhaft auch deren Lebensdauer zumindest beizubehalten und optimaler Weise sogar hinsichtlich einer durchschnittlichen Lebensdauer zu verlängern. Das mit dem Temperierkörper verbundene Anschlussmittel dient vorteilhaft dazu den Temperierkörper mit insbesondere einem Temperierkreislauf zu verbinden, wobei der Temperierkreislauf auch ein Kühlkreislauf sein kann, welcher zudem auch zur Erwärmung des mit dem Temperierkörpers verbundenen Energiespeichers dient. Der Kühlkreislauf weist dabei vorteilhaft Leitungselemente, wie Leitungen und insbesondere Medienleitungen auf, welche beispielsweise mit einer Pumpeneinheit zum Bewegen des durch die Leitungen fließenden Mediums verbunden sind. Vorteilhaft ist es auch denkbar, dass der Temperierkreislauf eine Wärmetauscheinheit aufweist, welche die durch das Medium aufgenommene Wärmeenergie der galvanischen Zelle mit beispielsweise einer Umgebung austauscht, um das Medium, welches insbesondere auch als Temperiermedium oder Kühlmedium verstanden werden kann, wieder abzukühlen und diesem insbesondere die Wärmeenergie zu entziehen. Im Falle eines Erwärmungsvorgangs der galvanischen Zelle mittels dem Temperierkörper ist es folglich möglich, dass über die Wärmetauscheinheit auch Wärmeenergie von beispielsweise der Umgebung oder einem Heizelement aufgenommen und auf das Medium übertragen werden kann, welches dann über die entsprechenden Medientransportleitungen zu dem Temperierkörper transportiert wird, von wo aus das Medium die aufgenommene Wärmeenergie wieder an die galvanische Zelle und insbesondere den Energiespeicher abgibt, um diesen folglich zu temperieren bzw. zu erwärmen. Es ist jedoch auch denkbar, dass der Temperierkreislauf einen weiteren Temperierkörper aufweist, sodass der erste Temperierkörper auch vorteilhaft direkt über die Anschlussmittel mit einem zweiten Temperierkörper verbunden sein kann, wobei der zweite Temperierkörper über entsprechende Anschlussmittel dann mit Leitungen bzw. Medientransportleitungen des Temperierkreislaufes verbunden ist, um das erwärmte bzw. abgekühlte Medium an eine entsprechende Wärmeaustauscheinheit zu transportieren.
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Zum Einlassen bzw. Auslassen des Mediums, welches beispielsweise ein gasförmiges oder auch flüssiges und insbesondere ein fließfähiges Medium sein kann, weist das Anschlussmittel eine Mediendurchlassöffnung auf, durch welche das Medium von dem Temperierkreislauf oder, wie oben genannt von einem weiteren Temperierkörper in den hier genannten Temperierkörper und insbesondere einen Hohlraum bzw. einen Temperierraum des Temperierkörpers eingebracht wird oder aus diesem heraus transportiert werden kann.
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Um ein zeitlich flexibles Anordnen des Anschlussmittels an dem Temperierkörper zu ermöglichen, weist das Anschlussmittel insbesondere Anschlussmittelbefestigungsbereiche auf. Ein derartiger Anschlussmittelbefestigungsbereich kann beispielsweise ein Gewinde und insbesondere ein Außengewinde sein, welches sich entlang eines Bereiches einer Wandung des Anschlussmittels erstreckt und folglich mit einem Innengewinde des Temperierkörpers interagieren kann, um insbesondere eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Anschlusselement und dem Temperierkörper zu realisieren. Hierfür wäre das Innengewinde des Temperierkörpers zum Beispiel in einem Einlassbereich bzw. an einer Einlassöffnung oder einer Auslassöffnung des Temperierkörpers angeordnet. Folglich wäre es denkbar, dass das Anschlussmittel mittels dem Anschlussmittelbefestigungsbereich in eine Einlassöffnung bzw. Auslassöffnung des Temperkörpers eingeschraubt werden kann. Es ist des Weiteren denkbar, dass das Anschlussmittel in eine entsprechende Einlassöffnung oder eine Auslassöffnung des Temperierkörpers eingepresst (Presspassung) wird, sodass keine formschlüssige Verbindung zwischen dem Anschlussmittel und dem Temperierkörper vorliegt, sondern vorteilhaft eine kraftschlüssige Verbindung erzeugt wird. Um ein zu tiefes Einschrauben und/oder Einpressen des Anschlussmittels in die Öffnungen des Temperierkörpers zu verhindern, wäre es folglich denkbar, dass das Anschlussmittel und/oder der Temperierkörper entsprechende Arretierungsvorsprünge oder Aussparungen aufweist/aufweisen, welche ein zu tiefes Einbringen des Anschlussmittels in die Öffnungen des Temperierkörpers verhindern und folglich als Anschlagselemente dienen. Es ist auch möglich, dass der Anschlussmittelbefestigungsbereich Haken oder Vorsprünge aufweisen kann, mit welchen beispielsweise das Anschlussmittel in Aussparungen oder Vorsprünge des Temperierkörpers einhaken bzw. eingreifen kann, um ein Anordnen des Anschlussmittels an dem Temperierkörper zu ermöglichen. Als zeitlich flexibles Anordnen wird im Rahmen der Erfindung ein nachträgliches Anordnen des Anschlussmittels an den Temperierkörper verstanden, wobei das Anschlussmittel insbesondere nach der Herstellung des Temperierkörpers und nach dem Transport des Temperierkörpers zu einem Energiespeichermontageort, an welchem der Energiespeicher mit dem Temperierkörper verbunden wird, angeordnet wird. Vorteilhaft wird das Anschlusselement hitzefrei, insbesondere form- und/oder kraftschlüssig mit dem Temperierkörper verbunden. Das bedeutet, dass im Rahmen der Erfindung ein Verschweißen oder auch Verlöten oder andere Wärmeenergie benötigende Verbindungsverfahren vorteilhaft durch vorzugsweise formschlüssige und/oder kraftschlüssige Verbindungsverfahren, wie beispielsweise ein Verschrauben oder Verpressen ersetzt werden. Demzufolge wird das Anschlusselement vorteilhaft ohne die Zufuhr zusätzlicher Wärmeenergie mit dem Temperierkörper und insbesondere an einer Einlassöffnung oder Auslassöffnung des Temperierkörpers angeordnet. Es ist des Weiteren denkbar, dass das Anschlussmittel ohne eine stoffschlüssige Verbindung, das heißt frei von Stoffschluss mit dem Temperierkörper verbunden werden kann, wobei hierbei auch insbesondere Verfahren, wie ein Reibschweißen oder Vergleichbares ausgeschlossen werden.
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Es ist des Weiteren denkbar, dass der Anschlussmittelbefestigungsbereich wenigstens eine Aussparung zum Anordnen eines Verbindungsmittels aufweist. Als Verbindungsmittel können hierbei insbesondere lösbare Schraubverbindungen und/oder unlösbare Nietverbindungen und/oder lösbare oder nicht lösbare Klemmverbindungen und vergleichbare Verbindungen verstanden werden. Aussparungen sind hierbei beispielsweise Materialvertiefungen oder auch Bohrungen und insbesondere Durchgangsbohrungen für beispielsweise Schraubverbindungen und/oder Nietverbindungen. Somit ist es denkbar, dass beispielsweise ein Schraubenelement durch die Aussparung des Anschlussmittels im Anschlussmittelbefestigungsbereich gesteckt wird und in ein entsprechendes Gewinde des Temperierkörpers eingreift, um das Anschlussmittel mit dem Temperierkörper zu verbinden. Es ist des Weiteren denkbar, dass das Anschlussmittel und/oder der Temperierkörper Aussparungen in Form von Vertiefungen mit oder ohne Hinterkrallung für die Verwendung von beispielsweise Klemmverbindungen aufweist/aufweisen, sodass mittels eines Klemmmittels das Anschlussmittel mit dem Temperierkörper verbunden werden kann. Insbesondere lösbare Verbindungen, wie Schraubverbindungen oder Klemmverbindungen, bieten vorteilhaft die Möglichkeit das Anschlussmittel derart zu justieren, dass Bauraumkonflikte vermieden werden können.
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Vorteilhaft weist das Anschlussmittel eine Kontaktierungsoberfläche zum zumindest teilweisen Kontaktieren des Anschlussmittels mit dem Temperierkörper auf, wobei die Kontaktierungsoberfläche wenigstens eine Nut zur Aufnahme eines Dichtungselements aufweist. Eine Nut ist im Rahmen der Erfindung eine Aussparung bzw. eine Vertiefung innerhalb einer Wandung des Anschlussmittels und dient zur Aufnahme eines Dichtungselements, welches beispielsweise in Form eines Dichtungsrings oder einer Dichtungslippe ausgestaltet sein kann. Als Dichtungselemente dienen insbesondere elastomere Dichtungselemente, welche vorteilhaft hitzebeständig und/oder kältebeständig sind, sowie eine hinreichende Beständigkeit gegen Chemikalien aufweisen, um vorteilhaft eine lange Lebensdauer und damit einen prozesssicheren Einsatz aufgrund einer vollständigen Abdichtung zu gewährleisten. Eine Abdichtung zwischen dem Temperierkörper und dem Anschlussmittel ist insbesondere erforderlich, um ein Austreten des Mediums zu verhindern. So ist es auch denkbar, dass zur Abdichtung eine Labyrinthdichtung verwendet wird, deren Dichtwirkung auf einen strömungstechnischen Effekt durch eine Verlängerung des abzudichtenden Spaltes beruht. Vorteilhaft erstreckt sich die Nut umlaufend um die Mediendurchlassöffnung, wobei folglich auch das Dichtelement vorteilhaft umlaufend um die Mediendurchlassöffnung innerhalb der Nut angeordnet ist. Hierdurch kann ein Austreten des Mediums zu vorteilhaft vollständig verhindert werden. Es ist des Weiteren denkbar, dass mehr als eine Nut und insbesondere zwei oder mehr Nuten sich ausgehend von der Kontaktierungsoberfläche in die Materialdicke einer Wandung des Anschlussmittels hinein erstrecken, wobei es zudem denkbar ist, dass jede der Nuten umlaufend um die Mediendurchlassöffnung angeordnet ist. Es ist auch möglich, dass einzelne oder jede der Nuten lediglich einen Teil der Mediendurchlassöffnung umlaufen, sodass auch folglich die innerhalb der Nuten angeordneten Dichtungselemente lediglich einen definierten Teil der Mediendurchlassöffnung umgeben. Die Ausbildung und Anordnung der Nuten und/oder der Dichtungselemente innerhalb der Nuten ist hierbei auf keine definierte Ausführungsform eingeschränkt.
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Im Rahmen der Erfindung ist es möglich, dass das Anschlussmittel ein Erdungselement zur Erdung des Temperierkörpers gegen einen Kurzschluss aufweist. Vorteilhaft kann folglich die Anschlussmittelverbindung mit einer Erdungsfunktion kombiniert werden. Hierbei werden die Temperierkörper untereinander und mit einem Erdungspunkt mit einem Energiespeichergehäuse mittels eines Erdungskabels verbunden, sodass die Temperierkörper kein Potential gegen beispielsweise eine Fahrzeug-Masse (Ground) aufbauen können. Basierend auf einer derartigen Sicherheitsmaßnahme werden im Falle eines Kurzschlusses beispielsweise Insassen sowie auch Bauteile eines Fahrzeugs vor einer Verletzung bzw. Beschädigung geschützt. Es ist des Weiteren denkbar, dass das Erdungselement, welches beispielsweise ein Erdungskabel ist, an dem Temperierkörper mit einer Schraubverbindung befestigt wird, wobei hierzu eine oder auch mehrere Schrauben Verwendung finden können, welche auch für die Fixierung des Anschlussmittels an dem Temperierkörper vorgesehen sind.
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Es ist des Weiteren möglich, dass das Anschlussmittel ein Kunststoffmaterial, ein metallisches Material und/oder ein Keramikmaterial aufweist. Demzufolge ist es möglich, dass das Anschlussmittel auch aus einem Verbundwerkstoff, aufweisend beispielsweise mindestens zwei der oben genannten Materialien, besteht. So ist es möglich, dass sofern das Anschlussmittel aus einem Kunststoffmaterial besteht, dieses Anschlussmittel beispielsweise in einem Spritzgussverfahren herzustellen. Ebenfalls ist es denkbar, dass insbesondere für eine besser Positionierung und Einsteckbarkeit des Anschlussmittels an den Temperierkörper der zuvor genannte Zentrierbereich und insbesondere ein Zentrierring in einem Spritzgussverfahren hergestellt werden kann. Ein aus einem Kunststoffmaterial bestehendes Anschlussmittel ermöglicht vorteilhaft eine bessere Abdichtung mit einer ebenfalls aus einem Kunststoffmaterial bestehenden Schnellkupplung, da insbesondere die enge Rauhigkeitstoleranz und folglich die Oberflächengüte der einzelnen Kunststoffteile einfach und reproduzierbar sichergestellt werden kann. Des Weiteren sind die Abdichtungen und insbesondere die O-Ringabdichtungen in Schnellkupplungen weniger anfällig hinsichtlich deren Beschädigung, wodurch eine erhöhte Steckzyklierbarkeit ermöglicht werden kann. Vorteilhaft wird zudem eine dezentrierte Lage der Anschlussmittel am Temperierkörper sowie auch die Minderung von mechanischer Stabilität vermieden.
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Vorteilhaft weist der Temperierkörper eine Einlassöffnung zum Einlassen eines Temperiermediums in den Temperierkörper und eine Auslassöffnung zum Auslassen des Temperiermediums aus dem Temperierkörper sowie eine Anordnungsoberfläche zum Anordnen des Anschlussmittels auf, wobei die Anordnungsoberfläche wenigstens eine Aussparung zum Anordnen eines Verbindungsmittels aufweist. Die Anordnungsoberfläche des Temperierkörpers kontaktiert folglich beim Anordnen des Anschlussmittels an den Temperierkörper die Kontaktierungsoberfläche des Anschlussmittels. Die Aussparung des Temperierkörpers kann dabei beispielsweise, wie bereits zur Aussparung des Anschlussmittels genannt, lediglich eine Vertiefung mit oder auch ohne Hinterkrallung sowie auch eine Bohrung insbesondere in Form einer Durchgangsbohrung sein. Die Aussparung kann des Weiteren auch ein Gewinde und insbesondere ein Innengewinde aufweisen, welches dazu dient mit Hilfe einer Schraubenverbindung das Anschlussmittel mit dem Temperierkörper zu verbinden. Vorteilhaft weisen der Temperierkörper sowie das Anschlussmittel je nach gewünschter Verbindungsmechanik zueinander vergleichbare Befestigungsbereiche und insbesondere Aussparungen der Befestigungsbereiche auf. So ist es beispielsweise denkbar, dass bei Verwendung einer Schraubverbindung der Anschlussmittelbefestigungsbereich sowie auch der Temperierkörperbefestigungsbereich Aussparungen in Form von Bohrungen und insbesondere Durchgangsbohrungen aufweist, welche dazu dienen die Schrauben aufzunehmen. Wird dagegen eine Verbindungsmechanik mittels beispielsweise Klemmverbindungen gewählt, so ist es denkbar, dass der Anschlussmittelbefestigungsbereich sowie auch der Temperierkörperbefestigungsbereich jeweils Aussparungen in Form von Vertiefungen mit Hinterkrallungen aufweisen, in welche die einzelnen Enden der Klemmverbindungen eingreifen können, um ein Verklemmen bzw. Anordnen des Anschlussmittels mit dem Temperierkörper zu gewährleisten.
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Im Rahmen der Erfindung ist es des Weiteren denkbar, dass die Anordnungsoberfläche wenigstens eine Nut zur Aufnahme eines Dichtungselementes aufweist. Hierbei ist es folglich möglich, dass zur Abdichtung zwischen dem Anschlussmittel und dem Temperierkörper zur Verhinderung eines Austretens des Temperiermediums das Anschlussmittel und/oder der Temperierkörper Nuten zur Aufnahme von Dichtungselementen aufweisen. Die sich von der Anordnungsoberfläche in einer Materialdicke einer Wandung des Temperierkörper erstreckende Nut zur Aufnahme eines Dichtungselements kann dabei vorteilhaft entsprechend der Nut des Anschlussmittels, wie oben aufgezeigt, ausgestaltet sein. Folglich wird hiermit auf die Erläuterungen zur Nut des Anschlussmittels verwiesen. Demzufolge ist es auch denkbar, dass das in der Nut des Temperierkörpers angeordnete Dichtungselement in Form beispielsweise eines Dichtungsrings oder einer Dichtungslippe, wie auch zum Dichtungselement des Anschlussmittels erwähnt, ausgestaltet ist, sodass auch hierbei auf die zuvor genannten Erläuterungen zum Dichtungselement verwiesen wird, um Wiederholungen zu vermeiden.
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Im Rahmen der Erfindung wird weiterhin ein Lithium-Ionen-Energiespeicher-System mit wenigstens einer Lithiumionen-Zelle zum Versorgen eines elektrisch antreibbaren Verbrauchers mit elektrischer Energie und einem Temperierkörper zum Temperieren der Lithiumionen-Zellen beansprucht, wobei der Temperierkörper gemäß wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 7 und demzufolge gemäß dem zuvor genannten Temperierkörper gestaltet ist. Das Lithium-Ionen-Energiespeicher-System und insbesondere der Lithiumionen-Akkumulator des Systems weisen im Vergleich zu anderen Akkumulatortypen eine hohe Energiedichte auf, sind thermisch stabil und unterliegen einem lediglich geringen Memory-Effekt. Die Lithiumionen-Zelle, bei welcher die elektrische Energie in Lithiumatomen und Übergangsmetallionen in einem chemischen Prozess mit Stoffänderung gespeichert wird, ist im Lithium-Ionen-Energiespeicher-System mit einem Temperierkörper derart verbunden bzw. an diesem angeordnet, dass die durch die Lithiumionen-Zelle erzeugte Wärmeenergie vom Temperierkörper aufgenommen und über ein den Temperierkörper durchfließenden Temperiermedium abtransportiert werden kann, sofern die Lithiumionen-Zelle gekühlt werden muss. Bei Vorliegen von kalten Umgebungsbedingungen ist es folglich denkbar, dass über den Temperierkörper und insbesondere dem den Temperierkörper durchlaufenden Temperiermedium, Wärmeenergie der Lithiumionenzelle zugeführt wird, um einen Kaltstart bzw. auch Kaltbetrieb der Lithiumionen-Zelle zu verhindern.
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Des Weiteren wird ein Verfahren zum Anordnen eines Anschlussmittels an einen Temperierkörper beansprucht, wobei eine Mediendurchlassöffnung des Anschlussmittels fluchtend mit einer Einlassöffnung oder einer Auslassöffnung des Temperierkörpers und ein Anschlussmittelbefestigungsbereich des Anschlussmittels interagierend mit einem Temperierkörperbefestigungsbereich des Temperierkörpers zur lösbaren oder unlösbaren Verbindung des Anschlussmittels mit dem Temperierkörper angeordnet wird. Vorteilhaft wird folglich nach der Herstellung des Temperierkörpers und dessen Transport zu einem Energiespeichermontageort, an welchem der Energiespeicher mit dem Temperierkörper verbunden wird, das Anschlussmittel über einen Anschlussmittelbefestigungsbereich mit dem Temperierkörper über dessen Temperierkörperbefestigungsbereich lösbar, beispielsweise mittels einer Schraubverbindung oder unlösbar, beispielsweise mittels einer Nietverbindung, verbunden. Hierbei wird das Anschlussmittel derart auf den Temperierkörper aufgebracht bzw. an diesem angeordnet, dass die Mediendurchlassöffnung des Anschlussmittels, über welche das Temperiermedium vom dem oben genannten Temperierkreislauf in den Temperierkörper eingebracht oder aus dem Temperierkörper in den Temperierkreislauf eingebracht wird, fluchtend mit einer Einlassöffnung oder einer Auslassöffnung des Temperierkörpers angeordnet ist, sodass das Temperiermedium ungehindert in den Temperierkörper hinein oder aus dem Temperierkörper hinaus fließen kann.
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Vorteilhaft wird bei dem oben genannten Verfahren ein Temperierkörper gemäß einem der vorangegangen Ansprüche 1 bis 7 und demzufolge ein Temperierkörper der vorgenannten Art verwendet.
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Bei dem beschriebenen Verfahren ergeben sich sämtliche Vorteile, die bereits zu einem Temperierkörper gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung beschrieben worden sind.
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Ein erfindungsgemäßer Temperierkörper sowie ein Anschlussmittel werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch:
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1 in einer perspektivischen Ansicht eine Ausführungsform eines Temperierkörpers mit angeordneten Anschlussmitteln,
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2 in einer perspektivischen Ansicht eine Ausführungsform eines Temperierkörpers mit angeordneten Anschlussmitteln sowie angeordnetem Energiespeicher,
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3 in einer Schnittdarstellung eine Ausführungsform eines Temperierkörpers,
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4 in einer Schnittdarstellung eine erste Ausführungsform eines Anschlussmittels,
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5 in einer Schnittdarstellung eine zweite Ausführungsform des Anschlussmittels,
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6 in einer Schnittdarstellung eine dritte Ausführungsform des Anschlussmittels, und
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7 in einer Schnittdarstellung eine Ausführungsform eines Temperierkörpers mit einem in 6 gezeigten Anschlussmittel.
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Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den 1 bis 7 jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
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In der 1 ist eine Ausführungsform eines Temperierkörpers 10 mit einem und insbesondere zwei an dem Temperierkörper 10 angeordneten Anschlussmittel 20, 20.1, 20.2 gezeigt. Der Temperierkörper 10 weist hierbei insbesondere eine plattenförmige Gestalt auf, wobei das Anschlussmittel 20, 20.1, 20.2 auf einer Anordnungsoberfläche 1 des Temperierkörpers 10 angeordnet ist und sich von der Anordnungsoberfläche 1 nach außen weg erstreckt. Es ist jedoch auch denkbar, dass das Anschlussmittel 20, 20.1, 20.2 an einer zu der Anordnungsoberfläche 1 im Wesentlichen rechtwinklig erstreckenden Seitenfläche 1.1 des Temperierkörpers 10 angeordnet wäre. Auch wäre es möglich, dass eines der Anschlussmittel 20, 20.1, 20.2 an einer Anordnungsoberfläche 1 des Temperierkörpers 10 angeordnet ist, während beispielsweise ein weiteres der Anschlussmittel 20, 20.1, 20.2 an einer der Seitenfläche 1.1 angeordnet ist. Die Anordnung der Anschlussmittel 20, 20.1, 20.2 ist im Wesentlichen durch die Anordnung des Energiespeichers an dem Temperierkörper und/oder die Einbaulage des Temperierkörpers mit dem Energiespeichersystem innerhalb des Konsumentenproduktes bestimmt.
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In der 2 ist in perspektivischer Ansicht eine Ausführungsform eines Temperierkörpers 10 mit am Temperierkörper 10 angeordneten Anschlussmitteln 20.1, 20.2 gezeigt, wobei auf einer der Anordnungsoberfläche 1 des Temperierkörpers 10 gegenüberliegenden Oberfläche ein Energiespeicher 30, welcher beispielsweise ein Akkumulator und insbesondere ein Lithium-Ionen-Akkumulator ist, angeordnet ist. Sofern es sich bei dem Energiespeicher 30 um einen Lithium-Ionen-Akkumulator handelt, kann das ist der 2 gezeigte System auch als Lithium-Ionen-Energiespeicher-System 50 bezeichnet werden. Der Energiespeicher 30 weist vorteilhaft eine galvanische Zelle 31 und insbesondere eine Mehrzahl von galvanischen Zellen 31 auf, wobei bei Vorliegen eines Lithium-Ionen-Akkumulators als Energiespeicher 30 eine Vielzahl von Lithium-Ionen-Zellen 51 vorliegen können. Vorteilhaft weist der Temperierkörper 10 zwei Anschlussmittel 20.1 und 20.2 auf, wobei beispielsweise das erste Anschlussmittel 20.1 auf einer hier nicht gezeigten Einlassöffnung des Temperierkörpers 10 aufgebracht ist, um ein Temperiermedium in den Temperierkörper 10 einzubringen. Demzufolge ist das zweite Anschlussmittel 20.2 im Bereich einer hier nichtgezeigten Auslassöffnung bzw. auf einer Auslassöffnung des Temperierkörpers 10 angeordnet, um ein Auslassen des Temperiermediums aus dem Temperierkörper zu ermöglichen.
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In der 3 ist in einer Schnittdarstellung eine Ausführungsform eines Temperierkörpers 10 gezeigt. Der hier dargestellt Temperierkörper 10 weist insbesondere einen Hohlraum 2 auf, innerhalb welchem ein Temperiermedium eingebracht werden kann, um eine auf den Temperierkörper 10 aufgebrachte Wärme aufzunehmen bzw. eine innerhalb des Temperiermediums befindliche Wärmeenergie über den Temperierkörper 10 abzugeben. Des Weiteren weist der Temperierkörper 10 einen Befestigungsbereich 3 und insbesondere zwei Temperierkörperberfestigungsbereiche 3 auf, welche sich jeweils seitlich des Hohlraumes befinden. Der Temperierkörperbefestigungsbereich 3 weist gemäß dem in der 3 gezeigten Ausführungsbeispiel des Temperierkörpers 10 eine Aussparung 4 in Form einer Bohrung und insbesondere einer Durchgangsbohrung auf, in welche beispielsweise Schrauben eingebracht werden können. Es ist zudem denkbar, dass die Aussparung 4 ein hier nicht dargestelltes Innengewinde aufweist, welches mit einem Außengewinde eines hier nicht gezeigten Schraubenelementes interagiert. Des Weiteren weist der Temperierkörper 10 eine Nut 7 in Form einer Vertiefung auf, welche sich vorteilhaft umlaufend um die gezeigte Öffnung 5 bzw. 6, welche in Form einer Einlassöffnung 5 bzw. Auslassöffnung 6 ausgestaltet sein kann, erstreckt. Innerhalb der Nut 7 ist ein Dichtungselement 8 angeordnet, welches beispielsweise in Form eines Dichtungsrichtungsringes und insbesondere eines O-Ringes ausgebildet ist. Wie in der 3 gezeigt, erstreckt sich die Nut 7 ausgehend von der Anordnungsoberfläche 1 in eine Materialdicke der Wandung des Temperierkörpers 10. Die Nut kann eine unterschiedliche und hierbei nicht festgelegte Querschnittsform aufweisen.
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In der 4 ist in einer Schnittdarstellung eine erste Ausführungsform eines Anschlussmittels 20 gezeigt, welches eine Wandung 21 aufweist, die sich zum einen in Form eines Stutzenelementes 23 und zum anderen in Form eines Flanschelementes 24 erstreckt. Im Bereich des Flanschelementes 24 ist ein Anschlussmittelbefestigungsbereich 25 vorgesehen, welcher eine Aussparung 26 aufweist, die gemäß der 4 in Form einer Bohrung und insbesondere einer Durchgangsbohrung vorliegt. Es ist des Weiteren denkbar, dass diese Aussparung 26 ein hier nicht dargestelltes Innengewinde aufweist, welches mit beispielsweise einem Außengewinde eines Schraubelementes interagieren kann. Des Weiteren weist das Anschlussmittel 20 eine Mediendurchlassöffnung 22 auf, welche sich entlang des Stutzenelementes 23 und des Flanschelementes 24 im Wesentlichen zentrisch durch das Anschlussmittel 20 erstreckt, um den Transport eines Temperiermediums in den Temperierkörper hinein oder aus dem Temperierkörper hinaus zu ermöglichen. Im Bereich der Kontaktierungsoberfläche 28 weist das Anschlussmittel 20 eine die Mediendurchlassöffnung 22 zumindest teilweise umlaufende Nut 27 auf, innerhalb welcher ein Dichtungselement 40 angeordnet ist. Die in der 4 gezeigte Nut 27 kann dabei der in der 3 gezeigten Nut 7 hinsichtlich deren Ausgestaltung und Form entsprechen. Auch das in der 4 gezeigte Dichtungselement 40 kann dem in der 3 gezeigten Dichtungselement 8 hinsichtlich deren Form und Ausgestaltung sowie auch deren Materialzusammensetzung entsprechen. Während sich das Stutzenelement 23 des Anschlussmittels 20 vorteilhaft im Wesentlichen in vertikaler Richtung V erstreckt, erstreckt sich das Flanschelement 24 vorteilhaft in horizontaler Richtung H, sodass das Flanschelement 24 sich im Wesentlichen rechtwinklig von der Längsachse des Stutzenelementes 23 weg erstreckt. Vorteilhaft weist das Anschlussmittel 20, wie beispielsweise auch der in der 3 gezeigte Temperierkörper 10 wenigstens zwei Anschlussmittelbefestigungsbereiche 25 auf, um eine hinreichende Befestigung des Anschlussmittels 20 mit dem Temperierkörper 10 zu gewährleisten und folglich auch eine Abdichtung zwischen dem Anschlussmittel 20 und dem Temperierkörper zu ermöglichen.
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In der 5 ist eine zweite Ausführungsform eines Anschlussmittels 20 in einer Schnittdarstellung gezeigt, wobei sich die zweite Ausführungsform des Anschlussmittels 20 von der in 4 gezeigten ersten Ausführungsform des Anschlussmittels 20 lediglich dahingehend unterscheidet, dass anstatt einer Nut 27 und demzufolge eines Dichtungselementes 40 nun zwei Nuten 27.1 und 27.2 und folglich zwei Dichtungselementen 40.1 und 40.2 im Bereich der Kontaktierungsoberfläche 28 angeordnet sind. Hierbei ist es denkbar, dass beide Nuten 27.1 und 27.2 sich jeweils umlaufend um die Mediendurchlassöffnung 22 erstrecken, wobei es jedoch zudem auch denkbar ist, dass jede der beiden Nuten 27.1 und 27.2 sich nur teilweise um die Mediendurchlassöffnung 22 erstrecken. Die Größe und Ausgestaltung der einzelnen Nuten 27.1 und 27.2 kann einander entsprechen oder auch unterschiedlich zueinander sein. Auch die Verwendung der einzelnen Dichtungselemente 40.1 und 40.2 kann einander entsprechen oder auch unterschiedlich sein, sodass es beispielsweise denkbar ist, dass als erstes Dichtungselemente 40.1 ein Dichtungsring und als zweites Dichtungselement 40.2 eine Dichtungslippe verwendet wird. Bei der Verwendung von zwei Nuten 27.1 und 27.2 und folglich zwei Dichtungselementen 40.1 und 40.2 im Bereich des Anschlussmittels 20 und/oder im Bereich des Temperierkörpers 10 kann eine erhöhte Abdichtung zwischen dem Temperierkörper 10 und dem Anschlussmittel 20 gewährleistet werden. So ist es zudem auch denkbar, dass beispielsweise ein Dichtungselement 40, wie beispielsweise das erste Dichtungselement 40.1 gegen eine Tieftemperatur optimal abdichten kann, während das zweite Dichtungselement 40.2 gegen eine Hochtemperatur optimal abdichten kann, indem beispielsweise beide Dichtungselemente 40.1 und 40.2 hinsichtlich ihrer Materialeigenschaften unterschiedlich ausgebildet sind. Es ist des Weiteren denkbar, dass aufgrund der Verwendung von mindestens zwei oder mehr Dichtungselementen 40, 40.1, 40.2 innerhalb von zwei oder mehr Nuten 27.1, 27.2 eine Verformung oder auch die Unebenheit der Temperierkörperoberfläche ausgeglichen werden kann, um eine hinreichende Abdichtung weiterhin zu ermöglichen.
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In der 6 ist in einer Schnittdarstellung eine dritte Ausführungsform des Anschlussmittels 20 gezeigt, wobei sich die dritte Ausführungsform von der in 5 gezeigten zweiten Ausführungsform des Anschlussmittels 20 lediglich dahingehend unterscheidet, dass das in der 6 gezeigte Anschlussmittel 20 zudem einen Zentrierring 29 aufweist. Der Zentrierring 29 erstreckt sich in Verlängerung zu dem Stutzenelement 23 ausgehend von der Kontaktierungsoberfläche 29 weg. Der Zentrierring 29 dient vorteilhaft dazu eine einfache und prozesssicher Anordnung des Anschlussmittels 20 an dem Temperierkörper 10 zu ermöglichen, wobei der Zentrierring 29 zumindest teilweise in eine Öffnung, wie eine Eingangsöffnung 5 oder eine Ausgangsöffnung 6 (vgl. dazu 3 oder 7) eingebracht wird. Demzufolge unterstützt die Ausgestaltung des Anschlussmittels 20 mit einem Zentrierring 29 den Gedanken des Poka Yoke.
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Des Weiteren weist das Anschlussmittel 20, wie in der Ausführungsform der 6 gezeigt, Verstärkungsrippen 60 auf. Die Verstärkungsrippen 60 dienen vorteilhaft dazu eine Deformierung des Stutzenelementes 23 des Anschlussmittels 20 zu vermeiden.
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In der 7 ist in einer Schnittdarstellung eine Anordnung einer Ausführungsform eines Temperierkörpers 10 mit der in der 6 gezeigten Ausführungsform des Anschlussmittels 20 gezeigt. Der in der 7 gezeigte Temperierkörper 10 weist einen Hohlraum 2 zur Aufnahme eines Temperiermediums auf. Im Bereich einer Einlassöffnung 5 bzw. Auslassöffnung 6 ist der Zentrierring 29 des Anschlussmittels 20 eingebracht, insbesondere um ein Verkippen des Anschlussmittels 20 zu vermeiden. Über die in den Nuten 27.1 und 27.2 angeordneten Dichtungselemente 40.1 und 40.2 erfolgt eine Abdichtung zwischen dem Anschlussmittel 20 und dem Temperierkörper 10. Der Anschlussmittelbefestigungsbereich 25 und insbesondere die Aussparung 26 des Anschlussmittelbefestigungsbereichs 25 des Anschlussmittels 20 ist fluchtend mit dem Temperierkörperbefestigungsbereich 3 und insbesondere der Aussparung 4 des Temperierkörperbefestigungsbereichs 3 des Temperierkörpers 10 angeordnet, sodass die Aussparung 26 sowie die Aussparung 4 eine gemeinsame Bohrung und insbesondere eine gemeinsame Durchgangsbohrung bilden. Über diese gemeinsame Durchgangsbohrung kann beispielsweise eine Nietverbindung oder auch eine Schraubverbindung zur Fixierung des Anschlussmittels 20 an dem Temperierkörper 10 ermöglicht werden. Die Mediendurchlassöffnung 22 ist fluchtend bzw. zentrisch mit der Einlassöffnung 5 bzw. der Auslassöffnung 6 des Temperierkörpers 10 angeordnet, sodass ein Einbringen bzw. ein Ausbringen des Temperiermediums in den Hohlraum 2 bzw. aus dem Hohlraum 2 des Temperierkörpers 10 ermöglicht werden kann.
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Vorteilhaft reduziert der erfindungsgemäße Temperierkörper aufgrund der nachmontierbaren Anschlussmittel Transportkosten, da die Temperierkörper bzw. Platten ohne entsprechend herausragende Anschlussmittel einfach verpackt und dicht gestapelt verstaut werden können, sodass innerhalb einer Transportbox eine Mehrzahl an Temperierkörper verpackt werden kann, wodurch ein Packvolumen optimal ausgenutzt wird. Auch ein zusätzliches Fixieren zum Schützen von Anschlussmitteln während des Transportes der Temperierkörper ist dank der vorliegenden Erfindung obsolet. Eine Beschädigung der Temperierkörper während des Transportes wird dank der vorliegenden Erfindung deutlich verringert.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Anordnungsoberfläche des Temperierkörpers
- 1.1
- erste Seitenfläche
- 1.2
- zweite Seitenfläche
- 2
- Hohlraum des Temperierkörpers
- 3
- Temperierkörperbefestigungsbereich
- 4
- Aussparung im Temperierkörperbefestigungsbereich
- 5
- Einlassöffnung
- 6
- Auslassöffnung
- 7
- Nut des Temperierkörpers
- 8
- Dichtungselement des Temperierkörpers
- 10
- Temperierkörper
- 20
- Anschlussmittel
- 20.1
- erstes Anschlussmittel
- 20.2
- zweites Anschlussmittel
- 21
- Wandung
- 22
- Mediendurchlassöffnung
- 23
- Stutzenelement
- 24
- Flanschelement
- 25
- Anschlussmittelbefestigungsbereich
- 26
- Aussparung des Anschlussmittels
- 27
- Nut des Anschlussmittels
- 27.1
- erste Nut
- 27.2
- zweite Nut
- 28
- Kontaktierungsoberfläche des Anschlussmittels
- 29
- Zentrierring
- 40
- Dichtungselement des Anschlussmittels
- 40.1
- erstes Dichtungselement
- 40.2
- zweites Dichtungselement
- 50
- Lithium-Ionen-Energiespeicher-System
- 51
- Lithium-Ionen-Zelle
- 30
- Energiespeicher
- 31
- galvanische Zelle
- 60
- Verstärkungsrippen
- V
- vertikale Richtung
- H
- horizontale Richtung
