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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Temperierung von Batterien oder Batteriepacks, insbesondere für Traktionsbatterien zum Antrieb eines Fahrzeugs. Eine Temperierfluidversorgung versorgt über mindestens eine Temperierschnittstelle im Wesentlichen flächig ausgeführte Temperierelemente mit einem Temperierfluid.
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Stand der Technik
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Hybridfahrzeug (HEV = Hybrid Electric Vehicles) und Elektrofahrzeuge (EV = Electric Vehicles) benötigen energiereiche und leistungsstarke Batteriesysteme, damit deren elektrische Antriebsmaschinen die erwarteten Fahrleistungen abgeben können. Als elektrische Energiespeicher werden heute vorzugsweise energiereiche und leistungsstarke Lithium-Ionen- oder Lithium-Polymer-Batteriepacks mit einer Größenordnung von etwa 100 Batteriezellen eingesetzt. Die Ladung leistungsfähiger Batteriezellen beträgt bis zu 63 Ah.
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Bedingt durch elektrochemische Umwandlungsprozesse erwärmen sich Lithium-Ionen- bzw. Lithium-Polymer-Batteriezellen vor allem bei der Energieabgabe. Je leistungsfähiger das Batteriepack ist, desto größer ist seine Erwärmung und desto unverzichtbarer ist ein effizientes aktives Thermomanagementsystem, das die Batteriezellen bei Kälte heizt und bei Erwärmung abkühlt, wobei die Kühlung die am häufigsten benötigte Funktion eines Thermomanagementsystems ist.
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Die Gründe dafür sind, dass die optimale Betriebstemperatur von Lithium-Ionen-Batteriesystemen in der Größenordnung zwischen +5°C und +35°C liegt. Ab einer Betriebstemperatur von ca. +40°C wird die Lebensdauer entsprechender Batteriezellen geringer. Die Erfüllung der Lebensdaueranforderung von ca. 8 bis 10 Jahren ist deshalb nur mit einer hinreichenden thermischen Konditionierung der Batteriezellen realisierbar. Dies bedeutet, dass die Batteriezellen bei allen Betriebszuständen in einem thermisch unkritischen Zustand mit einem Temperaturniveau von unterhalb von 40°C zu halten sind. Des Weiteren ist zur Erreichung eines Alterungsgleichlaufes zwischen den Batteriezellen, ein Temperaturgradient von Batteriezelle zu Batteriezelle in der Größenordnung von lediglich 5 K zu halten.
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Aus dem Stand der Technik sind bezüglich der Batteriebeheizung und der Batteriekühlung Flüssigkeitstemperierungen mit einem Wasser/Glykol-Gemisch bekannt, welches durch Kanäle unterhalb der Batteriemodule oder der Batteriezellen montierter Kühlplatten geleitet wird. Die Versorgung der Kühlplatten mit Kühlfluid wird mit einer Kühlwasserverschlauchung realisiert. Die Kanäle der Kühlplatte werden entweder als Stranggussprofile oder als entsprechende Inlets ausgebildet.
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DE 10 2009 016 576 A1 bezieht sich auf Batterien und deren Komponenten sowie ein Verfahren zu deren Herstellung und Zusammenbau. Es ist eine Vielzahl von Batteriekühlplatten vorgesehen, die jeweils einen darin definierten Pfad für flüssiges Kühlmittel aufweisen, der mit einem Einlasssammelleitungsloch und einem Auslasssammelleitungsloch kommuniziert, wobei eine Vielzahl von Kühlplatten aneinander gestapelt wird. Dadurch sind die Einlass- und Auslasssammelleitungslöcher einer jeden Platte mit denselben von benachbarten Platten und jedem der Einlass- und Auslasssammelleitungslöcher von benachbarten ausgerichtet.
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US 2011/0293982 A1 bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Kühlung von Batterien. Es wird ein Kühlmodul offenbart mit einem Rahmen, der eine Vielzahl von Beinen aufweist, die eine Öffnung eines zentralen Bereiches eines Rahmens darstellen. Zumindest eines der Beine umfasst einen Schlitz. Eine Kühlflosse ist mit dem Rahmen gekoppelt. Die Kühlflosse umfasst eine gewellte Platte, die zwischen einer ersten Platte und einer zweiten Platte angeordnet ist und eine Anzahl von Fluidströmungskanälen zwischen der ersten und der zweiten Platte bildet. Die Kühlmodule sind in einem Stapel aufgenommen, in dem zumindest eine Batteriezelle zwischen aneinandergrenzenden Kühlmodulen aufgenommen ist. Die Batteriezelle befindet sich in Wärmeübertragungsverbindungen mit der Kühlflosse zumindest eines Kühlmodules, wobei die Kühlflosse einen Transfer von Wärmeenergie zwischen der Batteriezelle und den Strömungskanälen, die in der Kühlflosse ausgebildet sind, darstellt.
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DE 10 2011 109 306 A1 hat ein modulares Plattenträgerkonzept zum Anbringen und eingebetteten Kühlen von Beutelzellenbatterieanordnungen zum Gegenstand. Die modular ausgebildete Anordnung umfasst mehrere U-förmige Elemente mit Kühlfluidkanälen, wobei die U-förmigen Elemente in gestapelter Weise miteinander befestigt sind. Ein jeder Kühlfluidkanal umfasst eine Einlass- und eine Auslassöffnung, wobei die Öffnungen in den gestapelten U-förmigen Elementen miteinander fluchten. Die modulare Anordnung umfasst auch mehrere wärmeleitende Trägerplatten, wobei an und zwischen gegenüberliegenden Trägerplatten eine Batteriezelle angebracht ist. In gegenüberliegenden Sicherungsschlitzen in gegenüberliegenden U-förmigen Elementen sind Seitenränder der Trägerplatten aufgenommen, wobei in dem U-förmigen Element ein Kühlfluidkanal im Sicherungsschlitz vorgesehen ist, derart, dass ein durch den Kühlfluidkanal und die U-förmige Elemente strömendes Kühlfluid die Trägerplatten kontaktiert und ihnen Wärme entzieht.
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Es wird eine sehr hohe Dichtheit des Kühlwassersystems gegen Auftreten einer Leckage gefordert. Eine Flüssigkeitsdetektion im Batteriegehäuse und an den elektronischen Komponenten ist jedoch nicht vorhanden. Dies hat Nachteile, da Leckagen über die gesamte Batterie-Lebenszeit gesehen, nie vollständig ausgeschlossen werden können. Des Weiteren befinden sich diverse Schnittstellen zwischen einer Kühlwasserverschlauchung und den Kühlplatten innerhalb des Batteriegehäuses, was weitere potentielle Leckagestellen bedingt, die sich zudem in ungünstiger Weise in unmittelbarer Nähe zu elektrischen Komponenten befinden. Somit ist die Gefahr von batterieinternen Kurzschlüssen infolge des austretenden Temperierfluides gegeben.
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Darstellung der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung zur Temperierung von Batterien oder ganzer Batteriepacks, insbesondere für Traktionsbatterien zum Antrieb eines Fahrzeugs mit einer Temperierfluidversorgung vorgeschlagen, die über mindestens eine Temperierschnittstelle im Wesentlichen flächige Temperierelemente mit Temperierfluid versorgt, wobei die flächigen Temperierelemente an der Temperierschnittstelle einander überlappend angeordnet sind, oder mit der Temperierschnittstelle stoffschlüssig verbunden sind oder aber mit einem Abdichtteil gegen die Temperierschnittstelle abgedichtet sind.
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Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung lässt sich in vorteilhafter Weise ein vollständiger Verzicht auf ein leckageanfälliges Verschlauchungssystem realisieren. Die unmittelbare Anwendung der flächig ausgebildeten Temperierelemente in einem Bauteil, welches sowohl für die Verteilung als auch für die Sammlung des Temperierfluides dient, birgt somit enorme sicherheitsrelevante und zudem kostenseitige Vorteile, da die bereits erwähnte Verschlauchung vollständig eingespart werden kann und Maßnahme zur Sicherstellung der Dichtheit eines Temperiersystems erheblich reduziert werden.
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In weiterer vorteilhafter Ausbildung des der Erfindung zugrundeliegenden Gedankens sind die flächigen Temperierelemente von mindestens einem Kanal durchzogen, welcher von dem Temperierfluid durchströmt wird. Die Kanäle der flächigen Temperierelemente können entweder als Inlets oder als Stranggussprofile ausgeführt sein. Die flächigen Temperierelemente werden in der Regel aus einem Werkstoff gefertigt, der gute Wärmeleiteigenschaften aufweist, so dass über die flächigen Temperierelemente ein guter Wärmeübergang zu den zu temperierenden Batterien bzw. zu den zu temperierenden Batteriepacks realisiert werden kann. Bei niedrigen Außentemperaturen kann bei entsprechender Erwärmung des Temperierfluides durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung eine Beheizung der Batterie bzw. eines Batteriepacks erzielt werden, während im Betrieb oder bei hohen Außentemperaturen und entsprechend gekühltem Temperierfluid eine Entwärmung, d.h. eine Kühlung von Batterien bzw. ganzer Batteriepacks durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung im Wesentlichen leckagefrei dargestellt werden kann.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des der Erfindung zugrundeliegenden Gedankens weisen die flächigen Temperierelemente mindestens eine Öffnung auf, die für das Einströmen bzw. das Ausströmen des Temperierfluides dienen. Durch die Öffnungen erfolgen ein Rücklauf und ein Vorlauf des Temperierfluides.
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In einer Ausführungsvariante der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Vorrichtung zur Temperierung von Batteriezellen, weisen die flächigen Temperierelemente zueinander komplementär ausgeführte Verjüngungen auf, die innerhalb eines Verbandes aus flächigen Temperierelementen eine Dichtfläche bilden. In diesen Ausführungsvarianten sind die flächig ausgebildeten Temperierelemente eben ausgeführt. Der Verband aus flächigen Temperierelementen wird in vorteilhafter Weise durch mindestens ein blockförmig ausgebildetes Abdichtteil, bevorzugt durch zwei Abdichtteile gebildet. Durch die beiden Abdichtteile werden unter Zwischenschaltung von ringförmigen Dichtelementen innerhalb eines Überlappungsbereiches die flächigen Temperierelemente unter Erzielung einer Abdichtwirkung gegeneinander vorgespannt. Die ringförmigen Dichtelemente können als O-Ringe ausgeführt sein.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsvariante des der Erfindung zugrundeliegenden Gedankens, können die flächig ausgebildeten Temperierelemente innerhalb eines Überlappungsbereiches gestuft, gekröpft oder abgewinkelt ausgebildet sein. Dadurch kann in vorteilhafter Weise eine kompakte Anordnung erreicht werden; zudem ist eine Gleichteileverwendung bei spiegelbildlicher Anordnung von gekröpft, gestuft, gebogener oder abgewinkelt ausgebildeter flächiger Temperierelemente in übereinanderliegender Anordnung möglich.
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Innerhalb des Überlappungsbereiches der flächigen Temperierelemente, der sich oberhalb oder unterhalb der Temperierschnittstelle befindet, sind die flächigen Temperierelemente mit ihren Öffnungen derart angeordnet, dass die Öffnungen, über die das Temperierelement den Kanälen in den flächigen Temperierelementen zuströmt, miteinander fluchtend. Zudem fluchten nicht nur die Öffnungen der flächigen Temperierelemente zueinander, sondern diese Öffnungen fluchten auch zu einem Versorgungskanal, der beispielsweise an einer oberen Planseite oder einer unteren Planseite der Temperierschnittstelle mündet. In einer Ausführungsmöglichkeit kann durch die eine übereinanderliegende beschichtete Anordnung der flächigen Temperierelemente eine horizontale Abdichtung, gebildet durch vorzugsweise zwei Abdichtteile und einer Anzahl ringförmiger Dichtelemente erzielt werden; es besteht jedoch auch die Möglichkeit, eine vertikale Abdichtung der flächigen Temperierelemente gegenüber der Temperierschnittstelle zu realisieren. Gemäß dieser Ausführungsvarianten weisen beispielsweise eben ausgebildete, flächige Temperierelemente an ihren Rändern Flansche auf, die beispielsweise über eine stoffschlüssige Verbindung mit einem Durchgangskanal, der in der Temperierschnittstelle ausgeführt ist, verbunden werden. Der Durchgangskanal der Temperierschnittstelle wird über den Versorgungskanal gespeist, der seinerseits durch die Temperierfluidversorgung beaufschlagt ist.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsmöglichkeit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung kann in einem Verband aus übereinanderliegend angeordneten ebenen oder gestuft, gekröpft oder abgewinkelt ausgebildeten flächigen Temperierelementen ein Abdichtstopfen in Gestalt einer Doppelhohlschraube eingelassen sein. Die eingesetzte Doppelhohlschraube zeichnet sich dadurch aus, dass sie innenliegend, voneinander getrennte fluidführende Konturen aufweist. Bei diesen fluidführenden Konturen kann es sich beispielsweise um voneinander getrennte Kanäle handeln, über die sowohl ein Vorlauf des Temperierfluides als auch ein Rücklauf des Temperierfluides realisiert wird.
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Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung kann insbesondere zur Temperierung, d.h. zur Beheizung oder zur Kühlung von Traktionsbatterien von Hybridfahrzeugen (HEV) oder Elektrofahrzeugen (EV) eingesetzt werden.
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Vorteile der Erfindung
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Die Vorteile der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung liegen vor allem darin, dass bisher eingesetzte, leckageanfällige Verschlauchungssysteme entfallen können. Die Anbindung der flächigen Temperierelemente an die Temperierschnittstelle erfolgt auf direktem Wege, wozu lediglich ringförmige Dichtelemente erforderlich sind. Die Abdichtung wird durch gegeneinander verspannbare Abdichtteile vorgenommen oder beispielsweise über eine Planseite einer in einen Verband aus flächigen Temperierelementen eingeführten Doppelhohlschraube realisiert. Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung zeichnet sich durch eine Standzeit aus, die durchaus vergleichbar ist mit der Standzeit von Batterien, Batteriepacks von Traktionsbatterien für Hybridfahrzeuge und/oder für Elektrofahrzeuge. Des Weiteren ist in vorteilhafter Weise die Temperierschnittstelle derart ausgelegt, dass diese ein gemeinsames Bauteil für die Verteilung und für die Sammlung des Temperierfluides darstellt und enorme sicherheitsrelevante Vorteile aufweist. Für den Fall, dass die flächig ausgebildeten Temperierelemente als Gleichteile ausgebildet sind, kann bei spiegelbildlicher Anordnung beispielsweise gestuft, gekröpft oder abgewinkelt ausgebildeter flächiger Temperierelemente eine kompakte Bauweise und bei Gleichteileverwendung eine Kostenreduzierung erreicht werden.
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Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung kann aufgrund deren nunmehr fehlenden Verschlauchung mehr Bauraum geschaffen werden. Eine bisher weitestgehend manuell erfolgende Schlauchmontage ist nun nicht mehr erforderlich. Die manuelle Montage der Schläuche war relativ aufwendig, da aufgrund der Abdichtproblematik hohe Steckkräfte erforderlich waren. Ferner stellte die manuelle Verschlauchung stets eine Fehlerquelle aufgrund einer bei einer Montage möglicherweise erfolgenden Schädigung der Dichtungen dar. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Ausführungsvariante lassen sich Teile der Schnittstelle in das Batteriegehäuse integrieren; des Weiteren ist aufgrund der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung eine erheblich bessere Demontage möglich, auch die Zugänglichkeit ist erheblich günstiger verglichen zu Lösungen gemäß des Standes der Technik.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.
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Es zeigt:
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1 eine erste Ausführungsvariante an eine Kühlmittelversorgung angeschlossenen Anordnung, hier eben ausgeführter flächiger Kühlelemente,
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2 eine Direktanbindung zweier gestuft ausgeführter flächiger Temperierelemente an eine Temperierschnittstelle,
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3 eine weitere Ausführungsvariante einer Direktanbindung eines eben ausgeführten flächigen Temperierelementes an eine Temperierschnittstelle, die über eine Temperiermedienversorgung beaufschlagt ist,
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4 eine Direktanbindung von mit Flanschen versehener eben ausgeführter flächiger Temperierelemente mit einer Temperierschnittstelle,
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5 eine Direktanbindung zweier gestuft ausgebildeter innerhalb eines Überlappungsbereiches einander überlappender flächiger Temperierelemente unter Einsatz einer Doppelhohlschraube,
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6 einen Schnitt durch eine als Abdichtelement dienende Doppelhohlschraube und
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7 eine perspektivische Darstellung des Vorlaufs und des Rücklaufs für das Temperierfluid.
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Ausführungsvarianten
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Der Darstellung gemäß 1 ist ein Verband aus flächigen Temperierelementen zu entnehmen, die übereinanderliegend angeordnet sind und mit einer Temperiermedienversorgung verbunden sind.
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1 zeigt in schematischer Weise eine Temperierfluidversorgung 10, die einen Stutzen 12 umfasst. Der Stutzen 12 stellt einen Zulauf 14 für eine Temperierfluid dar. Der Stutzen 12 ist in einen Verbund aus einem ersten flächigen Temperierelement 16 und einem weiteren zweiten flächigen Temperierelement 20 eingebettet. Die beiden in der Darstellung gemäß 1 eben ausgeführten flächigen Temperierelemente 16 bzw. 20 sind jeweils von mindestens einem ersten Kanal 18 für Temperierfluid bzw. mindestens einem zweiten Kanal 22 für Temperierfluid durchzogen. Die Kanäle 18, 22 für das Temperierfluid bei dem es sich beispielsweise um ein Wasser/Glykol-Gemisch handeln kann, sind in den eben ausgeführten flächigen Temperierelemente 16 bzw. 20 durch Inlets oder auch durch Strangpressprofile dargestellt.
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In 1 ist ein Verband aus zwei übereinanderliegend angeordneten beschichten flächigen ebenen Temperierelementen 16 bzw. 20 dargestellt. Die beiden eben ausgeführten flächigen Temperierelemente 16 bzw. 20 liegen entlang einer Stoßstelle 24 aneinander an. Die Stoßstelle 24 stellt gleichzeitig eine sich in horizontale Richtung erstreckende Dichtfläche 34 dar. Die Stoßstelle 24 liegt in einem Überlappungsbereich 25 in dem die beiden flächigen Temperierelemente 16 bzw. 20 mit einer ersten Verjüngung 30 bzw. einer zweiten Verjüngung 32 ausgeführt sind. Die beiden Verjüngungen 30 bzw. 32 sind komplementär zueinander ausgeführt, so dass sich die in 1 dargestellte verschränkte Anordnung der flächigen Temperierelemente des ersten flächigen Temperierelementes 16 und des zweiten flächigen Temperierelementes 20 ergibt. Eine erste, obere Planseite der ebenen, flächigen Temperierelemente 16 bzw. 20 ist durch Bezugszeichen 26 temperiert, eine zweite, untenliegende Planseite der ebenen flächig ausgebildeten Temperierelemente 16 bzw. 20 ist durch Bezugszeichen 28 identifiziert.
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Der Verband aus den übereinanderliegenden flächigen Temperierelementen 16 bzw. 20 wird durch ein erstes, hier blockförmig ausgebildetes Abdichtteil 40 sowie ein zweites, hier ebenfalls blockförmig ausgebildetes zweites Abdichtteil 42 gegeneinander dichtend verspannt. In den beiden hier blockförmig ausgebildeten Abdichtteilen 40 bzw. 42 befinden sich jeweils Ausnehmungen, in welche in Bezug auf das erste Abdichtteil 40 ein erstes ringförmiges Dichtelement 36, beispielsweise ein O-Ring sowie in Bezug auf das zweite Abdichtteil 42 ein zweites, ebenfalls ringförmig ausgebildetes Dichtelemente 38, beispielsweise als O-Ring ausgebildet, eingelassen sein kann. Es entsteht die in 1 dargestellte horizontale Abdichtung 60, gegeben durch die Dichtfläche 34 sowie die beiden in die Abdichtteile 40 bzw. 42 eingelassenen ringförmigen Dichtelemente 36 bzw. 38. Die in 1 dargestellte Anordnung ist verschlauchungsfrei und zeichnet sich insbesondere durch eine lange Standzeit aus.
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2 zeigt eine weitere Ausführungsmöglichkeit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung in Gestalt einer Direktanbindung zweier gestuft ausgebildeter flächiger Temperierelemente an die Temperierschnittstelle, die ihrerseits von einer Temperierfluidversorgung beaufschlagt ist.
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Aus der Darstellung gemäß 2 geht hervor, dass die Temperierschnittstelle 44 zumindest einen Versorgungskanal 46 umfasst, der von der Temperierfluidversorgung 10 beaufschlagt ist. In der hier nur schematisch angedeuteten Temperierfluidversorgung 10 wird ein Temperierfluid, beispielsweise eine Wasser/Glykol-Gemisch je nach Erfordernis bei niedrigen Außentemperaturen erwärmt und bei hohen Außentemperaturen bzw. Erreichen der Betriebstemperatur der zu kühlenden Batterien bzw. des zu kühlenden Batteriepacks entsprechend gekühlt.
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2 zeigt, dass innerhalb eines Überlappungsbereiches 25 der beiden, hier gestuft ausgebildeten flächigen Temperierelemente 52 bzw. 54 in diesen ausgebildete Öffnungen 53 bzw. 55 miteinander fluchten. Der Verband aus den flächigen, hier gestuft ausgebildeten Temperierelementen 52 bzw. 54 fluchtet darüber hinaus zu der Mündung des Versorgungskanales 46, der in dieser Ausführungsvariante an der Oberseite der Temperierschnittstelle 44 mündet. Auf der ersten Planseite 26 des zuoberst angeordneten zweiten flächigen, hier gestuft ausgebildeten Temperierelementes 54, befindet sich das erste Abdichtteil 40, welches die Öffnung 55 im zweiten flächigen, hier gestuft ausgebildeten Temperierelement 54 nach außen abdichtet. Zwischen dem ersten Abdichtteil 40 – hier ausgebildet in schematischer Weise in Blockform – und dem zweiten flächigen, hier gestuft ausgebildeten Temperierelement 54 befindet sich das erste ringförmige Dichtelement 36; zwischen dem zweiten flächigen, hier gestuft ausgebildeten Temperierelement 54 und dem ersten flächigen, hier gestuft ausgebildeten Temperierelement 52 befindet sich das zweite ringförmige Dichtelement 38 und unterhalb der zweiten Planseite des ersten flächigen, hier gestuft ausgebildeten Temperierelementes 52 ein drittes ringförmiges Dichtelement 48, welches ebenfalls als O-Ring ausgestaltet sein kann.
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Über die genannten ringförmigen Dichtelemente 36, 38 und 48 sind das erste Abdichtteil 40, das zweite flächige, hier gestuft ausgebildete Temperierelement 54 sowie das erste flächige, hier gestuft ausgebildete Temperierelement 52 gegeneinander und gegen die obere Planseite im Bereich der Mündung des Versorgungskanales 46 abgedichtet.
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Die Temperierschnittstelle 44 ihrerseits weist ein viertes, ebenfalls ringförmig ausgebildetes Dichtelement 49 auf, welches eine Dichtung der Temperierschnittstelle 44 gegen eine Grundplatte 50 darstellt. Das vierte ebenfalls ringförmig ausgebildete Dichtelement 49 stellt ein anoptional vorsehbares Bauteil dar, ist jedoch für die Erlangung eines dichten Batteriepacks erforderlich.
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3 zeigt eine Direktanbindung eines eben ausgebildeten flächigen Temperierelementes an die Temperierschnittstelle, durch ringförmige Dichtelemente und ein erstes Abdichtteil.
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3 zeigt in schematischer Weise, dass in dieser Ausgestaltungsmöglichkeit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung, die Öffnung 53, die sich von dem mindestens mit einem Kanal 18, 22 durchzogenen flächigen ebenen Temperierelement 56 erstreckt, sowohl gegen die Temperierschnittstelle 44 als auch nach außen durch das erste hier blockförmig ausgebildete Abdichtteil 40 abgedichtet ist. Zwischen dem ersten Abdichtteil 40 und der ersten Planseite 26 des ersten flächigen, eben ausgebildeten Temperierelementes 56 befindet sich das erste ringförmige Dichtelement 36; zwischen der zweiten Planseite 28 des ersten flächigen, hier eben ausgebildeten Temperierelementes 56 ist das zweite ringförmige Dichtelement 38 angeordnet. Durch die beiden ringförmigen Dichtelemente 36, 38 sowie das erste Abdichtteil 40 ist der Versorgungskanal 46, der in der Temperierschnittstelle 44 verläuft, gegen das erste flächige, eben ausgebildete Temperierelement 56 abgedichtet. Die Grundplatte 50 ist über das vierte ringförmige Dichtelement 49 abgedichtet; der Versorgungskanal 46, der sich durch die Temperierschnittstelle 44 erstreckt, und an deren oberen Planseite mündet, ist durch die Temperierfluidversorgung 10 beaufschlagt. Auch die in 3 dargestellte Ausführungsvariante der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung ist hinsichtlich der Führung des Temperierfluides verschlauchungsfrei ausgeführt.
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4 zeigt eine weitere Ausführungsmöglichkeit einer Direktanbindung zweier ebener mit Flanschen versehener flächiger Temperierelemente an eine Temperierschnittstelle, die ihrerseits von einer Temperierfluidversorgung beaufschlagt ist.
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Aus der Darstellung gemäß 4 geht hervor, dass in dieser Ausführungsvariante die beiden flächigen, eben ausgebildeten Temperierelemente 56 bzw. 58 an ihren der Temperierschnittstelle 44 zuweisenden Enden jeweils einen Flansch 64 bzw. 66 aufweisen. Die beiden Flansche 64 bzw. 66 können entweder mit den Seitenflächen der Temperierschnittstelle 44 unter Zwischenschaltung des ersten und des zweiten ringförmigen Dichtelementes 36, 38 stoffschlüssig verbunden werden oder auf andere Weise dichtend mit dieser verbunden werden. Die Temperierschnittstelle 44 weist neben dem Versorgungskanal 46, der durch die Temperierfluidversorgung 10 beaufschlagt ist, des Weiteren einen Durchgangskanal 68 auf, der im Bereich der Flansche 64, 66, die an die Temperierschnittstelle 44 angebunden werden können, beidseitig an den Seitenflächen mündet. Des Weiteren ist die Temperierschnittstelle 44 gemäß der Darstellung in 4 teilweise von einer Grundplatte 50 überdeckt, unter der sich das ebenfalls ringförmig ausgebildete vierte Dichtelement 49 befindet.
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Durch die seitliche Direktanbindung der Flansche 64, 66 an Seitenflächen einer domförmigen Erhebung der Temperierschnittstelle 44, wird im Unterschied zu den Ausführungsvarianten der 1, 2 und 3 der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung in der Ausführungsvariante gemäß 4 eine vertikale Abdichtung 62 realisiert.
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5 zeigt eine weitere Ausführungsmöglichkeit einer Direktanbindung zweier flächiger, hier gestuft ausgebildeter Temperierelemente an die Temperierschnittstelle, die ihrerseits von einer Tempierfluidversorgung beaufschlagt ist.
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Die Darstellung gemäß 5 ist im Wesentlichen analog zur Ausführungsvariante der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung aufgebaut, die bereits im Zusammenhang mit 2 beschrieben worden ist.
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Im Unterschied zur Ausführungsvariante gemäß 2 befindet sich anstelle des ersten in 2 blockförmig dargestellten Abdichtteiles 40 oberhalb des Verbundes aus den flächigen, hier gestuft ausgebildeten Temperierelementen 52, 54, deren Öffnungen 53 bzw. 55 durchsetzend ein Abdichtelement 70, insbesondere ausgestaltet als Doppelhohlschraube in dem in 5 dargestellten Verband. Das Abdichtelement 70 gemäß der Darstellung in 5 wird in vorteilhafter Weise als Doppelhohlschraube ausgeführt. Diese umfasst einen Schraubenkopf 72, die einen sich an diesem anschließenden Schraubenschaft 74. Innerhalb des Schraubenschaftes 74 verlaufen fluidführende Konturen, beispielsweise Kanäle, die voneinander getrennt sind. Über die im Inneren des Schraubenschaftes 74 verlaufenden fluidführenden Konturen, wird ein Vorlauf bzw. ein Rücklauf von Temperierfluid zur Versorgung mit Temperierfluid bzw. zur Abfuhr von Temperierfluid aus den beiden innerhalb des Überlappungsbereiches übereinanderliegenden flächigen, hier gestuft ausgebildeten Temperierelemente 52, 54 erreicht.
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Eine zweite Planseite 82 des Schraubenkopfes 72 des Abdichtelements 70 korrespondiert zu dem in den Ausführungsvarianten der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung gemäß den 2 und 3 eingesetzten ersten Abdichtteil 40. Über den Schraubenkopf 72 bzw. dessen zweite Planseite 82, wird das erste ringförmige Dichtelement 36 gegen die erste Planseite 26 des zweiten flächigen, hier gestuft ausgebildeten Temperierelementes 54 angestellt. Eine erste Planseite des Schraubenkopfes 72 ist mit 80 bezeichnet. Dies beaufschlagt mit seiner zweiten Planseite 28 wiederum das zweite ringförmige Dichtelement 38, welches an die erste Planseite 26 des ersten flächigen, hier gestuft ausgebildeten Temperierelementes 52 angestellt wird. Dies wiederum komprimiert mit seiner zweiten Planseite 28 nach entsprechender Vorspannung der Doppelhohlschraube das dritte, ebenfalls ringförmig ausgebildete Dichtelement 48 und stellt dieses gegen die obere Planseite der Temperierschnittstelle 44 an. Es ergibt sich die in 5 dargestellte horizontale Abdichtung 60.
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Während die erste Öffnung 76 im Schraubenschaft 74 der Doppelhohlschraube mit dem im Inneren des zweiten flächigen, hier gestuft ausgebildeten Temperierelement 54 ausgebildeten Kanalsystem fluchtet, fluchtet die zweite Öffnung 78 im Schraubenschaft 74 der Doppelhohlschraube aus dem Kanalsystem, welches – in 5 nicht dargestellt – im Inneren des ersten flächigen, hier gestuft ausgebildeten Temperierelements 52 ausgeführt ist.
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6 zeigt einen Schnitt durch eine als Abdichtelement dienende Doppelhohlschraube.
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Aus der Schnittdarstellung gemäß 6 geht hervor, dass die Doppelhohlschraube mindestens einen sich in vertikale Richtung erstreckenden Kanal 88 aufweist, der hier beispielsweise einen Zulauf 14 für das Temperierfluid darstellt. Der Kanal 88 mündet in Öffnungen 76, 78 von Kanälen, über welche die in 5 im Schnitt dargestellten ersten und zweiten gestuften Temperierelemente 52, 54 jeweils mit Temperierfluid beaufschlagt werden. Aus zeichnerischen Gründen nicht dargestellt ist der Teil der als Abdichtelement 70 dienenden Doppelhohlschraube, der beispielsweise für einen Rücklauf 86 des Temperierfluides vorgesehen ist. Ein weiterer sich parallel zum in 6 dargestellten Kanal 88 erstreckender Kanal, der ebenfalls mit nicht dargestellten Querverbindungen in Verbindung steht, leitet das Temperierfluid nach Passage des ersten und zweiten gestuft ausgeführten Temperierelements 52, 54 wieder der Temperierfluidversorgung 10 zu. Die als Abdichtelement 70 dienende Doppelhohlschraube umfasst den Schraubenkopf 72, an den sich der Schraubenschaft 74 anschließt, in welchem das Kanalsystem für das Temperierfluid – hier nur der Vorlauf dargestellt – ausgeführt ist.
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7 zeigt eine perspektivische Draufsicht auf ein erstes und zweites gestuftes Temperierelement.
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In schematischer Weise ist in 7 dargestellt, dass ein Rücklauf 86 hinter einem Vorlauf 84 für das Temperierfluid liegt. Beide gestuften Temperierelemente 52 bzw. 54 überlappen sich innerhalb des Überlappungsbereiches 25, wie diese auch aus der Darstellung gemäß 5 hervorgeht. Aufgrund des gewählten Schnittverlaufes insbesondere in 5 ist der Rücklauf 86 für das Temperierfluid stets vom Vorlauf 84 für das Temperierfluid verdeckt und aus diesem Grund zeichnerisch nicht mehr dargestellt.
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Die anhand der 1 bis 7 obenstehend erläuterte Vorrichtung ermöglicht in allen ihren Ausführungsvarianten eine Temperierung, dies bedeutet eine Kühlung bzw. eine Beheizung von Batterien, ganzer Batteriepacks, insbesondere von Traktionsbatterien für Hybridfahrzeuge oder reine Elektrofahrzeuge. Abhängig von der Außentemperatur bzw. der Betriebstemperatur der einzelnen Batteriezellen, Batteriemodule oder ganzer Batteriepacks wird in der Temperierfluidversorgung 10 eine Vorlauftemperatur des Temperierfluides eingestellt, so dass in der warmen Jahreszeit bei hohen Außentemperaturen effektiv gekühlt und in der kalten Jahreszeit bei Minustemperaturen eine Beheizung der Batterien bzw. ganzer Batteriepacks erfolgen kann, um die optimale Betriebstemperatur, bei der Lithium-Ionen-Batteriesysteme betrieben werden, ca. +5°C bis +35°C, zu gewährleisten. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung kann die Betriebstemperatur der bevorzugt eingesetzten Lithium-Ionen-Batterien bzw. Batteriepacks sicher unter +40°C gehalten werden, so dass Beeinträchtigungen von deren Lebensdauer ausgeschlossen sind.
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Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereiches eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009016576 A1 [0006]
- US 2011/0293982 A1 [0007]
- DE 102011109306 A1 [0008]
