DE102015220759A1 - Wärmeübertrager, insbesondere thermoelektrische Wärmepumpe, zum Temperieren einer Batterie - Google Patents

Wärmeübertrager, insbesondere thermoelektrische Wärmepumpe, zum Temperieren einer Batterie Download PDF

Info

Publication number
DE102015220759A1
DE102015220759A1 DE102015220759.5A DE102015220759A DE102015220759A1 DE 102015220759 A1 DE102015220759 A1 DE 102015220759A1 DE 102015220759 A DE102015220759 A DE 102015220759A DE 102015220759 A1 DE102015220759 A1 DE 102015220759A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
heat exchanger
battery
support frame
cover
exchanger according
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102015220759.5A
Other languages
English (en)
Inventor
Timo Henke
Stefan Hirsch
Manuel WEHOWSKI
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mahle International GmbH
Original Assignee
Mahle International GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mahle International GmbH filed Critical Mahle International GmbH
Priority to DE102015220759.5A priority Critical patent/DE102015220759A1/de
Priority to US15/770,190 priority patent/US10648709B2/en
Priority to CN201680063542.0A priority patent/CN108351127B/zh
Priority to EP16784523.9A priority patent/EP3365616A1/de
Priority to PCT/EP2016/075359 priority patent/WO2017068115A1/de
Publication of DE102015220759A1 publication Critical patent/DE102015220759A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B21/00—Machines, plants or systems, using electric or magnetic effects
    • F25B21/02—Machines, plants or systems, using electric or magnetic effects using Peltier effect; using Nernst-Ettinghausen effect
    • F25B21/04—Machines, plants or systems, using electric or magnetic effects using Peltier effect; using Nernst-Ettinghausen effect reversible
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/00271—HVAC devices specially adapted for particular vehicle parts or components and being connected to the vehicle HVAC unit
    • B60H1/00278—HVAC devices specially adapted for particular vehicle parts or components and being connected to the vehicle HVAC unit for the battery
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B21/00—Machines, plants or systems, using electric or magnetic effects
    • F25B21/02—Machines, plants or systems, using electric or magnetic effects using Peltier effect; using Nernst-Ettinghausen effect
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F3/00—Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
    • F28F3/12—Elements constructed in the shape of a hollow panel, e.g. with channels
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/655—Solid structures for heat exchange or heat conduction
    • H01M10/6556—Solid parts with flow channel passages or pipes for heat exchange
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/657—Means for temperature control structurally associated with the cells by electric or electromagnetic means
    • H01M10/6572—Peltier elements or thermoelectric devices
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/10—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects
    • H10N10/17—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects characterised by the structure or configuration of the cell or thermocouple forming the device
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2321/00—Details of machines, plants or systems, using electric or magnetic effects
    • F25B2321/02—Details of machines, plants or systems, using electric or magnetic effects using Peltier effects; using Nernst-Ettinghausen effects
    • F25B2321/023—Mounting details thereof
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2321/00—Details of machines, plants or systems, using electric or magnetic effects
    • F25B2321/02—Details of machines, plants or systems, using electric or magnetic effects using Peltier effects; using Nernst-Ettinghausen effects
    • F25B2321/025—Removal of heat
    • F25B2321/0252—Removal of heat by liquids or two-phase fluids
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager (1), insbesondere thermoelektrische Wärmepumpe, zum Temperieren einer Batterie, – mit einer ersten und einer zweiten Abdeckung (2a, 2b), zwischen welchen sandwichartig ein Tragrahmen (3) angeordnet ist, der eine Durchgangsöffnung (4) einfasst, in welcher wenigstens ein thermoelektrisches Element (22) angeordnet ist, – wobei in der ersten Abdeckung (2a) wenigstens ein Fluidkanal (6) zum Durchströmen mit einem Fluid ausgebildet ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager, insbesondere eine thermoelektrische Wärmepumpe, zum Temperieren einer Batterie, sowie eine Batterie-Anordnung mit einem solchen Wärmeübertrager.
  • Unter dem Begriff "Thermoelektrizität" versteht man die gegenseitige Beeinflussung von Temperatur und Elektrizität und ihre Umsetzung ineinander. Thermoelektrische Materialien machen sich diese Beeinflussung zunutze, um als thermoelektrische Generatoren aus Abwärme elektrische Energie zu erzeugen, kommen aber auch in Form sog. Wärmepumpen zum Einsatz, wenn unter Aufwendung von elektrischer Energie Wärme von einem Temperatur-Reservoir mit niedrigerer Temperatur in eines mit höherer Temperatur transportiert werden soll.
  • Gerade thermoelektrische Wärmepumpen finden in der Fahrzeugtechnik bei der Kühlung unterschiedlichster Bauteile wie z.B. moderner Lithium-Ionen-Batterien Anwendung, die im Betrieb in erheblichem Maße Abwärme entwickeln. Solche thermoelektrischen Wärmeübertrager in Form von Wärmepumpen können aber auch in Elektrokraftfahrzeugen als kombinierte Heiz- und Kühleinrichtung, etwa zum Temperieren des Fahrgastinnenraums, verwendet werden, zumal sie einen deutlich höheren Wirkungsgrad aufweisen als etwa herkömmliche elektrische Widerstandsheizer. Die Anwendungsgebiete thermoelektrischer Wärmeübertrager in Kraftfahrzeugen sind also vielfältiger Natur.
  • Der Einsatz in einem Kraftfahrzeug führt stets zu dem Erfordernis, thermoelektrische Wärmeübertrager mit hohem Wirkungsgrad und in kompakter Bauweise herzustellen. In Fahrzeugen verbaute Wärmeübertrager sind daher oftmals in Platten- oder Schichtbauweise hergestellt, wobei die thermoelektrisch aktiven Elemente innerhalb eines thermisch leitenden Gehäuses angeordnet und zum Transport von Wärme mit einer äußeren elektrischen Versorgungsspannung versorgt werden.
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei der Entwicklung von Wärmeübertragern mit thermoelektrischen Elementen neue Wege aufzuzeigen.
  • Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
  • Ein erfindungsgemäßer Wärmeübertrager zum Temperieren einer Batterie, insbesondere eine thermoelektrische Wärmepumpe, umfasst eine erste und eine zweite Abdeckung, die einander gegenüberliegen. Zwischen den beiden Abdeckungen ist ein Tragrahmen angeordnet, der eine Durchgangsöffnung einfasst. In der Durchgangsöffnung ist wenigstens ein thermoelektrisches Element angeordnet, und in der ersten Abdeckung ist wenigstens ein Fluidkanal zum Durchströmen mit einem Fluid ausgebildet. Die zweite Abdeckung des Wärmeübertragers dient dabei zum Anbringen des Wärmeübertragers an die zu temperierende Batterie. Durch thermische Ankopplung der ersten Abdeckung über den Tragrahmen und die zweite Abdeckung an die zu temperierende Batterie kann das durch den wenigstens einen Fluidkanal strömende Fluid Wärme an die Batterie abgeben oder von dieser aufnehmen. Ein solcher Wärmeaustausch zwischen dem Fluid – im Falle, dass die Batterie gekühlt werden soll, kann als Fluid ein Kühl- oder Kältemittel verwendet werden – wird durch das wenigstens eine thermoelektrische Element unterstützt, wenn dieses in der Art einer Wärmepumpe betrieben wird. Hierzu ist es lediglich erforderlich, an das thermoelektrisch aktive Element eine äußere elektrische Versorgungsspannung anzulegen, so dass dieses – je nach Polarisierung besagter elektrischer Spannung – aufgrund des thermoelektrischen Effekts Wärme von der zweiten Abdeckung zur ersten Abdeckung transportiert oder umgekehrt.
  • Die Anordnung des wenigstens einen thermoelektrischen Elements sandwichartig in einem Tragrahmen zwischen zwei Abdeckungen erlaubt eine Realisierung des Wärmeübertragers mit einem geringen Bedarf an Bauraum, insbesondere entlang einer Stapelrichtung, entlang welcher die beiden Abdeckungen und der Tragrahmen mit dem wenigstens einen thermoelektrischen Element aufeinander gestapelt sind.
  • Im Ergebnis erlaubt der hier vorgestellte, erfindungsgemäße Wärmeübertrager eine verbesserte Temperierung einer thermisch angekoppelten Batterie bei sehr geringem Bauraumbedarf. Insbesondere ermöglicht die erfindungsgemäße Anordnung der einzelnen Komponenten des Wärmeübertragers dessen Realisierung in Flachbauweise, was einerseits eine flächige und somit effektive Temperierung der angekoppelten Batterie erlaubt und andererseits die Anordnung des Wärmeübertragers im Motorblock eines Kraftfahrzeugs mit hoher Komponentendichte erheblich erleichtert.
  • Zur Verbesserung des Wärmaustausches zwischen dem Fluid und dem wenigstens einen thermoelektrischen Element wird bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgeschlagen, in dem wenigstens einen Fluidkanal Strömungsleitelemente, insbesondere Turbulenzerzeugungselemente, für das durch den Fluidkanal strömende Fluid anzuordnen. Mittels der auf diese Weise im Fluid erzeugten Wirbelströmen bzw. Turbulenzen geht ein verbesserter Wärmeaustausch des Fluids mit dem thermoelektrischen Element und somit mit der zu temperierenden Batterie einher.
  • Besonders zweckmäßig kann die zweite Abdeckung als Abdeckplatte realisiert sein, die wenigstens auf einer vom Tragrahmen abgewandten Seite im Wesentlichen eben ausgebildet ist, so dass sie flächig am Batteriegehäuse einer mittels des Wärmeübertragers zu temperierenden Batterieeinheit anbringbar ist. Diese Eigenschaft der zweiten Abdeckung führt ebenfalls zu einem verbesserten Wärmeaustausch.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist an einem äußeren Umfangsrand des Wärmeübertragers, der durch die beiden Abdeckungen und den Tragrahmen gebildet ist, entlang der Umfangsrichtung eine Mehrzahl von klammerartigen Befestigungselementen angebracht. Mittels dieser Befestigungselemente werden die beiden Abdeckungen sowohl aneinander als auch jeweils gegen den Tragrahmen gedrückt. Dies verbessert die thermische Ankopplung der beiden Abdeckungen an den Tragrahmen und an das darin angeordnete, wenigstens eine thermoelektrische Element.
  • Besonders bevorzugt kann in dem Tragrahmen zusätzlich zur Durchgangsöffnung wenigstens ein weiterer Durchbruch vorgesehen sein, in welchem kein thermoelektrisches Element angeordnet ist. Besagter weiterer Durchbruch bildet zwischen den beiden Abdeckungen einen Hohlraum aus, der als thermische Isolation zwischen den beiden Abdeckungen wirkt. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass der Wärmeaustausch zwischen den beiden Abdeckungen weitgehend oder sogar ausschließlich über das wenigstens eine thermoelektrische Element erfolgt. Dies ermöglicht eine genaue Steuerung des vom Wärmeübertrager bereitzustellenden Wärmeaustauschs durch Bereitstellen einer am wenigstens einen thermoelektrischen Element angelegten, äußeren elektrischen Versorgungsspannung.
  • Besonders zweckmäßig kann der Tragrahmen ein Rahmenmaterial aufweisen, welches zu mindestens 75% einen Kunststoff umfasst oder zu mindestens 75% aus einem solchen Kunststoff besteht. Bevorzugt besteht der Tragrahmen vollständig aus Kunststoff. Somit kann die erste Abdeckung elektrisch von der zweiten Abdeckung isoliert werden. Ein unerwünschter elektrischer Kurzschluss des typischerweise metallischen Batteriegehäuses über die beiden Abdeckungen des Wärmeübertragers mit einem weiteren, nicht zum Wärmeübertrager gehörigen Bauteil aus einem elektrisch leitenden Material kann auf diese Weise vermieden werden.
  • Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform, die mit besonders geringen Herstellungskosten verbunden ist, ist die erste Abdeckung zweilagig mit einer dem Tragrahmen zugewandten ersten Schicht und einer vom Tragrahmen abgewandten zweiten Schicht ausgebildet. Bei dieser Variante ist der wenigstens eine Fluidkanal der Kanalstruktur zwischen den beiden Schichten ausgebildet.
  • Bei einer vorteilhaften Weiterbildung ist eine dem Tragrahmen zugewandte Seite der ersten Abdeckung, insbesondere der ersten Schicht, in einem Oberflächenbereich von wenigstens 75% eben ausgebildet. Besonders bevorzugt ist diese Seite im Wesentlichen vollständig eben – also vollständig eben abgesehen von Unebenheiten mit vernachlässigbarer lateraler Ausdehnung – ausgebildet. Diese Eigenschaft der ersten Abdeckung erleichtert die Realisierung des Wärmeübertragers in Flachbauweise.
  • Bei einer anderen vorteilhaften Weiterbildung ist das wenigstens eine thermoelektrische Element ein Peltier-Element. Solche Peltier-Elemente sind kommerziell in großen Mengen und kostengünstig verfügbar. Somit ergeben sich insbesondere bei Verwendung mehrerer Peltier-Elemente erhebliche Kostenvorteile bei der Herstellung des Wärmeübertragers.
  • Eine besonders hohe Wärmeübertragungsleistung kann in dem Wärmeübertrager erreicht werden, wenn wenigstens zwei thermoelektrische Elemente, vorzugsweise eine Mehrzahl von thermoelektrischen Elementen, benachbart zueinander in der Durchgangsöffnung angeordnet sind. Besagte thermoelektrische Elemente sind dabei bevorzugt mittels jeweiliger Halteelemente, insbesondere in der Art von Streben, in der Durchgangsöffnung des Tragrahmens gehalten. Besonders bevorzugt, weil platzsparend, ist eine rasterartige Anordnung der thermoelektrischen Elemente mit wenigstens zwei Rasterzeilen und wenigstens zwei Rasterspalten.
  • Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist zwischen den beiden Abdeckungen eine Dichtungseinrichtung angeordnet, welche den durch die Durchgangsöffnung des Tragrahmens gebildeten Hohlraum gegen die äußere Umgebung abdichtet. Auf diese Weise kann das wenigstens eine thermoelektrische Element gegen Beschädigung oder Zerstörung durch in der Umgebungsluft vorhandene Verschmutzungen verhindert werden.
  • Bei einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst die Dichtungseinrichtung zwei Dichtungsringe, die auf einander gegenüberliegenden Seiten des Tragrahmens angeordnet sind und beide jeweils die Durchgangsöffnung vollständig umlaufend einfassen. Auf diese Weise kann kostengünstig die gewünschte Abdichtung auf beiden Seiten des Tragrahmens realisiert werden.
  • Besonders einfach und somit kostengünstig herzustellen ist der Wärmeübertrager, wenn der Tragrahmen als Kunststoff-Spritzgussteil ausgebildet wird, in welchem wenigstens ein elektrischer Leiter zum Versorgen des wenigstens einen thermoelektrischen Elements mit elektrischer Energie aus einer externen elektrischen Energiequelle angeordnet ist. Bei dieser Variante ist der wenigstens eine elektrische Leiter von dem Kunststoff des Tragrahmens umspritzt. Eine separate, elektrisch isolierende Umhüllung des elektrischen Leiters kann auf diese Weise entfallen. Bei einer Weiterbildung können mehrere solche elektrischen Leiter jeweils elektrisch isoliert voneinander mit dem Kunststoff des Tragrahmens umspritzt sein. Dies Variante erlaubt eine einfache elektrische Verdrahtung der im Tragrahmen vorhandenen thermoelektrischen Elemente mit einer externen elektrischen Spannungsquelle.
  • Die Erfindung betrifft weiterhin eine Batterie-Anordnung mit einer ein Batteriegehäuse aufweisenden Batterie sowie mit einem vorangehend vorgestellten Wärmeübertrager zum Temperieren der Batterie, wobei die zweite Abdeckung zum Temperieren der Batterie am Batteriegehäuse anliegt oder einen Teil des Batteriegehäuses der Batterie ausbildet. wobei oder einen Teil des Batteriegehäuses ausbildet. Die voranstehend erläuterten Vorteile des Wärmeübertragers übertragen sich somit auf die Batterie-Anordnung.
  • Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus der Zeichnung und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnung.
  • Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
  • Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
  • Die einzige 1 zeigt in einer Explosionsdarstellung ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Wärmeübertragers 1, der als thermoelektrische Wärmepumpe für eine Batterie-Anordnung verwendet werden kann. Der Wärmeübertrager 1 weist eine erste Abdeckung 2a und eine zweite Abdeckung 2b auf, die einander entlang einer Stapelrichtung S gegenüberliegen. Zwischen den beiden Abdeckungen 2a, 2b ist in der Stapelrichtung S sandwichartig ein Tragrahmen 3 angeordnet. Der Tragrahmen 3 fasst eine Durchgangsöffnung 4 ein, in welcher mehrere thermoelektrische Elemente 22 angeordnet sind.
  • Wie 1 anschaulich belegt, sind die thermoelektrischen Elemente 22 unter Ausbildung eines Rasters 16 benachbart und im Abstand zueinander in der Durchgangsöffnung 4 angeordnet. In 1 sind exemplarisch sechs thermoelektrische Elemente 22 gezeigt, die Anzahl an thermoelektrischen Elemente 22 kann aber in Varianten des Beispiels variiert werden. Das Raster 16 mit den sechs thermoelektrischen Elementen umfasst im Beispiel der 1 zwei Rasterzeilen 25 und drei Rasterspalten 26. Wie 1 weiter erkennen lässt, können die thermoelektrische Elemente 22 mittels geeigneter Halteelemente 24 in der Durchgangsöffnung 4 gehalten sein. Die thermoelektrischen Elemente 22 sind vorzugsweise als Peltier-Elemente realisiert.
  • In der ersten Abdeckung 2a ist eine Kanalstruktur 5 mit mehreren Fluidkanälen 6 – in 1 ist deren möglicher Verlauf in der ersten Abdeckung 2a schematisch angedeutet – ausgebildet, die zum Durchströmen mit einem Fluid ausgebildet ist. Ein solches Fluid kann ein Kühl- oder Kältemittel sein, welches als Kühlmedium für eine thermisch an den Wärmeübertrager 1 gekoppelte Batterie dient. Besagtes Fluid kann über einen an der ersten Abdeckung 2a seitlich angeordneten Fluideinlass 7 in die Kanalstruktur 5 eintreten und über einen ebenfalls seitlich an der ersten Abdeckung 2a angeordneten Fluidauslass 8 wieder aus der Kanalstruktur 5 austreten. In den Fluidkanälen 6 der Kanalstruktur 5 können in 1 der Übersichtlichkeit halber nicht näher dargestellte Strömungsleitelemente, insbesondere Turbulenzerzeugungselemente, für das durch die Kanalstruktur 5 strömende Fluid angeordnet sein. Dies bewirkt einen verbesserten Wärmeaustausch des Fluids mit den thermoelektrischen Elementen 22.
  • Die zweite Abdeckung 2b ist als Abdeckplatte 9 realisiert, die wenigstens auf einer vom Tragrahmen 3 abgewandten Seite 10 im Wesentlichen eben ausgebildet ist. Dies erlaubt es, die zweite Abdeckung 2b zur hochwirksamen thermischen Ankopplung flächig am Batteriegehäuse einer mittels des Wärmeübertragers 1 zu temperierenden Batterieeinheit anzubringen. Eine Gehäusewand 11 eines solchen Batteriegehäuses der zu temperierenden Batterie ist in 1 in gestrichelter Darstellung angedeutet. Auch die erste Abdeckung 2a kann als Abdeckplatte 27 ausgebildet sein. Eine oder beide Abdeckungen 2a, 2b können als Stanz- oder Blechformteil ausgebildet sein.
  • An einem gemeinsamen äußeren Umfangsrand 12 des Wärmeübertrages, der durch die beiden Abdeckungen 2a, 2b und den Tragrahmen 3 gebildet ist, können entlang deren Umfangsrichtung U eine Mehrzahl von klammerartigen Befestigungselementen 13 angeordnet sein. Mittels solcher Befestigungselemente 13, die in der Explosionsdarstellung der 1 an der zweiten Abdeckung 2b gezeigt sind, werden die beiden Abdeckungen 2a, 2b sowohl aneinander als auch jeweils gegen den Tragrahmen 3 gedrückt.
  • Im Tragrahmen 3 sind zusätzlich zur Durchgangsöffnung 4 weitere Durchbrüche 14 vorgesehen, in welchen keine thermoelektrisches Elemente 22 angeordnet sind. Diese Durchbrüche 14 bilden zwischen den beiden Abdeckungen 2a, 2b jeweilige Hohlräume 15 aus, die als thermische Isolation zwischen den beiden Abdeckungen 2a, 2b wirkt. In 1 ist exemplarisch nur ein einziger Durchbruch 14 dargestellt.
  • Bevorzugt weist der Tragrahmen 3 ein Rahmenmaterial auf, welches zu mindestens 75% aus einem Kunststoff besteht. Eine dem Tragrahmen 3 zugewandte Seite 17 der ersten Abdeckung 2a, insbesondere der ersten Schicht ist in einem Oberflächenbereich von wenigstens 75% eben ausgebildet. Auf diese Weise wird ein guter thermischer Kontakt der ersten Abdeckung 2a mit den thermoelektrischen Elementen 22 sichergestellt. Der Tragrahmen 3 ist bevorzugt als Kunststoff-Spritzgussteil ausgebildet, in welchem elektrische Leiter 23 zum Versorgen der thermoelektrischen Elemente 22 mit elektrischer Energie aus einer externen elektrischen Energiequelle angeordnet ist. Die elektrischen Leiter, im Beispielszenario nur grobschematisch angedeutet, sind vom Kunststoff des Tragrahmen 3 umspritzt und benötigen daher keine separate, elektrisch isolierende Umhüllung.
  • Bevorzugt ist die erste Abdeckung 2a zweilagig ausgebildet und besitzt eine mit einer dem Tragrahmen 3 zugewandte erste Schicht und eine vom Tragrahmen 3 abgewandten zweiten Schicht (die beiden Schichten sind in 1 der Übersichtlichkeit halber nicht gezeigt). Die Kanalstruktur 5 mit den Fluidkanälen 6 ist vorzugsweise zwischen beiden Schichten ausgebildet.
  • Zwischen den beiden Abdeckungen 2a, 2b kann eine Dichtungseinrichtung 18 angeordnet sein, welche den durch die Durchgangsöffnung 4 gebildeten Hohlraum gegen die äußere Umgebung 19 des Wärmeübertragers 1 abdichtet. Hierzu kann die Dichtungseinrichtung zwei Dichtungsringe 20 umfassen, die auf einander gegenüberliegenden Seiten 21a, 21b des Tragrahmens 3 angeordnet sind und beide jeweils die Durchgangsöffnung 4 vollständig umlaufend einfassen. Aus dem in 1 dargestellten Blickwinkel ist nur derjenige der beiden Dichtungsringe 20 erkennbar, welcher auf der der ersten Abdeckung 2a zugewandten Seite 21a angeordnet ist. Vorzugsweise sind die Dichtungsringe 20 aus einem Elastomer hergestellt.

Claims (14)

  1. Wärmeübertrager (1), insbesondere thermoelektrische Wärmepumpe, zum Temperieren einer Batterie, – mit einer ersten und einer zweiten Abdeckung (2a, 2b), zwischen welchen sandwichartig ein Tragrahmen (3) angeordnet ist, der eine Durchgangsöffnung (4) einfasst, in welcher wenigstens ein thermoelektrisches Element (22) angeordnet ist, – wobei in der ersten Abdeckung (2a) wenigstens ein Fluidkanal (6) zum Durchströmen mit einem Fluid ausgebildet ist.
  2. Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem wenigstens einen Fluidkanal (6) Strömungsleitelemente, insbesondere Turbulenzerzeugungselemente, für das durch den Fluidkanal (6) strömende Fluid angeordnet sind.
  3. Wärmeübertrager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Abdeckung (2b) als Abdeckplatte (9) realisiert ist, die wenigstens auf einer vom Tragrahmen (3) abgewandten Seite (10) im Wesentlichen eben ausgebildet ist, so dass sie flächig am Gehäuse einer mittels des Wärmeübertragers (1) zu temperierenden Batterieeinheit anbringbar ist.
  4. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass an einem äußeren Umfangsrand (12), der durch die beiden Abdeckungen (2a, 2b) und den Tragrahmen (3) gebildet ist, entlang einer Umfangsrichtung (U) des Wärmeübertragers (1) eine Mehrzahl von klammerartigen Befestigungselementen (13) angebracht ist, mittels welcher die beiden Abdeckungen (2a, 2b) aneinander und jeweils gegen den Tragrahmen (3) gedrückt sind.
  5. Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Tragrahmen (3) zusätzlich zur Durchgangsöffnung (4) wenigstens ein weiterer Durchbruch (14) vorgesehen ist, in welchem kein thermoelektrisches Element (22) angeordnet ist, so dass der wenigstens eine weitere Durchbruch (14) zwischen den beiden Abdeckungen (2a, 2b) einen Hohlraum (15) ausbildet, der als thermische Isolation zwischen den beiden Abdeckungen (2a, 2b) wirkt.
  6. Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Tragrahmen (3) ein Rahmenmaterial aufweist, welches zu mindestens 75% aus Kunststoff besteht.
  7. Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Abdeckung (2a) zweilagig mit einer dem Tragrahmen (3) zugewandten ersten Schicht und einer vom Tragrahmen (3) abgewandten zweiten Schicht ausgebildet ist, wobei der wenigstens eine Fluidkanal (6) zwischen den beiden Schichten ausgebildet ist.
  8. Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine dem Tragrahmen (3) zugewandte Seite (17) der ersten Abdeckung (2a), insbesondere der ersten Schicht, in einem Oberflächenbereich von wenigstens 75%, vorzugsweise vollständig, eben ausgebildet ist.
  9. Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine thermoelektrische Element (22) ein Peltier-Element ist.
  10. Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei thermoelektrische Elemente (22), vorzugsweise eine Mehrzahl von thermoelektrischen Elementen (22), benachbart zueinander in der Durchgangsöffnung (4) angeordnet sind und mittels jeweiliger Halteelemente (24) in der Durchgangsöffnung (4) gehalten sind.
  11. Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den beiden Abdeckungen (2a, 2b) eine Dichtungseinrichtung (18) angeordnet ist, welche den durch die Durchgangsöffnung (4) gebildeten Hohlraum gegen die äußere Umgebung (19) des Wärmeübertragers (1) abdichtet.
  12. Wärmeübertrager nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungseinrichtung (18) zwei Dichtungsringe (20) umfasst, die auf einander gegenüberliegenden Seiten (21a, 21b) des Tragrahmens (3) angeordnet sind und beide jeweils die Durchgangsöffnung (4) vollständig umlaufend einfassen.
  13. Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Tragrahmen (3) als Kunststoff-Spritzgussteil ausgebildet ist, in welchem wenigstens ein elektrischer Leiter (23) zum Versorgen des wenigstens einen thermoelektrischen Elements (22) mit elektrischer Energie aus einer externen elektrischen Energiequelle angeordnet ist, wobei der wenigstens eine elektrische Leiter (23) von dem Kunststoff des Tragrahmens (3) umspritzt ist.
  14. Batterie-Anordnung, – mit einer ein Batteriegehäuse aufweisenden Batterie, – mit einem Wärmeübertrager (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Abdeckung (2b) des Wärmeübertragers (1) zum Temperieren der Batterie am Batteriegehäuse anliegt oder einen Teil des Batteriegehäuses ausbildet.
DE102015220759.5A 2015-10-23 2015-10-23 Wärmeübertrager, insbesondere thermoelektrische Wärmepumpe, zum Temperieren einer Batterie Withdrawn DE102015220759A1 (de)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102015220759.5A DE102015220759A1 (de) 2015-10-23 2015-10-23 Wärmeübertrager, insbesondere thermoelektrische Wärmepumpe, zum Temperieren einer Batterie
US15/770,190 US10648709B2 (en) 2015-10-23 2016-10-21 Heat exchanger for the temperature control of a battery
CN201680063542.0A CN108351127B (zh) 2015-10-23 2016-10-21 用于电池的温度控制的热交换器、尤其是热电热泵
EP16784523.9A EP3365616A1 (de) 2015-10-23 2016-10-21 Wärmeübertrager, insbesondere thermoelektrische wärmepumpe, zum temperieren einer batterie
PCT/EP2016/075359 WO2017068115A1 (de) 2015-10-23 2016-10-21 Wärmeübertrager, insbesondere thermoelektrische wärmepumpe, zum temperieren einer batterie

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102015220759.5A DE102015220759A1 (de) 2015-10-23 2015-10-23 Wärmeübertrager, insbesondere thermoelektrische Wärmepumpe, zum Temperieren einer Batterie

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102015220759A1 true DE102015220759A1 (de) 2017-04-27

Family

ID=57178428

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102015220759.5A Withdrawn DE102015220759A1 (de) 2015-10-23 2015-10-23 Wärmeübertrager, insbesondere thermoelektrische Wärmepumpe, zum Temperieren einer Batterie

Country Status (5)

Country Link
US (1) US10648709B2 (de)
EP (1) EP3365616A1 (de)
CN (1) CN108351127B (de)
DE (1) DE102015220759A1 (de)
WO (1) WO2017068115A1 (de)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109599620A (zh) * 2017-09-30 2019-04-09 比亚迪股份有限公司 车载电池的温度调节系统
DE102018220488A1 (de) * 2018-11-28 2020-05-28 Robert Bosch Gmbh Batteriemodul und Verwendung eines solchen Batteriemoduls
WO2020128160A1 (en) * 2018-12-17 2020-06-25 L7 Drive Oy Battery pack with integrated thermal management
DE102021209629A1 (de) 2021-09-01 2023-03-02 Siemens Mobility GmbH Fahrzeug, insbesondere Schienenfahrzeug mit Energiespeicher und Kühleinrichtung

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10910608B2 (en) * 2018-03-23 2021-02-02 Chongqing Jinkang New Energy Vehicle Co., Ltd. Electric vehicle battery cell
DE102019216968A1 (de) * 2019-11-04 2021-05-06 Robert Bosch Gmbh Batteriegehäuse für ein Batteriemodul und Batteriemodul mit einem Batteriegehäuse

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011107607A1 (de) * 2011-06-30 2013-01-03 Valeo Klimasysteme Gmbh Kühlvorrichtung für eine Fahrzeugbatterie, Fahrzeugbatterie sowie Verfahren zur Herstellung einer Kühlvorrichtung
DE102012211259A1 (de) * 2012-06-29 2014-01-02 Behr Gmbh & Co. Kg Thermoelektrische Temperiereinheit
DE102014002247A1 (de) * 2014-02-21 2015-08-27 Stiebel Eltron Gmbh & Co. Kg Aufbau eines Peltiermoduls für Warmwasserspeicher

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5784890A (en) * 1996-06-03 1998-07-28 Polkinghorne; John D. Compact thermoelectric refrigeration drive assembly
JP2006234362A (ja) * 2005-02-28 2006-09-07 Komatsu Electronics Inc 熱交換器及び熱交換器の製造方法
DE102006011794B3 (de) * 2006-03-15 2007-09-13 Rittal Gmbh & Co. Kg Wärmetauscher
CO6660073A1 (es) 2011-10-19 2013-04-30 C I Banacol S A Empaque con válvula respirable para productos perecederos
US8893513B2 (en) * 2012-05-07 2014-11-25 Phononic Device, Inc. Thermoelectric heat exchanger component including protective heat spreading lid and optimal thermal interface resistance
WO2014201231A2 (en) * 2013-06-12 2014-12-18 Ciil Technologies, Llc Display enclosure
US10198048B2 (en) * 2013-10-03 2019-02-05 Peerless Industries, Inc. Media device enclosure system
CN107710497A (zh) * 2015-06-10 2018-02-16 金瑟姆股份有限公司 用于运载工具电池的具有可暂时压缩的压缩限制器的热电模块

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011107607A1 (de) * 2011-06-30 2013-01-03 Valeo Klimasysteme Gmbh Kühlvorrichtung für eine Fahrzeugbatterie, Fahrzeugbatterie sowie Verfahren zur Herstellung einer Kühlvorrichtung
DE102012211259A1 (de) * 2012-06-29 2014-01-02 Behr Gmbh & Co. Kg Thermoelektrische Temperiereinheit
DE102014002247A1 (de) * 2014-02-21 2015-08-27 Stiebel Eltron Gmbh & Co. Kg Aufbau eines Peltiermoduls für Warmwasserspeicher

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109599620A (zh) * 2017-09-30 2019-04-09 比亚迪股份有限公司 车载电池的温度调节系统
DE102018220488A1 (de) * 2018-11-28 2020-05-28 Robert Bosch Gmbh Batteriemodul und Verwendung eines solchen Batteriemoduls
US11171373B2 (en) 2018-11-28 2021-11-09 Robert Bosch Gmbh Battery module including Peltier element and compensation element between temperature regulating element and battery cell
WO2020128160A1 (en) * 2018-12-17 2020-06-25 L7 Drive Oy Battery pack with integrated thermal management
DE102021209629A1 (de) 2021-09-01 2023-03-02 Siemens Mobility GmbH Fahrzeug, insbesondere Schienenfahrzeug mit Energiespeicher und Kühleinrichtung
EP4144576A1 (de) 2021-09-01 2023-03-08 Siemens Mobility GmbH Fahrzeug, insbesondere schienenfahrzeug mit energiespeicher und kühleinrichtung

Also Published As

Publication number Publication date
US20180313584A1 (en) 2018-11-01
WO2017068115A1 (de) 2017-04-27
EP3365616A1 (de) 2018-08-29
US10648709B2 (en) 2020-05-12
CN108351127A (zh) 2018-07-31
CN108351127B (zh) 2020-01-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3365616A1 (de) Wärmeübertrager, insbesondere thermoelektrische wärmepumpe, zum temperieren einer batterie
EP1872986B1 (de) Elektrische Heizvorrichtung
EP2792211B1 (de) Elektrisch betreibbares heizgerät
EP3080851B1 (de) Batteriesystem sowie batteriemodul
EP2532044B1 (de) Batteriesystem und verfahren zur erwärmung des batteriesystems
EP2854211A1 (de) Heiz- und Kühlvorrichtung für eine Batterie
DE102014210570A1 (de) Temperiervorrichtung zum Temperieren einer Batterie
EP3125355A1 (de) Vorrichtung für ein fahrzeug, insbesondere für ein nutzfahrzeug
WO2016030126A1 (de) Temperiereinrichtung
EP3186853B1 (de) Temperiereinrichtung
DE102014206861A1 (de) Temperiervorrichtung für eine elektrische Energieversorgungseinheit
WO2016037763A1 (de) Temperiereinrichtung zur temperierung einer elektrischen energieversorgungseinheit
EP3295768A1 (de) Heizmodul zum beheizen des fahrzeuginnenraums eines kraftfahrzeugs
DE102017207738A1 (de) Elektrische Heizeinrichtung
DE102018205318A1 (de) Elektrische Heizeinrichtung
DE102014219853A1 (de) Thermoelektrischer Generator
DE10201262A1 (de) Widerstandsheizelement
DE102018205316A1 (de) Elektrische Heizeinrichtung
DE102018205314A1 (de) Elektrische Heizeinrichtung
DE102010013467A1 (de) Temperierelement und Temperiervorrichtung für ein Fahrzeug
DE102018205353A1 (de) PTC-Heizmodul zur Erwärmung eines Fluids
DE102014214285A1 (de) Temperiervorrichtung, insbesondere für eine Batterie eines Kraftfahrzeugs
WO2018024477A1 (de) Elektrisch beheizbarer wabenkörper zur abgasbehandlung mit einer mehrzahl von heizelementen
WO2003088712A2 (de) Zu heizzwecken dienender wärmeübertrager mit elektrischer heizeinrichtung
DE102018205319A1 (de) Elektrische Heizeinrichtung

Legal Events

Date Code Title Description
R163 Identified publications notified
R005 Application deemed withdrawn due to failure to request examination