DE102016114216A1

DE102016114216A1 - Temperiereinrichtung für ein Batteriegehäuse eines Fahrzeuges

Info

Publication number: DE102016114216A1
Application number: DE102016114216.6A
Authority: DE
Inventors: Alexander Günhther
Original assignee: Kirchhoff Automotive Deutschland GmbH
Current assignee: Kirchhoff Automotive Deutschland GmbH
Priority date: 2016-08-01
Filing date: 2016-08-01
Publication date: 2018-02-01
Also published as: CN109565007A; CN109565007B; WO2018024483A1; US11075416B2; US20190252741A1

Abstract

Eine Temperiereinrichtung 1 für ein Batteriegehäuse eines elektromotorisch angetriebenen Fahrzeuges, welche Temperiereinrichtung 1 in mehrere Temperierzellen TZ unterteilt ist und jede Temperierzelle TZ eine Wärmetauscherfläche zum Übertragen von Wärme von einem zu temperierendem Batteriemodul 2 in die Temperiereinrichtung oder umgekehrt sowie zumindest einen von der Wärmetauscherfläche beabstandeten Temperiermittelkanal 5 aufweist, der ein- oder auslaufseitig mit einem ersten Temperiermittelsammler und aus- oder einlaufseitig mit einem zweiten Temperiermittelsammler in Fluidverbindung steht, ist dadurch weitergebildet, dass die Temperiereinrichtung 1 einen ersten Temperiermittelsammler 3 und wenigstens einen zweiten Temperiermittelsammler 4, 4.1 aufweist, wobei jede Temperierzelle TZ der Temperiereinrichtung 1 ohne Zwischenschaltung des zumindest einen Temperiermittelkanals einer weiteren Temperierzelle TZ mit seinem zumindest einen Temperiermittelkanal 5 an den wenigstens einen ersten und den wenigstens einen der zweiten Temperiermittelsammler 3; 4, 4.1 angeschlossen ist, sodass bei einer Ausbildung des ersten Temperiermittelsammlers 3 als Zulaufsammler das zugeführte Temperiermittel über die mehreren zweiten, als Rücklaufsammler dienenden Temperiermittelsammler 4, 4.1 abgeführt wird, und/oder sodass bei einer Ausbildung des ersten Temperiermittelsammlers als Rücklaufsammler das über die zweiten, als Zulaufsammler dienenden Temperiermittelsammler zugeführte Temperiermittel über den ersten Temperiermittelsammler abgeführt wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Temperiereinrichtung für ein Batteriegehäuse eines elektromotorisch angetriebenen Fahrzeuges, welche Temperiereinrichtung in mehreren Temperierzellen unterteilt ist und jede Temperierzelle eine Wärmetauscherfläche zum Übertragen von Wärme von einem zu temperierendem Batteriemodul in die Temperiereinrichtung oder umgekehrt sowie zumindest einen von der Wärmetauscherfläche beabstandeten Temperiermittelkanal aufweist, der ein- oder auslaufseitig mit einem ersten Temperiermittelsammler und aus- oder einlaufseitig mit einem zweiten Temperiermittelsammler in Fluidverbindung steht.
Bei elektromotorisch angetriebenen Fahrzeugen, wie beispielsweise bei Personenkraftwagen, Flurförderfahrzeugen oder dergleichen werden Batteriemodule als Stromspeicher eingesetzt. Derartige Batteriemodule sind typischerweise aus einer Vielzahl einzelner Batterien zusammengesetzt. Bei diesen Batterien handelt es sich um so genannte Hochvoltbatterien. An die Unterbringung derartiger, für einen Betrieb eines solchen Fahrzeuges notwendigen Batteriemodule, sind gewisse Anforderungen gestellt. Wesentlich ist, dass das oder die Batteriemodule in ihrem Batteriegehäuse vor äußeren Einflüssen geschützt sind. Zudem ist eine gegenüber einem Eindringen von Feuchtigkeit abgedichtete Unterbringung des oder der Batteriemodule in einem Batteriegehäuse erforderlich, um eine Kondensatbildung innerhalb des Batteriegehäuses zu verhindern. In die Batteriekammer des Batteriegehäuses eindringende Feuchtigkeit kann zu einem Kurzschluss und zu einem dadurch ausgelösten Brand des Batteriemoduls führen.
Als elektrische Energiespeicher werden Batteriemodule mit einer hohen Energie- und Leistungsdichte eingesetzt. Bei dem Vorgang des Ladens und auch bei dem Vorgang des Entladens erwärmen sich die Batteriemodule. Problematisch ist dieses bei raschen Lade- oder Entladevorgängen. Schnellladevorgänge werden derzeitig mit bis zu 150 kW durchgeführt. Ladevorgänge sollen zukünftig sogar mit bis zu 300 kW durchgeführt werden. Bei einem solchen Schnellladeprozess können etwa 10% als Wärmeleistung anfallen. Aus diesem Grunde sind Batteriegehäuse von Elektrofahrzeugen in vielen Fällen mit einer aktiven Kühleinrichtung ausgerüstet, um eine übermäßige Erwärmung der Batteriemodule zu verhindern. Da die typischerweise als Lithium-Ionen-Zellen oder Lithium-Polymer-Zellen eingesetzten Batteriemodule bei tieferen Temperaturen signifikant weniger Strom abgegeben können als bei höheren Temperaturen, werden die Batteriemodule in einem bestimmten Temperaturfenster gehalten. Das Überschreiten einer bestimmten Temperatur führt zu einer spürbar reduzierten Lebensdauer der Zelle oder Zellen eines solchen Batteriemoduls. Daher sind das oder die Batteriemodule in ein aktives Temperaturmanagement eingebunden, durch das bei einer drohenden übermäßigen Erwärmung die Batteriemodule gekühlt und bei Vorliegen einer zu geringen Temperatur erwärmt werden. Bezüglich eines Temperaturmanagements derartiger Batteriemodule steht das Kühlen im Vordergrund, da eine übermäßige Erwärmung zur Reduzierung der Lebensdauer bis zu einer Zerstörung derselben führen kann.
Zum Zwecke der Kühlung von in einem Batteriegehäuse aufgenommenen Batteriemodulen für derartige Zwecke werden Temperiereinrichtungen eingesetzt, wie diese beispielsweise aus DE 10 2013 021 670 A1 bekannt sind. Diese vorbekannte als Kühlkörper ausgelegte Temperiereinrichtung verfügt über einen einlaufseitigen Kühlmittelsammler und einen auslaufseitigen Kühlmittelsammler. Die beiden Kühlmittelsammler sind voneinander beabstandet und durch Kühlmittelkanäle miteinander verbunden. Die zu den Batteriemodulen weisende Oberseite der Kühlkanäle bildet eine Wärmetauscherfläche, an der die zu kühlenden Batteriemodule anliegen. Die beiden Kühlmittelsammler sind voneinander beabstandet, so dass mehrere Batteriemodule nebeneinanderliegend jeweils darauf angeordnet werden können. Die Wärmetauscherfläche dieses Standes der Technik ist zur Aufnahme der Batteriemodule durch eine asymmetrische Wellenform strukturiert. Jede Batteriemodulreihe ist in eine Kühlzelle dieses vorbekannten Kühlkörpers angeordnet. Von dem Konzept her handelt es sich bei dem aus diesem Dokument vorbekannten Kühlkörper um einen Sprossenkühlkörper.
Neben Temperiereinrichtungen, die nach dem Prinzip von Sprossenkühlkörpern aufgebaut sind, werden auch solche eingesetzt, bei denen der oder die Temperiermittelkanäle mäandrierend über die Fläche eines Paneels angeordnet sind.
Neben dem angesprochenen Temperaturmanagement besteht auch der Wunsch, dass die einzelnen, in dem Batteriegehäuse aufgenommenen Batteriemodule möglichst auf einer gleichen Temperatur gehalten werden, um eine gleichmäßige Alterung der in einem solchen Batteriegehäuse eingesetzten Batteriemodule zu erfahren.
Zudem besteht die Anforderung, dass die Batteriemodule-Temperaturmanagementeinrichtung möglichst klein bauend ausgelegt werden kann.
Ausgehend von diesem diskutierten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Temperiereinrichtung der eingangs genannten Art dergestalt weiterzubilden, dass durch diese nicht nur die Kühleffektivität verbessert ist, sondern die ebenfalls eine gleichmäßigere Temperierung der durch die Temperiereinrichtung zu temperierenden Batteriemodule ermöglicht.
Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch eine eingangs genanntes, gattungsgemäße Temperiereinrichtung, bei dem die Temperiereinrichtung wenigstens einen ersten Temperiermittelsammler und wenigstens einen zweiten Temperiermittelsammler aufweist, wobei jede Temperierzelle der Temperiereinrichtung ohne Zwischenschaltung des zumindest einen Temperiermittelkanals einer weiteren Temperierzelle mit seinem zumindest einen Temperiermittelkanal an den wenigstens einen ersten und den wenigstens einen der zweiten Temperiermittelsammler angeschlossen ist, sodass bei einer Ausbildung des ersten Temperiermittelsammlers als Zulaufsammler das zugeführte Temperiermittel über die mehreren zweiten, als Rücklaufsammler dienenden Temperiermittelsammler abgeführt wird, und/oder sodass bei einer Ausbildung des ersten Temperiermittelsammlers als Rücklaufsammler das über die zweiten, als Zulaufsammler dienenden Temperiermittelsammler zugeführte Temperiermittel über den ersten Temperiermittelsammler abgeführt wird.
Bei dieser Temperiereinrichtung sind einem ersten Temperiermittelsammler zumindest zwei zweite Temperiermittelsammler eines Doppel- oder Mehrreihensprossenkühlkörpers zugeordnet. Bei gleicher Temperierfläche können durch diese Maßnahme die Temperierzellen kleiner ausgelegt sein. Die Folge ist vor allem im Falle einer Kühlung eine effektivere Kühlung der Batteriemodule, da die Strecke, die ein Temperiermittel durch den zumindest einen Temperiermittelkanal einer Temperierzelle zwischen seiner Zulaufseite und seiner Auslaufseite zurückzulegen hat, kürzer ausgelegt werden kann und typischerweise kürzer ausgelegt ist. Auf diese Weise ist bei gleicher Temperierfläche wie bei einer vorbekannten Temperiereinrichtung bei Vorsehen eines ersten Kühlmittelsammlers und von zwei zweiten Kühlmittelsammlern die Anzahl der dadurch bereitgestellten Kühlzellen verdoppelt. Trotz Verdoppelung der Kühlzellen bei dem vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel lässt sich das Nutzvolumen eines Batteriegehäuses, welches mit einer solchen Temperiereinrichtung ausgerüstet ist, gegenüber herkömmlichen vergrößern. Hiermit war nicht zu rechnen.
In einer ersten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der erste Temperiermittelsammler den Zulauf darstellt. Angeschlossen an diesen sind die in unterschiedliche Richtungen abgehenden Temperiermittelkanäle der beiden Temperierzellenreihen. Die Temperierzellen sind nach Art von Sprossen einlaufseitig an diesen Temperiermittelsammler angeschlossen. Auslaufseitig ist die erste Temperiermittelkanalsprossenreihe an eines der beiden zweiten Temperiermittelsammler angeschlossen, während die Temperiermittelkanäle der anderen Sprossenreihe an den anderen zweiten Temperiermittelsammler angeschlossen sind. Auf diese Weise erfolgt eine Zufuhr, beispielsweise von Kühlmittel über den zentralen Temperiermittelsammler, sodass die Temperiermittelkanäle der Temperierzellen beider Sprossenreihen mit Temperiermitteln derselben Temperatur eingangsseitig beaufschlagt sind. Insofern erfolgt bei dieser Ausgestaltung eine vorzugsweise gleiche Aufteilung der Kühlmittelmenge auf die Temperiermittelkanäle der beiden Sprossenreihen, während über jeden auslaufseitigen Temperiermittelsammler jeweils nur die halbe Kühlmittelmenge abgeführt werden muss. Bei diesem Konzept wird einer Temperierzelle somit nicht durch eine stromaufwärts angeordnete Temperierzelle bereits vorerwärmtes Kühlmittel zugeführt, durch das die Kühlleistung dieser nachgeschalteten Temperiermittelzelle gegenüber der diesbezüglich vorgeschalteten herabgesetzt wäre.
In einer anderen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Temperiermittelzulauf über die zumindest zwei zweiten Temperiermittelsammler und der Rücklauf über den zentralen Temperiermittelsammler erfolgt. Auch bei dieser Ausgestaltung ergeben sich dieselben Vorteile wie zuvor zu der ersten Ausgestaltung beschrieben. Auch eine kombinierte Ausgestaltung dieser und der zuvor beschriebenen Ausgestaltung ist möglich.
Wie bei herkömmlichen Sprossenkühlkörpern üblich, kann zum Gewährleisten eines in die Temperiermittelkanäle eingebrachten gleichen Volumenstroms der Anschlussquerschnitt der an den ersten, zentralen Kühlmittelsammler angeschlossenen Temperiermittelkanäle der Temperierzellen in Zulaufrichtung größer werdend ausgelegt sein.
Eine solche Temperiereinrichtung kann beispielsweise an die Unterseite oder auch die Oberseite des Bodens eines Batteriegehäuses thermisch leitend angeschlossen sein. Durchaus möglich ist auch die Integration einer solchen Temperiereinrichtung in ein Batteriegehäuse, und zwar dadurch, dass dieses den Boden des Batteriegehäuses ausbildet, auf dem in den einzelnen Temperierzellen die Batteriemodule aufliegen.
Ausbilden lässt sich eine solche Temperiereinrichtung beispielsweise durch den Zusammenbau von zwei Paneelteilen, wobei in einem ersten Teil Kanäle ausgebildet sind, beispielsweise durch einen Prägevorgang, wenn es sich bei dem ersten Teil um ein Metallteil handelt, was die Regel sein dürfte. Diese offenen Kanäle werden durch ein zweites Teil abgedeckt. Beide Teile sind flüssigkeitsdicht miteinander verbunden. Somit werden die in das erste Teil eingebrachten Kanäle durch das zweite Teil verschlossen. Gemäß einer Ausgestaltung bildet die Oberfläche des zweiten Teils, die der Kanalverschlussseite gegenüber liegt, die Wärmetauscherfläche aus. Bei einer solchen Ausgestaltung ist zumindest dasjenige Teil der Temperiereinrichtung aus einem Wärme gut ableitenden Material, beispielsweise einem Metall hergestellt, von dem die Wärmetauscherfläche bereitgestellt wird.
Nachfolgend ist die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben. Es zeigen:
1: eine schematisierte Darstellung der hydraulischen Wegsamkeit in einem Temperierpaneel eines für eine Fahrzeuganwendung vorgesehenen Batteriegehäuses gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
2: eine schematisierte Darstellung der hydraulischen Wegsamkeit in einem Temperierpaneel eines für eine Fahrzeuganwendung vorgesehenen Batteriegehäuses gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel,
3: ein schematisierter Querschnitt eines Wärmetauscherteils gemäß einer anderen Ausgestaltung,
4: eine perspektivische Ansicht eines Batteriegehäuses eines elektromotorisch angetriebenen Fahrzeuges mit einem Temperierpaneel gemäß dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel,
5: das Batteriegehäuse der 3 mit abgenommenen Deckel,
6: eine Unteransicht des Batteriegehäuses der 4 und 5 und
7: eine Querschnittsdarstellung durch das Batteriegehäuse der 4 und
8: eine Teilquerschnittsdarstellung durch ein Batteriegehäuse gemäß einer weiteren Ausgestaltung in einer Gegenüberstellung zu einem vorbekannten Batteriegehäuse.
1 zeigt schematisiert eine als Temperierpaneel 1 ausgelegte Temperiereinrichtung für ein im Übrigen nicht näher dargestelltes Batteriegehäuse eines elektromotorisch angetriebenen Fahrzeuges. Das Temperierpaneel 1 bildet bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ein Wärmetauscherteil für ein in dieser Figur nicht näher dargestelltes Batteriegehäuses dar. Eine untere Bodenblechabdeckung ist abgenommen, um einen Einblick zu gestatten. Durch das Temperierpaneel 1 ist die durch das Batteriegehäuse 11 zur Verfügung gestellte Fläche für Batteriemodule 2 in mehrere Temperierzellen unterteilt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist in jeder Temperierzelle ein Batteriemodul 2 aufgenommen. Die Batteriemodule 2 sind auf die in 1 nicht erkennbare Oberseite des Temperierpaneels 1 jeweils in einer Temperierzelle aufgestellt. Um die Positionierung der Batteriemodule 2 auf dem Temperierpaneel 1 erkennbar zu machen, ist eine zwischen den Batteriemodulen 2 und dem Temperierpaneel 1 angeordnetes Bodenblech nicht gezeigt.
Die hydraulische Wegsamkeit des Temperierpaneels 1 umfasst einen ersten Temperiermittelsammler 3, der als Zulaufsammler dient. Dieser Zulaufsammler 3 befindet sich der Längserstreckung des Temperierpaneels 1 folgend mittig in Bezug auf seine Grundfläche. An den Längsseiten des Temperierpaneels 1 befinden sich zwei zweite Temperiermittelsammler 4, 4.1, die jeweils einen Rücklaufsammler darstellen. Die Querschnittsfläche des Zulaufsammlers 3 ist doppelt so groß wie die Querschnittsfläche jedes Rücklaufsammlers 4, 4.1. Zwischen dem Zulaufsammler 3 und jedem Rücklaufsammler 4, 4.1 sind in jeder ein Batteriemodul 2 aufnehmenden Temperierzelle zwei jeweils zwei Temperiermittelkanäle 5 aufweisende Wärmetauscherteile 6 angeordnet. Die zu den Batteriemodulen 2 weisende Fläche dieser Wärmetauscherteile 6 bildet jeweils eine Wärmetauscherfläche. Diese Wärmetauscherfläche ist an die Unterseite des in dieser Figur nicht gezeigten Bodenbleches wärmeleitend angeschlossen. Das Bodenblech dient zugleich einer Wärmeverteilung, wodurch im Falle einer Kühlung die Wärmeabfuhr von dem jeweiligen Batteriemodul 2 zu den bei einer Kühlung der Batteriemodule 2 als Wärmesenke dienenden Wärmetauscherteilen 6 verbessert ist. Die Wärmetauscherteile 6 sind nach Art von Sprossen zwischen dem Vorlaufsammler 3 und dem jeweiligen Rücklaufsammler 4 bzw. 4.1 angeordnet. Die Wärmetauscherteile 6 verfügen über zumindest einen, bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel zwei parallel zueinander verlaufende Temperiermittelkanäle 5. Die Temperiermittelkanäle 5 sind einlassseitig an den Zulaufsammler 3 und auslaufseitig an den entsprechenden Rücklaufsammler 4 oder 4.1 angeschlossen. Die Durchströmungsrichtung des Zulaufsammlers 3, der Temperiermittelkanäle 5 und der Rücklaufsammler 4, 4.1 ist in dieser Figur durch Pfeile gekennzeichnet. In dieser Figur ist beispielhaft eine Temperierzelle TZ kenntlich gemacht. Die Temperierzellen TZ stellen denjenigen Bereich des Temperierpaneels 1 dar, der zum Zwecke einer Temperierung eines Batteriemoduls 2 wärmeleitend an ein solches Batteriemodul 2 angeschlossen ist. Es versteht sich, dass anstelle des in den Figuren gezeigten Batteriemoduls 2 in jeder Temperierzelle TZ auch mehrere kleinere Batteriemodule angeordnet sein können. An Sammlern 3, 4, 4.1 befindliche Zu- und Rücklaufanschlüsse, mit denen das Temperierpaneel 1 an die übrigen Bestandteile eines Temperiermittelkreislaufes angeschlossen sind, sind in der Figur nicht dargestellt. Die Wärmetauscherteile 6 sind aus einem Wärme gut leitenden Material, beispielsweise einer Aluminiumlegierung hergestellt, etwa im Wege eines Strangpressprozesses.
Bei dem Temperierpaneel 1 der 1 wird die über den Zulaufsammler 3 zugeführte Temperiermittelmenge auf die Temperiermittelkanäle 5 der Wärmetauscherteile 6, die in der Figur nach rechts und links von dem Zulaufsammler 3 abgehen, gleichermaßen aufgeteilt. Damit wird jedem Batteriemodul 2 kühlenden Wärmetauscherteil 6 Temperiermittel mit gleicher Temperatur zugeführt. Sämtliche Batteriemodule 2 innerhalb des von dem Temperierpaneel 1 temperierten Batteriegehäuses werden somit gleichmäßig temperiert, da keine Temperierzelle TZ mit Temperiermittel beaufschlagt wird, dessen Temperatur durch die Temperierung einer anderen Temperierzelle TZ des Temperierpaneels 1 beeinflusst worden ist. Dieses gilt insbesondere für eine Kühlung der Batteriemodule 2, da dieses für die Lebensdauer der Batteriemodule 2 kritischer ist.
Untersuchungen mit diesem Temperierpaneel 1 haben gezeigt, dass beim Kühlen aufgrund der Zuführung von Temperiermittel mit gleicher Temperatur in allen Temperierzellen die effektive Kühlleistung nicht nur signifikant gegenüber vorbekannten Temperierpaneelen der in Rede stehenden Art verbessert worden ist, sondern dieses auch mit einer geringeren Kühlleistung – geringere notwendige Fördergeschwindigkeit und/oder geringere Kühlmittelmenge – erreicht worden ist.
Die vom Durchmesser her kleineren Rücklaufsammler 4, 4.1 gestatten eine bauraumsparende Unterbringung derselben in die Konstruktion eines Batteriegehäuses, sodass auf diese Weise Bauraum gegenüber herkömmlichen Temperierpaneelen eingespart werden kann. Die vorbeschriebene gleichmäßige Kühlung sämtlicher in dem Batteriegehäuse befindlicher Batteriemodule macht sich nicht nur in der verbesserten Kühlleistung bemerkbar, sondern auch in einer gleich langen Alterung und Lebensdauer der Batteriemodule 2.
2 zeigt ein weiteres Temperierpaneel 7, welches um eine Sprossenreihe an Wärmetauscherteilen gegenüber dem Temperierpaneel 1 erweitert ist. Bei diesem Temperierpaneel 7 ist das in dem Temperierpaneel 1 der 1 beschriebene Konzept verwirklicht, bei dem die zugeführte Temperiermittelmenge auf zwei Rücklaufsammler aufgeteilt wird. Bei dem Ausführungsbeispiel der 2 ist der diesbezügliche Zulaufsammler mit dem Bezugszeichen 8 gekennzeichnet. Das über den Zulaufsammler 8 zugeführte Temperiermittel wird nach Durchströmen der Wärmetauscherteile der einzelnen Temperierzellen über die Rücklaufsammler 9, 9.1 abgeführt, wie dieses bereits zu dem Ausführungsbeispiel des Temperierpaneels 1 der 1 erläutert worden ist. Der Rücklaufsammler 9.1 des Temperierpaneels 7 weist eine durchströmbare Querschnittsfläche auf, die dem Zulaufsammler 8 entspricht. Dieses ist bei diesem Ausführungsbeispiel erforderlich, da die dritte und in 2 rechte Sprossenreihe an einen zweiten Zulaufsammler 10 angeschlossen ist und von diesem das Temperiermittel zugeführt bekommt. Der Rücklauf für diese zugeführte Temperiermittelmenge bildet der Rücklaufsammler 9.1 der somit für den Rücklauf des über den Zulaufsammler 10 und der Hälfte des über den Zulaufsammler 8 zugeführten Temperiermittels verantwortlich ist.
In 3 ist in einem Querschnitt ein weiteres Wärmetauscherteil 6.1 gezeigt, welches anstelle der Wärmetauscherteile 6 in den Ausführungsbeispielen der 1 und 2 eingesetzt werden kann. Bei dem Wärmetauscherteil 6.1 handelt es sich um ein Aluminiumstrangpressprofil, welches eine Vielzahl von Temperiermittelkanälen 5.1 aufweist. Diese sind sämtlich in derselben Richtung temperiermitteldurchströmt.
4 zeigt ein Batteriegehäuse 11 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Batteriegehäuse 11 umfasst einen Rahmen 12, der aus mehreren Hohlkammerprofilen 13 zusammengesetzt ist, welche Hohlkammerprofile durch Eckstücke 14 miteinander verbunden sind. Oberseitig ist der die Batteriemodule aufnehmende Batteriekammer des Batteriegehäuses 11 durch einen Deckel 15 verschlossen.
5 zeigt das Batteriegehäuse 11 mit abgenommenen Deckel 15 und erlaubt einen Einblick in die Batteriekammer des Batteriegehäuses 11. In dem Batteriegehäuse 11 sind insgesamt 12 Batteriemodule 16 aufgenommen. Jedes Batteriemodul 16 besteht aus mehreren zusammengefassten einzelnen Batteriezellen. Die Batteriemodule 16 sind mit Abstand zueinander angeordnet und befinden sich jeweils in einer Temperierzelle. Die beiden Reihen der Batterien 16 sind durch einen Längsträger 17 voneinander beabstandet. Zudem teilt ein Querträger die beiden Batteriemodulreihen.
Integriert in das Batteriegehäuse 11 ist ein Temperierpaneel, wie dieses vorstehend zu der 1 beschrieben worden ist. Die Unteransicht des Batteriegehäuses der 6 zeigt den zentralen Zulaufsammler 18 und die beiden Rücklaufsammler 19, 19.1, die durch entsprechende Wärmetauscherteile 20 miteinander verbunden sind. Die in die Wärmetauscherteile 20 eingebrachten Temperiermittelkanäle sind der Einfachheit halber in dieser Figur nicht dargestellt.
Durch den Rahmen 12 sind somit auch die hydraulischen Wegsamkeiten und insbesondere die Sammler 18, 19, 19.1, da innenliegend, vor äußeren Beschädigungen geschützt, die zu diesem Zweck entsprechende Aus- oder Einprägungen aufweisen (siehe u. a. 7). Ebenfalls ist eine Ausgestaltung möglich, bei der die Sammler eines solchen Temperierpaneels innerhalb der Hohlkammerprofile oder in Aussparungen (hier: Einsprägungen) dieser Profile aufgenommen sind. Aussparungen zur Aufnahme von Sammlern sind in solchen Profilen vorzugsweise in den Ecken ausgebildet.
Die Schnittdarstellung der 7 verdeutlicht die Ausbildung des Temperierpaneels 21 dieses Ausführungsbeispiels mit seinem Zulaufsammler 18, seinen Rücklaufsammlern 19, 19.1 und die den Zulaufsammler 18 mit jeweils einem Rücklaufsammler 19, 19.1 verbindenden Wärmetauscherteilen 20. Die Wärmetauscherflächen der Wärmetauscherteile 20 sind an die Unterseite eines sich über die gesamte Bodenfläche der Batteriekammer des Batteriegehäuses 11 erstreckenden Bodenbleches 22 in wärmeleitender Verbindung angeschlossen. Bei dem Bodenblech 22 handelt es sich bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel um ein Stahlblech. Der Anschluss der Wärmetauscherflächen des Temperierpaneels 21 an das Bodenblech 22 erfolgt in einer Wärme gut übertragenden bzw. leitenden Weise, wie dieses an sich bekannt ist.
Die Querschnittdarstellung der 7 verdeutlicht zudem, dass infolge der im Durchmesser gegenüber dem Zulaufsammler 18 einen geringeren Durchmesser aufweisenden Rücklaufsammler 19, 19.1 die Gesamthöhe des Batteriegehäuses 11 gegenüber einem Temperierpaneel, bei dem ein Rücklaufsammler denselben Durchmesser wie der Zulaufsammler hat, geringer ausgebildet werden kann.
8 zeigt eine alternative Ausgestaltung eines in einem Teilquerschnitt gezeigten Batteriegehäuses 11.1 (rechts), dessen der Längserstreckung folgende Hohlkammerprofile 13.1 im Bereich einer Kante eine nach innen gestellte Einprägung aufweist. Die Einprägung stellt Bauraum für den in dieser Figur gezeigten Rücklaufsammler 19.2 dar. Gegenüber gestellt ist dem Batteriegehäuse 11.1 der Ausschnitt eines herkömmlichen Batteriegehäuses (links), dessen Rücklaufsammler dieselbe Querschnittsfläche aufweist wie der Zulaufsammler und daher deutlich größer ausgebildet ist als der Rücklaufsammler 19.2 dieses Ausführungsbeispiels der Erfindung. Die entsprechend kleinere notwendige Auslegung der Einprägung 23, durch die der Einbauraum für den Rücklaufsammler 19.2 bereitgestellt ist, ist verglichen mit der vorbekannten Einprägung kleiner. Dieses bedingt eine höhere Steifigkeit des Hohlkammerprofils 13.1 und erlaubt die Ausbildung eines größeren Volumens für auszunehmende Batteriemodule 2.1 in den Temperierzellen. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das hierdurch gewonnene zusätzliche Batterievolumen um etwa 10% größer als bei dem Vergleichsbatteriegehäuse aus dem Stand der Technik. Umgekehrt kann die geringere Bauhöhe auch genutzt werden, um bei gleicher Batterieleistung das Batteriegehäuse kleiner und damit gewichtssparender auslegen zu können.
Bei den in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen verlaufen die Sammler in Längserstreckung des jeweiligen Batteriegehäuses. Die Quererstreckung ist bei diesen Ausführungsbeispielen kürzer als die Längserstreckung. Diese Anordnung ist bei den vorgestellten Ausführungsbeispielen gewählt worden, da dann die Strömungsstrecke von dem jeweiligen Zulaufsammler zu einem Rücklaufsammler durch die Wärmetauscherteile kürzer ist. Gleichwohl lässt sich die Erfindung auch in einer Ausgestaltung realisieren, bei der die Sammler bei einem Batteriegehäuse mit rechteckiger Grundfläche in Querrichtung und die Wärmetauscherteile in Längserstreckung ausgerichtet sind.
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben worden. Ohne den Umfang der geltenden Ansprüche zu verlassen, ergeben sich für einen Fachmann zahlreiche weitere Ausgestaltungen, die Erfindung verwirklichen zu können. Somit kann die Erfindung beispielsweise auch dadurch verwirklicht werden, dass der in den Ausführungsbeispielen als erster Temperiermittelsammler dienende Zulaufsammler durch ein gekammertes Rohr bereitgestellt wird, wobei jede Kammer eines solchen Sammlers die Wärmetauscherteile einer Wärmetauscherteilreihe beaufschlagt. Möglich ist auch die Bereitstellung eines solchen Sammlers durch mehrere Einzelrohre. Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass die Wärmetauscherteilreihen im Unterschied zu der Darstellung derselben in den Figuren, in der diese in einer Ebene angeordnet sind, winkelig zueinander angeordnet sind. Eine solche Auslegung erlaubt eine Ausgestaltung, bei der beispielsweise eine Wärmeabfuhr von einem Batteriemodul in zwei Temperierzellen hinein erfolgt. Des Weiteren ist es möglich, die Wärmetauscherfläche oder die Wärmetauscherflächen der Temperiereinrichtung oberseitig zur Temperierung von Batteriemodulen an diese anzuschließen. Eine besonders effektive Temperierung ergibt sich, wenn die zu temperierenden Batteriemodule an zwei Seiten temperiert werden, beispielsweise wie in den Figuren beschrieben, an ihrer Unterseite und zusätzlich an ihrer Oberseite.
Die Temperiereinrichtungen, wie diese vorbeschrieben sind, können ebenfalls in ein Batteriegehäuse integriert sein, sodass die zu temperierenden Batteriemodule unmittelbar auf einer Wärmetauscherfläche oder einem Wärmetauscherflächenbereich der Temperiereinrichtung anliegen.
Bezugszeichenliste

1: Temperierpaneel
2, 2.1: Batteriemodul
3: Erster Temperiermittelsammler/Zulaufsammler
4, 4.1: Zweiter Temperiermittelsammler/Rücklaufsammler
5, 5.1: Temperiermittelkanal
6, 6.1: Wärmetauscherteil
7: Temperierpaneel
8: Zulaufsammler
9, 9.1: Rücklaufsammler
10: Zulaufsammler
11, 11.1: Batteriegehäuse
12: Rahmen
13, 13.1: Hohlkammerprofil
14: Eckstück
15: Deckel
16: Batteriemodul
17: Längsträger
18: Zulaufsammler
19, 19.1, 19.2: Rücklaufsammler
20: Wärmetauscherteil
21: Temperierpaneel
22: Bodenblech
23: Einprägung
TZ: Temperierzelle

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102013021670 A1 [0004]

Claims

Temperiereinrichtung für ein Batteriegehäuse (11) eines elektromotorisch angetriebenen Fahrzeuges, welche Temperiereinrichtung (1, 7, 21) in mehrere Temperierzellen (TZ) unterteilt ist und jede Temperierzelle eine Wärmetauscherfläche zum Übertragen von Wärme von einem zu temperierendem Batteriemodul (2, 16) in die Temperiereinrichtung (1, 7, 21) oder umgekehrt sowie zumindest einen von der Wärmetauscherfläche beabstandeten Temperiermittelkanal (5, 5.1) aufweist, der ein- oder auslaufseitig mit einem ersten Temperiermittelsammler und aus- oder einlaufseitig mit einem zweiten Temperiermittelsammler in Fluidverbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperiereinrichtung (1, 7, 21) wenigstens einen ersten Temperiermittelsammler (3, 8, 18) und wenigstens einen zweiten Temperiermittelsammler (4, 4.1; 9, 9.2; 19, 19.1) aufweist, wobei jede Temperierzelle der Temperiereinrichtung ohne Zwischenschaltung des zumindest einen Temperiermittelkanals einer weiteren Temperierzelle (TZ) mit seinem zumindest einen Temperiermittelkanal (5, 5.1) an den wenigstens einen ersten und den wenigstens einen der zweiten Temperiermittelsammler (3, 8, 18; 4, 4.1, 9, 9.1; 19, 19.1) angeschlossen ist, sodass bei einer Ausbildung des ersten Temperiermittelsammlers (3, 8, 18) als Zulaufsammler das zugeführte Temperiermittel über die mehreren zweiten, als Rücklaufsammler dienenden Temperiermittelsammler (4, 4.1; 9, 9.1) abgeführt wird, und/oder sodass bei einer Ausbildung des ersten Temperiermittelsammlers als Rücklaufsammler (9.1) das über die zweiten, als Zulaufsammler (10) dienenden Temperiermittelsammler (8) zugeführte Temperiermittel über den ersten Temperiermittelsammler (9.1) abgeführt wird.
Temperiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass einem Temperiermittelsammler (3, 8, 18) zwei zweite Temperiermittelsammler (4, 4.1; 9, 9.1; 19, 19.1) zugeordnet sind.
Temperiereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperiereinrichtung (1, 7, 21) mit seiner Wärmetauscherfläche unterseitig an den Boden oder oberseitig an einen Zwischenboden eines Batteriegehäuses angeschlossen ist.
Temperiereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperiereinrichtung der Boden eines Batteriegehäuses ist und die zu temperierenden Batteriemodule an der Wärmetauscherfläche jeweils einer Temperierzelle (TZ) anliegen.
Temperiereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperiereinrichtung als Temperierpaneel (1, 7, 21) ausgelegt ist.
Temperiereinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperiereinrichtung (1, 7, 21) aus zumindest zwei in der Ebene der Temperiereinrichtung (1, 7, 21) geteilten Paneelteilen zusammengesetzt ist, von denen zumindest eines dieser Teile zu dem anderen Teil offene Kanäle aufweist, die von dem anderen Teil zum Ausbildungen der geschlossenen Temperiermittelkanäle abgedeckt sind, wobei die der Abdeckung der Kanäle des anderen Teils gegenüberliegende Fläche die Wärmetauscherfläche für die Temperierzellen (TZ) bildet.
Temperiereinrichtung nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Teil der Temperiereinrichtung eine gegenüber der Seitenwand eines Batteriegehäuses abgedichtet angeordnete Bodenplatte ist.
Temperiereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Temperiermittelsammler in Aus- oder Einprägungen (23) von Rahmenteilen eines Batteriegehäuses (11, 11.1) angeordnet sind.
Temperiereinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Einprägungen (23) als Kanteneinprägungen ausgeführt sind.
Temperiereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Temperiermittelsammler als gekammertes Rohr mit zumindest zwei Kammern ausgeführt ist, wobei jede Kammer eines solchen Sammlers die Wärmetauscherteile einer Wärmetauscherteilreihe beaufschlagt.
Temperiereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauscherteilreihen in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind.
Temperiereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauscherteilreihen in winklig zueinander stehenden Ebenen angeordnet sind.
Temperiereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperiereinrichtung (1, 7, 21) Teil eines Batteriegehäuses eines elektromotorisch angetriebenen Fahrzeuges ist.