DE102016210138A1

DE102016210138A1 - Temperiervorrichtung eines Batteriemoduls und Batteriemodul

Info

Publication number: DE102016210138A1
Application number: DE102016210138.2A
Authority: DE
Inventors: Babu Potti
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2016-06-08
Filing date: 2016-06-08
Publication date: 2017-12-14
Also published as: CN107482275A; CN107482275B

Abstract

Die Erfindung betrifft Temperiervorrichtung eines Batteriemoduls mit einem ersten Temperierkörper (2) und einem zweiten Temperierkörper (3), welche jeweils aus Kunststoff ausgebildet sind und unter Ausbildung eines im Wesentlichen in Strömungsrichtung seitlich abgeschlossenen Strömungsraumes (4) voneinander beabstandet sind, wobei in dem Strömungsraum (4) weiterhin eine Vielzahl an Strömungsumlenkungselementen (5) angeordnet ist, welche insbesondere identisch ausgebildet sind, wobei die Strömungsumlenkungselemente (5) jeweils eine zum Strömungsraum (4) hin gewandte Aussparung (6) aufweisen.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Temperiervorrichtung eines Batteriemoduls nach Gattung des unabhängigen Anspruchs. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein Batteriemodul mit einer solchen Temperiervorrichtung.
Batteriezellen produzieren während des Betriebes aufgrund ihres elektrischen Widerstandes bei einem Stromfluss Wärme, welche abzuführen ist, um zu hohe Temperaturen zu vermeiden und um die Leistungsfähigkeit der Batteriezellen aufrecht zu erhalten. Für eine Abfuhr von Wärme aus den Batteriezellen, welche bevorzugt zu einem Batteriemodul verschaltet sind, wird insbesondere eine von einem Temperierfluid durchströmte Temperiervorrichtung an dem Batteriemodul angeordnet, wobei das Temperierfluid mittels eines Einlasses in einen Strömungsraum der Temperiervorrichtung hinein eingeführt wird und mittels eines Auslasses aus dem Strömungsraum heraus abgeführt wird. Dabei wird die Wärme von den Batteriezellen über die Temperiervorrichtung an das in dem Strömungsraum strömende Temperierfluid übertragen. Für eine zuverlässige Entwärmung der Batteriezellen sollte der gesamte Strömungsraum bei einem möglichst geringen Druckverlust zwischen dem Einlass und dem Auslass gleichmäßig von dem Temperierfluid durchströmt werden, ohne dass Totbereiche mit einer verschwindenden Strömungsgeschwindigkeit entstehen.
Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise aus der DE 10 2013 200 859 A1 eine Plattenbaugruppe für einen Wärmetauscher einer Batteriebaugruppe bekannt. Dabei weist die Plattenbaugruppe zumindest zwei einen Zwischenraum ausbildende im Wesentlichen planare und bevorzugt aus Kunststoff ausgebildete Elemente auf, wobei die zumindest zwei planaren Elemente durch Abstandshalter unter Ausbildung des Zwischenraums voneinander beabstandet sind. Dabei kann der Zwischenraum von einem Kühlmittel durchströmt werden. Weiterhin weist die Plattenbaugruppe innerhalb des Zwischenraumes eine Wand auf, welche gemeinsam mit den Abstandshaltern das Strömungsfeld des Kühlmittels innerhalb des Zwischenraums bestimmt. Des Weiteren weisen die planaren Elemente der Plattenbaugruppe Öffnungen zum Einströmen und zum Ausströmen des Kühlmittels auf.
Des Weiteren ist aus der EP 2 453 515 A1 eine Kühlvorrichtung für eine Batterie eines Elektrofahrzeuges bekannt. Dabei weist die Kühlvorrichtung eine Kühlplattenanordnung mit einem ersten Metallblech und einem zweiten Metallblech auf, welche mittels eines Walzplattierprozesses miteinander verbunden sind. Dabei sind das erste Metallblech und das zweite Metallblech unter Ausbildung von Kühlfluidkanälen, welche als Hohlräume zwischen den zwei Metallblechen ausgebildet sind, miteinander verbunden, wobei das erste Metallblech und das zweite Metallblech im Bereich der Kühlfluidkanäle voneinander beabstandet sind.
Die DE 10 2014 102 954 A1 offenbart eine Mikrokanal-Kühlrippe für ein Batteriemodul, welche eine eine Mehrzahl von Kühlkanälen definierende Metallplattenbaugruppe umfasst. Des Weiteren weist die Mikrokanal-Kühlrippe ein Einlassteil zum Einführen eines flüssigen Kühlmittels in die Mehrzahl von Kühlkanälen und ein Auslassteil, von dem das Kühlmittel die Mehrzahl von Kühlkanälen verlässt, auf.
Die DE 10 2012 023 316 A1 offenbart eine Temperiereinrichtung mit einem im Wesentlichen quaderförmigen Grundkörper, welcher mit Energiespeichereinheiten wärmeleitfähig verbindbar ausgebildet ist, und wenigstens einem Fluidkanal, welcher wenigstens abschnittsweise durch den Grundkörper geführt ist, um ein Temperierfluid zu führen. Des Weiteren weist die Temperiereinrichtung mehrere Vertiefungen und/oder Vorsprünge auf, welche an einer Mantelfläche des Grundkörpers angeordnet sind.
Offenbarung der Erfindung
Die Temperiervorrichtung eines Batteriemoduls mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs hat den Vorteil, dass ein durch einen Strömungsraum der Temperiervorrichtung strömendes Temperierfluid mittels innerhalb des Strömungsraumes angeordneten und jeweils eine zum Strömungsraum hin gewandte Aussparung aufweisenden Strömungsumlenkungselementen derart geführt werden kann, dass der gesamte Strömungsraum von Temperierfluid bei einem reduzierten Druckverlust innerhalb des Strömungsraumes im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten Temperiervorrichtungen durchströmt werden kann und gleichzeitig auch das Auftreten von Totbereichen reduziert werden kann. Weiterhin hat eine erfindungsgemäße Temperiervorrichtung im Vergleich zu definierte Kühlkanäle ausbildenden Temperiervorrichtungen den Vorteil, dass aufgrund des größeren Strömungsraums die Temperiervorrichtung großflächiger von Temperierfluid durchströmbar ist und die im Strömungsraum angeordneten Abstandselemente für eine turbulentere Strömung mit einer höheren Reynoldszahl sorgen, wodurch die Wärmetransporteigenschaften weiter verbessert werden können und somit Wärme auch effizienter abführbar ist. Dadurch ist es möglich, Batteriezellen eines Batteriemoduls zuverlässig zu entwärmen.
Erfindungsgemäß wird eine Temperiervorrichtung eines Batteriemoduls zur Verfügung gestellt. Die Temperiervorrichtung weist einen ersten Temperierkörper und einen zweiten Temperierkörper auf, welche jeweils aus Kunststoff ausgebildet sind. Weiterhin sind der erste Temperierkörper und der zweite Temperierkörper unter Ausbildung eines im Wesentlichen in Strömungsrichtung seitlich abgeschlossen Strömungsraumes voneinander beabstandet. Dabei ist in dem Strömungsraum weiterhin eine Vielzahl an Strömungsumlenkungselementen angeordnet. Insbesondere sind die Strömungsumlenkungselemente identisch ausgebildet. Weiterhin weisen die Strömungsumlenkungselemente jeweils eine zum Strömungsraum hin gewandte Aussparung auf.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Vorrichtung oder des im unabhängigen Anspruch angegeben Verfahrens möglich.
Unter einem im Wesentlichen in Strömungsrichtung seitlich abgeschlossenen Strömungsraum soll verstanden sein, dass der Strömungsraum seitlich für das Temperierfluid dicht abgeschlossen ist. Weiterhin weist die Temperiervorrichtung einen später noch beschriebenen Strömungseinlass und einen später auch noch beschriebenen Strömungsauslass auf, welche nicht in Strömungsrichtung seitlich angeordnet sind.
Es ist zweckmäßig, wenn der erste Temperierkörper und der zweite Temperierkörper jeweils aus einem planaren Grundkörper ausgebildet sind. Dabei weist der erste Temperierkörper weiterhin eine erste Oberfläche und der zweite Temperierkörper eine zweite Oberfläche auf, die mittels der Vielzahl an Strömungsumlenkungselementen voneinander beabstandet sind. Dadurch bilden der erste Temperierkörper und der zweite Temperierkörper den Strömungsraum der Temperiervorrichtung aus. Mit anderen Worten ausgedrückt, begrenzen die erste Oberfläche und die zweite Oberfläche den Strömungsraum. Insbesondere sind dabei die erste Oberfläche des ersten aus einem planaren Grundkörper ausgebildeten Temperierkörpers und die zweite Oberfläche des zweiten aus einem planaren Grundkörper ausgebildeten Temperierkörpers parallel zueinander angeordnet. Die Strömungsumlenkungselemente kontaktieren dabei jeweils die erste Oberfläche und sind mit dem zweiten Grundkörper verbunden oder die Strömungsumlenkungselemente kontaktieren jeweils die zweite Oberfläche und sind mit dem ersten Grundkörper verbunden. Dies hat den Vorteil, dass durch die planare Ausbildung der zwei Temperierkörper keine zusätzlichen den Druckverlust erhöhenden Strömungsumlenkungen bewirkenden Oberflächen ausgebildet werden und mittels der Anordnung von jeweils eine zum Strömungsraum hin gewandte Aussparung aufweisenden Strömungsumlenkungselementen in dem Strömungsraum dennoch eine definierte Strömungsführung mit erhöhten Turbulenzeigenschaften möglich ist. Weiterhin bietet die planare Ausbildung der Temperierkörper den Vorteil der Schaffung einer mechanisch stabilen Struktur während des Betriebes.
Unter einem planaren Grundkörper eines Temperierkörpers soll an dieser Stelle verstanden sein, dass der Temperierkörper ohne die daran kontaktierend angeordneten Strömungsumlenkungselemente und/oder ohne mit diesem verbundene Strömungsumlenkungselemente derart ausgebildet ist, dass die beiden größten sich einander gegenüberliegenden Seitenflächen des Grundkörpers eben ausgebildet sind. Insbesondere kann einer der Temperierkörper aber auch in Randbereichen abgerundet bzw. derartig ausgebildet sein, dass die beiden Temperierkörper den Strömungsraum abschließen können, wobei es aber auch möglich ist, den Strömungsraum durch zumindest eine weitere mit den beiden Temperierkörpern verbundene Gehäusewand abzuschließen.
Gemäß einem vorteilhaften Gedanken der Erfindung bildet der erste Temperierkörper die Vielzahl an Strömungsumlenkungselementen aus oder der zweite Temperierkörper bildet die Vielzahl an Strömungselementen aus. Dabei ragen die Strömungsumlenkungselemente aus dem jeweiligen oben beschriebenen planaren Grundkörper des jeweiligen Temperierkörpers heraus. Insbesondere ragen die Strömungsumlenkungselemente dabei aus der ersten Oberfläche bzw. der zweiten Oberfläche heraus. Somit ist eine einfache Herstellung der Temperiervorrichtung möglich, da die Strömungsumlenkungselemente bereits an zumindest einem Temperierkörper angeordnet sind. An dieser Stelle sei angemerkt, dass es auch möglich ist, an dem ersten Temperierkörper und dem zweiten Temperierkörper Strömungsumlenkungselemente anzuordnen.
Der erste Temperierkörper und der zweite Temperierkörper sind bevorzugt durch einen Abstand von 1 mm bis 3 mm voneinander beabstandet. Weiterhin ist es auch bevorzugt, dass der erste Temperierkörper und der zweite Temperierkörper durch einen Abstand von 1,5 mm bis 2,5 mm voneinander beabstandet sind. Insbesondere ist es bevorzugt, dass der erste Temperierkörper und der zweite Temperierkörper durch einen Abstand von 2 mm voneinander beabstandet sind. Der Abstand zwischen dem ersten Temperierkörper und dem zweiten Temperierkörper wird dabei insbesondere als Abstand zwischen der ersten Oberfläche und der zweiten Oberfläche verstanden. Des Weiteren ist es dabei bevorzugt, dass der planare Grundkörper des ersten Temperierkörpers oder der planare Grundkörper des zweiten Temperierkörpers eine Höhe von 1 mm bis 3 mm aufweist. Weiterhin ist es auch bevorzugt, dass der planare Grundkörper des ersten Temperierkörpers oder der planare Grundkörper des zweiten Temperierkörpers eine Höhe von 1,5 mm bis 2,5 mm aufweist. Insbesondere ist es bevorzugt, wenn der planare Grundkörper des ersten Temperierkörpers oder der planare Grundkörper des zweiten Temperierkörpers eine Höhe von 2 mm aufweist. Durch eine solche Ausbildung des ersten Temperierkörpers oder des zweiten Temperierkörpers und einer solchen Anordnung des ersten Temperierkörpers und des zweiten Temperierkörpers zueinander kann eine Temperiervorrichtung geschaffen werden, welche mechanisch stabil ist und einen Strömungsraum aufweist, der bei einer Durchströmung mit Temperierfluid für eine ausreichende Wärmeabfuhr aus dem Batteriemodul sorgen kann.
Von Vorteil ist es, wenn die Strömungsumlenkungselemente jeweils einen Grundkörper umfassen, welcher die zum Strömungsraum hin gewandte Aussparung des jeweiligen Strömungsumlenkungselements umfasst. In einer Ebene parallel zu der ersten Oberfläche des ersten Temperierkörpers oder zu der zweiten Oberfläche des zweiten Temperierkörpers weisen die Strömungsumlenkungselemente jeweils eine Querschnittsfläche auf. Dabei weist der Grundkörper der Strömungsumlenkungselemente jeweils eine quadratische, rechteckige, dreieckige, kreisförmige, ringförmige oder elliptische Querschnittsfläche auf. An dieser Stelle sei angemerkt, dass mit einem Grundkörper eines Strömungsumlenkungselements eine geometrische Form bezeichnet sein soll, welche noch keine Aussparung aufweist.
Des Weiteren ist es von Vorteil, wenn die Aussparungen der Grundkörper der Strömungsumlenkungselemente jeweils eine quadratische, rechteckige, dreieckige, kreisförmige, teilkreisförmige oder elliptische Querschnittsfläche aufweisen. An dieser Stelle sei angemerkt, dass unter einer Aussparung die dem jeweiligen Grundkörper des jeweiligen Strömungsumlenkungselements entnommene geometrische Form bezeichnet sein soll. Somit beschreibt die Aussparung als mit anderen Worten ausgedrückt den fehlenden Teil des Grundkörpers.
Weiterhin ist es auch von Vorteil, wenn die Strömungsumlenkungselemente jeweils zumindest eine erste Seitenfläche und eine zweite Seitenfläche aufweisen. In einer Querschnittsfläche parallel zu der ersten Oberfläche des ersten Temperierkörpers oder zu der zweiten Oberfläche des zweiten Temperierkörpers beschreibt im Wesentlichen jeweils ein erster Teilkreis die erste Seitenfläche und ein zweiter Teilkreis die zweite Seitenfläche. Unter einem Teilkreis ist an dieser Stelle ein Ausschnitt eines Kreises zu verstehen oder mit anderen Worten ausgedrückt ein nicht vollständiger Kreis. Weiterhin kann der erste Teilkreis einen größeren Radius aufweisen als der zweite Teilkreis. Dadurch weist ein Strömungsumlenkungselement eine teilringförmige Ausbildung auf oder mit anderen Worten ausgedrückt, ist ein Strömungselement als Ausschnitt eines Ringes ausgebildet. Weiterhin kann auch der Mittelpunkt des ersten Teilkreises einen geringeren Abstand zu dem jeweiligen Strömungselement aufweisen als der Mittelpunkt des zweiten Teilkreises. Dadurch weist ein Strömungselement eine mondförmige Ausbildung auf, welche auch als Sichel bezeichnet werden kann.
Zweckmäßigerweise weist die Temperiervorrichtung einen Strömungseinlass und einen Strömungsauslass auf. Dabei ist der Strömungseinlass ausgebildet zum Einströmen eines Temperierfluids, insbesondere einer Temperierflüssigkeit, in den Strömungsraum hinein. Weiterhin ist der Strömungsauslass ausgebildet zum Ausströmen eines Temperierfluids, insbesondere einer Temperierflüssigkeit, aus dem Strömungsraum heraus. Dabei ist der Strömungsauslass in einer Längsrichtung der Temperiervorrichtung an einer dem Strömungseinlass gegenüberliegenden Seite der Temperiervorrichtung angeordnet. Dabei sind die Strömungsumlenkungselemente in der Längsrichtung in mehreren nebeneinander angeordneten Reihen angeordnet. Dadurch kann eine zuverlässige, gleichmäßige Verteilung des Temperierfluids innerhalb des gesamten Strömungsraumes ermöglicht werden. Insbesondere sei an dieser Stelle angemerkt, dass der Strömungsraum, wie bereits weiter oben beschrieben ist, in Strömungsrichtung seitlich abgeschlossen ist, wobei die Strömungsrichtung in der Längsrichtung von dem Strömungseinlass zu dem Strömungsauslass zeigen soll und mit seitlich die insbesondere parallel zu der Längsrichtung und sich gegenüberliegenden Seiten des Strömungsraumes bezeichnet sein sollen.
Die Aussparungen von Strömungselementen benachbarter Reihen sind vorzugsweise einander zugewandt und/oder einander abgewandt. Dadurch kann eine Erhöhung der Turbulenz bei der Durchströmung des Strömungsraumes erreicht werden, da das Temperierfluid von den Aussparungen abgelenkt und umgelenkt werden kann.
Ferner betrifft die Erfindung auch eine Temperiervorrichtung eines Batteriemoduls. Das Batteriemodul weist einen ersten Temperierkörper und einen zweiten Temperierkörper auf, die jeweils aus Kunststoff ausgebildet sind und unter Ausbildung eines im Wesentlichen in Strömungsrichtung seitlich abgeschlossen Strömungsraumes voneinander beabstandet sind. Dabei ist in dem Strömungsraum weiterhin eine Vielzahl an Strömungsumlenkungselementen angeordnet. Insbesondere sind die Strömungsumlenkungselemente identisch ausgebildet. Dabei ist der erste Temperierkörper aus einem ersten Material ausgebildet und der zweite Temperierkörper ist aus einem zweiten Material ausgebildet. Des Weiteren ist das erste Material des ersten Temperierkörpers von dem zweiten Material des zweiten Temperierkörpers verschieden. Dadurch ist es möglich, die Temperiervorrichtung derart auszubilden, dass das Material des Temperierkörpers, der benachbart zu den Batteriezellen des Batteriemoduls angeordnet ist, so zu wählen, dass dieses Material vorzugsweise eine zuverlässige Wärmeleitung zwischen den Batteriezellen und dem Temperierfluid ermöglicht und gegebenenfalls auch für eine elektrische Isolierung zwischen den Batteriezellen und dem Temperierfluid sorgen kann. Weiterhin ist es dadurch auch möglich, die Temperiervorrichtung derart auszubilden, dass das Material des Temperierkörpers, der nicht benachbart zu den Batteriezellen des Batteriemoduls angeordnet ist, so zu wählen, dass dieses Material beispielsweise für eine ausreichende mechanische Stabilität der Temperiervorrichtung sorgen kann.
Die ebene beschriebene Temperiervorrichtung kann mit allen bisher aufgezeigten Möglichkeiten zur Weiterbildung weitergebildet werden und weist auch die dementsprechenden Vorteile auf.
Dabei ist es von Vorteil, wenn das erste Material Polyethylen, Polypropylen, Polyphenylsulfid ist und das zweite Material vorzugsweise ein Polyamid ist, insbesondere Polyamid 6.6 ist.
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Batteriemodul mit einer Vielzahl an parallel und/oder seriell miteinander verschaltbaren Batteriezellen und mit einer oben beschriebenen Temperiervorrichtung, welche durch alle aufgezeigten Möglichkeiten weiterbildbar ist und dementsprechend auch alle genannten Vorteile aufweisen kann. Dabei ist die Vielzahl an Batteriezellen mit einer von dem Strömungsraum abgewandten Oberfläche des ersten Temperierkörpers verbunden. Insbesondere sind die Batteriezellen dem ersten Temperierkörper stoffschlüssig, wie beispielsweise geklebt, verbunden.
Das erfindungsgemäße Batteriemodul ist für Batterien im mobilen Einsatz, insbesondere in Elektrofahrzeugen und E-Bikes, verwendbar und für Batterien für die Anwendung im stationären Betrieb.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen
1 schematisch einen Querschnitt einer erfindungsgemäßen Ausführungsform einer Temperiervorrichtung eines Batteriemoduls,
2 in perspektivischer Draufsicht einen zweiten Temperierkörper einer erfindungsgemäßen Ausführungsform einer Temperiervorrichtung,
3 in einer Draufsicht zweite Temperierkörper von jeweils erfindungsgemäßen Ausführungsformen einer Temperiervorrichtung,
4 Querschnitte durch Strömungsumlenkungselemente erfindungsgemäßer Temperiervorrichtungen und
5 in einer perspektivischen Darstellung einen zweiten Temperierkörper einer bevorzugten Ausführungsform einer Temperiervorrichtung.
Die 1 zeigt schematisch einen Querschnitt einer Temperiervorrichtung 1 eines Batteriemoduls samt der mit der Temperiervorrichtung 1 verbundenen Batteriezellen 17 des Batteriemoduls.
Die Temperiervorrichtung 1 weist einen ersten Temperierkörper 2 und einen zweiten Temperierkörper 3 auf. Der erste Temperierkörper 2 und der zweite Temperierkörper 3 sind jeweils aus Kunststoff ausgebildet.
Weiterhin ist aus der 1 zu erkennen, dass der erste Temperierkörper 2 und der zweite Temperierkörper 3 unter Ausbildung eines Strömungsraumes 4 voneinander beabstandet sind. Der Strömungsraum 4 ist seitlich abgeschlossen. Insbesondere soll unter seitlich abgeschlossenen an dieser Stelle verstanden sein, dass der Strömungsraum 4 seitlich fluiddicht abgeschlossen ist. Dabei schließen eine erster Wandabschnitt 310 und ein zweiter Wandabschnitt 320 des zweiten Temperierkörpers 3 den Strömungsraum 4 seitlich fluiddicht ab. Selbstverständlich es auch möglich, dass ein erster Wandabschnitt und ein zweiter Wandabschnitt des ersten Temperierkörpers 2 den Strömungsraum 4 seitlich fluiddicht abschließen, was in der 1 jedoch nicht gezeigt ist.
Der Strömungsraum 4 ist von einem Temperierfluid durchströmbar. Insbesondere ist das Temperierfluid eine Flüssigkeit.
In dem Strömungsraum 4 ist weiterhin eine Vielzahl an Strömungsumlenkungselementen 5 angeordnet, wobei die 1 eine Ausführungsform einer Temperiervorrichtung 1 zeigt, bei welcher die gezeigte Querschnittsfläche genau drei Strömungsumlenkungselemente 5 aufweist. Insbesondere sind die Strömungsumlenkungselemente 5 identisch ausgebildet, wie in der 1 zu erkennen ist.
Dabei weisen die Strömungsumlenkungselemente 5 jeweils eine zum Strömungsraum 4 hin gewandte Aussparung 6 auf, welche anhand der folgenden 2 bis 4 noch näher beschrieben werden.
Weiterhin zeigt die 1, dass der erste Temperierkörper 2 und der zweite Temperierkörper 3 jeweils aus einem planaren Grundkörper 7 ausgebildet sind. Der erste Temperierkörper 2 weist dabei eine erste Oberfläche 21 auf und der zweite Temperierkörper 3 weist eine zweite Oberfläche 31 auf. Dabei sind die erste Oberfläche 21 und die zweite Oberfläche 31 mittels der Strömungsumlenkungselemente 5 voneinander beabstandet, wodurch insbesondere auch der Strömungsraum 4 ausgebildet wird.
Gemäß dem in der 1 gezeigten Ausführungsbeispiel kontaktieren die Strömungsumlenkungselemente 5 an der mit dem Bezugszeichen 8 bezeichneten Stelle jeweils die erste Oberfläche 21 des ersten Temperierkörpers 2. Weiterhin sind gemäß dem in der 1 gezeigten Ausführungsbeispiel die Strömungsumlenkungselemente 5 mit der zweiten Oberfläche 31 verbunden, wobei hier der erste Temperierkörper 3 die Strömungsumlenkungselemente 5 jeweils ausbildet. Darunter soll verstanden sein, dass die Strömungsumlenkungselemente 5 jeweils aus dem planaren Grundkörper 7 des ersten Temperierkörpers 3 herausragen. Selbstverständlich ist auch der umgekehrte Fall möglich, wobei die Strömungsumlenkungselemente 5 jeweils die zweite Oberfläche 31 des zweiten Temperierkörpers 3 kontaktieren und mit der ersten Oberfläche 21 des ersten Temperierkörpers 2 jeweils verbunden sind, wobei auch hier der erste Temperierkörper 2 insbesondere die Strömungsumlenkungselemente 5 jeweils ausbilden kann und die Strömungsumlenkungselemente aus dem planaren Grundkörper 7 des ersten Temperierkörpers 2 herausragen, was in der 1 jedoch nicht gezeigt ist.
Der erste Temperierkörper 2 und der zweite Temperierkörper 3 sind durch einen Abstand 9 voneinander beabstandet, wobei an dieser Stelle unter dem Abstand 9 der Abstand zwischen der ersten Oberfläche 21 und der zweiten Oberfläche 31 verstanden sein soll. Wie bereits eingangs erläutert, weist der Abstand 9 bevorzugt einen Wert von 1 mm bis 3 mm, weiter bevorzugt einen Wert von 1,5 mm bis 2,5 mm und insbesondere einen Wert von 2 mm auf.
Der planare Grundkörper 7 des ersten Temperierkörpers 2 bzw. des zweiten Temperierkörpers 3 weist jeweils eine Höhe 10 auf, wobei an dieser Stelle unter der Höhe 10 der Abstand zwischen der ersten Oberfläche 21 des ersten Temperierkörpers 2 und einer Oberfläche 22, welche an der dem Strömungsraum 4 abgewandten Seite des Temperierkörpers 2 angeordnet ist, verstanden sein soll bzw. der Abstand zwischen der zweiten Oberfläche 31 des zweiten Temperierkörpers 3 und einer Oberfläche 32, welche an der dem Strömungsraum 4 abgewandten Seite des Temperierkörpers 3 angeordnet ist, verstanden sein soll. Wie bereits eingangs erläutert, weist die Höhe 10 jeweils bevorzugt einen Wert von 1 mm bis 3 mm auf, weiter bevorzugt einen Wert von 1,5 mm 2,5 mm und insbesondere einen Wert von 2 mm auf.
Der in der 1 gezeigte erste Temperierkörper 2 ist bevorzugt aus einem ersten Material ausgebildet, insbesondere Polyethylen, Polypropylen, Polyphenylsulfid. Weiterhin ist der in der 1 gezeigte zweite Temperierkörper 3 weiterhin bevorzugt aus einem zweiten Material ausgebildet, insbesondere Polyamid 6.6. Dabei sind das erste Material des ersten Temperierkörpers 2 und das zweite Modell des zweiten Temperierkörpers 3 verschieden.
Weiterhin ist in der 1 zu erkennen, dass an der dem Strömungsraum 4 abgewandten Seite 22 des ersten Temperierkörpers 2 eine Mehrzahl an Batteriezellen 17 angeordnet ist. Insbesondere sind die Batteriezellen 17 mit der Oberfläche 22 verbunden. Insbesondere sind die Batteriezellen 17 mit der Oberfläche 22 stoffschlüssig, vorzugsweise geklebt, verbunden. Die Batteriezellen 17 sind dabei parallel und oder seriell miteinander verschaltbar.
Die 2 zeigt in einer perspektivischen Draufsicht eine Darstellung eines zweiten Temperierkörpers 3 einer erfindungsgemäßen Ausführungsform einer Temperiervorrichtung 1.
Dabei ist aus der 2 zu erkennen, dass die Aussparung 6 des jeweiligen Strömungsumlenkungselements 5 zum Strömungsraum 4 hin gewandt ist. Damit ist es möglich, dass durch den Strömungsraum 4 strömendes Temperierfluid aufgrund der Aussparung 6 eine erhöhte Turbulenz aufweist.
Weiterhin zeigt die 2 auch, dass die Temperiervorrichtung 1, insbesondere der erste Temperierkörper 3 eine Zwischenwand 11 aufweisen kann, welche die mechanische Stabilität erhöhen soll.
Die 3 zeigt in einer Draufsicht jeweils Ausführungsformen eines zweiten Temperierkörpers 3 erfindungsgemäßer Temperiervorrichtungen 1. Dabei ist aus Gründen der Übersichtlichkeit der erste Temperierkörper 2 nicht gezeigt, welcher gemäß der 1 von oben auf den zweiten Temperierkörper 3 aufgesetzt werden würde. Die im Zusammenhang mit der 3 gemachten Ausführungen sollen aber insbesondere auch für gesamte Temperiervorrichtungen 1 gelten, welche also auch den ersten Temperierkörper 2 umfassen.
Die in der 3 gezeigten Ausführungsformen unterscheiden sich jeweils insbesondere in der Ausbildung der Strömungsumlenkungselemente 5.
Weiterhin ist aus der 3 zu erkennen, dass die Temperiervorrichtungen 1 jeweils einen Strömungseinlass 12 und einen Strömungsauslass 13 aufweisen. Der Strömungseinlass 12 ist dabei an einer dem Strömungsauslass 13 gegenüberliegenden Seite der Temperiervorrichtung 1 angeordnet. Dabei kann Temperierfluid durch den Strömungseinlass 12 in den Strömungsraum 4 hinein eingelassen werden und durch den Strömungsauslass 13 aus dem Strömungsraum 4 heraus ausgelassen werden. Die Längsrichtung 14 der Temperiervorrichtung 1 zeigt von dem Strömungseinlass 12 in Richtung des Strömungsauslasses 13.
Wie bereits schon erläutert, ist der Strömungsraum 4 in der Strömungsrichtung, welche entlang der Längsrichtung 14 zeigen soll, seitlich abgeschlossen.
Weiterhin ist aus 3 zu erkennen, dass die Strömungsumlenkungselemente 5 in mehreren nebeneinander angeordneten Reihen 151, 152, 153, 154, 155, 156, 157, 158 angeordnet sind. Die in der 3 gezeigten Ausführungsbeispiele weisen dabei jeweils acht nebeneinander angeordnete Reihen auf.
Gemäß der Ausführungsform der 2 sind die Aussparungen 6 der Strömungsumlenkungselemente 5 der dort gezeigten Reihe 161 und der dort gezeigten Reihe 162 einander abgewandt. Weiterhin sind gemäß der Ausführungsform der 2 die Aussparungen 6 der Strömungsumlenkungselemente 5 der dort gezeigten Reihe 162 und der dort gezeigten Reihe 163 einander zugewandt. Dabei sind die Reihen 161 und 162 zueinander benachbart. Weiterhin sind die Reihen 162 und 163 zueinander benachbart.
Insbesondere gemäß der mittleren und rechten Ausführungsform der 3 sind die Aussparungen 6 von benachbarten Reihen in die gleiche Richtung gewandt. Dabei sind die Aussparungen 6 insbesondere in Richtung der rechts angeordneten Seitenwand 33 gewandt.
Die 4 zeigt Querschnitte von Strömungsumlenkungselementen 5 erfindungsgemäßer Temperiervorrichtungen 1. Die Querschnitte der Strömungsumlenkungselemente 5 zeigen dabei jeweils eine Querschnittsfläche, welche parallel zu der ersten Oberfläche 21 des ersten Temperierkörpers 2 oder zu der zweiten Oberfläche 31 des zweiten Temperierkörpers 3 angeordnet ist.
Dabei soll zunächst anhand der rechten Darstellung der grundlegende Aufbau eines Strömungsumlenkungselements 5 erläutert werden.
Das Strömungsumlenkungselement 5 umfasst einen Grundkörper 50. Der Grundkörper 50 soll noch keine Aussparung 6 aufweisen. Demnach bilden die gezeigten Kanten 51, 52, 53, 54, und 55 sowie die gestrichelt eingezeichnete Linie 56 die Querschnittsfläche des Grundkörpers 50, welche gemäß der in der 4 rechts gezeigten Darstellung rechteckig und insbesondere quadratisch ausgebildet ist.
Weiterhin weist der Grundkörper 50 eine Aussparung 6 auf, welche durch die Kanten 61, 62 und 63 sowie die gestrichelt eingezeichnete Linie 56 abgegrenzt sein soll. Demnach ist die Aussparung 6 der in der Figur rechts gezeigten Darstellung rechteckig und insbesondere quadratisch ausgebildet.
Der Grundkörper 50 kann insbesondere eine rechteckige, quadratische, dreieckige, kreisförmige, ringförmige oder elliptische Querschnittsfläche aufweisen.
Die Aussparungen 6 können insbesondere eine rechteckige, quadratische, dreieckige, kreisförmige, teilkreisförmige, teilringförmige oder elliptische Querschnittsfläche aufweisen. Unter teilkreisförmig soll an dieser Stelle ein Ausschnitt eines Kreises verstanden sein.
Die linke und mittlere Darstellung der 4 zeigen jeweils bevorzugte Ausführungsformen eines Strömungsumlenkungselements 5. Das Strömungsumlenkungselement 5 weist dabei insbesondere eine erste Seitenfläche 181 und eine zweite Seitenfläche 182 auf. Dabei beschreibt ein erster Teilkreis 191 im Wesentlichen den Verlauf der ersten Seitenfläche 181 und ein zweiter Teilkreis 192 im Wesentlichen den Verlauf der zweiten Seitenfläche 182.
Bei der bevorzugten Ausführungsform gemäß der linken Darstellung der 4 weist der Mittelpunkt 201 des ersten Teilkreises 191 einen geringeren Abstand zu dem gezeigten Strömungsumlenkungselement 5 auf als der Mittelpunkt des zweiten Teilkreises 202, wodurch eine mondförmige bzw. eine sichelförmige Querschnittsfläche des Strömungsumlenkungselements 5 ausgebildet wird. An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass die Grundfläche 50 insbesondere kreisförmig ist und die Aussparung 6 insbesondere teilkreisförmig ist, also den Ausschnitt eines Kreises bildet. Der Vollständigkeit halber sei angemerkt, dass der Mittelpunkt 201 des ersten Teilkreises 191 auch innerhalb des Strömungsumlenkungselements 5 liegen kann.
Bei der weiterhin auch bevorzugten Ausführungsform gemäß der mittleren Darstellung der 4 weist der erste Teilkreis 191 einen größeren Radius auf als der zweite Teilkreis 192, wodurch eine teilringförmige Querschnittsfläche des Strömungsumlenkungselements 5 ausgebildet wird. An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass die Grundfläche 50 ringförmig ausgebildet ist und die Aussparung 6 teilringförmig ausgebildet ist. Der Vollständigkeit halber sei darauf hingewiesen, dass eine dritte Seitenfläche 183 sowie eine vierte Seitenfläche 184 die ersten Seitenfläche 181 und die zweiten Seitenfläche 182 jeweils verbinden.
Die 5 zeigt in einer perspektivischen Darstellung einen zweiten Temperierkörper 3 einer bevorzugten Ausführungsform einer Temperiervorrichtung 1.
Die Darstellung des zweiten Temperierkörpers 3 gemäß der 5 entspricht im Grunde der Darstellung des zweiten Temperierkörpers 3 gemäß der 2, welche den mit Bezugszeichen 22 bezeichneten Ausschnitt vergrößert zeigt.
Aus der 5 ist weiterhin zu erkennen, dass der Temperierkörper 3 weiterhin drei Zwischenwände 11 aufweist, welche die Temperiervorrichtung 1 in vier voneinander getrennte Strömungsräume 4 unterteilt. Dadurch ist es möglich, insgesamt den Druckverlust zu erniedrigen.
Des Weiteren zeigt die 5, dass in einer mittleren Position zwischen dem Strömungseinlass 12 und dem Strömungsauslass 13 in der Längsrichtung 14 ein Sammelbereich 23 ausgebildet ist, welcher dazu dient, das Temperierfluid wieder zu beruhigen, also dessen Reynoldszahl zu erniedrigen. Dabei ist es vorteilhaft, über dem Sammelbereich keine Batteriezellen 17 anzuordnen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102013200859 A1 [0003]
EP 2453515 A1 [0004]
DE 102014102954 A1 [0005]
DE 102012023316 A1 [0006]

Claims

Temperiervorrichtung eines Batteriemoduls mit einem ersten Temperierkörper (2) und einem zweiten Temperierkörper (3), welche jeweils aus Kunststoff ausgebildet sind und unter Ausbildung eines im Wesentlichen in Strömungsrichtung seitlich abgeschlossenen Strömungsraumes (4) voneinander beabstandet sind, wobei in dem Strömungsraum (4) weiterhin eine Vielzahl an Strömungsumlenkungselementen (5) angeordnet ist, welche insbesondere identisch ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsumlenkungselemente (5) jeweils eine zum Strömungsraum (4) hin gewandte Aussparung (6) aufweisen.
Temperiervorrichtung nach Anspruch 1, wobei der erste Temperierkörper (2) und der zweite Temperierkörper (3) jeweils aus einem planaren Grundkörper (7) ausgebildet sind und der erste Temperierkörper (2) weiterhin eine erste Oberfläche (21) aufweist und der zweite Temperierkörper (3) weiterhin eine zweite Oberfläche (31) aufweist, wobei die erste Oberfläche (21) und die zweite Oberfläche (31) mittels der Strömungsumlenkungselemente (5) unter Ausbildung des Strömungsraumes (4) voneinander beabstandet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsumlenkungselemente (5) jeweils die erste Oberfläche (21) kontaktieren und mit dem zweiten Grundkörper (7) verbunden sind oder die Strömungsumlenkungselemente (5) jeweils die zweite Oberfläche (31) kontaktieren und mit dem ersten Grundkörper (7) verbunden sind.
Temperiervorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Temperierkörper (2) die Vielzahl an Strömungsumlenkungselementen (5) ausbildet oder der zweite Temperierkörper (3) die Vielzahl an Strömungsumlenkungselementen (5) ausbildet, wobei die Strömungsumlenkungselemente (5) aus dem jeweiligen planaren Grundkörper (7) herausragen.
Temperiervorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der erste Temperierkörper (2) und der zweite Temperierkörper (3), insbesondere die erste Oberfläche (21) und die zweite Oberfläche (31), durch einen Abstand (9) von 1 mm bis 3 mm voneinander beabstandet sind, bevorzugt durch einen Abstand (9) von 1,5 mm bis 2,5 mm voneinander beabstandet sind, und insbesondere durch einen Abstand (9) von 2 mm voneinander beabstandet sind und/oder der planare Grundkörper (7) des ersten Temperierkörpers (2) oder des zweiten Temperierkörpers (3) eine Höhe (10) von 1 mm bis 3 mm aufweist, bevorzugt eine Höhe (10) von 1,5 mm bis 2,5 mm aufweist, und insbesondere eine Höhe (10) von 2 mm aufweist.
Temperiervorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Strömungsumlenkungselemente (5) jeweils einen Grundkörper (50) umfassen, welcher die Aussparung (6) aufweist, und weiterhin in einer Ebene parallel zu der ersten Oberfläche (21) des ersten Temperierkörpers (2) oder zu der zweiten Oberfläche (31) des zweiten Temperierkörpers (3) eine Querschnittsfläche aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundkörper (50) der Strömungsumlenkungselemente (5) jeweils eine quadratische, rechteckige, dreieckige, kreisförmige, ringförmige oder elliptische Querschnittsfläche aufweisen.
Temperiervorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparungen (6) der Grundkörper (50) der Strömungsumlenkungselemente (5) jeweils eine quadratische, rechteckige, dreieckige, kreisförmige, teilkreisförmige oder elliptische Querschnittsfläche aufweisen.
Temperiervorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Strömungsumlenkungselemente (5) jeweils zumindest eine erste Seitenfläche (181) und eine zweite Seitenfläche (182) aufweisen, und in einer Ebene parallel zu der ersten Oberfläche (21) des ersten Temperierkörpers (2) oder zu der zweiten Oberfläche (31) des zweiten Temperierkörpers (3) im Wesentlichen jeweils ein erster Teilkreis (191) die erste Seitenfläche (181) beschreibt und ein zweiter Teilkreis (192) die zweite Seitenfläche (182), dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teilkreis (191) einen größeren Radius aufweist als der zweite Teilkreis (191) und/oder der Mittelpunkt (201) des ersten Teilkreises (191) einen geringeren Abstand zu dem jeweiligen Strömungsumlenkungselement (5) aufweist als der Mittelpunkt (202) des zweiten Teilkreises (192).
Temperiervorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Temperiervorrichtung (1) einen Strömungseinlass (12) ausgebildet zum Einströmen eines Temperierfluids, insbesondere einer Temperierflüssigkeit, in den Strömungsraum (4) hinein aufweist und weiterhin einen Strömungsauslass (12) ausgebildet zum Ausströmen des Temperierfluids aus dem Strömungsraum (4) heraus aufweist, wobei der Strömungsauslass (13) in einer Längsrichtung (14) der Temperiervorrichtung (1) an einer dem Strömungseinlass (12) gegenüberliegenden Seite der Temperiervorrichtung (1) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsumlenkungselemente (5) in der Längsrichtung (14) in mehreren nebeneinander angeordneten Reihen (151, 152, 153, 154, 155, 156, 157, 158, 161, 162, 163) angeordnet sind.
Temperiervorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparungen (6) von Strömungsumlenkungselementen (5) benachbarter Reihen (161, 162, 163) einander zugewandt und/oder einander abgewandt sind.
Temperiervorrichtung eines Batteriemoduls, insbesondere nach einem der vorherigen Ansprüche, mit einem ersten Temperierkörper (2) und einem zweiten Temperierkörper (3), welche jeweils aus Kunststoff ausgebildet sind und unter Ausbildung eines im Wesentlichen in Strömungsrichtung seitlich abgeschlossenen Strömungsraumes (4) voneinander beabstandet sind, wobei in dem Strömungsraum (4) weiterhin eine Vielzahl an Strömungsumlenkungselementen (5) angeordnet ist, welche insbesondere identisch ausgebildet sind, wobei der erste Temperierkörper (2) aus einem ersten Material ausgebildet ist und der zweite Temperierkörper (3) aus einem zweiten Material ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Material des ersten Temperierkörpers (2) von dem zweiten Material des zweiten Temperierkörpers (3) verschieden ist.
Temperiervorrichtung nach Anspruch 10, wobei das erste Material ein Polyethylen, Polypropylen, Polyphenylsulfid ist und das zweite Material ein Polyamid ist, insbesondere Polyamid 6.6 ist.
Batteriemodul mit einem Temperierkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 11 und einer Vielzahl an parallel und/oder seriell miteinander verschaltbaren Batteriezellen (17), dadurch gekennzeichnet, dass die Vielzahl an Batteriezellen (17) mit einer von dem Strömungsraum (4) abgewandten Oberfläche (22) des ersten Temperierkörpers (2) verbunden ist, insbesondere stoffschlüssig, wie beispielsweise geklebt, verbunden ist.