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Die Erfindung betrifft ein Energiespeichergehäuse umfassend einen Boden oder Deckel bestehend aus einer Außenplatte und einer an der Außenplatte angeordneten, zur Aufnahme wenigstens eines Energiespeicherelements vorgesehenen Innenplatte, wobei zwischen Außenplatte und Innenplatte ein oder mehrere von einem Kühlmittel durchströmbare Kühlkanäle ausgebildet sind.
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Energiespeichergehäuse kommen beispielsweise in Kraftfahrzeugen mit Elektroantrieb zum Einsatz, bei denen sie zur sicheren Einhausung von Energiespeicherelementen dienen, welche die für den elektrischen Antrieb benötigte Energie speichern. Das Energiespeichergehäuse schützt dabei die in seinem Inneren befindlichen Energiespeicherelemente, wie beispielsweise Batterien bzw. Akkumulatoren, vor Beschädigungen während des Betriebs des Kraftfahrzeugs oder bei einem Unfall. Während des Betriebs des Kraftfahrzeugs und/oder beim Aufladen der Energiespeicherelemente können sich diese stark erwärmen, weshalb eine Kühlung der innerhalb des Energiespeichergehäuses angeordneten Energiespeicherelemente erforderlich ist.
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Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Möglichkeiten zur Kühlung von in einem Energiespeichergehäuse angeordneten Energiespeicherelementen bekannt.
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So zeigt die Druckschrift
DE 10 2012 218 102 A1 eine Batterie für ein Fahrzeug, welche in einer Wanne angeordnet ist, wobei zwischen zumindest einer Batteriezelle und der Wanne ein Kühlfluidraum ausgebildet ist. Durch diesen Kühlfluidraum kann innerhalb der Wanne ein Kühlfluid geführt werden, welches durch den direkten Kontakt zu den Batteriezellen inn diesen entstehende Wärme abführt.
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In Druckschrift
DE 10 2014 106 852 A1 wird ein Batteriemodul für einen rein elektrischen Antriebs eines Kraftfahrzeugs vorgeschlagen, bei welchem mehrere Batteriezellen zur Speicherung von elektrischer Energie in einen Batteriekasten eingesetzt sind. Die Batteriezellen werden dabei direkt in einem vom Batteriekasten begrenzten Kühlraum angeordnet, wo sie durch ein im Kühlraum strömendes Kühlfluid gekühlt werden.
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Druckschrift
DE 10 2014 226 143 A1 offenbart eine Speicherzellenanordnung zur Speicherung von elektrischer Energie, bei der Speicherzellen in einem sie umgebenden Anordnungsgehäuse angeordnet sind, wobei zwischen dem Anordnungsgehäuse und wenigstens einer Speicherzelle ein Fluidströmungsraum ausgebildet ist, welcher von einem Kühlfluid durchströmt wird. Die Speicherzellen sind von einer fluiddichten Zellenschale umgeben und geben im Betrieb entstehende Wärme an das Kühlfluid ab.
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In der Druckschrift
WO 2013/139908 A1 wird eine Kühlungsvorrichtung für eine Fahrzeugbatterie beschrieben, bei der Kühlkanäle an der Außenfläche einer Kühlplatte von einer mit der Kühlplatte verbundenen Kanalplatte gebildet werden. Durch Kühlmittelzirkulation in den Kühlkanälen kann dabei in die Kühlplatte eingebrachte Wärme von einer auf der Kühlplatte angeordneten Batterie abgeführt werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein demgegenüber verbessertes Energiespeichergehäuse anzugeben.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Innenplatte einen oder mehrere kanalbildende Abschnitte in Form von zum Inneren des Energiespeichergehäuses gerichteten Erhebungen aufweist, zwischen denen und der Außenplatte jeweils ein Kühlkanal ausgebildet ist.
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Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, dass das Kühlmittel durch im Boden oder Deckel verlaufende Kanäle, welche zum Gehäuseinneren durch die Erhebungen der zur Aufnahme wenigstens eines Energiespeicherelements vorgesehenen Innenplatte begrenzt werden sowie zum Gehäuseäußeren durch die Außenplatte. Die Außenplatte kann dabei ebenfalls Erhebungen aufweisen, welche die im Boden oder Decke verlaufenden Kanäle begrenzen. Alternativ dazu kann die Außenplatte auch eben sein, sodass sich auch für das Energiespeichergehäuse eine ebene Außenfläche ergeben kann, was beispielsweise bei einem Einbau des Energiespeichergehäuses von Vorteil sein kann. Ein direkter Kontakt zwischen dem Kühlmittel und den Energiespeicherelementen wird dadurch vermieden. Weiterhin können die zum Inneren des Energiespeichergehäuses gerichteten Erhebungen an die Größe, die Form und/oder die Anzahl der zur Aufnahme im Energiespeichergehäuse vorgesehenen Energiespeicherelemente angepasst werden. Die Erhebungen können bevorzugt jeweils eine ebene Fläche umfassen, so dass ein Energiespeicherelement auf einer Erhebung mit einer möglichst großen Kontaktfläche zur Innenplatte angeordnet werden kann. Dadurch wird ein möglichst guter Wärmeübergang zwischen dem Energiespeicherelement und dem die Kühlkanäle durchströmenden Kühlmittel erreicht. Der ebene Bereich der Erhebungen weist bevorzugt die gleiche Ausdehnung auf wie die Kontaktfläche mindestens eines Energiespeicherelements zur Innenplatte.
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Für die Innenplatte und die Außenplatte kann vorgesehen sein, dass sie jeweils ein Metallblech sind. Beispielsweise können die Innenplatte und die Außenplatte aus einem Aluminiumblech, einem Kupferblech oder einem Stahlblech bestehen, wobei bevorzugt die Innenplatte und die Außenplatte aus demselben Material bestehen. Die Verwendung von Metallblechen bietet hierbei den Vorteil einer hinreichend guten Wärmeleitfähigkeit insbesondere der am Energiespeicherelement anliegenden Innenplatte, einer guten Formbarkeit in der Herstellung sowie einer ausreichenden Stabilität für das Energiespeichergehäuse.
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Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die Innenplatte und die Außenplatte durch Verschweißen, Verkleben, Verlöten oder ähnliche Verfahren flüssigkeitsdicht verbunden sind. Eine solche flüssigkeitsdichte Verbindung kann insbesondere an den Randbereichen des Bodens oder des Deckels des Energiespeichergehäuses erfolgen sowie in den Bereichen zwischen den Erhebungen der Innenplatte, so dass die durch diese Erhebungen gebildeten Kühlkanäle durch die flüssigkeitsdichte Verbindung der Innenplatte mit der Außenplatte in den Bereichen dieser Verbindung flüssigkeitsdicht voneinander getrennt sind.
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Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass das Energiespeichergehäuse bodenseitig oder deckelseitig wenigstens zwei mit dem oder den Kühlkanälen kommunizierende Anschlüsse aufweist. Einer dieser Anschlüsse kann dabei einen Zulauf darstellen, über den den Kühlkanälen des Energiespeichergehäuses Kühlmittel zugeführt werden kann, wobei ein weiterer Anschluss einen Ablauf darstellen kann, über den das den Kühlkanälen zugeführte Kühlmittel wieder ablaufen kann. Je nach Ausgestaltung der Kühlkanäle des Energiespeichergehäuses können auch mehr als ein Zulauf und/oder mehr als ein Ablauf als mit den Kühlkanälen kommunizierender Anschlüsse vorgesehen sein. Über mit den Anschlüssen verbundene Schläuche können der oder die Kühlkanäle des Energiespeichergehäuses beispielsweise mit einem externen Kühlkreislauf, beispielsweise einem Kühlkreislauf eines Kraftfahrzeugs, verbunden werden.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Innenplatte randseitig und zwischen dem oder den kanalbildenden Abschnitten auf der Außenplatte aufliegt und flüssigkeitsdicht verbunden ist. Dadurch wird der Kühlkanal randseitig am Boden oder am Deckel des Energiespeichergehäuses abgeschlossen und ein ungewünschter Kühlmittelübertritt zwischen dem oder den kanalbildenden Abschnitten der Innenplatte verhindert. Bei einer randseitigen Anordnung von bodenseitigen oder deckelseitigen Anschlüssen zu dem oder den Kühlkanälen erfolgt im Bereich dieser Anschlüsse keine randseitige, flüssigkeitsdichte Verbindung, so dass ein Kühlmitteltransport über die bodenseitigen bzw. deckelseitigen Anschlüsse erfolgen kann.
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Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die Innenplatte mehrere kanalbildende Abschnitte aufweist, wobei die zwischen den kanalbildenden Abschnitten und der Außenplatte gebildeten Kühlkanäle untereinander zur Bildung eines Kühlkanalsystems kommunizieren. Beispielsweise können die mehreren kanalbildenden Abschnitte so angeordnet sein, dass sich ein Kühlkanalsystem mit mehreren parallel verlaufenden Kühlkanalabschnitten ergibt oder es können mäanderförmige oder fächerförmige Verläufe von Kühlkanälen realisiert werden. Der Verlauf der Kühlkanäle kann insbesondere an die im Gehäuse anzuordnenden Energiespeicherelemente und/oder an die benötigte Kühlleistung des Kühlkanalsystems angepasst werden.
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Damit das Energiespeichergehäuse einen ausreichenden Schutz bietet kann vorgesehen sein, dass das Energiespeichergehäuse einen Rahmen und eine Abdeckung umfasst, wobei die Abdeckung, die Innenplatte und/oder die Außenplatte am Rahmen befestigt sind, insbesondere durch Verschrauben oder Verschweißen. Die Innenplatte und/oder die Außenplatte eines Bodens können beispielsweise an der Unterseite des Rahmens durch Verschraubung oder Verschweißung befestigt werden, wobei die Abdeckung an der gegenüberliegenden Oberseite des Rahmens befestigt wird. Alternativ dazu können die Innenplatte und/oder die Außenplatte eines Deckels beispielsweise an der Oberseite des Rahmens durch Verschraubung oder Verschweißung befestigt werden, wobei die Abdeckung an der gegenüberliegenden Unterseite des Rahmens befestigt wird. Bei einem durch Verschweißen befestigten Boden oder Deckel kann die Abdeckung bevorzugt durch Verschrauben am Rahmen befestigt werden, so dass sie abgenommen werden kann, um einen Zugang zum Inneren des Energiespeichergehäuses zu ermöglichen. Durch den Boden bzw. den Deckel, den umlaufenden Rahmen sowie die Abdeckung ist das Innere des Gehäuses von der Umgebung des Energiespeichergehäuses abgetrennt. Der Rahmen kann beispielsweise aus Metall, insbesondere aus Strangpressprofilen, gefertigt sein oder aus einem Faserverbundwerkstoff bestehen. Die Abdeckung kann beispielsweise ein Metallblech sein.
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Für einen erfindungsgemäßen Energiespeicher umfassend ein oder mehrere Energiespeicherelemente sowie ein erfindungsgemäßes Energiespeichergehäuse kann vorgesehen sein, dass der oder die Energiespeicherelemente auf dem oder den kanalbildenden Abschnitten der Innenplatte angeordnet sind. Um eine thermische Kopplung zwischen den Energiespeicherelementen und der an dem oder den Energiespeicherelementen anliegenden Innenplatte zu verbessern, kann zwischen ihnen beispielsweise Wärmeleitpaste angebracht werden. Der Verlauf der Kühlkanäle bzw. der Verlauf der kanalbildenden Abschnitte sowie die Ausdehnung der kanalbildenden Abschnitte kann hierbei insbesondere an die Anzahl und die Größe der Energiespeicherelemente, welche zur Bildung des Energiespeichers in dem Energiespeichergehäuse untergebracht sind, angepasst werden. Dadurch, dass die Energiespeicherelemente auf den kanalbildenden Abschnitten angeordnet und mit der Innenplatte thermisch gekoppelt sind, kann ein guter Wärmeübergang von den Energiespeicherelementen zu dem in den Kühlkanälen strömenden Kühlmittel erfolgen. Energiespeicherelemente, welche an der Innenplatte eines Deckels angeordnet sind, können dabei zusätzlich an der Innenplatte des Deckels befestigt werden.
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Für ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug kann vorgesehen sein, dass es einen erfindungsgemäßen Energiespeicher umfasst. Der Energiespeicher kann beispielsweise zur Speicherung der für einen elektrischen Antrieb des Kraftfahrzeugs benötigten Energie verwendet werden. Die Kühlkanäle des Energiespeichergehäuses können beispielsweise an einen Kühlmittelkreislauf des Kraftfahrzeugs angeschlossen werden, um eine Zirkulation des Kühlmittels und eine damit einhergehende Wärmeabfuhr aus dem Energiespeichergehäuse bzw. von den Energiespeicherelementen zu ermöglichen.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
- 1 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs,
- 2 eine geschnittene Seitenansicht des Bodens eines erfindungsgemäßen Energiespeichergehäuses,
- 3 eine Aufsicht auf ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Energiespeichergehäuses, sowie
- 4 eine geschnittene Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Energiespeichers.
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Das in 1 dargestellte Kraftfahrzeugs 1 weist einen Energiespeicher 2 auf, welcher ein Energiespeichergehäuse 3 umfasst, in dem mehrere Energiespeicherelemente (hier nicht dargestellt) angeordnet sind. Der Energiespeicher ist über elektrische Verbindemittel 4 mit einem als Elektromotor ausgeführten Antriebsmotor 5 des Kraftfahrzeugs verbunden. Die im Energiespeicher 2 gespeicherte elektrische Energie dient in diesem Ausführungsbeispiel zum Betrieb des Antriebsmotors 5.
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2 zeigt eine geschnittene Seitenansicht eines Bodens 6 eines erfindungsgemäßen Energiespeichergehäuses 3. Der Boden 6 umfasst eine Außenplatte 7 sowie eine Innenplatte 8, welche aneinander angeordnet sind. Die Innenplatte 8 umfasst in diesem Ausführungsbeispiel vier kanalbildende Abschnitte 9, welche in Form von zum Inneren des Energiespeichergehäuses gerichteten Erhebungen ausgeführt sind. Zwischen den kanalbildenden Abschnitten 9 und der ebenen Außenplatte 7 ist jeweils ein Kühlkanal 10 ausgebildet. Die Innenplatte 8 liegt mit den Bereichen 11, welche sich zwischen den kanalbildenden Abschnitten 9 befinden, sowie mit den randseitigen Abschnitten 12 auf der Außenplatte 7 auf. An den Bereichen 11, 12 ist die Innenplatte 8 mit der Außenplatte 7 flüssigkeitsdicht verbunden. Die Innenplatte 8 und die Außenplatte 7 bestehen aus Metallblech, beispielsweise Aluminiumblech oder Stahlblech, wobei die flüssigkeitsdichte Verbindung in den Bereichen 11, 12 durch Verschweißung der Außenplatte 7 und der Innenplatte 8 erfolgt. Diese flüssigkeitsdichte Verbindung dient dazu, in den Bereichen 11 zwischen den kanalbildenden Abschnitten 9 einen ungewünschten Kühlmittelfluss zwischen den Kühlkanälen 10 zu verhindern sowie an den randseitigen Bereichen 12 ein Austreten von Kühlmittel aus dem Boden 6 zu unterbinden.
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3 zeigt eine Aufsicht auf den Boden 6 eines erfindungsgemäßen Energiespeichergehäuses 3. Die Innenplatte 8 weist mehrere kanalbildende Abschnitte 9 auf, welche untereinander zur Bildung eines Kühlkanalsystems kommunizieren. Die Innenplatte 8 ist in den Bereichen 11 zwischen den kanalbildenden Abschnitten 9 sowie an den randseitigen Bereichen 12 mit Ausnahme der bodenseitigen Anschlüsse 13, 14 an der Außenplatte 7 flüssigkeitsdicht verbunden. Die Anschlüsse 13 können beispielsweise als Zulauf für das in den Kühlkanälen 10 strömende Kühlmittel verwendet werden. Ein Ablauf des Kühlmittels erfolgt über den als Kühlmittelablauf ausgebildeten Anschluss 14. Über an den Anschlüssen 13, 14 angebrachte Schläuche kann das Kühlkanalsystem an einen externen Kühlkreislauf angeschlossen werden. Auf den kanalbildenden Abschnitten 9 der Innenplatte 8 können Energiespeicherelemente 13 (hier gestrichelt dargestellt) angeordnet werden. Die Energiespeicherelemente 13 befinden sich dabei in thermischem Kontakt zu den kanalbildenden Abschnitten 9, so dass im Betrieb entstehende Wärme an das in den Kühlkanälen 10 strömende Kühlmittel abgegeben werden kann. Anzahl, Form und Verlauf der kanalbildenden Abschnitte 9 können insbesondere an die Anzahl und die Größe der im Energiespeichergehäuse 3 unterzubringenden Energiespeicherelemente 13 angepasst werden.
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In 4 ist eine geschnittene Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Energiespeichers 2 dargestellt. Der Energiespeicher umfasst ein Energiespeichergehäuse 3 sowie mehrere Energiespeicherelemente 15. Das Energiespeichergehäuse 3 umfasst in diesem Ausführungsbeispiel einen Boden 6 aus Außenplatte 7 und Innenplatte 8, einen Rahmen 16 sowie eine Abdeckung 17. Der Boden 6 des Energiespeichergehäuses ist an der Unterseite des umlaufenden Rahmens 16 befestigt und die Abdeckung 17 an der gegenüberliegenden Oberseite des Rahmens 16. Das Innere 18 des Energiespeichergehäuses 3 wird somit nach oben hin durch die Abdeckung 17, zu den Seiten durch den umlaufenden Rahmen 16 sowie nach unten durch den Boden 6 umschlossen. Eine Befestigung des aus Metallblech bestehenden Bodens 6 am beispielsweise aus Aluminiumstrangpressprofilen gebildeten Rahmen 16 kann durch Verschweißen an der Kontaktfläche zwischen dem Rahmen 16 und den randseitigen Abschnitten 12 des Gehäusebodens 6 erfolgen. Eine Befestigung der Abdeckung 17 am Rahmen 16 erfolgt in diesem Ausführungsbeispiel durch die Verschraubungen 19, wodurch die Abdeckung 17 abgenommen werden kann, um einen Zugang zum Inneren 18 des Energiespeichergehäuses 3 zu ermöglichen. Die im Gehäuse untergebrachten Energiespeicherelemente 15 sind auf den kanalbildenden Abschnitten 9 der Innenplatte 8 angeordnet.
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Eine Kühlung der Energiespeicherelemente 15 erfolgt durch das in den Kühlkanälen 10 zirkulierende Kühlmittel. Über außerhalb der dargestellten Schnittebene liegende Anschlüsse 13, 14 können die Kühlkanäle 10 an einen externen Kühlkreislauf angeschlossen werden, beispielsweise an den Kühlkreislauf eines Kraftfahrzeugs 1, welches einen erfindungsgemäßen Energiespeicher 2 zur Speicherung von elektrischer Energie zum Betrieb eines Antriebsmotors 4 umfasst. Die Energiespeicherelemente können beispielsweise als Batterien bzw. Akkumulatoren oder als Kondensatoren ausgeführt sein. Weiterhin können sie untereinander über elektrische Verbindungsmittel verbunden sein sowie über aus dem Energiespeichergehäuse 3 geführte Leitungen mit weiteren Komponenten eines Kraftfahrzeugs verbunden sein.
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Analog zu dem Boden 6 kann für das Energiespeichergehäuse 3 auch ein Deckel vorgesehen werden, welcher denselben Aufbau aufweist wie der Boden 6 und in gleicher Weise hergestellt werden kann. Bei einem Deckel können die Energiespeicherelemente 15 an der zum Inneren des Energiespeichergehäuses 3 gerichteten Innenplatte 8 des Deckels befestigt werden. Der Deckel wird an der Oberseite des Rahmens 16 befestigt und eine Anordnung der Abdeckung 17 erfolgt an der Unterseite des Rahmens 16.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012218102 A1 [0004]
- DE 102014106852 A1 [0005]
- DE 102014226143 A1 [0006]
- WO 2013/139908 A1 [0007]
