DE102017202768A1

DE102017202768A1 - Energiespeicheranordnung und Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102017202768A1
Application number: DE102017202768.1A
Authority: DE
Inventors: Markus Pfeiff
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2017-02-21
Filing date: 2017-02-21
Publication date: 2018-08-23
Also published as: CN108461862A; US20180241103A1

Abstract

Energiespeicheranordnung umfassend wenigstens ein Speicherelement mit einer zugeordneten Kühlplatte, mit der das Speicherelement in thermischem Kontakt steht, sowie wenigstens ein Kanalbauteil, das zur Ausbildung wenigstens eines von einem Kühlmittel durchströmbaren Kühlkanals an der gegenüberliegenden Seite der Kühlplatte befestigt ist, wobei der Kühlkanal wenigstens so breit und wenigstens so lang ist wie die Kontaktfläche zwischen dem Speicherelement und der Kühlplatte, wobei der Kühlkanal der Kontaktfläche gegenüberliegt und sie vollständig überdeckt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Energiespeicheranordnung umfassend wenigstens ein Speicherelement mit einer zugeordneten Kühlplatte, mit der das Speicherelement in thermischem Kontakt steht, sowie wenigstens ein Kanalbauteil, das zur Ausbildung wenigstens eines von einem Kühlmittel durchströmbaren Kühlkanals an der gegenüberliegenden Seite der Kühlplatte befestigt ist.
Energiespeicheranordnungen kommen beispielsweise in Kraftfahrzeugen mit Elektroantrieb zum Einsatz, bei denen sie zur Speicherung der für den elektrischen Antrieb benötigten Energie dienen. Im Betrieb können sich solche Energiespeicheranordnungen, bzw. die einzelnen Energiespeicher und die stromführenden Komponenten, stark erwärmen, weshalb eine Kühlung der Energiespeicheranordnungen erforderlich ist. Eine solche Kühlung kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass die Energiespeicheranordnung thermisch mit einem Kühlsystem verbunden ist.
So zeigt die Druckschrift DE 10 2012 209 306 A1 ein Kühlsystem für Batteriezellen, bei dem die Batteriezellen eines Batteriepacks von einem Gehäuse umgeben sind und dieses Gehäuse auf einer Seite mit einem externen Kühlsystem verbunden ist und mit diesem thermisch zusammenwirkt. Durch diese Anordnung wird erreicht, dass das Kühlmittel des externen Kühlsystems auch bei einem Leck nicht in das Batteriegehäuse gelangen kann.
In der Druckschrift DE 10 2011 075 989 A1 wird eine Vorrichtung zum Kühlen eines Energiespeichers eines Fahrzeugs offenbart, wobei der Energiespeicher zumindest eine Kühlfläche zum Austausch von Wärmeenergie aufweist. Dieser Kühlfläche ist eine Konvektionswanne zugeordnet, die die thermische Anbindung des Energiespeichers zu einer von Luft in der Umgebung des Fahrzeugs anströmbaren Fläche der Konvektionswanne dadurch beeinflusst, dass die Konvektionswanne mit einer Kühlflüssigkeit gefüllt wird, um die Konvektionswanne wärmeleitend mit dem Energiespeicher zu verbinden.
Druckschrift WO 2015/132786 offenbart eine Batteriezellenanordnung, bei der zwischen einzelnen Batteriezellen kühlkanalbildende Elemente angeordnet sind. Durch ein in den Kühlkanälen geführtes Kühlmittel können die Batteriezellen gekühlt werden.
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 abtransportiert werden.
Nachteilig bei solchen Kühlungsvorrichtungen ist, dass ein guter thermischer Kontakt zwischen den Speicherelementen zu den Kühlkanälen nicht für alle Speicherelemente gleichermaßen gegeben ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Energiespeicheranordnung mit einer verbesserten Kühlung eines Speicherelements anzugeben.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Kühlkanal der Energiespeicheranordnung wenigstens so breit und wenigstens so lang ist wie die Kontaktfläche zwischen dem Speicherelement und der Kühlplatte, wobei der Kühlkanal der Kontaktfläche gegenüberliegt und sie vollständig überdeckt.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, dass durch das Überdecken des Kühlkanals mit der Kontaktfläche zwischen Speicherelement und Kühlplatte ein großflächiger thermischer Kontakt zwischen dem Kühlkanal und dem Speicherelement erreicht wird, wodurch die im Speicherelement entstehende Wärme effizienter durch den Kühlkanal abgeführt werden kann. Die Kanalbreite und die Kanallänge des Kühlkanals sind dabei mindestens so groß, dass der Kühlkanal die Kontaktfläche zwischen Speicherelement und Kühlplatte gänzlich umfasst, insbesondere ist es auch möglich, dass der Kühlkanal breiter und/oder länger als die Kontaktfläche zwischen Speicherelement und Kühlplatte ist. Bei kreisförmigen oder anders geformten Kontaktflächen wird die Kanalbreite bzw. die Kanallänge entsprechend eines Durchmessers der Kontaktfläche gewählt, so dass eine vollständige Überdeckung zwischen Kühlkanal und Kontaktfläche gewährleistet ist. Dies bedeutet, dass bei einem Speicherelement mit rechteckiger Kontaktfläche, beispielsweise eine einzelne Batteriezelle oder ein Batteriemodul, welches beispielsweise eine Breite von 15 cm und eine Länge von 40 cm aufweist, auch der an der gegenüberliegenden Seite der Kühlplatte angeordnete Kühlkanal eine Breite von mindestens 15 cm sowie eine Kanallänge von mindestens 40 cm aufweist, so dass der Kanal die Kontaktfläche vollständig überdeckt. Es ist auch möglich, dass mehrere Speicherelemente hintereinander oder nebeneinander angeordnet sind, wobei in diesem Fall die Breite bzw. die Länge des Kühlkanals so gewählt wird, dass der Kühlkanal die Kontaktflächen aller Speicherelemente sowie der bei der Anordnung unter Umständen auftretenden Zwischenräume zwischen den Speicherelementen vollständig überdeckt. Auch kann die Energiespeicheranordnung mehrere Kühlkanäle umfassen, denen jeweils eine oder mehrere Speicherelemente zugeordnet sind. Um einen Wärmeabtransport zu ermöglichen, werden die Kühlkanäle von einem Kühlmittel, beispielsweise einer Kühlflüssigkeit, durchströmt. Die Befestigung des Kanalbauteils an der Kühlplatte erfolgt derart, dass die Kühlkanäle so dicht sind, dass ein in den Kühlkanälen geführtes Kühlmittel nicht austreten kann. Die Stirnflächen der Kühlkanäle können dabei je nach Ausführung der Energiespeicheranordnung entweder offen oder geschlossen sein.
Die Kühlkanäle können dadurch gebildet sein, dass das Kanalbauteil mit einem den Kühlkanal begrenzenden Abschnitt einen U-förmigen oder V-förmigen Querschnitt aufweist. Die bei einer U-Form oder V-Form offenbleibende Seite des Kühlkanals wird dabei durch die Kühlplatte verschlossen, wobei der nun durch Kühlplatte und den Kühlkanal begrenzenden Abschnitt umschlossene Raum den Kühlkanal bildet. Das Kanalbauteil kann neben dem den Kühlkanal begrenzenden Abschnitt weitere, insbesondere an der Kühlplatte anliegende Abschnitte aufweisen, durch die das Kanalbauteil an der Kühlplatte befestigbar ist. Durch Anordnung mehrerer solcher Kanalbauteile kann eine entsprechende Anordnung von Kühlkanälen geschaffen werden. Die Kanalbauteile können beispielsweise als gefaltetes oder gestanztes Blechbauteil ausgeführt sein und einen Korrosionsschutz aufweisen. Die Kühlplatte kann ebenfalls aus Metall, insbesondere aus einem Metall mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit, bestehen und ebenfalls einen Korrosionsschutz aufweisen, insbesondere an der den Kühlkanal begrenzenden Fläche.
Zur Bildung mehrerer Kanäle kann vorgesehen sein, dass das Kanalbauteil mehrere, jeweils einen Kühlkanal begrenzende Abschnitte aufweist. Dadurch kann durch das Befestigen eines Kanalbauteils eine Kanalanordnung von mehreren, voneinander getrennten Kühlkanälen erzeugt werden. Die einzelnen Kühlkanäle können dabei jeweils durch einen Abschnitt des Kanalbauteils begrenzt werden, wobei zwischen den einen Kühlkanal begrenzenden Abschnitten weitere Abschnitte vorgesehen sein können, die insbesondere an der Kühlplatte anliegen und an denen das Kanalbauteil an der Kühlplatte befestigt werden kann. Die einen Kühlkanal begrenzenden Abschnitte können hierbei ebenfalls einen U-förmigen oder V-förmigen Querschnitt aufweisen.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass mehrere Kühlkanäle dadurch erzeugt werden, dass das Kanalbauteil einen mäandernden Querschnitt aufweist oder dass es eine Kanalplatte mit Zwischenstegen umfasst. Bei einem Kanalbauteil mit mäanderndem Querschnitt können sich die einen Kühlkanal begrenzenden Abschnitte mit weiteren Abschnitten abwechseln. Die Kühlkanäle werden durch die Kühlplatte sowie durch die einen Kühlkanal begrenzenden Abschnitte mit beispielsweise U-förmigem oder V-förmigem Querschnitt begrenzt, wobei sich zwischen zwei einen Kühlkanal begrenzenden Abschnitten jeweils ein weiterer Abschnitt befinden kann. Mit diesen weiteren Abschnitten, insbesondere flach an der Kühlpatte anliegenden Abschnitten, kann das Kanalbauteil an der Kühlplatte befestigt werden.
Mehrere Kühlkanäle können auch dadurch erzeugt werden, dass das Kanalbauteil eine Kanalplatte mit Zwischenstegen umfasst, wobei die Zwischenstege zwischen der Kanalplatte und der Kühlplatte angeordnet sind. Ein Kühlkanal wird dabei von der Kühlplatte, der Kanalplatte sowie wenigstens einem Zwischensteg begrenzt. Einzelne Kühlkanäle sind dabei durch die Zwischenstege getrennt. Eine Kanalplatte mit Zwischenstegen sowie ein Kanalbauteil mit mäanderndem Querschnitt können beispielsweise als entsprechend geformtes Blechteil ausgeführt sein und einen Korrosionsschutz aufweisen.
Erfindungsgemäß kann die Energiespeicheranordnung so ausgeführt werden, dass die Energiespeicheranordnung mehrere Kühlkanäle umfasst, wobei die Kühlkanäle an den Stirnflächen offen sind, oder wobei die Kühlkanäle an ihren Stirnflächen zur Bildung eines Mäanders miteinander verbunden sind, oder wobei jeder Kühlkanal an seinen Stirnflächen geschlossen ist und wenigstens zwei, an einer Seitenfläche des Kühlkanals angeordnete Anschlüsse, aufweist. Bei Kühlkanälen mit offenen Stirnflächen kann vorgesehen sein, dass die Kühlkanäle parallel zueinander verlaufen und eine Zuleitung bzw. Ableitung des Kühlmittels über die jeweiligen Stirnflächen der Kühlkanäle erfolgt. Es ist auch möglich, dass die Kühlkanäle an ihren Seiten zur Bildung eines Mäanders über Verbindungskanäle verbunden werden, wobei eine Stirnfläche eines Kühlkanals am Beginn des Mäanders sowie eine Stirnfläche am Ende des Mäanders offen bleiben, welche zur Zuleitung bzw. zur Ableitung des Kühlmittels verwendet werden können. Alternativ dazu ist es auch möglich, dass jeder Kühlkanal an seinen Stirnflächen geschlossen ist und wenigstens zwei Anschlüsse aufweist, über die Kühlmittel zugeführt bzw. abgeführt werden kann. Diese Anschlüsse können beispielsweise an einer Seitenfläche des Kühlkanals angeordnet werden. Es ist auch möglich, dass bei zu einem Mäander verbundener Kühlkanäle die Stirnflächen an Anfang und Ende des Mäanders geschlossen sind und dass die Zuleitung bzw. Ableitung des Kühlmittels auch hier über entsprechend angeordnete Anschlüsse erfolgt.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass das Kanalbauteil durch gängige Verbindungstechniken wie Kleben, Schrauben oder Schweißen an der Kühlplatte befestigt ist. Das Ankleben oder Anschweißen des Kanalbauteils kann dabei an den weiteren Abschnitten des Kanalbauteils erfolgen. Die Verbindungsstelle ist mediendicht auszuführen, z.B. durch Einsatz eines Dichtmittels, wenn die Verbindungstechnik selbst nicht bereits zu einer dichten Verbindung führt. Durch das Kleben oder das Schweißen wird dabei eine Dichtigkeit des Kühlkanals oder der Kühlkanäle erreicht, so dass im Betrieb kein Kühlmittel an diesen Stellen austreten kann.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass auf der Kühlplatte weitere Komponenten der Energiespeicheranordnung, insbesondere Hochvoltleitungen, angeordnet sind, wobei die weiteren Komponenten thermisch leitfähig mit der Kühlplatte verbunden sind, wobei die Kontaktflächen zwischen Komponente und Kühlplatte vom Kühlkanal umfasst werden. Der Kühlkanal ist dabei so breit bzw. so lang, dass auch die Flächen, auf denen zusätzliche Komponenten, wie beispielsweise Hochvoltleitungen angeordnet sind, an der gegenüberliegenden Seite der Kühlplatte durch den Kühlkanal überdeckt werden. Dadurch wird zusätzlich zur Kühlung der Speicherelemente eine Abfuhr von in den Komponenten erzeugter Wärme ermöglicht.
Für ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug ist vorgesehen, dass es eine erfindungsgemäße Energiespeicheranordnung aufweist. Bei dem Kraftfahrzeug kann es sich beispielsweise um ein Kraftfahrzeug mit Elektroantrieb handeln, bei dem die Energiespeicheranordnung zum Speichern der für den Antrieb benötigten Energie dient.
Ein Kraftfahrzeug, welches neben einer erfindungsgemäßen Energiespeicheranordnung auch eine Karosserie und einen Kühlmittelkreislauf umfasst, kann erfindungsgemäß so ausgeführt werden, dass der oder die Kühlkanäle der Energiespeicheranordnung über wenigstens eine Komponente der Karosserie, die einen Kühlkanal aufweist und in den Kühlmittelkreislauf eingebunden ist, mit dem Kühlmittelkreislauf verbunden ist oder sind. Der Kühlmittelkreislauf des Kraftfahrzeugs kann dabei beispielsweise eine Pumpe, einen Wärmetauscher sowie entsprechende Leitungen zur Bildung eines Kühlmittelkreislaufs umfassen. Dabei kann in den Kühlmittelkreislauf eine Komponente der Karosserie eingebunden sein, die ihrerseits einen Kühlkanal aufweist durch den das Kühlmittel dem Kühlkanal oder den Kühlkanälen der Energiespeicheranordnung zugeführt bzw. von diesen abgeführt werden kann. Es ist auch möglich, dass das Kraftfahrzeug zwei Komponenten der Karosserie aufweist, welche jeweils einen Kühlkanal aufweisen, wobei das Kühlmittel durch die eine Komponente der Karosserie als Zulauf zu den Kühlkanälen der Energiespeicheranordnung strömt, wonach es durch den Kühlkanal der zweiten Komponente abläuft. Je nach Ausführung der Kühlkanäle der Energiespeicheranordnung kann jeder der Kühlkanäle über seine Stirnfläche mit je einer Karosseriekomponente verbunden sein, oder es sind bei mäandernd verbundenen Kühlkanälen der Beginn und das Ende des Mäanders mit den Komponenten der Karosserie verbunden, oder die Kühlkanäle der Komponenten der Karosserie sind mit beispielsweise an Seitenflächen der Kanäle angeordneten Anschlüssen verbunden.
Eine Komponente der Karosserie kann eine seitlich im Kraftfahrzeug angeordnete Komponente, insbesondere ein Seitenschweller, sein. Die Komponente der Karosserie kann dabei beispielsweise so angeordnet werden, dass das Kühlmittel den Kühlkanälen der Energiespeicheranordnung durch den Kühlkanal der Karosseriekomponente zugeführt wird. Dabei ist es beispielsweise möglich, dass bei Kühlkanälen mit offenen Stirnflächen diese mit dem Kühlkanal der Karosseriekomponente verbunden sind.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass das Kraftfahrzeug zwei Seitenschweller mit jeweils einem Kühlkanal aufweist, wobei ein Kühlkanal ein Zulauf ist und der andere Kühlkanal ein Ablauf ist, wobei der Zulauf und der Ablauf mit dem oder den Kühlkanälen der Energiespeicheranordnung verbunden sind. Eine solche Anordnung ermöglicht eine symmetrische Gewichtsverteilung der Energiespeicheranordnung sowie der in den Kühlkreislauf eingebundenen Komponenten der Karosserie im Kraftfahrzeug.
Um eine Anbindung der Komponenten der Karosserie an die Kühlkanäle der Energiespeicheranordnung zu ermöglichen, kann vorgesehen sein, dass die Kühlplatte wenigstens eine Öffnung aufweist, durch welche der oder die Kühlkanäle der Energiespeicheranordnung mit dem Kühlkanal der Komponente der Karosserie verbunden sind. Es ist auch möglich, dass die Kühlplatte mehrere Öffnungen aufweist, durch die mehrere Kühlkanäle der Energiespeicheranordnung zulaufseitig und ablaufseitig mit den Kühlkanälen der, beispielsweise als Seitenschweller ausgeführten, Komponenten der Karosserie verbunden sind.
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 perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Energiespeicheranordnung,
3 bis 5 Seitenansichten von verschiedenen Ausführungsbespielen erfindungsgemäßer Energiespeicheranordnungen,
6 bis 8 Aufsichten auf verschiedene Ausführungsbespielen erfindungsgemäßer Energiespeicheranordnungen,
9 eine geschnittene Detailansicht eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeuges, sowie
10 eine geschnittene Aufsicht auf ein Detail eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs.

Das in 1 dargestellte Kraftfahrzeug 1 weist eine Energiespeicheranordnung 2 auf, welche mehrere auf einer Kühlplatte 3 angeordnete Speicherelemente 4 umfasst. Die Energiespeicheranordnung 2 ist über eine Komponente 5 der Karosserie mit einem Kühlkreislauf des Kraftfahrzeuges 1 verbunden, wobei der Kühlkreislauf eine Pumpe 6, einen Wärmetauscher 7 sowie Kühlmittelleitungen 8 umfasst. Mittels der Pumpe 6 wird das im Kühlkreislauf zirkulierende Kühlmittel bewegt, so dass es durch die Energiespeicheranordnung 2 erzeugte Abwärme durch den Wärmetauscher 7 an die Umgebung des Kraftfahrzeuges abgeben kann, was zu einer Kühlung der Energiespeicheranordnung 2 führt.
2 zeigt eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Energiespeicheranordnung 2, bei der auf einer Seite der Kühlpatte 3 ein Speicherelement 4 angeordnet ist, wobei auf der dem Speicherelement 4 gegenüberliegenden Seite der Kühlplatte 3 ein Kühlkanal 9 durch ein an der Kühlplatte 3 befestigtes Kanalbauteil 10 gebildet wird. Der Kanal weist hierbei eine Kanalbreite b_k sowie eine Kanallänge l_k auf. Das auf der gegenüberliegenden Seite der Kühlplatte 3 angeordnete Speicherelement 4 weist eine Breite b_s sowie eine Länge l_s auf und hat daher in diesem Beispiel eine rechteckige Kontaktfläche zur Kühlplatte 3 mit den Kantenlängen b_s und l_s. Um eine optimale Wärmeabfuhr aus dem Speicherelement 4 zu erreichen, ist für den Kanal vorgesehen, dass die Kanalbreite b_k mindestens so breit wie die Breite des Speicherelements b_s ist sowie die Kanallänge l_k mindestens so lang ist wie die Länge des Speicherelements l_s. Durch die gegenüberliegende Anordnung des Kühlkanals 9 zum Speicherelement 4 überdeckt dabei der Kühlkanal 9 mit seiner Kanalbreite b_k und seiner Kanallänge l_k mindestens die Kontaktfläche zwischen Speicherelement 4 und der Kühlpatte 3. Der Kühlkanal 9 wird durch den einen Kühlkanal begrenzenden Abschnitt 11 des Kanalbauteils 10 gebildet, wobei das obere Ende des Kühlkanals durch die Kühlplatte 3 verschlossen ist. Das Kanalbauteil 10 weist zusätzliche Abschnitte 12 auf, mit denen das Kanalbauteil an der Kühlplatte 3 befestigbar ist. Eine solche Befestigung kann beispielsweise bei einem aus Metallblech ausgeführten Kanalbauteil 10 sowie bei einer aus einem wärmeleitfähigen Metall bestehenden Kühlplatte 3 durch eine dichte Verklebung bzw. Verschweißung an den Kontaktflächen zwischen den Abschnitten 12 und der Kühlplatte 3 erfolgen. Weiterhin können die Komponenten einen Korrosionsschutz aufweisen, um Beschädigung durch das Kühlmittel zu verhindern. Dies gilt auch für die im Folgenden gezeigten, weiteren Ausführungsbeispiele.
Auf Grund der Überdeckung des Kühlkanals mit der Kontaktfläche zwischen Speicherelement 4 und der Kühlplatte 3 erfolgt über die komplette Kontaktfläche ein Wärmeübertrag von im Speicherelement 4 erzeugter Wärme zu dem im Kühlkanal 9 zirkulierenden Kühlmittel, wodurch das Speicherelement 4 gekühlt wird. Es ist möglich, dass mehrere Speicherelemente 4 nebeneinander oder hintereinander angeordnet werden, wobei in diesem Fall die Kanalbreite b_k und/oder die Kanallänge l_k so gewählt werden, dass der Kühlkanal 9 die gesamten Kontaktflächen der Anordnung von Speicherelementen 4 umfasst. Bei einer Anordnung von Speicherelementen 4, die Abstände zwischen den einzelnen Speicherelementen 4 vorsieht, verbreitert sich die Kanalbreite b_k bzw. verlängert sich die Kanallänge l_k mindestens um den Betrag der Abstände zwischen den Speicherelementen 4.
3 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Speicheranordnung 2, bei der durch ein Kanalbauteil 10 mehrere Kühlkanäle 9 gebildet werden. Das Kanalbauteil 10 weist hierbei eine mäandernde Struktur auf, wobei an den Enden der Struktur sowie zwischen den einen Kühlkanal bildenden Abschnitten 11 jeweils an der Kühlplatte 3 anliegende Abschnitte 12 vorgesehen sind. Das Kanalbauteil 10 kann über die Abschnitte 12 mit der Kühlplatte 3 verbunden werden. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Kanalbreite b_k breiter als die Breite b_s der Speicherelemente 4. Die orthogonal zur Zeichenebene verlaufende Kanallänge l_k beträgt dabei mindestens die ebenfalls orthogonal zur Zeichenebene verlaufende Länge l_s der Speicherelemente 4 oder, bei mehreren hintereinander angeordneten Speicherelementen 4, mindestens die Summe der Längen l_s sowie der gegebenenfalls vorhandenen Abstände zwischen den Speicherelementen 4. In diesem wie in allen weiteren Ausführungsbeispielen ist es möglich, die Anzahl der Kühlkanäle 9 durch eine entsprechende Gestaltung des Kanalbauteils 10 beliebig zu bestimmen, es können also Speicheranordnungen 2 mit einer beliebigen Anzahl von Kühlkanälen 9 entsprechend realisiert werden.
4 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel einer Energiespeicheranordnung 2, welche mehrere Kühlkanäle 9 umfasst. Die Kühlkanäle 9 werden in diesem Beispiel von V-förmigen, einen Kühlkanal begrenzenden Abschnitten 11 des Kanalbauteils 10 gebildet. Zwischen den V-förmigen, einen Kühlkanal begrenzenden Abschnitten 11 befinden sich weitere Abschnitte 12, mit denen das Kanalbauteil 10 an der Kühlplatte 3 befestigt ist.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist in 5 gezeigt, wobei dort die Kühlkanäle 9 von einem Kanalbauteil 10 gebildet werden, welches eine Kanalplatte 13 und Zwischenstege 14 umfasst. Ein Kühlkanal 9 wird hierbei von der Kühlplatte 3, der Kanalplatte 13 sowie wenigstens einem Zwischensteg 14 begrenzt. Die Kanalplatte 13 ist hierbei an ihren Rändern mit der Kühlplatte 3 verbunden, die Zwischenstege 14 sind sowohl mit der Kühlplatte 3 als auch mit der Kanalplatte 13 kühlmitteldicht verbunden. Wie auch die Kanalplatte 13, können die Zwischenstege 14 aus Metallblech gefertigt werden und einen Korrosionsschutz aufweisen. Alternativ dazu ist es möglich, dass sowohl die Kanalplatte 13 als auch die Zwischenstege 14 einstückig aus einem gefalteten oder gestanzten Metallblech hergestellt werden. Die Kanalbreite b_k der Kanäle 9 ist in diesem Beispiel so breit, dass sie neben der Breite der Speicherelemente b_s auch die Kontaktflächen von neben den Speicherelementen 4 angeordneter Hochvoltleitungen 15 vollständig überdeckt. Dadurch wird auch eine Wärmeabfuhr von durch die Hochvoltleitungen 15 erzeugter Wärme ermöglicht. Zusätzlich zu den Hochvoltleitungen 15 können auch weitere Komponenten, wie Steuerungseinrichtungen oder Schaltelemente, gegenüber der vom Kühlkanal umfassten Fläche angeordnet werden, um diese Komponenten ebenfalls zu kühlen.
6 zeigt eine Aufsicht auf ein mehrere Kühlkanäle 9 bildendes Kanalbauteil 10 einer Energiespeicheranordnung 2. Die auf der gegenüberliegenden Seite der Kühlplatte 3 angeordneten Speicherelemente 4 sind hierbei gestrichelt dargestellt. Die Kanallänge l_k ist hierbei so gewählt, dass sie zusätzlich zu den Längen l_s der in einer Reihe angeordneten Speicherelemente 4 auch die Abstände zwischen den Speicherelementen 4 umfasst. Jeder der Kühlkanäle 9 weist zwei, in diesem Beispiel offene, Stirnflächen 16, 17 auf, wobei beispielsweise durch die Stirnflächen 16 jeweils ein Kühlmittelzulauf erfolgen kann und über die Stirnflächen 17 ein entsprechender Kühlmittelablauf. Durch das auf diese Art durch die Kühlkanäle 9 zirkulierende Kühlmittel werden die auf der anderen Seite der Kühlplatte 3 angeordneten Speicherelemente 4 gekühlt.
7 zeigt eine alternative Ausgestaltung der Erfindung, bei der die Kühlkanäle zu einem Mäander verbunden sind. Das Mäander verläuft dabei so, dass die Kontaktflächen der auf der anderen Seite der Kühlplatte 3 angeordneten und hier gestrichelt dargestellten Speicherelemente 4 vollständig überdeckt werden. Weiterhin weist das Mäander zwei Enden 18, 19 auf, welche entweder offen ausgeführt sein können, so dass z.B. durch das Ende 18 ein Kühlmittelzufluss erfolgen kann sowie über das Ende 19 ein entsprechender Kühlmittelablauf, oder die Enden 18, 19 können geschlossen ausgeführt werden, wobei eine Kühlmittelzufuhr über zusätzliche, an den Kühlkanälen angeordnete und hier nicht dargestellte Anschlüsse erfolgt.
Ein alternatives Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Energiespeicheranordnung 2 ist in 8 dargestellt. Die durch das Kanalbauteil 10 gebildeten Kühlkanäle 9 sind hierbei an ihren Stirnflächen verschlossen. Ein Kühlmittelzufluss erfolgt über die dafür vorgesehenen Anschlüsse 20, ein entsprechender Kühlmittelabfluss über die Anschlüsse 21. Alternativ dazu ist es möglich, dass die Kühlkanäle 9 durch hier gestrichelt dargestellte Verbindungskanäle 22 zu einer Mäanderstruktur verbunden werden, wobei beispielsweise ein Kühlmittelzufluss über den Anschluss 20, welcher an einem ersten Ende 23 des Mäanders angeordnet ist, erfolgt und das Kühlmittel nach Passieren des durch die Kühlkanäle 9 gebildeten Mäanders am zweiten Ende 24 des Mäanders über den dort angeordneten Anschluss 21 abläuft. Durch den Fluss des Kühlmittels durch die Kühlkanäle 9 werden die auf der anderen Seite der Kühlplatte 3 angeordneten Speicherelemente 4 gekühlt.
9 zeigt eine geschnittene Detailansicht eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs 1, bei dem eine Energiespeicheranordnung 2, welche eine Kühlplatte 3, mehrere Speicherelemente 4 sowie einen von einem Kanalbauteil 10 gebildeten Kühlkanal 9 vorgesehen ist, wobei der Kühlkanal 9 über zwei Komponenten 5 der Karosserie mit dem Kühlmittelkreislauf des Kraftfahrzeugs verbunden ist. Die Komponenten 5 der Karosserie sind hierbei als Seitenschweller 27 ausgeführt und weisen jeweils einen Kühlkanal 25 auf. Eine Verbindung zwischen den Kühlkanälen 25 der Seitenschweller 27 mit dem Kühlkanal 9 der Energiespeicheranordnung 2 erfolgt über dafür vorgesehene Öffnungen 26 der Kühlplatte 3. Bei einer solchen Anordnung kann eine Zufuhr des Kühlmittels beispielsweise über eine Seite erfolgen, wohingegen ein Ablauf des Kühlmittels über den Seitenschweller 27 an der anderen Seite des Kraftfahrzeugs erfolgt. Ein entsprechendes Kraftfahrzeug kann dabei eine Energiespeicheranordnung 2 umfassen, welche mehrere, insbesondere parallel zueinander verlaufende Kühlkanäle 9 aufweist. Eine teilweise geschnittene Aufsicht auf eine entsprechende Anordnung ist in 10 gezeigt. Jeder Kühlkanal 9 ist über eine Öffnung 26 mit dem in diesem Beispiel in Fahrzeuglängsrichtung verlaufenden Kühlkanal 25 des Seitenschwellers 27 verbunden. Bei einer Energiespeicheranordnung 2 mit zu Mäandern verbundenen Kühlkanälen 9 kann die Kühlplatte 3 so gestaltet werden, dass sie nur eine Öffnung 26 pro Seite hat, so dass über eine Seite ein Kühlmittelzufluss in den Anfang des Mäanders erfolgen kann sowie ein Kühlmittelabfluss an der anderen Seite des Kraftfahrzeugs aus dem Ende des Mäanders.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102012209306 A1 [0003]
DE 102011075989 A1 [0004]
WO 2015/132786 [0005]
WO 2013/139908 A1 [0006]

Claims

Energiespeicheranordnung (2) umfassend wenigstens ein Speicherelement (4) mit einer zugeordneten Kühlplatte (3), mit der das Speicherelement (4) in thermischem Kontakt steht, sowie wenigstens ein Kanalbauteil (10), das zur Ausbildung wenigstens eines von einem Kühlmittel durchströmbaren Kühlkanals (9) an der gegenüberliegenden Seite der Kühlplatte (3) befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkanal (9) wenigstens so breit und wenigstens so lang ist wie die Kontaktfläche zwischen dem Speicherelement (4) und der Kühlplatte (3), wobei der Kühlkanal (9) der Kontaktfläche gegenüberliegt und sie vollständig überdeckt.
Energiespeicheranordnung (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kanalbauteil (10) mit einem den Kühlkanal begrenzenden Abschnitt (11) einen U-förmigen oder V-förmigen Querschnitt aufweist.
Energiespeicheranordnung (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kanalbauteil (10) mehrere, jeweils einen Kühlkanal begrenzende Abschnitte (11) aufweist.
Energiespeicheranordnung (2) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kanalbauteil (10) einen mäandernden Querschnitt aufweist oder dass es eine Kanalplatte (13) mit Zwischenstegen (14) umfasst.
Energiespeicheranordnung (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiespeicheranordnung (2) mehrere Kühlkanäle (9) umfasst, wobei die Kühlkanäle (9) an den Stirnflächen offen sind, oder wobei die Kühlkanäle (9) an ihren Stirnflächen zur Bildung eines Mäanders miteinander verbunden sind, oder wobei jeder Kühlkanal (9) an seinen Stirnflächen geschlossen ist und wenigstens zwei, an einer Seitenfläche des Kühlkanals angeordnete Anschlüsse (20, 21), aufweist.
Energiespeicheranordnung (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kanalbauteil (10) durch Kleben, Schrauben oder Schweißen an der Kühlplatte (3) befestigt ist.
Energiespeicheranordnung (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Kühlplatte (3) weitere Komponenten der Energiespeicheranordnung, insbesondere Hochvoltleitungen (15), angeordnet sind, wobei die weiteren Komponenten thermisch leitfähig mit der Kühlplatte (3) verbunden sind, wobei die Kontaktflächen zwischen Komponenten und Kühlplatte (3) vom Kühlkanal (9) umfasst werden.
Kraftfahrzeug (1), dadurch gekennzeichnet, dass es eine Energiespeicheranordnung (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche aufweist.
Kraftfahrzeug (1) nach Anspruch 8, wobei das Kraftfahrzeug (1) eine Karosserie und einen Kühlmittelkreislauf umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Kühlkanäle (9) der Energiespeicheranordnung (2) über wenigstens eine Komponente (5) der Karosserie, die einen Kühlkanal (25) aufweist und in den Kühlmittelkreislauf eingebunden ist, mit dem Kühlmittelkreislauf verbunden ist oder sind.
Kraftfahrzeug (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente (5) der Karosserie eine seitlich am Kraftfahrzeug angeordnete Komponente, insbesondere ein Seitenschweller (27), ist.
Kraftfahrzeug (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftfahrzeug (1) zwei Seitenschweller (27) mit jeweils einem Kühlkanal (25) aufweist, wobei ein Kühlkanal (25) ein Zulauf ist und der andere Kühlkanal (25) ein Ablauf ist, wobei der Zulauf und der Ablauf mit dem oder den Kühlkanälen (9) der Energiespeicheranordnung (2) verbunden sind.
Kraftfahrzeug (1) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlplatte (3) wenigstens eine Öffnung (26) aufweist, durch welche der Kühlkanal (9) der Energiespeicheranordnung (2) mit dem Kühlkanal (25) der Komponente (5) der Karosserie verbunden ist.