DE102018006412A1

DE102018006412A1 - Temperiereinheit für eine Batterie

Info

Publication number: DE102018006412A1
Application number: DE102018006412.4A
Authority: DE
Inventors: Ramon Loro Toledo
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2018-08-14
Filing date: 2018-08-14
Publication date: 2019-03-07

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Temperiereinheit (3) für eine Batterie (1), umfassend mindestens einen von einem Temperiermedium durchströmten oder durchströmbaren Kanal (4).Erfindungsgemäß weist der mindestens eine Kanal (4) einen sich in Strömungsrichtung verändernden Querschnitt auf.

Description

Die Erfindung betrifft eine Temperiereinheit für eine Batterie nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Aus dem Stand der Technik ist, wie in der DE 10 2014 019 074 A1 beschrieben, ein Zellblock für eine Kraftfahrzeugbatterie bekannt. Der Zellblock umfasst eine Mehrzahl von in Serie und/oder parallel miteinander verschalteter Batteriezellen, die jeweils ein Zellengehäuse und jeweils zumindest ein elektrisches Kontaktelement zur elektrischen Verschaltung aufweisen. Es ist zumindest eine zur Kühlung und/oder Erwärmung der Batteriezellen vorgesehene Temperiereinrichtung vorhanden, die zumindest eine Kühl- und/oder Heizplatte aufweist, die das zumindest eine Kontaktelement wenigstens einer der Batteriezellen und das Zellengehäuse wenigstens einer der Batteriezellen thermisch kontaktiert.
In der DE 10 2011 109 246 A1 wird eine HV-Batterie für alternative Antriebe beschrieben. Die HV-Batterie umfasst eine Vielzahl von Zellen. Jede Zelle ist zwischen zwei Zellhaltern eingespannt. Die eingespannten Zellen sind zu einem Zellblock zusammengefügt und durch eine Spannvorrichtung kraftschlüssig zusammengehalten. Am Zellblock ist wenigstens eine Kühl- beziehungsweise Heizvorrichtung zum Temperieren der Zellen fixiert. Die Zellhalter bestehen aus Kunststoff. In jedem Zellhalter sind Einsätze eingebettet, die bei zusammengespanntem Zellblock an Einsätzen des benachbarten Zellhalters anliegen. Die Einsätze weisen eine spezifische Wärmeausdehnung auf, die wenigstens annähernd gleich der Wärmeausdehnung der dem Zellblock zugeordneten metallischen Bauteile, wie der Spannvorrichtung oder der Kühlvorrichtung, ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Temperiereinheit für eine Batterie anzugeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Temperiereinheit für eine Batterie mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Eine Temperiereinheit für eine Batterie, welche insbesondere plattenförmig, d. h. insbesondere als Temperierplatte, ausgebildet ist, umfasst mindestens einen von einem, insbesondere flüssigen, Temperiermedium durchströmten oder durchströmbaren Kanal. Erfindungsgemäß weist der mindestens eine Kanal einen sich in Strömungsrichtung verändernden Querschnitt auf.
Die Temperiereinheit kann auch mehrere derartige Kanäle aufweisen.
Die Temperiereinheit ist insbesondere für eine als eine Hochvoltbatterie ausgebildete Batterie vorgesehen. Eine solche Batterie ist insbesondere für ein Fahrzeug verwendbar, insbesondere als eine Traktionsbatterie für ein beispielsweise als Elektrofahrzeug, Hybridfahrzeug oder Brennstoffzellenfahrzeug ausgebildetes Fahrzeug. Derartige Traktionsbatterien dienen einer elektrischen Energieversorgung mindestens einer elektrischen Antriebsmaschine zum Antrieb des Fahrzeugs.
Die Batterie umfasst vorteilhafterweise mindestens einen Zellblock aus einer Mehrzahl elektrochemischer Einzelzellen. Diese Einzelzellen sind elektrisch miteinander verschaltet, insbesondere elektrisch seriell und/oder parallel miteinander verschaltet. Vorteilhafterweise umfasst die Batterie eine Mehrzahl solcher Zellblöcke, welche elektrisch miteinander verschaltet sind, insbesondere elektrisch seriell und/oder parallel miteinander verschaltet sind.
Die erfindungsgemäße Temperiereinheit ist, insbesondere über eine Flachseite der plattenförmig ausgebildeten Temperiereinheit, mit dem Zellblock der Batterie oder bei mehreren Zellblöcken mit einem der Zellblöcke, mit mehreren der Zellblöcke oder mit allen Zellblöcken der Batterie thermisch gekoppelt. Sie dient einem Temperieren des Zellblocks, genauer gesagt der Einzelzellen des Zellblocks, d. h. einem Kühlen und/oder Erwärmen der Einzelzellen des Zellblocks. Die Batterie kann auch mehrere solcher Temperiereinheiten aufweisen, welche jeweils mit dem Zellblock oder bei mehreren Zellblöcken jeweils mit einem der Zellblöcke, mit mehreren der Zellblöcke oder mit allen Zellblöcken der Batterie thermisch gekoppelt sind.
Durch den sich in Strömungsrichtung verändernden, insbesondere verkleinernden, Querschnitt des mindestens einen Kanals der erfindungsgemäßen Temperiereinheit wird eine entsprechend angepasste Strömungsgeschwindigkeit des Temperiermediums erreicht, wodurch über eine gesamte Länge des Kanals eine, zumindest im Wesentlichen, gleichbleibende Temperierleistung, insbesondere Kühlleistung, ermöglicht wird.
Durch die Kühlung der Einzelzellen erwärmt sich das Temperiermedium in Strömungsrichtung entlang des Kanals, d. h. entlang eines durch den Kanal gebildeten Kühlpfads, zunehmend, wodurch die Kühlleistung des Temperiermediums abnimmt. Dies wird durch die mittels der erfindungsgemäßen Lösung erreichte zunehmende Strömungsgeschwindigkeit ausgeglichen, so dass dadurch die zumindest im Wesentlichen, gleichbleibende Kühlleistung der Temperiereinheit entlang des Kanals erreicht wird.
Das Gleiche gilt für das Erwärmen der Einzelzellen mittels des Temperiermediums. Dabei kühlt sich das Temperiermedium in Strömungsrichtung entlang des Kanals, d. h. entlang eines durch den Kanal nun gebildeten Heizpfads, zunehmend ab, wodurch eine Heizleistung des Temperiermediums abnimmt. Dies wird durch die mittels der erfindungsgemäßen Lösung erreichte zunehmende Strömungsgeschwindigkeit ausgeglichen, so dass dadurch die zumindest im Wesentlichen, gleichbleibende Heizleistung der Temperiereinheit entlang des Kanals erreicht wird.
Mittels der erfindungsgemäßen Lösung wird somit eine Temperaturhomogenität in der Batterie erreicht oder verbessert, wodurch insbesondere deren Lebensdauer verlängert und deren Leistungsfähigkeit verbessert werden kann.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Dabei zeigen:

1 schematisch eine Querschnittdarstellung einer Batterie,
2 schematisch eine Längsschnittdarstellung der Batterie aus 1 im Bereich eines Zellblocks,
3 schematisch eine perspektivische Darstellung der Batterie aus 1,
4 schematisch ein Verlauf eines von einem Temperiermittel durchströmten oder durchströmbaren Kanals in einer Temperiereinheit für eine Batterie,
5 schematisch eine Schnittdarstellung entsprechend der Schnittebene V-V in 4,
6 schematisch eine Temperaturverteilung auf Zellblockaufstandsflächen einer Temperiereinheit für eine Batterie,
7 schematisch eine Querschnittdarstellung einer weiteren Ausführungsform einer Temperiereinheit für eine Batterie,
8 schematisch eine Querschnittdarstellung einer weiteren Ausführungsform einer Temperiereinheit für eine Batterie, und
9 schematisch eine Querschnittdarstellung einer weiteren Ausführungsform einer Temperiereinheit für eine Batterie.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Die 1 bis 3 zeigen schematische Darstellungen einer Batterie 1, wobei die Batterie 1 in 1 in einer Querschnittdarstellung, in 2 in einer Längsschnittdarstellung und in 3 in einer perspektivischen Darstellung gezeigt ist.
Die Batterie 1 umfasst mindestens einen Zellblock 2 aus einer Mehrzahl elektrochemischer Einzelzellen. Diese Einzelzellen sind elektrisch miteinander verschaltet, insbesondere elektrisch seriell und/oder parallel miteinander verschaltet. Vorteilhafterweise weist die Batterie 1, wie in 3 gezeigt, eine Mehrzahl solcher Zellblöcke 2 auf, wobei diese Zellblöcke 2 dann vorteilhafterweise elektrisch miteinander verschaltet sind, insbesondere elektrisch seriell und/oder parallel miteinander verschaltet sind.
Des Weiteren umfasst die Batterie 1 mindestens eine Temperiereinheit 3, welche mindestens einen von einem Temperiermedium, insbesondere von einem flüssigen Temperiermedium, durchströmten oder durchströmbaren Kanal 4 aufweist. Diese Temperiereinheit 3, welche insbesondere plattenförmig ausgebildet ist, d. h. insbesondere als eine Temperierplatte, dient einem Temperieren der Einzelzellen des Zellblocks 2 oder der Zellblöcke 2, d. h. einem Kühlen und/oder Erwärmen der Einzelzellen des Zellblocks 2 oder der Zellblöcke 2. Bei mehreren Zellblöcken 2 kann die Temperiereinheit 3 mehreren oder allen Zellblöcken 2 zugeordnet sein, wie in 3 gezeigt, oder jedem Zellblock 2 ist eine eigene Temperiereinheit 3 zugeordnet. Es können dem jeweiligen Zellblock 2 oder mehreren oder allen Zellblöcken 2 auch mehrere Temperiereinheiten 3 zugeordnet sein. Hierbei können auch mehrere entsprechend der erfinderischen Idee alternative ausgeführte Temperiereinheiten 3 in einer Batterie 1 zum Einsatz kommen und dabei einzelnen Zellblöcke 2 zusammen oder einzeln temperieren. So könnte in einer Ausführung nach 3 jedem der Zellblöcke 2 eine eigene Temperiereinheit 3 zugeordnet, deren Ausführungen von einander unterscheiden.
Die Batterie 1 ist insbesondere als eine Hochvoltbatterie ausgebildet. Eine solche Batterie 1 ist insbesondere für ein Fahrzeug verwendbar, insbesondere als eine Traktionsbatterie für ein beispielsweise als Elektrofahrzeug, Hybridfahrzeug oder Brennstoffzellenfahrzeug ausgebildetes Fahrzeug. Derartige Traktionsbatterien dienen einer elektrischen Energieversorgung mindestens einer elektrischen Antriebsmaschine zum Antrieb des Fahrzeugs.
Die Einzelzellen in derartigen Batterien 1 erzeugen im Allgemeinen Abwärme während eines Betriebs. Da beispielsweise Lithium-Ionen-Zellen nur bis circa 60°C ohne Schädigung betrieben werden können, muss eine entsprechende Kühlung erfolgen, da insbesondere bei Anwendungen im Fahrzeugbereich Leistungen erforderlich sind, bei welchen eine passive Kühlung nicht ausreicht.
Neben einer Luftkühlung mit Gebläsen kommen Flüssigkeitskühlungen als Temperiervorrichtung zum Einsatz, welche die bereits erwähnte Temperiereinheit 3 oder mehrere solcher Temperiereinheiten 3 umfassen. Diese sind in der Lage, große Wärmemengen abzuführen und nehmen im Vergleich zu der Luftkühlung nur wenig Bauraum ein.
Bei tieferen Umgebungstemperaturen kann vorgesehen sein, dass die Einzelzellen zunächst beheizt werden, um eine optimale Betriebstemperatur zu erreichen und eine Schädigung zu vermeiden. Die Temperiervorrichtung mit der Temperiereinheit 3 oder den Temperiereinheiten 3 wird dann als Heizungsvorrichtung verwendet.
Beispielsweise ist, um einen erforderlichen Bauraum zu reduzieren, ein Batteriegehäuseboden eines Batteriegehäuses der Batterie 1 als Temperiereinheit 3 ausgebildet. Hierdurch wird somit, anstatt modulintegrierte, d. h. zellblockintegrierte, Temperiereinheiten 3 zu verwenden, der aus Strangpressplatten bestehende Batteriegehäuseboden vom Temperiermedium durchgeströmt. Die Zellblöcke 2 werden im dargestellten Beispiel mittels eines Wärmeleitelements 5 direkt mit der Temperiereinheit 3 thermisch gekoppelt. In anderen Ausführungsformen kann die Temperiereinheit 3 auch ein vom Batteriegehäuse unabhängiger Bestandteil der Batterie 1 sein.
Um eine möglichst hohe Lebensdauer und eine möglichst gute Leistungsfähigkeit der Batterie 1 zu erzielen, müssen alle Zellblöcke 2 der Batterie 1 so homogen wie möglich gekühlt und, wenn erforderlich, auch aufgeheizt werden. Hohe Temperaturspreads, d. h. Temperaturunterschiede, können zur Verringerung der Lebensdauer und der Performance, d. h. der Leistungsfähigkeit, führen. Um das Temperaturspread zu reduzieren, können mehrere Kanäle 4 oder Kanalabschnitte seriell verschaltet werden.
Im Beispiel gemäß 4 sind zwei solcher Kanäle 4 vorgesehen, die jeweils einen mäanderförmig ausgebildeten Verlauf mit mehreren, im dargestellten Beispiel drei, nebeneinander angeordneten Windungsabschnitten 6 aufweisen. Dabei deckt jeder dieser beiden Kanäle 4 eine Hälfte der Temperiereinheit 3 ab.
Die Windungsabschnitte 6 des jeweiligen Kanals 4 sind beispielsweise als einzelne Kanalabschnitte ausgebildet und danach seriell miteinander verbunden worden, beispielweise durch ein Anordnen von Verbindungsabschnitten an den beiden Stirnseiten der Temperiereinheit 3, welche benachbarte Kanalabschnitte fluidisch miteinander verbinden, um den jeweiligen Kanal 4 mit seinem mäanderförmigen Verlauf auszubilden. Diese fluidisch serielle Verschaltung dreier Kanalabschnitte zu einem mäanderförmig verlaufenden Kanal 4 wird auch als S-Schlag bezeichnet. D. h. die Temperiereinheit 3 weist in diesem Beispiel zwei solche S-Schläge auf. Dabei erstreckt sich einer der Kanäle 4 in Strömungsrichtung mäanderförmig von einem Randbereich bis zum mittleren Bereich der Temperiereinheit 3 und der andere Kanal 4 erstreckt sich in Strömungsrichtung mäanderförmig vom mittleren Bereich bis zu einem gegenüberliegenden Randbereich der Temperiereinheit 3.
5 zeigt diese Temperiereinheit 3 in einer Querschnittdarstellung entsprechend der Schnittebene V-V in 4. Eine Strömungsrichtung des Temperiermediums ist in 4 durch Pfeile und in 5 durch ein Symbol mit einem x in einem Kreis für eine von einem Betrachter der 5 abgewandte Strömungsrichtung und ein Symbol mit einem Punkt in einem Kreis für eine dem Betrachter der 5 zugewandte Strömungsrichtung dargestellt.
Das in den benachbarten Windungsabschnitten 6 gegenläufig strömende Temperiermedium, beispielsweise Wasser, welches im einen Windungsabschnitt 6 wärmer ist als im anderen Windungsabschnitt 6 und sich während des Kühlens der Zellblöcke 2 in Strömungsrichtung zwischen einem Temperiermediumeinlass 7 und einem Temperiermediumauslass 8 zunehmend erwärmt, führt zu einer Homogenisierung der Temperatur auf Zellblockaufstandsflächen 9 der Temperiereinheit 3. Es gibt jedoch Asymmetrien in der beispielsweise als Strangpressplatte ausgebildeten Temperiereinheit 3, beispielsweise eine asymmetrische Positionierung der Temperiermediumeinlässe 7 und/oder Temperiermediumauslässe 8, die sich mit einer einfachen seriellen Verschaltung der Kanäle 4 oder mit diesem einfachen mäanderförmig ausgebildeten Verlauf mit mehreren nebeneinander angeordneten Windungsabschnitten 6 des jeweiligen Kanals 4 nicht ausgleichen lässt. Diese Asymmetrien führen zu einer inhomogenen Temperaturverteilung auf der Temperiereinheit 3, insbesondere auf einer den Zellblöcken 2 zugewandten Flachseite der Temperiereinheit 3, insbesondere auf den Zellblockaufstandsflächen 9, wie in 6 anhand eines Wärmebildes gezeigt.
Um dieses Problem zu lösen und eine Temperaturhomogenität in der Batterie 1 zu erreichen oder zu verbessern, wodurch deren Lebensdauer und Leistungsfähigkeit erhöht werden, ist die Temperiereinheit 3 derart ausgebildet, dass ihre Temperierwirkung, d. h. Kühlwirkung, und, wenn erforderlich, auch Heizwirkung, optimiert ist. Dies wird dadurch erreicht, dass der mindestens eine vom Temperiermedium durchströmte oder durchströmbare Kanal 4 einen sich in Strömungsrichtung verändernden Querschnitt aufweist, insbesondere einen sich in Strömungsrichtung verkleinernden Querschnitt, wie in den 7 bis 9 anhand verschiedener beispielhafter Ausführungsformen der Temperiereinheit 3 gezeigt. Unter dem Begriff Querschnitt ist hierbei ein Strömungsquerschnitt im Inneren des Kanals 4 zu verstehen, d. h. ein von dem Temperiermedium durchströmter oder durchströmbarer Querschnitt des Kanals 4, insbesondere begrenzt von Innenwänden des Kanals 4.
Dieser sich in Strömungsrichtung verändernde, insbesondere verkleinernde, Querschnitt führt zu einer entsprechend angepassten Strömungsgeschwindigkeit, d. h. zu einer Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit, des Temperiermediums in Strömungsrichtung, wodurch eine entsprechend höhere Wärmeübertragung zwischen Temperiermedium und Temperiereinheit 3 erreicht wird, so dass an allen Positionen des Kanals 4 eine, zumindest im Wesentlichen, gleiche Temperierleistung, d. h. Kühlleistung oder Heizleistung, erreicht wird.
Durch die Kühlung der Einzelzellen erwärmt sich das Temperiermedium in Strömungsrichtung entlang des Kanals 4, d. h. entlang eines durch den Kanal 4 gebildeten Kühlpfads, zunehmend, wodurch die Kühlleistung des Temperiermediums abnimmt. Dies wird durch die mittels der hier beschriebenen Lösung erreichte zunehmende Strömungsgeschwindigkeit ausgeglichen, so dass dadurch die zumindest im Wesentlichen, gleichbleibende Kühlleistung der Temperiereinheit 3 entlang Kanals 4 erreicht wird.
Das Gleiche gilt für das Erwärmen der Einzelzellen mittels des Temperiermediums. Dabei kühlt sich das Temperiermedium in Strömungsrichtung entlang des Kanals 4, d. h. entlang eines durch den Kanal 4 nun gebildeten Heizpfads, zunehmend ab, wodurch eine Heizleistung des Temperiermediums abnimmt. Dies wird durch die mittels der hier beschriebenen Lösung erreichte zunehmende Strömungsgeschwindigkeit ausgeglichen, so dass dadurch die zumindest im Wesentlichen, gleichbleibende Heizleistung der Temperiereinheit 3 entlang des Kanals 4 erreicht wird.
Durch diese Lösung, d. h. durch den sich in Strömungsrichtung verändernden Querschnitt des Kanals 4, wird insbesondere eine Bildung so genannter Cold Spots und Hot Spots vermieden, d. h. die Bildung kalter und warmer Bereiche auf der Temperiereinheit 3.
Eine jeweilige Art des sich verändernden Querschnitts ist beispielsweise abhängig von einem zurückgelegten Kühlpfad, so dass unterschiedliche Kühlpfade zu unterschiedlichen Querschnitten des Kanals 4 oder der Kanäle 4 im Schnittbild der Temperiereinheit 3 führen, wie beispielhaft in den 7 bis 9 gezeigt. Die Ausführungsformen der Temperiereinheit 3 gemäß den 7 bis 9 weisen einen Kanal 4 mit sich in Strömungsrichtung veränderndem, insbesondere verkleinerndem, Querschnitt auf, wie in 8 gezeigt, oder sie weisen zwei Kanäle 4 mit sich in Strömungsrichtung veränderndem, insbesondere verkleinerndem, Querschnitt auf, wie in den 7 und 9 gezeigt.
In den dargestellten Beispielen gemäß den 7 bis 9 wird die Veränderung des Querschnitts des Kanals 4 durch eine sich in Strömungsrichtung verändernde Höhe des Kanals 4 erreicht. In anderen Ausführungsbeispielen kann die Veränderung des Querschnitts des Kanals 4, alternativ oder zusätzlich, durch eine sich in Strömungsrichtung verändernde Breite und/oder durch einen sich in Strömungsrichtung verändernden Durchmessers des Kanals 4 erreicht werden.
In den dargestellten Beispielen gemäß den 7 bis 9 weist der jeweilige Kanal 4 einen mäanderförmig ausgebildeten Verlauf mit mehreren nebeneinander angeordneten Windungsabschnitten 6 auf. Diese Windungsabschnitte 6 des jeweiligen Kanals 4 können bereits durch die Ausbildung der Temperiereinheit 3 seriell miteinander verbunden sein, um den jeweiligen Kanal 4 mit seinem mäanderförmigen Verlauf auszubilden, oder sie können als einzelne Kanalabschnitte ausgebildet und danach seriell miteinander verbunden sein, beispielweise durch ein Anordnen von Verbindungsabschnitten an den beiden Stirnseiten der Temperiereinheit 3, welche benachbarte Kanalabschnitte fluidisch miteinander verbinden, um den jeweiligen Kanal 4 mit seinem mäanderförmigen Verlauf auszubilden.
Die Strömungsrichtung des Temperiermediums ist auch in den Beispielen gemäß der 7 bis 9, wie oben bereits beschrieben, durch ein Symbol mit einem x in einem Kreis für eine vom Betrachter der jeweiligen Figur abgewandte Strömungsrichtung und ein Symbol mit einem Punkt in einem Kreis für eine dem Betrachter der jeweiligen Figur zugewandte Strömungsrichtung dargestellt.
Die Veränderung, insbesondere Verkleinerung, des Querschnitts des jeweiligen Kanals 4 in Strömungsrichtung kann beispielsweise kontinuierlich erfolgen, so dass in den dargestellten Beispielen gemäß den 7 bis 9 insbesondere auch jeder Windungsabschnitt 6 des jeweiligen Kanals 4 einen sich in Strömungsrichtung verändernden, insbesondere verkleinernden, Querschnitt aufweist, oder, insbesondere aus herstellungstechnischen Gründen, d. h. um die Herstellung der Temperiereinheit 3 zu vereinfachen, kann die Veränderung, insbesondere Verkleinerung, des Querschnitts des jeweiligen Kanals 4 in Strömungsrichtung beispielsweise sequentiell, d. h. schrittweise, erfolgen. Dabei weisen beispielsweise die Windungsabschnitte 6 des jeweiligen Kanals 4 jeweils einen gleichbleibenden Querschnitt auf, wobei in Strömungsrichtung jeder nachfolgende Windungsabschnitt 6 einen anderen, insbesondere kleineren, Querschnitt aufweist als der vorhergehende Windungsabschnitt 6.
Dadurch kann die Herstellung der Temperiereinheit 3 beispielsweise mit bereits bekannten Verfahren zur Herstellung solcher Temperiereinheiten 3 erfolgen, insbesondere mittels eines Strangpressverfahrens. Dies ist auf einfache Weise möglich, da die Ausformung der Querschnitte des Kanals 4 oder der Kanäle 4 für jede Konfiguration feststeht und entsprechend bei der Herstellung eingestellt werden kann. Insbesondere bei einem solchen Strangpressverfahren wird der jeweilige Kanal 4 derart ausgebildet, dass die Veränderung, insbesondere Verkleinerung, des Querschnitts des jeweiligen Kanals 4 in Strömungsrichtung auf die oben beschriebene Weise sequentiell erfolgt, d. h. der Querschnitt ändert sich in Strömungsrichtung von einem Windungsabschnitt 6 zum nachfolgenden Windungsabschnitt 6, jedoch nicht innerhalb des jeweiligen Windungsabschnitts 6. Dadurch wird die Herstellung wesentlich vereinfacht, da keine zusätzlichen Aufwendungen und Bearbeitungen erforderlich sind.
Der jeweilige Kanal 4 weist in den Beispielen gemäß den 7 bis 9 einen rechteckförmigen Querschnitt auf. In anderen Ausführungsbeispielen kann er auch eine andere Querschnittsform aufweisen, beispielsweise einen runden, ovalen oder vieleckigen Querschnitt.
In den dargestellten Beispielen gemäß den 7 bis 9 ist der Kanal 4 oder sind die Kanäle 4 an einer Flachseite eines plattenförmigen Elements der Temperiereinheit 3 angeordnet, genauer gesagt an einer von der Zellblockaufstandsfläche 9 abgewandten Flachseite. Die Temperiereinheit 3 ist somit als eine Temperierplatte mit einem außenliegenden Kanal 4 oder mit mehreren solchen Kanälen 4 ausgebildet.
In anderen Ausführungsbeispielen kann der Kanal 4 oder können die Kanäle 4 in dem dann entsprechend dick ausgebildeten plattenförmigen Element ausgebildet sein, welches dann zweckmäßigerweise auf beiden Seiten eben ausgebildet ist, d. h. die Temperiereinheit 3 ist dann als eine Temperierplatte mit einem innenliegenden, d. h. integrierten, Kanal 4 oder mit mehreren solchen Kanälen 4 ausgebildet, beispielsweise ähnlich einer Doppelstegplatte. Bei einer derartigen Ausbildung der Temperiereinheit 3 wird die Veränderung des Querschnitts des Kanals 4 vorteilhafterweise durch die sich in Strömungsrichtung verändernde Breite des Kanals 4 erreicht, da die Höhe des Kanals 4 bei einer derartigen Temperiereinheit 3 vorteilhafterweise konstant bleibt.
Im Beispiel gemäß 7 weist die Temperiereinheit 3 zwei Kanäle 4 auf, welche jeweils einen mäanderförmig ausgebildeten Verlauf mit mehreren, im dargestellten Beispiel jeweils drei, nebeneinander angeordneten Windungsabschnitten 6 aufweisen. Die Windungsabschnitte 6 sind beispielsweise als einzelne Kanalabschnitte ausgebildet und fluidisch seriell miteinander verschaltet.
Diese fluidisch serielle Verschaltung dreier Kanalabschnitte zu einem mäanderförmig verlaufenden Kanal 4 wird, wie oben bereits beschrieben, auch als S-Schlag bezeichnet. D. h. die Temperiereinheit 3 weist in diesem Beispiel zwei solche S-Schläge auf. Dabei erstreckt sich einer der Kanäle 4 in Strömungsrichtung mäanderförmig von einem Randbereich bis zum mittleren Bereich der Temperiereinheit 3 und der andere Kanals 4 erstreckt sich in Strömungsrichtung mäanderförmig vom mittleren Bereich bis zu einem gegenüberliegenden Randbereich der Temperiereinheit 3. Der Querschnitt des jeweiligen Kanals 4 nimmt in Strömungsrichtung ab, hier erreicht durch eine abnehmende Höhe des jeweiligen Kanals 4, wie oben bereits beschrieben.
Im Beispiel gemäß 8 weist die Temperiereinheit 3 einen Kanal 4 auf, welcher einen mäanderförmig ausgebildeten Verlauf mit mehreren nebeneinander angeordneten Windungsabschnitten 6 aufweist. Die Windungsabschnitte 6 sind beispielsweise als einzelne Kanalabschnitte ausgebildet und fluidisch seriell miteinander verschaltet. Der Kanal 4 erstreckt sich in Strömungsrichtung mäanderförmig von einem Randbereich bis zu einem gegenüberliegenden Randbereich der Temperiereinheit 3. Der Querschnitt des jeweiligen Kanals 4 nimmt in Strömungsrichtung ab, hier erreicht durch eine abnehmende Höhe des jeweiligen Kanals 4, wie oben bereits beschrieben.
Im Beispiel gemäß 9 weist die Temperiereinheit 3 zwei Kanäle 4 auf, welche jeweils einen mäanderförmig ausgebildeten Verlauf mit mehreren im dargestellten Beispiel jeweils drei, nebeneinander angeordneten Windungsabschnitten 6 aufweisen. Die Windungsabschnitte 6 sind beispielsweise als einzelne Kanalabschnitte ausgebildet und fluidisch seriell miteinander verschaltet.
Diese fluidisch serielle Verschaltung dreier Kanalabschnitte zu einem mäanderförmig verlaufenden Kanal 4 wird, wie oben bereits erwähnt, auch als S-Schlag bezeichnet. D. h. die Temperiereinheit 3 weist in diesem Beispiel zwei solche S-Schläge auf. Dabei erstreckt sich der jeweilige Kanal 4 in Strömungsrichtung mäanderförmig von jeweils einem Randbereich bis zu einem mittleren Bereich der Temperiereinheit 3, d. h. die beiden Kanäle 4 verlaufen aufeinander zu. Der Querschnitt des jeweiligen Kanals 4 nimmt in Strömungsrichtung ab, hier erreicht durch eine abnehmende Höhe des jeweiligen Kanals 4, wie oben bereits beschrieben.
Eine jeweilige Anzahl an seriell verschalteten Kanälen 4 oder an Windungsabschnitten 6 des Kanals 4 oder der Kanäle 4 und/oder eine Strömungsrichtung des Temperiermediums, beispielsweise von einem mittleren Bereich zu einem Randbereich der Temperiereinheit 3 oder umgekehrt oder von einem Randbereich zu einem gegenüberliegenden Randbereich der Temperiereinheit 3, ist beispielsweise abhängig von einer Auslegung des Zellblocks 2 oder der Zellblöcke 2 und/oder von einer Auslegung der Batterie 1. Solche unterschiedlich ausgeführten Temperiereinheiten 3 können auch in Kombination miteinander in einer Batterie 1 zum Einsatz kommen, so dass jegliche Kombination dieser Temperiereinheiten 3 vorstellbar sind.
Ebenso kann von einer Auslegung der Batterie 1 auch abhängen ob für die Batterie 1 und damit alle Zellblöcke 2 eine gemeinsame Temperiereinheit 3 vorgesehen ist oder Gruppen von Zellblöcken 2 eine gemeinsame Temperiereinheit 3 haben oder jeder Zellblock 2 eine eigene Temperiereinheit 3 hat oder sogar einzelne oder alle Zellblöcke 2 jeweils mehrere Temperiereinheiten 3 aufweisen um eine optimale Kühlung und Aufwärmung zu ermöglichen. Hierbei können auch mehrere entsprechend der erfinderischen Idee alternative ausgeführte Temperiereinheiten 3 in einer Batterie 1 zum Einsatz kommen und dabei einzelnen Zellblöcke 2 zusammen oder einzeln temperieren. Hierbei kann dann auch der Kühlmittelfluss zwischen den einzelnen Temperiereinheiten 3 entsprechend der Bedürfnissen der Auslegung der Batterie 1 verbunden werden und damit auch in größeren Strukturen noch einen entsprechende Optimierung der Temperierung zu erreichen.
Bezugszeichenliste

1: Batterie
2: Zellblock
3: Temperiereinheit
4: Kanal
5: Wärmeleitelement
6: Windungsabschnitt
7: Temperiermediumeinlass
8: Temperiermediumauslass
9: Zellblockaufstandsfläche

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102014019074 A1 [0002]
DE 102011109246 A1 [0003]

Claims

Temperiereinheit (3) für eine Batterie (1), umfassend mindestens einen von einem Temperiermedium durchströmten oder durchströmbaren Kanal (4), dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Kanal (4) einen sich in Strömungsrichtung verändernden Querschnitt aufweist.
Temperiereinheit (3) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Querschnitt in Strömungsrichtung verkleinert.
Temperiereinheit (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Veränderung des Querschnitts aus einer Veränderung einer Höhe und/oder einer Breite und/oder eines Durchmessers des mindestens einen Kanals (4) resultiert.
Temperiereinheit (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Kanal (4) an einer Flachseite eines plattenförmigen Elements angeordnet ist oder in dem plattenförmigen Element ausgebildet ist.
Temperiereinheit (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Kanal (4) einen mäanderförmig ausgebildeten Verlauf mit mehreren nebeneinander angeordneten Windungsabschnitten (6) aufweist.
Temperiereinheit (3) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Windungsabschnitt (6) über seinen Verlauf in Strömungsrichtung einen gleichbleibenden Querschnitt oder einen sich in Strömungsrichtung verändernden, insbesondere verkleinernden, Querschnitt aufweist.
Temperiereinheit (3) nach Anspruch 5 oder 6, gekennzeichnet durch zwei Kanäle (4), welche jeweils einen mäanderförmig ausgebildeten Verlauf mit mehreren nebeneinander angeordneten Windungsabschnitten (6) aufweisen.
Temperiereinheit (3) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Kanal (4) sich in Strömungsrichtung mäanderförmig von einem Randbereich bis zu einem mittleren Bereich der Temperiereinheit (3) erstreckt, oder dass einer der Kanäle (4) sich in Strömungsrichtung mäanderförmig von einem Randbereich bis zum mittleren Bereich der Temperiereinheit (3) erstreckt und der andere Kanals (4) sich in Strömungsrichtung mäanderförmig vom mittleren Bereich bis zu einem gegenüberliegenden Randbereich der Temperiereinheit (3) erstreckt.