DE102018109420A1 - Temperature control device and method for controlling the temperature of an electric module - Google Patents
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Abstract
Vorgeschlagen wird eine Temperiervorrichtung für ein Elektromodul (20), insbesondere für einen Elektromotor, aufweisend: eine zum im Wesentlichen vollständigen Aufnehmen des Elektromoduls (20), mit Ausnahme von elektrischen Anschlusskontakten und/oder einer Abtriebswelle (20c) desselben, ausgebildete Ummantelung (11), welche Ummantelung (11) einen rohrförmigen Wandabschnitt umfasst; in dem rohrförmigen Wandabschnitt wenigstens einen gewellten Bereich, in dem die Ummantelung (11) eine Mehrzahl von parallel zueinander verlaufenden Wellen (11b) aufweist, welche Wellen (11b) sich, mit Ausnahme ihrer Endabschnitte, quer zu einer Längsachse des rohrförmigen Wandabschnitts erstrecken und an ihren jeweiligen ersten und zweiten Endabschnitten unter stetiger Änderung ihres jeweiligen Verlaufs in einen zugeordneten ersten Verteiler- und Sammelkanal (12.1) oder zweiten Verteiler- und Sammelkanal (12.2) der Ummantelung (11) übergehen; eine Zuleitung (13) für ein Temperierfluid, welche Zuleitung (13) in den ersten Verteiler- und Sammelkanal (12.1) mündet; und eine Ableitung (14) für das Temperierfluid, welche Ableitung (14) aus dem zweiten Verteiler- und Sammelkanal (12.2) ausgeleitet oder abgezweigt ist. Weiterhin vorgeschlagen wird ein Verfahren zum Temperieren eines solchen Elektromoduls (20) mit einer solchen Temperiervorrichtung, bei dem ein Temperierfluid, vorzugsweise Wasser, optional mit Zusatzstoffen, ein Öl oder ein Dielektrikum über die Zuleitung (13) durch die Wellen in dem gewellten Bereich des rohrförmigen Wandabschnitts zu der Ableitung (14) geleitet wird.A tempering device is proposed for an electric module (20), in particular for an electric motor, comprising: a casing (11) designed to substantially completely accommodate the electric module (20), with the exception of electrical connection contacts and / or an output shaft (20c) thereof which casing (11) comprises a tubular wall portion; in the tubular wall portion, at least one corrugated portion in which the sheath (11) has a plurality of parallel shafts (11b) which shafts (11b) extend, except at their end portions, transversely to a longitudinal axis of the tubular wall portion their respective first and second end portions with continuous change of their respective course in an associated first distribution and collection channel (12.1) or second distribution and collection channel (12.2) of the casing (11) pass over; a supply line (13) for a tempering fluid, which supply line (13) opens into the first distribution and collection channel (12.1); and a discharge (14) for the tempering, which discharge (14) from the second distribution and collection channel (12.2) is discharged or branched off. Further proposed is a method for controlling the temperature of such an electric module (20) with such a tempering, wherein a tempering fluid, preferably water, optionally with additives, an oil or a dielectric via the feed line (13) through the waves in the corrugated region of the tubular Wall section is led to the discharge (14).
Description
Die Erfindung betrifft eine Temperiervorrichtung für ein Elektromodul, insbesondere für ein Batteriemodul oder für einen Elektromotor, gemäß Anspruch 1.The invention relates to a temperature control device for an electric module, in particular for a battery module or for an electric motor, according to
Außerdem betrifft die Erfindung ein Elektromodul, insbesondere Batteriemodul oder Elektromotor, mit einer erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung gemäß Anspruch 17.Moreover, the invention relates to an electric module, in particular battery module or electric motor, with a tempering device according to the invention according to claim 17.
Weiterhin betrifft die Erfindung eine Anordnung aus wenigstens zwei oder drei Elektromodulen mit einer erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung gemäß Anspruch 25 oder Anspruch 26.Furthermore, the invention relates to an arrangement of at least two or three electric modules with a tempering device according to the invention according to claim 25 or claim 26.
Schließlich betrifft die Erfindung ein Verfahren gemäß Anspruch 27 zum Temperieren eines Elektromoduls, insbesondere eines Batteriemoduls oder eines Elektromotors, unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung.Finally, the invention relates to a method according to claim 27 for tempering an electric module, in particular a battery module or an electric motor, using a temperature control device according to the invention.
Aus der
Bei dem vorstehend beschriebenen Stand der Technik hat sich als nachteilig erwiesen, dass - im Falle einer Kühlanwendung - abzuführende Wärme teilweise durch Wandungen des Wickelschlauchs treten muss, welche Wandung abschnittsweise sogar doppellagig ausgebildet ist. Aufgrund der erforderlichen mehrteiligen Lösung mit Außenrohr ergibt sich ein relativ hoher Material- und Kostenaufwand. Außerdem kommt es aufgrund der Tatsache, dass die Strömungsführung über einen einzigen, langen Strömungskanal erfolgt, zu relativ hohen Druckverlusten.In the prior art described above has proved to be disadvantageous that - in the case of a cooling application - dissipated heat must pass through walls of the winding tube partially, which wall is formed in sections even double-layered. Due to the required multi-part solution with outer tube results in a relatively high material and cost. In addition, due to the fact that the flow guidance takes place via a single, long flow channel, relatively high pressure losses occur.
In
Um den angesprochenen Nachteilen zu begegnen, kann die Temperiervorrichtung gemäß
Um bestimmte Nachteile der Ausgestaltung gemäß
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Temperiervorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, durch ein Elektromodul mit den Merkmalen des Anspruchs 14, durch eine Anordnung von Elektromodulen mit Temperiervorrichtung gemäß Anspruch 15 oder Anspruch 16 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 17.This object is achieved by a tempering with the features of
Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Idee sind Gegenstand von Unteransprüchen.Advantageous developments of the idea according to the invention are the subject of dependent claims.
Eine erfindungsgemäße Temperiervorrichtung für ein Elektromodul, insbesondere für ein Batteriemodul oder für einen Elektromotor, weist auf: eine zum im Wesentlichen vollständigen Aufnehmen des Elektromoduls, mit Ausnahme von elektrischen Anschlusskontakten und/oder einer Abtriebswelle desselben, ausgebildete Ummantelung, welche Ummantelung einen rohrförmigen Wandabschnitt umfasst; in dem rohrförmigen Wandabschnitt wenigstens einen gewellten Bereich, in dem die Ummantelung eine Mehrzahl von parallel zueinander verlaufenden Wellen aufweist, welche Wellen sich, mit Ausnahme ihrer Endabschnitte, quer zu einer Längsachse des rohrförmigen Wandabschnitts erstrecken und an ihren jeweiligen ersten und zweiten Endabschnitten unter stetiger Änderung ihres jeweiligen Verlaufs in einen zugeordneten ersten Verteiler- und Sammelkanal oder zweiten Verteiler- und Sammelkanal der Ummantelung übergehen; eine Zuleitung für ein Temperierfluid, welche Zuleitung in den ersten Verteiler- und Sammelkanal mündet; und eine Ableitung für das Temperierfluid, welche Ableitung aus dem zweiten Verteiler- und Sammelkanal ausgeleitet oder abgezweigt ist.A tempering device according to the invention for an electric module, in particular for a battery module or for an electric motor, comprises: a casing designed to substantially completely accommodate the electric module, with the exception of electrical connection contacts and / or an output shaft thereof, which casing comprises a tubular wall section; in the tubular wall portion, at least one corrugated portion in which the sheath has a plurality of shafts parallel to each other, which shafts, except for their end portions, extend transversely to a longitudinal axis of the tubular wall portion and at their respective first and second end portions with continuous change their respective course in an associated first distribution and collection channel or second distribution and collection channel of the casing go over; a supply line for a tempering fluid, which feed line opens into the first distribution and collection channel; and a derivative of the tempering fluid, which derivative is discharged or branched off from the second distribution and collection channel.
Vorliegend bezeichnet der Begriff „Elektromodul“ allgemein einen zu temperierenden Körper, der mit elektrischer Energie versorgt wird oder solche zur Verfügung stellt und der entsprechend über elektrische Anschlusskontakte (Klemmen) verfügt. Im Falle eines Elektromotors kann zudem noch eine Abtriebswelle vorhanden sein.In the present case, the term "electric module" generally refers to a body to be tempered, which is supplied with or provides electrical energy and which accordingly has electrical connection contacts (terminals). In the case of an electric motor, an output shaft may also be present.
Die Verteiler- und Sammelkanäle können bevorzugt als Glattrohrbereiche ausgebildet sein, in denen die Ummantelung folglich gar keine Wellung aufweist. Dies ist aus Gründen der Strömungsführung vorteilhaft; allerdings ist die Erfindung nicht auf eine solche Ausgestaltung beschränkt.The distributor and collecting channels can preferably be designed as smooth tube regions, in which the sheath consequently does not have any corrugation. This is advantageous for reasons of flow guidance; however, the invention is not limited to such embodiment.
Eine erfindungsgemäße Temperiervorrichtung dient zum im Wesentlichen vollständigen Aufnehmen eines solchen Elektromoduls. In diesem Zusammenhang bedeutet „im Wesentlichen vollständig“, dass zumindest die genannten elektrischen Anschlusskontakte und/oder die Abtriebswelle des Elektromoduls aus der Ummantelung herausragen können, um insbesondere elektrische Anschlussleitungen anzubringen bzw. die erzeugte Antriebskraft des Elektromotors nutzbar zu machen. Die genannte Ummantelung umfasst einen rohrförmigen Wandabschnitt, was bedeutet, dass dieser Wandabschnitt umfänglich geschlossen ausgebildet ist. In dem rohrförmigen Wandabschnitt befindet sich wenigstens ein gewellter Bereich, in dem die Ummantelung eine Mehrzahl von parallel zueinander verlaufenden Wellen aufweist. Derartige Ausgestaltungen sind beispielsweise von Bälgen oder Wellrohren bzw. Wellschläuchen bekannt. Die genannten Wellen erstrecken sich, mit Ausnahme ihrer Endabschnitte, quer zu einer Längsachse des rohrförmigen Wandabschnitts. An den genannten Endabschnitten gehen die Wellen unter stetiger Änderung ihres jeweiligen Verlaufs in einen zugeordneten Verteiler- und Sammelkanal (ohne Wellen) der Ummantelung über. In diesem Zusammenhang bedeutet der Begriff „unter stetiger Änderung“, dass nur eine allmähliche Änderung des Wellenverlaufs von der genannten Erstreckung quer zur Längsachse des rohrförmigen Wandabschnitts in den Verteiler- und Sammelkanal hinein erfolgt. Hierdurch soll eine Wirbelbildung vermieden werden, was Druckverluste begrenzt und die Temperierwirkung verbessert. Weiter umfasst die erfindungsgemäße Temperiervorrichtung noch eine Zuleitung für ein Temperierfluid, welche Zuleitung in den ersten Verteiler- und Sammelkanal mündet. Schließlich ist noch eine Ableitung für das Temperierfluid vorhanden, welche Abzweigung aus dem zweiten Verteiler- und Sammelkanal ausgeleitet oder abgezweigt ist. Das Temperierfluid gelangt somit über die Zuleitung in den ersten Verteiler- und Sammelkanal und wird von dort auf die parallel zueinander verlaufenden Wellen verteilt. Nach paralleler Durchströmung dieser Wellen gelangt das Temperierfluid in den zweiten Verteiler- und Sammelkanal und von dort in die genannte Ableitung. Auf diese Weise ergibt sich eine Massenstromaufteilung für das Temperierfluid, welches durch die parallel geschalteten Wellen geleitet wird. Das Ergebnis sind ein geringerer Druckverlust und eine gleichmäßigere Temperierwirkung.A tempering device according to the invention serves for substantially complete reception of such an electric module. In this context, "essentially completely" means that at least the said electrical connection contacts and / or the output shaft of the electric module can protrude out of the casing, in order in particular to attach electrical connecting lines or to make use of the generated driving force of the electric motor. Said casing comprises a tubular wall portion, which means that this wall portion is formed circumferentially closed. In the tubular wall section is at least one corrugated region in which the sheath has a plurality of parallel to each other extending waves. Such embodiments are known for example from bellows or corrugated pipes or corrugated hoses. The said shafts extend, with the exception of their end portions, transversely to a longitudinal axis of the tubular wall portion. At the end sections mentioned, the shafts, with a constant change in their course, merge into an associated distributor and collecting channel (without shafts) of the sheathing. In this context, the term "under constant change" means that only a gradual change of the wave path from said extension transversely to the longitudinal axis of the tubular wall portion into the distribution and collection channel takes place. As a result, a vortex formation should be avoided, which limits pressure losses and improves the tempering. Furthermore, the tempering device according to the invention also comprises a supply line for a tempering fluid, which supply line opens into the first distribution and collection channel. Finally, there is a discharge for the tempering, which branch is discharged or branched from the second distribution and collection channel. The tempering fluid thus passes through the supply line in the first distribution and collection channel and is distributed from there to the mutually parallel waves. After parallel flow through these waves, the tempering enters the second distribution and collection channel and from there into the said derivative. In this way, there is a mass flow distribution for the tempering fluid, which is passed through the shafts connected in parallel. The result is a lower pressure loss and a more uniform tempering effect.
Aufgrund der Ähnlichkeit der erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung mit einem als solchem bekannten (Metall-)Balg lässt sich die erfindungsgemäße Lösung auch als „Kühlbalg“ oder allgemein „Temperierbalg“ bezeichnen. Da die zu seiner Herstellung erforderlichen Maschinen und Prozesse bekannt sind, ergibt sich zudem eine einfache und folglich kostengünstige Herstellbarkeit. Eine zusätzliche äußere Abdichtung ist nicht erforderlich. Due to the similarity of the temperature control device according to the invention with a (metal) bellows known as such, the solution according to the invention can also be referred to as "cooling bellows" or generally "tempering bellows". Since the machines and processes required for its production are known, there is also a simple and consequently inexpensive manufacturability. An additional outer seal is not required.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Temperieren eines Elektromoduls, insbesondere eines Batteriemoduls oder eines Elektromotors, mit einer erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung, beinhaltet, dass ein Temperierfluid, vorzugsweise Wasser, optional mit Zusatzstoffen, ein Öl oder ein Dielektrikum, beispielsweise 3M™ Novec™ High-Tech Flüssigkeiten, über eine Zuleitung durch die Wellen in dem gewellten Bereich des rohrförmigen Wandabschnitts zu der Ableitung geleitet wird. Dabei erfolgt im Bereich der Wellen eine parallele Strömungsführung des Temperierfluids, wie bereits erwähnt.An inventive method for controlling the temperature of an electric module, in particular a battery module or an electric motor, with a tempering device according to the invention, that a tempering fluid, preferably water, optionally with additives, an oil or a dielectric, such as 3M ™ Novec ™ high-tech fluids over a supply line is guided by the waves in the corrugated region of the tubular wall portion to the discharge. In the course of the waves, a parallel flow guidance of the tempering fluid takes place, as already mentioned.
Gemäß einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung ist vorgesehen, dass eine Hauptströmungsrichtung des Temperierfluids in dem ersten Verteiler- und Sammelkanal im Bereich der Zuleitung und/oder in dem zweiten Verteiler- und Sammelkanal im Bereich der Ableitung im Wesentlichen parallel zu der Längsachse des rohrförmigen Wandabschnitts ist. Auf diese Weise kann das Temperierfluid achsparallel unter entsprechender Bauraumreduzierung in den ersten Verteiler- und Sammelkanal eingeleitet bzw. aus dem zweiten Verteiler- und Sammelkanal ausgeleitet werden.According to a development of the tempering device according to the invention, it is provided that a main flow direction of the tempering fluid in the first distribution and collection channel in the region of the supply line and / or in the second distribution and collection channel in the region of the discharge is substantially parallel to the longitudinal axis of the tubular wall portion. In this way, the tempering fluid can be introduced axially parallel with a corresponding reduction in space in the first distribution and collection channel or discharged from the second distribution and collection channel.
Entsprechend kann bei einer anderen Weiterbildung der erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung vorgesehen sein, dass die Zuleitung und/oder die Ableitung im Wesentlichen parallel zu der Längsachse des rohrförmigen Wandabschnitts orientiert ist bzw. sind.Accordingly, in another development of the temperature control device according to the invention can be provided that the supply line and / or the discharge is oriented substantially parallel to the longitudinal axis of the tubular wall portion or are.
Gemäß einer noch anderen Weiterbildung der erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung kann vorgesehen sein, dass der rohrförmige Wandabschnitt zwei vorzugsweise einander diametral gegenüberliegende gewellte Bereiche und zwei vorzugsweise einander diametral gegenüberliegende Verteiler- und Sammelkanäle aufweist. Hierdurch lässt sich eine gegenüber dem Umfang des Elektromoduls möglichst gleichmäßige Kühlwirkung erreichen. Die Erfindung ist jedoch keinesfalls auf derartige Ausgestaltungen beschränkt: beispielsweise kann es vorteilhaft sein, die Verteiler- und Sammelkanäle nicht einander diametral gegenüberliegend, sondern gemeinsam auf einer Seite des Elektromoduls anzuordnen. Die Wellen auf der einen Seite des Elektromoduls sind dann deutlich länger als die Wellen auf der anderen Seite des Elektromoduls. Somit kann die Temperierwirkung gezielt beeinflusst werden. Beispielsweise kann die Leistungselektronik eines Elektromotors im Bereich der kürzeren Wellen angeordnet sein, um gezielt die dortige Temperierwirkung zu optimieren.According to yet another embodiment of the temperature control device according to the invention can be provided that the tubular wall portion has two preferably diametrically opposed corrugated areas and two preferably diametrically opposite distribution and collection channels. As a result, it is possible to achieve a cooling effect which is as uniform as possible relative to the circumference of the electric module. However, the invention is in no way limited to such embodiments: for example, it may be advantageous not to arrange the distribution and collection channels diametrically opposite each other but together on one side of the electric module. The waves on one side of the electric module are then significantly longer than the waves on the other side of the electric module. Thus, the tempering effect can be specifically influenced. For example, the power electronics of an electric motor can be arranged in the region of the shorter waves in order to optimize the local temperature control in a targeted manner.
Eine wieder andere Weiterbildung der erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung sieht vor, dass der rohrförmige Wandabschnitt einen runden, speziell kreisrunden, oder einen ovalen Querschnitt aufweist und vorzugsweise entweder einstückig ausgebildet oder aus wenigstens zwei Halbschalen zusammengesetzt ist. Dabei können die beiden Halbschalen durch stoffschlüssiges Verbinden in den Verteiler- und Sammelkanälen zusammengesetzt sein. Der angesprochene runde, speziell kreisrunde oder ovale Querschnitt der Temperiervorrichtung eignet sich gut zur Aufnahme von rotationssymmetrischen Körpern oder von sogenannten Prismazellen (prismatischen Zellen), was eine gängige Geometrie derzeit verwendeter Batteriezellen oder Batteriemodule im Bereich der Elektromobilität beschreibt. Wenn der rohrförmige Wandabschnitt aus Halbschalen zusammengesetzt ist, können diese als einfache Tiefziehteile besonders kostengünstig hergestellt werden.Yet another refinement of the tempering device according to the invention provides that the tubular wall section has a round, especially circular, or an oval cross section and is preferably formed either in one piece or composed of at least two half shells. In this case, the two half-shells can be composed by cohesive connection in the distribution and collection channels. The mentioned round, especially circular or oval cross-section of the tempering device is well suited for receiving rotationally symmetrical bodies or so-called prismatic cells (prismatic cells), which describes a common geometry of currently used battery cells or battery modules in the field of electromobility. If the tubular wall section is composed of half-shells, these can be produced particularly cost-effectively as simple deep-drawn parts.
Eine bestimmte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung sieht vor, dass die Zuleitung und die Ableitung an einem gemeinsamen Ende des rohrförmigen Wandabschnitts angeordnet sind. Dies kann insbesondere eine besonders einfache Anschließbarkeit der Temperiervorrichtung bewirken.A specific development of the tempering device according to the invention provides that the supply line and the discharge line are arranged at a common end of the tubular wall section. This can in particular cause a particularly easy connectability of the temperature control.
Bei einer anderen Weiterbildung der erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung ist jedoch vorgesehen, dass die Zuleitung und die Ableitung an verschiedenen Enden des rohrförmigen Wandabschnitts angeordnet sind. Hierdurch lässt sich eine homogenere Temperierwirkung erreichen.In another development of the tempering device according to the invention, however, it is provided that the supply line and the discharge line are arranged at different ends of the tubular wall section. As a result, a more homogeneous tempering effect can be achieved.
Bei einer wieder anderen Weiterbildung der erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung kann dagegen vorgesehen sein, dass die Zuleitung und/oder die Ableitung in einem mittleren Bereich des rohrförmigen Wandabschnitts bezogen auf eine Längserstreckung desselben angeordnet ist bzw. sind. Auch hierdurch lässt sich die Temperierwirkung gezielt beeinflussen.In another embodiment of the tempering device according to the invention, on the other hand, provision may be made for the supply line and / or the discharge line to be arranged in a middle region of the tubular wall section with respect to a longitudinal extent thereof. This also makes it possible to specifically influence the tempering effect.
Bei noch einer Weiterbildung dieser zuletzt genannten Variante der erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung kann vorgesehen sein, dass die Zuleitung und/oder die Ableitung fächerförmig zu dem ersten Verteiler- und Sammelkanal bzw. zu dem zweiten Verteiler- und Sammelkanal der Ummantelung hin aufgeweitet sind und in die Wellen übergehen. Auch hierdurch lässt sich über die Strömungsverhältnisse die Temperierwirkung gezielt beeinflussen.In a further development of this last-mentioned variant of the temperature control device according to the invention can be provided that the supply and / or the derivative are fan-shaped expanded to the first distribution and collection channel or to the second distribution and collection channel of the jacket and go into the waves , As a result, the temperature control effect can be influenced in a targeted manner via the flow conditions.
In Weiterbildung der erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung kann weiterhin vorgesehen sein, dass die Zuleitung und die Ableitung bei etwa einer gleichen Umfangsposition des rohrförmigen Wandabschnitts und, bezogen auf eine Längserstreckung desselben, versetzt angeordnet sind. Dies schafft eine bevorzugte Anschlusskonfiguration. In a further development of the tempering device according to the invention, it can further be provided that the supply line and the discharge line are arranged offset at approximately the same circumferential position of the tubular wall section and, relative to a longitudinal extent thereof. This creates a preferred port configuration.
In Weiterbildung dieser zuletzt genannten Variante der erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung kann auch vorgesehen sein, dass eine Trennlinie zwischen dem ersten Verteiler- und Sammelkanal und dem zweiten Verteiler- und Sammelkanal zwischen Zuleitung und Ableitung gebogen verläuft, vorzugsweise etwa S-förmig, wobei der betreffende Verteiler- und Sammelkanal entlang der Trennlinie verläuft und einen zu der Zuleitung bzw. Ableitung hin sich verändernden Querschnitt aufweist. Beispielsweise kann sich der Querschnitt zur Zu- bzw. Ableitung hin abflachen und/oder verbreitern, während er sich in der Gegenrichtung aufsteilt und/oder verschmälert. Auch auf diese Weise lässt sich über die Strömungsverhältnisse die Temperierwirkung gezielt beeinflussen.In a further development of this last-mentioned variant of the temperature control device according to the invention can also be provided that a dividing line between the first distribution and collection channel and the second distribution and collection channel between supply and discharge is bent, preferably approximately S-shaped, with the relevant distribution and Collecting channel runs along the dividing line and has a to the supply line or discharge towards changing cross-section. For example, the cross-section may flatten and / or broaden towards the inlet and outlet, while it is splitting and / or narrowing in the opposite direction. In this way, the temperature control effect can be influenced in a targeted manner via the flow conditions.
Um die Temperierwirkung noch weiter zu verbessern, kann bei einer wieder anderen Weiterbildung der erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung vorgesehen sein, dass die Ummantelung einen den rohrförmigen Wandabschnitt zumindest auf einer Stirnseite, vorzugsweise mit Ausnahme einer Durchführung von elektrischen Anschlusskontakten oder einer Abtriebswelle, verschließenden Stirnwandabschnitt aufweist. Dieser Stirnwandabschnitt kann wenigstens einen weiteren gewellten Bereich umfassen, in dem die Ummantelung eine Mehrzahl von parallel zueinander verlaufenden stirnseitigen Wellen aufweist. Diese stirnseitigen Wellen können sich quer zu einer Längsachse des rohrförmigen Wandabschnitts erstrecken und an ihren jeweiligen ersten und zweiten Endabschnitten in den jeweils zugeordneten ersten Verteiler- und Sammelkanal oder zweiten Verteiler- und Sammelkanal übergehen. Auf diese Weise wird die erfindungsgemäße Temperiervorrichtung um stirnseitige Temperiereinrichtungen ergänzt, die im Wesentlichen analog zu der Temperiereinrichtung in dem rohrförmigen Wandabschnitt ausgebildet sind, um die Temperierwirkung weiter zu verbessern. In order to further improve the tempering effect, in another development of the tempering device according to the invention, it can be provided that the casing has an end wall section closing off the tubular wall section at least on one end side, preferably with the exception of a passage of electrical connection contacts or an output shaft. This end wall section may comprise at least one further corrugated region, in which the sheath has a plurality of end-side shafts running parallel to one another. These end-side shafts may extend transversely to a longitudinal axis of the tubular wall portion and merge at their respective first and second end portions in the respectively associated first distribution and collection channel or second distribution and collection channel. In this way, the tempering device according to the invention is supplemented by end-side tempering, which are formed substantially in analogy to the tempering in the tubular wall portion in order to further improve the tempering.
Um eine möglichst platzsparende Anordnung der erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung zu ermöglichen, sieht eine andere Weiterbildung derselben vor, dass der gewellte Bereich derart ausgebildet ist, dass Wellenberge des gewellten Bereichs in Wellentälern eines gleich ausgebildeten gewellten Bereichs aufnehmbar sind, wobei sich die jeweiligen Wellenberge und Wellentäler vorzugsweise vollflächig berühren, um eine enge Anordnung zu ermöglichen. Auf diese Weise können zwei entsprechend ausgestaltete erfindungsgemäße Temperiervorrichtungen eng benachbart (quasi verzahnt) angeordnet werden, indem sie im Bereich ihrer Wellenberge und Wellentäler quasi ineinander gesteckt werden.In order to enable the most space-saving arrangement of temperature control device according to the invention, another embodiment provides that the corrugated region is formed such that wave crests of the corrugated region in wave troughs of a same corrugated area can be accommodated, with the respective wave crests and troughs preferably over the entire surface Touch to allow a close arrangement. In this way, two suitably designed temperature control according to the invention can be arranged closely adjacent (quasi-toothed) by quasi nesting in the region of their wave crests and wave troughs.
Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, die erfindungsgemäße Temperiervorrichtung derart weiterzubilden, dass davon zwei verschieden ausgebildete Varianten existieren, die sich im Wesentlichen nur hinsichtlich einer axialen Position des gewellten Bereichs oder der gewellten Bereiche voneinander unterscheiden. Vorzugsweise ist dabei der gewellte Bereich gemäß der einen Variante gerade um eine halbe Wellenlänge gegenüber dem gewellten Bereich gemäß der anderen Variante verschoben. Wenn eine Temperiervorrichtung gemäß der ersten Variante und eine Temperiervorrichtung gemäß der zweiten Variante mit ihren Wellenbergen und ihren Wellentälern zusammengesteckt werden, wie vorstehend beschrieben, kann hierdurch der genannte Versatz hinsichtlich der axialen Position der gewellten Bereiche gerade ausgeglichen werden, sodass - bei gleicher Gesamtlänge - keine der beiden Temperiervorrichtungen in axialer Richtung gegenüber der anderen hervorsteht. Dies trägt wiederum zu einer äußerst kompakten Bauraumausnutzung bei, die insbesondere im Automobilbereich eine große Rolle spielt. Wird der Kühlbalg bei einer anderen speziellen Weiterbildung derart gestaltet, dass die Wellen unsymmetrisch sind, kann eine und dasselbe Teil wechselseitig verbaut werden. Der wechselseitige Verbau benötigt nur zwei gleiche Teile im Vergleich zu sonst zwei unterschiedlichen, was die Produktion vereinfacht.It has proved to be particularly advantageous to further develop the tempering device according to the invention in such a way that two different variants thereof exist, which essentially differ from one another only with respect to an axial position of the corrugated region or the corrugated regions. In this case, the corrugated region according to one variant is preferably displaced by half a wavelength with respect to the corrugated region according to the other variant. If a tempering device according to the first variant and a tempering device according to the second variant are plugged together with their wave crests and their troughs, as described above, this offset can be compensated with respect to the axial position of the corrugated areas just so that - with the same overall length - no the two tempering protrudes in the axial direction relative to the other. This in turn contributes to an extremely compact space utilization, which plays a major role especially in the automotive sector. If the cooling bellows designed in another special development such that the waves are asymmetrical, one and the same part can be installed reciprocally. The two-way construction requires only two equal parts compared to two different ones, which simplifies production.
Eine wieder andere Weiterbildung der erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung sieht entsprechend vor, dass wenigstens jeweils ein Exemplar der beiden verschieden ausgebildeten Varianten vorgesehen ist, die derart benachbart angeordnet sind, dass Wellenberge des gewellten Bereichs der einen Variante mit Wellentälern des gewellten Bereichs der anderen Variante im Eingriff befindlich sind. Auf die hierdurch erreichbaren Vorteile wurde vorstehend bereits hingewiesen.Yet another refinement of the tempering device according to the invention provides accordingly that at least one copy each of the two differently configured variants is provided, which are arranged adjacent to one another such that wave crests of the wavy region of one variant with wave troughs of the corrugated region of the other variant are engaged , The achievable advantages have already been mentioned above.
Bei nochmaliger Weiterbildung einer erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung, deren rohrförmiger Wandabschnitt zwei vorzugsweise einander diametral gegenüberliegende gewellte Bereiche und zwei vorzugsweise einander diametral gegenüberliegende Verteiler- und Sammelkanäle aufweist, kann noch vorgesehen sein, dass wenigstens zwei rohrförmige Wandabschnitte parallel und mit seitlichem Abstand zueinander angeordnet und in den Verteiler- und Sammelkanälen jeweils fluiddicht miteinander verbunden sind. Dies kann beispielsweise dadurch entstehen, dass ein entsprechendes Verbindungsteil (beispielsweise ein Blech) stoffschlüssig von außen in den genannten Verteiler- und Sammelkanälen angebunden wird. Auf diese Weise entsteht zwischen den beiden rohrförmigen Wandabschnitten ein weiterer rohrförmiger Leitungsabschnitt zum Aufnehmen eines Elektromoduls, wiederum mit Ausnahme von elektrischen Anschlusskontakten oder einer Antriebswelle desselben. Durch geschicktes Verbinden zweier voneinander beabstandeter Temperiervorrichtungen wird also in einem Bereich zwischen diesen Temperiervorrichtungen eine weitere Temperiervorrichtung bereitgestellt, sodass sich eine äußerst kompakte Anordnung zur Aufnahme einer Vielzahl von Elektromodulen ergibt.In a further development of a tempering device according to the invention, the tubular wall portion has two preferably diametrically opposed corrugated areas and two preferably diametrically opposed distribution and collection channels, can still be provided that at least two tubular wall sections arranged parallel to each other with a lateral distance and in the manifold - And collecting channels are each fluid-tightly interconnected. This can for example arise from the fact that a corresponding connection part (for example, a metal sheet) is materially connected from the outside in said distribution and collection channels. In this way arises between the two tubular wall sections another tubular line section for receiving an electric module, in turn, except for electrical connection contacts or a drive shaft thereof. By cleverly connecting two spaced-apart temperature control devices, a further temperature control device is thus provided in a region between these temperature control devices, so that an extremely compact arrangement results for accommodating a multiplicity of electric modules.
Gemäß einem anderen Aspekt betrifft die Erfindung auch ein Elektromodul, insbesondere ein Batteriemodul oder einen Elektromotor, mit einer erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung. Das Elektromodul ist in dem rohrförmigen Wandabschnitt oder einem der rohrförmigen Wandabschnitte oder dem weiteren rohrförmigen Leitungsabschnitt aufgenommen und kann dabei zumindest in dem gewellten Bereich und/oder in dem weiteren gewellten Bereich (wie weiter oben definiert) an dem betreffenden rohrförmigen Wandabschnitt anliegen. Um insbesondere einen Massenstromschlupf des Temperiermediums zu verhindern und um außerdem eine Versteifung des aufgenommenen Elektromoduls zu bewirken, kann zusätzlich noch vorgesehen sein, dass das Elektromodul und die Temperiervorrichtung fest miteinander verbunden sind, insbesondere durch stoffschlüssiges Verbindung im Bereich von Wellentälern in dem gewellten Bereich und/oder in dem weiteren gewellten Bereich. Hierdurch kann bei Batteriezellen einer Verformung durch chemische und thermische Einflüsse entgegengewirkt werden.According to another aspect, the invention also relates to an electric module, in particular a battery module or an electric motor, with a temperature control device according to the invention. The electric module is accommodated in the tubular wall section or one of the tubular wall sections or the further tubular line section and can rest against the respective tubular wall section at least in the corrugated area and / or in the further corrugated area (as defined above). In order in particular to prevent mass flow slippage of the temperature control medium and also to effect stiffening of the accommodated electric module, it may additionally be provided that the electric module and the temperature control device are firmly connected to each other, in particular by cohesive connection in the region of wave troughs in the corrugated region and / or in the further corrugated area. This can be counteracted in battery cells deformation by chemical and thermal influences.
Eine erste Weiterbildung des erfindungsgemäßen Elektromoduls, vorzugsweise in Form eines Elektromotors, umfasst ein hülsenförmiges, insbesondere im Wesentlichen gerades, kreiszylindrisches Modulgehäuse, welches Modulgehäuse endständig auf wenigstens einer Seite, vorzugsweise beidseitig, mittels einer Deckelplatte oder eines Lagerschildes verschlossen ist, wobei außen an dem Modulgehäuse die Temperiervorrichtung angeordnet ist und wobei das Modulgehäuse, die Deckelplatte bzw. der Lagerschild und die Ummantelung der Temperiervorrichtung gemeinsam fluiddicht miteinander verbunden sind, insbesondere stoffschlüssig und/oder kraftschlüssig. So ergibt sich eine fertigungstechnisch günstige Gesamtanordnung.A first development of the electric module according to the invention, preferably in the form of an electric motor, comprises a sleeve-shaped, in particular substantially straight, circular-cylindrical module housing, which module housing is closed on at least one side, preferably on both sides, by means of a cover plate or a bearing plate, wherein on the outside of the module housing the temperature control device is arranged and wherein the module housing, the cover plate or the bearing plate and the jacket of the temperature control device are connected together in a fluid-tight manner, in particular cohesively and / or non-positively. This results in a manufacturing technology favorable overall arrangement.
Gemäß einer anderen Weiterbildung des erfindungsgemäßen Elektromoduls kann vorgesehen sein, dass die Deckelplatte bzw. der Lagerschild einen umlaufenden axialen Vorsprung aufweist, mit dem sie/er das Modulgehäuse und die Ummantelung radial übergreift. Der Vorsprung kann als Axialanschlag für den Stator eines Elektromotors dienen.According to another development of the electric module according to the invention can be provided that the cover plate or the bearing plate has a circumferential axial projection with which he / he radially overlaps the module housing and the jacket. The projection can serve as an axial stop for the stator of an electric motor.
Gemäß noch einer anderen Weiterbildung des erfindungsgemäßen Elektromoduls kann vorgesehen sein, dass die Deckelplatte bzw. der Lagerschild zur Montage von Stator und/oder Rotor eines Elektromotors geteilt oder teilbar ausgebildet ist, vorzugsweise in einen äußeren Deckelteil/Lagerschildteil (Ringteil) und einen (abnehmbaren) inneren Deckelteil/Lagerschildteil.According to yet another development of the inventive electric module can be provided that the cover plate or the bearing plate for mounting stator and / or rotor of an electric motor divided or divisible, preferably in an outer cover part / bearing plate part (ring member) and a (removable) inner cover part / bearing plate part.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Elektromoduls kann vorgesehen sein, dass die Deckelplatte bzw. der Lagerschild als Lagerschale zum Lagern einer Abtriebswelle oder dgl. ausgebildet ist oder mit einer solchen Lagerschale verbunden ist, vorzugsweise stoffschlüssig. Hierdurch ergibt sich eine platz- und kostengünstige Funktionsintegration.According to a preferred embodiment of the inventive electric module can be provided that the cover plate or the bearing plate is designed as a bearing shell for supporting an output shaft or the like., Or is connected to such a bearing shell, preferably cohesively. This results in a space and cost functional integration.
Gemäß einer anderen bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Elektromoduls kann vorgesehen sein, dass das Modulgehäuse aus Aluminium oder Stahl hergestellt ist, vorzugsweise in einem Tiefziehverfahren, um eine einfache und kostengünstige Fertigung zu ermöglichen.According to another preferred development of the electric module according to the invention can be provided that the module housing is made of aluminum or steel, preferably in a thermoforming process to allow a simple and cost-effective production.
Gemäß noch einer anderen bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Elektromoduls kann vorgesehen sein, dass die Deckelplatte bzw. der Lagerschild und/oder die Lagerschale als Guss- oder Schmiedeteil ausgebildet ist. Hierbei kann in einem einzigen Fertigungsschritt die fluiddichte Verbindung von Temperiervorrichtung, Modulgehäuse und Deckelplatte bzw. Lagerschild erfolgen, z.B. durch Reibrührschweißen oder dgl.According to yet another preferred development of the electric module according to the invention can be provided that the cover plate or the bearing plate and / or the bearing shell is formed as a cast or forged part. This can be done in a single manufacturing step, the fluid-tight connection of temperature control, module housing and cover plate or end shield, e.g. by friction stir welding or the like
Als äußerst vorteilhaft hat sich eine Anordnung aus wenigstens zwei Elektromodulen mit einer Temperiervorrichtung erwiesen, welche Temperiervorrichtung wenigstens jeweils ein Exemplar der beiden verschieden ausgebildeten Varianten umfasst, die wie oben definiert benachbart und in Eingriff befindlich angeordnet sind, bei der in jedem Exemplar der beiden verschieden ausgebildeten Varianten jeweils ein Elektromodul angeordnet ist.To be extremely advantageous, an arrangement of at least two electric modules has proven with a tempering, which tempering at least each includes a copy of the two differently designed variants, which are arranged as defined above adjacent and engaged, in each of the two differently shaped Variants each an electric module is arranged.
Ebenfalls äußerst bevorzugt ist eine Anordnung aus wenigstens drei Elektromodulen mit einer Temperiervorrichtung, bei der zwischen den beiden rohrförmigen Wandabschnitten ein weiterer rohrförmiger Leitungsabschnitt ausgebildet ist, bei der in den beiden rohrförmigen Wandabschnitten und in dem weiteren rohrförmigen Leitungsabschnitt jeweils ein Elektromodul aufgenommen ist.Also highly preferred is an arrangement of at least three electric modules with a tempering, in which between the two tubular wall sections, a further tubular conduit section is formed, in which in each case an electric module is accommodated in the two tubular wall sections and in the further tubular line section.
Weitere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung.
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1 zeigt eine Temperiervorrichtung nach dem Stand der Technik, insbesondere gemäßEP 3 056 847 A1 -
2 zeigt eine erste Weiterbildung des Standes der Technik gemäß1 , die jedoch nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist; -
3 zeigt eine perspektivische Ansicht der Ausgestaltung gemäß2 ; -
4a zeigt eine andere Weiterbildung des Standes der Technik gemäß1 , die ebenfalls nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist; -
4b zeigt eine Variante des Gegenstands aus4a ; -
5 zeigt im Längsschnitt ein Detail einer erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung; -
6 zeigt eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung; -
7 zeigt noch eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung; -
8 zeigt eine andere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung; -
9 zeigt die Temperiervorrichtung aus8 in der Draufsicht; -
10 zeigt eine perspektivische Ansicht der Temperiervorrichtung gemäß8 ; -
11 zeigt ein Detailder Temperiervorrichtung aus 10 ; -
12 zeigt eine Seitenansicht der Temperiervorrichtung aus10 ; -
13 zeigt eine andere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung, speziell bei einer Anwendung zur Kühlung eines Elektromotors; -
14 zeigt eine Darstellung des Strömungsraums bei der Ausgestaltung gemäß13 ; -
15a zeigt eine wieder andere Weiterbildung der erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung; -
15b zeigt eine Variante der erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung aus15a ; -
16 zeigt noch eine andere Weiterbildung der erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung; -
17 zeigt eine andere, spezielle Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung; -
18 zeigt noch eine andere spezielle Weiterbildung der erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung; -
19 zeigt eine Abwandlung der Ausgestaltungen gemäß17 und 18 ; -
20 zeigt im Längsschnitt eine wieder andere Weiterbildung der erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung mit zusätzlicher stirnseitiger Temperierung; -
21 zeigt einen Querschnitt durch dieAusgestaltung gemäß 20 ; -
22 zeigt eine andere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung mit stirnseitiger Temperierung im Längsschnitt; -
23 zeigt einen Querschnitt durch die Anordnung gemäß22 ; -
24 zeigt eine Variante der erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung mit Gegenstromkühlung; -
25a bis25c zeigen Ansichten einer Variante der Ausgestaltung gemäß10 ; -
26 zeigt perspektivisch eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung; -
27 zeigt die Temperiervorrichtung gemäß26 in einer alternativen Darstellungsform; -
28 zeigt eine stirnseitige Ansicht eines Elektromoduls (Elektromotors) mit der Temperiervorrichtung gemäß26 oder27 ; -
29 zeigt einen Längsschnitt durch das Elektromodul gemäß28 mitsamt eines Detailausschnitts; -
30 zeigt eine Seitenansicht eines anderen erfindungsgemäßen Elektromoduls; -
31 zeigtdas Elektromodul aus 30 in einer perspektivischen Ansicht; -
32 zeigt im Schnitt eine Detailvergrößerung des Elektromoduls aus30 ; -
33 zeigt, im Schnitt, ein weiteres erfindungsgemäßes Elektromodul; -
34 zeigt eine erste Detailansicht des Elektromoduls aus33 ; -
35 zeigt eine zweite Detailansicht des Elektromoduls aus33 ; -
36 zeigt im Schnitt ein Detail des Elektromoduls gemäß30 ; und -
37 zeigt eine alternative Ausgestaltung des Elektromoduls gemäß36 .
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1 shows a tempering device according to the prior art, in particular according toEP 3 056 847 A1 -
2 shows a first development of the prior art according to1 which, however, is not the subject of the present invention; -
3 shows a perspective view of the embodiment according to2 ; -
4a shows another development of the prior art according to1 , which is also not the subject of the present invention; -
4b shows a variant of the subject4a ; -
5 shows in longitudinal section a detail of a temperature control device according to the invention; -
6 shows a further embodiment of the temperature control device according to the invention; -
7 shows a still further embodiment of the tempering device according to the invention; -
8th shows another embodiment of the temperature control device according to the invention; -
9 shows the temperature control8th in the plan view; -
10 shows a perspective view of the temperature control according to8th ; -
11 shows a detail of the tempering10 ; -
12 shows a side view of the tempering10 ; -
13 shows another embodiment of the temperature control device according to the invention, especially in an application for cooling an electric motor; -
14 shows a representation of the flow space in the embodiment according to13 ; -
15a shows another development of the tempering device according to the invention again; -
15b shows a variant of the temperature control device according to the invention15a ; -
16 shows yet another development of the temperature control device according to the invention; -
17 shows another, special embodiment of the temperature control device according to the invention; -
18 shows still another specific development of the temperature control device according to the invention; -
19 shows a modification of the embodiments according to17 and18 ; -
20 shows in longitudinal section another development of the tempering device according to the invention with additional frontal temperature control; -
21 shows a cross section through the embodiment according to20 ; -
22 shows another embodiment of the temperature control device according to the invention with frontal temperature control in longitudinal section; -
23 shows a cross section through the arrangement according to22 ; -
24 shows a variant of the temperature control device according to the invention with countercurrent cooling; -
25a to25c show views of a variant of the embodiment according to10 ; -
26 shows in perspective a further embodiment of the temperature control device according to the invention; -
27 shows the temperature control according to26 in an alternative form of representation; -
28 shows an end view of an electric module (electric motor) with the temperature control according to26 or27 ; -
29 shows a longitudinal section through the electric module according to28 together with a detail section; -
30 shows a side view of another electric module according to the invention; -
31 shows theelectric module 30 in a perspective view; -
32 shows on average an enlarged detail of theelectric module 30 ; -
33 shows, in section, another inventive electric module; -
34 shows a first detailed view of the electric module33 ; -
35 shows a second detail view of the electric module33 ; -
36 shows in section a detail of the electric module according to30 ; and -
37 shows an alternative embodiment of the electric module according to36 ,
Eine erste Möglichkeit einer derartigen vorteilhaften Weiterbildung ist in
In
Auch die Ausgestaltung gemäß
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird ein Temperiermedium oder Temperierfluid durch den zwischen Körper-Oberfläche
Die vertikalen punktierten Linien in
Ein bei Bezugszeichen
In
Die genannten zweiten und vierten Elektromodule
Gemäß der Variante in
In
In
Der Stirnwandabschnitt
In
In
Das Modulgehäuse
In
In
In
Details dieser Ausführungsform sind in den
Wesentlich ist, dass gemäß
Gemäß
Gemäß
Schließlich zeigen die
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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