DE102018109421A1 - Temperature control device and method for controlling the temperature of an electric module - Google Patents
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Abstract
Vorgeschlagen wird ein Temperiermodul für ein Elektromodul (20), insbesondere für ein Batteriemodul oder für einen Elektromotor, aufweisend: eine zum im Wesentlichen vollständigen Aufnehmen des Elektromoduls (20), mit Ausnahme von elektrischen Anschlusskontakten (20a, 20b) und/oder einer Abtriebswelle (20c) desselben, ausgebildete Ummantelung (11), welche Ummantelung einen rohrförmigen Wandabschnitt umfasst; in dem rohrförmigen Wandabschnitt wenigstens einen gewellten Bereich (10a), in dem die Ummantelung (11) eine Mehrzahl von parallel zueinander verlaufenden Wellen aufweist, welche Wellen sich im Wesentlichen quer zu einer Längsachse des rohrförmigen Wandabschnitts erstrecken und gemeinsam an wenigstens einem ihren jeweiligen ersten und zweiten Endabschnitte (10d, 10e) in einen zugeordneten Verteiler- und Sammelkanal (12.1, 12.2) der Ummantelung (11) übergehen; wenigstens eine Zuleitung (13) für ein Temperierfluid, welche Zuleitung (13) in den Verteiler- und Sammelkanal (12.1, 12.2) mündet; und eine Ableitung (14) für das Temperierfluid, welche Ableitung (14) aus dem Verteiler- und Sammelkanal (12.1, 12.2) ausgeleitet oder abgezweigt ist; wobei die Ableitung (14) dazu ausgebildet und vorgesehen ist, mit der Zuleitung (13) eines weiteren, im Wesentlichen identischen Temperiermoduls fluidleitend verbunden zu werden. A tempering module is proposed for an electric module (20), in particular for a battery module or for an electric motor, comprising: one for essentially completely accommodating the electric module (20), with the exception of electrical connection contacts (20a, 20b) and / or an output shaft ( 20c) of the same formed shell (11), which shell comprises a tubular wall portion; in the tubular wall portion, at least one corrugated portion (10a) in which the sheath (11) has a plurality of shafts running parallel to each other, which shafts extend substantially transverse to a longitudinal axis of the tubular wall portion and collectively on at least one of their respective first and second end portions (10d, 10e) in an associated distribution and collection channel (12.1, 12.2) of the sheath (11) pass over; at least one supply line (13) for a tempering fluid, which supply line (13) opens into the distribution and collection channel (12.1, 12.2); and a discharge (14) for the tempering fluid, which discharge (14) from the distribution and collection channel (12.1, 12.2) is discharged or branched off; wherein the discharge line (14) is designed and provided to be fluid-conductively connected to the supply line (13) of a further, substantially identical tempering module.
Description
Die Erfindung betrifft ein Temperiermodul für ein Elektromodul, insbesondere für ein Batteriemodul oder für einen Elektromotor, gemäß Anspruch 1 bzw. eine Anordnung von Temperiermodulen gemäß Anspruch 15.The invention relates to a tempering module for an electric module, in particular for a battery module or for an electric motor, according to
Außerdem betrifft die Erfindung eine Temperiervorrichtung aus mehreren Temperiermodulen gemäß Anspruch 17 sowie ein Elektromodul, insbesondere Batteriemodul oder Elektromotor, mit einem erfindungsgemäßen Temperiermodul gemäß Anspruch 18.In addition, the invention relates to a temperature control device comprising a plurality of temperature control modules according to
Weiterhin betrifft die Erfindung Anordnungen aus wenigstens zwei oder drei Elektromodulen mit einem erfindungsgemäßen Temperiermodul oder einer erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung gemäß Anspruch 19, Anspruch 20 oder Anspruch 21.Furthermore, the invention relates to arrangements of at least two or three electric modules with a tempering module according to the invention or a tempering device according to the invention according to claim 19, claim 20 or claim 21.
Schließlich betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Temperieren eines Elektromoduls, insbesondere eines Batteriemoduls oder eines Elektromotors, unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Temperiermoduls oder einer erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung.Finally, the invention relates to a method for tempering an electric module, in particular a battery module or an electric motor, using a temperature control module according to the invention or 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
Aus der deutschen Patentanmeldung
Die Offenbarung der
Hiervon ausgehend besteht Bedarf an einer Temperiervorrichtung allgemein für zu temperierende (d.h. zu wärmende oder zu kühlende) Körper, mit denen eine gleichmäßige Temperierung bei möglichst geringem Druckverlust erfolgen kann, während der Material- und Kostenaufwand bei flexibler Anpassbarkeit an unterschiedliche Temperieranforderungen möglichst gering sein soll.On this basis, there is a need for a tempering generally for tempered (i.e., to be heated or cooled) body, with which a uniform temperature control can be done with the lowest possible pressure loss, while the material and cost should be minimized with flexible adaptability to different Temperieranforderungen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Temperiermodul mit den Merkmalen des Anspruchs 1, durch eine Anordnung von Temperiermodulen mit den Merkmalen des Anspruchs 15, durch eine Temperiervorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 17, durch ein Elektromodul mit den Merkmalen des Anspruchs 18, durch eine Anordnung von Elektromodulen mit den Merkmalen des Anspruchs 19, 20 oder 21 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 22.This object is achieved by a Temperiermodul 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 erfindungsgemäßes Temperiermodul für ein Elektromodul, insbesondere für ein Batteriemodul oder für einen Elektromotor, aufweisend: 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 im Wesentlichen quer zu einer Längsachse des rohrförmigen Wandabschnitts erstrecken und gemeinsam an wenigstens einem ihren jeweiligen ersten und zweiten Endabschnitte in einen zugeordneten Verteiler- und Sammelkanal der Ummantelung übergehen; wenigstens eine Zuleitung für ein Temperierfluid, welche Zuleitung in den Verteiler- und Sammelkanal mündet; und eine Ableitung für das Temperierfluid, welche Ableitung aus dem Verteiler- und Sammelkanal ausgeleitet oder abgezweigt ist; wobei die Ableitung dazu ausgebildet und vorgesehen ist, mit der Zuleitung eines weiteren, im Wesentlichen identischen Temperiermoduls fluidleitend verbunden zu werden, vorzugsweise durch direktes Verbinden der Ableitung mit der Zuleitung, z.B. durch Ineingriffbringen (Einstecken) oder durch vorzugsweise stoffschlüssiges Verbinden (z.B. Verkleben) über die Randbereiche der Zuleitung eines Temperiermoduls mit der Ableitung eines anderen, benachbarten Temperiermoduls.A tempering module according to the invention for an electric module, in particular for a battery module or for an electric motor, comprising: 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 comprises a plurality of shafts parallel to each other, which shafts extend substantially transverse to a longitudinal axis of the tubular wall portion and collectively at least one of their respective first and second end portions into an associated manifold - and collecting channel of the casing go over; at least one supply line for a tempering fluid, which supply line opens into the distribution and collection channel; and a discharge for the tempering fluid, which discharge is discharged or branched off from the distribution and collection channel; wherein the discharge line is designed and provided to be fluid-conductively connected to the supply line of a further, substantially identical tempering module, preferably by directly connecting the discharge line to the supply line, e.g. by engaging (inserting) or by preferably integrally bonding (for example gluing) over the edge regions of the supply line of a temperature control module to the outlet of another, adjacent temperature control module.
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.
Die Verteiler- und Sammelkanäle können einstückig mit dem restlichen Temperiermodul bzw. der Ummantelung ausgebildet sein, oder sie können als separate Bauteile ausgebildet und vorzugsweise stoffschlüssig mit dem restlichen Temperiermodul (der Ummantelung) verbunden sein. Vorzugsweise sind dann auch die Zuleitung und die Ableitung als Elemente dieser separaten Bauteile ausgebildet.The distribution and collection channels may be formed integrally with the rest of the tempering module or the sheath, or they may be formed as separate components and preferably cohesively connected to the rest of the tempering (the sheath). Preferably then the supply line and the drain are formed as elements of these separate components.
Eine erfindungsgemäßes Temperiermodul oder eine erfindungsgemäße Temperiervorrichtung, die eine Anzahl erfindungsgemäßer Temperiermodule umfasst, 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 - vorzugsweise 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 bei entsprechender (optionaler) Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Temperiermoduls eine Wirbelbildung vermieden werden, was Druckverluste begrenzt und die Temperierwirkung verbessert. Weiter umfasst das erfindungsgemäße Temperiermodul noch eine Zuleitung für ein Temperierfluid, welche Zuleitung in den Verteiler- und Sammelkanal mündet. Schließlich ist noch eine Ableitung für das Temperierfluid vorhanden, welche Abzweigung aus dem 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. Zusätzlich zur Durchströmung dieser Wellen gelangt das Temperierfluid aus dem Verteiler- und Sammelkanal in die genannte Ableitung. Auf diese Weise ergibt sich eine Massenstromaufteilung für das Temperierfluid, welches teilweise durch die parallel geschalteten Wellen und teilweise zur Ableitung geleitet wird. Da die Ableitung dazu ausgebildet und vorgesehen ist, mit der Zuleitung eines weiteren, im Wesentlichen identischen Temperiermoduls fluidleitend verbunden zu werden, können auf diese Weise mehrere erfindungsgemäße Temperiermodule zur einer größeren Anordnung von Temperiermodulen (einer Temperiervorrichtung) zusammengeschaltet (zusammengesteckt) oder kombiniert werden. Das Ergebnis ist, bei einem geringeren Druckverlust und gleichmäßiger Temperierwirkung, eine flexible Einsetzbarkeit des erfindungsgemäßen Temperiermoduls.A tempering module according to the invention or a tempering device according to the invention, which comprises a number of tempering modules according to the invention, serves for essentially completely accommodating 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 - preferably 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. This should be avoided with appropriate (optional) embodiment of the temperature control according to the invention a vortex formation, which limits pressure losses and improves the tempering. Furthermore, the tempering module according to the invention also comprises a supply line for a tempering fluid, which supply line opens into the distribution and collection channel. Finally, there is a derivative of the tempering fluid, which branch is discharged or branched out of the 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. In addition to the flow through these waves, the tempering fluid from the distribution and collection channel enters the said discharge line. In this way, there is a mass flow distribution for the tempering fluid, which is partially passed through the shafts connected in parallel and partly for discharge. Since the discharge is designed and intended to be fluid-conductively connected to the supply line of a further, essentially identical temperature control module, a plurality of temperature control modules according to the invention can be interconnected (plugged together) or combined to form a larger arrangement of temperature control modules (a temperature control device). The result is, with a lower pressure loss and uniform tempering effect, a flexible applicability of the temperature control module according to the invention.
Aufgrund der Ähnlichkeit des erfindungsgemäßen Temperiermoduls 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 tempering module according to the invention with a (metal) bellows known as such, the solution according to the invention can also be referred to as a "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 wenigstens eines Elektromoduls, insbesondere eines Batteriemoduls oder eines Elektromotors, mit einem erfindungsgemäßen Temperiermodul, einer Anordnung von erfindungsgemäßen Temperiermodulen oder 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.A method according to the invention for controlling the temperature of at least one electric module, in particular a battery module or an electric motor, with a tempering module according to the invention, an arrangement of tempering modules according to the invention or a tempering device according to the invention comprises that a tempering fluid, preferably water, optionally with additives, an oil or a dielectric, for example 3M ™ Novec ™ High-Tech Liquids, is directed to the drain via a feed line through the corrugations in the corrugated region of the tubular wall section. In the course of the waves, a parallel flow guidance of the tempering fluid takes place, as already mentioned.
Gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Temperiermoduls ist vorgesehen, dass eine Hauptströmungsrichtung des Temperierfluids in dem Verteiler- und Sammelkanal im Bereich der Zuleitung und/oder 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 Verteiler- und Sammelkanal eingeleitet bzw. aus dem Verteiler- und Sammelkanal ausgeleitet werden.According to a development of the tempering module according to the invention, it is provided that a main flow direction of the tempering fluid in the distribution and collection channel in the region of the supply line and / or in the region of the discharge is substantially parallel to the longitudinal axis of the tubular wall section. In this way, the tempering fluid can be introduced axially parallel with appropriate space reduction in the distribution and collection channel or discharged from the distribution and collection channel.
Entsprechend kann bei einer anderen Weiterbildung des erfindungsgemäßen Temperiermoduls vorgesehen sein, dass die Zuleitung und/oder die Ableitung im Wesentlichen quer zu der Längsachse des rohrförmigen Wandabschnitts orientiert ist bzw. sind. Auf diese Weise ergibt sich eine verbesserte Kombinierbarkeit der Temperiermodule.Accordingly, in another development of the tempering module according to the invention, provision may be made for the supply line and / or the discharge to be oriented essentially transversely to the longitudinal axis of the tubular wall section. This results in an improved combinability of the temperature control modules.
Insbesondere gemäß einer anderen Weiterbildung des erfindungsgemäßen Temperiermoduls, bei dem die Zuleitung und die Ableitung zueinander fluchtend ausgebildet sind, lassen sich die Temperiermodule mit parallel ausgerichteten Längsachse nebeneinander anordnen und fluidleitend miteinander verbinden, vorzugsweise durch Einstecken der Anleitung eines Temperiermoduls in die Zuleitung einer anderen Temperiermoduls.In particular, according to another embodiment of the tempering module according to the invention, in which the supply line and the discharge are aligned with each other, the Temperiermodule can be arranged side by side with parallel longitudinal axis and fluid-conducting connect to each other, preferably by inserting the instructions of a tempering in the supply of another temperature control module.
Gemäß einer noch anderen Weiterbildung des erfindungsgemäßen Temperiermoduls 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 development of the tempering module according to the invention can be provided that the tubular wall portion has two preferably diametrically opposed corrugated regions 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 andere Weiterbildung des erfindungsgemäßen Temperiermoduls sieht vor, dass jeder der beiden Verteiler- und Sammelkanäle eine Zuleitung und eine Ableitung aufweist. Hierdurch wird das Durchströmungsverhalten verbessert. Auch ist es möglich, bei einer Anordnung mehrerer erfindungsgemäßer Temperiermodule eine Hin- und eine Rückströmung des Temperierfluids vorzusehen.Another development of the temperature control module according to the invention provides that each of the two distribution and collection channels has a supply line and a drain. As a result, the flow behavior is improved. It is also possible to provide an outflow and a return flow of the tempering fluid in the case of an arrangement of a plurality of tempering modules according to the invention.
Eine noch andere Weiterbildung des erfindungsgemäßen Temperiermoduls sieht vor, dass die Zuleitungen und die Ableitungen zueinander parallel und vorzugsweise im Wesentlichen in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind, um die (direkte) Kombinierbarkeit der Temperiermodule weiter zu verbessern.Yet another refinement of the tempering module according to the invention provides that the supply lines and the leads are arranged parallel to one another and preferably essentially in a common plane in order to further improve the (direct) combinability of the tempering modules.
Eine wieder andere Weiterbildung des erfindungsgemäßen Temperiermoduls sieht vor, dass der rohrförmige Wandabschnitt einen runden, speziell kreisrunden, Querschnitt, einen ovalen Querschnitt oder einem im Wesentlichen (z.B. bis auf abgerundete Eckbereiche) rechteckigen 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, ovale oder rechteckige 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 development of the tempering according to the invention provides that the tubular wall portion has a round, specially circular, cross-section, an oval cross-section or a substantially (for example, rounded corners) rectangular cross-section and preferably formed either in one piece or composed of at least two half-shells is. In this case, the two half-shells can be composed by cohesive connection in the distribution and collection channels. The mentioned round, specially circular, oval or rectangular cross-section of the tempering device is well suited for receiving rotationally symmetrical bodies or 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 des erfindungsgemäßen Temperiermoduls sieht vor, dass die Zuleitung einen lichten Innendurchmesser aufweist, der im Wesentlichen einem Außendurchmesser der Ableitung entspricht, oder umgekehrt. Dies kann insbesondere eine besonders einfache Anschließbarkeit der Temperiervorrichtung bewirken (durch Einstecken der Ableitung eines Moduls in die Zuleitung eines anderen Moduls, oder umgekehrt). Die Ableitung kann zusätzlich endständig (konisch) aufgeweitet sein. Entsprechend kann die Zuleitung konisch verjüngt ausgebildet sein. Auch eine umgekehrte Ausgestaltung ist jeweils möglich.A specific refinement of the tempering module according to the invention provides that the supply line has a clear internal diameter which substantially corresponds to an outside diameter of the discharge, or vice versa. This can in particular bring about a particularly easy connectability of the tempering device (by plugging in the discharge of one module into the supply line of another module, or vice versa). The derivative can also be expanded terminally (conically). Accordingly, the supply line can be tapered conically. A reverse embodiment is possible in each case.
Bei einer anderen Weiterbildung des erfindungsgemäßen Temperiermoduls ist vorgesehen, dass an der Zuleitung und/oder an der Ableitung wenigstens ein Dichtelement zum Abdichten einer Verbindung mit einem weiteren Temperiermodul angeordnet ist, um eine Anordnung mehrerer erfindungsgemäßer Temperiermodule fluidtechnisch abzudichten.In another development of the tempering module according to the invention, it is provided that at least one sealing element for sealing a connection with a further tempering module is arranged on the supply line and / or on the discharge line in order to fluidly seal an arrangement of a plurality of tempering modules according to the invention.
Bei einer wieder anderen Weiterbildung des erfindungsgemäßen Temperiermoduls 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 yet another further development of the tempering module according to the invention, on the other hand, it can be provided that the supply line and / or the discharge line is / are arranged in a middle region of the tubular wall section with respect to a longitudinal extension thereof. This also makes it possible to specifically influence the tempering effect.
Um die Temperierwirkung noch weiter zu verbessern, kann bei einer wieder anderen Weiterbildung des erfindungsgemäßen Temperiermoduls 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 in den Verteiler- und Sammelkanal anal übergehen. Auf diese Weise wird das erfindungsgemäße Temperiermodul 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 improve the tempering even further, it may be provided in a further development of the tempering module according to the invention 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 section and pass into the distribution and collection channel anal. In this way, the tempering module according to the invention is supplemented by end-side tempering devices, which are formed essentially analogously to the tempering device in the tubular wall section in order to further improve the tempering effect.
Um eine möglichst platzsparende Anordnung des erfindungsgemäßen Temperiermoduls 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 Temperiermodule 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 Temperiermoduls invention, another embodiment provides that the corrugated region is formed such that wave crests of the corrugated region in 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 appropriately designed Temperiermodule invention closely adjacent (quasi toothed) can be arranged by quasi nestled in the region of their wave crests and troughs.
Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, des erfindungsgemäße Temperiermodul 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 ein Temperiermodul gemäß der ersten Variante und ein Temperiermodul gemäß der zweiten Variante mit ihren Wellenbergen und ihren Wellentälern (und ihren jeweiligen Zu- bzw. Ableitungen) 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 Temperiermodule 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 proven to be particularly advantageous to further develop the tempering module according to the invention in such a way that two different variants thereof exist, which essentially differ from one another only with regard to an axial position of the corrugated region or 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 module according to the first variant and a tempering module according to the second variant with their wave crests and their troughs (and their respective inlets and outlets) are plugged together, as described above, thereby said offset with respect to the axial position of the corrugated areas straight be compensated so that - with the same overall length - neither of 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 des erfindungsgemäßen Temperiermoduls schafft eine Anordnung von Temperiermodulen, bei der 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 module according to the invention provides an arrangement of tempering modules in which at least one copy of the two differently designed 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 in FIG Are engaged. The achievable advantages have already been mentioned above.
Bei nochmaliger Weiterbildung des erfindungsgemäßen Temperiermoduls, dessen 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 Temperiermodule wird also in einem Bereich zwischen diesen Temperiermodulen ein weiteres Temperiermodul bereitgestellt, sodass sich eine äußerst kompakte Anordnung zur Aufnahme einer Vielzahl von Elektromodulen ergibt.In a further development of the tempering module according to the invention, the tubular wall portion has two preferably diametrically opposed corrugated areas and two preferably diametrically opposite distribution and collection channels, can still be provided that at least two tubular wall sections arranged parallel to each other and 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, between the two tubular wall sections, a further tubular line section for receiving an electric module, again with the exception of electrical connection contacts or a drive shaft thereof. By cleverly connecting two spaced-apart tempering modules, a further tempering module is thus provided in an area between these tempering modules, so that an extremely compact arrangement results for accommodating a multiplicity of electric modules.
Gemäß einem anderen Aspekt betrifft die Erfindung auch eine Temperiervorrichtung aus mehreren erfindungsgemäßen oder entsprechend weitergebildeten Temperiermodulen, bei der wenigstens eine Ableitung eines Temperiermoduls mit einer Zuleitung eines anderen Temperiermoduls fluidleitend (direkt) verbunden ist, wobei vorzugsweise ein endständiges Temperiermodul keine Ableitung zum Anschließen eines weiteren Temperiermoduls aufweist, um die Temperiervorrichtung fluidtechnisch abzuschließen.According to another aspect, the invention also relates to a tempering device comprising a plurality of tempering modules according to the invention or correspondingly developed, in which at least one derivative of a tempering module is connected fluidically (directly) to a feed line of another tempering module, wherein preferably one terminal tempering module does not conduct a discharge for connecting a further tempering module has to complete the temperature control device fluidly.
Gemäß einem wieder anderen Aspekt betrifft die Erfindung auch ein Elektromodul, insbesondere ein Batteriemodul oder einen Elektromotor, mit einem erfindungsgemäßen Temperiermodul. 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 das Temperiermodul 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.In yet another aspect, the invention also relates to an electric module, in particular a battery module or an electric motor, with a tempering module 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 module are fixedly connected to one another, in particular by cohesive connection in the region of wave troughs in the corrugated area and / or in the further corrugated area. This can be counteracted in battery cells deformation by chemical and thermal influences.
Als äußerst vorteilhaft hat sich eine Anordnung aus wenigstens zwei Elektromodulen mit einer Anordnung von Temperiermodulen erwiesen, welche Temperiermodule wenigstens jeweils ein Exemplar der beiden verschieden ausgebildeten Varianten umfassen, 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 with an arrangement of Temperiermodulen has proven, which Tempering modules at least each include a copy of the two differently designed variants, which are arranged as defined above adjacent and in engagement, in each of which an example of the two differently designed variants an electric module is arranged.
Ebenfalls äußerst bevorzugt ist eine Anordnung aus wenigstens drei Elektromodulen mit einem speziellen Temperiermodul, wie oben beschrieben, 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.Likewise highly preferred is an arrangement of at least three electric modules with a special tempering module, as described above, in which between the two tubular wall sections, a further tubular conduit section is formed, received in each of which an electric module in the two tubular wall sections and in the other tubular conduit section is.
Besonders bevorzugt ist auch eine Anordnung aus mehreren Elektromodulen mit einer erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung, bei der vorzugsweise in jedem Temperiermodul jeweils ein Elektromodul aufgenommen ist.Also particularly preferred is an arrangement of a plurality of electric modules with a temperature control device according to the invention, in each of which an electric module is preferably accommodated in each temperature control module.
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 Temperiervorrichtung gemäßDE 10 2017 117 263 -
6 zeigt eine weitere Ausgestaltung der Temperiervorrichtung gemäßDE 10 2017 117 263 -
7 zeigt noch eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung gemäßDE 10 2017 117 263 -
8 zeigt eine andere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung gemäßDE 10 2017 117 263 -
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 Temperiervorrichtung gemäßDE 10 2017 117 263 -
14 zeigt eine Darstellung des Strömungsraums bei der Ausgestaltung gemäß13 ; -
15a zeigt eine wieder andere Weiterbildung der Temperiervorrichtung gemäßDE 10 2017 117 263 -
15b zeigt eine Variante der Temperiervorrichtung aus15a ; -
16 zeigt noch eine andere Weiterbildung der Temperiervorrichtung gemäßDE 10 2017 117 263 -
17 zeigt eine andere, spezielle Ausgestaltung der Temperiervorrichtung gemäßDE 10 2017 117 263 -
18 zeigt noch eine andere spezielle Weiterbildung der Temperiervorrichtung gemäßDE 10 2017 117 263 -
19 zeigt eine Abwandlung der Ausgestaltungen gemäß17 und 18 ; -
20 zeigt im Längsschnitt eine wieder andere Weiterbildung der Temperiervorrichtung gemäßDE 10 2017 117 263 -
21 zeigt einen Querschnitt durch dieAusgestaltung gemäß 20 ; -
22 zeigt eine andere Ausgestaltung der Temperiervorrichtung gemäßDE 10 2017 117 263 -
23 zeigt einen Querschnitt durch die Anordnung gemäß22 ; -
24 zeigt eine Variante der Temperiervorrichtung mitGegenstromkühlung gemäß DE ;10 2017 117 263 -
25a bis25c zeigen Ansichten einer Variante der Ausgestaltung gemäß10 ; -
26 zeigt eine erfindungsgemäßes Temperiermodul in einer perspektivischen Ansicht; -
27 zeigt das Temperiermodul aus26 in einer Draufsicht; -
28 zeigt das Temperiermodul aus27 in einem Längsschnitt; -
29 zeigt das Temperiermodul aus26 in einer Seitenansicht; -
30 zeigt das Temperiermodul aus26 in einer Frontalansicht; -
31 zeigt hintereinander geschaltete Temperiermodule gemäß26 mit jeweils einem eingesetzten Elektromodul; -
32 zeigt die Anordnung aus33 in einem Querschnitt; -
33 zeigt die Anordnung gemäß33 in einem anderen Querschnitt; -
34 zeigt hintereinander geschaltete Temperiermodule anderer Bauart mit jeweils einem eingesetzten Elektromodul; -
35 zeigt ein einzelnes Temperiermodul gemäß34 ; -
36 zeigt hintereinander geschaltete Temperiermodule wieder anderer Bauart mit jeweils einem eingesetzten Elektromodul; und -
37 zeigt ein einzelnes Temperiermodul gemäß36 .
-
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 tempering according toDE 10 2017 117 263 -
6 shows a further embodiment of the temperature control according toDE 10 2017 117 263 -
7 shows still another embodiment of the temperature control according to the invention according toDE 10 2017 117 263 -
8th shows another embodiment of the temperature control according to the invention according toDE 10 2017 117 263 -
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 according toDE 10 2017 117 263 -
14 shows a representation of the flow space in the embodiment according to13 ; -
15a shows a again another development of the tempering according toDE 10 2017 117 263 -
15b shows a variant of the temperature control15a ; -
16 shows yet another embodiment of the tempering according toDE 10 2017 117 263 -
17 shows another, special embodiment of the temperature control according toDE 10 2017 117 263 -
18 shows yet another special development of the tempering according toDE 10 2017 117 263 -
19 shows a modification of the embodiments according to17 and18 ; -
20 shows in longitudinal section a different development of the tempering according to againDE 10 2017 117 263 -
21 shows a cross section through the embodiment according to20 ; -
22 shows another embodiment of the temperature control according toDE 10 2017 117 263 -
23 shows a cross section through the arrangement according to22 ; -
24 shows a variant of the temperature control device with countercurrent cooling according toDE 10 2017 117 263 -
25a to25c show views of a variant of the embodiment according to10 ; -
26 shows a tempering module according to the invention in a perspective view; -
27 shows the temperature control module26 in a plan view; -
28 shows the temperature control module27 in a longitudinal section; -
29 shows the temperature control module26 in a side view; -
30 shows the temperature control module26 in a frontal view; -
31 shows Temperiermodule connected in series according to26 each with an inserted electric module; -
32 shows the arrangement33 in a cross section; -
33 shows the arrangement according to33 in a different cross section; -
34 shows in series tempering modules of different design, each with an inserted electric module; -
35 shows a single tempering according to34 ; -
36 shows Temperiermodule connected in series again another type, each with an inserted electric module; and -
37 shows a single tempering according to36 ,
Eine erste Möglichkeit einer derartigen vorteilhaften Weiterbildung ist in
In
Auch die Ausgestaltung gemäß
Die folgenden
Im Rahmen der Offenbarung gemäß
Die vertikalen punktierten Linien in
Ein bei Bezugszeichen
In
Die genannten zweiten und vierten Elektromodule
Gemäß der Variante in
In
In
Der Stirnwandabschnitt
In
Das Temperiermodul
Analog zur obigen Beschreibung der
Wie in
Ein durch die Zuleitungen
Abweichend hiervon ist beim Gegenstand gemäß
Wie
Zu diesem Zweck sind die Zuleitungen
Gemäß der Ausgestaltung in
Bezugszeichen FL bezeichnet - wie beispielsweise in
In
Wie in
In
Erfindungswesentlich in der Darstellung gemäß
Abschließend zeigt
Wie der Fachmann leicht erkennt, ist die Erfindung keinesfalls darauf beschränkt, dass die Zuleitungen
In
Die Werkstoffwahl ist bei dieser Ausführungsform sehr frei und kann - sowohl für die Bauteile
In
Auch hier ist die Werkstoffwahl sehr frei und kann in Richtung Kunststoff gehen. Als dichtendes, isolierendes und fixierendes Element zwischen den einzelnen Temperiermodulen untereinander kommt eine stoffschlüssige Verbindung (Klebeverbindung) in Betracht. Anders als beispielsweise bei der Variante gemäß
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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