DE102019105980A1 - Reversing collector for a cooling system of a traction battery of an electrically operated vehicle and cooling system for a traction battery - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Umkehrsammler (1) für ein Kühlsystem einer Traktionsbatterie eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs, wobei der Umkehrsammler (1) als Strangpressprofil ausgeführt ist mit wenigstens zwei übereinander angeordneten und entlang des Strangpressprofils erstreckten Kanälen (2), wobei die Kanäle (2) durch einen massiven Steg (3) voneinander getrennt sind, wobei der Umkehrsammler (1) an einer Längsseite auf der Höhe des Steges (3) wenigstens ein Sackloch (5) mit einem Durchmesser größer oder gleich der Höhe des Steges (3) derart aufweist, dass eine Fluidverbindung durch das Sackloch (5) mit den beiden Kanälen (2) vorliegt, wobei das Sackloch (5) insbesondere bezüglich der Höhe des Steges (3) zentriert angeordnet ist.The invention relates to a reversing collector (1) for a cooling system of a traction battery of an electrically operated vehicle, the reversing collector (1) being designed as an extruded profile with at least two channels (2) arranged one above the other and extending along the extruded profile, the channels (2) through a solid web (3) are separated from each other, the reversing collector (1) having at least one blind hole (5) with a diameter greater than or equal to the height of the web (3) on a longitudinal side at the level of the web (3) such that there is a fluid connection through the blind hole (5) to the two channels (2), the blind hole (5) being arranged centered in particular with respect to the height of the web (3).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Umkehrsammler für ein Kühlsystem einer Traktionsbatterie eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs sowie ein Kühlsystem für eine Traktionsbatterie eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs mit mindestens einer Lage von Batteriezellen zum Speichern elektrischer Energie.The present invention relates to a reversing collector for a cooling system of a traction battery of an electrically operated vehicle and a cooling system for a traction battery of an electrically operated vehicle with at least one layer of battery cells for storing electrical energy.
Moderne Traktionsbatterien weisen in der Regel eine hohe Dichte an Batteriezellen auf. Diese können im Betrieb eine beträchtliche Hitze entwickeln. Um eine Beschädigung der Traktionsbatterie zu vermeiden, müssen diese gekühlt werden. Da die Traktionsbatterien üblicherweise mehrere Lagen von Batteriezellen aufweisen, werden als Böden bzw. Zwischenböden und/oder Deckel Kühlplatten eingesetzt, die ein Kühlmittel durch die Lagen leiten. Aus Gewichts- und Fertigungsgründen ist es bekannt, die Kühlplatten als Strangpressprofile herzustellen, in denen parallel zueinander und zu der Haupterstreckungsebene der Kühlplatte angeordnete Kühlmittelkanäle enthalten sind. Diese münden typischerweise in den Stirnseiten der Kühlplatte in Kühlmittelkanalöffnungen.Modern traction batteries usually have a high density of battery cells. These can develop a considerable amount of heat during operation. To avoid damaging the traction battery, it must be cooled. Since the traction batteries usually have several layers of battery cells, cooling plates are used as floors or intermediate floors and / or covers, which conduct a coolant through the layers. For reasons of weight and production, it is known to manufacture the cooling plates as extruded profiles in which coolant channels are contained that are arranged parallel to one another and to the main plane of extent of the cooling plate. These typically open into coolant channel openings in the end faces of the cooling plate.
In der Regel wird an einer der Stirnseiten einer Gruppe von Kühlmittelkanälen Kühlmittel zugeführt und aus der anderen Gruppe von Kühlmittelkanälen wird das Kühlmittel abgeführt. Um einen derartigen Fluidweg zu verwirklichen, muss an der anderen Stirnseite der Kühlplatte eine Fluidverbindung zwischen den beiden Gruppen von Kühlmittelkanälen erfolgen. Dabei muss die Verbindung fluiddicht sein, um ein Austreten des Kühlmittels zu vermeiden. Hierzu ist es bekannt, einen Umkehrsammler an der Kühlplatte anzuordnen, der eine derartige Fluidverbindung herstellt.As a rule, coolant is supplied to one of the end faces of a group of coolant channels and the coolant is discharged from the other group of coolant channels. In order to implement such a fluid path, a fluid connection between the two groups of coolant channels must take place on the other end face of the cooling plate. The connection must be fluid-tight in order to prevent the coolant from escaping. For this purpose, it is known to arrange a reversing collector on the cooling plate, which produces such a fluid connection.
Solche Kühlsysteme, umfassend eine Kühlplatte und einen Umkehrsammler, sind beispielsweise aus den Druckschriften
Vor diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen möglichst leichten und einfach zu fertigenden Umkehrsammler bereitzustellen, der eine effiziente und dichte Verbindung der Kühlmittelkanäle ermöglicht.Against this background, it is the object of the present invention to provide a reversible collector that is as light and easy to manufacture as possible, which enables an efficient and tight connection of the coolant channels.
Zur Lösung der Aufgabe wird ein Umkehrsammler für ein Kühlsystem einer Traktionsbatterie eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs vorgeschlagen, wobei der Umkehrsammler als Strangpressprofil ausgeführt ist mit wenigstens zwei übereinander angeordneten und entlang des Strangpressprofils erstreckten Kanälen, wobei die Kanäle durch einen massiven Steg voneinander getrennt sind, wobei der Umkehrsammler an einer Längsseite auf der Höhe des Steges wenigstens ein Sackloch mit einem Durchmesser größer oder gleich der Höhe des Steges derart aufweist, dass eine Fluidverbindung durch das Sackloch mit den beiden Kanälen vorliegt, wobei das Sackloch insbesondere bezüglich der Höhe des Steges zentriert angeordnet ist. Unter einem Umkehrsammler soll im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung verstanden werden, die, Fluidströme umlenkt, insbesondere einen aus einer ersten Richtung eingehenden Fluidstrom in eine zweite Richtung umlenkt, wobei die zweite Richtung vorzugsweise parallel und entgegengesetzt zu der ersten Richtung angeordnet ist. Besonders bevorzugt ist der Durchmesser des Sacklochs um mindestens 5%, 10%, 15%, 20% oder 25% größer als die Höhe des Steges. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise ein ausreichender Volumenstrom aus bzw. in die Kühlmittelkanäle über die Kanäle des Umkehrsammlers ermöglicht. Der Steg ist einstückig mit dem Umkehrsammler ausgebildet, da es sich um ein Strangpressteil bzw. -profil handelt.To achieve the object, a reversing collector for a cooling system of a traction battery of an electrically operated vehicle is proposed, the reversing collector being designed as an extruded profile with at least two channels arranged one above the other and extending along the extruded profile, the channels being separated from one another by a solid web, the Reversing collector has at least one blind hole with a diameter greater than or equal to the height of the web on a longitudinal side at the height of the web in such a way that there is a fluid connection through the blind hole with the two channels, the blind hole being arranged centered in particular with respect to the height of the web. In the context of the present invention, a reversing collector should be understood to mean a device which deflects fluid flows, in particular deflects a fluid flow incoming from a first direction in a second direction, the second direction preferably being arranged parallel and opposite to the first direction. The diameter of the blind hole is particularly preferably at least 5%, 10%, 15%, 20% or 25% greater than the height of the web. This advantageously enables a sufficient volume flow from or into the coolant channels via the channels of the reversing header. The web is formed in one piece with the reversing collector, since it is an extruded part or profile.
Der Fachmann versteht, dass der erfindungsgemäße Umkehrsammler auf Grund seiner einfachen Geometrie besonders einfach und kostengünstig herstellbar ist. Durch die Einbringung von Sacklöchern kann mit einfachen Mitteln, schnell und zuverlässig eine gute Fluidverbindung sichergestellt sein. Der Fachmann versteht ferner, dass die Höhe des Steges vorzugsweise auf den Durchmesser der Kühlmittelkanalöffnungen abgestimmt ist.The person skilled in the art understands that the reversible collector according to the invention can be manufactured particularly easily and inexpensively due to its simple geometry. By making blind holes, a good fluid connection can be ensured quickly and reliably with simple means. The person skilled in the art also understands that the height of the web is preferably matched to the diameter of the coolant channel openings.
Der Einfachheit halber wird im Folgenden eine Variante beschrieben, bei der ein Umkehrsammler einer Kühlplatte zugeordnet ist. Selbstverständlich umfasst die vorliegende Erfindung auch Varianten, bei dem ein Umkehrsammler mehr als einer Kühlplatte zugeordnet ist. Vorzugsweise weist der Umkehrsammler in diesem Fall mehr übereinander angeordnete Kanäle bzw. Stege auf.For the sake of simplicity, a variant is described below in which a reversing collector is assigned to a cooling plate. Of course, the present invention also includes variants in which one reversing collector is assigned to more than one cooling plate. In this case, the reversing collector preferably has more channels or webs arranged one above the other.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Umkehrsammler im Wesentlichen quaderförmig ausgebildet ist, wobei die Länge des Umkehrsammlers größer ist als die Tiefe und die Höhe, wobei vorzugsweise die Höhe größer ist als die Tiefe. Länge, Tiefe und Höhe sind hier lediglich des besseren Verständnisses gewählt und beziehen sich auf eine übliche Orientierung des Umkehrsammlers relativ zu der Kühlplatte, insbesondere auf die in den Figuren dargestellte Orientierung. Der Umkehrsammler weist vorzugsweise wenigstens an der zur Anlage an die Kühlplatte bestimmten Seite eine ebene Fläche auf, die insbesondere nur durch die Sacklöcher und gegebenenfalls durch Durchgangslöcher durchbrochen ist. Hierdurch wird eine gute Abdichtung durch die Anlage zweier ebener Flächen ermöglicht. Besonders bevorzugt weist der Umkehrsammler vier ebene Flächen auf. Ganz besonders bevorzugt ist die Abmessung parallel zu den Kühlmittelkanälen der Kühlplatte, wenn der Umkehrsammler an der Kühlplatte angeordnet ist, die kleinste Abmessung des Umkehrsammlers. Üblicherweise wird insbesondere die Länge, d.h. die Abmessung parallel zu der Grenzfläche zwischen dem Umkehrsammler und der Kühlplatte die größte Abmessung sein.According to an advantageous embodiment of the invention, it is provided that the reversing header is essentially cuboid, the length of the reversing header being greater than the depth and the height, the height preferably being greater than the depth. Length, depth and height are selected here only for better understanding and relate to a customary orientation of the reversing collector relative to the cooling plate, in particular to the orientation shown in the figures. The reversing collector preferably has a flat surface, at least on the side intended for contact with the cooling plate, which in particular is only pierced by the blind holes and possibly by through holes. This enables a good seal through the contact between two flat surfaces. Particularly preferred the reversing collector has four flat surfaces. Very particularly preferably, the dimension parallel to the coolant channels of the cooling plate, when the reversing header is arranged on the cooling plate, is the smallest dimension of the reversing header. Usually, in particular the length, ie the dimension parallel to the interface between the reversing header and the cooling plate, will be the largest dimension.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Umkehrsammler bezüglich des Steges spiegelsymmetrisch ausgebildet ist, wobei die Kanäle insbesondere in ihren Abmessungen identisch sind. Hierdurch wird vorteilhafterweise die Montage des Umkehrsammlers vereinfacht, da der Umkehrsammler auch in einer um 180° um eine mittig durch die Umkehrsammler und parallel zu der Einbringrichtung der Sacklöcher verlaufende Achse montiert werden kann. Ferner wird in vorteilhafter Weise eine einfache, weil symmetrische Fertigung des Umkehrsammlers ermöglicht, was wiederum auch zu einer geringeren Belastung des Umkehrsammlers im Betrieb führt, da durch den identischen Aufbau der Kanäle kein Kanal bevorzugt durchströmt wird und somit höheren Belastungen unterliegt.According to an advantageous embodiment of the invention, it is provided that the reversing collector is designed to be mirror-symmetrical with respect to the web, the channels in particular being identical in terms of their dimensions. This advantageously simplifies the assembly of the reversing collector, since the reversing collector can also be mounted in an axis running through 180 ° around an axis running centrally through the reversing collector and parallel to the direction in which the blind holes are introduced. Furthermore, a simple, symmetrical production of the reversing collector is made possible in an advantageous manner, which in turn also leads to less stress on the reversing collector during operation, since the identical structure of the ducts means that no duct is preferably traversed and is therefore subject to higher loads.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Steg vorzugsweise mittig, insbesondere bezogen auf die Höhe des Umkehrsammlers, in dem Umkehrsammler ausgebildet ist. Auch dies ermöglich vorteilhafterweise eine einfachere Fertigung, da beispielsweise die Sacklöcher einfach mittig bezüglich der Höhe des Umkehrsammlers eingebracht werden können, ohne dass die genaue Lage relativ zu dem Steg ermittelt werden muss.According to an advantageous embodiment of the invention, it is provided that the web is preferably formed centrally, in particular in relation to the height of the reversing collector, in the reversing collector. This, too, advantageously enables simpler manufacture, since, for example, the blind holes can simply be introduced centrally with respect to the height of the reversing header without the exact position relative to the web having to be determined.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Umkehrsammler an den Längsseiten auf der Höhe des Steges wenigstens ein Durchgangsloch für ein Befestigungsmittel aufweist, wobei der Durchmesser des Durchgangslochs geringer ist als die Höhe des Steges, wobei das Durchgangsloch vorzugsweise bezüglich der Höhe des Steges zentriert angeordnet ist. Hierdurch wird in besonders vorteilhafter Weise eine einfache Befestigungsmöglichkeit des Umkehrsammlers an der Kühlplatte ermöglicht, wobei insbesondere im Bereich der Kühlmittelkanalöffnungen durch benachbarte Durchgangslöcher ein gleichmäßiger Anpressdruck ermöglicht wird. Dadurch, dass der Durchmesser des Durchgangslochs vorzugsweise um mindestens 5%, 10%, 15%, 20% oder 25% kleiner ist als die Höhe des Steges, wird sichergestellt, dass auch bei einem Fehler in der Fertigung keine versehentliche Fluidverbindung geschaffen wird.According to an advantageous embodiment of the invention it is provided that the reversing collector has at least one through hole for a fastening means on the longitudinal sides at the level of the web, the diameter of the through hole being smaller than the height of the web, the through hole preferably with respect to the height of the web is arranged centered. This makes it possible, in a particularly advantageous manner, for the reversing collector to be easily fastened to the cooling plate, with an even contact pressure being made possible in particular in the area of the coolant channel openings through adjacent through holes. The fact that the diameter of the through hole is preferably at least 5%, 10%, 15%, 20% or 25% smaller than the height of the web ensures that no accidental fluid connection is created even in the event of a manufacturing error.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Umkehrsammler wenigstens zwei Deckel umfasst, die den Umkehrsammler, insbesondere die Kanäle, an beiden Endseiten bezüglich der Längserstreckung des Umkehrsammlers, insbesondere fluiddicht, abschließen, wobei die Deckel vorzugsweise mit dem Umkehrsammler verschweißt sind. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise die Fertigung und Montage des Umkehrsammlers weiter vereinfacht. Vorzugsweise sind die Deckel in ihrer Form und ihren Abmessungen an die End- bzw. Stirnseiten des Umkehrsammlers angepasst. Eine Befestigung erfolgt besonders bevorzugt form-, kraft- und/oder stoffschlüssig. Eine stoffschlüssige Verbindung in Form eines Verschweißens ist dabei besonders vorteilhaft, da somit dauerhaft eine fluiddichte Verbindung bereitgestellt wird.According to an advantageous embodiment of the invention it is provided that the reversing header comprises at least two covers which close the reversing header, in particular the channels, on both end sides with respect to the longitudinal extent of the reversing header, in particular fluid-tight, the covers preferably being welded to the reversing header. This further simplifies the manufacture and assembly of the reversing collector in an advantageous manner. Preferably, the shape and dimensions of the covers are adapted to the end or front sides of the reversing collector. Fastening is particularly preferred in a form-fitting, force-fitting and / or material fit. A material connection in the form of welding is particularly advantageous, since a fluid-tight connection is thus permanently provided.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Kühlsystem für eine Traktionsbatterie eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs mit mindestens einer Lage von Batteriezellen zum Speichern elektrischer Energie, wobei das Kühlsystem wenigstens eine Kühlplatte aufweist, wobei die Kühlplatte eine Vielzahl von länglich erstreckten und parallel zu der Haupterstreckungsebene der Kühlplatte sowie zueinander angeordneten Kühlmittelkanälen zum Leiten von Kühlmittel durch die Lage von Batteriezellen aufweist, wobei das Kühlsystem einen die Kühlmittelkanäle fluidtechnisch verbindenden Umkehrsammler zum Umleiten des Kühlmittels umfasst, wobei der Umkehrsammler an einer Seite der Kühlplatte angeordnet ist, an der Öffnungen der Kühlmittelkanäle angeordnet sind, und mit der Kühlplatte fluiddicht verbunden ist, wobei die Kühlplatte als Strangpressprofil ausgebildet ist, wobei der Umkehrsammler ein erfindungsgemäßer Umkehrsammler ist.Another object of the present invention is a cooling system for a traction battery of an electrically operated vehicle with at least one layer of battery cells for storing electrical energy, the cooling system having at least one cooling plate, the cooling plate having a plurality of elongated and parallel to the main extension plane of the cooling plate as well as mutually arranged coolant channels for conducting coolant through the layer of battery cells, wherein the cooling system comprises a reversing header fluidly connecting the coolant channels for diverting the coolant, wherein the reversing header is arranged on one side of the cooling plate on which openings of the coolant channels are arranged, and is connected to the cooling plate in a fluid-tight manner, the cooling plate being designed as an extruded profile, the reversing collector being an inventive reversing collector.
Das erfindungsgemäße Kühlsystem ist besonders einfach aufgebaut, einfach zu fertigen und weist ein vergleichsweise geringes Gewicht auf. Gleichzeitig wird eine fluiddichte Verbindung zwischen Umkehrsammler und Kühlplatte und eine einfache und schnelle Montage zwischen beiden Elementen ermöglicht.The cooling system according to the invention has a particularly simple structure, is simple to manufacture and is comparatively light in weight. At the same time, a fluid-tight connection between the reversing header and cooling plate and simple and quick assembly between the two elements are made possible.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass zwischen den Öffnungen der Kühlmittelkanäle und den zugehörigen Sacklöchern des Umkehrsammlers Dichtringe angeordnet, insbesondere verpresst, sind. Hierdurch wird in besonders vorteilhafter Weise eine fluiddichte Verbindung bereitgestellt.According to an advantageous embodiment of the invention, it is provided that sealing rings are arranged, in particular pressed, between the openings of the coolant channels and the associated blind holes of the reversing header. In this way, a fluid-tight connection is provided in a particularly advantageous manner.
Nachfolgend sollen anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele weitere vorteilhafte Merkmale und Einzelheiten der Erfindung erläutert werden. Hierbei zeigen:
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1 eine Ausführungsform einer Traktionsbatterie mit einem erfindungsgemäßen Kühlsystem in einer schematischen Darstellung; -
2a -2d eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Umkehrsammlers in mehreren schematischen Ansichten; -
3a und3b eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Umkehrsammlers in verschiedenen perspektivischen Schnittdarstellungen; -
4a und4b Detailansichten einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Umkehrsammlers in Schnittdarstellungen; -
5 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kühlplatte in einer perspektivischen Darstellung; -
6 eine Detailansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kühlsystems in einer perspektivischen Darstellung; -
7a und7b Detailansichten einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kühlsystems in perspektivischen Schnittdarstellungen.
-
1 an embodiment of a traction battery with a cooling system according to the invention in a schematic representation; -
2a -2d an embodiment of a reversing collector according to the invention in several schematic views; -
3a and3b an embodiment of a reverse collector according to the invention in different perspective sectional views; -
4a and4b Detailed views of an embodiment of a reversing collector according to the invention in sectional views; -
5 an embodiment of a cooling plate according to the invention in a perspective view; -
6th a detailed view of an embodiment of a cooling system according to the invention in a perspective illustration; -
7a and7b Detailed views of an embodiment of a cooling system according to the invention in perspective sectional views.
Sofern nicht explizit Unterschiede genannt werden, entsprechen die verschiedenen Ausführungsformen der Figuren einander im Wesentlichen, so dass bezüglich jeder Figur grundsätzlich auf die Ausführungen bezüglich der übrigen Figuren verwiesen wird.Unless differences are explicitly mentioned, the various embodiments of the figures essentially correspond to one another, so that, with regard to each figure, reference is generally made to the statements relating to the other figures.
Im Folgenden werden die Begriffe Länge, Höhe und Tiefe des besseren Verständnisses halber verwendet. Die Begriffe beziehen sich insbesondere auf die in den Figuren gezeigte Orientierung der Elemente, wobei vorzugsweise Länge eine Erstreckung in x-Richtung (vgl.
In
An die Stirnenden des Umkehrsammlers
Während der Durchmesser der Sacklöcher
In den
In
In
In
In
In
Um eine fluiddichte Verbindung zu gewährleisten, sind insbesondere zwischen den Sacklöchern
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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