DE102020106616B3

DE102020106616B3 - Kühleinrichtung, Batterie und Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102020106616B3
Application number: DE102020106616.3A
Authority: DE
Inventors: Thomas Zink; Nicolas Flahaut
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2020-03-11
Filing date: 2020-03-11
Publication date: 2021-09-16
Anticipated expiration: 2040-03-12

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kühleinrichtung für eine Batterie, eine derartige Batterie und ein entsprechend ausgestattetes Kraftfahrzeug. Die Kühleinrichtung weist einen Anschlussbehälter zum Sammeln und/oder Verteilen eines Kühlmediums auf, der wenigstens einen Zulauf und wenigstens einen Ablauf aufweist. Dabei ist es vorgesehen, dass der wenigstens eine Ablauf in bestimmungsgemäßer Einbaulage der Kühleinrichtung an einer bezogen auf eine jeweilige lokale Schwerkraftrichtung obersten Stelle eines zum Aufnehmen des Kühlmediums vorgesehenen Innenvolumens des Anschlussbehälters ansetzt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kühleinrichtung für eine Batterie, eine mit einer derartigen Kühleinrichtung ausgestattete Batterie und ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Batterie.
Angesichts der derzeit zunehmenden Bestrebungen, in verschiedenen technischen Bereichen Batterien als Zwischenspeicher für Energie einzusetzen, werden entsprechend zunehmende Anforderungen an derartige Batterien gestellt. Damit steigen auch die Anforderungen an eine effektive und zuverlässige Kühlung derartiger Batterien, die aufgrund der zunehmenden Leistungsanforderungen notwendig ist. Dies kann insbesondere Traktionsbatterien für Kraftfahrzeuge betreffen, was ein bevorzugter Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung ist. Ebenso kann die vorliegende Erfindung aber auch in anderen Bereichen angewendet werden, beispielsweise für Batterien in industriellen oder versorgungstechnischen Bereichen, wo Batterien mit Kapazitäten von mehreren 10 kWh bis in den MWh-Bereich hinein beispielsweise zum Betreiben technischer Anlagen oder als Puffer oder Ausfallsicherung für elektrische Versorgungsnetze eingesetzt werden. Mit der zunehmenden Verbreitung von Batterien steigen auch die Anforderungen an eine Kosteneffizienz für deren Einsatz. Es gibt daher Bedarf für weitere Verbesserungen oder Optimierungen von Batterien im Allgemeinen und deren Kühlung im Besonderen.
Als ein Ansatz hierfür ist in der US 2009 / 0 325 051 A1 ein Batteriemodul mit einer Vielzahl von Batteriezellenanordnungen und einem Kühlverteiler aus Gummi beschrieben. Dabei ist eine erste Einlassöffnung für ein Fluid auf einer Oberseite eines röhrenförmigen Bauteils angeordnet. Kollinear entlang von dessen Außenoberfläche ist Vielzahl von voneinander beabstandeten und sich von der Außenoberfläche weg erstreckenden Auslassöffnungen angeordnet. Ein Fluid kann durch die Einlassöffnung in das röhrenförmige Element und durch die Auslassöffnungen in eine Vielzahl von Wärmetauschern geleitet werden, um die Batteriezellenanordnungen zu kühlen. Damit sollen insgesamt eine effektive Kühlung der Batteriezellenanordnungen und Kopplung des Kühlverteilers an die Wärmetauscher erreicht werden.
Die DE 10 2012 021 990 A1 schlägt eine Anordnung eines elektrischen Energiespeichers und einer Kühleinrichtung vor. Diese Anordnung umfasst dort mehrere etwa parallel zueinander angeordnete Zellen des Energiespeichers und mehrere mit Kühlmittel durchströmte Kühlelemente einer Kühleinrichtung zum direkten Kühlen der Zellen. Dabei ist jedes Kühlelement zwei Zellen zugeordnet, wobei die Kühlelemente mit einer gemeinsamen Kühlmittelversorgung der Kühleinrichtung verbunden sind. Damit soll eine ausreichende Kühlung des Energiespeichers sichergestellt werden, die gleichzeitig konstruktiv einfach und kostengünstig herstellbar ist.
Die DE 10 2018 213 547 A1 beschreibt eine Kühleinheit für eine Kühlvorrichtung zum Kühlen einer Batterie. Die Kühleinheit umfasst einen Sammelblock mit einem ersten und zweiten Hauptanschluss zum Anschließen einer Kühlmittelzuführleitung bzw. einer Kühlmittelabführleitung und einem ersten und zweiten Kühlelementanschluss. Die Kühleinheit umfasst weiter ein mit einem Kühlmittel durchströmbares Kühlelement. Anschlüsse des Kühlelements sind mit den Kühlelementanschlüssen des Sammelblocks verbunden. So soll eine möglichst einfache Ausgestaltung hinsichtlich der Verbindungstechnik ermöglicht werden.
Die DE 10 2013 219 200 A1 beschreibt eine Kühleinrichtung für ein Batteriesystem mit wenigstens zwei Batterieeinheiten. Die Kühleinrichtung umfasst eine erste und zweite Kühlplatte zum thermischen Koppeln mit einer jeweiligen Batterieeinheit. In den Kühlplatten ist jeweils ein erster Fluideinlass und erster Fluidauslass sowie ein zweiter Fluideinlass und zweiter Fluidauslass mittels einer jeweiligen Fluidleitung fluidisch verbunden, die sich in einer Erstreckungsrichtung erstrecken. Die Fluideinlässe und Fluidauslässe aller Kühlplatten sind derart miteinander verbunden, dass in wenigstens einer Kühlplatte ein in der Erstreckungsrichtung durch die erste Fluidleitung strömendes Kühlmittel entgegen der Erstreckungsrichtung durch die zweite Fluidleitung derselben Kühlplatte strömt oder umgekehrt. Damit soll eine modular aufgebaute Kühleinrichtung geschaffen werden, die sich durch eine homogene Temperaturverteilung des Kühlmittels in allen Kühlplatten auszeichnet.
Die EP 2 887 423 A1 beschreibt ein Batteriemodul, das eine Batteriezelle, einen daneben angeordneten Wärmetauscher, eine Kühlverteiler mit einer röhrenförmigen Wand, einen Fluidanschluss und ein ringförmiges Bauteil aufweist. Der Fluidanschluss erstreckt sich durch die Wand und von einer äußeren Oberfläche des Kühlverteilers weg. Das ringförmige Bauteil ist in einer vorgegebenen Entfernung von der Wand des röhrenförmigen Kühlverteilers auf einer Außenoberfläche des Fluidanschluss angeordnet. Das ringförmige Bauteil ist dabei aus einem steifen Material konstruiert, das eine radial nach außen gerichtete Expansion des Fluidanschlusses verhindert, wenn ein Schlauch von dem Wärmetauscher in den Fluidanschluss eingesetzt wird. Damit soll ein Kühlverteiler mit einem Fluidanschluss mit verbesserten Dichteigenschaften bereitgestellt werden.
Ein weiterer Ansatz ist aus der DE 10 2013 201 332 A1 bekannt, in der ein Kühlsystem einer Fahrzeugbatterie beschrieben ist. Das Kühlsystem weist dabei einen Abscheider auf, der auf einem bezüglich der Erdanziehung höchsten Niveau innerhalb einer Anordnung aus einem zu kühlenden Objekt, einem Wärmetauscher und einer Pumpvorrichtung angeordnet ist. Der Abscheider ist dazu eingerichtet, in einem mittels der Pumpvorrichtung durch die Anordnung geleiteten Kühlmittel enthaltenes Gas aus dem Kühlsystem abzuscheiden. Dazu weist ein kühlmittelführendes Bauteil eine Öffnung auf, die durch eine gasdurchlässige Abscheidemembran verschlossen ist. Durch diese Membran kann das Gas dann aus der Anordnung entweichen. Eine solche membranverschlossene Öffnung kann nachteilig jedoch einen fehler- oder beschädigungsanfälligen Punkt des Kühlsystems bilden. Dies kann insbesondere im Fahrzeugbereich problematisch sein, wo besondere Anforderungen hinsichtlich einer Dichtigkeit und Zuverlässigkeit von Kühlsystemen für Batterien gestellt werden. Zudem kann eine derartige Anordnung eine Komplexität und damit einen Herstellungsaufwand des Kühlsystems vergrößern.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, auf besonders einfache Weise zuverlässig eine möglichst effiziente Flüssigkeitskühlung einer Batterie zu ermöglichen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen, in der Beschreibung und in den Figuren angegeben.
Die erfindungsgemäße Kühleinrichtung kann insbesondere zum Kühlen einer Batterie eingesetzt werden. Dazu weist die Kühleinrichtung wenigstens einen Anschlussbehälter zum Sammeln und/oder Verteilen eines Kühlmediums auf, wobei der Anschlussbehälter wenigstens einen Zulauf und wenigstens einen Ablauf aufweist. Der Anschlussbehälter kann dementsprechend als Verteilbehälter oder Verteiler beziehungsweise als Sammelbehälter oder Sammler aufgefasst werden, beispielsweise abhängig davon, welcher Fluidanschluss des Anschlussbehälters als Zulauf und welcher Fluidanschluss als Ablauf verwendet wird. Der Anschlussbehälter kann unabhängig von einer Durchlaufrichtung des Kühlmediums also einen Knotenpunkt oder Hub der Kühleinrichtung oder eines diese umfassenden Kühlkreislaufs bilden, da an dem Anschlussbehälter mehrere Kühlmittelleitungen zusammengeführt sein können.
Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass der wenigstens eine Ablauf in bestimmungsgemäßer Einbaulage der Kühleinrichtung - beispielsweise an einer Batterie, insbesondere in einem Kraftfahrzeug - an einer bezogen auf eine jeweilige lokale Schwerkraftrichtung obersten Stelle eines zum Aufnehmen des Kühlmediums vorgesehenen Innenvolumens des Anschlussbehälters ansetzt. Mit anderen Worten ist der wenigstens eine Ablauf also derart angeordnet, dass er sich in der bestimmungsgemäßen Einbaulage der Kühleinrichtung bezogen auf die jeweilige lokale Schwerkraftrichtung an einem obersten Innenrand des Anschlussbehälters befindet. Es gibt damit also in der bestimmungsgemäßen Einbaulage der Kühleinrichtung keinen Bereich oder Teil des Innenvolumens, der bezogen auf die Schwerkraftrichtung oberhalb des wenigstens einen Ablaufs angeordnet ist. Die bestimmungsgemäße Einbaulage kann dabei insbesondere umfassen oder bedeuten, dass die Kühleinrichtung, die Batterie, das Kraftfahrzeug oder allgemein eine jeweilige die Kühleinrichtung umfassende Vorrichtung auf einem ebenen Untergrund, also auf einer zumindest im Wesentlichen senkrecht zu der lokalen Schwerkraftrichtung erstreckten Ebene angeordnet oder abgestellt ist.
Durch die hier vorgesehene Anordnung des wenigstens einen Abflusses kann bei einem Befüllen der Kühleinrichtung mit einem Kühlmedium oder Kühlmittel auf besonders einfache und zuverlässige Weise vermieden werden, dass in dem Anschlussbehälter Luftblasen oder Lufteinschlüsse zurückbleiben. Derartige Luftblasen, die gegebenenfalls beim Befüllen des Anschlussbehälters beziehungsweise der Kühleinrichtung mit dem Kühlmedium entstehen können, sammeln sich typischerweise aufgrund ihrer im Vergleich zu dem Kühlmedium geringeren Dichte in einem oberen Bereich jeweiliger fluidführender Komponenten. Da vorliegend an diesem oberen Bereich der Ablauf angeordnet ist, gelangen die Luftblasen somit automatisch in den Ablauf und werden entlang des Ablaufes durch das durch diesen hindurchströmende Kühlmedium aus dem Anschlussbehälter zuverlässig heraustransportiert. Damit kann der Anschlussbehälter beziehungsweise die Kühleinrichtung insgesamt besonders zuverlässig vollständig, also ohne zurückbleibende Gasblasen oder Gaseinschlüsse, mit dem Kühlmedium befüllt werden, ohne dass weitere Maßnahmen erforderlich wären. Vielmehr wird dies vorteilhaft durch die geometrische Ausgestaltung des Anschlussbehälters erreicht.
Eine derartige vollständige Befüllung des Anschlussbehälters beziehungsweise der Kühleinrichtung insgesamt kann vorteilhaft Druckverluste des Kühlmediums im Betrieb der Kühleinrichtung vermeiden sowie eine Kontaktfläche zwischen dem Kühlmedium und dem Anschlussbehälter beziehungsweise der Kühleinrichtung maximieren. Dadurch können wiederum eine maximale und besonders gleichmäßige Durchströmung und Wärmeübertragung und somit eine besonders effektive und effiziente Kühlung der Batterie erreicht werden.
In der vorliegenden Erfindung weist der Anschlussbehälter eine zumindest im Wesentlichen zylindrische Grundform und mehrere Abläufe und/oder Zuläufe als Fluidanschlüsse auf. Der Anschlussbehälter kann also zumindest innenseitig eine zylindrische Mantelfläche sowie an deren Enden einander gegenüberliegende Stirnflächen oder Stirnseite aufweisen. Durch die Mantelfläche und die Stirnseiten kann insbesondere das Innenvolumen begrenzt sein. Außenseitig kann der Anschlussbehälter also von der zylindrischen Form abweichende Details, Elemente oder Ausformungen aufweisen. An einer der Stirnseiten des Anschlussbehälters beziehungsweise des Innenvolumens ist dabei genau einer der Fluidanschlüsse angeordnet, während an der gekrümmten Mantelfläche mehrere der Fluidanschlüsse angeordnet sind. Die Zuordnung oder Verwendung der Fluidanschlüsse als Ablauf oder Zulauf kann dabei davon abhängen, ob der Anschlussbehälter als Verteiler oder Sammler eingesetzt wird. Durch die hier beschriebene Ausgestaltung des Anschlussbehälters kann vorteilhaft erreicht werden, dass sich eine Strömungskomponente des Kühlmediums entlang einer parallel zu der Mantelfläche verlaufenden Mittellängsachse des Anschlussbehälters ausbildet. Durch diese Strömungskomponente können gegebenenfalls vorhandene Luftblasen also in Längsrichtung des zylindrischen Anschlussbehälters zu dem jeweiligen Ablauf transportiert werden. Steht diese Mittellängsachse dabei nicht parallel zu der lokalen Schwerkraftrichtung, so kann ein Transport der gegebenenfalls vorhandenen Luftblasen senkrecht zu der Mittellängsachse hingegen durch die Krümmung der Mantelfläche unterstützt werden. Dadurch kann also vorteilhaft die luftblasenfreie Befüllung des Anschlussbehälters besonders zuverlässig sichergestellt werden, insbesondere im Vergleich zu einer quaderförmigen Grundform des Ausgleichsbehälters beziehungsweise des Innenvolumens.
Die Stirnseiten könnten flach ausgebildet sein, wodurch der Anschlussbehälter vorteilhaft besonders einfach gefertigt und besonders bauraumsparend verbaut werden könnte. In der vorliegenden Erfindung sind aber eine oder beide der Stirnseiten nach außen gewölbt oder gekrümmt, also als Kugelsegmente ausgeformt. Dadurch kann vorteilhaft besonders zuverlässig sichergestellt werden, dass sich an den Stirnseiten keine Luftblasen ansammeln oder absetzen, insbesondere zumindest im Wesentlichen unabhängig von einer Ausrichtung des Anschlussbehälters.
Sofern der Anschlussbehälter mehrere Abläufe aufweist, können diese bezogen auf die lokale Schwerkraftrichtung bevorzugt auf der gleichen Höhe, also- beispielsweise nebeneinander - gleichermaßen an einer obersten Stelle oder in einem obersten Bereich des Innenvolumens angeordnet sein. Ebenso kann es aber zum Realisieren der genannten Vorteile gegebenenfalls ausreichen, einen der mehreren Abläufe wie beschrieben an der obersten Stelle des Innenvolumens anzuordnen. Dadurch kann vorteilhaft eine größere Flexibilität bei einer Gestaltung des Anschlussbehälters ermöglicht werden, wodurch vorteilhaft beispielsweise komplexe Bauraum- oder Packaginganforderungen berücksichtigt beziehungsweise erfüllt werden können.
Es ist hier zu beachten, dass der Anschlussbehälter im Sinne der vorliegenden Erfindung keinen herkömmlichen Ausgleichsbehälter darstellt. Ein derartiger Ausgleichsbehälter kann typischerweise während eines Betriebs der Kühleinrichtung bestimmungsgemäß nur teilweise mit dem Kühlmedium gefüllt sein, um beispielsweise Ausgleichsvolumen für eine thermisch bedingte Volumenveränderung des Kühlmediums bereitzustellen. Ein derartiger Ausgleichsbehälter kann zusätzlich zu dem wenigstens einen Anschlussbehälter als Teil der Kühleinrichtung oder eines diese umfassenden Kühlkreislaufs vorgesehen sein.
In vorteilhafter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist die Kühleinrichtung für eine Kühlung einer aus mehreren Modulen aufgebauten Fahrzeugbatterie, insbesondere einer Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs, ausgebildet. Dazu weist der Anschlussbehälter bei dessen Ausbildung als Verteiler genau einen Zulauf als Anschlusspunkt für einen Kühlflüssigkeitskreislauf des Fahrzeugs sowie eine der Anzahl der Module der Batterie entsprechende Anzahl von Abläufen auf. Bei einer Ausbildung des Anschlussbehälters als Sammler weist dieser genau einen Ablauf als Anschlusspunkt für den Kühlflüssigkeitskreislauf sowie eine der Anzahl der Module entsprechende Anzahl von Zuläufen auf. Auf diese Weise kann also aus dem Anschlussbehälter Kühlmedium direkt zu jedem der Module zugeführt beziehungsweise von jedem der Module Kühlmedium direkt in den Anschlussbehälter abgeführt werden. Mit anderen Worten kann somit also eine parallele Anströmung oder Umströmung der Module mit dem Kühlmedium, also eine entsprechend parallele Fluidführung realisiert werden. Ein bestimmtes Fluidelement des Kühlmediums muss somit also während eines Durchlaufs der Kühleinrichtung beziehungsweise des diese umfassende Kühlkreislaufs nur Wärme von jeweils einem einzigen der Module aufnehmen. Dadurch kann eine besonders effektive und gleichmäßige Temperierung oder Entwärmung der Module der Batterie erreicht werden. Gleichzeitig wird durch den hier vorgeschlagenen Aufbau eine Anzahl von Anschlusspunkten, an denen die Kühleinrichtung an den Kühlmittelkreislauf des Fahrzeugs angeschlossen ist, minimiert. Dadurch kann vorteilhaft eine Komplexität des Kühlmittelkreislaufs reduziert und eine Zuverlässigkeit, insbesondere hinsichtlich der Dichtigkeit, verbessert werden.
In vorteilhafter Weiterbildung der vorliegenden Erfindung weist die Kühleinrichtung einen Verteiler und einen Sammler zum Bedienen der mehreren Module auf. Mit anderen Worten ist die Kühleinrichtung also dazu ausgebildet, Kühlmedium aus dem Verteiler den Modulen der Batterie zuzuführen und Kühlmedium von den Modulen in den Verteiler abzuführen. Da hier sowohl der Verteiler als auch der Sammler in der beschriebenen Weise mit jeweils an einer obersten Stelle angeordnetem Ablauf ausgebildet sind, können die genannten Vorteile somit besonders konsistent durch die gesamte Kühleinrichtung beziehungsweise den gesamten diese umfassenden Kühlkreislauf realisiert werden.
In vorteilhafter Weiterbildung der vorliegenden Erfindung sind der Verteiler und der Sammler baugleich ausgebildet. Als Einzelteile sind der Verteiler und der Sammler mit anderen Worten also identisch. Ihre Zuordnung oder Identifikation als Verteiler beziehungsweise als Sammler erhalten diese Anschlussbehälter damit allein durch ihre Anordnung in einem entsprechenden Kühlmittelkreislauf beziehungsweise ihre Durchströmungsrichtung. Ein bestimmter Fluidanschluss eines Anschlussbehälters kann also in dem Verteiler als Zulauf und in dem Sammler als Ablauf fungieren. Dabei kann durch die Ausgestaltung der Anschlussbehälter und/oder durch deren Anordnung in der bestimmungsgemäßen Einbaulage erreicht werden, dass jeweils wie beschrieben wenigstens ein Ablauf an einer jeweiligen obersten Stelle des jeweiligen Innenvolumens ansetzt. Durch die baugleiche Ausgestaltung des Verteilers und des Sammlers kann vorteilhaft Herstellungs- und Kostenaufwand eingespart werden, sodass die beschriebene vorteilhaft besonders effiziente und effektive Kühlung auf besonders einfache Weise erreicht werden kann.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist der Anschlussbehälter einen zumindest im Wesentlichen runden Querschnitt auf, wobei der wenigstens eine Ablauf an einer entsprechend gekrümmten Wand, also an einer Rundung des im Wesentlichen runden Querschnitts ansetzt. Mit anderen Worten schließt sich an den Ablauf also ein gekrümmter oder gebogener Bereich einer das Innenvolumen begrenzenden Innenwand oder Innenseite des Anschlussbehälters an. Dies ist beispielsweise im Gegensatz zu einer Anordnung des wenigstens einen Ablaufs an einer flachen oder ebenen Oberseite des Anschlussbehälters zu sehen. In letzterem Fall können sich entlang der flachen Oberseite neben dem Ablauf Bereiche mit minimaler Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmediums ausbilden, sodass sich dort potenziell Luftblasen ansammeln oder absetzen können. Dies kann durch den runden Querschnitt des Anschlussbehälters vorteilhaft vermieden werden, da eventuell entstehende Luftblasen entlang der entsprechenden Rundung, also entlang der gebogenen oder gekrümmten Innenwand des Anschlussbehälters, entlang bis in den Ablauf gleiten oder rollen beziehungsweise geschoben oder geführt werden. Durch den runden Querschnitt kann also vorteilhaft auf besonders einfache Weise eine vollständige, luftblasenfreie Befüllung des Anschlussbehälters beziehungsweise der Kühleinrichtung mit dem Kühlmedium erreicht werden. Gleichzeitig kann durch den runden Querschnitt vorteilhaft eine gleichmäßigere Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmediums über das gesamte Innenvolumen des Anschlussbehälters hinweg betrachtet erreicht werden, wodurch ein verbesserter Wärmetransport erreicht werden kann.
In einer alternativen vorteilhaften Ausgestaltung einer Kühleinrichtung sind der wenigstens eine Zulauf und der wenigstens eine Ablauf an derselben Seite des Anschlussbehälters angeordnet. Beispielsweise können also bei einer zylindrischen Grundform des Anschlussbehälters sämtliche Fluidanschlüsse, also alle Zuläufe und Abläufe an der Mantelfläche angeordnet sein. Dadurch müssen also entsprechende Kühlmittelleitungen nur zu der einen Seite des Anschlussbehälters geführt werden. Dies kann vorteilhaft eine besonders einfache und bauraumsparende Ausgestaltung des den Anschlussbehälter beziehungsweise die Kühleinrichtung umfassenden Kühlkreislaufs ermöglichen. Zudem können so in dem Anschlussbehälter vorteilhaft Turbulenzen des Kühlmittels erzeugt werden. Dadurch kann also, beispielsweise im Vergleich zu einer Anordnung der Zuläufe und Abläufe an einander gegenüberliegenden Seiten des Anschlussbehälters, eine temperaturabhängige Schichtenbildung, also ein Ausbilden einer laminaren Strömung in dem Anschlussbehälter, verhindert werden, wodurch ein besonders effektiver Wärmetransport beziehungsweise eine besonders effektive Wärmeabgabe durch das Kühlmedium erreicht werden kann.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist der Anschlussbehälter entweder mehrere Zuläufe und genau einen einzelnen Ablauf oder mehrere Abläufe und genau einen einzelnen Zulauf als Fluidanschlüsse auf - je nachdem ob der Anschlussbehälter als Verteiler oder als Sammler verwendet wird. Der jeweils einzelne Fluidanschluss weist dabei einen größeren Durchmesser als jeder der mehreren Fluidanschlüsse auf, sodass sich für den jeweiligen einzelnen Fluidanschluss dieselbe Durchflussrate des Kühlmediums ergibt wie für die jeweiligen mehreren Fluidanschlüsse zusammengenommen. Bei einer Verwendung des Anschlussbehälters als Verteiler ist der einzelne Fluidanschluss also der Zulauf, während die mehreren Fluidanschlüsse Abläufe sind. Bei einer Verwendung des Anschlussbehälters als Sammler ist der einzelne Fluidanschluss hingegen der Ablauf, während die mehreren Fluidanschlüsse Zuläufe sind. Die Durchmesser der Fluidanschlüsse sind hier mit anderen Worten also aufeinander abgestimmt, um einen konsistenten und gleichmäßigen Durchfluss des Kühlmediums durch den Anschlussbehälter zu ermöglichen und beispielsweise eine unerwünschte Ausbildung von Druckwellen zu verhindern oder zu minimieren und die Ansammlung von Luftblasen in dem Anschlussbehälter weiter zu unterdrücken.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Batterie, die wenigstens eine erfindungsgemäße Kühleinrichtung aufweist. Insbesondere kann die Batterie wenigstens zwei erfindungsgemäße Kühleinrichtungen oder zwei entsprechende Anschlussbehälter aufweisen, wobei einer der Anschlussbehälter als Verteiler und ein anderer der Anschlussbehälter als Sammler ausgebildet und angeordnet ist. Die erfindungsgemäße Batterie kann insbesondere die in Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Kühleinrichtung genannte Batterie sein. Dementsprechend kann die erfindungsgemäße Batterie einige oder alle der im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Kühleinrichtung genannten Eigenschaften und/oder Merkmale aufweisen. Insbesondere kann die erfindungsgemäße Batterie also eine Fahrzeugbatterie, besonders bevorzugt eine Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs, sein.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Kraftfahrzeug, das eine erfindungsgemäße Batterie und einen Kühlmittelkreislauf aufweist, wobei die Batterie beziehungsweise deren Kühleinrichtung fluidführend in den Kühlmittelkreislauf eingebunden, also an diesen angeschlossen ist. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug kann insbesondere das im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Kühleinrichtung und/oder der erfindungsgemäßen Batterie genannte Fahrzeug sein. Dementsprechend kann das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug einige oder alle der in diesen Zusammenhängen genannten Eigenschaften und/oder Merkmale aufweisen.
Weitere Merkmale der Erfindung können sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung ergeben. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Die Zeichnung zeigt in:

1 eine ausschnittweise schematische Perspektivansicht einer Kühleinrichtung in einer ersten Variante;
2 eine ausschnittweise schematische Perspektivansicht einer Kühleinrichtung in einer zweiten Variante;
3 eine ausschnittweise schematische Seitenansicht einer Kühleinrichtung in einer dritten Variante;
4 eine ausschnittweise schematische Seitenansicht einer Kühleinrichtung in einer vierten Variante; und
5 eine ausschnittweise schematische Seitenansicht einer Kühleinrichtung in einer fünften Variante.

In den Figuren sind gleiche und funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Wenn sich in einer Fluidführung eines Kühlsystems, beispielsweise bei deren Befüllung, Luft- oder Gasblasen absetzen, kann dies eine Funktion des Kühlsystems, beispielsweise dessen Kühlleistung, negativ beeinflussen. Typischerweise kann ein Kühlsystem vor seiner Inbetriebnahme mit einer Kühlflüssigkeit, also einem flüssigen Kühlmittel oder Kühlmedium befüllt werden. Dies kann dabei unter Unterdruck erfolgen, um ein Entweichen von Gas aus dem Kühlsystem zu unterstützen. Dies reicht erfahrungsgemäß jedoch nicht immer aus, um zu vermeiden, dass Luftblasen in dem Kühlsystem auch nach Abschluss der Befüllung zurückbleiben.
Dieser Problematik kann durch eine entsprechend günstige beziehungsweise optimierte geometrische Gestaltung des Kühlsystems begegnet werden. In 1 ist eine schematische ausschnittweise Perspektivansicht einer Kühleinrichtung 10, insbesondere für eine Fahrzeugbatterie, abgebildet. Zentrales Element ist hier ein Anschlussbehälter 12 mit einem zylindrischen Grundkörper 14. Der Grundkörper 14 weist eine Mantelfläche 16 sowie einander gegenüberliegende Stirnseiten 18 auf, die gemeinsam ein zum Aufnehmen des Kühlmediums vorgesehenes Innenvolumen 34 (s. 3 - 5) des Anschlussbehälters 12 beziehungsweise des Grundkörpers 14 begrenzen.
An der hier erkennbaren Stirnseite 18 weist der Anschlussbehälter 12 einen ersten Fluidanschluss 20 auf, an den vorliegend eine erste Kühlmittelleitung 21 angeschlossen ist. Weiter weist der Anschlussbehälter 12 an der Mantelfläche 16 zweite Fluidanschlüsse 22 auf, an die vorliegend eine jeweilige zweite Kühlmittelleitung 24 angeschlossen ist.
Der Anschlussbehälter 12 kann als Verteiler ausgebildet sein beziehungsweise verwendet werden. In diesem Fall bildet der erste Fluidanschluss 20, gegebenenfalls mit der ersten Kühlmittelleitung 21 einen Zulauf. Über diesen kann das Kühlmittel aus einem Kühlkreislauf, in den die Kühleinrichtung 10 eingebunden sein kann, in den Anschlussbehälter 12 eingeleitet werden. Die zweiten Fluidanschlüsse 22 bilden dann, gegebenenfalls in Verbindung mit den zweiten Kühlmittelleitungen 24, entsprechende Abläufe für das Kühlmittel. Über diese Abläufe kann das Kühlmittel beispielsweise unterschiedlichen Modulen einer mittels der Kühleinrichtung 10 gekühlten oder zu kühlenden Batterie zugeführt werden. Ein über den Zulauf ankommender Kühlmittelstrom wird hier also auf die mehreren Abläufe verteilt.
Ebenso kann der Anschlussbehälter 12 als Sammler verwendet werden. In diesem Fall bilden die zweiten Fluidanschlüsse 22, gegebenenfalls in Verbindung mit den zweiten Kühlmittelleitungen 24, Zuläufe, während der erste Fluidanschluss 20, gegebenenfalls in Verbindung mit der ersten Kühlmittelleitung 21, einen gemeinsamen, also gebündelten Ablauf bildet. Über die Zuläufe können also beispielsweise mehrere Kühlmittelströme, die jeweils Wärme von einem Modul der Batterie aufgenommen haben, in dem Anschlussbehälter 12 gesammelt werden. Das gesammelte Kühlmittel kann dann über den Anschluss abgeführt werden, beispielsweise zu einem Wärmetauscher oder Radiator, um das Kühlmittel zu entwärmen.
Zur Veranschaulichung einer bestimmungsgemäßen Einbaulage der Kühleinrichtung 10 ist hier eine von oben nach unten weisende lokale Schwerkraftrichtung S durch einen entsprechenden Pfeil angedeutet. Die Fluidanschlüsse 20, 22 befinden sich demnach in der bestimmungsgemäßen Einbaulage der Kühleinrichtung 10 also an einem obersten Rand oder Bereich des Anschlussbehälters 12. Dadurch kann in Verbindung mit der Rundung oder Wölbung der Mantelfläche 16 besonders zuverlässig erreicht werden, dass sich in dem Anschlussbehälter 12 bei dessen Befüllen keine Luftblasen festsetzen. Durch die zylindrische Form des Grundkörpers 14 können insbesondere relativ schlecht durchströmte Bereiche, also Bereiche mit relativ geringer Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels, vermieden oder reduziert werden, wodurch das Ablagern von Luftblasen in dem Anschlussbehälter 12 ebenfalls unterdrückt wird.
Die übrigen Figuren zeigen jeweils schematisch alternative Varianten der Kühleinrichtung 10. Auch bei diesen Varianten können grundsätzlich die gleichen Elemente vorgesehen sein wie bei der in 1 dargestellten ersten Variante der Kühleinrichtung 10. Um unnötige Wiederholungen zu vermeiden, wird daher im Folgenden zumindest im Wesentlichen auf die Unterschiede oder Besonderheiten der verschiedenen dargestellten Varianten der Kühleinrichtung 10 eingegangen.
Bei der in 2 in einer ausschnittweisen schematischen Perspektivansicht gezeigten zweiten Variante der Kühleinrichtung 10 weist der Grundkörper 14 eine zumindest im Wesentlichen quaderförmige Gestalt auf. Zudem sind alle Fluidanschlüsse 20, 22 auf derselben Seite des Grundkörpers 14, nämlich auf einer Oberseite 26 angeordnet.
Die in 1 und 2 dargestellten Varianten der Kühleinrichtung 10 können ebenso miteinander kombiniert werden. Beispielsweise kann der Grundkörper 14 zylindrisch ausgestaltet sein und es können dabei alle der Fluidanschlüsse 20, 22 an derselben Seite, insbesondere an der Mantelfläche 16, angeordnet sein. Ebenso kann bei einer quaderförmigen Gestalt des Grundkörpers 14 zumindest einer der Fluidanschlüsse 20, 22 an einer anderen Seite des Grundkörpers 14 als der Oberseite 26, beispielsweise an der Stirnseite 18 angeordnet sein.
3 zeigt in einer ausschnittweisen schematischen Seiten- beziehungsweise Schnittansicht eine dritte Variante der Kühleinrichtung 10. Auch hier weist der Grundkörper 14 eine zylindrische Gestalt auf. Auch hier ist ein als Ablauf 28 ausgebildeter Fluidanschluss an der zylindrischen Mantelfläche 16 ausgebildet. An den Ablauf 28 ist hier eine entsprechende Kühlmittelleitung 30 angeschlossen. Der Ablauf 28 beziehungsweise die Kühlmittelleitung 30 setzen hier an einer bezogen auf die Schwerkraftrichtung S obersten Stelle 32 der zylindrischen Mantelfläche 16 beziehungsweise deren Krümmung oder Wölbung an. Bei der hier dargestellten dritten Variante der Kühleinrichtung 10 führt die Kühlmittelleitung 30 dabei an dieser obersten Stelle 32 tangential von der Mantelfläche 16 beziehungsweise dem Grundkörper 14 weg. Dementsprechend gibt es hier also keinen oberhalb des Ablaufs 28 liegenden Bereich des Innenvolumens 34 des Anschlussbehälters 12, an dem sich Luftblasen absetzen könnten, ohne durch das einströmende Kühlmittel automatisch durch den Ablauf 28 in die Kühlmittelleitung 30 befördert zu werden.
In gleicher Weise wie diese dritte Variante sind in 4 und 5 eine vierte und fünfte Variante der Kühleinrichtung 10 dargestellt. Die vierte Variante zeichnet sich dadurch aus, dass die Kühlmittelleitung 30 ausgehend von dem Ablauf 28 und der obersten Stelle 32 radial von dem Grundkörper 14 wegführt.
Die fünfte Variante zeichnet sich dadurch aus, dass ausgehend von dem Ablauf 28 und der obersten Stelle 32 die Kühlmittelleitung 30 bezogen auf eine senkrecht zu der Schwerkraftrichtung S erstreckte Ebene in einem Winkel zwischen 0° und 90° schräg von dem Grundkörper 14 wegführt.
Obwohl dies hier nicht explizit dargestellt ist, können mehrere entsprechende Kühlmittelleitungen 30 beziehungsweise die dementsprechenden mehreren zweiten Kühlmittelleitungen 24 in unterschiedlichen Winkeln angeordnet sein, also in unterschiedlichen Winkeln oder Richtungen von dem Grundkörper 14 wegführen. Dies kann beispielsweise im Einzelfall abhängig sein von konkreten Bauraumanforderungen an die Kühleinrichtung 10.
Insgesamt zeigen die beschriebenen Beispiele wie eine zur luftblasenfreien Befüllung optimierte Gestaltung eines Verteilers oder Sammlers einer Fluidführung für einen flüssigkeitsgekühlten Hochvoltspeicher auf besonders einfache Weise realisiert werden kann.
Bezugszeichenliste

10: Kühleinrichtung
12: Anschlussbehälter
14: Grundkörper
16: Mantelfläche
18: Stirnseite
20: erster Fluidanschluss
21: erste Kühlmittelleitung
22: zweite Fluidanschlüsse
24: zweite Kühlmittelleitungen
26: Oberseite
28: Ablauf
30: Kühlmittelleitung
32: oberste Stelle
34: Innenvolumen
S: Schwerkraftrichtung

Claims

Kühleinrichtung (10) für eine Batterie, aufweisend wenigstens einen Anschlussbehälter (12) zum Sammeln und/oder Verteilen eines Kühlmediums, wobei - der Anschlussbehälter (12) wenigstens einen Zulauf (20; 22) und wenigstens einen Ablauf (22; 20, 28) aufweist, wobei - der Anschlussbehälter (12) mehrere Zuläufe (20; 22) und/oder Abläufe (22; 20, 28) als Fluidanschlüsse aufweist, - der wenigstens eine Ablauf (22; 20, 28) in bestimmungsgemäßer Einbaulage der Kühleinrichtung (10) an einer bezogen auf eine jeweilige lokale Schwerkraftrichtung (S) obersten Stelle (32) eines zum Aufnehmen des Kühlmediums vorgesehenen Innenvolumens (34) des Anschlussbehälters (12) ansetzt, - der Anschlussbehälter (12) eine zumindest im Wesentlichen zylindrische Grundform aufweist, wobei an einer Stirnseite (18) des Anschlussbehälters (12) genau einer der Fluidanschlüsse (20) und an einer gekrümmten Mantelfläche (16) des Anschlussbehälters (12) mehrere der Fluidanschlüsse (22, 28) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder beide der Stirnseiten nach außen gewölbt sind.
Kühleinrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtung (10) für eine Kühlung einer aus mehreren Modulen aufgebauten Fahrzeugbatterie ausgebildet ist und dazu der wenigstens eine Anschlussbehälter (12) - bei einer Ausbildung als Verteiler genau einen Zulauf (20) als Anschlusspunkt für einen Kühlflüssigkeitskreislauf des Fahrzeugs sowie eine der Anzahl der Module entsprechende Anzahl von Abläufen (22, 28), oder - bei einer Ausbildung als Sammler genau einen Ablauf (20, 28) als Anschlusspunkt für den Kühlflüssigkeitskreislauf sowie eine der Anzahl der Module entsprechende Anzahl von Zuläufen (22) aufweist.
Kühleinrichtung (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtung (10) einen Verteiler und einen Sammler zum Bedienen der mehreren Module aufweist.
Kühleinrichtung (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Verteiler und der Sammler baugleich ausgebildet sind.
Kühleinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlussbehälter (12) einen zumindest im Wesentlichen runden Querschnitt aufweist und der wenigstens eine Ablauf an einer entsprechend gekrümmten Wand (16) des Anschlussbehälters (12) ansetzt.
Kühleinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlussbehälter (12) entweder mehrere Zuläufe (22) und genau einen einzelnen Ablauf (20) oder mehrere Abläufe (22) und genau einen einzelnen Zulauf (20) als Fluidanschlüsse (20, 22, 28) aufweist, wobei jeweils der einzelne Fluidanschluss (20) einen größeren Durchmesser als jeder der mehreren Fluidanschlüsse (22) aufweist, sodass sich für den jeweiligen einzelnen Fluidanschluss (20) dieselbe Durchflussrate des Kühlmediums ergibt wie für die jeweiligen mehreren Fluidanschlüsse (22) zusammengenommen.
Batterie, aufweisend wenigstens eine Kühleinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere zwei Anschlussbehälter (12), von denen eine als Verteiler und eine als Sammler angeordnet ist.
Kraftfahrzeug, aufweisend eine Batterie nach Anspruch 7 und einen Kühlmittelkreislauf, in den die Kühleinrichtung (10) der Batterie fluidführend eingebunden ist.