DE102020110922A1

DE102020110922A1 - Kühlvorrichtung zum Kühlen wenigstens eines Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs, Energiespeicheranordnung für ein Kraftfahrzeug, Kraftfahrzeug, Verfahren zur Herstellung einer Kühlvorrichtung

Info

Publication number: DE102020110922A1
Application number: DE102020110922.9A
Authority: DE
Inventors: Markus Thurmeier; Thomas Milde
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2020-04-22
Filing date: 2020-04-22
Publication date: 2021-01-07

Abstract

Kühlvorrichtung zum Kühlen wenigstens eines Energiespeichers (5) eines Kraftfahrzeugs (1), umfassend wenigstens einen Kühlkanal (7) zum Führen eines Kühlfluids, wobei der wenigstens eine Kühlkanal (7) mit einem Modul (6) des wenigstens eines Energiespeichers (5) in thermischem Kontakt steht oder bringbar ist, wobei der wenigstens eine Kühlkanal (7) wenigstens einen Umlenkabschnitt aufweist, in dem sich eine Hauptfließrichtung (14) wenigstens eines Teilvolumenstroms des in diesem Kühlkanal (7) geführten Kühlfluids ändert, wobei die Innenoberfläche (16) des Kühlkanals (7) in wenigstens einem des wenigstens einen Umlenkabschnitts (12a - 12e) eine gegenüber der sonstigen Innenoberfläche vorbestimmt veränderte und die Strömung des Kühlfluids beeinflussende Oberflächenstruktur (17) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung zum Kühlen wenigstens eines Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs, umfassend wenigstens einen Kühlkanal zum Führen eines Kühlfluids, wobei der wenigstens eine Kühlkanal mit einem Modul des wenigstens eines Energiespeichers in thermischem Kontakt steht oder bringbar ist, wobei der wenigstens eine Kühlkanal wenigstens einen Umlenkabschnitt aufweist, in dem sich eine Hauptfließrichtung wenigstens eines Teilvolumenstroms des in diesem Kühlkanal geführten Kühlfluids ändert. Die Erfindung betrifft zudem eine Energiespeicheranordnung für ein Kraftfahrzeug. Außerdem betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug und ein Verfahren zur Herstellung einer Kühlvorrichtung.
Grundsätzlich ist bei Kraftfahrzeugen, die mittels in einem elektrischen Energiespeicher des Kraftfahrzeugs gespeicherter Energie angetrieben werden, erforderlich, dass der Energiespeicher gekühlt wird. Insbesondere während des Fahr- oder Aufladebetriebs des Kraftfahrzeugs kommt es häufig zu einer Erwärmung des Energiespeichers, die zu einer Verkürzung der Lebensdauer führen kann. Um dies zu verhindern, sind typischerweise Kühlsysteme zur Kühlung des elektrischen Energiespeichers vorgesehen, bei denen ein Kühlfluid zum Ableiten der von in dem Energiespeicher erzeugten Wärme in einem Kühlkreislauf zirkuliert.
DE 10 2017 210 185 A1 offenbart ein Kühlsystem mit mehreren zu kühlenden Elementen. Jedes der zu kühlenden Elemente ist wärmeleitend mit einer entsprechenden Kühlstruktur verbunden, die von einem Temperierfluid umströmbar ist. Die Oberflächen der Kühlstrukturen unterscheiden sich hierbei derart, dass der Wärmeübergang zwischen dem jeweiligen zu kühlenden Element und der jeweiligen Kühlstruktur unterschiedlich ist.
DE 11 2015 003 530 T5 betrifft einen Batteriezellen-Wärmetauscher mit einem mäanderförmigen Strömungsdurchgang, durch den ein Kühlfluid strömt. Um die Temperaturgleichmäßigkeit über die Oberfläche des Batteriezellen-Wärmetauschers zu verbessern, ist der Strömungsdurchgang derart ausgebildet, dass die Wärmeübergangsleistungen einzelner Strömungsdurchgangsteile des Batteriezellen-Wärmetauschers zunehmend höher werden. Dies wird dadurch erreicht, dass der Flächeninhalt der jeweiligen Oberfläche der Strömungsdurchgänge modifiziert wird.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist es, ein demgegenüber verbessertes Kühlkonzept zur Kühlung von Energiespeichern eines Kraftfahrzeugs anzugeben.
Gelöst wird die Aufgabe bei einer Kühlvorrichtung der eingangs genannten Art dadurch, dass die Innenoberfläche des Kühlkanals in wenigstens einem des wenigstens einen Umlenkabschnitts eine gegenüber der sonstigen Innenoberfläche vorbestimmt veränderte und die Strömung des Kühlfluids beeinflussende Oberflächenstruktur aufweist.
In den Umlenkabschnitten der Kühlkanäle treten häufig Verwirbelungen bzw. Turbulenzen im Kühlfluidstrom auf. Dies hat zur Folge, dass ein Druckverlust im Kühlfluid an der jeweiligen Stelle eintritt, wodurch eine den Kühlkreislauf antreibende Kühlpumpe eine höhere Leistung erbringen muss. Ferner ist die Kühlleistung bzw. der Wärmeübertrag an den Stellen, an denen derartige Wirbel auftreten, gegenüber anderen Abschnitten des Kühlkanals, in denen stattdessen eine laminare Strömung vorliegt, erhöht, weshalb eine ungleichmäßige Kühlleistung bzw. Kühlwirkung entlang des Kühlkanals auftreten kann. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass die Strömung des Kühlfluids, das insbesondere eine Kühlflüssigkeit wie beispielsweise eine Wasser-Glykol-Mischung sein kann, gezielt in den Umlenkabschnitten, also in denjenigen Bereichen des Kühlkanals, in denen eine Umlenkung des Kühlfluids stattfindet, beeinflusst wird. Durch die gezielte Beeinflussung der Strömung des Kühlfluids in den Umlenkabschnitten werden die zuvor genannten Probleme abgeschwächt bzw. sogar gänzlich überwunden. Es werden also für die Umlenkabschnitte spezifische und nur dort zu findende Oberflächenstrukturen vorgeschlagen.
Beispielsweise kann die Veränderung der Innenoberfläche in dem Umlenkabschnitt, also der Oberfläche des Kühlkanals, die mit dem Kühlfluid unmittelbar in Kontakt steht, bewirken, dass das Kühlfluid genau an diesen Stellen gezielt gebremst und/oder gezielt umgelenkt wird, um entsprechende Verwirbelungen bzw. Strömungsablösungen zu mindern bzw. zu komplett zu verhindern. Beispielsweise kann in dem Umlenkabschnitt mittels der veränderten Innenoberfläche eine Reduzierung der Strömungsgeschwindigkeit des Kühlfluids bewirkt werden, wodurch wiederum aufgrund der Veränderung der Reynolds-Zahl die Ausbildung von Verwirbelungen verringert bzw. vermieden werden kann und die Strömung stattdessen laminar bleibt. Zudem kann die veränderte Innenoberfläche im Umlenkabschnitt derart wirken, dass zu einem ansonsten entstehenden Wirbel ein Gegenwirbel erzeugt wird, so dass sich der Wirbel und der Gegenwirbel gegenseitig kompensieren.
Durch die vorbestimmt veränderte Oberflächenstruktur wird zwar lokal an dem entsprechenden Umlenkabschnitt der Strömungswiderstand erhöht, insgesamt betrachtet nimmt aber letztendlich aufgrund der Vermeidung bzw. Abschwächung von Wirbeln der Strömungswiderstand und mithin die erforderliche Pumpenleistung ab. Auch die durch diese Verwirbelungen erzeugte Ungleichmäßigkeit der Kühlleistung wird hierbei verringert bzw. vermieden.
Allgemein und bezüglich aus dem Stand der Technik bekannten Systemen stellt die vorbestimmt respektive gezielt veränderte Oberflächenstruktur einen weiteren Parameter dar, mittels dem das Fließ- bzw. Strömungsverhalten des Kühlfluids und somit die Kühlleistung und andere Parameter des Kühlsystems gezielt beeinflusst werden können. So war dies bislang hauptsächlich anhand des konkreten Verlaufs der Kühlkanäle möglich, wobei jedoch die entsprechende geometrische Ausformung des Kühlkanalverlaufs technisch oft mit Problemen und hohem Fertigungsaufwand verbunden war. Dagegen ist die gezielte Einbringung der vorbestimmt veränderten Oberflächenstruktur mit einem im Vergleich hierzu geringen Aufwand möglich, wie insbesondere später anhand des nachfolgend erläuterten erfindungsgemäßen Verfahrens noch detailliert erläutert werden wird.
Die Kühlvorrichtung kann Kühlkanäle mit geraden Abschnitten aufweisen, in denen sich die Hauptfließrichtung, also die gemittelte Fließrichtung des Volumenstroms des Kühlfluids, nicht ändert. Jeder der geraden Abschnitte ist insbesondere zwischen zwei Umlenkabschnitten angeordnet und/oder umgekehrt. Der Umlenkabschnitt kann ein gebogener bzw. gewinkelter Abschnitt der Kühlleitung sein, der einlauf- sowie auslaufseitig jeweils noch ein Stück des geraden Abschnitts umfassen kann. Da in den geraden Abschnitten Turbulenzen des Kühlfluids typischerweise nicht zu erwarten sind, ist die veränderte bzw. modifizierte Innenoberfläche des Kühlkanals lediglich in den Umlenkabschnitten vorgesehen, also in denjenigen Abschnitten, in denen sich die mittlere Fließrichtung des Volumenstroms des Kühlfluids ändert. Die entsprechende, für Umlenkabschnitte spezifische Oberflächenstruktur kann nur in einzelnen Umlenkabschnitten vorgesehen sein, wohingegen andere Umlenkabschnitte frei von der vorbestimmt veränderten Oberflächenstruktur sind.
Besonders bevorzugt ist die veränderte Oberflächenstruktur eine vorbestimmt veränderte Rauigkeit der Innenoberfläche des Kühlkanals. Grundsätzlich gilt, dass der Strömungswiderstand des Kühlfluids umso größer ist, je größer die Rauigkeit bzw. Rauheit der Innenoberfläche ist. Insbesondere ist die Rauigkeit in den Umlenkabschnitten größer als in den geraden Abschnitten des Kühlkanals.
Alternativ oder zusätzlich kann die veränderte Oberflächenstruktur eine sich periodisch wiederholende Strukturierung der Innenoberfläche sein, deren Periodizität höchstens 5 mm beträgt. Die Strukturierung kann beispielsweise sich periodisch wiederholende Erhebungen wie beispielsweise Noppen oder dergleichen umfassen. Ferner kann die Strukturierung eine wabenartige Struktur aufweisen. Die Oberfläche der Noppen bzw. Waben kann eine rippelartige Struktur aufweisen, um die Rauigkeit noch weiter zu erhöhen. Bevorzugt liegt die Periodizität der Strukturierung, also der Abstand, nach dem sich die entsprechende Struktur wiederholt, zwischen 1 µm und 1 mm.
Die Strukturierung, insbesondere die Noppen oder Waben, können gerade oder schräg sein. Sofern die Noppen schräg stehen, haben deren Flanken bezüglich unterschiedlicher Richtungen einen unterschiedlichen Neigungswinkel. Hierbei kann gezielt die Fließrichtung des an der Innenoberfläche mit der veränderten Oberflächenstruktur entlangströmenden Kühlfluids beeinflusst werden, so dass beispielsweise unerwünschte Turbulenzen bzw. Verwirbelungen gezielt abgeschwächt bzw. kompensiert werden können.
In einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung ist ein Parameter der veränderten Oberflächenstruktur, der ein Maß für die Stärke der Beeinflussung der Strömung des Kühlfluids darstellt, in dem Umlenkabschnitt konstant. Beispielsweise kann ein die Rauigkeit bzw. Rauheit der Innenoberfläche betreffender Zahlenwert, wie er beispielsweise in der Norm EN ISO 25178 definiert ist, über den kompletten Umlenkabschnitt hinweg gleich bleiben. Ferner kann die Periodizität der sich periodisch wiederholenden Struktur vom Beginn bis zum Ende des Umlenkabschnitts denselben Wert aufweisen. Mögliche fertigungsbedingte Abweichungen dieser Werte können kleiner als 5 %, bevorzugt kleiner als 1 %, sein.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass sich ein Parameter der veränderten Oberflächenstruktur, der ein Maß für die Stärke der Beeinflussung der Strömung des Kühlfluids darstellt, im Bereich des Umlenkabschnitts verändert. Diese Veränderung kann stetig, insbesondere linear, erfolgen. Beispielsweise kann der Parameter einlaufseitig im Umlenkabschnitt einen größeren Wert aufweisen als auslaufseitig, wobei der Parameter entlang der Längsrichtung der Kühlleitung, insbesondere linear, abnimmt.
Der Parameter kann sich bezüglich einer Umfangsrichtung des Kühlkanals verändern. Mit anderen Worten kann sich der Parameter im Querschnitt betrachtet entlang der die Innenoberfläche darstellenden Linie verändern. Beispielsweise kann der Parameter aus dem Inneren des Kühlkanals und in Fließrichtung des Kühlfluids betrachtet auf der Krümmungsinnenseite des Umlenkabschnitts einen anderen Wert aufweisen als auf der Krümmungsaußenseite der Innenoberfläche. Hierdurch kann bewirkt werden, dass der Strömungswiderstand innerhalb der Krümmung des Umlenkabschnitts auf einer Seite höher ist als auf der jeweils anderen, wodurch der zuvor bereits erläuterte Gegenwirbel, mittels dem die Turbulenz abgeschwächt bzw. verhindert werden soll, ausgebildet wird.
Die veränderte Oberflächenstruktur kann nur teilweise in dem Umlenkabschnitt vorgesehen sein. Beispielsweise kann die veränderte Oberflächenstruktur lediglich ein- oder auslaufseitig angeordnet sein. Ferner kann die veränderte Oberflächenstruktur im Krümmungsbereich des Umlenkabschnitts nur auf der Kurveninnen- bzw. Außenseite der Innenoberfläche vorgesehen sein, wodurch, wie zuvor bereits erläutert wurde, unterschiedliche Strömungswiderstände auf den beiden Seiten im gekrümmten Bereich des Umlenkabschnitts realisiert werden können.
Besonders bevorzugt kann die Kühlvorrichtung wenigstens ein Blech umfassen, das außenseitig an einer eine Seitenwand oder einen Boden oder einen Deckel eines Gehäuses, in dem das Modul angeordnet ist, ausbildenden Wandung und/oder direkt an dem Modul angebracht oder anbringbar ist, wobei das Blech wenigstens eine rinnenartige Vertiefung aufweist, wobei der wenigstens eine Kühlkanal von der wenigstens einen rinnenartigen Vertiefung und der Wandung ausgebildet wird. Die Module des Energiespeichers sind bevorzugt innerhalb eines entsprechenden Gehäuses respektive Energiespeichergehäuses angeordnet, das aus einem Metallblech besteht und/oder eine Quader- bzw. Wannenform aufweist. Hierbei schließen sich bevorzugt senkrecht an einen Boden des Gehäuses mehrere Seitenwände an, wobei das Gehäuse mittels des Deckels, der beispielsweise eine Stärke von 0,3 bis 0,6 mm aufweist, beispielsweise mittels einer Schraubverbindung abschließbar ist. Die Kühlvorrichtung kann außenseitig an der Wandung des Gehäuses, also der Seitenwand und/oder dem Boden und/oder dem Deckel des Gehäuses, angeordnet sein, wobei die Wärmeübertragung respektive der Wärmefluss von den Modulen zu der Kühlvorrichtung über die entsprechende Wandung erfolgt. Die Wandung bzw. insbesondere der Boden kann aus einem Metall, insbesondere aus Aluminium, bestehen. Das Modul und/oder die Kühlvorrichtung stehen hierbei zweckmäßigerweise in direktem Kontakt mit der entsprechenden Wandung, an der die Kühlvorrichtung und das Modul zu jeweils einer Seite angeordnet sind.
Die Wandung des Gehäuses kann hierbei eine ebene Fläche darstellen. Das Blech, das beispielsweise aus Aluminium besteht und/oder eine Stärke von 1,3 mm aufweist, kann ebenfalls eine ebene Fläche darstellen, in der die rinnenartigen Vertiefungen im Montagezustand vom Gehäuse wegstehende Ausbuchtungen sind, wobei in den Vertiefungen das Kühlfluid geführt ist. Im Querschnitt betrachtet kann die hierdurch ausgebildete Kühlleitung kreissegmentförmig sein, wobei der gerade Abschnitt dieses Kreissegments von der Wandung definiert ist.
Um die erforderliche Dichtigkeit der Kühlkanäle zu gewährleisten, ist das Blech in dieser Ausführungsform bevorzugt fluiddicht an dem Boden befestigt. Insbesondere kann hierzu eine Schraubverbindung und/oder eine Klebverbindung und/oder dergleichen vorgesehen sein.
Zusätzlich oder alternativ kann der wenigstens eine Kühlkanal als eine separate, insbesondere rohrartige, Kühlleitung ausgebildet sein, die außenseitig an einer eine Seitenwand oder einen Boden oder einen Deckel eines Gehäuses, in dem das Modul angeordnet ist, ausbildenden Wandung und/oder direkt an dem Modul angebracht oder anbringbar sein. Die insbesondere aus einem Metall, bevorzugt aus Aluminium, bestehenden Kühlleitungen können hierbei im Querschnitt betrachtet kreisförmig oder rechteckig sein.
Bei der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung kann sich die Hauptfließrichtung zumindest eines Teilvolumenstroms des Kühlfluids in zumindest einem des wenigstens einen Umlenkabschnitts um einen Winkel zwischen 70° und 110°, insbesondere um 90°, und/oder in zumindest einem des wenigstens einen Umlenkabschnitt um einen Winkel zwischen 170° und 190°, insbesondere um 180°, ändern. Mit anderen Worten kann der Umlenkabschnitt L- oder U-förmig ausgebildet sein. Insbesondere kann die Kühlleitung mäanderartig verlaufen, das heißt, dass sich mehrere gerade Abschnitte der Kühlleitung, die parallel zueinander angeordnet sind, unmittelbar nacheinander anschließen, wobei zwischen diesen geraden Abschnitten jeweils ein U-förmiger oder zwei L-förmige Umlenkabschnitte vorgesehen sind, so dass sich die Hauptfließrichtung des Volumenstroms des Kühlfluids insgesamt wenigstens einmal, bevorzugt mehrfach, um 180° ändert.
Insbesondere kann sich in dem wenigstens einen Umlenkabschnitt die Hauptfließrichtung des gesamten Volumenstroms des in diesem Kühlkanal geführten Kühlfluids ändern. Mit anderen Worten ist der Betrag des Volumenstroms des Kühlfluids in dem Abschnitt unmittelbar vor dem Umlenkabschnitt gleich dem Betrag des Volumenstroms des Kühlfluids in dem Abschnitt unmittelbar nach dem Umlenkabschnitt, wobei sich nur die Richtung dieses Volumenstroms respektive die Hauptfließrichtung ändert.
Bevorzugt können mehrere ein Kühlkanalsystem ausbildende Kühlkanäle vorgesehen sein, wobei sich in dem wenigstens einen Umlenkabschnitt der Volumenstrom des in diesem Kühlkanal geführten Kühlfluids verzweigt. Beispielsweise kann der Umlenkabschnitt eine T-Form aufweisen, so dass sich ein Teil des Volumenstroms, insbesondere die Hälfte des Volumenstroms, bezüglich seiner Hauptfließrichtung um + 90°, und der andere Teilstrom des Kühlfluids bezüglich seiner Hauptfließrichtung um - 90° ändert. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass sich die Hauptfließrichtung eines Teilstroms im Umlenk-abschnitt nicht ändert, wobei sich die Hauptfließrichtung eines weiteren Teilstroms im Umlenkabschnitt um einen Winkel von beispielsweise 90° ändert. Mit anderen Worten ist der Umlenkabschnitt hierbei eine gerade Leitung, von der eine entsprechende Teilleitung abzweigt.
Bei der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung weist das Kühlkanalsystem besonders bevorzugt wenigstens einen Zulaufkanal und stromabwärts wenigstens einen Ablaufkanal auf, wobei der wenigstens eine Zulaufkanal mit dem wenigstens einen Ablaufkanal über mehrere von dem Zulaufkanal abzweigende und in den Ablaufkanal einmündende Verbindungskanäle verbunden ist. Ausgehend von dem Zulaufkanal kann sich das Kühlkanalsystem bevorzugt fächerartig verzweigen und schließlich in dem Ablaufkanal wieder zusammengeführt werden. In dieser Ausführungsform wird vorteilhaft bewirkt, dass im Bereich der Verbindungskanäle eine möglichst effektive und gleichmäßig über eine Fläche verteilte Kühlleistung realisiert ist. Als Umlenkabschnitte sind hierbei mitunter diejenigen Abschnitte des Kühlkanalsystems vorgesehen, in denen sich die Kühlkanäle verzweigen bzw. die Kühlkanäle wieder ineinander einmünden.
Besonders bevorzugt kann der wenigstens eine Zulaufkanal im Wesentlichen parallel zu dem wenigstens einen Ablaufkanal und/oder die Verbindungskanäle im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sein. Insbesondere können die Verbindungskanäle nacheinander von dem Zulaufkanal, insbesondere rechtwinklig, abzweigen und/oder nacheinander in den Ablaufkanal, insbesondere rechtwinklig, einmünden.
Entlang des Zulaufkanals sind bei dieser Ausführungsform nacheinander mehrere Umlenkabschnitte vorgesehen, wobei sich die Hauptfließrichtung des Kühlfluids entlang des Zulaufkanals nicht ändert, und jeweils ein Teilvolumenstrom von dem Zulaufkanal in einen Verbindungskanal abzweigt. Am Ende des Zulaufkanals kann ein, insbesondere L-förmiger, Umlenkabschnitt vorgesehen sein, so dass dieses Ende des Zulaufkanals direkt und gänzlich in den letzten Verbindungskanal einmündet. Dieser letzte Verbindungskanal kann an seinem Ende wiederum erneut L-förmig ausgebildet sein, so dass in diesem Umlenkabschnitt der letzte Verbindungskanal direkt in den Ablaufkanal einmündet bzw. in diesen übergeht, wobei hiernach die Verbindungskanäle nacheinander in diesen Ablaufkanal einmünden können.
In den Umlenkabschnitten, in denen ein Teil des Volumenstroms in einen der Verbindungskanäle abzweigt, kann eine Veränderung bzw. Modifikation der Innenoberfläche des Kühlkanals derart vorgesehen sein, dass eine sich beim Abzweigen des jeweiligen Teilstroms in den Verbindungskanal andernfalls ausbildende Turbulenz abgeschwächt bzw. verhindert wird. Bezogen auf die Hauptfließrichtung im Zulaufkanal kann diese Veränderung derart ausgebildet sein, dass ein von dieser bewirkter Strömungswiderstand kontinuierlich zunimmt. Hierdurch wird bewirkt, dass sich der abzweigende Fluidstrom bezogen auf die Querschnittsfläche des Verbindungskanals gleichmäßig abzweigt, wodurch letztlich die Ausbildung einer Verwirbelung verhindert werden kann.
Grundsätzlich muss nicht bei jedem Umlenkabschnitt vorgesehen sein, dass die Innenoberfläche des Kühlkanals vorbestimmt verändert ist, insbesondere also eine für Umlenkabschnitte spezifische Oberflächenstruktur vorliegt. Beim soeben erläuterten Ausführungsbeispiel kann beispielsweise vorgesehen sein, dass diese Veränderungen nur in den Umlenkabschnitten vorgesehen sind, bei denen der Zulaufkanal jeweils in einen Verbindungskanal abzweigt, nicht jedoch in den Umlenkabschnitten, in denen die Verbindungskanäle in den Ablaufkanal einmünden.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird ferner durch eine Energiespeicheranordnung für ein Kraftfahrzeug gelöst, die eine Kühlvorrichtung gemäß der vorangehenden Beschreibung umfasst. Sämtliche Merkmale und Vorteile der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung sind hierbei gleichermaßen auf diese erfindungsgemäße Energiespeicheranordnung anwendbar und umgekehrt.
Bei der erfindungsgemäßen Energiespeicheranordnung kann vorgesehen sein, dass mehrere ein Kühlkanalsystem ausbildende Kühlkanäle vorgesehen sind, wobei sich in dem wenigstens einen Umlenkabschnitt der Volumenstrom des in diesem Kühlkanal geführten Kühlfluids verzweigt, wobei das Kühlkanalsystem wenigstens einen Zulaufkanal und stromabwärts wenigstens einen Ablaufkanal aufweist, wobei der wenigstens eine Zulaufkanal mit dem wenigstens einen Ablaufkanal über mehrere von dem Zulaufkanal abzweigende und in den Ablaufkanal einmündende Verbindungskanäle verbunden ist, wobei sich die Verbindungskanäle entlang der Außenfläche des, insbesondere im Wesentlichen quaderförmigen, Moduls erstrecken.
Das bereits im Rahmen der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung beschriebene sich verzweigende Kühlkanalsystem kann mithin gleichermaßen bei der erfindungsgemäßen Energiespeicheranordnung vorgesehen sein. Besonders bevorzugt erstreckt sich der verzweigte Bereich des Kühlkanalsystems, insbesondere die Verbindungskanäle, entlang einer Außenfläche des Moduls. Sofern die Module innerhalb eines Gehäuses aufgenommen sind, kann zwischen den Verbindungskanälen und den Modulen die Wandung des Gehäuses, insbesondere der Boden, angeordnet sein.
Das Kühlkanalsystem umfassend den Zulaufkanal, den Ablaufkanal und die Verbindungskanäle kann hierbei dergestalt sein, dass dessen geometrische Form an die geometrische Form des Moduls angepasst ist. So ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass die Verbindungskanäle parallel zueinander und der Ablaufkanal parallel zum Zulaufkanal angeordnet ist, wobei die Verbindungskanäle rechtwinklig von dem Ablaufkanal bzw. Zulaufkanal einmünden bzw. abzweigen. Der Ablaufkanal und der Zulaufkanal können parallel zu einer Kante des, insbesondere quaderförmigen, Moduls verlaufen, wobei sich die Verbindungskanäle entlang der Seitenfläche des Moduls erstrecken. Die an das Modul angepasste geometrische Form des Kühlkanalsystems bewirkt hierbei eine besonders effektive Kühlung des jeweiligen Moduls.
Bei der erfindungsgemäßen Energiespeicheranordnung kann besonders bevorzugt vorgesehen sein, dass ein Gesamtkühlkanalsystem ein erstes Kühlkanalsystem umfassend einen ersten Zulaufkanal, einen ersten Ablaufkanal und mehrere erste Verbindungskanäle aufweist, wobei das Gesamtkühlkanalsystem stromabwärts zumindest ein weiteres Kühlkanalsystem umfassend einen weiteren Zulaufkanal, der sich insbesondere unmittelbar an dem ersten Ablaufkanal anschließt, einen weiteren Ablaufkanal sowie mehrere weitere Verbindungskanäle aufweist, wobei sich die Verbindungskanäle jedes der Kühlkanalsysteme entlang einer Außenfläche eines jeweils zugeordneten Moduls erstrecken. Das Gesamtkühlkanalsystem umfasst, mit anderen Worten, mehrere Teilsysteme, von denen jedes dem zuvor beschriebenen Kühlkanalsystem entspricht und mithin einen Zulaufkanal, einen Ablaufkanal und mehrere Verbindungskanäle umfasst, wobei die Teilsysteme nacheinander stromabwärts im Gesamtkühlkanalsystem angeordnet sind. Besonders bevorzugt ist hierbei jedem der Teilsysteme ein eigenes Modul zugeordnet, wobei die geometrische Form jedes der Teilsysteme an die geometrische Form des jeweils entsprechend zugehörigen Moduls, wie zuvor beschrieben wurde, angepasst ist. Die Zahl der Kühlkanalsysteme entspricht bevorzugt der Zahl der Module des Energiespeichers.
Das der Erfindung zugrunde liegende Problem wird außerdem durch ein Kraftfahrzeug umfassend eine Kühlvorrichtung gemäß der obigen Beschreibung und/oder eine Energiespeicheranordnung gemäß der vorangehenden Beschreibung gelöst. Die Merkmale und Vorteile der Kühlvorrichtung bzw. der Energiespeicheranordnung sind hierbei gleichermaßen auf das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug übertragbar.
Schließlich wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung einer Kühlvorrichtung gemäß der obigen Beschreibung oder einer Energiespeicheranordnung gemäß der vorangehenden Beschreibung gelöst, wobei die gegenüber der sonstigen Innenoberfläche vorbestimmt veränderte, insbesondere also umlenkabschnittspezifische, und die Strömung des Kühlfluids beeinflussende Oberflächenstruktur in wenigstens einen des wenigstens einen Umlenkabschnitts auf die Innenoberfläche des wenigstens einen Kühlkanals aufgebracht wird. Sämtliche Merkmale und Vorteile der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung, der erfindungsgemäßen Energiespeicheranordnung und des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs sind auf das erfindungsgemäße Verfahren anwendbar und umgekehrt.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist bevorzugt vorgesehen, dass die vorbestimmt veränderte Oberflächenstruktur mittels eines Lasers oder mittels Umformens, insbesondere mittels eines strukturierten Stempels, aufgebracht wird. Sofern die Kühlvorrichtung das zuvor beschriebene Blech umfasst, das wenigstens eine rinnenartige Vertiefung aufweist, kann das Aufbringen vor oder nach dem Umformprozess des Bleches, bei dem die rinnenartigen Vertiefungen ausgebildet werden, aufgebracht werden. Die rinnenartigen Vertiefungen können hierbei ausgepresst oder im Rahmen eines Rollbonding-Verfahrens ausgebildet werden. Bei dem Rollbonding-Verfahren werden zwei Bleche mittels Walzen zusammengefügt, wobei bestimmte Abschnitte, an denen später die Kühlkanäle ausgebildet sein sollen, mit Trennmitteln behandelt werden. Anschließend wird die Kühlkanalstruktur durch ein Aufblasen des Freiraums zwischen den zusammengefügten Flächen ausgebildet.
Bei der vorliegenden Erfindung ergibt sich im Übrigen der Vorteil, dass aus dem Stand der Technik bekannte Kühlgeometrien, sofern diese im Sinne der vorliegenden Erfindung modifiziert werden sollen, nicht unter hohem technischen Aufwand verändert werden müssen, sondern lediglich das Aufbringen der veränderten Oberflächenstruktur im Rahmen des soeben beschriebenen Verfahrens erfolgen muss.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand der nachfolgenden, schematischen Figuren erläutert. Hierbei zeigen schematisch:

1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs,
2 eine geschnittene Ansicht durch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Energiespeicheranordnung mit einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung,
3 ein Blech der Energiespeicheranordnung aus 2,
4 eine vergrößerte Darstellung einer veränderten Innenoberfläche eines Kühlkanals der Energiespeicheranordnung aus 2,
5 ein Blech eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Energiespeicheranordnung,
6 eine Detailansicht des Blechs aus 5 mit veränderter Innenoberfläche des Kühlkanals,
7 die Detailansicht der 6 in dem Fall, dass bei dem Blech aus 5 keine veränderte Innenoberfläche des Kühlkanals vorgesehen ist, und
8 ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens.

1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs 1 umfassend eine erfindungsgemäße Energiespeicheranordnung 2, die wiederum eine erfindungsgemäße Kühlvorrichtung 3 aufweist. Die Energiespeicheranordnung 2 umfasst ein im Wesentlichen quaderförmiges Gehäuse 4, in dem ein Energiespeicher 5 mit mehreren ebenfalls quaderförmigen Modulen 6 aufgenommen ist.
Details bezüglich der Energiespeicheranordnung 2 beziehungsweise der Kühlvorrichtung 3 sind in der 2 dargestellt, die einen Schnitt durch die Energiespeicheranordnung 2 zeigt. So sind mehrere Kühlkanäle 7 zum Führen eines Kühlfluids vorgesehen, wobei die Kühlkanäle 7 mit den Modulen 6 des Energiespeichers 5 in thermischem Kontakt stehen. Die Kühlvorrichtung 3 dient mit ihren Kühlkanälen 7 dazu, die von dem Energiespeicher 5 erzeugte Wärme, die insbesondere während des Fahrbetriebs oder des Ladebetriebs auftritt, abzuführen. Das in den Kühlkanälen 7 geführte Kühlfluid ist exemplarisch ein in einem Kühlkreislauf zirkulierendes Wasser-Glykol-Gemisch. Die Kühlkanäle 7 weisen typischerweise eine Breite zwischen 5 und 7 cm auf.
Das Gehäuse 4 weist mehrere Wandungen 8 auf, nämlich vier Seitenwände 9, einen Boden 10 und einen Deckel 11. Die Wandungen 8 weisen exemplarisch eine Stärke von 0,3 - 0,6 mm auf und bestehen aus Aluminium. Das Gehäuse 4 kann mittels dem Deckel 11, vorliegend über Schraubverbindungen, geschlossen werden. Die Module 6 sind in Berührungskontakt mit dem Boden 10 des Gehäuses 4, so dass die Wärme der Module 6 über den Boden 10 zu den Kühlkanälen 7 abgeführt werden kann. Das in den Kühlkanälen 7 geführte Kühlfluid steht hierbei in Berührungskontakt mit dem Boden 10.
Details bezüglich der Kühlkanäle 7 sind in 3 dargestellt. Diese Figur zeigt ein die Kühlkanäle 7 ausbildendes und unter dem Gehäuse 4 angeordnetes Blech 15, das aus Aluminium besteht und exemplarisch eine Stärke von 1,3 mm aufweist. Weitere Details bezüglich dem Blech 15 werden später noch näher erläutert. Zur besseren Orientierung ist in 3 die Schnittrichtung des in 2 dargestellten Schnitts durch die Kühlvorrichtung 3 anhand der Linie II - II angedeutet. Wie aus 3 ersichtlich wird, weisen die Kühlkanäle 7 mehrere Umlenkabschnitte 12a, 12b auf. In den Umlenkabschnitten 12a, 12b ändert sich eine Hauptfließrichtung 14 des Volumenstroms des in dem jeweiligen Kühlkanal 7 geführten Kühlfluids. Zwischen den Umlenkabschnitten 12a, 12b sind jeweils gerade Abschnitte 13 der Kühlkanäle 7 vorgesehen, die, je nach den Abmessungen des Kraftfahrzeugs 1, eine Länge von bis zu 2 m aufweisen können. Die jeweilige Hauptfließrichtung 14 wird in den Figuren durch einen Pfeil angedeutet.
Bei der Kühlvorrichtung 3 ist vorgesehen, dass die Innenoberfläche 16 (vgl. 4) der Kühlkanäle 7 in den Umlenkabschnitten 12a, 12b eine vorbestimmt veränderte Oberflächenstruktur 17 aufweist. Hierbei ist die vorbestimmt veränderte Oberflächenstruktur 17 gegenüber der sonstigen Innenoberfläche der Kühlkanäle 7 verändert, insbesondere gegenüber der Innenoberfläche der geraden Abschnitte 13. Die vorbestimmt veränderte Oberflächenstruktur 17 der Innenoberfläche 16 des Kühlkanals 7 in den Umlenkabschnitten 12a, 12b bewirkt, dass die Strömung des Kühlfluids im Bereich der jeweiligen Umlenkabschnitte 12a, 12b beeinflusst wird.
So stellen die Umlenkabschnitte 12a, 12b Abschnitte der Kühlkanäle 7 dar, in denen aufgrund der dort erfolgenden Änderung der Hauptfließrichtung 14 häufig Verwirbelungen bzw. Turbulenzen im Kühlfluid auftreten. Um derartige Verwirbelungen und hieraus resultierende Nachteile, insbesondere einen Druckverlust oder eine ungleichmäßige Kühlwirkung bzw. Kühlleistung, abzuschwächen bzw. komplett zu vermeiden, bewirken die Veränderungen der Innenoberfläche 16 im Bereich der Umlenkabschnitte 12a, 12b beispielsweise Gegenwirbel, die den Turbulenzen entgegenwirken und mithin abschwächen beziehungsweise sogar kompensieren. Zusätzlich oder alternativ kann die veränderte Oberflächenstruktur 17 lokal in den Umlenkabschnitten 12a, 12b einen erhöhten Strömungswiderstand und mithin eine verringerte Fließgeschwindigkeit bewirken, was ebenfalls der Ausbildung von Verwirbelungen vorbeugen kann. In diesem Fall wird also an ausgewählten Stellen eine Erhöhung des Strömungswiderstandes in Kauf genommen, wodurch jedoch global beziehungsweise bezüglich der kompletten Kühlvorrichtung 3 betrachtet der Strömungswiderstand aufgrund der Vermeidung der Turbulenzen verringert wird. Insgesamt wird somit die von einer nicht dargestellten Kühlpumpe der Kühlvorrichtung 3 erforderliche Pumpleistung reduziert.
In 4 sind Details bezüglich der veränderten Oberflächenstruktur 17 dargestellt. Diese ist exemplarisch als eine vorbestimmt bzw. gezielt veränderte Rauigkeit der Innenoberfläche 16 des Kühlkanals 7 ausgebildet. Die Rauigkeit wird durch mikroskopische Noppen 18 bzw. Erhebungen realisiert. Die Noppen 18 bilden hierbei eine sich periodisch wiederholende Strukturierung 19 aus. Die Oberfläche der Noppen 18 wiederum weist eine rippelartige Struktur auf, wodurch die Rauigkeit noch weiter erhöht wird. In 4 ist die rippelartige Struktur bei der mittleren Noppe 18 schematisch angedeutet. Der in 4 dargestellte exemplarische Maßstab macht deutlich, dass die Periodizität der sich periodisch wiederholenden Struktur 19 im µm-Bereich liegen kann. Allgemein kann die entsprechende Periodizität höchstens 5 mm betragen. Die Noppen 18 können im Gegensatz zu der in der 4 dargestellten Konfiguration schräg stehen. Mit anderen Worten können die jeweiligen Flanken der Noppen 18 bezüglich unterschiedlicher Richtungen einen unterschiedlichen Neigungswinkel aufweisen. Hierbei kann gezielt die Fließrichtung des an der entsprechenden Innenoberfläche 16 mit der veränderten Oberflächenstruktur 17 entlangströmenden Kühlfluids beeinflusst werden, so dass beispielsweise unerwünschte Turbulenzen bzw. Verwirbelungen abgeschwächt bzw. kompensiert werden.
Bei der in den 2 bis 4 gezeigten Ausführungsform ist die Rauigkeit, mittels der die gezielt veränderte Oberflächenstruktur 17 realisiert ist, im gesamten Bereich des jeweiligen Umlenkabschnitts 12a, 12b konstant. Abweichungen sind hierbei kleiner als 5 %, bevorzugt kleiner als 1 %. Alternativ kann vorgesehen sein, dass sich ein Parameter der gezielt veränderten Oberflächenstruktur 17, der ein Maß für die Stärke der Beeinflussung der Strömung des Kühlfluids darstellt, im Bereich des Umlenkabschnitts 12a, 12b, insbesondere stetig, verändert. Vom Inneren des Kühlkanals 7 gesehen kann sich der Parameter bezüglich der Längs- bzw. Hauptfließrichtung 14 und/oder bezüglich einer Umfangsrichtung des Kühlkanals 7 verändern. So kann der Parameter an gegenüberliegenden Seiten, insbesondere bezüglich der Kurveninnen- und Kurvenaußenseite, unterschiedlich sein und hierbei entlang der Umfangsrichtung zu- bzw. abnehmen. Hierbei ist im Innenradius der Kurve ein im Vergleich zu dem Außenradius der Kurve unterschiedlicher Fließ- bzw. Strömungswiderstand realisiert, wodurch eine entsprechende Verwirbelung ausgebildet wird, die der Ausbildung von Turbulenzen entgegenwirken kann. Gleichermaßen kann auch vorgesehen sein, dass die veränderte Oberflächenstruktur 17 nur teilweise in dem Umlenkabschnitt 12a, 12b, insbesondere im Bereich des Kurveninnenradius oder des Kurvenau-ßenaußenradius vorgesehen ist.
Nachfolgend werden weitere Details bezüglich der Umlenkabschnitte 12a, 12b der Kühlkanäle 7 beschrieben. Vorliegend sind die Umlenkabschnitte 12a, 12b genau diejenigen Abschnitte der Kühlkanäle 7, in denen sich der Winkel der Längsrichtung des jeweiligen Kühlkanals 7 ändert und mithin eine Änderung der Hauptfließrichtung 14 eintritt. Alternativ kann jedoch auch vorgesehen sein, dass der Umlenkabschnitt 12a, 12b zusätzlich einen Einlaufabschnitt aufweist, in dem sich die Längsrichtung des jeweiligen Kühlkanals 7 nicht ändert. Der Einlaufabschnitt kann eine Länge im Millimeter- oder Zentimeterbereich aufweisen, höchstens jedoch eine Länge von 10 Zentimetern.
Wie insbesondere aus 3 ersichtlich wird, sind die Umlenkabschnitte 12a derart ausgebildet, dass sich die Hauptfließrichtung 14 um einen Winkel von 180° verändert. So fließt, bezogen auf 3, das Kühlfluid nach rechts und nach dem Umlenkabschnitt 12a nach links. Dagegen ist in den Umlenkabschnitten 12b vorgesehen, dass sich die Hauptfließrichtung 14 des Volumenstroms des Kühlfluids um 90° ändert. So fließt, bezogen auf 3, das Kühlfluid zunächst nach rechts und nach dem Umlenkabschnitt 12a nach oben. Unmittelbar anschließend folgt noch ein Umlenkabschnitt 12a, nach dem das Kühlfluid wieder nach links fließt.
Aus 3 wird ferner ersichtlich, dass die Kühlkanäle 7 zudem Umlenkabschnitte 12c aufweisen, in denen sich der Volumenstrom des in dem jeweiligen Kühlkanal 7 geführten Kühlfluids verzweigt beziehungsweise in denen entsprechende Verzweigungen wieder zusammengeführt werden. Exemplarisch ist die veränderte Oberflächenstruktur 17 der Innenoberfläche 16 nur in den Umlenkabschnitten 12a, 12b, nicht jedoch in den Umlenkabschnitten 12c vorgesehen.
Nachfolgend werden Details bezüglich des Blechs 15 anhand der 3 erläutert. Das Blech 15 wird außenseitig an dem Boden 10 des Gehäuses 4 befestigt, wobei rinnenartige Vertiefungen 20 im Blech 15 die Kühlkanäle 7 ausbilden. Der Kühlkanal 7 wird also insgesamt von der rinnenartigen Vertiefung 20 des Blechs 15 und dem Boden 10 begrenzt. Im Querschnitt betrachtet sind die Kühlleitungen 7 kreissegmentförmig, wobei der gerade Abschnitt von dem Boden 10 und der gebogene Abschnitt dieses Kreissegments von dem Blech 15 definiert ist (s. 2). Um die Dichtigkeit der Kühlkanäle 7 zu gewährleisten, muss das Blech 15 in den entsprechenden Befestigungsabschnitten fluiddicht an dem Boden 10 befestigt werden, beispielsweise mittels einer Schraub- und/oder Klebverbindung.
Obgleich dies nicht konkret dargestellt ist, kann alternativ oder zusätzlich zu dem Blech 15 vorgesehen sein, dass die Kühlkanäle 7 als separate, insbesondere rohrartige Kühlleitungen vorgesehen sind, die außenseitig an dem Gehäuse 4 und/oder direkt an dem Modul 6 angebracht sind.
Die mäanderartig verlaufenden Kühlkanäle 7 bilden, wie in 3 dargestellt ist, mehrere zueinander identische und nebeneinander angeordnete Kühlkanalsysteme 21 aus. Die geometrische Struktur der Kühlkanalsysteme 21 ist hierbei an die geometrische Struktur der Module 6 angepasst, wobei jedem der Kühlkanalsysteme 21 eines der Module 6 zugeordnet ist. Konkret kühlt mithin jedes der Kühlkanalsysteme 21 jeweils eines der Module 6. Wie insbesondere aus 2 ersichtlich wird, sind die Kühlkanalsysteme 21 und die jeweils zugeordneten Module 6 beidseitig an den beiden gegenüberliegenden Seiten des Bodens 10 angeordnet.
In 5 sind mehrere Bleche 15 eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Energiespeicheranordnung 2 bzw. einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung 3 dargestellt, für die grundsätzlich das bezüglich dem ersten Ausführungsbeispiel Gesagte gleichermaßen gilt. Im Gegensatz zu dem Ausführungsbeispiel der 3 ist für die den in 5 gezeigten Blechen 15 zugeordnete Energiespeicheranordnung 2 vorgesehen, dass am Boden 20 des Gehäuses 4 mehrere Bleche 15 nebeneinander angeordnet sind, wobei jedes der Bleche 15 ein Kühlkanalsystem 21a, 21b ausbildet, dem ein separates Modul 6 zugeordnet ist. Bei dem in der 5 dargestellten Kühlkanalsystem 21a ist ein erster Zulaufkanal 22a und weiter stromabwärts ein erster Ablaufkanal 23a vorgesehen. Der erste Zulaufkanal 22a erstreckt sich hierbei nahezu über die komplette Breite des Blechs 15, gleichermaßen wie der erste Ablaufkanal 23a, wobei die Kanäle 22a, 23a parallel zueinander verlaufen. Der erste Zulaufkanal 22a ist mit dem ersten Ablaufkanal 23a über mehrere von dem ersten Zulaufkanal 22a abzweigende und in den ersten Ablaufkanal 23a einmündende erste Verbindungskanäle 24a verbunden. Die ersten Verbindungskanäle 24a sind zueinander parallel angeordnet und zweigen nacheinander von dem ersten Zulaufkanal 22a rechtwinklig ab und münden nacheinander in den ersten Ablaufkanal 23a rechtwinklig ein. Die ersten Verbindungskanäle 24a sind voneinander mittels Stege 26 abgegrenzt. Die Kühlkanäle 7 sind mithin in dem in 5 gezeigten Ausführungsbeispiel als Zulaufkanäle 22, Ablaufkanäle 23 und Verbindungskanäle 24 ausgebildet.
Bezüglich dem ersten Ablaufkanal 23a schließt sich stromabwärts ein zweiter Zulaufkanal 22b eines zweiten Kühlkanalsystems 21b an. Details bezüglich dieses konkreten Anschlusses zwischen den Kanälen 23a, 22b sind in 5 nicht dargestellt. Das zweite Kühlkanalsystem 21b umfasst hierbei den zweiten Zulaufkanal 22b, einen zweiten Ablaufkanal 23b und zweite Verbindungskanäle 24b, für die grundsätzlich dasselbe wie das im Bezug zum ersten Kühlkanalsystem 21a Erläuterte. Analog hierzu kann sich ein drittes und gegebenenfalls viertes und beliebig viele weitere Kühlkanalsysteme anschließen, wobei sämtliche Kühlkanalsysteme ein entsprechendes Gesamtkühlkanalsystem 25 ausbilden.
Nachfolgend werden Details bezüglich der Umlenkabschnitte 12d, 12e des in 5 gezeigten Ausführungsbeispiels erläutert, wobei die entsprechenden Aspekte grundsätzlich für jedes der Kühlkanalsysteme 21a, 21b gelten. Jeder Abschnitt des Zulaufkanals 22, in dem jeweils einer der Verbindungskanäle 24 abzweigt, stellt einen Umlenkabschnitt 12d dar. Ferner sind Umlenkabschnitte 12e vorgesehen, in denen die Verbindungskanäle 24 in den Ablaufkanal 23 einmünden. Die veränderte Oberflächenstruktur 17 der Innenoberfläche 16 des Kühlkanals 7 ist exemplarisch lediglich in den Umlenkabschnitten 12d vorgesehen.
6 zeigt eine detaillierte Ansicht der Umlenkabschnitte 12d. Ersichtlich ist in diesem Bereich die Innenoberfläche 16 des Kühlkanals 7 anhand einer veränderten Oberflächenstruktur 17 modifiziert. Exemplarisch ist die veränderte Oberflächenstruktur 17 ein Bereich auf der Innenoberfläche 16 im Umlenkabschnitt 12d, der eine entsprechend gezielt veränderte Rauigkeit aufweist. Konkret erstreckt sich die veränderte Oberflächenstruktur 17 im Einlaufbereich des Verbindungskanals 24 schräg über die komplette Breite dieses Kanals 24 zwischen zwei Stege 26. Hierbei verändert sich die Breite des der veränderten Oberflächenstruktur 17 entlang seiner Erstreckungsrichtung, bezüglich 6 von links nach rechts. Folglich bewirkt die veränderte Oberflächenstruktur 17, ebenfalls bezüglich 6, auf der linken Seite einen niedrigeren Strömungswiderstand als auf der rechten Seite. Alternativ bzw. zusätzlich kann die Breite die Oberflächenstruktur 17 konstant bleiben, wobei sich ein entsprechender Oberflächenkennwert betreffend die Rauigkeit ändert. Mit anderen Worten verändert sich ein Parameter der gezielt veränderten Oberflächenstruktur 17, der ein Maß für die Stärke der Beeinflussung der Strömung des Kühlfluids darstellt, im Bereich des Umlenkabschnitts 12d stetig.
Die vorteilhafte Wirkungsweise der veränderten Oberflächenstruktur 17 wird anhand der in den 6 und 7 dargestellten Strömungspfeile veranschaulicht. Hierbei entspricht 7 dem Umlenkabschnitt 12d der 6, wobei jedoch eine veränderte Oberflächenstruktur 17 nicht vorgesehen ist. Die in der 7 dargestellten Strömungspfeile machen deutlich, dass sich in diesem Bereich ohne veränderte Oberflächenstruktur 17 Verwirbelungen respektive Turbulenzen ausbilden. So ist bezüglich der 7 in dem rechten Abschnitt die Strömungsgeschwindigkeit aufgrund des Strömungsabrisses an dem Steg 26 deutlich größer als im linken Abschnitt, was letztlich zu der nachteiligen Verwirbelung führt. Demgegenüber wird im Fall einer wie in 6 dargestellten veränderten Oberflächenstruktur bewirkt, dass sich die die Strömungsgeschwindigkeit in dem rechten Abschnitt aufgrund der dort herrschenden vergrößerten Rauigkeit und mithin dem erhöhten Strömungswiderstand weniger stark von der Strömungsgeschwindigkeit im linken Abschnitt unterscheidet, wodurch letztlich die Ausbildung eines Wirbels wie in 6 verhindert bzw. abgeschwächt wird.
8 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer Kühlvorrichtung 3 bzw. einer Energiespeicheranordnung 2. Im Schritt S1 des Verfahrens wird ein ebenes Rohblech, insbesondere aus Aluminium, bereitgestellt. Im nächsten Schritt S2 des Verfahrens wird aus dem Rohblech das Blech 15 mittels eines Pressvorgangs erzeugt. Unter Anderem werden die rinnenartigen Vertiefungen 20 eingepresst. Im nächsten Schritt S3 wird die veränderte Oberflächenstruktur 17 im Bereich der Umlenkabschnitte 12a - 12e aufgebracht. Dies kann beispielsweise mittels eines Lasers oder mittels eines strukturierten Stempels oder, ganz allgemein, mittels eines Umformverfahrens erfolgen. In einem letzten Schritt S4 des Verfahrens wird das Blech 15 an das den Energiespeicher 5 einhausende Gehäuse zur Ausbildung der Kühlkanäle 7 montiert und weitere Komponenten der Kühlvorrichtung 3 bzw. der Energiespeicheranordnung 2 verbaut. Bei dem soeben beschriebenen Verfahren können die Schritte S2 und S3 auch vertauscht erfolgen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102017210185 A1 [0003]
DE 112015003530 T5 [0004]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Norm EN ISO 25178 [0015]

Claims

Kühlvorrichtung zum Kühlen wenigstens eines Energiespeichers (5) eines Kraftfahrzeugs (1), umfassend wenigstens einen Kühlkanal (7) zum Führen eines Kühlfluids, wobei der wenigstens eine Kühlkanal (7) mit einem Modul (6) des wenigstens eines Energiespeichers (5) in thermischem Kontakt steht oder bringbar ist, wobei der wenigstens eine Kühlkanal (7) wenigstens einen Umlenkabschnitt aufweist, in dem sich eine Hauptfließrichtung (14) wenigstens eines Teilvolumenstroms des in diesem Kühlkanal (7) geführten Kühlfluids ändert, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenoberfläche (16) des Kühlkanals (7) in wenigstens einem des wenigstens einen Umlenkabschnitts (12a - 12e) eine gegenüber der sonstigen Innenoberfläche vorbestimmt veränderte und die Strömung des Kühlfluids beeinflussende Oberflächenstruktur (17) aufweist.
Kühlvorrichtung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, dass die veränderte Oberflächenstruktur (17) eine vorbestimmt veränderte Rauigkeit der Innenoberfläche (16) und/oder eine sich periodisch wiederholende Strukturierung (19) der Innenoberfläche (16), deren Periodizität höchstens 5mm beträgt, bevorzugt einen Wert zwischen 1 µm und 1mm annimmt, ist.
Kühlvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Parameter der veränderten Oberflächenstruktur (17), der ein Maß für die Stärke der Beeinflussung der Strömung des Kühlfluids darstellt, in dem Bereich des Umlenkabschnitt (12a - 12e) konstant ist oder sich, bevorzugt stetig, verändert, wobei sich der Parameter insbesondere bezüglich einer Längsrichtung und/oder bezüglich einer Umfangsrichtung des Kühlkanals (7) verändert, und/oder dass die veränderte Oberflächenstruktur (17) nur teilweise in dem Umlenkabschnitt (12a - 12e) vorgesehen ist.
Kühlvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlvorrichtung wenigstens ein Blech (15) umfasst, das außenseitig an einer eine Seitenwand (9) oder einen Boden (10) oder einen Deckel (11) eines Gehäuses (4), in dem das Modul (6) angeordnet ist, ausbildenden Wandung (8) und/oder direkt an dem Modul (6) angebracht oder anbringbar ist, wobei das Blech (15) wenigstens eine rinnenartige Vertiefung (20) aufweist, wobei der wenigstens eine Kühlkanal (7) von der wenigstens einen rinnenartigen Vertiefung (20) und der Wandung (8) ausgebildet wird, und/oder dass der wenigstens eine Kühlkanal (7) als eine separate, insbesondere rohrartige, Kühlleitung ausgebildet ist, die außenseitig an einer eine Seitenwand (9) oder einen Boden (10) oder einen Deckel (11) eines Gehäuses (4), in dem das Modul (6) angeordnet ist, ausbildenden Wandung (8) und/oder direkt an dem Modul (6) angebracht oder anbringbar ist.
Kühlvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Hauptfließrichtung (14) zumindest eines Teilvolumenstroms des Kühlfluids in zumindest einem des wenigstens einen Umlenkabschnitts (12b) um einen Winkel zwischen 70° und 110°, insbesondere um 90°, und/oder in zumindest einem des wenigstens einen Umlenkabschnitts (12a) um einen Winkel zwischen 170° und 190°, insbesondere um 180°, ändert.
Kühlvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich in dem wenigstens einen Umlenkabschnitt (12a, 12b) die Hauptfließrichtung des gesamtem Volumenstroms des in diesem Kühlkanal geführten Kühlfluids ändert.
Kühlvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere ein Kühlkanalsystem (21) ausbildende Kühlkanäle (7) vorgesehen sind, wobei sich in dem wenigstens einen Umlenkabschnitt (12c, 12d) der Volumenstrom des in diesem Kühlkanal (7) geführten Kühlfluids verzweigt.
Kühlvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlkanalsystem (21) wenigstens einen Zulaufkanal (22) und stromabwärts wenigstens einen Ablaufkanal (23) aufweist, wobei der wenigstens eine Zulaufkanal (22) mit dem wenigstens einen Ablaufkanal (23) über mehrere von dem Zulaufkanal (22) abzweigende und in den Ablaufkanal (23) einmündende Verbindungskanäle (24) verbunden ist.
Kühlvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Zulaufkanal (22) im Wesentlichen parallel zu dem wenigstens einen Ablaufkanal (23) und/oder die Verbindungskanäle (24) im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind und/oder dass die Verbindungskanäle (24) nacheinander von dem Zulaufkanal (22), insbesondere rechtwinklig, abzweigen und/oder nacheinander in den Ablaufkanal (23), insbesondere rechtwinklig, einmünden.
Energiespeicheranordnung für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Kühlvorrichtung (3) nach einem der vorangehenden Ansprüche.
Energiespeicheranordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere ein Kühlkanalsystem (21) ausbildende Kühlkanäle (7) vorgesehen sind, wobei sich in dem wenigstens einen Umlenkabschnitt (12c, 12d) der Volumenstrom des in diesem Kühlkanal (7) geführten Kühlfluids verzweigt, wobei das Kühlkanalsystem (21) wenigstens einen Zulaufkanal (22) und stromabwärts wenigstens einen Ablaufkanal (23) aufweist, wobei der wenigstens eine Zulaufkanal (22) mit dem wenigstens einen Ablaufkanal (23) über mehrere von dem Zulaufkanal (22) abzweigende und in den Ablaufkanal (23) einmündende Verbindungskanäle (24) verbunden ist, wobei sich die Verbindungskanäle (24) entlang einer Außenfläche des, insbesondere im Wesentlichen quaderförmigen, Moduls (6) erstrecken.
Energiespeicheranordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gesamtkühlkanalsystem (25) ein erstes Kühlkanalsystem (21a) umfassend einen ersten Zulaufkanal (22a), einen ersten Ablaufkanal (23a) und mehrere erste Verbindungskanäle (24a) aufweist, wobei das Gesamtkühlkanalsystem (25) stromabwärts zumindest ein weiteres Kühlkanalsystem (21b) umfassend einen weiteren Zulaufkanal (22b), der sich insbesondere unmittelbar an dem ersten Ablaufkanal (23a) anschließt, einen weiteren Ablaufkanal (23b) sowie mehrere weitere Verbindungskanäle (24b) aufweist, wobei sich die Verbindungskanäle (24a, 24b) jedes der Kühlkanalsysteme (21a, 21b) entlang einer Außenfläche eines jeweils zugeordneten Moduls (6) erstrecken.
Kraftfahrzeug umfassend eine Kühlvorrichtung (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 und/oder eine Energiespeicheranordnung (2) nach einem der Ansprüche 10 bis 12.
Verfahren zu Herstellung einer Kühlvorrichtung (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 oder einer Energiespeicheranordnung (2) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei die gegenüber der sonstigen Innenoberfläche vorbestimmt veränderte und die Strömung des Kühlfluids beeinflussende Oberflächenstruktur (17) in wenigstens einen des wenigstens einen Umlenkabschnitts (12a - 12e) auf die Innenoberfläche (16) des wenigstens einen Kühlkanals (7) aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die vorbestimmt veränderte Oberflächenstruktur (17) mittels eines Lasers oder mittels Umformens, insbesondere mittels eines strukturierten Stempels, aufgebracht wird.