-
Die Erfindung betrifft eine Kühleinrichtung für einen elektrischen Energiespeicher eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Kraftwagens, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
-
Eine solche Kühleinrichtung für einen elektrischen Energiespeicher eines Kraftfahrzeugs ist beispielsweise der
DE 10 2019 200 817 A1 als bekannt zu entnehmen. Die Kühleinrichtung weist wenigstens ein elektrisch leitendes Verbindungselement auf, mittels welchem wenigstens zwei zum Speichern der elektrischen Energie ausgebildete Speicherzellen des Energiespeichers elektrisch miteinander verbunden sind. Außerdem ist ein zum zumindest teilweisen Kühlen des Energiespeichers ausgebildetes beziehungsweise vorgesehenes Phasenwechselmaterial (PCM) vorgesehen.
-
Der
DE 10 2011 075 462 A1 ist ein Batteriemodul als bekannt zu entnehmen, mit einem Batteriezellenstapel aus mindestens zwei Batteriezellen. Jede Batteriezelle ist von zumindest einer PCM-haltigen Zelle kontaktiert, die in den Batteriezellenstapel eingefügt ist. Außerdem ist aus der
DE 10 2012 213 855 A1 ein Batterieladesystem für Fahrzeuge bekannt, mit einer stationären Ladestation und einer mobilen, im Fahrzeug angeordneten Batterie, wobei das Fahrzeug mit einem Ladekabel und einer Temperierleitung an die Ladestation anschließbar ist.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kühleinrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass der Energiespeicher besonders vorteilhaft gekühlt werden kann.
-
Diese Aufgabe wird durch eine Kühleinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
-
Um eine Kühleinrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass sich eine besonders vorteilhafte Kühlung des Energiespeichers realisieren lässt, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das auch als Stromschiene bezeichnete oder als Stromschiene ausgebildete und beispielsweise aus einem metallischen Werkstoff gebildete Verbindungselement an einem elektrisch isolierenden Träger gehalten ist, in welchen das Phasenwechselmaterial (PCM) integriert ist. Mit anderen Worten ist der Träger, welcher auch als Trägerkonstruktion bezeichnet wird oder eine Trägerkonstruktion ist, ein Isolator beziehungsweise ein Nichtleiter, dessen elektrische Leitfähigkeit weniger als 10-8 S*cm-1 beträgt. Durch die Integration des Phasenwechselmaterials in den Träger kann der Energiespeicher besonders einfach und bedarfsgerecht mit dem Phasenwechselmaterial versehen werden. Außerdem kann ein besonders vorteilhafter Wärmeübergang von dem auch als Zellverbinder bezeichneten Verbindungselement an das Phasenwechselmaterial über den Träger erfolgen, wodurch Wärme besonders gut von dem Zellverbinder und somit beispielsweise von den Speicherzellen abgeführt werden kann. Im Rahmen der vorliegenden Offenbarung ist darunter, dass mittels des Phasenwechselmaterials der Energiespeicher zumindest teilweise gekühlt werden kann, insbesondere zu verstehen, dass eine übermäßige Erwärmung zumindest des Teilbereichs des Energiespeichers, insbesondere des Zellverbinders und/oder der Speicherzellen, mittels des Phasenwechselmaterials vermieden werden kann, dadurch, dass von dem Teilbereich, insbesondere von den Speicherzellen beziehungsweise von dem Zellverbinder, bereitgestellte Wärme an das Phasenwechselmaterial übergehen und von dem Phasenwechselmaterial aufgenommen und insbesondere in dem Phasenwechselmaterial zumindest vorübergehend gespeichert werden kann. Durch den gezielten Einsatz des Phasenwechselmaterials insbesondere im Bereich des Verbindungselements kann dort eine Temperaturbegrenzung erreicht werden, sodass zumindest in dem Teilbereich übermäßig hohe Temperaturen vermieden werden können. Dadurch wird erreicht, dass lokale Überhitzungen vermieden werden, und auch ein übermäßiger Wärmeeintrag in die einfach als Zellen bezeichneten Speicherzellen kann vermieden werden.
-
Durch die Integration des Phasenwechselmaterials in den Träger kann das Phasenwechselmaterial außerdem besonders vorteilhaft nahe an dem Verbindungselement positioniert werden. Beispielsweise ist das Phasenwechselmaterial mikroverkapselt mit in ein Isolationsmaterial eingebracht, aus welchem der Träger gebildet ist. Alternativ oder zusätzlich kann das Phasenwechselmaterial als Compound, das heißt als Verbundwerkstoff, in das beispielsweise als Kunststoff ausgebildete Isolationsmaterial, aus welchem der Träger gebildet, ist, integriert sein. Bei dem Isolationsmaterial handelt es sich beispielsweise um einen Polymerschaum, welcher mit dem Phasenwechselmaterial (PCM) infiltriert sein kann. Ferner ist es denkbar, dass das Phasenwechselmaterial eingelegt und abgeschlossen in dem Isolationsmaterial, das beispielsweise ein Kunststoff ist, ist. Durch die Wahl eines Temperaturbereichs des Phasenwechselmaterials kann eine Charakteristik des Phasenwechselmaterials an jeweilige thermische Anforderungen angepasst werden.
-
Die mittels des Phasenwechselmaterials realisierbare Temperaturbegrenzung des Verbindungselements und/oder der Speicherzellen sorgt im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen für ein verbessertes Sicherheits- und Lebensdauerverhalten. Insbesondere ist das Phasenwechselmaterial ein Latentwärmespeicher, der ihm zugeführte thermische Energie in Form von latenter Wärme speichert. Hierdurch ist eine Wärmepufferung darstellbar, durch die der Querschnitt und der Materialeinsatz für das Verbindungselement und Zellkontaktierungen zum Kontaktieren der Speicherzellen besonders gering gehalten werden können. Hierdurch können die Kosten und das Gewicht des Energiespeichers in einem besonders geringen Rahmen gehalten werden.
-
Alternativ oder zusätzlich ist es denkbar, dass das Verbindungselement (Zellverbinder) gezielt gestaltet ist, um das Verbindungselement als Abstrahlkörper für die im Phasenwechselmaterial gespeicherte oder zu speichernde Wärme zu nutzen. Dadurch kann eine besonders große Wärmemenge von den Speicherzellen abgeführt und in dem Phasenwechselmaterial gespeichert werden, sodass eine besonders vorteilhafte Temperaturbegrenzung darstellbar ist.
-
Ferner ist es denkbar, dass das Phasenwechselmaterial als ein Fest-Fest-Phasenumwandlungsmaterial ausgebildet ist und somit beim Einspeichern von Wärme und beim Abgeben der eingespeicherten Wärme einen Phasenübergang von jeweils fest zu fest durchführt. Ferner kann alternativ oder zusätzlich eine Mikro- und/oder Makroverkapselung vorgesehen sein.
-
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der einzigen Figur 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 der einzigen Fig. ausschnittsweise eine schematische und geschnittene Seitenansicht einer Kühleinrichtung für einen elektrischen Energiespeicher eines Kraftfahrzeugs.
-
Die einzige Fig. zeigt ausschnittsweise in einer schematischen und geschnittenen Seitenansicht einen elektrischen Energiespeicher 10 für ein Kraftfahrzeug. Dies bedeutet, dass das vorzugsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgebildete Kraftfahrzeug in seinem vollständig hergestellten Zustand den Energiespeicher 10 aufweist. Beispielsweise ist der Energiespeicher 10 eine Batterie, insbesondere eine Hochvolt-Batterie (HV-Batterie). Insbesondere ist der Energiespeicher 10 eine Hochvolt-Komponente, deren elektrische Spannung vorzugsweise größer als 50 V, insbesondere größer als 60 V, ist und vorzugsweise mehrere hundert Volt beträgt. Der Energiespeicher 10 weist wenigstens zwei einfach auch als Zellen bezeichnete Speicherzellen 12 auf, mittels welchen die elektrische Energie, insbesondere elektrochemisch, zu speichern oder gespeichert ist. Beispielsweise sind die als Einzelzellen ausgebildeten Speicherzellen 12 in einem in der Fig. nicht dargestellten Gehäuse des Energiespeichers 10 angeordnet. Die Speicherzellen 12 sind über ihre auch als Terminals oder Anschlusselemente bezeichneten Kontaktelemente 14 elektrisch miteinander verbunden. Hierzu ist wenigstens ein auch als Zellverbinder bezeichnetes und beispielsweise als Stromschiene ausgebildetes Verbindungselement 16 vorgesehen, welches mit den Kontaktelementen 14, insbesondere direkt, elektrisch kontaktiert ist. Dadurch ist das Verbindungselement 16 elektrisch mit den Kontaktelementen 14 und somit elektrisch mit den Speicherzellen 12 verbunden, sodass die Kontaktelemente 14 und somit die Speicherzellen 12 über das Verbindungselement 16 (Zellverbinder) elektrisch miteinander verbunden sind. Der Zellverbinder ist somit eine Zellkontaktierung und er wird auch als Zellkontaktierung bezeichnet. Beispielsweise ist das Verbindungselement 16 an sich aus einem insbesondere elektrisch leitfähigen Werkstoff gebildet. Insbesondere kann der Werkstoff ein metallischer Werkstoff wie beispielsweise Kupfer sein. Insgesamt ist erkennbar, dass das Verbindungselement 16 an sich elektrisch leitfähig ist, wodurch die Speicherzellen 12 über den Zellverbinder elektrisch miteinander verbunden sind.
-
Der Energiespeicher 10 umfasst auch eine Kühleinrichtung 18, mittels welcher zumindest ein Teilbereich 20 des Energiespeichers 10 gekühlt werden kann. Unter dem mittels der Kühleinrichtung 18 bewirkbaren Kühlen zumindest des Teilbereichs 20 ist insbesondere zu verstehen, dass eine übermäßige Temperatur des Teilbereichs 20 und/oder in dem Teilbereich 20 mittels der Kühleinrichtung 18 vermieden werden kann, beispielsweise dadurch, dass mittels der Kühleinrichtung 18 Wärme von dem Teilbereich 20 weggeführt wird. Hierfür umfasst die Kühleinrichtung 18 ein zum Kühlen zumindest des Teilbereichs 20 ausgebildetes und somit vorgesehenes Phasenwechselmaterial 22, welches in dem oder von dem Teilbereich 20 bereitgestellte Wärme aufnehmen und zumindest vorübergehend speichern kann. Somit ist das Phasenwechselmaterial 22 (PCM) ein Latentwärmespeicher, in welchem Wärme gepuffert werden kann.
-
In dem Teilbereich 20 sind beispielsweise die Speicherzellen 12 und der Zellverbinder jeweils zumindest teilweise angeordnet, sodass mittels des Phasenwechselmaterials 22 insbesondere eine übermäßige Temperatur des Zellverbinders und der Speicherzellen 12 vermieden werden kann.
-
Um nun den Energiespeicher 10 besonders vorteilhaft kühlen zu können, umfasst die Kühleinrichtung 18 einen elektrisch isolierenden Träger 24, an welchem das Verbindungselement 16 gehalten ist. Der Träger 24 ist eine Trägerkonstruktion, die aus einem Werkstoff gebildet ist. Insbesondere ist der Werkstoff ein elektrisch isolierender Werkstoff und somit ein Isolationsmaterial, aus welchem der Träger 24 gebildet ist. Vorzugsweise ist das Isolationsmaterial ein Kunststoff. Beispielsweise kann der Kunststoff ein Polymerschaum sein. Dabei ist das Phasenwechselmaterial 22 in den Träger 24 integriert.
-
Bei dem in der Fig. gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Phasenwechselmaterial 22 allumfangsseitig von dem Träger 24 und somit von dem Isolationsmaterial umgeben. Über den Träger 24 kann Wärme besonders gut von dem Zellverbinder und/oder den Speicherzellen 12 an das Phasenwechselmaterial 22 übergehen, sodass eine besonders vorteilhafte Kühlung darstellbar ist.
-
Bezugszeichenliste
-
- 10
- elektrischer Energiespeicher
- 12
- Speicherzelle
- 14
- Kontaktelement
- 16
- Verbindungselement
- 18
- Kühleinrichtung
- 20
- Teilbereich
- 22
- Phasenwechselmaterial
- 24
- Träger
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102019200817 A1 [0002]
- DE 102011075462 A1 [0003]
- DE 102012213855 A1 [0003]
