DE102021209351A1 - Energy storage device for a welding machine - Google Patents

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Abstract

Energiespeichervorrichtung (1) mit mehreren Energiespeicherzellen (3), die in einem Gehäuse (2) der Energiespeichervorrichtung (1) angeordnet sind, wobei das Gehäuse (2) der Energiespeichervorrichtung (1) zur homogenen Kühlung der darin enthaltenen Energiespeicherzellen (3) von einem Kühlmedium (KM) durchströmbar ist, wobei in Zwischenräumen zwischen Mantelflächen der in dem Gehäuse (2) angeordneten Energiespeicherzellen (3) Strömungsleitobjekte (4) vorgesehen sind, welche eine innerhalb des Gehäuses (2) bestehende Strömung des Kühlmediums (KM) derart umlenken, dass ein höherer Flächenanteil der Mantelflächen der in dem Gehäuse (2) angeordneten Energiespeicherzellen (3) von dem Kühlmedium (KM) zur Steigerung eines Wärmeüberganges von den Mantelflächen der Energiespeicherzellen (3) in das Kühlmedium (KM) und zur Erzielung einer gleichmäßigen Temperaturverteilung zwischen den Energiespeicherzellen (3) umströmt wird, wobei aufgrund des durch die Strömungsleitobjekte (4) veränderten Strömungsquerschnittes eine örtliche Strömungsgeschwindigkeit, mit welcher das Kühlmedium (KM) die Mantelflächen der in dem Gehäuse (2) angeordneten Energiespeicherzellen (3) jeweils umströmt, entsprechend einer vorgegebenen Kühlanforderung angepasst wird.Energy storage device (1) with a plurality of energy storage cells (3), which are arranged in a housing (2) of the energy storage device (1), the housing (2) of the energy storage device (1) for homogeneous cooling of the energy storage cells (3) contained therein by a cooling medium (KM) through which a flow can flow, with flow guide objects (4) being provided in intermediate spaces between lateral surfaces of the energy storage cells (3) arranged in the housing (2), which deflect a flow of the cooling medium (KM) existing within the housing (2) in such a way that a higher proportion of the lateral surfaces of the energy storage cells (3) arranged in the housing (2) from the cooling medium (KM) to increase heat transfer from the lateral surfaces of the energy storage cells (3) to the cooling medium (KM) and to achieve a uniform temperature distribution between the energy storage cells ( 3) is flowed around, due to the flow control objects (4) changed Strömu A local flow rate at which the cooling medium (KM) flows around the lateral surfaces of the energy storage cells (3) arranged in the housing (2) is adapted in accordance with a predetermined cooling requirement.

Description

Die Erfindung betrifft eine Energiespeichervorrichtung für ein Schweißgerät mit einer Schweißstromquelle, welche durch die Energiespeichervorrichtung mit Strom versorgt werden kann.The invention relates to an energy storage device for a welding device with a welding current source which can be supplied with current by the energy storage device.

Schweißgeräte werden zur Durchführung eines Schweißprozesses mit Energie bzw. elektrischem Strom versorgt. Ein Schweißgerät verfügt über eine Schweißstromquelle. Hierzu kann die Schweißstromquelle eine Energiespeichervorrichtung mit mehreren Energiespeicherzellen enthalten. Herkömmliche Schweißstromquellen können über sogenannte Akkupacks mit Energiespeicherzellen verfügen. Energiespeicherzellen umfassen beispielsweise Akkuzellen oder Batterien. Energiespeicherzellen können auch durch Elektrolytkondensatoren (sog. Elkos) oder elektrochemische Kondensatoren (z.B.:. Superkondensatoren) gebildet werden. Die Energiespeicherzellen befinden sich dabei in einem Gehäuse der Energiespeichervorrichtung. Beim Laden und Entladen der Energiespeicherzellen wird Wärme erzeugt. Es ist notwendig, diese erzeugte Wärme abzuführen, um eine lange Lebensdauer und hohe Effizienz der Energiespeicherzellen zu gewährleisten. Hierzu können die Energiespeicherzellen von einem Kühlmedium umströmt werden.Welding devices are supplied with energy or electrical current to carry out a welding process. A welding machine has a welding power source. For this purpose, the welding current source can contain an energy storage device with a number of energy storage cells. Conventional welding power sources can have so-called battery packs with energy storage cells. Energy storage cells include, for example, battery cells or batteries. Energy storage cells can also be formed by electrolytic capacitors (so-called electrolytic capacitors) or electrochemical capacitors (e.g.: supercapacitors). The energy storage cells are located in a housing of the energy storage device. Heat is generated when charging and discharging the energy storage cells. It is necessary to dissipate this generated heat to ensure long life and high efficiency of the energy storage cells. To this end, a cooling medium can flow around the energy storage cells.

Die US 10 038 226 B2 beschreibt beispielsweise eine Energiespeichervorrichtung mit Lithium-Ionen-Batterien, die in einem Stack angeordnet sind und mithilfe von Kühlplatten gekühlt werden.The U.S. 10,038,226 B2 describes, for example, an energy storage device with lithium-ion batteries arranged in a stack and cooled using cold plates.

Die US 7 642 004 B2 und die US 2005/0153199 A1 beschreiben Energiespeichervorrichtungen mit Energiespeicherzellen, die von einem Luftstrom umströmt werden. Ein Luftstrom strömt in eine Einlassöffnung der Energiespeichervorrichtung ein und strömt an einem Auslass der Energiespeichervorrichtung aus. Bei diesen Energiespeichervorrichtungen sind im Einlass- und Auslassbereich der Energiespeichervorrichtung strömungsregulierende Elemente mit besonderer Form vorgesehen, welche die Strömung des Kühlmediums beeinflussen.The U.S. 7,642,004 B2 and the U.S. 2005/0153199 A1 describe energy storage devices with energy storage cells around which an air flow flows. A flow of air enters an inlet port of the energy storage device and exits an outlet of the energy storage device. In these energy storage devices, flow-regulating elements with a special shape are provided in the inlet and outlet area of the energy storage device, which influence the flow of the cooling medium.

Die US 7 896 063 B2 beschreibt eine Wärmetauscherstruktur für Batteriemodule. Der Wärmetauscher dient zum Kühlen oder Erwärmen der Batteriemodule, indem er Luft mithilfe eines Lüfters einbläst. Eine Halterung für die Energiespeicherzellen ist seitlich mit einer Vielzahl von hervorstehenden Finnen versehen. In Strömungsrichtung nimmt die Höhe der an beiden Seiten der Halterung vorgesehenen Finnen auf der oberen Seite ab, während sie auf der unteren Seite zunimmt. Auf diese Weise kommen die mehr zu der Eingangsöffnung gelegenen Energiespeicherzellen in stärkeren Kontakt mit dem durchströmenden Kühlmedium als die von weiter entfernten Energiespeicherzellen. Allerdings werden die in Strömungsrichtung vorne gelegenen Energiespeicherzellen bei der in der US 7 896 063 B2 beschriebenen Struktur gegenüber dem Kühlmediumstrom abgeschattet und weitestgehend asymmetrisch angeströmt. Aufgrund der sich verändernden Größe der Finnen verändert sich die Durchflussgeschwindigkeit des Kühlmediums aufgrund des graduell abnehmenden Querschnitts des Strömungskanals.The U.S. 7,896,063 B2 describes a heat exchanger structure for battery modules. The heat exchanger is used to cool or heat the battery modules by blowing in air using a fan. A holder for the energy storage cells is provided with a large number of protruding fins on the side. In the direction of flow, the height of the fins provided on both sides of the bracket decreases on the upper side while it increases on the lower side. In this way, the energy storage cells located closer to the inlet opening come into greater contact with the cooling medium flowing through than the energy storage cells located further away. However, the energy storage cells located at the front in the direction of flow are U.S. 7,896,063 B2 The structure described is shaded from the flow of cooling medium and flows asymmetrically as far as possible. Due to the changing size of the fins, the flow rate of the cooling medium changes due to the gradually decreasing cross section of the flow channel.

Durch die unsymmetrische Anströmung der Energiespeicherzellen kann es allerdings zu einem Temperaturgradienten innerhalb der betreffenden Speicherzellen kommen, welche eine homogene Kühlung der Energiespeicherzellen von allen Seiten ausschließt. Dies hat einen negativen Einfluss auf die Betriebslebensdauer der in dieser Energiespeichervorrichtung enthaltenen Energiespeicherzellen bzw. Batterien. Weiterhin ist die Effizienz der Kühlung aufgrund der unsymmetrischen Anströmung der Energiespeicherzellen relativ gering.However, the asymmetrical flow onto the energy storage cells can result in a temperature gradient within the relevant storage cells, which precludes homogeneous cooling of the energy storage cells from all sides. This has a negative impact on the service life of the energy storage cells or batteries contained in this energy storage device. Furthermore, the efficiency of the cooling is relatively low due to the asymmetrical flow onto the energy storage cells.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Energiespeichervorrichtung zu schaffen, mit welcher die Kühlung der Energiespeicherzellen in effizienter Weise erfolgt und die Betriebslebensdauer der Energiespeicherzellen und somit der Energiespeichervorrichtung erhöht wird.It is therefore an object of the present invention to create an energy storage device with which the cooling of the energy storage cells takes place in an efficient manner and the service life of the energy storage cells and thus of the energy storage device is increased.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Energiespeichervorrichtung mit den in Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.According to the invention, this object is achieved by an energy storage device having the features specified in patent claim 1 .

Die Erfindung schafft demnach eine Energiespeichervorrichtung mit mehreren Energiespeicherzellen, die in einem Gehäuse der Energiespeichervorrichtung angeordnet sind, wobei das Gehäuse der Energiespeichervorrichtung zur homogenen Kühlung der darin enthaltenen Energiespeicherzellen von einem Kühlmedium durchströmbar ist, wobei in Zwischenräumen zwischen Mantelflächen der in dem Gehäuse angeordneten Energiespeicherzellen Strömungsleitobjekte vorgesehen sind, welche eine innerhalb des Gehäuses bestehende Strömung des Kühlmediums derart umlenken, dass ein höherer Flächenanteil der Mantelflächen der in dem Gehäuse angeordneten Energiespeicherzellen von dem Kühlmedium zur Steigerung eines Wärmeüberganges von den Mantelflächen der Energiespeicherzellen in das Kühlmedium und zur Erzielung einer gleichmäßigen Temperaturverteilung zwischen den Energiespeicherzellen umströmt wird.The invention accordingly creates an energy storage device with a plurality of energy storage cells, which are arranged in a housing of the energy storage device, wherein the housing of the energy storage device can be flowed through by a cooling medium for homogeneous cooling of the energy storage cells contained therein, flow guide objects being provided in intermediate spaces between lateral surfaces of the energy storage cells arranged in the housing which deflect a flow of the cooling medium within the housing in such a way that a higher proportion of the surface area of the lateral surfaces of the energy storage cells arranged in the housing is separated from the cooling medium in order to increase heat transfer from the lateral surfaces of the energy storage cells into the cooling medium and to achieve a uniform temperature distribution between the energy storage cells flows around.

Aufgrund des durch die Strömungsleitobjekte veränderten Strömungsquerschnittes wird eine örtliche Strömungsgeschwindigkeit, mit welcher das Kühlmedium die Mantelflächen der in dem Gehäuse angeordneten Energiespeicherzellen jeweils umströmt, entsprechend einer vorgegebenen Kühlanforderung angepasst.Due to the flow cross section changed by the flow guide objects, a local flow speed at which the cooling medium flows through the lateral surfaces of the energy storage cells arranged in the housing flows around, adjusted according to a given cooling requirement.

Die Kühlanforderung weist bei einer möglichen Ausführungsform eine zweidimensionale Soll-Temperaturverteilung T(x,y) oder eine dreidimensionale Soll-Temperaturverteilung T(x, y, z) der Energiespeicherzellen, mit einer maximal zulässigen Abweichung dieser Solltemperatur innerhalb des Gehäuses der Energiespeichervorrichtung auf.In one possible embodiment, the cooling requirement has a two-dimensional target temperature distribution T(x,y) or a three-dimensional target temperature distribution T(x,y,z) of the energy storage cells, with a maximum permissible deviation from this target temperature within the housing of the energy storage device.

Die erfindungsgemäße Energiespeichervorrichtung weist entlang der Strömungsrichtung einen symmetrischen Aufbau auf. Hierdurch kann gewährleistet werden, dass die verschiedenen Energiespeicherzellen innerhalb des Gehäuses der Energiespeichervorrichtung entlang ihrer Mantelflächen symmetrisch angeströmt werden. Dies wiederum verhindert ungewollte Temperaturgradienten innerhalb der Energiespeicherzellen der Energiespeichervorrichtung.The energy storage device according to the invention has a symmetrical structure along the direction of flow. In this way it can be ensured that the various energy storage cells within the housing of the energy storage device are symmetrically flowed along their lateral surfaces. This in turn prevents unwanted temperature gradients within the energy storage cells of the energy storage device.

Bei einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Energiespeichervorrichtung wird die Strömung des Kühlmediums, mit welcher die Mantelflächen der in dem Gehäuse angeordneten Energiespeicherzellen jeweils umströmt werden, durch die Strömungsleitobjekte in Betrag und Richtung derart angepasst, dass sich dadurch eine örtlich definierte Kühlwirkung des Kühlmediums auf die Mantelflächen der umströmten Energiespeicherzellen und damit eine örtlich definierte Temperatur der Energiespeicherzellen ergibt.In one possible embodiment of the energy storage device according to the invention, the flow of the cooling medium, with which the lateral surfaces of the energy storage cells arranged in the housing are respectively flowed around, is adjusted in amount and direction by the flow guide objects in such a way that a locally defined cooling effect of the cooling medium on the lateral surfaces of the flows around energy storage cells and thus results in a locally defined temperature of the energy storage cells.

Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Energiespeichervorrichtung werden die Mantelflächen der in dem Gehäuse reihenförmig angeordneten Energiespeicherzellen von dem Kühlmedium in dessen Strömungsrichtung von einem wellen- oder mäanderförmigen Strömungsprofil umströmt.In a further possible embodiment of the energy storage device according to the invention, the lateral surfaces of the energy storage cells arranged in rows in the housing are surrounded by the cooling medium in its direction of flow of a wave-shaped or meandering flow profile.

Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Energiespeichervorrichtung weist das Gehäuse der Energiespeichervorrichtung eine Eingangsöffnung sowie eine Ausgangsöffnung auf.In a further possible embodiment of the energy storage device according to the invention, the housing of the energy storage device has an inlet opening and an outlet opening.

Das Kühlmedium strömt zur Kühlung der in dem Gehäuse der Energiespeichervorrichtung enthaltenen Energiespeicherzellen mit einer Eingangsströmungsgeschwindigkeit in mindestens eine Eingangsöffnung des Gehäuses der Energiespeichervorrichtung ein. Darüber hinaus strömt das Kühlmedium mit einer Ausgangsströmungsgeschwindigkeit an mindestens einer Ausgangsöffnung des Gehäuses der Energiespeichervorrichtung aus. Bei der erfindungsgemäßen Energiespeichervorrichtung wird die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmediums durch die in dem Gehäuse der Energiespeichervorrichtung angeordneten Strömungsleitobjekte gegenüber der Eingangsströmungsgeschwindigkeit und/oder gegenüber der Ausgangsströmungsgeschwindigkeit verändert.To cool the energy storage cells contained in the housing of the energy storage device, the cooling medium flows at an inlet flow rate into at least one inlet opening of the housing of the energy storage device. In addition, the cooling medium flows out at an exit flow rate at at least one exit opening of the housing of the energy storage device. In the energy storage device according to the invention, the flow velocity of the cooling medium is changed by the flow guide objects arranged in the housing of the energy storage device in relation to the input flow velocity and/or in relation to the output flow velocity.

Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Energiespeichervorrichtung ist das Kühlmedium ein gasförmiges Kühlmedium, insbesondere Luft, das ausgehend von einer Strömungserzeugungseinheit, insbesondere einem Lüfter, in die mindestens eine Eingangsöffnung des Gehäuses der Energiespeichervorrichtung einströmt. Bei einer alternativen Ausführungsform kann auch ein flüssiges Kühlmedium verwendet werden, welches in die mindestens eine Eingangsöffnung des Gehäuses einströmt.In a further possible embodiment of the energy storage device according to the invention, the cooling medium is a gaseous cooling medium, in particular air, which flows from a flow generation unit, in particular a fan, into the at least one inlet opening of the housing of the energy storage device. In an alternative embodiment, a liquid cooling medium can also be used, which flows into the at least one inlet opening of the housing.

Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Energiespeichervorrichtung weisen die Strömungsleitobjekte stabförmig ausgebildete Strömungsleitobjekte auf.In a further possible embodiment of the energy storage device according to the invention, the flow guide objects have flow guide objects in the form of rods.

Bei einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Energiespeichervorrichtung weisen die stabförmig ausgebildeten Strömungsleitobjekte einen kreisförmigen Querschnitt mit geringem Strömungswiderstand auf.In a possible embodiment of the energy storage device according to the invention, the rod-shaped flow guide objects have a circular cross section with low flow resistance.

Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Energiespeichervorrichtung weisen die stabförmig ausgebildeten Strömungsleitobjekte einen halbkreisförmigen Querschnitt mit geringem Strömungswiderstand auf.In a further possible embodiment of the energy storage device according to the invention, the rod-shaped flow guide objects have a semicircular cross section with low flow resistance.

Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Energiespeichervorrichtung weisen die stabförmig ausgebildeten Strömungsleitobjekte einen tropfenförmigen Querschnitt mit einem geringen Strömungswiderstand auf.In a further possible embodiment of the energy storage device according to the invention, the rod-shaped flow guide objects have a drop-shaped cross section with a low flow resistance.

Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Energiespeichervorrichtung sind die Energiespeicherzellen gleichmäßig beabstandet in mehreren quer zur Strömungsrichtung des Kühlmediums ausgerichteten Reihen innerhalb des Gehäuses der Energiespeichervorrichtung angeordnet.In a further possible embodiment of the energy storage device according to the invention, the energy storage cells are arranged at equal distances in a plurality of rows oriented transversely to the direction of flow of the cooling medium within the housing of the energy storage device.

Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Energiespeichervorrichtung sind für den in der ersten Reihe der in dem Gehäuse der Energiespeichervorrichtung angeordneten Energiespeicherzellen, welche der Eingangsöffnung des Gehäuses zugewandt sind, jeweils Abschirmobjekte zur teilweisen Abschirmung der Mantelflächen der entsprechenden Energiespeicherzellen vor dem in das Gehäuse einströmenden Kühlmedium vorgesehen.In a further possible embodiment of the energy storage device according to the invention, shielding objects for partial shielding of the lateral surfaces of the corresponding energy storage cells from the cooling medium flowing into the housing are provided for the energy storage cells arranged in the first row in the housing of the energy storage device and facing the inlet opening of the housing .

Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Energiespeichervorrichtung sind die Querschnitte der Strömungsleitobjekte in Strömungsrichtung des Kühlmediums über die Reihen der in dem Gehäuse angeordneten Energiespeicherzellen hinweg konstant.In a further possible embodiment of the energy storage device according to the invention, the cross sections of the flow guide objects are constant in the direction of flow of the cooling medium over the rows of energy storage cells arranged in the housing.

Bei einer alternativen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Energiespeichervorrichtung sind die Querschnitte der Strömungsleitobjekte in Strömungsrichtung des Kühlmediums über die Reihen der in dem Gehäuse angeordneten Energiespeicherzellen hinweg unterschiedlich bzw. variieren.In an alternative embodiment of the energy storage device according to the invention, the cross sections of the flow guide objects are different or vary in the direction of flow of the cooling medium across the rows of energy storage cells arranged in the housing.

Hierdurch kann eine gleichmäßige Temperaturverteilung zwischen den verschiedenen Reihen der Energiespeicherzellen erreicht werden.As a result, a uniform temperature distribution between the different rows of energy storage cells can be achieved.

Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Energiespeichervorrichtung sind die Querschnitte der Strömungsleitobjekte, die in Zwischenräumen zwischen Mantelflächen von in zwei benachbarten Reihen angeordneten Energiespeicherzellen vorgesehen sind, quer zur Strömungsrichtung des Kühlmediums zur Erzielung einer gleichmäßigen Temperaturverteilung zwischen den Energiespeicherzellen variabel.In a further possible embodiment of the energy storage device according to the invention, the cross sections of the flow guide objects, which are provided in spaces between lateral surfaces of energy storage cells arranged in two adjacent rows, are variable transversely to the direction of flow of the cooling medium in order to achieve a uniform temperature distribution between the energy storage cells.

Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Energiespeichervorrichtung bilden die Strömungsleitobjekte Teil mindestens eines austauschbaren Aufnahmekäfigs zur Aufnahme von Energiespeicherzellen.In a further possible embodiment of the energy storage device according to the invention, the flow guide objects form part of at least one exchangeable receiving cage for receiving energy storage cells.

Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Energiespeichervorrichtung weist jeder Aufnahmekäfig jeweils zwei zueinander parallel angeordnete Platten auf. Diese Platten sind vorzugsweise über stabförmige Strömungsleitobjekte miteinander verbunden und weisen jeweils ein zweidimensionales Aufnahmeraster mit Aufnahmeöffnungen zur Aufnahme der in Reihen angeordneten Energiespeicherzellen der Energiespeichervorrichtung auf.In a further possible embodiment of the energy storage device according to the invention, each receiving cage has two plates arranged parallel to one another. These plates are preferably connected to one another via rod-shaped flow guide objects and each have a two-dimensional receiving grid with receiving openings for receiving the energy storage cells of the energy storage device arranged in rows.

Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Energiespeichervorrichtung sind an einer oder beiden den Energiespeicherzellen zugewandten Oberflächen der Platten des Aufnahmekäfigs noppen- oder flossenförmige Strömungsleitobjekte vorgesehen, die Verwirbelungen des durch das Gehäuse hindurchströmenden Kühlmediums entlang der Mantelflächen der in dem Aufnahmekäfig enthaltenen Energiespeicherzellen zur weiteren Erhöhung des örtlichen Wärmeübergangs von den Energiespeicherzellen an das Kühlmedium entlang der Mantelflächen hervorrufen.In a further possible embodiment of the energy storage device according to the invention, knob-shaped or fin-shaped flow guide objects are provided on one or both surfaces of the plates of the receiving cage facing the energy storage cells, the turbulence of the cooling medium flowing through the housing along the lateral surfaces of the energy storage cells contained in the receiving cage to further increase the local Cause heat transfer from the energy storage cells to the cooling medium along the lateral surfaces.

Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Energiespeichervorrichtung weisen die Energiespeicherzellen aufladbare Batterien zur Speicherung elektrischer Energie auf.In a further possible embodiment of the energy storage device according to the invention, the energy storage cells have rechargeable batteries for storing electrical energy.

Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Energiespeichervorrichtung sind die Energiespeicherzellen jeweils in zylinderförmigen Speicherpackungen mit einer äußeren Mantelfläche integriert.In a further possible embodiment of the energy storage device according to the invention, the energy storage cells are each integrated in cylindrical storage packs with an outer lateral surface.

Die Erfindung schafft ferner gemäß einem weiteren Aspekt ein Schweißgerät mit den in Patentanspruch 15 angegebenen Merkmalen.According to a further aspect, the invention also provides a welding device with the features specified in patent claim 15 .

Die Erfindung schafft demnach ein Schweißgerät mit einer Schweißstromquelle, die mindestens eine Energiespeichervorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung zur Energieversorgung aufweist.The invention therefore creates a welding device with a welding current source which has at least one energy storage device according to the first aspect of the invention for the energy supply.

Im Weiteren werden mögliche Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Energiespeichervorrichtung unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher erläutert.Possible embodiments of the energy storage device according to the invention are explained in more detail below with reference to the accompanying figures.

Es zeigen:

  • 1 eine seitlich perspektivische Ansicht zur Darstellung einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Energiespeichervorrichtung;
  • 2 eine Ansicht von oben auf die in 1 dargestellte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Energiespeichervorrichtung;
  • 3 eine weitere Ansicht von oben auf eine weitere mögliche Ausführungsform der erfindungsgemäßen Speichervorrichtung;
  • 4A,B,C,D Ausführungsbeispiele für mögliche Querschnittsformen von Strömungsleitobjekten, welche bei einer erfindungsgemäßen Energiespeichervorrichtung eingesetzt werden können;
  • 5 eine Ansicht von oben auf eine weitere mögliche Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Energiespeichervorrichtung;
  • 6 eine perspektivische Ansicht von seitlich oben auf eine weitere mögliche Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Energiespeichervorrichtung.
Show it:
  • 1 a side perspective view to show a possible embodiment of the energy storage device according to the invention;
  • 2 a top view of the in 1 illustrated embodiment of an energy storage device according to the invention;
  • 3 a further view from above of a further possible embodiment of the storage device according to the invention;
  • 4A,B , C , D Exemplary embodiments of possible cross-sectional shapes of flow guide objects that can be used in an energy storage device according to the invention;
  • 5 a view from above of a further possible embodiment of an energy storage device according to the invention;
  • 6 a perspective view from the side above of a further possible embodiment of an energy storage device according to the invention.

1 zeigt eine Ansicht von schräg oben auf ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Energiespeichervorrichtung 1. Die Energiespeichervorrichtung 1 verfügt über ein Gehäuse 2, das beispielsweise quaderförmig ausgebildet ist, wie in 1 dargestellt. Das Gehäuse 2 weist bei einer möglichen Ausführungsform an einer Stirnseite 2A mindestens eine Eingangsöffnung zum Einströmen eines Kühlmediums auf. Das Gehäuse 2 weist an seiner gegenüberliegenden zweiten Stirnseite 2B mindestens eine Ausgangsöffnung zur Abgabe des Kühlmediums auf. Innerhalb des Gehäuses 2 sind mehrere Energiespeicherzellen 3 angeordnet. Die Energiespeicherzellen 3 sind beispielsweise wiederaufladbare Batteriezellen. Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Energiespeicherzellen 3 zylinderförmig ausgebildet und besitzen entsprechende Mantelflächen. Die in dem Gehäuse 2 der Energiespeichervorrichtung 1 enthaltenen Energiespeicherzellen 3 werden zur Kühlung von einem Kühlmedium umströmt. Bei dem Kühlmedium kann es sich beispielsweise um ein Gas oder um eine Flüssigkeit handeln. Ein Kühlmedium ist beispielsweise Umgebungsluft, die von einem Lüfter ausgehend in die Eingangsöffnung des Gehäuses 2 einströmt. Alternativ kann es sich bei dem Kühlmedium auch um eine Flüssigkeit, beispielsweise Wasser, handeln. Je nach Anwendungsfall sind auch andere Kühlmedien möglich, beispielsweise Öl und dergleichen. Wie man in 1 erkennen kann, sind in den Zwischenräumen zwischen den Mantelflächen der in dem Gehäuse 2 angeordneten Energiespeicherzellen 3 Strömungsleitobjekte 4 vorgesehen. Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Strömungsleitobjekte 4 stabförmig ausgebildet. Die Strömungsleitobjekte 4 sind geeignet, eine innerhalb des Gehäuses 2 bestehende Strömung des Kühlmediums derart umzulenken, dass ein höherer Flächenanteil der Mantelflächen der in dem Gehäuse 2 angeordneten Energiespeicherzellen 3 von dem Kühlmedium zur Steigerung eines Wärmeübergangs von den Mantelflächen der Energiespeicherzellen 3 in das Kühlmedium und zur Erzielung einer gleichmäßigen Temperaturverteilung zwischen den Energiespeicherzellen 3 umströmt wird. Aufgrund des durch die Strömungsleitobjekte 4 veränderten Strömungsquerschnittes kann eine örtliche Strömungsgeschwindigkeit, bei der das Kühlmedium die Mantelflächen der in dem Gehäuse 2 angeordneten Energiespeicherzellen 3 jeweils umströmt, entsprechend einer vorgegebenen Kühlanforderung angepasst werden. Die Kühlanforderung kann je nach Anwendungsfall unterschiedlich sein. Die Kühlanforderungen können beispielsweise eine möglichst geringe Maximal-Temperatur der Energiespeichervorrichtung 1, bei gleichzeitig minimaler Spreizung bzw. minimalen Temperaturgradient umfassen. Die Kühlanforderung umfasst beispielsweise eine zweidimensionale Soll-Temperaturverteilung T(x, y) oder eine dreidimensionale Soll-Temperaturverteilung T(x, y, z) innerhalb des Gehäuses 2 der Energiespeichervorrichtung 1. Bei einer möglichen Ausführungsform kann sich die Kühlanforderung auch dynamisch über die Zeit t verändern ((T(x, y, t); T(x, y , z, t)). 1 shows an oblique view from above of an exemplary embodiment of an energy storage device 1 according to the invention. The energy storage device 1 has a housing 2, which is cuboidal, for example, as in FIG 1 shown. In one possible embodiment, the housing 2 has at least one inlet opening for inflow on an end face 2A a cooling medium. The housing 2 has at least one outlet opening for discharging the cooling medium on its opposite second end face 2B. A plurality of energy storage cells 3 are arranged within the housing 2 . The energy storage cells 3 are, for example, rechargeable battery cells. At the in 1 illustrated embodiment, the energy storage cells 3 are cylindrical and have corresponding lateral surfaces. A cooling medium flows around the energy storage cells 3 contained in the housing 2 of the energy storage device 1 for cooling purposes. The cooling medium can be a gas or a liquid, for example. A cooling medium is, for example, ambient air, which flows from a fan into the inlet opening of the housing 2 . Alternatively, the cooling medium can also be a liquid, for example water. Depending on the application, other cooling media are also possible, for example oil and the like. how to get in 1 can see, 3 flow guide objects 4 are provided in the spaces between the lateral surfaces of the energy storage cells arranged in the housing 2 . At the in 1 illustrated embodiment, the flow control objects 4 are rod-shaped. The flow guide objects 4 are suitable for deflecting a flow of the cooling medium existing within the housing 2 in such a way that a higher proportion of the surface area of the lateral surfaces of the energy storage cells 3 arranged in the housing 2 is carried away by the cooling medium to increase heat transfer from the lateral surfaces of the energy storage cells 3 into the cooling medium and to Achieving a uniform temperature distribution between the energy storage cells 3 flows around. Due to the flow cross section changed by the flow guide objects 4, a local flow speed at which the cooling medium flows around the lateral surfaces of the energy storage cells 3 arranged in the housing 2 can be adjusted according to a predetermined cooling requirement. The cooling requirement can vary depending on the application. The cooling requirements can include, for example, the lowest possible maximum temperature of the energy storage device 1, with a minimum spread or minimum temperature gradient at the same time. The cooling requirement includes, for example, a two-dimensional target temperature distribution T (x, y) or a three-dimensional target temperature distribution T (x, y, z) within the housing 2 of the energy storage device 1. In a possible embodiment, the cooling requirement can also change dynamically over time change t ((T(x, y, t); T(x, y , z, t))).

Die Temperaturverteilung T(x, y , z)innerhalb des Gehäuses 2 kann mittels eines Planungs-Softwaretools und einer gespeicherten Bibliothek möglicher Strömungsleitobjekte 4 und Abschirmobjekte 5 unter Angabe geometrischer Randbedingungen, insbesondere einer Länge L, Höhe H und Breite B des Gehäuses 2 sowie weiterer Parameter, insbesondere Wärmeleitkoeffizienten und Strömungsrate des Kühlmediums KM, Anzahl der Reihen und Spalten an Energiezellen 3 in der x-y Ebene, sowie einer normalen und maximal erlaubten Betriebstemperatur der Energiespeicherzellen 3 berechnet bzw. simuliert werden.The temperature distribution T(x, y, z) within the housing 2 can be determined using a planning software tool and a stored library of possible flow control objects 4 and shielding objects 5, specifying geometric boundary conditions, in particular a length L, height H and width B of the housing 2 and others Parameters, in particular thermal conductivity coefficients and flow rate of the cooling medium KM, number of rows and columns of energy cells 3 in the x-y plane, and a normal and maximum permissible operating temperature of the energy storage cells 3 are calculated or simulated.

Insbesondere bei einem Anwendungsfall mit sich dynamisch veränderbarer Kühlanforderung können die Strömungsleitobjekte 4 oder Abschirmobjekte 5, wie sie in 6 dargestellt sind, bei einer möglichen zumindest teilweise mittels Aktuatoren bewegbar angeordnet vorgesehen sein. Beispielsweise können Strömungsleitobjekte 4 in der x, y-Ebene drehbar angeordnet sein oder in z-Richtung in den Hohlraum des Gehäuses 2 von oben oder unten einfahrbar sein. Die Soll-Temperaturverteilung Tsoll kann geändert werden, um insbesondere einer Schwankung oder einer sensorisch erfassten Änderung der Temperatur TKM (t) des Kühlmediums KM oder einer sensorisch erfassten Änderung der Strömungsrate des Kühlmediums Rechnung zu tragen. Bei einer möglichen Implementierung wird die aktuelle Temperatur TKM des Kühlmediums KM eingangsseitig mit einem Temperatursensor erfasst. Auch innerhalb des Gehäuses 2 können Temperatursensoren vorgesehen sein. Dies erlaubt es die aktuell gemessene Temperaturverteilung T ist mit der Soll-Temperaturverteilung T soll zu vergleichen und eine Stellung der Strömungsleitobjekte 4 und/oder der Abschirmobjekte 5 mittels einer Regelungseinheit derart zu regeln, dass die in dem Gehäuse 2 gemessene Temperaturverteilung der gewünschten Soll-Temperaturverteilung entspricht. Die Soll-Temperaturverteilung ändert sich bei einer möglichen Ausführungsform in Abhängigkeit der eingesetzten Energiespeicherzellen 3. Eine erste Art von Energiespeicherzellen 3 wird beispielsweise bei einer höheren Betriebstemperatur betrieben als eine zweite Art von Energiespeicherzellen 3 und weist eine entsprechende Soll-Temperaturverteilung mit höherem Temperaturniveau auf, die bei der Anordnung und Form der Strömungsleitobjekte 4 und/oder Abschirmobjekte 5 berücksichtigt wird.In particular in an application with a dynamically changing cooling requirement, the flow guide objects 4 or shielding objects 5, as shown in 6 are shown, be provided in a possible at least partially movably arranged by means of actuators. For example, flow guide objects 4 can be arranged such that they can rotate in the x, y plane or can be moved into the cavity of the housing 2 from above or below in the z direction. The setpoint temperature distribution Tsoll can be changed in order to take account of a fluctuation or a sensor-detected change in the temperature T KM (t) of the cooling medium KM or a sensor-detected change in the flow rate of the cooling medium. In one possible implementation, the current temperature T KM of the cooling medium KM is detected on the input side with a temperature sensor. Temperature sensors can also be provided inside the housing 2 . This allows the currently measured temperature distribution T actual to be compared with the target temperature distribution T target and a position of the flow guide objects 4 and/or the shielding objects 5 to be regulated by means of a control unit in such a way that the temperature distribution measured in the housing 2 corresponds to the desired target temperature distribution is equivalent to. In one possible embodiment, the target temperature distribution changes depending on the energy storage cells 3 used. A first type of energy storage cell 3 is operated, for example, at a higher operating temperature than a second type of energy storage cell 3 and has a corresponding target temperature distribution with a higher temperature level, which is taken into account in the arrangement and shape of the flow guide objects 4 and/or shielding objects 5.

Durch Variation der Ausführung der Strömungsleitobjekte 4 in Strömungsrichtung des Kühlmediums ist es möglich, eine möglichst homogene Kühlung der Energiespeicherzellen 3 zu erreichen. Hierdurch kann eine Temperaturdifferenz zwischen den Energiespeicherzellen 3 reduziert werden, wodurch die Lebensdauer der Energiespeicherzellen 3 erhöht wird. Durch entsprechende Ausbildung der Strömungsleitobjekte 4 ist es möglich, eine weitestgehend konstante Anströmung der Mantelflächen der in dem Gehäuse 2 befindlichen Energiespeicherzellen 3 zu erreichen und somit eine homogene Kühlung zu erzielen. Weiterhin ist es möglich, durch die Ausbildung der Strömungsleitobjekte 4 die Temperaturverteilung innerhalb der jeweiligen Energiespeicherzellen 3 zu beeinflussen und damit auch eine konstante homogene Schwellentemperatur der Energiespeicherzellen 3 zu ermöglichen. Dies bedeutet, dass der Temperaturgradient innerhalb einer Energiespeicherzelle 3 weitestgehend konstant ist. Weiterhin ist es möglich, durch Ausbildung der Strömungsleitobjekte 4 einen Druckverlust bei vorgegebenem Bauraum des Gehäuses 2 zu optimieren, wobei sich dies wiederum positiv auf den Volumenstrom des Kühlmediums auswirkt. Dies kann beispielsweise im Zusammenspiel mit einer Strömungserzeugungseinheit, beispielsweise einem Lüfter, erfolgen, welcher die Strömung des Kühlmediums antreibt.By varying the design of the flow guide objects 4 in the direction of flow of the cooling medium, it is possible to achieve cooling of the energy storage cells 3 that is as homogeneous as possible. As a result, a temperature difference between the energy storage cells 3 can be reduced, as a result of which the service life of the energy storage cells 3 is increased. By designing the flow guide objects 4 appropriately, it is possible to have a largely constant flow against the lateral surfaces to achieve the energy storage cells located in the housing 2 3 and thus to achieve a homogeneous cooling. Furthermore, it is possible to influence the temperature distribution within the respective energy storage cells 3 through the design of the flow guide objects 4 and thus also to enable a constant, homogeneous threshold temperature of the energy storage cells 3 . This means that the temperature gradient within an energy storage cell 3 is largely constant. Furthermore, it is possible to optimize a pressure loss for a given installation space of the housing 2 by designing the flow guide objects 4, this in turn having a positive effect on the volume flow of the cooling medium. This can take place, for example, in interaction with a flow generation unit, for example a fan, which drives the flow of the cooling medium.

Die Strömung des Kühlmediums, mit welcher die Mantelflächen der in dem Gehäuse 2 angeordneten Energiespeicherzellen 3 jeweils umströmt werden, kann durch die Strömungsleitobjekte 4 in Betrag und Richtung derart angepasst werden, dass sich dadurch eine örtlich definierte Kühlwirkung des Kühlmediums auf die Mantelflächen der umströmten Energiespeicherzellen 3 und somit eine örtlich definierte Temperatur der Energiespeicherzellen 3 ergibt. Die Mantelflächen der in dem Gehäuse 2 reihenförmig angeordneten Energiespeicherzellen 3 werden vorzugsweise von dem Kühlmedium in dessen Strömungsrichtung von einem wellen- oder mäanderförmigen Strömungsprofil umströmt. An der Stirnseite 2A des Gehäuses 2 strömt das Kühlmedium zur Kühlung der in dem Gehäuse 2 befindlichen Energiespeicherzellen 3 mit einer Eingangsströmungsgeschwindigkeit ein. An der gegenüberliegenden anderen Stirnseite 2B strömt das Kühlmedium an mindestens einer Ausgangsöffnung mit einer Ausgangsströmungsgeschwindigkeit aus. Bei einer möglichen Ausführungsform wird die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmediums durch die in dem Gehäuse 2 der Energiespeichervorrichtung 1 angeordneten Strömungsleitobjekte 4 gegenüber der Eingangsströmungsgeschwindigkeit und/oder gegenüber der Ausgangsströmungsgeschwindigkeit verändert. Aufgrund des durch die Strömungsleitobjekte 4 veränderten Strömungsquerschnittes kann die örtliche Strömungsgeschwindigkeit, mit welcher das Kühlmedium die Mantelflächen der in dem Gehäuse 2 angeordneten Energiespeicherzellen 3 jeweils umströmt, höher oder niedriger als die Eingangsströmungsgeschwindigkeit und/oder höher oder niedriger als die Ausgangsströmungsgeschwindigkeit des Kühlmediums sein.The flow of the cooling medium, with which the lateral surfaces of the energy storage cells 3 arranged in the housing 2 flow around, can be adjusted in amount and direction by the flow guide objects 4 in such a way that a locally defined cooling effect of the cooling medium on the lateral surfaces of the energy storage cells 3 and thus a locally defined temperature of the energy storage cells 3 results. The lateral surfaces of the energy storage cells 3 arranged in rows in the housing 2 are preferably flowed around by the cooling medium in its direction of flow of a wave-shaped or meandering flow profile. The cooling medium for cooling the energy storage cells 3 located in the housing 2 flows in at the end face 2A of the housing 2 at an inlet flow rate. At the opposite, other end face 2B, the cooling medium flows out at at least one outlet opening at an outlet flow rate. In one possible embodiment, the flow speed of the cooling medium is changed by the flow guide objects 4 arranged in the housing 2 of the energy storage device 1 compared to the input flow speed and/or compared to the output flow speed. Due to the flow cross section changed by the flow guide objects 4, the local flow rate at which the cooling medium flows around the lateral surfaces of the energy storage cells 3 arranged in the housing 2 can be higher or lower than the inlet flow rate and/or higher or lower than the outlet flow rate of the cooling medium.

Die Strömungsleitobjekte 4 sind vorzugsweise stabförmig ausgebildet, wie in 1 dargestellt. Sie können dabei je nach Anwendungsfall einen unterschiedlichen Querschnitt aufweisen, wie in den 4A, 4B, 4C, 4D dargestellt.The flow control objects 4 are preferably rod-shaped, as in 1 shown. You can have a different cross-section depending on the application, as in the 4A , 4B , 4C , 4D shown.

Bei einer möglichen Ausführungsform weisen die Strömungsleitobjekte 4 einen halbkreisförmigen Querschnitt wie in 4A dargestellt auf. Weiterhin können die Strömungsleitobjekte 4 auch einen kreisförmigen Querschnitt besitzen, wie in 4B dargestellt. Die Strömungsleitobjekte 4 können auch einen elliptischen Querschnitt aufweisen, wie in 4C dargestellt. Darüber hinaus werden bei einer bevorzugten Ausführungsform auch Strömungsleitobjekte 4 mit einem tropfenförmigen Querschnitt mit besonders geringem Strömungswiderstand verwendet, wie in 4D schematisch dargestellt. Es ist nicht erforderlich, dass die Strömungsleitobjekte 4 alle den gleichen Querschnitt aufweisen. Beispielsweise können unterschiedlich geformte Strömungsleitobjekte 4 mit unterschiedlichem Querschnitt je nach Anwendungsfall innerhalb des Gehäuses 2 angeordnet werden.In one possible embodiment, the flow guide objects 4 have a semicircular cross section as shown in FIG 4A shown on. Furthermore, the flow guide objects 4 can also have a circular cross section, as in 4B shown. The flow guide objects 4 can also have an elliptical cross section, as in 4C shown. In addition, in a preferred embodiment, flow guide objects 4 with a drop-shaped cross section with particularly low flow resistance are also used, as in 4D shown schematically. It is not necessary for the flow guide objects 4 to all have the same cross section. For example, differently shaped flow guide objects 4 with different cross sections can be arranged inside the housing 2 depending on the application.

Bei einer möglichen Ausführungsform der Energiespeichervorrichtung 1 sind die Energiespeicherzellen 3 gleichmäßig beabstandet in dem Gehäuse 2 angeordnet. Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Energiespeicherzellen 3 gleichmäßig beabstandet in mehreren quer zur Strömungsrichtung des Kühlmediums ausgerichteten Reihen innerhalb des Gehäuses 2 der Energiespeichervorrichtung 1 angeordnet.In one possible embodiment of the energy storage device 1, the energy storage cells 3 are arranged in the housing 2 at an even distance. At the in 1 In the exemplary embodiment illustrated, the energy storage cells 3 are arranged at equal intervals in a plurality of rows oriented transversely to the direction of flow of the cooling medium within the housing 2 of the energy storage device 1 .

Bei einer möglichen Ausführungsform können für die in der ersten Reihe der in dem Gehäuse 2 der Energiespeichervorrichtung 1 angeordneten Energiespeicherzellen 3, welche der mindestens einen Eingangsöffnung des Gehäuses 2 zugewandt sind, zusätzlich jeweils Abschirmobjekte 5 zur teilweisen Abschirmung von Mantelflächen der entsprechenden Energiespeicherzellen 3 vor dem in das Gehäuse 2 einströmenden Kühlmedium vorgesehen sein, wie in 6 dargestelltIn one possible embodiment, for the energy storage cells 3 arranged in the first row of the energy storage cells 3 in the housing 2 of the energy storage device 1, which face the at least one input opening of the housing 2, additional shielding objects 5 for partial shielding of lateral surfaces of the corresponding energy storage cells 3 before the in cooling medium flowing into the housing 2 can be provided, as in 6 shown

Die Querschnitte der Strömungsleitobjekte 4 in Strömungsrichtung des Kühlmediums können über mehrere Reihen der in dem Gehäuse 2 angeordneten Energiespeicherzellen 3 hinweg konstant sein, wie in 1 und in 2 dargestellt. Alternativ können sich die Querschnitte der Strömungsleitobjekte 4 in Strömungsrichtung des Kühlmediums über die verschiedenen Reihen der in dem Gehäuse 2 angeordneten Energiespeicherzellen 3 hinweg auch verändern, wie beispielsweise in 3 dargestellt. Bei dem in 3 dargestellten Beispiel nimmt der Querschnitt der stabförmigen Strömungsleitobjekte 4 graduell zu. Darüber hinaus sind in den Zwischenräumen zwischen den Energiespeicherzellen 3 der ersten Reihen keine Strömungsleitobjekte 4 vorgesehen. Erst ab der fünften Reihe sind Strömungsleitobjekte 4 vorgesehen, deren runder Querschnitt graduell über die Reihen hinweg in Strömungsrichtung zunimmt. Wie man aus dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 erkennen kann, ist es nicht erforderlich, dass die Strömungsleitobjekte 4 in allen Zwischenräumen bzw. zwischen allen Reihen von Energiespeicherzellen 3 vorgesehen sind. Durch stufenweise oder graduelle Erhöhung des Querschnittes der Strömungsleitobjekte 4 in Strömungsrichtung des Kühlmediums kann bei einer möglichen Ausführungsform eine noch gleichmäßigere Temperaturverteilung zwischen den Energiespeicherzellen 3 erzielt werden. Bei dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel variieren die Querschnitte der verschiedenen Strömungsleitobjekte 4 in Strömungsrichtung des Kühlmediums. Weiterhin ist es auch möglich, dass die Querschnitte der Strömungsleitobjekte 4 sich quer zur Strömungsrichtung des Kühlmediums verändern, wie in 5 dargestellt. Beispielsweise können die am Rand des Kühlstromes vorgesehenen Strömungsleitobjekte 4 einen anderen Querschnitt aufweisen als die in der Mitte der Strömung des Kühlmediums vorgesehenen Strömungsleitobjekte 4. Beispielsweise nehmen die Querschnitte der Strömungsleitobjekte 4 quer zur Strömungsrichtung graduell zu, um eine noch gleichmäßigere Temperaturverteilung zwischen den Energiespeicherzellen 3 zu erzielen, wie in dem Ausführungsbeispiel gemäß 5 gezeigt. Auch die Querschnittsformen der Strömungsleitobjekte 4 können sich in Strömungsrichtung des Kühlmediums und/oder auch quer zur Strömungsrichtung des Kühlmediums verändern. Beispielsweise können am Rande des Strömungskanals Strömungsleitobjekte 4 mit einem kreisrunden Querschnitt verwendet werden, während in der Mitte des Strömungskanals vorzugsweise Strömungsleitobjekte 4 mit tropfenförmigem Querschnitt eingesetzt werden. Durch die Verwendung verschiedenartiger Strömungsleitobjekte 4 können die Strömungsprofile zwischen den Energiespeicherzellen 3 individuell für den jeweiligen Anwendungsfall gestaltet werden. Die Energiespeicherzellen 3 können aufladbare Batterien, Elektrolytkondensatoren oder elektrochemische Kondensatoren zur Speicherung elektrischer Energie aufweisen. Die Verwendung sonstiger Energiespeicherzellen ist möglich.The cross sections of the flow guide objects 4 in the flow direction of the cooling medium can be constant over several rows of the energy storage cells 3 arranged in the housing 2, as shown in FIG 1 and in 2 shown. Alternatively, the cross sections of the flow guide objects 4 can also change in the direction of flow of the cooling medium across the various rows of the energy storage cells 3 arranged in the housing 2, such as in FIG 3 shown. At the in 3 example shown, the cross section of the rod-shaped flow guide objects 4 increases gradually. In addition, no flow guide objects 4 are provided in the spaces between the energy storage cells 3 of the first rows. Only from the fifth row are flow control objects 4 provided, their round cross-section gradually increases across the rows in the direction of flow. As can be seen from the embodiment according to 3 can see, it is not necessary for the flow guide objects 4 to be provided in all intermediate spaces or between all rows of energy storage cells 3 . In a possible embodiment, an even more uniform temperature distribution between the energy storage cells 3 can be achieved by stepwise or gradual increase in the cross section of the flow guide objects 4 in the direction of flow of the cooling medium. At the in 3 illustrated embodiment, the cross sections of the various flow guide objects 4 vary in the direction of flow of the cooling medium. Furthermore, it is also possible that the cross sections of the flow guide objects 4 change transversely to the direction of flow of the cooling medium, as in 5 shown. For example, the flow guide objects 4 provided at the edge of the cooling flow can have a different cross section than the flow guide objects 4 provided in the middle of the flow of the cooling medium achieve, as in the embodiment according to 5 shown. The cross-sectional shapes of the flow guide objects 4 can also change in the direction of flow of the cooling medium and/or transversely to the direction of flow of the cooling medium. For example, flow guide objects 4 with a circular cross section can be used at the edge of the flow channel, while flow guide objects 4 with a drop-shaped cross section are preferably used in the middle of the flow channel. By using different types of flow control objects 4, the flow profiles between the energy storage cells 3 can be designed individually for the respective application. The energy storage cells 3 can have rechargeable batteries, electrolytic capacitors or electrochemical capacitors for storing electrical energy. The use of other energy storage cells is possible.

Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Energiespeichervorrichtung 1 bilden die Strömungsleitobjekte 4 Teil eines austauschbaren Aufnahmekäfigs zur Aufnahme von Energiespeicherzellen 3. Dieser Aufnahmekäfig weist bei einer möglichen Ausführungsform zwei zueinander parallel angeordnete Platten auf, die über die stabförmigen Strömungsleitobjekte 4 miteinander verbunden sind. Diese beiden einander gegenüberliegenden Platten weisen vorzugsweise jeweils ein zweidimensionales Aufnahmeraster mit Aufnahmeöffnungen zur Aufnahme der in Reihen angeordneten Energiespeicherzellen 3 auf. Bei zylinderförmigen Energiespeicherzellen 3, wie sie in 1 dargestellt sind, weisen die Aufnahmeöffnungen einen kreisrunden Querschnitt auf, der es erlaubt, die Energiespeicherzellen 3 von oben durch die Aufnahmeöffnung einer Platte einzusetzen. Hierdurch kann die Montage der Energiespeichervorrichtung 1 erleichtert werden. Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform sind an einer oder an beiden den Energiespeicherzellen 3 zugewandten Oberflächen der Platten des Aufnahmekäfigs zusätzlich noppen- und flossenförmige Strömungsleitobjekte 4 vorgesehen, die Verwirbelungen des durch das Gehäuse 2 hindurchströmenden Kühlmediums entlang der Mantelflächen der in dem Aufnahmekäfig enthaltenen Energiespeicherzellen 3 zur Erhöhung einer örtlichen Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmediums entlang der Mantelflächen hervorrufen. Die Energiespeicherzellen 3 können jeweils in zylinderförmigen Speicherpackungen mit einer äußeren Mantelfläche integriert sein, wie in 1 dargestellt.In a further possible embodiment of the energy storage device 1 according to the invention, the flow guide objects 4 form part of an exchangeable receiving cage for receiving energy storage cells 3. In one possible embodiment, this receiving cage has two plates arranged parallel to one another, which are connected to one another via the rod-shaped flow guide objects 4. These two mutually opposite plates preferably each have a two-dimensional receiving grid with receiving openings for receiving the energy storage cells 3 arranged in rows. With cylindrical energy storage cells 3, as in 1 are shown, the receiving openings have a circular cross section, which allows the energy storage cells 3 to be inserted from above through the receiving opening of a plate. This can facilitate assembly of the energy storage device 1 . In a further possible embodiment, nub- and fin-shaped flow guide objects 4 are additionally provided on one or both surfaces of the plates of the receiving cage facing the energy storage cells 3, to increase the turbulence of the cooling medium flowing through the housing 2 along the lateral surfaces of the energy storage cells 3 contained in the receiving cage cause a local flow rate of the cooling medium along the lateral surfaces. The energy storage cells 3 can each be integrated in cylindrical storage packs with an outer lateral surface, as in 1 shown.

Die in den 1 bis 6 beispielhaft dargestellte Energiespeichervorrichtung 1 kann bei einer möglichen Ausführungsform in einer Schweißstromquelle eines Schweißgerätes integriert werden. Die Einbaurichtung kann dabei je nach Anwendungsfall variieren. Beispielsweise verlaufen die stabförmig ausgebildeten Strömungsleitobjekte 4 je nach Einbaulage der Energiespeichervorrichtung 1 in horizontaler Richtung. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Energiespeichervorrichtung 1 in der Schweißstromquelle des Schweißgerätes austauschbar vorgesehen. Die Anzahl der Energiespeicherzellen 3 innerhalb der Energiespeichervorrichtung 1 kann je nach Anwendungsfall variieren. Die Energiespeicherzellen 3 und dazwischen vorgesehenen stabförmigen Strömungsleitobjekte 4 sind vorzugsweise in Strömungsrichtung des Kühlmediums entlang der Strömungsachse symmetrisch angeordnet. Hierdurch kann eine symmetrische Anströmung der Mantelflächen der Energiespeicherzellen 3 erreicht werden. Auf diese Weise werden auch die Temperaturgradienten innerhalb der verschiedenen Energiespeicherzellen 3 verringert und somit deren individuelle Betriebslebensdauer erhöht. Die erfindungsgemäße Energiespeichervorrichtung 1 eignet sich insbesondere für den Einbau in ein tragbares Schweißgerät zu dessen Stromversorgung während des Schweißprozesses. Die erfindungsgemäße Energiespeichervorrichtung 1 kann vorzugsweise über eine Schnittstelle an ein Aufladegerät zum Aufladen der Energiespeicherzellen 3 angeschlossen werden. Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform können auch Stromschienen als Strömungsleitobjekte 4 zur Wärmeabfuhr genutzt werden.The in the 1 until 6 In one possible embodiment, the energy storage device 1 shown as an example can be integrated into a welding current source of a welding device. The installation direction can vary depending on the application. For example, the rod-shaped flow guide objects 4 run in the horizontal direction depending on the installation position of the energy storage device 1 . In a preferred embodiment, the energy storage device 1 is provided in the welding current source of the welding device so that it can be replaced. The number of energy storage cells 3 within the energy storage device 1 can vary depending on the application. The energy storage cells 3 and rod-shaped flow guide objects 4 provided between them are preferably arranged symmetrically in the flow direction of the cooling medium along the flow axis. As a result, a symmetrical inflow onto the lateral surfaces of the energy storage cells 3 can be achieved. In this way, the temperature gradients within the various energy storage cells 3 are also reduced and their individual service life is thus increased. The energy storage device 1 according to the invention is particularly suitable for installation in a portable welding device for its power supply during the welding process. The energy storage device 1 according to the invention can preferably be connected via an interface to a charging device for charging the energy storage cells 3 . In a further possible embodiment, busbars can also be used as flow guide objects 4 for dissipating heat.

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

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Claims (15)

Energiespeichervorrichtung (1) mit mehreren Energiespeicherzellen (3), die in einem Gehäuse (2) der Energiespeichervorrichtung (1) angeordnet sind, wobei das Gehäuse (2) der Energiespeichervorrichtung (1) zur homogenen Kühlung der darin enthaltenen Energiespeicherzellen (3) von einem Kühlmedium (KM) durchströmbar ist, wobei in Zwischenräumen zwischen Mantelflächen der in dem Gehäuse (2) angeordneten Energiespeicherzellen (3) Strömungsleitobjekte (4) vorgesehen sind, welche eine innerhalb des Gehäuses (2) bestehende Strömung des Kühlmediums (KM) derart umlenken, dass ein höherer Flächenanteil der Mantelflächen der in dem Gehäuse (2) angeordneten Energiespeicherzellen (3) von dem Kühlmedium (KM) zur Steigerung eines Wärmeüberganges von den Mantelflächen der Energiespeicherzellen (3) in das Kühlmedium (KM) und zur Erzielung einer gleichmäßigen Temperaturverteilung zwischen den Energiespeicherzellen (3) umströmt wird.Energy storage device (1) with a plurality of energy storage cells (3), which are arranged in a housing (2) of the energy storage device (1), the housing (2) of the energy storage device (1) for homogeneous cooling of the energy storage cells (3) contained therein by a cooling medium (KM) through which a flow can flow, with flow guide objects (4) being provided in intermediate spaces between lateral surfaces of the energy storage cells (3) arranged in the housing (2), which deflect a flow of the cooling medium (KM) existing within the housing (2) in such a way that a higher proportion of the lateral surfaces of the energy storage cells (3) arranged in the housing (2) from the cooling medium (KM) to increase heat transfer from the lateral surfaces of the energy storage cells (3) to the cooling medium (KM) and to achieve a uniform temperature distribution between the energy storage cells ( 3) flows around. Energiespeichervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Strömung des Kühlmediums (KM), mit welcher die Mantelflächen der in dem Gehäuse (2) angeordneten Energiespeicherzellen (3) jeweils umströmt werden, durch die Strömungsleitobjekte (4) in Betrag und Richtung derart angepasst wird, dass sich dadurch eine örtlich definierte Kühlwirkung des Kühlmediums (KM) auf die Mantelflächen der umströmten Energiespeicherzellen (3) und damit eine örtlich definierte Temperatur der Energiespeicherzellen (3) ergibt.energy storage device claim 1 , wherein the flow of the cooling medium (KM), with which the lateral surfaces of the energy storage cells (3) arranged in the housing (2) flow around, is adjusted in amount and direction by the flow guide objects (4) in such a way that a locally defined Cooling effect of the cooling medium (KM) on the lateral surfaces of the flowed around energy storage cells (3) and thus a locally defined temperature of the energy storage cells (3) results. Energiespeichervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Mantelflächen der in dem Gehäuse (2) reihenförmig angeordneten Energiespeicherzellen (3) von dem Kühlmedium (KM) in dessen Strömungsrichtung von einem wellen- oder mäanderförmigen Strömungsprofil umströmt werden.energy storage device claim 1 or 2 , wherein the lateral surfaces of the energy storage cells (3) arranged in rows in the housing (2) are flowed around by the cooling medium (KM) in the direction of flow thereof by a wave-shaped or meandering flow profile. Energiespeichervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Kühlmedium (KM) zur Kühlung der in dem Gehäuse (2) der Energiespeichervorrichtung (1) enthaltenen Energiespeicherzellen (3) mit einer Eingangsströmungsgeschwindigkeit (Vein) in mindestens eine Eingangsöffnung des Gehäuses (2) der Energiespeichervorrichtung (1) einströmt und mit einer Ausgangsströmungsgeschwindigkeit (Vaus) an mindestens einer Ausgangsöffnung des Gehäuses (2) der Energiespeichervorrichtung (1) ausströmt, wobei die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmediums (KM) durch die in dem Gehäuse (2) der Energiespeichervorrichtung (1) angeordneten Strömungsleitobjekte (4) gegenüber der Eingangsströmungsgeschwindigkeit (Vein) und/oder gegenüber der Ausgangsströmungsgeschwindigkeit (Vaus) verändert wird.energy storage device claim 1 or 2 , wherein the cooling medium (KM) for cooling the energy storage cells (3) contained in the housing (2) of the energy storage device (1) flows at an inlet flow rate (V in ) into at least one inlet opening of the housing (2) of the energy storage device (1) and with an outlet flow velocity (V out ) at least one outlet opening of the housing (2) of the energy storage device (1), the flow velocity of the cooling medium (KM) through the flow guide objects (4) arranged in the housing (2) of the energy storage device (1) being higher than the Input flow rate (V in ) and/or compared to the output flow rate (V out ) is changed. Energiespeichervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 3 oder 4 , wobei das Kühlmedium (KM) ein gasförmiges Kühlmedium ist, insbesondere Luft, das ausgehend von einer Strömungserzeugungseinheit, insbesondere einem Lüfter, in die Eingangsöffnung des Gehäuses (2) der Energiespeichervorrichtung (1) einströmt, oder ein flüssiges Kühlmedium (KM) aufweist.Energy storage device according to any of the preceding claims 3 or 4 , wherein the cooling medium (KM) is a gaseous cooling medium, in particular air, which flows from a flow generation unit, in particular a fan, into the inlet opening of the housing (2) of the energy storage device (1), or has a liquid cooling medium (KM). Energiespeichervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 5, wobei die Strömungsleitobjekte (4) stabförmig ausgebildete Strömungsleitobjekte aufweisen, die einen kreisförmigen, halbkreisförmigen oder tropfenförmigen Querschnitt mit einem geringen Strömungswiderstand haben.Energy storage device according to any of the preceding Claims 1 until 5 , wherein the flow guide objects (4) have rod-shaped flow guide objects which have a circular, semi-circular or teardrop-shaped cross section with a low flow resistance. Energiespeichervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Energiespeicherzellen (3) gleichmäßig beabstandet in mehreren quer zur Strömungsrichtung des Kühlmediums (KM) ausgerichteten Reihen innerhalb des Gehäuses (2) der Energiespeichervorrichtung (1) angeordnet sind.Energy storage device according to one of the preceding claims, wherein the energy storage cells (3) are arranged at equal intervals in a plurality of rows aligned transversely to the direction of flow of the cooling medium (KM) within the housing (2) of the energy storage device (1). Energiespeichervorrichtung nach Anspruch 7, wobei für die in der ersten Reihe der in dem Gehäuse (2) der Energiespeichervorrichtung (1) angeordneten Energiespeicherzellen (3), welche der Eingangsöffnung des Gehäuses (2) zugewandt sind, jeweils Abschirmobjekte (5)zur teilweisen Abschirmung der Mantelflächen der entsprechenden Energiespeicherzellen (3) vor dem in das Gehäuse (2) einströmenden Kühlmedium (KM) vorgesehen sind.energy storage device claim 7 , wherein for the energy storage cells (3) arranged in the first row of the energy storage cells (3) in the housing (2) of the energy storage device (1), which face the input opening of the housing (2), shielding objects (5) for partial shielding of the lateral surfaces of the corresponding energy storage cells (3) are provided in front of the cooling medium (KM) flowing into the housing (2). Energiespeichervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Querschnitte der Strömungsleitobjekte (4) in Strömungsrichtung des Kühlmediums (KM) über die Reihen der in dem Gehäuse (2) angeordneten Energiespeicherzellen (3) hinweg konstant oder in der Strömungsrichtung des Kühlmediums (KM) über die Reihen der in dem Gehäuse (2) der Energiespeichervorrichtung (1) angeordneten Energiespeicherzellen (3) hinweg stufenweise zur Erzielung einer gleichmäßigen Temperaturverteilung zwischen den Energiespeicherzellen (3) variieren und/oder wobei die Querschnitte von Strömungsleitobjekten (4), die in Zwischenräumen zwischen Mantelflächen von in zwei benachbarten Reihen angeordneten Energiespeicherzellen (3) vorgesehen sind, quer zur Strömungsrichtung des Kühlmediums (KM) zur Erzielung einer gleichmäßigen Temperaturverteilung zwischen den Energiespeicherzellen (3) variieren.Energy storage device according to one of the preceding claims, wherein the cross sections of the flow guide objects (4) in the flow direction of the cooling medium (KM) across the rows of energy storage cells (3) arranged in the housing (2) are constant or in the flow direction of the cooling medium (KM) across the Rows of energy storage cells (3) arranged in the housing (2) of the energy storage device (1) vary step by step in order to achieve a uniform temperature distribution between the energy storage cells (3) and/or wherein the cross sections of flow guide objects (4) that are in the spaces between lateral surfaces of energy storage cells (3) arranged in two adjacent rows, vary transversely to the direction of flow of the cooling medium (KM) in order to achieve a uniform temperature distribution between the energy storage cells (3). Energiespeichervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Strömungsleitobjekte (4) Teil mindestens eines austauschbaren Aufnahmekäfigs zur Aufnahme von Energiespeicherzellen (3) bilden.Energy storage device according to one of the preceding claims, wherein the flow guide objects (4) form part of at least one exchangeable receiving cage for receiving energy storage cells (3). Energiespeichervorrichtung nach Anspruch 10, wobei jeder Aufnahmekäfig jeweils zwei zueinander parallel angeordnete Platten aufweist, die über stabförmige Strömungsleitobjekte (4) miteinander verbunden sind und jeweils ein zweidimensionales Aufnahmeraster mit Aufnahmeöffnungen zur Aufnahme der in Reihen angeordneten Energiespeicherzellen (3) der Energiespeichervorrichtung (1) aufweisen.energy storage device claim 10 Each receiving cage has two plates arranged parallel to one another, which are connected to one another via rod-shaped flow guide objects (4) and each have a two-dimensional receiving grid with receiving openings for receiving the energy storage cells (3) of the energy storage device (1) arranged in rows. Energiespeichervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 11, wobei an einer oder beiden den Energiespeicherzellen (3) zugewandten Oberflächen der Platten des Aufnahmekäfigs noppen- oder flossenförmige Strömungsleitobjekte (4) vorgesehen sind, die Verwirbelungen des durch das Gehäuse (2) hindurchströmenden Kühlmediums (KM) entlang der Mantelflächen der in dem Aufnahmekäfig enthaltenen Energiespeicherzellen (3) zur Erhöhung des örtlichen Wärmeübergangs von den Energiespeicherzellen (3) an das Kühlmedium (KM)entlang der Mantelflächen hervorrufen.Energy storage device according to any of the preceding Claims 1 until 11 , with nub- or fin-shaped flow guide objects (4) being provided on one or both of the surfaces of the plates of the receiving cage facing the energy storage cells (3), the turbulence of the cooling medium (KM) flowing through the housing (2) along the lateral surfaces of those contained in the receiving cage Cause energy storage cells (3) to increase the local heat transfer from the energy storage cells (3) to the cooling medium (KM) along the lateral surfaces. Energiespeichervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Energiespeicherzellen (3) aufladbare Batterien , Elektrolytkondensatoren oder elektrochemische Kondensatoren zur Speicherung elektrischer Energie aufweisen.Energy storage device according to one of the preceding claims, wherein the energy storage cells (3) have rechargeable batteries, electrolytic capacitors or electrochemical capacitors for storing electrical energy. Energiespeichervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Energiespeicherzellen (3) jeweils in zylinderförmigen Speicherpackungen mit einer äußeren Mantelfläche integriert sind.Energy storage device according to one of the preceding claims, wherein the energy storage cells (3) are each integrated in cylindrical storage packs with an outer lateral surface. Schweißgerät mit einer Schweißstromquelle, die mindestens eine Energiespeichervorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 14 zur Energieversorgung aufweist.Welding device with a welding current source, which has at least one energy storage device (1) according to one of the preceding ones Claims 1 until 14 has for power supply.
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