DE102022119736A1 - Cooling pipe for cooling a round cell high-voltage storage unit on the cell jackets - Google Patents

Cooling pipe for cooling a round cell high-voltage storage unit on the cell jackets Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Rundzellenhochvoltspeicher mit Rundzellen in versetzt zueinander angeordneten Zellreihen und wenigstens einem Kühlrohr, das zwischen zwei der versetzten Zellreihen angeordnet ist, mit wenigstens einem Abstandshalter an einem Teil des Umfangs jeder Rundzelle der beiden Zellreihen anliegt, der sich über die Kühlbreite hinaus erstreckt, sowie ein entsprechendes Kühlrohr.The invention relates to a round cell high-voltage storage device with round cells in cell rows arranged offset from one another and at least one cooling tube, which is arranged between two of the offset cell rows, with at least one spacer resting on a part of the circumference of each round cell of the two cell rows, which extends beyond the cooling width, and a corresponding cooling pipe.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kühlrohr zur Kühlung mehrerer Rundzellen eines Hochvoltspeichers sowie einen Rundzellenhochvoltspeicher für ein elektromotorisch antreibbares Kraftfahrzeug mit Rundzellen in versetzt zueinander angeordneten Zellreihen und wenigstens einem solchen Kühlrohr.The invention relates to a cooling tube for cooling several round cells of a high-voltage storage device and a round cell high-voltage storage device for a motor vehicle that can be driven by an electric motor with round cells in rows of cells arranged offset from one another and at least one such cooling tube.

Zur Kühlung von zylindrischen Batteriezellen (auch als Rundzellen bezeichnet) in Hochvoltspeichern werden sogenannte Multiporttubes eingesetzt - dünnwandige Kühlrohre, die als Alustrangpressprofile mit mehreren Kammern ausgebildet sind, durch die das Kühlmittel fließt. Die Multiporttubes werden üblicherweise mit Wärmeleit-Vergussmassen oder -Klebstoffen an das zu kühlende Bauteil - hier mehrere Rundzellen an deren Mantelfläche - geklebt. Bei gleicher Klebstoffmenge ergeben sich jedoch aufgrund der Spalttoleranz bei großen Spalten kleine Anbindungsflächen und bei kleinen Spalten sehr große Anbindungsflächen, was (in Kombination mit der Materialstärke) zu deutlichen Unterschieden in der Wärmeleitfähigkeit und Temperaturungleichverteilungen zwischen den zu kühlenden Bauteilen führt. Dies hat negative Einflüsse auf Leistung/Ladedauer und Lebensdauer.To cool cylindrical battery cells (also known as round cells) in high-voltage storage systems, so-called multiport tubes are used - thin-walled cooling tubes that are designed as extruded aluminum profiles with several chambers through which the coolant flows. The multiport tubes are usually glued to the component to be cooled - here several round cells on their lateral surface - using thermally conductive casting compounds or adhesives. However, with the same amount of adhesive, due to the gap tolerance, small connecting surfaces result for large gaps and very large connecting surfaces for small gaps, which (in combination with the material thickness) leads to significant differences in thermal conductivity and uneven temperature distributions between the components to be cooled. This has a negative impact on performance/charging time and service life.

Teilweise werden Additive (z.B. Kugeln in definierter Größe) in die Wärmeleitvergussmasse gegeben, um ein minimales Spaltmaß zu definieren. Das ist allerdings aufwendig in der Fertigung und schwierig in der Handhabung der Montage der Hochvoltspeicher. In some cases, additives (e.g. balls of a defined size) are added to the thermal casting compound in order to define a minimum gap size. However, this is complex to produce and difficult to handle assembling the high-voltage storage devices.

Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Rundzellmantelkühlung mittels eines Kühlrohrs zu verbessern.Against this background, it is an object of the invention to improve round cell jacket cooling by means of a cooling tube.

Jeder der unabhängigen Ansprüche bestimmt mit seinen Merkmalen einen Gegenstand, der diese Aufgabe löst. Die abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.Each of the independent claims, with its characteristics, defines an object that solves this problem. The dependent claims relate to advantageous developments of the invention.

Gemäß einem Aspekt wird ein Kühlrohr zur Kühlung mehrerer Rundzellen zweier benachbarter, versetzt angeordneter Zellreihen eines Hochvoltspeichers offenbart, das insbesondere als eine an die versetzt zueinander in den benachbarten Zellreihen angeformte Kühlschlange ausgebildet ist.According to one aspect, a cooling tube for cooling a plurality of round cells of two adjacent, offset cell rows of a high-voltage storage device is disclosed, which is designed in particular as a cooling coil formed offset from one another in the adjacent cell rows.

Das Kühlrohr weist auf: einen umlaufenden Rohrquerschnitt, der einen, entlang einer Kühlrohrlängsachse verlaufenden, Kühlmittelquerschnitt zur Führung eines Kühlmittels abgrenzt und zwei voneinander um eine Kühlbreite des Kühlrohrs beabstandete Seitenkühlflächen aufweist, sodass sich die Kühlbreite aus einem Quermaß des Rohrquerschnitts zwischen den beiden Seitenkühlflächen ergibt und/oder entlang der Rohrlängsachse variieren kann, falls der Abstand der beiden Seitenkühlflächen variiert.The cooling tube has: a circumferential tube cross section which delimits a coolant cross section running along a cooling tube longitudinal axis for guiding a coolant and has two side cooling surfaces spaced apart from one another by a cooling width of the cooling tube, so that the cooling width results from a transverse dimension of the tube cross section between the two side cooling surfaces and /or can vary along the longitudinal axis of the pipe if the distance between the two side cooling surfaces varies.

Das Kühlrohr weist wenigstens einen Abstandshalter auf, der sich bezüglich einer Rohrquerachse des Kühlrohrs über die Kühlbreite hinaus erstreckt.The cooling tube has at least one spacer which extends beyond the cooling width with respect to a transverse tube axis of the cooling tube.

In anderen Worten weist das Kühlrohr einen entlang der Rohrlängsachse verlaufenden Kühlmittelquerschnitt und zu dessen Abgrenzung einen umlaufenden Rohrquerschnitt mit zwei Seitenkühlflächen auf. Die Seitenkühlflächen sind zur Kühlung mehrerer Rundzellen des Hochvoltspeichers mittels eines in dem Kühlmittelquerschnitt zirkulierbaren Kühlmittels ausgebildet, wobei sich die Kühlbreite des Kühlrohrs aus einem Quermaß des Rohrquerschnitts zwischen den beiden Seitenkühlflächen ergibt.In other words, the cooling tube has a coolant cross-section running along the longitudinal axis of the tube and, to delimit it, a circumferential tube cross-section with two side cooling surfaces. The side cooling surfaces are designed to cool several round cells of the high-voltage battery by means of a coolant that can be circulated in the coolant cross section, the cooling width of the cooling tube resulting from a transverse dimension of the pipe cross section between the two side cooling surfaces.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird offenbart ein Rundzellenhochvoltspeicher für ein elektromotorisch antreibbares Kraftfahrzeug. Der Rundzellenhochvoltspeicher weist eine hexagonale Packung der Rundzellen in versetzt zueinander angeordneten Zellreihen und wenigstens ein Kühlrohr gemäß einer Ausführung der Erfindung auf, insbesondere eine Kühlschlange, die zwischen zwei der versetzten Zellreihen angeordnet ist. Das Kühlrohr liegt mit wenigstens einem Abstandshalter an einem Teil des Umfangs jeder Rundzellen, insbesondere des Rundzellenseitenmantels jeder Rundzelle, der beiden Zellreihen an.According to a further aspect, a round cell high-voltage storage device for a motor vehicle that can be driven by an electric motor is disclosed. The round cell high-voltage storage device has a hexagonal packing of the round cells in cell rows arranged offset from one another and at least one cooling tube according to an embodiment of the invention, in particular a cooling coil which is arranged between two of the offset cell rows. The cooling tube rests with at least one spacer on a part of the circumference of each round cell, in particular the round cell side jacket of each round cell, of the two cell rows.

Durch einen oder mehrere Abstandshalter kann eine Position des Kühlrohrs zwischen zwei Reihen von Rundzellen exakt definiert werden. Anders als ohne Abstandshalter ergeben sich dadurch definierte Spaltmaße zwischen einem Mantel der Rundzellen und der jeweils zugewandten Seitenkühlfläche des Kühlrohr. Der definiert breite Spalt kann folglich mit einer definiert dicken Schicht Wärmeleitvergussmasse gefüllt werden.Using one or more spacers, a position of the cooling pipe between two rows of round cells can be precisely defined. Unlike without spacers, this results in defined gap dimensions between a jacket of the round cells and the side cooling surface of the cooling tube that faces. The defined wide gap can therefore be filled with a defined thick layer of thermally conductive casting compound.

Dies hat einen ersten Vorteil, nach welchem eine gleichmäßige Wärmeabfuhr von allen Zellmänteln sichergestellt werden kann, weil die zu überbrückende Strecke zwischen dem Zellmantel und dem Kühlmittelquerschnitt zu beiden Zellreihen hin und an jeder Höhe des Zellmantels gleich groß ausgebildet sein kann - denn das Kühlrohr kann durch den Abstandshalter in eine derart mittige Position gebracht werden.This has a first advantage, according to which a uniform heat dissipation from all cell jackets can be ensured because the distance to be bridged between the cell jacket and the coolant cross section can be of the same size towards both rows of cells and at every height of the cell jacket - because the cooling pipe can pass through the spacer can be brought into such a central position.

Ein zweiter Vorteil ergibt sich bei der Verteilung der Wärmeleitvergussmasse zwischen den Zellen: bei Kühlrohren ohne Abstandshalter ist deren mittige Anordnung nicht sichergestellt. Wenn nun bei einer automatisierten Fertigung beiderseits des Kühlrohrs gleich viel Wärmeleitvergussmasse bereitgestellt wird, gleichzeitig aber das Kühlrohr nicht mittig angeordnet ist, kann es passieren, dass auf derjenigen Seite mit dem geringeren Spaltmaß überschüssige Wärmeleitvergussmasse aus dem Spalt quillt, während auf der Seite mit dem höheren Spaltmaß nicht ausreichend Wärmeleitvergussmasse vorhanden ist, um einen ausreichenden Wärmeübergang sicherzustellen. Durch die gezwungener Maßen definierte, insbesondere mittige, Anordnung des Kühlrohrs aufgrund des Abstandshalters wird dieses Problem gelöst.A second advantage arises when distributing the heat-conducting casting compound between the cells: with cooling pipes without spacers, their central arrangement is not ensured. If, in automated production, the same amount of heat-conducting casting compound is available on both sides of the cooling pipe is placed, but at the same time the cooling pipe is not arranged centrally, it can happen that on the side with the smaller gap excess heat-conducting casting compound oozes out of the gap, while on the side with the larger gap there is not enough heat-conducting casting compound to ensure sufficient heat transfer . This problem is solved by the forced, defined, particularly central, arrangement of the cooling pipe due to the spacer.

Der Erfindung liegt unter anderem die Überlegung zugrunde, dass den Spalt zwischen Multiporttube und zu kühlendem Objekt möglichst definiert einzustellen und für eine möglichst volle und definierte Benetzung des zugewandten Umfangsbereichs der Mantelfläche der jeweiligen Rundzelle und der Seitenkühlfläche des Kühlrohrs zu sorgen.The invention is based, among other things, on the idea that the gap between the multiport tube and the object to be cooled should be set as defined as possible and that the facing peripheral area of the lateral surface of the respective round cell and the side cooling surface of the cooling tube should be wetted as fully and as defined as possible.

Die Erfindung basiert nun unter anderem auf der Idee, dieses Ziel durch die Integration von Abstandhaltern in die Multiporttubes zu erreichen.The invention is based, among other things, on the idea of achieving this goal by integrating spacers into the multiport tubes.

Die Multiporttubes können beispielsweise in Form eines Doppel-T-Trägers ausgeführt werden. Hierdurch bildet sich an den Anlageflächen ein Kanal für die Wärmeleitvergussmasse, wodurch diese nicht mehr in Hochrichtung über den Multiporttube austritt, sondern entlang der Längsachse der Multiporttubes in die Zellzwischenräume gedrückt wird. So wird bei seitlicher Kühlung der Terminalbereich vor Verschmutzungen durch die Wärmeleitvergussmasse geschützt. Der Spalt für die Wärmeleitvergussmasse weist gemäß einer Ausführung eine durch den/die Abstandshalter definierte Mindesthöhe auf. Die Benetzung mit der Wärmeleitvergussmasse kann bei größeren Spalten erhöht werden, da eine zu große Menge der Wärmeleitvergussmasse bei kleinen Spalten mit der Erfindung kein Problem hinsichtlich einer Verschmutzung der Zellterminals mehr verursacht.The multiport tubes can, for example, be designed in the form of a double T-beam. This creates a channel for the heat-conducting casting compound on the contact surfaces, so that it no longer emerges in the vertical direction over the multiport tube, but is pressed into the cell spaces along the longitudinal axis of the multiport tube. With side cooling, the terminal area is protected from contamination by the heat-conducting casting compound. According to one embodiment, the gap for the thermally conductive casting compound has a minimum height defined by the spacer(s). The wetting with the thermally conductive casting compound can be increased in the case of larger gaps, since an excessive amount of the thermally conductive casting compound in the case of small gaps no longer causes a problem with contamination of the cell terminals with the invention.

Gemäß einer Ausführung erstreckt sich der Abstandshalter bezüglich der Rohrquerachse beiderseits der Kühlbreite. Damit kann das Kühlrohr hinsichtlich der beiden Zellreihen, zwischen denen es angeordnet ist, definiert beanstandet werden.According to one embodiment, the spacer extends on both sides of the cooling width with respect to the transverse axis of the pipe. This means that the cooling pipe can be objected to in a defined manner with regard to the two rows of cells between which it is arranged.

Gemäß einer Ausführung erstreckt sich der Abstandshalter entlang der gesamten Längserstreckung des Kühlrohr oder entlang wenigstens eines Teils davon. Gemäß einer Ausführung ist der Abstandhalter zumindest an einem vorgesehenen Kontaktbereich zu jeder Zelle jeder der beiden Zellreihen ausgebildet, sodass das Kühlrohr zu jeder der Zellen definiert beabstandet werden.According to one embodiment, the spacer extends along the entire longitudinal extent of the cooling tube or along at least part of it. According to one embodiment, the spacer is formed at least on an intended contact area for each cell of each of the two cell rows, so that the cooling pipe is spaced at a defined distance from each of the cells.

Gemäß einer Ausführung erstreckt sich der Abstandshalter an einer oder beiden Rohrquerseiten ausgehend von der jeweiligen Seitenkühlfläche nach außen. Das ermöglicht eine Ausbildung des Kühlrohres als Strangpressprofil, insbesondere aus einem Aluminium- oder einem Kunststoff-Werkstoff.According to one embodiment, the spacer extends outwards on one or both transverse sides of the pipe, starting from the respective side cooling surface. This enables the cooling tube to be designed as an extruded profile, in particular made of an aluminum or a plastic material.

Gemäß einer Ausführung erstreckt sich der Abstandshalter rechteckig von den Seitenkühlflächen weg. Dadurch ergibt sich eine besonders robuste Ausführung des Abstandshalters; der Abstandhalter kann damit mit besonders wenig Material - also leicht - ausgebildet werden.According to one embodiment, the spacer extends rectangularly away from the side cooling surfaces. This results in a particularly robust design of the spacer; The spacer can thus be designed with particularly little material - i.e. light.

Gemäß einer Ausführung erstreckt sich der Abstandshalter in einem schrägen Winkel zwischen 0° und 75°, insbesondere zwischen 15° und 30° oder zwischen 30° und 45°, von den Seitenkühlflächen weg. Durch den schrägen Winkel kann beim Montieren des Kühlrohrs zwischen den Zellreihen eine Spannkraft in Querrichtung eine bessere Anlage an den Mantelflächen der Rundzellen bewirken, sodass die Wärmeleitvergussmasse beim Aushärten nicht so leicht ausfließen kann.According to one embodiment, the spacer extends away from the side cooling surfaces at an oblique angle between 0° and 75°, in particular between 15° and 30° or between 30° and 45°. Due to the oblique angle, when installing the cooling pipe between the rows of cells, a clamping force in the transverse direction can bring about better contact with the lateral surfaces of the round cells, so that the heat-conducting casting compound cannot flow out as easily during hardening.

Gemäß einer Ausführung ist eine Außenkontur des Abstandshalters an einer Queraußenseite derart auf eine Krümmung eines Rundzellseitenmantels angepasst, dass sie an dem Rundzellseitenmantel entlang von wenigstens 15%, insbesondere wenigstens 20% oder wenigstens 25%, von dessen Umfang anliegen kann bzw. im verbauten Zustand anliegt. Damit kann sichergestellt werden, dass die Wärmeleitvergussmasse nicht in den Be-reich der Batteriepole ausfließt. Zudem wird durch die umfangreich gestaltete Anlage-fläche eine genau definierte Positionierung des Kühlrohrs und der Rundzellen in den beiden benachbarten Zellreihen zueinander unterstützt.

  • 8. Gemäß einer Ausführung ist der Abstandhalter bezüglich einer Rohrhochrichtung an einem oberen oder einem unteren Ende des Rohrquerschnitts angeordnet. Gemäß einer Ausführung ist an beiden Enden des Rohrquerschnitts jeweils wenigstens ein Abstandshalter angeordnet. Damit kann das Kühlrohr geometrisch bestimmt werden, sodass ein definiertes Spaltmaß an jeder Höhe des Kühlquerschnitts eingehalten werden kann.
According to one embodiment, an outer contour of the spacer on a transverse outside is adapted to a curvature of a round cell side jacket in such a way that it can rest on the round cell side jacket along at least 15%, in particular at least 20% or at least 25%, of its circumference or rests in the installed state . This can ensure that the heat-conducting casting compound does not flow into the area of the battery poles. In addition, the extensively designed contact area supports a precisely defined positioning of the cooling tube and the round cells in the two adjacent cell rows relative to one another.
  • 8. According to one embodiment, the spacer is arranged at an upper or a lower end of the pipe cross section with respect to a pipe vertical direction. According to one embodiment, at least one spacer is arranged at both ends of the pipe cross section. This allows the cooling pipe to be geometrically determined so that a defined gap dimension can be maintained at any height of the cooling cross section.

Gemäß einer Ausführung ist an dem oberen und/oder dem unteren Ende beiderseits der Kühlbreite jeweils ein Abstandshalter angeordnet. So kann beispielsweise durch die vorhandenen Abstandshalter (insbesondere im Zusammenwirken mit den Rundzellen nach der Montage) ein definierter Raum für die Wärmeleitvergussmasse abgegrenzt werden.According to one embodiment, a spacer is arranged at the upper and/or lower end on both sides of the cooling width. For example, a defined space for the heat-conducting casting compound can be delimited by the existing spacers (particularly in conjunction with the round cells after assembly).

Gemäß einer Ausführung sind beiderseits der Kühlbreite an einem Rohrende angeordnete Abstandhalter gemeinsam ausgebildet und erstrecken sich auch durch die Kühlbreite hindurch, insbesondere als Teil des Rohrquerschnitts. Damit kann das Kühlrohr mit Abstandshaltern besonders einfach aufgebaut sein, beispielsweise als Strangpressprofil.According to one embodiment, spacers arranged on both sides of the cooling width at one pipe end are designed together and first also extend through the cooling width, especially as part of the pipe cross section. This means that the cooling pipe with spacers can be constructed in a particularly simple manner, for example as an extruded profile.

Gemäß einer Ausführung ist das Kühlrohr ausgebildet als Multiporttube mit mehreren getrennten Kühlmittelquerschnitten, wobei wenigstens ein Abstandshalter wenigstens einen Teil von wenigstens einem der Kühlmittelquerschnitte ausbildet. Durch diese Funktionsvereinigung kann Gewicht eingespart werden.According to one embodiment, the cooling tube is designed as a multiport tube with several separate coolant cross sections, with at least one spacer forming at least a part of at least one of the coolant cross sections. This functional combination can save weight.

Weitere Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Figuren:

  • 1 zeigt einen bekannten Rundzellenhochvoltspeicher mit einem bekannten Multitube-Kühlrohr in einer geschnittenen Seitenansicht.
  • 2 zeigt einen Rundzellenhochvoltspeicher mit einem Multitube-Kühlrohr gemäß einer beispielhaften Ausführung der Erfindung in einer geschnittenen Seitenansicht.
  • 3 zeigt den Rundzellenhochvoltspeicher aus 2 in einer geschnittenen Draufansicht.
  • 4 zeigt mehrere Multitube-Kühlrohre gemäß verschiedenen beispielhaften Ausführung der Erfindung, jeweils in einer durch eine Querebene geschnittenen Seitenansicht.
Further advantages and possible applications of the invention result from the following description in connection with the figures:
  • 1 shows a known round cell high-voltage storage device with a known multitube cooling tube in a sectioned side view.
  • 2 shows a round cell high-voltage storage device with a multitube cooling tube according to an exemplary embodiment of the invention in a sectioned side view.
  • 3 shows the round cell high-voltage battery 2 in a sectioned top view.
  • 4 shows several multitube cooling tubes according to various exemplary embodiments of the invention, each in a side view cut through a transverse plane.

1 zeigt einen Ausschnitt aus einem bekannten Rundzellenhochvoltspeicher 100 mit einer Vielzahl von zylindrischen Batteriezellen, die in mehreren, zueinander versetzt angeordneten Reihen angeordnet sind (hexagonale Packung). Symbolisch sind in der Darstellung zwei Batteriezellen 11 und 12 abgebildet, wobei die Batteriezelle 11 einer ersten Zellreihe 21 und die Batteriezelle 12 einer zweiten Zellreihe 22 zugeordnet ist. 1 shows a section of a known round cell high-voltage storage device 100 with a large number of cylindrical battery cells, which are arranged in several rows that are offset from one another (hexagonal packing). Symbolically, two battery cells 11 and 12 are shown in the illustration, with the battery cell 11 being assigned to a first cell row 21 and the battery cell 12 to a second cell row 22.

Zwischen den beiden Zellreihen 21 und 22 ist ein bekanntes Multiporttube-Kühlrohr 130 angeordnet, durch das ein Kühlmittel zirkulieren und damit die Betriebswärme der Batteriezellen 11 und 12 abführen kann.A known multiport tube cooling tube 130 is arranged between the two cell rows 21 and 22, through which a coolant can circulate and thus dissipate the operating heat of the battery cells 11 and 12.

Bei der Montage des Hochvoltspeichers 100 wird das Kühlrohr 130 zwischen die Zellreihen 21 und 22 eingelegt und in die Spalte zwischen den jeweiligen Batteriezellen und dem Kühlrohr 130 eine Wärmeleitvergussmasse W eingebracht.When assembling the high-voltage storage device 100, the cooling tube 130 is inserted between the cell rows 21 and 22 and a heat-conducting casting compound W is introduced into the gap between the respective battery cells and the cooling tube 130.

Die Wärmeleitvergussmasse W ist bei der Montage noch formbar, sodass eine mittige Positionierung des Kühlrohrs 130 nicht sichergestellt ist. Nach einem Aushärten bzw. einer finalen Positionierung des Kühlrohrs und der Batteriezellen zueinander können sich unterschiedliche Spaltmaße x1 bzw. x2 zwischen dem Kühlrohr 130 und der jeweiligen Batteriezelle 21 bzw. 22 ergeben.The heat-conducting casting compound W can still be shaped during assembly, so that central positioning of the cooling pipe 130 is not ensured. After hardening or final positioning of the cooling tube and the battery cells relative to one another, different gap dimensions x1 or x2 can result between the cooling tube 130 and the respective battery cell 21 or 22.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Spaltmaß x1 deutlich kleiner als das Spaltmaß x2. Wenn auf beiden Seiten die gleiche Menge Wärmeleitvergussmasse W eingebracht wurde, quillt diese auf der Seite mit dem kleineren Spaltmaß - hier x1 - aus dem Spalt heraus und kann gegebenenfalls ein Batterieterminal 23 verschmutzen - sodass im schlimmsten Fall die elektrische Kontaktierung erschwert werden kann. Auf der Seite mit dem größeren Spaltmaß - hier x2 - reicht die vorhandene Wärmeleitvergussmasse W gegebenenfalls nicht aus, um den Wärmeübergang auf der gesamten Höhe des Kühlrohrs sicherzustellen.In the exemplary embodiment shown, the gap x1 is significantly smaller than the gap x2. If the same amount of thermally conductive casting compound W has been applied to both sides, it will ooze out of the gap on the side with the smaller gap - here x1 - and may possibly contaminate a battery terminal 23 - so that in the worst case, electrical contacting can be made more difficult. On the side with the larger gap - here x2 - the existing heat-conducting casting compound W may not be sufficient to ensure heat transfer over the entire height of the cooling pipe.

2 zeigt einen Ausschnitt aus einem Rundzellenhochvoltspeicher 1 mit einer Vielzahl von zylindrischen Batteriezellen, die in mehreren, zueinander versetzt angeordneten Reihen angeordnet sind (hexagonale Packung). Symbolisch sind in der Darstellung zwei Batteriezellen 11 und 12 abgebildet, wobei die Batteriezelle 12 einer ersten Zellreihe 21 und die Batteriezelle 12 einer zweiten Zellreihe 22 zugeordnet ist. 2 shows a section of a round cell high-voltage storage device 1 with a large number of cylindrical battery cells, which are arranged in several rows that are offset from one another (hexagonal packing). Symbolically, two battery cells 11 and 12 are shown in the illustration, with the battery cell 12 being assigned to a first cell row 21 and the battery cell 12 to a second cell row 22.

Zwischen den beiden Zellreihen 21 und 22 ist ein Multiporttube-Kühlrohr 30 nach einer Ausführung der Erfindung angeordnet, durch das ein Kühlmittel zirkulieren und damit die Betriebswärme der Batteriezellen 11 und 12 (und aller anderen Batteriezellen der beiden Zellreihen 21 und 22) abführen kann. Das Kühlrohr 30 weist eine Kühlbreite B zwischen seinen Seitenkühlflächen 35 und 36 auf.Between the two cell rows 21 and 22, a multiport tube cooling tube 30 is arranged according to an embodiment of the invention, through which a coolant can circulate and thus dissipate the operating heat of the battery cells 11 and 12 (and all other battery cells of the two cell rows 21 and 22). The cooling tube 30 has a cooling width B between its side cooling surfaces 35 and 36.

Das Kühlrohr 30 weist zudem an seinem oberen Ende einen Abstandshalter 31A hin zu der ersten Zellreihe 21 und einen Abstandshalter 32A hin zu der zweiten Zellreihe 22 auf. Ebenso ist am unteren Ende des Kühlrohrs 30 ein Abstandshalter 31 B hin zu der ersten Zellreihe 21 und ein Abstandshalter 32B hin zur zweiten Zellreihe 22 angeordnet.The cooling tube 30 also has a spacer 31A towards the first row of cells 21 and a spacer 32A towards the second row of cells 22 at its upper end. Likewise, a spacer 31B towards the first row of cells 21 and a spacer 32B towards the second row of cells 22 are arranged at the lower end of the cooling tube 30.

Die oberen Abstandshalter 31A und 32A sind ebenso wie die unteren Abstandshalter 31B und 32B so ausgebildet, dass sie sich rechtwinklig von der jeweiligen Seitenkühlfläche 35 bzw. 36 ausgehend erstrecken, und zwar jeweils um das beiderseits der Kühlbreite B vorgesehene Spaltmaß x3.The upper spacers 31A and 32A, like the lower spacers 31B and 32B, are designed so that they extend at right angles from the respective side cooling surface 35 and 36, respectively, by the gap x3 provided on both sides of the cooling width B.

Damit ist nicht nur eine gleichmäßige Verteilung der Wärmeleitvergussmasse W beiderseits der Seitenkühlflächen 35 bzw. 36 sichergestellt: zudem stellen die Abstandshalter 31 und 32 Hindernisse für die Wärmeleitvergussmasse W hinsichtlich einer Ausbreitung entlang der Hochachse des Kühlrohrs 30 dar, sodass eine Verschmutzung der Batterieterminals 23 oder 24 verhindert wird.This not only ensures an even distribution of the thermally conductive casting compound W on both sides of the side cooling surfaces 35 and 36: the spacers 31 and 32 also represent obstacles for the thermally conductive casting compound W in terms of spreading along the vertical axis of the cooling tube 30, so that the battery terminals 23 or 24 become dirty is prevented.

Wie insbesondere der 3 gut zu entnehmen ist, quillt eventuell vorhandene überflüssige Wärmeleitvergussmasse W stattdessen seitlich an den Mantelflächen der Batteriezellen hervor, wo dies unproblematisch ist.Like this in particular 3 can be clearly seen, any excess heat-conducting casting compound W that may be present instead oozes out laterally on the lateral surfaces of the battery cells, where this is not a problem.

In den 4A, 4B, 4C, 4D und 4E sind unterschiedliche mögliche Gestaltungen der Abstandshalter nach verschiedenen beispielhaften Ausführung der Erfindung dargestellt.In the 4A , 4B , 4C , 4D and 4E Different possible designs of the spacers are shown according to various exemplary embodiments of the invention.

4A zeigt das Kühlrohr 30 aus der 2, das als Doppel-T-Träger ausgebildet ist. 4A shows the cooling pipe 30 from the 2 , which is designed as a double-T beam.

4B zeigt ein Kühlrohr 41, wobei die Abstandshalter nicht - wie beim Kühlrohr 30 aus 4A - rechtwinklig zu den Seitenkühlflächen angeordnet sind, sondern in einem Winkel von ca. 45° zu den Seitenkühlflächen. 4B shows a cooling tube 41, whereby the spacers are not - as in the cooling tube 30 4A - are arranged at right angles to the side cooling surfaces, but at an angle of approx. 45° to the side cooling surfaces.

4C zeigt ein Kühlrohr 42 mit - im Vergleich zum Kühlrohr 41 aus 4B - längeren Abstandshaltern, die allerdings in einem Winkel von ca. 30° zu den Seitenkühlflächen angeordnet sind, sodass ein ähnliches Spaltmaß von ca. x3 erhalten bleibt. 4C shows a cooling pipe 42 with - compared to the cooling pipe 41 4B - longer spacers, which are arranged at an angle of approx. 30° to the side cooling surfaces, so that a similar gap of approx. x3 is maintained.

4D zeigt ein Kühlrohr 43, dessen Abstandshalter an sich entsprechend denen des Kühlrohrs 42 aus 4C, allerdings nach oben bzw. unten hin abgeschlossen, ausgebildet sind. So kann die zusätzliche Hocherstreckung jeweils als weitere Kühlmittelleitung des Multiporttubes dienen. 4D shows a cooling tube 43, the spacers of which correspond to those of the cooling tube 42 4C , but closed at the top or bottom, are formed. The additional high extension can serve as an additional coolant line of the multiport tube.

4E zeigt ein Kühlrohr 43, dessen Abstandshalter durch eine ballonförmige (vorliegend auch als pilzkopfförmig bezeichnet) Ausgestaltung des Querschnitts der beiden äußeren Kammern des Multiporttubes ausgebildet sind. So kann die zusätzliche Hocherstreckung jeweils als weitere Kühlmittelleitung des Multiporttubes dienen. Zusätzlich kann aufgrund der weiten Radien des Ballon- bzw. Piltkopfquerschnitts eine elektrische Isolierschicht gut und robust haltbar angebracht werden. 4E shows a cooling tube 43, the spacers of which are formed by a balloon-shaped (here also referred to as mushroom-head-shaped) configuration of the cross section of the two outer chambers of the multiport tube. The additional high extension can serve as an additional coolant line of the multiport tube. In addition, due to the wide radii of the balloon or pile head cross section, an electrical insulating layer can be applied in a good and robust manner.

BEZUGSZEICHENLISTEREFERENCE SYMBOL LIST

11
RundzellenhochvoltspeicherRound cell high-voltage storage
1111
Batteriezelle der ersten ZellreiheBattery cell of the first cell row
1212
Batteriezelle der zweiten ZellreiheBattery cell of the second cell row
2121
erste Zellreihefirst row of cells
2222
zweite Zellreihesecond row of cells
23, 2423, 24
BatteriezellterminalsBattery cell terminals
30, 41, 42, 4330, 41, 42, 43
Kühlrohrcooling pipe
31A, 32A31A, 32A
Obere AbstandshalterUpper spacers
31B, 32B31B, 32B
Untere AbstandshalterLower spacers
35, 3635, 36
SeitenkühlflächenSide cooling surfaces
Bb
KühlbreiteCooling width
WW
WärmeleitvergussmasseThermally conductive casting compound
x1, x2, x3x1, x2, x3
Spaltmaßegap dimensions
100100
bekannter Rundzellenhochvoltspeicherwell-known round cell high-voltage storage
130130
bekanntes Multiporttube-Kühlrohrwell-known multiport tube cooling tube

Claims (13)

Kühlrohr (30, 41, 42, 43) zur Kühlung mehrerer Rundzellen (11, 12) eines Hochvoltspeichers (1), wobei das Kühlrohr zwei voneinander um eine Kühlbreite (B) des Kühlrohrs beabstandete Seitenkühlflächen (35, 36) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlrohr wenigstens einen Abstandshalter (31, 32) aufweist, der sich über die Kühlbreite hinaus erstreckt.Cooling tube (30, 41, 42, 43) for cooling several round cells (11, 12) of a high-voltage storage device (1), the cooling tube having two side cooling surfaces (35, 36) spaced apart from one another by a cooling width (B) of the cooling tube, characterized in that that the cooling tube has at least one spacer (31, 32) which extends beyond the cooling width. Kühlrohr gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Abstandshalter beiderseits der Kühlbreite erstreckt.Cooling pipe according to Claim 1 , characterized in that the spacer extends on both sides of the cooling width. Kühlrohr gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Abstandshalter entlang der gesamten Längserstreckung des Kühlrohr oder entlang wenigstens eines Teils davon erstreckt.Cooling tube according to one of the preceding claims, characterized in that the spacer extends along the entire longitudinal extent of the cooling tube or along at least a part thereof. Kühlrohr gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstandshalter sich an einer oder beiden Rohrquerseiten ausgehend von der jeweiligen Seitenkühlfläche nach außen erstreckt.Cooling tube according to one of the preceding claims, characterized in that the spacer extends outwards on one or both transverse sides of the tube starting from the respective side cooling surface. Kühlrohr gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstandshalter sich rechteckig von den Seitenkühlflächen weg erstreckt.Cooling pipe according to one of the preceding claims, characterized in that the spacer extends rectangularly away from the side cooling surfaces. Kühlrohr gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstandshalter sich in einem schrägen Winkel von den Seitenkühlflächen weg erstreckt.Cooling tube according to one of the preceding claims, characterized in that the spacer extends at an oblique angle away from the side cooling surfaces. Kühlrohr gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Außenkontur des Abstandshalters an einer Queraußenseite derart auf eine Krümmung eines Rundzellseitenmantels angepasst ist, dass sie an dem Rundzellseitenmantel entlang von wenigstens 15%, insbesondere wenigstens 20% oder wenigstens 25%, von dessen Umfang anliegen kann.Cooling pipe according to one of the preceding claims, characterized in that an outer contour of the spacer on a transverse outside is adapted to a curvature of a round cell side jacket in such a way that it extends along the round cell side jacket along at least 15%, in particular at least 20% or at least 25%, of its circumference may apply. Kühlrohr gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstandhalter bezüglich einer Rohrhochrichtung an einem oberen oder einem unteren Ende des Rohrquerschnitts angeordnet ist.Cooling pipe according to one of the preceding claims, characterized in that the spacer is arranged at an upper or a lower end of the pipe cross section with respect to a pipe vertical direction. Kühlrohr gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass an beiden Enden des Rohrquerschnitts jeweils wenigstens ein Abstandshalter angeordnet ist.Cooling pipe according to Claim 8 , characterized in that at least one spacer is arranged at both ends of the pipe cross section. Kühlrohr gemäß Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass an dem oberen und/oder dem unteren Ende beiderseits der Kühlbreite jeweils ein Abstandshalter angeordnet ist.Cooling pipe according to Claim 8 or 9 , characterized in that a spacer is arranged at the upper and/or the lower end on both sides of the cooling width. Kühlrohr gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beiderseits der Kühlbreite an einem Rohrende angeordnete Abstandhalter gemeinsam ausgebildet sind und sich durch die Kühlbreite hindurch erstrecken, insbesondere als Teil des Rohrquerschnitts.Cooling pipe according to one of the preceding claims, characterized in that spacers arranged on both sides of the cooling width at one pipe end are formed together and extend through the cooling width, in particular as part of the pipe cross section. Kühlrohr gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, ausgebildet als Multiporttube mit mehreren getrennten Kühlmittelquerschnitten, wobei wenigstens ein Abstandshalter wenigstens einen Teil von wenigstens einem der Kühlmittelquerschnitte ausbildet.Cooling tube according to one of the preceding claims, designed as a multiport tube with several separate coolant cross sections, with at least one spacer forming at least a part of at least one of the coolant cross sections. Rundzellenhochvoltspeicher (1) mit Rundzellen (11, 12) in versetzt zueinander angeordneten Zellreihen und wenigstens einem Kühlrohr (30, 41, 42, 43) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, das zwischen zwei der versetzten Zellreihen (21, 22) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlrohr mit wenigstens einem Abstandshalter (31, 32) an einem Teil des Umfangs jeder Rundzelle der beiden Zellreihen anliegt.Round cell high-voltage storage (1) with round cells (11, 12) in cell rows arranged offset from one another and at least one cooling tube (30, 41, 42, 43) according to one of the preceding claims, which is arranged between two of the offset cell rows (21, 22), thereby characterized in that the cooling tube rests with at least one spacer (31, 32) on part of the circumference of each round cell of the two rows of cells.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10034134A1 (en) 2000-07-13 2002-01-31 Daimler Chrysler Ag Heat exchanger structure for several electrochemical storage cells
EP3968440A1 (en) 2020-09-10 2022-03-16 Tomas Novacek Liquid filled heat exchanger for cylindrical battery cells

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