DE102022124773A1 - Device for temperature control of a vehicle battery - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zum Temperieren einer Fahrzeugbatterie (100), bevorzugt einer mehrere Batteriemodule (2) umfassenden Primärenergiebatterie (100) eines Elektrofahrzeugs, umfassend eine Obereinheit (4), die ausgebildet ist zur thermischen Anbindung der Vorrichtung (1) an zumindest ein Batteriemodul (2), und eine Untereinheit (6), wobei die Obereinheit und die Untereinheit einen mit einem Temperierfluid durchströmbaren und von einer Außenwand (30) begrenzten Strömungsraum (8) ausbilden, wobei der Strömungsraum (8) einen Einlass (10) zum Einlassen einer Hauptströmung (13) des Temperierfluids und einen Auslass (12) zum Auslassen der Hauptströmung (13), und einen Trennbereich (14), der einen zwischen dem Einlass (10) und dem Auslass (12) angeordneten Trennsteg (16) aufweist, umfasst, wobei der Trennsteg (16) an einem ersten Ende (16a) mit der Außenwand (30) abschließt und an einem zweiten Ende (16b) an einen Umlenkbereich (18) anschließt, wobei der Umlenkbereich (18) zur richtungsumkehrenden Umlenkung der Hauptströmung (13) ausgebildet ist und eine Turbulatoren-Anordnung (20) aufweist.The present invention relates to a device (1) for controlling the temperature of a vehicle battery (100), preferably a primary energy battery (100) of an electric vehicle comprising several battery modules (2), comprising an upper unit (4) which is designed for thermally connecting the device (1). to at least one battery module (2), and a lower unit (6), the upper unit and the lower unit forming a flow space (8) through which a temperature control fluid can flow and delimited by an outer wall (30), the flow space (8) having an inlet (10 ) for admitting a main flow (13) of the temperature control fluid and an outlet (12) for letting out the main flow (13), and a separating area (14) which has a separating web (16) arranged between the inlet (10) and the outlet (12). comprises, wherein the separating web (16) terminates at a first end (16a) with the outer wall (30) and at a second end (16b) connects to a deflection area (18), the deflection area (18) for the direction-reversing deflection of the Main flow (13) is formed and has a turbulator arrangement (20).
Description
Technisches GebietTechnical area
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Temperieren einer Fahrzeugbatterie und ein Verfahren zum Herstellung einer Vorrichtung zum Temperieren einer Fahrzeugbatterie.The present invention relates to a device for temperature control of a vehicle battery and a method for producing a device for temperature control of a vehicle battery.
Stand der TechnikState of the art
Im Bereich des Einsatzes von als Hochvoltbatterie ausgebildeten Fahrzeugbatterien zum Bereitstellen von Energie für einen Primärantrieb eines Fahrzeugs, wie es beispielsweise bei landbetriebenen Elektrofahrzeugen der Fall ist, ist es bekannt, die Batteriezellen der Fahrzeugbatterie zu temperieren. Für den sicheren Einsatz und effizienten Betrieb von Hochvoltbatterien ist insbesondere eine Ableitung der im Betrieb, also beim Laden oder Entladen, der Batterie in den Batteriezellen auftretenden Verlustwärme von hoher Bedeutung. Außerdem ist oftmals unter kalten Umgebungsbedingungen ein Aufheizen der Batteriezellen erforderlich.When using vehicle batteries designed as high-voltage batteries to provide energy for a vehicle's primary drive, as is the case with land-powered electric vehicles, it is known to control the temperature of the battery cells of the vehicle battery. For the safe use and efficient operation of high-voltage batteries, it is particularly important to dissipate the waste heat that occurs in the battery cells during operation, i.e. when charging or discharging the battery. In addition, heating up the battery cells is often necessary in cold ambient conditions.
Die Ableitung der Verlustleistung beziehungsweise das Zuführen von Heizleistung wird konstruktiv meist durch die Anbindung der Batteriezellen an eine Temperierfläche realisiert. Konstruktiv kann beispielsweise ein mehrere Batteriezellen umfassendes Batteriemodul mit einer Temperiervorrichtung ausgestattet sein, welche die Temperierfläche für die Batteriezellen bereitstellt.The dissipation of power loss or the supply of heating power is usually achieved constructively by connecting the battery cells to a temperature control surface. Structurally, for example, a battery module comprising several battery cells can be equipped with a temperature control device, which provides the temperature control surface for the battery cells.
Dafür kommen insbesondere plattenförmige Temperiervorrichtungen in Frage, welche beispielsweise als plattenförmige Wärmetauscher ausgebildet sind und aus zwei miteinander gefügten, profilierten Blechen gebildet sind. Die Bleche sind in der Regel druckdicht miteinander verbunden, etwa mittels Hartlöten, Laserschweißen und/oder Kleben. Häufig weisen derartige plattenförmige Wärmetauscher einen sehr schmalen und langen Strömungskanal auf, der sich serpentinenartig beziehungsweise mäanderförmig über den plattenförmigen Wärmetauscher beziehungsweise entlang der Temperierfläche erstreckt. An einer derartigen Anordnung kann als nachteilig angesehen werden, dass die Strömung hohen Druckverlusten unterliegt, das Temperierungsmedium entlang des Strömungskanals seine Temperatur verändert und lange Fügenähte erforderlich sind.In particular, plate-shaped temperature control devices come into consideration for this, which are designed, for example, as plate-shaped heat exchangers and are formed from two profiled sheets joined together. The sheets are usually connected to one another in a pressure-tight manner, for example by brazing, laser welding and/or gluing. Such plate-shaped heat exchangers often have a very narrow and long flow channel, which extends in a serpentine or meandering manner over the plate-shaped heat exchanger or along the temperature control surface. The disadvantage of such an arrangement is that the flow is subject to high pressure losses, the temperature control medium changes its temperature along the flow channel and long joint seams are required.
Darstellung der ErfindungPresentation of the invention
Ausgehend von dem bekannten Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Vorrichtung zum Temperieren einer Fahrzeugbatterie sowie ein verbessertes Verfahren zum Herstellung einer Vorrichtung zum Temperieren einer Fahrzeugbatterie bereitzustellen.Based on the known prior art, it is an object of the present invention to provide an improved device for temperature control of a vehicle battery and an improved method for producing a device for temperature control of a vehicle battery.
Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Figuren.The task is solved by a device with the features of
Entsprechend wird eine Vorrichtung zum Temperieren einer Fahrzeugbatterie, bevorzugt einer mehrere Batteriemodule umfassenden Primärenergiebatterie eines Elektrofahrzeugs, vorgeschlagen, umfassend eine Obereinheit, die ausgebildet ist zur thermischen Anbindung der Vorrichtung an zumindest ein Batteriemodul, und eine Untereinheit, wobei die Obereinheit und die Untereinheit einen mit einem Temperierfluid durchströmbaren und von einer Außenwand begrenzten Strömungsraum ausbilden. Der Strömungsraum umfasst einen Einlass zum Einlassen einer Hauptströmung des Temperierfluids und einen Auslass zum Auslassen der Hauptströmung. Der Strömungsraum umfasst ferner einen Trennbereich, der einen zwischen dem Einlass und dem Auslass angeordneten Trennsteg aufweist, wobei der Trennsteg an einem ersten Ende mit der Außenwand abschließt und an einem zweiten Ende an einen Umlenkbereich anschließt, wobei der Umlenkbereich zur richtungsumkehrenden Umlenkung der Hauptströmung ausgebildet ist. Der Umlenkbereich weist ferner eine Turbulatoren-Anordnung auf.Accordingly, a device for temperature control of a vehicle battery, preferably a primary energy battery of an electric vehicle comprising a plurality of battery modules, is proposed, comprising an upper unit which is designed for thermally connecting the device to at least one battery module, and a lower unit, wherein the upper unit and the lower unit have one Form a flow space through which temperature control fluid can flow and which is delimited by an outer wall. The flow space includes an inlet for admitting a main flow of the temperature control fluid and an outlet for letting out the main flow. The flow space further comprises a separating region which has a separating web arranged between the inlet and the outlet, wherein the separating web terminates with the outer wall at a first end and adjoins a deflection region at a second end, wherein the deflection region is designed for reversing the direction of the main flow . The deflection area also has a turbulator arrangement.
Im vorliegenden Kontext kann hinsichtlich der räumlichen Anordnung der Obereinheit zur Untereinheit in einem im Fahrzeug montierten Zustand der Vorrichtung der Begriff „Unter“ oder „unten“ „zur Straße hin“ beziehungsweise „in Schwerkraftrichtung“ angeordnet bedeuten und „Ober“ oder „oben“ „zum Fahrzeugdach hin“ beziehungsweise „entgegen der Schwerkraftrichtung“ angeordnet bedeuten. Die räumliche Anordnung kann aber auch nur relativ zueinander verstanden werden, so dass „Unter“ und „Ober“ lediglich einander gegenüber angeordnet bedeuten.In the present context, with regard to the spatial arrangement of the upper unit to the lower unit in a vehicle-mounted state of the device, the term "lower" or "bottom" can mean "towards the road" or "in the direction of gravity" and "upper" or "top" can mean " “towards the vehicle roof” or “against the direction of gravity”. The spatial arrangement can also only be understood relative to one another, so that “lower” and “upper” simply mean arranged opposite one another.
Dadurch, dass der Trennsteg zwischen dem Einlass und dem Auslass angeordnet ist und an einem ersten Ende mit der Außenwand abschließt und an einem zweiten Ende an den Umlenkbereich anschließt, kann in dem Strömungsraum der Trennbereich bereitgestellt werden, in welchem die Hauptströmung auf der Einlassseite von der Hauptströmung auf der Auslassseite getrennt ist.Because the separating web is arranged between the inlet and the outlet and terminates at a first end with the outer wall and at a second end connects to the deflection region, the separating region can be provided in the flow space in which the main flow on the inlet side of the Main flow is separated on the outlet side.
Vorliegend ist der Begriff „Trennbereich“ dahingehend zu verstehen, dass in dem Trennbereich in einem aktiven Betriebszustand der Vorrichtung - nachfolgend kurz als „im Betrieb“ bezeichnet - die via dem Einlass einströmende, einlassseitige Hauptströmung getrennt ist von der auslassseitigen Hauptströmung, welche via den Auslass aus dem Strömungsraum ausströmt. Der Betrieb erfolgt in der Regel stationär, sodass die einströmende Hauptströmung und die ausströmende Hauptströmung den gleichen Durchsatz haben, das heißt betragsmäßig gleich sind.In the present case, the term “separation area” is to be understood to mean that in the separation area in an active operating state of the device - hereinafter referred to as “in operation” - the inlet-side main flow flowing in via the inlet is separated from the outlet-side main flow flowing out of the Flow space. The operation is usually stationary, so that the incoming main flow and the outgoing main flow have the same throughput, i.e. are equal in magnitude.
Mit anderen Worten ist das „getrennt sein“ der einlassseitigen und auslassseitigen Hauptströmung in dem Trennbereich, dadurch charakterisiert, dass in dem Trennbereich die Richtung der einlassseitigen Hauptströmung nicht die Richtung der auslassseitigen Hauptströmung beeinflusst. Mit anderen Worten kann in dem Trennbereich die einlassseitige Hauptströmung hinsichtlich ihrer Richtung unabhängig von der auslassseitigen Hauptströmung strömen.In other words, the “being separated” of the inlet-side and outlet-side main flow in the separation region is characterized by the fact that in the separation region the direction of the inlet-side main flow does not influence the direction of the outlet-side main flow. In other words, in the separation region, the main flow on the inlet side can flow independently of the main flow on the outlet side with regard to its direction.
Im Wesentlichen kann sich der Trennbereich zwischen dem Einlass, dem Auslass, sowie dem ersten und dem zweiten Ende des Trennstegs erstrecken. Das erste Ende des Trennstegs kann mit der Außenwand abschließen. Das heißt, dass das erste Ende des Trennstegs an der Außenwand anliegen kann. Mit anderen Worten kann der Trennsteg an seinem ersten Ende in die Außenwand übergehen beziehungsweise integral mit dieser ausgebildet sein. Auf diese Weise kann eine fluiddichte Verbindung von dem Trennsteg mit der Außenwand bereitgestellt werden.Essentially, the separating area can extend between the inlet, the outlet and the first and second ends of the separating web. The first end of the divider can end with the outer wall. This means that the first end of the divider can rest on the outer wall. In other words, the divider can merge into the outer wall at its first end or be formed integrally with it. In this way, a fluid-tight connection can be provided between the separating web and the outer wall.
Das zweite Ende des Trennstegs schließt an den Umlenkbereich an. Somit erstreckt sich der Trennsteg von der Außenwand bis zu dem Umlenkbereich. Auf diese Weise wird der Trennbereich durch die im Bereich des Einlasses und des Auslasses umliegende Außenwand begrenzt und endet im Wesentlichen auf einer gedachten, durch das zweite Ende des Trennstegs verlaufenden Linie, welche insbesondere eine zur Außenwand senkrecht stehende Gerade sein kann.The second end of the divider connects to the deflection area. The divider thus extends from the outer wall to the deflection area. In this way, the separating area is delimited by the outer wall surrounding the inlet and outlet and essentially ends on an imaginary line running through the second end of the separating web, which can in particular be a straight line perpendicular to the outer wall.
Dadurch, dass der Umlenkbereich eine Turbulator-Anordnung aufweist, kann im Betrieb eine besonders effektive und/oder effiziente Umlenkung einer Fluidströmung des Temperierfluid - nachfolgend kurz „Fluid“ beziehungsweise „Fluidströmung“ - bereitgestellt werden.Because the deflection area has a turbulator arrangement, a particularly effective and/or efficient deflection of a fluid flow of the temperature control fluid - hereinafter referred to as “fluid” or “fluid flow” - can be provided during operation.
Dabei meint „effektiv“, dass im Betrieb in dem Umlenkbereich mithilfe der Turbulatoren-Anordnung ein erwünschter Wärmetransfer erzielbar ist, während gleichzeitig die Richtung der Fluidströmung umgekehrt wird. Ferner meint dabei „effizient“, dass der in dem Umlenkbereich beziehungsweise bei der Umlenkung erfolgende Druckverlust verhältnismäßig gering ist, das heißt im Verhältnis zu der vorliegenden Wärmetransferleistung beziehungsweise im Verhältnis zu bekannten Vorrichtungen.“Effective” means that during operation in the deflection area, a desired heat transfer can be achieved with the help of the turbulator arrangement, while at the same time the direction of the fluid flow is reversed. Furthermore, “efficient” means that the pressure loss occurring in the deflection area or during the deflection is relatively low, that is, in relation to the existing heat transfer performance or in relation to known devices.
Insbesondere kann die Fluidströmung mittels der Turbulatoren-Anordnung in dem Umlenkbereich abgelenkt, umgelenkt oder verwirbelt werden, sodass lokale, turbulente Fluidströmungen resultieren, welche den Wärmetransfer verbessern und einen homogeneren Wärmetransfer im Umlenkbereich ermöglichen. Dadurch, dass ferner die einlassseitige Hauptströmung aus dem Trennbereich heraus mittels des Trennstegs in einer gerichteten Weise in den Umlenkbereich strömen kann, kann erreicht werden, dass sich die lokalen, turbulenten Fluidströmungen im Umlenkbereich in Richtung des Auslasses fortbewegen.In particular, the fluid flow can be deflected, redirected or swirled in the deflection area by means of the turbulator arrangement, so that local, turbulent fluid flows result, which improve the heat transfer and enable a more homogeneous heat transfer in the deflection area. Because the inlet-side main flow can flow out of the separation area in a directed manner into the deflection area by means of the separation web, it can be achieved that the local, turbulent fluid flows in the deflection area move in the direction of the outlet.
Weiterhin können mittels der Turbulator-Anordnung in dem Umlenkbereich sogenannte Totgebiete vermieden werden, in denen die Fluidströmung reduziert ist, sodass der Wärmetransfer ungleichmäßig wird oder sich sein Absolutwert verschlechtert. Mit anderen Worten erfolgt mittels der Turbulator-Anordnung in dem gesamten Umlenkbereich die gewünschte Durchströmung, sodass der Wärmetransfer in dem Umlenkbereich besonders gleichmäßig ist.Furthermore, so-called dead areas in which the fluid flow is reduced can be avoided by means of the turbulator arrangement in the deflection area, so that the heat transfer becomes uneven or its absolute value deteriorates. In other words, the desired flow occurs in the entire deflection area by means of the turbulator arrangement, so that the heat transfer in the deflection area is particularly uniform.
Im Zuge der vorliegenden Erfindung wurde erkannt, dass ein in dem Strömungsraum besonders homogen beziehungsweise gleichmäßig verteilter Wärmetransfer mittels der vorgeschlagenen Turbulator-Anordnung erzielt werden kann, während gleichzeitig eine globale Strömungsgeschwindigkeit der Hauptströmung vergleichsweise geringgehalten werden kann. Dies erlaubt den Betrieb mit einem vergleichsweise geringen Durchströmungsdruck, wodurch die Betriebseffizienz der Vorrichtung verbessert wird. Im vorliegenden Kontext meint der Begriff „globale Strömungsgeschwindigkeit der Hauptströmung“ eine Größe die dem Fluid-Durchsatz der Vorrichtung im stationären Betrieb entspricht. Dagegen wird vorliegend von lokalen Strömungen gesprochen, wenn auf lokale Strömungsphänomene wie Umlenkungen, Ablenkungen und Turbulenzen abgestellt wird, die unmittelbare lokale Effekte erzielen und den Fluid-Durchsatz nur mittelbar beeinflussen.In the course of the present invention, it was recognized that a particularly homogeneous or evenly distributed heat transfer in the flow space can be achieved using the proposed turbulator arrangement, while at the same time a global flow velocity of the main flow can be kept comparatively low. This allows operation with a comparatively low flow pressure, thereby improving the operating efficiency of the device. In the present context, the term “global flow velocity of the main flow” means a quantity that corresponds to the fluid throughput of the device in stationary operation. In contrast, local flows are referred to here when the focus is on local flow phenomena such as deflections, deflections and turbulences, which achieve direct local effects and only indirectly influence the fluid throughput.
Ferner wurde erkannt, dass mithilfe der vorgeschlagenen Turbulator-Anordnung auf weitere Stege verzichtet werden kann, sodass die Hauptströmung lediglich von der Außenkontur des Strömungsraums sowie dem vorgeschlagenen Trennsteg restriktiv vorgebbar ist, während die lokalen Turbulenzen, welche insbesondere für einen homogenen Wärmetransfer sorgen können, mittels der Turbulator-Anordnung bereitstellbar sind. Somit kann die Untereinheit zur Bereitstellung eines fluiddichten Strömungsraums lediglich an einem einzigen Steg, das heißt dem Trennsteg, sowie an der Außenwand des Strömungsraums gefügt sein. Auf diese Weise kann eine Fügenahtlänge gegenüber dem Stand der Technik erheblich reduziert werden.Furthermore, it was recognized that with the help of the proposed turbulator arrangement, additional webs can be dispensed with, so that the main flow can only be restrictively specified by the outer contour of the flow space and the proposed separating web, while the local turbulence, which can in particular ensure a homogeneous heat transfer, can be determined by means of the turbulator arrangement can be provided. In order to provide a fluid-tight flow space, the subunit can therefore only be joined to a single web, that is to say the separating web, and to the outer wall of the flow space. In this way, a joining seam length can be significantly reduced compared to the prior art.
Darüber hinaus kann mittels der Turbulator-Anordnung die wärmeübertragende Oberfläche des Strömungsraums vergrößert werden, wodurch der Wärmetransfer weiter verbessert wird.In addition, the turbulator arrangement can be used to increase the heat-transferring surface of the flow space, thereby further improving the heat transfer.
Ferner kann der Trennsteg an einer Unterseite der Obereinheit sowie an einer Oberseite der Untereinheit anliegen. Mit anderen Worten kann der Trennsteg an jeweils gegenüberliegenden Strömungsrauminnenflächen von Ober- und Untereinheit anliegen, insbesondere fluiddicht gefügt sein. Auf diese Weise kann in dem Trennbereich eine robuste Fluiddichtigkeit des Trennstegs zwischen der Einlassseite und der Auslassseite bereitgestellt werden.Furthermore, the separator can rest on an underside of the upper unit and on an upper side of the lower unit. In other words, the separating web can rest on opposite flow space inner surfaces of the upper and lower units, in particular be joined in a fluid-tight manner. In this way, robust fluid-tightness of the separating web between the inlet side and the outlet side can be provided in the separation area.
Gemäß einer Weiterbildung kann der Strömungsraum einen Umlenksteg umfassen, der sich ausgehend von dem Trennbereich auf der Einlassseite via den Umlenkbereich bis in den Trennbereich auf der Auslass-Seite erstreckt. Somit kann der Umlenksteg die einlassseitige Hauptströmung in zwei Teilströmungen teilen, dann durch den Umlenkbereich führen und dann in dem Trennbereich auf der Auslassseite wieder zusammenführen. Auf diese Weise kann eine einfache, robuste und effiziente Umlenkung bereitgestellt werden.According to a further development, the flow space can comprise a deflection web which extends from the separation area on the inlet side via the deflection area into the separation area on the outlet side. The deflection web can thus divide the main flow on the inlet side into two partial flows, then lead it through the deflection area and then bring it together again in the separation area on the outlet side. In this way, a simple, robust and efficient deflection can be provided.
Der Umlenksteg kann insbesondere dazu eingerichtet sein, im Betrieb die Hauptströmung um 180° umzulenken. Dazu kann der Umlenksteg beispielsweise im Wesentlichen U-förmig ausgebildet sein.The deflection web can be designed in particular to deflect the main flow by 180° during operation. For this purpose, the deflection web can, for example, be essentially U-shaped.
Ferner kann der Umlenksteg in dem Umlenkbereich eine Durchtrittöffnung aufweisen. Somit kann in dem Umlenkbereich gezielt eine Durchmischung der ersten Teilströmung, das heißt einer kurveninneren Strömung, mit der zweiten Teilströmung, das heißt einer kurvenäußeren Strömung, erzeugt werden. Auf diese Weise können Verwirbelungen in dem Umlenkbereich erzeugt werden, um beispielsweise gezielt Totgebiete zu reduzieren und/oder den Wärmetransfer zu homogenisieren.Furthermore, the deflection web can have a passage opening in the deflection area. Thus, in the deflection area, a targeted mixing of the first partial flow, that is to say a flow on the inside of the curve, with the second partial flow, that is to say a flow on the outside of the curve, can be generated. In this way, turbulences can be generated in the deflection area, for example in order to specifically reduce dead areas and/or to homogenize the heat transfer.
Der Strömungsraum kann einen einlassseitigen Strömungsleitsteg umfassen, der im Wesentlichen auf der Einlassseite des Trennstegs vorgesehen ist und sich im Wesentlichen von dem Trennbereich bis in den Umlenkbereich erstreckt. Mit anderen Worten kann sich ein erstes Ende des einlassseitigen Strömungsleitstegs an den Trennbereich anschließen oder einlassseitig in dem Trennbereich angeordnet sein, während ein zweites Ende des einlassseitigen Strömungsleitstegs in dem Umlenkbereich angeordnet sein kann, insbesondere auf der Einlassseite. Dadurch, dass der einlassseitige Strömungsleitsteg derart angeordnet sein kann, dass er mit seinem ersten Ende einlassseitig an den Trennbereich anschließt, kann die einlassseitige Hauptströmung in dem Umlenkbereich aufgeteilt werden, insbesondere in eine innere und eine äußere Teilströmung. Gleichzeitig kann mittels der Geometrie und/oder Anordnung des einlassseitigen Strömungsleitstegs in Bezug zur Außenwand gezielt ein Außenströmungs-Querschnitt der äußeren Teilströmung eingestellt werden.The flow space can comprise an inlet-side flow guide web, which is essentially provided on the inlet side of the separating web and essentially extends from the separating region to the deflection region. In other words, a first end of the inlet-side flow guide web can connect to the separation region or be arranged on the inlet side in the separation region, while a second end of the inlet-side flow guide web can be arranged in the deflection region, in particular on the inlet side. Because the inlet-side flow guide web can be arranged in such a way that its first end adjoins the separation area on the inlet side, the inlet-side main flow can be divided in the deflection area, in particular into an inner and an outer partial flow. At the same time, an external flow cross-section of the external partial flow can be specifically set by means of the geometry and/or arrangement of the inlet-side flow guide web in relation to the outer wall.
Es kann vorgesehen sein, dass sich ein erster äußerer Strömungsquerschnitt zwischen dem einlassseitigen Strömungsleitsteg und der Außenwand in Strömungsrichtung verjüngt. Somit kann die äußere Teilströmung zu einem zweiten Ende des Umlenkbereichs hin beschleunigt werden, wobei das zweite Ende des Umlenkbereichs entgegengesetzt zu einem ersten Ende des Umlenkbereichs angeordnet sein kann, welches an den Trennbereich anschließt. Auf diese Weise kann der Bereich des zweiten Endes des Umlenkbereichs gut durchströmt werden. Somit können insbesondere Totgebiete im Umlenkbereich vermieden werden.It can be provided that a first outer flow cross-section between the inlet-side flow guide web and the outer wall tapers in the direction of flow. The outer partial flow can thus be accelerated towards a second end of the deflection region, wherein the second end of the deflection region can be arranged opposite to a first end of the deflection region, which adjoins the separation region. In this way, the region of the second end of the deflection region can be easily flowed through. In particular, dead areas in the deflection region can thus be avoided.
Der Strömungsraum kann einen auslassseitigen Strömungsleitsteg umfassen, der im Wesentlichen auf der Auslassseite des Trennstegs vorgesehen ist und sich im Wesentlichen von dem Umlenkbereich bis in den Trennbereich erstreckt. Mit anderen Worten kann sich ein erstes Ende des auslassseitigen Strömungsleitstegs in dem Trennbereich angeordnet sein, insbesondere auf der Auslassseite, während ein zweites Ende des auslassseitigen Strömungsleitstegs auslassseitig an den Trennbereich anschließen oder auslassseitig in dem Trennbereich angeordnet sein kann.The flow space can comprise an outlet-side flow guide web, which is provided essentially on the outlet side of the separating web and essentially extends from the deflection region into the separating region. In other words, a first end of the outlet-side flow guide web can be arranged in the separation region, in particular on the outlet side, while a second end of the outlet-side flow guide web can connect to the separation region on the outlet side or can be arranged on the outlet side in the separation region.
Dadurch, dass der auslassseitige Strömungsleitsteg derart angeordnet sein kann, dass er mit seinem zweiten Ende auslassseitig an den Trennbereich anschließt oder dass sein zweites Ende auslassseitig in dem Trennbereich angeordnet sein kann, können umgelenkte Teilströmungen aus dem Umlenkbereich auslassseitig zu einer auslassseitigen Hauptströmung zusammengeführt werden. Insbesondere können eine innere und eine äußere umgelenkte Teilströmung zusammengeführt werden. Weiterhin kann mittels der Geometrie und/oder Anordnung des auslassseitigen Strömungsleitstegs in Bezug zur Außenwand gezielt ein Außenströmungs-Querschnitt der äußeren umgelenkten Teilströmung eingestellt werden.Because the outlet-side flow guide web can be arranged in such a way that its second end connects to the separation region on the outlet side or that its second end can be arranged on the outlet side in the separation region, deflected partial flows from the deflection region can be merged on the outlet side to form a main flow on the outlet side. In particular, an inner and an outer deflected partial flow can be brought together. Furthermore, an external flow cross section of the outer deflected partial flow can be specifically adjusted by means of the geometry and/or arrangement of the outlet-side flow guide web in relation to the outer wall.
Es kann vorgesehen sein, dass sich ein zweiter äußerer Strömungsquerschnitt zwischen dem auslassseitigen Strömungsleitsteg und der Außenwand in Strömungsrichtung verjüngt. Somit kann die äußere umgelenkte Teilströmung zum Auslass hin beschleunigt werden.It can be provided that a second outer flow cross section tapers in the flow direction between the outlet-side flow guide web and the outer wall. The external, diverted partial flow can thus be accelerated towards the outlet.
Dadurch, dass ferner das zweite Ende des auslassseitigen Strömungsleitstegs innerhalb des Strömungsraums, genauer gesagt von der Außenwandung beabstandet, angeordnet sein kann, kann die beschleunigte äußere umgelenkte Teilströmung im Bereich des zweiten Endes des auslassseitigen Strömungsleitstegs einen Sogeffekt auf die entsprechende innere umgelenkte Teilströmung bewirken, beispielsweise gemäß der Wirkung einer Venturi-Düse. Somit kann die äußere umgelenkte Teilströmung die innere umgelenkte Teilströmung in vorteilhafter Weise beeinflussen. Insbesondere können Totgebiete der inneren umgelenkten Teilströmung im Bereich des Auslasses reduziert werden.The fact that the second end of the outlet-side flow guide web is within the flow space, more precisely from the outside Wall can be spaced apart, the accelerated outer deflected partial flow in the area of the second end of the outlet-side flow guide web can cause a suction effect on the corresponding inner deflected partial flow, for example according to the action of a Venturi nozzle. The outer deflected partial flow can thus influence the inner deflected partial flow in an advantageous manner. In particular, dead areas of the inner, diverted partial flow in the area of the outlet can be reduced.
Auf diese Weise kann ein angrenzender Bereich um das zweite Ende des auslassseitigen Strömungsleitstegs gut durchströmt werden. Somit können insbesondere Totgebiete im auslassseitigen Trennbereich reduziert werden.In this way, an adjacent area around the second end of the outlet-side flow guide web can be easily flowed through. This means that dead areas in particular in the separation area on the outlet side can be reduced.
Der Umlenkbereich kann einen an den Trennbereich angrenzenden Mischbereich aufweisen, wobei die Vorrichtung dazu eingerichtet sein kann, dass sich im Betrieb in dem Mischbereich ein Vorlauf mit einer Rückströmung mischt, wobei im Betrieb der Vorlauf auf der Einlassseite des Trennstegs vorliegt, in die erste Hauptströmungsrichtung gerichtet ist und sich von dem Trennbereich in den Umlenkbereich erstreckt, und wobei die Rückströmung auf der Auslass-Seite des Trennstegs vorliegt, in die zweite Hauptströmungsrichtung entgegengesetzt zur ersten Hauptströmungsrichtung gerichtet ist und sich von dem Umlenkbereich in den Trennbereich erstreckt.The deflection area can have a mixing area adjacent to the separation area, wherein the device can be set up so that during operation in the mixing area a flow mixes with a return flow, wherein during operation the flow is present on the inlet side of the separating web, directed in the first main flow direction is and extends from the separation area into the deflection area, and wherein the return flow is present on the outlet side of the separation web, is directed in the second main flow direction opposite to the first main flow direction and extends from the deflection area into the separation area.
Der Mischbereich kann bereitgestellt sein, indem zum einen sich der Trennsteg an den Umlenkbereich und somit an den Mischbereich anschließt und zum anderen durch im Umlenkbereich vorgesehene Strömungsleitelemente, insbesondere in Form der Turbulator-Anordnung oder durch den einlassseitigen und/oder auslassseitigen Strömungsleitsteg und/oder durch die Geometrie beziehungsweise Krümmung der Außenwand.The mixing area can be provided in that, on the one hand, the separating web connects to the deflection area and thus to the mixing area and, on the other hand, through flow guide elements provided in the deflection area, in particular in the form of the turbulator arrangement or through the inlet-side and/or outlet-side flow guide web and/or through the geometry or curvature of the outer wall.
Dabei kann das Mischen in dem Mischbereich erreicht werden, indem sich die gegenläufigen Strömungen in Form des Vorlaufs und der Rückströmung mit den lokalen Strömungsablenkungen überlagern, welche von der Turbulatoren-Anordnung bereitgestellt sein können.Mixing in the mixing area can be achieved by superimposing the opposing flows in the form of the forward flow and the return flow with the local flow deflections, which can be provided by the turbulator arrangement.
Unter Mischen wird vorliegend verstanden, dass - beispielsweise im Fall, dass die Vorrichtung als Kühlvorrichtung betrieben wird - Teile eines kalten Vorlaufs von einer erwärmten Rückströmung aufgenommen werden.In the present case, mixing is understood to mean that - for example in the case that the device is operated as a cooling device - parts of a cold flow are absorbed by a heated backflow.
Mittels des Mischens der erwärmten Rückströmung mit dem kühleren Vorlauf kann die Rückströmung abgekühlt werden, sodass im weiteren Strömungsverlauf der nunmehr abgekühlten Rückströmung der Wärmetransfer verbessert werden kann. Insbesondere kann auf diese Weise die Gleichmäßigkeit des Wärmetransfers in dem Strömungsraum verbessert werden.By mixing the heated backflow with the cooler flow, the backflow can be cooled, so that the heat transfer can be improved in the further flow of the now cooled backflow. In particular, the uniformity of the heat transfer in the flow space can be improved in this way.
Die vorstehende Betrachtung gilt analog im Fall einer Heizvorrichtung.The above consideration applies analogously in the case of a heating device.
Der Trennsteg kann eine Trennsteg-Bogenformaufweisen, wobei der Trennsteg einen Trennsteg-Krümmungsradiuskennwert von größer als 2, bevorzugt größer als 3, besonders bevorzugt größer als 5, aufweisen kann, wobei sich der Trennsteg-Krümmungsradiuskennwert ergibt aus dem Quotienten gebildet durch Kurvenradius der Trennsteg-Bogenform geteilt durch Breite des Strömungsraums. Vorliegend wird unter „Kurvenradius“ der Radius jenes Kreises verstanden, der die längste gemeinsame Linie mit der Trennsteg-Bogenform beziehungsweise Krümmung des Trennsteg hat.The divider can have a divider arch shape, wherein the divider can have a divider curvature radius parameter of greater than 2, preferably greater than 3, particularly preferably greater than 5, the divider curvature radius characteristic resulting from the quotient formed by the curve radius of the divider. Arch shape divided by the width of the flow space. In the present case, “curve radius” is understood to mean the radius of the circle that has the longest line in common with the divider arch shape or curvature of the divider.
Vereinfacht gesagt kann der Trennsteg zumindest teilweise einen Bogen beschreiben, der im Verhältnis zur Breite des Strömungskanals einen sehr großen Kurvenradius aufweist. Mit anderen Worten kann der Trennsteg eine relativ geringe Krümmung aufweisen. Mittels seiner geringen Krümmung kann der Trennsteg zum einen die in den Strömungsraum einströmende Hauptströmung umlenken, wobei mittels der geringen Krümmung Totgebiete und/oder hohe Druckverluste im Bereich des Einlasses reduziert sein können. Zum anderen kann der Trennsteg auf diese Weise die einströmende Hauptströmung gezielt in die erste Hauptströmungsrichtung führen, sodass die einlassseitige Hauptströmung in gerichteter Weise in den Umlenkbereich strömen kann.To put it simply, the separating web can at least partially describe an arc which has a very large curve radius in relation to the width of the flow channel. In other words, the separator can have a relatively small curvature. By means of its low curvature, the separating web can, on the one hand, redirect the main flow flowing into the flow space, with dead areas and/or high pressure losses in the area of the inlet being able to be reduced by means of the low curvature. On the other hand, the separating web can in this way guide the incoming main flow in a targeted manner into the first main flow direction, so that the main flow on the inlet side can flow in a directed manner into the deflection area.
Der einlassseitige Strömungsleitsteg kann einen Strömungsleitsteg-Krümmungsradiuskennwert von größer als 0,3, bevorzugt größer als 0,45, besonders bevorzugt größer als 0,65, aufweisen, wobei sich der Strömungsleitsteg-Krümmungsradiuskennwert ergibt aus dem Quotienten gebildet durch Kurvenradius des einlassseitigen Strömungsleitstegs geteilt durch Breite des Strömungsraums.The inlet-side flow guide web can have a flow guide web curvature radius characteristic value of greater than 0.3, preferably greater than 0.45, particularly preferably greater than 0.65, the flow guide web curvature radius characteristic value resulting from the quotient formed by the curve radius of the inlet-side flow guide web divided by Width of the flow space.
Zusätzlich oder alternativ kann der auslassseitige Strömungsleitsteg einen weiteren Strömungsleitsteg-Krümmungsradiuskennwert von größer als 0,3, bevorzugt größer als 0,45, besonders bevorzugt größer als 0,65, aufweisen, wobei sich der weitere Strömungsleitsteg-Krümmungsradiuskennwert ergibt aus dem Quotienten gebildet durch Kurvenradius des auslassseitigen Strömungsleitstegs geteilt durch Breite des Strömungsraums.Additionally or alternatively, the outlet-side flow guide web can have a further flow guide web curvature radius characteristic value of greater than 0.3, preferably greater than 0.45, particularly preferably greater than 0.65, the further flow guide web curvature radius characteristic value resulting from the quotient formed by the curve radius of the outlet-side flow guide divided by the width of the flow space.
Nachfolgend wird der Einfachheit halber auf den Kurvenradius des einlassseitigen Strömungsleitstegs eingegangen. Eine Betrachtung für den zweiten Strömungsleitsteg ergibt sich in analoger Weise.For the sake of simplicity, the curve radius of the inlet-side flow guide web will be discussed below. A consideration for the second flow guide web results in an analogous manner.
Dadurch, dass sich der einlassseitige Strömungsleitsteg in den Umlenkbereich erstrecken kann und eine im Vergleich zur Breite des Strömungsraumes geringe Krümmung aufweist, kann gezielt ein auslassseitiger Endbereich in dem Umlenkbereich angeströmt werden. Auf diese Weise können ebenda Totgebiete reduziert werden und/oder der Wärmetransfer gleichmäßiger gestaltet werden. Dadurch, dass ferner in dem Umlenkbereich die Turbulator-Anordnung vorgesehen ist, kann mittels dieser in dem auslassseitigen Endbereich des Umlenkbereichs eine effektive Umlenkung in Richtung der zweiten Hauptströmungsrichtung bereitgestellt werden.Because the inlet-side flow guide web can extend into the deflection area and has a small curvature compared to the width of the flow space, an outlet-side end area in the deflection area can be targeted by flow. In this way, dead areas can be reduced and/or the heat transfer can be made more uniform. Because the turbulator arrangement is also provided in the deflection region, an effective deflection in the direction of the second main flow direction can be provided by means of this in the outlet-side end region of the deflection region.
Ein minimaler Tangentenwinkel kann von dem einlassseitigen Strömungsleitsteg größer sein als 95°, bevorzugt größer als 105°, besonders bevorzugt größer als 115°, wobei der minimale Tangentenwinkel definiert ist als ein Winkel zwischen einer Eingangstangente und einer Ausgangstangente, wobei die Eingangstangente parallel zu einer Eingangsströmung an dem einlassseitigen Strömungsleitsteg ist und die Ausgangstangente parallel zu einer Ausgangsströmung an dem einlassseitigen Strömungsleitsteg ist. Somit kann gezielt ein auslassseitiger Endbereich in dem Umlenkbereich angeströmt werden. Auf diese Weise können ebenda Totgebiete reduziert werden und/oder der Wärmetransfer gleichmäßiger gestaltet werden.A minimum tangent angle from the inlet-side flow guide web can be greater than 95°, preferably greater than 105°, particularly preferably greater than 115°, the minimum tangent angle being defined as an angle between an input tangent and an output tangent, the input tangent being parallel to an input flow is on the inlet-side flow guide web and the output tangent is parallel to an output flow on the inlet-side flow guide web. This means that flow can be directed towards an outlet-side end region in the deflection region. In this way, dead areas can be reduced and/or the heat transfer can be made more uniform.
Zusätzlich oder alternativ kann ein weiterer minimaler Tangentenwinkel von dem auslassseitigen Strömungsleitsteg größer sein als 95°, bevorzugt größer als 105°, besonders bevorzugt größer als 115°, wobei der weitere minimale Tangentenwinkel definiert ist als ein Winkel zwischen einer weiteren Eingangstangente und einer weiteren Ausgangstangente, wobei die weitere Eingangstangente parallel zu einer weiteren Eingangsströmung an dem auslassseitigen Strömungsleitsteg ist und die weitere Ausgangstangente parallel zu einer weiteren Ausgangsströmung an dem auslassseitigen Strömungsleitsteg ist.Additionally or alternatively, a further minimum tangent angle from the outlet-side flow guide web can be greater than 95°, preferably greater than 105°, particularly preferably greater than 115°, the further minimum tangent angle being defined as an angle between a further input tangent and a further output tangent, wherein the further input tangent is parallel to a further input flow on the outlet-side flow guide web and the further output tangent is parallel to a further output flow on the outlet-side flow guide web.
Die Turbulatoren-Anordnung kann eine Vielzahl erster Turbulatorelemente und eine Vielzahl zweiter Turbulatorelemente aufweisen, welche alternierend und/oder versetzt zueinander angeordnet sind, wobei insbesondere die ersten und/oder zweiten Turbulatorelemente in Form von Dimpeln bereitgestellt sein können. Die Dimpel können in Form von in den Strömungsraum hineinragenden Dimpeln und/oder aus dem Strömungsraum hinausragenden Dimpeln bereitgestellt sein.The turbulator arrangement can have a plurality of first turbulator elements and a plurality of second turbulator elements, which are arranged alternately and/or offset from one another, wherein in particular the first and/or second turbulator elements can be provided in the form of dimples. The dimples can be provided in the form of dimples projecting into the flow space and/or dimples projecting out of the flow space.
Mittels einer alternierenden und/oder versetzten Anordnung kann zum einen eine Gesamtanzahl von Turbulatorelementen erhöht werden. Zum anderen kann somit die Umlenkwirkung der Turbulatorelemente erhöht werden.By means of an alternating and/or offset arrangement, a total number of turbulator elements can be increased. On the other hand, the deflection effect of the turbulator elements can be increased.
Unter Dimpeln werden vorliegend Erhebungen oder Vertiefungen in einer Ebene verstanden, insbesondere mittels Pressen oder Prägen erzeugte Erhebungen oder Vertiefungen in einer Platte oder einem Blech.In this context, dimples are understood to mean elevations or depressions in a plane, in particular elevations or depressions in a plate or sheet produced by means of pressing or embossing.
Demzufolge können mittels der Dimpel auf einfache und kostengünstige Weise eine hohe Anzahl von Turbulatorelementen bereitgestellt werden, welche ferner die wärmeübertragende Oberfläche vergrößern.As a result, a large number of turbulator elements can be provided in a simple and cost-effective manner by means of the dimples, which further increase the heat-transferring surface.
Die ersten Turbulatorelemente können eine erste Größe haben und die zweiten Turbulatorelemente können eine zweite Größe haben, welche von der ersten Größe verschieden ist. Auf diese Weise kann die Anordnungsdichte der Turbulatorelemente weiter erhöht werden.The first turbulator elements may have a first size and the second turbulator elements may have a second size that is different from the first size. In this way, the arrangement density of the turbulator elements can be further increased.
Die Obereinheit kann einen Aufnahmeraum aufweisen, der eingerichtet ist zum Aufnehmen des zumindest einen Batteriemoduls. Dabei kann die Obereinheit im Wesentlichen aus einem Aluminiummaterial gebildet sein, beispielsweise im Wesentlichen aus einem Aluminiumdruckguss-Material. Mit anderen Worten kann die Obereinheit zu wesentlichen Anteilen aus dem Aluminiummaterial bestehen, aber auch zu geringen Anteilen andere Materialien aufweisen. Dadurch, dass die Obereinheit im Wesentlichen aus einem Aluminiummaterial gebildet sein kann, kann die Obereinheit eine Temperierfläche für Batteriezellen des Batteriemoduls bereitstellen. Ferner können auf diese Weise die Obereinheit beziehungsweise der Aufnahmeraum besonders kostengünstig und einfach hergestellt werden.The upper unit can have a receiving space that is set up to accommodate the at least one battery module. The upper unit can be formed essentially from an aluminum material, for example essentially from a die-cast aluminum material. In other words, the upper unit can consist of a significant proportion of the aluminum material, but can also contain small proportions of other materials. Because the upper unit can be formed essentially from an aluminum material, the upper unit can provide a temperature control surface for battery cells of the battery module. Furthermore, the upper unit or the receiving space can be manufactured particularly inexpensively and easily in this way.
Ferner kann dadurch, dass das zumindest eine Batteriemodul in dem Aufnahmeraum der Obereinheit aufgenommen sein kann und der Strömungsraum zwischen der Obereinheit und der Untereinheit angeordnet ist, unter Ausnutzung der Schwerkraft das Risiko reduziert werden, dass in einem Kollisionsfall eines die Vorrichtung umfassenden Fahrzeugs das Fluid in den Aufnahmeraum fließt und das zumindest eine Batteriemodul beaufschlagt.Furthermore, the fact that the at least one battery module can be accommodated in the receiving space of the upper unit and the flow space is arranged between the upper unit and the lower unit can reduce the risk that in the event of a collision of a vehicle comprising the device, the fluid in flows through the receiving space and acts on at least one battery module.
Die Untereinheit kann ein Verschlussblech und die Obereinheit eine die Unterseite bereitstellende Bodenplatte aufweisen, wobei eine Bodenplatten-Wandstärke größer ist, insbesondere um mindestens den Faktor 1,5 größer, als eine Verschlussblech-Wandstärke der Untereinheit. Somit kann das oben genannte Risiko der Beaufschlagung eines Batteriemoduls mit Fluid in einem Kollisionsfall weiter reduziert werden.The lower unit can have a closure plate and the upper unit can have a base plate providing the underside, with a base plate wall thickness being greater, in particular by at least a factor of 1.5, than a closure plate wall thickness of the lower unit. Therefore, the above-mentioned risk can be the beauf Hitting a battery module with fluid in the event of a collision can be further reduced.
Vorliegend wird unter Bodenplatten-Wandstärke oder Verschlussblech-Wandstärke jeweils eine auslegungsgemäße Wandstärke verstanden, das heißt eine durchschnittliche Wandstärke ohne Berücksichtigung von Ausreißern oder konstruktiven Besonderheiten. Insbesondere wird hierrunter jeweils die minimale auslegungsgemäße Wandstärke verstanden.In the present case, floor slab wall thickness or closure plate wall thickness is understood to mean a wall thickness in accordance with the design, i.e. an average wall thickness without taking into account outliers or special design features. In particular, this refers to the minimum design wall thickness.
Die Untereinheit kann eine Sollbruchstelle aufweisen, die dazu eingerichtet ist, in einem kritischen Belastungszustand zu deformieren und/oder zu brechen, wobei die Obereinheit, insbesondere die Bodenplatte, dazu eingerichtet ist, in dem kritischen Belastungszustand formstabil und/oder fluiddicht zu sein. Auf diese Weise kann das oben genannte Risiko der Beaufschlagung eines Batteriemoduls mit Fluid in einem Kollisionsfall weiter reduziert werden.The lower unit can have a predetermined breaking point which is designed to deform and/or break in a critical load state, wherein the upper unit, in particular the base plate, is designed to be dimensionally stable and/or fluid-tight in the critical load state. In this way, the above-mentioned risk of fluid being applied to a battery module in the event of a collision can be further reduced.
Die Bodenplatte kann eine robuste und fluiddichte Membran aufweisen, die in einem Kollisionsfall fluiddicht bleibt, selbst wenn die Bodenplatte brechen und/oder deformieren sollte.The floor plate can have a robust and fluid-tight membrane that remains fluid-tight in the event of a collision, even if the floor plate breaks and / or deforms.
Die Sollbruchstelle der Untereinheit kann beispielsweise mittels einer entsprechenden Ausgestaltung der Fügung an der Außenwand oder mittels einer entsprechenden Ausgestaltung des Verschlussblechs bereitgestellt sein, insbesondere mittels einer Materialverjüngung und/oder einer entsprechenden Ausgestaltung des Querschnitts.The predetermined breaking point of the subunit can be provided, for example, by means of a corresponding design of the joint on the outer wall or by means of a corresponding design of the closure plate, in particular by means of a material taper and/or a corresponding design of the cross section.
Die Turbulator-Anordnung kann sich über den gesamten Strömungsraum erstrecken. Auf diese Weise können die Turbulatorelemente gezielt zur Erzeugung lokaler Turbulenzen eingesetzt werden.The turbulator arrangement can extend over the entire flow space. In this way, the turbulator elements can be used specifically to generate local turbulence.
Die Vorrichtung kann nicht mehr als zwei Stege, insbesondere nicht mehr als drei Stege, umfassen. Auf diese Weise kann die Fügenahtlänge reduziert werden.The device cannot comprise more than two webs, in particular not more than three webs. In this way the length of the joint seam can be reduced.
Der Einlass und/oder der Auslass kann im Wesentlichen innerhalb einer Haupterstreckungsebene des Strömungsraumes angeordnet sein, wobei insbesondere der Einlass derart ausgestaltet sein kann, dass eine Einlassströmung innerhalb der Haupterstreckungsebene des Strömungsraumes strömt, und/oder wobei insbesondere der Auslass derart ausgestaltet ist, dass eine Auslassströmung innerhalb der Haupterstreckungsebene des Strömungsraumes strömt. Auf diese Weise kann ein besonders effektives Einströmen beziehungsweise Ausströmen erzielt werden. Ferner kann somit die Geometrie der Stege gezielt auf den Einlass beziehungsweise Auslass abgestimmt werden.The inlet and/or the outlet can be arranged essentially within a main plane of extension of the flow space, wherein in particular the inlet can be designed such that an inlet flow flows within the main plane of extension of the flow space, and/or in particular the outlet is designed such that a Outlet flow flows within the main plane of extent of the flow space. In this way, a particularly effective inflow or outflow can be achieved. Furthermore, the geometry of the webs can be tailored specifically to the inlet or outlet.
Es kann vorgesehen sein, dass nicht mehr als ein innerhalb des Strömungsraums angeordnetes Umlenkmittel für eine 180°-Umlenkung, insbesondere für eine durchgängige 180°-Umlenkung, der Hauptströmung vorgesehen ist. Auf diese Weise kann der Druckverlust über eine gesamte Fließweglänge reduziert werden.It can be provided that no more than one deflection means arranged within the flow space is provided for a 180° deflection, in particular for a continuous 180° deflection, of the main flow. In this way, the pressure loss can be reduced over an entire flow path length.
Zusätzlich oder alternativ kann die Vorrichtung derart ausgestaltet sein, dass eine mittlere Fließweglänge der Hauptströmung innerhalb des Strömungsraumes geringer ist als der Strömungsraumumfang, insbesondere geringer als das 1,1-fache bis 1,5-fache des Strömungsraumumfangs. Auf diese Weise kann der Druckverlust über die gesamte Fließweglänge reduziert werden.Additionally or alternatively, the device can be designed such that an average flow path length of the main flow within the flow space is less than the flow space circumference, in particular less than 1.1 times to 1.5 times the flow space circumference. In this way, the pressure loss can be reduced over the entire flow path length.
Die oben gestellte Aufgabe wird weiterhin durch eine Fahrzeugbatterie mit den Merkmalen des Anspruchs 16 gelöst, welche die vorangehend beschriebene Vorrichtung umfasst.The above task is further solved by a vehicle battery with the features of
Die oben gestellte Aufgabe wird weiterhin durch ein Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung zum Temperieren einer Fahrzeugbatterie mit den Merkmalen des Anspruchs 17 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens ergeben sich aus der vorliegenden Beschreibung und den Figuren.The above object is further achieved by a method for producing a device for temperature control of a vehicle battery with the features of claim 17. Advantageous developments of the method result from the present description and the figures.
Entsprechend wird ein Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung zum Temperieren einer Fahrzeugbatterie vorgeschlagen, umfassend die Schritte des Bereitstellens einer Obereinheit umfassend eine Außenwand sowie Bereitstellen einer Untereinheit, wobei die Obereinheit und/oder die zumindest einen innerhalb des Strömungsraumes umströmbaren Steg aufweist und des Fügens der Obereinheit mit der Untereinheit mittels Reibschweißen, insbesondere Orbitalreibschweißen oder Rührreibschweißen, wobei die Außenwand mit der Untereinheit gefügt wird, wobei der zumindest eine Steg mit der Untereinheit und/oder mit der Obereinheit gefügt wird.Accordingly, a method for producing a device for temperature control of a vehicle battery is proposed, comprising the steps of providing an upper unit comprising an outer wall and providing a lower unit, wherein the upper unit and / or which has at least one web around which flow can flow within the flow space and joining the upper unit the lower unit by means of friction welding, in particular orbital friction welding or friction stir welding, the outer wall being joined to the lower unit, the at least one web being joined to the lower unit and/or to the upper unit.
Der Steg kann in Form des vorangehend beschriebenen Trennstegs, Umlenkstegs, einlassseitigem/auslassseitigem Strömungsleitstegs oder in Form eines weiteren Stegbauteils vorliegen. Der Steg kann die gleiche Höhe aufweisen wie die Außenwand.The web can be in the form of the previously described separating web, deflection web, inlet-side/outlet-side flow guide web or in the form of a further web component. The web can be the same height as the outer wall.
Mittels Reibschweißen kann im Vergleich zum im Stand der Technik angewendeten Laserschweißen eine Verkürzung der Prozesszeit erzielt werden, insbesondere mittels des Orbitalreibschweißen.By means of friction welding, a reduction in the process time can be achieved compared to the laser welding used in the prior art, in particular by means of orbital friction welding.
Ferner kann mittels Reibschweißen im Vergleich zum im Stand der Technik angewendeten Löten auf spezifische Prozessschritte verzichtet werden, beispielsweise auf das Aufbringen des Lots. Ferner kann der Energieaufwand gegenüber dem Löten deutlich reduziert werden, da lediglich die Fügestellen erhitzt werden und die eingesetzte Energie in Form von Reibwärme unmittelbar und im Wesentlichen ausschließlich als produktive Fügeenergie genutzt wird.Furthermore, friction welding makes it possible to dispense with specific process steps, for example the application of the solder, compared to the soldering used in the prior art. Furthermore, the energy expenditure can be significantly reduced compared to soldering, since only the joints are heated and the energy used in the form of frictional heat is used directly and essentially exclusively as productive joining energy.
Kurze Beschreibung der FigurenShort description of the characters
Bevorzugte weitere Ausführungsformen der Erfindung werden durch die nachfolgende Beschreibung der Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:
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1 a eine schematische Querschnittansicht einer Fahrzeugbatterie; -
1 b eine schematische Querschnittansicht eines Ausschnitts einer Ausführungsform einer Vorrichtung zum Temperieren einer Fahrzeugbatterie; -
2a ,b eine schematische Schnittansicht weiterer Ausführungsformen einer Vorrichtung zum Temperieren einer Fahrzeugbatterie; -
3a -f eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform einer Vorrichtung zum Temperieren einer Fahrzeugbatterie -
4a -d verschiedene Formen von Turbulatorelementen in einer schematischen Draufsicht im Längsschnitt; und -
5a -d verschiedene Formen von Turbulatorelementen in einer schematischen Seitenansicht im Querschnitt.
-
1 a a schematic cross-sectional view of a vehicle battery; -
1 b a schematic cross-sectional view of a detail of an embodiment of a device for temperature control of a vehicle battery; -
2a ,b is a schematic sectional view of further embodiments of a device for temperature control of a vehicle battery; -
3a -f a schematic view of a further embodiment of a device for temperature control of a vehicle battery -
4a -d different shapes of turbulator elements in a schematic top view in longitudinal section; and -
5a -d different shapes of turbulator elements in a schematic side view in cross section.
Detaillierte Beschreibung bevorzugter AusführungsbeispieleDetailed description of preferred embodiments
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele anhand der Figuren beschrieben. Dabei werden gleiche, ähnliche oder gleichwirkende Elemente in den unterschiedlichen Figuren mit identischen Bezugszeichen versehen, und auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente wird teilweise verzichtet, um Redundanzen zu vermeiden.Preferred exemplary embodiments are described below with reference to the figures. The same, similar or identical elements in the different figures are given identical reference numbers, and a repeated description of these elements is partly omitted in order to avoid redundancies.
Vorliegend bezeichnen die Richtungsattribute „unten“ in Schwerkraftrichtung und „oben“ entgegengesetzt zur Schwerkraftrichtung in einem Zustand, in dem die Vorrichtung 1 beziehungsweise die Fahrzeugbatterie 100 in einem Fahrzeug montiert ist.Here, the direction attributes “down” in the direction of gravity and “up” opposite to the direction of gravity in a state in which the
In
In
In dem Strömungsraum 8 ist angrenzend an den Trennbereich 14 ein Umlenkbereich 18 vorgesehen, wobei sich der Trennbereich 14 und der Umlenkbereich 18 nicht überlappen und gemeinsam im Wesentlichen den gesamten Strömungsraum 8 abdecken. Im Betrieb der Vorrichtung 1 liegt auf der Einlassseite 14a, das heißt einlassseitig des Trennsteg 16, im Wesentlichen ein Vorlauf 15a des Fluids in eine erste Hauptströmungsrichtung 13a vor und auf der Auslassseite 14b, das heißt auslassseitig des Trennsteg 16, liegt im Wesentlichen eine Rückströmung 15b des Fluid in eine zweite Hauptströmungsrichtung 13b vor. Der Vorlauf 15a erstreckt sich von dem Trennbereich 14 bis in den Umlenkbereich 18 und die Rückströmung 15b erstreckt sich von dem Umlenkbereich 18 bis in den Trennbereich 14. In dem Umlenkbereich 18 ist die Außenwand 30 derart geformt, dass das Fluid von der ersten Hauptströmungsrichtung 13a in die zweite Hauptströmungsrichtung 13b umgelenkt wird.In the
Weiterhin weist der Strömungsraum 8, insbesondere der Umlenkbereich 18, eine Turbulator-Anordnung 20 auf. Mittels der Turbulator-Anordnung 20 können die Umlenkung und der Wärmetransfer verbessert werden. Vorliegend ist die Turbulator-Anordnung 20 an der Unterseite 4a der Obereinheit 4 vorgesehen. Zusätzlich oder alternativ kann die Turbulator-Anordnung 20 ebenfalls an der Oberseite 6a der Untereinheit 6 vorgesehen sein.Furthermore, the
Die in
Die
Wie in
Ein Maß für die Krümmung des Trennsteg 16 ist in
Wie in
Mittels des einlassseitigen Strömungsleitsteg 24 wird die einlassseitige Hauptströmung 13 in dem Umlenkbereich 18 in eine innere und eine äußere Teilströmung aufgeteilt. Gleichzeitig wird mittels der Geometrie und Anordnung des einlassseitigen Strömungsleitsteg 24 in Bezug zur Außenwand 30 gezielt ein Außenströmungs-Querschnitt der äußeren Teilströmung derart eingestellt, dass sich dieser in Strömungsrichtung verjüngt. Auf diese Weise kann die äußere Teilströmung beschleunigt werden. Insbesondere weist der einlassseitige Strömungsleitsteg 24 eine leichte S-Form mit zwei gegenläufigen Bogenformen auf, um zum einen die Querschnittsverjüngung und zum anderen eine die innere Teilströmung umlenkende Krümmung bereitzustellen. Durch das Beschleunigen der äußeren Teilströmung können Totgebiete im einlassseitigen Endbereich des Umlenkbereich 18 vermieden werden.By means of the inlet-side
Wie in
Der Mischbereich 15 wird bereitgestellt, indem sich der Trennsteg 16 an den Umlenkbereich 18 und somit an den Mischbereich 15 anschließt. Insbesondere erfolgt im Bereich des zweiten Endes 16b des Trennsteg 16 eine direkte Vermischung 15c von kaltem Vorlauf 15a mit warmer Rückströmung 15b, sodass die Rückströmung unmittelbar Teile des kalten Vorlauf 15a mitnimmt, sodass insbesondere die innere Teilströmung auf der Auslassseite 14b von dem Mischen profitiert. Ferner überlagern sich der Vorlauf 15a und die dazu gegenläufige Rückströmung 15b mit lokalen Strömungsablenkungen in dem Mischbereich 15 und können Wirbel 15d bilden.The mixing
Ein Maß für die Krümmung des einlassseitigen Strömungsleitsteg 24 ist in
Dadurch, dass der einlassseitigen Strömungsleitsteg 24 eine vergleichsweise geringe Krümmung aufweist, kann gezielt ein auslassseitiger Endbereich in dem Umlenkbereich 18 angeströmt werden. Auf diese Weise können ebenda Totgebiete reduziert werden und/oder der Wärmetransfer gleichmäßiger gestaltet werden.Because the inlet-side
Ein weiteres Maß für die Kontur des einlassseitigen Strömungsleitsteg 24 ist in
In den
Die Turbulatorelemente 20a,b unterscheiden sich hinsichtlich der Form Ihrer Querschnitte, ihrer Länge, ihrer Breite und ihres strömungsdynamischen Widerstandes, mithin ihres cw-Werts. Ferner unterscheiden sie sich formbedingt hinsichtlich der Art und des Umfangs der Beeinflussung der Strömungsverhältnisse. So erzeugt das Turbulatorelement 20a,b aus
In den
Generell können die Turbulatorelemente jede erdenkliche Form aufweisen, so lange sie den angedachten Zweck erfüllen. Sie können beispielsweise Formen aufweisen, welcher einer Kombination der Längsschnitte aus den
Entsprechend ermöglicht das Einbringen von Turbulatorelementen, in Bereichen mit schlechter Durchströmung erhöhte Turbulenzen beziehungsweise Verwirbelungen in der Strömung zu erzeugen. Ferner können Turbulatorelemente eingebracht werden, die in Bereichen mit guter Durchströmung für weniger Turbulenzen beziehungsweise Verwirbelungen in der Strömung sorgen und/oder Abbremsen der Strömung bewirken.Accordingly, the introduction of turbulator elements makes it possible to generate increased turbulence or turbulence in the flow in areas with poor flow. Furthermore, turbulator elements can be introduced, which ensure less turbulence or turbulence in the flow in areas with good flow and/or slow down the flow.
Soweit anwendbar, können alle einzelnen Merkmale, die in den Ausführungsbeispielen dargestellt sind, miteinander kombiniert und/oder ausgetauscht werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.To the extent applicable, all individual features shown in the exemplary embodiments can be combined and/or exchanged with one another without departing from the scope of the invention.
BezugszeichenlisteReference symbol list
- 11
- Vorrichtungcontraption
- 22
- BatteriemodulBattery module
- 44
- ObereinheitUpper unit
- 4a4a
- Unterseite der ObereinheitBottom of the upper unit
- 55
- Bodenplattebase plate
- 5a5a
- Bodenplatten-WandstärkeFloor slab wall thickness
- 66
- Untereinheitsubunit
- 6a6a
- Oberseite der UntereinheitTop of the subunit
- 77
- VerschlussblechClosing plate
- 7a7a
- Verschlussblech-WandstärkeClosure plate wall thickness
- 88th
- Strömungsraumflow space
- 8a8a
- Breite des StrömungsraumsWidth of the flow space
- 1010
- Einlassinlet
- 1212
- Auslassoutlet
- 12a12a
- Auslassleitungoutlet line
- 13a,b13a,b
- erste/zweite Hauptströmungsrichtungfirst/second main flow direction
- 1414
- Trennbereichseparation area
- 14a,b14a,b
- Ein- /AuslassseiteInlet/outlet side
- 1515
- MischbereichMixing area
- 15a,b15a,b
- Hin-/ RückströmungForward/return flow
- 1616
- TrennstegDivider
- 16a,b16a,b
- erstes/zweites Ende des Trennstegfirst/second end of the divider
- 16c16c
- Kurvenradius des TrennstegCurve radius of the divider
- 1818
- UmlenkbereichDeflection area
- 2020
- Turbulatoren-AnordnungTurbulator arrangement
- 20a,b20a,b
- Vielzahl erster/zweiter TurbulatorelementeLarge number of first/second turbulator elements
- 2121
- DimpelDimple
- 2222
- Umlenkstegdeflection bridge
- 2424
- erster Strömungsleitstegfirst flow guide
- 2525
- minimaler Tangentenwinkelminimum tangent angle
- 25a,b25a,b
- Ein-/ AusgangstangenteInput/output tangent
- 2626
- zweiter Strömungsleitstegsecond flow guide
- 2828
- AufnahmeraumRecording room
- 3030
- Außenwandexternal wall
- 100100
- FahrzeugbatterieVehicle battery
Claims (17)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102022124773.2A DE102022124773A1 (en) | 2022-09-27 | 2022-09-27 | Device for temperature control of a vehicle battery |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102022124773.2A DE102022124773A1 (en) | 2022-09-27 | 2022-09-27 | Device for temperature control of a vehicle battery |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102022124773A1 true DE102022124773A1 (en) | 2024-03-28 |
Family
ID=90140294
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102022124773.2A Pending DE102022124773A1 (en) | 2022-09-27 | 2022-09-27 | Device for temperature control of a vehicle battery |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102022124773A1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102012217871A1 (en) | 2012-09-28 | 2014-04-03 | Behr Gmbh & Co. Kg | Heat exchanger |
DE102020119285A1 (en) | 2020-07-22 | 2022-01-27 | Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft | Battery housing for battery module of a traction battery of a motor vehicle |
DE102020210202A1 (en) | 2020-08-12 | 2022-02-17 | Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Battery case for a battery module, battery module with a battery case and vehicle |
DE102021200040A1 (en) | 2021-01-05 | 2022-07-07 | Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Temperature control device for a battery module, manufacturing method and temperature control method |
-
2022
- 2022-09-27 DE DE102022124773.2A patent/DE102022124773A1/en active Pending
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
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R016 | Response to examination communication |