DE102022127099A1 - Immersions-Temperierungseinrichtung, Kraftfahrzeugbatterie mit einer solchen Temperierungseinrichtung und Kraftfahrzeug - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Immersions-Temperierungseinrichtung (1), eine Kraftfahrzeugbatterie (2) und ein Kraftfahrzeug. Eine Immersionskammer (8) der Temperierungseinrichtung (1) ist für eine Batteriezellanordnung (3) vorgesehen und mit einer Immersionsflüssigkeit (7) durchströmbar. Ein in der Immersionskammer (8) angeordneter Wärmetauscher (5) umfasst einen Hauptkanalkörper (15), dessen Hauptkanäle (21, 22) fluidisch an einen temperierungseinrichtungsexternen Wärmetauscherflüssigkeitskreislauf anschließbar sind. Ein jeweiliger Nebenkanalkörper (16) weist Nebenkanäle (28, 29) auf, die von den Hauptkanälen (21, 22) fluidisch abzweigen. Wärmeleitkörper (34) sind jeweils einerseits mit einem der Nebenkanalkörper (16) und andererseits mit einem entlang des Hauptkanalkörpers (15) nächsten Nebenkanalkörper (16) zur Wärmeübertragung verbunden. Die Kanäle (21, 22, 28, 29) sind fluidisch gegen die Immersionskammer (8) abgedichtet und dazu eingerichtet, mit einer Wärmetauscherflüssigkeit (23) des Wärmetauscherflüssigkeitskreislaufs durchströmt zu werden. Durch die Wärmeleitkörper (34) begrenzte Umströmungskanäle (35) sind dazu eingerichtet, mit der Immersionsflüssigkeit (7) quer zu einer Wärmetauscherströmungsrichtung des Wärmetauscherflüssigkeitskreislaufs durchströmt zu werden.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Immersions-Temperierungseinrichtung für eine Batteriezellanordnung einer Kraftfahrzeugbatterie, die Kraftfahrzeugbatterie mit der Immersions-Temperierungseinrichtung und ein Kraftfahrzeug, das mit der die Immersions-Temperierungseinrichtung aufweisenden Kraftfahrzeugbatterie ausgestattet ist.
• Bei batterieelektrischen Kraftfahrzeugen besteht der Bedarf, deren Kraftfahrzeugbatterien, insbesondere Traktionsbatterien (auch als Hochvoltspeicher bezeichnet), für einen effizienten Betrieb zu temperieren, das heißt zu kühlen bzw. zu heizen. Hierzu können Batteriezellen einer Batteriezellanordnung der Kraftfahrzeugbatterie zum Beispiel in einem Immersionsflüssigkeitskreislauf angeordnet und mit einer elektrisch nicht-leitenden Immersionsflüssigkeit umspült werden (Immersionstemperierung). Bei der Immersionstemperierung wird die elektrisch nichtleitende Immersionsflüssigkeit, die als Dielektrikum bezeichnet werden kann, mittels einer Immersionspumpe angetrieben, sodass die Immersionsflüssigkeit durch die Batteriezellanordnung der Kraftfahrzeugbatterie strömt. Ein Wärmeübergang zwischen der Immersionsflüssigkeit und der jeweiligen zu temperierenden Batteriezelle findet über eine gesamte Außenoberfläche der jeweiligen Batteriezelle statt, wodurch die Immersionstemperierung besonders effizient ist. Zudem schafft die Immersionstemperierung ein besonders homogenes Temperaturniveau in der gesamten Batteriezellanordnung sowie einen besonders niedrigen Temperaturgradienten in der jeweiligen Batteriezelle. Dadurch altern die Batteriezellen langsamer. Weiter trägt die die Batteriezellen umströmende Immersionsflüssigkeit zu einer höheren Sicherheit im Versagensfall (thermisches Durchgehen) einer Batteriezelle bei. Die Immersionsflüssigkeit wird heutzutage extern der Batteriezellanordnung, insbesondere extern der Kraftfahrzeugbatterie - je nach Betriebsmodus der Immersionstemperierung - abgekühlt oder erwärmt, zum Beispiel mittels eines batterieexternen Wärmetauschers.
• Der Wärmetauscher verlangt extern der Kraftfahrzeugbatterie Bauraum, wodurch eine bei batterieelektrischen Kraftfahrzeugen ohnehin bereits angespannte Packagingproblematik noch weiter verschärft wird. Ansätze, bei denen der für die Immersionstemperierung eingesetzte Wärmetauscher relativ weit weg von der Kraftfahrzeugbatterie angeordnet wird, stehen einem besonders effizienten Betrieb der Immersionstemperierung entgegen, da es aufgrund von dann erforderlichen Leitungslängen zwischen dem Wärmetauscher und der Kraftfahrzeugbatterie zu erheblichen Druckverlusten der dielektrischen Immersionsflüssigkeit kommt. Bisherige Lösungsversuche, bei denen die Immersionskühlung so ausgeführt wird, dass die Immersionsflüssigkeit die Kraftfahrzeugbatterie nicht verlässt, erfordern einen Wärmetauscher im Inneren der Kraftfahrzeugbatterie. Diese - heutzutage als Plattenwärmetauscher ausgeführt - sind aber für aktuelle Temperierleistungsanforderungen, insbesondere hinsichtlich einer Batteriezellkühlung (insbesondere für eine hochperformante Kraftfahrzeugbeschleunigung, für ein Ultraschnellladen etc.), nicht ausreichend. Ein Einsatz von größeren Wärmetauschern würde einen Bauraumkonflikt zwischen Struktur- bzw. Crashsicherheitselementen des Kraftfahrzeugs und den größeren Wärmetauschen schaffen.
• Ferner ist es derzeit mit Schwierigkeiten verbunden, die Immersionsflüssigkeit derart anzutreiben, dass die Batteriezellanordnung überall mit gleicher Strömungsgeschwindigkeit der Immersionsflüssigkeit durchströmt wird. Es kommt heutzutage zum Beispiel dazu, dass ein nah an der Immersionspumpe angeordneter Bereich der Batteriezellanordnung schneller mit der Immersionsflüssigkeit durchströmt wird als ein fern der Immersionspumpe angeordneter Bereich der Batteriezellanordnung. Dies führt zu einer ungleichmäßigen Temperierung der Batteriezellanordnung und folglich zu einem unerwünschten Temperaturgefälle innerhalb der Batteriezellanordnung.
• Die DE 10 2017 206 283 A1 zeigt ein Zellmodul für einen Hochvolt-Energiespeicher eines Kraftfahrzeugs. In einem Aufnahmeraum des Zellmoduls sind Batteriezellen angeordnet. Die DE 10 2019 205 432 A1 offenbart ein Batteriemodul, in dessen Batteriegehäuse Batteriezellen angeordnet sind. Ferner zeigt die DE 10 2021 117 747 B3 eine Batterieeinrichtung, in dessen Batteriegehäuse Batteriezellen angeordnet sind. Die Batteriezellen dieser herkömmlichen Vorrichtungen sind mittels einer Immersionstemperierung temperierbar.
• Aufgabe der Erfindung ist es, eine Lösung zu schaffen, um eine besonders effizient immersionstemperierbare Kraftfahrzeugbatterie möglichst bauraumeffizient und multifunktional einsetzbar zu gestalten.
• Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weitere mögliche Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Figuren offenbart. Merkmale, Vorteile und mögliche Ausgestaltungen, die im Rahmen der Beschreibung für einen der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche dargelegt sind, sind kategorie- und ausführungsformübergreifend zumindest analog als Merkmale, Vorteile und mögliche Ausgestaltungen des jeweiligen Gegenstands der anderen unabhängigen Ansprüche sowie jeder möglichen Kombination der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche, gegebenenfalls in Verbindung mit einem oder mehr der Unteransprüche, anzusehen.
• Gemäß der Erfindung wird eine Immersions-Temperierungseinrichtung (die im Folgenden auch einfach als Temperierungseinrichtung bezeichnet werden kann) für eine Batteriezellanordnung einer Kraftfahrzeugbatterie vorgeschlagen. Zudem wird erfindungsgemäß eine Kraftfahrzeugbatterie vorgeschlagen, die die erfindungsgemäße Temperierungseinrichtung und die Batteriezellanordnung aufweist, deren Batteriezellen dazu eingerichtet sind, zur Immersionstemperierung mit der Immersionsflüssigkeit umspült zu werden. Bei den Batteriezellen kann es sich um Pouchzellen, prismatische Batteriezellen, zylindrische Batteriezellen etc. handeln. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit der die Temperierungseinrichtung aufweisenden Kraftfahrzeugbatterie. Das - insbesondere als Personenkraftwagen und/oder Lastkraftwagen ausgeführte - Kraftfahrzeug ist ein batterieelektrisches Kraftfahrzeug, also ein reinelektrisch oder teilweise elektrisch antreibbares/fortbewegbares Kraftfahrzeug. Die Immersions-Temperierungseinrichtung kann zudem bei anderen elektrisch antreibbaren bzw. fortbewegbaren Fahrzeugen Anwendung finden, etwa bei Wasser- und/oder Luftfahrzeugen, Schienenfahrzeugen etc. Des Weiteren ist die Anwendung der Immersions-Temperierungseinrichtung bei einem stationären elektrischen Energiespeicher denkbar.
• Hierin wird für eine einfache Beschreibung ein Koordinatensystem für die Temperierungseinrichtung festgelegt, das mit einem Koordinatensystem des Kraftfahrzeugs, in das die Temperierungseinrichtung eingebaut ist/wird, zusammenfällt. Wird also hierin auf eine Längs- bzw. X-, Quer- bzw. Y- oder Hoch- bzw. Z-Richtung der Temperierungseinrichtung oder deren Elemente oder Bauteile bezuggenommen, wird dadurch auf eine bestimmungsgemäße Einbaulage der Temperierungseinrichtung/Kraftfahrzeugbatterie abgestellt.
• Die Immersions-Temperierungseinrichtung weist eine Immersionskammer auf, die dazu eingerichtet ist, die Batteriezellanordnung aufzunehmen und mit einer für die Immersions-Temperierungseinrichtung vorgesehenen, elektrisch nicht-leitenden bzw. isolierenden Immersionsflüssigkeit - etwa einem dielektrischen Öl - durchströmt zu werden. Für die die Temperierungseinrichtung aufweisende Batterie gilt also dementsprechend, dass die Batteriezellanordnung in der Immersionskammer angeordnet ist. Zudem gilt für die Batterie, dass diese in einem für einen bestimmungsgemäßen Einsatz bereiten Zustand die Immersionsflüssigkeit aufweist, indem die Immersionskammer mit der Immersionsflüssigkeit befüllt ist.
• Die Temperierungseinrichtung weist ferner einen Wärmetauscher auf, der in der Immersionskammer angeordnet ist und einen Hauptkanalkörper aufweist. Ein erster Hauptkanal des Hauptkanalkörpers und zweiter Hauptkanal des Hauptkanalkörpers sind zum fluidischen Anschließen an einen temperierungseinrichtungsexternen Wärmetauscherflüssigkeitskreislauf eingerichtet. Für das Kraftfahrzeug gilt, dass der Wärmetauscher der Immersions-Temperierungseinrichtung der Kraftfahrzeugbatterie, die die Temperierungseinrichtung aufweist, fluidisch an einen Wärmetauscherflüssigkeitskreislauf des Kraftfahrzeugs angeschlossen ist. Der Wärmetauscherflüssigkeitskreislauf weist eine Wärmetauscherflüssigkeit auf, insbesondere ein Wasser-Glykol-Gemisch, das im Betrieb des Wärmetauscherflüssigkeitskreislaufs durch den Wärmetauscher getrieben wird. Bei der Wärmetauscherflüssigkeit und der Immersionsflüssigkeit handelt es sich um unterschiedliche Flüssigkeiten. Der erste Hauptkanal fungiert dabei zum Beispiel als Zulauf für die Wärmetauscherflüssigkeit. Dementsprechend ist ein erstes Hauptkanalende des ersten Hauptkanals dazu eingerichtet (insbesondere indirekt) mit einer Druckseite einer Wärmetauscherflüssigkeitspumpe des Wärmetauscherflüssigkeitskreislaufs fluidisch verbunden zu werden. Dahingegen fungiert der zweite Hauptkanal beispielsweise als Rücklauf für die Wärmetauscherflüssigkeit, was bedeutet, dass sein erstes Hauptkanalende dazu eingerichtet ist, (insbesondere indirekt) mit einer Saugseite der Wärmetauscherflüssigkeitspumpe fluidisch verbunden zu werden. Die jeweiligen zweiten Hauptkanalenden der zwei Hauptkanäle kommunizieren miteinander fluidisch, sind zum Beispiel miteinander verbunden. Beispielsweise sind der erste Hauptkanal und der zweite Hauptkanal entlang einer Hochrichtung (z) des Wärmetauschers bzw. der Temperierungseinrichtung parallel übereinander angeordnet.
• Der Wärmetauscher der Temperierungseinrichtung weist zudem eine Vielzahl von Nebenkanalkörpern, insbesondere mehrere hundert Nebenkanalkörper, auf, wobei der jeweilige Nebenkanalkörper einen ersten Nebenkanal, der über sein erstes Nebenkanalende fluidisch vom ersten Hauptkanal abzweigt, und einen zweiten Nebenkanal, der über sein erstes Nebenkanalende fluidisch in den zweiten Hauptkanal mündet, aufweist. Es kann vorgesehen sein, dass der jeweilige Nebenkanalkörper zwei oder mehr erste Nebenkanäle und zwei oder mehr zweite Nebenkanäle aufweist. Insbesondere weist der jeweilige Nebenkanalkörper gleich viele erste und zweite Nebenkanäle auf. Der jeweilige erste Nebenkanal fungiert als ein mit dem ersten Hauptkanal fluidisch gekoppelter Zulauf für die Wärmetauscherflüssigkeit aus dem ersten Hauptkanal, da der jeweilige erste Nebenkanal über sein erstes Nebenkanalende vom ersten Hauptkanal abzweigt. Dahingegen fungiert der jeweilige zweite Nebenkanal als ein mit dem zweiten Hauptkanal fluidisch gekoppelter Rücklauf für die Wärmetauscherflüssigkeit aus dem ersten Nebenkanal, da der jeweilige zweite Nebenkanal über sein erstes Nebenkanalende in den zweiten Hauptkanal mündet. Der jeweilige erste und der jeweilige zweite Nebenkanal des jeweiligen Nebenkanalkörpers weisen zudem ein jeweiliges zweites Nebenkanalende auf, wobei die ersten Nebenkanalenden und die zweiten Nebenkanalenden über eine Längserstreckung des jeweiligen Nebenkanalkörpers voneinander beabstandet sind. Dabei sind die ersten Nebenkanalenden nah am Hauptkanalkörper angeordnet, da die ersten Nebenkanäle dort vom ersten Hauptkanal abzweigen bzw. dort in den zweiten Hauptkanal einmünden. Dahingegen sind die zweiten Nebenkanalenden über die Längserstreckung des Nebenkanalkörpers vom Hauptkanalkörper entfernt. Die jeweiligen zweiten Nebenkanalenden der mindestens zwei Nebenkanäle kommunizieren miteinander fluidisch, sind zum Beispiel miteinander verbunden.
• Weiter weist der Wärmetauscher der Temperierungseinrichtung Wärmeleitkörper, insbesondere mehrere hundert Wärmeleitkörper, auf, wobei ein jeweiliger der Wärmeleitkörper einerseits mit einem der Nebenkanalkörper und andererseits mit einem entlang des Hauptkanalkörpers nächsten der Nebenkanalkörper zur Wärmeübertragung verbunden sind. Dadurch ist eine Vielzahl von Umströmungskanälen des Wärmetauschers gebildet. Der jeweilige Wärmeleitkörper weist zum Beispiel eine Vielzahl von Wärmeleitelementen auf, etwa eine Vielzahl von entlang der Nebenkanalkörper äquidistant voneinander beabstandeten Wärmeleitlamellen, die wärmeleitend mit dem Nebenkanalkörper und dem nächsten Nebenkanalkörper verbunden sind, zum Beispiel verschweißt, verlötet etc. Der jeweilige Wärmeleitkörper kann aus einem Materialband, insbesondere Metallband, hergestellt sein, das sich balg- bzw. mäanderartig einstückig zwischen dem Nebenkanalkörper und dem nächsten Nebenkanalkörper erstreckt, wobei das Materialband an Balg- bzw. Mäanderspitzenflächen mit den besagten Nebenkanalkörpern wärmeleitend verbunden ist. Zwischen den einzelnen Wärmeleitelementen bzw. Wärmeleitlamellen ist somit eine Vielzahl von Zwischenräumen gebildet, die die Umströmungskanäle des Wärmetauschers darstellen. Über den jeweiligen Zwischenraum sind eines der Wärmeleitelemente und ein entlang des entsprechenden Nebenkanalkörpers nächstes Wärmeleitelement voneinander beabstandet. Eine Kanalinnenwand des jeweiligen Umströmungskanals ist also durch zwei zueinander benachbarte der Wärmeleitelemente bzw. Wärmeleitlamellen und die mit den betreffenden Wärmeleitelementen verbundenen Nebenkanalkörper gebildet.
• Es ist bei der Immersions-Temperierungseinrichtung vorgesehen, dass die Hauptkanäle und die Nebenkanäle fluidisch gegen die Immersionskammer abgedichtet und dazu eingerichtet sind, mit der Wärmetauscherflüssigkeit des Wärmetauscherflüssigkeitskreislaufs - das heißt zum Beispiel dem Wasser-Glykol-Gemisch - durchströmt zu werden. Dabei sind die Umströmungskanäle dazu eingerichtet, mit der Immersionsflüssigkeit quer zu einer Wärmetauscherströmungsrichtung des Wärmetauscherflüssigkeitskreislaufs durchströmt zu werden.
• Ein Wärmeübergang zwischen der Immersionsflüssigkeit und der Wärmetauscherflüssigkeit über die Haupt- und Nebenkanalkörper erfolgt also im Kreuzstromwärmetauscherprinzip. Der Wärmetauscher ist insbesondere speziell an die Verwendung des Wasser-Glykol-Gemischs als Wärmetauscherflüssigkeit und des dielektrischen Öls als Immersionsflüssigkeit angepasst. Indem der Wärmetauscher derart ausgebildet ist, dass er fluidisch von der Immersionskammer abgedichtet ist, ist in einem Temperierungsbetrieb der Temperierungseinrichtung ein Einströmen von Immersionsflüssigkeit in den Wärmetauscher (das heißt in die Haupt- und Nebenkanäle) durch die fluidisch dichte Ausgestaltung des Wärmetauschers ebenso verhindert, wie das Ausströmen von Wärmetauscherflüssigkeit in die Immersionskammer. Folglich kommt es bei bestimmungsgemäßem Betrieb der Temperierungseinrichtung bzw. der mit der Temperierungseinrichtung ausgerüsteten Kraftfahrzeugbatterie oder dem Kraftfahrzeug nicht zu einem Vermischen der Immersionsflüssigkeit und der Wärmetauscherflüssigkeit. Für einen besonders effizienten Wärmeübergang zwischen dem Wärmetauscher und der Immersionsflüssigkeit sind die Wärmeleitkörper und die Kanalkörper des Wärmetauschers aus einem Material gebildet, das sich durch eine hohe Wärmeleitfähigkeit auszeichnet. Es bieten sich vor allem metallische Materialen bzw. Metalle hierfür an, zum Beispiel Aluminium. Es kann vorgesehen sein, dass die Wärmeleitkörper und die Kanalkörper von unterschiedlichem Material sind.
• Im Temperierungsbetrieb wird die Immersionsflüssigkeit, mit der die Immersionskammer zum Immersionstemperieren, das heißt zum Immersionskühlen bzw. -heizen, der Batteriezellanordnung zumindest teilweise befüllt ist, mittels einer Immersionspumpe umgewälzt, sodass in der Immersionskammer ein Immersionsflüssigkeitskreislauf gebildet ist/wird. Bei der Batterie sind in den Immersionsflüssigkeitskreislauf in Strömungsrichtung der Immersionsflüssigkeit die Batteriezellanordnung und der Wärmetauscher integriert, sodass unter dem Umwälzen der Immersionsflüssigkeit mittels der Immersionspumpe die Immersionsflüssigkeit zumindest größtenteils durch die Batteriezellanordnung, das heißt durch Zellzwischenräume der Batteriezellanordnung, und durch die Umströmungskanäle hindurchgezwungen wird. Es kann vorgesehen sein, dass die Immersionsflüssigkeit für einen Umlauf des Immersionsflüssigkeitskreislaufs zuerst durch den Wärmetauscher und dann durch die Batteriezellanordnung gepumpt wird, oder zuerst durch die Batteriezellanordnung und dann durch den Wärmetauscher. Mit anderen Worten kann in Bezug auf die Strömungsrichtung des Immersionsflüssigkeitskreislauf die Batteriezellanordnung stromab des Wärmetauschers angeordnet sein, oder der Wärmetauscher kann stromab der Batteriezellanordnung angeordnet sein. Die Immersionskammer kann zum Beispiel eine erste Teilkammer und eine zweite Teilkammer aufweisen. Die Teilkammern sind - wenn die Batteriezellanordnung bestimmungsgemäß in die Immersionskammer eingesetzt ist - derart voneinander abgedichtet, dass die Immersionsflüssigkeit in einem Pumpbetrieb der Immersionspumpe entlang dem Immersionsflüssigkeitskreislauf gepumpt wird. Die Immersionspumpe kann im Inneren der Immersionskammer, das heißt in der ersten und/oder in der zweiten Teilkammer angeordnet sein.
• Der Wärmetauscher ist flach ausgebildet, was bedeutet, dass eine X-Y-Ausdehnung des Wärmetauschers gegenüber einer Z-Ausdehnung des Wärmetauschers dominant ist. Mit anderen Worten ist der Wärmetauscher viel breiter und länger als hoch. Durch diese flache Bauweise trägt der Wärmetauscher zu einer besonders kompakten Temperierungseinrichtung und infolgedessen zu einer besonders kompakten Kraftfahrzeugbatterie bei. Eine für den Wärmetausch bzw. Wärmeübergang zwischen den Batteriezellen und Wärmeleitelementen des Wärmeleitkörpers wirksame Wärmetauscheroberfläche ist in vorteilhafter Weise dennoch besonders groß. Zum Beispiel kann bei einer X-Y-Ausdehnung von etwa 1 800 mm × 1 200 mm und einer Z-Ausdehnung von nur wenigen Millimetern eine Wärmetauscheroberfläche von mehr als 15 m² erreicht werden. Eine Z-Ausdehnung von 12 mm führt zum Beispiel zu einer Wärmetauscheroberfläche von circa 24 m². Hierzu sind entlang des Hauptkanalkörpers 400 Nebenkanalkörper angeordnet, die entlang des Hauptkanalkörpers jeweils um 2 mm voneinander beabstandet sind und eine Dicke von 2,5 mm aufweisen. Zwischen zwei entlang des Hauptkanalkörpers aufeinanderfolgenden Nebenkanalkörpern sind 500 Wärmeleitelemente angeordnet, die eine Dicke von 0,4 mm aufweisen und entlang der Nebenkanalkörper um 2 mm voneinander beabstandet sind. Insgesamt weist der hier beispielhaft angeführte Wärmetauscher hunderttausende Wärmeleitelemente auf. Die sehr große Wärmetauscheroberfläche ermöglicht einen besonders effizienten Wärmeübergang zwischen der Immersionsflüssigkeit und der Wärmetauscherflüssigkeit über das Material des Wärmetauschers, da ein Wärmeübergangskoeffizient zwischen der Immersionsflüssigkeit und dem Wärmetauscher-Material deutlich geringer (etwa $100\frac{\text{W}}{{\text{m}}^2\cdot \text{K}}$

  

  bis $400\frac{\text{W}}{{\text{m}}^2\cdot \text{K}}$

  

  ist als der Wärmeübergangskoeffizient zwischen dem Wärmetauscher-Material und der Wärmetauscherflüssigkeit (bei Wasser-Glykol-Gemisch etwa $1000\frac{\text{W}}{{\text{m}}^2\cdot \text{K}}$

  

  bis $2000\frac{\text{W}}{{\text{m}}^2\cdot \text{K}}$

  

  ).
• Nach thermodynamischen Grundsätzen darf eine Temperaturdifferenz zwischen der Immersionsflüssigkeit und der Wärmetauscherflüssigkeit umso geringer sein, je größer die wirksame Wärmetauscheroberfläche ist. Aufgrund der besonders großen Wärmetauscheroberfläche reicht bei der Temperierungseinrichtung eine Temperaturdifferenz von 2 K (Kelvin) für einen effizienten Wärmeübergang aus. Da ein Druckverlust der Wärmetauscherflüssigkeit mit steigender Strömungsstrecke, die die Wärmetauscherflüssigkeit im Betrieb der Temperierungseinrichtung zurücklegt, steigt, wobei die Wärmeübertragungsleistung mit steigender Strömungsstrecke abnimmt, gibt es bei geforderter Wärmeübertragungsleistungsfähigkeit eine optimale Länge für einen Strömungspfad, entlang dessen im Betrieb der Temperierungseinrichtung die Wärmetauscherflüssigkeit strömt. Der Wärmetauscher weist insbesondere eine solche Strömungspfadlänge auf.
• Der Wärmetauscher ist gezielt dazu eingerichtet, aufgrund seiner Ausgestaltung und aufgrund seiner Anordnung in der Immersionskammer zum einen als Temperierungselement für die Immersionsflüssigkeit und zum anderen als Druckverlustelement zu fungieren. Der im Temperierungsbetrieb des Temperierungseinrichtung mittels des Wärmetauschers erzeugte Druckverlust der Immersionsflüssigkeit ist gewollt, da hierdurch eine besonders homogene Verteilung der Immersionsflüssigkeit in der Immersionskammer erreicht wird. Insoweit werden die Zellzwischenräume der Batteriezellanordnung im Temperierungsbetrieb gleichmäßig schnell mit der Immersionsflüssigkeit angeströmt und umströmt. So werden die Batteriezelle der Batteriezellanordnung in vorteilhafter Weise gleichmäßig temperiert, sodass keines oder lediglich ein besonders geringes Temperaturgefälle zwischen den Batteriezelle herrscht.
• Eine weitere mögliche Ausführungsform der Immersions-Temperierungseinrichtung sieht vor, dass sie einen Schaumkörper aufweist, der am Wärmetauscher befestigt und mit der Immersionsflüssigkeit durchströmbar ist. Der Schaumkörper ist aus einem offenporigen Schaum hergestellt. Eine erste Schaumkörperoberfläche des Schaumkörpers ist in bestimmungsgemäßer Einbaulage dem Wärmetauscher zugewandt. Weiter weist der Schaumkörper eine über eine Schaumkörperstärke bzw. -dicke von der ersten Schaumkörperoberfläche beabstandete, zweite Schaumkörperoberfläche auf. Die zweite Schaumkörperoberfläche ist in bestimmungsgemäßer Einbaulage vom Wärmetauscher abgewandt. Die und als Berührungsfläche für die Batteriezellanordnung eingerichtet. Insbesondere weist der Schaumkörper an seiner ersten Schaumkörperoberfläche Mittel zum Befestigen des Schaumkörpers am Wärmetauscher und an seiner zweiten Schaumkörperoberfläche Mittel zum Befestigen des Schaumkörpers an der Batteriezellanordnung auf. Jedenfalls ist der Schaumkörper dazu eingerichtet, zwischen der Batteriezellanordnung und dem Wärmetauscher angeordnet zu werden. Bei der Kraftfahrzeugbatterie fungiert der Schaumkörper als weiteres Druckverlustelement, was zu einer noch gleichmäßigeren Verteilung der Immersionsflüssigkeit (bevor es durch die Batteriezellanordnung strömt bzw. an den Batteriezelle vorbeiströmt) in der Immersionskammer, das heißt im Immersionsflüssigkeitskreislauf führt. Des Weiteren kann der Schaumkörper Aussparungen für ein thermisches Durchgehen („Venting“) einer oder mehr der Batteriezellen aufweisen. Als Befestigungsmittel, mittels derer bei der Kraftfahrzeugbatterie der Schaumkörper und der Wärmetauscher und/oder der Schaumkörper und die Batteriezellanordnung aneinander befestigt sind, kann zum Beispiel ein Klettverschluss eingesetzt werden, wobei der Klettverschluss zudem als weiteres Druckverlustelement fungieren kann, wodurch die Gleichverteilung der Immersionsflüssigkeit noch weiter unterstützt wird.
• Der Hauptkanalkörper ist einer ersten Variante zufolge an einem Rand des Wärmetauschers angeordnet bzw. bildet den entsprechenden Rand des Wärmetauschers. Dabei zweigen die Nebenkanalkörper einseitig vom Hauptkanalkörper ab, was bedeutet, dass die Nebenkanäle einseitig von den Hauptkanälen abzweigen. Der Hauptkanalkörper weist in diesem Fall sowohl den ersten als auch den zweiten Hauptkanal auf.
• Gemäß einer alternativen, zweiten Variante weist der Hauptkanalkörper einen ersten Hauptkanalkörperanteil mit dem ersten Hauptkanal und einen zweiten Hauptkanalkörperanteil mit dem zweiten Hauptkanal auf, wobei die Hauptkanalkörperanteile separat voneinander ausgebildet sind. Die Hauptkanalkörperanteile sind zudem an gegenüberliegenden Rändern des Wärmetauschers angeordnet. Dabei sind die beiden Hauptkanalkörperanteile mittels der Nebenkanalkörper miteinander verbunden. In diesem Fall zweigen sowohl der jeweilige erste Nebenkanal als auch der jeweilige zweite Nebenkanal mittels des jeweiligen ersten Nebenkanalendes vom ersten Hauptkanal ab, wohingegen sowohl der jeweilige erste Nebenkanal als auch der jeweilige zweite Nebenkanal mittels des jeweiligen zweiten Nebenkanalendes in den zweiten Hauptkanal münden.
• Eine mögliche Weiterbildung der Temperierungseinrichtung schlägt eine zur ersten und zweiten Variante alternative, dritte Variante vor, bei der die Nebenkanalkörper sich an zwei einander gegenüberliegenden Hauptkanalkörperseiten vom Hauptkanalkörper wegerstrecken und sich dabei - insbesondere parallel bzw. axial - gegenüberliegen. Es ist insbesondere vorgesehen, dass die Nebenkanalkörper gleich lang sind, sodass der Hauptkanalkörper mittig zwischen den Nebenkanalkörpern angeordnet ist, das heißt entlang einer Längsmittenachse des Wärmetauschers. Ferner sind die an den beiden gegenüberliegenden Hauptkanalkörperseiten vom Hauptkanalkörper abzweigenden Nebenkanalkörper insbesondere spiegelbildlich angeordnet. Eine solche Ausgestaltung des Wärmetauschers führt in vorteilhafter Weise zu einem besonders geringen Druckverlust an Abzweigungsstellen, an denen die ersten Nebenkanäle vom ersten Hauptkanal abzweigen bzw. an Einmündungsstellen, an denen die zweiten Nebenkanäle in den zweiten Hauptkanal einmünden. Zudem ist der Wärmetauscher aufgrund der - insbesondere mittigen - Anordnung der beiden Hauptkanäle, das heißt des Hauptkanalkörpers, zwischen den einander gegenüberliegenden Nebenkanalkörpern besonders bauraumeffizient ausgebildet, wodurch vorgegebenen Packaging-Randbedingungen entsprochen werden kann. Bei der Temperierungseinrichtung ist in der ersten, der zweiten und/oder in der dritten Variante insbesondere vorgesehen, dass eine Hauptkanalkörperlängsachse und eine Nebenkanalkörperlängsachse senkrecht zueinander verlaufen. So zweigen die ersten Nebenkanäle insbesondere senkrecht bzw. quer vom ersten Hauptkanal ab, wobei die zweiten Nebenkanäle senkrecht bzw. quer in den zweiten Hauptkanal münden.
• Einer weiteren möglichen Ausführungsform zufolge ist der jeweilige Nebenkanalkörper ein prismatisches Multikanalprofil, das einen ersten Nebenkanal und wenigstens einen zweiten Nebenkanal aufweist. Das Multikanalprofil kann die zwei oder mehr ersten Nebenkanäle und die zwei oder mehr zweiten Nebenkanäle aufweisen. Insbesondere ist der als Multikanalprofil ausgebildete Nebenkanalkörper mittels Strangpressens hergestellt, wobei mittels der Strangpressherstellung des Multikanalprofils die Nebenkanäle des Nebenkanalkörpers bzw. des Multikanalprofils hergestellt werden. Dann sind die Nebenkanäle durch einen gemeinsamen Materialkörper gebildet bzw. definiert. Dadurch ist die Temperierungseinrichtung in vorteilhafter Weise besonders teilearm und einfach hinsichtlich ihres Aufbaus.
• In möglicher Weiterbildung der Temperierungseinrichtung weist das Multikanalprofil eine zwei oder mehr erste Nebenkanäle umfassende, erste Nebenkanalgruppe und eine zwei oder mehr zweite Nebenkanäle umfassende, zweite Nebenkanalgruppe auf. Zudem weist das Multikanalprofil einen Barrierennebenkanal auf, der zwischen den Nebenkanalgruppen angeordnet ist und als thermische Barriere zwischen den Nebenkanalgruppen fungiert. Der Barrierennebenkanal ist sowohl von den ersten Nebenkanälen als auch von den zweiten Nebenkanälen des Nebenkanalkörpers bzw. des Multikanalprofils fluidisch abgedichtet. Insofern sind die Nebenkanalgruppen über den Barrierennebenkanal voneinander beabstandet. Zwei oder mehr Barrierennebenkanäle je Nebenkanalkörper sind ebenso denkbar. Auf diese Weise ist ein unerwünschter Wärmeübergang zwischen den ersten Nebenkanälen und den zweiten Nebenkanälen auf ein Minimum reduziert.
• Um einen gewünschten Wärmeübergang zwischen der Wärmetauscherflüssigkeit und dem jeweiligen Nebenkanalkörper zu begünstigen ist gemäß einer weiteren möglichen Ausgestaltung der Temperierungseinrichtung vorgesehen, dass eine jeweilige freie - das heißt von der Wärmetauscherflüssigkeit durchströmbare Nebenkanalquerschnittsfläche eine von einem Rechteck unterschiedliche Querschnittsfigur hat. Dadurch weisen die Nebenkanäle innenseitig eine besonders große Kanalinnenfläche auf, wodurch ein besonders effizienter Wärmeübergang zwischen dem jeweiligen Nebenkanalkörper und der Wärmetauscherflüssigkeit ermöglicht ist. Das führt zu einem vorteilhaft besonders effizienten Wärmeübergang zwischen der Immersionsflüssigkeit und der Wärmetauscherflüssigkeit mittels des Nebenkanalkörper.
• Sofern der Wärmetauscher gemäß der ersten oder der dritten Variante ausgebildet ist, sind die zweiten Nebenkanalenden miteinander verbunden. Dies kann zum Beispiel dadurch realisiert sein, dass der jeweilige zweite Nebenkanalkörper mittig um 180° gebogen ist, wobei die Biegung am Rand des Wärmetauschers angeordnet ist oder den Rand des Wärmetauschers bildet. Die Temperierungseinrichtung weist insbesondere einen separat von den Hauptkanalkörpern und Nebenkanalkörpern hergestellten Umlenkkanalkörper auf, mittels dessen die zweiten Nebenkanalenden der Nebenkanäle fluidisch miteinander verbunden sind. Mit anderen Worten sind das zweite Nebenkanalende des ersten Nebenkanal und das zweite Nebenkanalende des zweiten Nebenkanal mittels des Umlenkkanalkörpers fluidisch miteinander gekoppelt, derart, dass im Temperierungsbetrieb der Temperierungseinrichtung die Wärmetauscherflüssigkeit aus dem zweiten Nebenkanalende des ersten Nebenkanals ausströmt, dadurch in den Umlenkkanalkörper einströmt und unter einem Ausströmen aus dem Umlenkkanalkörper durch das zweite Nebenkanalende des zweiten Nebenkanals hindurch in den zweiten Nebenkanal einströmt. Der Umlenkkanalkörper ist randseitig am Wärmetauscher angeordnet oder bildet den Rand des Wärmetauschers. Der Umlenkkanalkörper weist zum Beispiel einen oder mehr Umlenkkanalbogen auf oder ist aus dem bzw. den Umlenkkanalbogen gebildet. Dabei sind ein erstes Umlenkkanalbogenende des Umlenkkanalbogens und das zweite Nebenkanalende fluidfisch fluidisch aneinander angeschlossen, wohingegen ein zweites Umlenkkanalbogenende des Umlenkkanalbogens und das entsprechend andere der zweiten Nebenkanalende fluidfisch fluidisch aneinander angeschlossen sind. Der Umlenkkanalkörper kann alternativ oder zusätzlich einen Umlenkkanalkasten aufweisen, wobei die beiden zweiten Nebenkanalenden, die mittels des Umlenkkanalkörpers fluidisch miteinander verbunden sind, in den Umlenkkanalkasten münden.
• Gemäß einer weiteren möglichen Ausführungsform umfasst die Immersions-Temperierungseinrichtung ein Umlenkkanalkastenelement, das eine Vielzahl von miteinander verbundenen und fluidisch voneinander abgedichteten Umlenkkanalkästen aufweist, wobei das Umlenkkanalkastenelement derart angeordnet ist, dass das zweite Nebenkanalende eines der ersten Nebenkanäle und das zweite Nebenkanalende eines der zweiten Nebenkanäle in einen gemeinsamen Umlenkkanalkasten münden. Dadurch sind die entsprechenden zweiten Nebenkanalenden mittels des Umlenkkanalkörpers fluidisch miteinander verbunden. Demnach können die Umlenkkanalkästen als Weiterbildung des Umlenkkanalkörpers bzw. der Umlenkkanalkörper der Temperierungseinrichtung angesehen werden. Insbesondere ist der Umlenkkanalkörper, insbesondere das Umlenkkanalkastenelement, das die Umlenkkanalkästen aufweist, als starres Element ausgebildet, zum Beispiel aus Aluminium, Stahl, kohlefaserverstärktem Kunststoff oder dergleichen.
• In diesem Zusammenhang sieht eine mögliche Weiterbildung der Temperierungseinrichtung vor, dass das Umlenkkanalkastenelement als ein eine Struktursteifigkeit der Immersionskammer unterstützendes Tragstrukturelement der Temperierungseinrichtung ausgebildet ist, wobei das Umlenkkanalkastenelement und ein Wandelement der Immersionskammer struktursteif aneinander befestigt sind. Durch das derart ausgebildete und angeordnete bzw. befestigte Umlenkkanalkastenelement ist die Temperierungseinrichtung und infolgedessen die die Temperierungseinrichtung aufweisende Kraftfahrzeugbatterie besonders stabil ausgebildet.
• Bei der Temperierungseinrichtung ist in weiterer möglicher Ausführungsform beim jeweiligen Nebenkanalkörper ein in Hochrichtung z des Wärmetauschers oberster der ersten Nebenkanäle unter einem in Hochrichtung z unterstem der zweiten Nebenkanäle angeordnet. Anders ausgedrückt sind die ersten und die zweiten Nebenkanäle entlang der Z-bzw. Hochrichtung der Temperierungseinrichtung, insbesondere des Wärmetauschers, gestapelt, wobei alle ersten Nebenkanäle oberhalb aller zweiten Nebenkanäle angeordnet sind. Insbesondere ist vorgesehen, dass zwischen dem obersten der zweiten Nebenkanäle und dem untersten der ersten Nebenkanäle der Barrierennebenkanal oder die Barrierennebenkanäle angeordnet ist/sind. Eine umgekehrte Anordnung ist natürlich genauso gut denkbar. Alternativ hierzu kann bei der Temperierungseinrichtung vorgesehen sein, dass ein jeweiliger der ersten Nebenkanäle und ein jeweiliger der zweiten Nebenkanäle in einer gemeinsamen Horizontalebene (Z-Ebene, das heißt X-Y-Ebene) des Wärmetauschers angeordnet sind. Durch die übereinander gestapelten Nebenkanäle oder durch die in der gemeinsamen Ebene nebeneinander angeordneten Nebenkanäle ist der jeweilige Nebenkanalkörper besonders schmal bzw. flach ausgebildet, was zur erwünschten Kompaktheit der Temperierungseinrichtung beiträgt.
• Die Temperierungseinrichtung weist in möglicher Weiterbildung eine Schubverbindungsanordnung auf, mittels derer die Nebenkanalkörper in der Immersionskammer gehalten sind. Dabei ist ein Schubverbindungselement der Schubverbindungsanordnung einerseits an einem oder mehr der Nebenkanalkörper und andererseits an einem Wandelement (zum Beispiel dem Boden) der Immersionskammer struktursteif befestigt. Die Nebenkanalkörper mitsamt den daran wärmeleitend befestigten Wärmeleitelement sind mittels der Schubverbindungsanordnung schub-, zug-, druck- und biegefest innenseitig an der Immersionskammer fixiert. Die Schubverbindungselemente der Schubverbindungsanordnung können mit Sollknicksegmenten ausgestaltet werden, sodass im Crashfall des mit der Kraftfahrzeugbatterie ausgerüsteten Kraftfahrzeugs die Schubverbindungsanordnung gezielt zur definierten Aufprallenergieaufnahme eingesetzt wird. Eine Befestigungseinrichtung, mittels derer die Schubverbindungsanordnung und das Wandelement bzw. die Schubverbindungsanordnung und die Nebenkanalkörper struktursteif oder strukturverstärkend aneinander befestigt sind, kann zum Beispiel als Klebe-, Schweiß-, Löt-, Niet-, Schraub- und/oder Klettverschlussbefestigung ausgebildet sein. Je nach Art der Befestigungseinrichtung können unterschiedliche Werkstoffkombinationen zwischen der Schubverbindungsanordnung und den Nebenkanalkörper bzw. zwischen der Schubverbindungsanordnung und der Immersionskammer realisiert werden. Insbesondere sind die Schubverbindungselemente der Schubverbindungsanordnung aus Aluminium, Stahl, kohlefaserverstärktem Kunststoff oder dergleichen hergestellt.
• Durch die struktursteife Anbindung der Nebenkanalkörper an die Immersionskammer mittels der Schubverbindungsanordnung, insbesondere in Verbindung mit der struktursteifen Anbindung des Umlenkkanalkastenelements an die Immersionskammer, ist der Wärmetauscher in vorteilhafter Weise in eine hochsteife Struktur der Temperierungseinrichtung bzw. der die Temperierungseinrichtung aufweisenden Kraftfahrzeugbatterie eingebunden. Der Wärmetauscher weist also eine Multifunktionalität auf: neben seiner Wirkung als Druckverlust- bzw. Gleichverteilungselement für die Immersionsflüssigkeit, dient er ferner als Element der Immersionstemperierung der Batteriezellanordnung und zudem als Struktur- bzw. Crashstrukturelement. Darüber hinaus kann die Immersionskammer der Temperierungseinrichtung mit einer geringeren Wandstärke ausgebildet werden, da sie nur noch in geringerem Maße zu einer vorgegebenen Strukturfestigkeit bzw. Strukturstabilität der Temperierungseinrichtung und infolgedessen der Kraftfahrzeugbatterie beitragen muss.
• Die Schubverbindungsanordnung weist in möglicher Weiterbildung eine Durchströmungsöffnungsanordnung auf, sodass die Schubverbindungsanordnung mit der Immersionsflüssigkeit durchströmbar ist. Sofern die Immersionsflüssigkeit mittels der Immersionspumpe angetrieben wird, strömt die Immersionsflüssigkeit durch die Durchströmungsöffnungsanordnung der Schubverbindungsanordnung hindurch. Auf diese Weise ist eine annähernd strömungsneutrale Gestalt der Schubverbindungsanordnung bzw. der Schubverbindungselemente gewährleistet.
• Die Temperierungseinrichtung weist einer möglichen weiteren Ausgestaltung zufolge Volumenkörper auf, wobei der jeweilige Volumenkörper in einem jeweiligen Umströmungskanal des Wärmetauschers - das heißt in einem der Zwischenräume, über welchen eines der Wärmeleitelement des Wärmeleitkörpers und ein entlang des entsprechenden Nebenkanalkörpers nächstes Wärmeleitelement voneinander beabstandet sind - angeordnet ist. Das für die Immersionsflüssigkeit zur Verfügung stehende, freie Volumen der Immersionskammer ist durch das Volumen der Volumenkörper erwünschtermaßen teilweise belegt. Die Volumenkörper sind aus einem fluidisch dichten Material ausgebildet, sodass sie mit der Immersionsflüssigkeit nicht durchströmbar sind. Mit anderen Worten verdrängen die Volumenkörper mit ihrem durch eine Volumenkörperaußenoberfläche eingegrenzten Körpervolumen die Immersionsflüssigkeit, wenn sie in die Immersionsflüssigkeit eingetaucht sind. Dies führt dazu, dass weniger Immersionsflüssigkeit eingesetzt werden muss, um für eine wirksame Immersion der Batteriezellanordnung das freie Volumen der Immersionskammer aufzufüllen. Dies ist hinsichtlich eines erforderlichen Ressourceneinsatzes zum Herstellen, Transportieren und/oder Lagern der Immersionsflüssigkeit besonders nachhaltig. Die Volumenkörper sind insbesondere derart ausgebildet, dass sie eine deutlich geringere Dichte als das Immersionsflüssigkeit aufweisen, zum Beispiel sind die Volumenkörper hohl und/oder aus einem Material hergestellt, dass eine geringere Dichte als die Immersionsflüssigkeit aufweist. Die Volumenkörper können zum Beispiel aus einem geschlossenporigen Schaum, etwa expandierten Polypropylen (EPP), hergestellt sein. Damit wird ein Massevorteil für die Temperierungseinrichtung bzw. für die mit der Temperierungseinrichtung ausgerüstete Kraftfahrzeugbatterie geschaffen. Um die Umströmungskanäle durch den Einsatz der Volumenkörper nicht vollends für das Durchströmen mit der Immersionsflüssigkeit zu blockieren, sind die Volumenkörper so ausgebildet, dass sie keine, nur eine oder nur einige (aber nicht alle) der Kanalinnenwände des entsprechenden Umströmungskanals berühren und/oder die Kanalinnenwände des Umströmungskanals lediglich punktuell berühren.
• Im Zusammenhang mit dem Schaumkörper kann vorgesehen sein, dass die Volumenkörper und der Schaumkörper - insbesondere stoffschlüssig - miteinander verbunden sind. Insoweit können der Schaumkörper und die Volumenkörpern miteinander ein gemeinsames Bauteil der Temperierungseinrichtung bilden. Dieses Bauteil ist dann bereichsweise mit der Immersionsflüssigkeit durchströmbar, und zwar genau der Teil des Bauteils, der zwischen der Batteriezellanordnung und dem Wärmetauscher angeordnet und durch den Schaumkörper gebildet ist. Zudem ist dasselbe Bauteil bereichsweise gegen ein Durchströmen mit der Immersionsflüssigkeit dicht ausgebildet, und zwar genau der Teil des Bauteils, der in den Umströmungskanälen angeordnet und durch die Volumenkörper gebildet ist, da die Volumenkörper aus dem fluidisch dichten Material ausgebildet sind. Es ergeben sich durch den Einsatz eines solchen Kombinationsbauteils, das den Schaumkörper und zumindest einige der Volumenkörper aufweist, Vorteile bei der Herstellung der Temperierungseinrichtung infolgedessen der Kraftfahrzeugbatterie. Denn die Volumenkörper, die mit dem Schaumkörper verbunden sind, müssen nicht einzeln gehandhabt werden.
• Für ein möglichst einfaches und aufwandsarmes Einsetzen bzw. Platzieren der Volumenkörper, zum Beispiel beim Herstellen der Kraftfahrzeugbatterie, kann der jeweilige Volumenkörper eine Einsetzhilfsspitze oder -kante aufweisen. Insbesondere weisen die Volumenkörper eine doppelpyramidale Form auf. Die Volumenkörper können zum Beispiel an einem löchrigen oder anderweitig für die Immersionsflüssigkeit durchlässig bzw. durchströmbar ausgebildeten Volumenkörper-Träger angeordnet und befestigt sein. Dadurch wird verhindert, dass die Volumenkörper in unerwünschter Weise aus den Umströmungskanälen herausgeraten. In diesem Zusammenhang ist es ferner denkbar, dass diejenigen der Volumenkörper, die entlang eines Nebenkanalkörper-Paars in die zu diesem Nebenkanalkörper-Paar gehörenden Umströmungskanal eingesetzt sind oder werden, mittels eines schmalen Trägerstreifens entlang des Nebenkanalkörper-Paars miteinander verbunden sind, wodurch eine Volumenkörper-Reihe gebildet ist/wird. Für einen besonders zuverlässigen Sitz der Volumenkörper der Volumenkörper-Reihe in den Umströmungskanal kann des Weiteren vorgesehen sein, dass einer oder mehr der Volumenkörper der Volumenkörper-Reihe in Bezug zu den anderen Volumenkörper derselben Volumenkörper-Reihe einen ersten Versatz (zum Beispiel Linksversatz) aufweist, sodass der linksversetzte Volumenkörper an einem linken Nebenkanalkörper des Nebenkanalkörper-Paars anstößt. Dabei weist einer oder mehr der Volumenkörper derselben Volumenkörper-Reihe einen entgegengesetzten, zweiten Versatz (zum Beispiel Rechtsversatz) auf, sodass der rechtsversetzte Volumenkörper an einem rechten Nebenkanalkörper des Nebenkanalkörper-Paars anstößt. Der erste und der zweite Versatz der Volumenkörper der Volumenkörper-Reihe kann sich regelmäßig oder unregelmäßig wiederholen, zum Beispiel kann jeder dritte der Volumenkörper den ersten bzw. zweiten Versatz aufweisen.
• Für einen besonders effizienten Wärmeübergang zwischen der Immersionsflüssigkeit und der Wärmetauscherflüssigkeit, wird eine Mindestströmungsgeschwindigkeit der Immersionsflüssigkeit im jeweiligen Umströmungskanal benötigt. Das Erreichen bzw. Halten dieser Mindestströmungsgeschwindigkeit wird bei gegebener Immersionspumpenleistung durch die in den Umströmungskanälen angeordneten Volumenkörper begünstigt, indem die Volumenkörper eine jeweilige freie Umströmungskanalquerschnittsfläche der Umströmungskanäle verengen. Dabei wird - bei gegebenem Volumenstrom der Immersionsflüssigkeit - die Strömungsgeschwindigkeit der Immersionsflüssigkeit in den Umströmungskanälen erhöht.
• Darüber hinaus ist in einer weiteren möglichen Ausgestaltung der Temperierungseinrichtung vorgesehen, dass der jeweilige Umströmungskanal ein Verjüngungselement aufweist, das die freie Umströmungskanalquerschnittsfläche ausgehend von einem Querschnittsflächenmaximum, das an den zugehörigen Nebenkanalkörpern angeordnet ist, zu einem Querschnittsflächenminimum verjüngt, das zwischen den zugehörigen Nebenkanalkörpern angeordnet ist, insbesondere mittig zwischen den zugehörigen Nebenkanalkörpern angeordnet ist. Das Verjüngungselement kann zum Beispiel ein integraler Materialabschnitt des jeweiligen Wärmeleitelements sein, was bedeutet, dass die den jeweiligen Umströmungskanal bildenden Wärmeleitelemente so geformt sind, dass sich die freie Umströmungskanalquerschnittsfläche ausgehend von den Nebenkanalkörpern jeweils in Richtung hin zur Mitte des Umströmungskanals verjüngt. Insbesondere ist vorgesehen, dass das jeweilige Verjüngungselement durch den fluidisch dichten bzw. undurchströmbaren Volumenkörper gebildet ist, der im entsprechenden Umströmungskanal sitzt. Auf diese Weise lässt sich eine Wärmeübergangseffizienz der Wärmeleitelement bzw. Wärmeleitlamellen steigern, und in der Folge ist die Masse des Wärmetauschers nochmals reduziert.
• Weitere Merkmale der Erfindung können sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung ergeben. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung und/oder in den Figuren allein gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
• Die Zeichnung zeigt in:
• 1 eine schematische und geschnittene Ansicht einer Kraftfahrzeugbatterie, die eine Immersions-Temperierungseinrichtung aufweist, wobei eine Batteriezellanordnung der Kraftfahrzeugbatterie in Bezug auf einen Immersionsflüssigkeitskreislauf stromab eines Wärmetauschers der Immersions-Temperierungseinrichtung angeordnet ist,
• 2 eine schematische und geschnittene Ansicht der Kraftfahrzeugbatterie, wobei der Wärmetauscher in Bezug auf den Immersionsflüssigkeitskreislauf stromab der Batteriezellanordnung angeordnet ist,
• 3 eine schematische Ansicht des Wärmetauschers, der einen randseitig angeordneten Hauptkanalkörper aufweist,
• 4 eine schematische Ansicht des Wärmetauschers, wobei Hauptkanalköperanteile des Hauptkanals einander gegenüberliegend randseitig angeordnet sind,
• 5 eine schematische Ansicht des Wärmetauschers, der einen mittig angeordneten Hauptkanalkörper aufweist,
• 6 eine schematische Ansicht des Wärmetauschers, wobei ein Wärmetauscherflüssigkeitskreislauf skizziert ist,
• 7 eine schematische und geschnittene Ansicht eines Nebenkanalkörpers des Wärmetauschers, der als ein prismatisches Multikanalprofil ausgeführt ist,
• 8 eine schematische und geschnittene Ansicht des Nebenkanalkörpers, wobei zweite Nebenkanalenden von Nebenkanälen des Nebenkanalkörpers mittels eines Umlenkkanalkörpers fluidisch miteinander gekoppelt sind,
• 9 eine schematische Ansicht des Wärmetauschers, wobei die zweiten Nebenkanalenden mittels eines Umlenkkanalbogens fluidisch miteinander gekoppelt sind,
• 10 eine schematische Ansicht des Wärmetauschers, wobei die zweiten Nebenkanalenden mittels eines Umlenkkanalkastenelements fluidisch miteinander gekoppelt sind,
• 11 eine schematische und geschnittene Ansicht der Immersionskammer, innerhalb derer die Nebenkanalkörper mittels einer Schubverbindungsanordnung an einem Wandelement der Immersionskammer befestigt sind, wobei drei mögliche Ausführungsformen der Schubverbindungsanordnung dargestellt sind,
• 12 eine schematische Ansicht des Wärmetauschers mit drei möglichen Ausführungsformen eines Wärmeleitkörpers des Wärmetauschers,
• 13 eine schematische Ansicht des Wärmetauschers mit zwei möglichen Ausführungsformen von Volumenkörpern, die in Umströmungskanälen des Wärmetauschers angeordnet sind, und
• 14 eine schematische Ansicht des Wärmetauschers, wobei der jeweilige Umströmungskanal ein Verjüngungselement aufweist.
• Im Folgenden wird zu einer Immersions-Temperierungseinrichtung 1, zu einer Kraftfahrzeugbatterie 2, die die Immersions-Temperierungseinrichtung 1 aufweist, und zu einem die Kraftfahrzeugbatterie 2 aufweisenden Kraftfahrzeug (nicht dargestellt) in gemeinsamer Beschreibung vorgetragen. In den Figuren sind gleiche und funktionsgleiche Elemente mit gleichem Bezugszeichen versehen.
• In bestimmungsgemäßer Einbaulage ist durch die Immersions-Temperierungseinrichtung 1 ein Bestandteil der Kraftfahrzeugbatterie 2 gebildet. Ferner bildet die Kraftfahrzeugbatterie 2 ein Bestandteil des Kraftfahrzeugs, wenn sie bestimmungsgemäß in das Kraftfahrzeug eingebaut ist. Demnach handelt es sich bei dem Kraftfahrzeug um ein batterieelektrisches Kraftfahrzeug, also um ein Elektro-Kraftfahrzeug oder um ein Hybrid-Kraftfahrzeug.
• 1 zeigt eine schematische und geschnittene Ansicht der Kraftfahrzeugbatterie 2, die die Immersions-Temperierungseinrichtung 1 aufweist, wobei eine Batteriezellanordnung 3 der Kraftfahrzeugbatterie 2 in Bezug auf einen Immersionsflüssigkeitskreislauf 4 stromab eines Wärmetauschers 5 der Temperierungseinrichtung 1 angeordnet ist. Dahingegen zeigt 2 eine schematische und geschnittene Ansicht der Kraftfahrzeugbatterie 2, wobei der Wärmetauscher 5 in Bezug auf den Immersionsflüssigkeitskreislauf 4 stromab der Batteriezellanordnung 3 angeordnet ist. Batteriezellen 6 (Pouchzellen, prismatische Batteriezellen, zylindrische Batteriezellen etc.) der Batteriezellanordnung 3 sind dazu eingerichtet, zur Immersionstemperierung mit einer elektrisch isolierenden bzw. elektrisch nichtleitenden Immersionsflüssigkeit 7 (in den Fig. durch entsprechende Pfeile angedeutet) der Temperierungseinrichtung 1 bzw. der Kraftfahrzeugbatterie 2 umspült zu werden. Die Immersionsflüssigkeit 7 ist im vorliegenden Beispiel ein dielektrisches Öl. Beim Kraftfahrzeug ist der Wärmetauscher 5 der Temperierungseinrichtung 1 fluidisch an einen Wärmetauscherflüssigkeitskreislauf (nicht dargestellt) des Kraftfahrzeugs angeschlossen.
• Bei der Kraftfahrzeugbatterie 2 sind der Wärmetauscher 5 und die Batteriezellanordnung 3 gemeinsam in einer Immersionskammer 8 der Temperierungseinrichtung 1 angeordnet. Die Immersionskammer 8 ist zum Immersionstemperieren der Batteriezellanordnung 3 mit der Immersionsflüssigkeit 7 befüllt. In einem Temperierungsbetrieb der Temperierungseinrichtung 1 wird die Immersionsflüssigkeit 7 mittels einer Immersionspumpe 9 umgewälzt, sodass in der Immersionskammer 8 der Immersionsflüssigkeitskreislauf 4 gebildet ist/wird. Die Immersionskammer 8 weist vorliegend eine erste Teilkammer 10 und eine zweite Teilkammer 11 auf. Die Teilkammern 10, 11 sind derart voneinander fluidisch abgedichtet, dass unter dem Umwälzen der Immersionsflüssigkeit 7 mittels der Immersionspumpe 9 die Immersionsflüssigkeit 7 zumindest größtenteils durch die Batteriezellanordnung 3 hindurchgezwungen wird. Die Immersionspumpe 9 ist vorliegend zusammen mit dem Wärmetauscher 5 und der Batteriezellanordnung 3 in der Immersionskammer 8 angeordnet.
• Aus 1 geht zudem hervor, dass die Temperierungseinrichtung 1 hier beispielhaft einen Schaumkörper 12 aus einem offenporigen Schaum aufweist, der an seiner erste Schaumkörperoberfläche 13 am Wärmetauscher 5 und an seiner zweiten Schaumkörperoberfläche 14 an die Batteriezellanordnung 3 befestigt ist. Der Schaumkörper 12 ist aufgrund seiner Offenporigkeit mit der Immersionsflüssigkeit 7 durchströmbar.
• 3 zeigt eine schematische Ansicht des Wärmetauschers 5, der einen randseitig angeordneten Hauptkanalkörper 15 aufweist, wobei Nebenkanalkörper 16 des Wärmetauschers 5 einseitig vom Hauptkanalkörper 15 abzweigen. Gemäß 4 kann vorgesehen sein, der Hauptkanalkörper 15 zwei separat voneinander ausgebildete Hauptkanalköperanteile 17, 18 aufweist, die einander gegenüberliegend randseitig angeordnet sind. Dabei sind die beiden Hauptkanalkörperanteile 17, 18 mittels der Nebenkanalkörper 16 miteinander verbunden.
• 5 zeigt in schematischer Ansicht noch eine weitere Möglichkeit, den Hauptkanalkörper 15 positionell anzuordnen: Gemäß 5 erstrecken die Nebenkanalkörper 16 sich an zwei einander gegenüberliegenden Hauptkanalkörperseiten 19, 20 vom Hauptkanalkörper 15 weg, wobei die Nebenkanalkörper 16 der Hauptkanalkörperseite 19 den Nebenkanalkörpern 16 der Hauptkanalkörperseite 20 dabei - hier parallel bzw. axial - gegenüberliegen. Im vorliegenden Fall sind die Nebenkanalkörper 16 gleich lang, sodass sich ergibt, dass der Hauptkanalkörper 15 mittig zwischen den Nebenkanalkörpern 16 der Hauptkanalkörperseite 19 und den Nebenkanalkörpern 16 der Hauptkanalkörperseite 20 angeordnet ist, das heißt entlang einer Längsmittenachse des Wärmetauschers 5.
• In 3 bis 5 ist ein Verlauf eines ersten Hauptkanals 21 des Hauptkanalkörpers 15 durch einen strichlierten Pfeil dargestellt, wohingegen ein Verlauf eines zweiten Hauptkanals 22 des Hauptkanalkörpers 15 durch einen durchgezogenen Pfeil dargestellt ist. Die Hauptkanäle 21, 22 sind zum fluidischen Anschließen an den temperierungseinrichtungsexternen Wärmetauscherflüssigkeitskreislauf eingerichtet. Der erste Hauptkanal 21 fungiert hier im Beispiel als Zulauf für eine Wärmetauscherflüssigkeit 23 (in den Fig. durch entsprechende Pfeile angedeutet) des Wärmetauscherflüssigkeitskreislaufs. Dementsprechend ist ein erstes Hauptkanalende 24 des ersten Hauptkanals 21 beim mit der Kraftfahrzeugbatterie 2 ausgestatteten Kraftfahrzeug mit einer Druckseite einer Wärmetauscherflüssigkeitspumpe des Wärmetauscherflüssigkeitskreislaufs fluidisch verbunden. Dahingegen fungiert der zweite Hauptkanal 22 als Rücklauf für die Wärmetauscherflüssigkeit 23, was bedeutet, dass sein erstes Hauptkanalende 25 dazu eingerichtet ist, mit einer Saugseite der Wärmetauscherflüssigkeitspumpe fluidisch verbunden zu werden. Die jeweiligen zweiten Hauptkanalenden 26, 27 der zwei Hauptkanäle 21, 22 kommunizieren miteinander fluidisch, sind zum Beispiel miteinander verbunden.
• Der jeweilige Nebenkanalkörper 16 des Wärmetauschers 5 weist einen ersten Nebenkanal 28 und einen zweiten Nebenkanal 29 auf. Gemäß dem vorliegenden Beispiel weist der jeweilige Nebenkanalkörper 16 zwei oder mehr erste Nebenkanäle 28 und zwei oder mehr zweite Nebenkanäle 29 auf. Der jeweilige Nebenkanalkörper 16 ist hier im Beispiel als jeweiliges prismatisches Multikanalprofil ausgebildet, bei dem es sich um ein Strangpressprofil handelt. Ein Verlauf der ersten Nebenkanäle 28 der Nebenkanalkörper 16 ist durch einen strichlierten Pfeil dargestellt, wohingegen ein Verlauf der zweiten Nebenkanäle 29 der Nebenkanalkörper 16 durch einen durchgezogenen Pfeil dargestellt ist. Die Nebenkanalkörper 16 und der Hauptkanalkörper 15 sind derart miteinander verbunden bzw. aneinander befestigt, dass der jeweilige erste Nebenkanal 28 über sein erstes Nebenkanalende 30 fluidisch vom ersten Hauptkanal 21 abzweigt, wobei der zweite Nebenkanal 29 über sein erstes Nebenkanalende 31 fluidisch in den zweiten Hauptkanal 22 einmündet. So fungiert vorliegend der erste Nebenkanal 28 als ein mit dem ersten Hauptkanal 21 fluidisch kommunizierender Zulauf für die Wärmetauscherflüssigkeit 23 aus dem ersten Hauptkanal 21, da der erste Nebenkanal 28 über sein erstes Nebenkanalende 30 vom ersten Hauptkanal 21 abzweigt. Dahingegen fungiert der zweite Nebenkanal 29 als ein mit dem zweiten Hauptkanal 22 fluidisch kommunizierender Rücklauf für die Wärmetauscherflüssigkeit 23 aus dem ersten Nebenkanal 28, da der zweite Nebenkanal 29 über sein erstes Nebenkanalende 31 in den zweiten Hauptkanal 22 mündet. Der jeweilige Nebenkanal 28, 29 des jeweiligen Nebenkanalkörpers 16 weist zudem ein zweites Nebenkanalende 32, 33 auf, die fluidisch miteinander verbunden sind.
• Der Wärmetauscher 5 weist zudem Wärmeleitkörper 34 auf, die jeweils einerseits mit einem der Nebenkanalkörper 16 und andererseits mit einem entlang des Hauptkanalkörpers 15 nächsten Nebenkanalkörper 16 zur Wärmeübertragung verbunden sind, wodurch eine Vielzahl von Umströmungskanälen 35 des Wärmetauschers 5 gebildet ist. Der jeweilige Wärmeleitkörper 34 weist eine Vielzahl von Wärmeleitelementen 36 auf, die wärmeleitend mit dem Nebenkanalkörper 16 und dem nächsten Nebenkanalkörper 16 verbunden sind. Zwischen den einzelnen Wärmeleitelementen bzw. Wärmeleitlamellen ist somit eine Vielzahl von Zwischenräumen gebildet, die die Umströmungskanäle 35 darstellen. Eine Kanalinnenwand des jeweiligen Umströmungskanals 35 ist also durch zwei zueinander benachbarte der Wärmeleitelemente 36 und die mit den betreffenden Wärmeleitelementen 36 verbundenen Nebenkanalkörper 16 gebildet.
• Bei der Temperierungseinrichtung 1 sind die Hauptkanäle 21, 22 und die Nebenkanäle 28, 29 fluidisch gegen die Immersionskammer 8 abgedichtet und werden im Temperierungsbetrieb der Kraftfahrzeugbatterie 2, mit der Wärmetauscherflüssigkeit 23 durchströmt. Dabei werden die Umströmungskanäle 35 entlang Z-Richtung mit der Immersionsflüssigkeit 7 quer zu einer Wärmetauscherströmungsrichtung des Wärmetauscherflüssigkeitskreislaufs durchströmt, also gemäß dem Kreuzstromwärmetauscherprinzip.
• In 6 - die eine schematische Ansicht des Wärmetauschers 5 zeigt, wobei ein Wärmetauscherflüssigkeitskreislauf skizziert ist - ist dargestellt, dass die Hauptkanäle 21, 22 des Hauptkanalkörpers 15 entlang Z-Richtung übereinander angeordnet sein können. Zudem ist zu erkennen, dass die zweiten Nebenkanalenden 32, 33 der Nebenkanäle 28, 29 mittels eines Umlenkkanalkörpers 37 fluidisch miteinander verbunden sind.
• 7 zeigt in schematischer und geschnittener Ansicht einen der als das prismatische Multikanalprofil ausgeführten Nebenkanalkörper 16 des Wärmetauschers 5. Hier im Beispiel weist der Nebenkanalkörper 16 bzw. das stranggepresste Multikanalprofil eine zwei oder mehr erste Nebenkanäle 28 umfassende, erste Nebenkanalgruppe 38 und eine zwei oder mehr zweite Nebenkanäle 29 umfassende, zweite Nebenkanalgruppe 39 sowie einen zwischen den Nebenkanalgruppen 38, 39 angeordneten und als thermische Barriere zwischen den Nebenkanalgruppen 38, 39 fungierenden Barrierennebenkanal 40 auf. Rechts in 7 sind - nicht abschließend - Beispiele für eine jeweilige Querschnittsfigur einer jeweiligen jeweilige freien Nebenkanalquerschnittsfläche 41 dargestellt. 7 zeigt zudem, dass beim jeweiligen Nebenkanalkörper 16 ein in Hoch- bzw. Z-Richtung des Wärmetauschers 5 oberster der ersten Nebenkanäle 28a unter einem in Hochrichtung z unterstem der zweiten Nebenkanäle 29a angeordnet sein kann.
• 8 zeigt eine schematische und geschnittene Ansicht eines der Nebenkanalkörper 16, wobei die zweiten Nebenkanalenden 32, 33 der Nebenkanäle 28, 29 des Nebenkanalkörpers 16 mittels des Umlenkkanalkörpers 37 fluidisch miteinander gekoppelt sind. Besonders gut ist zu erkennen, wie die mit der Wärmetauscherflüssigkeit 23 gefüllten Nebenkanäle 28, 29 voneinander mittels des Barrierennebenkanals 40 thermisch voneinander getrennt sind. Dabei ist der Barrierennebenkanal 40 leer bzw. lediglich mit Luft gefüllt. Dementsprechend ist der Barrierennebenkanal 40 auch gegen den Umlenkkanalkörper 37 fluidisch abgedichtet.
• 9 zeigt eine schematische Ansicht des Wärmetauschers 5, wobei die zweiten Nebenkanalenden 32, 33 mittels eines Umlenkkanalbogens 42 fluidisch miteinander gekoppelt sind. Des Weiteren ist zu erkennen, dass ein jeweiliger der ersten Nebenkanäle 28 und ein jeweiliger der zweiten Nebenkanäle 29 in einer gemeinsamen Horizontal- bzw. Z-Ebene angeordnet sein können.
• 10 zeigt eine schematische Ansicht des Wärmetauschers 5, wobei die zweiten Nebenkanalenden 32, 33 mittels eines Umlenkkanalkastenelements 43 fluidisch miteinander gekoppelt sind. Das Umlenkkanalkastenelement 43 weist eine Vielzahl von fluidisch voneinander abgedichteten Umlenkkanalkästen 44 auf und ist derart angeordnet, dass das zweite Nebenkanalende 32 eines der ersten Nebenkanäle 28 und das zweite Nebenkanalende 33 eines der zweiten Nebenkanäle 29 in einen gemeinsamen Umlenkkanalkasten 44 münden. Dadurch sind die entsprechenden zweiten Nebenkanalenden 32, 33 mittels des Umlenkkanalkastenelements 43, das heißt mittels der Umlenkkanalkästen 44, fluidisch miteinander verbunden. Insoweit kann der jeweilige Umlenkkanalkörper 37 durch einen entsprechenden der Umlenkkanalkästen 44 gebildet sein. Im vorliegenden Beispiel ist das Umlenkkanalkastenelement 43 als ein eine Struktursteifigkeit der Immersionskammer 8 unterstützendes Tragstrukturelement 45 der Temperierungseinrichtung ausgebildet oder weist dieses zumindest auf. Dabei sind das Umlenkkanalkastenelement 43 und ein Wandelement der Immersionskammer 8 struktursteif aneinander befestigt. Hier weist das Umlenkkanalkastenelement 43 einen Strukturkörper 46 auf, der speziell dazu ausgebildet ist, als ein strukturversteifendes bzw. strukturverstärkendes Element zu fungieren. Hierzu ist der Strukturkörper 46 aus einem besonders stabilen Material hergestellt, zum Beispiel aus Aluminium, Stahl, kohlefaserverstärktem Kunststoff oder dergleichen.
• 11 zeigt eine schematische und geschnittene Ansicht der Immersionskammer 8, innerhalb derer die Nebenkanalkörper 16 mittels einer Schubverbindungsanordnung 47 an einem Wandelement 48 der Immersionskammer 8 befestigt sind. In Segment a) der 11 ist dargestellt, dass die Schubverbindungsanordnung 47 je Nebenkanalkörper 16 ein Schubverbindungselement 49 aufweisen kann, über welches der jeweilige Nebenkanalkörper über eine seiner Schmalseiten mit dem Wandelemente 48 strukturfest verbunden ist. Alternativ oder zusätzlich - siehe Segment b) der 11 - kann die Schubverbindungsanordnung 47 ein anderes Schubverbindungselement 50 aufweisen, mittels dessen die Schmalseiten der Nebenkanalkörper 16 gruppenweise, zum Beispiel paarweise, strukturfest mit dem Wandelement 48 verbunden sind. In Segment c) der 11 ist noch ein weiteres Schubverbindungselement 51 dargestellt, mittels dessen die Nebenkanalkörper 16 über eine ihrer Breitseiten mit dem Wandelement strukturfest verbunden sind. Hierzu weist das Schubverbindungselement 51 einen mit den Breitseiten der Nebenkanalkörper 16 korrespondierende Befestigungsschenkel 52 auf. Das Schubverbindungselement 51 kann in Weiterbildung zwei Befestigungsschenkel 52 aufweisen, sodass es zum paarweisen Fixieren der Nebenkanalkörper 16 an dem Wandelement 48 eingesetzt werden kann. Jedenfalls weist die Schubverbindungsanordnung 47 eine Durchströmungsöffnungsanordnung 53 auf, um zu gewährleisten, dass die Schubverbindungsanordnung 47 mit der Immersionsflüssigkeit 7 effizient durchströmbar ist. Mit anderen Worten ist mittels der Durchströmungsöffnungsanordnung 53 sichergestellt, dass der Immersionsflüssigkeitskreislauf 4 in der Immersionskammer 8 im Temperierungsbetrieb der Temperierungseinrichtung 1 bzw. der Kraftfahrzeugbatterie 2 durch die Schubverbindungsanordnung 47 nicht übermäßig gestört wird. Die Durchströmungsöffnungsanordnung 53 weist hierzu eine Durchströmungsöffnung 54 oder Vielzahl von Durchströmungsöffnungen 54 auf. Dabei durchdringt jede der Durchströmungsöffnungen 54 das jeweilige Schubverbindungselement 49, 50, 51.
• 12 zeigt eine schematische Ansicht des Wärmetauschers 5 mit drei möglichen Ausführungsformen des Wärmeleitkörpers 34 des Wärmetauschers 5. Zum einen geht aus 12 hervor, dass die Schubverbindungselemente 49, 50, 51 der Schubverbindungsanordnung 47 quer zu den Nebenkanalkörpern 16 angeordnet sein können (aus Platzgründen ist in 12 stellvertretend für die Bezugszeichen 49, 50, 51 nur das Bezugszeichen 49 eingetragen). Des Weiteren ist in 12 erkennbar, dass der jeweilige Wärmeleitkörper 34 aus einem Materialstreifen bzw. Materialband 55 hergestellt sein kann, das sich balg- bzw. mäanderartig einstückig zwischen dem jeweiligen Nebenkanalkörper 16 und dem nächsten Nebenkanalkörper 16 erstreckt. Dabei ist das Materialband 55 an Balg- bzw. Mäanderspitzenflächen 56 mit den besagten Nebenkanalkörpern 16 wärmeleitend verbunden.
• In 13 ist in schematischer Ansicht der Wärmetauscher 5 mit zwei möglichen Ausführungsformen von fluidisch dichten Volumenkörpern 57 dargestellt, die in den Umströmungskanälen 35 des Wärmetauschers 5 angeordnet sind. Aufgrund der Volumenkörper 57 wird ein freies Volumen der Immersionskammer 8 reduziert, sodass insgesamt weniger Immersionsflüssigkeit 7 eingesetzt werden muss. Denn die Volumenkörper 57 verdrängen mittels ihres Körpervolumens die Immersionsflüssigkeit 23, sofern die Volumenkörper 57 in die Immersionsflüssigkeit 23 eingetaucht sind. Vorliegend sind die Volumenkörper 57 mit einer deutlich geringeren Dichte als die Immersionsflüssigkeit 7 ausgebildet. Die Volumenkörper 57 können zum Beispiel aus expandiertem Polypropylen (EPP) hergestellt sein. Alternativ oder zusätzlich können die Volumenkörper 57 hohl sein. Hier im Beispiel sind diejenigen der Volumenkörper 57 die entlang einer gemeinsamen Reihe zwischen zwei gemeinsamen Nebenkanalkörpern 16 angeordnet sind, mittels eines schmalen Trägerstreifens 58 miteinander verbunden. Für einen besonders zuverlässigen Sitz der Volumenkörper 57 im entsprechenden Umströmungskanal 35 ist/sind vorliegend einer oder mehr der Volumenkörper 57 in Bezug versetzt angeordnet, sodass der/die Volumenkörper 57 an einem der Nebenkanalkörper 16 anstößt bzw. anstoßen. Dabei weist/weisen einer oder mehr der anderen Volumenkörper 57 einen entgegengesetzten Versatz auf, sodass der/die Volumenkörper 57 an dem entsprechend anderen der Nebenkanalkörper 16 anstößt bzw. anstoßen. Die versetzte Anordnung der Volumenkörper 57 kann sich regelmäßig oder unregelmäßig wiederholen, zum Beispiel kann jeder dritte der Volumenkörper 57 entsprechend versetzt angeordnet sein. Eine jeweilige Anstoßstelle 59 an welcher die versetzt angeordneten der Volumenkörper 57 an einen der Nebenkanalkörper 16 anstoßen, ist in 13 hervorgehoben.
• 14 zeigt eine schematische Ansicht des Wärmetauschers 5, wobei der jeweilige Umströmungskanal 35 ein Verjüngungselement 60 aufweist. Der Umströmungskanal 35 sowie das Verjüngungselement 60 sind symmetrisch zu den in 14 eingezeichneten Achsen 61, 62. Das Verjüngungselement 60 verjüngt eine freie Umströmungskanalquerschnittsfläche 63 ausgehend von einem Querschnittsflächenmaximum 64, das beiderseits des Verjüngungselements 60 an den zugehörigen Nebenkanalkörpern 16 angeordnet ist, zu einem Querschnittsflächenminimum 65, das zwischen den zugehörigen Nebenkanalkörpern 16 angeordnet ist, vorliegend mittig zwischen den zugehörigen Nebenkanalkörpern 16. Das Verjüngungselement 60 kann zum Beispiel ein integraler Materialabschnitt des jeweiligen Wärmeleitelements 36 sein, was bedeutet, dass die den jeweiligen Umströmungskanal 35 bildenden Wärmeleitelemente 36 so geformt sind, dass sich die freie Umströmungskanalquerschnittsfläche 63 ausgehend von den Nebenkanalkörpern 16 jeweils in Richtung 66 hin zur Mitte des betrachteten Umströmungskanals 35 verjüngt. Vorliegend ist das jeweilige Verjüngungselement 60 durch den im betreffenden Umströmungskanal 35 eingesetzten fluidisch dichten Volumenkörper 57 gebildet.
• Bezugszeichenliste

1

Immersions-Temperierungseinrichtung

2

Kraftfahrzeugbatterie

3

Batteriezellanordnung

4

Immersionsflüssigkeitskreislauf

5

Wärmetauscher

6

Batteriezelle

7

Immersionsflüssigkeit

8

Immersionskammer

9

Immersionspumpe

10

Teilkammer

11

Teilkammer

12

Schaumkörper

13

Schaumkörperoberfläche

14

Schaumkörperoberfläche

15

Hauptkanalkörper

16

Nebenkanalkörper

17

Hauptkanalkörperanteil

18

Hauptkanalkörperanteil

19

Hauptkanalkörperseite

20

Hauptkanalkörperseite

21

erster Hauptkanal

22

zweiter Hauptkanal

23

Wärmetauscherflüssigkeit

24

erstes Hauptkanalende des ersten Hauptkanals

25

erstes Hauptkanalende des zweiten Hauptkanals

26

zweites Hauptkanalende des ersten Hauptkanals

27

zweites Hauptkanalende des zweiten Hauptkanals

28

erster Nebenkanal

28a

oberster der ersten Nebenkanäle

29

zweiter Nebenkanal

29a

unterster der zweiten Nebenkanäle

30

erstes Nebenkanalende des ersten Nebenkanals

31

erstes Nebenkanalende des zweiten Nebenkanals

32

zweites Nebenkanalende des ersten Nebenkanals

33

zweites Nebenkanalende des zweiten Nebenkanals

34

Wärmeleitkörper

35

Umströmungskanal

36

Wärmeleitelement

37

Umlenkkanalkörper

38

erste Nebenkanalgruppe

39

zweite Nebenkanalgruppe

40

Barrierennebenkanal

41

Nebenkanalquerschnittsfläche

42

Umlenkkanalbogen

43

Umlenkkanalkastenelement

44

Umlenkkanalkasten

45

Tragstrukturelement

46

Strukturkörper

47

Schubverbindungsanordnung

48

Wandelement

49

Schubverbindungselement

50

Schubverbindungselement

51

Schubverbindungselement

52

Befestigungsschenkel

53

Durchströmungsöffnungsanordnung

54

Durchströmungsöffnung

55

Materialband

56

Balg- bzw. Mäanderspitzenfläche

57

Volumenkörper

58

schmaler Trägerstreifen

59

Anstoßstelle

60

Verjüngungselement

61

Symmetrieachse

62

Symmetrieachse

63

Umströmungskanalquerschnittsfläche

64

Querschnittsflächenmaximum

65

Querschnittsflächenminimum

66

Richtung

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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• Zitierte Patentliteratur
• DE 102017206283 A1 [0005]
• DE 102019205432 A1 [0005]
• DE 102021117747 B3 [0005]

Claims (15)

1. Immersions-Temperierungseinrichtung (1) für eine Batteriezellanordnung (3) einer Kraftfahrzeugbatterie (2), mit einer Immersionskammer (8), die dazu eingerichtet ist, die Batteriezellanordnung (3) aufzunehmen und mit einer elektrisch nicht-leitenden Immersionsflüssigkeit (7) durchströmt zu werden, sowie mit einem in der Immersionskammer (8) angeordneten Wärmetauscher (5), der aufweist: - einen Hauptkanalkörper (15), dessen erster Hauptkanal (21) und zweiter Hauptkanal (22) zum fluidischen Anschließen an einen temperierungseinrichtungsexternen Wärmetauscherflüssigkeitskreislauf eingerichtet sind, - Nebenkanalkörper (16), wobei der jeweilige Nebenkanalkörper (16) einen ersten Nebenkanal (28), der über sein erstes Nebenkanalende (30) fluidisch vom ersten Hauptkanal (21) abzweigt, und einen zweiten Nebenkanal (29), der über sein erstes Nebenkanalende (31) fluidisch in den zweiten Hauptkanal (22) mündet, aufweist, - Wärmeleitkörper (34), die jeweils einerseits mit einem der Nebenkanalkörper (16) und andererseits mit einem entlang des Hauptkanalkörpers (15) nächsten Nebenkanalkörper (16) zur Wärmeübertragung verbunden sind, wodurch eine Vielzahl von Umströmungskanälen (35) des Wärmetauschers (5) gebildet ist, wobei die Hauptkanäle (21, 22) und die Nebenkanäle (28, 29) fluidisch gegen die Immersionskammer (8) abgedichtet und dazu eingerichtet sind, mit einer von der Immersionsflüssigkeit (7) unterschiedlichen Wärmetauscherflüssigkeit (23) des Wärmetauscherflüssigkeitskreislaufs durchströmt zu werden, und die Umströmungskanäle (35) dazu eingerichtet sind, mit der Immersionsflüssigkeit (7) quer zu einer Wärmetauscherströmungsrichtung des Wärmetauscherflüssigkeitskreislaufs durchströmt zu werden.
2. Temperierungseinrichtung (1) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Schaumkörper (12) aus einem offenporigen Schaum, der am Wärmetauscher (5) befestigt und mit der Immersionsflüssigkeit (7) durchströmbar ist, wobei eine vom Wärmetauscher (5) abgewandte Schaumkörperoberfläche (14) als Berührungsfläche für die Batteriezellanordnung (3) eingerichtet ist.
3. Temperierungseinrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Nebenkanalkörper (16) sich an zwei einander gegenüberliegenden Hauptkanalkörperseiten (19, 20) vom Hauptkanalkörper (15) wegerstrecken und sich dabei gegenüberliegen.
4. Temperierungseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Nebenkanalkörper (16) ein prismatisches Multikanalprofil ist, das den ersten Nebenkanal (28) und den zweiten Nebenkanal (29) aufweist.
5. Temperierungseinrichtung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Multikanalprofil eine erste Nebenkanalgruppe (38), die zwei oder mehr erste Nebenkanäle (28) umfasst, und eine zweite Nebenkanalgruppe (39), die zwei oder mehr zweite Nebenkanäle (29) umfasst, sowie einen zwischen den Nebenkanalgruppen (38,39) angeordneten und als thermische Barriere zwischen den Nebenkanalgruppen (38, 39) fungierenden Barrierennebenkanal (40) aufweist.
6. Temperierungseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine jeweilige freie Nebenkanalquerschnittsfläche (41) eine von einem Rechteck unterschiedliche Querschnittsfigur hat.
7. Temperierungseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Umlenkkanalkastenelement (43), das eine Vielzahl von miteinander verbundenen und fluidisch voneinander abgedichteten Umlenkkanalkästen (44) aufweist, wobei das Umlenkkanalkastenelement (43) derart angeordnet ist, dass das zweite Nebenkanalende (32) eines der ersten Nebenkanäle (28) und das zweite Nebenkanalende (33) eines der zweiten Nebenkanäle (29) in einen gemeinsamen Umlenkkanalkasten (44) münden.
8. Temperierungseinrichtung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Umlenkkanalkastenelement (43) als ein eine Struktursteifigkeit der Immersionskammer (8) unterstützendes Tragstrukturelement (45) der Temperierungseinrichtung (1) ausgebildet ist, wobei das Umlenkkanalkastenelement (43) und ein Wandelement der Immersionskammer (8) struktursteif aneinander befestigt sind.
9. Temperierungseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - beim jeweiligen Nebenkanalkörper (16) ein in Hochrichtung (z) des Wärmetauschers oberster (28a) der ersten Nebenkanäle (28) unter einem in Hochrichtung (z) unterstem (29a) der zweiten Nebenkanäle (29) angeordnet ist, oder - ein jeweiliger der ersten Nebenkanäle (28) und ein jeweiliger der zweiten Nebenkanäle (29) in einer gemeinsamen Z-Ebene der Temperierungseinrichtung (1) angeordnet sind.
10. Temperierungseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Schubverbindungsanordnung (47), mittels derer der die Nebenkanalkörper (16) in der Immersionskammer (8) gehalten sind, wobei ein Schubverbindungselement (59, 50, 51) der Schubverbindungsanordnung (47) einerseits an einem oder mehr der Nebenkanalkörper (16) und andererseits an einem Wandelement (48) der Immersionskammer (8) struktursteif befestigt ist.
11. Temperierungseinrichtung (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Schubverbindungsanordnung (47) eine Durchströmungsöffnungsanordnung (53) aufweist, sodass die Schubverbindungsanordnung (47) mit der Immersionsflüssigkeit (7) durchströmbar ist.
12. Temperierungseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch fluidisch dichte Volumenkörper (57), wobei der jeweilige Volumenkörper (57) in einem jeweiligen Umströmungskanal (35) des Wärmetauschers (35) angeordnet ist.
13. Temperierungseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Umströmungskanal (35) ein Verjüngungselement (60) aufweist, das eine freie Umströmungskanalquerschnittsfläche (36) ausgehend von einem Querschnittsflächenmaximum (64), das an den zugehörigen Nebenkanalkörpern (16) angeordnet ist, zu einem Querschnittsflächenminimum (65) verjüngt, das zwischen den zugehörigen Nebenkanalkörpern (16) angeordnet ist.
14. Kraftfahrzeugbatterie (2) mit einer nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgeführten Immersions-Temperierungseinrichtung (1) und einer in der Immersionskammer (8) angeordneten Batteriezellanordnung (3), deren Batteriezellen (6) dazu eingerichtet sind, zur Immersionstemperierung mit der Immersionsflüssigkeit (7) umspült zu werden.
15. Kraftfahrzeug mit einer nach Anspruch 14 ausgeführten Kraftfahrzeugbatterie (2), wobei der Wärmetauscher (5) der Immersions-Temperierungseinrichtung (1) fluidisch an einen Wärmetauscherflüssigkeitskreislauf des Kraftfahrzeugs angeschlossen ist.

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