DE102022128447A1 - Hohlzylindrische Wärmeübertragungsvorrichtung zum Kühlen einer Zelle eines elektrochemischen Energiespeichers und Anordnung zum Kühlen einer Zelle eines elektrochemischen Energiespeichers - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine hohlzylindrische Wärmeübertragungsvorrichtung zum Kühlen einer Zelle (5) eines elektrochemischen Energiespeichers. Die hohlzylindrische Wärmeübertragungsvorrichtung weist eine erste Platte (2) mit einer ersten Oberfläche und einer der ersten Oberfläche gegenüberliegend angeordneten zweiten Oberfläche, eine zweite Platte (1) mit einer dritten Oberfläche und einer der dritten Oberfläche gegenüberliegend angeordneten vierten Oberfläche und eine Fluidführung, welche zwischen der ersten Platte (2) und der zweiten Platte (1) angeordnet ist, auf, wobei die zweite Oberfläche mit der dritten Oberfläche an Berührungspunkten miteinander verbunden ist, wobei die hohlzylindrische Wärmeübertragungsvorrichtung vertikal ein erstes Ende und ein dem ersten Ende in entgegengesetzter Richtung orientiertes zweites Ende aufweist und wobei innerhalb der hohlzylindrischen Wärmeübertragungsvorrichtung die Zelle (5) des elektrochemischen Energiespeichers angeordnet ist.

Description

• Die Erfindung betrifft eine hohlzylindrische Wärmeübertragungsvorrichtung zum Kühlen einer Zelle eines elektrochemischen Energiespeichers und Anordnung zum Kühlen einer Zelle eines elektrochemischen Energiespeichers.
• Batteriezellen werden beispielsweise in Fortbewegungsmitteln zum Speichern elektrischer Energie eingesetzt. Sowohl beim Entladen als auch beim Laden können sich die Batteriezellen erhitzen. Zur effizienten Funktion i.S. der Leistungsaufnahme und Leistungsabgabe, sowie zur Erreichung einer optimalen Lebensdauer der Batteriezelle, ist eine Kühlung der Batteriezellen erforderlich. Es sind bereits verschiedenste Prinzipien zur Kühlung von Batteriezellen bzw. von Modulen, welche mehrere Batteriezellen umfassen, bekannt. So sind im Stand der Technik beispielsweise Batteriezellen bekannt, welche auf einem Kühlkanal angeordnet sind. Durch die einseitige Kühlung der auf einem Kühlkanal angeordneten Batteriezelle entsteht zum gegenüberliegenden Ende der Batteriezelle ein starker Temperaturgradient der Batteriezellentemperatur. Der Temperaturgradient führt zu einer verringerten Ladeleistung und zu einer verringerten Lebensdauer der Batteriezelle. Der Temperaturgradient nimmt über die Höhe der Batterie ab. Durch eine gleichmäßige Kühlung der Batteriezelle entlang der Mantelfläche wären längere Batteriezellen möglich. Diese Bauform würde zu größeren Energiedichten und kleineren Bauräumen führen.
• Konventionelle Heat Pipes werden seit langem erfolgreich zur Kühlung und im Wärmemanagement bei einer Vielzahl von Anwendungen wie Wärmetauschern oder Raumfahrtanwendungen und Elektronikkühlung eingesetzt. Insbesondere zur Kühlung elektronischer Geräte werden im Stand der Technik auch sogenannte Pulsating Heat Pipes (dt.: Wärmerohre) eingesetzt (www.electronics-cooling.com/2003/05/an-introduction-to-pulsating-heat-pipesn. Zur Wärmeableitung wird bei Pulsating Heat Pipes ein Arbeitsfluid verwendet. Das Arbeitsfluid ist dadurch gekennzeichnet, dass es bei Wärmezufuhr verdampft und durch das Temperatur- und Druckgefälle getrieben, zum Kondensator strömt. Am Kondensator gibt das Arbeitsmedium seine Wärme an eine Umgebung ab und das Kondensat wird dem Kreislauf wieder zugeführt. Pulsating Heat Pipes arbeiten ohne Zuführung einer mechanischen Energie (vgl. https://www.elektronikpraxis.vogel.de/elektronik-entwaermen-mit-pulsierendenheatpipes-a-827682/ und https://www.sae.org/publications/technicalpapers/content/2019-36-0227/). In Pulsating Heat Pipes regt die Verdampfung/Kondensation vom Arbeitsmedium eine pulsierende/oszillierende Strömung an, welche die Wärme von der heißen zur kalten Seite fördert.
• In der DE 10 2015 212 334 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kühlung mindestens einer Batteriezelle eines Fahrzeugs offenbart, wobei die mindestens eine Batteriezelle in einem Gehäuse angeordnet ist, wobei die Vorrichtung mindestens einen gehäuseinternen Abschnitt eines Kühlmittelkreislaufs und mindestens einen gehäuseexternen Abschnitt des Kühlmittelkreislaufs umfasst, wobei der gehäuseinterne Abschnitt fluidtechnisch mit dem gehäuseexternen Abschnitt verbindbar ist, wobei der gehäuseinterne Abschnitt mit dem gehäuseexternen Abschnitt über mindestens ein Mittel zur Sperrung des Fluiddurchflusses verbindbar ist.
• Die DE 10 2017 219 798 offenbart eine Batteriezelle, aufweisend ein Zellgehäuse, wobei innerhalb des Zellgehäuses ein Isoliergehäuse vorgesehen ist, welches wenigstens einen Stromkollektor von dem Zellgehäuse isoliert, wobei wenigstens ein Stromkollektor oder das Isoliergehäuse mit einer Temperierstruktur ausgestaltet ist.
• Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine optimierte Kühlung einer Batteriezelle bereitzustellen, welche eine gleichmäßige Kühlung der Batteriezelle über die Länge der Batteriezelle darstellt.
• Die Lösung der vorstehend identifizierten Aufgabe erfolgt durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Die Unteransprüche haben bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.
• Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine hohlzylindrische Wärmeübertragungsvorrichtung zum Kühlen einer Zelle / Batteriezelle / galvanischen Zelle eines elektrochemischen Energiespeichers / Batterie / Akku vorgeschlagen. Die Wärmeübertragungseinrichtung kann zusätzlich oder alternativ zum Wärmen einer Zelle eingerichtet sein. Mit anderen Worten erfolgt mittels der Wärmeübertragungsvorrichtung eine Wärmezufuhr in und/oder Wärmeabfuhr aus einer Zelle. Nachfolgend wird hier insbesondere der Begriff „Kühlen“ verwendet, auch wenn der Fachmann versteht, dass mit der Vorrichtung ebenso ein Heizen erfolgen kann. Schließlich kann die Wärmeübertragungsvorrichtung zusätzlich oder alternativ zum Temperieren, also insbesondere zum Regeln einer Temperatur, einer Zelle eingerichtet sein. Die Zelle kann insbesondere eine Rundzelle eines elektrochemischen Energiespeichers sein. Alternativ kann die Zelle eine prismatische Zelle eines elektrochemischen Energiespeichers sein. Schließlich kann die Zelle eine Pouch-Zelle eines elektrochemischen Energiespeichers sein. Die Zelle umfasst vorzugsweise zumindest eine Kathode und eine Anode sowie einen Elektrolyten, beispielsweise ein elektrolytisches Fluid, elektrische Anschlüsse und einen Separator. Kathode und Anode sind vorzugsweise von dem Elektrolyten umgeben und mittels eines Separators, welcher beispielsweise eine Polymer- oder Keramikfolie aufweisen kann, voneinander getrennt. Die Zelle weist vorzugsweise eine Ummantelung auf. Durch den Elektronenfluss wird insbesondere Energie im elektrochemischen Energiespeicher umgewandelt und beispielsweise zum Betrieb eines Elektromotors abgegeben. Die hohlzylindrische Wärmeübertragungsvorrichtung umfasst vorzugsweise eine erste Platte. Die erste Platte weist vorzugsweise eine flächige Gestalt mit einer vertikal orientierten Höhe h1 und einer horizontal orientierten Breite b1 auf und hat eine Dicke t1, wobei die Dicke t1, relativ zu den übrigen Abmessungen der Platte, gering ist. Die Höhe h1 ist vorzugsweise auf die Höhe der Rundzelle bezogen. Die Höhe h1 liegt vorzugsweise in einem Bereich von 5 bis 15 cm, insbesondere 8-12 cm. Die Dicke t1 liegt vorzugsweise in einem Bereich von 0,2 mm bis 3 mm, insbesondere in einem Bereich von 0,3 mm bis 2 mm, insbesondere 0,5 mm bis 1 mm. Weiter weist die erste Platte eine erste Oberfläche und eine der ersten Oberfläche gegenüberliegend angeordnete zweite Oberfläche auf. Die erste Platte kann ein Polymer aufweisen. Zusätzlich oder alternativ kann die erste Platte Metall aufweisen. Schließlich kann die erste Platte Keramik aufweisen.
• Des Weiteren umfasst die Wärmeübertragungsvorrichtung vorzugsweise eine zweite Platte. Die zweite Platte weist vorzugsweise eine flächige Gestalt mit einer vertikal orientierten Höhe h2 und einer horizontal orientierten Breite b2 auf und hat eine Dicke t2, wobei die Dicke t2, relativ zu den übrigen Abmessungen der Platte, gering ist. Die Dicke t2 liegt vorzugsweise in einem Bereich von 0,2 mm bis 3 mm, insbesondere in einem Bereich von 0,3 mm bis 2 mm oder 0,5 mm bis 1 mm. Die Höhe h2 ist vorzugsweise genauso groß wie h1. Weiter weist die zweite Platte eine dritte Oberfläche und eine der dritten Oberfläche gegenüberliegend angeordnete vierte Oberfläche auf. Die zweite Platte kann ein Polymer aufweisen. Zusätzlich oder alternativ kann die zweite Platte Metall aufweisen. Schließlich kann die zweite Platte Keramik aufweisen. Die zweite Oberfläche der ersten Platte kann vorzugsweise an der dritten Oberfläche der zweiten Platte anliegen. Des Weiteren umfasst die Wärmeübertragungsvorrichtung vorzugsweise eine Fluidführung. Die Fluidführung ist vorzugsweise zwischen der ersten Platte und der zweiten Platte angeordnet. Die Fluidführung ragt vorzugsweise nicht über die erste Platte und zweite Platte hinaus. Die Fluidführung ist vorzugsweise als ein geschlossenes System ausgestaltet. Es können zusätzlich oder alternativ mehrere Fluidführungen, welche jeweils als geschlossene Systeme ausgestaltet sind, vorliegen. Die Fluidführung oder die Fluidführungen ist oder sind vorzugsweise als eine Pulsating Heat Pipe (PHP) eingerichtet. Mit anderen Worten kann es sich um einen geschlossenen Mäander einer Pulsating Heat Pipe handeln, welcher sich beispielsweise zylindrisch um die Zelle windet. Zur Ausgestaltung der Fluidführung als Pulsating Heat Pipe liegt in der Fluidführung vorzugsweise ein Fluid vor. Das Fluid ist vorzugsweise durch gute Wärmetransporteigenschaften gekennzeichnet. Das Fluid kann insbesondere ein Arbeitsmedium sein, welches insbesondere zum Betrieb einer PHP geeignet ist. Das Fluid kann insbesondere einen oder eine beliebige Kombination der folgenden Bestandteile aufweisen: Aceton, Methanol, Ethanol, Butan, Propan, Wasser, Alkalimetall und Kühlmittel, insbesondere R1234YF und ähnliche Arbeitsmittel. Das Fluid kann die Fluidführung zu einem vordefinierten Füllgrad ausfüllen. Ein vordefinierter Füllgrad beträgt in einer besonders bevorzugten Ausgestaltung zwischen 20 und 80 Prozent des Volumens der Fluidführung. Die miteinander verbundenen zweite Platte und erste Platte weisen vorzugsweise jeweils eine hohlzylindrische Form auf und sind bevorzugt koaxial zueinander angeordnet. Der Umfang des Hohlzylinders ergibt sich somit vorzugsweise aus der Breite der ersten Platte bzw. der zweiten Platte. Die Verbindung der Plattenränder kann beispielsweise mittels eines schweißtechnischen Verfahrens hergestellt sein. Zusätzlich oder alternativ kann die Verbindung der Plattenränder mittels einer Klebeverbindung hergestellt sein. Mit anderen Worten stellt die erste Oberfläche der ersten Platte vorzugsweise eine äußere Mantelfläche der hohlzylindrischen Wärmeübertragungsvorrichtung dar. Zusätzlich oder alternativ stellt die vierte Oberfläche der zweiten Platte eine innere Mantelfläche der hohlzylindrischen Wärmeübertragungsvorrichtung dar. Der Innendurchmesser der hohlzylindrischen Wärmeübertragungsvorrichtung liegt vorzugsweise in einem Bereich von 15 bis 60 mm, insbesondere bevorzugt 46 mm. Der Außendurchmesser der hohlzylindrischen Wärmeübertragungsvorrichtung liegt vorzugsweise in einem Bereich von 15,4 mm bis 66 mm, besonders bevorzugt in einem Bereich von 47 mm bis 48 mm. Die hohlzylindrische Wärmeübertragungsvorrichtung weist vorzugsweise ein insbesondere vertikal orientiertes erstes Verschlusselement auf. Zusätzlich oder alternativ weist der Hohlzylinder vorzugsweise ein insbesondere vertikal orientiertes zweites Verschlusselement auf. Innerhalb der hohlzylindrischen Wärmeübertragungsvorrichtung ist vorzugsweise eine Zelle, insbesondere eine Zelle eines elektrochemischen Energiespeichers, angeordnet. Die Zelle hat vorzugsweise eine Kapazität von 10 Ah bis 100 Ah, besonders bevorzugt 10 Ah bis 100 Ah. Die Zelle kann bevorzugt koaxial zur Wärmeübertragungsvorrichtung bzw. ihren Platten angeordnet sein. Die äußere Wandung der Zelle, mit anderen Worten das Zellgehäuse, kann bevorzugt an der vierten Oberfläche der zweiten Platte der hohlzylindrischen Wärmeübertragungsvorrichtung anliegen. Eine Wärme der Zelle wird vorzugsweise über die vierte Oberfläche der zweiten Platte der hohlzylindrischen Wärmeübertragungsvorrichtung an das Fluid in der Fluidführung übertragen und abtransportiert. Derart kühlt die Wärmeübertragungsvorrichtung die Zelle des elektrochemischen Energiespeichers.
• Die Fluidführung kann vorzugsweise der hohlzylindrischen Form folgend eine Vielzahl parallel zueinander angeordneter linearer Abschnitte aufweisen. Ziel der Anordnung ist eine über die hohlzylindrische Form verteilt vorliegende Fluidführung. Dabei sind lineare Abschnitte der Fluidführung vorzugsweise parallel zur Mittelachse der hohlzylindrischen Wärmeübertragungsvorrichtung angeordnet. Die linearen Abschnitte der Fluidführung sind an ihren Enden vorzugsweise mit bogenförmigen Verbindungselementen verbunden. Hierfür sollte vorzugsweise eine gerade Anzahl linearer Abschnitte der Fluidführung vorliegen. Die bogenförmigen Verbindungselemente der linearen Abschnitte der Fluidführung sind vorzugsweise abwechselnd auf der in Richtung des ersten Endes der hohlzylindrischen Wärmeübertragungsvorrichtung orientierten Seite und auf der in Richtung des zweiten Endes der hohlzylindrischen Wärmeübertragungsvorrichtung orientierten Seite vorliegend. Bei einer Ausführung der Fluidführung als Hohlraum zwischen der ersten Platte und der zweiten Platte sind die linearen Abschnitte und die bogenförmigen Verbindungselemente vorzugsweise als ein durchgehender Hohlraum ausgeführt. Bei einer Ausführung der Fluidführung als Rohrleitung sind die linearen Abschnitte und die bogenförmigen Verbindungselemente vorzugsweise als eine durchgehende Rohrleitung ausgeführt. Mit anderen Worten kann die Fluidführung aus einer Vielzahl Windungen bestehen, welche miteinander verbunden sind.
• Das zweite Ende der hohlzylindrischen Wärmeübertragungsvorrichtung ist vorzugsweise auf einer Kühlplatte angeordnet. Mit anderen Worten steht die hohlzylindrische Wärmeübertragungsvorrichtung auf der Kühlplatte. Die Kühlplatte weist vorzugsweise eine Längsausdehnung und eine Querausdehnung sowie eine Dicke auf. Die Kühlplatte kann aus einem Element bestehen. Zusätzlich oder alternativ kann die Kühlplatte aus einer Vielzahl von Elementen bestehen. Die Kühlplatte ist vorzugsweise dadurch gekennzeichnet, dass sie eine gute Wärmeleitfähigkeit hat. Es kann ein Verbindungsblech am Umfang der hohlzylindrischen Wärmeübertragungsvorrichtung angeordnet sein, welches die erste Oberfläche der ersten Platte mit der Kühlplatte wärmeableitend verbindet. Zusätzlich oder alternativ können die linearen Abschnitte der Fluidführung vorzugsweise in Richtung der Kühlplatte, offen sein. Die linearen Abschnitte der Fluidführung sind vorzugsweise am zweiten Ende der hohlzylindrischen Wärmeübertragungsvorrichtung mit ihren offenen Enden mit zweiten Verbindungselementen verbunden, welche an der Kühlplatte angeordnet sind. Die linearen Abschnitte der Fluidführung sind vorzugsweise orthogonal zu den zweiten Verbindungselementen und/oder zur Kühlplatte orientiert. Die zweiten Verbindungselemente können innerhalb der Kühlplatte angeordnet sein. Die zweiten Verbindungselemente können als Hohlraum in der Kühlplatte ausgestaltet sein. Für zweite Verbindungselemente, die als Hohlraum ausgestaltet sind, gelten die obenstehenden Überlegungen für eine als ein Hohlraum ausgeführte Fluidführung gleichermaßen. Eine als Hohlraum in der Kühlplatte umgesetzte zweite Verbindung weist vorzugsweise am Ende eines ersten linearen Abschnitts der Fluidführung einen Zulauf auf und weiter einen Ablauf am Ende eines neben dem ersten linearen Abschnitt der Fluidführung angeordneten zweiten linearen Abschnitts der Fluidführung. Zwischen dem Zulauf und dem Ablauf weist die als Hohlraum in der Kühlplatte ausgestaltete zweite Verbindung vorzugsweise einen Bogen auf. Der Bogen kann vorzugsweise eine annähernd ellipsoide Form aufweisen. Die Verbindung zwischen den zweiten Verbindungselementen und den linearen Abschnitten der Fluidführung kann als eine Steckverbindung ausgeführt sein. Die Steckverbindung kann mittels eines geringfügig größeren oder kleineren Querschnitts einer der Verbindungen umgesetzt sein. Im Übergang zwischen den linearen Abschnitten der Fluidführung und den zweiten Verbindungselementen können zusätzliche Verbindungselemente eingesetzt sein. Die zusätzlichen Verbindungelemente können insbesondere 90 Grad Bogenelemente sein. Zusätzlich oder alternativ können die zweiten Verbindungselemente als Rohrleitungen ausgeführt sein, welche in der Kühlplatte vorliegen. Für zweite Verbindungselemente, die als Rohrleitung ausgestaltet sind, gelten die obenstehenden Überlegungen für eine mittels Rohrleitung ausgeführte Fluidführung gleichermaßen. Eine als Rohrleitung in der Kühlplatte umgesetzte zweite Verbindung weist vorzugsweise am Ende eines ersten linearen Abschnitts der Fluidführung einen Zulauf auf und weiter einen Ablauf am Ende eines neben dem ersten linearen Abschnitt der Fluidführung angeordneten zweiten linearen Abschnitts der Fluidführung. Zwischen dem Zulauf und dem Ablauf weist die als Rohrleitung in der Kühlplatte ausgestaltete zweite Verbindung vorzugsweise einen Bogen auf. Der Bogen kann vorzugsweise eine annähernd ellipsoide Form aufweisen. Sind die linearen Abschnitte der Fluidführung am gesamten Umfang des zweiten Endes der hohlzylindrischen Wärmeübertragungsvorrichtung verteilt, ergibt sich folglich eine blumenförmige Verteilung der zweiten Verbindungselemente. Der Durchmesser der blumenförmig angeordneten zweiten Verbindungelemente in der Kühlplatte beträgt vorzugsweise 15 cm bis 30 cm, besonders bevorzugt 5 cm bis 30 cm. Zusätzlich oder alternativ können die zweiten Verbindungselemente nur an einem Teil der linearen Verbindungselemente angeordnet sein, wobei die übrigen linearen Verbindungselemente vorzugsweise untereinander verbunden sind. Die Verbindung zwischen den zweiten Verbindungselementen und den linearen Abschnitten der Fluidführung kann ebenfalls als eine Steckverbindung ausgeführt sein, wobei die obenstehend genannten Überlegungen ebenso gelten. Zusätzlich oder alternativ können die zweiten Verbindungselemente auf der Oberfläche der Kühlplatte angeordnet sein. Die auf der Oberfläche der Kühlplatte angeordneten zweiten Verbindungselemente können insbesondere als Rohrleitungen ausgestaltet sein. Es gelten dieselben Überlegungen, wie für die Rohrleitungen in der Kühlplatte. Zur Fixierung der Rohrleitungen auf der Kühlplatte können Fixierelemente, z.B. Haltestifte, oder beispielsweise ein Verbindungselement, z.B. Klebstoff, genutzt werden.
• Die hohlzylindrische Wärmeübertragungsvorrichtung kann in einem Gehäuse /in einer Hülle der Zelle des elektrochemischen Energiespeichers angeordnet sein. Zusätzlich oder alternativ kann die hohlzylindrische Wärmeübertragungsvorrichtung das Gehäuse der Zelle sein. Mit anderen Worten kann die hohlzylindrische Wärmeübertragungsvorrichtung dazu eingerichtet sein, das Gehäuse der Zelle zu ersetzen.
• Die Fluidführung in der hohlzylindrischen Wärmeübertragungsvorrichtung kann in einer ersten Vertiefung in der zweiten Oberfläche der ersten Platte vorliegen. Zusätzlich oder alternativ kann die Fluidführung in einer zweiten Vertiefung in der dritten Oberfläche der zweiten Platte vorliegen. Schließlich kann die Fluidführung in einem durch eine dritte Vertiefung in der zweiten Oberfläche der ersten Platte und eine vierte Vertiefung in der dritten Oberfläche der zweiten Platte gemeinsam gebildetes Volumen vorliegen. Liegt die Vertiefung ausschließlich in der zweiten Oberfläche oder dritten Oberfläche vor, wird diese vorzugsweise durch die jeweils andere der Oberflächen abgedeckt und derart ein Hohlraum für die Fluidführung bzw. zur Aufnahme einer Rohrleitung gebildet. Liegt sowohl in der zweiten Oberfläche als auch in der dritten Oberfläche eine Vertiefung vor, ist die dritte Vertiefung vorzugsweise symmetrisch zur vierten Vertiefung gestaltet und andersherum.
• Die Fluidführung kann ein Hohlraum zwischen der zweiten Oberfläche und der dritten Oberfläche sein. Mit anderen Worten ergeben die Oberflächenbereiche der zweiten Oberfläche und der dritten Oberfläche die Wandung des Hohlraumes, welcher derart zur Fluidführung eingerichtet ist. An den Berührungspunkten und/oder Berührungsflächen zwischen der zweiten Oberfläche und der dritten Oberfläche sind die zweite Oberfläche und die dritte Oberfläche zur Einrichtung eines Hohlraums für die Fluidführung vorzugsweise fluiddicht miteinander verbunden. Eine fluiddichte Verbindung der zweiten Oberfläche und der dritten Oberfläche kann beispielsweise mittels Vakuumsintern hergestellt sein. Zusätzlich oder alternativ kann eine fluiddichte Verbindung der zweiten Oberfläche und der dritten Oberfläche beispielsweise mittels eines Heißschweißverfahrens und/oder Warmschweißverfahrens, beispielsweise mittels Superplastic forming / Debonding, hergestellt sein. Der Hohlraum weist vorzugsweise einen Querschnitt in einem Bereich von 0,2 mm bis 5 mm, insbesondere in einem Bereich von 0,5 mm bis 2 mm auf. Zusätzlich weist der Hohlraum vorzugsweise eine vordefinierte Länge auf. Die Länge kann insbesondere von einer Geometrie der Zelle abgeleitet sein. Zusätzlich oder alternativ kann die Fluidführung eine Rohrleitung / Rohr / Schlauch sein. Für den Querschnitt der Rohleitung gelten dieselben zu bevorzugenden Abmessungen, wie für den Hohlraum. Zusätzlich weist die Rohrleitung vorzugsweise eine vordefinierte Länge auf. Die Länge kann insbesondere von einer Geometrie der Zelle abgeleitet sein. Die Rohrleitung kann ein Polymer aufweisen. Die Rohrleitung kann vorzugsweise in einen Hohlraum zwischen der ersten Platte und der zweiten Platte eingelegt sein. Der Hohlraum, in dem die Rohrleitung eingelegt ist, kann mittels einer Vertiefung in der zweiten Oberfläche der ersten Platte vorliegen. Zusätzlich oder alternativ kann der Hohlraum, in dem die Rohrleitung eingelegt ist, mittels einer Vertiefung in der dritten Oberfläche der zweiten Platte vorliegen. Schließlich kann der Hohlraum, in dem die Rohrleitung eingelegt ist, durch eine Vertiefung in beiden der Platten gebildet sein. Liegt die Vertiefung allein in der zweiten Oberfläche oder der dritten Oberflächen vor, wird diese vorzugsweise durch die jeweils andere der Oberflächen abgedeckt und derart der Hohlraum, in dem die Rohrleitung eingelegt ist, gebildet. Liegt der Hohlraum, in dem die Rohrleitung eingelegt ist, sowohl in der zweiten Oberfläche als auch der dritten Oberfläche vor, ist der Hohlraum, in dem die Rohrleitung teilweise eingelegt ist, in der zweiten Oberfläche vorzugsweise passend zu dem Hohlraum, in dem die Rohrleitung teilweise eingelegt ist, in der dritten Oberfläche angeordnet und andersherum. Die erste Platte ist vorzugsweise fest mit der zweiten Platte verbunden. Hierfür können die Platten an den Berührungspunkten und/oder Berührungsflächen der zweiten Oberfläche mit der dritten Oberfläche fest miteinander verbunden sein. Zum Verbinden der ersten Platte mit der zweiten Platte kann beispielsweise ein Klebstoff genutzt werden. Zusätzlich oder alternativ können die erste Platte und die zweite Platte an zumindest einem Rand fest miteinander verbunden sein. Hierfür kann ebenfalls ein Klebstoff genutzt werden. Zusätzlich oder alternativ kann ein Verbindungselement, beispielsweise eine Schraube mit Mutter oder eine Niete oder eine Steckverbindung genutzt werden.
• Die erste Vertiefung und/oder die zweite Vertiefung und/oder die dritte Vertiefung und/oder die vierte Vertiefung kann beispielsweise mittels eines materialabtragenden Fertigungsverfahrens eingebracht sein. Die die erste Vertiefung und/oder die zweite Vertiefung und/oder die dritte Vertiefung und/oder die vierte Vertiefung kann oder können mittels einer oder mittels einer beliebigen Kombination der folgenden Verfahren hergestellt sein: Fräsen, Stanzen, Prägen, Laserbrennen, Umformen, insbesondere Warmumformen oder Tiefziehen, 3D-Druck, Ätzen, Urformen, insbesondere mittels einer dazu eingerichteten Matrize eines Gießverfahrens. Weitere Verfahren zur Herstellung sind möglich.
• Die Fluidführung kann eine Öffnung aufweisen. Die Öffnung kann insbesondere wiederverschließbar sein. Die wiederverschließbare Öffnung kann beispielsweise als Schraubverschluss ausgeführt sein. Der Schraubverschluss kann mit einem Innengewinde oder mit einem Außengewinde ausgerüstet sein. Zusätzlich oder alternativ kann die wiederverschließbare Öffnung als Steckverschluss ausgeführt sein. Weiter kann die Öffnung insbesondere zum Füllen der Fluidführung eingerichtet sein. Zusätzlich oder alternativ kann die Öffnung zum Leeren der Fluidführung eingerichtet sein. Die Öffnung kann zusätzlich oder alternativ für ein einmaliges Befüllen der Fluidführung eingerichtet sein und danach fest, insbesondere dauerhaft, beispielsweise irreversibel, verschlossen sein.
• Die Wandstärke der hohlzylindrischen Wärmeübertragungsvorrichtung liegt vorzugsweise in einem Bereich von 0,5 mm bis 5 mm, insbesondere in einem Bereich von 1 mm bis 2 mm, besonders bevorzugt 1,5 mm. Die Wandstärke der hohlzylindrischen Wärmeübertragungsvorrichtung liegt zwischen der ersten Oberfläche der ersten Platte und der vierten Oberfläche der zweiten Platte vor.
• Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Anordnung zum Kühlen einer ersten Zelle eines elektrochemischen Energiespeichers und einer zweiten Zelle des elektrochemischen Energiespeichers vorgeschlagen. Die Anordnung umfasst vorzugsweise die erste Zelle des elektrochemischen Energiespeichers, welche eine Oberseite und eine Unterseite sowie ein erstes zylindrisches Gehäuse aufweist. Zusätzlich oder alternativ umfasst die Anordnung vorzugsweise die zweite Zelle des elektrochemischen Energiespeichers, welche eine Oberseite und eine Unterseite sowie ein zweites zylindrisches Gehäuse aufweist. Die Anordnung kann zusätzlich oder alternativ eine Vielzahl weiterer Zellen des elektrochemischen Energiespeichers aufweisen. In dem ersten zylindrischen Gehäuse bzw. in dem zweiten zylindrischen Gehäuse bzw. in jedem der zylindrischen Gehäuse der Vielzahl Zellen ist vorzugsweise eine erfindungsgemäße hohlzylindrische Wärmeübertragungsvorrichtung angeordnet. Des Weiteren umfasst die Anordnung vorzugsweise eine Kühlplatte. Die Kühlplatte weist vorzugsweise eine vertikal orientierte Oberseite auf. Die Unterseite der ersten Zelle und die Unterseite der zweiten Zelle sind vorzugsweise auf der Oberseite der Kühlplatte angeordnet. Mit anderen Worten stehen die erste Zelle und die zweite Zelle auf der Kühlplatte. Darüber hinaus umfasst die Anordnung eine Vielzahl Kühlkanäle. Diese können insbesondere als Rohrleitungen ausgeführt sein. Die Kühlkanäle sind vorzugsweise mit der ersten Fluidführung der ersten zylindrischen Wärmeübertragungsvorrichtung und mit der zweiten Fluidführung der zweiten zylindrischen Wärmeübertragungsvorrichtung fluiddicht verbunden. Die Kühlkanäle sind vorzugsweise auf der Oberfläche der Kühlplatte angeordnet. Weiter sind die Kühlkanäle vorzugsweise, der zylindrischen Form des ersten Gehäuses bzw. zweiten Gehäuses folgend, um die erste zylindrische Wärmeübertragungsvorrichtung bzw. um die zweite zylindrische Wärmeübertragungsvorrichtung herum angeordnet. Für diesen Aspekt gelten die Ausführungen des ersten Aspektes in entsprechender Weise, so dass aus Gründen der Vermeidung von Doppelungen auf eine erneute Ausführung verzichtet wird.
• Gemäß einem dritten Aspekt wird ein elektrisch antreibbares Fortbewegungsmitteln vorgeschlagen, welches eine Wärmeübertragungsvorrichtung zum Kühlen einer Zelle eines elektrochemischen Energiespeichers des elektrisch antreibbaren Fortbewegungsmittels aufweist.
• Das elektrisch antreibbare Fortbewegungsmittel kann beispielsweise ein Straßenfahrzeug wie ein PKW, insbesondere Elektrofahrzeug, ein LKW, ein Motorrad, ein Transporter usw. sein. Für diesen Aspekt gelten die Ausführungen des ersten Aspektes in entsprechender Weise, so dass aus Gründen der Vermeidung von Doppelungen auf eine erneute Ausführung verzichtet wird.
• Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren. Es zeigen:
• 1 eine schematische Darstellung einer Wärmeübertragungsvorrichtung zum Kühlen einer Batterierundzelle im Querschnitt,
• 2 eine schematische Darstellung einer Wärmeübertragungsvorrichtung mit einer erweiterten Kühlführung und
• 3 eine Anordnung mehrerer Batterierundzellen mit einer Wärmeübertragungsvorrichtung zum Kühlen der Batterierundzellen.
• Die 1 zeigt einen Querschnitt einer erste Batterierundzelle 5, welche auf einer Kühlplatte 6 stehend angeordnet ist. Die erste Batterierundzelle 5 wird von einem ersten Blech 2 umgeben, welches an einem zweiten Blech 1 anliegt. Zwischen dem ersten Blech 2 und dem zweiten Blech 1 ist an einer ersten Position in einem ersten gemeinsamen Hohlraum zwischen dem ersten Blech 2 und dem zweiten Blech 1 eine erste Pulsating Heat Pipe 3 und an einer zweiten Position in einem zweiten gemeinsamen Hohlraum zwischen dem ersten Blech 2 und dem zweiten Blech 1 eine zweite Pulsating Heat Pipe 4 angeordnet. Die Abwärme der ersten Batterierundzelle 5 wird an der ersten Position durch das erste Blech 2 in das Fluid der ersten Pulsating Heat Pipe 3 und an der zweiten Position in das Fluid der zweiten Pulsating Heat Pipe 4 geleitet. Das erwärmte Fluid in der ersten Pulsating Heat Pipe 3 und in der zweiten Pulsating Heat Pipe 4 mäandert jeweils in Richtung einer Kühlplatte 6 und gibt dort Abwärme ab. Das abgekühlte Fluid mäandert in der ersten Pulsating Heat Pipe 3 und in der zweiten Pulsating Heat Pipe 4 schließlich wieder zum anderen Ende der ersten Batterierundzelle 5 und nimmt weitere Abwärme der ersten Batterierundzelle 5 auf.
• Die 2 zeigt eine erste Batterierundzelle 5, welche auf einer Kühlplatte 6 stehend angeordnet ist. Die erste Batterierundzelle 5 wird von einem ersten Blech 2 umgeben, welches an einem zweiten Blech 1 anliegt. Ein Sichtfenster 19 zeigt einen Schnitt in der Berührungsfläche des ersten Blechs 2 und des zweiten Blechs 1. Es sind eine dritte Pulsating Heat Pipe 16, eine vierte Pulsating Heat Pipe 17 und eine fünfte Pulsating Heat Pipe 18 zu sehen, welche jeweils in einem Hohlraum zwischen dem ersten Blech 2 und dem zweiten Blech 1 angeordnet sind. Die dritte Pulsating Heat Pipe 16 ist mit einer ersten erweiterten Kühlführung 10 verbunden, welche auf der Kühlplatte 6 in eine erste Richtung orientiert schleifenförmig angeordnet ist. Die vierte Pulsating Heat Pipe 17 ist mit einer zweiten erweiterten Kühlführung 9 verbunden, welche auf der Kühlplatte 6 in eine zweite Richtung orientiert schleifenförmig angeordnet ist. Die fünfte Pulsating Heat Pipe 18 ist mit einer dritten Kühlführung 8 verbunden, welche auf der Kühlplatte 6 in eine dritte Richtung orientiert schleifenförmig angeordnet ist. Weitere Pulsating Heat Pipes sind mit einer vierten Kühlführung 13 und einer fünften Kühlführung 7 verbunden, welche auf der Kühlplatte 6 in eine vierte Richtung und eine fünfte Richtung orientiert schleifenförmig angeordnet sind. Die Abwärme der ersten Batterierundzelle 5 wird durch das erste Blech 2 in das Fluid der dritten Pulsating Heat Pipe 16, das Fluid der vierten Pulsating Heat Pipe 17 und das Fluid der fünften Pulsating Heat Pipe 18 geleitet. Das erwärmte Fluid in der dritten Pulsating Heat Pipe 16 mäandert Richtung Kühlplatte 6 und weiter in die erste erweiterte Kühlführung 10 und gibt dort Abwärme ab. Das erwärmte Fluid in der vierten Pulsating Heat Pipe 17 mäandert Richtung Kühlplatte 6 und weiter in die zweite erweiterte Kühlführung 9 und gibt dort Abwärme ab. Das erwärmte Fluid in der vierten Pulsating Heat Pipe 18 mäandert Richtung Kühlplatte 6 und weiter in die erste erweiterte Kühlführung 8 und gibt dort Abwärme ab. Das abgekühlte Fluid mäandert in den Pulsating Heat Pipes 16, 17, 18 schließlich wieder zum anderen Ende der ersten Batterierundzelle 5 und nimmt weitere Abwärme der ersten Batterierundzelle 5 auf.
• 3 zeigt eine Rundzellenanordnung 100 mit einer ersten Batterierundzelle 5, einer zweiten Batterierundzelle 15, einer dritten Batterierundzelle 25 und einer vierten Batterierundzelle 35. Die Batterierundzellen 5, 15, 25, 35 sind nebeneinander auf einer Kühlplatte 6 stehend angeordnet. Die erste Batterierundzelle 5 wird von einem ersten Blech 2 umgeben, welches an einem zweiten Blech 1 anliegt. Zwischen dem ersten Blech 2 und dem zweiten Blech 1 ist eine Pulsating Heat Pipe angeordnet. Die zweite Batterierundzelle 15 wird von einem dritten Blech 12 umgeben, welches an einem vierten Blech 11 anliegt. Zwischen dem dritten Blech 12 und dem vierten Blech 11 ist eine Pulsating Heat Pipe angeordnet. Die dritte Batterierundzelle 25 wird von einem fünften Blech 22 umgeben, welches an einem sechsten Blech 21 anliegt. Zwischen dem fünften Blech 22 und dem sechsten Blech 21 ist eine Pulsating Heat Pipe angeordnet. Die vierte Batterierundzelle 35 wird von einem siebten Blech 32 umgeben, welches an einem achten Blech 31 anliegt. Zwischen dem siebten Blech 32 und dem achten Blech 31 ist eine Pulsating Heat Pipe angeordnet. Die Fluid der Pulsating Heat Pipes nehmen jeweils Abwärme der Batterierundzellen 5, 15, 25, 35 auf und das erwärmte Fluid in den Pulsating Heat Pipes mäandert zur Kühlplatte 6 und gibt dort Abwärme ab. Die abgekühlten Fluide mäandern in den Pulsating Heat Pipes schließlich wieder zum anderen Ende der Batterierundzellen 5, 15, 25, 35 und nehmen weitere Abwärme der Batterierundzellen 5, 15, 25, 35 auf.
• Bezugszeichenliste:

1

zweites Blech

2

erstes Blech

3

erste Pulsating Heat Pipe

4

zweite Pulsating Heat Pipe

5

erste Batterierundzelle

6

Kühlplatte

7

fünfte Kühlführung

8

dritte Kühlführung

9

zweite Kühlführung

10

erste Kühlführung

11

viertes Blech

12

drittes Blech

13

vierte Kühlführung

15

zweite Batterierundzelle

16

dritte Pulsating Heat Pipe

17

vierte Pulsating Heat Pipe

18

fünfte Pulsating Heat Pipe

19

Sichtfenster

21

sechstes Blech

22

fünftes Blech

25

dritte Batterierundzelle

31

achtes Blech

32

siebtes Blech

33

vierte Batterierundzelle

100

Rundzellenanordnung

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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• Zitierte Patentliteratur
• DE 102015212334 A1 [0004]
• DE 102017219798 [0005]

Claims (11)

1. Hohlzylindrische Wärmeübertragungsvorrichtung zum Kühlen einer Zelle (5) eines elektrochemischen Energiespeichers (100), aufweisend: • eine erste Platte (2) mit einer ersten Oberfläche und einer der ersten Oberfläche gegenüberliegend angeordneten zweiten Oberfläche, • eine zweite Platte (1) mit einer dritten Oberfläche und einer der dritten Oberfläche gegenüberliegend angeordneten vierten Oberfläche und • eine Fluidführung (3), welche zwischen der ersten Platte (2) und der zweiten Platte (1) angeordnet ist, wobei die zweite Oberfläche mit der dritten Oberfläche an Berührungspunkten verbunden ist, wobei die hohlzylindrische Wärmeübertragungsvorrichtung vertikal ein erstes Ende und ein dem ersten Ende in entgegengesetzter Richtung orientiertes zweites Ende aufweist und wobei innerhalb der hohlzylindrischen Wärmeübertragungsvorrichtung die Zelle (5) des elektrochemischen Energiespeichers (100) angeordnet ist.
2. Hohlzylindrische Wärmeübertragungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Fluidführung (3) der hohlzylindrischen Form der Wärmeübertragungsvorrichtung folgend in einer Vielzahl parallel zueinander angeordneter linearer Abschnitte angeordnet ist, wobei die linearen Abschnitte der Fluidführung parallel zur Mittelachse der Wärmeübertragungsvorrichtung angeordnet sind und wobei die linearen Abschnitte der Fluidführung mit bogenförmigen Verbindungselementen verbunden sind, wobei die bogenförmigen Verbindungselemente der linearen Abschnitte der Fluidführung (3) abwechselnd auf der in Richtung des ersten Endes orientierten Seite und auf der in Richtung des zweiten Endes orientierten Seite vorliegen.
3. Hohlzylindrische Wärmeübertragungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das zweite Ende der hohlzylindrischen Wärmeübertragungsvorrichtung auf einer Kühlplatte (6) angeordnet ist und wobei die linearen Abschnitte der Fluidführung (3) über das zweite Ende der hohlzylindrischen Wärmeübertragungsvorrichtung hinausgehend mit zweiten Verbindungselementen (7, 8, 9, 10, 13) verbunden sind, welche an der Kühlplatte (6) angeordnet sind.
4. Hohlzylindrische Wärmeübertragungsvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die hohlzylindrische Wärmeübertragungsvorrichtung in einem Gehäuse der Zelle (5) des elektrochemischen Energiespeichers (100) angeordnet ist.
5. Hohlzylindrische Wärmeübertragungsvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Fluidführung (3) in einer ersten Vertiefung in der dritten Oberfläche der zweiten Platte (1) und/oder in einer zweiten Vertiefung in der zweiten Oberfläche der ersten Platte (2) und/oder in einem durch eine dritte Vertiefung in der zweiten Oberfläche der ersten Platte (2) und eine vierte Vertiefung in der dritten Oberfläche der zweiten Platte (1) gemeinsam gebildetes Volumen angeordnet ist.
6. Hohlzylindrische Wärmeübertragungsvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Fluidführung (3) • ein Hohlraum und/oder • eine Rohrleitung ist.
7. Hohlzylindrische Wärmeübertragungsvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Fluidführung (3) eine Pulsating Heat Pipe ist.
8. Hohlzylindrische Wärmeübertragungsvorrichtung Anspruch 5, wobei die erste Vertiefung und/oder die zweite Vertiefung mittels • eines materialabtragenden Fertigungsverfahrens, insbesondere Fräsen, und/oder • eines umformenden Fertigungsverfahrens, insbesondere Prägen und/oder Heißpressen und/oder Tiefziehen und/oder • eines ätzenden Fertigungsverfahrens hergestellt ist.
9. Hohlzylindrische Wärmeübertragungsvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die hohlzylindrische Wärmeübertragungsvorrichtung eine Wandstärke von weniger als 1,5 mm aufweist.
10. Anordnung zum Kühlen einer ersten Zelle (5) und einer zweiten Zelle (15) eines elektrochemischen Energiespeichers (100), wobei die erste Zelle (5) des elektrochemischen Energiespeichers eine Oberseite und eine Unterseite sowie ein erstes zylindrisches Gehäuse aufweist, wobei in dem ersten zylindrischen Gehäuse eine erste hohlzylindrische Wärmeübertragungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche angeordnet ist und die zweite Zelle (15) des elektrochemischen Energiespeichers (100) eine Oberseite und eine Unterseite sowie ein zweites zylindrisches Gehäuse aufweist, wobei in dem zweiten zylindrischen Gehäuse eine zweite hohlzylindrische Wärmeübertragungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche angeordnet ist, umfassend: • eine Kühlplatte (6), welche eine Oberseite aufweist, wobei die Unterseite der ersten Zelle (5) und die Unterseite der zweiten Zelle (15) auf der Oberseite der Kühlplatte (6) angeordnet sind und • Kühlkanäle, wobei die Kühlkanäle mit einer ersten Fluidführung (3) der ersten hohlzylindrischen Wärmeübertragungsvorrichtung und mit einer zweiten Fluidführung der zweiten hohlzylindrischen Wärmeübertragungsvorrichtung verbunden sind und wobei die Kühlkanäle auf der Oberseite der Kühlplatte angeordnet sind.
11. Elektrisch antreibbares Fortbewegungsmittel aufweisend eine hohlzylindrische Wärmeübertragungsvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 9.

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