DE102022211531A1 - Cooler and method of making a cooler - Google Patents
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Abstract
Ein Kühler (12) weist zumindest ein Flachrohr (16) mit mehreren Strömungskanälen auf, die U-förmig durchströmbar sind, wobei das Flachrohr (16) einstückig eine Abdichtung (32) zwischen unterschiedlich gerichteten Strömungswegen aufweist, die sich über Zu- und/oder Abfluss des Flachrohrs (16) hinaus von dem Flachrohr (16) erstreckt.Bei einem Verfahren zur Herstellung eines Kühlers (12) wird ein Flachrohr (16) extrudiert und gestanzt, ein Tank (18) aus Blech gestanzt und nachfolgend gefaltet, und Flachrohr (16) und Tank (18) werden miteinander verlötet.A cooler (12) has at least one flat tube (16) with a plurality of flow channels through which flow can flow in a U-shape, the flat tube (16) integrally having a seal (32) between differently directed flow paths, which are via inlet and/or Outflow of the flat tube (16) extends out from the flat tube (16).In a method for producing a cooler (12), a flat tube (16) is extruded and punched, a tank (18) is punched from sheet metal and subsequently folded, and flat tube ( 16) and tank (18) are soldered together.
Description
Technisches GebietTechnical area
Die Erfindung betrifft einen Kühler, insbesondere für Batteriezellen, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Kühlers.The invention relates to a cooler, in particular for battery cells, and a method for producing a cooler.
Im Zuge der wachsenden Bedeutung der Elektromobilität ist es erforderlich, Kühler für Batteriezellen vorzusehen, die elektrische Energie zu elektrischen Antrieben von Fahrzeugen, wie z.B. PKWs, liefern.As electromobility grows in importance, it is necessary to provide coolers for battery cells that supply electrical energy to the electric drives of vehicles such as cars.
Stand der TechnikState of the art
Insbesondere für zylindrische Batteriezellen ist es beispielsweise aus der
Gemäß der
Darstellung der ErfindungPresentation of the invention
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen effizient herstellbaren und leckagefreien Kühler sowie ein Herstellungsverfahren hierfür bereitzustellen.Against this background, the invention is based on the object of providing an efficiently producible and leak-free cooler and a manufacturing method for this.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt zum einen durch den in Patentanspruch 1 beschriebenen Kühler.This problem is solved on the one hand by the cooler described in claim 1.
Demzufolge weist dieser zumindest ein Flachrohr mit mehreren Strömungskanälen auf, die U-förmig durchströmbar sind. Ferner ist das Flachrohr typischerweise mit einem Tank verbunden und weist einstückig eine Abdichtung zwischen unterschiedlich gerichteten Strömungswegen auf, die für die Dichtwirkung bevorzugt mit Lot zusammenwirkt und sich über Zu- und/oder Abfluss des Flachrohrs hinaus von dem Flachrohr erstreckt. Das Flachrohr wird somit insgesamt im Wesentlichen U-förmig durchströmt. Hierfür ist an dem dem Tank gegenüberliegenden Ende eine geeignete Umlenkung für die Strömung aus der einen in die andere Hälfte des Flachrohres vorgesehen.As a result, it has at least one flat tube with several flow channels through which flow can flow in a U-shape. Furthermore, the flat tube is typically connected to a tank and has a one-piece seal between differently directed flow paths, which preferably interacts with solder for the sealing effect and extends beyond the inflow and/or outflow of the flat tube from the flat tube. The flow through the flat tube is therefore essentially U-shaped. For this purpose, a suitable deflection for the flow from one half of the flat tube to the other is provided at the end opposite the tank.
Das Flachrohr und die darin vorgesehenen, typischerweise mehreren Strömungskanäle erstrecken sich im Wesentlichen parallel und weisen eine in Strömungsrichtung gemessene Länge auf, die deutlich größer ist, beispielsweise mindestens dreimal so groß, wie eine hierzu senkrecht gemessene Breite. In einem Schnitt senkrecht zur Strömungsrichtung wird unter Breite diejenige Oberfläche des Flachrohrs verstanden, die wiederum deutlich größer ist als die Schmalseiten, beispielsweise mindestens fünfmal so groß.The flat tube and the typically multiple flow channels provided therein extend essentially parallel and have a length measured in the direction of flow that is significantly larger, for example at least three times as large, as a width measured perpendicular thereto. In a section perpendicular to the direction of flow, width is understood to mean that surface of the flat tube which in turn is significantly larger than the narrow sides, for example at least five times as large.
Der Kühler ist zum einen dadurch effizient herstellbar, dass das Flachrohr einschließlich des oben und nachfolgend als Abdichtung bezeichneten Abschnitts durch Extrudieren und nachfolgendes Stanzen in der Umgebung der Abdichtung aus einer Aluminiumlegierung oder Aluminium hergestellt werden kann. Statt Extrudieren kann Rollumformung, mit anderen Worten Faltung, mit nachfolgendem Verschweißen oder Verlöten zum Einsatz kommen. Ferner kann der Tank, beispielsweise durch Stanzen und Biegen und typischerweise aus Blech so hergestellt werden, dass er nicht nachbearbeitet werden muss. Für die notwendige Abdichtung zwischen den beiden Strömungswegen sorgt die als einstückiger Fortsatz oder „Nase“ ausgebildete Abdichtung, die dadurch ebenfalls in effizienter Art und Weise, im Rahmen des Extrudierens des Flachrohrs einstückig an diesem ausgebildet werden kann. Die Verbindung des Flachrohr und dem Tank kann in effizienter Weise durch Löten erfolgen. Hierbei kann die Abdichtung in geeigneter Weise in dem Tank angeordnet werden.On the one hand, the cooler can be produced efficiently in that the flat tube, including the section referred to above and below as the seal, can be produced from an aluminum alloy or aluminum by extrusion and subsequent punching in the area of the seal. Instead of extrusion, roll forming, in other words folding, with subsequent welding or soldering can be used. Furthermore, the tank can be manufactured, for example by punching and bending and typically from sheet metal, so that it does not need to be reworked. The seal designed as a one-piece extension or “nose” ensures the necessary seal between the two flow paths, which can therefore also be formed in one piece on the flat tube in an efficient manner during the extrusion process. The flat tube and the tank can be connected efficiently by soldering. The seal can be arranged in the tank in a suitable manner.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.Further preferred embodiments are described in the further claims.
Bevorzugt weist der Kühler an dem dem Tank gegenüberliegenden Ende wie erwähnt einen Sammler auf. Hierdurch kann die Strömung U-förmig umgelenkt werden. Der Sammler kann in effizienter Weise aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bestehen und bevorzugt gestanzt und/oder gebogen sein und umgibt im Wesentlichen einen Endbereich des Flachrohrs.As mentioned, the cooler preferably has a collector at the end opposite the tank. This allows the flow to be diverted in a U-shape. The collector can efficiently consist of aluminum or an aluminum alloy and can preferably be punched and/or bent and essentially surrounds an end region of the flat tube.
Eine besonders zuverlässige Abdichtung und Anordnungsbeziehung zwischen den genannten Komponenten ergeben sich, wenn der Tank die Abdichtung zwischen de unterschiedlich gerichteten Strömungswegen aufnimmt.A particularly reliable seal and arrangement relationship between the components mentioned arise when the tank accommodates the seal between the differently directed flow paths.
Für die Zu- und Abführung von Kühlmittel ist der Tank mit zumindest zwei Fluidanschlüssen versehen, die bevorzugt jeweils zumindest ein Dichtelement aufweisen. Die Fluidanschlüsse können im Wesentlichen rohrförmig sein, wobei ein Endbereich einen kleineren Außen- und Innendurchmesser aufweisen kann. Der Außendurchmesser kann insbesondere so ausgeführt sein, dass der Fluidanschluss, bevorzugt mit einem oder mehreren Dichtungselementen, beispielsweise O-Ringen dazwischen, in den Endbereich eines identisch geformten Fluidanschlusses einer benachbarten Anordnung aus Flachrohr, Tank und Fluidanschlüssen, in den Endbereich mit größerem Innendurchmesser einsteckbar ist. Hierdurch kann eine Anordnung von zahlreichen parallel angeordneten Flachrohren ausgebildet werden, um zahlreiche Batteriezellen effizient zu kühlen. Die Fluidanschlüsse können bevorzugt einstückig sein, so dass sie in Form des Endes mit kleinerem Außendurchmesser einen „Male Connector“ und in Form des Endes mit größerem Außendurchmesser einen „Female Connector“ bilden. Wie nachfolgend unter Bezugnahme auf
Somit dichtet das bevorzugt vorgesehene Dichtungselement im eingeführten Zustand zwischen dem Ende mit kleinerem Durchmesser und dem Ende mit größerem Durchmesser zuverlässig ab.Thus, the preferably provided sealing element seals reliably in the inserted state between the end with a smaller diameter and the end with a larger diameter.
Bevorzugt weisen die Fluidanschlüsse jeweils einen Schlitz auf, welcher der Fluidverbindung zwischen den Fluidanschlüssen und dem Flachrohr dient und in vorteilhafter Weise leicht herstellbar ist.The fluid connections preferably each have a slot, which serves for the fluid connection between the fluid connections and the flat tube and is advantageously easy to produce.
Als vorteilhaft hat sich zumindest ein Schlitz erwiesen, der länglich ist und sich über etwa ein Viertel des Umfangs eines kreiszylindrischen Fluidanschlusses erstreckt.At least one slot that is elongated and extends over approximately a quarter of the circumference of a circular cylindrical fluid connection has proven to be advantageous.
Ferner wird bevorzugt, dass die Breite zumindest eines Schlitzes in etwa der Höhe des Flachrohrs entspricht. Die Höhe, die auch als Dicke bezeichnet werden könnte, wird hierbei senkrecht zur Strömungsrichtung in den Flachrohren und senkrecht zur Breite der Flachrohre betrachtet.Furthermore, it is preferred that the width of at least one slot corresponds approximately to the height of the flat tube. The height, which could also be referred to as thickness, is considered perpendicular to the direction of flow in the flat tubes and perpendicular to the width of the flat tubes.
Der erfindungsgemäße Kühler eignet sich in besonderer Weise für zylindrische Batteriezellen, wenn die Flachrohre in einer Richtung senkrecht zur Strömungsrichtung und senkrecht zur breiteren Seite wellenförmig ausgebildet sind. Mit anderen Worten ist die Wellenform bei Blickrichtung auf eine der beiden Schmalseiten erkennbar. Die Wellenform kann jedoch auch entfallen, oder bei der genannten Blickrichtung kann das Flachrohr eine andere Gestalt aufweisen, die bspw. an prismatische, zu kühlende Zellen angepasst sein kann.The cooler according to the invention is particularly suitable for cylindrical battery cells if the flat tubes are wave-shaped in a direction perpendicular to the flow direction and perpendicular to the wider side. In other words, the waveform can be seen when looking towards one of the two narrow sides. However, the wave shape can also be omitted, or in the direction of view mentioned, the flat tube can have a different shape, which can be adapted, for example, to prismatic cells to be cooled.
Die Montage kann weiter vereinfacht werden, und die Lagebeziehungen zwischen den genannten Komponenten sind besonders gut definiert, wenn zumindest ein Flachrohr und/oder zumindest ein Fluidanschluss und /oder der Tank einen Anschlag aufweist. Im Fall der Fluidanschlüsse kann die beispielsweise als außenumlaufende Sicke ausgebildet sein, die im Wesentlichen eine Rippe oder einen Steg bildet. Im Fall des Flachrohrs kann der Anschlag durch das Ende der Abdichtung gebildet werden.The assembly can be further simplified, and the positional relationships between the components mentioned are particularly well defined if at least one flat tube and/or at least one fluid connection and/or the tank has a stop. In the case of the fluid connections, they can be designed, for example, as an externally circumferential bead, which essentially forms a rib or a web. In the case of the flat tube, the stop can be formed by the end of the seal.
Eine besonders zuverlässige Trennung der beiden Strömungsrichtungen voneinander wird erreicht, wenn Tank und Abdichtung miteinander verlötet sind.A particularly reliable separation of the two flow directions from one another is achieved when the tank and seal are soldered together.
Für eine einfache Herstellbarkeit und gleichzeitig Funktionalität wird bevorzugt, dass die Abdichtung in einer Draufsicht im Wesentlichen rechteckig ist.For ease of manufacture and functionality at the same time, it is preferred that the seal is essentially rectangular in a top view.
Die Dichtigkeit kann besonders zuverlässig hergestellt werden, wenn die Abdichtung eine im Wesentlichen gleichmäßige Dicke aufweist. Die Dicke wird hierbei senkrecht zur Strömungsrichtung in den Flachrohren und senkrecht zur Breite der Flachrohre betrachtet.The seal can be produced particularly reliably if the seal has a substantially uniform thickness. The thickness is considered perpendicular to the direction of flow in the flat tubes and perpendicular to the width of the flat tubes.
Besonders wirksam im Hinblick auf die Dichtigkeit kann beispielsweise eine Abdichtung mit im Wesentlichen gleichmäßiger Dicke mit einem Tank zusammenwirken, der zwei parallel aufeinander gefaltete Hälften aufweist, die durch einen Fortsatz verbunden sind.For example, a seal with a substantially uniform thickness can work particularly effectively with regard to tightness with a tank that has two halves folded parallel to one another and connected by an extension.
Wie oben bereits angedeutet, können mehrere Kühler mit Flachrohren zur Ausbildung einer Kühlvorrichtung miteinander kombiniert werden, insbesondere derart, dass die Flachrohre bezüglich benachbarter Flachrohre um 180° verdreht sind. Hierdurch liegen sich Wellentäler gegenüber, in denen jeweils Batteriezellen, insbesondere zylindrische Batteriezellen, aufnehmbar sind.As already indicated above, several coolers with flat tubes can be combined with one another to form a cooling device, in particular in such a way that the flat tubes are rotated by 180° with respect to adjacent flat tubes. As a result, wave troughs lie opposite one another, in which battery cells, in particular cylindrical battery cells, can be accommodated.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist in Anspruch 19 beschrieben und wurde vorangehend bereits erläutert. Es sei ferner erwähnt, dass sämtliche, im Zusammenhang mit dem Kühler vorangehend und nachfolgend angegebenen Merkmale auf das erfindungsgemäße Verfahren anwendbar sind und umgekehrt.The method according to the invention is described in claim 19 and has already been explained above. It should also be mentioned that all of the features specified above and below in connection with the cooler are applicable to the method according to the invention and vice versa.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
-
1 eine Anordnung mehrerer erfindungsgemäßer Kühler mit zu kühlenden Batteriezellen; -
2 einen wesentlichen Abschnitt des erfindungsgemäßen Kühlers in einer perspektivischen Ansicht; -
3 das Ende des Flachrohrs in einer perspektivischen Ansicht; -
4 und5 das Flachrohr und den Tank in einer perspektivischen (Schnitt-)Ansicht; -
6 den Endabschnitt des Flachrohrs in einer perspektivischen Ansicht; -
7 das dem Tank gegenüberliegende Ende eines Flachrohrs in einer perspektivischen Ansicht; und -
8 bis10 das vorangehend genannte Ende in unterschiedlichen perspektivischen Schnittansichten.
-
1 an arrangement of several coolers according to the invention with battery cells to be cooled; -
2 an essential section of the cooler according to the invention in a perspective view; -
3 the end of the flat tube in a perspective view; -
4 and5 the flat pipe and the tank in a perspective (sectional) view; -
6 the end section of the flat tube in a perspective view; -
7 the end of a flat tube opposite the tank in a perspective view; and -
8th until10 the aforementioned end in different perspective sectional views.
Ausführliche Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der ErfindungDetailed description of preferred embodiments of the invention
Das in
Aus
Die Fluidanschlüsse 24 weisen in dem gezeigten Fall jeweils einen umlaufenden Anschlag 54 auf, der die Lage des jeweiligen Fluidanschlusses 24 bezüglich des Tanks 18 definiert. Im Bereich des Anschlags 54 ist der jeweilige Fluidanschluss 24 in axialer Richtung im Bereich 56 mit dem Tank 18 verlötet. Hierbei liegt die Oberfläche des Tanks 18 im Wesentlichen flächig an derjenigen des Anschlags 54 an. An der zu dem Anschlag 54 entgegengesetzten Seite ist die für den Fluidanschluss 24 vorgesehene Öffnung im Wesentlichen durch einen Kragen 58 begrenzt, der seinerseits flächig an der zylindrischen Oberfläche des Fluidanschlusses 24 anliegt, so dass hier in radialer Richtung eine Lötverbindung ausgebildet ist.In the case shown, the
In
Aus
Aus der Schnittansicht gemäß
Im Bereich der Abdichtung 32 und deutlich breiter weist auch der Tank 18 einen Fortsatz 60 auf, der die beiden oben bereits erwähnten Hälften des Tanks 18, gemäß den Figuren vor und hinter dem Flachrohr 16 miteinander verbindet, und um welchen die beiden Hälften zueinander gebogen sein können. Der Fortsatz, der gewissermaßen als Scharnier wirkt, kann auch schmäler sein, und es können mehrere solcher schmäleren Fortsätze vorhanden sein.In the area of the
In der Schnittansicht von
Das in
Wie ergänzend in
As in supplementary
In den verbleibenden Figuren ist der Sammler 40 an dem zu dem Tank 18 entgegengesetzten Ende dargestellt. Dieser ist in dem gezeigten Fall aus einem Blech, beispielsweise aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gestanzt und um das Flachrohr derart gebogen, dass die von der einen Hälfte des Flachrohrs 16 aufgenommene Strömung im Wesentlichen um 180° oder insgesamt U-förmig umgelenkt und in die andere Hälfte des Flachrohrs 16 geleitet wird. Wie in den Figuren zu erkennen ist, können eine obere und eine untere Hälfte des Sammlers 40 durch einen oder mehrere Stege 42, die auch schmäler sein können als gezeigt, verbunden und mittels seitlicher Laschen 44 aneinander befestigt sein. Die beschriebenen Hälften können zusätzlich aneinander und mit dem Flachrohr 16 verlötet sein. Dies gilt beispielsweise für die in
Jegliche hierin beschriebenen Merkmale können mit jeglichen Merkmalen kombiniert werden, die in den ebenfalls heute eingereichten Anmeldungen mit den Anwaltszeichen 248565 und 248459 beschrieben sind, solange sie einander nicht widersprechen.Any features described herein may be combined with any features described in Applications Nos. 248565 and 248459, also filed today, so long as they do not conflict with each other.
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