DE112015003530T5 - Batteriezellen-Wärmetauscher mit gestaffelter Wärmeübertragungsfläche - Google Patents

Batteriezellen-Wärmetauscher mit gestaffelter Wärmeübertragungsfläche Download PDF

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Benjamin A. Kenney
Nik Vucenic
Michael Bardeleben
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Original Assignee
Dana Canada Corp
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Abstract

Ein Batteriezellen-Wärmetauscher, der von einem Paar zusammenpassender Platten gebildet wird, die zusammen einen inneren rohrförmigen Strömungsdurchgang bilden. Der rohrförmige Strömungsdurchgang hat allgemein die Form eines mäanderförmigen Strömungsdurchgangs, der sich zwischen einem Eintrittsende und einem Austrittsende erstreckt und allgemein parallele Strömungsdurchgangsteile hat, die durch allgemein U-förmige Strömungsdurchgangsteile miteinander verbunden sind. Der Strömungsdurchgang stellt innerhalb von jedem allgemein parallelen Strömungsdurchgangsteil eine gestaffelte Wärmeübertragungsfläche und/oder eine mit jedem Strömungsdurchgangsteil assoziierte variable Kanalbreite bereit, um eine verbesserte Temperaturgleichmäßigkeit über die Oberfläche des Wärmetauschers bereitzustellen. Die gestaffelte Wärmeübertragungsfläche kann die Form einer zunehmenden Vergrößerung der mit den einzelnen Strömungsdurchgangsteilen assoziierten Oberfläche durch in den Strömungsdurchgangsteilen angeordneten Wärmeübertragungsverbesserungsmerkmalen oder -flächen haben. Die Kanalbreite und/oder Höhe kann auch unterschiedlich sein, um für jeden Strömungsdurchgangsteil allmählich kleiner zu werden.

Description

  • QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
  • Die vorliegende Anmeldung beansprucht Priorität und das Vorrecht aus der am 31. Juli 2014 unter dem Titel BATTERY CELL HEAT EXCHANGER WITH GRADED HEAT TRANSFER SURFACE angemeldeten provisorischen US-Patentanmeldung Nr. 62/031,553. Der Inhalt der obigen Patentanmeldung wird hiermit durch Bezugnahme ausdrücklich vollumfänglich in die ausführliche Beschreibung der vorliegenden Erfindung eingebunden.
  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Diese Offenbarung betrifft Batteriezellen-Wärmetauscher oder Kühlplatten-Wärmetauscher, die zum Ableiten von Wärme in Batterieeinheiten verwendet werden.
  • ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
  • Wiederaufladbare Batterien, wie aus vielen Lithium-Ionen-Zellen zusammengesetzte Batterien, können in vielen Anwendungen verwendet werden, darunter zum Beispiel Elektrofahrzeug-(EV) und Hybridelektrofahrzeug-(HEV)-anwendungen. Diese Anwendungen erfordern oft hoch entwickelte Batteriesysteme, die eine hohe Energiespeicherkapazität haben und große Wärmemengen erzeugen können, die abgeleitet werden müssen. Das Batteriewärmemanagement dieser Systemtypen erfordert im Allgemeinen, dass die Höchsttemperatur der einzelnen Zellen unter einer vorbestimmten, vorgegebenen Temperatur ist. Genauer müssen die Batteriezellen Batteriezellentemperaturgleichmäßigkeit aufweisen, so dass die Differenz zwischen der Höchsttemperatur (Tmax) innerhalb der Zelle und die Mindesttemperatur (Tmin) innerhalb der Zelle, z.B. Tmax – Tmin, kleiner als eine vorgegebene Temperatur ist. Außerdem muss durch die Wärmetauscher strömendes Fluid, das zum Kühlen der Batterien verwendet wird, einen geringen Druckabfall durch den Wärmetauscher aufweisen, um die richtige Leistung der Kühlvorrichtung zu gewährleisten.
  • Kühlplatten-Wärmetauscher sind Wärmetauscher, auf denen ein Stapel benachbarter Batteriezellen oder Batteriezellenbehälter, in denen eine oder mehr Batteriezellen aufgenommen sind, zur Kühlung und/oder Regulierung der Temperatur einer Batterieeinheit angeordnet ist. Die einzelnen Batteriezellen oder Batteriezellenbehälter sind in Stirnflächenkontakt miteinander zu einem Stapel angeordnet, wobei der Stapel aus Batteriezellen oder Batteriezellenbehältern oben auf einem Kühlplatten-Wärmetauscher angeordnet ist, so dass eine Stirnfläche oder Endfläche jeder Batteriezelle oder jedes Batteriezellenbehälters mit einer Oberfläche des Wärmetauschers in Flächenkontakt ist. Wärmetauscher zur Kühlung und/oder Regulierung der Temperatur einer Batterieeinheit können auch zwischen den einzelnen Batteriezellen oder Batteriezellenbehältern angeordnet sein, die den Stapel bilden, wobei die einzelnen Wärmetauscher durch gemeinsame Eintritts- und Austrittskrümmer miteinander verbunden sind. Zwischen den benachbarten Batteriezellen oder Batteriezellenbehältern in dem Stapel angeordnete oder „zwischengelegte“ Wärmetauscher können manchmal als Zellenzwischenelemente (z.B. „ICE“-Platten-Wärmetauscher) oder Kühlrippen bezeichnet werden.
  • Sowohl für Kühlplatten-Wärmetauscher als auch für Zellenzwischenelement- oder ICE-Platten-Wärmetauscher ist die Temperaturgleichmäßigkeit über die Oberfläche des Wärmetauschers beim Wärmemanagement der gesamten Batterieeinheit eine wichtige Überlegung, da die Temperaturgleichmäßigkeit über die Oberfläche des Wärmetauschers mit dem Gewährleisten, dass es zwischen den einzelnen Batteriezellen in der Batterieeinheit eine Mindesttemperaturdifferenz gibt, in Zusammenhang steht. Insbesondere für Kühlplatten-Wärmetauscher bedeuten diese Anforderungen das Gewährleisten, dass die Höchsttemperatur der Oberfläche der Kühlplatte so niedrig wie möglich ist, wobei die Temperatur über die Platte so gleichmäßig wie möglich ist, um einheitliches Kühlen auf der gesamten Oberfläche der Platte zu gewährleisten.
  • Dementsprechend besteht ein Bedarf an verbesserten Batteriezellen-Wärmetauschern, die verbesserte Temperaturgleichmäßigkeit über die Wärmeübertragungsfläche bieten, die mit den Batterieeinheiten in Kontakt kommt, um eine adäquate Ableitung der von diesen Batteriesystemen/-einheiten erzeugten Wärme zu gewährleisten.
  • KURZDARSTELLUNG DER VORLIEGENDEN OFFENBARUNG
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung ist ein Batteriezellen-Wärmetauscher vorgesehen, der Folgendes aufweist: ein Paar zusammenpassender Wärmetauscherplatten, wobei das Paar zusammenpassender Wärmetauscherplatten zusammen einen inneren mehrzügigen rohrförmigen Strömungsdurchgang dazwischen bildet; den mehrzügigen rohrförmigen Strömungsdurchgang, der ein Eintrittsende und ein Austrittsende und mehrere allgemein parallele Strömungsdurchgangsteile hat, die durch allgemein U-förmige Strömungsdurchgangsteile miteinander verbunden sind, wobei die allgemein parallelen Strömungsdurchgangsteile und die allgemein U-förmigen Teile zusammen das genannte Eintrittsende und das genannte Austrittsende miteinander verbinden; einen Fluideintritt, der mit dem genannten Eintrittsende des genannten Strömungsdurchgangs in Fluidverbindung ist zum Zuführen eines Fluids zu dem genannten Wärmetauscher; einen Fluidaustritt, der mit dem genannten Austrittsende des genannten Strömungsdurchgangs in Fluidverbindung ist zum Ablassen des genannten Fluids aus dem genannten Wärmetauscher; wobei jeder allgemein parallele Strömungsdurchgangsteil einen Strömungswiderstand und eine Wärmeübertragungsleistungskennlinie definiert, wobei der Strömungswiderstand und die Wärmeübertragungsleistungskennlinie von jedem der genannten allgemein parallelen Strömungsdurchgangsteile zwischen dem Eintrittsende und dem Austrittsende zunehmen. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung ist eine Batterieeinheit vorgesehen, die Folgendes aufweist: mehrere Batteriezellenbehälter, in denen jeweils eine oder mehr einzelne Batteriezellen aufgenommen sind, wobei die Batteriezellenbehälter in aneinandergrenzendem Stirnflächenkontakt miteinander angeordnet sind; einen Batteriezellen-Wärmetauscher, der unter den genannten mehreren Batteriezellenbehältern angeordnet ist, so dass eine Stirnfläche jedes Batteriezellenbehälters mit dem genannten Wärmetauscher in Flächenkontakt ist; wobei jeder Batteriezellen-Wärmetauscher Folgendes aufweist: ein Paar zusammenpassender Wärmeaustauschplatten, wobei das Paar zusammenpassender Wärmeaustauschplatten zusammen einen mehrzügigen rohrförmigen Strömungsdurchgang dazwischen bildet; der mehrzügige rohrförmige Strömungsdurchgang, der ein Eintrittsende und ein Austrittsende und mehrere allgemein parallele Strömungsdurchgangsteile hat, die durch allgemein U-förmige Strömungsdurchgangsteile miteinander verbunden sind, wobei die allgemein parallelen Strömungsdurchgangsteile und die allgemein U-förmigen Teile zusammen das genannte Eintrittsende und das genannte Austrittsende miteinander verbinden; einen Fluideintritt, der mit dem genannten Eintrittsende des genannten Strömungsdurchgangs in Fluidverbindung ist zum Zuführen eines Fluids zu dem genannten Wärmetauscher; einen Fluidaustritt, der mit dem genannten Austrittsende des genannten Strömungsdurchgangs in Fluidverbindung ist zum Ablassen des genannten Fluids aus dem genannten Wärmetauscher; wobei jeder allgemein parallele Strömungsdurchgangsteil einen Strömungswiderstand und eine Wärmeübertragungsleistungskennlinie definiert, wobei der Strömungswiderstand und die Wärmeübertragungsleistungskennlinie von jedem allgemein parallelen Strömungsdurchgangsteil zwischen dem Eintrittsende und dem Austrittsende zunehmen.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Im Folgenden wird nun beispielhaft Bezug genommen auf die Begleitzeichnungen, die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Anmeldung zeigen und in denen:
  • 1 eine perspektivische Ansicht einer Batterieeinheit mit einem Batteriezellen-Wärmetauscher gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung ist;
  • 1A eine schematische Längsquerschnittansicht durch einen Zug des mehrzügigen Strömungsdurchgangs eines Batteriezellen-Wärmetauschers gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
  • 2 eine perspektivische Explosionsdarstellung eines Batteriezellen-Wärmetauschers gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
  • 3 eine Draufsicht der unteren Platte des Batteriezellen-Wärmetauschers von 2 ist;
  • 3A eine Draufsicht einer anderen Ausführungsform der unteren Platte des Batteriezellen-Wärmetauschers von 2 ist;
  • 3B eine Draufsicht einer anderen Ausführungsform der unteren Platte des Batteriezellen-Wärmetauschers von 2 ist;
  • 4 eine perspektivische Ansicht eines Batteriezellen-Wärmetauschers mit der unteren Platte von 3B ist;
  • 4A eine Detailansicht des in 4 zu findenden eingekreisten Bereichs A ist;
  • 5 eine Ergebnistabelle ist, die die Leistungsergebnisse von verschiedenen Wärmetauscherplatten einschließlich den Wärmetauscherplatten mit gestaffelter Wärmeübertragungsfläche gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht;
  • 6 eine Ergebnistabelle ist, die die Durchflüsse veranschaulicht, die für verschiedene Wärmetauscherplatten einschließlich den Wärmetauscherplatten mit gestaffelter Wärmeübertragungsfläche gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung erforderlich sind;
  • 7 eine Draufsicht einer unteren Platte für einen Batteriezellen-Wärmetauscher gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung ist;
  • 8 eine perspektivische Explosionsdarstellung eines Wärmetauschers gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung ist;
  • 8A eine Draufsicht der unteren Platte des Wärmetauschers von 8 ist;
  • 9 eine Ergebnistabelle ist, die die Leistungsergebnisse verschiedener Wärmetauscherplatten einschließlich der Wärmetauscherplatten mit gestaffelter Wärmeübertragungsfläche gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht; und
  • 10 eine perspektivische Explosionsdarstellung eines Batteriezellen-Wärmetauschers gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung ist;
  • 10A eine Draufsicht der unteren Platte des Wärmetauschers von 10 ist;
  • 10B eine Detailansicht des eingekreisten Bereichs B ist, die in 10 veranschaulicht wird; und
  • 11 eine perspektivische Ansicht einer Batterieeinheit mit Batteriezellen-Wärmetauschern gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung ist, wobei die Wärmetauscher zwischen benachbarten Batteriezellen oder Batteriezellenbehältern, die die Batterieeinheit bilden, angeordnet sind.
  • In verschiedenen Figuren können zur Bezeichnung gleicher Komponenten gleiche Bezugsnummern verwendet worden sein.
  • BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
  • In 1, auf die jetzt Bezug genommen wird, wird ein erläuterndes Beispiel für eine wiederaufladbare Batterieeinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung gezeigt. Die Batterieeinheit 10 ist aus einer Reihe von einzelnen Batteriezellen oder Batteriezellengehäusen, in denen eine oder mehr einzelne Batteriezellen 12 aufgenommen sind, zusammengesetzt. Ein Batteriezellenkühler oder Batteriezellen-Wärmetauscher 14 in der Form einer Kühlplatte ist unter dem Stapel von Batteriezellen oder Batteriezellengehäusen 12 angeordnet. Dementsprechend sind die mehreren Batteriezellen oder Batteriezellengehäuse 12 in Stirnflächenkontakt miteinander zu einem Stapel angeordnet, wobei der Stapel von Batteriezellen oder Batteriezellenbehältern dann oben auf einem Kühlplatten-Wärmetauscher angeordnet ist, so dass eine Stirnfläche oder Endfläche jeder Batteriezelle oder jedes Batteriezellenbehälters 12 mit einer primären Wärmeübertragungsfläche 13 des Wärmetauschers 14 in Flächenkontakt ist. Jeder Batteriezellen-Wärmetauscher 14 wird von einem Paar zusammenpassender Platten 16, 18 gebildet, die zusammen einen inneren rohrförmigen Strömungsdurchgang 20 bilden. Der Strömungsdurchgang 20 hat ein Eintrittsende 22 und ein Austrittsende 24. In der ersten oder oberen Platte 16 des Wärmetauschers 14 ist am Eintrittsende 22 des Strömungsdurchgangs 20 eine Eintrittsöffnung 26 ausgebildet und ist mit einer Einlassvorrichtung 27 zum Eintretenlassen eines Kühlfluids in den Strömungsdurchgang 20 in Strömungsverbindung. In der ersten oder oberen Platte 16 des Wärmetauschers ist am Austrittsende 24 des Strömungsdurchgangs 20 eine Austrittsöffnung 28 in Strömungsverbindung mit einer Auslassvorrichtung 29 zum Ablassen des Kühlfluids aus dem Strömungsdurchgang 20 ausgebildet. Wie gezeigt, sind die Einlass- und die Auslassvorrichtung 27, 29 beide an einem Ende des Wärmetauschers 14 angeordnet, obwohl verschiedene Positionierungen der Einlass- und der Auslassvorrichtung je nach der jeweiligen Anwendung und der für die Einlass- und die Auslassvorrichtung 27, 29 erforderten Lage möglich sind.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung hat der Batteriezellen-Wärmetauscher 14 die Form eines mehrzügigen Wärmetauschers, der den inneren rohrförmigen Strömungsdurchgang 20 definiert, wobei der innere rohrförmige Strömungsdurchgang 20 die Form eines mäanderförmigen Strömungsdurchgangs hat, der zwischen dem Eintrittsende 22 und dem Austrittsende 24 verläuft. Dementsprechend beinhaltet der Strömungsdurchgang 20 mehrere der Reihe nach verbundene, allgemein parallele Strömungsdurchgangsteile 32, die jeweils durch einen jeweiligen, im Wesentlichen U-förmigen Strömungsdurchgangsteil 34 mit einem nachfolgenden Strömungsdurchgangsteil 32 verbunden sind. Im Betrieb tritt ein Wärmeaustauschfluid, wie ein Kühlfluid, durch die Einlassöffnung 26 in den Strömungsdurchgang 20 ein, strömt durch den ersten allgemein parallelen Strömungsdurchgangsteil 32(1) und durch den ersten U-förmigen Strömungsdurchgangsteil 34(1) in den zweiten allgemein parallelen Strömungsdurchgangsteil 32(2). Das Wärmetauscherfluid wird dann durch den zweiten U-förmigen Strömungsdurchgangsteil 34(2) “zurückgewendet”, bevor es durch den dritten allgemein parallelen Strömungsdurchgangsteil 32(3) weiterströmt, und so weiter, bis das Fluid durch den letzten allgemein parallelen Strömungsdurchgangsteil 32(4) strömt, bevor es durch die Austrittsöffnung 28 aus dem Strömungsdurchgang 20 austritt. Der Strömungsdurchgang 20 wurde zwar mit vier allgemein parallelen Strömungsdurchgangsteilen 32(1) bis 32(4) und drei U-förmigen Strömungsdurchgangsteilen 34(1) bis 34(3) gezeigt, es versteht sich aber, dass dies nicht als begrenzend vorgesehen ist und dass die tatsächliche Zahl der parallelen und U-förmigen Strömungsdurchgangsteile 32, 34, die den Strömungsdurchgang 20 bilden, je nach der spezifischen Anwendung des Produkts hinsichtlich der erforderlichen Gesamtgröße des Wärmetauschers, der spezifischen Wärmeübertragungs- und/oder Druckabfallanforderungen für eine bestimmte Anwendung sowie der spezifischen Größe der Batteriezellen 12 und der tatsächlichen Größe der Wärmetauscherplatten 16, 18, die den Batteriezellen-Wärmetauscher 14 bilden, verschieden sein kann. Im Allgemeinen kann der Batteriezellen-Wärmetauscher 14 mindestens drei allgemein parallele Strömungsdurchgangsteile bis zum Beispiel etwa zehn haben. Da der Batteriezellen-Wärmetauscher 14 so angeordnet sein soll, dass er mit einer Seite einer Batteriezelle in thermischem Kontakt ist, um die Batteriezelle zu kühlen oder Wärme aus ihr ableiten zu lassen, ist es wichtig, dass der Batteriezellen-Wärmetauscher 14 eine Wärmeübertragungsfläche bereitstellt, die auf ihrer Oberfläche eine allgemein gleichmäßige Temperatur hat, um zu gewährleisten, dass über die gesamte Seite oder Oberfläche der angrenzenden Batteriezelle 12, die mit dem Batteriezellen-Wärmetauscher 14 in Flächenkontakt ist, adäquate Kühlung bereitgestellt wird. Um die Temperaturgleichmäßigkeit über die Oberfläche der Batteriezellen-Wärmetauschers 14 zu verbessern, ist der Strömungsdurchgang 20 so konfiguriert, dass der Strömungswiderstand und die Wärmeübertragungsleistung für jeden der allgemein parallelen Strömungsdurchgangsteile 32(1) bis 32(4) zunehmend höher werden, um einen insgesamt gestaffelten oder variablen Strömungsdurchgang 20 durch den Wärmetauscher 14 bereitzustellen.
  • Es ist allgemein anerkannt, dass die Temperatur über die Oberfläche (Tsurface) der Wärmetauscherplatten 16, 18 eine Funktion der Temperatur des Fluids (Tfluid) im Strömungsdurchgang 20 sowie das Produkt des Wärmeübergangskoeffizienten (h) und der projizierten Fläche (A) der Platten 16, 18 ist und allgemein von der folgenden Gleichung dargestellt wird: Tsurface = Tfluid + Q/hA wobei Q = mCp (Tout – Tin) m = Massenstrom
    Cp = spezifische Wärme bei konstantem Druck Tfluid = 1/2(Tin + Tout) h = Wärmeübergangskoeffizient der Oberfläche
    A = Flächeninhalt der Oberfläche
    und wobei sowohl Q als auch Tfluid allgemein als konstant gelten.
  • Typischerweise wurde festgestellt, dass es notwendig ist, den Durchfluss des Wärmetauscherfluids durch den Batteriezellen-Wärmetauscher zu erhöhen, um die Anforderung an die Temperaturgleichmäßigkeit für diese Typen von Batterieeinheiten 10 zu erfüllen. Es ist aber bekannt, dass eine Erhöhung des Durchflusses den Druckabfall über bekannte Batteriezellen-Wärmetauscher erhöhen kann, was die Gesamtleistung der Wärmetauscher verringern kann und daher die Gesamtleistung der Batterieeinheit 10 verringern kann. Es wurde aber festgestellt, dass durch Bereitstellen eines Batteriezellen-Wärmetauschers 14 mit einem gestaffelten oder variablen mehrzügigen Strömungsdurchgang 20, der eine(n) durch jeden Zug des mehrzügigen Strömungsdurchgangs 20 oder über die Gesamtlänge des Strömungsdurchgangs 20 zunehmend höhere(n) Strömungswiderstand und Wärmeübertragungsleistung bereitstellt, über die Oberfläche der Wärmetauscherplatten 16, 18 eine verbesserte Temperaturgleichmäßigkeit erzielt werden kann. Genauer wurde festgestellt, dass eine verbesserte Temperaturgleichmäßigkeit durch Variieren des Flächeninhalts der Oberfläche des Strömungsdurchgangs 20 zwischen dem Eintrittsende 22 und dem Austrittsende 24 erzielt werden kann, indem eine gestaffelte Wärmeübertragungsfläche durch den Strömungsdurchgang 20 hindurch bereitgestellt wird und/oder die Breite des Strömungsdurchgangs 20 entlang seiner Länge variiert wird.
  • Es ist allgemein anerkannt, dass beim Eintreten des Wärmeaustausch- oder Kühlfluids in den Wärmetauscher 14, wie in 1A durch Strömungsrichtungspfeil 15 schematisch dargestellt, die Oberflächentemperatur der Wärmetauscherplatten 16, 18 am Eintritt kalt ist (z.B. niedrige Oberflächentemperatur). Bei der Ableitung von Wärme (Q) aus den Batteriezellen 12, wie in 1A durch Wärmeableitungspfeile 17 schematisch dargestellt, und ihrer Übertragung von den Batteriezellen 12 auf das durch den Strömungsdurchgang 20 strömende Wärmeaustauschfluid durch Flächenkontakt mit der Außenfläche 19 der Wärmetauscherplatten 16, 18 steigt die Temperatur des Wärmeaustauschfluids in dem Strömungsdurchgang 20, was sich auf die Oberflächentemperatur der Platten 16, 18 auswirkt, wobei die maximale Oberflächentemperatur TTIM der Wärmetauscherplatten 16, 18 allgemein an der Außenfläche 19 der Platten 16, 18 zum Austrittsende 24 des Strömungsdurchgangs 20 hin liegt, wie in 1A durch das diskretisierte Volumen 21, das mit gestrichelten Linien gezeigt wird, schematisch dargestellt. Dementsprechend gilt die Oberflächentemperatur der Wärmetauscherplatten 16, 18 am Austrittsende 24 des Wärmetauschers 14 im Vergleich zu der am Eintrittsende 22 des Wärmetauschers 14 vorgefundenen Oberflächentemperatur als „heiß” (z.B. hohe Oberflächentemperatur). Die Differenz der Oberflächentemperatur zwischen dem Eintrittsende und dem Austrittsende der Platten 16, 18 führt zu einem großen Temperaturgefälle über die Oberfläche der Wärmetauscherplatten 16, 18, das meist eine nachteilige Wirkung auf die Anforderung an die Temperaturgleichmäßigkeit für Batteriezellen-Wärmetauscher für diese Typen von Batterieeinheiten 10 hat. Durch Erhöhen der Oberflächentemperatur am Eintrittsende 22 des Wärmetauschers 14 kann das Gesamttemperaturgefälle über die Oberfläche der Platten 16, 18 reduziert werden, um die mit diesen Typen von Batterieeinheiten und besonderen Anwendungen assoziierten Anforderungen an die Temperaturgleichmäßigkeit zu erfüllen. Da die Oberflächentemperatur der Platten 16, 18 von der oben dargelegten Gleichung Tsurface = Tfluid + Q/hA vorgeschrieben wird, wurde festgestellt, dass die Oberflächentemperatur durch Ändern des Flächeninhalts (A) der Wärmeübertragungsfläche und/oder der Geschwindigkeit des Fluids beim Durchströmen des Wärmetauschers, die den Wärmeübergangskoeffizienten (h) beeinflusst, abgeändert werden kann. Traditionell wurde dies zwar durch Erhöhen des Durchflusses des in den Wärmetauscher eintretenden Wärmeaustauschfluids ausgeführt, es ist aber auch dafür bekannt, dass es die Gesamtleistung des Wärmetauschers aufgrund einer Zunahme des Druckabfalls beeinträchtigt.
  • In 2, auf die jetzt Bezug genommen wird, wird ein Ausführungsbeispiel für einen Batteriezellen-Wärmetauscher 14 gemäß der vorliegenden Offenbarung gezeigt. Der Wärmetauscher 14 besteht aus einem Paar zusammenpassender Wärmetauscherplatten 16, 18. In der gegenständlichen Ausführungsform hat die erste oder obere Platte 16 die Form einer allgemein ebenflächigen Platte mit einer Außenfläche 19 für den Kontakt mit den einzelnen Batteriezellen oder Batteriezellengehäusen 12, die oben auf der Außenfläche 19 der ersten oder oberen Platte 16 angeordnet oder gestapelt sind, wobei die erste oder obere Platte 16 des Wärmetauschers 14 daher die primäre Wärmeübertragungsfläche 13 definiert. Die zweite oder untere Platte 18 des Wärmetauschers 14 hat einen zentralen, allgemein ebenflächigen Bereich, in dem der allgemein mäanderförmige Strömungsdurchgang 20 ausgebildet ist. In der gegenständlichen Ausführungsform sind die allgemein parallelen Strömungsdurchgangsteile 32(1) bis 32(4) (oder allgemein 32(n)) und die U-förmigen Strömungsdurchgangsteile 34(1) bis 34(3) (oder allgemein 34(n – 1)) als eine mäanderförmige Vertiefung ausgebildet, die von dem zentralen, allgemein ebenflächigen Bereich der zweiten Platte 18 nach außen weg verläuft. Dementsprechend sind die allgemein parallelen Strömungsdurchgangsteile 32(n) durch Strömungsbarrieren 33 voneinander getrennt, die allgemein die Form von Längsrippen haben, die sich von einem der entsprechenden Endränder 35 der zweiten Platte 18 erstrecken, wobei ein Umfangsflanschteil 37 um die äußere Begrenzung der Platte 18 verläuft. Wenn die erste und die zweite Platte 16, 18 in ihrer zusammengefügten Beziehung aneinander angeordnet sind, dichtet die untere oder innere Oberfläche der ersten Platte 16 an der oberen Oberfläche der Strömungsbarrieren 33 und des Umfangsflanschs 37 der zweiten Platte 18 ab und schließt dabei den Strömungsdurchgang 20 dazwischen ein. Um in dem Strömungsdurchgang einen zunehmend größeren Flächeninhalt der Oberfläche bereitzustellen (z.B. eine gestaffelte oder unterschiedliche Wärmeübertragungsfläche innerhalb des eingeschlossenen Strömungsdurchgangs 20), um die Oberflächentemperatur am Eintrittsende 22 des Wärmetauschers 14 zum Verbessern der Temperaturgleichmäßigkeit insgesamt über die Oberfläche des Wärmetauschers 14 zu erhöhen, wird der Flächeninhalt der Oberfläche des Strömungsdurchgangs 20 durch wenigstens jeden der allgemein parallelen Strömungsdurchgangsteile 32(1) bis 32(4) modifiziert, um nahe dem Eintrittsende 22 des Strömungsdurchgangs 20 eine Wärmeübertragungsfläche mit einer Oberfläche geringer Dichte und am Austrittsende 24 des Strömungsdurchgangs 20 eine Wärmeübertragungsfläche mit einer Oberfläche hoher Dichte entstehen zu lassen. Wie in den 2 und 3 gezeigt, wird der erste allgemein parallele Strömungsdurchgangsteil 32(1) mit Oberflächenvergrößerungsmerkmalen 36 in geringer Dichte auf seiner Oberfläche ausgebildet, wie z.B. in geringer Dichte angeordneten oder voneinander beabstandeten Vorsprüngen in der Form von Noppen, während der zweite parallele Strömungsdurchgangsteil 32(2) mit in größerer Dichte angeordneten oder enger beabstandeten Oberflächenvergrößerungsmerkmalen oder -vorsprüngen 38 in der Form von in größerer Dichte angeordneten oder enger beabstandeten Noppen auf der Oberfläche des zweiten Strömungsdurchgangsteils 32(2) ausgebildet ist, um im Vergleich zum ersten Strömungsdurchgangsteil 32(1) eine Oberfläche allgemein mittlerer Dichte bereitzustellen. Der dritte parallele Strömungsdurchgangsteil 32(3) ist mit noch einem anderen Muster aus Oberflächenvergrößerungsmerkmalen 40 ausgebildet, um ebenfalls den in diesem Teil des Strömungsdurchgangs bereitgestellten Gesamtflächeninhalt der Wärmeübertragungsfläche zu modifizieren. Wie gezeigt, ist der dritte parallele Strömungsdurchgangsteil 32(3) mit Oberflächenvergrößerungsmerkmalen 40 in der Form eines wenig dichten Musters von Rippen 40 ausgebildet, die auf der Oberfläche des dritten allgemein parallelen Strömungsdurchgangsteils 32(3) angeordnet sind, um ebenfalls eine Oberfläche mittlerer Gesamtdichte bereitzustellen, die größer als die von dem zweiten Strömungsdurchgangsteil 32(2) bereitgestellte Oberfläche mittlerer Dichte ist. Dementsprechend bietet der dritte Strömungsdurchgangsteil 32(3) eine Oberfläche höherer Dichte im Vergleich zum ersten Strömungsdurchgangsteil 32(1), die auch eine Oberfläche mit geringfügig höherer Dichte als der zweite Strömungsdurchgangsteil 32(2) hat. Der vierte parallele Strömungsdurchgangsteil 32(4) ist mit einem im Vergleich zu den vorherigen Strömungsdurchgangsteilen 32(1) bis 32(3) noch dichteren Muster aus Oberflächenvergrößerungsmerkmalen 42 ausgebildet und hat die Form eines hoch dichten Musters von etwas länglichen Noppen (oder abgestumpften Rippen), um im vierten Strömungsdurchgangsteil 32(4) eine im Vergleich zu den vorhergehenden Strömungsdurchgangsteilen 32(1) bis 32(3) hoch dichte Gesamtoberfläche bereitzustellen. Dementsprechend stellen die Wärmetauscherplatten 16, 18 zusammen einen inneren rohrförmigen Strömungsdurchgang 20 bereit, der in jedem einzelnen Zug des mehrzügigen Strömungsdurchgangs 20 im Wesentlichen eine andere Wärmeübertragungsfläche bereitstellt, wobei in der Oberfläche von wenigstens der zweiten Platte 18 ein zunehmend dichteres Muster aus Oberflächenvergrößerungsmerkmalen in der Form von Noppen und/oder Rippen ausgebildet ist, um den Strömungswiderstand und die Wärmeübertragungsleistung durch den Strömungsdurchgang 20 zunehmend zu erhöhen. Dementsprechend dienen gestaffelte oder unterschiedliche Oberflächenvergrößerungsmerkmale zum Abändern/Ändern des Gesamtflächeninhalts der Oberfläche des Strömungsdurchgangs 20 sowie der Geschwindigkeit des durch den Wärmetauscher 14 hindurchströmenden Fluids, wodurch sie durch jeden Zug des mehrzügigen Strömungsdurchgangs 20 des Wärmetauschers 14 hindurch verschiedene Wärmeübertragungseigenschaften/-ergebnisse bieten.
  • Die oben beschriebene Ausführungsform betrifft zwar das Bereitstellen eines Strömungsdurchgangs 20 mit Oberflächenvergrößerungsmerkmalen 36, 38, 40, 42 in der Form von Rippen und/oder Noppen, die in die Oberfläche von wenigstens der zweiten Platte 18 eingestanzt oder anderweitig direkt eingeformt sind, es versteht sich aber, dass sich ähnliche Ergebnisse durch Einsetzen verschiedener, die Wärmeübertragung verbessernder Oberflächen, wie Wirbelerzeuger oder Rippen, innerhalb von jedem der allgemein parallelen Strömungsdurchgangsteile 32(1) bis 32(4) des Strömungsdurchgangs 20, wie in 3A schematisch veranschaulicht, erzielen lassen. Zum Beispiel können diverse Typen von Offset-Strip-Fins 43 verwendet werden, um die Strömungskennlinien durch jeden Zug des mehrzügigen Strömungsdurchgangs 20 zunehmend zu ändern, um die gleichen Ergebnisse zu erzielen. In einem Ausführungsbeispiel kann der erste allgemein parallele Strömungsdurchgang als ein freier Kanal ohne darin positionierten Oberflächenvergrößerungsmerkmalen oder Wirbelerzeugern belassen werden, während der zweite, dritte und vierte allgemein parallele Strömungsdurchgangsteil 32(2) bis 32(4) jeweils mit verschiedenen Typen von Wirbelerzeugern oder Offset-Strip-Fins 43(1) bis 43(3) versehen sein können. Genauer kann der zweite Strömungsdurchgangsteil 32(2) zum Beispiel mit einem Offset-Strip-Fin ausgestattet sein, das einen Einschnitt (oder eine Strömungslänge) von etwa 20 mm und eine Breite (oder Strömungsbreite) von etwa 10 mm hat (z.B. OSF 20/10*), während der dritte Strömungsdurchgangsteil 32(3) mit einem Offset-Strip-Fin ausgestattet sein kann, das einen Einschnitt (oder eine Strömungslänge) von etwa 10 mm und eine Breite (oder Strömungsbreite) von 5 mm hat (z.B. OSF 10/5*), bzw. während der vierte Strömungsdurchgangsteil 32(4) mit einem Offset-Strip-Fin ausgestattet sein kann, das einen Einschnitt (oder eine Strömungslänge) von etwa 5 mm mit einer Breite (oder Strömungsbreite) von etwa 2 mm hat (z.B. OSF 5/2*). Dementsprechend sieht jeder Zug des mehrzügigen Strömungsdurchgangs 20 verschiedene Strömungskennlinien durch die Strömungsdurchgangsteile 32(n) vor, was zu verschiedenen Wärmeübertragungseigenschaften führt, was zur Bereitstellung einer gleichmäßigeren Temperaturverteilung über die Oberfläche des Wärmetauschers 14 führt.
  • In einer weiteren Ausführungsform kann die Oberfläche von jedem der allgemein parallelen Strömungsdurchgangsteile 32(n) unter Verwendung einer Kombination von Oberflächenvergrößerungsmerkmalen, die in der Oberfläche des Strömungsdurchgangs 20 selbst eingeformt sind, und separaten Wirbelerzeugern variiert werden. Genauer veranschaulicht die in 3B gezeigte Ausführungsform ein Ausführungsbeispiel, wobei der erste allgemein parallele Strömungsdurchgangsteil 32(1) mit einem Muster aus Oberflächenvergrößerungsmerkmalen 36, wie Noppen, geringer Dichte ausgebildet ist, während der zweite allgemein parallele Strömungsdurchgangsteil 32(2) im Vergleich zu dem ersten Strömungsdurchgangsteil 32(1) mit einem Muster aus Oberflächenvergrößerungsmerkmalen 38 mittlerer Dichte, wie einem dichteren Noppenmuster, ähnlich der in 3 gezeigten Ausführungsform ausgebildet ist. Der dritte allgemein parallele Strömungsdurchgangsteil 32(3) ist im Vergleich zu dem zweiten Strömungsdurchgangsteil 32(2) mit einem dichteren Muster aus Oberflächenvergrößerungsmerkmalen 40 ausgebildet, das in der gegenständlichen Ausführungsform die Form eines dichteren Musters einer Kombination von länglichen Rippen und Noppen hat. Der vierte allgemein parallele Strömungsdurchgang 32(4) ist, anstatt mit einem hoch dichten Muster aus Oberflächenvergrößerungsmerkmalen ausgebildet zu sein, stattdessen mit einem Wirbelerzeuger versehen, wie etwa einem Offset-Strip-Fin, das ein im Vergleich zum dritten Strömungsdurchgangsteil 32(3) dichteres Oberflächenvergrößerungsmerkmal bereitstellt. 4 veranschaulicht einen Batteriezellen-Wärmetauscher 14 mit der zweiten Platte 18 mit einer Kombination von Oberflächenvergrößerungsmerkmalen 36, 38, 40 sowie einem separaten Wirbelerzeuger, wie in 3B gezeigt, wobei 4A eine Detailansicht des Wirbelerzeugers bietet, der in dem vierten allgemein parallelen Strömungsdurchgangsteil 32(4) angeordnet ist, das den höchsten Grad an Oberflächenverbesserung in dem mit dem Austritts- 29 -ende des Wärmetauschers 14 assoziierten Strömungsdurchgangsteil 32(4) bietet.
  • Während die in den 2 und 4 veranschaulichten Ausführungsformen einen Wärmetauscher 14 zeigen, der eine allgemein ebenflächige erste Platte 16 und eine geformte zweite Platte 18 hat, wobei die zwei Platten 16, 18 in zusammengefügter Beziehung angeordnet sind, um den variierten oder gestaffelten Strömungsdurchgang 20 dazwischen einzuschließen, wie es für die Verwendung als Kühlplatten-Wärmetauscher geeignet ist, versteht es sich, dass die erste Platte 16 auch eine geformte Platte sein könnte, die im Aufbau mit der in den Zeichnungen gezeigten geformten zweiten Platte 18 allgemein identisch ist, aber als ihr Spiegelbild ausgebildet und in Bezug auf die zweite Platte 18 kopfstehend oder umgekehrt angeordnet ist, so dass sie, wenn die Platten 16, 18 in zusammengefügter Beziehung mit Stirnflächenkontakt angeordnet sind, den mäanderförmigen Strömungsdurchgang 20 zwischen sich einschließen. In einer derartigen Anordnung würde die mäanderförmige Vertiefung, die die allgemein parallelen Strömungsdurchgangsteile 32(n) und die U-förmigen Strömungsdurchgangsteile 34(n – 1) bildet, aus dem zentralen, allgemein ebenflächigen Teil der ersten oder oberen Platte 16 des Wärmetauschers 14 vorstehen und die Form einer Prägung haben, wobei die in der ersten Platte 16 ausgebildeten voneinander beabstandeten Wände der mäanderförmigen Prägung und die in der zweiten Platte 18 ausgebildete mäanderförmige Vertiefung zusammen den Strömungsdurchgang 20 bilden würden. Dementsprechend wären in einer derartigen Ausführungsform, wenn die erste und die zweite Platte in ihrer zusammengefügten Beziehung angeordnet sind, die diversen Muster aus Oberflächenvergrößerungsmerkmalen 36, 38, 40, 42 in jedem der Strömungsdurchgangsteile 32(n) einer Platte 16, 18 an dem entsprechenden Oberflächenvergrößerungsmerkmal 36, 38, 40, 42 der anderen Platte 16, 18 in Anlage. In Ausführungsformen, in denen freie Kanäle vorgesehen sind, wobei separate einzelne Wirbelerzeuger 43 bereitgestellt sind, wären die Wirbelerzeuger so ausgebildet, dass sie eine Höhe hätten, die der Höhe der allgemein parallelen Strömungsdurchgangsteile 32(n) entspricht, die durch das Zusammenfügen der mäanderförmigen Prägung und der mäanderförmigen Vertiefung der ersten und der zweiten Platte 16, 18 gebildet werden. Ein wie oben beschrieben von zwei geformten Platten 16, 18 (im Vergleich zu einer allgemein ebenflächigen ersten oder oberen Platte 16 und einer geformten zweiten oder unteren Platte 18) gebildeter Wärmetauscher 14 eignet sich allgemein besser zur Verwendung als ICE-Platten-Wärmetauscher, wie zum Beispiel in 11 gezeigt, bei dem ein Batteriezellenkühler oder -Wärmetauscher 14 zwischen angrenzenden Batteriezellen oder Batteriezellengehäusen 12 angeordnet oder zwischengelegt ist, wobei jede Seite des Wärmetauschers 14 mit der bzw. dem angrenzenden Batteriezelle oder Batteriezellengehäuse in Flächenkontakt ist. In einer derartigen Anordnung kann die Einlassvorrichtung 27 die Form eines Einlasskanals oder Zuleitungsrohrs haben, der bzw. das mit der Eintrittsöffnung 26 jedes Batteriezellen-Wärmetauschers 14 in Strömungsverbindung gekoppelt ist, während die Auslassvorrichtung 29 die Form eines Auslasskanals oder Abflussrohrs haben kann, der bzw. das mit der Austrittsöffnung 28 jedes Batteriezellen-Wärmetauschers 14 in Strömungsverbindung gekoppelt ist, wobei die mit jedem Batteriezellen-Wärmetauscher 14 assoziierte Einlass- und Auslassvorrichtung 27, 29 in der Batterieeinheit 10 verbunden oder in Strömungsverbindung gekoppelt ist, wodurch ein Fluidsystem zum Zuführen eines Kühl-/Heizfluids zu den mehreren Batteriezellen-Wärmetauschern 14 in der Batterieeinheit 10 und zum Zurückführen des Kühl-/Heizfluids zu seiner Fluidquelle bereitgestellt wird. Die 5 und 6 veranschaulichen Leistungsergebnisse für diverse Wärmetauscherplatten mit Design 5 in Bezug auf einen Wärmetauscher 14 gemäß der oben in Verbindung mit den 2 bis 4 beschriebenen Ausführungsform, wobei verschiedene Typen von Offset-Strip-Fins anstelle von direkt in die Oberfläche der Wärmetauscherplatten eingeformten Oberflächenvergrößerungsmerkmalen verwendet wurden, um eine gestaffelte Wärmeübertragungsfläche bereitzustellen, wobei allen Wärmetauschern ein Wärmetausch- oder Kühlfluid mit einer Temperatur von 30°C bei einem Durchfluss von 1,5 l/min zugeführt wird und wobei die Temperaturveränderung des in den bzw. aus dem Wärmetauscher eintretenden und austretenden Wärmeaustauschfluids, d.h. ∆Tfluid = Tout – Tin, auf 3,52°C konstant gehalten wird. Wie in 5 gezeigt, ist das Temperaturgefälle an der Oberfläche der Platten bei der gestaffelten Wärmeübertragungsfläche reduziert, d.h. ∆T = 2,16°C, wobei jeder Zug des mehrzügigen Wärmetauschers 14, im Vergleich zu anderen standardmäßigen Wärmetauscherkonfigurationen (Design 1 bis 4), wobei jeder Zug mit der gleichen Wärmeübertragungsfläche ausgebildet/versehen ist, mit einer anderen Wärmeübertragungsfläche ausgebildet oder versehen ist und dabei auch einen relativ niedrigen Druckabfall aufrecht erhält. 6 veranschaulicht, dass die anderen bekannten Wärmetauscherkonstruktionen (d.h. Design 1 bis 4) zum Erreichen des reduzierten Temperaturgefälles von 2,16°C, wie von dem Wärmetauscher 14 mit Wärmetauscherplatten 16, 18 mit einer gestaffelten Wärmeübertragungsfläche gezeigt, wie zum Beispiel in den 2 bis 4 gezeigt wird, einen erhöhten Durchfluss des in die diversen Wärmetauscher eintretenden Wärmeaustauschfluids erfordern, was sich bekanntermaßen negativ auf den Druckabfall und die Gesamtleistung des Wärmetauschers auswirkt.
  • Zusätzlich zum Ändern des Strömungswiderstands und der Wärmeübertragungsleistung jedes Zugs des mehrzügigen Strömungsdurchgangs 20 durch Versehen jedes Strömungsdurchgangsteils 32(1) bis 32(4) mit unterschiedlichen Typen von Oberflächenvergrößerungsmerkmalen (z.B. unterschiedlichen Mustern aus Vorsprüngen, wie Noppen und/oder Rippen) oder Wärmeübertragungsflächen (z.B. Offset-Strip-Fins) mit Oberflächen, die von geringer über mittlere bis zu hoher Dichte reichen, zunehmend von einem angrenzenden Strömungsdurchgangsteil zum nachfolgenden angrenzenden Strömungsdurchgangsteil, wie oben in Verbindung mit den 2 bis 4 beschrieben, kann der Flächeninhalt der Oberfläche ferner geändert werden, indem auch die Kanalbreite der Strömungsdurchgangsteile 32(1) bis 32(4) variiert wird. Genauer wird, jetzt mit Bezug auf 7, ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Wärmetauscherplatte 18 zum Bilden eines Batteriezellen-Wärmetauschers 14 gemäß der vorliegenden Offenbarung gezeigt. In der gegenständlichen Ausführungsform ist jeder der allgemein parallelen Fluiddurchgangsteile 32(1) bis 32(4) mit einer anderen Kanalbreite ausgebildet. Genauer hat der erste Fluiddurchgangsteil 32(1) eine erste Kanalbreite, während jeder nachfolgende Fluiddurchgangsteil 32(2) bis 32(4) eine zunehmend kleinere Kanalbreite hat, wodurch die Strömungskennlinie durch den Strömungsdurchgang 20 variiert wird. Zum Beispiel hat in einem Ausführungsbeispiel der erste Fluiddurchgangsteil 32(1) eine Kanalbreite von etwa 119,7 mm, der zweite Fluiddurchgangsteil 32(2) hat eine Kanalbreite von etwa 102,6 mm, der dritte Fluiddurchgangsteil 32(3) hat eine Breite von etwa 68,4 mm und der vierte Fluiddurchgangsteil hat eine Kanalbreite von etwa 51,3 mm, wobei die Fluiddurchgangsteile 32(1) bis 32(4) zum Beispiel alle eine Kanalhöhe von etwa 2 mm haben. Durch Bereitstellen eines Strömungsdurchgangs 20 mit einer variablen Kanalbreite ändert sich die Strömungskennlinie durch jeden Zug des mehrzügigen Strömungsdurchgangs 20 und die Geschwindigkeit des durch den Durchgang 20 strömenden Fluids nimmt mit zunehmend kleinerer Kanalbreite zu. Die Zunahme der Geschwindigkeit des durch den Strömungsdurchgang 20 strömenden Fluids erhöht den Wärmeübergangskoeffizienten, h, der den Strömungsdurchgang bildenden Oberfläche durch jeden Zug des mehrzügigen Strömungsdurchgangs 20, was zum Erreichen einer Temperaturgleichmäßigkeit über die Wärmetauscherplatten 16, 18 beiträgt. Wie bei den zuvor beschriebenen Ausführungsformen könnte die in 7 veranschaulichte Wärmetauscherplatte als die untere oder zweite Platte 18 des gesamten Batteriezellen-Wärmetauschers 14 angeordnet sein, wobei eine erste allgemein ebenflächige Platte 16 in zusammengefügter Beziehung mit der geformten zweiten Platte 18 angeordnet ist, um den eingeschlossenen Fluidströmungskanal 20 zu bilden. Alternativ könnte der Wärmetauscher 14 aus zwei einander ergänzenden Wärmetauscherplatten hergestellt sein, die die in 7 veranschaulichte Form haben, wobei diese Anordnung möglicherweise besser zur Verwendung als ein ICE-Platten-Wärmetauscher geeignet ist.
  • Während der Batteriezellen-Wärmetauscher 14 mit einem Strömungsdurchgang 20 versehen sein kann, der eine gestaffelte Wärmeübertragungsfläche hat, wie in den 2 bis 4 gezeigt, oder mit einem Strömungsdurchgang 20 versehen sein kann, der eine variable Kanalbreite hat, wie in 7 gezeigt, wurde bei der Bemühung zur Verbesserung der Temperaturgleichmäßigkeit der Oberfläche der Wärmetauscherplatten 16, 18 festgestellt, dass die Temperaturgleichmäßigkeit des Batteriezellen-Wärmetauschers 14 insgesamt durch Kombinieren der Merkmale der gestaffelten Wärmeübertragungsfläche, wie oben in Verbindung mit den 2 bis 4 beschrieben, sowie der variablen Kanalbreite, wie oben in Verbindung mit 7 beschrieben, wie zum Beispiel in den 8 und 8A gezeigt wird, weiter verbessert werden. Daher wird gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung der Wärmetauscher 14 mit zusammenpassenden Platten 16, 18 hergestellt, wobei die erste oder obere Platte 16 die Form einer allgemein ebenflächigen Platte mit einer Außenfläche 19 hat, die allgemein frei von Oberflächenunterbrechungen ist, was eine große Oberfläche für den Kontakt mit den angrenzenden oder entsprechenden Batteriezellen oder Batteriezellengehäusen 12 bereitstellt. Die zweite oder untere Platte 18 des Wärmetauschers 14 hat einen zentralen, allgemein ebenflächigen Bereich, in dem der allgemein mäanderförmige Strömungsdurchgang 20 ausgebildet ist. Bei der gegenständlichen Ausführungsform sind die allgemein parallelen Strömungsdurchgangsteile 32(1) bis 32(4) (oder allgemein 32(n)) und die U-förmigen Strömungsdurchgangsteile 34(1) bis 34(3) (oder allgemein 34(n – 1)) als eine mäanderförmige Vertiefung ausgebildet, die von dem zentralen, allgemein ebenflächigen Bereich der zweiten Platte 18 nach außen weg verläuft, wobei der Strömungsdurchgang 20 so ausgebildet ist, dass er sowohl eine gestaffelte Wärmeübertragungsfläche als auch eine variable Kanalbreite beinhaltet. Genauer, wie in 8A gezeigt, ist jeder der allgemein parallelen Strömungsdurchgangsteile 32(1) bis 32(4) mit einer zunehmend kleineren Kanalbreite ausgebildet, wie in Verbindung mit 7 beschrieben, und ist auch mit verschiedenen Typen von Oberflächenvergrößerungsmerkmalen oder verschiedenen Typen von Wärmeübertragungsflächen (z.B. Wirbelerzeuger in der Form von beispielsweise Offset-Strip-Fins) versehen, wie oben in Verbindung mit den 2 bis 4 beschrieben. Dementsprechend ist in der gegenständlichen Ausführungsform der erste Strömungsdurchgangsteil 32(1) mit der größten Kanalbreite mit einem Noppenmuster geringer Dichte versehen, während er bei anderen Ausführungsformen mit einer Wärmeübertragungsfläche (oder einem Wirbelerzeuger) geringer Dichte versehen sein kann und in einigen Fällen stattdessen als ein freier Kanal ohne Oberflächenvergrößerungsmerkmale oder Wärmeübertragungsflächen belassen werden kann. Der zweite Strömungsdurchgangsteil 32(2) ist mit einer kleineren Kanalbreite als der erste Strömungsdurchgangsteil 32(1) ausgebildet und ist mit einem Oberflächenvergrößerungsmerkmal mittlerer Dichte versehen, wie einem hochdichten Muster oder Noppen (oder einer bzw. einem äquivalenten Wärmeübertragungsfläche oder Wirbelerzeuger). Der dritte Strömungsdurchgangsteil 32(3) ist so ausgebildet, dass er eine noch kleinere Kanalbreite als sowohl der erste als auch der zweite Strömungsdurchgangsteil 32(1), 32(2) hat und mit einem Muster aus Oberflächenvergrößerungsmerkmalen höherer mittlerer Dichte versehen ist, wie etwa einem Rippenmuster geringer Dichte oder einem kombinierten Muster aus Noppen und Rippen (oder einer/einem äquivalenten Wärmeübertragungsfläche oder Wirbelerzeuger), das im Vergleich zur mittleren Gesamtoberflächendichte, die von dem hoch dichten Noppenmuster des zweiten Strömungsdurchgangsteils 32(2) bereitgestellt wird, eine höhere Oberflächendichte bietet, während der vierte Strömungsdurchgangsteil 32(4) verglichen mit den vorhergehenden Kanalteilen mit einem hoch dichten Muster aus Oberflächenvergrößerungsmerkmalen (oder einer/einem äquivalenten Wärmeübertragungsfläche oder Wirbelerzeuger) versehen ist, wie etwa einem Muster aus Oberflächenvergrößerungsmerkmalen (wie Noppen, länglichen Noppen oder abgestumpften Rippen oder einer Kombination von Noppen und Rippen) noch höherer Dichte und einer noch kleineren Kanalbreite. Es wurde zwar Bezug genommen auf Noppen geringer Dichte, Noppen hoher Dichte, Rippen geringer Dichte und ein hoch dichtes Muster aus Noppen und Rippen, es versteht sich aber, dass verschiedene Muster aus Oberflächenvergrößerungsmerkmalen bereitgestellt werden können, wobei das Wesentliche dabei ist, dass die Dynamik des durch jeden Zug des mehrzügigen Strömungsdurchgangs 20 strömende Fluid geändert werden kann, um den Strömungswiderstand und/oder die Wärmeübertragungsleistung durch jeden Strömungsdurchgangsteil 32(1) bis 32(4) auf der gesamten Länge des Strömungsdurchgangs 20 vom Eintrittsende 22 bis zum Austrittsende 24 des Wärmetauschers 14 zunehmend zu erhöhen. Wie oben besprochen, versteht es sich auch, dass anstelle der Ausgestaltung der Wärmetauscherplatten 16, 18 mit diversen Mustern von direkt in jeden der Fluiddurchgangsteile 32(1) bis 32(4) eingeformten Oberflächenvergrößerungsmerkmalen diverse Arten von Wärmeübertragungsflächen, wie einzelne Wirbelerzeuger, in jedem der Fluiddurchgangsteile 32(1) bis 32(4) positioniert werden können, um ähnliche Wirkungen zu erzielen. Zwar wurde besonders auf verschiedene Typen von Offset-Strip-Fins Bezug genommen, es versteht sich aber, dass jede(r) im Fach bekannte geeignete Wärmeübertragungsfläche oder Wirbelerzeuger verwendet werden kann und dass die Bezugnahme auf diverse Typen von Offset-Strip-Fins beispielhaft gemeint ist und nicht als begrenzend vorgesehen ist.
  • 9 veranschaulicht Leistungsergebnisse für diverse Wärmetauscherausführungen. Genauer betrifft die erste Ausführung (d.h. Design 1) einen Wärmetauscher, bei dem alle Züge des mehrzügigen Strömungsdurchgangs 20 eine konstante Breite ohne Oberflächenvergrößerungsmerkmale (oder Wirbelerzeuger) haben. Die zweite Ausführung (d.h. Design 2) stellt einen Wärmetauscher 14 dar, wie in 7 gezeigt, bei dem Fluidströmungsdurchgangsteile eine variable Kanalbreite ohne Oberflächenvergrößerungsmerkmale (oder Wirbelerzeuger) haben. Die dritte Ausführung (d.h. Design 3) betrifft einen Wärmetauscher mit einem mehrzügigen Strömungsdurchgang, der eine konstante Breite hat, die in jedem Strömungsdurchgangsteil mit der/dem gleichen Wärmeübertragungsfläche oder Wirbelerzeuger versehen ist, wie in 3A schematisch veranschaulicht, während die vierte Ausführung (d.h. Design 4) ein Wärmetauscher mit einem mehrzügigen Strömungsdurchgang ist, der eine variable Kanalbreite hat, wobei jeder Zug in jedem Strömungsdurchgangsteil 32(1) bis 32(4) mit den/der gleichen Oberflächenvergrößerungsmerkmalen oder Wärmeübertragungsfläche versehen ist (z.B. ähnlich 7 mit geeigneten Oberflächenvergrößerungsmerkmalen oder Wirbelerzeugern). Die fünfte Ausführung (d.h. Design 5) betrifft einen Wärmetauscher, wie in den 8 und 8A gezeigt, wobei der Wärmetauscher einen mehrzügigen Strömungsdurchgang 20 mit einer variablen Kanalbreite aufweist, bei dem jeder Strömungsdurchgangsteil 32(1) bis 32(4) mit Oberflächenvergrößerungsmerkmalen oder einer/einem Wärmeübertragungsfläche oder Wirbelerzeuger zunehmend größerer Dichte versehen ist. Wie in der in 9 gezeigten Ergebnistabelle veranschaulicht, demonstrieren die vierte Ausführung (d.h. Design 4) und die fünfte Ausführung (d.h. Design 5) im Vergleich zu den anderen Ausführungen (d.h. Design 1 bis 3) beide ein verbessertes Temperaturgefälle über die Oberfläche der Wärmetauscherplatten 16, 18. Bezüglich Design 4, bei dem der Wärmetauscher 14 mit einem inneren rohrförmigen Strömungsdurchgang 20 versehen wurde, der eine variable Kanalbreite hat, die von einem Strömungsdurchgangsteil zum nachfolgenden Strömungsdurchgangsteil zunehmend kleiner wird, wobei der Strömungsdurchgangsteil mit den/der gleichen Oberflächenvergrößerungsmerkmalen oder Wärmeübertragungsfläche (z.B. Wirbelerzeuger) versehen ist, wurde festgestellt, dass das Gesamttemperaturgefälle über die Oberfläche der Platten etwa 3,12°C betrug, was im Vergleich zu den Ausführungen 1 bis 3 verringert war und daher eine bessere Temperaturgleichmäßigkeit bot. Was Design 5 betrifft, das sich auf einen Wärmetauscher 14 bezieht, der sowohl eine variable Kanalbreite als auch eine gestaffelte Wärmeübertragungsfläche über die Länge des Strömungsdurchgangs hat, waren die Ergebnisse noch bemerkenswerter, da das Temperaturgefälle über die Oberfläche der Wärmetauscherplatten 16, 18 noch weiter auf etwa 1,91°C reduziert war, was im Vergleich zu den anderen Ausführungen (d.h. Design 1 bis 4) eine bedeutende Verbesserung der Temperaturgleichmäßigkeit über die Oberfläche der Wärmetauscherplatten 16, 18 ist. Der Druckabfall über den Wärmetauscher 14 insgesamt war im Vergleich zu jeder der Ausführungen 1 bis 4 geringfügig höher, ein Gesamtdruckabfall von 3,2 kPa liegt aber noch innerhalb eines annehmbaren Bereichs, besonders angesichts der weit verbesserten Anforderung an die Temperaturgleichmäßigkeit.
  • In 10, auf die jetzt Bezug genommen wird, wird ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Batteriezellen-Wärmetauschers 14 gemäß der vorliegenden Offenbarung gezeigt. In der gegenständlichen Ausführungsform sind anstelle der Bereitstellung eines mäanderförmigen Strömungsdurchgangs 20 mit einer variablen Breite und/oder variable gestaffelten Wärmeübertragungsfläche für jeden Zug des mehrzügigen Strömungsdurchgangs 20 die allgemein parallelen Strömungsdurchgangsteile 32(1) bis 32(4) jeweils mit einer anderen Kanalhöhe Dh1 – Dh4 sowie einer anderen Kanalbreite ausgebildet, wobei die Kanalhöhe Dh1 des ersten Strömungsdurchgangsteils 32(1) größer als die Kanalhöhe Dh2 des zweiten Strömungsdurchgangsteils 32(2) ist, die Kanalhöhe Dh3 des dritten Strömungsdurchgangsteils 32(3) kleiner als die zweite Kanalhöhe Dh2 ist und die Kanalhöhe Dh4 des vierten Strömungsdurchgangsteils 32(4) kleiner als die dritte Kanalhöhe Dh3 ist. Genauer, wie in 10 gezeigt, besteht der Wärmetauscher 14 aus einem Paar zusammenpassender Wärmetauscherplatten 16, 18, wobei die zweite Wärmetauscherplatte 18 mit einer mäanderförmigen Vertiefung ausgebildet ist, die den Strömungsdurchgang 20 bildet, der aus einer Reihe von allgemein parallelen Strömungsdurchgangsteilen 32(1) bis 32(4) zusammengesetzt ist, die durch U-förmige Strömungsdurchgangsteile 34(1) bis 34(3) in Reihe miteinander verbunden sind. Längsrippen, die sich von den jeweiligen Endrändern der Platte 18 erstrecken, bilden einzelne Strömungsbarrieren 33, die einen allgemein parallelen Strömungsdurchgangsteil 32(n) vom benachbarten Strömungsdurchgangsteil trennen und/oder strömungstechnisch isolieren. In der gegenständlichen Ausführungsform sind in jedem U-förmigen Strömungsdurchgangsteil 34(1) bis 34(3) Übergangszonen ausgebildet, um die Verringerung der Kanalhöhe zwischen den benachbarten, allgemein Strömungsdurchgangsteilen 32(n) zu ermöglichen. Die Übergangszonen 45 haben allgemein die Form einer in der Oberfläche des U-förmigen Strömungsdurchgangsteils 34(1) bis 34(3) ausgebildeten allmählichen Abstufung oder Rampe, die die Verringerung der Höhe zwischen den benachbarten, allgemein parallelen Strömungsdurchgangsteilen (32(n) ermöglicht, wobei die Kanalhöhe der jeweiligen Strömungsdurchgangsteile 32(n) der Tiefe entspricht, die von den jeweiligen Vertiefungen, die den jeweiligen Strömungsdurchgangsteil 32(n) bilden, bereitgestellt wird, z.B. die Kanalhöhe der jeweiligen Strömungsdurchgangsteile 32 dem Abstand zwischen der Basis oder unteren Oberfläche des jeweiligen Strömungsdurchgangsteils 32 und der oberen Oberfläche der angrenzenden Strömungsbarriere 33 oder des umgebenden Umfangsrands 37 entspricht. Eine detailliertere Ansicht der Übergangszone 45, die von einem der U-förmigen Strömungsdurchgangsteile 34(1) bereitgestellt wird, wird in 10B veranschaulicht.
  • Durch zunehmendes Verringern der Kanalhöhe der einzelnen Strömungsdurchgangsteile 32(1) bis 32(4) zusammen mit der Breite nimmt der Strömungswiderstand jedes Strömungsdurchgangsteils zu, was wiederum die Geschwindigkeit des durch die Strömungsdurchgangsteile 32(1) bis 32(4) strömenden Fluids erhöht, was wiederum zur Verringerung des Temperaturgefälles über die Oberfläche der Wärmetauscherplatten 16, 18, die mit den einzelnen Batteriezellen in Kontakt ist, beiträgt. Zusätzlich zur zunehmenden Verringerung der Kanalhöhe jedes allgemein parallelen Strömungsdurchgangsteils 32(1) bis 32(4) können die Strömungsdurchgangsteile 32(1) bis 32(4) auch jeweils mit diversen Mustern von Oberflächenvergrößerungsmerkmalen 36, 38, 40, 42 oder Wärmeübertragungsflächen in der Form diverser Typen von Offset-Strip-Fins, wie oben beschrieben, versehen sein. Ein Batteriezellen-Wärmetauscher 14 mit einem mäanderförmigen oder mehrzügigen Strömungsdurchgang 20, der eine gestaffelte oder unterschiedliche Wärmeübertragungsfläche sowie eine zunehmend kleinere Kanalhöhe hat, wird allgemein als besser zur Verwendung als Kühlplatten-Wärmetauscher geeignet betrachtet, da eine Seite des Wärmetauschers keine allgemein kontinuierliche Oberfläche für den Kontakt mit einer bzw. einem angrenzenden Batteriezelle oder Batteriezellengehäuse 12 bereitstellt, wie bei Verwendung in einer Anordnung zwischen Zellen (z.B. wie in 11 gezeigt) erforderlich ist. Ein Batteriezellen-Wärmetauscher 14 mit einem mehrzügigen Strömungsdurchgang 20, der eine vom Eintrittsende zum Austrittsende des Wärmetauschers zunehmend kleinere Kanalhöhe hat, der aus einer allgemein ebenflächigen ersten oder oberen Platte 16 und einer geformten zweiten oder unteren Platte 18 zusammengesetzt ist, wie in 10 gezeigt wird, ist zur Verwendung als Kühlplatten-Wärmetauscher geeignet, wobei nur eine Seite des Wärmetauschers mit den Batteriezellen oder Batteriezellenbehältern 12 in Flächenkontakt ist.
  • Durch Anwenden einer gestaffelten Wärmeübertragungsfläche und/oder einer variablen Breite und/oder Höhe auf den Strömungsdurchgang 20 eines Batteriezellen-Wärmetauschers 14 wird ein verbesserter Batteriezellen-Wärmetauscher 14 bereitgestellt, der genauer abgestimmt werden kann, um die spezifischen Leistungsanforderungen an diese Arten von Batterieeinheiten 10 zu erfüllen, insbesondere eine gleichmäßigere Temperaturverteilung über die Oberfläche des Wärmetauschers 14.
  • Es wurden zwar verschiedene Ausführungsformen des Batteriezellen-Wärmetauschers 14 beschrieben, es versteht sich aber, dass gewisse Anpassungen und Modifikationen der beschriebenen Ausführungsformen durchgeführt werden können. Die oben besprochenen Ausführungsformen werden daher als veranschaulichend und nicht beschränkend betrachtet.

Claims (20)

  1. Batteriezellen-Wärmetauscher, der Folgendes aufweist: ein Paar zusammenpassender Wärmetauscherplatten, wobei das Paar zusammenpassender Wärmetauscherplatten zusammen einen inneren mehrzügigen rohrförmigen Strömungsdurchgang dazwischen bildet; wobei der mehrzügige rohrförmige Strömungsdurchgang ein Eintrittsende und ein Austrittsende und mehrere allgemein parallele Strömungsdurchgangsteile hat, die durch allgemein U-förmige Strömungsdurchgangsteile miteinander verbunden sind, wobei die allgemein parallelen Strömungsdurchgangsteile und die allgemein U-förmigen Teile zusammen das genannte Eintrittsende und das genannte Austrittsende miteinander verbinden; einen Fluideintritt, der mit dem genannten Eintrittsende des genannten Strömungsdurchgangs in Fluidverbindung ist zum Zuführen eines Fluids zu dem genannten Wärmetauscher; einen Fluidaustritt, der mit dem genannten Austrittsende des genannten Strömungsdurchgangs in Fluidverbindung ist zum Ablassen des genannten Fluids aus dem genannten Wärmetauscher; wobei jeder allgemein parallele Strömungsdurchgangsteil einen Strömungswiderstand und eine Wärmeübertragungsleistungskennlinie definiert, wobei der Strömungswiderstand und die Wärmeübertragungsleistungskennlinie jedes der genannten allgemein parallelen Strömungsdurchgangsteile zwischen dem Eintrittsende und dem Austrittsende zunimmt.
  2. Batteriezellen-Wärmetauscher nach Anspruch 1, wobei jeder allgemein parallele Strömungsdurchgangsteil eine Breite hat, wobei die Breite jedes allgemein parallelen Strömungsdurchgangsteils die gleiche und konstant ist; und wobei jeder allgemein parallele Strömungsdurchgangsteil eine in Bezug auf einen nachfolgenden allgemein parallelen Strömungsdurchgangsteil zunehmend größere Oberflächendichte definiert; wobei die zunehmend größere Oberflächendichte durch eine der folgenden Alternativen bereitgestellt wird: Oberflächenvergrößerungsmerkmale in der Form diverser Muster aus Noppen, Rippen und/oder Kombinationen davon oder Wärmeübertragungsflächen mit fortschreitend zunehmender Fin-Dichte.
  3. Batteriezellen-Wärmetauscher nach Anspruch 1, wobei jeder allgemein parallele Strömungsdurchgangsteil eine Breite hat, wobei die Breite jedes der genannten allgemein parallelen Strömungsdurchgangsteile von einem ersten der genannten allgemein parallelen Strömungsdurchgangsteile zu einem letzten der genannten allgemein parallelen Strömungsdurchgangsteile fortschreitend abnimmt.
  4. Batteriezellen-Wärmetauscher nach Anspruch 3, wobei jeder der genannten allgemein parallelen Strömungsdurchgangsteile mit fortschreitend abnehmender Breite jeweils mit Oberflächenvergrößerungsmerkmalen ausgebildet sind, die in Mustern mit von dem genannten ersten der genannten allgemein parallelen Strömungsdurchgangsteile zu dem genannten letzten der genannten allgemein parallelen Strömungsdurchgangsteile zunehmend größerer Oberflächendichte angeordnet sind; wobei die genannten Oberflächenvergrößerungsmerkmalen in die Oberfläche der genannten Wärmetauscherplatten eingestanzt sind.
  5. Batteriezellen-Wärmetauscher nach Anspruch 3, wobei der genannte erste der genannten allgemein parallelen Strömungsdurchgangsteile die Form eines freien Kanals ohne Oberflächenvergrößerungsmerkmale hat und wobei in jedem nachfolgenden allgemein parallelen Strömungsdurchgangsteil eine Wärmeübertragungsfläche angeordnet ist, wobei jede Wärmeübertragungsfläche eine zunehmend größere Fin-Dichte hat.
  6. Batteriezellen-Wärmetauscher nach Anspruch 5, wobei jede Wärmeübertragungsfläche die Form eines Offset-Strip-Fin mit zunehmend größerer Fin-Dichte hat.
  7. Batteriezellen-Wärmetauscher nach Anspruch 1, wobei der mehrzügige rohrförmige Strömungsdurchgang Folgendes aufweist: einen ersten allgemein parallelen Strömungsdurchgangsteil, der eine erste Oberflächendichte definiert; einen zweiten allgemein parallelen Strömungsdurchgangsteil, der eine zweite Oberflächendichte definiert; einen dritten allgemein parallelen Strömungsdurchgangsteil, der eine dritte Oberflächendichte definiert; und einen vierten allgemein parallelen Strömungsdurchgang, der eine vierte Oberflächendichte definiert; wobei die genannte erste Oberflächendichte von einem Muster aus ersten Vorsprüngen geringer Dichte definiert wird, die im Oberflächenteil der Wärmetauscherplatten ausgebildet sind, die den genannten ersten allgemein parallelen Strömungsdurchgangsteil bilden, um eine geringe Gesamtoberflächendichte bereitzustellen; wobei die genannte zweite Oberflächendichte von einem hoch dichten Muster der genannten ersten Vorsprünge definiert wird, die im Oberflächenteil der Wärmetauscherplatten ausgebildet sind, die den genannten zweiten allgemein parallelen Strömungsdurchgangsteil bilden, um eine erste mittlere Gesamtoberflächendichte bereitzustellen; wobei die genannte dritte Oberflächendichte von einem Muster geringer Dichte von zweiten Vorsprünge definiert wird, die im Oberflächenteil der Wärmetauscherplatten ausgebildet sind, die den genannten dritten allgemein parallelen Strömungsdurchgangsteil bilden, um eine zweite mittlere Gesamtoberflächendichte bereitzustellen, die größer als die genannte erste mittlere Oberflächendichte ist; und die genannte vierte Oberflächendichte von einem hoch dichten Muster aus den genannten ersten und zweiten Vorsprüngen definiert wird, die im Oberflächenteil der genannten Wärmetauscherplatten ausgebildet sind, die den genannten vierten allgemein parallelen Strömungsdurchgangsteil bilden, um eine insgesamt hohe Oberflächendichte bereitzustellen.
  8. Batteriezellen-Wärmetauscher nach Anspruch 7, wobei die genannten ersten Vorsprünge Noppen sind und die genannten zweiten Vorsprünge Rippen sind.
  9. Batteriezellen-Wärmetauscher nach Anspruch 7, wobei: die genannte erste Oberflächendichte von einem freien Kanal ohne Oberflächenvergrößerungsmerkmale oder einer Wärmeübertragungsfläche definiert wird und wobei die genannte zweite, dritte und vierte Oberflächendichte von Wärmeübertragungsflächen in der Form von Offset-Strip-Fins mit zunehmend größerer Fin-Dichte definiert werden.
  10. Batteriezellen-Wärmetauscher nach Anspruch 1, wobei der genannte mehrzügige rohrförmige Strömungsdurchgang mindestens drei allgemein parallele Strömungsdurchgangsteile und maximal zehn allgemein parallele Strömungsdurchgangsteile aufweist.
  11. Batteriezellen-Wärmetauscher nach Anspruch 3, wobei jeder allgemein parallele Strömungsdurchgangsteil eine Höhe hat, wobei die Höhe von jedem der genannten allgemein parallelen Strömungsdurchgangsteile von einem ersten der genannten allgemein parallelen Strömungsdurchgangsteile zu einem letzten der genannten allgemein parallelen Strömungsdurchgangsteile zunehmend kleiner wird.
  12. Batteriezellen-Wärmetauscher nach Anspruch 11, wobei jeder der genannten allgemein parallelen Strömungsdurchgangsteile mit zunehmend kleinerer Höhe jeweils mit Oberflächenvergrößerungsmerkmalen ausgebildet ist, die in Mustern mit von dem genannten ersten der genannten allgemein parallelen Strömungsdurchgangsteile zu dem genannten letzten der genannten allgemein parallelen Strömungsdurchgangsteile zunehmend größerer Oberflächendichte angeordnet sind; wobei die zunehmend größere Oberflächendichte von einer der folgenden Alternativen bereitgestellt wird: Oberflächenvergrößerungsmerkmale in der Form diverser Muster aus Noppen, Rippen und/oder Kombinationen davon oder Wärmeübertragungsflächen mit zunehmend größerer Fin-Dichte.
  13. Batterieeinheit, die Folgendes aufweist: mehrere Batteriezellenbehälter, in denen jeweils eine oder mehrere einzelne Batteriezellen aufgenommen sind, wobei die Batteriezellenbehälter in aneinandergrenzendem Stirnflächenkontakt miteinander angeordnet sind; einen Batteriezellen-Wärmetauscher, der unter den genannten mehreren Batteriezellenbehältern angeordnet ist, so dass eine Stirnfläche jedes Batteriezellenbehälters mit dem genannten Wärmetauscher in Flächenkontakt ist; wobei jeder Batteriezellen-Wärmetauscher Folgendes aufweist: ein Paar zusammenpassender Wärmeaustauschplatten, wobei das Paar zusammenpassender Wärmeaustauschplatten zusammen einen mehrzügigen rohrförmigen Strömungsdurchgang dazwischen bildet; wobei der mehrzügige rohrförmige Strömungsdurchgang ein Eintrittsende und ein Austrittsende und mehrere allgemein parallele Strömungsdurchgangsteile hat, die durch allgemein U-förmige Strömungsdurchgangsteile miteinander verbunden sind, wobei die allgemein parallelen Strömungsdurchgangsteile und die allgemein U-förmigen Teile zusammen das genannte Eintrittsende und das genannte Austrittsende miteinander verbinden; einen Fluideintritt, der mit dem genannten Eintrittsende des genannten Strömungsdurchgangs in Fluidverbindung ist zum Zuführen eines Fluids zu dem genannten Wärmetauscher; einen Fluidaustritt, der mit dem genannten Austrittsende des genannten Strömungsdurchgangs in Fluidverbindung ist zum Ablassen des genannten Fluids aus dem genannten Wärmetauscher; wobei jeder allgemein parallele Strömungsdurchgangsteil einen Strömungswiderstand und eine Wärmeübertragungsleistungskennlinie definiert, wobei der Strömungswiderstand und die Wärmeübertragungsleistungskennlinie von jedem allgemein parallelen Strömungsdurchgangsteil zwischen dem Eintrittsende und dem Austrittsende zunehmen.
  14. Batterieeinheit nach Anspruch 13, wobei jeder allgemein parallele Strömungsdurchgangsteil eine Breite hat, wobei die Breite jedes allgemein parallelen Strömungsdurchgangsteils die gleiche und konstant ist; und wobei jeder allgemein parallele Strömungsdurchgangsteil eine zunehmend größere Oberflächendichte in Bezug auf einen nachfolgenden allgemein parallelen Strömungsdurchgangsteil definiert; wobei die zunehmend größere Oberflächendichte durch eine der folgenden Alternativen bereitgestellt wird: Oberflächenvergrößerungsmerkmale in der Form diverser Muster aus Noppen, Rippen und/oder Kombinationen davon oder Wärmeübertragungsflächen mit zunehmend größerer Fin-Dichte.
  15. Batterieeinheit nach Anspruch 13, wobei jeder allgemein parallele Strömungsdurchgangsteil eine Breite hat, wobei die Breite von jedem der genannten allgemein parallelen Strömungsdurchgangsteile von einem ersten der genannten allgemein parallelen Strömungsdurchgangsteile mit der größten Breite zu einem letzten der genannten allgemein parallelen Strömungsdurchgangsteile mit der kleinsten Breite zunehmend kleiner wird.
  16. Batterieeinheit nach Anspruch 15, wobei jeder der genannten allgemein parallelen Strömungsdurchgangsteile mit einer zunehmend kleineren Breite jeweils mit Oberflächenvergrößerungsmerkmalen ausgebildet ist, die in Mustern mit von der genannten ersten der genannten allgemein parallelen Strömungsdurchgangsteile zu der genannten letzten der genannten allgemein parallelen Strömungsdurchgangsteile zunehmend größerer Oberflächendichte angeordnet sind; wobei der mehrzügige rohrförmige Strömungsdurchgang Folgendes aufweist: einen ersten allgemein parallelen Strömungsdurchgangsteil, der eine erste Oberflächendichte definiert; einen zweiten allgemein parallelen Strömungsdurchgangsteil, der eine zweite Oberflächendichte definiert; einen dritten allgemein parallelen Strömungsdurchgangsteil, der eine dritte Oberflächendichte definiert; und einen vierten allgemein parallelen Strömungsdurchgang, der eine vierte Oberflächendichte definiert; wobei die genannte erste Oberflächendichte von einem Muster aus ersten Vorsprüngen geringer Dichte definiert wird, die im Oberflächenteil der Wärmetauscherplatten ausgebildet sind, die den genannten ersten allgemein parallelen Strömungsdurchgangsteil bilden, um eine geringe Gesamtoberflächendichte bereitzustellen; wobei die genannte zweite Oberflächendichte von einem hoch dichten Muster der genannten ersten Vorsprünge definiert wird, die im Oberflächenteil der Wärmetauscherplatten ausgebildet sind, die den genannten zweiten allgemein parallelen Strömungsdurchgangsteil bilden, um eine erste mittlere Gesamtoberflächendichte bereitzustellen; wobei die genannte dritte Oberflächendichte von einem Muster geringer Dichte von zweiten Vorsprünge definiert wird, die im Oberflächenteil der Wärmetauscherplatten ausgebildet sind, die den genannten dritten allgemein parallelen Strömungsdurchgangsteil bilden, um eine zweite mittlere Gesamtoberflächendichte bereitzustellen, die größer als die genannte erste mittlere Oberflächendichte ist; und die genannte vierte Oberflächendichte von einem hoch dichten Muster aus den genannten ersten und zweiten Vorsprüngen definiert wird, die im Oberflächenteil der genannten Wärmetauscherplatten ausgebildet sind, die den genannten vierten allgemein parallelen Strömungsdurchgangsteil bilden, um eine insgesamt hohe Oberflächendichte bereitzustellen; und wobei die genannten ersten Vorsprünge Noppen sind und die genannten zweiten Vorsprünge Rippen sind.
  17. Batterieeinheit nach Anspruch 15, wobei der genannte erste der genannten allgemein parallelen Strömungsdurchgangsteile die Form eines freien Kanals ohne Oberflächenvergrößerungsmerkmale hat und wobei in jedem nachfolgenden allgemein parallelen Strömungsdurchgangsteil eine Wärmeübertragungsfläche angeordnet ist, wobei jede Wärmeübertragungsfläche in der Form eines Offset-Strip-Fin eine zunehmend höhere Fin-Dichte hat.
  18. Batterieeinheit nach Anspruch 15, wobei jeder allgemein parallele Strömungsdurchgangsteil mit einer abnehmenden Breite eine Höhe hat, wobei die Höhe von jedem der genannten allgemein parallelen Strömungsdurchgangsteile von einem ersten der genannten allgemein parallelen Strömungsdurchgangsteile zu einem letzten der genannten allgemein parallelen Strömungsdurchgangsteile zunehmend kleiner wird.
  19. Batteriezellen-Wärmetauscher nach Anspruch 1, der Folgendes aufweist: eine erste allgemein ebenflächige Platte mit einer Außenfläche, die eine primäre Wärmeübertragungsfläche definiert; eine zweite Platte, die einen zentralen, allgemein ebenflächigen Bereich hat, wobei in dem genannten zentralen allgemein ebenflächigen Bereich eine mäanderförmige Vertiefung ausgebildet ist, die den genannten mehrzügigen Strömungsdurchgang bildet, wobei die genannte mäanderförmige Vertiefung von einem Umfangsflanschbereich für Kontakt mit und Abdichten auf einer entsprechenden Oberfläche der genannten ersten allgemein ebenflächigen Platte umgeben ist und wobei Strömungsbarrieren in der Form von länglichen Rippen, die aus dem zentralen allgemein ebenflächigen Bereich der zweiten Platte ragen, benachbarte der genannten mehreren allgemein parallelen Strömungsdurchgangsteile trennen, wobei die genannte U-förmigen Strömungsdurchgangsteile die genannten benachbarten allgemein parallelen Strömungsdurchgangsteile um ein jeweiliges Ende von einer der genannten Strömungsbarrieren miteinander verbinden; wobei der genannte Batteriezellen-Wärmetauscher ein Kühlplatten-Wärmetauscher ist.
  20. Batteriezellen-Wärmetauscher nach Anspruch 19, wobei die genannten U-förmigen Strömungsdurchgangsteile ferner eine Übergangszone aufweisen, wobei die Höhe von einem allgemein parallelen Strömungsdurchgangsteil von einer ersten Höhe auf eine zweite Höhe wechselt, die der Tiefe des benachbarten allgemein parallelen Strömungsdurchgangsteils entspricht, wobei die Höhe der allgemein parallelen Strömungsdurchgangsteile vom Eintrittsende zum Austrittsende des Wärmetauschers zunehmend kleiner wird.
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