DE112016002457T5

DE112016002457T5 - Wärmetauscher mit regionaler strömungsverteilung zum gleichmässigen kühlen von batteriezellen

Info

Publication number: DE112016002457T5
Application number: DE112016002457.6T
Authority: DE
Inventors: Benjamin A. Kenney; Meinrad K. A. Machler; Allan K. So
Original assignee: Dana Canada Corp
Current assignee: Dana Canada Corp
Priority date: 2015-06-04
Filing date: 2016-06-03
Publication date: 2018-02-15
Also published as: US10355331B2; US20160359211A1; WO2016191881A1; CN107923714B; CA2987962A1; CN107923714A

Abstract

Eine Wärmetauscherplatte besitzt eine Wärmeübertragungsfläche mit einer ersten Wärmeübertragungszone und einer zweiten Wärmeübertragungszone mit unterschiedlicher Kühlkapazität. Jede Zone weist Untergruppe von Fluidströmungskanälen, die eine erste Durchflusskapazität auf, wobei sich jeder zwischen einem Fluideinlasskanal und einem Fluidauslasskanal erstreckt. Wo eine der Zonen zum Kühlen der Anschlüsse einer Batterie ausgebildet ist, umfasst die Wärmetauscherplatte mindestens ein erstes Kopfteil, das an einem Ende der Platte liegt und ein Fluideinlasskopfteil und/oder ein Fluidauslasskopfteil einschließt, und ein zweites Kopfteil am gegenüberliegenden Ende der Platte und eine Mehrzahl von Strömungskanälen, die sich zwischen den Kopfteilen erstrecken. Mindestens ein Kopfteil hat eine Höhe, die größer ist als die Höhe der Strömungskanäle und ist im Wesentlichen gleich dem Abstand zwischen den Anschlüssen von benachbarten Batterien, wenn diese von einer der Wärmetauscherplatten getrennt sind.

Description

QUERVERWEIS AUF EINE ZUGEHÖRIGE ANMELDUNG
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität und den Nutzen der provisorischen Patentanmeldung Nr. 62/170765, in den USA, eingereicht am 4. Juni 2015, deren Inhalte hier durch Bezugnahme eingeschlossen sind.
GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmetauscher für ein Wärmemanagement von Batterien, wobei der Wärmetauscher eine Mehrzahl von diskreten Wärmetauscherplatten umfasst, und insbesondere auf solche Wärmetauscher, die strukturelle Merkmale zum Verbessern der Gleichmäßigkeit des Kühlens über die Flächen der Batteriezellen und zum Verringern eines Druckabfalls des Kühlmittels, das durch den Wärmetauscher strömt, aufweist.
HINTERGRUND
Aufladbare Batterien, wie solche Batterien, die aus vielen Lithium-Ionenzellen hergestellt sind, können in vielen Anwendungen verwendet werden, einschließlich beispielsweise in Anwendungen in elektrischen Fahrzeugen (”EV”) und in elektrischen Hybridfahrzeugen (”HEV”). Während des Aufladens und Entladens können solche Batterien große Wärmemengen erzeugen, die verteilt werden müssen.
In fortschrittlichen Wärmemanagementsystemen für Batterien werden individuellen Batteriezellen zwischen flüssiggekühlten Wärmetauscherplatten, die Strömungskanäle für Kühlmittel aufweisen, angeordnet. Die aus der Zelle entfernte Wärmemenge steht in Beziehung zu der Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels durch die Platte. Wenn jedoch die Strömungsgeschwindigkeit steigt, steigt auch der Druckabfall, wodurch die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels und die Kühlkapazität der Platte begrenzt sind.
Zusätzlich sind die meisten Wärmetauscherplatten so konstruiert, dass eine gleichmäßige Kühlmittelverteilung über die Oberflächen der Platte vorgesehen sind. Jedoch ist die von einer Lithium-Ionenbatterie erzeugte Wärme nicht gleichmäßig über ihre Flächen verteilt. Beispielsweise können heiße Stellen an den Batterieanschlüssen und in dem Bereich nahe der Batterieanschlüsse, insbesondere während eines schnellen Ladens der Batteriezelle, erzeugt werden, da die Anschlüsse der Lithium-Ionenbatteriezellen dazu neigen, mehr Wärme als der Rest der Batteriezellen zu erzeugen. Außerdem können heiße Stellen im Mittelbereich der Batteriezelle während des Entladens der Batteriezelle bei Fahrzyklen-Bedingungen erzeugt werden. Daher kann das Kühlen einer solchen Batterie mit Platten, die für eine gleichmäßige Kühlmittelverteilung konstruiert sind, in einer ungleichmäßigen Kühlung der Batteriezellen resultieren, wodurch sich die Erzeugung von ”heißen Stellen” ergibt, die eine gegenteilige Wirkung auf die Batterieleistungsfähigkeit und die Batterielebensdauer haben können. Daher würde die Abfuhr von übermäßiger Wärme, ob von den Bereichen nahe den Batterieanschlüssen oder von anderen Bereichen der Batteriezelle, die Batterieleistungsfähigkeit und -lebensdauer verbessern.
Es gibt daher die Notwendigkeit einer verbesserten Konstruktion von Wärmetauschern für aufladbare Batterien bei verbesserter Herstellungsmöglichkeit, die einen geringeren Druckabfall und/oder eine gleichmäßige Kühlung vorsieht.
ABRISS
In einem Aspekt ist eine Wärmetauscherplatte mit einer Wärmeübertragungsfläche, die eine erste Wärmeübertragungszone und eine zweite Wärmeübertragungszone aufweist, vorgesehen. Die Wärmetauscherplatte umfasst: (a) eine erste Untergruppe von Fluidströmungskanälen, die in der ersten Wärmeübertragungszone vorgesehen sind, wobei die erste Untergruppe von Fluidströmungskanälen eine erste Durchflusskapazität aufweist; (b) eine zweite Untergruppe von Fluidströmungskanälen, die in der zweiten Übertragungszone vorgesehen sind, wobei die zweite Untergruppe von Fluidströmungskanälen eine zweite Durchflusskapazität aufweist, die geringer ist als die erste Durchflusskapazität; (c) mindestens einen Fluideinlasskanal; (d) mindestens einen Fluidauslasskanal; (e) eine Fluideinlassöffnung in Strömungsverbindung mit dem mindestens einen Fluideinlasskanal; und (f) eine Fluidauslassöffnung in Strömungsverbindung mit dem mindestens einen Fluidauslasskanal; wobei jeder der Fluidströmungskanäle ein erstes Ende aufweist, das mit einem der mindestens einen Fluideinlasskanäle verbunden und in Strömungsverbindung ist; und wobei jeder der Fluidströmungskanäle ein zweites Ende aufweist, das mit einem der mindestens einen Fluidauslasskanäle verbunden und in Strömungsverbindung ist.
In einem anderen Aspekt ist eine Wärmetauscherplatte zum Kühlen einer Batteriezelle mit einer Mehrzahl von Anschlüssen vorgesehen. Die Wärmetauscherplatte umfasst: mindestens ein erstes Kopfteil, das an einem ersten Ende der Platte angeordnet ist, wobei das mindestens eine Kopfteil ein Fluideinlasskopfteil und/oder ein Fluidauslasskopfteil einschließt; ein zweites Kopfteil, das an einem zweiten Ende der Platte liegt; eine Mehrzahl von Strömungskanälen, die sich von dem ersten Ende zu dem zweiten Ende der Platte erstrecken; wobei das mindestens eine erste Kopfteil und/oder das zweite Kopfteil eine erste Höhe aufweisen, die größer ist als eine zweite Höhe der Strömungskanäle, und ist im Wesentlichen die gleiche wie ein Abstand zwischen Anschlüssen von benachbarten Batterien, wenn diese durch eine der Wärmetauscherplatten getrennt ist.
In einem anderen Aspekt ist ein Wärmetauscher vorgesehen, der eine Mehrzahl von Wärmetauscherplatten, wie hier beschrieben, umfasst. Die Wärmetauscherplatten sind in einer beabstandeten und parallelen Beziehung zueinander angeordnet, wobei die Fluideinlass- und Fluidauslassöffnungen in Strömungsverbindung mit jeweiligen Fluideinlass- und Fluidauslassverteilern angeordnet sind.
In einem anderen Aspekt ist ein Wärmetauscher vorgesehen, der eine Mehrzahl von Wiederholeinheiten umfasst. Jede Wiederholeinheit umfasst eine erste Batteriezelle, eine zweite Batteriezelle anliegend zu der ersten Batteriezelle und eine Wärmetauscherplatte, wie hier beschrieben, anliegend an die zweite Batteriezelle, wobei ein Zwischenraum zwischen den Anschlüssen der ersten Batteriezelle und den Anschlüssen der zweiten Batteriezellen in jeder Wiederholeinheit vorhanden ist und wobei der Zwischenraum mindestens teilweise mit einem langgestreckten Füllstoffstreifen gefüllt ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Erfindung wird nun nur beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, in der:
1 eine perspektivische Ansicht ist, die ein Paar von Batteriezellen und ein Paar von Wärmetauscherplatten eines Batteriemoduls entsprechend einem Ausführungsbeispiel zeigt,
2 ein Querschnitt entlang der Schnittlinie 2-2' der 1 ist;
3 bis 6 vereinfachte Aufsichten auf verschiedene Wärmetauscherplatten mit parallelen Anordnungen von Fluidströmungskanälen sind;
7 eine Aufsicht auf eine Wärmetauscherplatte entsprechend einem weiteren Ausführungsbeispiel ist;
8 eine Detailansicht einer Gegend ist, die die Auslassöffnung der Wärmetauscherplatte nach 1 oder 7 umgibt;
9 bis 11 Teilansichten der Wärmetauscherplatten sind, die verschiedene Typen von Strömungshindernissen darstellen;
12A und 12B eine Wärmetauscherplatte entsprechend einem anderen Ausführungsbeispiel zeigen;
13 und 14 eine Wärmetauscherplatte entsprechend einem anderen Ausführungsbeispiel zeigen, die eine 1:1 Konfiguration hat und die Platten mit vergrößerten Kopfteilen für eine Batterieanschlusskühlung aufweist;
15 eine Endansicht einer Wärmetauscherplatte zeigt, die ein vergrößertes Kopfteil für eine Batterieanschlusskühlung aufweist, entsprechend einem anderen Ausführungsbeispiel;
16 eine Wärmetauscherplatte entsprechend einem anderen Ausführungsbeispiel zeigt;
17 eine Wärmetauscherplatte entsprechend einem anderen Ausführungsbeispiel zeigt;
18 bis 20 vereinfachte Aufsichten auf verschiedene Wärmetauscherplatten sind, die parallele Anordnungen von Fluidströmungskanälen haben und die Einlass- und Auslassanschlüsse an entgegengesetzten Enden aufweisen; und
21 und 22 einen Wärmetauscher nach einem anderen Ausführungsbeispiel zeigen, der Platten mit vergrößerten Kopfteilen für eine Batterieanschlusskühlung und Füllstoffstreifen aufweist, um die Zwischenräume zwischen benachbarten Batteriezellen zu füllen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
1 stellt einen Wärmetauscher 10 entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel dar. Der Wärmetauscher 10 umfasst eine Mehrzahl von Wärmetauscherplatten 12. Obwohl nur zwei Platten 12 des Wärmetauschers 10 in 1 gezeigt sind, sei es verstanden, dass der Wärmetauscher 10 zusätzliche Platten 12 enthalten kann.
Die Wärmetauscherplatten 12 sind in beabstandeter, paralleler Beziehung zueinander angeordnet, wobei der Abstand zwischen benachbarten Wärmetauscherplatten 12 ausreichend ist, um ein Paar von Batteriezellen 14 aufzunehmen, wobei jede Batteriezelle 14 eine Fläche in engem Wärmekontakt mit einer der Wärmeübertragungsflächen einer anliegenden Platte 12 und ein entgegengesetzte Fläche, die zur anderen Batteriezelle 14 gerichtet ist, aufweist. 1 stellt ein Paar von Batteriezellen 14 dar, die zwischen einem Paar von benachbarten Wärmetauscherplatten 12 aufgenommen sind, jedoch sei bemerkt, dass der Wärmetauscher 10 zusätzliche Batteriezellen 14 einschließen kann, die zwischen zusätzlichen Paaren von voneinander beabstandeten Platten 12 aufgenommen sein können. Die Kombination der Batteriezellen 14 und des Wärmetauschers 10 wird hier als Batteriemodul 1 bezeichnet, bei dem die von dem Wärmetauscher 10 umfassten Mehrzahl von Platten 12 in alternierender Anordnung mit Paaren von Batteriezellen 14 angeordnet sind, die wie in 1 und in dem Teilquerschnitt der 2 gezeigt angeordnet sind,.
Es sei bemerkt, dass das Batteriemodul 1 der 1 und 2 eine Mehrzahl von Wiederholeinheiten umfassen wird, wobei jede zwei Batteriezellen 40 und eine Wärmetauscherplatte 12 umfasst, und sie wird hier manchmal als eine ”2:1 Konfiguration” bezeichnet. In Übereinstimmung mit dieser 2:1 Konfiguration ist eine Fläche jeder Batteriezelle 14 in Wärmekontakt mit einer Wärmetauscherplatte 12, während die entgegengesetzte Fläche einer benachbarten Batteriezelle 14 zugewandt ist. Die zwei benachbarten Batteriezellen 14 jeder Wiederholeinheit in der 2:1 Konfiguration können durch eine Abstandslage 130 voneinander getrennt sein, wie in 2 gezeigt. Die Anzahl von Wiederholeinheiten in dem Batteriemodul ist variabel. Obwohl die Ausführungsbeispiele hier unter Bezugnahme auf Batteriemodule in einer 2:1 Konfiguration beschrieben werden, sei bemerkt, dass die in dieser Anmeldung beschriebenen Wärmetauscherplatten in Wärmetauschern und Batteriemodulen verwendet werden können, die unterschiedliche Konfigurationen haben. Beispielsweise können die hier beschriebenen Wärmetauscherplatten und Wärmetauscher in Batteriemodulen verwendet werden, bei denen die Wiederholeinheiten eine Batteriezelle 14 und eine Wärmetauscherplatte 15 umfassen, was hier auch als ”1:1 Konfiguration” bezeichnet wird. Die unten beschriebenen 13 und 14 stellen ein Ausführungsbeispiel dar, in dem die Wiederholeinheit eine 1:1 Konfiguration aufweist.
Jede Batteriezelle 14 weist ein Paar von ebenen, entgegengesetzten Flächen für einen Kontakt mit den Wärmetauscherflächen der Platten 12 und ein Paar von Anschlüssen 16, 18 auf, um eine elektrische Verbindung mit einer nicht dargestellten Stromschiene vorzusehen, wobei die Stromschiene in ähnlicher Weise mit den Anschlüssen 16, 18 der anderen Zellen 14 in dem Batteriemodul 1 verbunden sein wird. Wie in 1 gezeigt, werden die Anschlüsse 16, 18 typischerweise eine Dicke haben, die geringer ist als die der anderen Teile der Batteriezelle 14.
Während des Ladens oder Entladens des Batteriemoduls wird Wärme durch die Batteriezellen 14 erzeugt. Wie oben beschrieben, kann die von den Batteriezellen 14 erzeugte Wärme ungleichmäßig über die Flächen der Batteriezelle 14 verteilt sein, derart, dass ein Temperaturgradient entlang der äußeren Flächen der Batteriezellen 14 erzeugt wird, wodurch ”heiße Stellen” in einem oder mehreren Bereichen der Batteriezellen 14 erzeugt werden. Da beispielsweise die Anschlüsse von Lithium-Ionenbatteriezellen dazu neigen, mehr Wärme zu erzeugen als der Rest der Batteriezellen, kann jede der Batteriezellen 14 des Batteriemoduls 1 einen Temperaturgradienten erfahren, wobei die Temperatur der Batteriezelle 14 an den oder nahe den Anschlüssen 16, 18 (dem oberen Bereich der Batteriezelle 14, wie in 1 gezeigt, in oder nahe der Zone 20) am höchsten sein wird, da in diesem Bereich eine höhere elektrische Stromdichte, insbesondere während des schnellen Ladens des Batteriemoduls 1, existiert. Auch während der Batterieentladung bei Fahrzyklusbedingungen kann jede der Batteriezellen 14 einen Temperaturgradienten erfahren, wobei die Temperatur der Batteriezelle 14 am höchsten nahe dem mittleren Bereich der Batteriezelle 14 (dem Mittelbereich der Batteriezelle 14, wie in 1 gezeigt, in oder nahe der Zone 24) sein wird,
In dem unten beschriebenen Ausführungsbeispiel sind die Wärmetauscherplatten 12 des Batteriemoduls 1 mit mehrfachen Kühlzonen versehen, wobei die Zone(n) der höchsten Kühlkapazität am nächsten zu den Anschlüssen 16, 18 der Batteriezellen 14 liegen, um so die Erzeugung von heißen Stellen in dem Bereich der Anschlüsse 16, 18 zu vermeiden. Es sei bemerkt, dass das Batteriemodul Wärmetauscherplatten 12 einschließen kann, bei denen die Zone(n) der höchsten Kühlkapazität am nächsten zu den Mittelteilen der Batteriezellen 14 liegen, entweder zusätzlich zu oder anstelle der Wärmetauscherplatten 12, die nun unten beschrieben werden.
In 1 ist die Batteriezelle 14 so dargestellt, dass sie vier Wärmegebiete aufweist, wobei jede einen unterschiedlichen Temperaturbereich und unterschiedliche Kühlanforderungen besitzt. Diese vier Wärmegebiete sind: ein erstes Wärmegebiet 20 nahe den Anschlüssen 16, 18, das den höchsten Temperaturbereich und die größten Kühlanforderungen aufweist; ein zweites Wärmegebiet 22 benachbart zum Gebiet 20, das einen niedrigeren Temperaturbereich und geringere Kühlanforderungen als das Gebiet 20 aufweist; ein drittes Wärmegebiet 24, benachbart zum Gebiet 22, das einen niedrigeren Temperaturbereich und geringere Kühlanforderungen als das Gebiet 22 aufweist; und ein viertes Wärmegebiet 26, das den niedrigsten Temperaturbereich und geringsten Kühlanforderungen aufweist. Die Teilungen zwischen den Wärmegebieten 20, 22, 24 und 26 in 1 sind durch gestrichelte Linien gezeigt. Angesichts dessen, dass die Batteriezelle einen Temperaturgradienten über ihre Fläche (d. h. in 1 vom Boden nach oben) haben wird, sei bemerkt, dass die Teilung der Zelle 14 in vier Wärmegebiete etwas willkürlich ist und dass die Anzahl der Wärmegebiete unterschiedlich zu der gezeigten sein kann.
Jede Wärmetauscherplatte 12 weist ein Paar von entgegengesetzten Wärmetauscherflächen 28, 30 auf, die in engem Wärmekontakt mit einer der flachen Flächen der Batteriezelle 14 sein werden, wobei Wärme von der Zelle 14 zu dem Kühlmittel über die Wärmeübertragungsflächen 28, 30 übertragen wird. Um einen Wärmeübertrag zu maximieren, haben die Wärmeübertragungsflächen 28, 30 der Platten 12 ungefähr die gleiche Größe, Form und Fläche, wie die flachen Oberflächen der zu kühlenden Batteriezelle 14.
Jede Wärmeübertragungsfläche 28, 30 der Wärmetauscherplatte 12 wird als in vier Wärmeübertragungszonen geteilt dargestellt, die mit 32, 34, 36 und 38 in 1 bezeichnet sind, wobei die Teilung zwischen benachbarten Wärmeübertragungszonen durch gestrichelte Linien gezeigt sind. Außerdem entspricht jede der Wärmeübertragungszonen der Wärmetauscherplatte 12 hinsichtlich der Stelle, der Größe, der Form und der Fläche ungefähr einem der Wärmegebiete der Batteriezelle 14. In dieser Hinsicht ist die erste Wärmeübertragungszone 32 der Wärmetauscherplatte 12 ausgebildet, in Kontakt mit dem ersten Wärmegebiet 20 der Zelle 14 zu sein; die zweite Wärmeübertragungszone 34 der Wärmetauscherplatte 12 ist ausgebildet, in Kontakt mit dem zweiten Wärmegebiet 22 der Zelle 14 zu sein; die dritte Wärmeübertragungszone 36 der Wärmetauscherplatte 12 ist ausgebildet, in Kontakt mit dem dritten Wärmegebiet 24 der Zelle 14 zu sein, und die vierte Wärmeübertragungszone 38 der Wärmetauscherplatte 12 ist ausgebildet, in Kontakt mit dem vierten Wärmegebiet 26 der Zelle 14 zu sein.
Während das vorliegende Ausführungsbeispiel sich auf eine Batteriezelle 14 mit vier Wärmegebieten und eine Wärmetauscherplatte 12 mit vier Wärmeübertragungszonen bezieht, sei bemerkt, dass dies ein beispielhafter Aufbau ist und die Anzahl von Wärmegebieten und Wärmeübertragungszonen entweder weniger oder mehr sein kann als die, die in den Figuren gezeigt sind. Beispielsweise umfasst die Erfindung Ausführungsbeispiele, in denen die Batteriezelle 14 ein erstes Wärmegebiet 20 nahe den Anschlüssen 16, 18 und ein zweites Wärmegebiet 22 distal zu den Anschlüssen 16, 18 aufweist, während die Wärmetauscherplatte 12 eine erste Wärmeübertragungszone 32 für den Wärmekontakt mit dem ersten Wärmegebiet 20 der Zelle 14 und eine zweite Wärmeübertragungszone 34 für den Kontakt mit dem zweiten Wärmegebiet 22 aufweist.
Wie in 1 gezeigt, umfasst die Wärmetauscherplatte 12 eine Mehrzahl von Fluidströmungskanälen 14, um Kühlmittel über die Flächen 28, 30 der Wärmetauscherplatte 12 zu transportieren. Wie in dem Querschnitt der 2 gezeigt ist, haben die Fluidströmungskanäle 40 im Wesentlichen eine konstante Höhe, wobei die Dicke der Wärmetauscherplatte 12 durch die Höhe der Fluidströmungskanäle 40 definiert ist. Die Fluidströmungskanäle 40 können ebene Ober- und Unterseiten, wie gezeigt, für einen verbesserten Oberflächenkontakt mit einer Batteriezelle 14 haben, obwohl in manchen Ausführungsbeispielen die Oberseiten und Unterseiten der Kanäle 40 dagegen abgerundet sein können. Die Fluidströmungskanäle 40 der Wärmetauscherplatte 12 sind als relativ eng bzw. schmal gezeigt und verlangen keine Innenstützstrukturen in Form von Nippeln, Rippen oder Turbulizern.
Jede Wärmeübertragungszone der Wärmetauscherplatte 12 ist mit einer Untergruppe von Fluidströmungskanälen 40 versehen, wobei jede der Untergruppen auch eine Mehrzahl von Fluidströmungskanälen 40 umfasst. In dieser Hinsicht schließt die erste Wärmeübertragungszone 32 eine erste Untergruppe 42 von Fluidströmungskanälen 40 ein, die zweite Wärmeübertragungszone 34 schließt eine zweite Untergruppe 44 von Fluidströmungskanälen 40 ein, die dritte Wärmeübertragungszone 36 schließt eine dritte Untergruppe 46 von Fluidströmungskanälen 40 ein und die vierte Wärmeübertragungszone 38 schließt eine vierte Untergruppe 48 von Fluidströmungskanälen 40 ein.
Jede der ersten bis vierten Untergruppen von Fluidströmungskanälen 40 weist eine spezifische Fluidströmungskapazität auf, die die Summe der Fluidströmungskapazitäten der individuellen Fluidströmungskanäle 40 ist, die eine Untergruppe bilden. Daher wird die Fluidströmungskapazität jeder Untergruppe von Fluidströmungskanälen 40 teilweise durch die Anzahl von Fluidströmungskanälen 40, die die Untergruppe bilden, und auch durch die Fluidströmungskapazitäten der individuellen Fluidströmungskanäle 40, die die Untergruppe bilden, bestimmt. Wie weiter unten diskutiert wird, wird die Fluidströmungskapazität jedes individuellen Fluidströmungskanals 40 zumindest teilweise durch seine Querschnittsfläche und durch das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein jeglicher lokaler Strömungshindernisse in dem Fluidströmungskanal 40 bestimmt.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst beispielsweise die erste Untergruppe 42 zwei Fluidströmungskanäle 40; die zweite Untergruppe 44 umfasst vier Fluidströmungskanäle 40; die dritte Untergruppe 46 umfasst fünf Fluidströmungskanäle 40; und die vierte Untergruppe 48 umfasst sechs Fluidströmungskanäle 40. Es sei bemerkt, dass jedoch die Anzahl von Kanälen in jeder Untergruppe von der in den Figuren gezeigten variieren kann und dass die Anzahl von Fluidströmungskanälen 40 nur ein Parameter ist, der die Fluidströmungskapazität der Untergruppen beeinflusst. Trotz der Erhöhung der Anzahl von Fluidströmungskanälen 40 von der ersten bis vierten Untergruppe, nimmt die Fluidströmungskapazität der Untergruppen mit steigender Entfernung von den Anschlüssen 16, 18 der Batteriezellen 14 ab. Dies wird weiter unten diskutiert.
Die Wärmetauscherplatte 12 umfasst außerdem eine Fluideinlassöffnung 50, über die Kühlmittel in die Wärmetauscherplatte 12 eintritt und die in Strömungskommunikation mit mindestens einem Fluideinlasskanal 52 ist, wobei jeder der Fluideinlasskanäle in der Form eines langgestreckten Kopfteils ist, das mit einer Untergruppe von Fluidströmungskanälen 40 verbunden ist. Die Wärmetauscherplatte 12 umfasst außerdem eine Fluidauslassöffnung 54, durch die Kühlmittel aus der Wärmetauscherplatte 12 abgelassen wird und die in Strömungsverbindung mit mindestens einem Fluidauslasskanal 56 ist, wobei jeder Fluidauslasskanal in Form eines langgestreckten Kopfteils ausgebildet ist, das mit einer Untergruppe von Fluidströmungskanälen 40 verbunden ist. Obwohl es nicht in der Zeichnung gezeigt ist, sind die Fluideinlassöffnungen 50 der Wärmetauscherplatten 12, die einen Wärmetauscher 10 bilden, mit einem Kühlmitteleinlasssammelrohr verbunden und die Fluidauslassöffnungen 54 der Wärmetauscherplatten 12 sind mit einem Kühlmittelauslasssammelrohr verbunden, wobei die Einlass- und Auslasssammelrohre in Strömungskommunikation mit einem Kühlmittelkreissystem sind, das eine Pumpe und einen lüftergefühlten Radiator oder andere Wärmetauscher zum Entfernen von Wärme aus dem Kühlmittel einschließen kann.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst die Wärmetauscherplatte 12 vier Fluideinlasskanäle 52, wobei alle in Strömungskommunikation mit einer einzigen Fluideinlassöffnung 50 sind, und vier Fluidauslasskanäle 56, wobei alle in Strömungskommunikation mit einer gemeinsamen Fluidauslassöffnung 54 sind. Die Fluideinlass- und Auslasskanäle 52, 54 können flache Ober- und Unterseiten haben, wie in 2, für einen verbesserten Oberflächenkontakt mit den Flächen der Batteriezelle 14, obwohl die Oberseiten und Unterseiten von Kanälen 40 in manchen Ausführungsbeispielen dagegen abgerundet sein können. Die Fluideinlass- und Fluidauslasskanäle 52, 56 sind als relativ eng bzw. schmal gezeigt und verlangen keine Innenstützstrukturen in Form von Nippen, Rippen oder Turbulizern.
Jeder der Fluidströmungskanäle 40 weist ein erstes Ende 58, durch das er mit einem der Fluideinlasskanäle 52 verbunden ist, und ein zweites Ende 60, durch das er mit einem der Fluidauslasskanäle 56 verbunden ist, auf. Daher strömt Kühlmittel, das durch die Fluideinlassöffnung 50 aufgenommen wird, über den mindestens einen Fluideinlasskanal 52 zu dem Fluidströmungskanal 40, fließt von den ersten Enden 58 zu den zweiten Enden 60 der Fluidströmungskanäle 40 zu mindestens einem Fluidauslasskanal 56 und strömt dann durch den mindestens einen Fluidauslasskanal 56 zu der Fluidauslassöffnung 54.
Die Wärmetauscherplatte 12 kann aus einem Paar von identischen Blechen 62 hergestellt sein, die mit einem Muster von angehobenen Bereichen und abgesenkten Bereichen geprägt sind, die die Fluidströmungskanäle 40 und die Fluideinlass- und Fluidauslasskanäle 52, 56 bilden, wenn die Bleche 62 zusammen in direkten Kontakt gebracht werden. Die Umfangsränder und die abgesenkten Bereiche der Bleche 62 werden dicht miteinander verbunden, beispielsweise durch Schweißen bzw. Löten, um so flache Bereiche 64 zu bilden, die die Fluidströmungskanäle und die Einlass- und Auslasskanäle 52, 56 trennen und sich entlang der Außenumfangsränder der Wärmetauscherplatten 12 erstrecken. In der folgenden Beschreibung werden die flachen Bereiche 64 zwischen den Fluidströmungskanälen 40 manchmal als ”Rippen” bezeichnet.
Kein Kühlmittel strömt durch die flachen Bereiche 64. Die Breiten der flachen Bereiche 64 können minimiert werden, um so den Bereich der Wärmetauscherplatte 12 zu maximieren, der durch die Fluidströmungskanäle 40 und die Fluideinlass- und Fluidauslasskanäle 52, 56 eingenommen wird. Obwohl auch alle Fluidströmungskanäle 40 in 2 mit der gleichen Breite gezeigt sind, sei bemerkt, dass sie unterschiedliche Breiten entlang mindestens eines Teils ihrer Längen haben können.
Der Wärmetauscher 10 umfasst eine Anzahl von Verbesserungen, um den Druckabfall eines Kühlmittels, das durch die Wärmetauscherplatten 12 strömt, zu minimieren. Das Reduzieren eines Druckabfalls in den Wärmetauscherplatten 12 ermöglicht, dass das Kühlmittel durch die Wärmetauscherplatten 12 mit einer höheren Strömungsgeschwindigkeit fließt, wodurch die Wärmemenge erhöht wird, die von den Batteriezellen 14 entfernt wird. Die Erfinder haben gefunden, dass eine Wärmetauscherplatte 12, die so wie in 1 ausgebildet ist, einen Druckabfall von 2,3 kPa bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 60 ml/min hat. Dagegen hat eine Wärmetauscherplatte entsprechend dem Stand der Technik, die einen gewundenen Strömungspfad aufweist, einen Druckabfall von 16 kPa bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 60 ml/min.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird der Druckabfall dadurch minimiert, dass die Fluidströmungskanäle 40 vorwiegend gerade und parallel zueinander ausgebildet sind. In dieser Konfiguration ist das erste Ende 58 jedes Fluidströmungskanals 40 mit einem der Fluideinlasskanäle 52 bei einem Winkel von ungefähr 90 Grad verbunden, und das zweite Ende 60 jedes Fluidströmungskanals 40 ist mit einem der Fluidauslasskanäle 56 bei einem Winkel von ungefähr 90 Grad verbunden.
Auch sind, mit der möglichen Ausnahme der vierten Untergruppe 48, die Fluidströmungskanäle 40 in jeder der Untergruppen 42, 44 und 46 im Wesentlichen gerade und parallel zueinander und sind auch im Wesentlichen parallel zu den Fluidströmungskanälen 40 der anderen Untergruppen 42, 44 und 46. In der vierten Untergruppe 48 weichen einige der Fluidströmungskanäle 40 (d. h. die drei untersten Fluidströmungskanäle 40 in 1) etwas von einer geraden, parallelen Anordnung ab, um eine Kühlmittelverteilung über einen Bereich der vierten Wärmeübertragungszone 38 vorzusehen, der zwischen den Fluideinlasskanälen 52 Fluidauslasskanälen 56 und Fluidströmungskanälen 50 liegt. Jedoch haben selbst in der vierten Untergruppe 48 die Fluidströmungskanäle 40 geringe Abweichungen von einer geraden, parallelen Konfiguration und erfahren sehr viel geringere Richtungsänderungen als ein Strömungskanal in einer konventionellen Platte, der einige 90 oder 180 Grad Richtungsänderungen erfahren kann, wenn es durch die Platte strömt. Beispielswise erfahren die drei untersten Fluidströmungskanäle 40 in der vierten Untergruppe 48 Richtungsänderungen, die geringer als 90 Grad insgesamt sind.
Außerdem sind die parallelen Fluidströmungskanäle 40 im Allgemeinen entlang einer ersten Achse der Wärmetauscherplatte 12 gerichtet, die parallel zu der horizontalen Richtung in 1 ist, während die Fluideinlass- und Fluidauslasskanäle 52, 56 im Allgemeinen entlang einer zweiten Achse der Wärmetauscherplatte 12 in mindestens einem Teil ihrer Längen gerichtet, wobei die zweite Achse parallel zu der vertikalen Richtung in 1 ist und im Wesentlichen senkrecht zu der ersten Achse ist. In dieser Hinsicht ist jedes Paar von Fluideinlass- und Fluidauslasskanälen 52, 56 als gerade und parallel zu der zweiten Achse zumindest in Bereichen gezeigt, in denen sie mit den Enden 58, 60 der Fluidströmungskanäle 40 verbunden sind. Außerdem liegen die Fluideinlass- und Fluidauslasskanäle 52, 56 in dem dargestellten Ausführungsbeispiele nahe den Umfangsrändern der Wärmetauscherplatte 12 (d. h. die vertikalen Ränder in 1) mindestens in Bereichen, in denen sie mit den Enden 58, 60 der Fluidströmungskanäle verbunden sind, um die Bereiche der Wärmeübertragungsflächen 28, 30, durch die Kühlmittel zirkuliert, zu maximieren. Somit beschreiben die Fluideinlass- und Fluidauslasskanäle 52, 56 und die Fluidströmungskanäle zahlreiche, im Allgemeinen U-förmige Kanäle, die zusammen eine im Wesentlichen vollständige Bedeckung der Wärmeübertragungsflächen 28, 30 vorsehen, wodurch ein viel geringerer Druckabfall erzielt wird als bei gewundenen Kanälen einer Wärmetauscherplatte nach dem Stand der Technik.
Es sei bemerkt, dass das Aufweiten der Fluidströmungskanäle 40 und/oder der Fluideinlass- und Fluidauslasskanäle 52, 56 eine andere Möglichkeit ist, einen Druckabfall zu verringern, obwohl dies Nippel und/oder andere Strukturmerkmale verlangen kann, um eine Abstützung bzw. Absteifung für die verbreiterten Kanäle vorzusehen. Das vorliegende Ausführungsbeispiel ermöglicht, dass Kanäle 40, 52 und 56 eine relativ schmale Breite erhalten, so dass die Notwendigkeit für strukturelle Abstützungen in den Kanälen vermieden wird, wobei ein niedriger Druckabfall erhalten bleibt.
Zahlreiche Änderungen der Anzahl und Konfigurationen der Kanäle 40, 52 und 56 sind möglich, wobei ein geringer Druckabfall aufrechterhalten wird. Einige dieser beispielhaften Änderungen werden nun unten unter Bezugnahme auf die 3 bis 6 beschrieben, die vereinfachte Aufsichten der Wärmetauscherplatten 12 sind, in denen Kanäle 40, 52 und 56 als einfache Linien gezeigt sind.
3 stellt ein Ausführungsbeispiel einer Wärmetauscherplatte 12 dar, die nur einen einzigen Fluideinlasskanal 52, einen einzigen Fluidauslasskanal 56 und eine Mehrzahl von Fluidströmungskanälen 40 aufweist, die sich zwischen dem Fluideinlass- und Fluidauslasskanal 52, 56 erstrecken, wodurch die einfachste Anordnung von Kanälen 40, 52 und 56 in Übereinstimmung mit der Erfindung repräsentiert wird. Obwohl nicht in 3 gezeigt, können unterschiedliche Wärmeübertragungszonen und/oder eine gestaffelte Strömungsverteilung durch Verändern der Breiten der Kanäle 40, 52 und 56 und/oder durch Vorsehen von lokalen Strömungshindernissen, wie weiter unten beschrieben wird, erzeugt werden.
4 stellt ein Ausführungsbeispiel einer Wärmetauscherplatte 12 dar, in der zwei Fluideinlasskanäle 52 vorgesehen sind, wobei ein erster Fluideinlasskanal 52 in Strömungsverbindung mit den ersten Enden 58 einer ersten Untergruppe von Fluidströmungskanälen 40 ist und ein zweiter Fluideinlasskanal 52 in Strömungsverbindung mit den ersten Enden 58 einer zweiten Untergruppe 44 von Strömungskanälen 40 ist. In diesem Ausführungsbeispiel ist nur ein einziger Fluidauslasskanal 56 vorgesehen, der in Strömungsverbindung mit den zweiten Enden 60 aller Fluidströmungskanäle 40 ist. Diese Anordnung erzeugt eine erste und zweite Wärmeübertragungszone 32, 34, die durch gestrichelte Linien als getrennt gezeigt sind.
5 stellt gleichermaßen ein Ausführungsbeispiel einer Wärmetauscherplatte 12 dar, bei der nur ein einziger Fluideinlasskanal 52 vorgesehen ist, der in Strömungsverbindung mit den ersten Enden 58 aller Strömungskanäle 40 ist. In diesem Ausführungsbeispiel sind zwei Fluidauslasskanäle 56 vorgesehen, wobei ein erster Fluidauslasskanal 56 in Strömungsverbindung mit den zweiten Enden 60 einer ersten Untergruppe 42 von Fluidströmungskanälen 40 ist und wobei ein zweiter Fluidauslasskanal 52 in Strömungsverbindung mit den zweiten Enden 60 einer zweiten Untergruppe 44 von Fluidströmungskanälen 40 ist. Diese Anordnung erzeugt auch eine erste und zweite Wärmeübertragungszone 32, 34, die durch eine gestrichelte Linie getrennt gezeigt sind. Die Ausführungsbeispiele nach 4 und 5 zeigen, dass die Anzahl von Fluideinlasskanälen 52 nicht notwendigerweise die gleiche sein muss, wie die der Fluidauslasskanäle 56.
6 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Wärmetauscherplatte 12, bei der zwei Fluideinlasskanäle 52 und zwei Fluidauslasskanäle 56 vorgesehen sind, wobei der erste Fluideinlasskanal 52 und der erste Fluidauslasskanal 56 in Strömungsverbindung mit einer ersten Untergruppe 42 von Fluidströmungskanälen 40 sind und ein zweiter Fluideinlasskanal 52 und ein zweiter Fluidauslasskanal 56 in Strömungsverbindung mit einer zweiten Untergruppe 44 von Fluidströmungskanälen 40 sind. Diese Anordnung erzeugt auch erste und zweite Wärmeübertragungszonen 32, 34, die durch eine gestrichelte Linie als geteilt gezeigt sind.
7 zeigt eine Wärmetauscherplatte 12, die einen hohen Grad an Ähnlichkeit mit der Wärmetauscherplatte 12 der 1 hat und in gleicher Weise mit vier Wärmeübertragungszonen 32, 34, 36, 38 versehen ist. Die zweite, dritte und vierte Wärmeübertragungszone 34, 36, 38 der Wärmetauscherplatte 12 der 7 haben im Wesentlichen den gleichen Aufbau wie die korrespondierenden Zonen der 1. Die oberste Wärmeübertragungszone 32 der Wärmetauscherplatte 12 nach 7 ist jedoch als sich nach oben in den Bereich der Anschlüsse 16, 18 der Batteriezellen 14 erstreckend gezeigt und schließt zusätzliche Fluidströmungskanäle 40 (auch als 4c und 4d in 7 bezeichnet) ein, durch die in diesem Bereich Kühlmittel zirkuliert. Daher ist die Wärmetauscherplatte 12 nach 7 angepasst, Wärme direkt von den Anschlüssen 16, 18 zusätzlich zum Entfernen von Wärme von dem ersten bis vierten Wärmegebiet 20, 22, 24, 26 der Batteriezelle 14 zu entfernen. Ein direktes Kühlen der Anschlüsse 16, 18 ist auch nützlich, da die Anschlüsse 16, 18 mit Aluminium und Kupferstreifen (nicht gezeigt) hoher Wärmeleitfähigkeit verbunden sind, die Wärme von der Mitte der Batteriezelle 14 entfernen können. Daher kann die Ausdehnung bzw. Erstreckung der Wärmeübertragungszone 32 in das Anschlussgebiet einige Wärme entfernen, die von der Mitte der Zelle 14 durch die leitenden Streifen geleitet wird.
Wie in 1 gezeigt, sind die Batterieanschlüsse 16, 18 dünner als die der Rest der Batteriezelle. Um daher einen engen Kontakt zwischen der Wärmetauscherplatte 12 und Anschlüssen 16, 18 vorzusehen, kann die Dicke der Wärmeübertragungszone 32 in dem Anschlussgebiet dicker sein als der Rest der Wärmetauscherplatte 12, wie weiter unten in Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel der 13 bis 15 geschrieben wird.
Um zusätzlich einen verringerten Druckabfall vorzusehen, umfassen die hier beschriebenen Wärmetauscherplatten 12 auch Strömungsanpassungsmerkmale, die Unterschiede in der Strömungskapazität zwischen unterschiedlichen Untergruppen von Fluidströmungskanälen 40 erzeugen, um so mehrere Wärmeübertragungszonen unterschiedlicher Kühlkapazitäten vorzusehen. Manche dieser hier beschriebenen Wärmetauscherplatten 12 schließen Strömungsanpassungsmerkmale ein, die Unterschiede hinsichtlich der Fluidtransportkapazitäten der Fluidströmungskanäle 40 in einer oder mehreren Untergruppen erzeugen, um so die Wärmetauscherplatte 12 mit einer abgestuften Kühlkapazität über ihre Fläche vorzusehen. Manche dieser Ausführungsbeispiele werden nun unten unter Bezugnahme auf die 1, 7 und 8 beschrieben.
Als Erstes illustrieren die 1 und 7, dass die Strömungskapazitäten der verschiedenen Untergruppen von Fluidströmungskanälen 40 eingestellt werden können, indem Änderungen in den Querschnittsflächen der Fluidströmungskanäle 40, der Fluideinlasskanäle 52 und/oder der Fluidauslasskanäle 56 vorgenommen werden. Da die Höhe der Kanäle 40, 52 und 56 durch die Dicke der Wärmetauscherplatte 12 festgelegt ist, kann eine Änderung der Querschnittsflächen der Kanäle 40, 52 und 56 durch Änderung ihrer Breiten durchgeführt werden.
Beispielsweise schließen in 1 und 7 die Wärmetauscherplatten 12 vier Fluideinlasskanäle 52 ein, wobei jeder eine unterschiedliche Wärmeübertragungszone 32, 34, 36, 38 speist. Die Breite des Fluideinlasskanals 52, der die erste Wärmeübertragungszone 32 mit Kühlmittel speist, die an dem oder nahe des Gebiets der Anschlüsse 16, 18 liegt, ist größer als die der Fluideinlasskanäle 52, die die anderen Wärmeübertragungszonen speisen, während die Breite des Fluideinlasskanals 52, der die vierte Wärmeübertragungszone versorgt, die die weiteste von den Anschlüssen 16, 18 entfernt ist, schmaler als die anderen Fluideinlasskanäle 52 ist. Die Breiten der Fluideinlasskanäle 52, die die zweite und dritte Wärmeübertragungszone 34, 36 versorgen, liegen zwischen denen der ersten und vierten Wärmeübertragungszone 32, 38, wobei der Fluideinlasskanal 52, der Kühlmittel an die zweite Wärmeübertragungszone 34 liefert, breiter ist als der Fluideinlasskanal 52, der Kühlmittel zu der dritten Wärmeübertragungszone 36 liefert. Es kann gesehen werden, dass das Verändern der Breite der Fluideinlasskanäle auf diese Weise zu dem Druckabfall führt, der von dem breitesten Fluideinlasskanal 52 zu den schmalsten Fluideinlasskanälen 52 steigt und daher wird die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels durch die erste Wärmeübertragungszone 32 am größten sein, während die Kühlmittelströmungsgeschwindigkeit durch die vierte Wärmeübertragungszone 38 am niedrigsten sein wird.
In gleicher Weise können, wie in den 1 und 7 gezeigt, die Breiten der Fluidauslasskanäle 56 in ähnlicher Weise variiert werden und können in einer ähnlichen Wirkung auf den Druckabfall und die Kühlmittelströmungsgeschwindigkeiten in den vier Wärmeübertragungszonen 32, 34, 36, 38 resultieren. In diesen Ausführungsbeispielen ist die Breite des Fluidauslasskanals 56, der Kühlmittel von der ersten Wärmeübertragungszone 32 wegführt, am größten, während die des Fluidauslasskanals 56, der Kühlmittel von der vierten Wärmeübertragungszone 38 abführt, am kleinsten ist.
In einer ähnlichen Weise können die Breiten der Fluidströmungskanäle 40 in den jeweiligen Wärmeübertragungszonen sich voneinander unterscheiden, um eine ähnliche Wirkung hinsichtlich des Druckabfalls und der Kühlmittelströmungsgeschwindigkeiten in den vier Wärmeübertragungszonen 32, 34, 36, 38 zu erzeugen. Beispielsweise können die Breiten der Fluidströmungskanäle 40 in der ersten Untergruppe 42, die in der ersten Wärmeübertragungszone 32 liegt, größer sein als die Breiten der Fluidströmungskanäle 40 in den anderen Untergruppen, wobei die Breiten der Fluidströmungskanäle 40 in der vierten Untergruppe 48 am kleinsten sind.
Es sei bemerkt, dass die oben beschriebenen Änderungen hinsichtlich der Breite der Kanäle 40, 52 und 56 allein oder in Kombination miteinander verwendet werden können. Beispielsweise kann die Wärmetauscherplatte 12 mit Fluideinlasskanälen 52 unterschiedlicher Breiten vorgesehen werden, während die Fluidauslasskanäle 56 und Fluidströmungskanäle 40 mit einer konstanten Breite erhalten bleiben; die Fluidauslasskanäle 56 können von unterschiedlicher Breite sein, während die Fluideinlasskanäle 52 und Fluidauslasskanäle 40 bei einer konstanten Breite gehalten werden; oder die Fluidströmungskanäle 40 der unterschiedlichen Zonen können von unterschiedlicher Breite sein, während die Breite der Fluideinlass- und Fluidauslasskanäle 52, 56 konstant gehalten wird.
Zusätzlich zu oder anstelle des Einstellens der Breite der Kanäle 40, 52, 56 umfassen die Wärmetauscherplatten 12 der 1 und 7 ein zusätzliches Merkmal zum Vorsehen von Wärmeübertragungszonen 32, 34, 36, 38 mit unterschiedlichen Kühlkapazitäten. Dieses zusätzliche Merkmal wird nun unten unter Bezugnahme auf 8 beschrieben, die eine vergrößerte Darstellung des Gebiets, das die Fluidauslassöffnung 54 der Wärmetauscherplatte 12 der 1 oder 7 umgibt, zeigt.
8 zeigt die vier Fluidauslasskanäle 56 zum Transportieren von Fluid aus den Wärmeübertragungszonen 32, 34, 36 und 38. Zur Klarheit sind die vier Fluidauslasskanäle 56, die in 8 gezeigt sind, als 56(32), 56(34), 56(36) und 56(38) identifiziert, um sie mit der jeweiligen Wärmeübertragungszone zu verbinden.
Es kann aus 8 gesehen werden, dass die vier Fluidauslasskanäle 56 voneinander durch drei Rippen 64 getrennt sind, die in 8 mit 64a, 64b und 64c bezeichnet sind. Wie gezeigt, sind die Spitzen- oder Schlussenden der Rippen 64a, 64b und 64c von dem Rand der Fluidauslassöffnung 54 beabstandet, derart, dass ein Fluidverteilungsraum 66 zwischen dem Rand der Fluidauslassöffnung 54 und den Schlussenden der Rippen 64a, 64b und 64c erzeugt wird. Das Kühlmittel von jedem der vier Fluidauslasskanäle 56 wird in diesen Fluidverteilungsraum 66 eintreten. In der Konfiguration nach 8 jedoch wird es keine gleiche Verteilung des Kühlmittels zwischen den vier Fluidauslasskanälen 56 geben.
Wie in 8 gezeigt, ist ein Abstand 68 zwischen Rippen 64b und 64c und der Auslassöffnung 54 geringer als ein Abstand 70 zwischen Rippen 64a und Fluidauslassöffnung 54. Mit anderen Worten ist die Spitze oder das Schlussende der Rippe 64a von dem Rand der Fluidauslassöffnung 54 weiter entfernt als die Spitzen oder Schlussenden der Rippen 64b und 64c Somit ist der ”frontale Bereich” der Fluidauslasskanäle 56(32) und 56(34), die durch Rippen 64a getrennt sind, größer als der frontale Bereich der Fluidauslasskanäle 56(36) und 56(38). Als Ergebnis dieses erhöhten frontalen Bereichs wird das Kühlmittel in den Fluidauslasskanälen 56(32) und 56(34) einen niedrigeren Druckabfall erleiden, wenn es in den Verteilungsbereich 66 strömt, wodurch somit Unterschiede hinsichtlich der Strömungskapazität zwischen den Fluidauslasskanälen 56 erzeugt wird. Das in 8 erzeugte Merkmal kann in die Wärmetauscherplatte 12 als selbständiges Merkmal eingeschlossen werden oder kann in Kombination mit den Änderungen hinsichtlich der Breite der Kanäle 40, 52 und/oder 56, wie oben beschrieben, verwendet werden. Es sei auch bemerkt, dass der Abstand zwischen dem Rand der Fluidauslassöffnung 54 und Rippen 64b und 64c nicht notwendigerweise der gleiche sein muss, sondern dagegen unterschiedlich sein, um so Unterschiede hinsichtlich der Strömungskapazität zwischen den Fluidkanälen 56(36) und r zu erzeugen. Es sei bemerkt, dass ein ähnlicher Verteilungsbereich 66 zwischen der Fluideinlassöffnung 50 und den Enden der Rippen 64, die die vier Fluideinlasskanäle 52 voneinander trennen, vorgesehen sein können, um die oben erwähnten Wirkungen zu erzeugen, und diese Anordnung ist in 7 gezeigt.
Es sei bemerkt, dass die Strömungseinstellmerkmale, wie oben beschrieben, Variationen hinsichtlich der Strömungskapazitäten der verschiedenen Wärmeübertragungszonen 32, 34, 36, 38 erzeugen. Alternativ oder zusätzlich zum Vorsehen von Änderungen hinsichtlich der Strömungskapazitäten zwischen den unterschiedlichen Wärmeübertragungszonen können die Wärmetauscherplatten 12 mit Strömungseinstellmerkmalen zum Erzeugen von Änderungen der Fluid transportierenden Kapazitäten der Fluidströmungskanäle 40 in einer oder mehreren Wärmeübertragungszonen vorgesehen werden. Dies liefert eine abgestufte Kühlkapazität in einer oder mehreren Wärmeübertragungszonen. Dieser Aspekt der Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die 1 und 7 beschrieben.
Zur Vereinfachung der Erklärung werden die Fluidströmungskanäle 14 der zweiten bis vierten Wärmeübertragungszonen 34, 36, 38 in den 1 bis 7 als 2a–2d, 3a–3e und 4a–4f bezeichnet. In 1 sind die Fluidströmungskanäle 40 der ersten Wärmeübertragungszone 32 als 1a–1b bezeichnet und in 7 sind diese Kanäle 40 als 1a–1d bezeichnet.
Es kann gesehen werden, dass die Breiten der Fluidströmungskanäle 40 in den zweiten bis vierten Wärmeübertragungszonen 34, 36, 38 von unten nach oben bezüglich der Wärmeübertragungszone steigen. Somit steigen die Fluidströmungskanäle 40 in jeder dieser Wärmeübertragungszonen hinsichtlich der Breite zu dem oberen Bereich der Wärmetauscherplatte 12, der in Kontakt mit dem heißesten Bereich der Batteriezelle 14 sein wird und die Kühlkapazität in diesen Wärmeübertragungszonen steigt in gleicher Weise zum oberen Teil der Wärmetauscherplatte 12.
Es kann auch aus den 1 und 7 gesehen werden, dass die Breiten der Fluidströmungskanäle 40 in der zweiten bis vierten Wärmeübertragungszone 34, 36, 38 ähnlich zueinander sind. Genauer gesagt, können die Fluidströmungskanäle 40, die als 2a, 3a und 4a bezeichnet sind, von gleicher oder ähnlicher Breite sein; die Fluidströmungskanäle 40, die mit 2b, 3b und 4b bezeichnet sind, können von gleicher oder ähnlicher Breite sein usw. Während somit in diesen Wärmeübertragungszonen 34, 36, 38 eine abgestufte Kühlkapazität vorhanden ist, können die Breiten der Fluidströmungskanäle 40 in einer Wärmeübertragungszone gleich oder ähnlich zu den Breiten der Fluidströmungskanäle 40 in einer oder mehreren der anderen Wärmeübertragungszonen sein. Daher sind in den Ausführungsbeispielen von 1 und 7 die Unterschiede hinsichtlich der Strömungskapazität und der Kühlkapazität in den verschiedenen Wärmeübertragungszonen 32, 34, 36, 38 weitgehend durch die Breiten der Fluideinlass- und Fluidauslasskanäle 52, 56 bestimmt, während die Unterschiede hinsichtlich der Strömungskapazität und der Kühlkapazität in der zweiten bis vierten Wärmeübertragungszone 34, 36, 38 durch die Unterschiede in der Breite der individuellen Fluidströmungskanäle 40 in diesen Wärmeübertragungszonen 34, 36, 38 bestimmt sind.
In der ersten Wärmeübertragungszone 32 in jeder der 1 und 7 gibt es eine geringere Unterscheidung in den Breiten der Fluidströmungskanäle 40. In dieser Zone 32, die die größte Kühlkapazität aufweist, werden die Breiten der Fluidströmungskanäle 40 am höheren Ende des Breitenbereichs sein. Daher können die Fluidströmungskanäle 40, die in 1 mit 1a bis 1b bezeichnet sind, und die Fluidströmungskanäle 40, die in 7 mit 1a bis 1d bezeichnet sind, von gleicher oder ähnlicher Breite wie die Fluidströmungskanäle 40, die als 2c bis 2d, 3d bis 3e und 4e bis 4f in der zweiten bis vierten Wärmeübertragungszone 34, 36, 38 sein. Es sei verstanden, dass jedoch die Breiten der Fluidströmungskanäle 40 in der ersten Wärmeübertragungszone 32 die gleichen oder ähnlichen Abstufungen hinsichtlich der Breite haben können, wie in der zweiten bis vierten Wärmeübertragungszone 34, 36, 38 gezeigt.
Die Strömungseinstellmerkmale, die oben unter Bezugnahme auf die 1, 7 und 8 diskutiert wurden, zum Vorsehen unterschiedlicher Strömungs- und Kühlkapazitäten zwischen den verschiedenen Wärmeübertragungszonen und in jeder Wärmeübertragungszone sehen eine große Flexibilität hinsichtlich des Designs von Wärmetauscherplatten 12 zum Kühlen von Batteriezellen 14 vor. Es sei jedoch verstanden, dass die oben diskutierten Strömungseinstellmerkmale während des Prägens der individuellen Bleche 62, die die Wärmetauscherplatten 12 bilden, geformt werden müssen und dass sie typischerweise auf alle Wärmetauscherplatten 12 in der Batterie 10 angewandt werden. Das kann für einige Anwendungen einschränkend sein, beispielsweise dort, wo nicht alle Wärmetauscherplatten 12 in der Batterie 10 genau die gleiche Kühlmittelströmungsverteilung haben werden.
Daher können in einigen Ausführungsbeispielen die Wärmetauscherplatten 12 alternativ oder zusätzlich mit Strömungseinstellmerkmalen versehen sein, die geeignet sind, unterschiedliche Strömungs- und Kühlkapazitäten zwischen und/oder in den verschiedenen Wärmeübertragungszonen vorzusehen, wobei diese Strömungseinstellmerkmale zu den Wärmetauscherplatten 12 entweder während oder nach dem Prägen der Bleche 62 und/oder während oder nach dem Zusammensetzen der Bleche 62 zur Bildung von Wärmetauscherplatten 12 hinzugefügt werden. Diese Strömungseinstellmerkmale werden die Form von lokalen Strömungshindernissen in mindestens einigen der Fluidströmungskanäle 40 einer oder mehrerer Untergruppen 42, 44, 46, 48 und/oder in den Fluideinlass- und Fluidauslasskanälen 52, 56 einnehmen. Diese Merkmale werden nun unter Bezugnahme auf die 9 bis 11 unten beschrieben.
9 ist eine Teilquerschnittsansicht durch eine Wärmetauscherplatte 12, die drei Strömungskanäle darstellt, die die Fluidströmungskanäle 40, Fluideinlasskanäle 52 oder Fluidauslasskanäle 56 sein können. Jeder der drei in 9 dargestellten Strömungskanäle weist eine unterschiedliche Form der lokalen Verformung auf. Der Strömungskanal auf der linken Seite der 9 ist mit Sicken 72 sowohl in der oberen als auch unteren Wand des Kanals versehen. Diese Sicken 72 können nur in der oberen Wand oder unteren Wand des Kanals vorgesehen sein, wie in dem linken Kanal der 10, abhängig von dem gewünschten Grad der Strömungsdrosselung. Die Sicken werden lokal die Querschnittsfläche des Kanals reduzieren, wodurch ein Einschnürungspunkt erzeugt wird, der die Strömung durch den Kanal drosselt, wodurch eine Wirkung ähnlich zu der des Verringerns der Breite des Kanals vorgesehen wird. Die Abmessungen der Sicken 72 kann variiert werden, um den Grad der Strömungsdrosselung zu variieren.
Der mittlere Strömungskanal der 9 und der mittlere Strömungskanal der 10 ist mit einer Seitenverformung 74 versehen, in der eine Seite des Kanals eingedrückt ist, wodurch lokal die Querschnittsfläche des Kanals reduziert wird und ein Einschnürungspunkt erzeugt wird, der die Strömung durch den Kanal drosselt. Diese Seitenverformungen 74 können auf beiden des Kanals oder an seiner Oberseite oder Unterseite vorgesehen sein und können von unterschiedlicher Abmessung sein, abhängig von dem gewünschten Grad der Strömungsdrosselung.
Der rechte Strömungskanal der 9 und der mittlere Strömungskanal der 11 sind beide mit einer Verformung 76 im oberen Teil des Kanals versehen, die sich über seine gesamte Breite erstreckt. Diese Verformung 76 ist ähnlich zu einer Rippe, die sich quer über den Kanal erstreckt. Diese Rippen 76 können in der oberen und unteren Wand des Kanals vorgesehen sein und können von variabler Größe sein, abhängig von dem gewünschten Grad der Strömungsdrosselung.
Es sei verstanden, dass die lokalen Verformungen unterschiedliche Abmessungen und Formen zusätzlich zu denen, die in der Zeichnung dargestellt sind, haben. Die lokalen Verformungen können durch Stoßen bzw. Drücken des Strömungskanals mit Werkzeugen gebildet, entweder bevor oder nachdem Bleche 92 zur Bildung von Platten 12 zusammengesetzt werden.
Die 12A und 12B stellen eine Wärmetauscherplatte 12 entsprechend einem Ausführungsbeispiel dar, das ähnlich zu der Wärmetauscherplatte 12 ist, die in 3 gezeigt ist, und einen einzigen Fluideinlasskanal 52 und einen einzigen Fluidauslasskanal 56 aufweist. Entsprechend diesem Ausführungsbeispiel sind der Fluideinlass- und Fluidauslasskanal 52, 56 signifikant breiter ausgebildet, als der Fluideinlass- und Fluidauslasskanal 52,56 der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele. Um eine strukturelle Verstärkung vorzusehen, sind der Fluideinlass- und Fluidauslasskanal 52, 56 mit Noppen 78 mit flachem Boden in dem oberen und unteren Blech 62 der Wärmetauscherplatte 12 versehen, wobei diese Noppen 78 mit flachem Boden während des Prägens der Platten gebildet werden. Die flachen Böden der Noppen 78 mit flachem Boden in dem oberen und unteren Blech 72 sind dichtend miteinander durch Schweißen oder Löten verbunden, in einer identischen Weise, wie die anderen flachen Bereiche 64, die die Wärmetauscherplatte 12 bilden.
Die Wärmetauscherplatte der 12A und 12B umfasst eine Mehrzahl von Fluidströmungskanälen 40, die von den Fluideinlass- und Fluidauslasskanälen 52, 56 abzweigen. Obwohl diese Fluidströmungskanäle leicht gekrümmt sind, können sie als im Wesentlichen gerade und parallel zueinander angesehen werden, wodurch die Wärmetauscherplatte 12 mit einem geringen Druckabfall erhalten wird.
Die Wärmetauscherplatte 12 der 12A und 12B können mit zwei oder mehr unterschiedlichen Wärmeübertragungszonen über ihre flachen Oberflächen 28, 30 versehen sein oder mit einer einzige Wärmeübertragungszone mit einer abgestuften Kühlkapazität vom unteren Teil zum oberen Teil der Wärmetauscherplatte 12 versehen sein. Diese Konfigurationen können dadurch erreicht werden, dass entweder die Breiten der Fluidströmungskanäle 40 variiert werden, wie oben unter Bezugnahme auf die 1 und 7 beschrieben wurde, und/oder die Fluidströmungskanälen mit lokalen Verformungen versehen werden, wie unter Bezugnahme auf die 9 bis 11 beschrieben wurde. In dem spezifischen Ausführungsbeispiel nach den 12A und 12B haben die Fluidströmungskanäle 40 alle im Wesentlichen die gleiche Breite und lokale Verformungen werden verwendet, um die Fluidströmung durch mindestens einige der Fluidströmungskanäle 40 zu drosseln. Dies kann am besten in 12B gesehen werden, die zeigt, dass die Fluidströmungskanäle 40 nahe dem unteren Teil der Wärmetauscherplatte 12 Seitenverformungen 74 nahe ihren zweiten Enden 60 aufweisen. Wie in 12A gezeigt, können ähnliche Seitenverformungen 74 nahe der ersten Enden 58 der Fluidströmungskanäle 14 vorgesehen sein. Mehrere Wärmeübertragungszonen oder abgestufte Kühlkapazitäten können dadurch erzeugt werden, dass entweder diese lokalen Verformungen 74 in den Strömungskanälen 40 nahe dem unteren Teil der Wärmetauscherplatte 12 vorgesehen werden und die Strömungskapazität durch die Fluidströmungskanäle 40 nahe dem oberen Teil der Wärmetauscherplatte 12 nicht gedrosselt wird. Alternativ, wie gezeigt, können die lokalen Verformungen 74 in den Abmessungen vom unteren Teil zum oberen Teil der Wärmetauscherplatte 12 reduziert werden, wodurch eine Wärmetauscherplatte 12 mit einer erhöhten Strömungs- und Kühlkapazität vom unteren Teil zum oberen Teil der Platte erhalten wird.
Wie oben unter Bezugnahme auf 7 diskutiert wurde, können die Bereiche der Wärmetauscherplatten in das Gebiet der Anschlüsse 16, 18 der Batteriezelle 14 erstreckt werden. Im Folgenden wird eine Beschreibung eines Wärmetauschers 82 entsprechend einem weiteren Ausführungsbeispiel gegeben, der aus einer Mehrzahl von Wärmetauscherplatten 80 hergestellt, wie in den 13 bis 15 gezeigt. Die Wärmetauscherplatten 80 sind beabstandet und parallel zueinander angeordnet, wobei der Abstand zwischen benachbarten Wärmetauscherplatten 80 ausreichend ist, um eine Batteriezelle 14 in engem Wärmekontakt mit den Wärmeübertragungsflächen der benachbarten Wärmetauscherplatten 80 aufzunehmen. Die 14 und 15 stellen eine einzige Batteriezelle 14 dar, die zwischen einem Paar von benachbarten Wärmetauscherplatten 80 aufgenommen sind, allerdings sei bemerkt, dass der Wärmetauscher 82 zusätzliche Batteriezellen 14 einschließen kann, die zwischen zusätzlichen Paaren von beabstandeten Wärmetauscherplatten 80 aufgenommen sind, um so ein Batteriemodul ähnlich zu dem oben beschriebenen Batteriemodul 1 zu bilden, das eine Mehrzahl von Wärmetauscherplatten 80 und eine Mehrzahl von Batteriezellen 14 in wechselseitige Anordnung umfasst.
Die Wärmetauscherplatte 80 hat eine ”two-pass”(Zwei-Durchgang)-Konfiguration, einschließlich eines Einlasskopfteils 84 und eines Auslasskopfteils 86, die an einem ersten Ende 90 der Platte 80 angeordnet sind, und ein Umlenkkopfteil 88 an einem gegenüberliegenden, zweiten Ende 92 der Platte 80. Die Einlass- und Auslasskopfteile 84, 86 erstrecken sich jeweils über die halbe Breite der Wärmetauscherplatte 80 und sind mit jeweiligen Einlass- und Auslassöffnungen 94, 96 versehen, über die ein flüssiges Kühlmittel von der Wärmetauscherplatte 80 aufgenommen und aus dieser abgelassen wird. Das Umlenkkopfteil 88 erstreckt sich über die gesamte Breite der Wärmetauscherplatte 80.
In Längsrichtung zwischen dem ersten und zweiten Ende 90, 92 der Wärmetauscherplatte erstrecken sich eine Mehrzahl von Einlassströmungskanälen 98, die sich von dem Einlasskopfteil 84 zu dem Umlenkkopfteil 88 erstrecken, und eine Mehrzahl von Auslassströmungskanälen 100, die sich von dem Umlenkkopfteil 88 zu dem Auslasskopfteil 86 erstrecken. Die Einlass- und Auslassströmungskanäle 98, 100 sind analog zu den Fluidströmungskanälen 40 zu den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen und können in ähnlicher Weise flache obere und untere Flächen für einen verbesserten Kontakt mit den flachen Flächen 28, 30 der Batteriezellen 14 zu haben. Außerdem kann der Aufbau der Wärmetauscherplatte 80 ähnlich zu der der oben beschriebenen Wärmetauscherplatte 12 sein, die aus einem Paar von identisch geprägten Blechen 102 konstruiert ist, die in engere Beziehung aneinander liegen, wobei die flachen Bereiche zwischen den Strömungskanälen 98, 100 und die Umfangsränder der Bleche 102 dicht miteinander verbunden sind, z. B. durch Schweißen bzw. Löten.
In dem Ausführungsbeispiel nach den 13 und 14 ist das erste Ende 90 der Wärmetauscherplatte 80 an dem Ende der Batteriezelle 14 angeordnet, die distal, d. h. entfernt zu den Anschlüssen 16, 18 ist. Diese Anordnung kann in einigen Anwendungen wünschenswert sein, da sie die Fluidverbindungen an dem Einlass und dem Auslass 94, 96 soweit weg wie möglich von dem Bereich der Anschlüsse 16, 18 anordnet, bei denen es einen offenen Zugang zu der Systemspannung gibt.
In den 13 und 14 ist die Länge der Wärmetauscherplatte ausreichend, so dass das Umlenkkopfteil 88 in einem Raum zwischen den Anschlüssen 16, 18 der Batteriezellen 14 liegt, die durch die Wärmetauscherplatte 80, in der das Umlenkkopfteil 88 angeordnet ist, getrennt sind. Wie in 14 gezeigt ist, ist das Umlenkkopfteil 88 in der Höhe relativ zu der Höhe der Einlass- und Auslassströmungskanäle 98, 100 erweitert, wobei die Höhe des Umlenkkopfteils 88 im Wesentlichen die gleiche ist wie der Abstand zwischen den Anschlüssen 16, 18 von benachbarten Batteriezellen 14, derart, dass die oberen und unteren Flächen 104, 106 des Umlenkkopfteils 88 in Wärmekontakt mit Flächen der Anschlüsse 16 und 18 sein kann. Außerdem können die oberen und unteren Flächen 104, 106 des Umlenkkopfteils abgeflacht sein, um so den Kontakt mit den flachen Flächen der Anschlüsse 16, 18 zu verbessern.
Obwohl die Ausführungsbeispiele nach den 13 und 14 das Umlenkkopfteil 88 aufweisen, das in der Höhe erweitert ist und zwischen den Anschlüssen 16, 18 der benachbarten Batteriezellen 14 liegt, muss dies nicht in allen Ausführungsbeispielen so sein. Beispielsweise stellt 15 eine Endansicht eines alternativen Ausführungsbeispiels einer Wärmetauscherplatte 80 dar, in der das Einlass- und Auslasskopfteil 84, 86 in der Höhe erweitert sind und zwischen den Anschlüssen 16, 18 von benachbarten Batteriezellen angeordnet sind. Wie bei dem Ausführungsbeispiel der 13 und 14 haben das Einlass- und Auslasskopfteil 84, 86 des Ausführungsbeispiels nach 15 eine Höhe, die im Wesentlichen die gleiche wie der Abstand zwischen den Anschlüssen 16, 18 von benachbarten Batteriezellen ist, derart, dass die obere und untere Fläche der Kopfteile 84, 86 in Wärmekontakt mit den Flächen der Anschlüsse 16, 18 sein können. Außerdem können die obere und untere Fläche der Kopfteile 84, 86 abgeflacht sein, um so den Kontakt mit den flachen Flächen der Anschlüsse 16, 18 zu verbessern. Auch können in diesem Ausführungsbeispiel die Einlass- und Auslassöffnungen 94, 96 sich breitenweise eher als längsartig erstrecken, so dass sie von den Seiten der Wärmetauscherplatten 80 herausragen, wodurch eine Störung mit der Anschlussschiene (nicht gezeigt) oder anderen elektrischen Komponenten vermieden wird.
Es ist auch möglich, das vorliegende Ausführungsbeispiel an Situationen anzupassen, bei denen die Anschlüsse 16 und 18 an entgegengesetzten Enden der Batteriezellen 14 liegen. In solch einem Ausführungsbeispiel können das Umlenkkopfteil 88 und das Einlass- und Auslasskopfteil 84, 86 in der Höhe erweitert sein und zwischen den Anschlüssen 16, 18 von benachbarten Batteriezellen 14 liegen, in der Weise, wie in den 14 und 15 jeweils dargestellt ist. Alternativ kann die Wärmetauscherplatte eine ”Eindurchgang”-Wärmetauscherplatte (”single-pass”) umfassen, bei der das Einlasskopfteil 84 an dem ersten Ende 90 und das Auslasskopfteil 86 an dem zweiten Ende 92 liegen, wobei sowohl das Einlass- als auch das Auslasskopfteil 84, 86 sich über die gesamte Breite der Wärmetauscherplatte 80 erstrecken. In einer solchen Anordnung können das Einlass- und Auslasskopfteil 84, 86 in der Höhe erweitert sein und zwischen den Anschlüssen 16, 18 von benachbarten Batteriezellen 14 in der Weise liegen, die jeweils in den 14 und 15 dargestellt ist.
Obwohl die sich in Längsrichtung erstreckenden, geraden, parallelen Einlass- und Auslasskanäle 98, 100 die Wärmetauscherplatte 80 der 13 bis 15 mit geringem Druckabfall versehen, liefern sie keine zonierte Kühlung zwischen dem ersten Ende 90 und dem zweiten Ende 92 der Wärmetauscherplatte 80. Ausführungsbeispiele einer Eindurchgang- und einer Zweidurchgang-Wärmetauscherplatte, ähnlich zu den oben unter Bezugnahme auf die 13 bis 15 beschriebenen, die eine zonierte Kühlung vorsehen, werden nun unter Bezugnahme auf die 16 und 17 beschrieben. Die 16 und 17 teilen eine Anzahl von Elementen mit den Ausführungsbeispielen, die in den 13 bis 15 beschrieben sind, und gleiche Elemente werden mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
16 stellt eine Wärmetauscherplatte 80 in Eindurchgang-Anordnung dar, die ein Einlasskopfteil 84 an dem ersten Ende 90 der Wärmetauscherplatte 80 und ein Auslasskopfteil 86 an dem entgegengesetzten zweiten Ende 92 aufweist. Das Einlass- und Auslasskopfteil 84, 86 erstrecken sich beide über die gesamte Breite der Wärmetauscherplatte 80 und sind mit jeweiligen Einlass- und Auslassöffnungen 94, 96 versehen, durch die ein flüssiges Kühlmittel eingeführt und von der Wärmetauscherplatte 80 abgeführt wird.
Die Platte umfasst eine Mehrzahl von Strömungskanälen 108, die sich jeweils von dem Einlasskopfteil 84 zu dem Auslasskopfteil 86 erstrecken. Jeder Strömungskanal 180 schließt einen spiralförmigen Teil 110 ein, der über einen Teil der Platte 80 entsprechend einer Kühlzone vorgesehen ist. Vier solcher Kühlzonen 112, 114, 116 und 118 sind in 16 definiert, wobei jede dem Flächenbereich entspricht, der von einem der spiralförmigen Teile 110 besetzt ist. Obwohl 16 vier spiralförmige Teile 110 mit ähnlicher Form und mit einer spezifischen Viereckspiralform zeigt, sei bemerkt, dass die spiralförmigen Teile 110 unterschiedliche Formen und Abmessungen haben können. Es sei auch bemerkt, dass das Einlasskopfteil und/oder das Auslasskopfteil 84, 86 in der Höhe erweitert werden kann und dem Bereich zwischen den Anschlüssen 16 und/oder 18 der Batteriezelle angeordnet sein kann, in der Weise, wie in den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen gemäß den 13 bis 15 dargestellt.
17 stellt eine Wärmetauscherplatte 80 dar, die eine Zweidurchgang-Anordnung aufweist und ein Einlasskopfteil 84 und ein Auslasskopfteil 86, die an dem ersten Ende 90 der Wärmetauscherplatte 80 angeordnet sind und ein Umlenkkopfteil 88 an einem entgegengesetzten zweiten Ende 92 der Wärmetauscherplatte 80 einschließt. Das Einlass- und Auslasskopfteil 84, 86 erstrecken sich jeweils über die Hälfte der Breite der Wärmetauscherplatte 80 und sind mit jeweiligen Einlass- und Auslassöffnungen 94, 96 versehen, durch die ein flüssiges Kühlmittel in die Wärmetauscherplatte 80 eingeführt und von dieser abgelassen wird. Das Umlenkkopfteil 88 erstreckt sich über die gesamte Breite der Wärmetauscherplatte 80. Entweder das Umlenkkopfteil 88 oder das Einlasskopfteil und das Auslasskopfteil 84, 86 können in der Höhe erweitert sein und zwischen den Anschlüssen 16 und 18 von benachbarten Batteriezellen liegen, wie in den 13 bis 15 gezeigt.
Zwischen dem ersten und dem zweiten Ende 90, 92 der Wärmetauscherplatte 80 erstreckt sich eine Mehrzahl von Einlassströmungskanälen 98, die sich von dem Einlasskopfteil 84 zu dem Umlenkkopfteil erstrecken, und eine Mehrzahl von Auslassströmungskanälen 100, die sich von dem Umlenkkopfteil 88 zu dem Auslasskopfteil 86 erstrecken. Jeder der Einlass- und Auslassströmungskanäle 98, 100 umfasst einen spiralförmigen Teil 110, der über einen Teil der Wärmetauscherplatte 80 entsprechend einer Kühlzone vorgesehen ist. Vier solcher Kühlzonen 112, 114, 116 und 118 sind in 17 definiert, wobei jede dem Flächenbereich entspricht, der von einem der spiralförmigen Teile 110 eingenommen wird. Obwohl 16 vier spiralförmige Teile 110 mit gleicher Form und mit einer spezifischen viereckigen spiralförmigen Form zeigt, sei bemerkt, dass die spiralförmigen Teile 110 eine unterschiedliche Form und Abmessung haben können.
Die in den 1 bis 8 gezeigten Wärmetauscherplatten 12 haben im Allgemeinen U-förmige Strömungspfade, wobei die Fluideinlassöffnung 50 und die Fluidauslassöffnung 54 an dem gleichen Ende der Wärmetauscherplatte 12 angeordnet sind. Die 18 bis 20 stellen Wärmetauscherplatten entsprechend anderen Ausführungsbeispielen dar, in denen die Fluideinlass- und Auslassöffnungen 50, 54 an entgegengesetzten Enden der Wärmetauscherplatte angeordnet sind. Die Wärmetauscherplatten der 18 bis 20 teilen eine Anzahl von gemeinsamen Elementen mit den Wärmetauscherplatten 12, die in den 1 bis 8 gezeigt sind. Diese gemeinsamen Elemente sind unten und in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet und wenn nicht anders angegeben, treffen die obigen Beschreibungen dieser Elemente unter Bezugnahme auf die 1 bis 8 gleichfalls auf die 18 bis 20 zu.
18 stellt eine Wärmetauscherplatte 120 dar, in der die Fluideinlassöffnung 50 und die Fluidauslassöffnung 54 an entgegengesetzten Enden der Wärmetauscherplatte 120 und an diagonal entgegengesetzten Ecken angeordnet sind. Die Wärmetauscherplatte 120 der 18 ist in fünf Wärmeübertragungszonen 32, 34, 36, 38, 39 aufgeteilt, von denen jede zwei oder mehr parallel Fluidströmungskanäle 40 umfasst, die mit einem Fluideinlasskanal 52 und einem Fluidauslasskanal 56 verbunden sind und bei ungefähr 90 Grad zu den Fluideinlass und Fluidauslasskanälen 52, 56 ausgerichtet sind. Die Richtung des Fluidstroms durch alle Kanäle 40 ist die gleiche und ist parallel zu den Enden der Wärmetauscherplatte 120. In diesem Ausführungsbeispiel erstrecken sich die Fluideinlass- und Fluidauslasskanäle 52, 56 parallel zu den Seiten der Wärmetauscherplatte 120 und die Fluidströmungskanäle 14 erstrecken sich parallel zu den Enden der Wärmetauscherplatte 120.
In dem Ausführungsbeispiel nach 18 haben die Fluidströmungskanäle 40 der zwei obersten Wärmeübertragungszonen 32, 34 erste Enden 58 in Strömungskommunikation mit jeweiligen Einlasskanälen 52a, 52b, wobei der Fluideinlasskanal 52b in 18 als eine Abzweigung des Fluideinlasskanals 52a gezeigt ist. Die zweiten Enden 60 dieser selben Fluidströmungskanäle 40 sind in Strömungsverbindung mit einem gemeinsamen Fluidauslasskanal 56a.
In dem Ausführungsbeispiel nach 18 sind die Fluidströmungskanäle 40 der mittleren Wärmeübertragungszone 36 in Strömungsverbindung mit einem Fluideinlasskanal 52c und einem Fluidauslasskanal 56b.
Die Fluidströmungskanäle 40 der untersten Wärmeübertragungszonen 38, 39 des Ausführungsbeispiels nach 18 haben zweite Enden 60, die in Strömungsverbindung mit jeweiligen Fluidauslasskanälen 56c und 56d sind, wobei der Fluidauslasskanal 56c eine Abzweigung des Fluidauslasskanals 56d ist. Die ersten Enden 58 dieses selben Fluidströmungskanals 40 sind in Strömungsverbindung mit einem gemeinsamen Fluideinlasskanal 52d.
19 stellt eine Wärmetauscherplatte 130 dar, bei der die Fluideinlassöffnung 50 und die Fluidauslassöffnung 54 direkt entgegengesetzt zueinander sind und an entgegengesetzten Enden der Platte 130 angeordnet sind. Die Wärmetauscherplatte 130 ist in vier Wärmeübertragungszonen 32, 34, 36 und 38 aufgeteilt, wobei jede drei oder mehrere parallele Fluidströmungskanäle 40 umfasst, die mit einem Fluideinlasskanal 52 und einem Fluidauslasskanal 56 verbunden sind, und bei ungefähr 90 Grad zu dem Fluideinlasskanal 52 und dem Fluidauslasskanal 56 ausgerichtet sind. Die Richtung des Fluidstroms durch die Fluidströmungskanäle 40 wird durch die Pfeile in 19 angegeben und ist die gleiche für alle Fluidströmungskanäle 40. In diesem Ausführungsbeispiel erstrecken sich die Fluidströmungskanäle 40 parallel zu den Seiten der Wärmetauscherplatte 130 und die Fluideinlass- und Fluidauslasskanäle 52, 56 erstrecken sich parallel zu den Enden der Wärmetauscherplatte 130. Die Fluideinlasskanäle 52 umfassen jeweils ein langgestrecktes Kopfteil, das mit der Fluideinlassöffnung 50 über einen Einlassübergangskanal 132 verbunden ist. In gleicher Weise umfassen die Fluidauslasskanäle 56 jeweils ein langgestrecktes Kopfteil, das mit der Fluidauslassöffnung 54 über einen Auslassübergangskanal 134 verbunden ist.
In dem Ausführungsbeispiel nach 19 haben die Fluidströmungskanäle 40 der zwei äußersten Wärmeübertragungszonen 32, 38 erste Enden 58 in Strömungsverbindung mit jeweiligen Fluideinlasskanälen 52a, 52d. Die zweiten Enden 60 dieser selben Fluidströmungskanäle 40 sind in Strömungsverbindung mit jeweiligen Fluidauslasskanälen 56a, 56d. Die Fluidströmungskanäle 40 der zwei innersten Wärmeübertragungszonen 34, 36 sind in Strömungsverbindung mit jeweiligen Fluideinlasskanälen 52b, 52c und mit jeweiligen Fluidauslasskanälen 56b, 56c.
20 stellt eine Wärmetauscherplatte 140 dar, bei der die Fluideinlassöffnung 50 und die Fluidauslassöffnung 54 direkt entgegengesetzt zueinander angeordnet sind und an entgegengesetzten Enden der Wärmetauscherplatte 140 liegen. Die Wärmetauscherplatte 140 ist in vier Wärmeübertragungszonen 32, 34, 36 und 38 aufgeteilt, wobei ein äußerstes Paar von Wärmeübertragungszonen 32, 38 und ein innerstes Paar von Wärmeübertragungszonen 34, 36 vorgesehen sind. Das äußerste Paar von Wärmeübertragungszonen 32, 38 umfasst jeweils zwei parallele Fluidströmungskanäle 40, die mit einem jeweiligen Fluideinlasskanal 52a, 52d und mit einem jeweiligen Fluidauslasskanal 56a, 56d verbunden sind und bei ungefähr 90 Grad zu den Fluideinlass- und Fluidauslasskanälen 52a, 52d, 56a, 56d und parallel zu den Seiten der Wärmetauscherplatte 140 ausgerichtet sind, wobei die Richtung des Fluidstroms durch die Fluidströmungskanäle 40 der Wärmeübertragungszonen 32, 38 durch Pfeile in 20 angezeigt ist.
Die innersten zwei Wärmeübertragungszonen 34, 36 umfassen Fluidströmungskanäle 40, die U-förmig sind, wobei jeder ein erstes Ende 58 in Strömungsverbindung mit einem jeweiligen Fluideinlasskanal 52b, 52c aufweist und ein zweites Ende 60 in Strömungsverbindung mit einem jeweiligen Fluidauslasskanal 56b, 56c aufweist. In dem Ausführungsbeispiel nach 20 sind die Fluideinlass- und Fluidauslasskanäle 52b, 52c, 56b, 56c zentral in der Wärmetauscherplatte 140 angeordnet, wobei die Fluideinlass- und Fluidauslasskanäle 52b, 56b im Wesentlichen kolinear sind, wie es auch die Fluideinlass- und Fluidauslasskanäle 52c, 56c sind.
Jeder Fluidströmungskanal 40 in jeder der innersten zwei Wärmeübertragungszonen 34, 36 umfasst einen ersten Schenkel 40a und einen zweiten Schenkel 40b. In der Wärmeübertragungszone 34 sind der erste und zweite Schenkel 40a, 40b miteinander über ein Umlenkkopfteil 142 verbunden. In gleicher Weise sind in der Wärmeübertragungszone 36 der erste und zweite Schenkel 40a, 40b miteinander über ein Umlenkkopfteil 144 verbunden. Beide Schenkel 40a, 40b jedes Fluidströmungskanals 40 sind parallel zu den Enden der Platte 140 angeordnet.
Zusätzliche Ausführungsbeispiele werden nun unter Bezugnahme auf die 21 und 22 beschrieben. Das Ausführungsbeispiel der 13 und 14 hat in gleicher Weise Wiederholeinheiten, die eine Wärmetauscherplatte 80 und eine Batteriezelle 14 umfassen, wobei jede Platte 80 ein Umlenkkopfteil 88 mit einer Höhe aufweist, die ungefähr die gleiche ist wie der Abstand zwischen den Anschlüssen 16, 18 von benachbarten Batteriezellen 14, derart, dass die Anschlüsse 16, 18 jeder Batteriezelle 14 zwischen und in Wärmekontakt mit den Umlenkkopfteilen 88 von benachbarten Platten 80 angeordnet sind. Daher sind in einer 1:1 Konfiguration der 13 und 14 die Anschlüsse 16, 18 an beiden Seiten durch die Umlenkkopfteile 88 abgestützt.
Die 21 und 22 stellen ein Teil eines Batteriemoduls 1 dar, das eine Mehrzahl von Batteriezellen 14 und eine Mehrzahl von Wärmetauscherplatten 80 ähnlich zu denen nach den 13 und 14 umfasst. Allerdings unterscheidet sich das Ausführungsbeispiel nach den 21 bis 22 von dem Ausführungsbeispiel nach den 13 bis 14 darin, dass die Wiederholeinheit des Batteriemoduls 1 in den 21 bis 22 zwei Batteriezellen 14 und eine Wärmetauscherplatte 80 umfasst und manchmal hier als ”2:1 Konfiguration” bezeichnet ist. In Übereinstimmung mit dieser 2:1 Konfiguration ist eine Fläche jeder Batteriezelle 14 in Wärmekontakt mit einer Wärmetauscherplatte 80, während die entgegengesetzte Fläche zu der benachbarten Batteriezelle 14 gerichtet ist. Die zwei benachbarten Batteriezellen 14 jeder Wiederholeinheit in der 2:1 Konfiguration können voneinander durch eine Abstandslage 130 getrennt sein. Die Abstandslage 130 kann im Wesentlichen die gleiche Fläche wie die Batteriezellen 14 umfassen und kann aus einem nachgiebigen, verformbaren Material, wie einem Polymerschaum bestehen, der sich durch Kompression des Batteriemoduls 1 deformiert.
Wie aus den 21 bis 22 zu erkennen ist, ergibt sich bei der 2:1 Konfiguration, dass die Anschlüsse 16, 18 jeder Batteriezelle 14 in Kontakt mit dem Umlenkkopfteil 88 von nur einer benachbarten Wärmetauscherplatte 80 sind und es gibt einen Zwischenraum 132 zwischen den Anschlüssen 16, 18 der zwei Batteriezellen 14 in jeder Wiederholeinheit. Um eine Abstützung für die Anschlüsse 16, 18 vorzusehen, kann der Zwischenraum 132 mit einem langgestreckten Füllstoffstreifen 134 gefüllt sein. In dem Ausführungsbeispiel nach 21 ist der Füllstreifen 134 ein zylindrischer Stab und kann aus einem nachgiebigen, verformbaren Material, wie einem Polymerschaum bestehen. Zum Beispiel kann der Füllstreifen 134 einen Polyurethanschaum mit offenen Zellen umfassen. Obwohl der Füllstreifen 134 nach 21 in Form eines zylindrischen Stabes ausgebildet ist, sei bemerkt, dass das nicht wesentlich ist. Der Füllstoffstreifen 134 kann jede gewünschte Querschnittsform haben, einschließlich einer rechteckigen, quadratischen, dreieckförmigen (d. h. keilförmigen) oder jeder nichtkreisförmigen abgerundeten Form, einschließlich ovalen, eiförmigen usw. haben. Die Querschnittsform und Abmessung des Füllstoffstreifens 134 werden so gewählt, dass der Streifen 134 in den Zwischenraum 132 passt und nicht die Anschlussschiene oder andere elektrische Komponenten in der Nähe der Anschlüsse 16, 18 stört.
In der Konfiguration nach 21 sind die Füllstoffstreifen 134 individuell in den Zwischenräumen 132 zwischen jedem benachbarten Paar von Batteriezellen 14 angeordnet. Um den Wirkungsgrad der Herstellung zu verbessern, können die Füllstoffstreifen 134 miteinander in einer kammartigen Trägerstruktur 136 verbunden sein, wie in der 22 gezeigt, bei der die Füllstoffstreifen 134 den Zahn des Kamms bilden und ein Rand jedes Füllstoffstreifens 134 an einem Verbindungsteil 138 befestigt ist. Das Verbindungsteil 138 der Trägerstruktur 136 ist auch so angeordnet, dass es nicht die Anschlussschiene oder andere elektrische Komponenten stört.
Obwohl die 21 bis 22 die Wärmetauscherplatten 80 so zeigen, als ob sie im Wesentlichen die gleiche Konfiguration wie in den 13 bis 14 haben, sei bemerkt, dass die 2:1 Konfiguration auch Wärmetauscherplatten 80 in Übereinstimmung mit dem Ausführungsbeispiel nach 15 verwenden kann, in der das Einlass- und Auslasskopfteil 84, 86 in der Höhe erweitert sind und zwischen den Anschlüssen 16, 18 von benachbarten Batteriezellen 14 liegen. In solch einem Ausführungsbeispiel wird jeder Anschluss 16 oder 18 an einer Seite durch das Einlass- oder Auslasskopfteil 84 oder 86 einer benachbarten Wärmetauscherplatte 80 abgestützt, während entgegengesetzte Seiten der Anschlüsse 16, 18 durch einen Füllstoffstreifen 134, wie oben beschrieben, abgestützt werden.
Obwohl die Erfindung in Verbindung mit bestimmten Ausführungsbeispielen beschrieben wurde, ist sie nicht darauf eingeschränkt. Die Erfindung kann dagegen alle Ausführungsbeispiele einschließen, die in den Schutzbereich der folgenden Ansprüche fallen.

Claims

Wärmetauscherplatte mit einer Wärmeübertragungsfläche, die eine erste Wärmeübertragungszone und eine zweite Wärmeübertragungszone aufweist, umfassend: (a) eine erste Untergruppe von Fluidströmungskanälen, die in der ersten Wärmeübertragungszone vorgesehen sind, wobei die erste Untergruppe von Fluidströmungskanälen eine erste Durchflusskapazität aufweist, (b) eine zweite Untergruppe von Fluidströmungskanälen, die in der zweiten Wärmeübertragungszone vorgesehen sind, wobei die zweite Untergruppe von Fluidströmungskanälen eine zweite Durchflusskapazität aufweist, die geringer ist als die erste Durchflusskapazität; (c) mindestens einen Fluideinlasskanal; (d) mindestens einen Fluidauslasskanal; (e) eine Fluideinlassöffnung in Strömungsverbindung mit dem mindestens einen Fluideinlasskanal; und (f) eine Fluidauslassöffnung in Strömungsverbindung mit dem mindestens einen Fluidauslasskanal; wobei jeder der Strömungskanäle ein erstes Ende aufweist, das mit einem der mindestens einen Fluideinlasskanälen verbunden und in Strömungsverbindung ist; und wobei jeder der Fluidströmungskanäle ein zweites Ende aufweist, das mit einem der mindestens einen Fluidauslasskanälen verbunden und in Strömungsverbindung ist.
Wärmetauscherplatte nach Anspruch 1, bei der der mindestens eine Fluideinlasskanal einen ersten Fluideinlasskanal und einen zweiten Fluideinlasskanal einschließt, die beide in Strömungsverbindung mit der Fluideinlassöffnung sind, wobei das erste Ende jeder der Fluideinlasskanäle der ersten Untergruppe in Strömungsverbindung mit dem ersten Fluideinlasskanal ist; und wobei das erste Ende jedes der Fluidströmungskanäle der zweiten Untergruppe in Strömungsverbindung mit dem zweiten Fluideinlasskanal ist.
Wärmetauscherplatte nach Anspruch 1 oder 2, bei der der mindestens eine Fluidauslasskanal einen ersten Fluidauslasskanal und einen zweiten Fluidauslasskanal einschließt, die beide in Strömungsverbindung mit der Fluidauslassöffnung sind, wobei das zweite Ende jedes der Fluidströmungskanäle der ersten Untergruppe in Strömungsverbindung mit dem Fluidauslasskanal ist; und wobei das zweite Ende jedes der Fluidströmungskanäle der zweiten Untergruppe in Strömungsverbindung mit dem zweiten Fluidauslasskanal ist.
Wärmetauscherplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der das erste Ende jedes der Fluidströmungskanäle mit einem der mindestens einen Fluideinlasskanäle bei einem Winkel von ungefähr 90 Grad verbunden ist; und bei der das zweite Ende jedes der Fluidströmungskanäle mit einem der mindestens einen Fluidauslasskanäle bei einem Winkel von ungefähr 90 Grad verbunden ist.
Wärmetauscherplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der jeder der Fluidströmungskanäle der ersten Untergruppe im Wesentlichen gerade und parallel zu jedem der anderen Fluidströmungskanäle der ersten Untergruppe ist, und wobei jeder der Fluidströmungskanäle der zweiten Untergruppe im Wesentlichen gerade und parallel zu jedem der anderen Fluidströmungskanäle der zweiten Untergruppe ist.
Wärmetauscherplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der die erste Untergruppe von Fluidströmungskanälen im Wesentlichen parallel zu der zweiten Untergruppe von Fluidströmungskanälen ist.
Wärmetauscherplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der die erste und zweite Untergruppe von Fluidströmungskanälen im Allgemeinen entlang einer ersten Achse der Wärmetauscherplatte gerichtet ist.
Wärmetauscherplatte nach Anspruch 7, bei der jeder der Fluideinlass- und Fluidauslasskanäle im Allgemeinen entlang einer zweiten Achse der Wärmetauscherplatte entlang mindestens einem Teil ihrer Länge gerichtet ist, wobei die erste Achse im Wesentlichen senkrecht zur zweiten Achse ist.
Wärmetauscherplatte nach Anspruch 8, bei der jeder der Fluideinlass- und Fluidauslasskanäle im Wesentlichen parallel zu der zweiten Achse mindestens in Bereichen ist, in denen er mit den Enden der Fluidströmungskanäle verbunden ist.
Wärmetauscherplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei der jeder der Fluideinlass- und Fluidauslasskanäle nahe einem Rand der Platte zumindest in Bereichen, in denen er mit den Enden der Fluidströmungskanäle verbunden ist, liegt.
Wärmetauscherplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei der ein Unterschied zwischen der ersten Strömungskapazität und der zweiten Strömungskapazität zumindest teilweise durch das Vorsehen von lokalen Strömungshindernissen in mindestens einigen der Fluidströmungskanäle der ersten Untergruppe und/oder der zweiten Untergruppe begründet ist.
Wärmetauscherplatte nach Anspruch 11, bei der jedes der lokalen Strömungshindernisse eine Verformung in der Form eines der Fluidströmungskanäle umfasst, wodurch lokal der Querschnitt verringert wird.
Wärmetauscherplatte nach Anspruch 11 oder 12, bei der die Fluidströmungskanäle der ersten und zweiten Untergruppe im Wesentlichen die gleiche Breite und Höhe aufweisen.
Wärmetauscherplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei der ein Unterschied zwischen der ersten Strömungskapazität und der zweiten Strömungskapazität zumindest teilweise durch das Vorsehen von mindestens einigen der Fluidströmungskanäle der ersten Untergruppe mit einer größeren Breite als zumindest einige der Fluidströmungskanäle der zweiten Untergruppe, besteht.
Wärmetauscherplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 14, bei der jeder der Fluidströmungskanäle der ersten Untergruppe im Wesentlichen die gleiche Fluid transportierende Kapazität aufweist; und/oder jeder der Fluidströmungskanäle der zweiten Untergruppe im Wesentlichen die gleiche Fluid transportierende Kapazität aufweist.
Wärmetauscherplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei der eine Fluid transportierende Kapazität der Fluidströmungskanäle in der ersten Untergruppe und/oder der zweiten Untergruppe variabel ist, derart, dass eine abgestufte Kühlkapazität in der ersten Wärmeübertragungszone und/oder der zweiten Wärmeübertragungszone vorgesehen ist.
Wärmetauscherplatte nach Anspruch 16, bei der die Variabilität der Fluid transportierenden Kapazitäten der Fluidströmungskanäle in der ersten Untergruppe und/oder der zweiten Untergruppe zumindest teilweise durch das Vorsehen von lokalen Strömungshindernissen in mindestens einigen der Fluidströmungskanäle der ersten Untergruppe und/oder der zweiten Untergruppe begründet ist.
Wärmetauscherplatte nach Anspruch 17, bei der jedes der lokalen Strömungshindernisse eine Verformung hinsichtlich der Form eines der Fluidströmungskanäle umfasst, die lokal seinen Querschnitt verringert.
Wärmetauscherplatte nach Anspruch 16, bei der die Variabilität der Fluid transportierenden Kapazitäten der Fluidströmungskanäle zumindest teilweise durch das Variieren der Breiten der Fluidströmungskanäle der ersten Untergruppe und/oder der zweiten Untergruppe vorgesehen ist.
Wärmetauscherplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 19 mit zwei der Wärmeübertragungsflächen.
Wärmetauscherplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 20, bei der die Platte eine Mehrzahl von Fluideinlasskanälen einschließt und bei der benachbarte Fluideinlasskanäle durch Rippen getrennt sind, wobei jede der Rippen ein Schlussende aufweist, das von einem Rand der Fluideinlassöffnung so beabstandet ist, dass ein Fluidverteilungsraum zwischen dem Rand der Fluideinlassöffnung und dem Schlussende der Rippen vorgesehen ist.
Wärmetauscherplatte nach Anspruch 21, bei der ein erstes Ende der Rippen, die einen ersten der Fluideinlasskanäle und einen zweiten der Fluideinlasskanäle voneinander trennt, zu dem Rand der Fluideinlassöffnung durch einen größeren Abstand beabstandet ist als eine zweite der Rippen, die den zweiten Fluideinlasskanal von einem dritten der Fluideinlasskanäle trennt.
Wärmetauscherplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 20, bei der die Platte eine Mehrzahl von den Fluidauslasskanälen einschließt und bei der benachbarte Fluidauslasskanäle durch Rippen getrennt sind, wobei jede der Rippen ein Schlussende aufweist, das von einem Rand der Fluidauslassöffnung derart beabstandet ist, dass ein Fluidverteilungsraum zwischen dem Rand der Fluidauslassöffnung und den Schlussenden der Rippen vorgesehen ist.
Wärmetauscherplatte nach Anspruch 23, bei der eine erste der Rippen, die einen ersten der Fluidauslasskanäle und einen zweiten der Fluidauslasskanäle trennt, vom Rand der Fluidauslassöffnung durch einen größeren Abstand beabstandet ist als eine zweite der Rippen, die den zweiten Fluidauslasskanal von einem dritten der Fluidauslasskanäle trennt.
Wärmetauscher, eine Mehrzahl von Wärmetauscherplatten nach einem der Ansprüche 1 bis 24 umfassend, bei dem die Wärmetauscherplatten in einer beabstandeten parallelen Beziehung zueinander angeordnet sind, wobei die Fluideinlass- und Fluidauslassöffnungen in Strömungsverbindung mit jeweiligen Fluideinlass- und Fluidauslasssammelkanälen verbunden sind.
Wärmetauscher nach Anspruch 25, bei dem ein Abstand zwischen benachbarten Wärmetauscherplatten ausreichend ist, um zwei Batteriezellen aufzunehmen.
Wärmetauscher nach Anspruch 25, bei dem die Batteriezelle eine Mehrzahl von Anschlüssen und ein erstes Wärmegebiet nahe den Anschlüssen und ein zweites Wärmegebiet distal zu den Anschlüssen aufweist und wobei der Wärmetauscher geeignet ist, die Batteriezelle mit dem ersten Wärmegebiet der Batteriezelle in Kontakt mit der ersten Wärmeübertragungszone von benachbarten Platten und mit dem zweiten Wärmegebiet der Batteriezelle in Kontakt mit der zweiten Wärmeübertragungszone der benachbarten Platten aufzunehmen.
Wärmetauscher nach Anspruch 27, bei dem die erste Wärmeübertragungszone sich in einen Bereich zwischen den Anschlüssen der benachbarten Platten erstreckt und bei dem die erste Wärmeübertragungszone eine Dicke aufweist, die ausreicht, die Anschlüsse der benachbarten Platten zu kontaktieren.
Wärmetauscherplatte zum Kühlen einer Batteriezelle mit einer Mehrzahl von Anschlüssen, umfassen: mindestens ein erstes Kopfteil, das an einem ersten Ende der Platte liegt, wobei das mindestens eine Kopfteil ein Fluideinlasskopfteil und/oder ein Fluidauslasskopfteil einschließt; ein zweites Kopfteil, das an einem zweiten Ende der Platte liegt; eine Mehrzahl von Strömungskanälen, die sich von dem ersten Ende zu dem zweiten Ende der Platte erstrecken; wobei das mindestens eine erste Kopfteil und/oder das zweite Kopfteil eine erste Höhe aufweisen, die größer ist als eine zweite Höhe der Strömungskanäle und im Wesentlichen die gleiche ist, wie ein Abstand zwischen Anschlüssen von benachbarten Batteriezellen, wenn sie von einer der Wärmetauscherplatten getrennt sind.
Wärmetauscherplatte nach Anspruch 29, bei der mindestens ein erstes Kopfteil und/oder das zweite Kopfteil, die die erste Höhe aufweisen, gegenüberliegende flache Flächen zum Kontaktieren der Anschlüsse der Batteriezellen aufweisen.
Wärmetauscherplatte nach Anspruch 29 oder 30, bei der das mindestens eine erste Kopfteil das Fluideinlasskopfteil umfasst und das zweite Kopfteil das Fluidauslasskopfteil umfasst und wobei jeder der Strömungskanäle sich zwischen dem Fluideinlasskopfteil und dem Fluidauslasskopfteil erstrecken.
Wärmetauscherplatte nach Anspruch 31, bei der das Fluideinlasskopfteil und/oder das Fluidauslasskopfteil eine erste Höhe größer als die zweite Höhe der Strömungskanäle und im Wesentlichen die gleiche wie der Abstand zwischen den Anschlüssen der benachbarten Batteriezellen, wenn diese durch eine Wärmetauscherplatte getrennt sind, aufweisen.
Wärmetauscherplatte nach Anspruch 29 oder 30, bei der das mindestens eine Kopfteil das Fluideinlasskopfteil und das Fluidauslasskopfteil umfasst und bei der das zweite Kopfteil ein Umlenkkopfteil umfasst, wobei die Strömungskanäle eine erste Mehrzahl von Einlassströmungskanälen, die sich von dem Einlasskopfteil zu dem Umlenkkopfteil erstrecken, und eine Mehrzahl von Auslassströmungskanälen einschließen, die sich von dem Umlenkkopfteil zu dem Auslasskopfteil erstrecken.
Wärmetauscherplatte nach Anspruch 33, bei der das Umlenkkopfteil eine erste Höhe größer als die zweite Höhe der Strömungskanäle und im Wesentlichen die gleiche wie der Abstand zwischen den Anschlüssen von benachbarten Batteriezellen, wenn diese durch eine der Wärmetauscherplatten getrennt sind, aufweisen.
Wärmetauscherplatte nach Anspruch 29 oder 34, bei der sowohl das Fluideinlasskopfteil als auch das Fluidauslasskopfteil die erste Höhe größer als die zweite Höhe der Strömungskanäle und im Wesentlichen die gleiche wie der Abstand zwischen den Anschlüssen von benachbarten Batteriezellen, wenn diese durch eine der Wärmetauscherplatten getrennt sind, aufweisen.
Wärmetauscherplatte nach Anspruch 29 oder 35, bei der jeder der Strömungskanäle einen spiralförmigen Teil einschließt, der über einen Bereich der Platte vorgesehen ist, wobei die Platte eine Mehrzahl von Kühlzonen umfasst, wobei jede der Kühlzonen eine unterschiedliche Kühlkapazität aufweist; und wobei jede der Kühlzonen zumindest teilweise durch einen der spiralförmigen Teile definiert ist.
Wärmetauscher, eine Mehrzahl von Wiederholeinheiten umfassend, wobei jede Wiederholeinheit eine erste Batteriezelle, eine zweite Batteriezelle, benachbart zur ersten Batteriezelle und eine Wärmetauscherplatte entsprechend einem der Ansprüche 29 bis 35 benachbart zu der zweiten Batteriezelle umfasst, wobei ein Zwischenraum zwischen den Anschlüssen der ersten Batteriezelle und den Anschlüssen der zweiten Batteriezelle in jeder Wiederholeinheit vorgesehen ist, und wobei der Zwischenraum zumindest teilweise durch einen langgestreckten Füllstoffstreifen gefüllt ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 37, bei dem der langgestreckte Füllstreifen einen Stab aus nachgiebigem, verformbaren Material umfasst.
Wärmetauscher nach Anspruch 37 oder 38, bei dem der Wärmetauscher eine Mehrzahl von langgestreckten Füllstoffstreifen einschließt, wobei einer der Füllstoffstreifen für jede Wiederholeinheit umfasst ist, und wobei die langgestreckten Füllstoffstreifen der Wiederholeinheiten voneinander beabstandet sind und an einem Verbindungsteil befestigt sind.