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Die Erfindung betrifft das Gebiet der Wärmetauscher, die für die Wärmeregelung von Batterien, insbesondere der Batterien eines Kraftfahrzeugs vorgesehen sind, dessen Antrieb vollständig oder teilweise durch eine elektrische Motorisierung bereitgestellt wird.
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Die Wärmeregelung der Batterie ist insbesondere auf dem Gebiet der Elektro- und Hybridfahrzeuge ein wichtiger Punkt.
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Tatsächlich muss die Temperatur der Batterie auf eine Temperatur nahe 20°C geregelt werden, um die Zuverlässigkeit, die Reichweite und die Leistung des Fahrzeugs zu gewährleisten und dabei die Betriebsdauer der Batterie zu optimieren.
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Bei Elektro- oder Hybridfahrzeugen wird die Batterie im Allgemeinen durch Zellen zum Speichern von elektrischer Energie gebildet, die in einem Schutzgehäuse parallel zueinander nebeneinander angeordnet sind und ein Batteriepack bilden.
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Um die Batterietemperatur zu regeln, ist bekannt, eine Wärmeregelungsvorrichtung zu verwenden, die die Funktionen zum Erwärmen und Kühlen der Batterie übernimmt.
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Es sind zahlreiche Lösungen bekannt, mit denen es möglich ist, die Temperatur der elektrischen Batteriezellen zu regeln.
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Eine erste Lösung besteht darin, innerhalb des Batteriepacks auf einer oder auf mehreren Flächen der Batterie eine Wärmeregelungsvorrichtung zu verwenden, die in Form eines oder mehrerer Wärmetauscher vorliegt.
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Bei einer Variante kann die Wärmeregelungsvorrichtung an der Außenfläche des Batteriepacks verwendet werden.
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Bei dieser ersten Lösung sind jedoch die Leistungen hinsichtlich der Wärmeregelung schwach.
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Mit einer derartigen Lösung ist es nämlich nicht möglich, alle elektrischen Zellen, die die Batterie bilden, optimal zu kühlen, da die Mitte oder der Kern der Zellen nicht mit der Wärmeregelungsvorrichtung in Kontakt ist.
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Eine weitere bekannte Lösung besteht darin, eine Wärmeregelungsvorrichtung zu verwenden, die mehrere Wärmetauscher umfasst, die zwischen allen elektrischen Zellen der Batterie eingeschoben sind.
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Durch diese zweite Lösung ist eine bessere Wärmeregelung der Batterien möglich.
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Ein Nachteil dieser Lösung besteht jedoch darin, dass die Vorrichtung nicht in der Lage ist, einen optimalen Kontakt zwischen den Wärmetauschern und den elektrischen Zellen beizubehalten, wenn sich diese unter dem Einfluss von Temperaturänderungen verformen.
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Aus diesem Grund sind die Wärmeregelung und insbesondere das Kühlen der Batterien noch nicht optimal.
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Um diesen Nachteil zu beseitigen, besteht eine (in 1 veranschaulichte) Lösung darin, in den Stapel aus Wärmetauschern und elektrischen Zellen ein Element B aus verformbarem Material zwischen jeder der Flächen eines Wärmetauschers A und den elektrischen Zellen 10, die auf der einen und auf der anderen Seite dieses Wärmetauschers A angeordnet sind, einzusetzen.
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Das Hinzufügen eines Elements B aus verformbarem Material zwischen den elektrischen Zellen 11 und den Wärmetauschern A beeinträchtigt oder verringert jedoch die Wärmeübertragung zwischen diesen Elementen.
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Diese Lösung ist somit weiterhin nicht zufriedenstellend.
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Bei diesen bekannten Lösungen werden ferner Wärmeträgerfluide verwendet, bei denen es sich z.B. um Gebläseluft, um ein Wasser-Glykol-Gemisch oder um Kühlmittel handelt.
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Ein Nachteil dieser bekannten Lösungen liegt darin, dass sie nur geringfügig dazu in der Lage sind, Wärmespitzen wirksam aufzunehmen, die beim Laden und/oder Entladen der elektrischen Zellen auftreten.
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Bei der Verwendung und beim Laden der elektrischen Zellen sind nämlich starke Wärmespitzen zu beobachten, die abrupte Temperaturschwankungen mit sich bringen.
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Mit den Lösungen aus dem Stand der Technik ist es nicht möglich, diese Wärmeschwankungen wirksam aufzunehmen.
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Es besteht somit der Bedarf, eine neue Lösung zur Wärmeregelung der elektrischen Zellen einer Batterie bereitzustellen, bei der zumindest in einer Ausführungsform die vorgenannten Nachteile beseitigt werden.
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Zu diesem Zweck schlägt die Erfindung einen Wärmetauscher zur Wärmeregelung von Zellen zum Speichern von elektrischer Energie vor, die auf der einen und auf der anderen Seite des Wärmetauschers angeordnet sind, wobei der Wärmetauscher ein Wärmeaustauschbündel umfasst, das aus einer ersten Reihe von mindestens einem Rohr besteht, bei der eine Außenfläche für die Anordnung in Wärmekontakt mit mindestens einer ersten Zelle zum Speichern von elektrischer Energie vorgesehen ist, so dass die Temperatur der mindestens einen ersten Zelle geregelt wird.
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Erfindungsgemäß besteht der Wärmetauscher ferner aus einer zweiten Reihe von mindestens einem Rohr, bei der eine Außenfläche für die Anordnung in Wärmekontakt mit mindestens einer zweiten Zelle zum Speichern von elektrischer Energie vorgesehen ist, so dass die Temperatur der mindestens einen zweiten Zelle geregelt wird, wobei die Innenflächen der beiden Reihen von mindestens einem Rohr einander gegenüber angeordnet und durch einen Zwischenraum getrennt sind.
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Weiterhin erfindungsgemäß weist der Wärmetauscher mindestens ein Element aus elastisch verformbarem Material auf, das in dem Zwischenraum angeordnet ist, der zwischen den Innenflächen der ersten und der zweiten Reihe von mindestens einem Rohr ausgebildet ist, so dass die Rohre in Wärmekontakt mit den elektrischen Zellen gehalten sind.
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Die Erfindung schlägt somit einen Wärmetauscheraufbau aus zwei Rohrreihen vor, die voneinander beanstandet und möglicherweise parallel angeordnet sind, wobei jede Rohrreihe an ihrer Außenfläche mit einer zu kühlenden oder zu erwärmenden elektrischen Zelle in Kontakt ist.
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Die Wärmeübertragung der Rohre ein und derselben Rohrreihe erfolgt somit zu ein und derselben elektrischen Zelle, was eine Optimierung ihrer Wärmeregelung ermöglicht.
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Im Gegensatz zu dem Ansatz aus dem Stand der Technik, der darin besteht, einer einzigen Rohrreihe eines Tauschers zwei elektrische Zellen zuzuordnen, wird bei der Erfindung eine Rohrreihe einer einzigen elektrischen Zelle zugeordnet, so dass der Wärmeaustausch lediglich zwischen diesen beiden Elementen erfolgt.
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Auf diese Weise wird die Wärmeregelung der Batterie eines Hybrid- oder Elektrofahrzeugs optimiert, wenn die Batterie aus einem Stapel, bei dem sich elektrische Zellen und mindestens ein erfindungsgemäßer Wärmetauscher abwechseln, besteht.
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Durch die Verwendung eines elastischen Elements zwischen den beiden Rohrreihen können ferner mögliche Verformungen der elektrischen Zellen, wenn diese geladen/entladen werden, aufgenommen und ein konstanter Kontakt zwischen den Rohren des Tauschers und den elektrischen Zellen gewährleistet werden.
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Somit ist der Wärmeaustausch zwischen dem Wärmetauscher und den elektrischen Zellen, die auf der einen und auf der anderen Seite des Tauschers angeordnet sind, optimiert.
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Im Gegensatz zum Stand der Technik ist es hier nicht erforderlich, ein elastisches Element zwischen jeder elektrischen Zelle und dem zugeordneten Wärmetauscher zu verwendet. Mit einem einzigen elastischen Element, das in der Aufnahme angeordnet ist, die zwischen den beiden Rohrreihen des erfindungsgemäßen Wärmetauschers ausgebildet ist, können die Verformungen der beiden elektrischen Zellen, die dem Tauscher zugeordnet sind, wirksam aufgenommen werden.
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Durch die Verwendung dieses elastischen Elements in der zwischen den beiden Rohrreihen ausgebildeten Aufnahme können diese ferner mit den elektrischen Zellen, deren Temperatur geregelt werden muss, in direktem Kontakt stehen.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist das mindestens eine elastische Element vorgespannt in dem Zwischenraum angeordnet.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung besteht das mindestens eine Element aus einem Silikon- oder Graphitmaterial.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist mindestens ein elektrisches Isoliermittel zwischen den Rohren des Wärmetauschers und den elektrischen Zellen eingeschoben.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung sind die Außenflächen der ersten und der zweiten Reihe von mindestens einem Rohr mechanisch mit den elektrischen Zellen in Kontakt.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung sind die Rohre der beiden Reihen flache Rohre.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung handelt es sich bei den Rohren der beiden Reihen um Multikanalrohre.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist mindestens ein Teil der Kanäle mindestens eines der Multikanalrohre für die Zirkulation eines Wärmeträgerfluids vorgesehen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein anderer Teil der Kanäle des mindestens einen der Multikanalrohre zum Einlagern eines Phasenwechselmaterials vorgesehen.
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Um die Temperaturspitzen der zugeordneten elektrischen Zellen besser aufzunehmen, schlägt somit die Erfindung in einer besonderen Ausführungsformen die Verwendung eines Phasenwechselmaterials zusätzlich zu einem Wärmeträgerfluid im Wärmetauscher vor.
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Durch die Verwendung eines Phasenwechselmaterials in Kombination mit der Verwendung eines Wärmeträgerfluids kann eine rasche und wirksame Aufnahme oder Freisetzung Wärmeenergie für den Wärmetauscher bereitgestellt werden, um die Temperaturspitzen der zugeordneten elektrischen Zellen zu begrenzen und somit die Leistungen und die Betriebsdauer der Batterie zu optimieren.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist der Wärmetauscher an jedem Ende der Multikanalrohre eine Sammeleinrichtung auf, wobei die Sammeleinrichtung einen Wärmeträgerfluidbehälter umfasst, der in einem Stutzen ausgebildet ist, wobei der Stutzen eine erste Reihe von Spalten für das Durchführen der Enden der Multikanalrohre der ersten Reihe und eine zweite Reihe von Spalten für das Durchführen der Enden der Multikanalrohre der zweiten Reihe aufweist.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst die Sammeleinrichtung einen Wärmeträgerfluidbehälter und einen Phasenwechselmaterialbehälter.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung sind der Wärmeträgerfluidbehälter und der Phasenwechselmaterialbehälter übereinander angeordnet.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung hat der mindestens eine Teil der Kanäle der mindestens zwei Multikanalrohre, der für die Einlagerung des Phasenwechselmaterials vorgesehen ist, eine erste Länge und mündet in den Phasenwechselmaterialbehälter aus, und der mindestens eine Teil der Kanäle der mindestens zwei Multikanalrohre, der für die Zirkulation eines Wärmeträgerfluids vorgesehen ist, hat eine von der ersten Länge verschiedene zweite Länge und mündet in den Wärmeträgerfluidbehälter aus.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung durchquert der mindestens eine Teil der Kanäle, der für die Zirkulation eines Wärmeträgerfluids vorgesehen ist, den Phasenwechselmaterialbehälter.
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Die Erfindung schlägt auch eine Wärmeregelungsvorrichtung für mindestens zwei Zellen zum Speichern von elektrischer Energie vor, die mindestens einen wie oben beschriebenen Wärmetauscher aufweist.
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Weitere Merkmale und Vorteile werden beim Lesen der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung, die als einfaches veranschaulichendes und nicht einschränkendes Beispiel gegeben ist, und mit den beigefügten Zeichnungen verdeutlicht. Darin zeigen:
- - 1 eine Seitenansicht eines Wärmetauschers aus dem Stand der Technik, der in Wärmekontakt mit zwei elektrischen Zellen angeordnet und zur Regelung ihrer Temperatur vorgesehen ist;
- - 2 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers, der mit zwei elektrischen Zellen in Kontakt und zur Regelung ihrer Temperatur vorgesehen ist;
- - 3 eine perspektivische Ansicht des Wärmetauschers und der elektrischen Zellen aus 2;
- - 4 eine Seitenansicht des Wärmetauschers und der elektrischen Zellen aus 2, die eine Verformung der elektrischen Zellen zeigt;
- - 5 eine Schnittansicht eines Ausschnitts einer Sammeleinrichtung eines ersten Tauschertyps;
- - 6 eine schematische Schnittansicht, die zwei Multikanalrohre eines ersten Tauschertyps veranschaulicht;
- - 7 eine Schnittansicht eines Ausschnitts einer Sammeleinrichtung eines zweiten Tauschertyps;
- - 8 eine schematische Schnittansicht, die zwei Multikanalrohre eines zweiten Tauschertyps veranschaulicht; und
- - 9 perspektivisch eine Baugruppe zur elektrischen Versorgung eines Fahrzeugs, bei der ein Stapel aus mehreren erfindungsgemäßen Wärmetauschern im Wechsel mit elektrischen Zellen verwendet wird.
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Sofern nicht anders angegeben, haben in den verschiedenen Figuren identische Elemente die gleichen Bezugszeichen und die gleichen technischen Merkmale und Betriebsmodi.
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Die Erfindung schlägt eine Optimierung der Wärmeregelung der elektrischen Zellen 10 einer Fahrzeugbatterie 1 durch die Verwendung an ein und demselben Wärmetauscher 20 von zwei Reihen 21A und 21B von Wärmeträgerfluidzirkulationsrohren 21, so dass die Außenfläche jeder Reihe 21A, 2 1B von Rohren 21 mit einer Fläche nur einer einzigen elektrischen Zelle 10 in Kontakt ist, wie in 2 veranschaulicht ist.
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Bei dem veranschaulichten Beispiel handelt es sich bei den Rohren 21 um Multikanalrohre, und die elektrischen Zellen 10 sind quaderförmig.
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Im Gegensatz zu den Lösungen aus dem Stand der Technik, bei denen eine Rohrreihe eines Tauschers mit zwei elektrischen Zellen in Kontakt ist, die auf der einen und auf der anderen Seite der Rohre der Reihe angeordnet sind, schlägt somit die Erfindung vor, dass jede Reihe 21A und 21B von Rohren 21 einer einzigen elektrischen Zelle 10 zugeordnet ist, die an der Außenfläche der Rohrreihe liegt.
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Mit anderen Worten ist eine Reihe von Rohren 21 für die Wärmeregelung einer einzigen elektrischen Zelle 10 vorgesehen, wodurch es möglich ist, den Wärmeaustausch zwischen einer Reihe von Rohren 21 des Wärmetauschers 20 und der elektrischen Zelle 10, mit der er in Wärmekontakt und möglicherweise in mechanischem Kontakt steht, zu verbessern.
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Durch die Verwendung von zwei Reihen 21A, 21B von Rohren 21 kann demnach ein erfindungsgemäßer Wärmetauscher 20, wenn er mit zwei elektrischen Zellen 10 in Kontakt gebracht wird, die auf der einen und auf der anderen Seite der beiden Rohrreihen angeordnet sind, den Wärmeaustausch zwischen dem Wärmetauscher 20 und den elektrischen Zellen 10 verbessern und somit die Wärmeregelung der Batterie 1 optimieren.
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Durch die Verwendung von zwei Reihen 21A, 21B von Rohren 21 können ferner die Wärmeenergiespeicherkapazität des Wärmetauschers 20 erhöht und dessen Ladungsverluste gesenkt werden.
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Wie in den 2 und 3 veranschaulicht, weist der Wärmetauscher 20 zwei Reihen 21A, 21B von Multikanalrohren 21 auf, deren Enden jeweils in zwei Sammeleinrichtungen 22 ausmünden.
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Bei diesem Beispiel umfasst jede Reihe 21A, 21B fünf Rohre 21, so dass in jeder Reihe 21A, 21B ein Wärmeträgerfluid in einem sogenannten „I“-Kreislauf in Umlauf gebracht wird.
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Die erste Reihe 21A umfasst somit fünf Rohre 21, die in einer ersten Ebene P1 verteilt sind, und die zweite Reihe 21B umfasst fünf Rohre 21, die in einer zweiten Ebene P2 verteilt sind, wobei sich die Ebene P2 parallel zur Ebene P1 erstreckt (die beiden Reihen 21A, 21B erstrecken sich somit parallel zueinander).
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Die Rohre 21 der beiden Reihen 21A, 21B erstrecken sich senkrecht zu den Sammeleinrichtungen 22.
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Es können eine größere oder eine kleinere Anzahl an Rohren 21 und weitere Wärmeträgerfluidzirkulationskreisläufe verwendet werden, ohne dabei von dem Grundprinzip der Erfindung abzuweichen.
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Wie in 3 veranschaulicht, ist ein erstes Ende der Sammeleinrichtung 22 durch eine Platte oder eine Wand 221 dicht verschlossen.
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Das zweite Ende jeder Sammeleinrichtung 22 mündet in ein Verbindungselement 4 aus, das eine Wärmeträgerfluideinlassleitung 42E für eine erste Sammeleinrichtung 22 (in den 2 und 3 links angeordnet) und eine Wärmeträgerfluidauslassleitung 42S für eine zweite Sammeleinrichtung 22 (in den 2 und 3 rechts angeordnet) bildet.
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Jede Einlassleitung 42E und Auslassleitung 42S ist an ihren beiden Enden offen.
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Das Wärmeträgerfluid kann somit von der Einlassleitung 42E zur ersten Sammeleinrichtung 22 und anschließend von der zweiten Sammeleinrichtung 22 zur Auslassleitung 42S strömen, sobald es die Rohre 21 durchströmt hat.
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Wie in 9 veranschaulicht, kann das Verbindungselement 4 darüber hinaus den Wärmetauscher 20 mit einem oder mit zwei benachbarten Wärmetauschern verbinden, die einen identischen Aufbau haben.
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Darüber hinaus weist der Wärmetauscher 20 erfindungsgemäß eine Aufnahme oder einen Zwischenraum 23 zwischen den Innenflächen der beiden Reihen 21A und 21B von Rohren 21 auf.
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Bei der hier beschriebenen Ausführungsformen ist in diesem Zwischenraum 23 ein Lager 24 untergebracht, das aus elastischem verformbarem Material hergestellt ist.
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Mit anderen Worten sind die Ebenen P1 und P2 voneinander beanstandet, und die Reihen 21A, 21B von Rohren 21, die in diesen Ebenen verteilt sind, bilden mit den Sammeleinrichtungen 22 die Aufnahme 23, die dazu vorgesehen ist, das Lager 24 aufzunehmen.
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Bei diesem Beispiel beträgt die Höhe „h“ der zwischen den beiden Reihen 21A und 21B von Rohren 21 ausgebildeten Aufnahme 23 zwischen 1 mm und 5 mm.
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Das Lager 24 kann vorgespannt in der zwischen den Rohren 21 ausgebildeten Aufnahme 23 angebracht sein.
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In diesem Fall ist seine Dicke vor der Anbringung zwischen den beiden Reihen 21A, 21B von Rohren 21 größer als die Höhe „h“ der Aufnahme 23.
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Bei einer Variante entspricht seine Dicke im Wesentlichen der Höhe „h“.
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Durch das Lager 24, das aus elastischem verformbarem Material hergestellt ist, kann eine Druckkraft gegen jedes der Rohre 21 ausgeübt werden, zwischen denen es angebracht ist, so dass der Kontakt zwischen den Rohren 21 und den elektrischen Zellen 10, die mit dem Wärmetauscher 20 in Kontakt sind, optimiert wird.
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Mit anderen Worten ist es mit dem Lager 24 möglich, zwei Rohre 21, die einander gegenüber angeordnet und der ersten Reihe 21A bzw. der zweiten Reihe 21B von Rohren 21 zugeordnet sind, wegzurücken oder zurückzuschieben.
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Wenn sich die elektrischen Zellen 10 unter dem Einfluss von Temperaturschwankungen verformen, verformt sich folglich das Lager 24 auch, so dass die Verformungen 11 der elektrischen Zellen 10 aufgenommen werden und ein optimaler Kontakt zwischen den Rohren 21 des Wärmetauschers 20 und den elektrischen Zellen 10 der Batterie 1 beibehalten wird, wie in 4 veranschaulicht ist.
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In 4 sind die beiden Reihen 21A, 21B von Rohren 21 unter der Wirkung der Verformung 11 der beiden elektrischen Zellen 10, die auf der einen und auf der anderen Seite des Wärmetauschers 2 angeordnet sind, zueinander gebogen, wobei das Lager 24 dann komprimiert wird.
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Diese Verformungen 11 der elektrischen Zellen 10 werden von dem Lager 24 aufgenommen, und die Qualität des Wärmeaustauschs zwischen den Rohren 21 des Wärmetauschers 20 und den elektrischen Zellen 10 wird beibehalten.
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Das Lager 24 ist vorzugsweise aus einem elastischen Material und genauer gesagt aus einem Elastomermaterial wie Silikon hergestellt.
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Diese Materialien haben den Vorteil, dass sie sich an die Verformungen der elektrischen Zellen anpassen können, da sie einen Komprimierungsgrad haben, der zwischen 10 und 40% beträgt.
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Darüber hinaus ist das Material des Lagers 24 so ausgewählt, dass seine Wärmeleitfähigkeit gering ist, so dass ein Wärmeaustausch zwischen den Rohren 21 der beiden Reihen 21A, 21B verhindert wird.
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Diese Materialien sind darüber hinaus wärmebeständig und können bis zu Betriebstemperaturen von etwa 100°C verwendet werden.
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Das Lager 24 ist vorzugsweise aus Silikonmaterial hergestellt, da dieses Material gute Eigenschaften zur elektrischen Isolierung aufweist.
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Mit dem Lager 24 ist es somit auch möglich, die Wärmetauscher 20, in denen ein Wärmeträgerfluid zirkuliert, von den elektrischen Zellen 10 der Batterie 1 elektrisch zu isolieren.
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Eine der Flächen des Lagers 24, die mit den Reihen 21A, 21B von Rohren 21 in Kontakt ist, kann klebend sein, so dass seine Anbringung an den beiden Reihen 21A, 21B von Rohren 21 vereinfacht ist.
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Bei diesem Beispiel besteht das Lager 24 aus mehreren quaderförmigen Blöcken 241, die jeweils zwischen zwei gegenüberliegenden Rohren 21 der Reihen 21A bzw. 21B aufgenommen sind.
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Jeder Block 241 des Lagers 24 hat im Wesentlichen die gleichen Abmessungen (Breite und Länge) wie die Rohre 21, zwischen denen es angebracht ist.
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Bei einer Variante besteht das Lager 24 aus einem einzigen quaderförmigen Block, der sich über die gesamte Länge der Aufnahme 23 zwischen den beiden Reihen 21A, 21B von Rohren 21 erstreckt.
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Die Verwendung eines Lagers 24 zwischen den beiden Reihen 21A, 21B von Rohren 21 eines erfindungsgemäßen Tauschers im Gegensatz zur Verwendung von zwei Zwischenelementen, die auf der einen und auf der anderen Seite der einzigen Reihe von Rohren eines Tauschers liegen, zwischen den Rohren der Reihe und den elektrischen Zellen (entsprechend dem in 1 veranschaulichten Stand der Technik), ist besonders vorteilhaft.
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Die Verformungen werden hier nämlich von dem Lager 24 aufgenommen, und die Rohre 21 können somit direkt mit den elektrischen Zellen 10 in Kontakt gebracht werden, wodurch der Wärmeaustausch zwischen diesen beiden Elementen weiter verbessert wird.
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Durch die Verwendung von zwei beanstandeten Reihen 21A, 21B von Rohren 21 und gegebenenfalls eines zwischen diesen Rohren 21 angeordneten Lagers 24 ist es somit mit der Erfindung möglich, den Wärmeaustausch zwischen den Wärmetauschern 20 und den elektrischen Zellen 10 zu verbessern, so dass die Temperatur der Batterie 1 besser geregelt wird.
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Wenn bei dem Wärmetauscher 20 ein derartiges Lager 24 angewandt wird, ist es dadurch außerdem möglich, dass die Verformungen 11 der elektrischen Zellen 10 optimal aufgenommen werden, so dass die Häufung der Verformungen jeder elektrischen Zelle, insbesondere bei einem Stapel aus Wärmetauschern und Zellen, der eine Stromversorgungsbaugruppe bildet, begrenz wird.
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Ein Beispiel für eine Stromversorgungsbaugruppe E ist in 9 veranschaulicht und umfasst eine Vorrichtung 2 zur Wärmeregelung der Fahrzeugbatterie 1, bei der mehrere erfindungsgemäße Wärmetauscher 20 verwendet werden.
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Bei diesem Beispiel besteht die Batterie 1 eines Fahrzeugs aus vier Zellen zum Speichern von elektrischer Energie, die nachfolgend als elektrische Zellen 10 bezeichnet werden und voneinander beanstandet und parallel zueinander angeordnet sind.
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Bei diesem Beispiel aus 9 kann jede elektrische Zelle 10 elektrischen Strom erzeugen und weist eine starre Hülle auf.
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Bei diesem Beispiel umfasst die Wärmeregelungsvorrichtung 2 fünf erfindungsgemäße Wärmetauscher 20, die jeweils zwischen zwei aufeinanderfolgende elektrische Zellen 10 (außer an den Enden) eingeschoben sind und mit diesen in Kontakt gebracht werden, um die Temperatur dieser elektrischen Zellen 10 und allgemeiner der Batterie 1 zu regeln.
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Wie in 9 veranschaulicht, weist die Stromversorgungsbaugruppe E Klemmmittel 6 auf, mit denen es möglich ist, nachdem die elektrischen Zellen 10 der Batterie 1 und die Wärmetauscher 20 parallel zueinander nebeneinander angeordnet wurden, diesen Stapel zu komprimieren, so dass ein optimaler Kontakt zwischen den elektrischen Zellen 10 und den Wärmetauschern 20 erhalten wird.
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Bei dem in 9 veranschaulichten Beispiel umfassen die Klemmmittel 5 zwei Klemmplatten 61, vier Klemmstreben 62 und mehrere verformbare Stege 63.
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Die beiden Klemmplatten 61 sind dazu vorgesehen, auf der einen und auf der anderen Seite des Stapels aus den elektrischen Zellen 10 und den Wärmetauschern 20 angeordnet zu werden.
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An den vier Ecken jeder Klemmplatte 61 sind vier Bohrungen 611 angeordnet und dazu ausgebildet, eine (nicht gezeigte) Befestigungsschraube aufzunehmen, mit der die Klemmplatte 61 und die vier Klemmenstreben 62 fest miteinander verbunden werden können.
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Darüber hinaus weisen die Klemmplatten 61 Öffnungen 612 auf, die für die Zusammenwirkung mit verformbaren Stegen 63, die in der Höhe der Platten verteilt sind, vorgesehen sind.
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(Nicht gezeigte) Federn, die zwischen den verformbaren Stegen 63 und der Klemmplatte 61 angeordnet sind, ermöglichen es, eine Kraft auszuüben, mit der die Wärmetauscher 20 näher an die elektrischen Zellen 10 der Batterie 1 gebracht und gegen diese gedrückt werden sollen.
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Mit anderen Worten ist es durch die Federn jedes verformbaren Stegs 63 möglich, diese gegen die elektrische Zelle 10 oder den Wärmetauscher 20 zu drücken, die bzw. der an die Klemmplatte 61 angrenzt, an der diese verformbaren Stege 63 angebracht sind.
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Diese Klemmstege 63 sind somit dazu vorgesehen, den Kontakt zwischen den Rohren 21 der Wärmetauscher 20 und den elektrischen Zellen 10 zu optimieren.
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Nachfolgend werden zwei erfindungsgemäße Wärmetauschertypen ausführlicher beschrieben.
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5 veranschaulicht teilweise einen Wärmetauscher 3 eines ersten Typs, der mit zwei elektrischen Zellen 10 der Batterie 1 in Kontakt gebracht werden soll, um deren Temperatur zu regeln.
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5 ist eine Ansicht in einem Schnitt, der auf Höhe einer Sammeleinrichtung 33 des Wärmetauschers 3 durchgeführt wurde.
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Der Tauscher 3 hat einen Aufbau, der mit dem des in 3 veranschaulichten Tauschers 20 im Wesentlichen identisch ist.
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Mit anderen Worten weist der Tauscher 3 zwei Reihen von fünf Multikanalrohren 31 (wobei in 5 lediglich die Reihe 31A und drei Rohre 31 gezeigt sind) auf, deren Enden mit einer Sammeleinrichtung 33 verbunden sind.
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Die Außenfläche jeder der Reihen von Rohren 31 ist dazu vorgesehen, mit einer elektrischen Zelle 10 in Kontakt zu gelangen, um deren Temperatur zu regeln.
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Der Wärmetauscher 3 ist dazu vorgesehen, mit zwei elektrischen Zellen 10 in Kontakt zu gelangen, die auf der einen und auf der anderen Seite des Wärmetauschers 3 angeordnet sind.
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6 ist eine Querschnittansicht von zwei Rohren 31 des Wärmetauschers 3 des ersten Typs, die zu jeder der Reihen 31A, 31B von Rohren 31 gehören.
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In der nachfolgenden Beschreibung wird nur einer der Multikanalrohre 31 des Wärmetauschers 3 beschrieben, wobei selbstverständlich zu verstehen ist, dass der Aufbau der Rohre 31, die die beiden Reihen 31A und 31B von Rohren des Wärmetauschers 3 bilden, identisch ist.
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In dieser Figur ist ein Block 241 des Lagers 24 zwischen den beiden beanstandeten Rohren 31 angeordnet, die zur ersten Reihe 31A bzw. zur zweiten Reihe 31B von Rohren 31 des Wärmetauschers 3 gehören.
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Das Rohr 31 besteht vorzugsweise aus Aluminium und hat einen hohen Wärmeleitwert, so dass die elektrische Zelle 10 der Batterie 1, mit der er in direktem Kontakt steht, gekühlt oder erwärmt werden kann.
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Das Rohr 31 liegt in Form eines flachen Rohrs mit langgestrecktem Querschnitte vor, das mehrere Innenwände 311 aufweist, die mehreren innere Kanäle 312 begrenzen, die sich parallel und in Längsrichtung über das gesamte Rohr 31 erstrecken.
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Das Rohr 31 wird vorzugsweise durch Extrudieren erhalten, was die Herstellung der inneren Kanäle 312 vereinfacht.
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Die Kanäle 312 des Rohrs 31 sind so ausgebildet, dass sie die Zirkulation eines Wärmeträgerfluids zwischen den verschiedenen Kanälen 312 des Rohrs 31 und den Sammeleinrichtungen 33 ermöglichen.
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Dazu mündet jedes Ende des Rohrs 31 in eine Sammeleinrichtung 33.
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Die Sammeleinrichtungen 33 liegen in Form eines Stutzens 330 vor, der sich jeweils auf einer Seite des Wärmetauschers 3 erstreckt.
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Wie in 5 veranschaulicht, bildet der innerhalb des Stutzens 330 ausgebildete Zwischenraum einen Behälter 331 für die Aufnahme des Wärmeträgerfluids.
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Die Kanäle 312 der Rohre 31 und die Behälter 331 der Sammeleinrichtungen 33 bilden den Wärmeträgerfluidzirkulationskreislauf innerhalb des Wärmetauschers 3.
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Der Boden des Stutzens 330 weist ferner zwei Reihen von mehreren Längsspalten 332 auf, die in regelmäßigen Abständen entlang der Längsachse des Stutzens 330 angeordnet sind.
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5 zeigt nur eine Reihe 332A von Spalten 332, die im Boden des Stutzens 330 für das Durchführen der Rohre 31 der ersten Reihe 31A ausgebildet sind. Es ist hier zu verstehen, dass der Boden des Stutzens 330 eine zweite Reihe von Spalten 332 für das Durchführen der Rohre 31 der zweiten Reihe aufweist.
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Diese beiden Reihen von Spalten 332 können mit den beiden Reihen (darunter die Reihe 31A) von Rohren 31 zusammenwirken.
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Die Spalte 332 sind insbesondere so ausgebildet, dass sie jeweils das Durchführen eines Endes eines Rohrs 31 ermöglichen.
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Mit anderen Worten entspricht die Breite eines Spalts 332 der Breite eines Rohrs 31.
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Die Spalte 332 sind somit dazu ausgebildet, die Dichtigkeit zwischen den Rohren 31 und der Sammeleinrichtung 33 zu gewährleisten.
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Ein erstes Ende der Sammeleinrichtung 33 ist durch eine Platte oder eine Wand (in den 5 und 6 nicht gezeigt, jedoch identisch mit der Wand 221 aus 3) in dichter Weise verschlossen.
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Auch wenn dies nicht gezeigt ist, mündet das zweite Ende jeder Sammeleinrichtung 33 in ein wie zuvor mit Bezug auf die 2 und 3 beschriebenes Verbindungselement, das in diesen Figuren mit 4 bezeichnet ist.
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Das Verbindungselement ermöglicht es, den Wärmeträgerfluidzirkulationskreislauf des Wärmetauschers 3 mit dem Gesamtzirkulationskreislauf der Wärmeregelungsvorrichtung 2 aus 9 zu verbinden.
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7 veranschaulicht teilweise einen Wärmetauscher 5 eines zweiten Typs, der mit zwei elektrischen Zellen 10 der Batterie 1 in Kontakt gebracht werden soll, um deren Temperatur zu regeln, wobei die elektrischen Zellen 10 auf der einen und auf der anderen Seite des Wärmetauschers 5 angeordnet sind.
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7 ist eine Ansicht in einem Schnitt, der auf Höhe einer Sammeleinrichtung 53 des Wärmetauschers 5 durchgeführt wurde.
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Der Tauscher 5 hat einen Aufbau, der mit dem des in den 2 und 3 veranschaulichten Tauschers 20 im Wesentlichen identisch ist.
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Mit anderen Worten weist der Wärmetauscher 5 zwei Reihen (wobei in 7 lediglich die Reihe 51A gezeigt ist) von fünf Multikanalrohren 51 (von denen in 7 vier gezeigt sind) auf, deren Enden mit einer Sammeleinrichtung 53 verbunden sind.
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Die Außenfläche jeder der Reihen von Rohren 51 ist dazu vorgesehen, mit einer elektrischen Zelle 10 in Kontakt zu gelangen, um deren Temperatur zu regeln.
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Der Wärmetauscher 5 ist dazu vorgesehen, mit zwei elektrischen Zellen 10 in Kontakt zu gelangen, die auf der einen und auf der anderen Seite des Wärmetauschers 5 angeordnet sind.
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8 ist eine Querschnittansicht von zwei Rohren 51 des Wärmetauschers 5 des zweiten Typs.
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In dieser Figur ist ein Block 241 des Lagers 24 zwischen den beiden beanstandeten Rohren 51 angeordnet, die zur ersten Reihe 51A bzw. zur zweiten Reihe 51B von Rohren 51 des Wärmetauschers 5 gehören.
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Das Rohr 51 besteht vorzugsweise aus Aluminium und hat einen hohen Wärmeleitwert, so dass die elektrische Zelle 10 der Batterie 1, mit der er in direktem Kontakt steht, gekühlt oder erwärmt werden kann.
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Wie in 7 veranschaulicht, ist das Ende jedes der Rohre 51 mit einer Sammeleinrichtung 53 verbunden.
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Die Rohre 51 und die Sammeleinrichtungen 53 des Wärmetauschers 5 sind so ausgebildet, dass sie zusätzlich zur Wärmeträgerfluidzirkulation das Einlagern eines Phasenwechselmaterials innerhalb des Wärmetauschers 5 ermöglichen.
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Dazu sind die Rohre 51 so ausgebildet, dass sie wahlweise ein Phasenwechselmaterial (PCM) einlagern oder ein Wärmeträgerfluid verteilen.
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Wie in 8 veranschaulicht, weist der Wärmetauscher 5 einen statischen Kreislauf 511 zum Einlagern des Phasenwechselmaterials auf, bei dem eine erste Gruppe von Kanälen 512 verwendet wird.
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Der Wärmetauscher 5 weist ferner einen dynamischen Kreislauf 513 auf, bei dem eine zweite Gruppe von Kanälen 514 verwendet wird und der so ausgebildet ist, dass er die Zirkulation des Wärmeträgerfluids ermöglicht.
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Es ist anzumerken, dass das im statischen Kreislauf 511 enthaltene Phasenwechselmaterial nicht in den Kanälen 512 und in den Sammeleinrichtungen 53 zirkulieren soll, auch wenn das Phasenwechselmaterial sich innerhalb dieser Elemente geringfügig verlagern kann.
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Im Gegensatz dazu soll das Wärmeträgerfluid zwischen den verschiedenen Kanälen 514 des dynamischen Kreislaufs 513 und den Sammeleinrichtungen 53 des Wärmetauschers 5 zirkulieren.
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Bei diesem Beispiel weist jedes Rohr 51 im Wechsel Kanäle 512 auf, die zum Einlagern des Phasenwechselmaterials vorgesehen sind, und Kanäle 514 für die Zirkulation des Wärmeträgerfluids auf.
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Mit anderen Worten weist jedes Rohr 51 im Wechsel Kanäle auf, die entweder zum statischen Kreislauf 511 oder zum dynamischen Kreislauf 513 gehören, so dass ein Wärmeaustausch zwischen dem Wärmeträgerfluid und dem Phasenwechselmaterial möglich ist.
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Durch das Phasenwechselmaterial kann eine hohe Wärmespeicherkapazität gewährleistet werden.
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Es kann somit dem Wärmeträgerfluid, das sich innerhalb der Kanäle 514 bewegt, eine bestimmte Wärmemenge entnehmen und es somit kühlen.
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Die bestimmte Wärmemenge, die mit der statischen Komponente (Phasenwechselmaterial) innerhalb der Kanäle 512 gespeichert wird, ist verfügbar, um zeitversetzt verwendet zu werden und das sich innerhalb der Kanäle 514 bewegende Wärmeträgerfluid zu erwärmen.
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Wenn die Temperatur der elektrischen Zellen 10 der Batterie 1 abrupt steigt, steigt somit auch die Temperatur des Wärmeträgerfluids, und das Phasenwechselmaterial kann diese Temperaturerhöhung speichern/aufnehmen.
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Bei einem abrupten Temperaturabfall der elektrischen Zellen 10 kann das Phasenwechselmaterial die gespeicherte Wärmeenergie über das Wärmeträgerfluid freisetzen oder abgeben, so dass die Temperatur der elektrischen Zellen 10 bei einem optimalen Wert gehalten wird.
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Das Phasenwechselmaterial wirkt als Wärmeenergiespeicher.
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Das Wärmeträgerfluid steuert durch Leitung die Phasenwechsel des in benachbarten Kanälen eingelagerten Materials.
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Im festen Zustand speichert es zunächst die Wärmeenergie, ohne den Zustand zu wechseln.
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Wenn die Temperatur des Phasenwechselmaterials die Schmelztemperatur erreicht hat, geht das Phasenwechselmaterial in den flüssigen Zustand über, und die Wärme wird dann in latenter Form gespeichert.
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Wenn die Temperatur des Phasenwechselmaterials bis zur Schmelztemperatur sinkt, geht das Phasenwechselmaterial vom flüssigen Zustand in den festen Zustand über.
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Die Verteilung der Anzahl der Kanäle 512 des statischen Kreislaufs 511 und der Anzahl der Kanäle 514 des dynamischen Kreislaufs 513 kann verändert werden.
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Je nach gewünschter Gesamtwärmeleistung ist es nämlich möglich, zwei Kanäle 512 des statischen Kreislaufs 511 zwischen zwei Kanälen 514 des dynamischen Kreislaufs 513 oder umgekehrt vorzusehen.
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Jegliche andere Verteilungsvariante der Kanäle kann selbstverständlich in Betracht gezogen werden, ohne vom Grundprinzip der Erfindung abzuweichen.
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Die Sammeleinrichtung 53 des Wärmetauschers 5 des zweiten Typs, die in 7 zu sehen ist, weist einen Stutzen 55 auf, der teilweise in einer U-förmigen Rinne 54, in Anlage an den Innenwänden dieser Rinne angeordnet ist, so dass der Stutzen 55 und die Rinne 54 übereinanderliegen, wobei der Stutzen 55 die Außenränder der Sammeleinrichtung 53 bildet.
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Die Rinne 54 und der Stutzen 55 werden durch Löten fest miteinander verbunden, so dass die Befestigung und die Dichtigkeit zwischen diesen beiden Elementen gewährleistet ist.
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Der zwischen dem Boden der Rinne 54 und dem Stutzen 55 ausgebildete Zwischenraum bildet einen Behälter 541 zum Einlagern/zur Aufnahme des Phasenwechselmaterials.
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Dieser Behälter 541 ist Teil des statischen Kreislaufs 511.
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Der innerhalb des Stutzen 55 ausgebildete Zwischenraum bildet einen Behälter 551 zur Aufnahme des Wärmeträgerfluids.
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Dieser Behälter 551 ist Teil des dynamischen Kreislaufs 513.
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Der Boden der Rinne 54 weist zwei Reihen (wobei lediglich die Reihe 542A gezeigt ist) von mehreren Längsspalten 542 auf, die in gleichmäßigen Abständen entlang der Längsachse der Rinne 54 angeordnet sind.
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Die Rinne 54 weist pro Reihe eine Anzahl von Spalten 542 auf, die der Anzahl der Rohre 51 pro Reihe entspricht, die bei dem Wärmetauscher 5 verwendet werden.
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Die Spalte 542 sind somit so ausgebildet, dass sie jeweils das Durchführen eines Endes eines Rohr 51 ermöglichen.
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Mit anderen Worten entspricht die Breite des Spalts 542 im Wesentlichen der Dicke des Rohrs 51.
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7 zeigt nur eine Reihe 542A von Spalten 542, die im Boden der Rinne 54 für das Durchführen der Rohre 51 der ersten Reihe 51A ausgebildet sind, wobei hier gut zu verstehen ist, dass der Boden der Rinne 54 eine zweite Reihe von Spalten 542 für das Durchführen der Rohre 51 der zweiten Reihe aufweist, die von der ersten Reihe 51A beanstandet und parallel dazu ist.
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Wie in 7 zu sehen ist, erstrecken sich die Enden der Rohre 51 nicht in einer einzigen Ebene, sondern sind gezackt.
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Die Kanäle 512 des statischen Kreislaufs 511 haben somit eine Länge, die kleiner ist als die Länge der Kanäle 514 des dynamischen Kreislaufs 513.
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Diese besondere gezackte Form der Enden des Rohrs 51 wird bei diesem Beispiel durch Ausklinken der Enden der Kanäle 512 zum Einlagern des Phasenwechselmaterials erhalten.
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Es kann in Betracht gezogen werden, diese gezackte Form z.B. durch spanende Bearbeitung zu erhalten.
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Durch diesen Längenunterschied zwischen den Kanälen 512 und 514 können die Kanäle 512 des statischen Kreislaufs 511 in den ersten Behälter 541 und die Kanäle 514 des dynamischen Kreislaufs 513 in den zweiten Behälter 551 der Sammeleinrichtung 53 ausmünden.
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Dazu weist der Stutzen 55 an seinem Boden zwei Reihen (wobei lediglich die Reihe 552A gezeigt ist) von mehreren Öffnungen 552 auf, die dazu ausgebildet sind, das Durchführen des Endes der Wärmeträgerfluidzirkulationskanäle 514 zu ermöglichen.
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7 zeigt wiederum nur eine einzige Reihe 552A von Öffnungen 552, die im Boden des Stutzens 55 für das Durchführen der Kanäle 514 der ersten Reihe 51A von Rohren 51 ausgebildet sind, wobei hier gut zu verstehen ist, dass der Boden des Stutzens 55 eine zweite Reihe von Öffnungen 552 für das Durchführen der Kanäle 514 der zweiten Reihe von Rohren 51 aufweist.
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Das Zusammenfügen der Rohre 51 und der Kanäle 512 in den Spalten 542 bzw. in den Öffnungen 552 erfolgt derart, dass die Dichtigkeit zwischen dem ersten Behälter 541 und dem zweiten Behälter 551 der Sammeleinrichtung 53 gewährleistet ist.
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Darüber hinaus ist ein erstes Ende jeder Sammeleinrichtung 53 des Wärmetauschers 5 durch eine Platte oder eine Wand, ähnlich wie bei dem Tauscher 20 aus 3 (der eine Platte 221 aufweist), in dichter Weise verschlossen.
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Ähnlich wie bei dem Wärmetauscher 20 mündet das zweite Ende jeder Sammeleinrichtung 53 in ein wie zuvor mit Bezug auf die 2 und 3 beschriebenes Verbindungselement, das in diesen Figuren mit 4 bezeichnet ist.
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Das Verbindungselement des Wärmetauschers 5 ist jedoch nicht mit dem Phasenwechselmaterialbehälter 541, sondern lediglich mit dem Wärmeträgerfluidbehälter 551 verbunden.
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Durch das Verbindungselement ist es möglich, den dynamischen Wärmeträgerfluidzirkulationskreislauf 513 des Tauschers 5 mit dem Gesamtzirkulationskreislauf der Wärmeregelungsvorrichtung 2 aus 9 zu verbinden.
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Bei diesem Wärmetauscher des zweiten Typs kann der Wärmetauscher 5 durch die Verwendung eines Phasenwechselmaterials und eines Wärmeträgerfluids innerhalb ein und desselben Rohrs 51 eine im Vergleich zu einem herkömmlichen Wärmetauscher verbesserte thermische Reaktionsfähigkeit haben.
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Durch die starke thermische Reaktionsfähigkeit des Wärmetauschers 5 ist es somit möglich, die Temperaturschwankungen besser zu handhaben/ aufzunehmen, so dass die elektrischen Zellen 10 der Batterie 1 bei einer optimalen Temperatur gehalten werden.
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Die Temperaturspitzen der elektrischen Zellen 10 werden somit begrenzt und die Leistungen der Batterie 1 optimiert.
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Mit dem Verbindungselement 4 kann ein erfindungsgemäßer Wärmetauscher mit einem oder mit zwei benachbarten Wärmetauschern verbunden werden.
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Wie in 9 veranschaulicht, erfolgt die feste Verbindung von zwei benachbarten Wärmetauschern 20 durch einfaches Zusammenfügen der Einlassleitung 42E und der Auslassleitung 42S des ersten Tauschers mit der Einlassleitung 42E und Auslassleitung 42S des zweiten Tauschers.
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Dazu weisen die Wärmeträgerfluideinlassleitung 42E und die Wärmeträgerfluidauslassleitung 42S jeweils einen steckerartigen Teil 421 und einen buchsenartigen Teil 422 auf.
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Es ist somit möglich, mehrere Wärmetauscher parallel anzubringen, indem elektrische Zellen 10 zwischen zwei aufeinanderfolgende Wärmetauscher angeordnet werden.
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Darüber hinaus ist ein (nicht gezeigter) Stopfen an dem frei gelassenen Ende der Wärmeträgerfluideinlassleitung 42E und der Wärmeträgerfluidauslassleitung 42S des Wärmetauschers 20 angeordnet, der an einem ersten Ende des Stapels aus elektrischen Zellen 10 und Wärmetauschern 20 liegt.
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Das frei gelassene Ende der Wärmeträgerfluideinlassleitung 42E und der Wärmeträgerfluidauslassleitung 42S des Wärmetauschers 20, der an einem zweiten Ende des Stapels liegt, weist seinerseits ein (nicht gezeigtes) Anschlusselement auf, das für die Verbindung der Wärmeregelungsvorrichtung 2 mit dem Wärmeträgerfluidzirkulationskreislauf des (nicht gezeigten) Fahrzeugs vorgesehen ist.
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Wenn die erfindungsgemäßen Wärmetauscher 20 in einer wie in 9 veranschaulichten Versorgungsbaugruppe E angewandt werden, ist es möglich vorzusehen, dass die Wärmetauscher, die an jedem Ende der Baugruppe liegen, nur eine Reihe von Rohren aufweisen.
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Die Klemmmittel 6 können somit ihre Komprimierungskraft direkt auf die am Ende liegende Reihe von Rohren dieser Wärmetauscher ausüben, die mit einer elektrischen Zelle 10 in Kontakt ist.
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Erfindungsgemäß kann bei der Wärmeregelungsvorrichtung 2 Folgendes verwendet werden:
- - nur Wärmetauscher 3 des ersten Typs, d.h. die lediglich einen Kreislauf für die Zirkulation eines Wärmeträgerfluids aufweisen;
- - nur Wärmetauscher 5 des zweiten Typs, d.h. die einen Kreislauf für die Zirkulation eines Wärmeträgerfluids und einen Kreislauf zum Einlagern eines Phasenwechselmaterials aufweisen;
- - eine Kombination aus Wärmetauschern 3 und 5 des ersten und des zweiten Typs.
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Bei einer weiteren Variante kann in Betracht gezogen werden, innerhalb einer Wärmeregelungsvorrichtung zwei Wärmetauscher zu verwenden, die eine Kombination oder im Wechsel Multikanalrohre aufweisen:
- - lediglich für die Zirkulation des Wärmeträgerfluids; und
- - sowohl für die Zirkulation des Wärmeträgerfluids als auch zum Einlagern des Phasenwechselmaterials.
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In diesem Fall ist es erforderlich, die Sammeleinrichtungen der Wärmetauscher zu modifizieren.
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Die Wärmeregelungsvorrichtung 2 kann somit auf einfache Weise entsprechend den gewünschten Wärmeleistungen abgeändert werden.
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In jedem Fall ist es mit den Wärmetauschern möglich, die von jeder elektrischen Zelle 10 der Batterie 1 abgegebene Energie aufzunehmen und/oder freizusetzen, so dass deren Temperatur optimal geregelt wird.
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Bei den beschriebenen Ausführungsformen weisen die Wärmetauscher 5 Multikanalrohre auf, so dass eine Zirkulation des Wärmeträgerfluids in einem sogenannten „I“- Kreislauf vorgeschlagen wird.
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Bei einer Variante ist es möglich, eine größere oder geringere Anzahl an Multikanalrohren zu verwenden und eine Zirkulation des Wärmeträgerfluids in einem sogenannten „U“-Kreislauf vorzuschlagen.
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Weitere Varianten des Wärmeträgerfluidzirkulationskreislaufs können vorgeschlagen werden, ohne von dem Grundprinzip der Erfindung abzuweichen.
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Darüber hinaus ist ein erfindungsgemäßer Wärmetauscher vorzugsweise eloxiert, so dass die elektrische Isolierung des Wärmetauschers gegenüber den elektrischen Zellen 10 der Batterie 1 gewährleistet ist.
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Bei einer Variante kann eine (nicht gezeigte) Einlage mit sehr geringer Dicke zwischen den Rohren eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers und den mit diesen Rohren in Kontakt stehenden elektrischen Zellen 10 angeordnet werden.
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Diese Einlage, z.B. vom Typ „Pad“ aus Silikon, ermöglicht eine Verbesserung des Wärmekontakts und der elektrischen Isolierung zwischen den Rohren einer Reihe und den entsprechenden elektrischen Zellen, ohne den Wärmeaustausch zwischen diesen beiden Elementen zu beeinträchtigen.
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Das bei der Erfindung verwendete Wärmeträgerfluid kann ein Kühlmittel sein, d.h. ein Wasser-Gas-Gemisch, oder eine Kühlflüssigkeit, d.h. ein Wasser-Glykol-Gemisch.
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Das Phasenwechselmaterial hat vorzugsweise in einem Temperaturdifferenzbereich zwischen 5°C und 7°C z.B. eine Schmelztemperatur zwischen 20°C und 25°C.
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Das Phasenwechselmaterial ist genauer gesagt aus Paraffinen, hydratisierten Salzen und eutektischen Zusammensetzungen ausgewählt.
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Wie zuvor erläutert, wirkt das Phasenwechselmaterial als Wärmeenergiespeicher.
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Das Wärmeträgerfluid steuert durch Leitung die Phasenwechsel des in benachbarten Kanälen eingelagerten Materials.
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Im festen Zustand speichert es zunächst die Wärmeenergie, ohne den Zustand zu wechseln.
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Wenn die Temperatur des Phasenwechselmaterials die Schmelztemperatur erreicht hat, geht das Phasenwechselmaterial in den flüssigen Zustand über, und die Wärme wird dann in latenter Form gespeichert.
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Wenn die Temperatur des Phasenwechselmaterials bis zur Schmelztemperatur sinkt, geht das Phasenwechselmaterial vom flüssigen Zustand in den festen Zustand über.
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Die elektrischen Zellen 10, die die Batterie 1 bilden, sind vorzugsweise quaderförmige elektrische Zellen.
