DE112018004454T5

DE112018004454T5 - Wärmetauscher mit integrierter tragstruktur

Info

Publication number: DE112018004454T5
Application number: DE112018004454.8T
Authority: DE
Inventors: Benjamin A. Kenney
Original assignee: Dana Canada Corp
Current assignee: Dana Canada Corp
Priority date: 2017-10-06
Filing date: 2018-10-05
Publication date: 2020-05-20
Also published as: CN111194394A; WO2019068197A1; US11876203B2; CN111194394B; US20190109357A1

Abstract

Ein Wärmetauscher mit einer integrierten Tragstruktur, die besonders für das Thermomanagement von Wärme erzeugenden Komponenten geeignet ist, wie etwa Batterie-Thermomanagement-Anwendungen oder Thermomanagement anderer elektronischer Komponenten ist offenbart. Der Wärmetauscher umfasst eine Deckplatte und eine Bodenwanne, die eine Mehrzahl von Fluidkanälen begrenzt, die sich zwischen einem Einlassverteilerbereich und einem Auslassverteilerbereich erstrecken. Die Deckplatte weist eine erste Seite, die einen Haupt-Wärmetauscherbereich definiert, und eine zweite Seite zum Durchführen einer Abdichtbeziehung zwischen der Deckplatte und Bodenwanne auf. In einigen Fällen umfasst die Deckplatte ein thermisch leitendes Material, während die Bodenwanne ein nicht thermisch leitendes Material einschließt. In einigen Fällen arbeitet die Bodenwanne mit einem Deckelbereich zusammen, um eine Umfassung zum Aufnehmen von wärmeerzeugenden Komponenten zusammen.

Description

GEBIET
Diese Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf Wärmetauscher mit einer integrierten Tragstruktur. Insbesondere bezieht sich diese Offenbarung auf Wärmetauscher mit einer integrierten Tragstruktur, die besonders für das Thermomanagement von Wärme erzeugenden Komponenten geeignet ist, wie etwa Batterie-Thermomanagement-Anwendungen oder Thermomanagement anderer elektronischer Komponenten.
STAND DER TECHNIK
Wiederaufladbare Batterien, wie etwa Batterien, die aus vielen Lithium-lonen-Zellen bestehen, können in vielen Anwendungen eingesetzt werden, einschließlich beispielsweise für Elektrofahrzeuge („EV“, Electric Propulsion Vehicle) und Hybrid-Elektrofahrzeuge („HEV“, Hybrid Electric Vehicle). Lithiumionenbatterien in elektrischen oder hybridelektrischen Fahrzeugen erzeugen typischerweise eine große Wärmemenge, die verteilt werden muss, um eine ordnungsgemäße Funktionsweise der Batterien sicherzustellen und um ihre Lebensdauer zu verlängern.
Flüssigkeitsgekühlte Wärmetauscher werden verwendet, um die thermische Last dieser Typen von Batterien zu managen. Im Allgemeinen sind Kühlplatten-Wärmetauscher Wärmetauscher, auf denen ein Stapel benachbarter Batteriezellen oder Batteriezellenbehälter, die jeweils eine oder mehrere Batteriezellen aufnehmen, zum Kühlen und/oder Regeln der Temperatur einer Batterieeinheit angeordnet ist. In diesen Anwendungen sind die individuellen Batteriezellen oder Batteriezellenbehälter im Allgemeinen einander benachbart in gegenseitigem Oberflächenkontakt angeordnet, um den Batteriestapel zu bilden, wobei der Batteriestapel so über dem Kühlplatten-Wärmetauscher angeordnet ist, dass eine Endfläche jeder Batteriezelle oder jedes Batteriezellenbehälters in Oberflächenkontakt mit einer Oberfläche des Wärmetauschers ist.
Die Batteriepacks, einschließlich dem Kühlplatten-Wärmetauscher, sind häufig in einer Kunststoffschale oder Kunststoffträgerstruktur angeordnet, wenn sie in einem Elektrofahrzeug installiert sind. Die Notwendigkeit einer separaten Trägerstruktur beim Installieren der Batteriepacks mit Kühlplatten-Wärmetauscher im Elektrofahrzeug führt häufig zu einer Erhöhung der Gesamtkosten. Dies gilt auch für Wärmetauscher, die für andere Batterie-Thermomanagement-Anwendungen verwendet werden, als das Kühlen von Batteriepacks.
Eine weitere in Erscheinung tretende Schwierigkeit bei Wärmetauschern in Elektrofahrzeug-Anwendungen, insbesondere bei Kühlplatten-Wärmetauschern, ist die stetig steigende Größe der Kühlplatten, die erforderlich sind, um die vielen Lithium-Ionen-Zellen oder andere Batterien und/oder im Fahrzeug installierten elektronischen Geräte aufzunehmen. Große Wärmetauscher, die in der Lage sind, eine große Anzahl von Batteriezellen oder andere elektronischen Geräten aufzunehmen, die darauf gestapelt werden, werden gegenüber mehreren kleinen Wärmetauschern bevorzugt, um die Anzahl von erforderlichen Kühlmittelverbindungen zu minimieren sowie im Bemühen, die Kosten zu minimieren. Es ist jedoch oft schwierig, sehr große Wärmetauscher zu löten, weil ein großer Temperaturgradient entsteht, wenn der große Wärmetauscher die Länge des Lötofens durchquert, wodurch es schwierig ist, eine leckagefreie Struktur zu schaffen, die zugleich Ebenheitstoleranzen erfüllt.
Dementsprechend sind Wärmetauscher wünschenswert, bei denen Gesamtzahl von Komponenten und/oder Teilen minimiert wird und die eine Installation für eine bestimmte Anwendung erleichtern. Ebenso sind speziell für Kühlplattenanwendungen angepasste Wärmetauscher wünschenswert, die eine große Anzahl von Batteriezellen oder Batteriezellenbehältern aufnehmen können und trotzdem Herstellungsanforderungen und Leistungsanforderungen erfüllen und zudem dazu beitragen, Kosten zu senken. Daher sind solche Wärmetauscher besonders wünschenswert, die dazu beitragen, die Anzahl von Komponenten, die bei der Verwendung in Automobil-Anwendungen zum Montieren und/oder Installieren des Wärmetauschers im Fahrzeug erforderlich sind, zu reduzieren, wodurch zudem dazu beigetragen werden kann, die Gesamtkosten zu verbessern.
ABRISS
In Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist ein Wärmetauscher vorgesehen, der umfasst: eine Deckplatte; und eine Bodenwanne, die eine Mehrzahl von Fluidkanälen begrenzt, die sich zwischen einem Einlassverteilerbereich und einem Auslassverteilerbereich für den Strom eines Wärmetauscherfluids erstrecken; wobei die Deckplatte eine erste Seite, die einen Haupt-Wärmetauscherbereich definiert, und eine zweite Seite, entgegengesetzt zur ersten Seite, zum Durchführen einer Abdichtbeziehung zwischen der Deckplatte und der Bodenwanne und zum Einschließen der Mehrzahl von Fluidkanälen derart, dass die Mehrzahl von Fluidkanälen zwischen einer Bodenfläche der Bodenwanne und der zweiten Seite der Deckplatte begrenzt ist; und wobei die Deckplatte aus einem ersten thermisch leitenden Material besteht und die Bodenwanne aus einem zweiten, nicht thermisch leitenden Material besteht.
In Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist ein Wärmetauscher vorgesehen, der umfasst: eine Bodenwanne mit einer Bodenwand und einer Seitenwand, die sich im Allgemeinen senkrecht zu der Bodenwand erstreckt und die Bodenwand umgibt, wobei die Bodenwanne umfasst: einen Strömungspfadbereich für ein Kühlmedium, der eine Mehrzahl von Fluidkanälen umfasst, wobei die Mehrzahl von Fluidkanälen sich zwischen einem Einlassverteilerbereich und einem Auslassverteilerbereich für den Strom eines Wärmetauscherfluids durch den Wärmetauscher erstrecken; und einen Umfangsflanschbereich, der sich von dem Strömungspfadbereich für das Kühlmedium erstreckt und diesen umgibt; eine Deckplatte mit einer ersten Seite, die einen Haupt-Wärmetauscherbereich zum Aufnehmen einer oder mehrerer wärmeerzeugenden Komponenten definiert, und einer zweiten Seite, entgegengesetzt zur ersten Seite, zum Durchführen einer Abdichtbeziehung zwischen der Deckplatte und einer Innenfläche der Bodenwanne zum Einschließen der Mehrzahl von Fluidkanälen, die in dem Strömungspfadbereich für das Kühlmedium definiert ist; und einen Deckelbereich, der für eine Anordnung in Abdichtbeziehung mit der Bodenwanne derart ausgebildet ist, dass der Deckelbereich und die Bodenwanne zusammen einen offenen Innenraum zum Aufnehmen der an der Deckplatte angeordneten wärmeerzeugenden Komponenten begrenzen, wobei der Deckelbereich eine Dichtfläche aufweist, die mit dem Umfangsflansch der Bodenwanne in einer einander gegenüberstehenden Abdichtbeziehung angeordnet sind.
In Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist eine Batterieumfassung vorgesehen, die umfasst: eine Bodenwanne mit einer Bodenwand und einer Seitenwand, die sich im Allgemeinen senkrecht zu der Bodenwand erstreckt und die Bodenwand umgibt; einen Deckelbereich, der für eine Anordnung in Abdichtbeziehung mit der Bodenwanne derart ausgebildet ist, dass der Deckelbereich und die Bodenwanne zusammen einen offenen Innenraum zum Aufnehmen einer oder mehrerer aufladbarer Batterieeinheiten definieren; wobei die Bodenwanne einen Strömungspfadbereich für Kühlmittel in der Bodenwand der Bodenwanne definiert ist, wobei die Batterieumfassung außerdem umfasst: eine Deckplatte mit einer ersten Seite, die einen Haupt-Wärmetauscherbereich zum Aufnehmen der einen oder mehreren aufladbaren Batterieeinheiten definiert, und einer zweiten Seite, entgegengesetzt zur ersten Seite, zum Durchführen einer Abdichtbeziehung zwischen der Deckplatte und einer Innenfläche der Bodenwanne zum Einschließen des Strömungspfadbereichs für das Kühlmedium; einen Fluideinlassdurchgang, der in der Bodenwanne zum Einlassen eines Wärmetauscherfluids in den Strömungspfadbereich für das Kühlmedium angeordnet ist; und einen Fluidauslassdurchgang, der in der Bodenwanne zum Auslassen des Wärmetauscherfluids aus dem Strömungspfadbereich für das Kühlmedium angeordnet ist.
In Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist ein Kühlplatten-Wärmetauscher vorgesehen, der umfasst: eine Bodenwanne, die eine Mehrzahl von Fluidkanälen begrenzt, wobei die Bodenwanne aus einem Kunststoff besteht; eine Deckplatte, die eine erste Seite, die einen Batterie-Kontaktierbereich definiert, und eine zweite Seite zum Durchführen einer Abdichtbeziehung zwischen der Deckplatte und der Bodenwanne und zum Einschließen der Mehrzahl von Fluidkanälen aufweist, wobei die Deckplatte aus einem thermisch leitenden Material besteht; eine Mehrzahl von Verbindungsstrukturen, die zusammen eine starre oder im Wesentlichen starre Verbindung zwischen der Deckplatte und der Bodenwanne vorsehen und eine fluiddichte oder im Wesentlichen fluiddichte Abdichtung zwischen der Deckplatte und der Bodenwanne bewirken; wobei jede der Verbindungsstrukturen mindestens ein erstes Verbindungselement und ein zweites Verbindungselement umfasst, wobei das erste Verbindungselement der Bodenwanne zugeordnet ist und das zweite Verbindungselement der Deckplatte zugeordnet ist.
In Übereinstimmung mit einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Kühlplatten-Wärmetauschers vorgesehen, wobei die Bodenwanne umfasst: einen Kühlbereich, wobei die Mehrzahl von Fluidkanälen in dem Kühlbereich angeordnet sind; und einen Umfangsflanschbereich, der sich von dem Kühlbereich erstreckt und diesen umgibt; und die Deckplatte umfasst: einen ebenen oder im Wesentlichen ebenen Batterie-Kontaktierbereich; und einen Umfangsflanschbereich, der sich von dem Batterie-Kontaktierbereich erstreckt und diesen umgibt.
In Übereinstimmung mit einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Kühlplatten-Wärmetauscher vorgesehen, bei dem die Fluidkanäle durch eine Mehrzahl von Rippen definiert sind, die sich von einer Bodenwand der Bodenwanne erstrecken, wobei die Rippen mit einem Abstand zueinander entlang der Breite des Kühlbereichs angeordnet sind.
In Übereinstimmung mit einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Kühlplatten-Wärmetauscher vorgesehen, bei dem das erste Verbindungselement einen herausragenden Bereich und das zweite Verbindungselement einen Aufnahmebereich umfassen, wobei der herausragende Bereich aus Kunststoff besteht und integral mit der Bodenwanne geformt ist.
In Übereinstimmung mit einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Kühlplatten-Wärmetauscher vorgesehen, bei dem der Aufnahmebereich eine Mehrzahl von mit Abstand zueinander angeordnete Öffnungen umfasst, die um den Umfangsflanschbereich der Deckplatte herum angeordnet sind.
In Übereinstimmung mit einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Kühlplatten-Wärmetauscher vorgesehen, bei dem das erste und zweite Verbindungselement miteinander durch Crimpen des herausragenden Bereichs über den Umfangsflanschbereich der Deckplatte verbunden sind.
In Übereinstimmung mit einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Kühlplatten-Wärmetauscher vorgesehen, bei dem das erste Verbindungselement eine Druckkraft der Deckplatte gegen die Bodenwanne bewirkt.
In Übereinstimmung mit einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Kühlplatten-Wärmetauscher vorgesehen, bei dem die Verbindungsstrukturen außerdem ein drittes Verbindungselement umfassen, das getrennt von der Deckplatte und der Bodenwanne ist, wobei das erste und zweite Verbindungselement zusammen einen Aufnahmebereich definieren und das dritte Verbindungselement ein Befestigungselement umfasst, das ausgebildet ist, in dem Aufnahmebereich aufgenommen zu werden.
In Übereinstimmung mit einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Kühlplatten-Wärmetauscher vorgesehen, bei dem das dritte Verbindungselement eine Druckkraft auf die Deckplatte gegen die Bodenwanne bewirkt.
In Übereinstimmung mit einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Kühlplatten-Wärmetauscher vorgesehen, bei dem das erste Verbindungselement eine Mehrzahl von Öffnungen umfasst, die um den Umfangsflanschbereich mit Abständen und entlang der Rippen, die eine Mehrzahl von Fluidkanälen definieren, angeordnet sind; und das zweite Verbindungselement eine Mehrzahl von Öffnungen umfasst, die in dem Batterie-Kontaktierbereich in beabstandeten Längsreihen entsprechend den Rippen angeordnet sind, die in dem Kühlbereich der Bodenwanne angeordnet sind.
In Übereinstimmung mit einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Kühlplatten-Wärmetauscher vorgesehen, der außerdem Wärmeübertragung-Förderelemente umfasst, die in den Fluidkanälen angeordnet sind.
In Übereinstimmung mit einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Kühlplatten-Wärmetauscher vorgesehen, bei dem die Wärmeübertragung-Förderelemente eine der folgenden Alternativen umfasst: Turbulizer oder versetzte Streifenlamellen.
In Übereinstimmung mit einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Kühlplatten-Wärmetauscher vorgesehen, bei dem die Wärmeübertragung-Förderelemente Vorsprünge umfassen, die sich von der zweiten Seite der Deckplatte derart erstrecken, dass wenn die Deckplatte auf der Bodenwanne angeordnet ist, die Vorsprünge in die durch die Rippen in dem Kühlbereich der Bodenwanne definierten Fluidkanäle eingreifen.
In Übereinstimmung mit einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Kühlplatten-Wärmetauscher vorgesehen, bei dem die Vorsprünge beabstandete, entgegengesetzt gewinkelte Rippen umfasst, die in Längsrichtung entlang den Fluidkanälen angeordnet sind.
In Übereinstimmung mit einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Kühlplatten-Wärmetauscher vorgesehen, der außerdem Aufnahmenuten zur Verbesserung der Wärmeübertragung umfasst, die in den Fluidkanälen angeordnet sind und ausgebildet sind, sich von der zweiten Seite der Deckplatte erstreckende Vorsprünge aufzunehmen, wenn die Deckplatte auf der Bodenwanne angeordnet ist.
In Übereinstimmung mit einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Kühlplatten-Wärmetauscher vorgesehen, der außerdem ein Dichtungselement umfasst, das zwischen der Bodenwanne und der Deckplatte angeordnet ist.
In Übereinstimmung mit einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Kühlplatten-Wärmetauscher vorgesehen, bei dem die Bodenwanne eine Dicke aufweist, die größer ist als die Dicke der Deckplatte.
In Übereinstimmung mit einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Kühlplatten-Wärmetauscher vorgesehen, wobei das thermisch leitende Material Aluminium oder eine Aluminiumlegierung ist.
Figurenliste
Nun wird anhand von Beispielen auf die beigefügten Zeichnung Bezug genommen, die Ausführungsbeispiele für die vorliegende Anmeldung zeigt und in der:

1 eine perspektivische Ansicht einer wieder wiederaufladbaren Batterieeinheit mit einer schematischen Darstellung eines Wärmetauschers entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung ist;
2 eine Aufsicht eines Wärmetauschers entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung ist;
3 eine Aufsicht einer oberen Platte für den Wärmetauscher nach 2 ist;
4 eine schematische Explosions-Querschnittsansicht durch einen Wärmetauscher des in 2 gezeigten Typs vor dem Zusammensetzen ist;
5 eine schematische Querschnittsansicht durch einen Wärmetauscher des in 2 gezeigten Typs nach dem Zusammensetzen ist;
6 eine Aufsicht einer alternativen Ausführungsform des Wärmetauschers nach 2 ist;
6A eine perspektivische Aufsicht auf die Bodenwanne des Wärmetauschers nach 2 ist;
6B eine perspektivische Aufsicht auf eine Variation der Basisschale bzw. Bodenwanne nach 6A ist;
7 eine Aufsicht auf einen Wärmetauscher entsprechend einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung ist;
8 eine Aufsicht einer oberen Platte für den Wärmetauscher nach 7 ist;
9 eine schematische Explosions-Querschnittsansicht durch einen Wärmetauscher des in 7 gezeigten Typs vor dem Zusammensetzen ist;
10 eine schematische Querschnittsansicht durch einen Wärmetauscher des in 7 gezeigten Typs nach dem Zusammensetzen ist;
11A-11C Detailansichten der zweiten Platte des Zusammenbaus des Wärmetauschers von 4 und 5 ist;
12 eine Aufsicht eines Bereichs einer alternativen Ausführungsform einer oberen Platte wie in 8 dargestellt ist;
13 eine schematische Längsschnittansicht durch wiederaufladbare Batterieeinheit mit einem die obere Platte von 11 enthaltenden Wärmetauscher ist, die einen Strömungsweg durch einen der Fluidkanäle des Wärmetauschers illustriert;
14 eine schematische Längsschnittansicht durch wiederaufladbare Batterieeinheit mit einer alternativen Ausführungsform eines die obere Platte von 11 enthaltenden Wärmetauschers ist, die einen Strömungsweg durch einen der Fluidkanäle des Wärmetauschers illustriert;
15 eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines Gehäuses ist, welches einen Wärmetauscher entsprechend der vorliegenden Offenbarung aufnimmt;
16 eine perspektivische Aufsicht des Gehäuses von 15 mit entferntem Deckelbereich ist;
17 eine perspektivische Aufsicht auf einen Wärmetauscher gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist;
18 eine perspektivische Aufsicht auf die Basisschale des Wärmetauschers nach 17 ist; und
19 ist eine detaillierte Querschnittsansicht durch eine der Fluidanschlussstücke des Wärmetauschers von 17 ist.

In verschiedenen Figuren können gleiche Bezugszeichen verwendet werden, um gleiche Komponenten zu bezeichnen.
BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
Unter Bezugnahme auf 1 ist ein schematisches, veranschaulichendes Beispiel für eine wiederaufladbare Batterieeinheit 100 mit einem Wärmetauscher 10 dargestellt. Die Batterieeinheit 100 besteht aus einer Reihe von einzelnen Batteriezellen 12 (oder Batteriezellenbehälter, die jeweils eine oder mehrere Batteriezellen aufnehmen können), die eine Mehrzahl von Batteriestapeln 14 bilden. In einigen Ausführungsbeispielen sind beispielsweise die mehreren Batteriezellen 12 oder Batteriezellenbehälter in jedem Stapel 14 benachbart zueinander in einem einander gegenüberstehenden Kontakt oder einem Fläche-zu-Fläche-Kontakt miteinander angeordnet. In einigen Ausführungsbeispielen wird der Wärmetauscher 10 beispielsweise als ein Kühlplatten-Wärmetauscher bezeichnet und, wie gezeigt, ist er unterhalb dem einen oder den mehreren Batteriestapeln 14 derart angeordnet, dass eine Stirnseite oder Endfläche jeder Batteriezelle oder jedes Batteriezellenbehälters 12 in Oberflächenkontakt mit einer Hauptwärmetauscherfläche 16 des Wärmetauschers 10 steht.
Im Allgemeinen umfassen Wärmetauscher, die für Kühlplattenanwendungen für wiederaufladbare Batterieeinheiten in EV und HEV verwendet werden, mindestens eine Bodenplatte und eine Deckplatte und in einigen Ausführungsbeispielen Zwischenplatten bzw. eingreifende Platten, die zusammen Fluidkanäle für die Strömung eines Kühlmediums einschließen. In diesen Anwendungen sind die Wärmetauscher häufig auf getrennten, externen Trägerstrukturen montiert, wenn sie in dem Fahrzeug installiert sind. In diesen beispielhaften Ausführungsformen dient die getrennte äußere Trägerstruktur als Plattform zum Lagern der Spannweite des Wärmetauschers und der Mehrzahl von Batteriestapeln bzw. Batteriestacks, die selber auf dem Wärmetauscher gestapelt sind. Die getrennte äußere Trägerstruktur dient dazu, das Gewicht der Mehrzahl von Batteriestapeln, die auf dem Wärmetauscher positioniert sind, zu lagern und sieht auch eine Lagerung für den Wärmetauscher selbst vor, der häufig eine große, im Allgemeinen flache Platte mit einem großen Oberflächenbereich ist, wobei der Wärmetauscher Belastungen und Vibrationen ausgesetzt ist, wenn er im Betrieb und im Fahrzeug installiert ist. Die getrennte äußere Trägerstruktur kann auch auf die spezifischen Platzbeschränkungen in dem Fahrzeugraum, in dem der Wärmetauscher und die Batteriestapel installiert sind, angepasst werden. Die getrennten äußeren Trägerstrukturen können in einigen Fällen komplexe Strukturen aufweisen und können zu den Gesamtkosten des Kühlplatten-Wärmetauschers selbst beitragen. Wärmetauscher, die getrennte äußere Trägerstrukturen benötigen, werden auch für andere Anwendungen als für das Batterie-Wärmemanagement von wiederaufladbaren Batterieeinheiten in EVs und HEVs verwendet, wobei die getrennten äußeren Trägerstrukturen zu den Gesamtkosten der Wärmetauscher in diesen anderen Anwendungen beitragen.
Nun bezugnehmend auf die 2 bis 5 ist eine beispielhaften Ausführungsform eines Wärmetauschers 10 entsprechend der vorliegenden Offenbarung gezeigt. In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform umfasst der Wärmetauscher 10, der in der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform als ein Kühlplatten-Wärmetauscher für das Wärmemanagement von wiederaufladbaren Batterieeinheiten verwendet werden kann, eine Bodenwanne 18 und eine Deckplatte 20. Die Deckplatte 20 ist auf der Bodenwanne 18 in einer einander gegenüberliegenden Beziehung mit der Bodenwanne 18 angeordnet, um so eine Abdichtbeziehung dazwischen zu bewirken. Die Deckplatte 20 besteht aus einem ersten thermisch leitenden Material, wie Aluminium oder einer Aluminiumlegierung. Wie hier verwendet, soll der Begriff „Aluminium“ Aluminium und seine Legierungen einschließen.
Die Deckplatte 20 hat eine erste Seite 21, die einen Haupt-Wärmeübertragungsbereich 22 definiert, der in der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform als ein Batterie-Kontaktierbereich angesehen werden kann und der eine planare oder im Wesentlichen planare Fläche vorsieht, auf der Hilfskomponenten angeordnet sein können. In der vorliegenden Ausführungsform sieht der Haupt-Wärmeübertragungsbereich 22 eine planare oder im Wesentlichen planare Fläche vor, auf der individuelle Batteriezellen oder Batteriezellenbehälter 12 gestapelt sind. Der Haupt-Wärmeübertragungsbereich 22 ist von einem Umfangsflanschbereich 24 umgeben. Der Haupt-Wärmeübertragungsbereich 22 dient als Hauptwärmeübertragungsfläche 16 für den Wärmetauscher 10, wobei der Umfangsflanschbereich 24 im Allgemeinen sich über oder von dem Haupt-Wärmeübertragungsbereich 22 weg erstreckt.
Die Deckplatte 20 umfasst außerdem eine zweite Seite 23, entgegengesetzt zu der ersten Seite 21, und ist für einen abdichtenden Kontakt oder einen im Wesentlichen abdichtenden Kontakt mit der Bodenwanne 18 ausgebildet, wenn die Deckplatte 20 auf der Bodenwanne 18 positioniert ist. In einigen Ausführungsbeispielen kann beispielsweise, um die Abdichtbeziehung an der Grenzfläche zwischen Bodenwanne 18 und Deckplatte 20 zu bewirken, ein Abdichtelement 25, zum Beispiel eine Dichtung, zwischen der Bodenwanne 18 und der zweiten Seite 23 der Deckplatte 20 angeordnet sein, um eine fluiddichte oder eine im wesentlichen fluiddichte Abdichtung dazwischen zu bewirken. Das Abdichtelement 25 kann eine Mehrzahl von individuellen Dichtungskomponenten enthalten, die an jeder der der Bodenwanne 18 zugeordneten Abdichtflächen angeordnet sein, die die Grenzfläche zwischen der Bodenwanne 18 und der Deckplatte 20 bilden. Alternativ kann das Abdichtelement 25 eine einzige einheitliche Struktur sein, die jede der der Bodenwanne 18 zugeordneten Abdichtflächen überlagert, die die Grenzfläche zwischen der Bodenwanne 18 und der Deckplatte 20 bilden.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind Einlass- und Auslassöffnungen 28, 29 an einem Ende der Deckplatte 20 außerhalb des Haupt-Wärmeübertragungsbereichs oder Batterie- oder Komponenten-Kontaktbereich 22 gebildet. Während die Einlass- und Auslassöffnung 28, 29 so gezeigt sind, als wären sie an einem Ende der Deckplatte 20 angeordnet, sei verstanden, dass die Einlass- und Auslassöffnung 28, 29 auch jeweils an entgegengesetzten Enden der Deckplatte 20 angeordnet sein können oder dass die Einlass- und Auslassöffnung 28, 29 auch an jeder Stelle angeordnet sein kann, die für die bestimmte Anwendung des Wärmetauschers 10 und/oder den gewünschten Strömungspfad durch den Wärmetauscher 10 für eine besondere Anwendung geeignet ist. Somit sei verstanden, dass die spezifische Stelle der Einlass- und Auslassarmatur 28, 29 von dem gewünschten Strömungspfad durch den Wärmetauscher 10 ebenso wie von den gewünschten Stellen für die Einlass- und Auslassarmatur (nicht gezeigt) für eine spezielle Anwendung abhängt.
In einigen Ausführungsbeispielen besteht beispielsweise die Bodenwanne 18 aus einem zweiten Material, wie einem organischen Polymermaterial (d. h. „Kunststoff“), beispielsweise einem Thermoplast. Somit ist in einigen Ausführungsbeispielen die Bodenwanne 18 nicht thermisch leitend, wobei der Wärmetauscher 10 daher auf die Wärmeleiteigenschaften der Deckplatte 20 zum Ableiten der Wärme von/zu den Batteriezellen 12 (oder anderen elektronischen Komponenten) baut, die auf der Deckplatte 20 des Wärmetauschers 10 gestapelt oder mit dieser im Flächenkontakt sind. In einigen Ausführungsbeispielen kann das zweite Material beispielsweise Gussaluminium einschließen. Jedoch wird in solchen Fällen der Wärmetauscher 10 immer noch hauptsächlich auf die Wärmeleitfähigkeiten der Deckplatte 20 bauen, um die Mehrzahl von Batteriepacks oder-Einheiten oder anderen darauf gestapelten elektronischen Komponenten zu kühlen (oder zu wärmen).
In einigen Ausführungsbeispielen weist die Bodenwanne 18 zum Beispiel eine erste Seite 17, die einen Strömungspfadbereich 30 für ein Kühlmedium definiert, der eine Mehrzahl von Fluidkanälen 32 definiert, und eine zweite entgegengesetzte Seite 19 auf. Der Strömungspfadbereich 30 für das Kühlmedium in der Bodenwanne 18 entspricht im Allgemeinen in der Abmessung dem Haupt-Wärmeübertragungsbereich 22, der durch die Deckplatte 20 definiert ist. Der Strömungspfadbereich 30 für das Kühlmedium ist von einem Umfangsflanschbereich 34 umgeben, der sich über oder von dem Strömungspfadbereich 30 für das Kühlmedium weg erstreckt. Wenn daher die Deckplatte 20 auf der Bodenwanne 18 angeordnet wird, ist die erste Seite 17 der Bodenwanne 18 in einer mit der zweiten Seite oder Unterseite der Deckplatte 20 einander gegenüberstehenden Beziehung angeordnet, derart dass der Strömungspfadbereich 30 für das Kühlmedium mit der Unterseite des von der Deckplatte 20 definierten Haupt-Wärmeübertragungsbereichs 22 ausgerichtet oder im Wesentlichen ausgerichtet ist, während der Umfangsflanschbereich 24 der Deckplatte 20 mit dem Umfangsflanschbereich 34 der Bodenwanne 18 ausgerichtet oder im Wesentlichen ausgerichtet ist und ihn überlagert, sodass die Deckplatte 20 die Mehrzahl von Fluidkanälen 32, die in dem Strömungspfadbereich 30 der Bodenwanne 18 definiert ist, einschließt, wobei der Kontakt zwischen der Deckplatte 20 und der Bodenwanne 18 die Abdichtbeziehung zwischen der Bodenwanne 18 und der Deckplatte 20 und jedem dazwischenliegenden Dichtungselement 25 bewirkt wird, um sicherzustellen, dass die Deckplatte 20 und die Bodenwanne 18 in einer fluiddichten Beziehung angeordnet sind.
In einigen Ausführungsbeispielen kann zum Beispiel der Umfangsflanschbereich 34 der Bodenwanne 18 größer sein als der Umfangsflanschbereich 24 der Deckplatte 20 und sich über den Umfang der Deckplatte 20 erstrecken, sodass der Umfangsflanschbereich 24 der Deckplatte 20 nur ein Teil des Umfangsflanschbereichs 34 der Bodenwanne 18 überlagert. In anderen Ausführungsbeispielen kann zum Beispiel der Umfangsflanschbereich 34 der Bodenwanne 18 die gleiche Abmessung haben wie der Umfangsflanschbereich 24 der Deckplatte 20.
In einigen Ausführungsbeispielen ist beispielsweise der Strömungspfadbereich 30 für das Kühlmedium durch eine allgemein flache oder planare Grundwand oder Bodenwand 36 begrenzt, die sich parallel zu oder im Wesentlichen parallel zu, aber beabstandet von der Ebene des Umfangsflanschbereichs 34 der Bodenwanne 18 erstreckt, wobei die Ebene der Bodenwand 36 unter der Ebene des Umfangsflanschbereichs 34 liegt. Eine Randwand 38 erstreckt sich allgemein von der Bodenwanne 36 nach oben, die als eine Grenze dient, die den Umfang des Strömungspfadbereichs 30 für das Kühlmedium definiert, wobei die Randwand 38 zwei gegenüberliegende Stirnwände 39, 41 einschließt, die miteinander durch ein Paar von gegenüberliegenden Seitenwänden 43 verbunden sind.
In einigen Ausführungsbeispielen sind zum Beispiel Fluidkanäle 32 in einem Bereich definiert, der durch Randwände 38 durch eine Reihe von voneinander beabstandeten Rippen 40 eingebunden ist, die aus der Ebene herausragen oder sich aus der Ebene der Bodenwand 36 des Strömungspfadbereichs 30 für Kühlmedium heraus erstrecken. Die Rippen 40 erstrecken sich nur teilweise entlang der Länge des Strömungspfadbereichs 30 für Kühlmedium und daher haben sie eine Länge, die allgemein kleiner ist als die Länge der Seitenwände 43 des Strömungspfadbereichs 30 für Kühlmedium. Die Rippen 40 haben daher jeweils erste und zweite Enden 47, 49, die von den entsprechenden Stirnwänden 39, 41 der Randwand 38 des Strömungspfadbereichs 30 für Kühlmedium beabstandet sind, wobei jeder Fluidkanal 32 daher ein Einlassende 33 und ein Auslassende 35 aufweist. Während die Fluidkanäle 32 so beschrieben wurden, dass sie zwischen beabstandeten Rippen 40 begrenzt sind, die aus der Ebene der Bodenwand 36 des Strömungspfadbereichs 30 für Kühlmedium herausragen oder sich daraus erstrecken, sei verstanden, dass in gleicher Weise die Fluidkanäle 32 durch beabstandete Nuten oder Kanäle begrenzt sein können, die in dem die Bodenwanne 18 bildenden Material geformt sind, wobei die beabstandeten Nuten oder Kanäle voneinander durch Rippen 40 beabstandet oder getrennt sind.
Ein Einlassverteilerbereich 42 verbindet die Einlassenden 33 der Fluidkanäle 32 zum Verteilen eines einströmenden Kühlmediums oder Wärmetauscherfluids in die Einlassenden 33 der Fluidkanäle 32. In gleicher Weise verbindet ein Auslassverteilerbereich 44 die Auslassenden 35 der Fluidkanäle 32 zum Auslassen des Kühlmediums oder Wärmetauscherfluids aus dem Wärmetauscher 10. Abhängig von dem speziellen gewünschten Strömungspfad durch den Kühlplatten-Wärmetauscher 10 können in einigen Ausführungsbeispielen der Einlassverteilerbereich 42 und der Auslassverteilerbereich 44 an entgegengesetzten Enden des Strömungspfadbereichs 30 für Kühlmedium zwischen den entsprechenden Endwänden 39, 41 und entsprechenden ersten oder zweiten Enden 47, 49 der Rippen angeordnet sein, wobei ein Einkanal-Wärmetauscher gebildet wird. In Ausführungsbeispielen, zum Beispiel wie das in den 2 bis 6 dargestellte Ausführungsbeispiel, sind der Einlassverteilerbereich 42 und der Auslassverteilerbereich 44 benachbart zueinander an einem Ende des Wärmetauschers 10 und getrennt voneinander durch eine Strömungsteilerrippe 46 angeordnet, die sich von einem der Endwände 39 der Randwand 38 erstreckt und an einem freien Ende 48 der Strömungsteilerrippe das von der entgegengesetzten Endwand 41 derer Randwand 38 beabstandet ist, endet. Die Strömungsteilerrippe 46 teilt wirksam die Mehrzahl von Fluidkanälen 32 in eine erste Gruppe von Eingangsfluidkanälen 32(1) und eine zweite Gruppe von Ausgangsfluidkanälen 32(2). Ein Übergangsverteilerbereich 45 ist zwischen dem freien Ende 48 des Strömungsteilers 46 und dem entsprechenden Endrand 40 der Randwand 38 des Kühlbereichs 30 angeordnet und verbindet fluidisch die Auslassenden 35 der Fluidkanäle 32 in Fluidkommunikation mit dem Einlassverteilerbereich 42 oder der ersten Gruppe von Fluidkanälen 32(1) (zum Beispiel Einlassfluidkanälen) und die Einlassenden 33 der Fluidkanäle 32 in Fluidverbindung mit dem Auslassverteilerbereich 44 oder der zweiten Gruppe von Fluidkanälen 32(2) (zum Beispiel n Auslassfluidkanälen). In einigen Ausführungsbeispielen können beispielsweise mehr als eine Strömungsteilerrippe 46 in dem Strömungspfadbereich 30 für Kühlmedium vorgesehen sein, wobei jede folgende Strömungsteilerrippe 46 sich von der Endwand 39, 41 erstreckt, die gegenüberliegend zu dem Endwand 39, 41 liegt, von der die vorherige Strömungsteilerrippe 46 sich erstreckt, derart, dass das freie Ende 48 der Strömungsteilerrippe jeder folgenden Strömungsteilerrippe 46 von der gegenüberliegenden Endwand 39, 41 wie die vorhergehende Strömungsteilerrippe 46 beabstandet ist, derart, dass ein Mehrkanal-Strömungspfad in dem Strömungspfadbereich 30 vorgesehen ist, wobei mehrere Übergangsverteilerbereiche 45 zwischen dem Einlassverteilerbereich 42 und dem Auslassverteilerbereich 44 vorgesehen sind, wie beispielsweise in 6B gezeigt. Es sei jedoch verstanden, dass es von der speziellen Abmessung des Wärmetauschers 10 und/oder der beabsichtigten Anwendung für den Wärmetauscher 10 abhängt, ob der Einlass- und Auslassverteilerbereich 42, 44 so angeordnet sind, dass ein Einweg-Wärmetauscher oder ein Zweiweg- oder Mehrweg-Wärmetauscher vorgesehen wird. Für eine Vereinfachung der Darstellung wird ein Zweiweg-Wärmetauscher 10 beschrieben und in den Figuren von 2 bis 10 gezeigt, obwohl es verstanden sei, dass andere Anordnungen im Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung liegend betrachtet werden.
In einigen Ausführungsbeispielen dient beispielsweise die zweite Seite 19 der Bodenwanne 18 als eine Trägerstruktur oder Trägerbasis für den Wärmetauscher, um die Installation und/oder die Montage des Wärmetauschers 10 mit Batterieeinheiten oder Batteriepacks oder anderen Komponenten auf seiner Oberseite zu vereinfachen. In einigen Ausführungsbeispielen bietet beispielsweise die zweite Seite 19 der Bodenwanne 18 eine solide Basis mit einer durchgehenden oder im Wesentlichen durchgehenden Bodenlagerfläche 31. In einigen Ausführungsbeispielen umfasst beispielsweise die zweite Seite 19 der Bodenwanne 18 eine Mehrzahl von Lagerflächen bzw. Stützflächen 31, die voneinander getrennt oder durch in der Bodenwanne 18 gebildete Hohlkammerbereiche beabstandet sind.
In einigen Ausführungsbeispielen umfasst beispielsweise, um die Deckplatte 20 an der Bodenwanne 18 festzulegen, der Wärmetauscher 10 Verbindungsstrukturen 27 zum Vorsehen einer starren oder im Wesentlichen starren Verbindung zwischen der Bodenwanne 18 und der Deckplatte 20. In einigen Ausführungsbeispielen umfassen beispielsweise die Verbindungsstrukturen 27 eine Mehrzahl von ersten Verbindungselementen 51, die der Bodenwanne 18 zugeordnet sind, und eine Mehrzahl von zweiten Verbindungselementen 53, die der Deckplatte 20 zugeordnet sind, wobei die ersten und zweiten Verbindungselemente 51, 53 zusammen ausgebildet sind, die Deckplatte 20 relativ zur Bodenwanne 18 auszurichten und die Deckplatte 20 an der Bodenwanne 18 zu befestigen, um eine fluiddichte Abdichtungsbeziehung dazwischen zu bewirken. In einigen Ausführungsbeispielen umfassen beispielsweise weiterhin die Verbindungsstrukturen 27 eine Mehrzahl von dritten Verbindungselementen 55, die zusammen mit den ersten und zweiten Verbindungselementen 51, 53 zusammenwirkend ausgebildet sind, die Deckplatte 20 an den der Bodenwanne 18 zu befestigen und eine fluiddichte Abdichtungsbeziehung dazwischen zu bewirken. Mindestens eines der ersten, zweiten oder dritten Verbindungselemente 51, 53, 55 umfasst einen vorspringenden Bereich, während eines der verbleibenden Verbindungselemente einen Aufnahmebereich umfassen, wobei der vorspringende Bereich in dem Aufnahmebereich zum Festlegen dem Deckplatte 20 an Bodenwanne 18 aufgenommen ist.
Nun bezugnehmend auf die 2 bis 6 umfassen die Verbindungsstrukturen 27 erste Verbindungselemente 51, die in der Bodenwanne 18 angeordnet sind und hervorspringende Bereiche oder Eingreifelemente 50, die aus der Ebene des Umfangsflanschbereichs 34 der Bodenwanne 18 allgemein senkrecht oder normal zu der Ebene des Umfangsflanschbereichs 34 der Bodenwanne 18 herausragen. In der vorliegenden Ausführungsform sind die Eingreifelemente 50 um den Umfangsflanschbereich 34 der Bodenwanne 18 herum mit Abständen angeordnet. In einigen Ausführungsbeispielen sind beispielsweise die Bodenwanne 18 und die Eingreifelemente 50 als gemeinsame einstückige Konstruktion ausgeführt. Die in der Deckplatte 20 angeordneten zweiten Verbindungselemente 53 umfassen eine Mehrzahl von Öffnungen 26, die um den Umfangsflanschbereich 24 der Deckplatte in Abständen angeordnet sind, die allgemein den Abständen entsprechen, in denen die Eingreifelemente 50 um den Umfangsflanschbereich 34 der Bodenwanne 18 angeordnet sind, wobei die Mehrzahl von Öffnungen 26 zur Aufnahme der Eingreifelemente 50 ausgebildet sind. In der in 3 dargestellten Ausführungsform ist die Mehrzahl von Öffnungen 26 in Form von langgestreckten Schlitzen ausgebildet, die um den Umfangsflanschbereich 24 der Deckplatte 20 herum mit Abständen angeordnet sind, die den Stellen der Eingreifelemente 50 entsprechen. Wenn die Deckplatte 20 auf der Bodenwanne 18 positioniert wird, werden die Eingreifelemente 50 durch die in dem Umfangsflanschbereich 24 der Deckplatte 20 geformten entsprechenden Öffnungen 26 eingesetzt. Die Eingreifelemente 50 helfen daher, die Deckplatte 20 in Bezug auf die Bodenwanne 18 zu lokalisieren und/oder richtig zu positionieren. Sobald die Deckplatte 20 über den Eingreifelementen 50 angeordnet ist und nach unten derart angeordnet wird, dass sie auf der Bodenwanne 18 positioniert ist, werden die herausragenden Bereiche oder Eingreifelemente 50 gecrimpt oder auf andere Weise über den Umfangsflanschbereich 24 der Deckplatte 20 weg von dem Batterie-Kontaktierbereich 22 gefaltet, um so den Batterie-Kontaktierbereich 22 frei von Oberflächenunterbrechungen zu lassen, die möglicherweise den Kontakt mit den Batteriezellen oder Batteriezellenbehältern 12, die auf der Deckplatte 20 gestapelt sind, stören könnten. Das Crimpen der Eingreifelemente 50 über den Umfangsflanschbereich 24 der Deckplatte 20 legt die Deckplatte 20 in ihrer Position fest und drückt die Deckplatte 20 gegen die Bodenwanne 18 (und jedes dazwischenliegende Abdichtelement), wodurch eine fluiddichte oder im Wesentlichen fluiddichte Abdichtung dazwischen bewirkt wird, wobei die Fluidkanäle 32 zwischen der Deckplatte 20 und der Bodenwanne 18 eingeschlossen werden. Somit sind beispielsweise in einigen Ausführungsbeispielen die ersten Verbindungselemente und die zweiten Verbindungselemente vereint derart ausgebildet sind, dass während die fluiddichte oder im Wesentlichen fluiddichte Abdichtung zwischen der Deckplatte und der Bodenwanne bewirkt wird, die ersten Verbindungselemente derart angeordnet sind, dass sie eine Druckkraft auf die Deckplatte relativ zur Bodenwanne ausüben.
In einigen Ausführungsbeispielen sind beispielsweise die ersten Verbindungselemente und die zweiten Verbindungselemente vereint derart ausgebildet sind, dass die herausragenden Abschnitte sich allgemein senkrecht oder normal zu dem Umfangsflanschbereich der Bodenwanne erstrecken, wobei die herausragenden Abschnitte sich im Allgemeinen parallel zu dem Umfangsflanschbereich der Bodenwanne erstrecken, wobei die Anordnung des herausragenden Abschnitts in der zweiten Position die Druckkraft ausübt.
Einlass- und Auslassarmaturen (nicht gezeigt) sind in Fluidverbindung mit den Einlass- und Auslassöffnungen 28, 29 angeordnet, die in der Deckplatte 20 zum Einlassen und Auslassen eines geeigneten Wärmetauscherfluids oder Kühlmittels durch den Wärmetauscher 10 geformt sind.
Abhängig von den gewünschten Stellen der Einlass- und Auslassarmaturen können Einlass- und Auslassöffnungen 28, 29 auch in der Bodenwanne 18 geformt sein, wie beispielsweise in 6 gezeigt. In diesem Ausführungsbeispiel erstrecken sich die Einlass- und Auslassöffnungen 28, 29 durch den Endrand 39 des Kühlbereichs 30 der Bodenwanne 18, wobei die Einlassöffnung 28 in Fluidverbindung mit dem Einlassverteilerbereich 42 ist und die Auslassöffnung 29 in Fluidverbindung mit dem Auslassverteilerbereich 44 ist.
Wenn auch die Einlass- und Auslassarmaturen in der Deckplatte 20 angeordnet sind oder sich durch die Bodenwanne 18 in den Kühlbereich 30 erstrecken, so strömt doch im Betrieb das Wärmetauscherfluid, zum Beispiel jedes geeignete Kühlfluid oder Kühlmittel, in den Wärmetauscher 10 durch die Einlassöffnung 28 ein und wird über den Einlassverteilerbereich 42 zu der Mehrzahl von Fluidkanälen 32 verteilt, die in Fluidverbindung mit dem Einlassverteilerbereich 42 sind. In der beispielhaften Ausführungsform der 2 bis 6 ist der Wärmetauscher 10 ein Zweiweg-Wärmetauscher, sodass das in die Fluidkanäle 32, die in Fluidverbindung mit dem Einlassverteilerbereich 42 sind, einströmende Fluid entlang der Fluidkanäle 32 zu dem Übergangsverteilerbereich 45 strömt, wo es um das freie Ende 48 des Strömungsteilers 46 zu den Fluidkanälen 32 gerichtet wird, die in Fluidverbindung mit dem Auslassverteilerbereich 44 sind. Das Fluid strömt entlang des Satzes von Fluidkanälen 32 und wird aus dem Wärmetauscher 10 durch die Auslassöffnung 29 über den Auslassverteilerbereich 44 ausgelassen.
Wenn das Fluid durch die Mehrzahl von Fluidkanälen 32 in dem Wärmetauscher 10 strömt, wird Wärme von den Batteriezellen (oder den Batteriezellenbehälter) 12 (oder den anderen elektronischen Komponenten) über eine Wärmeübertragung von dem Batteriezellen 12 zu dem in dem Wärmetauscher 10 zirkulierenden Fluid über die Haupt-Wärmeübertragungsfläche 16, die von der Deckplatte 20 geliefert wird, abgezogen.
Nun bezugnehmend auf die 7 bis 10 ist eine andere beispielhaften Ausführungsform eines Wärmetauschers 10 entsprechend der vorliegenden Offenbarung gezeigt. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst der Wärmetauscher 10 Verbindungsstrukturen 27, die erste, zweite und dritte Verbindungselemente 51, 53, 55 umfassen, anstatt dass die Deckplatte 20 und Bodenwanne 18 miteinander durch Crimpen der integral geformten Eingreifelemente 50 verbunden werden, die aus dem Umfangsflanschbereich 34 der Bodenwanne 18 über die Deckplatte 20 hinaus durch die Öffnungen 26 herausragen. Die ersten Verbindungselemente 51 in der Bodenwanne 18 umfassen eine Mehrzahl von Öffnungen 60 in der Form von Bolzenlöchern oder Bolzenöffnungen, die um den Umfangsflanschbereich 34 herum mit Abständen angeordnet. Öffnungen 60 sind auch entlang jeder der Rippen 40, die die Fluidkanäle 32 bilden, durch den Kühlbereich 30 ebenso wie entlang des Strömungsteilers 46 vorgesehen. Entsprechend sind erste Verbindungselemente 51 oder Öffnungen 60 in jeder der Abdichtflächen vorgesehen, die die Grenzfläche zwischen der Bodenwanne 18 und der Deckplatte 20 ausmachen. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sei verstanden, dass der Umfangsflanschbereich 34 und die individuellen Rippen 40 und die Strömungsteilerrippe 48 von ausreichender Breite und Höhe sind, um sich dahinein erstreckende Öffnungen aufzunehmen, die ausgebildet sind, ein entsprechendes Befestigungselement oder Verbindungselemente aufzunehmen.
Die in der Deckplatte 20 angeordneten zweiten Verbindungselemente 53 umfassen eine Mehrzahl von Öffnungen 26, die um den Umfangsflanschbereich 24 angeordnet sind, so dass sie den Stellen der in der Bodenwanne 18 angeordneten Öffnungen 60 entsprechen. Die zweiten Verbindungselemente 53 sind auch längs durch den Batterie-Kontaktierbereich 22 in einer Reihe mit, oder im Wesentlichen einer Reihe mit den Rippen 40, die die Fluidkanäle 32 bilden, angeordnet. Wenn daher die Deckplatte 20 auf der Bodenwanne 18 positioniert wird, sind die Öffnungen 26 in der Deckplatte 20 mit den entsprechenden Öffnungen 60 in der Bodenwanne 18 ausgerichtet oder im Wesentlichen ausgerichtet, wobei die Öffnungen 26 in der Deckplatte 20 daher mit den Öffnungen 60 in der Bodenwanne 18 übereinstimmen.
In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform werden dritte Verbindungselemente 55, die einen herausragenden Abschnitt umfassen, durch die entsprechenden Öffnungen 26, 60 in die Deckplatte 20 und die Bodenwanne 18, die als Aufnahmebereich dienen, eingesetzt. Die in der Bodenwanne 18 geformten Öffnungen 60 können daher Gewindeöffnungen für einen Eingriff mit entsprechenden Gewinden, die an dem entsprechenden herausragenden Abschnitt der dritten Verbindungselemente oder Befestigungsvorrichtungen 55 ausgebildet sind, sein, die Bolzen oder jedes andere geeignete Befestigungselement einschließen können, die verwendet werden können, um die Deckplatte 20 in Position auf der Bodenwanne 18 festzulegen und/oder zu befestigen und ausreichend Druckkräfte liefern, um eine Abdichtbeziehung zwischen der Deckplatte 20 und der Bodenwanne 18 zu bewirken.
Um jede Störung zwischen den dritten Verbindungselementen oder Bolzen oder Befestigungselementen 62 und den Batteriezellen oder Batteriezellenbehälter 12 (oder anderen elektronischen Komponenten), die auf dem Wärmetauscher 10 angeordnet sind, zu minimieren, sind die Öffnungen 60 in der Bodenwanne 18 vertieft oder versenkt, um sicherzustellen, dass die Köpfe 64 der Bolzen oder Befestigungselemente abschließend mit der Fläche der Deckplatte 20 sind, wie beispielsweise in den 11a bis 11c gezeigt.
Nun bezugnehmend auf die 12 bis 14 können, um die Leistungsfähigkeit der Wärmeübertragung des Wärmetauschers 10 zu verbessern und in der Bemühung, die Oberflächentemperatur der Deckplatte 20 zu reduzieren, Fluidkanäle 32 mit Wärmeübertragung-Fördermerkmalen 70 versehen sein, die dazu dienen, den Fluidstrom durch die Fluidkanäle 32 zu richten, um ein gewünschtes Strömungsmuster durch die individuellen Kanäle 32 zu erzeugen sowie eine Grenzschichtbildung zu unterbrechen und eine Turbulenz in dem Fluid zu erhöhen. In einigen Ausführungsbeispielen, können die Wärmeübertragung-Fördermerkmale 70 in der Form eines Turbulizers oder einer versetzten Streifenlamelle ausgebildet sein, die in jedem der Fluidkanäle 32 angeordnet ist. In anderen Ausführungsbeispielen kann die Deckplatte 20 Rippen oder anders geformte Flächenvorsprünge umfassen, die von der zweiten Seite 23 der Deckplatte 20 in den Bereichen, die den Fluidkanälen 32 gegenüberstehen oder einschließen, herausragen, wenn die Deckplatte 20 auf der Bodenwanne 18 angeordnet ist. 12 stellt Wärmeübertragung-Fördermerkmale 70 in der Form von diagonal ausgerichteten Rippen dar, die mit Abstand entlang der Länge der Fluidkanäle 32 in einem wechselnden, gegenüber angeordneten Muster angeordnet sind. Somit trifft Fluid, das in die Fluidkanäle 32 in der Längsrichtung eintritt, an oder gegen das erste Wärmeübertragung-Fördermerkmal 70 und wird diagonal gerichtet, wo es gegen die Rippe 40, die den Fluidkanal bildet, trifft und wird wieder zu der anderen Seite des Fluidkanals 32 gerichtet. Dieses wechselnde oder umschaltende Muster wird sich entlang der Länge des Fluidkanals 32 fortsetzen, wodurch die gewünschte Turbulenz erzeugt wird.
In einigen Aufführungsbeispielen ragen die Rippen 70, die von der zweiten Seite 23 der Deckplatte 20 herausragen, in den Fluidkanal 32, aber erstrecken sich nicht notwendigerweise über die volle Höhe des Fluidkanals 32 oder kommen nicht in Kontakt mit der Bodenfläche des Fluidkanals 32. Wenn die Rippen oder Wärmeübertragung-Fördermerkmale 70 sich nicht über die volle Höhe des Fluidkanals 32 erstrecken oder nicht in Kontakt mit der Bodenfläche des Fluidkanals 32 kommen, wird einiges Fluid, das in den Fluidkanals 32 eintritt, unter dem Wärmeübertragung-Fördererelement 70 hindurch gehen und wirksam das Wärmeübertragung-Förderermerkmal 70 und die Haupt-Wärmeübertragungsfläche 22 über Bypasskanäle 76 umgehen, wie durch die schematischen Richtungspfeile der Strömung in 13 gezeigt.
Um die Menge an Fluid zu minimieren, die die Wärmeübertragung-Fördermerkmale 70 und die Haupt-Wärmeübertragungsfläche 22 umgehen, kann die Bodenwanne 18 Nuten oder vertiefte Bereiche 74 einschließen, die entlang der Fluidkanäle 32 angeordnet sind und den Wärmeübertragung-Fördermerkmalen 70 entsprechen, wobei die Wärmeübertragung-Fördermerkmale 70 mit den Nuten 74 verschachtelt oder in diesen aufgenommen sind. Somit sind die Wärmeübertragung-Fördermerkmale 70 und die Nuten 74 zusammen so ausgebildet, dass sie wirksam einen Bypassstrom zwischen den Wärmetauscher-Fördermerkmalen 70 und der Bodenfläche der Fluidkanäle 32 verhindern oder im Wesentlichen verhindern, wie in 14 gezeigt.
In einigen Ausführungsformen ist beispielsweise der Wärmetauscher 10 in einem Gehäuse 200 montiert oder installiert, das geeignet ist, Batterieeinheiten oder Batteriepacks (oder andere elektronische Komponenten), die auf dem Wärmetauscher 10 gestapelt sind, aufzunehmen. Ein in einem Gehäuse montierter Wärmetauscher 10 ist beispielsweise in den 15 und 16 dargestellt. In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform, umfasst das Gehäuse 200 ein Bodenteil 210 und ein Deckelteil 212, die verbunden sind oder auf andere Weise an der gemeinsamen Grenzfläche abgedichtet sind, beispielsweise unter Verwendung von Bolzen oder anderen geeigneten Befestigungselementen. Entsprechende Fluideinlass- und Fluidauslassleitungen oder -armaturen 214, 216 erstrecken sich durch eine Wand des Bodenteils 210 zum Herstellen einer Fluidverbindung mit dem Wärmetauscher 10, der in dem Bodenteil 210 angeordnet ist.
Nun bezugnehmend auf die 17 bis 19 ist eine andere beispielhafte Ausführungsform eines Wärmetauschers 100 entsprechend der vorliegenden Offenbarung gezeigt. Gleiche Bezugszeichen oder Bezugszeichen, erhöht um einen Faktor 100, wurden verwendet, um gleiche Merkmale zu identifizieren, wo angebracht. In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform ist das Gehäuse 300 derart modifiziert, dass der Wärmetauscher 100 als Teil des Gehäuses 300 zum Aufnehmen von Batteriepacks (oder Batteriezellen) oder anderer elektronischer Komponenten (nicht gezeigt) ausgebildet ist, wobei das Gehäuse 300 in dem Fahrzeug montiert ist, wenn für Automobilanwendungen verwendet. In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform umfasst das Gehäuse 300 eine Bodenwanne 118 und ein Deckelteil 119, die zusammen einen offenen Innenraum 301 zum Aufnehmen der Batteriepacks oder Zellen 12 (oder anderer wärmeerzeugenden Komponenten) definieren, wie weiterhin im Detail unten beschrieben.
In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform umfasst die Bodenwanne 118 eine Bodenwand 119, die an allen Seiten durch eine Seitenwand 121 umgeben ist. In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform weist die Seitenwand 121 eine Höhe auf, die merkbar größer ist als die Höhe oder Tiefe der Fluidkanäle 132 des Wärmetauschers 100, wobei die Seitenwand 121 einen Teil der Seitenwand oder Randwand des Gehäuses 300 definiert. Ein Umfangsflansch 124 erstreckt sich von einem oberen Rand der Seitenwand 121 weg, wobei der Umfangsflansch 124 eine Dichtfläche 123 definiert, die sich in einer Ebene allgemein parallel oder im Wesentlichen parallel zu der Bodenwand 119 der Bodenwanne 118 erstreckt, wobei die Seitenwand 121 sich kontinuierlich zwischen der Bodenwand 119 und dem Umfangsflansche 124 erstreckt und diese verbindet.
Die Innenfläche 125 der Bodenwand 119 umfasst einen Wärmetauscherbereich oder einen Strömungspfadbereich 130 für Kühlmedium. In einigen Ausführungsformen erstreckt sich beispielsweise der Strömungspfadbereich 130 für Kühlmedium über einen großen Bereich oder den gesamten Bereich, der durch die Bodenwand 119 definiert ist, sodass die Bodenwand 119 der Bodenwanne 118 als Bodenplatte oder Bodenwanne des Wärmetauschers 100 dient, wie beispielsweise in 18 gezeigt. In einigen Ausführungsformen erstreckt sich der Strömungspfadbereich 130 für Kühlmedium über ein Teil des von der Bodenwand 119 der Bodenwanne 118 definierten Bereichs oder bedeckt diesen.
Wenn auch der Wärmetauscherbereich oder der Strömungspfadbereich 130 für Kühlmedium sich über einen großen Bereich oder den gesamten Bereich erstreckt, der durch die Bodenwand 119 definiert ist, oder nur über einen Teil des von der Bodenwand 119 definierten Bereichs, so ist der Strömungspfadbereich 130 für Kühlmedium an allen Seiten von einem Umfangsflanschbereich 134 umgeben, der sich von dem Strömungspfadbereich 130 für Kühlmedium hinaus oder von diesem Weg erstreckt. Der Umfangsflanschbereich 134 ist daher für einen Abdichteingriff mit der Unterseite der Deckplatte 120 ausgebildet, wenn die Deckplatte 120 in der Bodenwanne 118 des Gehäuses 300 zum Umschließen des Strömungspfadbereich 130 für Kühlmedium angeordnet wird.
Der Strömungspfadbereich 130 für Kühlmedium umfasst eine Bodenwand 136 mit einer Randwand 138, die sich um alle ihre Seiten erstreckt, der Strömungspfadbereich 130 für Kühlmedium ist daher in dem von der Randwand 138 begrenzten Bereich definiert. Eine Mehrzahl von Fluidkanälen 132 ist in dem Bereich definiert, der durch Randwände 138 durch eine Reihe von voneinander beabstandeten Rippen 140 eingebunden ist, die aus der Ebene herausragen oder sich aus der Ebene der Bodenwand 136 des Strömungspfadbereichs 130 heraus erstrecken. Die Rippen 140 haben jeweils eine Länge, die geringer ist als die von dem Strömungspfadbereich 130 für Kühlmedium definierte Gesamtlänge. Die Rippen 140 erstrecken sich daher zwischen jeweiligen ersten und zweiten Enden 147, 149, wobei die ersten und zweiten Enden 147, 149 jeweils von der korrespondierenden entsprechenden Endwand 139, 141 der Randwand 138 des Strömungspfadbereich 130 für Kühlmedium beabstandet sind. Die Fluidkanäle 132 haben daher jeweils ein Einlassende 133 und ein Auslassende 135.
Ein Einlassverteilerbereich 142 verbindet die Einlassenden 133 der Fluidkanäle 132, die in dem Strömungspfadbereich 130 Kühlmedium definiert sind, zum Verteilen eines einströmenden Kühlmediums oder Wärmetauscherfluids in die Einlassenden 133 der Fluidkanäle 132. In gleicher Weise verbindet ein Auslassverteilerbereich 144 die Auslassenden 35 der Fluidkanäle 132 zum Auslassen des Kühlmediums oder Wärmetauscherfluids aus dem Wärmetauscher 100, der in der Bodenwanne 118 des Gehäuses 300 festgelegt ist. Abhängig von dem speziellen gewünschten Strömungspfad durch den Wärmetauscher 100 können in einigen Ausführungsbeispielen der Einlassverteilerbereich 142 und der Auslassverteilerbereich 144 an entgegengesetzten Enden des Strömungspfadbereichs 130 für Kühlmedium zwischen den entsprechenden Endwänden 39, 41 der Randwand 138 des Strömungspfadbereich 130 für Kühlmedium und entsprechenden ersten oder zweiten Enden 147, 149 der Rippen angeordnet sein, wobei ein Einkanal-Wärmetauscher 100 in dem Gehäuse 300 gebildet wird. In einigen Ausführungsbeispielen, zum Beispiel wie das in den 17 bis 19 dargestellte Ausführungsbeispiel, sind der Einlassverteilerbereich 142 und der Auslassverteilerbereich 144 benachbart zueinander an einem Ende des Wärmetauschers 100 angeordnet, wobei der Einlassverteilerbereich 142 und der Auslassverteilerbereich getrennt voneinander durch eine Strömungsteilerrippe 146 angeordnet sind, die sich von einem der Endwände 39 der Randwand 38 des Strömungspfadbereichs 130 für Kühlmedium erstreckt und an einem freien Ende 148 der Strömungsteilerrippe endet, das von der entgegengesetzten Endwand 141 der Randwand 138 beabstandet ist. Die Strömungsteilerrippe 146 teilt wirksam die Mehrzahl von Fluidkanälen 132 in eine erste Gruppe von Eingangsfluidkanälen 132(1) und eine zweite Gruppe von Ausgangsfluidkanälen 132(2). Ein Übergangsverteilerbereich 145 ist zwischen dem freien Ende 148 der Strömungsteilerrippe 146 und dem entsprechenden Endrand 140 der Randwand 138 des Strömungspfadbereichs 130 für Kühlmedium angeordnet und verbindet fluidisch die Auslassenden 135 der Fluidkanäle 132 der ersten Gruppe von Eingangs- oder Einlass-Fluidkanälen 132(1) und die Einlassenden 133 der Fluidkanäle 132 in der zweiten Gruppe von Fluidkanälen 132(2) oder Ausgangs- oder Auslassfluidkanälen 132(2). In einigen Ausführungsbeispielen können beispielsweise mehr als eine Strömungsteilerrippe 146 vorgesehen sein, wobei jede folgende Strömungsteilerrippe 146 sich von der Endwand 139, 141 erstreckt, die gegenüberliegend zu dem Endwand 139, 141 liegt, von der die vorherige Strömungsteilerrippe 146 sich erstreckt, derart, dass ein Mehrkanal-Strömungspfad in dem Strömungspfadbereich 130 für Kühlmedium vorgesehen ist, wobei mehrere Übergangsverteilerbereiche 145 zwischen dem Einlassverteilerbereich 142 und dem Auslassverteilerbereich 144 vorgesehen sind.
Insbesondere bezugnehmend auf die 18 und 19 umfasst die Bodenwanne 118 in der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform einen Fluideinlassdurchgang 160 zum Einlassen des Kühlmediums oder Wärmetauscherfluids in den Einlassverteilerbereich 142 des Wärmetauschers 100, der in dem Gehäuse 300 umfasst ist, und einen Auslassdurchgang 162 zum Auslassen des Kühlmediums oder Wärmetauscherfluids aus dem Auslassverteilerbereich 144 des Wärmetauschers 100, der in dem Gehäuse 300 festgelegt ist. Der Fluideinlassdurchgang 160 erstreckt sich zwischen einem Einlassende 164, das ausgebildet ist, eine entsprechende Fluidarmatur oder Fluidleitung aufzunehmen, wobei die Fluidarmatur oder Fluidleitung das Wärmetauscherfluid oder Kühlmedium an dem Wärmetauscher 100 liefert, und einem Auslassende 166, das in einem Einlassverteilerbereich 142 des Strömungspfadbereichs 130 zum Liefern von Fluid an die entsprechenden Fluidkanäle 132 angeordnet ist. In einigen Ausführungsbeispielen ist das Einlassende 164 an einem Ende eines rohrähnlichen Vorsprungs angeordnet, der sich von der Seitenwand 121 der Bodenwanne 120 weg erstreckt. In einigen Ausführungsbeispielen kann das Einlassende 164 beispielsweise in einer Fläche der Seitenwand 121 angeordnet sein und zur Aufnahme und Paarung mit einer entsprechenden Fluidarmatur ausgebildet sein.
Der Fluidauslassdurchgang 162 erstreckt sich zwischen einem Einlassende 168 in Fluidverbindung mit dem Auslassverteilerbereich 144 des Strömungspfadbereichs 130 für Kühlmittel und einem Auslassende 170, das ausgebildet ist, eine entsprechende Fluidarmatur oder Fluidleitung aufzunehmen, wobei die Fluidarmatur oder Fluidleitung dazu dient, das Wärmetauscherfluid oder Kühlmedium aus dem Wärmetauscher 100 auszulassen, der in dem Gehäuse angeordnet ist, und das Fluid woandershin in dem gesamten Fluid- oder Kühlsystem zurückzugeben. Durch Vorsehen des Fluideinlassdurchganges 160 und Fluidauslassdurchgangs 162 integral mit der Bodenwanne 118 des Gehäuses 300, muss der Wärmetauscher 100 selbst keine Fluideinlass- oder - auslassarmatur aufweisen, wodurch die Gesamtzahl von Fluidverbindungen minimiert werden kann, was sonst Löten verlangt, deren Verbindungen mögliche Leckage hervorrufen könnten.
Um den Strömungspfadbereich 130 für Kühlmedium abzuschließen, ist die Deckplatte 120 in der Bodenwanne 118 auf dem Wärmetauscherbereich des Strömungspfadbereich 130 für Kühlmedium in eine einander gegenüberliegenden Beziehung mit der Bodenwand 136 der Bodenwanne 118 angeordnet, um so eine Abdichtbeziehung dazwischen zu bewirken. Die Deckplatte 120 hat eine erste Seite 21, die einen Haupt-Wärmeübertragungsbereich 22 definiert, der eine planare oder im Wesentlichen planare Fläche vorsieht, auf der Hilfskomponenten, beispielsweise Batterieeinheiten oder andere elektronische Komponenten, die eine Kühlung benötigen, angeordnet sein können. Die Deckplatte 120 umfasst außerdem eine zweite Seite 23, entgegengesetzt zu der ersten Seite 21, und ist für einen abdichtenden Kontakt oder einen im Wesentlichen abdichtenden Kontakt mit der Bodenwanne 118 ausgebildet, wobei die zweite Seite 23 der Deckplatte 120 in einer einander gegenüberstehenden Beziehung oder einem Abdichtkontakt mit dem Umfangsflanschbereich 134, der den Strömungspfadbereich 130 für Kühlmittel umgibt, und den oberen Flächen der Rippen 140 und jeder Strömungsteilerrippe 46, die in dem Strömungspfadbereich 130 für Kühlmedium gebildet ist, angeordnet ist, um eine fluiddichte Abdichtung dazwischen zu bewirken. Wie oben beschrieben kann in einigen Ausführungsbeispielen ein Dichtungselement, beispielsweise eine Dichtung, zwischen, der Bodenwanne 118 und der zweiten Seite 23 der Deckplatte 120 angeordnet sein, um eine fluiddichte oder eine im wesentlichen fluiddichte Abdichtung dazwischen zu bewirken.
Die Deckplatte 120 ist in ihrer Stellung in der Bodenwanne 118 des Gehäuses durch jedes geeignete Mittel festgelegt, um eine Abdichtbeziehung zwischen der zweiten oder Unterseite 23 der Deckplatte 120 und dem Strömungspfadbereich 130 für Kühlmedium der Bodenwanne 118 zu bewirken. In einigen Ausführungsformen ist beispielsweise die Deckplatte 120 mit der Bodenwanne 118 verschraubt. In anderen Ausführungsformen kann beispielsweise die Deckplatte 120 mit der Bodenwanne 118 verklebt sein.
Die Deckplatte 120 besteht aus einem ersten thermisch leitenden Material, wie Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, wie oben beschrieben, um eine Wärmeübertragung mit den Batterieeinheiten oder anderen auf der Deckplatte 12 angeordneten Komponenten zu bewirken. In einigen Ausführungsformen bestehen beispielsweise die Bodenwanne 118 und der Deckelbereich 119 des Gehäuses 300 aus einem zweiten, nicht thermisch leitenden Material. In anderen Ausführungsformen können die Bodenwanne 118 und/oder der Deckelbereich 119 beispielsweise aus Gussaluminium bestehen.
In Verwendung, sobald die Deckplatte 120 in Position in der Bodenwanne 118, die den Wärmetauscherbereich oder den Strömungspfadbereich 130 für Kühlmedium umschließt, befestigt wurde und die Batterieeinheiten oder Batteriepacks oder andere elektronische Komponenten, die Kühlung/Wärmen verlangen, in der Bodenwanne 118 auf der Deckplatte 120 angeordnet sind, wird der Deckelbereich 119 auf der Bodenwanne 118 in Paarungsbeziehung mit der Bodenwanne 118 angeordnet. Das Deckelteil 119 kann jede geeignete Form zum Umschließen oder Einschließen der Batteriepacks (oder andere Komponenten), die in der Bodenwanne 119 angeordnet sind, aufweisen. In einigen Ausführungsformen weist das Deckelteil 119 eine obere Wand 175 auf, die an allen Seiten durch eine nach unten abhängende Seitenwand 177 mit einem Umfangsflansch 179 umgeben ist, der sich von dem Rand der Seitenwand 177 weg erstreckt, derart, dass wenn das Deckelteil 119 des Gehäuses 300 auf der Bodenwanne 118 angeordnet ist, der Umfangsflansch 179 des Deckelteils 119 auf dem Umfangsflansch 124 der Bodenwanne 118 aufliegt, sodass die zwei Flansche 179, 124 in einander gegenüberstehenden Abdichtkontakt angeordnet sind, wie beispielsweise in X gezeigt. In einigen Ausführungsbeispielen ist das Deckelteil 119 beispielsweise mit der Bodenwanne 118 verschraubt. In einigen Ausführungsformen kann beispielsweise das Deckelteil 119 in Form einer flachen Platte ausgebildet sein, die über der Bodenwanne 118 in Abdichtkontakt mit dem Umfangsflansch 124 der Bodenwanne 118 liegt.
Somit umfasst in einigen Ausführungsformen beispielsweise der Wärmetauscher 100 eine Bodenwanne 118 mit einer Bodenwand und einer Seitenwand 121, die sich allgemein senkrecht zu der Bodenwand erstreckt und die Bodenwand umgibt, wobei die Bodenwanne einen Strömungspfadbereich 130 für Kühlmedium einschließt, der eine Mehrzahl von Fluidkanälen 132 umfasst, wobei die Mehrzahl von Fluidkanälen 132 sich zwischen einem Einlassverteilerbereich 142 und einem Auslassverteilerbereich 144 für die Strömung eines Wärmetauscherfluids durch den Wärmetauscher 100 erstreckt, wobei ein Umfangsflanschbereich 134 sich von dem Strömungspfadbereich 130 für Kühlmedium erstreckt und diesen umgibt. Der Wärmetauscher 100 umfasst eine Deckplatte 120 mit einer ersten Seite, die einen Haupt-Wärmetauscherbereich zum Aufnehmen einer oder mehrerer wärmeerzeugender Komponenten aufweist, und einer zweiten Seite, entgegengesetzt zur ersten Seite, zum Durchführen einer Abdichtbeziehung zwischen der Deckplatte und einer Innenfläche der Bodenwanne 118 zum Einschließen der Mehrzahl von Fluidkanälen 132, die in dem Strömungspfadbereich 130 für das Kühlmedium definiert ist. Ein Deckelteil 119 ist für eine Anordnung in Abdichtbeziehung mit der Bodenwanne 118 derart ausgebildet, dass das Deckelteil 119 und die Bodenwanne 118 zusammen einen offenen Innenraum zum Aufnehmen der an der Deckplatte 120 angeordneten wärmeerzeugenden Komponenten begrenzen, wobei das Deckelteil 119 eine Dichtfläche aufweist, die mit dem Umfangsflansch 124 der Bodenwanne 118 in einer einander gegenüberstehenden Abdichtbeziehung angeordnet sind.
Durch Vorsehen eines Wärmetauschers 100 direkt in der Bodenwanne 118 eines Gehäuses 300 zum Aufnehmen von Batterieeinheiten oder Batteriepacks (oder anderen elektronischen Komponenten, die Wärmen/Kühlen benötigen) wird die gesamte Installation der Komponenten und des Wärmetauschers in einer gesamten Fahrzeug- oder Automobilanordnung vereinfacht. Durch Vorsehen des Fluideinlassdurchganges und Fluidauslassdurchgangs integral mit der Bodenwanne 118 des Gehäuses wird weiterhin die Gesamtzahl von Fluidverbindungen minimiert, was bei der Gefahr einer möglichen Leckage helfen kann.
In manchen Ausführungsformen ist somit beispielsweise ein Batteriegehäuse 300 vorgesehen, das eine Bodenwanne 118 mit einer Bodenwand 136 und einer Seitenwand 121, die sich im Allgemeinen senkrecht zu der Bodenwand erstreckt und die Bodenwand 136 umgibt, aufweist. Ein Deckelbereich 119 ist für eine Anordnung in Abdichtbeziehung mit der Bodenwanne 118 derart ausgebildet, dass der Deckelbereich 119 und die Bodenwanne 118 zusammen einen offenen Innenraum zum Aufnehmen einer oder mehrerer aufladbarer Batterieeinheiten 12 begrenzen. Die Bodenwanne 118 umfasst einen Strömungspfadbereich 130 für Kühlmittel, der in der Bodenwand 136 der Bodenwanne 118 begrenzt ist. Eine Deckplatte mit einer ersten Seite, die einen Haupt-Wärmetauscherbereich zum Aufnehmen der einen oder mehreren aufladbaren Batterieeinheiten definiert, und einer zweiten Seite, entgegengesetzt zur ersten Seite, zum Durchführen einer Abdichtbeziehung zwischen der Deckplatte und einer Innenfläche der Bodenwanne zum Einschließen des Strömungspfadbereichs für das Kühlmedium ist auf dem Strömungspfadbereich 130 für Kühlmedium angeordnet und damit ausgerichtet. Das Batteriegehäuse 300 umfasst einen Fluideinlassdurchgang 160, der in der Bodenwanne 118 angeordnet ist, zum Einlassen eines Wärmetauscherfluids in den Strömungspfadbereich 130 für Kühlmedium und einen Auslassdurchgang 162, der in der Bodenwanne 118 angeordnet ist, zum Auslassen des Wärmetauscherfluids aus dem Strömungspfadbereich 130 für Kühlmedium und aus dem Batteriegehäuse 300.
Zwar wurden bestimmte Ausführungsformen hierin beschrieben, es ist jedoch davon auszugehen, dass bestimmte Anpassungen und Modifikationen der beschriebenen Ausführungsformen vorgenommen werden können. Daher sind die oben erörterten Ausführungsformen als erläuternd, aber nicht als beschränkend aufzufassen.

Claims

Wärmetauscher, umfassend: eine Deckplatte; und eine Bodenwanne, die eine Mehrzahl von Fluidkanälen begrenzt, die sich zwischen einem Einlassverteilerbereich und einem Auslassverteilerbereich für den Strom eines Wärmetauscherfluids erstrecken; wobei die Deckplatte eine erste Seite, die einen Haupt-Wärmetauscherbereich definiert, und eine zweite Seite, entgegengesetzt zur ersten Seite, zum Durchführen einer Abdichtbeziehung zwischen der Deckplatte und der Bodenwanne und zum Einschließen der Mehrzahl von Fluidkanälen derart, dass die Mehrzahl von Fluidkanälen zwischen einer Bodenfläche der Bodenwanne und der zweiten Seite der Deckplatte begrenzt ist; und wobei die Deckplatte aus einem ersten thermisch leitenden Material besteht und die Bodenwanne aus einem zweiten, nicht thermisch leitenden Material besteht.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, bei dem: die Bodenwanne einen Strömungspfadbereich für Kühlmedium und einen Umfangsflanschbereich einschließt, der sich von dem Strömungspfadbereich für Kühlmedium erstreckt und diesen umgibt, wobei die Mehrzahl von Fluidkanälen in dem Strömungspfadbereich für Kühlmedium angeordnet ist; und die Deckplatte einen Umfangsflanschbereich einschließt, der sich von dem Haupt-Wärmetauscherbereich erstreckt und diesen umgibt, wobei sich der Umfangsflanschbereich und die Deckplatte in derselben Ebene oder im wesentlichen derselben Ebene wie der Haupt-Wärmetauscherbereich erstreckt; wobei die Deckplatte auf der Bodenwanne derart angeordnet ist, dass die zweite Seite der Deckplatte in einer einander gegenüberstehenden Beziehung mit der Bodenwanne ist, sodass eine zweite Seite des Umfangsflanschbereichs der Deckplatte in abdichtendem Kontakt mit dem Umfangsflanschbereich der Bodenwanne angeordnet ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem: das erste thermisch leitenden Material Aluminium oder eine Aluminiumlegierung einschließt; und das zweite nicht thermisch leitenden Material einen Kunststoff oder ein thermoplastisches Material einschließt.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem: die mehreren Fluidkanälen sich jeweils zwischen einem Einlassende und einem Auslassende erstrecken, wobei der Wärmetauscher weiterhin umfasst: einen Einlassverteilerbereich in Fluidverbindung mit den Einlassenden von mindestens einigen der mehreren Fluidkanälen; und einen Auslassverteilerbereich in Fluidverbindung mit den Auslassenden von mindestens einigen der mehreren Fluidkanälen.
Wärmetauscher nach Anspruch 4, bei dem die Bodenwanne weiterhin umfasst: einen Fluideinlassdurchgang, der sich durch die Bodenwanne zwischen einem Einlassende zum Einlassen eines Wärmetauscherfluids in den Wärmetauscher erstreckt, und ein Auslassende zum Verteilen des Wärmetauscherfluids zu dem Einlassverteilerbereich und der Mehrzahl von Fluidkanälen; und einen Fluidauslassdurchgang, der sich durch die Bodenwanne zwischen einem Einlassende in Fluidverbindung mit dem Auslassverteilerbereich zum Auslassen eines Wärmetauscherfluids aus der Mehrzahl von Fluidkanälen erstreckt, und ein Auslassende zum Auslassen des Wärmetauscherfluids aus dem Wärmetauscher; wobei das Auslassende des Fluideinlassdurchganges und das Auslassende des Fluidauslassdurchganges sich von einer Umfangsrandwand der Bodenwanne weg erstrecken und ausgebildet sind, mit den entsprechenden Fluidarmaturen gekoppelt zu werden.
Wärmetauscher nach Anspruch 2, bei dem die Bodenwanne umfasst: eine Bodenwand; eine Seitenwand, die sich von der Bodenwand nach oben erstreckt und diese umgibt, wobei der Strömungspfadbereich für Kühlmedium und der Umfangsflanschbereich in der Bodenwand der Bodenwanne angeordnet sind; und einen Umfangsflansch, der sich von einem oberen Rand der Seitenwand weg derart erstreckt, dass der Umfangsflansch in einer Ebene parallel zu oder im Wesentlichen parallel zu der Bodenwand der Bodenwanne angeordnet ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 6, außerdem umfassend: einen Deckelbereich mit einem Umfangsflansch, wobei der Deckelbereich für eine Anordnung in Abdichtbeziehung mit der Bodenwanne derart ausgebildet ist, dass der Umfangsflansch des Deckelbereichs in einer einander gegenüberstehenden Abdichtbeziehung mit dem Umfangsflansch der Bodenwanne angeordnet ist, wobei der Deckelbereich und die Bodenwanne zusammen einen offenen Innenraum zum Aufnehmen von wärmeerzeugenden Komponenten begrenzen.
Wärmetauscher nach Anspruch 3, außerdem umfassend: eine Mehrzahl von Verbindungsstrukturen zum Durchführen einer fluiddichten oder im Wesentlichen fluiddichten Abdichtung zwischen der Deckplatte und der Bodenwanne; wobei die mehreren Verbindungsstrukturen jeweils ein erstes Verbindungselement und ein zweites Verbindungselement einschließen, wobei das erste Verbindungselement der Bodenwanne zugeordnet ist und das zweite Verbindungselement der Deckplatte zugeordnet ist, wobei die ersten Verbindungselemente und die zweiten Verbindungselemente vereint derart ausgebildet sind, dass während die fluiddichte oder im Wesentlichen fluiddichte Abdichtung bewirkt wird, die ersten Verbindungselemente derart angeordnet sind, dass sie eine Druckkraft auf die Deckplatte relativ zur Bodenwanne ausüben.
Wärmetauscher nach Anspruch 8, bei dem: die ersten Verbindungselemente eine Mehrzahl von herausragenden Abschnitten umfassen, die sich von dem Umfangsflanschbereich der Bodenwanne erstrecken, wobei die herausragenden Abschnitte um den Umfangsflanschbereich der Bodenwanne herum mit Abstand zueinander angeordnet sind; und die zweiten Verbindungselemente eine Mehrzahl von beabstandeten Öffnungen umfassen, die um den Umfangsflanschbereich der Deckplatte derart angeordnet sind, dass, während die Deckplatte auf der Bodenwanne angeordnet ist, die herausragenden Abschnitte in den Öffnungen aufgenommen sind und sich durch diese erstrecken.
Kühlplatten-Wärmetauscher nach Anspruch 9, bei dem die herausragenden Abschnitte eine erste Position, bei der die herausragenden Abschnitte sich allgemein senkrecht oder normal zu dem Umfangsflanschbereich der Bodenwanne erstrecken, und eine zweite Position aufweisen, bei der die herausragenden Abschnitte sich im allgemeinen parallel zu dem Umfangsflanschbereich der Bodenwanne erstrecken, wobei die Anordnung der herausragenden Abschnitte in der zweiten Position die Druckkraft ausübt.
Wärmetauscher nach Anspruch 10, bei dem die Anordnung der herausragenden Abschnitte in der zweiten Position durch Crimpen der herausragenden Abschnitte über den Umfangsflanschbereich der Deckplatte realisiert wird.
Wärmetauscher nach Anspruch 8, bei dem: die ersten Verbindungselemente eine Mehrzahl von Öffnungen einschließen, die um den Umfangsflanschbereich in Abständen zum Aufnehmen einer entsprechenden Befestigungsvorrichtung angeordnet sind; und das zweite Verbindungselement eine Mehrzahl von Öffnungen umfasst, die in der Deckplatte angeordnet sind und zum Ausrichten mit entsprechenden Öffnungen der Mehrzahl von Öffnungen, die in der Bodenwanne angeordnet sind, ausgebildet sind, wobei die Deckplatte auf der Bodenwanne in einer einander gegenüberstehenden Beziehung derart angeordnet ist, dass die ersten und zweiten Verbindungselemente zusammen einen Aufnahmebereich begrenzen; der Wärmetauscher weiterhin eine Mehrzahl von Befestigungsvorrichtungen umfasst, wobei eine Befestigungsvorrichtung in jedem Aufnahmebereich zum Festlegen der Deckplatte an der Bodenwanne angeordnet ist, wobei die Befestigungsvorrichtung eine Druckkraft auf die Platte relativ zu der Bodenwanne ausübt.
Wärmetauscher nach Anspruch 4, bei dem die Mehrzahl von Fluidkanälen durch eine Mehrzahl von Rippen begrenzt wird, die sich aus der Bodenwand der Bodenwanne erstrecken, wobei die Rippen in Abständen zueinander entlang der Breite des Strömungspfad Bereichs für das Kühlmedium angeordnet sind.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 13, außerdem Wärmeübertragung-Förderelemente umfassend, die in jedem der Mehrzahl von Fluidkanälen angeordnet sind, wobei die Wärmeübertragung-Förderelemente eine der folgenden Alternativen umfasst: Turbulizer, versetzte Streifenlamellen oder Vorsprünge, die sich von der zweiten Seite der Deckplatte derart erstrecken, dass, wenn die Deckplatte auf der Bodenwanne angeordnet ist, die Vorsprünge sich nach unten in die Fluidkanälen erstrecken.
Wärmetauscher nach Anspruch 14, bei dem die Wärmeübertragung-Förderelemente Vorsprünge sind, die sich von der zweiten Seite der Deckplatte derart erstrecken, dass, wenn die Deckplatte auf der Bodenwanne angeordnet ist, die Vorsprünge einander beabstandete, entgegengesetzt gewinkelte Rippen umfassen, die entlang der Fluidkanälen angeordnet sind.
Wärmetauscher nach Anspruch 15, außerdem Aufnahmenuten zur Verbesserung der Wärmeübertragung umfassend, die in den Fluidkanälen angeordnet sind und ausgebildet sind, sich von der zweiten Seite der Deckplatte erstreckende Vorsprünge aufzunehmen, wenn die Deckplatte auf der Bodenwanne angeordnet ist.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 16, weiterhin ein Dichtungselement umfassend, das zwischen der Bodenwanne und der Deckplatte angeordnet ist.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 17, bei dem die Dicke der Bodenwanne größer ist als die Dicke der Deckplatte.
Wärmetauscher, umfassend: eine Bodenwanne mit einer Bodenwand und einer Seitenwand, die sich im allgemeinen senkrecht zu der Bodenwand erstreckt und die Bodenwand umgibt, wobei die Bodenwanne umfasst: einen Strömungspfadbereich für ein Kühlmedium, der eine Mehrzahl von Fluidkanälen umfasst, wobei die Mehrzahl von Fluidkanälen sich zwischen einem Einlassverteilerbereich und einem Auslassverteilerbereich für den Strom eines Wärmetauscherfluids durch den Wärmetauscher erstrecken; und einen Umfangsflanschbereich, der sich von dem Strömungspfadbereich für das Kühlmedium erstreckt und diesen umgibt; eine Deckplatte mit einer ersten Seite, die einen Haupt-Wärmetauscherbereich zum Aufnehmen einer oder mehrerer wärmeerzeugenden Komponenten definiert, und einer zweiten Seite, entgegengesetzt zur ersten Seite, zum Durchführen einer Abdichtbeziehung zwischen der Deckplatte und einer Innenfläche der Bodenwanne zum Einschließen der Mehrzahl von Fluidkanälen, die in dem Strömungspfadbereich für das Kühlmedium definiert ist; und einen Deckelbereich, der für eine Anordnung in Abdichtbeziehung mit der Bodenwanne derart ausgebildet ist, dass der Deckelbereich und die Bodenwanne zusammen einen offenen Innenraum zum Aufnehmen der an der Deckplatte angeordneten wärmeerzeugenden Komponenten begrenzen, wobei der Deckelbereich eine Dichtfläche aufweist, die mit dem Umfangsflansch der Bodenwanne in einer einander gegenüberstehenden Abdichtbeziehung angeordnet sind.
Wärmetauscher nach Anspruch 19, bei dem: die Deckplatte aus einem ersten thermisch leitenden Material besteht und die Bodenwanne und der Deckelbereich aus einem zweiten, nicht thermisch leitenden Material bestehen.
Batterieumfassung umfassend: eine Bodenwanne mit einer Bodenwand und einer Seitenwand, die sich im allgemeinen senkrecht zu der Bodenwand erstreckt und die Bodenwand umgibt; einen Deckelbereich, der für eine Anordnung in Abdichtbeziehung mit der Bodenwanne derart ausgebildet ist, dass der Deckelbereich und die Bodenwanne zusammen einen offenen Innenraum zum Aufnehmen einer oder mehrerer aufladbarer Batterieeinheiten definieren; wobei die Bodenwanne einen Strömungspfadbereich für Kühlmittel in der Bodenwand der Bodenwanne definiert ist, wobei die Batterieumfassung weiterhin umfasst: eine Deckplatte mit einer ersten Seite, die einen Haupt-Wärmetauscherbereich zum Aufnehmen der einen oder mehreren aufladbaren Batterieeinheiten definiert, und einer zweiten Seite, entgegengesetzt zur ersten Seite, zum Durchführen einer Abdichtbeziehung zwischen der Deckplatte und einer Innenfläche der Bodenwanne zum Einschließen des Strömungspfadbereichs für das Kühlmedium; einen Fluideinlassdurchgang, der in der Bodenwanne zum Einlassen eines Wärmetauscherfluids in den Strömungspfadbereich für das Kühlmedium angeordnet ist; und einen Fluidauslassdurchgang, der in der Bodenwanne zum Auslassen des Wärmetauscherfluids aus dem Strömungspfadbereich für das Kühlmedium angeordnet ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 21, bei dem: der Strömungspfadbereich für Kühlmedium eine Mehrzahl von Fluidkanälen einschließt, wobei die Mehrzahl von Fluidkanälen sich zwischen einem Einlassverteilerbereich und einem Auslassverteilerbereich erstreckt und ein Umfangsflanschbereich sich von dem Strömungspfadbereich für Kühlmedium erstreckt und diesen umgibt, wobei der Umfangsflanschbereich der Bodenwanne und ein entsprechender Bereich der zweiten Seite der Deckplatte in einer einander gegenüberstehenden Abdichtbeziehung angeordnet sind, wenn die Deckplatte in der Bodenwanne angeordnet ist und über dem Strömungspfadbereich für Kühlmedium ausgerichtet ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 21 oder 22, bei dem: die Deckplatte aus einem ersten thermisch leitenden Material besteht und die Bodenwanne und der Deckelbereich aus einem zweiten, nicht thermisch leitenden Material besteht.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 21 bis 23, bei dem die Deckplatte an der Bodenwanne in fluiddichter Weise befestigt ist.