DE202012102969U1

DE202012102969U1 - Batteriekühlungsanordnung

Info

Publication number: DE202012102969U1
Application number: DE201220102969
Authority: DE
Original assignee: Visteon Global Technologies Inc
Current assignee: Hanon Systems Corp
Priority date: 2011-09-21
Filing date: 2012-08-07
Publication date: 2012-09-05
Anticipated expiration: 2022-08-08
Also published as: CN103022589B; JP2013069690A; DE102012108885A1; US20130071707A1; US8551632B2; JP5523530B2; CN103022589A

Abstract

Batteriekühlungsanordnung aufweisend – eine Batterie (1), – zwei Batteriekühlerrohre (2) die parallel zueinander beabstandet in Längserstreckung an der Batterie (1) angeordnet sind und – ein Verspannelement (4), welches die Batteriekühlerrohre (3) zur thermischen Kontaktierung gegen die Batterie (1) presst, wobei das Verspannelement (4) zwei Spannflügel (8) und ein dazwischenliegendes Mittelteil (9) aufweist und dass jeder Spannflügel (8) ein Batteriekühlerrohr (3) in Längserstreckung kontaktiert.

Description

Die Erfindung betrifft eine Batteriekühlungsanordnung, mit einem Batteriekühlerrohr, welches mit einer gleichmäßigen Anpresskraft an eine Batterie oder ein Batteriemodul eines Kraftfahrzeuges zur verbesserten thermischen Kontaktierung angepresst wird.
In elektrischen Energiespeichern, den üblicherweise als Batterien bezeichneten Vorrichtungen zur Spannungsversorgung von Kraftfahrzeugen, wie Elektrofahrzeugen oder Hybridfahrzeugen, kommt meist eine Mehrzahl an Batteriemodulen zum Einsatz, welche nach den elektrochemischen Prinzipien der Oxidation und Reduktion mit Hilfe eines Elektrolyten arbeiten und dabei Verlustwärme produzieren.
Ein Stapel aus den einzelnen Batteriemodulen wird zumeist über eine mechanische Endplatte und Zuganker zu dem Energiespeicher verspannt. Endplatten und Zuganker dienen neben der mechanischen Fixierung der Module zueinander insbesondere dazu, eine Verformung durch Gasdruckänderungen, welche beim Betrieb der Batteriemodule auftreten, entgegenzuwirken.
Batteriemodule benötigen in der Regel eine Kühlung, um die benötigte Betriebstemperatur sicherzustellen, dass heißt die überschüssige Wärme mittels eines Wärmeüberträgers, auch Batteriekühler genannt, abzuführen. Bei Hybridfahrzeugen kann der Batteriekühler an dem Kühlmittelkreislauf des Verbrennungsmotors angeschlossen sein, bei Elektrofahrzeugen an dem Kältemittelkreislauf der Klimaanlage.
Nach dem Stand der Technik werden die Batteriekühler, beziehungsweise die Batteriekühlerrohre, direkt mit den Batterien verklebt oder über das Batteriegehäuse an die Batteriemodule gepresst.
In der DE 10 2010 038 600 A1 wird beispielsweise eine Kühlanordnung für ein Batteriemodul beschrieben, bei dem eine Federanordnung die Kühlanordnung flächig an den Boden des Batteriemoduls presst, wobei die Federanordnung zwischen dem Batteriegehäuse und der Kühlanordnung angeordnet ist und sich am Boden des Batteriegehäuses abstützt.
In der EP 2337142 A1 wird eine Kühlanordnung für ein Batteriemodul beschrieben, bei dem eine flächige Kontaktplatte der Kühlanordnung federelastisch ausgebildet ist und sich vorgespannt an die Unterseite der Batterie presst.
In der DE 10 2010 029 872 A1 wird eine Kühlanordnung für ein Batteriemodul beschrieben, bei dem mehrere Spannelemente einen flächigen Kühlkörper an den Boden der Batteriemodule presst.
Im Allgemeinen sind die aktuellen Konzepte zur Anpressung des Batteriekühlers an die Batteriemodule sehr massiv ausgeführt, so dass sie viel Bauraum beanspruchen und stark zum Gesamtgewicht der Batterie beitragen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine einfache, leichte und kostengünstige Batteriekühlungsanordnung bereitzustellen, bei der mit minimalem Bauraumbedarf die Batteriemodule gekühlt werden können.
Die Aufgabe wird durch einen Gegenstand gemäß den Merkmalen des Schutzanspruchs 1 gelöst, Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe insbesondere durch eine Batteriekühlungsanordnung gelöst, welche eine Batterie, zwei Batteriekühlerrohre und ein Verspannelement aufweist, welches die Batteriekühlerrohre zur thermischen Kontaktierung gegen die Batterie presst. Die Batteriekühlerrohre sind parallel zueinander beabstandet und in Längserstreckung an der Batterie angeordnet, wobei davon ausgegangen wird, dass die Batterie üblicherweise eine rechteckige Form aufweist. Das Verspannelement ist aus einem Mittelteil und zwei von beiden Seiten des Mittelteils ausgehenden Spannflügeln aufgebaut, wobei jeder Spannflügel ein Batteriekühlerrohr in Längserstreckung kontaktiert. Damit wird das Batteriekühlerrohr, welches nach einer bevorzugten Ausgestaltung als Flachrohr ausgebildet ist, auf seiner gesamten Länge gegen die Batterie gepresst und die Verlustwärmeaufnahme von der Batterie kann über eine große Fläche der Flachrohre bei entsprechender Pressung aufgenommen werden.
Um eine gleichmäßige Spannkraft über die gesamte Längserstreckung der Batteriekühlerrohre zu erreichen, ist das Mittelteil des Verspannelementes, von welchem die Spannflügel abgehen, bevorzugt mit einer Versteifung versehen.
Diese Versteifung in Längserstreckung ist vorteilhaft als Ausstellung oder Verrippung ausgebildet.
Das Verspannelement selbst ist vorteilhaft als Federblech aus einem metallischen Material ausgebildet.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Verspannelement direkt mit der Batterie am Mittelteil über eine Schraubverbindung reversibel form- und kraftschlüssig verbunden. Alternativ erfolgt eine formschlüssige Führung durch das Gehäuse und eine Verpressung über eine Zellverschraubung.
Da schließlich die einzelnen Energiespeicherzellen bereits während der Vormontage mit dem Batteriekühler verschraubt werden können, bleibt der Aufwand bei der Endmontage relativ gering.
Das Verspannelement ist gegenüber dem Batteriekühlerrohr bevorzugt thermisch isoliert ausgebildet, um einen unerwünschten Wärmeeintrag über das Verspannelement zu verhindern.
Sofern das Verspannelement direkt mit der Batterie verbunden ist, kann jedoch eine zusätzliche Wärmeübertragung von der Batterie über das Verspannelement auf die Batteriekühlerrohre gewünscht sein, wobei in die Batteriekühlerrohre dann von einer Seite Wärme direkt von der Batterie und von der anderen Seite indirekt über die Verspannelemente eingeleitet wird.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist das Verspannelement eine Länge zwischen 150 mm und 400 mm in Abstimmung mit der Länge der Batterie auf.
Die Materialstärke des Verspannelementes liegt bei einer Ausgestaltung aus Blech zwischen 0,3 mm und 1,0 mm.
Bevorzugt ist das Verspannelement an einem starren Träger zur Versteifung gehaltert, wobei der Träger eine Materialstärke zwischen 6 mm und 10 mm aufweist.
Alternativ kann ein vorgewölbter Träger verwendet werden, welcher bei der Montage definiert verformt wird. In diesem Fall kann eine Materialstärke von weniger als 6 mm gewählt werden.
Der Träger kann auch Bestandteil des Batteriegehäuses sein, beispielsweise eine Rippe auf der das Federblech aufliegt.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass der Träger zur Versteifung eine Vorwölbung aufweist, und so eine Materialstärke weniger als 6 mm aufweist.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der starre Träger in der Gehäusestruktur der Batterie ausgebildet.
Die Konzeption der Erfindung wird durch ein Verspannelement bevorzugt umgesetzt, welches aus einem Metallblech besteht, welches über eine definierte Verformung eine Anpresskraft vom Batteriekühler auf die Batterie beziehungsweise die Batteriemodule erzielt. Über Materialkennwerte, Materialstärke und Ausformung des Verspannelements kann die Federkennlinie nach dem Hookschen Gesetz entsprechend den technischen Anforderungen eingestellt werden.
Bei hohen Toleranzen des Bauraums und der Batteriemodule kann es von Vorteil sein, das Federblech bei der ersten Montage plastisch zu verformen, beziehungsweise eine plastische Verformung bewusst zuzulassen. Dadurch erfolgt gewissermaßen eine Prägung auf den Bauraum.
Um das Verspannelement über große Spannweiten ohne zusätzliche Abstützung zu nutzen, wird der Mittelteil versteift.
Bei geringen Spannweiten kann die Versteifung über Ausstellungen oder Verrippungen im Blech erfolgen.
Bei Spannweiten größer 200 mm ist eine zusätzliche Versteifung durch einen separaten Träger von Vorteil. Bei Verwendung eines zusätzlichen Trägers kann die Federkennlinie des Federblechs genauer auf die benötigten Anpresskräfte ausgelegt werden.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, die Spannflügel des Verspannelementes Quer zur Längsachse mit Schlitzen zu versehen. Dadurch entstehen einzelne unabhängig voneinander federnde Abschnitte. Da die Flachrohre sehr flexibel sind, passen sich diese sehr gut an die Unebenheiten der Batterien an. Die einzelnen federnden Abschnitte der Spannflügel wirken wie einzelne Federn punktuell und führen somit zu einer noch besseren Anpassung der Flachrohre an die Batterieoberfläche.
Mit der Erfindung verbinden sich die Vorteile von sehr geringem Gewicht und kleinem Bauraum mit der Möglichkeit, auch bei großen maßlichen Toleranzen der Komponenten eine konstante Anpressung der Batteriekühlerrohre an die Batterie zu realisieren.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen. Es zeigen:
1: Batteriekühlungsanordnung im Querschnitt und
2: perspektivische Darstellung des Verspannelementes.
1 stellt die Batteriekühlungsanordnung im Querschnitt dar. Das Schnittbild zeigt den prinzipiellen Aufbau der Batteriekühlung, wobei das Verspannelement 4 in der dargestellten Ausgestaltung der Erfindung als Federblech 4 ausgeführt ist, welches die Batteriekühlerrohre 3 der Batteriekühlervorrichtung gegen die Batterie, beziehungsweise die Batteriemodule 1, presst. Beim Einbau der Batteriemodule 1, der Batteriekühlerrohre 3 und des Federbleches 4 in das Batteriegehäuse 2 wird das Federblech 4 vorgespannt und stellt eine konstante Anpressung in Längserstreckung der Batteriekühlerrohre 3 an die Batterie 1 sicher.
Falls für die Länge des Federbleches 4 Spannweiten von mehr als 200 mm vorgesehen sind, ist die dargestellte besondere Ausgestaltung der Erfindung von Vorteil, bei der eine zusätzliche Versteifung des Federbleches 4 in Längsrichtung durch einen separaten starren Träger 5 ausgebildet ist. Das Federblech 4 ist mit seinem Mittelteil 9 am Träger 5 fixiert, welche die Federkräfte der Spannflügel 8 des Federbleches 4 aufnimmt. Der Träger 5 ist mit dem Batteriegehäuse 2 verbunden und leitet die Federkräfte in dieses ein.
Alternativ können die Federkräfte über den Träger in die Gehäusestruktur eingeleitet werden.
Die Batteriekühlerrohre 3 sind als Flachrohre ausgeführt, wodurch die mit der Batterie 1 in thermischem Kontakt stehende Oberfläche relativ groß ausgebildet ist. Das Federblech 4 ist im Querschnitt W-förmig ausgestaltet. Die Spannflügel 8 bilden die äußeren Schenkel und sind an den Enden abgewinkelt, so dass eine flächige Auflage der Spannflügel 8 auf den Batteriekühlerrohren 3 erfolgt. Die mechanisch relativ empfindlichen Flachrohre 3 werden somit durch die Federkräfte und eventuelle Relativbewegungen der Spannflügel 8 zu den Flachrohren 3 nicht durch das scharfkantige Federblech der Spannflügel 8 beschädigt. Zudem ist eine gleichmäßige und gerichtete Kraftübertragung auf die Flachrohre 3 dadurch sichergestellt.
2 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Federbleches 4 mit Versteifungen, die beidseitig der Längsachse 7 ausgebildet sind. Das Federblech 4 besteht aus einem Mittelteil 9, welche beidseits in Spannflügel 8 übergeht, wobei in der dargestellten Ausführung das Federblech 4 einteilig aus einem entsprechend geformten und vergüteten Blech ausgebildet ist. Der Querschnitt ist spiegelsymmetrisch, so dass die Spannflügel 8 jeweils in der Darstellung die Anpresskraft nach oben entfalten. Die Versteifungen werden durch Ausstellungen oder Verrippungen 6 im Blech parallel zur Längsachse 7 des Federbleches 4 ausgeformt.
Bezugszeichenliste

1: Batterie, Batteriemodul,
2: Batteriegehäuse
3: Batteriekühlerrohre, Flachrohre
4: Verspannelement, Federblech
5: starrer Träger
6: Ausstellungen, Verrippungen
7: Längsachse
8: Spannflügel
9: Mittelteil

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102010038600 A1 [0006]
EP 2337142 A1 [0007]
DE 102010029872 A1 [0008]

Claims

Batteriekühlungsanordnung aufweisend – eine Batterie (1), – zwei Batteriekühlerrohre (2) die parallel zueinander beabstandet in Längserstreckung an der Batterie (1) angeordnet sind und – ein Verspannelement (4), welches die Batteriekühlerrohre (3) zur thermischen Kontaktierung gegen die Batterie (1) presst, wobei das Verspannelement (4) zwei Spannflügel (8) und ein dazwischenliegendes Mittelteil (9) aufweist und dass jeder Spannflügel (8) ein Batteriekühlerrohr (3) in Längserstreckung kontaktiert.
Batteriekühlungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittelteil (9) des Verspannelementes (4) eine Versteifung in Längserstreckung aufweist.
Batteriekühlungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Versteifung in Längserstreckung als Ausstellungen oder Verrippungen (6) ausgebildet sind.
Batteriekühlungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verspannelement (4) als Federblech ausgeführt ist und aus einem metallischen Material besteht.
Batteriekühlungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verspannelement (4) mit der Batterie (1) am Mittelteil (9) mittels einer Schraubverbindung reversibel formschlüssig verbunden ist.
Batteriekühlungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Verspannelement (4) gegenüber dem Batteriekühlerrohr (3) thermisch isoliert ausgebildet ist.
Batteriekühlungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verspannelement (4) eine Länge zwischen 150 mm und 400 mm aufweist.
Batteriekühlungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Verspannelement (4) eine Materialstärke zwischen 0,3 mm und 1,0 mm aufweist.
Batteriekühlungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Verspannelement (4) an einem starren Träger (5) zur Versteifung gehaltert ist.
Batteriekühlungsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der starre Träger (5) zur Versteifung eine Materialstärke zwischen 6 mm und 10 mm aufweist.
Batteriekühlungsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (5) zur Versteifung eine Vorwölbung aufweist, und so eine Materialstärke weniger als 6 mm aufweist.
Batteriekühlungsanordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (5) in der Gehäusestruktur der Batterie ausgebildet ist.
Batteriekühlungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannflügel (8) quer zur Längsachse (7) Schlitze aufweisen, die die Spannflügel (8) in einzelne unabhängig voneinander federnde Abschnitte unterteilen.