DE202019005654U1

DE202019005654U1 - Nutzung eines toten Kanals zur Verbesserung von Temperaturgleichförmigkeit auf thermischem Grenzflächenmaterial

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Publication number: DE202019005654U1
Application number: DE202019005654.8U
Authority: DE
Original assignee: Dana Canada Corp
Current assignee: Dana Canada Corp
Priority date: 2018-06-08
Filing date: 2019-06-07
Publication date: 2021-04-30
Anticipated expiration: 2029-06-08
Also published as: US20210242516A1; CN215930673U; WO2019232642A1

Abstract

Wärmetauscher, umfassend:
(a) eine erste Platte mit einer Innenfläche und einer Außenfläche;
(b) eine zweite Platte mit einer Innenfläche und einer Außenfläche, wobei die erste und zweite Platte so zusammengefügt sind, dass ihre Innenflächen einander entgegengesetzt zugewandt sind, und wobei Teile der Innenflächen voneinander beabstandet sind;
(c) eine Vielzahl von Fluidströmungsdurchgängen, die für Strömung eines Wärmeübertragungsfluids angepasst sind und die sich zwischen den voneinander beabstandeten Teilen der Innenflächen der ersten und der zweiten Platte befinden;
(d) eine Teilungsrippe, die den Wärmetauscher in einen Einlassabschnitt und einen Auslassabschnitt teilt, wobei jeder aus dem Einlassabschnitt und dem Auslassabschnitt eine Vielzahl der Fluidströmungsdurchgänge aufweisen;
(e) eine im Einlassabschnitt befindliche Einlassöffnung zum Liefern des Wärmeübertragungsfluids zu der Vielzahl von Fluidströmungsdurchgängen; und
(f) eine Auslassöffnung im Auslassabschnitt zum Abgeben des Wärmeübertragungsfluids aus der Vielzahl von Fluidströmungsdurchgängen;
wobei sich sowohl die Einlassöffnung als auch die Auslassöffnung nahe einem ersten Ende des Wärmetauschers, auf gegenüberliegenden Seiten der Teilungsrippe, befinden;
wobei die Teile der Innenflächen der ersten und zweiten Platte, die voneinander beabstandet sind, einen Gesamtwärmeübertragungs-Oberflächenbereich des Wärmetauschers definieren, und wobei der Gesamtwärmeübertragungs-Oberflächenbereich eine Summe aus dem Wärmeübertragungs-Oberflächenbereich des Einlassabschnitts und dem Wärmeübertragungs-Oberflächenbereich des Auslassabschnitts ist; und
wobei der Wärmeübertragungs-Oberflächenbereich des Einlassabschnitts kleiner ist als der Wärmeübertragungs-Oberflächenbereich des Auslassabschnitts.

Description

VERWEIS AUF ZUGEHÖRIGE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität und den Vorteil der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 62/682,610 , eingereicht am 8. Juni 2018, deren Inhalt durch Bezugnahme hierin aufgenommen wird.
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Thermomanagement wiederaufladbarer Batterien innerhalb eines Energiespeichersystems eines batterieelektrischen Fahrzeugs (Battery Electrical Vehicle, BEV) oder hybridelektrischen Fahrzeugs (Hybrid Electric Vehicle, HEV) und insbesondere Wärmetauscher, die dazu ausgestaltet sind, aufladbare Batterien zu kühlen.
HINTERGRUND
Energiespeichersysteme, wie etwa solche, die in BEVs und HEVs verwendet werden, umfassen wiederaufladbare Lithiumionenbatterien. Eine typische wiederaufladbare Batterie für ein BEV oder HEV umfasst eine Anzahl von Batteriemodulen, die elektrisch in Reihe und/oder parallel miteinander verbunden sind, um der Batterie die gewünschte Systemspannung und - kapazität bereitzustellen. Jedes Batteriemodul umfasst mehrere Batteriezellen, die elektrisch in Reihe und/oder parallel miteinander verbunden sind, wobei die Batteriezellen in Form von Taschenzellen, prismenförmigen Zellen oder zylindrischen Zellen vorliegenden können.
Wiederaufladbare Fahrzeugbatterien in BEVs und HEVs erzeugen große Mengen von Wärme, die abgeleitet werden muss, und daher müssen diese Typen von Batterien oder Batteriesystemen gekühlt werden, um ihre Lebensdauer zu verlängern.
Flüssigkeitsgekühlte Wärmetauscher können verwendet werden, um die thermische Last dieser wiederaufladbaren Batterien zu managen. Diese Batterie-Wärmetauscher umfassen typischerweise „Kühlplatten“-Wärmetauscher oder „ICE“-Plattenwärmetauscher (ICE: Inter-Cell-Elements, zellenverbindende Elemente). Ein Kühlplattenwärmetauscher ist ein Wärmetauscher, der eine flache obere Fläche aufweist, an der eine oder mehrere Batteriezellen angeordnet sind, wobei die Anzahl von Batteriezellen, die jeder Kühlplatte zugeordnet sind, variabel ist und abhängig von der Fläche der Kühlplatte ein oder mehrere Batteriemodule umfassen kann. Typischerweise werden die Batteriezellen, die auf der Kühlplatte angeordnet sind, prismenförmige oder zylindrische Zellen sein, die in starren Behältern untergebracht sind. Beispielsweise können prismenförmige Zellen in kastenartigen Behältern aufgenommen sein, die in einander zugewandtem Kontakt angeordnet sind.
Dagegen sind ICE-Plattenwärmetauscher zwischen benachbarten Taschenzellen oder prismenförmigen Zellen angeordnet oder „eingelegt“, wobei die einzelnen ICE-Plattenwärmetauscher über gemeinsame Einlass- und Auslassverteiler fluidisch miteinander verbunden sind. Beispiele für Kühlplattenwärmetauscher und ICE-Plattenwärmetauscher sind in der US-Patentanmeldung Nr. 14/972,463 mit dem Titel COUNTER-FLOW HEAT EXCHANGER FOR BATTERY THERMAL MANAGEMENT APPLICATIONS (Veröffentlichungsnr. US 2016/0204486 A1 ) des gleichen Anmelders, die in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme hierin aufgenommen ist, beschrieben.
Eine Temperaturgleichförmigkeit über die Oberfläche von Batteriewärmetauschern ist ein wichtiger Gesichtspunkt bei dem Thermomanagement dieser Typen von Batterieeinheiten oder Gesamtbatteriesystemen, da Temperaturgleichförmigkeit über die Oberfläche des Wärmetauschers sicherstellt, dass eine minimale Temperaturdifferenz in den einzelnen Batteriezellen und zwischen benachbarten Batteriezellen der Fahrzeugbatterie besteht. Das Sicherstellen einer angemessenen Temperaturgleichförmigkeit ist ein herausfordernder Aspekt des Entwurfs von Wärmetauschern, da die Temperatur des Wärmeübertragungsfluids am Auslass höher als am Einlass ist.
Es besteht ein Bedarf an Batteriewärmetauschern, die eine verbesserte Temperaturgleichförmigkeit entlang der Flächen erreichen, die in Kontakt mit den Batteriezellen sind.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Wärmetauscher bereitgestellt, umfassend: (a) eine erste Platte mit einer Innenfläche und einer Außenfläche; (b) eine zweite Platte mit einer Innenfläche und einer Außenfläche, wobei die erste und zweite Platte so zusammengefügt sind, dass ihre Innenflächen einander zugewandt sind, und wobei Teile der Innenflächen voneinander beabstandet sind; (c) eine Vielzahl von Fluidströmungsdurchgängen, die für Strömung eines Wärmeübertragungsfluids angepasst sind und die sich zwischen den voneinander beabstandeten Teilen der Innenflächen der ersten und der zweiten Platte befinden; (d) eine Teilungsrippe, die den Wärmetauscher in einen Einlassabschnitt und einen Auslassabschnitt teilt, wobei jeder aus dem Einlassabschnitt und dem Auslassabschnitt eine Vielzahl der Fluidströmungsdurchgänge aufweist; (e) eine im Einlassabschnitt befindliche Einlassöffnung zum Liefern des Wärmeübertragungsfluids zu der Vielzahl von Fluidströmungsdurchgängen; und (e) eine Auslassöffnung im Auslassabschnitt zum Abgeben des Wärmeübertragungsfluids aus den mehreren Fluidströmungsdurchgängen; wobei sich sowohl die Einlassöffnung als auch die Auslassöffnung nahe einem ersten Ende des Wärmetauschers, auf gegenüberliegenden Seiten der Teilungsrippe, befinden; wobei die Teile der Innenflächen der ersten und zweiten Platte, die voneinander beabstandet sind, einen Gesamtwärmeübertragungs-Oberflächenbereich des Wärmetauschers definieren, und wobei der Gesamtwärmeübertragungs-Oberflächenbereich eine Summe aus dem Wärmeübertragungs-Oberflächenbereich des Einlassabschnitts und dem Wärmeübertragungs-Oberflächenbereich des Auslassabschnitts ist; und wobei der Wärmeübertragungs-Oberflächenbereich des Einlassabschnitts kleiner ist als der Wärmeübertragungs-Oberflächenbereich des Auslassabschnitts ist.
Figurenliste
Beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden nun beispielhaft unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, wobei:

1 eine perspektivische Ansicht eines Batteriewärmetauschers mit einer Vielzahl von Batteriezellen ist, die auf seiner oberen Fläche gelagert sind;
2 eine perspektivische Explosionsansicht des Batteriewärmetauschers und der Batteriezellen von 1 ist;
3 eine perspektivische Explosionsansicht des Batteriewärmetauschers von 1 ist;
4 eine Draufsicht auf die untere Platte des Batteriewärmetauschers von 1 ist;
5 ein Längsschnitt entlang einer Linie 5-5' von 2 ist;
6 ein Querschnitt entlang einer Linie 6-6' von 2 ist;
7 den Wärmeübertragungs-Oberflächenbereich des Wärmetauschers von 1 veranschaulicht;
8 eine Draufsicht auf einen Wärmetauscher mit einer alternativen Gestaltung der unteren Platte veranschaulicht;
9 eine perspektivische Explosionsansicht eines Batteriewärmetauschers mit Batteriezellen gemäß einer weiteren Ausführungsform ist;
10 eine Draufsicht auf die untere Platte des Batteriewärmetauschers von 9 ist;
11 eine Draufsicht auf die untere Platte des Batteriewärmetauschers gemäß einer weiteren Ausführungsform ist; und
12 eine perspektivische Explosionsansicht von unten eines Batteriewärmetauschers einer weiteren Ausführungsform ist.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die hier beschriebenen Wärmetauscher sind im Allgemeinen flache, planare, fluidtragende Tafeln mit entgegengesetzten Außenflächen, wobei mindestens eine der Außenflächen für einen thermischen Kontakt mit einer oder mehreren Batteriezellen und/oder einem oder mehreren Batteriemodulen einer wiederaufladbaren Batterie eines BEV oder HEV ausgestaltet ist.
Ein Wärmetauscher 10 gemäß einer ersten Ausführungsform ist in den 1 bis 7 gezeigt. Der Wärmetauscher 10 umfasst eine erste Platte 12 mit einer Innen- und einer Außenfläche 14, 16 und eine zweite Platte 18 mit einer Innen- und einer Außenfläche 20, 22. Der Wärmetauscher 10 ist eine „Kühlplatte“, bei der die Außenfläche 16 der ersten Platte 12 eine flache Fläche bereitstellt, auf der eine oder mehrere Batteriezellen 2 und/oder Batteriemodule 4 gelagert sind.
Die zweite Platte 18 weist eine Innen- und eine Außenfläche 20, 22, die einander gegenüberliegen, auf, und ist so geformt, beispielsweise durch Prägen, Ziehen oder Gießen, dass sie eine allgemein flache, planare Basis 24 aufweist, die auf allen Seiten von einer erhöhten peripheren Seitenwand 26 umgeben ist, die sich von der Basis 24 zu einem planaren Flansch 28 erstreckt, eine planare periphere Dichtfläche 30 auf der Innenfläche 20 der zweiten Platte 18 definierend. Die erste und die zweite Platte 12, 18 sind in abdichtender Weise zusammengefügt, wobei ihre Innenflächen 14, 20 einander zugewandt sind und Teile der Innenflächen 14, 20 voneinander beabstandet sind. Die planare periphere Dichtfläche 30 der zweiten Platte 18 ist abdichtend mit einer planaren peripheren Dichtfläche 32 an der Innenfläche 14 der ersten Platte 12 verbunden, wobei Teile der Innenfläche 14, 20, von entsprechenden Dichtflächen 32, 30 nach innen, voneinander beabstandet sind.
Die planare Basis 24 der zweiten Platte 18 ist mit einer Vielzahl voneinander beabstandeter Rippen 68, 70 versehen, die (in Kombination mit der Innenfläche 14 der Abdeckplatte 12) eine Vielzahl von Fluidströmungsdurchgängen 34 mit einem offenen ersten und einem offenen zweiten Ende 36, 38 definieren. Die Rippen 68, 70 weisen ein erstes und ein zweites Ende 76, 78 auf und erstrecken sich aus der Ebene der planaren Basis 24 nach oben, eine Höhe aufweisend, die ausreicht, dass die flache oder abgerundete obere Fläche jeder Rippe 68, 70 eine Dichtfläche definiert, die im Wesentlichen koplanar mit der Dichtfläche 30 des planaren Flansches 28 ist. Im zusammengebauten Wärmetauscher 10 sind die Dichtfläche 30 des planaren Flansches 28 und die Dichtflächen der Rippen 68, 70 abdichtend an die Innenfläche 14 der Abdeckplatte 12 gefügt, sodass die Innenfläche 14 der Abdeckplatte 12 die oberen Wände der Fluidströmungsdurchgänge 34 definiert, wobei die planare Basis 24 der Basisplatte 18 die unteren Wände der Fluidströmungsdurchgänge 34 definiert und die Rippen 68, 70 und die periphere Seitenwand 26 zusammen die Seiten der Fluidströmungsdurchgänge 34 definieren. In der vorliegenden Ausführungsform sind die Rippen 68, 70 gerade und parallel zueinander und zu einer zentralen Längsachse X, die sich zwischen den entgegengesetzten Enden 72, 74 des Wärmetauschers 10 erstreckt.
Die 1 und 2 zeigen schematisch ein Batteriemodul 4, das vier prismenförmige Batteriezellen 2 umfasst, die auf der Außenfläche 16 der ersten Platte 12 gelagert sind. Jede Batteriezelle 2 weist eine Vielzahl von rechteckigen Flächen, einschließlich einer oberen Fläche 54, einer unteren Fläche 56, eines Paares gegenüberliegender Seitenflächen 58 und eines Paares gegenüberliegender Stirnflächen 60, auf. Die unteren Flächen 56 sind in thermischem Kontakt mit der Außenfläche 16 der ersten Platte 12. Obwohl nicht gezeigt, sind die Batteriezellen 2 elektrisch miteinander verbunden, und das Batteriemodul 4 ist elektrisch mit anderen Batteriemodulen der Fahrzeugbatterie verbunden. Auch die Anzahl und Anordnung der Batteriezellen 2 und des Moduls/der Module 4, die auf dem Wärmetauscher gelagert sind, können sich von den gezeigten unterscheiden.
Eine dünne Schicht von thermischem Grenzflächenmaterial (Thermal Interface Material, TIM) 52 (2) ist zwischen der Außenfläche 16 der ersten Platte 12 und den unteren Flächen 56 der Batteriezellen 2 bereitgestellt, um den thermischen Kontakt zwischen dem Wärmetauscher 10 und Batteriezellen 2 zu verbessern. Das TIM kann ein thermisch leitfähiges Fett, Wachs oder Metallmaterial umfassen.
Der Wärmetauscher 10 ist für ein U-förmiges Strömungsmuster von Wärmeübertragungsfluid über die Innenfläche 20 der zweiten Platte 18 ausgelegt. Die Rippe 68 ist eine Teilungsrippe, die den Wärmetauscher 10 in einen Einlassabschnitt 64 und einen Auslassabschnitt 66 teilt. Die Teilungsrippe 68 erstreckt sich entlang der zentralen Längsachse X, sodass der Einlass- und der Auslassabschnitt 64, 66 im Wesentlichen die gleiche Oberfläche aufweisen. Das erste Ende 76 der Teilungsrippe 68 ist mit der peripheren Seitenwand 26 am ersten Ende 72 des Wärmetauschers 10 verbunden, und das zweite Ende 78 der Teilungsrippe 68 befindet sich nahe dem und beabstandet vom zweiten Ende 74 des Wärmetauschers 10 und der peripheren Seitenwand 26 am zweiten Ende 74. Das gesamte Wärmeübertragungsfluid muss durch den Spalt zwischen dem zweiten Ende 78 der Teilungsrippe 68 und der peripheren Seitenwand 68 strömen, um vom Einlassabschnitt 64 zum Auslassabschnitt 66 zu gelangen.
Rippen 70 trennen benachbarte Fluidströmungsdurchgänge 34 und werden hierin als „Kanalrippen“ bezeichnet. Die ersten Enden 76 der Kanalrippen 70 sind von der peripheren Seitenwand 26 am ersten Ende 72 des Wärmetauschers 10 beabstandet, und die zweiten Enden 78 der Kanalrippen 72 sind von den peripheren Seitenwänden 26 am zweiten Ende 74 des Wärmetauschers 10 beabstandet. Obwohl nicht wesentlich, ist die Anzahl der Kanalrippen 70 auf jeder Seite der Teilungsrippe 68 im Wärmetauscher 10 gleich, sodass der Einlass- und Auslassabschnitt 64, 66 die gleiche Anzahl von Fluidströmungsdurchgängen 34 aufweisen.
Der Wärmetauscher 10 umfasst ferner eine Einlass- und eine Auslassöffnung 40, 42, die sich im entsprechenden Einlass- und Auslassabschnitt 64, 66 befinden. Die Einlassöffnung 40 ist dazu ausgestaltet, Wärmeübertragungsfluid an den Einlassabschnitt 64 zu liefern, und die Auslassöffnung 42 ist dazu ausgestaltet, Wärmeübertragungsfluid aus dem Auslassabschnitt 66 abzuführen. Die Einlass- und die Auslassöffnung 40, 42 umfassen Öffnungen in der ersten Platte 12, von der planaren peripheren Dichtfläche 32 aus nach innen befindlich. Aufgrund der U-Strömungskonfiguration des Wärmetauschers 10 befinden sich die Einlass- und die Auslassöffnung 40, 42 beide entlang einer der Kanten der ersten Platte 12 und nahe dem ersten Ende 72 des Wärmetauschers 10.
Die Einlassöffnung 40 ist mit einem röhrenförmigen Einlassanschluss 48 versehen und die Auslassöffnung 42 ist mit einem röhrenförmigen Auslassanschluss 50 versehen, wobei die Anschlüsse 48, 50 von der Außenfläche 16 der ersten Platte 12 nach oben vorstehen, um eine Fluidverbindung zwischen den Fluidströmungsdurchgängen 34 und einem Fluidzirkulationssystem (nicht gezeigt) des Fahrzeugs bereitzustellen. Die Öffnungen 40, 42 und die Anschlüsse 48, 50 sind außerhalb des und unmittelbar benachbart zu dem Bereich der Außenfläche 16 der ersten Platte 12, der von Batteriezellen 2 belegt ist, angeordnet.
Ein Umkehrbereich 80 ist in dem Raum definiert, der die zweiten Enden 38 von Fluidströmungsdurchgängen 34 und die zweiten Enden 78 der Rippen 68, 70 von der peripheren Seitenwand 26 am zweiten Ende 74 des Wärmetauschers 10 trennt. Dieser Umkehrbereich 80 erstreckt sich quer über die Breite des Wärmetauschers 10 und gestattet dem Wärmeübertragungsfluid, die Fluidströmungsdurchgänge 34 des Einlassabschnitts 64 zu verlassen und in die Fluidströmungsdurchgänge 34 des Auslassabschnitts 66 einzutreten. Der Umkehrbereich 80 kann Stützstrukturen wie Vertiefungen 82 umfassen, die von der planaren Basis 24 der zweiten Platte 18 nach oben vorstehen und abdichtend mit der Innenfläche 14 der ersten Platte 12 verbunden sind.
Ein Einlassverteilerbereich 84 ist in der Nähe der Einlassöffnung 40, in dem Raum, der die ersten Enden 36, 76 von Fluidströmungsdurchgängen 34 und Kanalrippen 70 von der peripheren Seitenwand 26 am ersten Ende 72 des Wärmetauschers 10 trennt, bereitgestellt. Ähnlich ist ein Auslassverteilerbereich 86 in der Nähe der Auslassöffnung 42 in dem Raum, der die zweiten Enden 38, 78 von Fluidströmungsdurchgängen 34 und Kanalrippen 70 im Auslassabschnitt 66 von der peripheren Seitenwand 26 am ersten Ende 72 des Wärmetauschers 10 trennt, bereitgestellt.
Aufgrund des Vorhandenseins von Rippen 68, 70 und Vertiefungen 82 usw. ist der Oberflächenbereich der Regionen des Wärmetauschers 10, durch die das Wärmeübertragungsfluid strömt, kleiner als der gesamte Oberflächenbereich der ersten Platte 12 und kleiner als der gesamte Oberflächenbereich, der von den Batteriezellen 2 eingenommen wird. In dieser Hinsicht sind die Regionen, durch welche das Wärmeübertragungsfluid strömt, jene Regionen, in denen die erste und die zweite Platte 12, 18 voneinander beabstandet sind, einschließlich der Fluidströmungsdurchgänge 34, des Umkehrbereichs 80 und der Verteilerbereiche 84, 86. Der gesamte Oberflächenbereich dieser Regionen durch den gesamten Wärmetauscher 10 ist in 7 veranschaulicht und ist hierin als der „Gesamtwärmeübertragungs-Oberflächenbereich 62“ des Wärmetauschers 10 definiert. Darüber hinaus weisen der Einlass- und der Auslassabschnitt 64, 66 jeweils einen Wärmeübertragungs-Oberflächenbereich auf, in 7 bezeichnet durch die Bezugszeichen 88 bzw. 90. In 7 sind die Wärmeübertragungs-Oberflächenbereiche 88, 90 durch eine unterschiedliche Schraffur voneinander differenziert, und es ist zu sehen, dass die zentrale Achse X die Wärmeübertragungs-Oberflächenbereiche 88, 90 trennt. Der Gesamtwärmeübertragungs-Oberflächenbereich 62 des Wärmetauschers 10 ist die Summe der Wärmeübertragungsbereiche 88 und 90 des Einlass- und des Auslassabschnitts 64, 66.
Die erste und die zweite Platte 12, 18 können aus Aluminium oder Legierungen davon bestehen und können durch Hartlöten in einem Lötofen zusammengefügt werden. Obwohl die erste und zweite Platte 12, 18 so gezeigt sind, dass sie die gleichen oder eine ähnliche Dicke aufweisen, kann die erste Platte 12 eine Wärmesenke oder einen Wärmeverteiler mit einer Dicke, die größer ist als jene der zweiten Platte 18, über mindestens einen Abschnitt Ihres Bereichs umfassen, wie weiter unten beschrieben wird.
Wenn das Wärmeübertragungsfluid durch die Fluidströmungsdurchgänge 34 strömt, absorbiert es Wärme von den Batteriezellen 2 und wird graduell erwärmt, wenn es von der Einlassöffnung 40 zu der Auslassöffnung 42 strömt. Dies resultiert in Temperaturdifferenzen, wie gemessen an der Außenfläche 16 der ersten Platte 12 und/oder dem TIM 52 zwischen dem Einlass- und dem Auslassabschnitt 64, 66 und insbesondere zwischen Teilen des Einlass- und Auslassabschnitts 64, 66, die nahe der Einlassöffnung 40 und der Auslassöffnung 42 sind. Die Temperaturgleichförmigkeit (Tmax - Tmin) des Wärmetauschers 10 ist durch die Größe dieser Temperaturdifferenzen, gemessen an verschiedenen Punkten an der Außenfläche 16 der ersten Platte 12 und/oder des TIM 52, definiert. Um negative Auswirkungen auf die Batteriezellen 2 zu vermeiden, muss die Temperaturgleichförmigkeit des Wärmetauschers 10 innerhalb eines vorbestimmten Bereichs gehalten werden, beispielsweise innerhalb etwa 5-8 °C.
Dies wird weiter erläutert unter Bezugnahme auf die 1, 3 und 7, die den Wärmetauscher 10 geteilt in vier Zonen A, B, C, D zeigen, die jeweils dem Bereich der unteren Fläche 56 einer Batteriezelle 2 entsprechen. Jede Zone A, B, C und D umfasst einen Teil des Einlassabschnitts 64 und einen Teil des Auslassabschnitts 66, auf entgegengesetzten Seiten der Teilungsrippe 68 befindlich. Diese Einlass- und Auslassteile jeder Zone A, B, C, D sind in 7 als voneinander durch eine zentrale Achse X getrennt gezeigt. Da sich die Temperatur des Wärmeübertragungsfluids erhöht, während es durch den Wärmetauscher 10 strömt, wird es Temperaturdifferenzen zwischen den Einlass- und Auslassteilen jeder Zone A, B, C und D geben. Darüber hinaus werden aufgrund der U-Strömungskonfiguration des Wärmetauschers 10 die absoluten minimalen und maximalen Temperaturen in den entsprechenden Einlass- und Auslassteilen der Zone A auftreten. Folglich bestehen die höchsten Temperaturdifferenzen (und die geringste Temperaturgleichförmigkeit) zwischen den Einlass- und Auslassteilen der Zone A, insbesondere zwischen den Bereichen, die der Einlass- und der Auslassöffnung 40, 42 unmittelbar benachbart sind.
Temperaturgleichförmigkeit ist auch von Änderungen im Wärmeübertragungskoeffizienten betroffen, verursacht durch die Entwicklung von Grenzschichten entlang der Wände von Kanälen 34, wenn das Wärmeübertragungsfluid von der Einlassöffnung 40 zur Auslassöffnung 42 strömt. Der Wärmeübertragungskoeffizient sinkt, wenn die Grenzschichten stärker voll entwickelt werden, und folglich wird der Wärmeübertragungskoeffizient im Einlassabschnitt 64 allgemein höher als im Auslassabschnitt 66 sein. Die Differenz im Wärmeübertragungskoeffizienten trägt ferner zur Temperaturdifferenz zwischen dem Einlass- und dem Auslassabschnitt 64, 66 bei, Temperaturgleichförmigkeit zwischen ihnen weiter reduzierend.
Um eine adäquate Temperaturgleichförmigkeit aufrechtzuerhalten, müssen die maximalen Batteriezellentemperaturen darüber hinaus unter einem festgelegten Wert gehalten werden, und der Druckabfall des durch den Wärmetauscher 10 gepumpten Fluides muss innerhalb akzeptabler Niveaus gehalten werden, um einen übermäßigen Stromverbrauch zu vermeiden.
Die Wichtigkeit von Temperaturgleichförmigkeit wird unter Bezugnahme auf 8 näher erläutert, die die untere Platte 18' eines alternativen Wärmetauschers 10' zeigt, in der gleiche Elemente durch gleiche, mit einem Strich versehene Bezugszeichen gekennzeichnet sind. Die untere Platte 18' umfasst einen Einlass- und einen Auslassabschnitt 64', 66', die identische Spiegelbilder voneinander sind, wobei die Längen von Kanalrippen 70' im Einlassabschnitt 64' mit den Längen von Kanalrippen 70' im Auslassabschnitt 66' korrespondieren. Aufgrund der identischen Anordnung von Rippen 70' im Einlass- und im Auslassabschnitt 64', 66' des Wärmetauschers 10' werden die Wärmeübertragungsoberflächenbereiche 88', 90' des Einlass- und des Auslassabschnitts 64', 66' die gleichen sein.
Ähnlich ist zu sehen, dass, wenn der Wärmetauscher 10' in Zonen A', B', C', D' geteilt ist, die unteren Flächen 56 der Batteriezellen 2 entsprechen, im Einlass- und im Auslassteil jeder Zone A', B', C', D' das gleiche Rippenmuster existiert. Folglich weisen die Einlass- und die Auslassteile jeder Zone A', B', C', D' den gleichen Wärmeübertragungs-Oberflächenbereich auf.
Die Erfinder haben festgestellt, dass ein Kühlplattenwärmetauscher 10' mit einer unteren Platte 18', wie in 8 gezeigt, eine inakzeptabel hohe Temperaturdifferenz produzieren wird, insbesondere zwischen den Einlass- und Auslassteilen der Zone A. Beispielsweise haben die Erfinder festgestellt, dass die Temperaturdifferenz zwischen den Einlass- und Auslassteilen der Zone A des Wärmetauschers 10' 8,33 °C betragen kann, basierend auf Tmin = 23,84 °C.
Zurückkehrend zur ersten Ausführungsform, umfasst der Wärmetauscher 10 ein oder mehrere Merkmale, um Temperaturgleichförmigkeit zwischen dem Einlass- und dem Auslassabschnitt 64, 66 zu verbessern.
In dieser Hinsicht haben die Erfinder festgestellt, dass das Versehen des Wärmetauschers 10 mit einem Wärmeübertragungs-Oberflächenbereich 88 im Einlassabschnitt 64, der kleiner als der Wärmeübertragungsbereich 90 im Auslassabschnitt 66 ist, einen höhere thermischen Widerstand im Einlassabschnitt 64 produzieren wird und auch eine bessere Temperaturgleichförmigkeit zwischen dem Einlass- und dem Auslassabschnitt 64, 66 produzieren wird.
In einigen Ausführungsformen ist der Unterschied in der Größe der Wärmeübertragungs-Oberflächenbereiche 88 und 90 in einer oder mehreren Zonen des Wärmetauschers 10 konzentriert, die der Einlass- und der Auslassöffnung 40, 42 nahe sind. Beispielsweise können, wo der Wärmetauscher 10 als Zonen A, B, C, D umfassend, wie vorstehend beschrieben, visualisiert ist, eine oder mehrere der Zonen A, B und C im Einlassteil mit einem kleineren Wärmeübertragungs-Oberflächenbereich als im Auslassteil versehen sein.
Beispielsweise ist in einigen Ausführungsformen jede der Zonen A, B und C im Einlassteil mit einem kleineren Wärmeübertragungs-Oberflächenbereich als im Auslassteil versehen, während Zone D in ihren Einlass- und Auslassteilen den gleichen Wärmeübertragungsbereich aufweist.
In anderen Ausführungsformen ist jede der Zonen A und B im Einlassteil mit einem kleineren Wärmeübertragungs-Oberflächenbereich als im Auslassteil versehen, während jede der Zonen C und D in ihren Einlass- und Auslassteilen die gleichen Wärmeübertragungsbereiche aufweist.
In anderen Ausführungsformen ist die Zone A in ihrem Einlassteil mit einem kleineren Wärmeübertragungs-Oberflächenbereich als in ihrem Auslassteil versehen, während jede der Zonen B, C und D in ihren Einlass- und Auslassteilen die gleichen Wärmeübertragungsbereiche aufweisen.
Der Wärmetauscher 10 ist so gezeigt, dass er vier Zonen A, B, C und D umfasst, die jede mit dem Oberflächenbereich der unteren Fläche 56 einer Batteriezelle 2 korrespondieren, wobei jede Zone etwa 25 % der Länge (gemessen entlang der Achse X) des Wärmetauschers 10 umfasst. Es versteht sich jedoch, dass sowohl die Anzahl als auch die Länge der Zonen von der in den Zeichnungen gezeigten abweichen kann, sodass die Länge jeder Zone bis zu etwa 60 Prozent, beispielsweise von 10-50 Prozent der Länge des Wärmetauschers 10 betragen kann. Beispielsweise kann/können sich die Zone(n) des Einlass- und des Auslassabschnitts 64, 66, in denen die Differenzen zwischen der Größe der Wärmeübertragungs-Oberflächenbereiche 88 und 90 vorgesehen sind, entlang von 10-50 Prozent der Länge des Wärmetauschers 10 erstrecken, beispielsweise von 20-40 Prozent der Länge des Wärmetauschers 10, wenn gemessen entlang der Achse X vom ersten Ende 72 des Wärmetauschers 10.
Innerhalb der Zone(n), in denen es eine Differenz im Wärmeübertragungs-Oberflächenbereich zwischen ihren Einlass- und Auslassteilen gibt, kann die Differenz im Wärmeübertragungs-Oberflächenbereich etwa 10 bis 80 Prozent betragen, beispielsweise etwa 25 bis 60 Prozent.
Beispielsweise ist im Wärmetauscher 10 nur die Zone A in ihrem Einlassteil mit einem kleineren Wärmeübertragungs-Oberflächenbereich als in ihrem Auslassteil versehen, während jede der Zonen B, C und D in ihren Einlass- und Auslassteilen die gleichen Wärmeübertragungsbereiche aufweisen. In diesem Hinblick, weist das Einlassteil der Zone A einen Wärmeübertragungs-Oberflächenbereich auf, der etwa 40 Prozent kleiner als jener des Auslassteils ist. Diese Differenz im Wärmeübertragungs-Oberflächenbereich innerhalb der Zone A ist auf das Vorhandensein von einer oder mehreren Strömungsbehinderungen 92 innerhalb des Teils des Einlassabschnitts 64 zurückzuführen, der innerhalb der Zone A liegt, wie ferner nachfolgend beschrieben.
Der Wärmetauscher 10 umfasst eine einzelne Strömungsbehinderung 92, gezeigt in 4. Der von der Strömungsbehinderung 92 eingenommene Platz entspricht etwa 80 Prozent der Breite (quer zur Achse X) des Einlassteils der Zone A und etwa 75 Prozent der Länge (parallel zur Achse X) des Einlassteils der Zone A. Mit anderen Worten, die Gesamtbreite des Wärmeübertragungs-Oberflächenbereichs im Einlassteil von Zone A beträgt etwa 20 Prozent der Gesamtbreite des Wärmeübertragungsbereichs im Auslassteil von Zone A, und die Gesamtlänge des Wärmeübertragungs-Oberflächenbereichs im Einlassteil von Zone A beträgt etwa 25 Prozent der Gesamtlänge des Wärmeübertragungs-Oberflächenbereichs 90 im Auslassteil von Zone A. Dementsprechend ist die Größe des Wärmeübertragungs-Oberflächenbereichs im Einlassteil von Zone A etwa 40 Prozent kleiner als die Größe des Wärmeübertragungs-Oberflächenbereichs im Auslassteil von Zone A. Die Erfinder haben festgestellt, dass diese 40 Prozent Reduzierung im Wärmeübertragungs-Oberflächenbereich zwischen dem Einlass- und Auslassteil von Zone A, bereitgestellt durch Strömungsbehinderung 92, zu einer Verbesserung in der Temperaturgleichförmigkeit zwischen dem Einlass- und Auslassteil von Zone A um etwa 10 Prozent führen, vergleichen mit der in 8 gezeigten alternativen Konfiguration.
Die Strömungsbehinderung(en) 92 kann/können zwischen etwa 20-90 oder 50-90 Prozent der Breite des Einlassteils der Zone einnehmen, in der sie bereitgestellt ist/sind, und von etwa 20-90 oder 50-90 Prozent der Länge der Zone.
Die Strömungsbehinderung 92 kann als eine Rippe oder Vertiefung mit einer flachen oder abgerundeten oberen Dichtfläche, die mit der Innenfläche 14 der ersten Platte 12 abdichtend verbunden ist, ausgebildet sein. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Strömungsbehinderung 92 jedoch in der Form eines „toten Kanals“ ausgebildet, was bedeutet, dass sie eine kontinuierliche Außenrippenstruktur 94 umfasst, die eine Querschnittsform ähnlich jener der Rippen 68, 70 aufweisen kann, mit einer flachen oder abgerundeten oberen Dichtfläche, und wobei die kontinuierliche Außenrippenstruktur 94 eine vertiefte mittlere Region 96, die koplanar mit der planaren Basis 24 der zweiten Platte 18 sein kann oder nicht und die durch die kontinuierliche Rippenstruktur 94 vollständig vom Strom des Wärmeübertragungsfluids abgeschnitten ist, vollständig umgibt. In der vorliegenden Ausführungsform erstreckt sich die mittlere Region 96 entlang einer Ebene, die sich zwischen der planaren Basis 24 und der oberen Dichtfläche der Außenrippenstruktur 94 befindet. In jeder Weise definiert die Strömungsbehinderung 92 einen Bereich, in dem sich kein Strom des Wärmeübertragungsfluids befindet.
Wie in 4 gezeigt, befindet sich die Strömungsbehinderung 92 zwischen der Einlassöffnung 40 und den ersten Enden 76 von Kanalrippen 70, an denen die ersten offenen Enden 36 von Fluidströmungsdurchgängen 34 innerhalb des Einlassabschnitts 64 definiert sind. Um die Strömungsbehinderungen 92 aufzunehmen, sind die Kanalrippen 70 im Einlassabschnitt 64 gekürzt, sodass ihre ersten Enden 76 von der Einlassöffnung 40 weiter weg beabstandet sind, verglichen mit dem Abstand zwischen der Auslassöffnung 42 und den ersten Enden 76 von Kanalrippen 70 im Auslassabschnitt 66.
Die Strömungsbehinderung 92 weist ein Paar sich längs erstreckender Seitenkanten 98, 100 mit einer vorlaufenden Kante 102 und einer nachlaufenden Kante 104 auf, die sich der Breite nach entlang des Einlassabschnitts 64 erstrecken. Die Strömungsbehinderung 92 weist abgerundete Ecken und bauchige Vorsprünge 106, 108 entlang der vorlaufenden und nachlaufenden Kanten 102, 104 auf. Der bauchige Vorsprung 106 an der vorlaufenden Kante 102 steht in Richtung der Einlassöffnung 40 vor und unterstützt eine gleichförmige Strömungsverteilung zu beiden Seiten der Strömungsbehinderung 92, und der bauchige Vorsprung 108 an der nachlaufenden Kante 104 steht in Richtung der ersten Enden 76 von Kanalrippen 70 im Einlassabschnitt 74 vor und unterstützt das Verhindern von Rezirkulation von Fluidstrom in Richtung der Einlassöffnung 40. Fluidströmungsräume werden entlang aller vier Kanten 98, 100, 102, 104 der Strömungsbehinderung 92 erhalten, wobei der Fluidströmungsraum entlang der nachlaufenden Kante 104 einen Verteilerraum für Verteilung des Wärmeübertragungsfluids zu den offenen Enden 36 von Fluidströmungsdurchgängen 34 im Einlassabschnitt 64 bereitstellt.
Die 9 und 10 veranschaulichen einen Wärmetauscher 110 gemäß einer zweiten Ausführungsform. Der Wärmetauscher 110 ist identisch mit dem vorstehend beschriebenen Wärmetauscher 10, mit der Ausnahme, dass die Strömungsbehinderung 92 des Wärmetauschers 10 ersetzt ist durch ein Paar Strömungsbehinderungen 112, 114, die beide Rechtecke aufweisen, die entlang der Achse X verlängert sind und abgerundete Ecken aufweisen. Die anderen Elemente der Wärmetauscher 10 und 110 sind identisch und sind durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet. Diese Strömungsbehinderungen 112, 114 sind von allgemein der gleichen Länge wie die Strömungsbehinderung 92, doch ihre einzelnen und kombinierten Breiten sind kleiner als die Breite der Strömungsbehinderung 92, wobei zwischen den Strömungsbehinderungen 112, 114 ein länglicher Fluidströmungsdurchgang 116 besteht. Dementsprechend ist die Reduzierung im Wärmeübertragungs-Oberflächenbereich im Einlassabschnitt 64, bereitgestellt durch Strömungsbehinderungen 112, 114, geringer als die durch die Strömungsbehinderung 92 bereitgestellte. Als ein Ergebnis ist davon auszugehen, dass die zwei Strömungsbehinderungen 112, 114 einen geringeren Grad an Temperaturgleichförmigkeit erreichen als die Strömungsbehinderung 92, doch diese Reduzierung in der Temperaturgleichförmigkeit kann ausgeglichen werden durch einen niedrigeren Druckabfall aufgrund der erhöhten Breite des Wärmeübertragungs-Oberflächenbereichs in der von den Strömungsbehinderungen 112, 114 eingenommenen Zone, mindestens teilweise aufgrund der Bereitstellung des Längsströmungsdurchgangs 116. Es versteht sich, dass die hierin offenbarten Wärmetauscher eine, zwei oder mehr als zwei Strömungsbehinderungen umfassen können.
Auch der Wärmetauscher 110 umfasst ein Paar von Vertiefungen 82 am ersten Ende 72, zwischen der Einlassöffnung 40 und den Strömungsbehinderungen 112, 114. Vertiefungen 82 bieten in diesem Bereich Unterstützung und können auch die Verteilung von Strömung über die Breite des Einlassabschnitts 64 unterstützen.
11 veranschaulicht die untere Platte 18 eines Wärmetauschers 120 gemäß einer dritten Ausführungsform. Der Wärmetauscher 120 ist identisch mit dem vorstehend beschriebenen Wärmetauscher 110, abgesehen davon, dass die Vertiefungen 82 in der Nähe der Einlassöffnung 40 durch eine einzelne, sich quer erstreckende Rippe 122 ersetzt sind, um entlang des Einlassabschnitts 64 Unterstützung und Strömungsverteilung bereitzustellen. Die anderen Elemente von Wärmetauscher 120 sind identisch mit den Elementen von Wärmetauscher 110 und sind durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet.
12 veranschaulicht einen Wärmetauscher 130 gemäß einer vierten Ausführungsform. Sofern nachfolgend nicht anders angegeben, sind die Elemente von Wärmetauscher 130 ähnlich oder identisch mit den Elementen des vorstehend beschriebenen Wärmetauschers 10 und sind durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet.
Anstelle von oder zusätzlich zu dem Bereitstellen von Strömungsbehinderungen in der zweiten Platte 18 zur Verbesserung von Temperaturgleichförmigkeit umfasst der Wärmetauscher 130 Merkmale, die die Wärmeübertragung durch Wärmeleitung entlang des Oberflächenbereichs der ersten Platte 12 modifizieren, um Temperaturgleichförmigkeit zwischen dem Einlass- und dem Auslassabschnitt 64, 66 zu verbessern. Die zweite Platte 18 von Wärmetauscher 130 kann die Konfigurationen von jedem der vorstehend beschriebenen Wärmetauscher aufweisen, einschließlich der zweiten Platte 18' des Wärmetauschers 10' nach dem Stand der Technik.
Wie vorstehend erwähnt, fungiert die erste Platte 12 als eine Wärmesenke oder ein Wärmeverteiler, die bzw. der Wärme aus dem Wärmeübertragungsfluid zur TIM-Schicht 52 und zu Batteriezellen 2 leitet, die typischer-, aber nicht notwendigerweise eine Dicke im Bereich von 0,024 bis etwa 0,045 Inches aufweisen. Wärmeübertragung durch Wärmeleitung erhöht sich mit der Dicke der ersten Platte 12, und folglich kann das Variieren der Dicke der ersten Platte entlang ihres Bereichs eine verbesserte Temperaturgleichförmigkeit entlang der Außenfläche 16 der ersten Platte 12 und/oder entlang des Bereichs des TIM 52 bereitstellen.
Beispielsweise kann die erste Platte 12 mit einem verdickten Bereich 132 im Einlassabschnitt 64 versehen sein, mit einer Dicke, die größer ist als jene in anderen Teilen der ersten Platte 12, wobei die zusätzliche Plattendicke von etwa 0,008 bis etwa 0,024 Inches reichen kann. Das Erhöhen der Dicke im Bereich 132 wird Wärmeübertragung durch Wärmeleitung von dem verdickten Bereich 132 zu umgebenden Bereichen der ersten Platte 12 erhöhen, einschließlich Bereichen, die bei einer höheren Temperatur als der Bereich 132 sein können und/oder die sich im Auslassabschnitt 66 von Wärmetauscher 132 befinden können, dabei Temperaturgleichförmigkeit verbessernd.
Wenn der Wärmetauscher 130 visualisiert ist als Zonen A, B, C und D umfassend, die den Bereichen der Batteriezellen 2 entsprechen, kann der verdickte Bereich 132 beispielsweise im Einlassteil von Zone A bereitgestellt sein, um Wärmeverteilung entlang der Teilungsrippe 68 zum Auslassteil von Zone A bereitzustellen, und um auch Wärmeverteilung in Längs- und Querrichtungen für eine oder mehrere der anderen Zonen B, C, D bereitzustellen, einschließlich Teilen dieser Zonen, die sich im Auslassabschnitt 66 befinden.
Der verdickte Bereich 132 kann einstückig als Teil der ersten Platte 12 ausgebildet sein, oder er kann ein dünnes Blech aus leitfähigem Metall umfassen, das an die Innenfläche 14 der ersten Platte 12 gefügt wird, beispielsweise durch Laserschweißen. Der verdickte Bereich 132 wird eine solche Dicke aufweisen, dass er das Abdichten der ersten und der zweiten Platte 12, 18 nicht beeinträchtigen wird. Beispielsweise kann das dünne Metallblech im verdickten Bereich eine Dicke zwischen 0,008 und etwa 0,024 Inches aufweisen.
Obwohl die hier beschriebenen Wärmetauscher Kühlplatten sind, versteht es sich, dass auch ICE-Plattenwärmetauscher im Bereich der vorliegenden Offenbarung liegen. In dieser Hinsicht kann ein ICE-Plattenwärmetauscher aus zwei spiegelbildlich geformten Platten, ähnlich oder identisch zu einer der vorstehend beschriebenen zweiten Platten 18, konstruiert sein, und optional Einlass- und Auslassfittings für „Seitenzugang“ aufweisen, die von einer der Kanten des Wärmetauschers vorstehen.
Während verschiedene Ausführungsformen in Verbindung mit der vorliegenden Offenbarung beschrieben wurden, versteht es sich, dass verschiedene Anpassungen und Modifikationen der beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen als innerhalb des Umfangs der vorliegenden Offenbarung auszulegend vorgenommen werden können. Folglich sind die vorstehend diskutierten Ausführungsformen als veranschaulichend und nicht einschränkend zu betrachten.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 62/682610 [0001]
US 14972463 [0006]
US 2016/0204486 A1 [0006]

Claims

Wärmetauscher, umfassend: (a) eine erste Platte mit einer Innenfläche und einer Außenfläche; (b) eine zweite Platte mit einer Innenfläche und einer Außenfläche, wobei die erste und zweite Platte so zusammengefügt sind, dass ihre Innenflächen einander entgegengesetzt zugewandt sind, und wobei Teile der Innenflächen voneinander beabstandet sind; (c) eine Vielzahl von Fluidströmungsdurchgängen, die für Strömung eines Wärmeübertragungsfluids angepasst sind und die sich zwischen den voneinander beabstandeten Teilen der Innenflächen der ersten und der zweiten Platte befinden; (d) eine Teilungsrippe, die den Wärmetauscher in einen Einlassabschnitt und einen Auslassabschnitt teilt, wobei jeder aus dem Einlassabschnitt und dem Auslassabschnitt eine Vielzahl der Fluidströmungsdurchgänge aufweisen; (e) eine im Einlassabschnitt befindliche Einlassöffnung zum Liefern des Wärmeübertragungsfluids zu der Vielzahl von Fluidströmungsdurchgängen; und (f) eine Auslassöffnung im Auslassabschnitt zum Abgeben des Wärmeübertragungsfluids aus der Vielzahl von Fluidströmungsdurchgängen; wobei sich sowohl die Einlassöffnung als auch die Auslassöffnung nahe einem ersten Ende des Wärmetauschers, auf gegenüberliegenden Seiten der Teilungsrippe, befinden; wobei die Teile der Innenflächen der ersten und zweiten Platte, die voneinander beabstandet sind, einen Gesamtwärmeübertragungs-Oberflächenbereich des Wärmetauschers definieren, und wobei der Gesamtwärmeübertragungs-Oberflächenbereich eine Summe aus dem Wärmeübertragungs-Oberflächenbereich des Einlassabschnitts und dem Wärmeübertragungs-Oberflächenbereich des Auslassabschnitts ist; und wobei der Wärmeübertragungs-Oberflächenbereich des Einlassabschnitts kleiner ist als der Wärmeübertragungs-Oberflächenbereich des Auslassabschnitts.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, wobei der Einlass- und der Auslassabschnitt des Wärmetauschers im Wesentlichen die gleiche Fläche aufweisen.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, wobei die Teilungsrippe ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweist und sich entlang einer zentralen Längsachse des Wärmetauschers erstreckt, wobei das zweite Ende der Teilungsrippe beabstandet ist von einem zweiten Ende des Wärmetauschers, um eine Lücke bereitzustellen, durch die ein Strömungsaustausch zwischen dem Einlassabschnitt und dem Auslassabschnitt bereitgestellt ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 3, wobei sich die Teilungsrippe entlang der zentralen Längsachse erstreckt.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, wobei die Außenfläche der ersten Platte für einen thermischen Kontakt mit unteren Flächen der Vielzahl von Batteriezellen ausgestaltet ist, angeordnet in einer benachbarten Relation entlang einer zentralen Längsachse des Wärmetauschers; wobei der Wärmetauscher eine Vielzahl von Zonen umfasst, wobei jede der Zonen einen Bereich aufweist, der einem Bereich der unteren Fläche einer der Batteriezellen entspricht; jede der Zonen einen Einlassteil aufweist, der im Einlassabschnitt des Wärmetauschers liegt, und einen Auslassteil, der im Auslassabschnitt des Wärmetauschers liegt; und jede der Zonen einen Wärmeübertragungs-Oberflächenbereich aufweist, der ein Teil des Gesamtwärmeübertragungs-Oberflächenbereichs ist, wobei der Wärmeübertragungs-Oberflächenbereich jeder der Zonen zwischen dem Einlassabschnitt und dem Auslassabschnitt des Wärmetauschers geteilt ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 5, wobei eine der Zonen eine proximale Zone umfasst, die unmittelbar an die Einlass- und Auslassöffnung am ersten Ende des Wärmetauschers angrenzt, wobei der Wärmeübertragungs-Oberflächenbereich der proximalen Zone zwischen dem Einlass- und Auslassabschnitt des Wärmetauschers ungleichmäßig geteilt ist, wobei ein im Auslassabschnitt liegender Teil des Wärmeübertragungs-Oberflächenbereichs der proximalen Zone größer als ein im Einlassabschnitt liegender Teil des Wärmeübertragungs-Oberflächenbereichs der proximalen Zone ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 6, wobei eine der Zonen eine distale Zone umfasst, die sich nahe einem zweiten Ende des Wärmetauschers und am weitesten vom Einlass- und Auslassabschnitt entfernt befindet; wobei der Wärmeübertragungs-Oberflächenbereich der distalen Zone zwischen dem Einlass- und Auslassabschnitt des Wärmetauschers gleichmäßig geteilt ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 6, wobei die Vielzahl von Zonen mindestens eine Zwischenzone zwischen der proximalen Zone und der distalen Zone umfasst.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei eine oder mehrere der Zonen, einschließlich der proximalen Zone, einen Wärmeübertragungs-Oberflächenbereich aufweist, der zwischen dem Einlass- und Auslassabschnitt des Wärmetauschers ungleichmäßig geteilt ist, wobei ein im Auslassabschnitt liegender Teil des Wärmeübertragungs-Oberflächenbereichs größer als ein im Einlassabschnitt liegender Teil des Wärmeübertragungs-Oberflächenbereichs ist; und wobei die eine oder mehrere Zonen eine Gesamtlänge aufweisen, die etwa 10-50 Prozent der Länge des Wärmetauschers ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 9, wobei die Wärmeübertragungs-Oberflächenbereiche von zwei oder mehr der Zonen zwischen den Einlass- und Auslassabschnitten ungleichmäßig geteilt sind, und wobei die zwei oder mehr Zonen benachbart sind.
Wärmetauscher nach Anspruch 9 oder 10, wobei in jeder der Zonen, deren Wärmeübertragungs-Oberflächenbereich zwischen dem Einlass- und Auslassabschnitt des Wärmetauschers ungleichmäßig geteilt ist, der im Einlassabschnitt liegende Teil des Wärmeübertragungs-Oberflächenbereichs etwa 10-80 Prozent kleiner als der im Auslassabschnitt liegende Teil des Wärmeübertragungs-Oberflächenbereichs ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 11, wobei der im Einlassabschnitt liegende Teil des Wärmeübertragungs-Oberflächenbereichs etwa 25-60 Prozent kleiner als der im Auslassabschnitt liegende Teil des Wärmeübertragungs-Oberflächenbereichs ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, wobei jede der Zonen eine Länge aufweist, die etwa 25 Prozent der Länge des Wärmetauschers beträgt, und eine Breite, die etwa gleich groß wie eine Breite des Wärmetauschers ist.
Wärmetauscher nach einem der Abschnitte 9 bis 13, wobei jede der Zonen, deren Wärmeübertragungs-Oberflächenbereich zwischen dem Einlass- und Auslassabschnitt des Wärmetauschers ungleichmäßig geteilt ist, in ihrem Einlassteil mit mindestens einer Strömungsbehinderung versehen ist; wobei eine oder mehrere Strömungsbehinderungen ab etwa 50-90 Prozent der Breite des Einlassabschnitts der Zone einnehmen, in der sie bereitgestellt ist, und ab etwa 50-90 Prozent der Länge der Zone.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, wobei der Einlassabschnitt eine oder mehrere Strömungsbehinderungen aufweist, die sich zwischen der Einlassöffnung und ersten Enden der Vielzahl von Fluidströmungsdurchgängen in dem Einlassabschnitt befinden.
Wärmetauscher nach Anspruch 15, wobei jede der Strömungsbehinderungen eine obere Dichtfläche aufweist, die mit der Innenfläche der ersten Platte abdichtend verbunden ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 16, wobei jede der Strömungsbehinderungen einen toten Kanal umfasst, der eine kontinuierliche Außenrippenstruktur aufweist, die eine vertiefte mittlere Region vollständig umgibt.
Wärmetauscher nach Anspruch 17, wobei jede der Strömungsbehinderungen ein Paar von Seitenkanten, eine vorlaufende Kante und eine nachlaufende Kante, aufweist, die alle teilweise Regionen von Fluidströmung definieren, sodass jede der Strömungsbehinderungen von den Regionen der Fluidströmung vollständig umgeben ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 18, wobei die Seitenkanten jeder Strömungsbehinderung parallel zueinander und zu den Fluidströmungsdurchgängen im Einlassabschnitt sind.
Wärmetauscher nach Anspruch 18 oder 19, wobei zwischen der Einlassöffnung und der Strömungsbehinderung eine oder mehrere Rippen oder Vertiefungen bereitgestellt sind.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, wobei eine Dicke der ersten Platte in einem Teil des Einlassabschnitts größer als eine Dicke der Platte im Auslassabschnitt ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 21, wobei der Teil der größeren Dicke in der ersten Platte in einem Bereich des Einlassabschnitts bereitgestellt ist, der sich nahe der Einlassöffnung befindet.
Wärmetauscher nach Anspruch 22, wobei der Teil der größeren Dicke in der ersten Platte durch ein Metallblech bereitgestellt ist, das an der Innenfläche der ersten Platte gesichert ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, wobei der Wärmetauscher eine Kühlplatte ist, dazu ausgestaltet, eine Vielzahl von Batteriezellen an der Außenfläche der ersten Platte zu stützen; wobei die Innen- und Außenfläche der ersten Platte im Wesentlichen flach sind; wobei die zweite Platte eine geformte Platte mit einer allgemein flachen, planaren Basis ist, umgeben von einer erhöhten peripheren Seitenwand, die sich von der Basis zu einem planaren Flansch erstreckt, der eine planare periphere Dichtfläche definiert, entlang welcher die Innenfläche der zweiten Platte abdichtend mit der Innenfläche der ersten Platte verbunden ist; wobei die Teilungsrippe in der zweiten Platte ausgebildet ist und die zweite Platte ferner eine Vielzahl von Kanalrippen umfasst, die Seiten der Fluidströmungsdurchgänge definieren; und wobei die Teilungsrippen und die Kanalrippen obere Flächen aufweisen, die mit der Innenfläche der ersten Platte abdichtend verbunden sind.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Schicht von thermischem Grenzflächenmaterial, das auf der Außenfläche der ersten Platte bereitgestellt ist.