EP2223376A1 - Vorrichtung zur elektrischen energiespeicherung - Google Patents

Vorrichtung zur elektrischen energiespeicherung

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EP2223376A1
EP2223376A1 EP08802749A EP08802749A EP2223376A1 EP 2223376 A1 EP2223376 A1 EP 2223376A1 EP 08802749 A EP08802749 A EP 08802749A EP 08802749 A EP08802749 A EP 08802749A EP 2223376 A1 EP2223376 A1 EP 2223376A1
Authority
EP
European Patent Office
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holding member
memory cell
heat sink
ized
character
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP08802749A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Herbert Damsohn
Conrad Pfender
Thomas Schiehlen
Martin Steinbach
Caroline Schmid
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Mahle Behr GmbH and Co KG
Original Assignee
Behr GmbH and Co KG
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Filing date
Publication date
Application filed by Behr GmbH and Co KG filed Critical Behr GmbH and Co KG
Publication of EP2223376A1 publication Critical patent/EP2223376A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the invention relates to a device for electrical energy storage according to the preamble of claim 1.
  • the energy store may be conventional storage cells, modern lithium-ion accumulators or else high-performance capacitors or the like.
  • insulating layers For electrical insulation are between the electrical element and the hollow cylindrical recording more insulating layers such as
  • Mica paper and adhesive for holding the electrical elements in the hollow cylindrical receptacles It is the object of the invention to provide a device for storing electrical energy, in which a simple and secure mounting in conjunction with good thermal contact between the electrical storage cell and the heat sink is provided.
  • the holding member is integrally connected to the memory cell, in particular by means of gluing. It may alternatively but also a purely mechanical, z. B. clamped holder of the memory cell act in the holding member.
  • the holding member comprises at least two sub-members which partially surround the memory cell.
  • form-fitting means for connecting adjacent sub-members may be provided on the sub-members.
  • At least one of the corresponding formations comprises a wedge surface, wherein the holding member is fixed by means of the wedge surface at least frictionally and in planar thermal contact with the cooling body.
  • Wedge surfaces can easily chanic self-locking bracket are made, which also allows their character after a good heat transfer.
  • a wedge surface is provided both on the heat sink and on the holding member, which abut each other.
  • the memory cells are substantially cylindrically shaped, with the wedge surfaces being configured as a cone-shaped, outer-side widening of the holding member.
  • the conical or conical section wedge surface of the support member can be inserted into a corresponding inverse hollow cone-shaped wedge surface of the heat sink, wherein at a suitable angle of the wedge surface or the cone a secure self-locking mechanical connection is made with good thermal contact.
  • the wedge surface may be formed as a bead-like formation of a sheet metal part.
  • the corresponding formations at least partially comprise a thread.
  • a thread may be, for example, cylindrical or conical and essentially provide even the contact surface between the holding member and the heat sink.
  • it can also be designed, for example, as a short, end-side thread at the end of a conical wedge surface, so that large counteracting wedge surfaces of the holding member and heat sink are pressed against each other by only briefly screwing in the short thread.
  • the angle of the wedge surfaces does not necessarily have to be self-locking, since the thread already achieves a self-locking mechanical connection.
  • the self-locking mechanical connection of the holding member and heat sink is secured by a further, in particular cohesive fixing. It may be z.
  • the self-locking mechanical connection basically keeps alone, but in terms of a long service life under shock, vibration and / or corrosive influences, such as humidity condensate, can be additionally secured.
  • the holding member may be connected by a different mechanical connection with the heat sink, for example by a kind of bayonet closure.
  • a different mechanical connection with the heat sink for example by a kind of bayonet closure.
  • friction welding or rolling as connecting mechanisms are conceivable.
  • the holding member is advantageously made of a metal, in particular of the group aluminum, copper or aluminum with rolled-on copper.
  • a metal in particular of the group aluminum, copper or aluminum with rolled-on copper.
  • Such metals are easily moldable in the interest of ease of manufacture and also have good thermal conductivity.
  • the heat sink expediently consists of a similar metal, in particular aluminum.
  • the holding member may advantageously be formed as a sheet metal part. It may generally have a thickness between about 0.1 mm and about 2 mm to provide suitable support and temperature dissipation for conventional cylindrical storage cells for use in vehicle batteries.
  • an electrically insulating layer can be provided between the holding member and the memory cell.
  • This may in particular be in the form of a tube, z. B. in the manner of a shrunk on the memory cell shrink tube.
  • a region between the heat sink and a plurality of adjacent cells is filled with a filling material.
  • a filling material may also be a foam.
  • the holding member has at least one circumferential clamping member in order to hold the holding member against the storage cell.
  • the tendon may be provided as an alternative or in addition to a stoffschlüS s connection of the holding member to the memory cell.
  • the tendon supports the thermal contact between the holding member and the memory cell when the holding member is inserted into the heat sink in a self-locking mechanical manner, whereby deformations due to mechanical stresses in the holding member could occur.
  • a plurality of memory cells are accommodated in the holding member. These may in particular be a plurality of cylindrical memory cells arranged serially one behind the other in a hollow cylindrical holding member.
  • the shape of the holding member may be arranged above the storage cell, wherein a part of the holding member abutting the storage cell extends on both sides of the formation.
  • the mechanically self-locking and thus thermally in contact with the cooling body in contact part of the holding member is particularly effectively supplied with derived from the memory cell heat, so that a total of a particularly high cooling capacity of a memory cell is achieved.
  • the holding member can pass completely through the heat sink and in particular protrude from both sides of the heat sink.
  • the cooling capacity is used particularly effectively for a given space.
  • the heat sink two has opposite sides, wherein on each of the sides at least one holding member is self-locking mechanically fixed.
  • two or more heat sinks may be mechanically connected to a holding member.
  • Such an arrangement is particularly advantageous for memory cells with high power densities, since such cells generate a considerable amount of waste heat.
  • the heat sink is flowed through by effective heat dissipation of a fluid for exchanging heat.
  • a fluid for exchanging heat may be a coolant, e.g. a mixture of water and glycol, for example, a low-temperature refrigeration cycle act or to a refrigerant of a refrigeration circuit, for. B. a vehicle air conditioning.
  • the heat sink can be designed in particular as an evaporator of the refrigerant circuit.
  • Fig. 1 shows a schematic plan view of an inventive
  • FIG. 2 shows a schematic sectional view through a memory cell with a holding member fixed thereto.
  • FIG. Fig. 3 shows a schematic sectional view through the device
  • FIG. 4 shows a further embodiment of a device according to the invention.
  • Fig. 5 shows a development of a holding member according to another
  • Fig. 6 shows a sectional view through a further embodiment of the invention.
  • Fig. 7 shows a sectional view through a further embodiment of the invention.
  • FIG. 1 schematically shows a substantially plate-shaped heat sink 1 which extends in the plane of the drawing and on which a plurality of cylindrical electrical memory cells 2 are fixed vertically.
  • the electrical memory cells 2 are lithium-ion batteries.
  • the spaces between the memory cells 2 are filled with a plastic foam.
  • apertures 1a are arranged in the cooling body 1, so that cooling channels 3 provided in the cooling body 1 run around the electrical memory cells 2 in the plan view according to FIG.
  • the cooling channels 3 carry a liquid coolant (represented by an arrow F) of a low-temperature cooling circuit or also a refrigerant of a refrigeration circuit for dissipating heat from the storage cells.
  • FIG. 2 shows a schematic sectional view through a memory cell 2 with a holding member 4.
  • the holding member 4 is in each case a plurality of part-cylindrical bent sheet metal parts made of aluminum, wherein a first part member 4a and a second part member 4b surround the cylindrical memory cell 2 around by bonding with this are connected. It may also be three or more sub-members, which together form the holding member 4, in which the cylindrical memory cell 2 is accommodated. Also, a holding member 4 of only one part member is possible, for example in the form of a longitudinally cut cylindrical sleeve (not shown).
  • the memory cell 2 between the memory cell 2 and the preferably made of aluminum or copper holding members 4 a z.
  • at least some of the memory cells will be connected in series with each other, so that an electrical contact between a pole of the memory cell and the heat sink is to be avoided.
  • the holding member 4 and its sub-members 4a, 4b are formed as a sub-cylinder and have over a portion of their height a wedge-shaped formation 5 for mechanically self-locking fixing of the holding member 4 on the heat sink 1.
  • the opening 1a of the heat sink 1 has a corresponding to the conical section wedge surface 5 hollow conical shape 1 b, in which the conical section wedge surface 5 is inserted, wherein by frictional engagement a mechanical self-locking and secure support at the same time good thermal contact between Holding member 4 and heat sink 1 is formed.
  • the holding member 4 also has, adjacent to the wedge surface 5, a bead-like formation 6, by means of which an improved guidance, an axial positioning and a uniform spacing of the cells when inserted into the heat sink 1 can be achieved.
  • the sub-members 4a, 4b of the support member 4 are each sheet metal shaped parts, wherein the wedge surface 5 in the manner of a bead z. B. can be produced by forming in a simple manner.
  • the opening angle of the wedge surface 5 is optimized in the interest of good mechanical self-locking with good thermal contact.
  • Such an optimized angle is between about 3 ° and about 10 ° and is more preferably about 7 °.
  • Fig. 3 is a variant of the embodiment is shown in dashed lines, in which the cylindrical wall of the support member 4, 4 'continues on both sides of the wedge surface 5 and the heat sink 1, wherein also a further memory cell 2' used in the continuous area is. It may also be provided that only one memory cell is located in the holding member, but wherein the wedge surface 5 in a central region the memory cell is positioned in registration with the memory cell. Overall, this means that the region of the formation 5 which is in thermal contact with the heat sink 1 is supplied with heat supplied by the memory cells 2 from both sides, so that a particularly effective heat dissipation is possible for a given space.
  • the heat sink 1 also apertures 1 a, wherein, however, in the same opening 1 a from each side of a tapered Aus formation is provided. Accordingly, a holding member 4 of each of the two sides can be used mechanically self-locking, so that on each of the opposite sides of the heat sink 1 memory cells 2 extend. As a result, a particularly good utilization of the cooling capacity of the heat sink 1 is achieved with a given space.
  • the holding member 4 consists of four sub-members 4a, 4b, 4c, 4d. These have in their middle region similar to the dashed line in Fig. 3 shown modification a central wedge surface 5 for mechanically self-locking determination in a heat sink 1.
  • the individual sub-elements 4a-4d each have marginal positive and negative positive-locking means 7, 8 in the form of pitch circles with which they are positively attached to each other in the manner of puzzle pieces.
  • the diameter of one of the part-circular form-fitting formations 7, 8 must be smaller than four times the sheet thickness of the sub-members 4a - 4d, in order to achieve a secure form-fitting suspension.
  • the holding member 4 according to FIG. 5 can be fixed only mechanically or by means of adhesive bonding to the memory cell 2.
  • the holding member 4 surrounds the storage cell 2 as in the embodiments described above, wherein in addition a plurality of clamping rings 10 surrounding the holding members are mounted.
  • mechanical stressing of the holding members 4 against the wall of the storage cells 2 provides a particularly secure support and a particularly good thermal contact. In particular, this avoids that the thermal contact is deteriorated by a deformation or mechanical stress in the course of insertion of the wedge surface 5 in the heat sink 1.
  • two heat sink 1 are mechanically connected to a holding member 4 self-locking.
  • the heat sinks are arranged in the middle of the memory cell in the axial direction of the memory cell 2, in order to avoid a large temperature gradient along the memory cell.
  • the heat sink may alternatively be attached to any other location on the support member.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur elektrischen Energiespeicherung insbesondere für ein Kraftfahrzeug, umfassend zumindest eine aufladbare elektrische Speicherzelle (2) und einen mit der Speicherzelle (2) in thermischem Kontakt stehenden Kühlkörper (1), wobei die Speicherzelle (2) in einem Halteglied (4) aufgenommen ist und mit dem Halteglied (4) in thermischem Kontakt steht, wobei an dem Halteglied (4) und an dem Kühlkörper (1) korrespondierende Ausformungen (1b, 5) zur selbsthemmenden mechanischen Verbindung von Halteglied und Kühlkörper vorgesehen sind.

Description

Vorrichtung zur elektrischen Energiespeicherung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur elektrischen Energiespeicherung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Insbesondere für Kraftfahrzeuge mit zumindest teilweisem elektrischem Antrieb werden zunehmende Anforderungen an die Leistungsfähigkeit eines elektrischen Energiespeichers gestellt. Dabei kann es sich bei dem Energiespeicher um herkömmliche Speicherzellen, moderne Lithium-Ionen- Akkumulatoren oder auch Hochleitungskondensatoren oder ähnliches handeln. Gemeinsam ist diesen elektrischen Energiequellen, dass sie aufgrund ihrer hohen Leistungsdichte effektiv gekühlt werden müssen, wobei neben den technischen Anforderungen an einen guten thermischen Kontakt der Speicherzellen zudem eine hohe Betriebssicherheit der elektrischen Isolation aufgrund der auftretenden hohen Spannungen, insbesondere bei serieller Verschaltung einer Vielzahl von Speicherzellen, sowie eine kostengünstige Serienfertigung zu berücksichtigen sind.
Die DE 2007 009 315 A1 beschreibt eine Vorrichtung zur Kühlung elektri- scher Elemente eines Kraftfahrzeugs, bei der die zylindrischen elektrischen
Elemente in hohlzylindrische Aufnahmen eines Kühlkörpers eingesteckt sind.
Zur elektrischen Isolation befinden sich zwischen dem elektrischen Element und der hohlzylindrischen Aufnahme weitere Isolierschichten wie etwa
Glimmerpapier sowie Klebstoff zur Halterung der elektrischen Elemente in den hohlzylindrischen Aufnahmen. Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur elektrischen Energie- speicherung anzugeben, bei der eine einfache und sichere Montage in Verbindung mit einem guten thermischen Kontakt zwischen elektrischer Spei- cherzelle und Kühlkörper gegeben ist.
Diese Aufgabe wird für eine eingangs genannte Vorrichtung erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dabei erfolgt zunächst eine sichere und relativ toleranzunempfindliche Festlegung des Halteglieds an der Speicherzelle. Das thermisch gut leitfähige Halteglied wird dann mit der darin aufgenommenen Speicherzelle an dem Kühlkörper mittels selbsthemmender mechanischer Verbindung festgelegt. Eine selbsthemmende mechanische Verbindung ist neben dem Vorteil der einfachen Montage besonders gut geeignet, einen sehr guten thermischen Kontakt zwischen Halteglied und Kühlkörper herzustellen. Im Regelfall haben selbsthemmende mechanische Verbindungen große gegeneinander wirkende Reibflächen, wodurch der thermische Kontakt begünstigt ist.
In bevorzugter Ausführungsform der Erfindung ist das Halteglied mit der Speicherzelle stoffschlüssig verbunden, insbesondere mittels Verkleben. Es kann sich alternativ aber auch um eine rein mechanische, z. B. klemmende Halterung der Speicherzelle in dem Halteglied handeln.
In zweckmäßiger Detailgestaltung umfasst das Halteglied zumindest zwei Teilglieder, die die Speicherzelle jeweils teilweise umfangen. Bei einer möglichen Ausführungsform können dabei an den Teilgliedern jeweils formschlüssige Mittel zur Verbindung benachbarter Teilglieder vorgesehen sein. Insgesamt ist hierdurch auf einfache Weise eine Verbindung von Halteglied und Speicherzelle ermöglicht, wobei die Maßtoleranzen der Speicherzelle besonders groß sein können.
Allgemein bevorzugt umfasst zumindest eine der korrespondierenden Ausformungen eine Keilfläche, wobei das Halteglied mittels der Keilfläche zumindest reibschlüssig und in flächigem thermischem Kontakt an dem Kühl- körper festgelegt ist. Durch Keilflächen kann auf einfache Weise eine me- chanische selbsthemmende Halterung hergestellt werden, die ihrem Charakter nach zudem einen guten Wärmeübergang ermöglicht. Besonders bevorzugt ist dabei sowohl an dem Kühlkörper als auch an dem Halteglied eine Keilfläche vorgesehen, die aneinander anliegen. In vorteilhafter Detailgestal- tung sind die Speicherzellen im Wesentlichen zylindrisch geformt, wobei die Keilflächen als kegelabschnittsförmige außenseitige Aufweitung des Halteglieds ausgebildet ist. Auf diese Weise kann die konische bzw. kegelabschnittsförmige Keilfläche des Halteglieds in eine entsprechend inverse hohlkegelförmige Keilfläche des Kühlkörpers eingesteckt werden, wobei bei geeignetem Winkel der Keilfläche bzw. des Konus eine sichere selbsthemmende mechanische Verbindung bei gutem thermischem Kontakt hergestellt ist.
Im Interesse einer einfachen und kostengünstigen Herstellung kann die Keil- fläche als sickenartige Ausformung aus einem Blechformteil ausgebildet sein.
Bei einer alternativen oder ergänzenden Ausführungsform umfassen die korrespondierenden Ausformungen zumindest teilweise ein Gewinde. Ein sol- ches Gewinde kann zum Beispiel zylindrisch oder kegelförmig sein und im Wesentlichen selbst die Kontaktfläche zwischen Halteglied und Kühlkörper bereitstellen. Es kann aber zum Beispiel auch als kurzes, endseitiges Gewinde am Ende einer konischen Keilfläche ausgebildet sein, so dass durch nur kurzes Eindrehen des kurzen Gewindes große gegeneinander wirkende Keilflächen von Halteglied und Kühlkörper gegeneinander gepresst werden. Bei einer solchen Ausführung muss der Winkel der Keilflächen nicht notwendig selbsthemmend sein, da bereits das Gewinde eine selbsthemmende mechanische Verbindung erzielt.
In besonders vorteilhafter Ausführungsform ist es vorgesehen, dass die selbsthemmende mechanische Verbindung von Halteglied und Kühlkörper durch eine weitere, insbesondere stoffschlüssige Festlegung gesichert ist. Dabei kann es sich z. B. um das Anbringen einer Klebstoffmenge nach dem Einsetzen des Halteglieds in den Kühlkörper unter mechanischer Selbst- hemmung handeln oder auch um ein Verfüllen eines zwischen benachbarten Haltegliedern bzw. Speicherzellen und dem Kühlkörper verbleibenden Zwischenraums oder ähnliche Maßnahmen. Unter dem Aspekt der Sicherung der selbsthemmenden mechanischen Verbindung ist zu verstehen, dass die selbsthemmende mechanische Verbindung grundsätzlich alleine hält, jedoch im Hinblick auf eine lange Betriebsdauer unter Erschütterungen, Vibrationen und/oder korrosiven Einflüssen, beispielsweise Luftfeuchtigkeits-Kondensat, zusätzlich gesichert werden kann.
In einer weiteren Ausführungsform kann das Halteglied durch eine andere mechanische Verbindung mit dem Kühlkörper verbunden sein, beispielsweise durch eine Art Bajonettverschluss. Alternativ sind Reibschweißen oder Rollieren als Verbindungsmechanismen denkbar.
Allgemein vorteilhaft besteht das Halteglied aus einem Metall, insbesondere aus der Gruppe Aluminium, Kupfer oder Aluminium mit aufgewalztem Kupfer. Solche Metalle sind im Interesse einer einfachen Herstellung leicht formbar und weisen zudem eine gute thermische Leitfähigkeit auf. Der Kühlkörper besteht zweckmäßig aus einem ebensolchen Metall, insbesondere aus Aluminium.
Einfach und kostengünstig kann das Halteglied vorteilhaft als Blechformteil ausgebildet sein. Es kann ganz allgemein eine Dicke zwischen etwa 0,1 mm und etwa 2 mm aufweisen, um eine geeignete Halterung und Temperaturableitung für übliche zylindrische Speicherzellen zur Verwendung in Fahrzeug- batterien bereitzustellen.
Je nach Auslegung der Speicherzelle, insbesondere für den Fall, dass die Speicherzelle auf ihrer Außenwand ein elektrisches Potenzial aufweist, kann zwischen Halteglied und Speicherzelle eine elektrisch isolierende Schicht vorgesehen sein. Diese kann insbesondere in Form eines Schlauches vorliegen, z. B. nach Art eines auf die Speicherzelle aufgeschrumpften Schrumpfschlauches.
In zweckmäßiger Ausgestaltung ist ein Bereich zwischen dem Kühlkörper und einer Mehrzahl benachbarter Zellen mit einem Füllmaterial verfüllt. Hier- durch kann die thermische Ableitung von in den Speicherzellen entstehender Wärme weiter verbessert und zudem ein besserer mechanischer Schutz der gesamten Vorrichtung gegen Stoß, Vibration oder ähnliches erreicht werden. Zur Gewichtsreduzierung kann es sich bei dem Füllmaterial auch um einen Schaum handeln.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung weist das Halteglied zumindest ein umlaufendes Spannglied auf, um das Halteglied gegen die Speicherzelle zu halten. Das Spannglied kann alternativ oder ergänzend zu einer stoffschlüs- sigen Anbindung des Halteglieds an die Speicherzelle vorgesehen sein. Allgemein unterstützt das Spannglied den thermischen Kontakt zwischen Halteglied und Speicherzelle, wenn das Halteglied auf selbsthemmende mechanische Weise in den Kühlkörper eingesetzt wird, wodurch Deformationen aufgrund mechanischer Verspannungen im Halteglied auftreten könnten.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind in dem Halteglied mehrere Speicherzellen aufgenommen. Dabei kann es sich insbesondere um mehrere seriell hintereinander angeordnete zylindrische Speicherzellen in einem hohlzylindrischen Halteglied handeln.
Weiterhin vorteilhaft kann die Ausformung des Halteglieds über der Speicherzelle angeordnet sein, wobei sich ein an der Speicherzelle anliegender Teil des Halteglieds beidseitig der Ausformung erstreckt. Auf diese Weise wird der mechanisch selbsthemmende und somit thermisch mit dem Kühl- körper in Kontakt stehende Teil des Halteglieds besonders effektiv mit von der Speicherzelle abgeleiteter Wärme versorgt, so dass insgesamt eine besonders hohe Kühlleistung einer Speicherzelle erreicht wird.
Alternativ oder ergänzend kann das Halteglied den Kühlkörper vollständig durchgreifen und insbesondere beidseitig aus dem Kühlkörper herausragen. Durch eine solche bezüglich einer Ebene des Kühlkörpers beidseitige Anordnung von Halteglied und Speicherzellen wird die Kühlleistung bei gegebenem Bauraum besonders effektiv genutzt. Ebenso vorteilhaft kann es alternativ oder auch ergänzend vorgesehen sein, dass der Kühlkörper zwei gegenüberliegende Seiten aufweist, wobei auf jeder der Seiten zumindest ein Halteglied selbsthemmend mechanisch festgelegt ist.
Alternativ können auch zwei oder mehrere Kühlkörper mit einem Halteglied mechanisch verbunden sein. Eine derartige Anordnung ist insbesondere für Speicherzellen mit hohen Leistungsdichten vorteilhaft, da derartige Zellen ein erhebliches Maß an Abwärme erzeugen.
Allgemein bevorzugt wird der Kühlkörper zu effektiven Wärmeableitung von einem Fluid zum Austausch von Wärme durchströmt. Es kann sich dabei um ein Kühlmittel, z.B. ein Gemisch aus Wasser und Glykol, zum Beispiel eines Niedertemperatur-Kühlkreislaufs handeln oder auch um ein Kältemittel eines Kältekreises, z. B. einer Fahrzeug-Klimaanlage. Der Kühlkörper kann insbesondere als Verdampfer des Kältekreises ausgelegt sein.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie aus den abhängigen Ansprüchen.
Nachfolgend werden mehrere bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben und anhand der anliegenden Zeichnungen näher erläutert.
Fig. 1 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine erfindungsgemäße
Vorrichtung. Fig. 2 zeigt eine schematische Schnittansicht durch eine Speicherzelle mit daran festgelegtem Halteglied. Fig. 3 zeigt eine schematische Schnittansicht durch die Vorrichtung aus
Fig. 1.
Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Fig. 5 zeigt eine Abwicklung eines Halteglieds gemäß einem weiteren
Ausführungsbeispiel der Erfindung. Fig. 6 zeigt eine Schnittansicht durch ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung. Fig. 7 zeigt eine Schnittansicht durch ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Das in Fig. 1 schematisch dargestellte Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur elektrischen Energiespeicherung zeigt schematisch einen im Wesentlichen plattenförmigen Kühlkörper 1 , der sich in der Zeichnungsebene erstreckt und auf dem senkrecht eine Mehrzahl von zylindrischen elektrischen Speicherzellen 2 festgelegt sind. Bei den elektri- sehen Speicherzellen 2 handelt es sich um Lithium-Ionen-Akkumulatoren. Die Zwischenräume zwischen den Speicherzellen 2 sind mit einem Kunststoffschaum verfüllt.
In konzentrischer Überdeckung mit den Speicherzellen 2 sind in dem Kühl- körper 1 Durchbrechungen 1a (siehe Fig. 3) angeordnet, so dass in dem Kühlkörper 1 vorgesehene Kühlkanäle 3 in der Draufsicht nach Fig. 1 um die elektrischen Speicherzellen 2 herum verlaufen. Die Kühlkanäle 3 führen ein flüssiges Kühlmittel (durch einen Pfeil F dargestellt) eines Niedertemperatur- Kühlkreislaufs oder auch ein Kältemittel eines Kältekreises zur Abführung von Wärme von den Speicherzellen.
Die elektrischen Speicherzellen 2 sind erfindungsgemäß mittels Haltegliedern 4 mit dem Kühlkörper 1 verbunden. Fig. 2 zeigt eine schematische Schnittansicht durch eine Speicherzelle 2 mit Halteglied 4. Bei dem Halte- glied 4 handelt es sich jeweils um eine Mehrzahl von teilzylindrisch gebogenen Blechformteilen aus Aluminium, wobei ein erstes Teilglied 4a und ein zweites Teilglied 4b um die zylindrische Speicherzelle 2 herum durch Verklebung mit dieser verbunden sind. Es kann sich auch um drei oder mehr Teilglieder handeln, die insgesamt das Halteglied 4 ausbilden, in dem die zylind- rische Speicherzelle 2 aufgenommen ist. Auch ein Halteglied 4 aus nur einem Teilglied ist möglich, zum Beispiel in Form einer längsseitig aufgeschnittenen zylindrischen Hülse (nicht dargestellt).
Bei einer nicht dargestellten Variante kann zwischen der Speicherzelle 2 und den bevorzugt aus Aluminium oder Kupfer bestehenden Haltegliedern 4 eine z. B. als Schrumpfschlauch ausgebildete Isolationsschicht vorgesehen sein, insbesondere falls die Speicherzelle 2 eine nicht potenzialfreie Außenhülle aufweist. Im Allgemeinen werden bei einer solchen Vorrichtung zumindest einige der Speicherzellen seriell miteinander verschaltet sein, so dass ein elektrischer Kontakt zwischen einem Pol der Speicherzelle und dem Kühlkörper zu vermeiden ist.
Das Halteglied 4 bzw. seine Teilglieder 4a, 4b sind als Teilzylinder ausgebildet und weisen über einen Abschnitt ihrer Höhe eine keilförmige Ausformung 5 zur mechanisch selbsthemmenden Festlegung des Halteglieds 4 an dem Kühlkörper 1 auf. Wie in Fig. 3 dargestellt, hat die Durchbrechung 1a des Kühlkörpers 1 eine zu der kegelabschnittsförmigen Keilfläche 5 korrespondierende hohlkegelige Ausformung 1 b, in die die kegelabschnittsförmige Keilfläche 5 eingesetzt wird, wobei durch Reibschluss eine mechanische Selbsthemmung und sichere Halterung bei zugleich gutem thermischem Kontakt zwischen Halteglied 4 und Kühlkörper 1 entsteht.
Das Halteglied 4 hat zudem angrenzend an die Keilfläche 5 eine wulstartige Ausformung 6, mittels der eine verbesserte Führung, eine axiale Positionie- rung und ein gleichmäßiger Abstand der Zellen beim Einsetzen in den Kühlkörper 1 erzielt werden kann. Die Teilglieder 4a, 4b des Halteglieds 4 sind jeweils Blechformteile, wobei die Keilfläche 5 nach Art einer Sicke z. B. durch Umformen auf einfache Weise herstellbar ist.
Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Öffnungswinkel der Keilfläche 5 im Interesse einer guten mechanischen Selbsthemmung bei gutem thermischem Kontakt optimiert. Ein solcher optimierter Winkel liegt zwischen etwa 3° und etwa 10° und beträgt besonders bevorzugt etwa 7°.
In Fig. 3 ist in gestrichelten Linien eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels dargestellt, bei dem sich die zylindrische Wandung des Halteglieds 4, 4' auf beiden Seiten der Keilfläche 5 und des Kühlkörpers 1 fortsetzt, wobei zudem eine weitere Speicherzelle 2' in den fortgesetzten Bereich eingesetzt ist. Es kann auch vorgesehen sein, dass sich nur eine Speicherzelle in dem Halteglied befindet, wobei jedoch die Keilfläche 5 in einem mittleren Bereich der Speicherzelle in Überdeckung mit der Speicherzelle positioniert ist. Insgesamt wird hierdurch der mit dem Kühlkörper 1 in thermischem Kontakt stehende Bereich der Ausformung 5 von beiden Seiten mit zugeleiteter Wärme von den Speicherzellen 2 versorgt, so dass bei gegebenem Bauraum eine besonders effektive Wärmeabführung ermöglicht ist.
Bei der in Fig. 4 dargestellten Abwandlung des Ausführungsbeispiels nach Fig. 3 hat der Kühlkörper 1 ebenfalls Durchbrechungen 1a, wobei jedoch in der gleichen Durchbrechung 1a von jeder Seite eine sich verjüngende Aus- formung vorgesehen ist. Entsprechend kann von jeder der beiden Seiten ein Halteglied 4 mechanisch selbsthemmend eingesetzt werden, so dass sich auf jeder der gegenüberliegenden Seiten des Kühlkörpers 1 Speicherzellen 2 erstrecken. Auch hierdurch wird bei gegebenem Bauraum eine besonders gute Ausnutzung der Kühlleistung des Kühlkörpers 1 erreicht.
Bei dem in Fig. 5 gezeigten Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht das Halteglied 4 aus vier Teilgliedern 4a, 4b, 4c, 4d. Diese weisen in ihrem mittleren Bereich ähnlich der in Fig. 3 gestrichelt dargestellten Abwandlung eine zentrale Keilfläche 5 zur mechanisch selbsthemmenden Festlegung in einem Kühlkörper 1 auf.
Die einzelnen Teilglieder 4a - 4d haben jeweils randseitig positive und negative formschlüssige Mittel 7, 8 in Form von Teilkreisen, mit denen sie nach Art von Puzzleteilen formschlüssig aneinander angehängt sind. Der Durch- messer einer der teilkreisförmigen formschlüssigen Ausformungen 7, 8 muss dabei kleiner sein als das Vierfache der Blechdicke der Teilglieder 4a - 4d, um eine sichere formschlüssige Einhängung zu erzielen.
Zwischen den benachbarten Teilgliedern 4a - 4d verbleibt über etwa zwei Drittel der Höhe des Halteglieds 4 jeweils ein Spalt 9, in dessen Bereich die benachbarten Halteglieder 4a - 4d nicht aneinander anstoßen. Insgesamt wird durch diese formschlüssige Verkettung der Halteglieder 4a - 4d eine in Umfangshchtung federelastische, die Speicherzelle 2 umgebende Manschette gebildet, durch die auch bei großer Maßtoleranz der Speicherzelle 2 eine sichere mechanische und thermisch gut kontaktierte Aufnahme der Spei- cherzelle 2 ermöglicht ist. Das Halteglied 4 nach Fig. 5 kann je nach Anforderungen nur mechanisch oder auch mittels Verklebung an der Speicherzelle 2 festgelegt sein.
Bei dem in Fig. 6 gezeigten Ausführuhgsbeispiel umgibt das Halteglied 4 die Speicherzelle 2 wie in den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen, wobei zusätzlich mehrere die Halteglieder umfangende Spannringe 10 angebracht sind. Hierdurch wird durch mechanische Vorspannung der Halteglieder 4 gegen die Wandung der Speicherzellen 2 eine besonders sichere HaI- terung und ein besonders guter thermischer Kontakt bereitgestellt. Insbesondere wird hierdurch vermieden, dass der thermische Kontakt durch eine Deformation oder mechanische Verspannung im Zuge des Einschiebens der Keilfläche 5 in den Kühlkörper 1 verschlechtert wird.
Bei dem in Fig. 7 gezeigten Ausführungsbeispiel sind zwei Kühlkörper 1 mit einem Halteglied 4 selbsthemmend mechanisch verbunden. Bevorzugt sind die Kühlkörper in Achsrichtung der Speicherzelle 2 betrachtet in der Mitte der Speicherzelle angeordnet, um einen großen Temperaturgradienten entlang der Speicherzelle zu vermeiden. Selbstverständlich können die Kühlkörper alternativ an einer beliebigen anderen Stelle am Halteglied angebracht werden.
Es versteht sich, dass die einzelnen Merkmale der verschiedenen beschriebenen Ausführungsbeispiele je nach Anforderungen auf sinnvolle Weise mit- einander kombiniert werden können.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Vorrichtung zur elektrischen Energiespeicherung insbesondere für ein Kraftfahrzeug, umfassend zumindest eine aufladbare elektrische Speicherzelle (2) und einen mit der Speicherzelle (2) in thermischem Kontakt stehenden Kühlkörper (1), wobei die Speicherzelle (2) in einem Halteglied (4) aufgenommen ist und mit dem Halteglied (4) in thermischem Kontakt steht, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Halteglied (4) und an dem Kühlkörper (1) korrespondierende Ausformungen (1b, 5) zur selbsthemmenden mechanischen Verbindung von Halteglied und Kühlkörper vorgesehen sind.
2. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteglied (4) mit der Speicherzelle (2) stoffschlüssig verbunden ist, insbesondere mittels Verkleben.
3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteglied (4) zumindest zwei Teilglieder (4a, 4b, 4c, 4d) umfasst, die die Speicherzelle (2) jeweils teilweise umfangen.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass an den Teilgliedern (4a, 4b, 4c, 4d) jeweils formschlüssige Mittel (7, 8) zur Verbindung benachbarter Teilglieder vorgesehen sind.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der korrespondierenden Ausformungen eine Keilfläche (1b, 5) umfasst, wobei das Halteglied (4) mittels der Keilfläche (1b, 5) zumindest reibschlüssig und in flächigem thermischen Kontakt an dem Kühlkörper (1) festgelegt ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl an dem Kühlkörper (1) als auch an dem Halteglied (4) eine Keilfläche (1b, 5) vorgesehen ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Speicherzelle (2) im Wesentlichen zylindrisch geformt und die Keilfläche (5) als kegelabschnittsförmige außenseitige Aufweitung des Halteglieds (4) ausgebildet ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Keilfläche (1b, 5) als sickenartige Ausformung aus einem Blechformteil ausgebildet ist.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die korrespondierenden Ausformungen (1b, 5) zumindest teilweise ein Gewinde umfassen.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass die selbsthemmende mechanische Verbindung durch eine weitere, insbesondere stoffschlüssige Festlegung gesichert ist.
11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass das Halteglied (4) aus einem Metall besteht, insbesondere aus der Gruppe Aluminium, Kupfer oder Aluminium mit aufgewalztem Kupfer.
12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteglied (4) als Blechformteil ausgebildet ist.
13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteglied (4) eine Dicke zwischen etwa 0,1 mm und etwa 2 mm aufweist.
14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass zwischen dem Halteglied (4) und der Speicherzelle (2) eine elektrisch isolierende Schicht, insbesondere in Form eines Schlauches, angeordnet ist.
15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass ein Bereich zwischen dem Kühlkörper (1) und einer Mehrzahl benachbarter Zellen (2) mit einem Füllmaterial verfüllt ist.
16. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass das Halteglied (4) zumindest ein umlaufendes
Spannglied (10) aufweist, um das Halteglied (4) gegen die Speicherzelle (2) zu halten.
17. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Speicherzellen (2) in dem Halteglied (4) aufgenommen sind.
18. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausformung (5) des Halteglieds (4) über der Speicherzelle (2) angeordnet ist, wobei sich ein an der Speicherzelle
(2) anliegender Teil des Halteglieds (4) beidseitig der Ausformung (5) erstreckt.
19. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass das Halteglied (4) den Kühlkörper (1) vollständig durchgreift und insbesondere beidseitig aus dem Kühlkörper (1) herausragt.
20. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass der Kühlkörper (1) zwei gegenüberliegende Seiten aufweist, wobei auf jeder der Seiten zumindest ein Halteglied (4) selbsthemmend mechanisch festgelegt ist.
21. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass der Kühlkörper (1) von einem Fluid zum Austausch von Wärme durchströmbar ist.
22. Vorrichtung nach Anspruch 21 , dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid ein Kühlmittel eines Niedertemperatur-Kühlkreislaufs ist.
23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmittel ein Wasser-Glykol Gemisch ist.
24. Vorrichtung nach Anspruch 21 , dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid ein Kältemittel eines Kältekreises, insbesondere einer Fahrzeug- Klimaanlage, ist.
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