AT16081U1 - Akkumulator - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Akkumulator (1) mit mehreren Speichermodulen (2) für elektrischen Strom, wobei zwischen den Speichermodulen (2) jeweils eine Kühlvorrichtung (4) zur Kühlung der Speichermodule (2) angeordnet ist, die jeweils zumindest ein erstes Blechelement (7) und ein damit verbundenes zweites Blechelement (8) aufweist, zwischen denen zumindest ein Kühlmittelkanal (11) ausgebildet ist, und wobei die Kühlvorrichtung (4) einen Kühlmitteleinlass (12) und einen Kühlmittelauslass (13) aufweist. Das erste Blechelement (7) ist mit dem zweiten Blechelement (8) mittels elektromagnetischem Pulsschweißen oder mittels Kleben verbunden.

Description

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft einen Akkumulator mit mehreren Speichermodulen für elektrischen Strom, wobei zwischen den Speichermodulen jeweils eine Kühlvorrichtung zur Kühlung der Speichermodule angeordnet ist, die jeweils zumindest ein erstes Blechelement und ein damit verbundenes zweites Blechelement aufweist, zwischen denen zumindest ein Kühlmittelkanal ausgebildet ist, und wobei die Kühlvorrichtung einen Kühlmitteleinlass und einen Kühlmittelauslass aufweist.

[0002] Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Kühlvorrichtung für einen Akkumulator der mehrere Speichermodule für elektrische Energie aufweist, zwischen denen jeweils eine Kühlvorrichtung zur Kühlung der Speichermodule angeordnet ist, wonach ein erstes Blechelement und ein zweites Blechelement bereitgestellt und miteinander verbunden werden.

[0003] Die Lebensdauer und die Effektivität sowie auch die Sicherheit einer wiederaufladbaren Batterie für die sogenannte E-Mobility hängen unter anderem auch von der Temperatur im Betrieb ab. Aus diesem Grund wurden schon verschiedenste Konzepte für die Kühlung bzw. Temperierung der Akkumulatoren vorgeschlagen. Im Wesentlichen lassen sich die Konzepte in zwei Typen unterteilen, nämlich die Luftkühlung sowie die Wasserkühlung bzw. generell die Kühlung mit Flüssigkeiten.

[0004] Für die Wasserkühlung werden Kühlkörper verwendet, in denen zumindest ein Kühlmittelkanal ausgebildet ist. Diese Kühlköper werden zwischen den einzelnen Modulen des Akkumulators angeordnet. Ein Modul ist dabei eine selbstständige Einheit des Akkumulators, also nicht zwingend nur eine Zelle.

[0005] Ein derartiger Kühlkörper ist beispielsweise aus der DE 10 2012 218 724 A1 bekannt. Diese Druckschrift beschreibt eine Anordnung zum Temperieren mindestens eines Energiespeichers, umfassend zwei Deckbleche sowie ein zwischen diesen Deckblechen angeordnetes Zwischenblech, wobei die Anordnung mehrere zwischen den Deckblechen verlaufende Kanäle zum Leiten eines fluiden Mediums aufweist, wobei zumindest eines der Deckbleche auf einer dem Zwischenblech abgewandten Außenseite des Deckblechs eine Kontaktfläche aufweist, über die dieses Deckblech mit einer Außenfläche des Energiespeichers wärmeleitend verbindbar ist, wobei das Zwischenblech mehrere Schlitze und die Schlitze seitlich begrenzende Zwischenstege aufweist, wobei jeder der Zwischenstege an beide Deckbleche flächig angrenzt, so dass jeder der Schlitze jeweils durch beide Deckbleche abgedeckt ist, wobei jeder der Kanäle jeweils einer dieser Schlitze ist.

[0006] Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte, mit ei ner Kühlflüssigkeit betreibbare Kühlvorrichtung für einen Akkumulator bzw. den damit ausgestatteten Akkumulator für die E-Mobility bereit zu stellen.

[0007] Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Akkumulator dadurch gelöst, dass das erste Blechelement mit dem zweiten Blechelement mittels elektromagnetischen Pulsschweißens oder mittels Kleben verbunden ist.

[0008] Weiter wird die Aufgabe mit dem eingangs genannten Verfahren gelöst, nach dem vorgesehen ist, dass die beiden Blechelemente mittels elektromagnetischen Pulsschweißens oder mittels Kleben verbunden werden.

[0009] Von Vorteil ist dabei, dass die beiden Blechelemente umlaufend einfach miteinander verbunden werden können, wobei keine zusätzliche Wärme in die beiden Blechelemente eingebracht wird. Dies wiederum ist von Vorteil in Hinblick auf die Ebenheit der Kühlvorrichtung und in weiterer Folge auf die Anlage der Kühlvorrichtung an das jeweilige Speichermodul. Mit der verbesserten Anlage kann auch die Effizienz der Kühlung verbessert werden, wobei zusätzliche Ausgleichsmassen für den Ausgleich von Unebenheiten in den aneinander anliegenden Bereichen von Kühlvorrichtung und Speichermodul nicht notwendig sind. Durch die starke Beschleunigung eines Blechelementes beim Verbinden mit dem zweiten Blechelement kann auch die Dichtheit der Verbindung verbessert werden. Von Vorteil ist dabei, dass kein Zusatz-

Stoff erforderlich ist, sodass es zu keinen Spannungen aufgrund unterschiedlicher Wärmedehnungen verschiedener Werkstoffe im Verbindungsbereich kommt. Zudem erfolgt die Verbindung der beiden Blechelemente miteinander innerhalb sehr kurzer Zeit, wodurch auch entsprechende Kostenvorteile in der Herstellung der Kühlvorrichtung realisierbar sind.

[0010] Nach einer Ausführungsvariante des Akkumulators kann vorgesehen sein, dass der Kühlmittelkanal in zumindest eines der beiden Blechelemente eingeformt ist. Es kann damit die Anzahl der Einzelbestandteile der Kühlvorrichtung reduziert werden, wodurch in weiterer Folge die Robustheit der Kühlvorrichtung verbessert werden kann.

[0011] Es kann aber auch vorgesehen sein, dass zwischen dem ersten und dem zweiten Blechelement ein weiteres Blechelement angeordnet ist. Durch dieses Blechelement kann der Kühlmittelkanal unterteilt und damit die Länge des Strömungsweges des Kühlmittels in der Kühlvorrichtung erhöht werden. Dies wiederum ist in Hinblick auf die Effizienz der Kühlvorrichtung von Vorteil.

[0012] Andererseits kann zur Steigerung der Kühlleistung der Kühlvorrichtung aber auch vorgesehen sein, dass in dem weiteren Blechelement Durchbrüche ausgebildet sind, die einen Teil des zumindest einen Kühlmittelkanals bilden. Es kann damit der Querschnitt des Kühlmittelkanals erhöht werden, ohne dass die beiden Blechelemente einer zu starken Verformung zur Ausbildung des Kühlmittelkanals unterzogen werden müssen.

[0013] Nach einer anderen Ausführungsvariante des Akkumulators kann vorgesehen sein, dass im Kühlmitteleinlass und im Kühlmittelauslass ein Distanzdichtelement eingesetzt ist. Es kann damit die Dichtheit dieser Bereiche verbessert werden.

[0014] Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert.

[0015] Es zeigen jeweils in vereinfachter, schematischer Darstellung: [0016] Fig. 1 einen Ausschnitt aus einem Akkumulator; [0017] Fig. 2 eine Kühlvorrichtung in Schrägansicht; [0018] Fig. 3 eine Explosionsdarstellung der Kühlvorrichtung nach Fig. 2 in Schrägansicht; [0019] Fig. 4 ein Distanzdichtelement.

[0020] Einführend sei festgehalten, dass in den unterschiedlich beschriebenen Ausführungsformen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen werden, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäß auf gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen werden können. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. oben, unten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind diese Lageangaben bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen.

[0021] In Fig. 1 ist ein Akkumulator 1, d.h. eine wiederaufladbare Batterie, ausschnittsweise in Schrägansicht dargestellt. Der Akkumulator 1 umfasst mehrere Speichermodule 2 für elektrische Energie. Die Speichermodule 2 sind über zumindest eine Stromschiene 3 miteinander verbunden. Zwischen den Speichermodulen 2 sind an diesen anliegende Kühlvorrichtungen 4 angeordnet. Die Speichermodule 2 können auf Haltevorrichtungen 5 angeordnet sein, die unterhalb der Speichermodule 2 angeordnet sind. Die Haltevorrichtungen 5 können mit Verbindungselementen 6 unter Ausbildung von Speichermodulreihen verbunden sein.

[0022] Da der prinzipielle Aufbau derartiger Akkumulatoren 1 für die E-Mobility aus dem einschlägigen Stand der Technik bekannt ist, sei zur Vermeidung von Wiederholungen darauf verwiesen. Die nachstehende Beschreibung beschränkt sich daher auf die Kühlung des Akkumulators 1.

[0023] Es sei weiter darauf hingewiesen, dass unter dem Begriff „Kühlung“ im Sinne der Erfindung auch die Temperierung des Akkumulators 1 verstanden wird.

[0024] In den Fig. 2 und Fig. 3 ist eine Ausführungsvariante der Kühlvorrichtung 4 in Schrägansicht bzw. Explosionsdarstellung dargestellt. Die Kühlvorrichtung 4 weist ein erstes Blechelement 7 und ein damit verbundenes zweites Blechelement 8 auf.

[0025] Die beiden Blechelemente 7, 8 sind zumindest annähernd plattenförmig ausgebildet.

[0026] Die Verbindung der beiden Blechelemente 7, 8 erfolgt mittels elektromagnetischen Pulsschweißens. Dazu wird eines der beiden Blechelemente 7, 8 stationär festgehalten und das andere Blechelement 7, 8 wird in der Folge gegen das stationäre Blechelement 7, 8 beschleunigt. Prinzipiell ist das elektromagnetische Pulsschweißen aus dem einschlägigen Stand der Technik bekannt. Es sei daher auf diesen bezüglich weiterer Details dieses Verfahrens verwiesen.

[0027] Alternativ dazu können die beiden Blechelemente 7,8 auch miteinander verklebt werden.

[0028] Die Verbindung der beiden Blechelemente 7, 8 erfolgt im Bereich von Rändern 9 der Blechelemente 7,8 vollumfänglich.

[0029] Die Blechelemente 7, 8 weisen im Bereich des unteren Randes Durchbrüche 10 auf. Diese Durchbrüche 10 dienen der Aufnahme der Verbindungselemente 6, wie dies aus Fig. 1 zu ersehen ist.

[0030] In der Kühlvorrichtung 4 ist zumindest ein Kühlmittelkanal 11 zwischen den Blechelementen 7, 8 ausgebildet, der sich bei der Ausführungsvariante der Kühlvorrichtung 4 nach den Fig. 1 bis 3 an der Oberfläche des Blechelementes 8 abzeichnet. Bei dieser Ausführungsvariante ist der zumindest eine Kühlmittelkanal 11 in das Blechelement 8 eingeformt, beispielsweise durch Tiefziehen oder mittels eines Prägeverfahrens. Das andere Blechelement 7 ist im technischen Verständnis vollständig eben ausgeführt.

[0031] Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, dass der zumindest eine Kühlmittelkanall 1 teilweise sowohl durch das Blechelement 7 als auch durch das Blechelement 8, beispielsweise jeweils zur Hälfte, durch entsprechende Umformung derselben gebildet wird.

[0032] Natürlich bildet auch bei der Ausführungsvariante der Kühlvorrichtung nach den Fig. 2 und 3 das Blechelement 7 einen Teil des Kühlmittelkanals 11, da es ja die Abdeckung auf einer Seite für den Kühlmittelkanal 11 bildet, allerdings in für diesen Zweck „unverformten“, also ebenen Zustand.

[0033] Prinzipiell können auch mehrere Kühlmittelkanäle 11 innerhalb der Kühlvorrichtung 4 angeordnet sein. Dazu können beispielsweise die beiden Blechelemente 7,8 auch in Bereichen zwischen den Rändern 9 miteinander verbunden werden, also beispielsweise eine Mittelnaht ausgebildet werden.

[0034] Es besteht aber auch die Möglichkeit, dass nach einer anderen Ausführungsvariante zwischen den beiden Blechelementen 7, 8 ein weiteres Blechelement angeordnet und gegebenenfalls mit dem Blechelement 7 und/oder dem Blechelement 8 verbunden wird, wobei als Verbindungsmethode wieder das elektromagnetische Pulsschweißen zum Einsatz kommt. Das Volumen zwischen den beiden Blechelementen 7, 8 wird bei dieser Ausführungsvariante mit dem weiteren Blechelement in zwei Teilvolumina unterteilt.

[0035] Das weitere Blechelement kann flächenmäßig zumindest annähernd oder genau so groß sein, wie das Blechelement 7 bzw. das Blechelement 8. Mit zumindest annähernd ist dabei gemeint, dass es nur um so viel kleiner ist, als Platz benötigt wird, um die beiden Blechelemente 7, 8 entlang der Ränder 9 miteinander zu verbinden. Das weitere Blechelement ist also vollumfänglich beabstandet zu den Rändern 9 der Blechelement 7, 8 ausgebildet.

[0036] Es kann aber nach einer anderen Ausführungsvariante der Kühlvorrichtung 4 auch vorgesehen sein, dass in dem weiteren Blechelement Durchbrüche ausgebildet sind, die zumindest einen Teil des zumindest einen Kühlmittelkanals 11 bilden. Es wird also bei dieser Ausführungsvariante der Kühlvorrichtung 4 durch die Anordnung des weiteren Blechelementes eine größere Beabstandung der beiden Blechelemente 7, 8 im Bereich des Kühlmittelkanals 11 erreicht, wodurch das Volumen des zumindest einen Kühlmittelkanals 11 vergrößert werden kann.

[0037] In Fig. 1 bis 3 ersichtlich, kann der Kühlmittelkanal 11 mäanderförmig verlaufend in der Kühlvorrichtung 4 angeordnet sein. Es sind aber auch andere Verläufe des zumindest einen Kühlmittelkanals 11 möglich.

[0038] Als Kühlmittel, von dem die Kühlvorrichtung 4 durchströmt wird, wird eine Flüssigkeit verwendet, beispielsweise ein Wasser-Glykol-Gemisch.

[0039] Der Kühlmittelkanal 11 erstreckt sich von einem Kühlmitteleinlass 12 bis zu einem Kühlmittelauslass 13 der Kühlvorrichtung 4. Bei mehreren Kühlmittelkanälen 11 pro Kühlvorrichtung 4 können auch mehr als ein Kühlmitteleinlass 12 und/oder mehr als ein Kühlmittelauslass 13 vorgesehen sein.

[0040] Der Kühlmitteleinlass 12 und der Kühlmittelauslass 13 können als einfache Ausnehmungen in den Blechelementen 7, 8, die entsprechend abgedichtet sind, ausgebildet sein.

[0041] In der bevorzugten Ausführungsvariante der Kühlvorrichtung 4 kann jedoch vorgesehen sein, dass in den Blechelementen 7, 8 entsprechende Durchbrüche 14 vorgesehen sind, und dass in diese Durchbrüche 14 jeweils ein Distanzdichtelement 15 eingesetzt ist. Eine Ausführungsvariante dieses Distanzdichtelementes 15 ist in Fig. 4 dargestellt.

[0042] Unter einem Distanzdichtelemente 15 wird im Sinne der Erfindung ein Element verstanden, dass einerseits sowohl eine Abdichtung des Kühlmitteleinlasses 12 bzw. des Kühlmittelauslasses 13 ermöglicht, und das andererseits auch eine beabstandete Anordnung der beiden Blechelemente 7, 8 im Bereich des Kühlmitteleinlasses 12 bzw. des Kühlmittelauslasses 13 ermöglicht.

[0043] Das Distanzdichtelement 15 kann einen umlaufenden, krempenförmigen Rand 16 aufweisen, mit dem es an den Blechelementen 7, 8 flächig anliegt. Von diesem Rand 16 erstreckt sich orthogonal dazu ein umlaufender, geschlossener Steg 17, der in den Durchbruch 14 (Fig. 3) des Blechelementes 8 (Fig. 2) hineinragt. Auf der gegenüberliegenden Seite des Randes 16 ist ebenfalls ein derartiger Steg 17 ausgebildet, der jedoch in Fig. 4 nicht zu sehen ist, da er in den Durchbruch 14 des Blechelementes 7 hineinragt.

[0044] Der Steg 17 umschließt einen Durchbruch 18, über den das Kühlmittel aus dem Distanzdichtelement 15 in den Kühlmittelkanal 11 einfließen bzw. ausströmen kann.

[0045] Es sei darauf hingewiesen, dass die in Fig. 4 konkret dargestellte, längliche Form des Distanzdichtelementes 15 zwar bevorzugt aber nicht beschränkend zu verstehen ist.

[0046] Die Distanzdichtelemente 15 können auch zur Anbindung der Kühlvorrichtungen 4 an das Kühlmittelsystem des Akkumulators 1 verwendet werden. Die Weiterleitung des Kühlmittels von einer Kühlvorrichtung 4 in die nächste Kühlvorrichtung 4 kann über die Haltevorrichtungen 5 erfolgen, wozu diese ebenfalls Durchbrüche 19 aufweisen können, wie dies aus Fig. 1 ersichtlich ist. Die Geometrie dieser Durchbrüche 19 entspricht der Geometrie der Durchbrüche 14 in den Blechelementen 7, 8. Sofern die Stege 17 der Distanzdichtelemente 15 so breit ausgeführt sind, dass sie durch die Blechelemente 7, 8 hindurchragen, können sie in die Durchbrüche 19 der Haltevorrichtungen 5 hineinragen und damit auch die fluiddichte Anbindung der Kühlvorrichtungen 4 an die Haltevorrichtungen 5.

[0047] Das Distanzdichtelement 15 besteht insbesondere aus einem Kunststoff, wie z.B. POM, PA, PA6, PA66.

[0048] Die Ausführungsbeispiele zeigen mögliche Ausführungsvarianten des Akkumulators 1 bzw. der Kühlvorrichtung 4, wobei an dieser Stelle bemerkt sei, dass auch Kombinationen der einzelnen Ausführungsvarianten untereinander möglich sind.

[0049] Der Ordnung halber sei abschließend darauf hingewiesen, dass zum besseren Verständnis des Aufbaus des Akkumulators 1 bzw. der Kühlvorrichtung 4 diese nicht zwingenderweise maßstäblich dargestellt wurden.

BEZUGSZEICHENLISTE 1 Akkumulator 2 Speichermodul 3 Stromschiene 4 Kühlvorrichtung 5 Haltevorrichtung 6 Verbindungselement 7 Blechelement 8 Blechelement 9 Rand 10 Durchbruch 11 Kühlmittelkanal 12 Kühlmitteleinlass 13 Kühlmittelauslass 14 Durchbruch 15 Distanzdichtelement 16 Rand 17 Steg 18 Durchbruch 19 Durchbruch

Claims (6)

Ansprüche

1. Akkumulator (1) mit mehreren Speichermodulen (2) für elektrischen Strom, wobei zwischen den Speichermodulen (2) jeweils eine Kühlvorrichtung (4) zur Kühlung der Speichermodule (2) angeordnet ist, die jeweils zumindest ein erstes Blechelement (7) und ein damit verbundenes zweites Blechelement (8) auf weist, zwischen denen zumindest ein Kühlmittelkanal (11) ausgebildet ist, und wobei die Kühlvorrichtung (4) einen Kühlmitteleinlass (12) und einen Kühlmittelauslass (13) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Blechelement (7) mit dem zweiten Blechelement (8) mittels elektromagnetischem Pulsschweißen oder mittels Kleben verbunden ist.

2. Akkumulator (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmittelkanal (11) in zumindest eines der beiden Blechelemente (7, 8) eingeformt ist.

3. Akkumulator (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten und dem zweiten Blechelement (7, 8) ein weiteres Blechelement angeordnet ist.

4. Akkumulator (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in dem weiteren Blechelement Durchbrüche ausgebildet sind, die einen Teil des zumindest einen Kühlmittelkanals (11) bilden.

5. Akkumulator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Kühlmitteleinlass (12) und im Kühlmittelauslass (13) ein Distanzdichtelement (15) eingesetzt ist.

6. Verfahren zur Herstellung einer Kühlvorrichtung (4) für einen Akkumulator (1) der mehrere Speichermodule (2) für elektrische Energie aufweist, zwischen denen jeweils eine Kühlvorrichtung (4) zur Kühlung der Speichermodule (2) angeordnet ist, wonach ein erstes Blechelement (7) und eine zweites Blechelement (8) bereitgestellt und miteinander verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Blechelemente (7, 8) mittels elektromagnetischem Pulsschweißen oder mittels Kleben verbunden werden. Hierzu 2 Blatt Zeichnungen