DE102017208816B3 - Heat transfer element, tempering device and battery housing with at least one heat transfer element - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein insbesondere plattenförmiges Wärmeübertragungselement für eine Temperiervorrichtung für eine Fahrzeugbatterie, insbesondere eines E-Fahrzeugs. Ferner betrifft die Erfindung eine Temperiervorrichtung für eine aus einem oder mehreren Batteriemodulen zusammengesetzte Fahrzeugbatterie sowie ein Batteriegehäuse zur Aufnahme einer aus einem oder mehreren Batteriemodulen zusammengesetzten Fahrzeugbatterie für ein Fahrzeug.The invention relates to a particular plate-shaped heat transfer element for a temperature control device for a vehicle battery, in particular an e-vehicle. Furthermore, the invention relates to a tempering device for a composite of one or more battery modules vehicle battery and a battery case for receiving a composite of one or more battery modules vehicle battery for a vehicle.
Description
Technisches GebietTechnical area
Die Erfindung betrifft ein insbesondere plattenförmiges Wärmeübertragungselement für eine Temperiervorrichtung für eine Fahrzeugbatterie, insbesondere eines E-Fahrzeugs. Ferner betrifft die Erfindung eine Temperiervorrichtung für eine aus einem oder mehreren Batteriemodulen zusammengesetzte Fahrzeugbatterie sowie ein Batteriegehäuse zur Aufnahme einer aus einem oder mehreren Batteriemodulen zusammengesetzten Fahrzeugbatterie für ein Fahrzeug.The invention relates to a particular plate-shaped heat transfer element for a temperature control device for a vehicle battery, in particular an e-vehicle. Furthermore, the invention relates to a tempering device for a composite of one or more battery modules vehicle battery and a battery case for receiving a composite of one or more battery modules vehicle battery for a vehicle.
Technischer HintergrundTechnical background
Die zunehmende Elektrifizierung von Fahrzeugen, insbesondere von Automobilen, und der gleichzeitige Kundenwunsch an eine hohe Reichweite solcher Fahrzeuge erfordern die Entwicklung leistungsfähiger Batteriekonzepte. Die Batterie von elektrisch angetriebenen Fahrzeugen, kurz E-Fahrzeuge, ist die entscheidende Komponente für die Reichweite der E-Fahrzeuge. Die Batterie, welche aus einem oder mehreren Batteriemodulen besteht, wird in der Regel in einem crashsicher ausgelegten Batteriegehäuse angeordnet und unter dem Boden eines E-Fahrzeugs montiert.The increasing electrification of vehicles, especially automobiles, and the simultaneous customer desire for a high range of such vehicles require the development of powerful battery concepts. The battery of electric vehicles, in short E-vehicles, is the crucial component for the range of e-vehicles. The battery, which consists of one or more battery modules, is usually placed in a crash-proof designed battery housing and mounted under the floor of an e-vehicle.
Die Leistungsfähigkeit einer Batterie ist von den Einflüssen wie Lade- und Fahrzyklen, Nutzungszeit, Umwelteinflüssen und mechanischen Belastungen abhängig. Im Zusammenhang dieser Einflussgrößen spielt die Modultemperatur, d. h. die Temperatur der Batteriemodule eine entscheidende Rolle. Die Batterie verliert Leistungsfähigkeit, wenn die Umgebungstemperatur zu hoch ist oder die Wärme die beim Auf- oder Entladen der Batterie entsteht, nicht aus den Batteriemodulen abgeführt werden kann. Die Batterie verliert ebenfalls Leistungsfähigkeit, wenn die Außentemperaturen bei winterlichen Witterungsbedingungen zu sehr absinken. In diesem Fall müssen die Batteriemodule beheizt werden, um die Leistungsfähigkeit zu gewährleisten.The performance of a battery depends on the influences such as charging and driving cycles, time of use, environmental influences and mechanical loads. In the context of these factors, the module temperature, i. H. the temperature of the battery modules a crucial role. The battery loses power when the ambient temperature is too high or the heat generated when charging or discharging the battery can not be dissipated from the battery modules. The battery also loses power when outside temperatures drop too much in winter weather conditions. In this case, the battery modules must be heated to ensure the performance.
Unterschiedliche Kühlsysteme und deren Anordnung zur Abfuhr von Wärme aus den Batteriemodulen respektive aus dem Innenraum der in einem Batteriegehäuse angeordneten Batteriemodule sind aus dem Stand der Technik bekannt, s. beispielsweise die deutsche Offenlegungsschrift
Des Weiteren sind in den deutschen Offenlegungsschriften
Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention
Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Wärmeübertragungselement für eine Temperiervorrichtung für eine Fahrzeugbatterie, insbesondere eines E-Fahrzeugs anzugeben, welches wirtschaftlich und aus wenigen Teilen hergestellt werden kann.The object of the invention is to provide a heat transfer element for a temperature control device for a vehicle battery, in particular an e-vehicle, which can be produced economically and from a few parts.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1.This problem is solved by the features of
Vorgesehen ist erfindungsgemäß ein insbesondere plattenförmiges Wärmeübertragungselement für eine Temperiervorrichtung für eine Fahrzeugbatterie, insbesondere eines E-Fahrzeugs, welches mindestens ein hohlprofilartiges Element mit einem im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt, welches einen von einer Flüssigkeit durchleitbaren Innenraum definiert, und mindestens ein an einem offenen Ende des hohlprofilartigen Elements zum Schließen des hohlprofilartigen Elements angeordnetes Abschlusselement, wobei in dem mindestens einen Abschlusselement mindestens ein Anschluss zum Anschließen einer Zu- und/oder Ablaufleitung vorgesehen ist, umfasst.Provided according to the invention is a particular plate-shaped heat transfer element for a temperature control device for a vehicle battery, in particular an e-vehicle, which defines at least one hollow profile-like element having a substantially rectangular cross-section which defines a passageway through a liquid interior, and at least one at an open end of the hollow profile-like Element for closing the hollow profile-like element arranged closing element, wherein in the at least one end element at least one connection for connecting a supply and / or drain line is provided comprises.
Die Erfinder haben festgestellt, dass durch einen relativ einfachen Aufbau ein insbesondere plattenförmiges Wärmeübertragungselement mit einer effektiven Wärmeübertragung aus wenigen Teilen wirtschaftlich hergestellt werden kann. In der einfachsten Ausgestaltung kann das Wärmeübertragungselement aus mindestens einem hohlprofilartigen Element mit einem im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt und einem zumindest einseitig zum zumindest einseitigen Schließen des beidseitig offenen hohlprofilartigen Elementes angeordnetes Abschlusselement bestehen. Die gegenüberliegende offene Seite kann beispielsweise durch entsprechende Formgebung des Materials am Ende des hohlprofilartigen Elements beispielsweise durch Quetschen und/oder Fügen, insbesondere Kleben oder Schweißen geschlossen werden. Dadurch werden lediglich zwei Teile zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Wärmeübertragungselements benötigt. Um eine ausreichend hohe Wärmeleitung bereitzustellen, besteht das hohlprofilartige Element aus einem Metall, vorzugsweise aus Stahl, Edelstahl oder Aluminium. Bleche oder Bänder aus Stahl oder Edelstahl lassen sich großserientauglich und kosteneffektiv zu einem Schlitzprofil formen, wobei das Schlitzprofil anschließend reproduzierbar dicht, wobei die Dichtheitsprüfung gut automatisierbar durchführbar ist, durch eine Längsnaht mittels Schweißen oder Bördeln zu einem geschlossenen Hohlprofil gefügt werden kann. Der Endquerschnitt, insbesondere der im Wesentlichen rechteckige Querschnitt des hohlprofilartigen Elements kann bereits im Zuge der Formgebung zu einem Schlitzprofil berücksichtigt werden oder alternativ erst abschließend in einem letzten Schritt, beispielsweise durch ein definiertes Quetschen bereitgestellt werden, wobei ein definierter Innenraum (Innenabmessung) zum Durchleiten von Flüssigkeit bestehen bleiben muss. Alternativ, insbesondere bei der Verwendung von Aluminium als Werkstoff, kann mittels nahtlosem Ziehen oder Extrudieren ein hohlprofilartiges Element mit einem im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt hergestellt werden. Herstellungsbedingt weisen die Ecken des rechteckigen Querschnitts nicht unbedingt einen rechten Winkel auf, sprich r = 0,0 mm, sondern im Rahmen der Erfindung können auch Radien in den Ecken von bis zu r = 4 mm umfasst sein. Um Leichtbau betreiben zu können, liegt je nach Ausführungsform und Abmessung des plattenförmigen Wärmeübertragungselements die Wandstärke des hohlprofilartigen Elements zwischen 0,1 und 0,4 mm. Wird Stahl als Werkstoff verwendet, kann dieser auch mit einem anorganischen Überzug, insbesondere einen metallischen Korrosionsschutzüberzug auf Basis von Zink, Aluminium oder Zinn versehen sein. Um weiter Gewicht einzusparen, besteht das Anschlusselement aus Kunststoff, vorzugsweise aus einem Kunststoff-Spritzgussteil oder einem Spritzgussteil aus faserverstärktem Kunststoff. Kunststoff-Spritzgussteile und Spritzgussteile aus faserverstärktem Kunststoff können großserientechnisch, kosteneffektiv und individuell hergestellt werden und ermöglichen die Integration mehrerer Funktionen in einem Bauteil.The inventors have found that a relatively plate-shaped heat transfer element with an effective heat transfer from a few parts can be produced economically by a relatively simple structure. In the simplest embodiment, the heat transfer element may consist of at least one hollow profile-like element with a substantially rectangular cross-section and a closing element arranged at least on one side for closing the hollow-profile-like element open on both sides. The opposite open side can be closed, for example by appropriate shaping of the material at the end of the hollow profile-like element, for example by squeezing and / or joining, in particular gluing or welding. As a result, only two parts are required for the production of a heat transfer element according to the invention. In order to provide a sufficiently high heat conduction, the hollow profile-like element consists of a metal, preferably of steel, stainless steel or aluminum. Sheets or strips of steel or stainless steel can be mass produced and cost-effective to form a slot profile, the Slot profile then reproducibly tight, the leak test can be carried out easily automated, can be joined by a longitudinal seam by welding or flanging to form a closed hollow profile. The end cross-section, in particular the substantially rectangular cross-section of the hollow profile-like element can already be considered in the course of the shaping to a slot profile or alternatively finally provided in a final step, for example by a defined squeezing, wherein a defined interior space (inner dimension) for passing Liquid must remain. Alternatively, in particular when using aluminum as the material, a hollow profile-like element with a substantially rectangular cross-section can be produced by means of seamless drawing or extrusion. As a result of the manufacturing process, the corners of the rectangular cross section do not necessarily have a right angle, ie r = 0.0 mm, but in the context of the invention, radii in the corners of up to r = 4 mm can also be included. In order to operate lightweight, depending on the embodiment and size of the plate-shaped heat transfer element, the wall thickness of the hollow-profile-like element between 0.1 and 0.4 mm. If steel is used as the material, it can also be provided with an inorganic coating, in particular a metallic corrosion protection coating based on zinc, aluminum or tin. To further save weight, the connecting element made of plastic, preferably made of a plastic injection molded part or an injection molded part made of fiber-reinforced plastic. Plastic injection-molded parts and injection-molded parts made of fiber-reinforced plastic can be mass-produced, cost-effectively and individually manufactured and enable the integration of multiple functions in one component.
Gemäß einer Ausgestaltung ist innerhalb des Abschlusselements ein Kanal ausgebildet, welcher den Anschluss mit dem Innenraum des hohlprofilartigen Elements fluidtechnisch verbindet. Über einen ersten Kanal, der mit dem Anschluss zum Anschließen einer Zulaufleitung verbunden ist, wird Flüssigkeit in den Innenraum des hohlprofilartiges Elements geleitet und über einen zweiten Kanal, der mit dem Anschluss zum Anschließen einer Ablaufleitung verbunden ist, die Flüssigkeit aus dem Innenraum des hohlprofilartiges Elements wieder abgeleitet wird. Der Anschluss, sowohl für die Zu- wie auch die Ablaufleitung kann in Form einer Öffnung oder eines Lochs ausgebildet sein, in welche die Leitung einsteckbar ist. Im Inneren der Öffnung respektive des Lochs können innen umlaufende Dichtungen, z. B. in Form von O-Ringen und/oder eine Arretierung zum dichtenden Anschluss der Leitung vorgesehen sein. Alternativ kann die Öffnung respektive das Loch auch mit einem Innengewinde und einer außen liegenden Dichtfläche ausgeführt sein. Die Ausführung Öffnung/ Loch hat den Vorteil, dass sie einen geringen Bauraum bedarf, so dass mehrere Wärmeübertragungselemente im späteren Einsatz nahezu direkt nebeneinander eingesetzt werden können. In einer alternativen Ausführung kann der Anschluss zum Anschließen einer Leitung auch in Form einer Tülle ausgeführt sein, über welche die Leitung drübergezogen werden kann. Gemäß dieser Ausführung können Leitungen mit einem im Vergleich zur vorgenannten Ausführung größeren Leitungsquerschnitt und damit verbunden weniger Strömungswiderstand verwendet werden. Die Anbindung der Leitung an eine Tülle könnte dauerhaft mittels einer Klemme oder einer Überwurfmutter gesichert werden.According to one embodiment, a channel is formed within the closure element, which fluidly connects the connection with the interior of the hollow profile-like element. Via a first channel, which is connected to the connection for connecting a supply line, liquid is led into the interior of the hollow profile-like element and via a second channel, which is connected to the connection for connecting a drain line, the liquid from the interior of the hollow profile-like element is derived again. The connection, both for the supply and the drain line can be in the form of an opening or a hole, in which the line can be inserted. Inside the opening or the hole inner circumferential seals, z. B. be provided in the form of O-rings and / or a lock for sealing connection of the line. Alternatively, the opening or the hole can also be designed with an internal thread and an outer sealing surface. The design opening / hole has the advantage that it requires a small space, so that several heat transfer elements can be used almost directly next to each other in later use. In an alternative embodiment, the connection for connecting a line can also be designed in the form of a spout, via which the line can be pulled over it. According to this embodiment, it is possible to use lines having a larger cross-sectional area compared to the aforementioned embodiment and, associated therewith, less flow resistance. The connection of the line to a spout could be secured permanently by means of a clamp or a union nut.
Erfindungsgemäß weist das mindestens eine Abschlusselement mindestens einen rechtwinklig vom Abschlusselement abstehenden Steg auf, welcher insbesondere einstückig mit dem Abschlusselement ausgebildet ist oder als gesondertes Bauteil mit dem Abschlusselement verbunden ist und in das hohlprofilartige Element zur Umlenkung der Flüssigkeit innerhalb des hohlprofilartigen Elements hineinragt. Abhängig von der Ausführung und Abmessung des plattenförmigen Wärmeübertragungselements können ein oder mehrere Stege innerhalb des hohlprofilartigen Elements angeordnet sein, welcher bzw. welche eine Umlenkung der Flüssigkeit und somit auch eine im Wesentlichen vollständige Durchströmung des Innenraums des hohlprofilartigen Elements erzwingen, wodurch der Wirkungsgrad des plattenförmigen Wärmeübertragungselements erhöht werden kann. Am Steg oder an den Stegen können Strukturen, beispielsweise Ausbuchtungen vorgesehen sein, die insbesondere die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit im gesamten Innenraum des hohlprofilartigen Elements vergleichmäßigen können. Der Steg respektive die Stege sind beispielsweise bei einer kurzen Bauform des plattenförmigen Wärmeübertragungselements einstückig mit dem Abschlusselement ausgebildet. Alternativ, insbesondere bei einer längeren Bauform und Abmessung, kann der Steg respektive die Stege als zusätzliche Teile oder Bauteile ausgeführt sein und insbesondere mit dem Abschlusselement verbunden sein. Zur Erhöhung der Stabilität ist der Steg nicht nur derart bemessen, dass die Höhe des Stegs im Wesentlichen der lichten Höhe der Innenabmessung des hohlprofilartigen Elements entspricht und dadurch an die Innenwandung des hohlprofilartigen Elements anliegt, sondern zusätzlich mit der Innenwandung stoffschlüssig, beispielsweise verklebt ist.According to the invention, the at least one end element has at least one web projecting at right angles from the end element, which is in particular integrally formed with the end element or is connected as a separate component to the end element and protrudes into the hollow profile-like element for deflecting the liquid within the hollow profile-like element. Depending on the design and dimension of the plate-shaped heat transfer element, one or more webs may be arranged within the hollow profile-like element, which or force a deflection of the liquid and thus a substantially complete flow through the interior of the hollow profile-like element, whereby the efficiency of the plate-shaped heat transfer element can be increased. On the web or on the webs structures, such as bulges may be provided, which can in particular even out the flow velocity of the liquid in the entire interior of the hollow profile-like element. The web or the webs are formed integrally with the end element, for example, in a short design of the plate-shaped heat transfer element. Alternatively, in particular with a longer design and dimension, the web or the webs can be designed as additional parts or components and in particular be connected to the end element. To increase the stability of the web is not only dimensioned such that the height of the web substantially corresponds to the clear height of the inner dimension of the hollow profile-like element and thereby rests against the inner wall of the hollow profile-like element, but in addition to the inner wall cohesively, for example glued.
Gemäß einer bevorzugten Ausführung weist mindestens eines der Abschlusselemente eine Anschlussfläche auf, welche in das offene Ende des hohlprofilartigen Elements einschiebbar und dazu eingerichtet ist, mit dem hohlprofilartigen Element Stoff-, form- und/oder kraftschlüssig verbunden zu werden. Die Anschlussfläche wird durch die Außenseite eines in Form eines umlaufenden Kragens bereitgestellt, die insbesondere zum stoff- und formschlüssigen Verbinden mit dem hohlprofilartigen Element dient, wobei vorzugsweise die umlaufende Außenkante des Kragens im Wesentlichen der Innenabmessung des hohlprofilartigen Elements entspricht, so dass ein Formschluss mit der Innenwandung des hohlprofilartigen Elements hergestellt werden kann und durch vorzugsweise zusätzlichen Klebstoffauftrag auf der Anschlussfläche bzw. -flächen neben einem Stoffschluss auch eine Dichtheit der Verbindung sichergestellt werden kann. Zwischen dem umlaufenden Kragen sind eine oder mehrere Öffnungen und/oder ein oder mehrere Löcher und/oder ein oder mehrere Langlöcher vorgesehen, welches bzw. welche fluidtechnisch mit dem im Abschlusselement integrierten Kanal verbunden ist bzw. sind. Je nach Ausführung und Abmessung des plattenförmigen Wärmeübertragungselements muss sich die Anschlussfläche nicht vollständig entlang des Abschlusselements erstrecken, sondern der Kragen kann auch nur abschnittsweise entlang des Abschlusselements ausgebildet sein. Die Anschlussfläche kann optional zumindest teilweise konisch ausgeführt sein, um die Montage respektive das Einschieben in das hohlprofilartige Element zu erleichtern.According to a preferred embodiment, at least one of the end elements has a connection surface which can be inserted into the open end of the hollow profile-like element and is adapted to be connected to the hollow profile-like element in a material, positive and / or non-positive manner become. The connection surface is provided by the outside of one in the form of a circumferential collar, which serves in particular for material and positive connection with the hollow profile-like element, wherein preferably the peripheral outer edge of the collar substantially corresponds to the inner dimension of the hollow profile-like element, so that a positive connection with the Inner wall of the hollow profile-like element can be produced and can be ensured by preferably additional application of adhesive on the pad or surfaces in addition to a material connection and a tightness of the connection. Between the circumferential collar, one or more openings and / or one or more holes and / or one or more oblong holes are provided, which are or are fluidly connected to the channel integrated in the terminating element. Depending on the design and dimension of the plate-shaped heat transfer element, the connection surface does not have to extend completely along the termination element, but the collar can also be formed only in sections along the termination element. The connection surface may optionally be designed to be at least partially conical in order to facilitate the assembly or the insertion into the hollow profile-like element.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung weist das Abschlusselement einen an die Anschlussfläche angrenzenden Bereich auf, welcher an die Außenabmessung des hohlprofilartigen Elements angepasst ist, wobei die Anschlussfläche und der angrenzende Bereich durch einen Absatz getrennt sind, der eine Höhe aufweist, die im Wesentlichen der Wanddicke des hohlprofilartigen Elements entspricht. Dadurch wird ein plattenförmiges Wärmeübertragungselement bereitgestellt, welches eine in seiner Längsausrichtung einheitliche Bauhöhe aufweist. Alternativ kann der angrenzende Bereich des Abschlusselements auch eine im Vergleich zum hohlprofilartigen Element größere Bauhöhe aufweisen, wodurch beispielsweise ein Anschluss und/oder Kanal, die besonders bevorzugt in dem angrenzenden Bereich des Abschlusselements integriert sind, größer ausgeführt werden können und dadurch der Strömungswiderstand reduziert werden kann.According to a preferred embodiment, the closing element has a region adjoining the connecting surface, which is adapted to the outer dimension of the hollow profile-like element, wherein the connecting surface and the adjacent region are separated by a shoulder having a height substantially equal to the wall thickness of the hollow profile-like Corresponds to elements. As a result, a plate-shaped heat transfer element is provided which has a uniform height in its longitudinal orientation. Alternatively, the adjacent region of the closure element can also have a greater height compared to the hollow profile-like element, whereby, for example, a connection and / or channel, which are particularly preferably integrated in the adjacent region of the closure element, can be made larger, and thus the flow resistance can be reduced ,
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist an beiden offenen Enden des hohlprofilartigen Elements jeweils ein Abschlusselement zum Schließen des hohlprofilartigen Elements angeordnet. Das im Vergleich zum Schließen der offenen Seite durch entsprechende Formgebung des Materials am Ende des hohlprofilartigen Elements beispielsweise durch Quetschen und/oder Fügen, insbesondere Kleben oder Schweißen, kann durch das Vorsehen eines zweiten Abschlusselements ein prozesssicher hergestelltes und im Wesentlichen dichtes und wartungsfreies plattenförmiges Wärmeübertragungselement bereitgestellt werden.According to a particularly preferred embodiment, in each case a closing element for closing the hollow profile-like element is arranged at both open ends of the hollow profile-like element. Compared to closing the open side by appropriate shaping of the material at the end of the hollow profile-like element, for example by squeezing and / or joining, in particular gluing or welding, the provision of a second closure element can provide a process-assured and substantially dense and maintenance-free plate-shaped heat transfer element become.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung weist das erste Abschlusselement einen Anschluss zum Anschließen einer Zulaufleitung und das zweite Abschlusselement einen Anschluss zum Anschließen einer Ablaufleitung auf. Vorzugsweise sind die beiden Abschlusselemente baugleich ausgeführt, wodurch pro Ausführung und Abmessung nur noch eine Geometrie hergestellt werden muss, was sich wiederrum kosteneffektiv auswirkt. Es kann vorteilhaft sein, dass der Kanal durch das Abschlusselement durchgeführt ist und der Zulauf und/oder der Ablauf beidseitig zugänglich ist. Dadurch können die Zuläufe bzw. Abläufe mehrerer Wärmeübertragungselemente miteinander verbunden werden und die Wärmeübertragungselemente parallel in den (Kühl-) Kreislauf eingebunden werden. Eine vorteilhafte Variante des Abschlusselements besteht darin, den Anschluss mehrerer hohlprofilartiger Elemente zu ermöglichen. Zum einen kann eine zweite Anschlussfläche auf der gegenüberliegenden Seite angeordnet werden. Zum anderen können mehrere Anschlussflächen hintereinander angeordnet werden. Dadurch kann das Wärmeübertragungselement mehrere Batteriemodule kühlen und/oder beheizen und der Aufwand für das Verbinden mehrerer Wärmeübertragungselemente entfällt, Das Wärmeübertragungselement umfasst mehrere hohlprofilartige Elemente, wobei das Abschlusselement mehrere Anschlussflächen aufweist, um mehrere hohlprofilartige Elemente anbinden zu können, wobei die Anschlussflächen gegenüber und/oder nebeneinander angeordnet sind.According to a further embodiment, the first terminating element has a connection for connecting a supply line and the second terminating element has a connection for connecting a discharge line. Preferably, the two end elements are designed to be identical, which per design and dimension only one geometry must be made, which in turn has a cost-effective effect. It may be advantageous that the channel is performed by the closing element and the inlet and / or the outlet is accessible on both sides. As a result, the inlets or outlets of several heat transfer elements can be connected to one another and the heat transfer elements can be integrated into the (cooling) circuit in parallel. An advantageous variant of the closure element is to allow the connection of a plurality of hollow profile-like elements. On the one hand, a second connection surface can be arranged on the opposite side. On the other hand, several connection surfaces can be arranged one behind the other. As a result, the heat transfer element can cool and / or heat several battery modules and eliminate the expense of connecting a plurality of heat transfer elements. The heat transfer element comprises a plurality of hollow profile-like elements, wherein the termination element has a plurality of connection surfaces in order to be able to connect a plurality of hollow-profile-like elements, the connection surfaces facing and / or are arranged side by side.
Gemäß einer Ausgestaltung stellt dass Abschlusselement Mittel zum Befestigen bereit. Diese können vorzugsweise bereits im Zuge der Herstellung des Anschlusselements integriert werden, beispielsweise in Form von Durchgangslöchern zur Aufnahme von Schrauben, Bolzen, Stiften etc. und/oder Befestigungsbereiche, die dazu eingerichtet sind, beispielsweise Clipse aufzunehmen, um insbesondere eine mechanische, vorzugsweise lösbare Verbindung mit angrenzenden Teilen oder Bauteilen bereitzustellen.According to one embodiment, the closing element provides means for fastening. These can preferably already be integrated in the course of the production of the connection element, for example in the form of through holes for receiving screws, bolts, pins, etc. and / or attachment areas, which are adapted to receive, for example, clips, in particular a mechanical, preferably detachable connection to provide with adjacent parts or components.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung kann das hohlprofilartige Element in Längsausrichtung an seinen Enden, insbesondere im Bereich der Verbindung mit den Abschlusselementen eine lichte Höhe aufweisen, die größer ist als die in seinem Mittelabschnitt. Dies hat den Vorteil, dass im späteren Einsatz zum einen die Menge der im Umlauf befindlichen Flüssigkeit reduziert und zum anderen die Strömungsgeschwindigkeit und damit verbunden der Wärmeübergang vom hohlprofilartigen Element zur Flüssigkeit verbessert werden kann.According to a further embodiment, the hollow profile-like element in the longitudinal direction at its ends, in particular in the region of the connection with the end elements have a clear height which is greater than that in its central portion. This has the advantage that in the subsequent use on the one hand reduces the amount of liquid in circulation and on the other hand, the flow rate and the associated heat transfer from the hollow profile-like element to the liquid can be improved.
Ein wesentlicher Vorteil ist die Modularität des erfindungsgemäßen plattenförmigen Wärmeübertragungselements. Durch unterschiedliche Bauformen und Abmessungen des plattenförmigen Wärmeübertragungselements können bei gleicher Geometrie der Abschlusselemente respektive der Wärmeübertragungselemente im späteren Einsatz unterschiedliche Geometrien von Batteriemodulen gekühlt und/oder beheizt werden. So kann die Abmessung des plattenförmigen Wärmeübertragungselements genau für die Fläche, die ein Batteriemodul oder mehrerer Batteriemodule einnehmen, ausgelegt werden. Insbesondere kann das hohlprofilartige Element oder mindestens eines der hohlprofilartigen Elemente des Wärmeübertragungselements ein oder mehrere Batteriemodule überdeckt. A significant advantage is the modularity of the plate-shaped heat transfer element according to the invention. Due to different designs and dimensions of the plate-shaped heat transfer element different geometries of battery modules can be cooled and / or heated in the later use different geometries of battery modules with the same geometry of the end elements respectively the heat transfer elements. Thus, the dimension of the plate-shaped heat transfer member can be designed precisely for the area occupied by a battery module or a plurality of battery modules. In particular, the hollow profile-like element or at least one of the hollow profile-like elements of the heat transfer element can cover one or more battery modules.
Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung eine Temperiervorrichtung für eine aus einem oder mehreren Batteriemodulen zusammengesetzte Fahrzeugbatterie, welche in einem Batteriegehäuse anordenbar ist, durch die Temperiervorrichtung eine Flüssigkeit durchleitbar ist, umfassend ein oder mehrere Wärmeübertragungselemente nach mindestens einem der vorgenannten Ausführungen, durch welche die Flüssigkeit zur Aufnahme und Abfuhr der durch das oder die Batteriemodule erzeugte Wärme durchleitbar ist, einer Pumpe zur Umwälzung der Flüssigkeit, einen Kühler zur Temperierung der mit Wärme beaufschlagten Flüssigkeit, einem Leitungssystem zur Zirkulation der Flüssigkeit, welches die Pumpe, den Kühler und das oder die Wärmeübertragungselemente fluidtechnisch miteinander verbindet und insbesondere ein geschlossenes System bildet. Dieses System weist eine hohe Kühlleistung auf, kann flexibel an den vorhandenen Bauraum angepasst werden und ist wartungsfrei. Die vorgenannte Aufzählung ist als nicht abschließend zu sehen, da selbstverständlich auch noch weitere Elemente, Bauteile und/oder Aggregate Bestandteil der Temperiervorrichtung sein können. Die Temperiervorrichtung kann die Fahrzeugbatterie je nach (Soll-) Betriebstemperatur kühlen wie auch beheizen.According to a second aspect, the invention relates to a temperature control device for a vehicle battery composed of one or more battery modules, which can be arranged in a battery housing, through the tempering a liquid is passable, comprising one or more heat transfer elements according to at least one of the aforementioned embodiments, through which the liquid for receiving and discharging the heat generated by the battery module (s), a pump for circulating the liquid, a condenser for controlling the temperature of the liquid under heat, a conduit for circulating the liquid containing the pump, the condenser and the heat transfer element (s) fluidly interconnected and in particular forms a closed system. This system has a high cooling capacity, can be flexibly adapted to the available installation space and is maintenance-free. The above list is not to be considered as conclusive, since of course also other elements, components and / or units may be part of the tempering. The tempering device can cool the vehicle battery depending on the (set) operating temperature as well as heat.
Gemäß einem dritten Aspekt betrifft die Erfindung ein Batteriegehäuse zur Aufnahme einer aus einem oder mehreren Batteriemodulen zusammengesetzten Fahrzeugbatterie für ein Fahrzeug, umfassend einen Kasten, welcher aus einem Rahmen und einem Boden gebildet ist, welcher einen Innenbereich für die Fahrzeugbatterie bereitstellt, einen Deckel zum Abdecken des Kastens, und mindestens ein Wärmeübertragungselement nach mindestens einem der vorgenannten Ausführungen. Die vorgenannte Aufzählung ist als nicht abschließend zu sehen, da selbstverständlich auch noch weitere Elemente, Bauteile und/oder Aggregate Bestandteil des Batteriegehäuses sein können, wie z. B. Konsolen oder andere Elemente zum Anbinden des Batteriegehäuses an den Unterboden eines Fahrzeugs, quer- und/oder längsverlaufende Versteifungsprofile etc..According to a third aspect, the invention relates to a battery housing for accommodating a vehicle battery composed of one or more battery modules for a vehicle, comprising a box, which is formed by a frame and a bottom, which provides an interior area for the vehicle battery, a cover for covering the Box, and at least one heat transfer element according to at least one of the aforementioned embodiments. The above list is not to be considered exhaustive, since of course also other elements, components and / or units may be part of the battery case, such. As consoles or other elements for connecting the battery case to the underbody of a vehicle, transverse and / or longitudinal stiffening profiles etc ..
Das erfindungsgemäße insbesondere plattenförmige Wärmeübertragungselement ist aufgrund seiner Ausgestaltung vielseitig einsetzbar, so dass in Verbindung mit dem Batteriegehäuse das oder die Wärmeübertragungselemente unter dem Boden des Batteriegehäuses, zwischen dem Boden des Batteriegehäuses und dem oder den Batteriemodulen, zwischen dem oder den Batteriemodulen und Deckel und/oder über dem Deckel angeordnet werden können.The inventive particular plate-shaped heat transfer element is versatile because of its design, so that in connection with the battery housing or the heat transfer elements under the bottom of the battery case, between the bottom of the battery case and the battery modules or between the battery modules and the lid and / or can be placed over the lid.
Figurenlistelist of figures
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung näher erläutert. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigt:
-
1 ): ein Ausführungsbeispiel eines Wärmeübertragungselements in perspektivischer Darstellung a) und in b) einen Querschnitt durch B-B in1a ), -
2 ): ein Teil des Ausführungsbeispiels gemäß1 in perspektivischer Darstellung a) und in b) eine perspektivische Darstellung des Teils im Schnitt gemäß Linie A-A in2a ), -
3 ): ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Wärmeübertragungselements in perspektivischer Darstellung a) und in b) einen Querschnitt durch C-C in3a ), -
4 ) ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Wärmeübertragungselements in perspektivischer Darstellung, -
5 ) ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Wärmeübertragungselements in Draufsicht, -
6 ): ein Ausführungsbeispiel eines Batteriegehäuses in einer perspektivischen Teilansicht und -
7 ): ein Ausführungsbeispiel einer Temperiervorrichtung in einer schematischen Darstellung.
-
1 ): an embodiment of a heat transfer element in perspective view a) and in b) a cross section through BB in1a ) -
2 ): a part of the embodiment according to1 in perspective view a) and in b) is a perspective view of the part in section along the line AA in2a ) -
3 ): Another embodiment of a heat transfer element in perspective view a) and in b) a cross section through CC in3a ) -
4 ) a further embodiment of a heat transfer element in a perspective view, -
5 ) another embodiment of a heat transfer element in plan view, -
6 ): An embodiment of a battery case in a perspective partial view and -
7 ): An embodiment of a temperature control in a schematic representation.
Beschreibung der bevorzugten AusführungsformenDescription of the Preferred Embodiments
In
In
Die Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungen beschränkt, sondern es können auch Wärmeübertragungselement in unterschiedlicher Abmessung Die vorgenannten Merkmale sind alle miteinander kombinierbar. Die Wärmeübertragungselemente können neben dem Kühlen auch zum Beheizen der Batteriemodule genutzt werden, um die Leistungsfähigkeit der Fahrzeugbatterie zu gewährleisten. Der Einsatz des Batteriegehäuses ist besonders bevorzugt in Personenkraftwagen, Nutzfahrzeugen, Lastkraftwagen, Sonderfahrzeugen, Bussen, Omnibussen, ob mit Hybrid- oder reinem elektrischen Antrieb.The invention is not limited to the embodiments shown, but it can also heat transfer element in different dimensions. The above features are all combined with each other. The heat transfer elements can be used in addition to the cooling for heating the battery modules to ensure the performance of the vehicle battery. The use of the battery case is particularly preferred in passenger cars, commercial vehicles, trucks, special vehicles, buses, buses, whether with hybrid or pure electric drive.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- WärmeübertragungselementHeat transfer element
- 22
- hohlprofilartiges Elementhollow profile-like element
- 2.12.1
- Innenrauminner space
- 2.22.2
- Innenwandunginner wall
- 2.32.3
- Außenabmessungexternal dimension
- 33
- Abschlusselementtermination element
- 3.13.1
- Öffnung/LochOpening / hole
- 3.23.2
- angrenzender Bereichadjacent area
- 3.33.3
- Anschlussflächeterminal area
- 3.43.4
- Absatzparagraph
- 3.53.5
- Kanalchannel
- 3.63.6
- LanglochLong hole
- 3.73.7
- DurchgangsöffnungThrough opening
- 44
- Abschlusselementtermination element
- 4.14.1
- Öffnung/LochOpening / hole
- 4.24.2
- DurchgangsöffnungThrough opening
- 4.34.3
- Anschlussflächeterminal area
- 55
- Stegweb
- 2020
- Temperiervorrichtungtempering
- 2121
- Pumpepump
- 2222
- Kühlercooler
- 2323
- Leitungssystemline system
- 2424
- geschlossenes Systemclosed system
- 3030
- Batteriegehäusebattery case
- 3131
- Batteriemodulbattery module
- 3232
- Kastenbox
- 3333
- Rahmenframe
- 3434
- Bodenground
- 3535
- Innenrauminner space
- dd
- WandstärkeWall thickness
- SS
- SchweißnahtWeld
Claims (16)
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|---|---|---|---|
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| WO2018215237A1 (en) | 2018-11-29 |
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