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DE102023123601A1 - heat exchanger - Google Patents

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DE102023123601A1
DE102023123601A1 DE102023123601.6A DE102023123601A DE102023123601A1 DE 102023123601 A1 DE102023123601 A1 DE 102023123601A1 DE 102023123601 A DE102023123601 A DE 102023123601A DE 102023123601 A1 DE102023123601 A1 DE 102023123601A1
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DE
Germany
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channel
heat exchanger
course
flow
cooling circuit
Prior art date
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Pending
Application number
DE102023123601.6A
Other languages
German (de)
Inventor
Thomas Muhr
Lutz Eike Elend
Frederik Schewe
Niklas Klinke
Björn Scholemann
Elisabeth Danger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Muhr und Bender KG
Original Assignee
Muhr und Bender KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Muhr und Bender KG filed Critical Muhr und Bender KG
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Priority to PCT/EP2024/074043 priority patent/WO2025045924A1/en
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Abstract

Wärmetauscher, insbesondere als Batteriekühlvorrichtung für ein elektrisches Batteriemodul eines Elektroantriebs an einem Elektrofahrzeug, wobei der Wärmetauscher einen Kühlkreislauf zum Zirkulieren eines Temperierfluids aufweist, wobei der Kühlkreislauf zwischen zwei durch Walzplattieren bereichsweise miteinander verbundenen Platten gebildet ist, wobei die Platten in Verbundbereichen stoffschlüssig verbunden sind und in nicht verbundenen Hohlbereichen aufgeweitet sind um den Kühlkreislauf zu bilden, wobei allseitig umströmte Strömungselemente durch die Verbundbereiche gebildet sind, die eine Strömung des Temperierfluids durch den Kühlkreislauf beeinflussen.

Figure DE102023123601A1_0000
Heat exchanger, in particular as a battery cooling device for an electric battery module of an electric drive on an electric vehicle, wherein the heat exchanger has a cooling circuit for circulating a tempering fluid, wherein the cooling circuit is formed between two plates partially connected to one another by roll cladding, wherein the plates are materially connected in bonded areas and are expanded in unconnected hollow areas to form the cooling circuit, wherein flow elements around which flow occurs on all sides are formed by the bonded areas, which influence a flow of the tempering fluid through the cooling circuit.
Figure DE102023123601A1_0000

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, insbesondere als Batteriekühlvorrichtung für ein elektrisches Batteriemodul eines Elektroantriebs an einem Elektrofahrzeug, wobei der Wärmetauscher einen Kühlkreislauf zum Zirkulieren eines Temperierfluids aufweist, wobei der Kühlkreislauf zwischen zwei durch Walzplattieren bereichsweise miteinander verbundenen Platten gebildet ist, wobei die Platten in Verbundbereichen stoffschlüssig verbunden sind und in nicht verbundenen Hohlbereichen aufgeweitet sind um den Kühlkreislauf zu bilden, wobei allseitig umströmte Strömungselemente durch die Verbundbereiche gebildet sind, die eine Strömung des Temperierfluids durch den Kühlkreislauf beeinflussen.The invention relates to a heat exchanger, in particular as a battery cooling device for an electric battery module of an electric drive on an electric vehicle, wherein the heat exchanger has a cooling circuit for circulating a tempering fluid, wherein the cooling circuit is formed between two plates that are connected to one another in regions by roll cladding, wherein the plates are materially connected in bonded regions and are expanded in non-connected hollow regions to form the cooling circuit, wherein flow elements around which the fluid flows on all sides are formed by the bonded regions, which influence a flow of the tempering fluid through the cooling circuit.

Ein Elektrofahrzeug umfasst unter anderem eine elektrische Maschine als Antriebsquelle, die mit elektrischen Batteriemodulen als Speichermitteln elektrisch verbunden ist. Im Antriebsmodus wandelt die elektrische Maschine elektrische Energie in mechanische Energie zum Antreiben des Elektrofahrzeugs um. Die elektrischen Batteriemodule, die auch einfach als Batterie oder als Akkumulator bezeichnet werden, werden in der Regel mit einer Batteriekühlvorrichtung gekühlt.An electric vehicle includes, among other things, an electric machine as a drive source, which is electrically connected to electric battery modules as storage means. In drive mode, the electric machine converts electrical energy into mechanical energy to drive the electric vehicle. The electric battery modules, which are also simply referred to as batteries or accumulators, are usually cooled with a battery cooling device.

Die EP 3 625 824 A1 betrifft eine Wärmesenke, die eine im Wesentlichen ebene massive Platte umfasst, die mit einer Vielzahl von Fluidströmungskanälen versehen ist, wobei die Vielzahl von Fluidströmungskanälen so ausgebildet ist, dass sie ein Kühlmittel von einem Einlass zu einem Auslass der Platte leitet, wobei die Vielzahl von Kanälen mindestens zwei Hauptkanäle umfasst, die durch mindestens eine Vielzahl von Überbrückungskanälen miteinander verbunden sind, die sich zwischen ihren jeweiligen Befestigungspunkten an den Hauptkanälen nicht weiter verzweigen, wobei die Überbrückungskanäle einen Querschnitt aufweisen, der sich in Strömungsrichtung lokal vergrößert, und wobei die Überbrückungskanäle einen Querschnitt aufweisen, der sich in Strömungsrichtung stromabwärts der lokalen Querschnittsvergrößerung lokal verringert.The EP 3 625 824 A1 relates to a heat sink comprising a substantially planar solid plate provided with a plurality of fluid flow channels, the plurality of fluid flow channels being configured to conduct a coolant from an inlet to an outlet of the plate, the plurality of channels comprising at least two main channels interconnected by at least a plurality of bridging channels which do not branch further between their respective attachment points to the main channels, the bridging channels having a cross-section which locally increases in the flow direction, and the bridging channels having a cross-section which locally decreases in the flow direction downstream of the local cross-sectional increase.

Die US 11 583 929 B2 offenbart ein Verfahren zur Herstellung einer Kühlplatte, bei dem ein Fluidkreislauf auf einer Aufbaufläche schichtweise aus einem Aufbaumaterial gebildet wird. Der Flüssigkeitskreislauf umfasst eine Vielzahl von peripheren Wänden, wobei jede der Vielzahl von peripheren Wänden zumindest teilweise einen primären Kanal definiert, wobei eine der peripheren Wände in Längsrichtung so ausgebildet ist, dass sie Öffnungen enthält, die so konfiguriert sind, dass überschüssiges Aufbaumaterial durch sie hindurchtreten kann. Eine zentrale Wand des Fluidkreislaufs definiert zumindest teilweise den Primärkanal und eine Vielzahl von Sekundärkanälen, die mit dem Primärkanal in Fluidverbindung stehen. Das Verfahren umfasst ferner das Entfernen von überschüssigem Aufbaumaterial durch die Öffnungen.The US 11 583 929 B2 discloses a method of manufacturing a cold plate in which a fluid circuit is formed on a build surface in layers of a build material. The fluid circuit comprises a plurality of peripheral walls, each of the plurality of peripheral walls at least partially defining a primary channel, one of the peripheral walls being longitudinally formed to include openings configured to allow excess build material to pass therethrough. A central wall of the fluid circuit at least partially defines the primary channel and a plurality of secondary channels in fluid communication with the primary channel. The method further comprises removing excess build material through the openings.

Der Artikel „ Industrial application of topology optimization for forced convection based on Darcy flow“ in Structural and Multidisciplinary Optimization (2022) 65: 265 , Springer-Verlag, betrifft den Entwurf eines Layouts von Strömungskanälen, wobei ein Basislayout durch Topologieoptimierung erstellet wird. Als Anwendungsbeispiel wird die Kühlung von Kfz-Batteriepacks gezeigt. Die Kühlung wird durch Flüssigkeitsströmung durch Kühlkanäle realisiert, die durch Rollbonding hergestellt werden. Dieser Herstellungsprozess ermöglicht komplexe Kanalmuster. Die Temperatur auf den Batteriemodulen wird so optimiert, dass sie einen gleichmäßig niedrigen Wert aufweist und gleichzeitig die mechanischen Verluste in der Strömung geringgehalten werden.The article " “Industrial application of topology optimization for forced convection based on Darcy flow” in Structural and Multidisciplinary Optimization (2022) 65: 265 , Springer-Verlag, concerns the design of a layout of flow channels, whereby a basic layout is created by topology optimization. The cooling of automotive battery packs is shown as an application example. The cooling is achieved by liquid flow through cooling channels that are manufactured by roll bonding. This manufacturing process enables complex channel patterns. The temperature on the battery modules is optimized so that it has a uniformly low value and at the same time the mechanical losses in the flow are kept to a minimum.

Die DE 10 2021 122 913 A1 offenbart eine Batteriekühlvorrichtung für ein elektrisches Batteriemodul eines Elektroantriebs an einem Elektrofahrzeug, wobei die Batteriekühlvorrichtung einen im Wesentlichen abgeschlossenen Strömungsraum zum Zirkulieren eines Temperierfluids bildet und wobei eine Vielzahl von Strömungselementen in dem Strömungsraum angeordnet sind, die eine Strömung des Temperierfluids durch den Strömungsraum beeinflussen. Der Strömungsraum ist zwischen zwei durch Walzplattieren bereichsweise miteinander verbundenen Platten gebildet, wobei die Platten in Verbundbereichen stoffschlüssig verbunden sind und in nicht verbundenen Hohlbereichen aufgeweitet sind, um den Strömungsraum zu bilden, wobei die Strömungselemente durch die Verbundbereiche gebildet sind.The DE 10 2021 122 913 A1 discloses a battery cooling device for an electric battery module of an electric drive on an electric vehicle, wherein the battery cooling device forms a substantially closed flow space for circulating a tempering fluid and wherein a plurality of flow elements are arranged in the flow space, which influence a flow of the tempering fluid through the flow space. The flow space is formed between two plates that are connected to one another in regions by roll cladding, wherein the plates are materially connected in bonded regions and are expanded in unconnected hollow regions in order to form the flow space, wherein the flow elements are formed by the bonded regions.

Eine Gestaltungsfreiheit, die das Herstellungsverfahren durch Walzplattieren bietet, wird durch die Verwendung einfacher, geometrisch idealisierter und wiederkehrender Kanalstrukturen nicht vollständig ausgenutzt.The design freedom offered by the roll-bonded manufacturing process is not fully exploited by the use of simple, geometrically idealized and recurring channel structures.

Eine Aufgabe der Anmeldung kann darin bestehen, einen Wärmetauscher durch Ausnutzung der Gestaltungsfreiheit des Walzplattierens hinsichtlich ihrer thermischen und/oder hydraulische Eigenschaften zu verbessern.One object of the application may be to improve a heat exchanger by exploiting the design freedom of roll bonding with regard to its thermal and/or hydraulic properties.

Die Aufgabe wird durch einen Wärmetauscher gemäß Anspruch 1 gelöst. Weitere Ausführungsformen und Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.The object is achieved by a heat exchanger according to claim 1. Further embodiments and developments can be found in the subclaims.

Der Wärmetauscher, der insbesondere als Batteriekühlvorrichtung für ein elektrisches Batteriemodul eines Elektroantriebs an einem Elektrofahrzeug ausgeführt ist, weist einen Kühlkreislauf zum Zirkulieren eines Temperierfluids auf. Der Kühlkreislauf ist zwischen zwei durch Walzplattieren bereichsweise miteinander verbundenen Platten gebildet, wobei die Platten in Verbundbereichen stoffschlüssig miteinander verbunden sind und in nicht verbundenen Hohlbereichen aufgeweitet sind, um den Kühlkreislauf zu bilden. Allseitig umströmte Strömungselemente sind durch die Verbundbereiche gebildet, die eine Strömung des Temperierfluids durch den Kühlkreislauf beeinflussen und einen Kanalverlauf des Kühlkreislaufs bestimmen, wobei die Strömungselemente mindestens eine langgestreckte Wandung mit einem Seitenverhältnis größer drei und mindestens eine Punktstruktur mit einem Seitenverhältnis von bis zu drei umfassen. Ein überwiegender Anteil der Strömungselemente weist eine singuläre und asymmetrische Form des jeweiligen Strömungselements aufweist.The heat exchanger, which is designed in particular as a battery cooling device for an electric battery module of an electric drive on an electric vehicle, has a cooling circuit for Circulation of a tempering fluid. The cooling circuit is formed between two plates that are connected to one another in some areas by roll cladding, whereby the plates are materially connected to one another in bonded areas and are expanded in non-connected hollow areas to form the cooling circuit. Flow elements that flow around on all sides are formed by the bonded areas, which influence a flow of the tempering fluid through the cooling circuit and determine a channel course of the cooling circuit, whereby the flow elements comprise at least one elongated wall with an aspect ratio greater than three and at least one point structure with an aspect ratio of up to three. A predominant proportion of the flow elements has a singular and asymmetrical shape of the respective flow element.

Ein Vorteil der asymmetrischen und singulären Formgebung der Strömungselemente besteht darin, dass ein hinsichtlich der thermischen und/oder hydraulischen Eigenschaften optimierter Kanalverlauf gebildet werden, der von Standardformen abweicht. Die Herstellung durch Walzplattieren erlaubt eine Designfreiheit, die einen optimierten, bionischen Kanalverlauf ermöglicht, dessen langgestreckte Wandungen und Punktstrukturen vermischt sind. Der überwiegende Teil der Strömungselemente weist in sich eine singuläre Form auf. Das einzelne Strömungselement ist also einzigartig und kommt in dem Kanalverlauf kein zweites Mal vor. Die Punktstruktur mit einem Seitenverhältnis von bis zu drei wird auch als Dimple bezeichnet. Das Seitenverhältnis ergibt sich bei der asymmetrischen Form als Verhältnis einer längsten Ausdehnung zu einer geringsten Ausdehnung der Punktstruktur in der durch die Platten definierten Ebene. Insbesondere kann die Punktstruktur ein Seitenverhältnis von weniger als zwei und besonders bevorzugt ein Seitenverhältnis von weniger als 1,5 aufweisen. Das Seitenverhältnis der langgestreckten Wandung berechnet sich ebenso wie das der Punktstruktur. Eine Verwendung des Wärmetauschers ist nicht auf die Batteriekühlvorrichtung beschränkt. Der Wärmetauscher kann auch in anderen Kühl- und Klimatisierungsvorrichtungen verwendet werden, beispielsweise an Kühlschränken oder Sonnenkollektoren.One advantage of the asymmetrical and singular shape of the flow elements is that a channel course is formed that is optimized in terms of thermal and/or hydraulic properties and deviates from standard shapes. Production by roll cladding allows a freedom of design that enables an optimized, bionic channel course whose elongated walls and point structures are mixed. The majority of the flow elements have a singular shape. The individual flow element is therefore unique and does not occur a second time in the channel course. The point structure with an aspect ratio of up to three is also known as a dimple. The aspect ratio in the asymmetrical shape is the ratio of a longest extension to a smallest extension of the point structure in the plane defined by the plates. In particular, the point structure can have an aspect ratio of less than two and particularly preferably an aspect ratio of less than 1.5. The aspect ratio of the elongated wall is calculated in the same way as that of the point structure. Use of the heat exchanger is not limited to the battery cooling device. The heat exchanger can also be used in other cooling and air conditioning devices, such as refrigerators or solar panels.

Der Kühlkreislauf wird zwischen zwei durch Walzplattieren bereichsweise verbundenen Platten ausgebildet, wobei die Platten in Verbundbereichen stoffschlüssig verbunden sind und in nicht verbundenen Hohlbereichen aufgeweitet sind, wobei die Strömungselemente durch die Verbundbereiche gebildet sind. Das Walzplattieren kann auch als Roll-Bonding bezeichnet werden. Die stoffschlüssige Verbindung wird in den Hohlbereichen durch Aufbringen einer Beschichtung vor dem Walzplattieren vermieden. Das Aufweiten der Hohlbereiche zwischen den Platten erfolgt beispielsweise durch Einleiten von Druckluft in die nicht stoffschlüssig verbundenen Bereiche zwischen den Platten. Die Hohlbereiche können einseitig in einer der Platten aufgeweitet sein oder beidseitig in beiden Platten. Der Wärmetauscher als Batteriekühlvorrichtung kann in beiden Fällen eine ebene Anlagefläche für die Batteriemodule aufweisen.The cooling circuit is formed between two plates that are connected in some areas by roll bonding, whereby the plates are firmly bonded in bonded areas and expanded in non-connected hollow areas, whereby the flow elements are formed by the bonded areas. Roll bonding can also be referred to as roll bonding. The firm bond is avoided in the hollow areas by applying a coating before roll bonding. The hollow areas between the plates are expanded, for example, by introducing compressed air into the non-firm bonded areas between the plates. The hollow areas can be expanded on one side in one of the plates or on both sides in both plates. In both cases, the heat exchanger as a battery cooling device can have a flat contact surface for the battery modules.

Walzplattieren oder Roll-Bonding als Fertigungsverfahren zum Herstellen des Wärmetauschers bietet verschiedene Vorteile. Es können beispielsweise je nach Anwendung verschiedene Aluminiumlegierungen von weich bis hochfest verwendet werden. Bei höheren Güten ergibt sich ein Festigkeitsvorteil, was sich günstig auf das Crashverhalten auswirkt. Walzplattieren ermöglicht, je nach Material, Dickenvariation und Geometrie, sehr hohe Berstdrücke von über 10 bar und/oder bis zu 20 bar. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Festigkeit des Wärmetauschers temperaturunabhängig ist. Darüber hinaus besteht eine hohe Flexibilität bei der Gestaltung des Wärmetauschers, der einteilig mit nur einer oberen und unteren Platte, oder mehrteilig aus einer Gruppe von oberen und unteren Platten ausgeführt werden kann. Dabei kann der Kühlkreislauf einseitig oder auch beidseitig eingebracht werden. Bei der Verbindungstechnik ist auch eine Stahl-Mischbauweise möglich, beispielsweise durch den Einsatz von Reibschweißelementen und/oder Kleber. Der durch das Aufweiten hergestellte Kühlkreislauf weist eine saubere innere Oberfläche auf, was sich günstig auf die Lebensdauer auswirkt.Roll bonding or roll cladding as a manufacturing process for producing the heat exchanger offers various advantages. For example, depending on the application, different aluminum alloys from soft to high-strength can be used. Higher grades have a strength advantage, which has a positive effect on crash behavior. Depending on the material, thickness variation and geometry, roll bonding enables very high burst pressures of over 10 bar and/or up to 20 bar. Another advantage is that the strength of the heat exchanger is independent of temperature. In addition, there is a high degree of flexibility in the design of the heat exchanger, which can be made in one piece with just one upper and lower plate, or in several parts from a group of upper and lower plates. The cooling circuit can be installed on one side or both sides. A mixed steel construction is also possible with the connection technology, for example by using friction welding elements and/or adhesive. The cooling circuit created by expanding has a clean inner surface, which has a positive effect on the service life.

Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass ein überwiegender Teil einer Gesamtlänge des Kanalverlaufs eine asymmetrische Form aufweist. Somit sind nicht nur die einzelnen Strömungselemente für sich asymmetrisch, sondern auch überwiegende Teil des Kanalverlaufs, so dass dieser vorteilhaft frei gestaltet und optimiert werden kann. Insbesondere kann ein beliebig gewählter Ausschnitt eines überwiegenden Teils des Kanalverlaufs eine singuläre Form aufweisen, also nicht einzigartig in dem Kanalverlauf sein.According to one embodiment, it is provided that a predominant part of the total length of the channel course has an asymmetrical shape. Thus, not only the individual flow elements are asymmetrical in themselves, but also the predominant part of the channel course, so that this can advantageously be freely designed and optimized. In particular, an arbitrarily selected section of a predominant part of the channel course can have a singular shape, i.e. not be unique in the channel course.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass ein Randbereich der Strömungselemente in einer durch die Platten definierten Ebene einen durchgehend stetigen Verlauf aufweist. Der Randbereich ist im mathematischen Sinne stetig, das heißt, der Randbereich weist eine homogene Krümmung auf, ohne einen Knick oder eine scharfe Kante.According to a further embodiment, it is provided that an edge region of the flow elements has a continuous, continuous course in a plane defined by the plates. The edge region is continuous in the mathematical sense, i.e. the edge region has a homogeneous curvature, without a kink or a sharp edge.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass eine Kanalquerschnittsfläche quer zu einer Strömungsrichtung eines Kanalabschnitts des Kanalverlaufs in Strömungsrichtung variiert, wobei ein Verhältnis einer größten Kanalquerschnittsfläche zu einer kleinsten Kanalquerschnittsfläche des Kanalabschnitts mindesten 1,5 betragen kann, wobei das Verhältnis der größten Kanalquerschnittsfläche zu der kleinsten Kanalquerschnittsfläche bis zu zehn betragen kann. Die Kanalquerschnittsfläche kann insbesondere über einen überwiegenden Teil der Gesamtlänge des Kanalverlaufs ständig variierend, also nicht konstant sein. Eine Breite quer zu einer Strömungsrichtung eines Kanalabschnitts des Kanalverlaufs kann in Strömungsrichtung variieren, wobei ein Verhältnis einer größten Breite zu einer kleinsten Breite des Kanalabschnitts mindesten 1,5 betragen kann, wobei das Verhältnis der größten Breite zu der kleinsten Breite bis zu vier betragen kann. Die Breite kann insbesondere über einen überwiegenden Teil der Gesamtlänge des Kanalverlaufs ständig variierend, also nicht konstant sein. Alternativ oder zusätzlich kann eine Höhe quer zu einer Strömungsrichtung eines Kanalabschnitts des Kanalverlaufs in Strömungsrichtung variieren, wobei ein Verhältnis einer größten Höhe zu einer kleinsten Höhe des Kanalabschnitts des Kanalverlaufs mindesten 1,5 betragen kann, wobei das Verhältnis der größten Höhe zu der kleinsten Höhe bis zu fünf betragen kann. Die Höhe kann insbesondere über einen überwiegenden Teil der Gesamtlänge des Kanalverlaufs ständig variierend, also nicht konstant sein. Ein Flankenwinkel und/oder ein Flankenradius eines Kanalabschnitts des Kanalverlaufs können in Strömungsrichtung variieren.According to a further embodiment, it is provided that a channel cross-sectional area varies transversely to a flow direction of a channel section of the channel course in the flow direction, wherein a ratio of a largest channel cross-sectional area to a smallest channel cross-sectional area of the channel section can be at least 1.5, whereby the ratio of the largest channel cross-sectional area to the smallest channel cross-sectional area can be up to ten. The channel cross-sectional area can be constantly varying, i.e. not constant, in particular over a predominant part of the total length of the channel course. A width transverse to a flow direction of a channel section of the channel course can vary in the flow direction, whereby a ratio of a largest width to a smallest width of the channel section can be at least 1.5, whereby the ratio of the largest width to the smallest width can be up to four. The width can be constantly varying, i.e. not constant, in particular over a predominant part of the total length of the channel course. Alternatively or additionally, a height transverse to a flow direction of a channel section of the channel course can vary in the flow direction, whereby a ratio of a largest height to a smallest height of the channel section of the channel course can be at least 1.5, whereby the ratio of the largest height to the smallest height can be up to five. The height can vary continuously, i.e. not be constant, particularly over a large part of the total length of the channel. A flank angle and/or a flank radius of a channel section of the channel can vary in the direction of flow.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Kanalverlauf mindestens einen Abschnitt aufweist, in dem ausschließlich Punktstrukturen angeordnet sind. Der Kanalverlauf kann insbesondere mindestens acht Punktstrukturen pro Quadratmeter aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann das Seitenverhältnis der langgestreckten Wandungen im Durchschnitt mindestens sieben betragen, wobei sich der Durchschnitt als Mittelwert der Seitenverhältnisse aller langgestreckter Wandungen des Kanalverlaufs errechnet.According to a further embodiment, it is provided that the channel course has at least one section in which only point structures are arranged. The channel course can in particular have at least eight point structures per square meter. Alternatively or additionally, the aspect ratio of the elongated walls can be on average at least seven, with the average being calculated as the mean value of the aspect ratios of all elongated walls of the channel course.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Kanalverlauf eine Kanalfläche aufweist, wobei ein Verhältnis der Kanalfläche zu einer Fläche, über welche Wärmeleistung von dem elektrischen Batteriemodul eingebracht wird, zwischen 60 und 95 Prozent beträgt, insbesondere zwischen 80 und 95 Prozent und bevorzugt zwischen 90 und 95 Prozent beträgt.According to a further embodiment, it is provided that the channel course has a channel area, wherein a ratio of the channel area to an area over which heat power is introduced from the electric battery module is between 60 and 95 percent, in particular between 80 and 95 percent and preferably between 90 and 95 percent.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Kühlkreislauf mindestens einen ersten Bereich mit Kanalabschnitten und mindestens einen zweiten Bereich mit Kanalabschnitten aufweist, wobei eine Höhe der Kanalabschnitte in dem ersten Bereich größer ist als eine Höhe der Kanalabschnitte in dem zweiten Bereich und wobei der mindestens eine zweite Bereich mit einer Fläche, über welche Wärmeleistung von dem elektrischen Batteriemodul eingebracht wird, übereinstimmt. Der Kühlkreislauf kann mindestens einen dritten Bereich mit Kanalabschnitten mit sich ändernder Höhe aufweisen, wobei der mindestens eine dritte Bereich zwischen dem mindestens einen ersten Bereich und dem mindestens einen zweiten Bereich angeordnet ist.According to a further embodiment, it is provided that the cooling circuit has at least one first region with channel sections and at least one second region with channel sections, wherein a height of the channel sections in the first region is greater than a height of the channel sections in the second region and wherein the at least one second region corresponds to an area over which heat power is introduced from the electric battery module. The cooling circuit can have at least one third region with channel sections with a changing height, wherein the at least one third region is arranged between the at least one first region and the at least one second region.

Ausführungsformen des Wärmetauschers werden nachstehend mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Hierin zeigt:

  • 1 eine Ausführungsform des Wärmetauschers;
  • 2 ein Kanalverlauf der Ausführungsform gemäß 1;
  • 3 einen Querschnitt eines beispielhaften Kanalverlaufs;
  • 4 einen Längsschnitt eines beispielhaften Kanalverlaufs mit Höhenbereichen;
  • 5 bis 10 jeweils Kanalverläufe weiterer Ausführungsformen;
  • 11 einen Kanalverlauf einer weiteren Ausführungsform mit Höhenbereichen;
  • 12 einen Längsschnitt eines beispielhaften Kanalverlaufs mit variierender Höhe;
  • 13 einen Querschnitt eines beispielhaften Kanalverlaufs.
Embodiments of the heat exchanger are explained below with reference to the accompanying drawings.
  • 1 an embodiment of the heat exchanger;
  • 2 a channel course of the embodiment according to 1 ;
  • 3 a cross-section of an example channel course;
  • 4 a longitudinal section of an exemplary channel course with height ranges;
  • 5 to 10 channel courses of further embodiments;
  • 11 a channel course of another embodiment with height ranges;
  • 12 a longitudinal section of an exemplary channel course with varying height;
  • 13 a cross-section of an example canal route.

In der 1 ist ein Wärmetauscher als Batteriekühlvorrichtung für ein elektrisches Batteriemodul eines Elektroantriebs an einem Elektrofahrzeug in einer perspektivischen Ansicht dargestellt. Die Batteriekühlvorrichtung weist einen Kühlkreislauf 1 zum Zirkulieren eines Temperierfluids auf, wobei der Kühlkreislauf 1 zwischen zwei durch Walzplattieren bereichsweise miteinander verbundenen Platten 23, 25 gebildet ist, wobei die Platten 23, 25 in Verbundbereichen 3 stoffschlüssig miteinander verbunden sind und in nicht verbundenen Hohlbereichen 4 aufgeweitet sind, um den Kühlkreislauf 1 zu bilden. Allseitig umströmte Strömungselemente 5, 6 und Wandbereiche 17 sind durch die Verbundbereiche 3 gebildet sind, wobei die Strömungselemente 5, 6 eine Strömung des Temperierfluids durch den Kühlkreislauf 1 beeinflussen und einen Kanalverlauf des Kühlkreislaufs bestimmten. Abgesehen von nach außen geführten Anschlüssen 2, die als Zulauf und als Rücklauf für das Temperierfluid dienen, ist der Kühlkreislauf 1 gasdicht geschlossen. Von den nach außen geführten Anschlüssen 2 ist einer unterhalb der Batteriekühlvorrichtung angeordnet und somit nicht sichtbar.In the 1 a heat exchanger as a battery cooling device for an electric battery module of an electric drive on an electric vehicle is shown in a perspective view. The battery cooling device has a cooling circuit 1 for circulating a tempering fluid, wherein the cooling circuit 1 is formed between two plates 23, 25 that are connected to one another in some areas by roll cladding, wherein the plates 23, 25 are materially connected to one another in bonding areas 3 and are expanded in unconnected hollow areas 4 in order to form the cooling circuit 1. Flow elements 5, 6 and wall areas 17 that are flowed around on all sides are formed by the bonding areas 3, wherein the flow elements 5, 6 influence a flow of the tempering fluid through the cooling circuit 1 and determine a channel course of the cooling circuit. Apart from connections 2 that lead to the outside, which serve as inlet and return for the tempering fluid, the cooling circuit 1 is closed in a gas-tight manner. Of the externally routed connections 2, one is located below the battery cooling device and is therefore not visible.

Der Kanalverlauf der Ausführungsform gemäß 1 ist in der 2 dargestellt. Die Strömungselemente 5, 6 umfassen eine Vielzahl langgestreckter Wandungen 5 mit einem Seitenverhältnis größer drei und mehrere Punktstrukturen 6 mit einem Seitenverhältnis von bis zu drei. Ein überwiegender Anteil der Strömungselemente 5, 6 weist eine singuläre und asymmetrische Form des jeweiligen Strömungselements 5, 6 auf. An dem Kanalverlauf sind der Übersichtlichkeit halber lediglich einzelne der langgestreckten Wandungen 5 und der Punktstrukturen 6 beispielhaft mit Bezugszeichen versehen. Der Kanalverlauf weist mehrere Abschnitte 10 auf, in denen ausschließlich Punktstrukturen 6 angeordnet sind. Der in 2 dargestellte Kanalverlauf zeigt unregelmäßige, bionische Strukturen, welche sich in überwiegend nicht aus Standard-Designelementen zusammensetzen lassen. Eine Kanalbreite von beispielsweise 10 Millimeter wird nicht unterschritten. Die niedrigste Kanalbreite kann insbesondere ein Viertel einer maximalen Kanalbreite betragen. Der Kanalverlauf weist ausschließlich stetige Begrenzungen auf, es existieren also keinerlei scharfe Kanten an den Strömungselementen 5, 6.The channel course of the embodiment according to 1 is in the 2 shown. The currents The flow elements 5, 6 comprise a plurality of elongated walls 5 with an aspect ratio of greater than three and several point structures 6 with an aspect ratio of up to three. A predominant proportion of the flow elements 5, 6 has a singular and asymmetrical shape of the respective flow element 5, 6. For the sake of clarity, only some of the elongated walls 5 and the point structures 6 are provided with reference symbols as examples on the channel course. The channel course has several sections 10 in which only point structures 6 are arranged. The 2 The channel course shown shows irregular, bionic structures, which cannot be composed of standard design elements. A channel width of, for example, 10 millimeters is not exceeded. The smallest channel width can be a quarter of a maximum channel width. The channel course has only continuous boundaries, so there are no sharp edges on the flow elements 5, 6.

Der Kanalverlauf zeigt unregelmäßige, bionische Kanalstrukturen, mit deutlich variierenden Kanalbreiten. Langgestreckte Wandungen 5 und der Punktstrukturen 6 sind gemischt. Der Kanalverlauf weist mehrere Verzweigungsstellen 7 auf, die keine Y-Form aufweisen, an denen also mindestens vier Verzweigungsäste 8 zusammentreffen. Die Verzweigungsäste 8 werden nicht nach Zuström- oder Abströmrichtung unterschieden. Daher zählt auch ein Anschluss 2 als Verzweigungsast 8. Zur Bildung eines Vorlaufs und eines Rücklaufs ist ein weiterer Anschluss senkrecht zu einer Ebene der Platten 23, 25 angeordnet, der hier nicht sichtbar ist. Der Kanalverlauf weist insgesamt eine asymmetrische Form auf. Des Weiteren weist jeder beliebiger Ausschnitt des Kanalverlaufs eine singuläre Form auf, wiederholt sich also entlang des Kanalverlaufs nicht.The channel course shows irregular, bionic channel structures, with clearly varying channel widths. Elongated walls 5 and point structures 6 are mixed. The channel course has several branching points 7 that do not have a Y shape, i.e. at which at least four branching branches 8 meet. The branching branches 8 are not differentiated according to inflow or outflow direction. Therefore, a connection 2 also counts as a branching branch 8. To form a flow and a return, another connection is arranged perpendicular to a plane of the plates 23, 25, which is not visible here. The channel course has an asymmetrical shape overall. Furthermore, any section of the channel course has a singular shape, i.e. it does not repeat itself along the channel course.

Insgesamt zehn rechteckige Flächen 11 markieren in dem Ausführungsbeispiel Aufstellflächen für Batteriemodule. Der Kanalverlauf nimmt eine Kanalfläche ein, wobei ein Verhältnis der Kanalfläche zu der Fläche 11, über welche Wärmeleistung von dem elektrischen Batteriemodul eingebracht wird, zwischen 60 und 95 Prozent beträgt. Der Anteil der durch Kanalabschnitte bedeckten Fläche kann mit den bionisch geformten Kanalverlauf besonders groß sein, da die Designfreiheit voll ausgenutzt wird. Außerhalb der Flächen 11 sind beispielsweise Befestigungsbereiche 16 angeordnet, in denen das Verhältnis wesentlich geringer ist.In the exemplary embodiment, a total of ten rectangular surfaces 11 mark installation areas for battery modules. The channel course takes up a channel area, with a ratio of the channel area to the area 11, over which heat output is introduced by the electric battery module, being between 60 and 95 percent. The proportion of the area covered by channel sections can be particularly large with the bionic-shaped channel course, since the design freedom is fully exploited. Outside the surfaces 11, for example, fastening areas 16 are arranged, in which the ratio is significantly lower.

In der 3 ist einen Querschnitt durch einen Kanalabschnitt eines beispielhaften Kanalverlaufs dargestellt. Die zwei Platten 23, 25 sind in den Verbundbereichen 3 stoffschlüssig miteinander verbunden. Die obere Platte 23 ist in dem nicht verbundenen Hohlbereich 4 aufgeweitet. Ein Randbereich 9 der durch den Verbundbereich 3 gebildeten Strömungselemente 5, 6 weist in der durch die Platten 23, 25 definierten Ebene einen durchgehend stetigen Verlauf auf. Eine Strömungsrichtung steht senkrecht zu der Zeichnungsebene der 3. Eine Kanalquerschnittsfläche quer zu der Strömungsrichtung des Kanalabschnitts kann entlang des Kanalverlaufs in Strömungsrichtung variieren, wobei ein Verhältnis einer größten Kanalquerschnittsfläche zu einer kleinsten Kanalquerschnittsfläche des Kanalabschnitts mindesten 1,5 betragen kann. Beispielsweise kann eine Breite w quer zu der Strömungsrichtung des Kanalabschnitts variieren. Zusätzlich oder alternativ kann eine Höhe h quer zu der Strömungsrichtung des Kanalabschnitts des Kanalverlaufs variieren. Es ergibt sich, dass auch ein Flankenwinkel α und/oder ein Flankenradius r eines Kanalabschnitts des Kanalverlaufs in Strömungsrichtung variieren können.In the 3 is a cross-section through a channel section of an exemplary channel course. The two plates 23, 25 are connected to one another in the composite areas 3. The upper plate 23 is widened in the unconnected hollow area 4. An edge area 9 of the flow elements 5, 6 formed by the composite area 3 has a continuous, continuous course in the plane defined by the plates 23, 25. A flow direction is perpendicular to the drawing plane of the 3 . A channel cross-sectional area transverse to the flow direction of the channel section can vary along the channel course in the flow direction, wherein a ratio of a largest channel cross-sectional area to a smallest channel cross-sectional area of the channel section can be at least 1.5. For example, a width w can vary transverse to the flow direction of the channel section. Additionally or alternatively, a height h can vary transverse to the flow direction of the channel section of the channel course. It follows that a flank angle α and/or a flank radius r of a channel section of the channel course can also vary in the flow direction.

In der 4 ist ein Längsschnitt durch einen Kanalabschnitt eines beispielhaften Kanalverlaufs dargestellt, wobei die Höhe h in einem ersten Bereich 12 höher ist als in einem zweiten Bereich 14. Die Höhe h steigt über einen dritten Bereich 15 zwischen den Bereichen 12 und 14 kontinuierlich an. Die inneren Kanalhöhe h variiert hier zwischen zwei Stufen mit einer kontinuierlich verlaufenden Verbindung, die jedoch auch einen nichtlinearen Verlauf haben kann. Ebenso wäre es möglich, dass keine konstante Höhe existiert, sondern eine durchgehend variierende Höhe umgesetzt ist.In the 4 a longitudinal section through a channel section of an exemplary channel course is shown, with the height h being higher in a first area 12 than in a second area 14. The height h increases continuously over a third area 15 between the areas 12 and 14. The inner channel height h varies here between two levels with a continuous connection, which can, however, also have a non-linear course. It would also be possible that no constant height exists, but rather a continuously varying height is implemented.

In den 5 bis 10 sind weitere beispielhafte Kanalverläufe weiterer Ausführungsformen dargestellt.In the 5 to 10 Further exemplary channel courses of further embodiments are shown.

Die 5 zeigt einen diagonal durchströmten Kühlkreislauf 1 mit einem Anschluss 2 unten links für den Vorlauf und einem weiteren Anschluss 2 oben rechts für den Rücklauf. Der Kanalverlauf zeigt mehr Punktstrukturen 6 als langgestreckte Wandungen 5.The 5 shows a diagonally flowing cooling circuit 1 with a connection 2 at the bottom left for the flow and another connection 2 at the top right for the return. The channel course shows more point structures 6 than elongated walls 5.

Die 6 zeigt einen vertikal durchströmten Kühlkreislauf 1 mit einem Anschluss 2 unten links für den Vorlauf und einem weiteren Anschluss 2 oben links für den Rücklauf. Der Kanalverlauf zeigt mehr langgestreckte Wandungen 5 als Punktstrukturen 6.The 6 shows a vertically flowing cooling circuit 1 with a connection 2 at the bottom left for the flow and another connection 2 at the top left for the return. The channel course shows more elongated walls 5 than point structures 6.

Die 7 zeigt einen Ausschnitt eines weiteren Kühlkreislaufs 1, dessen Kanalverlauf mehr langgestreckte Wandungen 5 als Punktstrukturen 6 zeigt, wobei einige langgestreckte Wandungen 5 mit Befestigungsbereichen 16 verbunden sind.The 7 shows a section of another cooling circuit 1, the channel course of which shows more elongated walls 5 than point structures 6, whereby some elongated walls 5 are connected to fastening areas 16.

Die 8 zeigt einen Ausschnitt eines weiteren Kühlkreislaufs 1, dessen Kanalverlauf längere langgestreckte Wandungen 5 aufweist, der Kühlkreislauf nach 7. Mit den Befestigungsbereichen 16 sind dabei kürzere langgestreckte Wandungen 5 verbunden.The 8 shows a section of another cooling circuit 1, the channel course of which has longer elongated walls 5, the cooling circulation after 7 . Shorter elongated walls 5 are connected to the fastening areas 16.

Die 9 zeigt einen Ausschnitt eines weiteren Kühlkreislaufs 1, dessen Kanalverlauf gleichermaßen langgestreckte Wandungen 5 und Punktstrukturen 6 aufweist.The 9 shows a section of another cooling circuit 1, the channel course of which has equally elongated walls 5 and point structures 6.

Die 10 zeigt einen Ausschnitt eines weiteren Kühlkreislaufs 1, dessen Kanalverlauf ebenfalls gleichermaßen langgestreckte Wandungen 5 und Punktstrukturen 6 aufweist.The 10 shows a section of another cooling circuit 1, the channel course of which also has equally elongated walls 5 and point structures 6.

In der 11 ist ein Kanalverlauf einer weiteren Ausführungsform mit Höhenbereichen dargestellt. Der Kühlkreislauf 1 weist erste Bereiche 12 mit Kanalabschnitten und zweiten Bereiche 14 mit Kanalabschnitten aufweist, wobei eine Höhe der Kanalabschnitte in den ersten Bereichen 12 größer ist als eine Höhe der Kanalabschnitte in den zweiten Bereichen 14. Die zweiten Bereiche 14 stimmen mit einer Fläche 11, über welche Wärmeleistung von dem elektrischen Batteriemodul eingebracht wird (2) überein. Dritte Bereiche 15 mit Kanalabschnitten mit veränderlicher Höhe sind zwischen den ersten Bereichen 12 und den zweiten Bereichen 14 angeordnet. Größere Kanalhöhen sind in den Bereichen, in denen keine Wärme eingetragen wird, sinnvoll, da hier lediglich der Druckverlust möglichst gering gehalten werden soll, während der thermische Beitrag vernachlässigbar ist. Hierfür sind große Kanalquerschnitte durch hohe Kanalhöhen besonders sinnvoll. Dies gilt insbesondere für die Bereiche der Anschlüsse für Vorlauf und Rücklauf bis zu den Flächen 11 des Wärmeeintrags, sowie für die Bereiche zwischen den Flächen 11 mit Batteriemodulen. Zwischen den ersten Bereichen 12 und den zweiten Bereichen 14 mit jeweils konstanter Höhe liegen die dritten Bereiche 15 als Übergangsbereiche mit kontinuierlich variierender Kanalhöhe. In den zweiten Bereichen 14 des Wärmeeintrags können geringe Kanalhöhen von Vorteil sein, um die Fluidgeschwindigkeit zu erhöhen und die Wärmeabfuhr zu verbessern.In the 11 a channel course of a further embodiment with height regions is shown. The cooling circuit 1 has first regions 12 with channel sections and second regions 14 with channel sections, wherein a height of the channel sections in the first regions 12 is greater than a height of the channel sections in the second regions 14. The second regions 14 correspond to a surface 11 over which heat output is introduced from the electric battery module ( 2 ). Third areas 15 with channel sections with variable heights are arranged between the first areas 12 and the second areas 14. Larger channel heights are useful in the areas in which no heat is introduced, since here only the pressure loss should be kept as low as possible, while the thermal contribution is negligible. For this purpose, large channel cross-sections due to high channel heights are particularly useful. This applies in particular to the areas of the connections for flow and return up to the surfaces 11 of the heat input, as well as to the areas between the surfaces 11 with battery modules. Between the first areas 12 and the second areas 14, each with a constant height, are the third areas 15 as transition areas with continuously varying channel heights. In the second areas 14 of the heat input, low channel heights can be advantageous in order to increase the fluid velocity and improve heat dissipation.

Der erste Bereich 12 links in der 11 mit dem Anschluss 2 für den Vorlauf und Zuführkanälen zu den Flächen 11 des Wärmeeintrags weist eine große Kanalhöhe, beispielsweise eine innere Kanalhöhe von 3,5mm auf. Der anschließende dritte Bereich 15 ist ein Übergangsbereich mit kontinuierlich variierender Kanalhöhe. Der linke zweite Bereich 14 ist ein Modulbereich 11 mit Batteriemodulen, also mit Wärmeeintrag und weist eine geringere Kanalhöhe, beispielsweise eine innere Kanalhöhe von 1,5mm auf. Der anschließende dritte Bereich 15 ist ein Übergangsbereich mit kontinuierlich variierender Kanalhöhe. Der mittlere erste Bereich 12 ist ein Verbindungsbereich zwischen den Flächen 11 des Wärmeeintrags mit einer großen Kanalhöhe, beispielsweise eine innere Kanalhöhe von 3,5mm. Der anschließende dritte Bereich 15 ist wiederum ein Übergangsbereich mit kontinuierlich variierender Kanalhöhe. Der rechte zweite Bereich 14 ist ein Modulbereich 11 mit Batteriemodulen, also mit Wärmeeintrag und weist eine geringere Kanalhöhe, beispielsweise eine innere Kanalhöhe von 1,5mm auf. Der anschließende dritte Bereich 15 ist ein Übergangsbereich mit kontinuierlich variierender Kanalhöhe. Der erste Bereich 12 rechts in der 11 mit dem Anschluss 2 für den Rücklauf und Zuführkanälen von den Flächen 11 des Wärmeeintrags weist eine große Kanalhöhe, beispielsweise eine innere Kanalhöhe von 3,5mm auf.The first area 12 on the left in the 11 with the connection 2 for the flow and feed channels to the surfaces 11 of the heat input has a large channel height, for example an inner channel height of 3.5mm. The adjoining third area 15 is a transition area with a continuously varying channel height. The left second area 14 is a module area 11 with battery modules, i.e. with heat input, and has a lower channel height, for example an inner channel height of 1.5mm. The adjoining third area 15 is a transition area with a continuously varying channel height. The middle first area 12 is a connection area between the surfaces 11 of the heat input with a large channel height, for example an inner channel height of 3.5mm. The adjoining third area 15 is again a transition area with a continuously varying channel height. The right second area 14 is a module area 11 with battery modules, i.e. with heat input, and has a lower channel height, for example an inner channel height of 1.5mm. The following third area 15 is a transition area with continuously varying channel height. The first area 12 on the right in the 11 with the connection 2 for the return and supply channels from the surfaces 11 of the heat input has a large channel height, for example an inner channel height of 3.5 mm.

In der 12 ist ein Längsschnitt eines beispielhaften Kanalverlaufs zwischen den Platten 23, 25 mit variierender Höhe h dargestellt. Die Höhe h variiert laufend über den dargestellten Kanalabschnitt, ist also über keinen Bereich konstant, was durch die zwei eingezeichneten Höhen h angedeutet ist.In the 12 is a longitudinal section of an exemplary channel course between the plates 23, 25 with varying height h. The height h varies continuously over the channel section shown, i.e. is not constant over any area, which is indicated by the two heights h drawn.

In 13 ist ein Querschnitt durch einen Kanalabschnitt eines beispielhaften Kanalverlaufs dargestellt. Die zwei Platten 23, 25 sind in den Verbundbereichen 3 stoffschlüssig miteinander verbunden. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind beide Platten 23, 25 in dem nicht verbundenen Hohlbereich 4 aufgeweitet.In 13 a cross-section through a channel section of an exemplary channel course is shown. The two plates 23, 25 are materially connected to one another in the bonding areas 3. In the exemplary embodiment shown, both plates 23, 25 are expanded in the unconnected hollow area 4.

Bezugszeichenlistelist of reference symbols

11
Kühlkreislaufcooling circuit
22
AnschlussConnection
33
Verbundbereichnetwork area
44
Hohlbereichehollow areas
55
Strömungselement, langgestreckte Wandungflow element, elongated wall
66
Strömungselement, Punktstrukturflow element, point structure
77
Verzweigungsstellebranching point
88
Verzweigungsastbranching branch
99
Randbereichperipheral area
1010
Abschnitt, in dem ausschließlich Punktstrukturen angeordnet sindSection in which only point structures are arranged
1111
Fläche, über die Wärmeleistung eingebracht wirdarea over which heat output is introduced
1212
Erster BereichFirst Area
1414
Zweiter BereichSecond area
1515
Dritter BereichThird Area
1616
Befestigungsbereichmounting area
1717
Wandbereichwall area
2323
Platteplate
2525
Platteplate

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • EP 3 625 824 A1 [0003]EP 3 625 824 A1 [0003]
  • US 11 583 929 B2 [0004]US 11 583 929 B2 [0004]
  • DE 10 2021 122 913 A1 [0006]DE 10 2021 122 913 A1 [0006]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • Industrial application of topology optimization for forced convection based on Darcy flow“ in Structural and Multidisciplinary Optimization (2022) 65: 265 [0005]“Industrial application of topology optimization for forced convection based on Darcy flow” in Structural and Multidisciplinary Optimization (2022) 65: 265 [0005]

Claims (18)

Wärmetauscher, insbesondere als Batteriekühlvorrichtung für ein elektrisches Batteriemodul eines Elektroantriebs an einem Elektrofahrzeug, wobei der Wärmetauscher einen Kühlkreislauf (1) zum Zirkulieren eines Temperierfluids aufweist, wobei der Kühlkreislauf zwischen zwei durch Walzplattieren bereichsweise miteinander verbundenen Platten gebildet ist, wobei die Platten (23, 25) in Verbundbereichen (3) stoffschlüssig miteinander verbunden sind und in nicht verbundenen Hohlbereichen (4) aufgeweitet sind, um den Kühlkreislauf (1) zu bilden, wobei allseitig umströmte Strömungselemente (5, 6) durch die Verbundbereiche (3) gebildet sind, die eine Strömung des Temperierfluids durch den Kühlkreislauf (1) beeinflussen und einen Kanalverlauf des Kühlkreislaufs bestimmten, wobei die Strömungselemente mindestens eine langgestreckte Wandung (5) mit einem Seitenverhältnis größer drei und mindestens eine Punktstruktur (6) mit einem Seitenverhältnis von bis zu drei umfassen, dadurch gekennzeichnet, dass ein überwiegender Anteil der Strömungselemente eine singuläre und asymmetrische Form des jeweiligen Strömungselements (5, 6) aufweist.Heat exchanger, in particular as a battery cooling device for an electric battery module of an electric drive on an electric vehicle, wherein the heat exchanger has a cooling circuit (1) for circulating a tempering fluid, wherein the cooling circuit is formed between two plates that are connected to one another in some areas by roll cladding, wherein the plates (23, 25) are materially connected to one another in bonded areas (3) and are expanded in non-connected hollow areas (4) in order to form the cooling circuit (1), wherein flow elements (5, 6) around which flow flows on all sides are formed by the bonded areas (3), which influence a flow of the tempering fluid through the cooling circuit (1) and determine a channel course of the cooling circuit, wherein the flow elements comprise at least one elongated wall (5) with an aspect ratio greater than three and at least one point structure (6) with an aspect ratio of up to three, characterized in that a predominant proportion of the flow elements has a singular and asymmetrical shape of the respective flow element (5, 6). Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanalverlauf mindestens eine Verzweigungsstelle (7) mit mindestens vier Verzweigungsästen (8) aufweist.heat exchanger after claim 1 , characterized in that the channel course has at least one branching point (7) with at least four branching branches (8). Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein überwiegender Teil einer Gesamtlänge des Kanalverlaufs eine asymmetrische Form aufweist.Heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that a predominant part of a total length of the channel course has an asymmetrical shape. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein beliebiger Ausschnitt ein überwiegender Teil einer Gesamtlänge des Kanalverlaufs eine singuläre Form aufweist.Heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that any section or a predominant part of a total length of the channel course has a singular shape. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Randbereich (9) der Strömungselemente (5, 6) in einer durch die Platten definierten Ebene einen durchgehend stetigen Verlauf aufweist.Heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that an edge region (9) of the flow elements (5, 6) has a continuous, continuous course in a plane defined by the plates. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kanalquerschnittsfläche quer zu einer Strömungsrichtung eines Kanalabschnitts des Kanalverlaufs in Strömungsrichtung variiert.Heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that a channel cross-sectional area transverse to a flow direction of a channel section of the channel course varies in the flow direction. Wärmetauscher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verhältnis einer größten Kanalquerschnittsfläche zu einer kleinsten Kanalquerschnittsfläche des Kanalabschnitts mindesten 1,5 beträgt.heat exchanger after claim 6 , characterized in that a ratio of a largest channel cross-sectional area to a smallest channel cross-sectional area of the channel section is at least 1.5. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Breite (w) quer zu einer Strömungsrichtung eines Kanalabschnitts des Kanalverlaufs in Strömungsrichtung variiert.Heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that a width (w) transverse to a flow direction of a channel section of the channel course varies in the flow direction. Wärmetauscher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verhältnis einer größten Breite zu einer kleinsten Breite des Kanalabschnitts mindesten 1,5 beträgt.heat exchanger after claim 8 , characterized in that a ratio of a largest width to a smallest width of the channel section is at least 1.5. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Höhe (h) quer zu einer Strömungsrichtung eines Kanalabschnitts des Kanalverlaufs in Strömungsrichtung variiert.Heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that a height (h) transverse to a flow direction of a channel section of the channel course varies in the flow direction. Wärmetauscher nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verhältnis einer größten Höhe zu einer kleinsten Höhe des Kanalabschnitts des Kanalverlaufs mindesten 1,5 beträgt.heat exchanger after claim 10 , characterized in that a ratio of a maximum height to a minimum height of the channel section of the channel course is at least 1.5. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Flankenwinkel (α) und/oder ein Flankenradius (r) eines Kanalabschnitts des Kanalverlaufs in Strömungsrichtung variiert.Heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that a flank angle (α) and/or a flank radius (r) of a channel section of the channel course varies in the flow direction. Wärmetauscher nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanalverlauf mindestens einen Abschnitt (10) aufweist, in dem ausschließlich Punktstrukturen (6) angeordnet sind.heat exchanger after claim 12 , characterized in that the channel course has at least one section (10) in which exclusively point structures (6) are arranged. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanalverlauf mindestens acht Punktstrukturen (6) pro Quadratmeter aufweist.Heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that the channel course has at least eight point structures (6) per square meter. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Seitenverhältnis der langgestreckten Wandungen (5) im Durchschnitt mindestens sieben beträgt.Heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that the aspect ratio of the elongated walls (5) is on average at least seven. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanalverlauf eine Kanalfläche einnimmt, wobei ein Verhältnis der Kanalfläche zu einer Fläche (11), über welche Wärmeleistung von dem elektrischen Batteriemodul eingebracht wird, zwischen 60 und 95 Prozent beträgt, insbesondere zwischen 80 und 95 Prozent und bevorzugt zwischen 90 und 95 Prozent beträgt.Heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that the channel course occupies a channel area, wherein a ratio of the channel area to an area (11) over which heat output is introduced from the electric battery module is between 60 and 95 percent, in particular between 80 and 95 percent and preferably between 90 and 95 percent. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkreislauf (1) mindestens einen ersten Bereich (12) mit Kanalabschnitten und mindestens einen zweiten Bereich (14) mit Kanalabschnitten aufweist, wobei eine Höhe der Kanalabschnitte in dem ersten Bereich (12) größer ist als eine Höhe der Kanalabschnitte in dem zweiten Bereich (14) und wobei der mindestens eine zweite Bereich mit einer Fläche (11), über welche Wärmeleistung von dem elektrischen Batteriemodul eingebracht wird, übereinstimmt.Heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that the cooling circuit (1) has at least a first region (12) with channel sections and at least a second region (14) with channel sections, wherein a height of the channel sections in the first region (12) is greater than a height of the channel sections in the second region (14) and wherein the at least one second region corresponds to a surface (11) via which heat output is introduced from the electric battery module. Wärmetauscher nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkreislauf (1) mindestens einen dritten Bereich (15) mit Kanalabschnitten mit veränderlicher Höhe (h) aufweist, wobei der mindestens eine dritte Bereich (15) zwischen dem mindestens einen ersten Bereich (12) und dem mindestens einen zweiten Bereich (14) angeordnet ist.heat exchanger after claim 17 , characterized in that the cooling circuit (1) has at least one third region (15) with channel sections of variable height (h), wherein the at least one third region (15) is arranged between the at least one first region (12) and the at least one second region (14).
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE60010227T2 (en) * 1999-02-05 2005-05-25 Dana Canada Corp., Oakville HOUSING-FREE HEAT EXCHANGER
WO2018211130A1 (en) * 2017-05-18 2018-11-22 Diabatix Nv Heat sink and method for producing same
US11583929B2 (en) 2021-02-12 2023-02-21 Raytheon Company Cold plate design features amenable for additive manufacturing powder removal
DE102021122913A1 (en) 2021-09-03 2023-03-09 Muhr Und Bender Kg Battery cooling device for an electric battery module of an electric drive

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4021901A (en) * 1975-05-02 1977-05-10 Olin Corporation Method of sizing heat exchange panels
ES2189692B1 (en) * 2001-12-14 2004-04-16 Valeo Termico. S.A LIQUID-AIR HEAT EXCHANGER, ESPECIALLY TO COOL THE FUEL IN AN INTERNAL VEHICLE COMBUSTION ENGINE, AND MANUFACTURING PROCEDURE OF A LIQUID-AIR HEAT EXCHANGER.
CA3023150A1 (en) * 2016-05-06 2017-11-09 Dana Canada Corporation Heat exchangers for battery thermal management applications with integrated bypass
JP2021114381A (en) * 2020-01-17 2021-08-05 トヨタ自動車株式会社 Power storage device cooling mechanism

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE60010227T2 (en) * 1999-02-05 2005-05-25 Dana Canada Corp., Oakville HOUSING-FREE HEAT EXCHANGER
WO2018211130A1 (en) * 2017-05-18 2018-11-22 Diabatix Nv Heat sink and method for producing same
EP3625824A1 (en) 2017-05-18 2020-03-25 Diabatix NV Heat sink and method for producing same
US11583929B2 (en) 2021-02-12 2023-02-21 Raytheon Company Cold plate design features amenable for additive manufacturing powder removal
DE102021122913A1 (en) 2021-09-03 2023-03-09 Muhr Und Bender Kg Battery cooling device for an electric battery module of an electric drive

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
DIENEMANN, Robert ; SCHEWE, Frederik ; ELHAM, Ali: Industrial application of topology optimization for forced convection based on darcy flow. In: Structural and Multidisciplinary Optimization, Vol. 65, 2022, Article-No. 265 (S. 1-18). - ISSN 0934-4373 (P); 1615-1488 (E). DOI: 10.1007/s00158-022-03328-4. URL: https://link.springer.com/content/pdf/10.1007/s00158-022-03328-4.pdf?pdf=button [abgerufen am 2023-10-17] *
Industrial application of topology optimization for forced convection based on Darcy flow" in Structural and Multidisciplinary Optimization (2022) 65: 265

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