DE102016210530A1

DE102016210530A1 - Kühlvorrichtung

Info

Publication number: DE102016210530A1
Application number: DE102016210530.2A
Authority: DE
Inventors: Philip Rättich; Nicolas Flahaut
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2016-06-14
Filing date: 2016-06-14
Publication date: 2017-12-14

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung (2) für eine Batterie (4) eines Kraftfahrzeuges mit einem Kühlkanal (12), der zwischen einer zu kühlenden Fläche (16) der Batterie (4) und einem Gegenlager (10, 22a) angeordnet ist, wobei die zu kühlende Fläche (16) und das Gegenlager (10, 22a) in einer z-Richtung voneinander beabstandet sind und der Kühlkanal (12) eine zum Gegenlager (10, 22a) orientierte Bodenfläche (22a) und eine zur Batterie (4) orientierte Deckelfläche (20a) aufweist, wobei der Kühlkanal (12) in z-Richtung expandierbar ist, so dass er im expandierten Zustand mit seiner Bodenfläche (22a) am Gegenlager (22a) und mit seiner Deckelfläche (20a) an der zu kühlenden Fläche (16) anliegt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung für eine Batterie eines Kraftfahrzeuges mit einem Kühlkanal, der zwischen einer zu kühlenden Fläche der Batterie und einem Gegenlager angeordnet ist, wobei die zu kühlende Fläche und das Gegenlager in einer z-Richtung voneinander beabstandet sind und der Kühlkanal eine zum Gegenlager orientierte Bodenfläche und eine zur Batterie orientierte Deckelfläche aufweist.
Elektrisch antreibbare Kraftfahrzeuge, wie beispielsweise Elektro- oder Hybridfahrzeuge, umfassen üblicherweise einen Elektromotor mit dem eine oder beide Fahrzeugachsen antreibbar sind. Zum Zwecke einer Versorgung mit elektrischer Energie ist der Elektromotor typischerweise mit einer fahrzeuginternen (Hochvolt-)Batterie als elektrischen Energiespeicher gekoppelt. Derartige Batterien sind beispielsweise als Akkumulatoren ausgeführt, wobei zur Erzeugung einer ausreichend hohen Betriebsspannung typischerweise mehrere einzelne Batterien oder (Batterie-)Zellen modular zu einem gemeinsamen Batteriesystem (Zellenpaket) verschaltet sind. Ein derartiges Batteriesystem ist beispielsweise aus der DE 10 2013 225 521 A1 bekannt.
Zur Verbesserung der Reichweite und der Lebensdauer sowie der abrufbaren Leistung ist es notwendig, dass die oder jede Batterie eine gewisse Betriebstemperatur aufweist. Hierbei ist es erforderlich, dass die einzelnen Batterien eine möglichst gleiche Temperatur im Verbund des Batteriesystems aufweisen. Mit anderen Worten ist ein möglichst geringer Temperaturgradient innerhalb des Batteriesystems gewünscht.
Zu diesem Zwecke ist es möglich, die oder jede Batterie wärmetechnisch mit einer Kühlleitung oder einem Kühlkanal eines Kraftfahrzeug-Kühlkreislaufes zu koppeln. Hierzu wird beispielsweise eine zu kühlende Fläche der Batterie in einen Wärmekontakt mit einer Anlage- oder Deckelfläche des zugeordneten Kühlkanals gebracht, wodurch ein Wärmeaustausch zwischen der Batterie und einem den Kühlkanal durchströmenden Kühlmedium stattfinden kann.
Um einen effektiven und gleichbleibenden Wärmeaustausch zu gewährleisten ist eine möglichst flächige und schlüssige Anlage der Deckelfläche des Kühlkanals an der zu kühlenden Fläche der Batterie notwendig. Der Kühlkanal ist hierbei typischerweise in einem Spaltbereich zwischen der zu kühlenden Fläche der Batterie und einem feststehenden Gegenlager angeordnet. Das Gegenlager ist beispielsweise eine Gehäusewand eines das Batteriesystem aufnehmenden (Batterie-)Gehäuses und/oder ein Zwischenbereich zwischen den zu kühlenden Flächen zweier benachbarter Batterien.
Das Spaltmaß dieses Spaltbereichs kann aufgrund von Fertigungstoleranzen innerhalb des Batteriesystems variieren. Mit anderen Worten weisen die einzelnen Batterien des Batteriesystems jeweils einen unterschiedlichen Abstand (in z-Richtung) zu dem jeweiligen Gegenlager auf. Um eine betriebssichere und zuverlässige Temperierung der Batterien sicherzustellen ist jedoch stets eine bündige Anlage der Deckelfläche an der jeweiligen Batterie notwendig. Daher ist es wünschenswert Kühlvorrichtungen zu verwenden, bei denen derartige Fertigungstoleranzen ausgeglichen oder überbrückt werden.
Um eine flächige Anlage stets sicherzustellen ist es beispielsweise denkbar, den Kühlkanal im Bereich der Deckelfläche stoffschlüssig an die zu kühlende Fläche der Batterie anzubinden. In einfacher Art und Weise erfolgt diese Anbindung beispielsweise mittels einer Verklebung, wobei jedoch eine vergleichsweise hohe Fertigungsgenauigkeit des Batteriesystems erforderlich ist. Des Weiteren kann eine Klebeschicht zwischen der Deckelfläche und der zu kühlenden Fläche die Wärmeübertragung verschlechtern.
Zum Ausgleich der Fertigungstoleranzen ist es beispielsweise ebenso möglich, zwischen dem Gegenlager und einer Bodenfläche des Kühlkanals ein Federelement anzuordnen, welches sich schienenartig entlang des Kühlkanals erstreckt. Das Federelement stützt somit den Kühlkanal gegenüber dem Gegenlager ab. Aufgrund der Federkraft wird der Kühlkanal – und somit die Deckelfläche – gegen die zu kühlende Fläche der Batterie gepresst, sodass Fertigungstoleranzen des Spaltbereichs mittels der Federelastizität zumindest teilweise ausgleichbar sind. Nachteiligerweise bedingt ein Einsatz derartiger Federschienen ein erhöhtes Baugewicht des Batteriesystems, einerseits aufgrund des Gewichts der Federschiene selbst sowie andererseits durch die benötigte Steifigkeit des abstützenden Gegenlagers. Des Weiteren werden somit die Herstellungskosten des Batteriesystems erhöht, da die Federschienen als Bauteile zusätzliche Kosten erzeugen. Ferner sind hierbei eine hohe Fertigungsgenauigkeit des Kühlkanals und der Federschiene sowie des Gegenlagers notwendig, um eine homogen wirkende Anpresskraft sicherzustellen.
Aus der DE 10 2011 102 765 A1 ist eine Kühlvorrichtung für ein Batteriesystem bekannt, bei welchem zwischen einem Gegenlager und einer Bodenfläche eines Kühlkanals ein Montageschaum als Expansionsmittel eingebracht ist. Das schaumstoffartige Expansionsmittel weist in einem Grundzustand ein erstes Volumen und in einem expandierten Zustand ein gegenüber dem ersten Volumen vergrößertes Volumen auf. Die nach dem Einbringen erfolgende Volumenzunahme des Expansionsmittels bewirkt einen homogenen Anpressdruck, mit welchen der Kühlkanal mit dem Batteriesystem in Anlage gebracht wird. Das Einbringen und Expandieren des Expansionsmittels benötigt jedoch zusätzliche Fertigungsschritte bei der Herstellung und/oder Montage des Batteriesystems, wodurch der Montageaufwand und die Herstellungskosten nachteilig erhöht werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine besonders geeignete Kühlvorrichtung für eine Batterie eines Kraftfahrzeuges anzugeben. Insbesondere soll die Kühlvorrichtung einen möglichst geringen Montageaufwand aufweisen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung ist für eine Temperierung einer Batterie eines Kraftfahrzeugs geeignet und eingerichtet. Hierzu umfasst die Kühlvorrichtung einen Kühlkanal der zwischen einer zu kühlenden Fläche der Batterie (Akkumulator, Zellmodul) und einem feststehenden Gegenlager (Festlager, Widerlager) angeordnet ist. Die zu kühlende Fläche (Kühlfläche) der Batterie und das Gegenlager sind hierbei entlang einer z-Richtung voneinander beabstandet, wobei der Kühlkanal in dem dadurch gebildeten Spaltbereich angeordnet ist. Der Kühlkanal weist eine zum Gegenlager orientierte Bodenfläche sowie eine insbesondere zu der Kühlfläche der Batterie orientierte Deckelfläche auf.
Des Weiteren ist der Kühlkanal in z-Richtung expandierbar, so dass er im expandierten Zustand einerseits mit seiner Bodenfläche an dem Gegenlager und andererseits mit seiner Deckelfläche an der Kühlfläche der Batterie anliegt. Durch die Expansion des Kühlkanals selbst werden für einen Ausgleich oder eine Überbrückung von Fertigungstoleranzen des Spaltbereichs keine zusätzlichen Bauteile oder Fertigungsschritte benötigt. Dadurch wird der Montageaufwand der Kühlvorrichtung reduziert, was sich vorteilhaft auf die Herstellungskosten überträgt.
Die Batterie ist beispielsweise als eine Akkumulatorzelle auf Lithium-Basis ausgeführt, wobei mehrere derartige Batterien zu einem gemeinsamen Batteriesystem koppelbar sind. In einer typischen Einbausituation ist das dadurch gebildete Batteriesystem beziehungsweise sind die einzelnen Batterien in einem (Batterie-)Gehäuse des Kraftfahrzeugs integriert. Das Gegenlager wird hierbei beispielsweise durch eine Gehäusewand des Gehäuses ausgebildet. Das Kraftfahrzeug ist insbesondere ein Elektro- oder Hybridfahrzeug, wobei die Leistung der oder jeder Batterie für die Versorgung eines elektromotorischen Fahrantriebs genutzt wird.
Der Abstand zwischen der Bodenfläche und der Deckelfläche bildet im Wesentlichen die Kanalhöhe des Kühlkanals. Die Kanallängsrichtung ist hierbei entlang der x-Richtung orientiert, wobei die Kanalquerrichtung, das bedeutet die Breite des Kühlkanals, entlang der y-Richtung gerichtet ist. Dies bedeutet, dass die Kühlfläche der Batterie und das Gegenlager beziehungsweise die Deckelfläche und die Bodenfläche parallel zu der xy-Ebene orientiert sind. Die Bodenfläche und die Deckelfläche des Kühlkanals sind vorzugsweise flach ausgeführt, sodass die Flächen im expandierten Zustand homogen und flächig an der Kühlfläche beziehungsweise dem Gegenlager anliegen. Der Kühlkanal weist somit im Wesentlichen einen rechteckigen Querschnitt entlang der Kanallängsrichtung beziehungsweise x-Richtung auf.
Unter einem Expandieren des Kühlkanals ist hierbei insbesondere eine relative Bewegung der Deckelfläche zu der Bodenfläche zu verstehen, das bedeutet eine Bewegung der Deckelfläche und/oder der Bodenfläche entlang der z-Richtung. Mit anderen Worten dehnt sich der Kühlkanal zumindest teilweise räumlich aus. Dies bedeutet, dass der Kühlkanal im expandierten Zustand beispielsweise eine vergrößerte Querschnittsfläche, zumindest jedoch eine vergrößerte Kanalhöhe entlang der z-Richtung aufweist. Mit anderen Worten weist der Kühlkanal im expandierten Zustand eine größere Kanalhöhe auf als im nicht-expandierten Zustand.
Das Gegenlager und die Kühlfläche der Batterie sind im Wesentlichen feststehend, sodass durch die Expansion des Kühlkanals dieser innerhalb des Spaltbereichs im Wesentlichen klemmfixiert wird. Mit anderen Worten wird eine Anpress- oder Kontaktkraft auf die Deckelfläche in Richtung der Kühlfläche ausgeübt, sodass eine betriebssichere und zuverlässige Anlage gewährleistet ist. Dadurch wird im Betrieb stets eine effektive Wärmeübertragung zwischen der Batterie und dem Kühlkanal sichergestellt.
Der Kühlkanal expandiert vorzugsweise derart, dass der Spaltbereich – zumindest entlang der z-Richtung – von dem Kühlkanal im Wesentlichen vollständig ausgefüllt wird. Dies bedeutet, dass die Kanalhöhe im expandierten Zustand im Wesentlichen identisch zu dem Spaltmaß des Spaltbereichs ist.
In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist der Kühlkanal im Betrieb von einem Kühlmedium durchströmt. Der Kühlkanal ist hierbei derart ausgebildet, dass er durch den Druck des Kühlmediums expandiert ist. Der Kühlkanal ist hierbei vorzugsweise allein beziehungsweise lediglich durch den (Betriebs-)Druck des Kühlmediums (Kühlmittel, Kühlfluid) expandiert, sodass die Anpress- oder Kontaktkraft zwischen der Kühlfläche der Batterie und der Deckelfläche des Kühlkanals ohne zusätzliche Bauteile und ohne zusätzliche Energiequellen erzeugt ist. Mit anderen Worten ist somit in einfacher Art und Weise eine vorteilhafte Funktionsintegrierung des Kühlkanals ausgebildet, da der Kühlkanal im Betrieb im Wesentlichen selbsttätig expandiert. Dadurch wird ein besonders niedriger Montageaufwand gewährleistet.
Zu diesem Zwecke ist die Kühlvorrichtung beispielsweise an einen Kühlkreislauf des Kraftfahrzeugs gekoppelt, wobei die Kühlvorrichtung und der Kühlkreislauf vorzugsweise ein geschlossenes System zur Führung des Kühlmediums bilden. Der Kühlkreislauf ist beispielsweise Teil einer Klimaanlage zur Temperierung eines Kraftfahrzeug-Innenraums. Das Kühlmedium weist beispielsweise einen Betriebsdruck von etwa 1 bis 6 bar auf. Vorzugsweise wird Wasser mit einem Betriebsdruck von 1 bis 3 bar als Kühlmedium eingesetzt. Alternativ sind beispielsweise auch der Einsatz und die Führung eines Kältemediums denkbar, welches einen Betriebsdruck zwischen 1 bis 30 bar aufweist. Dadurch wird allein durch den betriebsbedingten Druck des Kühlmediums die Expansion beziehungsweise der Anpressdruck oder die Anpresskraft für die Anlage der Deckelfläche an der Kühlfläche bewirkt.
Dieser Betriebsdruck ist als Innendruck auf die Innenwände des Kühlkanals gerichtet, das bedeutet, dass das Kühlmedium die Bodenfläche und/oder die Deckelfläche nach außen drückt. Mit anderen Worten wirkt der Betriebsdruck bezüglich der Kanallängsrichtung (x-Richtung) radial auf die Innenwände. Somit ist eine homogene Verteilung der wirkenden Kräfte auf die Deckelfläche sowie die Bodenfläche sichergestellt. Dies bedeutet, dass die wirkenden Anpress- oder Kontaktkräfte auf die Kühlfläche und das Gegenlager etwa gleich dimensioniert sind. Dadurch werden die Anforderungen hinsichtlich einer lokalen Steifigkeit beziehungsweise Stabilität der Kühlfläche beziehungsweise des Gegenlagers reduziert, was sich vorteilhaft auf eine Reduzierung der jeweiligen Baugewichte überträgt.
In einer geeigneten Ausbildung besteht zumindest ein Teilbereich des Kühlkanals aus einem dehn- oder auffaltbaren Material. Dadurch wird die relative Bewegung der Deckelfläche zu der Bodenfläche während der Expansion ermöglicht.
In einer möglichen Ausbildungsform sind hierzu beispielsweise die Seitenwände des Kühlkanals, das bedeutet die in z-Richtung gerichteten Seitenflächen zwischen der Deckelfläche und der Bodenfläche, aus einem dehnbaren Material gefertigt. Unter einem dehnbaren Material ist hierbei insbesondere ein flexibles, verform- und/oder biegeelastisches Material zu verstehen. Dadurch wird der Kühlkanal während des Expandierens, insbesondere aufgrund des Drucks des Kühlmediums, zumindest im Bereich der Seitenflächen zumindest teilweise gebläht oder geschwollen, wodurch die Deckelfläche und die Bodenfläche voneinander wegbewegt werden.
In einer denkbaren alternativen Ausbildungsform sind die Seitenflächen aus einem auffaltbaren Material gefertigt. Dies bedeutet, dass die Seitenflächen im Wesentlichen aus einem elastischen Material gefertigt sind und beispielsweise eine faltenbalg- oder ziehharmonikaartige Verformungskontur aufweisen. Im Betrieb wird die Verformungskontur während des Expandierens aufgefaltet und somit die Kanalhöhe in z-Richtung vergrößert.
In einer vorteilhaften Ausführung ist der Kühlkanal zweiteilig mit einem ersten Profilteil und einem zweiten Profilteil ausgebildet. Der Kühlkanal bildet zweckmäßigerweise eine umfangsseitig geschlossene Führung für das Kühlmedium, sodass in einer geeigneten Ausgestaltung die beiden Profilteile sich in z-Richtung überlappen. Dieser Überlappungsbereich ist hinsichtlich des Kühlmediums vorzugsweise dichtend ausgestaltet. Zu diesem Zwecke ist es beispielsweise denkbar, dass die Profilteile im Überlappungsbereich stoffschlüssig, beispielsweise mittels Verkleben oder Verschweißen, miteinander verbunden werden. Ebenso denkbar sind separate Dichtelemente wie beispielsweise ein (Ab-)Dichtgummi oder eine Dichtlippe, welche im Überlappungsbereich anbringbar sind.
Ein zusätzlicher oder weiterer Aspekt der Erfindung sieht vor, dass die beiden Profilteile aus unterschiedlichen Materialien bestehen. Das erste Profilteil umfasst hierbei vorzugsweise die Deckelfläche, wobei das zweite Profilteil geeigneterweise die Bodenfläche aufweist. Dadurch ist eine funktionale Trennung der Deckelfläche und der Bodenfläche möglich, wodurch zusätzliche Freiheiten bei der Ausgestaltung und der Herstellung des Kühlkanals geschaffen werden.
Das erste, die Deckelfläche aufweisende Profilteil ist insbesondere für eine homogene und gleichmäßige Anlage an der Kühlfläche der Batterie ausgestaltet. Dies bedeutet, dass die Wärmeübertragung zwischen dem Kühlmedium und der Batterie insbesondere über die Deckelfläche erfolgt. Zum Zwecke einer besonders effektiven Wärmeübertragung ist das erste Profilteil daher aus einem Material gefertigt, welches einerseits eine möglichst hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist. Andererseits weist das gewünschte Material eine möglichst hohe Stabilität oder Steifigkeit auf, sodass es sich bei der Expansion des Kühlkanals nicht auswölbt oder verbiegt. In einer geeigneten Ausbildung ist das erste Profilteil daher aus einem Metall gefertigt. Als Metall wird hierbei insbesondere Aluminium beziehungsweise ein Aluminiummaterial oder eine Aluminiumlegierung eingesetzt, sodass das erste Profilteil im Wesentlichen als ein Aluminiumprofil oder eine Aluminiumschiene ausgestaltet ist.
In einer zweckdienlichen Weiterbildung ist das zweite, die Bodenfläche aufweisende Profilteil aus einem Kunststoff, insbesondere aus einem elastomeren Material, hergestellt. Der Kunststoff ist hierbei vorzugsweise dehn- oder auffaltbar ausgeführt, sodass die Expansion des Kühlkanals im Wesentlichen mittels einer zumindest teilweisen Expansion des zweiten Profilteils erfolgt.
Vorteilhafterweise ist hierbei ein flexibler und biegeelastischer Kunststoff, beispielsweise ein Gummimaterial oder ein thermoplastisches Elastomer (TPE), wie beispielsweise Nitrilkautschuk (Nitril-Butadien-Kautschuk, NBR) eingesetzt. Wesentlich ist, dass der Kunststoff bei dem zu beherrschenden Temperaturbereich im Batteriesystem, wie beispielsweise –10°C bis +50°C, eine hinreichende Elastizität für die Expansion aufweist, sodass eine bündige Anlage der Deckelfläche an der Kühlfläche stets sichergestellt ist. Dadurch ist das kunststoffartige zweite Profilteil hinreichend flexibel, um mittels des im Betrieb auftretenden Innendrucks durch das Kühlmedium eine resultierende Anpresskraft auf die Deckelfläche umzusetzen.
In einer bevorzugten Ausführung sind die beiden Profilteile des Kühlkanals als U-Profile ausgebildet. Dies bedeutet, dass die Profilteile in der yz-Ebene einen im Wesentlichen U-förmigen Querschnitt aufweisen, wobei die horizontalen U-Schenkel die Deckelfläche beziehungsweise die Bodenfläche ausbilden. Das erste, die Deckelfläche aufweisende Profilteil überdeckt hierbei das zweite Profilteil derart, dass die Außenflächen des zweiten Profilteils an den Innenflächen des ersten Profilteils anliegen. Mit anderen Worten sind die U-förmigen Profilteile im Wesentlichen ineinander verschachtelt angeordnet, wobei die vertikalen U-Schenkel des ersten Profilteils die vertikalen U-Schenkel des zweiten Profilteils von außen in z-Richtung zumindest teilweise überlappen.
Dies bedeutet, dass das U-Profil des ersten Profilteils das U-Profil des zweiten Profilteils zumindest abschnittsweise umgreift, sodass das zweite Profilteil zumindest teilweise in den vertikalen U-Schenkeln des ersten Profilteils einsitzt. Somit übergreift der horizontale U-Schenkel des ersten Profilteils die Öffnung des zweiten Profilteils, wodurch ein im Wesentlichen geschlossener Kanal für das Kühlmedium ausgebildet ist.
Die vertikalen U-Schenkel der U-Profile sind hierbei geeigneterweise im Überlappungsbereich dichtend miteinander befestigt oder angebunden, sodass im Betrieb kein Kühlmedium austreten kann. Zur Herstellung des Kühlkanals ist es hierzu beispielsweise denkbar, dass das metallische erste Profilteil mit dem kunststoffartigen zweiten Profilteil verklebt oder zumindest teilweise von diesem umspritzt ist.
In einer denkbaren Einbausituation ist das Gegenlager durch eine Bodenfläche eines weiteren, insbesondere parallel angeordneten, Kühlkanals gebildet, welcher eine weitere Deckelfläche aufweist, die an einer weiteren zu kühlenden Fläche einer weiteren Batterie anliegt. Diese Ausführung ist besonders vorteilhaft hinsichtlich einer Stapelanordnung oder einem Zellenverbund mehrerer benachbarter Batterien zu Bildung eines gemeinsamen Batteriesystems. Dadurch wird eine besonders effiziente, gleichmäßige und bauteilreduzierte Kühlung benachbarter Batterien realisiert.
Durch die gegenseitige Abstützung der Kühlkanäle an ihren jeweiligen Bodenflächen werden keine zusätzlichen Zwischenwände zwischen den einzelnen Batterien benötigt. Somit ist ein besonders einfaches und kostengünstiges Batteriegehäuse ermöglicht, welches insbesondere hinsichtlich seines Baugewichts reduziert ist, da keine Zwischenwände als Gegenlager zwischen den einzelnen Batterien benötigt werden. In einer möglichen Anwendung überträgt sich das reduzierte Baugewicht hierbei vorteilhaft auf die Reichweite des elektromotorisch betriebenen Kraftfahrzeugs.
Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
1 in schematischer Darstellung eine Seitenansicht einer Batterie eines Kraftfahrzeugs mit einer Kühlvorrichtung mit einem zwischen der Batterie und einem Batteriegehäuse angeordneten Kühlkanal,
2 den Kühlkanal in einer Schnittdarstellung,
3 den Kühlkanal in einer perspektivischen Darstellung, und
4 in schematischer Darstellung eine Seitenansicht von zwei zueinander benachbarten Batterien mit zwei dazwischen angeordneten und gegeneinander abgestützten Kühlkanälen.
Einander entsprechende Teile und Größen sind in allen Figuren stetes mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
In der 1 ist eine Kühlvorrichtung 2 für eine Batterie 4 eines nicht näher dargestellten Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs, dargestellt. Die Batterie 4 ist beispielsweise als ein Akkumulator auf Lithium-Basis ausgeführt und als Teil eines mehrere derartiger Batterien 4 umfassenden Batteriesystems 6 in einem (Batterie-)Gehäuse 8 des Kraftfahrzeugs angeordnet. In der 1 ist lediglich eine feststehende Gehäusewand 10 des Gehäuses 8 dargestellt.
Die Kühlvorrichtung 2 weist einen umfangsseitig geschlossenen Kühlkanal 12 zur Führung eines Kühlmediums auf. Zu diesem Zwecke weist der Kühlkanal 12 an einem stirnseitigen Ende 12a einen Anschlussteil 14 auf, mittels welchem der Kühlkanal 12 an einen nicht näher dargestellten Kühlkreislauf des Kraftfahrzeugs angeschlossen ist.
Zum Zwecke einer Temperierung der Batterie 4 ist der Kühlkanal 12 in einem Wärmekontakt mit einer zu entwärmenden beziehungsweise zu kühlenden Fläche 16 der Batterie 4. In dem Ausführungsbeispiel der 1 ist der Kühlkanal 12 in einem zwischen der Fläche 16 und der Gehäusewand 10 ausgebildeten Spaltbereich 18 angeordnet. Die Fläche 16 und die Gehäusewand 10 sind in dieser Einbausituation entlang einer z-Richtung zueinander beabstandet. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Kanallängsrichtung entlang der x-Richtung orientiert, sodass die Fläche 16 und das durch die Gehäusewand gebildete Gegenlager 10 parallel zu der xy-Ebene ausgerichtet sind.
Wie in den 2 und 3 ersichtlich ist, ist der hohlprofilartige Kühlkanal 12 aus zwei im Querschnitt etwa U-förmigen Profilteilen (U-Profil, Profilschiene) 20, 22 zusammengesetzt. Die Öffnungen der U-Schenkel sind hierbei einander zugewandt, sodass eine geschlossene Kanalkammer (Hohlkammer) 24 für das Kühlmedium gebildet ist. Der horizontale U-Schenkel 20a des batterieseitigen Profilteils 20 bildet eine Deckelfläche des Kühlkanals 12. Der hierzu gegenüberliegend angeordnete horizontale U-Schenkel 22a des gehäuseseitigen Profilteils 22 bildet entsprechend eine Bodenfläche des Kühlkanals 12. Die Deckelfläche 20a und die Bodenfläche 22a verlaufen hierbei parallel zueinander.
Das Profilteil 20 überdeckt im Montagezustand das Profilteil 22 derart, dass die Außenflächen der vertikalen U-Schenkel 22b des Profilteils 22 an den Innenflächen der vertikalen U-Schenkel 20b des Profilteils 20 anliegen. Mit anderen Worten ist das Profilteil 22 im Wesentlichen in dem Profilteil 20 verschachtelt angeordnet, wobei die vertikalen U-Schenkel 20b die vertikalen U-Schenkel 22b an deren Schenkelaußenseite entlang der z-Richtung zumindest teilweise überlappen. Die Profilteile 20 und 22 sind in diesem Überlappungsbereich 26 dichtend aneinander befestigt.
Das Profilteil 20 ist in diesem Ausführungsbeispiel aus einem Aluminiummaterial hergestellt. Dadurch wird eine hohe Wärmeleitfähigkeit zwischen dem innerhalb des Kühlkanals 12 geführten Kühlmedium und der Kühlfläche 16 der Batterie sichergestellt. Das Profilteil 22 ist aus einem flexiblen und biegeelastischen Kunststoffmaterial, insbesondere aus einem elastomeren Gummimaterial, hergestellt.
Im Betrieb durchströmt das Kühlmedium den Kühlkanal 12. Das Kühlmedium weist hierbei einen Betriebsdruck auf, welcher als Innendruck gegen die Innenwände der etwa rechteckigen Kanalkammer 24 drückt. Der Druck des Kühlmediums beziehungsweise die Elastizität des Profilteils 22 ist hierbei hinreichend hoch, dass zumindest teilweise eine elastische Verformung des Profilteils 22 nach außen erfolgt. Da die U-Schenkel 22b durch die U-Schenkel 20b des im Wesentlichen starren Profilteils 20 fest eingefasst sind, erfolgt eine Expansion des Profilteils 22 in Richtung der Kühlfläche 16.
Dadurch wird der durch das Kühlmedium erzeugte Innendruck in einen Anpressdruck beziehungsweise Anpresskraft umgesetzt, welcher einerseits die Bodenfläche 22a gegen das Gegenlager 10 und andererseits die Deckelfläche 20a gegen die Kühlfläche 16 presst. Mit anderen Worten expandiert der Kühlkanal 12 entlang der z-Richtung, sodass ein Ausgleich beziehungsweise eine Überbrückung von Fertigungstoleranzen des Spaltbereichs 18 erfolgt. Dadurch wird sichergestellt, dass die wärmeleitfähige Deckelfläche 20a des Kühlkanals 12 in einem besonders effektiven Wärmekontakt zu der Kühlfläche 16 der Batterie 4 ist.
Das in der 4 dargestellte Ausführungsbeispiel stellt das Batteriesystem 6 mit zwei benachbarten Batterien 4 dar. In diesem Ausführungsbeispiel weist die Kühlvorrichtung 2 zwei in z-Richtung benachbarte oder gestapelte Kühlkanäle 12 auf. Die Kühlkanäle 12 liegen hierbei entlang ihrer Kanallängsrichtung (x-Richtung) an ihren jeweiligen Bodenflächen 22a bündig aneinander an. Mit anderen Worten bildet die Bodenfläche 22a des ersten Kühlkanals 12 ein Gegenlager für die Bodenfläche 22a des zweiten Kühlkanals 12 und umgekehrt. Dies bedeutet, dass bei der Expansion die Kühlkanäle 12 gegeneinander abgestützt werden.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel der 4 sind die Kühlkanäle 12 parallel zueinander angeordnet, wobei die Fließ- oder Strömungsrichtung des durch die Anschlussteile 14 geführten Kühlmediums gleichgerichtet ist. Ebenso denkbar ist aber beispielsweise auch eine Ausführung mit entgegengesetzter Fließrichtung.
In einer geeigneten Dimensionierung weißt der Spaltbereich 18 beziehungsweise der Abstand zwischen zwei benachbarten Batterien 4 ein Spaltmaß von etwa 20 bis 25 mm auf. Als Spaltmaß ist hierbei insbesondere die lichte Weite beziehungsweise der Abstand in z-Richtung zwischen der Kühlfläche 16 und der Gehäusewand 10 oder zwischen zwei benachbarten Kühlflächen 16 zu verstehen. Die auftretenden Fertigungstoleranzen beziehungsweise die im Batteriesystem 6 auftretenden Unterschiede im Spaltmaß betragen hierbei beispielsweise zwischen 0.2 bis 1 mm.
Der Kühlkanal 12 erstreckt sich im Wesentlichen über die komplette Länge der zugeordneten Batterie 4 und weist beispielsweise eine Kanallänge von etwa 350 mm in x-Richtung sowie eine Kanalbreite von circa 150 mm in y-Richtung auf.
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit den Ausführungsbeispielen beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.
So ist es beispielsweise denkbar, anstelle eines Kühlmediums ein Kältemedium für die Kühlvorrichtung 2 einzusetzen. Die Verwendung eines Kältemediums ist insbesondere bei Anwendungen vorteilhaft, bei welchen die Umgebungstemperatur des Batteriesystems 6 höher ist als die vorgegebene oder gewünschte (Betriebs-)Temperatur, auf der die Batterien 4 gehalten werden sollen.
Typischerweise weisen Kältemedien im Kraftfahrzeug einen im Vergleich zu dem Kühlmedium wesentlich höheren Betriebsdruck (bis 80 bar) auf. Hierzu ist es beispielsweise denkbar, separate Dichtelemente im Überlappungsbereich 26 anzubringen um eine hinreichende Dichtigkeit der Kanalkammer 24 sicherzustellen. Zusätzlich oder alternativ ist es möglich, dass zur Herstellung des Kanals 12 das metallische Profilteil 20 zumindest teilweise mit dem kunststoffartigen Profilteil 22 umspritzt wird.
Bezugszeichenliste

2: Kühlvorrichtung
4: Batterie
6: Batteriesystem
8: Batteriegehäuse
10: Gehäusewand
12: Kühlkanal
12a: Ende
14: Anschlussteil
16: Kühlfläche
18: Spaltbereich
20: Profilteil
20a: U-Schenkel/Deckelfläche
20b: U-Schenkel
22: Profilteil
22a: U-Schenkel/Bodenfläche
22b: U-Schenkel
24: Kanalkammer
26: Überlappungsbereich

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102013225521 A1 [0002]
DE 102011102765 A1 [0009]

Claims

Kühlvorrichtung (2) für eine Batterie (4) eines Kraftfahrzeuges mit einem Kühlkanal (12), der zwischen einer zu kühlenden Fläche (16) der Batterie (4) und einem Gegenlager (10, 22a) angeordnet ist, wobei die zu kühlende Fläche (16) und das Gegenlager (10, 22a) in einer z-Richtung voneinander beabstandet sind und der Kühlkanal (12) eine zum Gegenlager (10, 22a) orientierte Bodenfläche (22a) und eine zur Batterie (4) orientierte Deckelfläche (20a) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkanal (12) in z-Richtung expandierbar ist, so dass er im expandierten Zustand mit seiner Bodenfläche (22a) am Gegenlager (22a) und mit seiner Deckelfläche (20a) an der zu kühlenden Fläche (16) anliegt.
Kühlvorrichtung (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkanal (12) im Betrieb von einem Kühlmedium durchströmt ist, wobei der Kühlkanal (12) derart ausgebildet ist, dass er durch den Druck des Kühlmediums expandiert ist.
Kühlvorrichtung (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teilbereich (22) des Kühlkanals (12) aus einem dehn- oder auffaltbaren Material besteht.
Kühlvorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkanal (12) zweiteilig mit einem ersten Profilteil (20) und einem zweiten Profilteil (22) ausgebildet ist.
Kühlvorrichtung (2) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Profilteile (20, 22) sich in z-Richtung überlappen.
Kühlvorrichtung (2) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Profilteile (20, 22) aus unterschiedlichen Materialien bestehen.
Kühlvorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das erste, die Deckelfläche (20a) aufweisende Profilteil (20) aus einem Metall, insbesondere Aluminium gefertigt ist.
Kühlvorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite, die Bodenfläche (22a) aufweisende Profilteil (22) aus einem Kunststoff, insbesondere aus einem elastomeren Material besteht.
Kühlvorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Profilteile (20, 22) als U-Profile ausgebildet sind, wobei das erste, die Deckelfläche (20a) aufweisende Profilteil (20) das zweite Profilteil (22) überdeckt, derart, dass Außenflächen des zweiten Profilteils (22) an den Innenflächen des ersten Profilteils (20) anliegen.
Kühlvorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Gegenlager (22a) durch eine Bodenfläche (22a) eines weiteren Kühlkanals (12) gebildet ist, welcher eine weitere Deckelfläche (20a) aufweist, die an einer weiteren zu kühlenden Fläche (16) einer weiteren Batterie (4) anliegt.