DE102009015351A1

DE102009015351A1 - Kühlanordnung für eine Speicherzellenanordnung für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102009015351A1
Application number: DE200910015351
Authority: DE
Inventors: Frank Eckstein; Björn LATH; Hubertus Goesmann; Alexander Dr. Meijering; Micha Dirmeier; Nicolas Flahaut; Philipp Petz
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2009-03-28
Filing date: 2009-03-28
Publication date: 2010-09-30
Anticipated expiration: 2029-03-29
Also published as: CN101847762B; CN101847762A; DE102009015351B4

Abstract

Die Erfindung beschreibt eine Kühlanordnung (1) für eine Speicherzellenanordnung für ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug oder ein Nutzfahrzeug, die eine oder mehrere Leitungen (50; 50-1,... 50-4; 60-1,... 60-8; 62-1,... 62-8) umfasst, wobei in der oder den Leitungen (50; 50-1,... 50-4; 60-1,... 60-8; 62-1,... 62-8) ein Wärme abführendes Medium förderbar ist, um Wärme von der Speicherzellenanordnung abzuführen. Ein erster und ein zweiter Leitungsabschnitt (51-1, 51-2; 52-1, 52-2) sind aneinandergrenzend und im Wesentlichen parallel zueinander geführt und thermisch miteinander gekoppelt, wobei die zwei Leitungsabschnitte im Betrieb der Kühlanordnung (1) derart in entgegengesetzter Richtung von dem Wärme abführenden Medium durchströmt werden, dass die thermischen Auswirkungen der unterschiedlichen Temperaturen des Wärme abführenden Mediums im Bereich des ersten und zweiten Leitungsabschnitts (51-1, 51-2; 52-1, 52-2) ausgeglichen werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kühlanordnung für eine Speicherzellenanordnung für ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug oder Nutzfahrzeug, die eine oder mehrere Leitungen umfasst, wobei in der oder den Leitungen ein Wärme abführendes Medium in der oder den Leitungen förderbar ist, um Wärme von der Speicherzellenanordnung abzuführen.
Eine Speicherzellenanordnung umfasst typischerweise ein oder mehrere Speicherzellenmodule. Jedes Speicherzellenmodul weist eine Mehrzahl an Speicherzellen und/oder Doppelschichtkondensatoren auf, die in einer oder mehreren Reihen übereinander gestapelt sind. Die Speicherzellen und/oder Doppelschichtkondensatoren eines Speicherzellenmoduls sind elektrisch in Reihe und/oder parallel miteinander verschaltet, um beispielsweise für einen Elektromotor eine ausreichende Energie bereitstellen zu können. Die elektrochemischen Speicherzellen und/oder Doppelschichtkondensatoren können im Betrieb erhebliche Temperaturen erreichen, so dass deren Kühlung notwendig ist. Die Kühlung der elektrochemischen Speicherzellen und/oder Doppelschichtkondensatoren erfolgt von außen. Kann eine ausreichende Kühlung nicht mit hinreichender Sicherheit gewährleistet werden, so können rasch Defekte auftreten, die mit den Anforderungen an die Lebensdauer bei einer Verwendung in Automobilen wirtschaftlich nicht vereinbar sind.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kühlanordnung für eine Speicherzellenanordnung für ein Fahrzeug anzugeben, welche eine einfache und zuverlässige Kühlung der Speicherzellenanordnung gewährleistet.
Diese Aufgabe wird durch eine Kühlanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.
Die Erfindung schafft eine Kühlanordnung für eine Speicherzellenanordnung für ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug oder ein Nutzfahrzeug. Die Kühlanordnung umfasst eine oder mehrere Leitungen. In der oder den Leitungen ist ein Wärme transportierendes Medium transportierbar, um Wärme von der Speicherzellenanordnung abzuführen. Ein erster und ein zweiter Leitungsabschnitt sind aneinander grenzend und im Wesentlichen parallel zueinander geführt und thermisch miteinander gekoppelt. Die zwei Leitungsabschnitte werden im Betrieb der Kühlanordnung derart in entgegengesetzter Richtung von dem Wärme abführenden Medium durchströmt, dass die thermischen Auswirkungen, z. B. auf einer Platte oder auf einer Speicherzellenanordnung, der unterschiedlichen Temperaturen des Wärme abführenden Mediums im Bereich des ersten und zweiten Leitungsabschnitts ausgeglichen werden.
Durch die räumliche Nähe des ersten und zweiten Leitungsabschnitts und deren thermische Kopplung wird eine sehr ausgeglichene Temperaturverteilung innerhalb der Kühlanordnung und des Verbunds aus Kühlanordnung und Speicherzellenanordnung erreicht. Hierdurch können lokale Überhitzungen einzelner Speicherzellen der Speicherzellenanordnung vermieden werden, so dass die Lebensdauer der Speicherzellenanordnung verbessert wird.
Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung ist der erste Leitungsabschnitt ein Abschnitt einer ersten Leitung und der zweite Leitungsabschnitt ein Abschnitt einer zweiten Leitung. Alternativ ist der erste Leitungsabschnitt ein Vorlaufabschnitt einer Leitung und der zweite Leitungsabschnitt ein Rücklaufabschnitt derselben Leitung, wobei sich der Vorlaufabschnitt von einem Leitungseinlass zu einem Wendepunkt erstreckt und wobei sich der Rücklaufabschnitt von dem Wendepunkt zu einem Leitungsauslass erstreckt. Hierdurch können die thermischen Auswirkungen, zB. auf einer Platte oder auf einer Speicherzellenanordnung, der unterschiedlichen Temperaturen des Wärme führenden Mediums über die gesamte Leitungslänge ausgeglichen werden. Der Ausgleich der Temperaturen im Bereich des ersten und zweiten Leitungsabschnitts kann somit durch eine unterschiedliche Ausgestaltung und Verschaltung jeweiliger Leitungen der Kühlanordnung bewirkt werden. Ob dieser Ausgleich somit durch das durch eine einzige Leitung fließende Kühlmittel oder durch zwei voneinander getrennte Leitungen fließende Kühlmittel bewirkt wird, ist für das Prinzip der Erfindung unerheblich.
Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung sieht vor, dass der erste Leitungsabschnitt und der zweite Leitungsabschnitt die Speicherzellenanordnung im Bereich zumindest einer Wandung, insbesondere einer Seitenwandung, thermisch kontaktieren. Die thermische Kontaktierung im Bereich der Seitenwandung oder -wandungen hat den Vorteil, dass die Speicherzellenanordnung auf einfache Weise in die Kühlanordnung eingeführt oder aus dieser entfernt werden kann. Hierdurch ergibt sich ein modularer Aufbau der Kühlanordnung. Dies ist vorteilhaft, wenn beispielsweise ein Austausch der Speicherzellenanordnung aufgrund eines Defekts notwendig ist. Die Kühlanordnung kann demgegenüber ortsfest in dem Fahrzeug verbleiben. Die mechanische Verbindung der Kühlanordnung und der Speicherzellenanordnung kann durch Kraftschluss oder Formschluss, aber auch durch Verkleben und dergleichen hergestellt werden. Je besser die mechanische Verbindung ist, desto besser ist auch die thermische Kopplung.
Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung sieht vor, dass der Leitungseinlass einer jeweiligen Leitung mit einem Verteilerrohr strömungstechnisch verbunden ist und der Leitungsauslass der jeweiligen Leitung mit einem Sammelrohr strömungstechnisch verbunden ist, wobei das Verteilerrohr und das Sammelrohr benachbart und parallel zueinander angeordnet sind. Das Vorsehen eines Verteilerrohrs sowie eines Sammelrohrs ermöglicht es, eine Mehrzahl an Leitungen mit den jeweiligen Rohren zu verbinden, wodurch eine große Kühlleistung bereitgestellt wird.
Insbesondere münden der erste Leitungsabschnitt und der zweite Leitungsabschnitt einer jeweiligen Leitung an dem Wendepunkt in einen Umlenkabschnitt ein, der optional in einem Umlenkrohr ausgebildet ist, das parallel zu dem Verteilerrohr und dem Sammelrohr angeordnet sein kann. Der Umlenkabschnitt kann beispielsweise durch einen bogenförmigen Leitungsabschnitt gebildet sein, welcher den Vorlaufabschnitt und den Rücklaufabschnitt einer Leitung im Bereich des Wendepunkts miteinander verbindet. Es ist dabei nicht notwendig, aber möglich, dass das den Umlenkabschnitt ausbildende Teil ein von dem Vorlaufabschnitt und dem Rücklaufabschnitt unterschiedliches Teil ist. Vielmehr können Vorlaufabschnitt, Umlenkabschnitt und Rücklaufabschnitt durch das Biegen einer Leitung bereitgestellt werden. Es ist zweckmäßig, wenn ein jeweiliger Umlenkabschnitt einer Leitung in einem Umlenkrohr ausgebildet ist. Hierzu müssen in einem Umlenkrohr lediglich strömungstechnisch voneinander getrennte Kammern vorgesehen werden, wobei jede Kammer den ersten Leitungsabschnitt und zweiten Leitungsabschnitt einer jeweiligen Leitung miteinander verbindet.
Es ist zweckmäßig, wenn eine Mehrzahl an Leitungen an das Verteilerrohr und das Sammelrohr, und optional an das Umlenkrohr, angeschlossen ist.
Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung sieht vor, dass das Verteilerrohr, das Sammelrohr und optional das Umlenkrohr in Schwerkraftrichtung angeordnet sind und die das Wärme abführende Medium führenden Leitungen senkrecht zur Schwerkraftrichtung angeordnet sind, wenn die Speicherzellenanordnung in dem Fahrzeug eingebaut ist. Hieraus ergibt sich, dass die von dem Verteilerrohr abgehenden bzw. in das Sammelrohr und gegebenenfalls Umlenkrohr mündenden Leitungsabschnitte zumindest abschnittsweise senkrecht zur Schwerkraftrichtung verlaufen. Bei geeigneter Leitungsführung ist es hierdurch möglich, dass die Speicherzellenanordnung in Schwerkraftrichtung in die Kühlanordnung eingeführt bzw. aus dieser herausgenommen werden kann. Darüber hinaus ergeben sich strömungstechnische Vorteile, da nur ein geringer Volumenanteil des Wärme transportierenden Mediums entgegen der Schwerkraftrichtung gefördert werden muss.
Es ist zweckmäßig, wenn die Leitungen derart angeordnet und ausgebildet sind, dass eine Mehrzahl von Speicherzellenmodulen, insbesondere zwei oder vier Speicherzellenmodule, der Speicherzellenanordnung in einer oder mehreren Reihen nebeneinander in der Kühlanordnung anordenbar sind, wobei jeweils zumindest eine Wandung eines jeweiligen Speicherzellenmoduls thermisch an die Leitungen angebunden ist. Hierbei kann durch die erfindungsgemäße Kühlanordnung sichergestellt werden, dass sämtliche Speicherzellenmodule durch die Kühlanordnung gekühlt werden. Neben einer wärmetechnischen Anbindung der Speicherzellenmodule von zumindest zwei Seiten kann darüber hinaus zwischen zwei Speicherzellenmodulen eine doppelte Kühlleistung bereitgestellt werden. Dies ist vorteilhaft, da in diesem Bereich Wärme von zwei Speicherzellenmodulen abgeführt werden muss. Hierdurch lässt sich die erwünschte homogene Temperaturverteilung über die Gesamtvorrichtung erzielen.
Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass die von einem Verteilerrohr abgehenden Leitungen jeweils einem oder mehreren Speicherzellenmodulen der Speicherzellenanordnung zugeordnet sind und mit zumindest einer Wandung des oder der Speicherzellenmodule in thermischem Kontakt stehen, wenn das oder die Speicherzellenmodule in der Kühlanordnung angeordnet sind. Ebenso kann vorgesehen sein, dass unterschiedliche, von einem gemeinsamen Verteilerrohr abgehende Leitungen unterschiedlichen Speicherzellenmodulen der Speicherzellenanordnung zugeordnet sind und mit zumindest einer Wandung des jeweiligen Speicherzellenmoduls in thermischem Kontakt stehen, wenn das oder die Speicherzellenmodule in der Kühlanordnung angeordnet sind. Mit anderen Wor ten bedeutet dies, dass ein Verteilerrohr, welchem das Wärme transportierende Medium zur weiteren Verteilung zugeführt wird, ausreichend ist, um durch entsprechende Leitungsführung eine Mehrzahl an Speicherzellenmodulen kühlen zu können. Hierdurch ergibt sich ein einfacher, kompakter Aufbau der Kühlanordnung sowie der Gesamtvorrichtung aus Speicherzellenanordnung und Kühlanordnung.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist die Strecke, die das Wärme abführende Medium, ausgehend von einem Einlass des Verteilerrohrs bis zu einem Auslass des Sammelrohrs, zurücklegt, unabhängig davon, welche der Mehrzahl an Leitungen durchströmt wird. Diese Ausgestaltung weist den Vorteil auf, dass gleiche Strömungswiderstände und Druckverluste in sämtlichen Leitungen, welche an das Verteilerrohr und das Sammelrohr angeschlossen sind, hergestellt werden können. Bewerkstelligt werden kann dies beispielsweise dadurch, dass zwei Umlenkrohre benachbart zueinander und zwischen dem Verteilerrohr und dem Sammelrohr angeordnet werden, die strömungstechnisch miteinander verbunden sind. Die strömungstechnische Verbindung der beiden Umlenkrohre erfolgt auf einer Seite der Umlenkrohre. Der Einlass des Verteilerrohrs und der Auslass des Sammelrohrs liegen demgegenüber auf der anderen, gegenüberliegenden Seite der Rohre.
Die erfindungsgemäße Kühlanordnung zeichnet sich weiterhin dadurch aus, dass eine jeweilige Leitung in einer oder mehreren Ebenen geführt ist, welche senkrecht oder parallel zur Schwerkraftrichtung liegt und optional alle Wandungen des Speicherzellenmoduls umläuft. Diese Ausgestaltungsvariante begünstigt eine Kühlanordnung, bei der die Speicherzellenanordnung in diese einführbar oder von dieser entfernbar ist. Erreicht wird dies durch eine Leitungsführung, welche eine Kühlung der Speicherzellenanordnung im Bereich derer Seitenwände vornimmt, jedoch die beiden Deckflächen der Speicherzellenanordnung frei von Leitungen hält.
Die Leitungsführung kann – unter Berücksichtigung der vorbeschriebenen Varianten – prinzipiell beliebig sein. Es ist zweckmäßig, wenn eine jeweilige Leitung zumindest abschnittsweise spiralförmig oder mäanderförmig ausgebildet ist. Die Leitungen können ebenfalls durch Bohrungen in einer z. B. massiven Platte ausgebildet sein. Es ist weiterhin zweckmäßig, wenn die Leitung oder Leitungen als Rohrleitung ausgebildet sind. Die Leitung oder Leitungen können alternativ auch als Flachrohr ausgebildet sein, welche auch unter der Bezeichnung Multiport-Tube bekannt sind. Ein Flachrohr weist einen in etwa rechteckigen Querschnitt auf, wobei eine Mehrzahl an parallel zueinander geführten Einzelleitungen in einem, die Querschnittsform bestimmendem Außenrohr (oder Außenumhüllung) integriert ist.
Um einen weiter verbesserten Wärmeausgleich durch die Kühlanordnung zu ermöglichen, ist es zweckmäßig, wenn die Leitung oder Leitungen auf oder in einer oder mehreren Wärme leitenden Platten angeordnet sind, welche thermisch mit der Speicherzellenanordnung verbunden sind. Die Wärme leitenden Platten können beispielsweise unter Druckbeaufschlagung mit korrespondierend zu diesen ausgebildeten Wärmeleitflächen der Speicherzellenanordnung thermisch gekoppelt sein. Die Leitungen können auf die Platte(n) aufgeklebt, aufgelötet oder geschweißt sein. Die Verbindung der Leitungen mit einer oder mehreren Wärme leitenden Platten ermöglicht neben einem guten Wärmekontakt zu den Zellenmodulen auch eine gute thermische Wärmeleitung und Homogenisierung in der Plattenebene.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist das Wärme abführende Medium ein Kältemittel, insbesondere R134a, R744, oder ein Kühlmittel, insbesondere Wasser oder Luft, dessen thermische Auswirkungen, z B. auf einer Platte oder auf einer Speicherzellenanordnung, der unterschiedlichen Temperaturen sich im Bereich des ersten Leitungsabschnitts und zweiten Leitungsabschnitts einer jeweiligen Leitung ausgleichen.
Die Erfindung wird nachfolgend näher anhand von Ausführungsbeispielen in den Figuren erläutert. Es zeigen:
1a bis 1c mögliche Grundformen einer Leitung in einer erfindungsgemäßen Kühlanordnung,
2 die Auswirkung des erfindungsgemäßen Vorgehens auf die Temperatur eines Kältemittels in Abhängigkeit der in einer Leitung zurückgelegten Wegstrecke,
3a und 3b ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kühlanordnung einmal mit einer darin angeordneten Speicherzellenanordnung und einmal ohne Speicherzellenanordnung,
4 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kühlanordnung, bei der die Leitungen als Flachrohr ausgebildet sind,
5 ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kühlanordnung, bei der die Leitungen als Flachrohr ausgebildet sind,
6a und 6b jeweils eine schematische Darstellung der als Rundrohr und Flachrohr ausgebildeten Leitungen auf einer Wärme leitenden Platte,
7a eine schematische Darstellung auf eine weitere erfindungsgemäße Kühlanordnung in einer Draufsicht, wobei vier Speicherzellenmodule durch die Kühlanordnung kühlbar sind,
7b eine schematische Darstellung einer weiteren erfindungsgemäßen Kühlanordnung in einer Draufsicht, bei der ein Temperaturausgleich nur zwischen zwei Speicherzellenmodulen erfolgt,
8 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Kühlanordnung, mit der ein Speicherzellenmodul kühlbar ist,
9 eine Prinzipdarstellung der Leitungsführung der Kühlanordnung aus 8,
10 eine perspektivische, schematische Darstellung einer möglichen Leitungsführung einer erfindungsgemäßen Kühlanordnung, und
12 eine schematische Darstellung einer weiteren erfindungsgemäßen Kühlanordnung in einer Draufsicht, durch die zwei Speicherzellenmodule kühlbar sind.
Das einer erfindungsgemäßen Kühlanordnung zu Grunde liegende Prinzip besteht darin, einen ersten und einen zweiten Leitungsabschnitt einer oder mehrerer Leitungen aneinandergrenzend und im Wesentlichen parallel zueinander führend thermisch miteinander zu koppeln. Der erste und der zweite Leitungsabschnitt werden im Betrieb der Kühlanordnung derart in entgegen gesetzter Richtung von einem Wärme abführenden Medium, insbesondere einem Kältemittel, wie z. B. R134a, R744, oder einem Kühlmittel, insbesondere Wasser oder Luft, durchströmt, dass die thermischen Auswirkungen, z. B. auf einer Platte oder auf einer Speicherzellenanordnug, der unterschiedlichen Temperaturen sich im Bereich des ersten und zweiten Leitungsabschnitts ausgleichen.
In den 1a bis 1c sind unterschiedliche Grundformen von Leitungsformen schematisch dargestellt, mit denen sich das beschriebene Prinzip verwirklichen lässt. Dabei ist jeweils eine einzige Leitung 50 dargestellt, welche einen Leitungseinlass 53 und einen Leitungsauslass 54 aufweist. Der Leitungseinlass 53 und der Leitungsauslass 54 sind nebeneinander angeordnet. Zwischen dem Leitungseinlass 53 und einem Wendepunkt 55 ist ein erster Leitungsabschnitt 51 ausgebildet, der einen Vorlaufabschnitt ausbildet. Zwischen dem Wendepunkt 55 und dem Leitungsauslass 54 ist ein zweiter Leitungsabschnitt 52 ausgebildet, der einen Rücklaufabschnitt darstellt. Der erste und der zweite Leitungsabschnitt 51, 52 sind aneinandergrenzend und im Wesentlichen parallel zueinander geführt, so dass eine thermische Kopplung über die gesamte Länge des Vorlauf- und Rücklaufabschnitts gegeben ist.
In 1a ist die Leitung gerade ausgeführt. 1b zeigt eine mäanderförmige Gestalt der Leitung 50. 1c zeigt eine spiralförmige Gestaltung der Leitung 50. Daneben sind auch andere Formen möglich. Gemeinsames Merkmal der in 1 dargestellten Ausgestaltungsvarianten ist, dass der erste und der zweite Leitungsabschnitt 51, 52 jeweils die gleiche Länge aufweisen. Dadurch, dass Vorlaufabschnitt und Rücklaufabschnitt der Leitung 50 nebeneinander liegen, können sich unterschiedliche Verdampfungszustände des Kältemittels ausgleichen, so dass die Temperaturdifferenz über die gesamte Leitungslänge minimal ist. Dies wird anhand von 2 veranschaulicht, in welcher der Temperaturverlauf T über eine Wegstrecke s, vorliegend die Leitungslänge, dargestellt ist.
In 2 zeigt die strichpunktierte und mit K1 bezeichnete Linie den Temperaturverlauf eines Kältemittels, bei dem ein hin- und rückführender Leitungsabschnitt, d. h. ein Vorlauf- und ein Rücklaufabschnitt, dicht nebeneinander und thermisch gekoppelt zueinander angeordnet sind. Dabei wird davon ausgegangen, dass eine Einspeisung des Kältemittels in die Leitung bei s₀ (= 0% der zurückgelegten Wegstrecke) und ein Ausleiten des Kältemit tels bei s₂ (= 100% der zurückgelegten Wegstrecke) erfolgt. Die Strecke zwischen s₀ und s₂ stellt damit die Länge der Leitung dar. Während die Temperatur des Kältemittels bei s₀ T₃ beträgt, nimmt die Temperatur bis zum Auslass bei s₂ auf den Wert T₂ ab, wobei sich der Verdampfungszustand des Kältemittels ändert. Durch die Rückführung der Leitung bei s₁, d. h. dem in 1 mit 55 gekennzeichneten Wendepunkt und damit 50% der Wegstrecke, legt das Kältemittel somit nicht mehr die Wegstrecke zwischen s₁ und s₂ zurück, sondern wird vielmehr nach Erreichen des Wendepunkts bei s₁ von s₁ nach s₀ zurücktransportiert. Es ergibt sich hierdurch die mit K2 bezeichnete, durchgezogene Kennlinie für die Temperatur T des Kältemittels.
Wie 2 ohne Weiteres entnehmbar ist, sind die zwei Äste der Kennlinie K2 an der Geraden A gespiegelt. Durch die thermische Kopplung des ersten und zweiten Leitungsabschnitts stellt sich eine mittlere Temperatur T₁ im Bereich des ersten und des zweiten Leitungsabschnitts ein. Dies hat zur Folge, dass die Temperaturdifferenz ΔT im Bereich des ersten und des zweiten Leitungsabschnitts idealerweise 0 und in der Realität verhältnismäßig klein wird. Insbesondere wird die Temperaturdifferenz erheblich kleiner als die Differenz von T₃–T₁. Hierdurch bedingt, ergibt sich eine sehr ausgeglichene Temperaturverteilung über die gesamte Länge der Leitung 50.
Die 3a und 3b zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kühlanordnung 1. Bei dieser Kühlanordnung 1 sind die Leitungen durch Rundrohre gebildet. Mit der Kühlanordnung 1 können mehrere Speicherzellenmodule gleichzeitig gekühlt werden. Zu diesem Zweck weist die Kühlanordnung 1 Modulaufnahmen 21, 22, 23, 24 zur jeweiligen Aufnahme eines oder mehrerer Speicherzellenmodule auf. Die Modulaufnahmen 21, 22, 23, 24 werden durch entsprechende Leitungsführung der Rundrohre bereitgestellt. In 3a sind in der Kühlanordnung 1 beispielhaft jeweils zwei Speicherzellenmodule 11, 12 dargestellt, wobei das Speicherzellenmodul 11 in der Modulaufnahme 21 und das Speicherzellenmodul 12 in der Modulaufnahme 22 angeordnet ist. Die Modulaufnahmen 23 und 24 sind lediglich aus zeichnerischen Gründen nicht mit einem Speicherzellenmodul versehen. In 3b ist die Kühlanordnung 1 vollständig ohne Speicherzellenmodule dargestellt.
Die nachfolgend beschriebene Ausgestaltung eines Speicherzellenmoduls dient lediglich der Veranschaulichung. Prinzipiell ist der Aufbau und die Gestalt eines Speicherzellen moduls für die vorliegende Erfindung von untergeordnetem Interesse, so dass auch anders ausgebildete Speicherzellemodule durch die erfindungsgemäße Kühlanordnung 1 gekühlt werden können.
Die in die Kühlanordnung 1 eingebrachten bzw. einzubringenden Speicherzellenmodule sind vorzugsweise identisch aufgebaut. Jedes der Speicherzellenmodule 11, 12 umfasst eine Anzahl an Speicherzellen und/oder Doppelschichtkondensatoren. In den in 3a ersichtlichen Speicherzellenmodulen sind jeweils zwei Speicherzellen nebeneinander und sechs Speicherzellen in einer Reihe übereinander angeordnet. Ein jeweiliges Speicherzellenmodul kann auch mehr als zwei nebeneinander bzw. eine größere oder kleinere Anzahl an übereinander angeordneten Speicherzellen umfassen. Jede der Speicherzellen weist in bekannter Weise mindestens eine in der Speicherzelle angeordnete Elektrode aus Metall auf, wobei diese ganzflächig mit einer Metallschicht versehen sein kann. Dabei kann deren innen liegendes Anschlusselement mit einer außerhalb der jeweiligen Speicherzelle auf der Vorderseite versehenen Anschlussklemme bzw. mit einer außerhalb der Speicherzelle auf der Rückseite vorgesehenen Anschlussklemme elektrisch leitend verbunden sein. Bei der Anschlussklemme kann es sich um eine Kontaktfläche in Form eines Sockels wie bei einem Batteriepol, der durch eine Kontaktfeder kontaktiert wird, handeln. Über die Anschlussklemmen sind die jeweiligen Speicherzellen der Speicherzellenanordnung in Reihe und/oder parallel geschaltet, so dass an Anschlussstiften eines jeweiligen Speicherzellenmoduls eine Gesamtspannung des Moduls abgreifbar ist. Im Bereich ihrer Mantelflächen sind die Speicherzellen jeweils mit einem gut Wärme leitenden Profil versehen. Durch die Wärme leitenden Profile ergibt sich eine mehr oder minder ebene Fläche eines jeweiligen Speicherzellenmoduls, so dass eine gute thermische Anbindung an die Kühlanordnung 1 hergestellt werden kann.
Die Kühlanordnung 1 ist durch vier Rundrohre 50-1, 50-2, 50-3 und 50-4 gebildet. Ein jeweiliger, in den 3a, 3b nicht ersichtlicher Leitungseinlass und Leitungsauslass mündet in ein bezüglich der vier Modulaufnahmen 21, 22, 23, 24 zentral angeordnetes Verteilerelement 56. In dem Verteilerelement 56 können die jeweiligen Leitungseinlässe der Rundrohre 50-1, 50-2, 50-3 und 50-4 strömungstechnisch mit einem gemeinsamen Einlass für das Kältemittel in dem Verteilerelement 56 angeschlossen sein. In entsprechender Weise können die jeweiligen Leitungsauslässe der Rundrohre 50-1, 50-2, 50-3 mit einem gemeinsamen Auslass in dem Verteilerelement 56 verbunden sein. Über das Ver teilerelement 56 ist die Kühlanordnung 1 an einen Kältemittelkreislauf (nicht dargestellt) angebunden.
Ein jeweiliges Rundrohr 50-1, 50-2, 50-3, 50-4 weist einen dunkel dargestellten Vorlaufabschnitt und einen hell dargestellten Rücklaufabschnitt auf, wobei Vorlaufabschnitt und Rücklaufabschnitt eines jeweiligen Rundrohrs 50-1, 50-2, 50-3, 50-4 an einem jeweiligen Wendepunkt 55-1, 55-2, 55-3, 55-4 strömungstechnisch miteinander verbunden sind. Ein jeweiliger Vorlaufabschnitt und Rücklaufabschnitt sind dabei über deren gesamte Länge parallel zueinander geführt und thermisch miteinander gekoppelt. Hierdurch ist eine Leitungsführung nach dem sog. Ausgleichsprinzip bereitgestellt, da sich an einem beliebigen Punkt eines jeweiligen Rundrohrs unterschiedliche physikalische Zustände des Kältemittels ausgleichen, was durch das in entgegen gesetzter Richtung strömende Kältemittel bewirkt ist. Grund hierfür ist der in Verbindung mit 2 beschriebene Temperaturverlauf des Kältemittels in Abhängigkeit des zurückgelegten Wegs.
Die Gestalt der Rundrohre 50-1, 50-2, 50-3 und 50-4 ist derart, dass ein jedes, in die Modulaufnahmen 21, 22, 23, 24 eingeführtes Speicherzellenmodul von zwei gegenüberliegenden Seiten gekühlt wird. Hierzu sind die Rundrohre 50-2 und 50-4 symmetrisch bezüglich einer Symmetrieachse A angeordnet und beispielhaft spiralförmig ausgebildet. Die Rundrohre 50-1 und 50-3 sind ebenfalls symmetrisch bezüglich der Symmetrieachse A angeordnet und spiralförmig ausgebildet, wobei diese jeweils eine Seitenwandung zweier Modulaufnahmen 22, 24 bzw. 21, 23 überdecken. Somit dienen, wie aus den 3a, 3b ohne Weiteres ersichtlich ist, die Rundrohre 50-1 und 50-3 zur Kühlung voneinander abgewandten Wandungen zweier benachbarter Speicherzellenmodule in den Modulaufnahmen 21, 22 der nicht dargestellten Speicherzellenmodule in den Modulaufnahmen 23, 24. Die Rundrohre 50-2 und 50-4 dienen der gleichzeitigen Kühlung der einander zugewandten Wandungen der benachbarten Speicherzellenmodule 11, 12 bzw. 13, 14.
Die Rohre der Kühlanordnung können optimal mit Wärme leitenden Platten durch Löten, Verkleben, Verschweißen, usw. versehen sein.
Um eine gleichmäßige Kühlung sämtlicher Wandungen der Speicherzellenmodule in den Modulaufnahmen 21, 22, 23, 24 zu bewirken, weisen die Rundrohre 50-1 und 50-3 eine im Vergleich zu den Rundrohren 50-2 und 50-4 doppelte Leitungslänge auf, wodurch sich im Bereich zwischen zweibenachbarten Speicherzellenmodulen die doppelte Kühlleistung ergibt.
Um über eine Seitenwandung eines zu kühlenden Speicherzellenmoduls eine ausgeglichene Temperaturverteilung zu erreichen, kann es zweckmäßig sein, wenn die Leitungen der Kühlanordnung 1 auf oder in einer oder mehreren Wärme leitenden Platten angeordnet sind, welche in gutem thermischen Kontakt mit den Wärme leitenden Profilen der Speicherzellen gebracht werden. Um Letzteres zu erreichen, können die Wärme leitende Platte(n) mit den Wärme leitenden Profilen der Speicherzellen verspannt, verklebt oder formschlüssig befestigt sein. Dies ist in den 3a, 3b nicht dargestellt. Durch das Vorsehen der Wärme leitenden Platte(n) wird sichergestellt, dass nicht nur eine gleichmäßige Kühlung im Bereich der Rundrohre 50-1, 50-2, 50-3 und 50-4, sondern über die gesamte Fläche einer Wandung eines Speicherzellenmoduls bewirkt wird.
4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kühlanordnung 1, bei welcher die Leitungen zur Führung des Kältemittels als Flachrohre 60-1, ..., 60-8 ausgebildet sind. Wie im vorangegangenen Ausführungsbeispiel ist die Kühlanordnung 1 dazu ausgebildet, eine Mehrzahl von Speicherzellenmodulen aufzunehmen. Diese können in die dazu vorgesehenen Modulaufnahmen 21, 22, 23, 24 lösbar verbindbar eingebracht werden.
Die Kühlanordnung 1 weist zwei Verteilerrohre 30-1 und 30-2 auf. Das Verteilerrohr 30-1 ist zwischen den Modulaufnahmen 21 und 23 angeordnet. Das Verteilerrohr 30-2 ist zwischen den Modulaufnahmen 22 und 24 angeordnet. Benachbart zu den Verteilerrohren 30-1 und 30-2 ist jeweils ein Sammelrohr 35-1 und 35-2 vorgesehen. Zwischen dem benachbarten Verteilerrohr 30-1 bzw. 30-2 und dem Sammelrohr 35-1 bzw. 35-2 besteht keine unmittelbare strömungstechnische Verbindung. Die Verteilerrohre 30-1, 30-3 und die Sammelrohre 35-1 und 35-2 sind an gegenüberliegenden Außenseiten der Kühlanordnung 1 angeordnet. Dies bedeutet, die Verteilerrohre 30-1, 30-2 sowie die benachbarten Sammelrohre 35-1, 35-2 sind unmittelbar benachbart zu einer jeweiligen (gedachten) Seitenkante der Modulaufnahmen 21, 22, 23, 24 angeordnet.
An einer diagonal gegenüberliegenden (gedachten) Seitenkante einer jeweiligen Modulaufnahme 21, 22, 23, 24 sind jeweils zwei benachbarte Umlenkrohre 40-1 und 40-2 bzw. 40-3 und 40-4 vorgesehen. Die Umlenkrohre 40-1 und 40-2 sind somit in etwa zwischen den Modulaufnahmen 23 und 24, die Umlenkrohre 40-3 und 40-4 in etwa zwischen den Modulaufnahmen 21, 22 angeordnet. Die Umlenkrohre 40-1 und 40-2 sind über einen Umlenkabschnitt 41-1 strömungstechnisch verbunden. In entsprechender Weise sind die Umlenkrohre 40-3 und 40-4 über einen Umlenkabschnitt 41-2 verbunden. Die Umlenkabschnitte 41-1 und 41-2 sind bogenförmige Rohre, welche mit entsprechenden Öffnungen an der Stirnseite der Umlenkrohre verbunden sind.
Die Verteilerrohre 30-1, 30-2, die Sammelrohre 35-1, 35-2 sowie die Umlenkrohre 40-1 bis 40-4 erstrecken sich parallel zueinander in einer Richtung, in welcher die Speicherzellenmodule in die Modulaufnahmen 21, 22, 23, 24 eingeführt oder aus dieser entfernt werden können. Die Verteilerrohre 30-1, 30-2 können mit einem gemeinsamen Kältemitteleinlass verbunden sein. In entsprechender Weise können die Sammelrohre 35-1, 35-2 mit einem gemeinsamen Kältemittelauslass verbunden sein.
Mit den genannten Verteiler-, Sammel- und Umlenkrohren ist eine Vielzahl an Leitungen strömungstechnisch verbunden. Die Leitungen sind beispielhaft in vier Leitungsebenen E1, E2, E3 und E4 angeordnet. Bei der nachfolgenden Beschreibung wird lediglich auf die Leitungsebene E1 Bezug genommen, wobei die Beschreibung in entsprechender Weise für die weiteren Leitungsebenen E2, E3 und E4 gilt. Es versteht sich von selbst, dass auch eine andere Anzahl an Leitungsebenen in einer Kühlanordnung vorgesehen werden kann.
Wie aus der nachfolgenden Beschreibung ersichtlich werden wird, ist jedes der Verteilerrohre 30-1, 30-2 und der Sammelrohre 35-1 und 35-2 im Ausführungsbeispiel zwei Modulaufnahmen zugeordnet. Von jedem der Verteilerrohre 30-1 bzw. 30-2 gehen pro Modulaufnahme zwei Flachrohre ab, welche eine jeweilige Modulaufnahme entlang unterschiedlicher Seitenkanten umlaufen und auf der diagonal gegenüberliegenden Seite mit einem Umlenkrohr strömungstechnisch verbunden sind. Von dem benachbarten Umlenkrohr erstrecken sich in entsprechender Weise pro Modulaufnahme zwei Umlenkrohre, welche die zugeordnete Modulaufnahme entlang unterschiedlicher Seitenkanten umlaufen und mit dem Sammelrohr strömungstechnisch verbunden sind, das dem Verteilerrohr benachbart ist, von welchem die zwei genannten Flachrohre für das Modul ausgehen. Die von dem Verteilerrohr abgehenden und in eines der Umlenkrohre mündenden Flachrohre bilden hierbei einen ersten Leitungsabschnitt. Die von dem anderen Umlenkrohr ausgehenden und in das Sammelrohr mündenden Flachrohre stellen einen zweiten Leitungsabschnitt dar, welche parallel zu den ersten Leistungsabschnitten geführt und thermisch mit diesen gekoppelt sind. Aufgrund der strömungstechnischen Verbindung der beiden Umlenkrohre werden die ersten und die zweiten Leitungsabschnitte in entgegen gesetzter Richtung von dem Kältemittel oder Kühlmittel durchströmt, so dass sich die thermischen Auswirkungen der unterschiedlichen Temperaturen im Bereich des ersten und zweiten Leitungsabschnitts wiederum ausgleichen.
Veranschaulicht anhand des Ausführungsbeispiels in 4 bedeutet dies: Von dem Verteilerrohr 30-1 gehen zwei Flachrohre 60-1 und 60-2 aus, welche die Modulaufnahme 23 entlang unterschiedlicher Seitenkanten umlaufen. Die Flachrohre 60-1, 60-2 münden in das Umlenkrohr 40-2. Über den Umlenkabschnitt 41-1 kann das Kältemittel in das Umlenkrohr 40-1 gelangen. Von dort gehen Leitungsabschnitte 62-1 und 62-2 aus und umlaufen entlang unterschiedlicher Seitenkanten wiederum die Modulaufnahme 23. Schließlich münden die Flachrohre 62-1 und 62-2 in das Sammelrohr 35-1.
In entsprechender Weise ist ein Kältemittelkreislauf für die Modulaufnahme 21 geschaffen, welcher ebenfalls von dem Verteilerrohr 30-1 ausgeht und über die Umlenkrohre 40-3 und 40-4 in das Sammelrohr 35-1 mündet.
Die Modulaufnahmen 22 und 24 werden durch das Verteilerrohr 30-2 und das Sammelrohr 35-2 mit Kältemittel oder Kühlmittel „versorgt”. Von dem Verteilerrohr 30-2 gehen Flachrohre 60-5 und 60-6 aus, welche die Modulaufnahme 24 entlang unterschiedlicher Seitenkanten umlaufen und münden in das Umlenkrohr 40-2. Da dieses, wie bereits erläutert, strömungstechnisch mit dem Umlenkrohr 40-1 verbunden ist, kann Kältemittel von dem Umlenkrohr 40-1 über Flachrohre 62-5 und 62-6 zu dem damit verbundenen Sammelrohr 35-2 gelangen. Die Modulaufnahme 22 wird ebenfalls durch das Verteilerrohr 30-2 und das Sammelrohr 35-2 mit Kältemittel versorgt. Ausgehend von dem Verteilerrohr 30-2 umlaufen Flachrohre 60-7 und 60-8 entlang unterschiedlicher Seitenkanten die Modulaufnahme 22 und münden in das Umlenkrohr 40-4, welches über den Umlenkabschnitt 41-2 mit dem Umlenkrohr 40-3 verbunden ist. Ausgehend von diesem umlaufen Flachrohre 62-7 und 62-8 entlang unterschiedlicher Seitenkanten die Modulaufnahme 22 und münden in das Sammelrohr 35-2.
Aufgrund der Gestalt der Flachrohre (sog. Multiport-Tubes) kann ein unmittelbarer thermischer Kontakt zu den Speicherzellen eines Speicherzellenmoduls hergestellt werden. Hierbei ist es zweckmäßig, wenn die thermische Kontaktierung wiederum über die auf die Speicherzellen aufgebrachten Wärmeprofile (vgl. 3a) erfolgt. Sofern notwendig oder zweckmäßig können die Flachrohre auch auf oder in Wärme leitende Platten integriert sein, welche die Speicherzellen eines jeweiligen Speicherzellenmoduls kontaktieren.
Aufgrund der Nebeneinanderanordnung der ersten Leitungsabschnitte (Flachrohre 60-i, wobei i = 1...8) und der zweiten Leitungsabschnitte (Flachrohre 62-i, wobei i = 1...8) ergibt sich eine sehr ausgeglichene Temperaturverteilung nicht nur innerhalb einer Leitungsebene, sondern auch zwischen den Leitungsebenen. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass ein Speicherzellenmodul von allen vier Seitenwänden her gekühlt werden kann. Eine ausgeglichene Temperaturverteilung wird auch dadurch erreicht, dass unabhängig davon, in welcher Leitungsebene die Flachrohre von Kältemittel durchlaufen werden, das Kältemittel in jedem Leitungskreis eine gleiche Wegstrecke zurücklegt. Dies wird nachfolgend anhand der 8 und 9 beschrieben.
5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kühlanordnung, bei welcher die Leitungen ebenfalls als Flachrohre ausgebildet sind. Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel gemäß 4 ist jeder Modulaufnahme 21, 22, 23, 24 ein eigenes Paar an Verteilerrohr 30-1, 30-2, 30-3, 30-4 und Sammelrohr 35-1, 35-2, 35-3, 35-4 zugeordnet. Dabei sind die Verteilerrohre 30-1, 30-2, 30-3, 30-4 an ihrem unteren Ende strömungstechnisch miteinander verbunden. Entsprechendes gilt für die Sammelrohre 35-1, 35-2, 35-3, 35-4. Dies ist schematisch mit dem Bezugszeichen 31 bzw. 32 gekennzeichnet.
In den nachfolgenden Figuren werden in schematischer Weise Designvarianten oder Konstruktionsmerkmale einer erfindungsgemäßen Kühlanordnung näher beschrieben.
In den 6a und 6b ist ersichtlich, dass die Leitungen 50 zur Erzielung einer guten Temperaturverteilung auf einer Wärme leitenden Platte 58 aufgebracht sein können. Die Verbindung kann beispielsweise durch Löten erfolgen. 6a zeigt hierbei eine Ausführungsvariante, bei der die Leitungen 50 als Rundrohre ausgebildet sind. 6b zeigt eine Ausgestaltungsvariante, bei der die Leitungen 50 als Flachrohre, sog. Multiport-Tubes, ausgebildet sind. Diese weisen im Vergleich zu Rundrohren einen flacheren Querschnitt auf, wobei eine Mehrzahl an parallel zueinander geführten Einzelleitungen in einem Außenrohr integriert ist.
7a zeigt eine schematische Darstellung der möglichen Leitungsführung einer weiteren erfindungsgemäßen Kühlanordnung 1. Die Kühlanordnung ist dabei zur Aufnahme von beispielhaft vier Speicherzellenmodulen 11, 12, 13, 14 ausgebildet, welche in den bereits erwähnten Modulaufnahmen 21, 22, 23, 24 angeordnet sind. Dabei ist beispielhaft ein zentral angeordnetes Verteilerrohr 30 vorgesehen, von welchem aus Leitungen 51-1, 51-2, 51-3, 51-4 (erste Leitungsabschnitte) um jeweils eine Modulaufnahme 21, 22, 23, 24 herum geführt sind. Die Leitungen 51-1 und 51-2 münden in ein Sammelrohr 35-1. Die Leitungen 51-3 und 51-4 münden in ein Sammelrohr 35-2. Ausgehend von dem Verteilerrohr 30, aber die jeweiligen Modulaufnahmen 21, 22, 23, 24 in entgegen gesetzter Richtung umlaufende Leitungen 52-1, 52-2, 52-3, 52-4 (zweite Leitungsabschnitte) münden in die Sammelrohre 35-1 bzw. 35-2. Dieses Ausführungsbeispiel stellt damit eine Vereinfachung des Ausführungsbeispiels gemäß 4 dar, indem lediglich ein einziges Verteilerrohr für alle Speicherzellenmodule 11, 12, 13, 14 vorgesehen ist und darüber hinaus auf die Umlenkrohre verzichtet wurde.
7b zeigte eine weitere schematische Darstellung einer möglichen Leitungsführung einer erfindungsgemäßen Kühlanordnung 1. Die Kühlanordnung 1 ist zur Aufnahme von beispielhaft acht Speicherzellenmodulen 11 bis 18 ausgebildet, welche in zwei Modulaufnahmen 21, 22 angeordnet sind. Jeweils vier der Speicherzellenmodule 11 bis 14 und 15 bis 18 sind hierbei in einer Reihe in einer der Modulaufnahmen 21 bzw. 22 angeordnet. Jede der Modulaufnahmen 21, 22 ist von einer Leitung 50-5 bzw. 50-6 umlaufen, welche in thermischem Kontakt zu den Speicherzellenmodulen 11 bis 14 bzw. 15 bis 18 einer jeweiligen Modulaufnahme 21, 22 stehen. Jede der Leitungen 50-5 und 50-6 ist an ein Verteilerrohr 30-1 bzw. 30-2 angeschlossen und mündet in ein jeweiliges Sammelrohr 35-1 bzw. 35-2. Die Verteilerrohre 30-1 und 30-2 sowie die Verteilerrohre 35-1 und 35-2 können jeweils strömungstechnisch miteinander verbunden sein, was durch die Pfeile angedeutet ist. Die Anordnung der Verteilerrohre 30-1 bzw. 30-2 sowie der Sammelrohre 35-1 bzw. 35-2 ist derart, dass die Leitungen 50-5 und 50-6 im Bereich zwischen den beiden Modulreihen in entgegengesetzter Richtung von dem Wärme abführenden Medium durch flossen werden. Ein Temperaturausgleich findet damit lediglich im Bereich zwischen den beiden Speicherzellenmodulreihen statt, in dem die thermisch kritischen Punkte der Leitungen liegen: diejenigen Leitungsabschnitte, die von den Verteilerrohren abgehen und diejenigen Leitungsabschnitte, die in die Sammelrohre münden. Darüber hinaus kann die dargestellte Kühlanordnung auf einfache Weise aus zwei gleichen Bauteilen hergestellt werden.
Die 8 und 9 verdeutlichen, auf welche Weise die durch das Kältemittel zurückzulegende Wegstrecke, unabhängig davon, in welcher Leitungsebene das Kältemittel verläuft, vergleichmäßigt werden kann. 8 zeigt hierbei in schematischer Weise eine Draufsicht auf eine derartige Leitungsanordnung. Ausgehend von einem Verteilerrohr 30 verläuft das Kältemittel in einer Leitung 50 bis zu einem Umlenkrohr 40-1. Dieses ist über einen Umlenkabschnitt 41 mit einem benachbarten Umlenkrohr 40-2 verbunden. Von diesem fließt das Kältemittel über eine Leitung 50 in ein Sammelrohr 35. 9 zeigt diese Anordnung in einer aufgezogenen Seitenansicht. Hierbei ist ersichtlich, dass von dem Verteilerrohr 30 vier parallel verlaufende Rohre 50 abzweigen und in das Umlenkrohr 40-1 münden. Jede der Leitungen 50 ist hierbei in einer unterschiedlichen Leitungsebene E1, E2, E3, E4 angeordnet. Während das Kältemittel in das Verteilerrohr 30 von unten einströmt, strömt das Kältemittel aus dem Umlenkrohr 40-1 am oberen Ende über den Umlenkabschnitt 41 in das Umlenkrohr 40-2. Das Umlenkrohr 40-2 ist in den jeweiligen Leitungsebenen E1, E2, E3, E4 über die Leitungen 50 mit dem Sammelrohr 35 verbunden. Aus diesem strömt das Kältemittel nach unten heraus.
Dadurch, dass das Kältemittel auf der Unterseite eines Rohres in die Kühlanordnung hinein und am oberen Ende eines anderen Rohres hinaus fließt, ergeben sich gleiche Wegstrecken, unabhängig davon, in welcher Leitungsebene das Kühlmittel fließt. Durch das Verbinden zweier solcher Anordnungen vermittels des Umlenkabschnitts kann entweder ein Speicherzellenmodul vollständig umlaufen werden, wie dies in 8 prinzipiell dargestellt ist oder aber die das Verteilerrohr 30 mit dem Umlenkrohr 40-1 verbindenden Leitungen bilden die ersten Leitungsabschnitte und die das Umlenkrohr 40-2 mit dem Sammelrohr verbindenden Leitungen 50 bilden die zweiten Leitungsabschnitte, so dass die gegenläufige Kühlmittelführung im Bereich eines beliebigen Leitungsabschnitts erzielt wird.
Die 10 zeigt in einer schematischen Darstellung eine weitere Möglichkeit der Leitungsführung in einer erfindungsgemäßen Kühlanordnung. Dabei sind das Verteilerrohr 30 sowie das Sammelrohr 35 benachbart zueinander angeordnet. Beispielhaft sind zwei Leitungsebenen E1, E2 vorgesehen. Erste Leitungsabschnitte 51-1, 51-2 gehen von dem Verteilerrohr 30 ab und münden in ein Umlenkrohr 40. Das Umlenkrohr 40 weist für jede der Leitungsebenen E1, E2 einen Umlenkabschnitt 41-1, 41-2 auf. Diese werden dadurch bereitgestellt, dass das Umlenkrohr 40 zwischen jeweiligen Leitungsebenen E1, E2 mit einer oder mehreren Begrenzungswänden 42 versehen ist. Die zweiten Leitungsabschnitte 52-1, 52-2 gehen von denjenigen Umlenkabschnitten 41-1, 41-2 aus, in welche die ersten Leitungsabschnitte 51-1, 51-2 münden. Die zweiten Leitungsabschnitte 52-1, 52-2 münden dann in das Sammelrohr 35. Der erste und zweite Leitungsabschnitt 51-1, 51-2 bzw. 52-1, 52-2 einer jeweiligen Leitungsebene E1, E2 verlaufen hierbei aneinandergrenzend und im Wesentlichen parallel zueinander, wobei insbesondere die thermische Kopplung gegeben ist. Hierauf wurde aus Gründen der Übersichtlichkeit in der Prinzipdarstellung verzichtet.
In einer nicht dargestellten, alternativen Ausgestaltung kann das Umlenkrohr 40 auch ohne Begrenzungswände ausgebildet sein. Sämtliche ersten und zweiten Leitungsabschnitte stehen dann strömungstechnisch über das Umlenkrohr miteinander in Verbindung.
11 zeigt in einer weiteren schematischen Darstellung den möglichen Leitungsverlauf einer erfindungsgemäßen Kühlanordnung, mit welchem zwei Modulaufnahmen gekühlt werden können. Von dem Verteilerrohr 30 erstrecken sich zwei erste Leitungsabschnitte 51-1 und 51-2 jeweils um eine Modulaufnahme 21, 22 herum. Die ersten Leitungsabschnitte 51-1, 51-2 münden in ein jeweiliges Umlenkrohr 40-1, 40-2. Zweite Leitungsabschnitte 52-1, 52-2, welche an die ersten Leitungsabschnitte grenzen, im Wesentlichen parallel zu diesen geführt sind und thermisch mit diesen gekoppelt sind, erstrecken sich um die jeweilige Modulaufnahme 21, 22 herum zu Sammelrohren 35-1, 35-2. Ein Verzicht auf die Umlenkrohre 40-1, 40-2 ist dann möglich, wenn ein jeweiliger erster Leitungsabschnitt und ein jeweiliger zweiter Leitungsabschnitt über einen Umlenkabschnitt direkt miteinander verbunden sind. Entgegen der zeichnerischen Darstellung in 11 müssen das Umlenkrohr sowie das Verteilerrohr und das Sammelrohr nicht beabstandet zueinander angeordnet sein. Vielmehr können auch alle drei Rohre nebeneinander vorgesehen sein, so dass ein vollständiges Umlaufen einer jeweiligen Modulaufnahme ermöglicht ist.

1: Kühlanordnung
11: Speicherzellenmodul
12: Speicherzellenmodul
13: Speicherzellenmodul
14: Speicherzellenmodul
15: Speicherzellenmodul
16: Speicherzellenmodul
17: Speicherzellenmodul
18: Speicherzellenmodul
21: Modulaufnahme
22: Modulaufnahme
23: Modulaufnahme
24: Modulaufnahme
30: Verteilerrohr
30-1: Verteilerrohr
30-2: Verteilerrohr
30-3: Verteilerrohr
30-4: Verteilerrohr
31: Verteilerrohr
32: Verteilerrohr
35: Sammelrohr
35-1: Sammelrohr
35-2: Sammelrohr
35-3: Sammelrohr
35-4: Sammelrohr
40: Umlenkrohr
40-1: Umlenkrohr
40-2: Umlenkrohr
40-3: Umlenkrohr
40-4: Umlenkrohr
41: Umlenkabschnitt
41-1: Umlenkabschnitt
41-2: Umlenkabschnitt
42: Begrenzungswand
50: Leitung
50-1: Rundrohr
50-2: Rundrohr
50-3: Rundrohr
50-4: Rundrohr
50-5: Leitung
50-6: Leitung
51-1: erster Leitungsabschnitt
51-2: erster Leitungsabschnitt
52-1: zweiter Leitungsabschnitt
52-2: zweiter Leitungsabschnitt
53: Leitungseinlass
54: Leitungsauslass
55: Wendepunkt
55-1: Wendepunkt
55-2: Wendepunkt
55-3: Wendepunkt
55-4: Wendepunkt
56: Verteilerelement
58: Wärme leitende Platte
60-1: Flachrohr
60-2: Flachrohr
60-3: Flachrohr
60-4: Flachrohr
60-5: Flachrohr
60-6: Flachrohr
60-7: Flachrohr
60-8: Flachrohr
62-1: Flachrohr
62-2: Flachrohr
62-3: Flachrohr
62-4: Flachrohr
62-5: Flachrohr
62-6: Flachrohr
62-7: Flachrohr
62-8: Flachrohr
A: Achse
E1: Leitungsebene
E2: Leitungsebene
E3: Leitungsebene
E4: Leitungsebene
s₀: Strecke
s₁: Strecke
s₂: Strecke
T₁: Temperatur
T₂: Temperatur
T₃: Temperatur
K1: Kurve
K2: Kurve

Claims

Kühlanordnung (1) für eine Speicherzellenanordnung für ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug oder ein Nutzfahrzeug, die eine oder mehrere Leitungen (50; 50-1, ... 50-4; 60-1, ... 60-8; 62-1, ... 62-8) umfasst, wobei in der oder den Leitungen (50; 50-1, ... 50-4; 60-1, ... 60-8; 62-1, ... 62-8) ein Wärme abführendes Medium förderbar ist, um Wärme von der Speicherzellenanordnung abzuführen, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster und ein zweiter Leitungsabschnitt (51-1, 51-2; 52-1, 52-2) aneinander grenzend und im Wesentlichen parallel zueinander geführt und thermisch miteinander gekoppelt sind, wobei die zwei Leitungsabschnitte im Betrieb der Kühlanordnung (1) in entgegen gesetzter Richtung von dem Wärme abführenden Medium derart durchströmt werden, dass die thermischen Auswirkungen der unterschiedlichen Temperaturen des Wärme abführenden Mediums im Bereich des ersten und zweiten Leitungsabschnitts (51-1, 51-2; 52-1, 52-2) ausgeglichen werden.
Kühlanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Leitungsabschnitt (51-1, 51-2) ein Abschnitt einer ersten Leitung (50; 50-1, ... 50-4; 60-1, ... 60-8; 62-1, ... 62-8) und der zweite Leitungsabschnitt (52-1, 52-2) ein Abschnitt einer zweiten Leitung (50; 50-1, ... 50-4; 60-1, ... 60-8; 62-1, ...62-8) ist.
Kühleranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Leitungsabschnitt (51-1, 51-2) ein Vorlaufabschnitt einer Leitung (50; 50-1, ... 50-4; 60-1, ... 60-8; 62-1, ... 62-8) und der zweite Leitungsabschnitt (52-1, 52-2) ein Rücklaufabschnitt derselben Leitung (50; 50-1, ... 50-4; 60-1, ... 60-8; 62-1, ... 62-8) ist, wobei sich der Vorlaufabschnitt von einem Leitungseinlass zu einem Wendepunkt erstreckt, und wobei sich der Rücklaufabschnitt von dem Wendepunkt zu einem Leitungsauslass erstreckt.
Kühlanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Leitungsabschnitt (51-1, 51-2) und der zweite Leitungsabschnitt (52-1, 52-2) die Speicherzellenanordnung im Bereich zumindest einer Wandung, insbesondere einer Seitenwandung, thermisch kontaktieren.
Kühlanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Leitungseinlass einer jeweiligen Leitung (50; 50-1, ...50-4; 60-1, ... 60-8; 62-1, ... 62-8) mit einem Verteilerrohr (30; 30-1, 30-2, 30-3, 30-4) strömungstechnisch verbunden ist und der Leitungsauslass der jeweiligen Leitung (50; 50-1, ... 50-4; 60-1, ... 60-8; 62-1, ... 62-8) mit einem Sammelrohr (35; 35-1, 35-2, 35-3, 35-4) strömungstechnisch verbunden ist, wobei das Verteilerrohr (30; 30-1, 30-2, 30-3, 30-4) und das Sammelrohr (35; 35-1, 35-2, 35-3, 35-4) parallel zueinander angeordnet sind.
Kühlanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Leitungsabschnitt (51-1, 51-2) und der zweite Leitungsabschnitt (52-1, 52-2) einer jeweiligen Leitung (50; 50-1, ... 50-4; 60-1, ... 60-8; 62-1, ... 62-8) an dem Wendepunkt in einen Umlenkabschnitt münden, der optional in einem Umlenkrohr (40-1, 40-2, 40-3, 40-4) ausgebildet ist, das parallel zu dem Verteilerohr und dem Sammelrohr (35; 35-1, 35-2, 35-3, 35-4) angeordnet sein kann.
Kühlanordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl an Leitungen (50; 50-1, ... 50-4; 60-1, ... 60-8; 62-1, ... 62-8) an das Verteilerrohr (30; 30-1, 30-2, 30-3, 30-4) und das Sammelrohr (35; 35-1, 35-2, 35-3, 35-4), und optional an das Umlenkrohr (40-1, 40-2, 40-3, 40-4), angeschlossen sind.
Kühlanordnung nach Anspruch 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Verteilerrohr (30; 30-1, 30-2, 30-3, 30-4), das Sammelrohr (35; 35-1, 35-2, 35-3, 35-4) und optional das Umlenkrohr (40-1, 40-2, 40-3, 40-4) in Schwerkraftrichtung angeordnet sind und die das Wärme abführende Medium führenden Leitungen (50; 50-1, ... 50-4; 60-1, ... 60-8; 62-1, ... 62-8) senkrecht zur Schwerkraftrichtung angeordnet sind, wenn die Speicherzellenanordnung in dem Fahrzeug eingebaut ist.
Kühlanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungen (50; 50-1, ... 50-4; 60-1, ... 60-8; 62-1, ... 62-8) derart angeordnet und ausgebildet sind, dass eine Mehrzahl von Speicherzellenmodulen, insbesondere zwei oder vier Speicherzellenmodule (11, 12), der Speicherzellenanordnung in einer oder mehreren Reihen nebeneinander in der Kühlanordnung (1) anorden bar sind, wobei jeweils zumindest eine Wandung eines jeweiligen Speicherzellenmoduls thermisch an die Leitungen (50; 50-1, ... 50-4; 60-1, ... 60-8; 62-1, ... 62-8) angebunden ist.
Kühlanordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die von einem Verteilerrohr (30; 30-1, 30-2, 30-3, 30-4) abgehenden Leitungen (50; 50-1, ... 50-4; 60-1, ... 60-8; 62-1, ... 62-8) jeweils einem oder mehreren Speicherzellenmodulen der Speicherzellenanordnung zugeordnet sind und mit zumindest einer Wandung des oder der Speicherzellenmodule (11, 12) in thermischen Kontakt stehen, wenn das oder die Speicherzellenmodule (11, 12) in der Kühlanordnung (1) angeordnet sind.
Kühlanordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass unterschiedliche, von einem gemeinsamen Verteilerrohr (30; 30-1, 30-2, 30-3, 30-4) abgehende Leitungen (50; 50-1, ... 50-4; 60-1, ... 60-8; 62-1, ... 62-8) unterschiedlichen Speicherzellenmodulen der Speicherzellenanordnung zugeordnet sind und mit zumindest einer Wandung des jeweiligen Speicherzellenmoduls in thermischen Kontakt stehen, wenn das oder die Speicherzellenmodule (11, 12) in der Kühlanordnung (1) angeordnet sind.
Kühlanordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Strecke, die das Wärme abführende Medium, ausgehend von einem Einlass des Verteilerrohrs bis zu einem Auslass des Sammelrohrs, zurück legt, unabhängig davon ist, welche der Mehrzahl an Leitungen (50; 50-1, ... 50-4; 60-1, ... 60-8; 62-1, ... 62-8) durchströmt wird, gleich ist.
Kühlanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine jeweilige Leitung (50; 50-1, ... 50-4; 60-1, ... 60-8; 62-1, ... 62-8) in einer oder mehreren Ebenen geführt ist, welche senkrecht oder parallel zur Schwerkraftrichtung liegt und optional alle Wandungen des Speicherzellenmoduls umläuft.
Kühlanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine jeweilige Leitung (50; 50-1, ... 50-4; 60-1, ... 60-8; 62-1, ... 62-8) zumindest abschnittsweise spiralförmig oder mäanderförmig ausgebildet.
Kühlanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitung (50; 50-1, ... 50-4; 60-1, ... 60-8; 62-1, ... 62-8) oder Leitungen (50; 50-1, ... 50-4; 60-1, ... 60-8; 62-1, ... 62-8) als Rohrleitung ausgebildet sind.
Kühlanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitung (50; 50-1, ... 50-4; 60-1, ... 60-8; 62-1, ... 62-8) oder Leitungen (50; 50-1, ... 50-4; 60-1, ... 60-8; 62-1, ... 62-8) als Flachrohr ausgebildet sind.
Kühlanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitung (50; 50-1, ... 50-4; 60-1, ... 60-8; 62-1, ... 62-8) oder Leitungen (50; 50-1, ... 50-4; 60-1, ... 60-8; 62-1, ... 62-8) auf oder in einer oder mehreren Wärme leitenden Platten angeordnet sind, welche thermisch mit der Speicherzellenanordnung verbunden sind.
Kühlanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärme abführende Medium ein Kältemittel, insbesondere R134a, R744, oder ein Kühlmittel, insbesondere Wasser oder Luft, ist.