DE102010021922A1

DE102010021922A1 - Kühlelement und Verfahren zum Herstellen desselben; elektrochemische Energiespeichervorrichtung mit Kühlelement

Info

Publication number: DE102010021922A1
Application number: DE201010021922
Authority: DE
Inventors: Christian Zahn
Original assignee: Li Tec Battery GmbH
Current assignee: Li Tec Battery GmbH
Priority date: 2010-05-28
Filing date: 2010-05-28
Publication date: 2011-12-01
Also published as: EP2577791A1; WO2011147550A1; US20130071720A1; JP2013531338A; CN102906933A

Abstract

Ein Kühlelement, das insbesondere zur Anordnung zwischen elektrochemischen Energiespeicherzellen ausgelegt und eingerichtet ist, weist eine von einem Wärmeträgermedium durchströmbare Wärmetauscherstruktur auf, die wenigstens im Wesentlichen aus zwei Folienschichten oder Folienschichtstrukturen ausgebildet ist, die mit gegenüberliegenden Flächen aneinandergelegt und an innerhalb der Flächen ausgebildeten Nahtstellen verbunden sind, wobei die Nahtstellen Hohlräume zwischen den Flächen begrenzen, durch welche das Wärmeträgermediums leitbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kühlelement, insbesondere zur Anordnung zwischen elektrochemischen Energiespeicherzellen, sowie ein Verfahren zum Herstellen desselben. Die Erfindung betrifft auch eine elektrochemische Energiespeichervorrichtung mit einem Kühlelement zwischen jeweils zwei Speicherzellen.
Aus der FR 2 694 136 A1 sind Kühlelemente zur Anordnung zwischen flachen, gestapelten Batteriezellen in einer Batterieanordnung bekannt. Die Kühlelemente sind als Wärmetauscherplatten ausgebildet, bestehend aus parallelen metallischen Platten mit dazwischen angeordneten Rohren oder einem dazwischen angeordneten gewellten Blech zur Ausbildung von Kühlmittelkanälen, welche durch Luft oder ein anderes Kühlmittel durchströmt werden. In der Batterieanordnung sind drei Kühlelemente vorgesehen, nämlich zwei jeweils am stirnseitigen Ende und eines in der Mitte des Stapels zwischen zwei Zellen. Die Kühlelemente sind zur Kühlung durch Luft ausgelegt und eingerichtet. Durch die nur vereinzelt angeordneten Kühlelemente ist das Kühlmittelvolumen und damit die gesamte Kühlkapazität der Anordnung begrenzt. Der Aufbau der Kühlelemente ist komplex, die Kühlelemente sind im Vergleich zu den Batterieelementen dick, und das Herstellungsverfahren ist vergleichsweise aufwändig.
Aus der DE 10 2008 034 869 A1 ist eine Batterie mit mehreren, einen Zellenverbund bildenden Batteriezellen bekannt, wobei zwischen zwei benachbarten Batteriezellen jeweils ein Wärmeleitelement angeordnet ist, die ihre von den Batteriezellen aufgenommene Wärme an eine gemeinsame, unterhalb der Batteriezellen angeordnete Kühlplatte abgeben. Die Wärmeaufnahme- und -ableitkapazität der passiv wirkenden Wärmeleitelemente ist begrenzt.
Kurzfassung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Aufbau nach dem Stand der Technik, insbesondere (aber nicht nur) im Hinblick auf die vorstehend genannten Gesichtspunkte, zu verbessern.
Die Aufgabe wird wenigstens zum Teil durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung bilden den Gegenstand der Unteransprüche.
Gemäß einem Gesichtspunkt der Erfindung weist ein Kühlelement, das insbesondere zur Anordnung zwischen elektrochemischen Energiespeicherzellen ausgelegt und eingerichtet ist, eine von einem Wärmeträgermedium durchströmbare Wärmetauscherstruktur auf, die wenigstens im Wesentlichen aus zwei Folienschichten oder Folienschichtstrukturen ausgebildet ist, die mit gegenüberliegenden Flächen aneinandergelegt und an innerhalb der Flächen ausgebildeten Nahtstellen verbunden sind, wobei die Nahtstellen Hohlräume zwischen den Flächen begrenzen, durch welche das Wärmeträgermedium leitbar ist.
Unter einem Kühlelement wird im Sinne der Erfindung ein Bauelement verstanden, das auch in der Lage ist, angrenzende Flächen, insbesondere von elektrochemischen Energiespeicherzellen, zwischen denen es angeordnet ist, zu kühlen. Unter einem Wärmeträgermedium wird im Sinne der Erfindung ein Medium, insbesondere ein Fluid, verstanden, das auch in der Lage ist, Wärme aufzunehmen und zu transportieren, um sie beispielsweise an einer anderen Stelle wieder abzugeben. Unter einer elektrochemischen Energiespeicherzelle wird im Sinne der Erfindung ein Bauelement verstanden, das auch in der Lage ist, mittels elektrochemischer Umwandlungsprozesse zugeführten elektrischen Strom in chemische Energie umzuwandeln und zumindest zeitweise zu speichern, sowie gespeicherte chemische Energie als elektrischen Strom an einen Verbraucher abzugeben. Unter einer Folienschicht wird im Sinne der Erfindung eine Bauteilschicht verstanden, die wenigstens im Wesentlichen aus einer Folie besteht, und unter einer Folienschichtstruktur wird im Sinne der Erfindung eine ihrerseits folienartige bzw. als Folie verarbeitbare Struktur verstanden, die aus mehreren, ggf. unterschiedlichen, Folienschichten besteht. Unter einem Hohlraum wird im Sinne der Erfindung ein Raum zwischen zwei Folienschichten oder Folienschichtstrukturen verstanden, unabhängig von dem tatsächlichen Abstand der Folienschichten oder Folienschichtstrukturen voneinander. Es ist zu verstehen, dass eine Folienschicht bzw. Folienschichtstruktur eine gewisse Eigensteifigkeit und -festigkeit aufweist, sodass daraus gefertigte Bauteile nicht unter ihrem Eigengewicht zusammenfallen oder zusammensinken. Eine Stärke einer Folienschicht bzw. Folienschichtstruktur kann vorzugsweise einige zehn bis einige hundert μm (Mikrometer) betragen.
Mit dem beschriebenen Gesichtspunkt der Erfindung ist ein Kühlelement geschaffen, das aktiv gekühlt wird. Damit ist auch eine hohe Kühlleistung möglich. Mit der aktiven Kühlung jedes Kühlelements ist auch eine genaue und gezielte Kühlung des gesamten Speicherzellenstapels auf der Ebene der einzelnen Speicherzelle einer Stapelanordnung von Speicherzellen möglich. Die Verarbeitung von Folien ist technisch gut beherrschbar und wirtschaftlich; sie können leicht verformt werden, etwa durch Pressen oder Tiefziehen von Reliefstrukturen bzw. Ausstanzen von Ausnehmungen und Löchern. Es sind in der Wärmetauscherstruktur nur zwei Einzelteile (nämlich die Folienschichten bzw. Folienschichtstrukturen) zu handhaben. Dem Wortlaut der Erfindung steht nicht entgegen, wenn die zwei Folienschichten bzw. Folienschichtstrukturen an einer Kante zusammenhängen und übereinander gefaltet sind: in diesem Fall ist sogar nur ein Einzelteil zu handhaben.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Kühlelement derart ausgebildet, dass durch die Folienschichten bzw. Folienschichtstrukturen ausgebildete Wandungen der Hohlräume eine Elastizität derart aufweisen, dass sie sich in einem Betriebszustand, in welchem die Wärmetauscherstruktur unter einem Betriebsüberdruck des Wärmeträgermediums steht, gegenüber einem drucklosen Zustand in Dickenrichtung des Kühlelements ausdehnen. Unter einem Betriebsüberdruck ist im Sinne der Erfindung eine Druckdifferenz zwischen dem Wärmeträgermedium im Inneren der Hohlräume des Kühlelements zu einer Umgebung zu verstehen, die sich einstellt, wenn das Kühlelement innerhalb auslegungskonformer Betriebsparameter des Kühlelements verwendet wird. Unter einer Elastizität der Wandungen wird im Sinne der Erfindung eine elastische Streckbarkeit in flächenparalleler Richtung der Wandung verstanden. Durch die beschriebene Konfiguration kann das Kühlelement leicht zwischen zwei zu kühlenden Flächen montiert werden, ohne jene Flächen berühren zu müssen. In dem beschriebenen Betriebszustand kann sich die Wärmetauscherstruktur dann so ausdehnen, dass ihre Wandung mit den Flächen zur Anlage kommt und ein guter Wärmeübergang gewährleistet ist. Dem Wortlaut der Erfindung steht aber nicht entgegen, wenn das Kühlelement in dichter Anlage, ggf. auch unter Pressung, zwischen zu kühlenden Flächen montiert wird; in diesem Fall wird sich die Wärmetauscherstruktur bei Montage elastisch verformen und an die Flächen anschmiegen, und wird sich unter dem Betriebsüberdruck noch weiter an die Flächen anschmiegen und den Wärmeübergang noch weiter verbessern.
Zusätzlich oder alternativ dazu kann das Kühlelement so ausgebildet sein, dass die Wärmetauscherstruktur Ausdehnungsabschnitte aufweist, die sich in einem Betriebszustand, in welchem die Wärmetauscherstruktur unter einem Betriebsüberdruck des Wärmeträgermediums steht, gegenüber einem drucklosen Zustand in Dickenrichtung des Kühlelements ausdehnen. Unter einem Ausdehnungsabschnitt wird im Sinne der Erfindung eine Struktur verstanden, welche die Wärmetauscherstruktur in Dickenrichtung ausdehnbar macht. Diese Ausdehnung ist von einer Materialstreckung im Sinne der zuvor beschriebenen Elastizität unabhängig zu stehen und kann allein durch entsprechende Formgebung der Wandungen, etwa in S-förmiger oder balgförmiger Art, gegeben sein.
Besonders bevorzugt ist das Kühlelement derart ausgebildet, dass das Kühlelement eine Rahmenstruktur aufweist, in deren Ausschnitt die Wärmetauscherstruktur angeordnet ist. Unter einer Rahmenstruktur wird im Sinne der Erfindung eine Struktur verstanden, die dem Kühlelement zusätzlich zu der Eigensteifigkeit der Wärmetauscherstruktur weitere Steifigkeit verleiht, indem sie die Wärmetauscherstruktur in ihrem Randbereich hält. Insbesondere kann die Rahmenstruktur von einem Betriebsüberdruck unabhängige Außenabmessungen des Kühlelements definieren. So kann die Rahmenstruktur auch insbesondere eine definierte Referenzdicke des Kühlelements vorgeben. Auf diese Weise kann auch die mechanische Belastbarkeit und Stabilität des Kühlelements gesteigert werden und kann die Modularisierbarkeit eines Stapelaufbaus beispielsweise, aber nicht ausschließlich, einer Batterieanordnung mit Kühlelementen erleichtert werden.
Alternativ kann die Rahmenstruktur wenigstens im Wesentlichen aus zwei Folienschichten oder Folienschichtenstrukturen ausgebildet sein, die mit jeweiligen Flächen gegenüberliegend angeordnet sind. Auf diese Weise kann auch eine symmetrische Rahmenstruktur leicht aufgebaut werden. Wie schon erwähnt, ist die Verarbeitung von Folien technisch gut beherrschbar und wirtschaftlich; es sind somit auch zur Herstellung der Rahmenstruktur nur zwei Einzelteile (nämlich die Folienschichten bzw. Folienschichtstrukturen) sowie die von der Rahmenstruktur zu haltende Wärmetauscherstruktur zu handhaben. Die Folienschichtstrukturen können aus gefalteten Folienschichten aufgebaut sein, um eine ausreichende Steifigkeit zu erreichen. Vorzugsweise können dabei Randbereiche der Folienschichten bzw. Folienschichtstrukturen der Wärmetauscherstruktur zwischen Teilen der Rahmenstruktur aufgenommen sein. Es ist somit auch nicht ausgeschlossen, dass ein Randbereich der Folienschichten bzw. Folienschichtstrukturen, aus denen die Wärmetauscherstruktur ausgebildet ist, als Teil der Rahmenstruktur verstanden wird.
Wenn die Rahmenstruktur aus gefalteten Randabschnitten der Folienschichten bzw. Folienschichtstrukturen der Wärmetauscherstruktur ausgebildet ist, kann die Fertigung des Kühlelements noch weiter vereinfacht werden.
Alternativ kann die Rahmenstruktur auf Randabschnitte der Folienschichten bzw. Folienschichtstrukturen der Wärmetauscherstruktur aufgespritzt oder als Formteil aufgeklebt oder auf sonstige Weise aufgebracht sein.
In einer weiter entwickelten Ausbildungsform kann vorgesehen sein, dass die Rahmenstruktur eine Versteifungsstruktur, insbesondere mit einer Anzahl von Rippen, aufweist. Mit einem solchen Aufbau können auch ausreichende Steifigkeit und Festigkeit des Kühlelements bei gleichzeitig leichter Bauweise verwirklicht werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Kühlelement derart ausgebildet, dass die Wärmetauscherstruktur in einem Betriebszustand, in welchem sie unter einem Betriebsüberdruck des Wärmeträgermediums steht, in Dickenrichtung über eine durch die Rahmenstruktur vorgegebene Ausdehnung hinausragt, wobei sie in einem drucklosen Zustand nicht oder deutlich geringer als in dem Betriebszustand über die durch die Rahmenstruktur vorgegebene Ausdehnung hinausragt oder hinter die durch die Rahmenstruktur vorgegebene Ausdehnung zurücktritt. Es können damit eine Vielzahl geometrischer Randbedingungen und Einbausituationen abgedeckt werden.
Vorteilhafterweise ist das Kühlelement ferner derart ausgebildet, dass das Kühlelement einen Wärmeträgermedium-Zuführungsanschluss und einen Wärmeträgermedium-Abführungsanschluss aufweist, welche durch die Hohlräume miteinander verbunden sind. Das Kühlelement kann auf diese Weise auch leicht mit einem Kühlmittelversorgungskreis verbunden werden.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das Kühlelement derart ausgebildet, dass die Hohlräume wenigstens in einem Abschnitt der Wärmetauscherstruktur einen oder mehrere Kanäle bilden, welche vorzugsweise zueinander parallel verlaufen und gleichsinnig oder gegensinnig durch das Wärmeträgemedium durchströmbar sind. Es können damit eine Vielzahl von thermischen Auslegungsparametern abgedeckt werden.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Folienschichten bzw. Folienschichtstrukturen einen Kunststoff aufweisen. Der Kunststoff kann insbesondere, aber nicht nur, ein Elastomer wie etwa PE, PC, PP, PVC, PS aufweisen. Unter einem Elastomer (oder Thermoplast) wird im Sinne der Erfindung wie auch im Allgemeinen ein Kunststoff verstanden, der in einem bestimmten Temperaturbereich reversibel verformbar ist. Die Folienschichten bzw. Folienschichtstrukturen können auch eine Verbundfolie, einen Laminatfilm oder dergleichen aufweisen, um beispielsweise unterschiedliche Materialeigenschaften abzubilden. Vorzugsweise können die Folienschichten bzw. Folienschichtstrukturen einen die Wärmeleitfähigkeit beeinflussenden Stoff enthalten. Solche Stoffe sind beispielsweise, aber nicht ausschließlich, Quarzmehl, Glas, Metalle, Aluminiumnitridpulver oder Kohlenstoff.
Besonders bevorzugt ist das Wärmeträgermedium ein flüssiges Wärmeträgermedium, das vorzugsweise wenigstens eines von Wasser und einem Alkohol, insbesondere Glykol, aufweist, besonders bevorzugt in einem Mischungsverhältnis von wenigstens ungefähr 50:50. Eine solche Mischung weist einerseits eine gute Wärmeaufnahmekapazität auf und ist andererseits gut gegen Einfrieren geschützt. Je nach Umgebungstemperatur und sonstigen Anforderungen kann das Mischungsverhältnis angepasst und/oder weitere Zusätze beigemischt werden.
Nach einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung weist ein Verfahren zum Herstellen eines Kühlelements, insbesondere zur Anordnung zwischen Flachseiten zweier elektrochemischer Energiespeicherzellen, die Schritte auf:

• Vorbereiten einer ersten Folienschicht oder Folienschichtstruktur und einer zweiten Folienschicht oder Folienschichtstruktur, vorzugsweise aus einem Kunststoffmaterial;
• Anordnen der ersten und der zweiten Folienschicht bzw. Folienschichtstruktur so, dass Flächen der ersten und der zweiten Folienschicht bzw. Folienschichtstruktur zueinander weisen; und
• Verbinden der ersten und der zweiten Folienschicht bzw. Folienschichtstruktur an in den Flächen ausgebildeten Nahtstellen derart, dass zwischen den Nahtstellen eine Hohlraumstruktur ausgebildet ist, die vorzugsweise an wenigstens zwei Stellen randseitig offen ist, wobei zwischen den zwei offenen Stellen eine durchgängige Verbindung besteht, um eine Wärmetauscherstruktur auszubilden.

Besonders bevorzugt weist der Schritt des Vorbereitens einen Schritt eines Ausbildens einer Reliefstruktur in der ersten und der zweiten Folienschicht bzw. Folienschichtstruktur auf, wobei die Reliefstruktur nach dem Schritt des Verbindens der ersten und der zweiten Folienschicht bzw. Folienschichtstruktur die Hohlraumstruktur ausbildet.
Alternativ oder zusätzlich dazu weist das Verfahren einen Schritt eines Einleitens eines Druckfluids zwischen die erste und die zweite Folienschicht bzw. Folienschichtstruktur, vorzugsweise in einem erwärmten Zustand, auf, um die Hohlraumstruktur aufzuweiten, besonders bevorzugt unter Verwendung einer Matrize, um die Aufweitung zu begrenzen.
Besonders bevorzugt weist das Verfahren einen Schritt eines Ausbildens einer randseitig wenigstens im Wesentlichen umlaufenden Rahmenstruktur beidseits einer Teilungsebene, die zwischen der ersten und der zweiten Folie definiert ist, auf.
Nach einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung weist eine elektrochemische Energiespeichervorrichtung eine Mehrzahl von insbesondere flachen elektrochemischen Energiespeicherzellen auf, die mit einander zugewandten Flachseiten in einem Stapel angeordnet sind, wobei zwischen je zwei Speicherzellen ein Kühlelement angeordnet ist, das wie oben beschrieben ausgebildet oder nach dem oben beschriebenen Verfahren hergestellt ist. Dabei sind vorzugsweise Wärmeträgermedium-Zuführungsanschlüsse und Wärmeträgermedium-Abführungsanschlüsse der Kühlelemente in der Elektroenergie-Speichervorrichtung jeweils gemeinsam mit einem Wärmeträgermedium-Versorgungskreis verbunden. Wenn jeweils zwischen zwei Speicherzellen ein Kühlelement angeordnet ist, kann eine effiziente Kühlung verwirklicht werden. Mit der aktiven Kühlung der beschriebenen Kühlelemente ist eine genaue und gezielte Kühlung des Speicherzellenstapels möglich.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die vorstehenden und weitere Merkmale, Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachstehenden Beschreibung deutlicher ersichtlich werden, die unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen angefertigt wurde.
In den Zeichnungen:
ist 1 eine perspektivische Darstellung zweier Batteriezellen mit einem Kühlelement in einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
ist 2 eine perspektivische Darstellung des Kühlelements allein;
ist 3 eine stirnseitige Ansicht des Kühlelements;
ist 4 eine randseitige Ansicht des Kühlelements an einer Linie IV-IV in Blickrichtung zugehöriger Pfeile in 3;
ist 5 eine vergrößerte Schnittansicht einer Einzelheit des Kühlelements entlang einer Linie V-V in Blickrichtung zugehöriger Pfeile in 3;
ist 6 eine schematische Schnittansicht eines Prüfkörpers zur Verdeutlichung von Vorgängen eines Wärmedurchgangs;
ist 7 eine schematische stirnseitige Ansicht eines Kühlelements in einer Abwandlung des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
ist 8 eine schematische stirnseitige Ansicht eines Kühlelements in einer weiteren Abwandlung des Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
ist 9 eine vergrößerte Schnittansicht entsprechend 5, die eine Abwandlung im Aufbau des Kühlelements darstellt;
ist 10 eine vergrößerte Schnittansicht entsprechend 5, die eine weitere Abwandlung im Aufbau des Kühlelements darstellt;
sind 11 und 12 vergrößerte Schnittansichten entsprechend 5, die eine weitere Abwandlung im Aufbau des Kühlelements in zwei Fertigungsstufen darstellt;
ist 13 eine Draufsicht eines Halbzeugs zur Herstellung eines Kühlelements nach 11 bzw. 12; und
ist 14 eine schematische Darstellung einer Batteriezellenanordnung mit einem Kühlmittelkreislauf.
Es ist darauf hinzuweisen, dass die Darstellungen in den Figuren schematisch sind und sich auf die Wiedergabe der für das Verständnis der Erfindung wichtigsten Merkmale beschränken. Auch ist darauf hinzuweisen, dass die in den Figuren wiedergegebenen Abmessungen und Größenverhältnisse allein der Deutlichkeit der Darstellung geschuldet sind und in keiner Weise einschränkend zu verstehen sind, es sei denn, aus der Beschreibung ergäbe sich etwas anderes. In der nachstehenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels und seiner Abwandlungen und Varianten sind gleiche oder gleichwirkende Bauteile mit gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen bezeichnet.
1 zeigt in einer Batterieanordnung 1 zwei Lithium-Ionen-Batteriezellen 10, zwischen denen ein Kühlelement 40 angeordnet ist, in einer perspektivischen Darstellung. Die zwei Batteriezellen 10 sind Bestandteil eines Blocks oder Moduls von Batteriezellen 10, in welcher mehr als zwei Batteriezellen 10 gestapelt sein können, und sind ein Beispiel für elektrochemische Energiespeicherzellen im Sinne der Erfindung. In dem Block sind die Batteriezellen 10 so miteinander in Reihe und/oder parallel verschaltet, dass eine vorbestimmte Blockspannung und Blockkapazität auf der Grundlage der Einzelspannungen und Einzelkapazitäten der Batteriezellen 10 verwirklicht wird. Der genaue Aufbau der Batteriezellen 10 folgt im Wesentlichen dem Gegenstand einer bei Hinterlegung der vorliegenden Anmeldung noch unveröffentlichten Patentanmeldung, die beim Vertreter des Anmelders unter dem internen Aktenzeichen 106876 geführt wird und insoweit vollumfänglich in Bezug genommen wird, und er wird nachstehend nur insoweit beschrieben, wie es für das Verständnis unerlässlich ist.
Gemäß der Darstellung in 1 weist eine Batteriezelle 10 ein Batterieelement 30 und einen zweiteiligen Rahmen mit zwei Rahmenteilen 12, 14 auf, wobei der erste Rahmenteil 12 eine Wannenform mit einem umlaufenden Randsteg aufweist und der zweite Rahmenteil 14 eine Plattenform aufweist und in den Randsteg des ersten Rahmenteils 12 eingepasst ist. Erhebungen oder Stifte (nicht näher dargestellt), die sich von einem Boden des ersten Rahmenteils 12 aus erheben, greifen in Löcher 16 des zweiten Rahmenteils 14. In den vier Ecken des ersten Rahmenteils, an welchen sich der Randsteg verbreitert, sind vier Einsenkungen 18 vorgesehen. An der Rückseite des ersten Rahmenteils sind mit den Einsenkungen 18 fluchtend vier Noppen 19 angeformt. Hierzu ist anzumerken, dass eine Einsenktiefe der Einsenkungen 18 größer als die Höhe der Noppen 19 zuzüglich einer Dicke des Kühlelements 40 ist, und dass in einem zusammengebauten Zustand mehrerer Batteriezellen 10 die Noppen 19 einer Batteriezelle 10 jeweils in den Einsenkungen 18 einer benachbarten Batteriezelle 10 Platz finden. Mit den Einsenkungen 18 und Noppen 19 fluchtend sind Montagebohrungen (nicht näher dargestellt) in dem Rahmenteil 12 ausgebildet. Wenn die erforderliche Anzahl von Batteriezellen 10 mit Kühlelementen 40 aneinander gereiht ist, sind diese mittels langer Schrauben (nicht näher dargestellt), die sich durch die Montagebohrungen erstrecken, verschraubbar.
Das Batterieelement 30 weist die Form und den Aufbau einer Pouchzelle (Coffeebag-Zelle) auf, deren Rand zwischen dem Boden des ersten Rahmenteils 12 und dem zweiten Rahmenteil 14 eingeklemmt ist. An der Oberseite der Batteriezelle 10 liegen ein positiver Ableiter 32 und ein negativer Ableiter 34 des Batterieelements 30 in entsprechenden Ausklinkungen des ersten Rahmenteils 32 frei. Als Pouchzelle wird ein Batterieelement verstanden, bei welchem eine Abfolge von Elektroden-, Stromsammler- und Separatorfolien in einem Stapel oder einem Flachwickel angeordnet ist und ein flaches Paket bildet. Die Elektrodenfolien umfassen solche, die als Anode wirken, und solche, die als Kathode wirken, und sind jeweils mit einer Stromsammlerfolie verbunden. Die Stromsammlerfolien der Anoden sind, insbesondere außerhalb des Stapels oder des Wickels, zusammengeführt und mit dem negativen Ableiter 34 verbunden; gleichermaßen sind die Stromsammlerfolien der Kathoden, insbesondere außerhalb des Stapels oder des Wickels, zusammengeführt und mit dem positiven Ableiter 32 verbunden. Der gesamte Stapel oder Wickel der Folien einschließlich eines Bereichs der Zusammenführung der Stromsammlerfolien wird von einer Hüllfolie, die einen umlaufenden Rand (auch als Siegelnaht bezeichnet) ausbildet, sandwichartig umhüllt und dicht umschlossen. Die Ableiter 32, 34 ragen durch die Siegelnaht nach außen. Für die Zwecke dieser Anmeldung wird der Begriff der Batterie insbesondere, aber nicht ausschließlich, für Sekundärbatterien verwendet, also für mehrmals entladbare und wiederaufladbare Batterien, die auch als Akkumulatoren bezeichnet werden. Die Batterieelemente 30 werden als Lithium-Ionen- oder Lithium-Polymer-Akkumulatorelemente oder dergleichen angenommen; die Erfindung ist aber nicht auf Batterieelemente dieser Art beschränkt.
Der positive Ableiter 32 ist rechtwinklich abgewinkelt und weist in dem abgewinkelten Schenkel mehrere (hier: drei) Löcher 32a auf; gleichermaßen ist der negative Ableiter 34 rechtwinklich abgewinkelt und weist in dem abgewinkelten Schenkel mehrere (hier: drei) Löcher 34a auf. In den Ausklinkungen des ersten Rahmenteils 12 sind Auflager 20 ausgebildet, deren Höhe mit der Höhe der abgewinkelten Schenkel der Ableiter 32, 34 korrespondiert. Die Auflager 20 weisen ferner mehrere (hier: drei) Löcher 20a auf, die mit den Löchern 32a, 34a der Ableiter 32, 34 korrespondieren. In zwei benachbarten Batteriezellen 10 sind die Batterieelemente 30 so in ihren Rahmen 12, 14 angeordnet, dass die abgewinkelten Schenkel der zu verbindenden Ableiter 32, 34 übereinander liegen und deren Löcher 32a, 34a miteinander und mit den Löchern 20a der Auflager 20 fluchten. Mittels Schrauben (nicht näher dargestellt), die in durch die Löcher 32a, 34a in die Löcher 20a der Auflager 20 geschraubt werden, sind die Ableiter 32, 34 auf den Auflagern 20 fixierbar und miteinander zuverlässig kontaktierbar.
Wie in 1 gezeigt, ist zwischen zwei Batteriezellen 10 ein Kühlelement 40 angeordnet. Das Kühlelement 40 ist ein aktives Kühlelement, d. h., es wird durch ein Kühlmittel durchströmt. Es weist einen Vorlaufanschluss 42 und ein Rücklaufanschluss 44 auf, die seitlich aus der Anordnung herausragen.
Das Kühlelement 40 aus 1 ist in 2 allein dargestellt. Gemäß der Darstellung in 2 ist der Vorlaufanschluss 42 mit einem Verteilerkanal 46 verbunden. Der Verteilerkanal 46 mündet bzw. verzweigt sich in eine Mehrzahl von parallelen Wärmetauscherkanälen 48, die ihrerseits in einen Sammelkanal 50 münden, der mit dem Rücklaufanschluss 44 verbunden ist.
Der Vorlaufanschluss 42 und der Rücklaufanschluss 44 weisen eine im Wesentlichen ringförmige Mündung auf, die jeweils mit einem Vorlaufverteiler bzw. einem Rücklaufverteiler (hier nicht näher dargestellt) der Batterie verbindbar ist. Der Vorlaufanschluss 42 und der Rücklaufanschluss 44 können beispielsweise ein Außengewinde aufweisen oder eine Formgestaltung, die eine Verbindung durch Quetschen oder dergleichen erlaubt. Auch andere Verbindungsarten wie etwa eine Kegelpassung oder dergleichen sind denkbar.
Die bislang beschriebenen Teilelemente des Kühlelements 40, nämlich der Vorlaufanschluss 42, der Verteilerkanal 46, die Wärmetauscherkanäle 48, der Sammelkanal 50 und Rücklaufanschluss 44 bilden zusammengenommen eine Wärmetauscherstruktur (ohne eigenes Bezugszeichen) im Sinne der Erfindung, die in einem Rahmen 52 gehalten wird. Der Rahmen 52 dient einerseits der Versteifung der Wärmetauscheranordnung und andererseits der maßgenauen Anordnung zwischen Batteriezellen 10. Zur Einsparung von Gewicht weist der Rahmen 52 mehrere Ausnehmungen 54 auf, soweit die Anforderungen an die Gesamtsteifigkeit es erlauben (zwischen den Ausnehmungen 54 bleiben demgemäß Rippen 53 stehen. Die verbleibenden Flächen der Stirnseiten (Flachseiten) des Rahmens 52 bilden Anlageflächen für die Rahmenelemente 12 der Batteriezellen 10, wie es in 1 gezeigt ist.
Im oberen Bereich des Kühlelements 40 ist eine Bucht 55 ausgebildet, die ihn ihren Abmessungen in etwa Ausnehmungen in den Rahmenteilen 12 der Batterieelemente 10 zur Aufnahme der Ableiter 32, 34 entspreichen. Bohrungen 56 in den Ecken des Rahmens 52 des Kühlelements 40 fluchten im Zusammenbau mit den Noppen 19 der Rahmenelemente 12 und weisen einen entsprechenden Durchmesser auf. Die Noppen 19, deren axiale Erstreckung größer als die Dicke des Rahmens 52 des Kühlelements 40 ist, dienen so auch als Montagehilfe für das Kühlelement 40 sowie die nächste Batteriezelle 10. Bei ausreichend enger Tolerierung der Durchmesser und Lageabstände der Einsenkungen 18 und Noppen 19 auf der Seite des Rahmenelements 12 der Batteriezelle 10 und der Bohrungen 56 auf der Seite des Rahmens 52 des Kühlelements 40 kann ein formschlüssig gehaltener Block aus Batteriezellen 10 und Kühlelementen 40 gebildet werden, der zumindest in einem vormontierten Zustand auch ohne Spannschrauben zusammenhält; dies kann die Handhabung bei der Montage erheblich erleichtern.
Die Wärmetauscherkanäle 48 (1) sind so ausgebildet, dass sie in einem drucklosen Zustand in Dickenrichtung nicht über den Rahmen 52 hinausragen, und weisen eine Elastizität derart auf, dass sie dann, wenn sie unter einem Innendruck stehen, der einem Betriebszustand mit eingeleitetem Kühlmittel entspricht, sich im Querschnitt ausdehnen, sodass sie in Dickenrichtung über die Begrenzung des Rahmens 52 hinausragen. Durch diese Ausdehnung ist gewährleistet, dass sich die Wärmetauscherkanäle 48 im Betrieb an das Batterieelement 30 anschmiegen. Hierdurch wird der Übergangswiderstand deutlich reduziert, da Unebenheiten ausgeglichen werden und sich ein Luftspalt reduziert (idealerweise verschwindet), sodass ist ein guter Wärmeübergang gewährleistet ist. Im Vergleich zu einer Ableiterkühlung wird der Kühlpfad deutlich verkürzt.
3 zeigt eine stirnseitige Ansicht des Kühlelements 40; und 4 zeigt eine Seitenansicht des Kühlelements 40 in Blickrichtung eines Pfeils IV in 3 in einem druckbeaufschlagten Zustand.
In 3 sind ein Kühlmittelvorlauf (kalt) 58 und ein Kühlmittelrücklauf (warm) 60 schematisch angedeutet. Ebenso sind die Hauptabmessungen (Breite W, Höhe H) des Kühlelements 40 angegeben. Für ein typisches Batterieelement (Li-Ionen-Akkumulatorzelle) von 40 Ah kann die Breite W des Heizelements (und eines Batterieelements) beispielsweise etwa 220 mm betragen und kann die Höhe H des Heizelements (und eines Batterieelements) beispielsweise etwa 276 mm betragen.
4 zeigt eine Seitenansicht des Heizelements 4 von der Seite des Rücklaufanschlusses 46 aus gesehen. In der Figur ist die Dicke T des Rahmens 52 als dritte Hauptabmessung des Kühlelements 40 angegeben.
Die Dicke T des Heizelements 40 kann in einer praktischen Ausführung einer Lithium-Ionen-Batteriezelle von 40 Ah beispielsweise 2 bis 3 mm betragen (die Richtung der Dicke T des Kühlelements 40 wird auch als Dickenrichtung im Sinne der Erfindung bezeichnet). Gemäß der Darstellung in 4 ragen die Wärmetauscherkanäle 48 (dieser Bereich wird auch als Kühlpad bezeichnet), wie oben erwähnt, im hier gezeigten, druckbeaufschlagten Zustand in Dickenrichtung über die Begrenzung des Rahmens 52 hinaus.
Als Kühlmittel (Vorlauf 58/Rücklauf 60) wird beispielsweise eine Mischung von Wasser und Glykol im Verhältnis 50:50 verwendet. Das Mischungsverhältnis kann den klimatischen Verhältnissen angepasst sein. Es versteht sich, dass je nach Kapazität, Bauweise und sonstigen Randbedingungen andere Abmessungen erforderlich sein können, sodass die hier angegebenen Maße allein dem Beispiel und keinesfalls der Beschränkung des Erfindungsgedankens dienen können.
5 zeigt eine vergrößerte Schnittansicht des Kühlelements entlang einer Linie und in Blickrichtung eines Pfeils V in 3; die Figur verdeutlicht den inneren Aufbau des Kühlelements 40.
Gemäß der Darstellung in 5 ist das Kühlelement 40 im Wesentlichen aus vier Schichten aufgebaut. Dabei bildet eine erste Schicht 62 eine erste Rahmenhälfte 62, bildet eine zweite Schicht 64 eine erste Wärmetauscherhälfte 64, bildet eine dritte Schicht 66 eine zweite Wärmetauscherhälfte 66, und bildet eine vierte Schicht 68 eine zweite Rahmenhälfte 68 aus. Eine strichpunktierte Linie 70 in der Figur deutet eine Symmetrieebene des Schichtaufbaus an.
Die zweite und dritte Schicht 64, 66 sind aus Folien hergestellt und an Nahtstellen 72a, 72b, 72c miteinander verbunden, z. B. verschweißt oder verklebt. Zwischen den Nahtstellen 72a, 72b, 72c sind Kavitäten 74, 76 ausgebildet. In dem dargestellten Ausschnitt bildet die Kavität 74 eine Verbindung zwischen dem Verteilerkanal 46 und dem Sammelkanal 50 (2), und bilden Kavitäten 76 die Wärmetauscherkanälen 48 (2) des Kühlelements 40. Im Hintergrund der Figur ist auch der Verteilerkanal 46 sichtbar. Der Verteilerkanal 46 und der Sammelkanal 50 (2) sind durch ähnliche Nahtstellen abgegrenzt.
Bei der Herstellung können die Wärmetauscherhälften 64, 66 vorab (etwa durch Tiefziehen oder Warmpressen) in Form gebracht und dann an den Nahtstellen 72a, 72b, 72c verbunden werden. Alternativ können die Schichten 64, 66 zuerst (etwa durch Wärmeeinwirkung) an den Nahtstellen 72a, 72b, 72c verbunden und dann durch Druck im warmen Zustand, ggf. in einer Matrize, ausgeformt werden.
Im Randbereich der zweiten und dritten Schicht 64, 66 sind die erste und vierte Schicht (erste und zweite Rahmenhälfte) 62, 68 jeweils oberhalb und unterhalb der Symmetrieebene 70 angeschweißt, angespritzt oder auf andere Weise angeformt. Diese bilden einen umlaufenden Rahmen (Rahmen 52, 2) zur Versteifung des Aufbaus aus zweiter und dritter Schicht 64, 66. (Mechanisch gesehen können auch die zwischen den Rahmenhälften 62, 68 aufgenommenen Randbereiche der Wärmetauscherhälften 64, 66 als Teil des Rahmens 52 betrachtet werden.) Der Rahmen 52 ist eine Rahmenstruktur im Sinne der Erfindung, und die beiden Wärmetauscherhälften 64, 66 innerhalb des Rahmens 52 bilden die Wärmetauscherstruktur im Sinne der Erfindung aus. Der gesamte Bereich innerhalb des Rahmens 52, in welchem die Wärmetauscherstruktur angeordnet ist, wird auch als Ausschnitt der Rahmenstruktur im Sinne der Erfindung bezeichnet.
Die Form der Rahmenhälften 62, 68 mit Ausnehmungen 54 kann beispielsweise durch Tiefziehen oder Warmpressen einer dünnen Folie hergestellt werden. Alternativ können die Ausnehmungen 54 beispielsweise durch nachträgliches Eindrücken, Verdampfen (etwa durch Laserstrahl) oder Ausfräsen einer dickeren Materialschicht ausgebildet werden.
Die Wärmetauscherhälften 64, 66 weisen im Bereich der Kavitäten 76 (der Wärmetauscherkanäle 48) einen gewellten Querschnitt auf. Die Folie, aus welcher die Wärmetauscherhälften (Schichten) 64, 66 hergestellt sind, ist elastisch genug, dass sich die Wellen bei Innendruck in den Kavitäten 76 in Dickenrichtung des Kühlelements 40 strecken, sodass sie über die Begrenzung des Randes 52 hinausragen. Wie in 5 gezeigt, weist der Verteilerkanal 46 eine geringere Erstreckung in Dickenrichtung auf; das Gleiche gilt für den in der Figur nicht sichtbaren Sammelkanal (50, vgl. 2). Der Verteilerkanal 46 und der Sammelkanal 50 dehnen sich daher bei Überdruck in Dickenrichtung nicht so weit wie die Wärmetauscherkanäle 48.
Die Schichten 62, 64, 66, 68 sind beispielsweise aus Folien eines Kunststoffs ausgebildet; sie bilden insbesondere Folienschichten bzw. Folienschichtstrukturen im Sinne der Erfindung. Das Material der Schichten 62, 64, 66, 68 ist nach erforderlicher chemischer Beständigkeit, Brandverhalten (B1 etc.), Einsatztemperatur, Wärmeleitfähigkeit, Wärmebeständigkeit, Verschleiß- und Reißfestigkeit, und dergleichen ausgewählt. Besonders bevorzugt weisen die Folien ein Elastomer wie etwa Polyethylen (PE), Polycarbonat (PC), Polypropylen (PP), Polyvinylchlorid (PVC), Polystyrol (PS) oder vergleichbare Thermoplaste auf. Um die Wärmeleitfähigkeit zu verbessern, können Stoffe wie Quarzmehl, Glas, Metalle, Aluminiumnitridpulver, Kohlenstoff oder andere beigemischt sein. Die Schichten 62, 64, 66, 68 können auch aus einer Verbundfolie, einem Laminatfilm oder dergleichen hergestellt sein. Bei solchen Verbundfolien kann z. B. eine Lage eine die Zähigkeit oder Reißfestigkeit verbessernde Eigenschaft aufweisen, etwa durch Einsatz von faserverstärkten Kuststoffen. Wenn die Höhe h einer Rahmenhälfte 62, 68 – als Anhaltspunkt – beispielsweise 1 mm bis 1,5 mm beträgt, kann die Stärke s der beiden inneren Folien 64, 66 jeweils etwa 50 μm bis 150 μm betragen. So kann die Gesamtdicke T des Rahmens 52 beispielsweise von 2,1 mm bis 3,3 mm reichen.
Eine Vereinfachung des Herstellungsprozesses kann dadurch erzielt werden, dass die Folienschichten der Wärmetauscherstruktur (die erste und zweite Wärmetauscherhälfte 64, 66) an einer Kante zusammenhängen und zur Verbindung aufeinander geklappt werden.
Die Folienstärke s hat einen wesentlichen Einfluss auf den Wärmeübergang im Bereich der Wärmetauscherkanäle 48.
6 zeigt schematisch einen Wärmedurchgang von einem Batterieelement 30 durch die Wandung (Schicht 64 oder 66) in die Kavität 76 eines Wärmetauscherkanals 48. Dabei symbolisiert das Formelzeichen T₁ eine Temperatur des Batterieelements 30 in [K], T₂ eine Temperatur eines Wärmeträgermediums im Inneren der Kavität 76 in [K], A eine Kontaktfläche in [mm²], s die Dicke bzw. Stärke der Schicht 64 (66) in [m], Q . einen Wärmestrom in [J/s] und λ die Wärmeleitfähigkeit der Schicht 64 (66) in [W/K·m] oder [J/K·m·s].
Durch die Einheit der Wärmeleitfähigkeit wird deutlich, dass die Schichtdicke einen wesentlichen Einfluss auf die absolute Wärmeleitung hat. Dabei bezieht sich λ immer auf ein Einheitsmodell und gibt an, welche Wärmemenge Q (in [J]) in einer Sekunde (1 s) durch eine Schicht mit einer Eintrittsfläche von A = 1 m² mit einer Dicke von 1 m fließt. Mit T₁ als Eintrittstemperatur und T₂ als
Austrittstemperatur ergibt sich der Wärmestrom zu Q . = λ / s × A × (T₁ – T₂). (1)
Das Batterieelement 30 kann für die vorliegende Betrachtung als Heizelement interpretiert werden, und der Wärmestrom Q . kann unter der Annahme stationärer Verhältnisse als Heizleistung des Heizelements interpretiert werden.
Bei bekannten geometrischen Größen, bekannter Eintrittstemperatur T₁ und bekannter Heizleistung Q . kann die Austrittstemperatur T₂ (Temperatur auf der Rückseite der Folie) bei idealen Bedingungen aus nachstehender Formel (2) zu
berechnet werden, die sich durch einfaches Umstellen der vorherigen Formel (1) ergibt.

Um typische Verhältnisse einer Batteriezelle (als Beispiel sei eine Li-Ionen-Akkumulatorzelle von 40 Ah betrachtet) auf das vorstehende Modell zu übertragen, sei ein Batterieelement 30 als ein Heizelement mit einer Wärmeleistung Q . von 30 W (J/s) angenommen. Ein typischer Wärmeleitkoeffizient λ einer Kunststofffolie kann zu 0,6 W/K·m angenommen werden, und als Kontaktfläche A kann eine Fläche von 0,2 × 0,2 m² angenommen werden. Für eine konstante Eintrittstemperatur T₁ von 50°C sei die Austrittstemperatur T₂ unter idealen Bedingungen gesucht (da nur Differenzen der Temperatur betrachtet werden bzw. sich Konstanten der Temperatur in der zu Grunde liegenden Formel herauskürzen, ist es zulässig, statt in [K] in [°C] zu rechnen). Die nachstehende Tabelle 1 gibt die Berechnungsergebnisse für verschiedene Schichtdicken s wieder:

Schichtdicke s in mm	T₁	T₂	Lambda	Wärmeleistung	Fläche m²	delta T
0,15	50	49,8125	0,6	30	0,04	0,1875
0,3	50	49,625	0,6	30	0,04	0,375
0,5	50	49,375	0,6	30	0,04	0,825
1	50	48,75	0,6	30	0,04	1,25
2	50	47,5	0,6	30	0,04	2,5
3	50	46,25	0,6	30	0,04	3,75
4	50	45	0,6	30	0,04	5

Tabelle 1

Es zeigt sich, dass bei 30 W Wärmeleistung und einer Fläche von 0,04 m² bei geringen Schichtdicken die Auswirkungen des Lambda-Wertes nur im Nachkommabereich ersichtlich sind.
In diesem Zusammenhang ist darauf hinzuweisen, dass die Folienschichten zur Ausbildung der Wärmetauscherstruktur (Wärmetauscherhälften 64, 66) im Bereich der Aufwölbungen dünner sein kann als im Bereich der Nahtstellen. Diese Verdünnung, die beispielsweise durch einen Formprozess bei der Ausbildung der Kavitäten 76 entstehen kann, kann hinsichtlich der Elastizität und des Wärmeübergangs wünschenswert sein.
7 zeigt eine Abwandlung des Kühlelements 40 der vorliegenden Erfindung in einer vereinfachten Darstellung, wobei die Ansicht derjenigen in 3 entspricht.
In dem vorstehenden Ausführungsbeispiel weitet sich gemäß der Darstellung in 2 bzw. 3 der Strömungskanal zunächst senkrecht zu der Strömungsrichtung in dem Vorlaufanschluss 42 auf und verteilt sich dann in die Wärmetauscherkanäle 48, die senkrecht wie Kammzinken von dem Vorlaufanschluss 42 abgehen und senkrecht in den Sammelkanal 50 münden. Die Strömungsrichtung in den Wärmetauscherkanälen 48 (angedeutet durch Pfeile 49 in 3) entspricht der Zufluss- und der Abflussrichtung (58, 60). In einer Abwandlung eines Kühlelements 40 gemäß 7 wird die Strömung von dem Vorlaufanschluss 42 zunächst über einen Verbindungskanal 78 zur Oberseite des Kühlelements 40 geführt, wo sich ein Verteilerkanal 46 in Breitenrichtung des Kühlelements 40 erstreckt. An der Unterseite des Kühlelements 40 erstreckt sich entsprechend ein Sammelkanal 50 in Breitenrichtung des Kühlelements 40. Der Sammelkanal 50 ist durch einen weiteren Verbindungskanal 80 mit dem Rücklaufanschluss 44 verbunden. Zwischen dem Verteilerkanal 46 und dem Sammelkanal 50 erstrecken sich mehrere Wärmetauscherrohre 48, und die Strömungsrichtung durch die Wärmetauscherrohre 48 (angedeutet durch Pfeile 49) verläuft senkrecht von oben nach unten, also quer zur Vorlauf- bzw. Rücklaufrichtung 58, 60.
In einer weiteren Abwandlung kann der Verteilerkanal 46 unten liegen und kann der Sammelkanal 50 oben liegen, sodass die Strömungsrichtung 49 in den Wärmetauscherkanälen nach oben weist.
8 zeigt eine weitere Abwandlung des Kühlelements 40 in einer Darstellung entsprechend jener von 7. Bei der vorliegenden Abwandlungen verläuft ein einziger, durchgängiger Wärmetauscherkanal 48 im Zickzack (vgl. die Pfeile 49).
Dem Fachmann werden weitere Varianten einfallen, um Strömungskanäle (Wärmetauscherkanäle) zur Verwirklichung eines I-Flow-, U-Flow- oder S-Flow-Wärmetauscherelements auszubilden.
Nach dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der gewellte Querschnitt der Wärmetauscherhälften 64, 66 in etwa aus Kreisringsegmenten zusammengesetzt. Hiervon sind Abweichungen möglich. So können die Wellen beispielsweise höher gestreckt sein und somit eine in etwa eiförmige Querschnittsform aufweisen, oder sie können breiter gestreckt sein und somit eine liegend elliptische Querschnittsform aufweisen. In einer weiteren Alternative können die Wellen eine gerundet-winkelige Form aufweisen.
9 zeigt in einer Ansicht, die der vergrößerten Teilschnittansicht von 5 entspricht, eine Abwandlung im Aufbau der Wärmetauscherstruktur, insbesondere der Kavitäten 76 zur Ausbildung der Wärmetauscherkanäle 48. Umrisse von benachbarten Batterieelementen 30 sind in gestrichelten Linien dargestellt. Soweit sich nachstehend nicht ausdrücklich oder zwingend etwas anderes ergibt, sind die Ausführungen zu den vorherigen Ausführungsbeispielen und Abwandlungen auch auf die vorliegende Abwandlung anzuwenden.
Gemäß der Darstellung in 9 weisen die Abschnitte der Wärmetauscherhälften 64, 66, welche Wandungen der Kavitäten 76 zur Ausbildung der Wärmetauscherkanäle 48 bilden, jeweils zwei Stegabschnitte 82 und einen Schmiegabschnitt 84 auf, der die Stegabschnitte miteinander verbindet, um eine im Querschnitt geschlossene Kavität 76 auszubilden. Es sei angemerkt, dass bei dieser Abwandlung die Kavität 74 (5) entfällt.
Die Schmiegabschnitte 84 weisen eine Außenoberfläche 84a auf, die wenigstens im Wesentlichen eben ist und parallel zu der Symmetrieebene 70 verläuft. Die Schmiegabschnitte 84 sind somit ausgelegt und eingerichtet, sich an eine Außenkontur der Batterieelemente 30 anzuschmiegen. Durch die ebene und gegenüber dem in 5 gezeigten Ausführungsbeispiel breitere Außenoberfläche 84a kann auch die Wärmeübergangsfläche mit dem Batterieelement 30 vergrößert werden.
Die Stegabschnitte 82, die sich von der Symmetrieebene 70 zu den Schmiegabschnitten 84 erstrecken, weisen einen im Querschnitt S-förmig gebogenen Verlauf auf. In einem Betriebszustand, in welchem die Kanäle 48 unter einem Betriebsüberdruck des Kühlmittels stehen, strecken sich die Stegabschnitte 82 derart, dass die Schmiegabschnitte 84 zur Anlage an die Batterieelemente 30 kommen (vgl. gepunktete Kontur 84' in der oberen Hälfte der rechten dargestellten Kavität). Somit bilden die Stegabschnitte 82 Ausdehnungsabschnitte im Sinne der Erfindung.
10 zeigt eine weitere Abwandlung des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. Die Abwandlung betrifft im Wesentlichen den Schichtaufbau des Kühlelements 40.
Das Kühlelement 40 dieser Abwandlung ist im Wesentlichen aus nur zwei Schichten 64, 66 aufgebaut. Die Schichten 64, 66 bilden wie in dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel Wärmetauscherhälften mit Kavitäten 76 aus. Gleichzeitig ist auch der Rahmen 52 aus diesen Schichten 64, 66 ausgebildet. Hierzu sind Randbereiche der Schichten 64, 66 in Form eines „U” gefaltet, um einen umlaufenden, doppelt „U”-förmigen Rahmen 52 zu erhalten, der beidseits der Symmetrieebene 70 jeweils aus zwei Lagen der Schicht 64 bzw. 66 gebildet ist, während die Wandungen der Kavitäten 76 jeweils nur aus einer Lage der Schicht 64 bzw. 66 gebildet sind. Die Schichten 64 und 66 im Bereich des Randprofils weisen eine Verbindungsschicht oder Nahtstelle 72d miteinander auf, wo sie etwa durch Kleben, Schweißen oder dergleichen miteinander verbunden sind.
Es ist zu bemerken, dass das „U”-Profil des Randes 52 dieser Abwandlung den Ausnehmungen 54 in 2 etc. entspricht. Bohrungen 56 (2), die in den Ecken des Rahmens 52 vorgesehen sind, werden bei dieser Abwandlung nur eine geringe Materialstärke vorfinden. Als zusätzliche Abstützung kann in den Ecken des Rahmens 52 weiteres Folienmaterial, ggf. auch ein Einsatz aus einem vollen Material, vorgesehen sein. Darüber hinaus können zur Versteifung des Rahmens zusätzliche Querrippen eingesetzt sein.
11 und 12 zeigen zwei Verfahrensschritte bei der Herstellung eines Kühlelements 40 in einer weiteren Abwandlung des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
Das Kühlelement 40 dieser Abwandlung ist wie bei der vorherigen Abwandlung im Wesentlichen aus zwei Schichten 64, 66 aufgebaut. Die Schichten 64, 66 bilden Wärmetauscherhälften mit Kavitäten 76 aus. Gleichzeitig ist auch der Rahmen 52 aus diesen Schichten 64, 66 ausgebildet, wie es nachstehend anhand der 11 und 12 erläutert wird.
In einer in 11 dargestellten Fertigungsstufe 40' des Kühlelements sind Randbereiche der Schichten 64, 66 beidseits der Symmetrieebene 70 mehrfach gefaltet, um einen Randwulst 52' auszubilden, der die innerhalb desselben liegende Wärmetauscherstruktur (Kavitäten 76 bzw. Kanäle 46, 48, 50) umlaufend umgibt.
Mit Hilfe eines Matrizenwerkzeugs (nicht näher dargestellt) wird der Randwulst 52' sodann heiß verformt (gepresst), um den Rand 52 mit seinen Ausnehmungen 54 auszubilden, wie er in 12 dargestellt ist. Gemäß der Darstellung in 12 sind die gefalteten Lagen der Schicht 64 bzw. 66 nach dem Pressvorgang dünner geworden als in dem Randwulst 52', gleichzeitig ist die Höhe h des Randes 52 höher als die Höhe h' des Randwulstes 52' des in 11 gezeigten Fertigungszustands. (Gleichwohl ist ein Aufbau der Folienlagen im Bereich des Randes 52 in 12 stark vereinfacht dargestellt; in der Realität werden die Lagen durch den Formvorgang zwischen den 11 und 12 in ein komplizierteres geometrisches Muster gebracht werden.)
In einer weiteren Abwandlung kann der (in Abweichung von 11 in der Höhe des endgültigen Randes 52 ausgebildete, also aus mehr Lagen bestehende) Randwulst 52 anstelle eines Pressvorgangs beispielsweise ausgefräst werden, um die Ausnehmungen 54 auszubilden.
13 zeigt einen geschnittenen Folienbogen 64' bzw. 66' als Ausgangsmaterial einer Wärmetauscherhälfte 64 bzw. 66 in der Abwandlung von 11 und 12. Durch eine gestrichelte Linie 86 ist derjenige Bereich angedeutet, der später einer Wärmetauscherstruktur vorbehalten ist (eine die Wärmetauscherstruktur, also die Kavitäten 76 etc. bestimmtende Reliefstruktur ist in dem in 13 dargestellten Zustand noch nicht ausgebildet). Ein außerhalb der Linie 86 liegender Randbereich 88 markiert die geometrischen Begrenzungen des Rahmenelements (Breite W und Höhe H). An die kurzen Seiten (Breite W) des Randbereichs 88 schließen sich jeweils Laschen 90, und an die längeren Seiten (Höhe H) des Randbereichs 88 schließen sich jeweils Laschen 92 an.
Gestrichelte Linien 90a, 92a innerhalb der Laschen 90, 92 deuten Biegelinien an, an welchen die Laschen 90, 92 umzubiegen bzw. zu falten sind, um einen Randwulst 52' (11) auszubilden. Zwischen den Biegelinien 90a, 90b sind Streifen 90b, 92b definiert.
Die Laschen 90, 92 weisen ferner seitliche Einschnitte 90c bzw. 92c auf, deren Einschnitttiefe dem Abstand der Biegelinien 90a, 92a entspricht. Dabei weist bei den schmäleren Laschen 90 jeweils der erste Streifen 90b Einschnitte 90c auf, weist der zweite Streifen 90b keine Einschnitte auf, weist der dritte Streifen wiederum Einschnitte 90c auf, und so weiter im Wechsel; demgegenüber weist bei den breiteren Laschen 92 jeweils der erste Streifen 92b keine Einschnitte auf, weist der zweite Streifen 92b Einschnitte 92c auf, weist der dritte Streifen keine Einschnitte auf, und so weiter im Wechsel. Wenn nun abwechselnd breitere Laschen 92 und schmälere Laschen 90 gefaltet werden, so treffen Streifen 90b mit Einschnitten 90c an den Ecken des Randes 88 auf Streifen 92 ohne Einschnitte und treffen Streifen 90b ohne Einschnitte auf Streifen 92 mit Einschnitten 92c. Auf diese Weise werden Materialanhäufungen und somit Überhöhungen im Bereich der Ecken 88a vermieden.
Es versteht sich, dass die Reihenfolge der Einschnitte anders sein kann. Wesentlich bei dieser Abwandlung ist lediglich, dass an den Ecken 88a an den von den dort aufeinandertreffenden Streifen 90b, 92b der gleichen Ordnungszahl der eine Streifen einen Einschnitt aufweist und der andere nicht.
In einer Variante dieser Abwandlung können an einer Ecke 88a jeweils zwei aufeinanderfolgende Streifen einer Lasche 90 oder 92 einen Einschnitt 90c bzw. 92c aufweisen, während die entsprechenden Streifen der anderen Lasche keinen Einschnitt aufweisen. In dieser Variante ist die Verflechtung der Laschen 90, 92 nicht so ausgeprägt; die Faltung der Laschen 90, 92 kann aber einfacher zu bewerkstelligen sein.
Es sei angemerkt, dass in einer weiteren Variante bewusst Materialanhäufungen und somit Überhöhungen im Bereich der Ecken 88a in Kauf genommen werden, sodass die Einschnitte 90c, 92c entfallen. Bei dieser Variante kann einem erhöhten Materialbedarf in den Ecken 88a zur Abstützung der Bohrungen 56 (2) Rechnung getragen werden.
Es sei ferner angemerkt, dass bei der Bemessung des Zuschnitts 64' (66') eine Asymmetrie zur Ausbildung der Bucht 55 (2) unberücksichtigt geblieben ist.
14 zeigt eine Batterieanordnung 1 mit einem Kühlkreislauf, wie sie beispielsweise in einem Fahrzeug, aber auch in einer stationären Anlage vorgesehen sein kann.
Die Batterieanordnung 1 weist im dargestellten Beispiel – ohne Beschränkung der Allgemeinheit hinsichtlich Bauart und Anzahl – zehn Lithium-Ionen-Batteriezellen 10 gemäß vorstehender Beschreibung mit jeweils dazwischen angeordneten Kühlelementen 40 auf.
Die seitlich von der Batterieanordnung 1 abragenden Vorlaufanschlüsse 42 der Kühlelemente 40 sind mit einem gemeinsamen Vorlaufverteiler 94 verbunden. Gleichermaßen sind die auf der anderen Seite der Batterieanordnung 1 abragenden Rücklaufanschlüsse 42 der Kühlelemente 40 mit einem gemeinsamen Rücklaufverteiler 96 verbunden. In den zu dem Vorlaufverteiler 94 und dem Rücklaufverteiler 96 führenden Leitungen ist jeweils ein Kanal-Temperaturfühler vorgesehen, die ein Vorlauftemperatursignal T _V und ein Rücklauftemperatursignal T _R liefern. Über nicht näher dargestellte Fühler können Betriebszustände der Batteriezellen 10 bzw. der darin enthaltenen Batterieelemente (30, hier nicht näher bezeichnet) erfasst werden und über eine Batteriesteuereinheit (Stack-Steuereinheit) 100 als Zustandssignale Z _B zur Verfügung gestellt werden. Die Betriebszustände umfassen insbesondere eine Zellentemperatur. Die Temperatur- und sonstigen Zustandssignale werden über ein Netzwerk (nicht näher dargestellt) einem Steuergerät (CTR) 102 zugeführt. Das Steuergerät 102 verarbeitet die ihm zugeführten Signale, um Steuersignale S _P für eine Pumpe 104, S _L für einen Lüftermotor 106 und S _H für ein elektrisches Vorlaufheizgerät 108 bereitzustellen.
Die stromabwärts des Rücklaufverteilers 96 angeordnete Pumpe 104 hält einen Kühlmittelkreislauf in Gang. Das von der Pumpe 104 geförderte Kühlmittel wird durch einen Kühler 110 geleitet und von dort in einen Ausgleichsbehälter 112. Von dem Ausgleichsbehälter 112 aus wird das Kühlmittel durch Saugwirkung der Pumpe 104 abgezogen und zunächst durch das Vorlaufheizgerät 108 geleitet, bevor es über den Vorlaufverteiler 94 den Vorlaufanschlüssen 42 der Kühlelemente 40 zugeführt wird.
In den Kühlelementen 40 nimmt das Kühlmittel (wie oben beschrieben, Wasser und Glykol in einem geeigneten Mischungsverhältnis von bspw. 50:50) überschüssige Wärme der Batteriezellen 10 auf. Die Kühlung der Batteriezellen 10 kann durch Ansteuerung der Pumpe 104, die den Volumenstrom des Kühlmittels bestimmt, und durch Ansteuerung des Lüftermotors 106, dessen Kühllüfter 114 den Kühler 110 mit einem Luftstrom bestreicht, geregelt werden. Insofern, etwa bei kalter Witterung und insbesondere beim Start des Batteriesystems, ist auch eine Vorerwärmung der Batteriezellen 10 durch Ansteuerung des Vorlaufheizgeräts 108 möglich. Das Kühlmittel kann also auch ganz allgemein als Wärmeträgermedium im Sinne der Erfindung verstanden werden. Im Sinne der Erfindung ist der Vorlaufanschluss 42 ein Wärmeträgermedium-Zuführungsanschluss und ist der Rücklaufanschluss 44 ein Wärmeträgermedium-Abführungsanschluss. Der Kühlkreislauf ist dementsprechend ein Wärmeträgermedium-Versorgungskreis im Sinne der Erfindung.
Eine Feineinstellung der Temperaturregelung der Einzelzellen 10 in der Anordnung 1 ist beispielsweise über steuerbare Vorlaufdrosselventile (nicht näher dargestellt) möglich, die jeweils den Vorlaufanschlüssen 42 vorgeschaltet sind und über das Steuergerät 102 ansteuerbar sind.
Der Kühlmittelkreis kann für den Batteriebereich separat vorgesehen und speziell angepasst sein; es kann aber auch, beispielsweise in einem Hybridfahrzeug, ein Kühlmittelkreis eines Verbrennungsmotors mit ausgenutzt werden.
Obschon die vorliegende Erfindung vorstehend unter Bezugnahme auf ein konkretes Ausführungsbeispiel und seinen Abwandlungen in ihren wesentlichen Merkmalen beschrieben wurde, versteht sich, dass die Erfindung nicht auf dieses Ausführungsbeispiel beschränkt ist, sondern in dem durch die Patentansprüche vorgegebenen Umfang und Bereich abgewandelt und erweitert werden kann, beispielsweise, aber nicht ausschließlich, wie es nachstehend angedeutet ist.
In den beschriebenen und dargestellten Ausführungsbeispielen und Abwandlungen sind die Wärmetauscherkanäle 48 in einem drucklosen Zustand im Wesentlichen in Dickenrichtung des Kühlelements 40 bündig mit einer durch den Rahmen 52 definierten äußeren Begrenzung des Kühlelements 40 und berühren die jeweils angrenzenden Batterieelemente 10 nicht. In Abwandlungen kann die Außenkontur der Wärmetauscherkanäle 48 in dem drucklosen Zustand hinter die Begrenzung des Rahmens 52 zurückweichen oder geringfügig überstehen. Maßgeblich für das optimale Funktionieren des Kühlelements 40 ist, dass sich die Außenkontur der Wärmetauscherkanäle in einem Betriebszustand, in welchem das Kühlelement unter einem Betriebsüberdruck des Wärmeträgermediums steht, an das Batterieelement 10 anschmiegt. In einer weiteren Abwandlung kann die Außenkontur der Wärmetauscherkanäle 48 in dem drucklosen Zustand deutlich über die Begrenzung des Rahmens 52 überstehen und auch in dem drucklosen Zustand schon das Batterieelement 10 berühren bzw. von diesem im Querschnitt gestaucht werden. Der Betriebsüberdruck in dem Kühlelement 40 führt dann nur noch dazu, dass sich die Wärmetauscherkanäle 48 noch mehr und dichter an das Batterieelement 10 anschmiegen.
Obschon nach dem Ausführungsbeispiel und den gezeigten Abwandlungen nicht ausdrücklich vorgesehen ist, dass der Verteilerkanal 46 und der Sammelkanal 50 zum Wärmeübergang beitragen, kann dies in weiteren Abwandlungen vorgesehen sein.
In einer weiteren Abwandlung des Kühlelements 40 sind nur in einem der Wärmetauscherhälften 64, 66 (vgl. 5 u. a.) Reliefstrukturen derart vorgesehen, dass sie Kavitäten 76 ausbilden, während die andere Wärmetauscherhälfte flach ist. Bei einem solchen Kühlelement verallgemeinert sich die Symmetrieebene 70 zu einer Teilungsebene im Sinne der Erfindung. Ein solches Kühlelement kann etwa stirnseitig außerhalb der letzten Batteriezellen 10 in einer Anordnung 1 verwendet werden.
Die Erfindung wurde anhand von Lithium-Ionen-Batteriezellen 10 beschrieben, die ein Beispiel für eine elektrochemische Energiespeicherzelle im Sinne der Erfindung sind. Es versteht sich, dass die Erfindung auf jede Art elektrochemischer Energiespeicherzellen unabhängig von deren Wirkprinzip anwendbar ist, bei welchen eine Ableitung überschüssiger Wärme vorteilhaft sein könnte.
Bezugszeichenliste

1: Batterieanordnung
10: Batteriezelle
12: Erstes Rahmenteil
14: Zweites Rahmenteil
16: Löcher
18: Einsenkung
19: Noppe
20: Auflager
20a: Loch (Sackloch, Einschraubloch)
30: Batterieelement
32: Positiver Ableiter
32a: Loch (Durchgangsloch, Befestigungsloch)
34: Negativer Ableiter
34a: Loch (Durchgangsloch, Befestigungsloch)
40: Kühlelement
40': Fertigungsstufe
42: Vorlaufanschluss
44: Rücklaufanschluss
46: Verteilerkanal
48: Wärmetauscherkanal
50: Sammelkanal
52: Rahmen
52': Randwulst
54: Ausnehmung
55: Bucht
56: Bohrung
58: Kühlmittelvorlauf
59: Kühlmittelströmung im Kühlpad
60: Kühlmittelrücklauf
62: Erste Schicht; erste Rahmenhälfte
64: Zweite Schicht; erste Wärmetauscherhälfte
64': Folienbogen
66: Dritte Schicht; zweite Wärmetauscherhälfte
68: Vierte Schicht; zweite Rahmenhälfte
70: Symmetrieebene
72a, 72b, 72c: Nahtstelle
72d: Verbindungsschicht (Nahtstelle)
74, 76: Kavität (Hohlraum)
78, 80: Verbindungskanal
82: Stegabschnitt
84: Schmiegabschnitt
84': Kontur im Betriebszustand
84a: Außenoberfläche
86: Linie (Markierung des Wärmetauscherbereichs)
88: Randbereich
88a: Ecke
90: Lasche
90a: Biegelinie
90b: Streifen
90c: Einschnitt
92: Lasche
92a: Biegelinie
92b: Streifen
92c: Einschnitt
94: Vorlaufverteiler
96: Rücklaufverteiler
98: Kanal-Temperaturfühler
100: Batteriesteuereinheit
102: Steuergerät
104: Pumpe
106: Lüftermotor
108: Vorlaufheizgerät
110: Kühler
112: Ausgleichsbehälter
114: Kühllüfter

Liste der Symbole

h

Höhe einer Rahmenhälfte

h'

Höhe des Randwulstes

s

Schichtdicke (Folienstärke)

A

Kontaktfläche

H

Höhe des Heizelements

Q .

Wärmestrom; Heizleistung

S _H

Vorlaufheizgerät-Ansteuerungssignal

S _L

Lüftermotoransteuerungssignal

S _P

Pumpenansteuerungssignal

T

Dicke des Heizelements

T₁

Eintrittstemperatur; Temperatur auf der Seite einer Batteriezelle

T₂

Austrittstemperatur; Temperatur auf der Seite einer Kavität

T _R

Rücklauftemperatursignal

T _V

Vorlauftemperatursignal

W

Breite des Heizelements

Z _B

Batterie-Zustandssignal

λ

Wärmeleitfähigkeit

Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass vorstehende Bezugszeichenliste und vorstehende Symbolliste integraler Bestandteil der Beschreibung sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

FR 2694136 A1 [0002]
DE 102008034869 A1 [0003]

Claims

Kühlelement, das insbesondere zur Anordnung zwischen elektrochemischen Energiespeicherzellen ausgelegt und eingerichtet ist, mit einer von einem Wärmeträgermedium durchströmbaren Wärmetauscherstruktur, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauscherstruktur im Wesentlichen aus wenigstens zwei Folienschichten oder Folienschichtstrukturen ausgebildet ist, die mit gegenüberliegenden Flächen aneinandergelegt und an innerhalb der Flächen ausgebildeten Nahtstellen verbunden sind, wobei die Nahtstellen Hohlräume zwischen den Flächen begrenzen, durch welche das Wärmeträgermedium leitbar ist.
Kühlelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Folienschichten bzw. Folienschichtstrukturen ausgebildete Wandungen der Hohlräume eine Elastizität derart aufweist, dass sie sich in einem Betriebszustand, in welchem die Wärmetauscherstruktur unter einem Betriebsüberdruck des Wärmeträgermediums stehen, gegenüber einem drucklosen Zustand in Dickenrichtung des Kühlelements ausdehnen.
Kühlelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauscherstruktur Ausdehnungsabschnitte aufweist, die sich in einem Betriebszustand, in welchem die Wärmetauscherstruktur unter einem Betriebsüberdruck des Wärmeträgermediums steht, gegenüber einem drucklosen Zustand in Dickenrichtung des Kühlelements ausdehnen.
Kühlelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlelement eine Rahmenstruktur aufweist, in deren Ausschnitt die Wärmetauscherstruktur angeordnet ist.
Kühlelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Rahmenstruktur wenigstens im Wesentlichen aus zwei Folienschichten oder Folienschichtenstrukturen ausgebildet ist, die mit jeweiligen Flächen gegenüberliegend angeordnet sind, wobei vorzugsweise Randbereiche der Folienschichten bzw. Folienschichtstrukturen der Wärmetauscherstruktur zwischen den Folienschichten bzw. Folienschichtstrukturen der Rahmenstruktur aufgenommen sind, vorzugsweise dass die Rahmenstruktur aus gefalteten Randabschnitten der Folienschichten bzw. Folienschichtstrukturen der Wärmetauscherstruktur ausgebildet ist und/oder dass die Rahmenstruktur auf Randabschnitte der Folienschichten bzw. Folienschichtstrukturen der Wärmetauscherstruktur aufgespritzt oder als Formteil aufgeklebt oder auf sonstige Weise aufgebracht ist.
Kühlelement nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Rahmenstruktur eine Versteifungsstruktur, insbesondere mit einer Anzahl von Rippen, aufweist.
Kühlelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauscherstruktur in einem Betriebszustand, in welchem sie unter einem Betriebsüberdruck des Wärmeträgermediums steht, in Dickenrichtung über eine durch die Rahmenstruktur vorgegebene Ausdehnung hinausragt, wobei sie in einem drucklosen Zustand nicht oder deutlich geringer als in dem Betriebszustand über die durch die Rahmenstruktur vorgegebene Ausdehnung hinausragt oder hinter die durch die Rahmenstruktur vorgegebene Ausdehnung zurücktritt.
Kühlelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlelement einen Wärmeträgermedium-Zuführungsanschluss und einen Wärmeträgermedium-Abführungsanschluss aufweist, welche durch die Hohlräume miteinander verbunden sind, vorzugsweise dass die Hohlräume wenigstens in einem Abschnitt der Wärmetauscherstruktur einen oder mehrere Kanäle bilden, welche vorzugsweise zueinander parallel verlaufen und gleichsinnig oder gegensinnig durch das Wärmeträgemedium durchströmbar sind.
Kühlelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Folienschichten bzw. Folienschichtstrukturen einen Kunststoff, insbesondere PE, PC, PP, PVC, PS, oder eine Verbundfolie, einen Laminatfilm oder dergleichen aufweisen, wobei die Folienschichten bzw. Folienschichtstrukturen vorzugsweise einen die Wärmeleitfähigkeit beeinflussenden Stoff, insbesondere Quarzmehl, Glas, Metalle, Aluminiumnitridpulver oder Kohlenstoff enthalten.
Kühlelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeträgermedium ein flüssiges Wärmeträgermedium ist, das vorzugsweise wenigstens eines von Wasser und einem Alkohol, insbesondere Glykol, aufweist, besonders bevorzugt in einem Mischungsverhältnis von wenigstens ungefähr 50:50.
Verfahren zum Herstellen eines Kühlelements, insbesondere nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Schritte: Vorbereiten einer ersten Folienschicht oder Folienschichtstruktur und einer zweiten Folienschicht oder Folienschichtstruktur, vorzugsweise aus einem Kunststoffmaterial; Anordnen der ersten Folienschicht bzw. Folienschichtstruktur und der zweiten Folienschicht bzw. Folienschichtstruktur so, dass Flächen der ersten Folienschicht bzw. Folienschichtstruktur und der zweiten Folienschicht bzw. Folienschichtstruktur zueinander weisen; und Verbinden der ersten und der zweiten Folienschicht bzw. Folienschichtstruktur an in den Flächen ausgebildeten Nahtstellen derart, dass zwischen den Nahtstellen eine Hohlraumstruktur ausgebildet ist, die vorzugsweise an wenigstens zwei Stellen randseitig offen ist, wobei zwischen den zwei offenen Stellen eine durchgängige Verbindung besteht, um eine Wärmetauscherstruktur auszubilden.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Vorbereitens einen Schritt eines Ausbildens einer Reliefstruktur in der ersten und der zweiten Folienschicht bzw. Folienschichtstruktur aufweist, wobei die Reliefstruktur nach dem Schritt des Verbindens der ersten Folienschicht bzw. Folienschichtstruktur und der zweiten Folienschicht bzw. Folienschichtstruktur die Hohlraumstruktur ausbildet.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, weiter gekennzeichnet durch einen Schritt eines Einleitens eines Druckfluids zwischen die erste und die zweite Folienschicht bzw. Folienschichtstruktur, vorzugsweise in einem erwärmten Zustand, um die Hohlraumstruktur aufzuweiten, besonders bevorzugt unter Verwendung einer Matrize, um die Aufweitung zu begrenzen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 13, weiter gekennzeichnet durch einen Schritt eines Ausbildens einer randseitig wenigstens im Wesentlichen umlaufenden Rahmenstruktur beidseits einer Teilungsebene, die zwischen der ersten und der zweiten Folienschicht bzw. Folienschichtstruktur definiert ist.
Elektrochemische Energiespeichervorrichtung, mit einer Mehrzahl von insbesondere flachen elektrochemischen Energiespeicherzellen, die mit einander zugewandten Flachseiten in einem Stapel angeordnet sind, wobei zwischen je zwei Speicherzellen ein Kühlelement angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlelement nach einem der Ansprüche 1 bis 13 ausgebildet oder nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17 hergestellt ist, wobei vorzugsweise Wärmeträgermedium-Zuführungsanschlüsse und Wärmeträgermedium-Abführungsanschlüsse der Kühlelemente in der Elektroenergie-Speichervorrichtung jeweils gemeinsam mit einem Wärmeträgermedium-Versorgungskreis verbunden sind.