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Die Erfindung betrifft ein Kühlsystem, mit dessen Hilfe eine Traktionsbatterie zum elektrischen Antreiben eines Kraftfahrzeugs temperiert werden kann.
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Aus
CN 105977426 A ist ein Kühlsystem zum Kühlen einer Kraftfahrzeugbatterie bekannt, bei dem mehrere Kühlschlangen jeweils eingangsseitig mit einer Eingangssammelleitung und ausgangsseitig mit einer Ausgangssammelleitung verbunden sind, wobei die Eingangssammelleitung und die Ausgangssammelleitung nebeneinander verlaufen.
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Es besteht ein ständiges Bedürfnis den Bauraumbedarf und/oder die Herstellungskosten für ein Kühlsystem zum Kühlen einer Traktionsbatterie zu verringern.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung Maßnahmen aufzuzeigen, die ein kompaktes und kostengünstiges Kühlsystem zum Kühlen einer Traktionsbatterie ermöglichen.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch ein Kühlsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung angegeben, die jeweils einzeln oder in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können.
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Erfindungsgemäß ist ein Kühlsystem zum Temperieren einer Traktionsbatterie zum elektrischen Antreiben eines Kraftfahrzeugs vorgesehen mit einer Kühlkanäle aufweisenden Kühlplatte, wobei der Kühlkanal einen Vorlauf und einen Rücklauf aufweist, und einem mit dem Vorlauf kommunizierend verbundenen Sammlerelement zur Förderung eines Kühlmediums beabstandet zur Stirnseite der Kühlplatte, wobei eine mittelbar oder unmittelbar mit der Kühlplatte verbundenen Haube zur Ausbildung einer mit dem Rücklauf kommunizierenden Sammlerkanal vorgesehen ist, wobei das mindestens eine Sammlerelement innerhalb der Haube angeordnet ist und der Sammlerkanal zwischen der Haube und dem Sammlerelement ausgebildet ist.
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Zwischen der Haube und der Stirnseite der Kühlplatte kann der Sammlerkanal ausgebildet werden, über den beispielsweise das erwärmte Kühlmedium abtransportiert werden kann. Da der Rücklauf in der Stirnseite der Kühlplatte mündet, weist der Rücklauf in der Stirnseite der Kühlplatte eine Rücklauföffnung auf, die mit dem Sammlerkanal kommuniziert. Hierzu ist es lediglich erforderlich die Haube für das Kühlmedium dicht mit der Kühlplatte, insbesondere mit der Stirnseite, beispielsweise durch Schweißen, zu verbinden. Dadurch kann mit einem geringen Kostenaufwand bei der Herstellung ein an der Stirnseite der Kühlplatte bauraumsparend entlang verlaufender Sammlerkanal ausgebildet werden. Im Gegensatz zum Rücklauf ist der Vorlauf mit dem Sammlerelement fluidisch verbunden, wobei das Sammlerelement innerhalb des von der Haube ausgebildeten Sammlerkanals angeordnet ist. Das Sammlerelement kann eine Sammlerleitung ausbilden, die insbesondere weitere mit jeweils einem weiteren Vorlauf eines weiteren Kühlkanals der Kühlplatte verbundene Sammlerelemente aufweist. Die mit den Vorläufen verbundene Sammlerleitung ist dadurch innerhalb des mit den Rückläufen verbundenen Sammlerkanal angeordnet. Die Sammlerleitung kann hierbei an einer Stelle, vorzugsweise an genau einer Stelle, aus dem Sammlerkanal herausgeführt sein, während der Sammlerkanal an einer Stelle, insbesondere an genau einer Stelle, einen Verbindungsstutzen aufweist. Die Zufuhr und die Abfuhr des Kühlmediums kann dadurch in unmittelbarer Nähe der Stirnseite der Kühlplatte erfolgen, so dass ein kompaktes und kostengünstiges Kühlsystem zum Kühlen einer Traktionsbatterie ermöglicht ist.
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Der Vorlauf des Kühlkanals und der Rücklauf des Kühlkanals können vorzugsweise an einer Stirnseite der Kühlplatte enden. Die Stirnseite der Kühlplatte kann beispielsweise eine Seitenwand des Sammlerkanals ausbilden, so dass der Materialeinsatz zur Begrenzung des Sammlerkanals minimiert werden kann. Der Vorlauf des Kühlkanals kann zur Zufuhr des Kühlmediums und der Rücklauf des Kühlkanals zur Abfuhr des Kühlmediums verwendet werden. Es ist jedoch auch möglich den Rücklauf des Kühlkanals zur Zufuhr des Kühlmediums und den Vorlauf des Kühlkanals zur Abfuhr des Kühlmediums zu verwenden. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Strömungsrichtung in dem Kühlsystem umgekehrt werden kann. Besonders bevorzugt kann das Kühlsystem zum Kühlen und/oder zum Heizen der Traktionsbatterie genutzt werden. Dies ermöglicht es auch bei unterschiedlichen Witterungsbedingungen mit unterschiedlichen Umgebungstemperaturen die Traktionsbatterie auf eine gewünschte Betriebstemperatur zu temperieren. Der Vorlauf und der Rücklauf verlaufen insbesondere im Wesentlichen parallel zueinander. Vorzugsweise sind der Vorlauf und der Rücklauf an einer von der Stirnseite der Kühlplatte wegweisenden Rückseite miteinander verbunden, wobei hierzu insbesondere ein U-Stück vorgesehen ist, das den Ausgang des Vorlaufs an der Rückseite der Kühlplatte mit dem Eingang des Rücklaufs verbindet.
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Insbesondere weist das Sammlerelement ein im Wesentlichen parallel zur Stirnseite der Kühlplatte verlaufendes Rohrstück auf, wobei von dem Rohrstück in radialer Richtung ein hohler Fluidstecker absteht, wobei insbesondere der Fluidstecker in den Vorlauf des Kühlkanals teilweise eingesteckt ist, wobei vorzugsweise der Fluidstecker ein Tannenbaumprofil zum Verklemmen in dem Kühlkanal aufweist. Der Fluidstecker kann in axialer Richtung des Kühlkanals in eine in der Stirnseite der Kühlplatte vorgesehene Vorlauföffnung des Vorlaufs eingesteckt werden, um einen fluidischen Anschluss des Vorlaufs an dem Sammlerelement herbeizuführen. Durch das Tannenbaumprofil kann der Fluidstecker leicht in die Vorlauföffnung eingesteckt werden aber gegen ein Herausrutschen gesichert sein. Insbesondere kann ein Druck in dem Vorlauf und/oder in dem Sammlerelement, der bestrebt ist den Fluidstecker aus dem Vorlauf herauszudrücken, ein Verklemmen des Fluidsteckers in dem Kühlkanal über das Tannenbaumprofil sogar verstärken, wodurch sich ein sicherer Verbund ergibt. Innerhalb des Sammlerelements kann das Kühlfluid um ca. 90° umgelenkt werden, so dass das Kühlfluid im Wesentlichen parallel zu der Stirnseite der Kühlplatte strömen kann und nur zum Eintreten in den Vorlauf über den Fluidstecker umgelenkt wird. In dem Sammlerelement kann sich ein Staudruck aufbauen, so dass das Kühlmedium mit einem entsprechend höheren Druck in den Vorlauf gepumpt werden kann. Bei einem derartig hohen Eingangsdruck kann der Kühlkanal entsprechend lang ausgestaltet sein, wobei ein damit korrelierender höherer Druckverlust zugelassen werden kann.
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Vorzugsweise ist eine Einstecktiefe des Fluidsteckers in dem Kühlkanal größer als ein Abstand des Sammlerelements zu der Haube an dem vom Fluidstecker wegweisenden Umfangsbereich des Sammlerelements. Falls der Fluidstecker aufgrund des in dem Vorlauf vorherrschenden Betriebsdrucks aus dem Vorlauf herausgedrückt werden sollte, kann das Sammlerelement an der Haube anstoßen, bevor der Fluidstecker vollständig aus dem Vorlauf gelangt. Eine Leckage aus dem Vorlauf in den Sammlerkanal kann dadurch vermieden oder zumindest gering gehalten werden. Ein vollständiges Herausrutschen des Fluidsteckers aus der Kühlplatte kann dadurch vermieden werden. Insbesondere weist der Fluidstecker einen radial abstehenden Anschlag auf, um die maximale Einstecktiefe des Fluidsteckers in dem Kühlkanal zu begrenzen. Dadurch kann gleichzeitig ein Mindestabstand des Rohrstücks des Sammlerelements zur Stirnseite der Kühlplatte vorgegeben werden.
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Besonders bevorzugt sind mehrere Sammlerelemente, insbesondere über eine zwischengeschaltete Verbindungsmanschette, zu einer gemeinsamen Sammlerleitung zusammengeschlossen. Grundsätzlich ist es möglich die Sammlerleitung als ein einziges Bauteil auszugestalten. Durch die Aufteilung der Sammlerleitung auf mehrere Sammlerelemente, die vorzugsweise nur genau einen Fluidstecker aufweisen, kann das jeweilige Sammlerelement leichter und kostengünstiger hergestellt werden. Zudem ist es möglich für unterschiedliche breite Kühlplatten durch eine Anpassung der Anzahl der gleichen Sammlerelemente die Länge der Sammlerleitung leicht anzupassen. Vorzugsweise sind in Axialrichtung der Sammlerleitung zwei nachfolgende Sammlerelement an unterschiedlichen Axialenden in die Verbindungsmanschette eingesteckt oder auf die Verbindungsmanschette aufgesteckt. Durch die Länge der Verbindungsmanschette kann auf unterschiedliche Abstände der Kühlleitungen bei unterschiedlichen Kühlplatten einfach reagiert werden, ohne anders dimensionierte Sammlerelemente vorhalten zu müssen. Insbesondere ist zwischen der Verbindungsmanschette und dem angeschlossenen Sammlerelement eine Presspassung vorgesehen, so dass sich eine ausreichende Dichtheit für das Kühlmedium ergibt.
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Insbesondere ist ein mit dem Sammlerelement kommunizierender Anschlussstutzen vorgesehen, wobei der Anschlussstutzen durch die Haube hindurchgeführt ist. Ein Anschluss der Sammlerleitung und ein Anschluss des Sammlerkanals kann dadurch an derselben Seite der Kühlplatte erfolgen, so dass sich eine bauraumsparende Anbindung von weiteren das Kühlmedium betreffenden Aggregaten, beispielsweise Kühler, Wärmetauscher, Kältemaschine oder ähnliches, ergibt. Insbesondere ist der Anschlussstutzen durch eine Öffnung der Haube hindurchgeführt und im Bereich der Öffnung, vorzugsweise durch Schweißen, dichtend mit der Haube verbunden. Ein Durchführen des Anschlussstutzens durch die Kühlplatte ist dadurch vermieden.
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Vorzugsweise ist mit der Stirnseite der Kühlplatte eine Blende zur dichtenden Abdeckung der Stirnseite der Kühlplatte verbunden, wobei die Blende mindestens eine Durchgangsöffnung für den Vorlauf und/oder für den Rücklauf des Kühlkanals aufweist, wobei insbesondere für den Vorlauf und für den Rücklauf jeweils eine gemeinsame Durchgangsöffnung vorgesehen ist. Die Blende kann weitere in der Kühlplatte vorgesehene Hohlräume, die nicht als Kühlkanal verwendet werden, dichtend abdecken. Die Blende kann entlang der Durchgangsöffnung an die Stirnseite der Kühlplatte geschweißt werden, wodurch sich gleichzeitig eine gute Abdichtung der Vorlauföffnung und der Rücklauföffnung ergibt.
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Besonders bevorzugt ist die Haube mit der Blende, insbesondere durch Schweißen, direkt verbunden. Die Blende kann dadurch gleichzeitig eine Begrenzung des Sammlerkanals ausbilden und/oder eine direkte Verbindung mit der Haube eingehen. Eine thermische Beschädigung der Oberseite und/oder der Unterseite der Kühlplatte beim Anschweißen der Haube kann vermieden werden.
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Insbesondere ist die Kühlplatte als Strangpressprofil ausgestaltet, wobei insbesondere die Kühlplatte zwischen zwei benachbarten Kühlkanälen einen Hohlraum aufweist. Der Vorlauf der Rücklauf und gegebenenfalls weitere Hohlräume können sich über die gesamte Länge der Kühlplatte erstrecken. Durch die Herstellung der Kühlplatte durch Strangpressen können die Herstellungskosten gering gehalten werden. Mit Hilfe der weiteren nicht als Kühlkanal verwendeten Hohlräume kann der Materialeinsatz für die Kühlplatte und das Gewicht der Kühlplatte reduziert werden.
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Vorzugsweise ist die Haube wannenförmig ausgestaltet, wobei insbesondere die Haube einstückig durch Tiefziehen herstellbar ist. Dadurch ist es nicht erforderlich an den axialen Enden des Sammlerkanals eine separat ausgeführte Abdeckung vorzusehen. Stattdessen kann die Abdeckung einstückig mit der Haube ausgeführt sein, wodurch sich entsprechend geringe Herstellungskosten ergeben.
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Die Erfindung betrifft eine Traktionsbatterie zum elektrischen Antreiben eines Kraftfahrzeugs mit einem Batteriemodul und einem Kühlsystem, das wie vorstehend beschrieben aus- und weitergebildet sein kann, zum Temperieren des Batteriemoduls, wobei das Batteriemodul thermisch an einer Oberseite der Kühlplatte des Kühlsystems angebunden ist, wobei insbesondere das Batteriemodul die Oberseite der Kühlplatte direkt kontaktiert. Die Zufuhr und die Abfuhr des Kühlmediums kann dadurch in unmittelbarer Nähe der Stirnseite der Kühlplatte erfolgen, so dass ein kompaktes und kostengünstiges Kühlsystem zum Kühlen einer Traktionsbatterie ermöglicht ist.
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Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigen:
- 1: eine schematische perspektivische Ansicht einer Kühlplatte,
- 2: eine schematische perspektivische Ansicht der Kühlplatte aus 1 mit einer Blende,
- 3: eine schematische perspektivische Schnittansicht der Kühlplatte aus 2,
- 4: eine schematische perspektivische Schnittansicht eines Kühlsystems mit der Kühlplatte aus 2,
- 5: eine schematische perspektivische Ansicht des Kühlsystems aus 4 und
- 6: eine schematische Draufsicht auf eine Traktionsbatterie mit dem Kühlsystem aus 5.
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Die in 1 dargestellte als Strangpressteil ausgestaltete Kühlplatte 10 kann in Längsrichtung verlaufende Kühlkanäle 12 aufweisen, die jeweils einen Vorlauf 14 und einen parallel neben dem Vorlauf 14 verlaufenden Rücklauf 16 aufweisen, durch die ein Kühlmedium gepumpt werden kann, um eine Oberseite 18 zu temperieren. Der Vorlauf 14 und der Rücklauf 16 des Kühlkanals 12 münden jeweils in einer Stirnseite 20 der Kühlplatte 10. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind zwischen den Kühlkanälen 12 in Längsrichtung der Kühlplatte 10 verlaufende Hohlräume 22 vorgesehen, die nicht mit dem Kühlmedium durchströmt werden. Beispielsweise weisen die Hohlräume 22 einen rechteckigen Querschnitt auf, während der Vorlauf 14 und der Rücklauf 16 einen im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt aufweisen.
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Wie in 2 dargestellt kann an der Stirnseite 20 der Kühlplatte 10 eine Blende 24 befestigt sein. Die Blende 24 kann die Hohlräume 22 abdecken und abdichten. Die Blende 24 weist Durchgangsöffnungen 26 auf, über die der Vorlauf 14 und der Rücklauf 16 durch die Blende 24 hindurch fluidisch für das Kühlmedium zugänglich bleiben, wie in 3 dargestellt. Zwischen dem Rand der Durchgangsöffnung 26 und der Stirnseite 20 der Kühlplatte 10 ergibt sich eine Kehle, die leicht für eine Schweißnaht genutzt werden kann.
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Wie in 4 dargestellt kann in den jeweiligen Vorlauf 14 ein Fluidstecker 28 eines Sammlerelements 30 eingesteckt werden, um eine fluidische Verbindung des Vorlaufs 14 mit dem Sammlerelement 30 herbeizuführen. In Längsrichtung des Sammlerelements 30 nachfolgende Sammlerelemente 30 können über eine Verbindungsmanschette 32 miteinander verbunden werden, wodurch eine Sammlerleitung 34 zusammengesetzt werden kann, die mit jedem Vorlauf 14 kommunizieren kann. Eine wannenförmige Haube 40 kann die Sammlerleitung 34 überdecken und mit der Blende 24 an der Stirnseite 20 der Kühlplatte 10 verschweißt sein. Zwischen der Haube 40 und der Sammlerleitung 34 ist ein ausreichender Zwischenraum ausgebildet, mit dem der Rücklauf 16 kommunizieren kann. Dadurch ergibt sich außerhalb der Sammlerleitung 34 ein von der Haube 40 und der Blende 24 begrenzter Sammlerkanal 42, der mit jedem Rücklauf 16 kommunizieren kann. Dadurch wird ein Kühlsystem 44 ausgebildet, das über die Oberseite 18 der Kühlplatte 10 ein Aggregat eines Kraftfahrzeugs temperieren, insbesondere kühlen, kann.
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Wie in 5 dargestellt kann die mit den Vorläufen 14 kommunizierende Sammlerleitung 42 einen Anschlussstutzen 46 aufweisen, der durch eine Öffnung der Haube 40 nach außen durchgeführt ist. Über den Anschlussstutzen 46 kann beispielsweise das Kühlmedium in das Kühlsystem 44 hineingepumpt werden. Die Haube 40 kann einen insbesondere ausgestülpten Verbindungsstutzen 48 aufweisen, über den beispielsweise das erwärmte Kühlmedium aus dem Kühlsystem 44 abgeführt werden kann. Das abgeführte Kühlmedium kann in weiteren Aggregaten aufbereitet, insbesondere abgekühlt, werden und über den Anschlussstutzen 46 wieder zugeführt werden.
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Wie in 6 dargestellt kann das Kühlsystem 44 Teil einer Traktionsbatterie 50 zum elektrischen Antreiben eines Kraftfahrzeugs sein. Die Traktionsbatterie 50 kann mehrere Batteriemodule 52 aufweisen, die flächig auf der Oberseite 18 der Kühlplatte 10 aufgesetzt sein können, um eine möglichst gute thermische Anbindung zwischen der Kühlplatte 10 und den Batteriemodulen 52 zu erreichen. Der Vorlauf 14 und der Rücklauf 16 eines Kühlkanals 12 können über ein beispielsweise U-förmiges Rohrstück 54 miteinander verbunden sein. Dadurch ist nur an der einen Stirnseite 20 eine Sammlerleitung 34 und ein Sammlerkanal 42 vorgesehen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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