Vorrichtung zur Kühlung einer Wärmequelle eines Kraftfahrzeugs

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Kühlung einer Wärmequelle eines Kraftfahrzeugs und auf einen Käitemittelkrelsiauf für ein Kraftfahrzeug.

In modernen Hybridelektro- oder Elektrofahrzeugen (HEV/EV Fahrzeugen) werden leistungsfähige Energiespeicher, wie zum Beispiel Li-lonen oder NiMH- Akkümυlatoren oder Super-Caps eingesetzt. Bei diesen Energiespeichern kommt es beim schnellen Laden unά Entladen aufgrund von Widerständen in und außer- halb der Zeilen zur Erwärmung. Temperaturen über 50 ⁰ C schädigen die Energiespeicher dauerhaft. Um die Funktion der Energiespeicher zu gewährleisten müssen diese aktiv gekühlt werden. Dazu werden die Energiespeicher mil einer mit Kältemittel durchströmten Platte in thermischen Kontakt gebracht und somit gekühlt. Die Batteriekühlplatte wird als zusätzlicher, zweiter Verdampfer in den be- stehenden Klimakaltekreis im Fahrzeug eingebunden (Zwei-Verdampfer-Anlage). Bei der Kühlung der Zellen ϊst es wichtig, dass alle Zellen gleichmäßig gekühlt werden. So ist ein maximaler Temperaturgradienf in der Kühlplatte, von ca. 5K einzuhalten, Be! ungleichmäßiger Kühlung der Zellen altern die Zellen unterschiedlich schnell, was öle Funktion und Leistung der Energiespeicher negativ be- einflusst.

Fig. 4 zeigt einen Kältemittelkreislauf gemäß dem Stand der Technik, bei dem eine Batteriekühlplatte 402 in Reihe mit einem Klimaverdampfer 404 geschaltet ist. Neben der Batteriekühiplatte 402 und dem Klimaverdampfer 404 weist der Käi- temittelkreislauf einen Verdichter 406, einen Kondensator 408, ein Ventii 412 mit fester Öffnung (FXV) und ein thermisches Expansionsventil (TXV) 414 auf.

Die Kühlplatte 402 zur Kühlung der Energiespeicher wird immer „nass" gefahren, um die gleichmäßige Kühlung aller Zellen der Energiespeicher sicherzustellen, Das bedeutet, dass der Batteriekühipiatte 402 immer so viel Kältemittel zur Verfügung gestellt werden muss, dass sich die physikalischen Prozesse in der Batterie- kühlplatte 402 immer im Nassdampfgebiet abspielen. Um eine gleichmäßige Temperaturverteilung auf der Platte 402 zu gewährleisteten, darf es in der Platte 402 nie zur Überhitzung kommen.

Übertragen auf den Kältekreis im Fahrzeug bedeutet dies, dass es nicht möglich Ist, den Ausgang der Batteriekühiplatte 402, analog zur Verschaitung des Klimaverdampfers 404, direkt vor dem Verdichter 408 einzubringen. Denn im Austritt der Platte 402 ist immer noch flüssiges Kältemittel vorhanden, so dass der Ve r- dichter 406 Flüssigkeitsschiägen ausgesetzt sein kann und beschädigt werden würde.

Deshalb wird die Batteriekühipiatte 402 in Reihe zum Hauptkiimaverdampfer 404 geschaltet Der noch vorhandene flüssige Anteil des Kältemittels wird im Haυtkii- maverdampfer 404 nachverdampft, so dass Flüssigkeitsschläge am Verdichter 408 verhindert werden. Der Massenstrom durch die Batteriekühiplatte 404 wird durch das Ventil 412 mit fester Öffnung bestimmt, Der fesie Öffnungsdurchmesser des Ventils 412 wird durch den größten Lastfall in der Batterie bestimmt. Fig. 5 zeigt eine Batteriekühipiaüe 520 nach dem Stand der Technik, Die Batterie- kühlplatte 520 weist eine Mehrzahl von Kälternitteifluten 526 auf. Die Kältemittel- fluten 52β weisen einen gemeinsamen Eintritt 532 und einen gemeinsamen Aus- tritt 534 auf.

Die Betriebspunkte für die Batteriekühlplatte 520 werden im Krelsiaiäf so eingestellt, dass sich der öperationspunkt der Platte 520 immer im Nassdampfgebiet befindet und somit das Kältemittel in der Platte 520 nahezu dieselbe Temperatur aufweist. Bei der Gestaltung der Strömt, ngsfluleπ in der Platte 520 muss also vor allem beachtet werden, dass das Kältemittel gleichmäßig in die Fluten 526 verteilt wird, der Druckveriust in der Platte 520 nicht zu hoch wird und dass genügend Fluten 528 zur gleichmäßigen Kühlung der Platte 520 vorhanden sind. Um eine Gleichverteilung des Kältemittels zu gewährleisten bietet es sich an, das Käitemit- te! in einem Punkt 532 in der Platte 520 eintreten zu lassen, so dass es sich in die einzelnen Fluten 526 in der Platte 520 verteilen kann. Die Fluten 526 treffen sich wieder in dem Austrittpunkt 534. Räumlich sind Vor- und Rückströmung relativ weit voneinander entfernt.

Die in Fig, 4 gezeigte Verschattung der Batteriekühlpiatte im Kältskreis des Fahrzeuges hat den Nachteil, dass die Batteriekühlung immer mit der Klimatisierung der Fahrzeugkabine gekoppelt ist, Es ist nicht möglich die Batteriekühlpiatte alleine, ohne den Klimaverdampfer zu betreiben. Dies hat vor allem Im Winter enorme Nachteile, denn der Klimaverdampfer wird nur bis zu bestimmten Außentempera- turen betrieben, um Vereisung zu verhindern. Konkret bedeutet dies, dass bei kalten Außentemperaturen kein Betrieb der Batterie mehr möglich ist.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine verbesserte Vorrichtung zur Kühlung einer Wärmequelle eines Kraftfahrzeugs und einen verbesserten Kälte- mittelkreislauf für ein Kraftfahrzeug zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 sowie einen Käl ^¬ temittelkreislauf gemäß Anspruch 13 gelöst. Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine Käitemitte!- piatte direkt vor einem Verdichter betrieben werden kann, wenn das Kältemittel im Austritt aus der KälternittelpJatte gasförmig ist. Um eine gleichmäßige Tempera- turverteiiung auf der Kältemittelpiatte zu realisieren werden die Kältemittelfluten in der Kältemittelpiatte erfindungsgemäß so angeordnet, das Vor- und Rückströmungen direkt nebeneinander Siegen.

Vorteilhafterweise kann die Verschattung der erfindungsgemäßen Batteriekühl- platte im Kältekreis so realisiert werden, dass die BatteriekühSung auch ohne Klimaverdampfer betrieben werden kann, Die Gestaltung der Batteriekühlplatte ist dabei für die sich aus der neuen Verschaltung ergebenden Herausforderungen für eine gleichmäßige Zellkühlung ausgelegt.

Die vorliegende Erfindung schafft eine Vorrichtung zur Kühlung einer Wärmequelle eines Kraftfahrzeugs, mit einem Kühlkörper, der mehrere Vorströmungsfluten und mehrere Rückströmungsfluten aufweist, wobei zumindest eine Mehrzahl der Vorströmungsfluten und Rückströmungsfluten abwechselnd nebenelnanderlie- gend In dem Kühlkörper angeordnet sind. Durch die abwechselnde Anordnung der Vorströmungsfluten und Rückströmungsfiuten kann eine möglichst gleichmäßige Temperaturverteilung innerhalb des Kühlkörpers erreicht werden. Somit kann ein vorbestimmter maximaler Temperatαrgradlent auf dem Kühlkörper eingehaltenwerden.

Beispielsweise können die Vorströmimgsfiuten unύ die Rückströmungsfluten so In dem Kühlkörper angeordnet sein, dass zwischen benachbarten Vorströmungsfluten mindestens eine Rückströmungsflut angeordnet ist. Auch können die Vorströmungsfluten und die Rückströmungsfluten so in dem Kühlkörper angeordnet sein, dass zwischen benachbarten Rückströmungsfluten mindestens eine Vor- strömungsflut angeordnet ist. Somit kann gewährleistet werden, dass ein Temperaturunterschied zwischen Vorεirömungsfluten und Rückströmungsfluten ausgeglichen wird. Der Kühlkörper kann eine Eintrittsöffnung aufweisen, die mit den Vorströmungsfluten verbunden ist und eine oder eine Mehrzahl von Austrittsöffnungen aufweisen, die jeweils mit einer der Rückströmungsfiuten verbunden sind, Somit kann ein Überkreuzen von Vorströmungsfluten oder Rückströmungsfiuten vermieden wer- den.

Der Kühlkörper kann eine Mehrzahl von Verbindungsstellen aufweisen, die aus ^¬ gebildet sind, um jeweils eine der Vorströmungsfiuten mit jeweils einer der Rückströmungsfiuten zu verbinden, Dabei können die Mehrzahl der Verbindungssteiien in einer ersten Hälfte des Kühlkörpers und die Eϊnträttsöffnung und die eine oder Mehrzahl der Austrittsöffnungen in einer zweiten Seite des Kühlkörpers angeordnet sein, wobei die erste und die zweite Hälfte einander gegenüberliegen, Somit können die Vorströmungsfluten und die Rückströmungsfiuten über eine möglichst große Strecke nebeneinander geführt werden.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst der Kühlkörper mehrere geschichtete Platten, wobei zwischen den Platten Fluten gebildet werden und ein Fluid von einer Eintrittsöffnung durch die Fluten zu einer Austrittsöffnung führbar ist. Durch die Stapelung der Platten ist es möglich, die Fluten in verschie- denen Ebenen anzuordnen. Die Fluten können sich in den verschiedenen Ebenen überschneiden und zu einem Austrittspunkt und zu einer Austrittsöffnung zusammengeführt werden. Auf komplexe Anschiussblöcke kann somit verzichtet werden.

Vorteilhafterweise kann die Vorrichtung ausgebildet sein, um ein Fluid, insbeson- dere ein Kältemittel, in zumindest teilweise flüssiger Form aufzunehmen und das Fluid, insbesondere ein Kältemittel in gasförmiger Form abzugeben. Somit kann der Vorrichtung ein Verdichter nachgeschaltet werden, ohne dass die Gefahr besteht, dass der Verdichter durch Flüssigkeitsschläge beschädigt wird. Dazu können die Rückströmungsfiuten zumindest im Bereich der Austrittsöffnungen jeweils eine Überhitzungszone aufweisen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann einen Anschlussblock aufweisen, der ei ^¬ ne Zuführöffnung und eine Abführöffnung aufweist und ausgebildet ist, um die Eintrittsöffnung des Kühlkörpers mit der Zuführöffnung und die eine oder Mehrzahl von Austrittsöffnungen des Kühlkörpers mit der Abführöffnung zu verbinden. Der Anschlussblock ermöglicht eine abgestimmte Anbindung des Kühlkörpers an einen Kältemittelkreis. Insbesondere kann der Anschiussbiock ausgebildet sein, um das Fluid, insbesondere das Kältemittel, gleichmäßig auf die mehreren Vorströmungsfluten zu verteilen.

Die vorliegende Erfindung schafft ferner einen Kältemittelkreisiauf für ein Kraftfahrzeug, mit einer erfindυngsgemäßeπ Vorrichtung zur Kühlung einer Wärme- quelle eines Kraftfahrzeugs und einem Verdichter, der der Vorrichtung zur Kühlung nachgeschaltet ist. Vorteilhafterweise kann der Kältemitteikreislauf auch ohne einen zusätzlichen Klimaverdampfer betrieben werden.

Gemäß einer Ausgestaltung weist öer Kältemittelkreislauf einen Klimaverdampfer auf, der parallel zu der Vorrichtung zur Kühlung geschaltet ist, Durch die Parallelschaltung können die Vorrichtung zur Kühlung und der Klimaverdampfer unabhängig voneinander betrieben werden.

Gemäß einer Ausgestaltung kann der Kältemitteikreislauf ein geregeltes Expansi- onsventi! zur Regelung eines Kältemitteistroms durch den Kühlkörper aufweisen. Beispielsweise kann ein thermisches Expansionsventil eingesetzt werden. Das geregelte Expansionsventil kann ausgebildet sein, um den Kältemittelstrom abhängig von einer Temperatur des Fluids, insbesondere des Kältemittels, nach Durchströmen des Kühlkörpers zu regeln. Somit Kann gewährleistet werden, dass das Fluid, insbesondere das Kältemittel, im Austritt gasförmig ist, Die Regelung ermöglicht auch eine getaktete Kühlung der Wärmequelle.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung kann das Expansionsventil eine Baueinheit mit dem Kühlkörper bilden, Somit kann die Anzahl der Teile des Kältemittelkreis- laufes reduziert und die Montage erleichtert werden.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vor! legenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen; Fig. 1 eine Darstellung eines erfiπdungsgemäßen Kältemittelkreises;

Fig. 2 eine Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Kühlung;

Fig. 3a -- 3c Darstellungen eines Anschlussblocks für die erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Kühlung;

Fig. 4 eine Darstellung eines Kältemittelkreises gemäß dem Stand der Technik; und

Fig. 5 eine Darstellung einer Kühipiatte gemäß dem Stand der Technik.

Fig. 8a - 6f eine Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Kühlung;

Fig. 7a Darstellung eines Anschlussblockes für die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Kühlung;

Fig. 7b Darstellung einer Anbindung eines Anschlussrohres an eine erfin- dungsgemäße Vorrichtung zur Kühlung;

Fig. 8a - 8e Verschiedene Darstellungen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Kühlung

In der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Zeichnungen darges ^¬ tellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente weggelassen wird.

Fig. 1 zeigt einen Käitemlttelkreisiauf gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, Der Käitemittelkreislauf kann beispielsweise in einem Kraftfahrzeug zur Kühlung einer Wärmequelle eingesetzt werden. Bei der Wärmequel- Ie kann es sich um einen leistungsfähigen Energiespeicher, wie zum Beispiel Lilonen oder NiMH-Akkumulatoren oder Super-Caps handeln. Der Kältemitte! kreis- lauf weist eine Vorrichtung zur Kühlung der Wärmequelle auf, die gemäß diesem Ausführungsbeispiel als Batieriekühlpiatte 102 ausgebildet ist. Die BatteriekühS- platte 102 ist parallel zu einem Klimaverdampfer 104 geschaltet. Neben der Batte ^» ήekühiplatte 102 und dem Klimaverdampfer 104 weist der Kältemittelkreislauf einen Verdichter 106, einen Kondensator 108, ein erstes geregeltes Expansions- venül (TXV) 112 und ein zweites geregeltes Expansionsventil (TXV) 114 auf,

Der Kältemittelkreislauf kann von einem Kältemittel durchflössen werden. Das ers ^¬ te Expansionsventil 112 ist in Fiussrichtung vor der Batteriekühlplatte 102 angeordnet und ausgebildet, um einen DurchfSuss des Kältemittels durch die Batteriekühlplatte 102 zu regeln. Beispielsweise kann das Expansionsventil 112 ausgebildet sein, um den Durchflυss des Kältemitteis abhängig von einer Temperatur des Kältemittels ausgangsseitig der Batteriekühlplatte 102 zu regein. Die Temperatur des Kältemittels kann dazu von einem Temperaturfühler erfasst und an eine Steuerung des Expansionsventils 112 bereitgestellt werden. Das zweite Expansi- onsventil 114 ist in Flussrichtung vor dem Kürnaverdampfer 104 angeordnet und ist ausgebildet, um einen Durchfiuss des Kältemittels durch den Kiimaverdampfer 104 zu regeln. Der Verdichter 106 ist im Strömungspfad des Kältemittels hinter der Batteriekühlplatte 102 und dem Klimaverdampfer 104 angeordnet. Ausgangsseitig ist der Verdichter 106 mit dem Kondensator 108 verbunden. Der Kondensator 108 ist ausgangsseitig über die Ventile 112, 114 mit der Batteriekühiplatte 102 und dem Kiimaverdampfer 104 verbunden.

Der Klimaverdampfer 104 ist zum Betrieb des Kühlkreises nicht erforderlich. Um eine autarke Funktion der BaUeräekühlυng 102 zu gewährleisten, darf die Batteriekühlung 102 nicht mehr an die Funktion des Klimaverdampfers 104 gekoppelt sein. Dazu wird die Batteriekühlplatte 102 parallel zum Klimaverdampfer 104 ge~ schallet, wie es in Fig, 1 gezeigt ist. Die Regelung des Massenstroms durch die Batteriekühlplatte 102 erfolgt nun nicht mehr durch ein Venlii mit fester Öffnung (FXV) ₁ sondern durch ein Expansionsventil 112 welches den Massenstrom durch die Batteriekühlplatte 102 nach Überhitzung hinter der Batteriekühlplatte regelt Eine solche Regelung kann analog zur Regelung des Kiimaverdampfers 104 sein.

Bei der erfindungsgemäßen Verschaltung treten lokal definierte Überhitzungszo nen (überhitzter Dampf) im Austrittsbereich der Fluten in der Batteriekühlplatte 102 auf (physikalischer Effekt). Die Überhitzungen liegen üblicherweise im Bereich von 1-1 OK, Auf der Platte 102 wirkt sich der Temperaturgradient im Kältemitte! aufgrund der Überhitzungszone direkt auf die Plattentemperatur aus, da in der Regel die Batteriekühiplatte 102 aus einen sehr gut wärmeleitendem Material, wie zum Beispiel Aluminium hergestellt wird. Das bedeutet, es gibt „kalte ^"' und „warme" Zonen auf der Plattenoberfläche. Beim Design der Batteriekühlplatten 102 nach dem Stand der Technik, wie in Fig. 5 gezeigt, kann der geforderte Temperaturgradient auf der Platte von 5K nicht mehr eingehalten werden. Die in Fig. 5 gezeigte Platte 520 hat drei Fluten 52β und einen Ein- und Austrittsbereich 532, 534. Die Vor- und Rückströmung sind nicht unmittelbar nebeneinander angeordnet, so dass ein Temperaturausgieich auf der Platte 620 im benötigten Maße nicht stattfinden kann.

Deshalb wird bei der in Fig. 1 gezeigten erfindungsgemäßen Verschaltung der Batteriekühlplatte 102 im Kältekreislauf das Design der Kühlplatte 102, bzw, die Fiutenführung an die Überhitzungszonen so angepasst, dass eine gleichmäßige Temperaturverteiiung auf der Platte 102 und somit eine gleichmäßige Kühlung όer Zellen, trotz Überhitzung in der Platte 102 gewährleitet werden kann,

Fig. 2 zeigt eine Darstellung einer Vorrichtung zur Kühlung einer Wärmequelle gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Gemäß diesem Aυsführuπgsbeispiel ist die Vorrichtung zur Kühlung als Batteriekühlplatte für eine Überhitzungsregelung ausgebildet. Die Batteriekühlplatte weist einen Kühlkörper 220 auf, in dem mehrere Vorströmungsfluten 222 und mehrere Rückströmungsfiu- ten 224 angeordnet sind. Die Vorströmungsfluten 222 und Rückströmungsfluten 224 können als Kanäle innerhalb des Kühlkörpers 220 ausgebildet sein, durch die ein zur Kühlung geeignetes Kältemittel strömen kann. Die Vorströmungsfluten 222 sind über Verbindungsstellen 228 jeweils mit einer zugeordneten Rückströmungs- fiut 224 verbunden. Der Kühlkörper 220 weist eine Eiπtrittsöffnuπg 232 und eine Mehrzahl von Austrittsöffnungen 234 auf. Das Kältemittel kann über die Eintrittsöffnung 232 in den Kühlkörper 220 hinein und über die Mehrzahl der Austrittsöffnungen 234 aus dem Kühlkörper 220 hinaus strömen. Insbesondere kann das Kältemittel über die EiπtrittsÖffnung 232 in die Vorströmungsfluten 222, über die Verbindungsstellen 226 in die Rückströmungsfluten 224 und aus den Austrittsöffnungen 234 aus den Rückströmungsfluten 234 heraus strömen. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind die Verbindungsstellen 226 an einem Rand des Kühlkörpers 220 und die Ein- und Austrittsöffnungen 232, 234 an einem gegenübelie- genden Rand des Kühlkörpers 220 angeordnet. Die Vorströmungsfluten 222 und die Rückströmungsfluten 224 sind im Kühlkörper 220 parallel zueinander geführt. Die Vorströmungsfluten 222 und die Rückströmungsfluten 224 sind dabei jeweils abwechselnd angeordnet, so dass neben einer Vorströmungsflut 222 jeweils eine Rückströmungsflut 224 angeordnet ist, und umgekehrt. Im mittleren Bereich des Kühlkörpers 220 sind gemäß diesem Ausführungsbeispiel zwei Rückströmungsfluten 224 nebeneinanderliegend angeordnet.

Das Temperaturniveau des Kältemittels in den Fluten 222, 224 der Batteriekühl- piatte 220 vor öer Überhltzungszone ist aufgrund der Verdampfung des Kältemit- teis nahezu konstant und auf jeden Fall niedriger als das Ternperaturniveaυ in der Überhitzungszone. Die Verschiebung des Dampfdruckes im Kältemittel, durch den Druckverlust in den Fluten 222, 224 ist bei optimaler Kanalauslegung zu vernachlässigen. Um eine Gleichverteilung der Temperatur auf der Plattenoberfläche zu realisieren, ist es deshalb notwendig die Fluten 222, 224 mit „kalten" Verdamp- fungszonen direkt neben „warmen" Überhitzungszonen anzuordnen, also Vor- und Rückströmung direkt nebeneinander. Die Temperaturgradlenten in der Platte 220 gleichen sich aus und die Temperatur auf der Plattenoberfläche egalisiert sich, Eine mögliche Flutengestaltung ist in Fig. 2 gezeigt. Hier sind Vor- und Rückströmung 222, 224 unmittelbar nebeneinander angeordnet.

Eine solche Gestaltung äer Stromführung in der Platte 220 führt einen komplexen Anschlussblock mit sich (gezeigt in den Fig. 3a- 3c). Der Einlritt In die Platte 220 erfolgt gemäß dem in FIg, 2 gezeigten Ausführungsbeispiel in einem Punkt 232. Der Punkt 232 sollte möglichst symmetrisch zur Flutenführung 222 angeordnet sein, um eine optimale, gleichmäßige Aufteilung des am Eintritt der Platte 220 zweiphasigen Kältemittels (Dampf und Flüssigkeit) in die einzelnen Fϊutβn 222 in der Platte 220 zu gewährleisten. Ist eine symmetrische Anordnung aus Bauraum- gründen nicht möglich, so sind die Fluten 222, 224 in der Platte 220 in ihrem Querschnitt entsprechend anzupassen. Eine gleichmäßige Aufteilung des Kältemittels ist sehr wichtig für eine gleichmäßige, homogene Temperaturverteilung. ist keine gleichmäßige Verteilung des Kältemittels gegeben, kann dies in unge- wύnschten, Undefinierten Überhitzungszonen resultieren.

Der Austritt des Kältemittels kann bei diesem Piattendesign nun nicht mehr in einem Punkt zusammengefasst werden, ohne dass sich Fluten 224 überschneiden würden. Deshalb weist die Platte 220 mehrere Austrittspunkte 224 des Kältemittels auf, die sich erst im Anschlussblock wieder vereinen.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Flutenanordnung zeigt sich, wenn die Kühlung der Platte 220 nicht kontinuierlich erfolgt, sondern die Kühlung im ON/OFF-Bβtrieb betrieben wird (Taktung). Das Prinzip der Taktung sieht vor, die Batterie so lange nicht zu kühlen bis die Zellen eine bestimmte kritische Tempera- tur erreicht haben. Haben die Zellen die kritische Temperatur erreicht, wird die Kühlung angeschaltet und die Zellen werden gekühlt und zwar solange, bis eine minimale Temperatur erreicht wird, in der Regel lieg! der optimale Temperaturbereich für die Zelle zwischen 30°C und 40 ⁰ C. Die getaktete Einspritzung des Kältemittels ermöglicht es, die Zellen immer in diesem optimalen Temperaturbereich zu halten,

Wird Kältemittel in die „aufgeheizte" Platte 220 eingespritzt, so fängt das Kältemittel zuerst Im Eintrittsbereich an zu verdampfen und zu überhitzen. Die Überhit- zungsfront schiebt sich immer weiter Richtung Plattenaustritt 234, bis ein stationä- rer Zustand erreicht wird. Bis der stationäre Zustand erreicht wird, ist der Temperaturgradient im Kältemittel oftmals größer als 10K. Die Stromführung in der Platte 220 mit Vor- und Rückströmung 222, 224 direkt nebeneinander, ermöglicht es diese hohen Temperaturgradienten auszugleichen und abzumildern. Somit ist ein autarker Betrieb der Batteriekühiung möglich und das Fluiendesign gleicht Terrv peratυrgradieπteπ aus Überhitzungsregelung und/oder getakteter Einspritzung des Kältemittels, in der Plattenoberfläche aus. Die erfind ungsgemäße Batteriekühlplat- te ist für Überhitzungsregelung und Taktung geeignet.

Die Figuren 3a - 3c zeigen unterschiedliche Darstellungen eines Anschlussblockes gemäß einem Aυsföhrungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Anschlussblock ist geeignet, um den in Fig. 2 gezeigten Kühlkörper an den in Flg. 1 gezeigten Kältemitteikreislauf anzuschließen, insbesondere ist der Anschiuss- block ausgebildet, um das einströmende Kältemittel gleichmäßig auf die mehreren Vorströmungsfluten des Kühlkörpers zu verteilen.

Fig. 3a zeigt eine Ansicht des Aπschlussbiockes mit einer Zuführöffnung 342 und einer Abführöffnung 344. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist öer Anschiuss- block quaderförmig ausgebildet unύ die Zuführöffnung 342 und die Abführöffnung 344 sind nebeneinander auf einer Oberfläche des Anschiussblocks angeordnet. Die Zuführöffnung 342 bildet einen Eintritt und die Abführöffnung 344 bildet einen Austritt für das durch den Kühlkörper strömende Kältemittel. Dazu weist der Anschlussblock Kanäle auf, die ausgebildet sind, um die Zuführöffnung 342 mit der Eintrittsöffnung des Kühlkörpers und die Abführöffnung 344 mit den Austrittsöffnungen des Kühlkörpers zu verbinden. Dazu führen gemäß diesem Aυsführungs- belspiei von der Zuführöffnung 342 und der Abführöffnung 344 Jeweils Kanäle senkrecht in den AnschlussbSock hinein. Der mit der Abführöffnung 344 verbun ^¬ dene Kanal ist mit einem weiteren horizontalen Kanal innerhalb des Anschluss- blocks verbunden, um eine Verbindung zu der Mehrzahl öer Austrittsöffnungen des Kühlkörpers herzustellen.

Fig. 3b zeigt eine Draufsicht auf den in Fig, 3a gezeigten Anschlüssblock.

FIg, 3c zeigt einen Querschnitt durch den Anschlussblock entlang der In Fig. 3a gezeigten Schnittlinie A-A. Die Abführöffnung 344 weist in einem dem Kühlkörper zugewandten Bereich eine Ausdehnung des Durchmessers auf. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Kühlung kann zur Kühlung anderer als der beschriebenen Wärmequellen eingesetzt werden. Der Kühlkörper kann in seiner Form an die Wärmequellen angepasst sein. Insbesondere kann eine Oberfläche des Kühlkörpers einer zu kontaktierenden Oberfläche der Wärmequelle nachge ^» bildet sein. Abhängig von der Form des Kühlkörpers kann die Anordnung der Fluten angepasst werden. Dabei wird vorzugsweise eine abwechselnde Anordnung der Vorströmuπgsfluten und Rückströmungsfluten beibehalten. Die Fluten können in einzelne Gruppen zusammengefasst sein. Insbesondere Im Übergangsbereich zwischen zwei Gruppen kann es zu einer Abweichung der abwechselnden Anord- nung kommen, so dass vereinzelt zwei Vorströmυngsfluten oder zwei Rückströmungsfluten nebeneinander angeordnet sein können. Abhängig von den Gegebenheiten kann auch eine abwechselnde Anordnung von beispielsweise jeweils zwei Vofströmungsfiuten und jeweils zwei Rückströmungsfluten möglich sein- Solche Variationen in der abwechselnden Anordnung sind erfindungsgemäß möglich, solange die gewählte abwechselnde Anordnung einen Ausgleich des Temperaturunterschieds zwischen Verdampfungszonen und Überhitzungszonen ermöglicht. Die Eintritts- und Austrlttsöffπungen können an anderen Stellen des Kühlkörpers angeordnet werden und in ihrer Anzahl variiert werden, So können mehr als eine Eintritisöffnung vorgesehen werden oder einzelne Rückströmungsfluten eine ge~ meinsame Austrittsöffnung aufweisen.

Die Fig. 6a bis δf zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiei einer erfindungsgemä- ßen Vorrichtung zur Kühlung einer Wärmequelle eines Kraftfahrzeugs. Gemäß Fig. 8a umfasst der Kühlkörper 220 mehrere Platten, namentlich eine Deckplatte 601 , eine Kanalplatte 802, eine Zwischenplatte 603, eine Durchlassplatte 604 und eine Bodenplatte 605, die übereinander geschichtet und vorzugsweise verlötet sind und somit den Kühlkörper 220 bilden.

Die Platten, die später noch näher beschrieben werden sollen, weisen unter- schiediiche Aussparungen auf, so dass ein Fluid von einer Eintrittsöffnung 232 zu einer Austrittsöffnung 234, die jeweils in der Deckplatte 801 angeordnet ist, führ ^¬ bar ist. Die Aussparunger, werden vorzugsweise durch Stanzen oder Lasern hergestellt. Um aus den einzelnen Platten einen Kühlkörper 220 mit Fluten zu erhalten, werden die Platten in folgender Reihenfolge zusammengesetzt:

Auf die Deckplatte 801 (Fig. 6b) wird die Kanalplatte 602 (Fig. 6c) gesetzt. Die Kanalplatte weist Aussparungen 222 und 223 auf, die die Vor- und Rückströ- mungsfluten ähnlich dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 bilden, Die Höhe der Fluten entspricht somit der Dicke der Kanalplatte 802, Zusätzlich weist die Kanai- piatte noch Öffnungen 632 und 634a auf, um eine fluidische Verbindung zur Deckplatte 601 beziehungsweise Zwischenpiatte 603 herzustellen, Auf die Funktion der Öffnung 834b soll später noch eingegangen werden. Auf die offene Kanalplatte 602 wird nun die Zwischenplatte 603 (Fig. 6d) gestapelt. Durch die Zwischenplatte 603 werden die offenen Fluten in der Kanaipiatte abgedeckt. Die Zwischenplatte weist ferner vier Öffnungen 634c und eine Öffnung 634d auf, die eine fiuidische Verbindung zur Kanalplatte 802 beziehungsweise Durchlassplatte 804 sicherstellen. In der Durchlassplatte 604 (Fig. 6e) werden die Austritte der Fluten 634a der Kanalplatte durch die Fluten 635 in einem Punkt 838 zusammengefasst. Um die Fluten 835 in der Durchlassplatte 604 zu verschließen, wird auf die Durchlassplatte noch eine weitere Bodenplatte 605 (Fig. 8f) gestapelt. Die Bodenplatte weist vorzugsweise die gleiche Größe wie sämtliche anderen Platten auf, kann Je- doch aus Gründen einer Materialersparnis kleiner ausgeführt werden. Zwingend müssen jedoch die Fluten 835 der Durchlassplatte abgedeckt werden.

Ein Fluid strömt daher durch die Eintrittsöffnung 232 der Deckplatte 801 in die Kanalplatte 802, Durch die Fluten 222 und 223 wird das Fluid anschließend zu den Öffnungen 634a geleitet und durch die Öffnungen 634c der Zwischenplatte 603 zur Durchlassplatte 604 geführt. Dort erfährt das Fluid in den Fluten 635 eine Umlenkung zu einem gemeinsamen Austrittspunkt 638. Durch die Öffnungen 634d, 624b und 234 wird das Fluid aus dem Kühlkörper 220 geführt.

Sämtliche Platten bestehen vorzugsweise aus einem gut wärmeleitenden Material, insbesondere Aluminium. Durch die erfindungsgemäße Lösung werden drei Vorteile vereint. Einerseits kön ^¬ nen die Platten sehr kostengünstig hergestellt werden. Eine teure Herstellung von Platten mit gefrästen Fluten kann entfallen,

Durch die Gestaltung der Fluten in verschiedenen Ebenen ist es möglich, dass sich die Fluten einerseits überschneiden, andererseits kann durch die Zusammen- führung der Fluten zu einem Austrittspunkt und somit zυ einer Austrittsöffnung 234, der Anschlussblock 301 sehr einfach gestaltet werden {siehe Fig. 7a).

Da der Eintritt und Austritt in den Kühlkörper in jeweils einem Punkt erfolgt, ist es nicht mehr zwingend notwendig, einen Anschlussblock für die Anschlussrohre auf dem Kühlkörper anzubringen. Die Rohre können auch direkt während des Lötprozesses mit dem Kühlkörper 220 verlötet werden.

Fig. 7b zeigt eine AnschJusssiiuation für ein Anschlussrohr 701 an einem Kühlkörper 220. Das Rohr weist an einem Ende eine Sicke 702 auf, um eine Positionierung des Rohres sicherzustellen und ein zu weites Eindringen in den Kühlkörper 220 zu verhindern. Um eine Verlötung zwischen Rohr und Kühlkörper zu erreichen, wird zwischen dem Rohr und dem Kühlkörper ein Lotring oder Lotblech 703 eingelegt.

In einem weiteren Ausfϋhrungsbθispiel kann die Kanalplatte mehrere Platten mit ^" Stegen in άen Kanälen, die zur Stabilität der Konstruktion dienen, umfassen. Die Kanalhöhe entspricht dann der Gesamthöhe der einzelnen Platten.

Die Figuren 8a bis Se zeigen weitere Ausführungsbeispieie einer erfindungsge- mäßen Vorrichtung zur Kühlung einer Wärmequelle eines Kraftfahrzeugs, im Besonderen ist hierbei ein Ausschnitt 8 eines Kühlkörpers 220 dargestellt, in dem eine besonders homogene Kältemittelverteiiuπg und damit einhergehende Ternpe- raturverteilung an der Oberfläche des Kühlkörpers erreicht wird.

Gemäß Fig. 8a wird eine Vorströmungsflut 222 in eine erste Teilflut 222a und eine zweite Teilflut 222b aufgeteilt. Somit wird ein in der Vorströmungsflut fließendes Kältemittel in die beiden Teil fluten gleichmäßig aufgeteilt. Nicht dargestellt sind in Fig. 8a etwaige Ein- und Austrittsöffnungen.

Anschließend werden die beiden Teüflυten im „U-Flow" geführt, so dass eine ersle Teilflut 222a der Vorströmungsflut eine korrespondierende erste Teilflut 224a einer Rückströmungsfiut und eine zweite Teilflut 222b der Vorströmungsfiut eine korrespondierende zweite Teilflut 224b der Rückströmungsfiut aufweist. Ein Kältemittel strömt daher ausgehend von einer Vorströmungsflut 222 in eine erste Teilfiut 222a und anschließend im Gegenstrom in einer ersten Teilflut 224a der Rückströmungsfiut. Bevorzugt sind hierbei die erste Teiiflut der Vorsirömungsfluf und die erste Teilflut der Rückströmungsfiut gleich fang ausgebildet.

Ferner ist aus Fig. 8a ersichtlich, dass die erste Teilfiut 222a der Vorströmungsfiut unmittelbar benachbart zur zweiten Teilflut 224b der Rückströmungsfiut und die zweite Teilfiut 222b der Vorströmungsfiut unmittelbar benachbart zur ersten Teilflut 224a angeordnet ist. Unter „unmittelbar benachbart" wird erfindungsgemäß verstanden, dass sich zwischen diesen beiden Fluten keine weitere FsUt befindet, so dass eine entsprechend gute wärmeleitende Verbindung zwischen den beiden Fluten besteht,

Eine derartige Anordnung der Vorströmuπgsfluten und Rϋckströmungsfluten in dem Kühlkörper hat prinzipiell zwei entscheidende Vorteile. Erstens wird durch den Ausgleich der Temperaturunterschiede am Eintritt und am Austritt eines Kältemittelstroms eine gleichmäßige Temperaturverteilung im Kühlkörper über die gesamte Länge einer Teilfiυt erreicht, zweitens gleichen sich inhomogene Kälte- mittelströme in den einzelnen Teilfluten zwangsläufig aus. Kommt es beispielsweise in der ersten Teilflut der Vorströmungsfiut zu einem Anstieg des Druckverlustes und somit zu einem verminderten Kältemittelmassenstrom so erhöht sich entsprechend der Kältemittelmassenstrom in der zweiten Teilflut der Vorströ- mungsflut und der korrespondierenden Rückströmungsfiut. Da die erste Teilflut der Vorströmungsfiut und die zweite Teilflut der Rückströmungsflut unmittelbar nebeneinander liegen, kann durch Wärmeleitung beziehungsweise durch einen direkten Wärmeübertrag der beiden Fluten die Minderleistung der ersten Teilflut durch die Mehrleistung der zweiten Teilflut weitgehend kompensiert werden.

Dieses Prinzip ύer Flutentrennung und die damil einhergehende Aufteilung der Kältemittelströme sind beliebig erweiterbar, Beispielsweise zeigt Fig. 8b eine Aufteilung der Vorströmungsflut 222 in vier Teilfluten 222a-222d und damit korrespondierende Teilfiuten 224a~224d der Rückströmungsfiut. Jedoch sind je nach Größe des Kühlkörpers auch weitere Aufteilungen auf 8, 16, 32, 64 oder mehr Fluten nach Art einer Kaskadeπschaltυng denkbar.

Je nach Anwendungsfall kann, wie in den Fig. 8a bis Bd dargestellt der Verzweigungspunkt 9 der Vorströmungsfiut außerhalb, innerhalb oder neben dem Ver- zweigungspυnkt 10 der Rückströmungsfiut angeordnet sein. Alternativ kann in einem weiteren Ausführungsbeispie! gemäß Fig. 8e der Kühlkörper 220 aus einer ersten Kühlkörpereinheit 220a und einer zweiten Kühlkörpereinheit 220b bestehen, wobei die Anzahl der Kühikörpereinheiten, die den Kühlkörper bilden, auch größer sein kann«

Die Ausführungsbeispiele gemäß äen Fig. 8a-8d sind nicht nur für den Einsatz ei- nes Kältemittels, sondern auch für ein Kühlmittel, beispielsweise ein Gemisch aus Wasser und Glykol geeignet.