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Title:
ARRANGEMENT FOR COOLING COMPONENTS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/185426
Kind Code:
A1
Abstract:
An arrangement (1) for cooling at least one electrically operated, heat-generating component (2, 333), in particular for cooling a component (2, 333) of this kind in an electrical high-power converter circuit, comprising a) a cooling arrangement (3, 332) with i) a heat sink (4) composed of a first material, ii) a coolant guide (5) composed of a second material, iii) wherein the coolant guide (5) is arranged in a thermally conductive manner in or on the heat sink (4), b) wherein the cooling arrangement (3) is designed such that the electrically operated component (2, 333) can be arranged in the region of the cooling arrangement (3), in particular on the heat sink (4), c) wherein the second material is designed so as to be electrically insulating and/or resistant to an ionizing liquid, and d) wherein the coolant guide (5) is designed to be connected to an electrolyte reservoir (320) of a redox flow battery (301).

Inventors:
HODAPP, Guido Dieter (Hinterheuweiler 27, Heuweiler, 79194, DE)
LODHOLZ, Roland (Schmiedegaessle 3, Ebringen, 79285, DE)
SCHLEIF, Jana (Elzstrasse 28/1, Gutach im Breisgau, 79261, DE)
Application Number:
EP2019/056999
Publication Date:
October 03, 2019
Filing Date:
March 20, 2019
Export Citation:
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Assignee:
TRUMPF HÜTTINGER GMBH + CO. KG (Bötzinger Strasse 80, Freiburg, 79111, DE)
International Classes:
H05K7/20; B60L58/27; H01M10/615
Foreign References:
EP0234021A11987-09-02
JP2013037776A2013-02-21
US20130011702A12013-01-10
EP2535973A12012-12-19
DE967450C1957-11-14
DE102014212833A12016-01-07
DE102017218225A12019-04-18
Attorney, Agent or Firm:
TRUMPF PATENTABTEILUNG (TRUMPF GmbH & Co. KG, TH501 Patente und LizenzenJohann-Maus-Strasse 2, Ditzingen, 71254, DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. Anordnung (1) zum Kühlen von zumindest einem elektrisch betriebenen Wärme erzeugenden Bauteil (2,333), insbesondere zum Kühlen eines sol- chen Bauteils (2,333) in einer elektrischen Hochleistungs-Wandler-Schal- tung, mit a. Einer Kühlanordnung (3,332) mit

i. Einem Kühlkörper (4) aus einem ersten Material

ii. Einer Kühlmittelführung (5) aus einem zweiten Material, iii. Wobei die Kühlmittelführung (5) Wärme leitend in oder an dem Kühlkörper (4) angeordnet ist, b. Wobei die Kühlanordnung (3) ausgelegt ist, dass das elektrisch be- triebene Bauteil (2,333) im Bereich der Kühlanordnung (3), insbeson- dere am Kühlkörper (4), angeordnet werden kann, c. Wobei das zweite Material elektrisch isolierend und/oder beständig gegen eine ionisierende Flüssigkeit ausgebildet ist, d. dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlmittelführung (5) ausgelegt ist, an einen Elektrolytspeicher (320) einer Redox-Flow-Batterie (301) angeschlossen zu werden.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Ma- terial aus Kunststoff, insbesondere einem Polymer, vorzugsweise aus PTFE, ausgebildet ist oder einen Kunststoff, insbesondere ein Polymer, vorzugs- weise PTFE, aufweist.

3. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass das zweite Material aus Keramik ausgebildet ist oder eine Keramik aufweist.

4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass das zweite Material Graphit und/oder ein Nitrid, insbesondere Bornitrid, aufweist.

5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Kühlmittelführung (5) als Schlauch ausgebildet ist.

6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Kühlmittelführung (5) eine Wandstärke kleiner 1 mm, vorzugsweise kleiner 0,5 mm aufweist.

7. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Anordnung das elektrisch betriebene Bauteil (2,333) auf- weist, das an dem Kühlkörper (4) in wärmeleitendem Kontakt angeordnet ist.

8. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass das elektrisch betriebene Bauteil (2) an dem Kühlkörper (4) befestigt, insbesondere mit diesem verschraubt, geklammert, geklemmt, in den Kühlkörper eingebettet und/oder von diesem umschlossen ist.

9. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass der Kühlkörper (4) zum überwiegenden Teil aus einem elektrisch leitenden Material ausgebildet ist.

10. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass der Kühlkörper (4) zum überwiegenden Teil aus Metall, ins- besondere Aluminium und/oder Kupfer, ausgebildet ist.

11. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass der Kühlkörper eine Ausnehmung (6) aufweist und die Kühl- mittelführung (5) mittels einer Presspassung in der Ausnehmung (6) ange- ordnet ist.

12. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass zumindest bereichsweise zwischen der Kühlmittelführung (5) und dem Kühlkörper (4) eine Wärmeleitpaste vorgesehen ist.

13. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Kühlmittelführung (5) in den Kühlkörper (4) eingegossen ist.

14. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Anordnung ein hermetisches Gehäuse (10) aufweist, wo bei die Kühlanordnung (3) in dem Gehäuse (10) angeordnet ist.

15. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass der Kühlkörper (4) zwei Kühlplatten (4a, 4b) umfasst, wobei die Kühlmittelführung (5) zwischen den Kühlplatten angeordnet ist.

16. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Kühlmittelführung (5) an einen Elektrolytspeicher (320) einer Redox-Flow-Batterie (301) angeschlossen ist.

17. Redox-Flow-Batterie (301) mit einer Anordnung (1) nach einem der vorher- gehenden Ansprüche, wobei die Kühlmittelführung (5) an einen Elektrolyt- speicher (320) der Redox-Flow-Batterie angeschlossen ist.

18. Verfahren zur Herstellung einer Anordnung (1) nach einem der vorherge- henden Ansprüche, mit den Verfahrensschritten : a. Anordnen eines zu kühlenden elektrisch betreibbaren Bauteils (2,333) an einem Kühlkörper (4),

b. Anordnen einer Kühlmittelführung (5) aus einem elektrisch isolieren- den und/oder gegen eine ionisierende Flüssigkeit beständigen Mate- rial in oder an dem Kühlkörper (4)

c. Vorsehen eines Anschlusses an die Kühlmittelführung (5) zum An- schluss an einen Elektrolytspeicher (320) einer Redox-Flow-Batterie (301).

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlmittel- führung (5) in eine Ausnehmung (6) des Kühlkörpers (4) eingepresst wird. 20. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlmittel- führung (5) in den Kühlkörper (4) eingegossen wird.

21. Verwendung eines Elektrolyts eines elektrochemischen Speichers, insbeson- dere einer Redox-Flow-Batterie (301), als Kühlmittel in einer Anordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 16.

Description:
Anordnung zum Kühlen von Bauteilen

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Kühlen von zumindest einem elektrisch betriebenen wärmeerzeugenden Bauteil, insbesondere zum Kühlen eines solchen Bauteils in einer elektrischen Hochleistungswandlerschaltung. Die Verlustwärme von elektronischen bzw. elektromechanischen Bauteilen muss häufig abgeführt werden, um ein Überhitzen der entsprechenden Bauteile zu ver- hindern. Hierbei ist es bekannt, Kühlplatten zum Kühlen dieser Bauteile einzuset- zen. Ein Kühlmittelkanal kann in eine Kühlplatte eingebettet sein und von einem Kühlmittel durchströmt werden. Die Wärme von elektrischen Bauteilen muss über den Kühlkörper in die Kühlflüssigkeit übertragen werden. Häufig werden Materia- lien mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit eingesetzt, beispielsweise Kupfer. Eine Kühlplatte vollständig aus Kupfer herzustellen, führt dazu, dass die Kühlplatte sehr teuer und schwer wird. Es sind Ansätze bekannt, bei denen Kupferelemente in ein Material mit schlechterer Wärmeleitfähigkeit eingebettet werden. Beispielsweise ist es bekannt, Kupferelemente in Aluminiumplatten einzubetten. In der Regel wer- den sowohl Kupferelemente als auch Aluminiumelemente an den Kühlkanal ange- schlossen bzw. fließt Kühlmittel sowohl durch die Kupferelemente als auch durch die Aluminiumplatten. Es kann dabei schwierig sein, ein geeignetes Kühlmittel zu finden, um in beiden Materialien eine Korrosion gering zu halten. Die nicht veröf- fentlichte Patentanmeldung DE 10 2017 218 225.3 schlägt vor, als Material für den Kühlmittelkanal Edelstahl zu verwenden, so dass auch korrosive Kühlmittel eingesetzt werden können.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Anordnung zum Kühlen bereitzu- stellen, die mit unterschiedlichsten Kühlmitteln gekühlt werden kann.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch eine Anordnung zum Kühlen von zumindest einem elektrisch betriebenen wärmeerzeugenden Bauteil, insbe- sondere zum Kühlen eines solchen Bauteils in einer elektrischen Hochleistungs- wandlerschaltung, mit a) einer Kühlanordnung mit i) einem Kühlkörper aus einem ersten Material,

ii) einer Kühlmittelführung aus einem zweiten Material,

iii) wobei die Kühlmittelführung wärmeleitend in oder an dem Kühlkörper angeordnet ist, b) wobei die Kühlanordnung ausgelegt ist, dass das elektrisch betriebene Bau- teil im Bereich der Kühlanordnung, insbesondere am Kühlkörper, angeord- net werden kann, c) wobei das zweite Material elektrisch isolierend und/oder beständig gegen eine ionisierende Flüssigkeit ausgebildet ist, d) wobei die Kühlmittelführung ausgelegt ist, an einen Elektrolytspeicher einer Redox-Flow-Batterie angeschlossen zu werden. Mit einer solchen Anordnung, insbesondere wenn ein elektrisch isolierend ausge- bildetes zweites Material für die Kühlmittelführung vorgesehen ist, besteht eine sehr große Auswahl an Materialien, die gegen unterschiedlichste Kühlmittel resis- tent sind. Insbesondere besteht nicht die Gefahr, dass eine Korrosion aufgrund eines korrosiven Kühlmittels erfolgt.

Ein elektrisch isolierendes Material weist einen sehr hohen elektrischen Widerstand auf. Dieser Widerstand kann beispielsweise größer als 1 MW (Megaohm), insbe- sondere größer als 10 MW, sein. Das zweite Material für die Kühlmittelführung kann dazu einen sehr hohen spezifischen Widerstand aufweisen, insbesondere > 1 MWOGTI, besonders bevorzugt > 10 MWOGTI, besonders bevorzugt > 100 MWOGTI .

Als wärmeerzeugende Bauteile können beispielsweise Halbleiterbauelemente, schaltende oder verstärkende Elemente, Transistoren, Widerstände, Transforma- toren, hohe Ströme führende Leiterbahnen, insbesondere Wechselstrom mit Fre- quenzen größer 10 kHz führende Leiterbahnen etc. in Frage kommen. Insbeson- dere bei hohe Ströme führenden Leiterbahnen kann es durch Induktion zu einer hohen Hitzeentwicklung kommen. Eine Hochleistungswandlerschaltung im Sinne der Erfindung ist eine Schaltung, die ausgelegt ist, Leistung größer oder gleich 1 kW, insbesondere größer oder gleich 10 kW, vorzugsweise größer oder gleich 50 kW zu wandeln.

Wandeln bedeutet, dass eine Spannung oder ein Strom hoch oder tief gesetzt wird. Außerdem kann Wandeln bedeuten, dass die Frequenz der Spannung oder des Stroms von Gleichstrom bis zur Hochfrequenz verändert wird. Beispiele für Hoch- leistungswandlerschaltungen sind Leistungswandler zum Laden und Entladen von Batterien, insbesondere Flussbatterien, vorzugsweise Redox-Flow-Batterien. Au- ßerdem kann es sich um Leistungswandler zum Einspeisen von Strom in das Stromversorgungsnetz handeln. Weiterhin können Hochleistungswandlerschaltun- gen Leistungsgeneratoren zum Erzeugen von Wärme, Plasma, Laser oder zum Gal- vanisieren sein. Bei Hochleistungswandlerschaltungen ist eine Kühlung mit Kühlmittel aufgrund der hohen Leistung häufig unerlässlich. Auch die mit den Hochleistungswandlerschal- tungen betriebenen Anwendungen benötigen häufig eine Kühlmittelkühlung. Eine Kombination der beiden Kühlsysteme kann Probleme verursachen, wenn das Kühl- mittel elektrisch leitfähig ist. Ein Stromfluss von der Anwendung zur Hochleis- tungswandlerschaltung kann zu Störungen führen. Diese Störungen werden mit der erfindungsgemäßen Anordnung vermieden. Solche elektrischen Ströme kön- nen nicht nur zu elektrischen Störungen führen, sondern auch zu einer erhöhten Korrosion durch den elektrischen Strom führen. Eine Beschränkung auf elektrisch nicht oder schlecht leitfähige Kühlflüssigkeiten ist häufig nicht zu realisieren oder sehr unerwünscht. Mit einer Kühlmittelführung aus elektrisch nicht leitendem Ma- terial kann auch diese Korrosion unterdrückt werden.

Die erfindungsgemäße Kühlanordnung umfasst einen aus mehreren Materialien aufgebauten Körper, der geeignet ist, Wärme von in seiner Nähe oder direkt an ihm angeordneten elektrisch betriebenen Bauteilen und/oder an ihm vorbeiströ- mender Umgebungsluft abzuführen. Dazu weist die Kühlanordnung einen Kühlkör- per und eine Kühlmittelführung auf. Die Wärme kann an das Kühlmittel, das in der Kühlmittelführung fließt, abgeführt werden. Der Kühlkörper und die Kühlmittelfüh- rung stehen dazu in Wärme leitender Verbindung. Dies bedeutet, dass Wärme, die beispielsweise ein Wärme erzeugendes Bauteil oder die Umgebungsluft an den Kühlkörper abgibt, weiter abgeleitet wird an die Kühlmittelführung und dann wei- tergeleitet werden kann an ein Kühlmittel, das die Kühlmittelführung durchströmt. Bisher bestanden Vorbehalte, elektrisch nicht leitfähige Materialen für eine Kühl- mittelführung einzusetzen, da es nur sehr wenige elektrisch nicht leitfähige Mate- rialien gibt, die einen geringen Wärmewiderstand aufweisen, also in der Lage sind, ausreichend Wärme zu transportieren. Häufig sind solche Materialien auch sehr schwer zu verarbeiten, insbesondere ist es schwierig, diese in einen guten Wärme leitenden Kontakt mit dem Kühlkörper zu bringen, insbesondere zu verbinden. Durch die Verwendung eines elektrisch isolierenden Materials können zusätzlich Undichtigkeiten aufgrund von Korrosion vermieden werden. Das zweite Materiale kann beständig gegen eine ionisierende Flüssigkeit ausgebil- det sein. Ionisierende Flüssigkeiten sind beispielsweise eine salzhaltige Lösung, eine Lauge, ein Elektrolyt einer Flussbatterie, insbesondere einer Redox-Flow-Bat- terie, insbesondere einer Vanadium-Redox-Flow-Batterie, eine Säure, insbeson- dere eine Schwefelsäure, insbesondere mit einer mindestens 30%igen Konzentra- tion Schwefelsäure, und ein Salzsäuregemisch, insbesondere mit einer mindestens 30%igen Konzentration von Salzsäure.

Das zweite Material kann aus Kunststoff, insbesondere einem Polymer, vorzugs- weise aus PTFE (Polytetrafluorethylen) ausgebildet sein oder einen Kunststoff, ins- besondere ein Polymer, vorzugsweise PTFE, aufweisen. Ein solches Material ist be- ständig gegen eine ionisierende Flüssigkeit und somit besonders geeignet, bei ei- ner erfindungsgemäßen Anordnung eingesetzt zu werden. Alternativ oder zusätzlich kann das zweite Material aus Keramik ausgebildet sein oder eine Keramik aufweisen. Auch ein solches Material ist besonders beständig gegen ionisierende Flüssigkeiten.

Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass das zweite Material Graphit und/oder ein Nitrid, insbesondere Bornitrid, aufweist. Auch durch ein solches Ma- terial kann eine hohe Beständigkeit gegen ionisierende Flüssigkeiten erreicht wer- den.

Die Kühlmittelführung kann als Schlauch ausgebildet sein. Dadurch kann die Kühl- mittelführung flexibel verlegt werden. Außerdem kann sie gut in entsprechende Ausnehmungen des Kühlkörpers eingelegt werden.

Die Kühlmittelführung kann eine Wandstärke kleiner 1 mm, vorzugsweise klei- ner 0,5 mm aufweisen. Bei einer so geringen Wandstärke können Kühlmittelfüh- rungen aus einem Material verwendet werden, das eine relativ schlechte Wärme- leitfähigkeit aufweist. Aufgrund der dünnen Wandstärke ist trotzdem ein hinrei- chend guter Wärmeübergang vom Kühlkörper in die Kühlmittelführung bzw. zum Kühlmittel, welches in der Kühlmittelführung geführt wird, möglich. Die Anordnung kann das elektrisch betriebene Bauteil aufweisen, das an dem Kühl- körper in Wärme leitendem Kontakt angeordnet ist. Ein besonders guter Wärme leitender Kontakt kann erreicht werden, wenn das elektrisch betriebene Bauteil an dem Kühlkörper befestigt, insbesondere mit die- sem verschraubt, geklammert, geklemmt, in den Kühlkörper eingebettet und/oder von diesem umschlossen ist. Der Kühlkörper kann zum überwiegenden Teil aus einem elektrisch leitenden Ma- terial ausgebildet sein. Der Begriff„überwiegender Teil" bedeutet, dass mehr als 50 % seines Leergewichts (ohne Kühlflüssigkeit) oder mehr als 50 % seines Volu- mens aus einem elektrisch leitenden Material ausgebildet ist. Der Kühlkörper kann zum überwiegenden Teil aus Metall, insbesondere Aluminium und/oder Kupfer, ausgebildet sein. Durch diese Materialien kann eine besonders gute Wärmeleitung hin zur Kühlmittelführung erreicht werden.

Der Kühlkörper kann eine Ausnehmung aufweisen und die Kühlmittelführung kann mittels einer Presspassung in der Ausnehmung angeordnet sein. Durch eine Presspas- sung erfolgt ein großflächiger Kontakt der Kühlmittelführung zum Kühlkörper, so dass auf weitere Wärme leitende Medien zwischen Kühlmittelführung und Kühlkörper ver- zichtet werden kann. Insbesondere kann auf eine Wärmeleitpaste verzichtet werden. Außerdem sind keine weiteren Befestigungsmittel notwendig, da die Kühlmittelfüh- rung aufgrund der Presspassung sicher am Kühlkörper gehalten ist.

Zumindest bereichsweise kann zwischen der Kühlmittelführung und dem Kühlkör- per eine Wärmeleitpaste vorgesehen sein. Dadurch kann der Wärmeübergang vom Kühlkörper zur Kühlmittelführung verbessert werden. Die Kühlmittelführung kann in den Kühlkörper eingeschrumpft werden. Einschrumpfen ist ein technisches Ver- fahren zum kraftschlüssigen Verbinden von zwei Teilen, dem das Prinzip der Wär- meausdehnung zu Grunde liegt. Es wird die Eigenschaft ausgenutzt, dass sich Stoffe mit zunehmender Wärme ausdehnen. Die miteinander zu verbindenden Teile werden mit einer Übermaßpassung gefertigt. Beide Teile können bei gleicher Temperatur nicht oder nur unter großer Krafteinwirkung miteinander verbunden oder miteinander getrennt werden. Wird das äußere Teil, also z. B. der Kühlkörper, auf eine höhere Temperatur als das innere Teil, also z. B. die Kühlmittelführung, gebracht, was zur Ausdehnung des äußeren Teils führt und anschließend auf das zu umschließende innere Teil gezogen, schrumpft es beim Erkalten wieder und presst sich so dem inneren Teil auf und bleibt dadurch mit diesem verbunden. Das gegenteilige Verfahren ist das so genannte Kalt- oder Eindehnen. Beide Verfahren können miteinander kombiniert werden. Beispielsweise kann ein Keramikrohr als Kühlmittelführung in einen Aluminiumkörper auf diese Art und Weise eingebracht werden.

Die Anordnung kann ein hermetisches Gehäuse aufweisen, wobei die Kühlanord- nung in dem Gehäuse angeordnet ist. Beispielsweise kann die Kühlanordnung ein Blechgehäuse aufweisen. Durch ein hermetisches Gehäuse, d. h. ein luftdicht ab- geschlossenes Gehäuse, kann verhindert werden, dass aggressive Umgebungsluft in das Gehäuse und somit an die Kühlanordnung gelangt.

Der Kühlkörper kann zwei Kühlplatten umfassen, wobei die Kühlmittelführung zwi- sehen den Kühlplatten angeordnet ist. Dadurch kann der Kühlkörper besonders einfach hergestellt werden bzw. die Kühlmittelführung in den Kühlkörper eingebet- tet werden.

Die Kühlmittelführung kann an einen Elektrolytspeicher einer Redox-Flow-Batterie angeschlossen sein. Somit kann der Elektrolyt der Redox-Flow-Batterie als Kühl- mittel verwendet werden.

In den Rahmen der Erfindung fällt außerdem eine Redox-Flow-Batterie mit einer erfindungsgemäßen Anordnung, wobei die Kühlmittelführung an einen Elektrolyt- Speicher der Redox-Flow-Batterie angeschlossen ist. Somit können elektronische Bauteile, beispielsweise eines Hochleistungswandlers der Redox-Flow-Batterie, auf einem Kühlkörper angeordnet werden und mit dem Elektrolyt des Elektrolytspei- chers der Redox-Flow-Batterie gekühlt werden. In den Rahmen der Erfindung fällt außerdem ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung mit den Verfahrensschritten : - Anordnen eines zu kühlenden elektrisch betreibbaren Bauteils an einem

Kühlkörper,

- Anordnen einer Kühlmittelführung aus einem elektrisch isolierenden und/o- der gegen eine ionisierende Flüssigkeit beständigen Material in oder an dem Kühlkörper,

- Vorsehen eines Anschlusses an die Kühlmittelführung zum Anschluss an ei- nen Elektrolytspeicher einer Redox-Flow-Batterie.

Eine so hergestellte Anordnung ist geeignet, mit einem hochkorrosiven Kühlmittel, insbesondere einer ionisierenden Flüssigkeit, gekühlt zu werden.

Die Kühlmittelführung kann in eine Ausnehmung des Kühlkörpers eingepresst wer- den. Dadurch kann die Kühlmittelführung auf besonders einfache Art und Weise mit dem Kühlkörper verbunden werden. Zusätzliche Befestigungsmittel sind nicht notwendig.

Die Kühlmittelführung kann in den Kühlkörper eingegossen oder eingeschrumpft werden. Eine Ausnehmung kann in dem Kühlkörper mechanisch oder chemisch, beispielsweise durch Fräsen oder Ätzen, erzeugt werden. In diese Ausnehmung kann die Kühlmittelführung eingebracht werden.

Weiterhin fällt in den Rahmen der Erfindung die Verwendung eines Elektrolyts ei- nes elektrochemischen Speichers, insbesondere einer Redox-Flow-Batterie, als Kühlmittel in einer erfindungsgemäßen Anordnung. Flow-Batterien, insbesondere Redox-Flow-Batterien, besonders bevorzugt Vanadium-Redox-Flow-Batterien, können das Elektrolyt, in dem die Energie gespeichert wird, und das von einem Tank zu den Batteriezellen gepumpt wird, als Kühlmittel verwenden. Dieser Elekt- rolyt besteht häufig aus einer sauren Lösung, die Materialien, mit denen es in Be- rührung kommt, chemisch zersetzen kann. Dies gilt insbesondere für Metalle aller Art. Diese sind besonders korrosionsgefährdet. Ganz besonders gefährdet sind An- schlüsse von unterschiedlichen Metallen. Eine Korrosionsgefährdung liegt auch bei gleichen Metallen vor, wenn die Verbindung zwischen diesen mit einem weiteren Metall erfolgt, wie z. B. Löten mit Zinn, Zink, Blei von Kupferrohren oder Kupfer- kühlelementen.

Ein Aspekt der Erfindung betrifft deswegen auch die Verwendung eines Elektrolyts eines elektrochemischen Speichers, insbesondere einer Flow-Batterie, als Kühlme- dium in einer oben beschriebenen Anordnung.

Das Elektrolyt einer Redox-Flow-Batterie besteht aus in einem Lösungsmittel ge- lösten Salzen. Die Zusammensetzung des Elektrolyts, genauer die Konzentration, bestimmt maßgeblich mit der Zellenspannung die Energiedichte der Redox-Flow- Batterie. Als Lösungsmittel werden häufig entweder anorganische oder organische Säuren verwendet. Die Lösungsmittel können sehr aggressiv sein. Häufig weisen sie Schwefelsäure oder Salzsäure auf oder ein Gemisch aus zumindest diesen bei- den Bestandteilen. In anderen Systemen, wie der polymerbasierten Batterie, kön- nen auch einfache Kochsalzlösungen eingesetzt werden. Als verwendbare Redox- Paare kommen unter anderem Vanadium (V)-Oxid (im Vanadium-Redox-Akkumu- lator) oder Natriumbromid (im Natriumbromid-Redox-Akkumulator) in Kombination mit weiteren chemischen Verbindungen zur Anwendung.

Die Verwendung einer nicht-metallischen Kühlmittelführung kann Korrosion durch das Elektrolyt verhindern oder zumindest reduzieren. Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigt, sowie aus den Ansprüchen. Die dort gezeigten Merkmale sind nicht notwendig maßstäblich zu verstehen und derart dargestellt, dass die erfindungsgemäßen Besonderheiten deutlich sichtbar gemacht werden können. Die verschiedenen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen bei Varianten der Erfindung verwirklicht sein. In der schematischen Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung darge- stellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Es zeigen :

Fig. 1 eine stark schematisierte Ansicht einer Anordnung zum Kühlen von elektrisch betriebenen Wärme erzeugenden Bauteilen;

Fig. 2 schematisiert ein Redox-Flow-Batteriesystem.

Die Fig. 1 zeigt eine Anordnung 1 zum Kühlen von zumindest einem elektrisch be- triebenen Wärme erzeugenden Bauteil 2. Die Anordnung 1 weist eine Kühlanord- nung 3 auf, mit einem Kühlkörper 4 aus einem ersten Material und einer Kühlmit- telführung 5 aus einem zweiten Material. Die Kühlmittelführung 5 ist Wärme lei- tend an, insbesondere abschnittsweise in, dem Kühlkörper 4 angeordnet. Die Kühl- mittelführung 5 ist aus einem elektrisch isolierenden Material und / oder einem Material, das beständig gegen eine ionisierende Flüssigkeit ist, ausgebildet. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Kühlmittelführung 5 in einer Ausnehmung 6 des Kühlkörpers 4 angeordnet.

Der Kühlkörper 4 weist im Ausführungsbeispiel zwei Kühlplatten 4a, 4b auf, wobei die Kühlmittelführung 5 zwischen den Kühlplatten 4a, 4b angeordnet ist. Dazu können eine oder beide Kühlplatten 4a, 4b jeweils eine Ausnehmung 6 aufweisen. Die Kühlplatten 4a, 4b können miteinander verbunden, insbesondere geklemmt, geschweißt, gelötet, genietet oder verschraubt, sein.

Die Kühlmittelführung 5 kann, insbesondere, wenn sie aus Kunststoff ausgebildet ist, als Schlauch ausgebildet sein. Sie kann mittels einer Presspassung in der Aus- nehmung 6 angeordnet sein.

Die Kühlmittelführung 5 kann als Kunststoffkompositrohr, insbesondere aus 20 % PP (Polypropylen) und 80 % Graphit ausgebildet sein. Die Kühlmittelführung 5 kann mit Spiel in der Ausnehmung 6 angeordnet sein, wo bei der Zwischenraum zwischen Kühlmittelführung 5 und Ausnehmung 6 mit einer Wärmeleitpaste gefüllt sein kann. Die Kühlmittelführung 5 kann beispielsweise aus Keramik ausgebildet sein, und/o- der insbesondere rohrförmig ausgebildet sein. Die Kühlmittelführung 5 kann, ins- besondere dann, in die Aufnahme 6 eingegossen sein.

Die Anordnung 1 kann ein Gehäuse 10 aufweisen, wobei die Kühlanordnung 3 im Gehäuse 10 angeordnet ist. Das Gehäuse 10 kann hermetisch abgeschlossen sein, so dass keine Umgebungsluft, insbesondere keine korrosive Umgebungsluft, in den Bereich der Kühlanordnung 3 gelangen kann und dort die verwendeten Materialien beschädigen kann. Als Material für den Kühlkörper 4 kann beispielsweise Aluminium und/oder Kupfer zum Einsatz kommen.

Figur 2 zeigt ein Redox-Flow-Batteriesystem 301 mit hier einem bidirektionalen Wechselrichter 302. Der bidirektionale Wechselrichter 302 umfasst einen AC/DC- Wandler 303, der mit einem Netzanschluss 304 des Wechselrichters 302 verbun- den ist. An den AC/DC-Wandler 303 sind im gezeigten Ausführungsbeispiel drei DC/DC-Wandler 305 bis 307, die als Hochleistungswandlerschaltung ausgebildet sind oder eine solche aufweisen, angeschlossen, die jeweils an einen Batteriean- schluss 308 bis 310 des Wechselrichters 302 angeschlossen sind. An die Batterie- anschlüsse 308 bis 310 ist jeweils eine Batterie 311 bis 313 angeschlossen. Die Batterien 311 bis 313 können tatsächlich als Stacks, bestehend aus mehreren Flow-Batterie-Zellen, ausgebildet sein. An den Batterieanschlüssen 308 bis 310 sind jeweils erste Messeinrichtungen 314 bis 316 angeordnet, mit denen die Span- nung an den Batterieanschlüssen 308 bis 310 überwacht bzw. erfasst werden kann. Dadurch wird gleichzeitig die Spannung an den Batterien 311 bis 313 über- wacht. Damit kann dann auch der Ladezustand ermittelt werden. Die ersten Mes- seinrichtungen 314 bis 316 sind mit einer Steuerung 317 signaltechnisch verbun- den. Die Steuerung 317 ist weiterhin signaltechnisch mit dem AC/DC-Wandler 303 und den DC/DC-Wandlern 305 bis 307 verbunden. Die Steuerung 317 wird durch eine Hilfsstromversorgung 318 mit Leistung versorgt. Die Stromversorgung 318 ist im Ausführungsbeispiel mit dem Netzanschluss 304 verbunden. Ein oder mehrere bidirektionale Wechselrichter 302, ein oder mehrere AC/DC- Wandler 303 und/oder ein oder mehrere DC/DC-Wandlern 305 bis 307 können alle allein für sich oder in Kombination jeweils ein Stromwandler sein.

Weiterhin weist jeder Batterieanschluss 308, 309, 310 eine zweite Messeinrichtung 330 auf, die zur Strommessung am Batterieanschluss 308, 309, 310 dient. In der Fig. 3 ist nur exemplarisch eine zweite Messeinrichtung 330 für den Batteriean- schluss 308 eingezeichnet. Die Batterieanschlüsse 309, 310 weißen jedoch eben- falls entsprechende zweite Messeinrichtungen auf. Das Redox-Flow-Batteriesystem 301 umfasst Elektrolyt-Tanks 320, 321. Pumpen 322, 323 können Elektrolyt aus den Elektrolyt-Tanks 320, 321 zu den Batterien 311 bis 313 pumpen. Hierfür ist ein entsprechendes Leitungssystem vorgesehen. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist - um die Übersichtlichkeit zu wahren - nur das Leitungssystem gezeigt, mit dem die Batterie 311 versorgt wird. Weiterhin ist eine Messzelle 324 gezeigt, die zur Ladezustandsüberwachung dienen kann.

Das Redox-Flow-Batteriesystem 301 weist weiterhin eine übergeordnete Steue- rung 325 auf, mit der nicht nur der Wechselrichter 302, sondern auch beispiels- weise die Pumpen 322, 323 gesteuert werden können. Die übergeordnete Steue- rung 325 könnte auch im Wechselrichter 303 angeordnet sein. Insbesondere könnte sie in der Steuerung 317 angeordnet sein. Alternativ wäre es denkbar, die Steuerung 317 in die übergeordnete Steuerung 325 zu integrieren.

Das Elektrolyt wird hier auch mittels der Kühlmittelführung durch die Kühlanord- nung 332 geführt. An der Kühlanordnung 332 können zu kühlende elektrische oder elektronische Bauteile 333 angeordnet sein. Sie kann im Stromwandler also hier im bidirektionalen Wechselrichter 302 angeordnet sein. Genauer kann sie in einem oder mehreren der DC/DC-Wandler 305 bis 307 und/oder im AC/DC-Wandler 303 angeordnet sein.

So kann das Elektrolyt zum Kühlen verwendet werden. So kann das Elektrolyt zu- gleich auf eine Temperatur vorgewärmt werden, die zur Umwandlung der chemi- schen Energie in elektrische Energie besonders gut geeignet ist. So kann der Wir- kungsgrad verbessert werden. Ein Bypass 334 mit einer temperaturgesteuerten Strömungsregelungsanordnung 335 kann dafür sorgen, das bei unterschiedlichen Temperaturen des Elektrolyts und bei unterschiedlichen Wärmeentwicklungen in dem Stromwandler das Elektrolyt stets in einem Bereich gehalten wird, in dem eine energieeffiziente Umwandlung erfolgen kann.