DaimlerChrysler AG

Wärmetauscher mit tiefgezogenen Wärmetauscher-Platten

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauscher-Rohrbündels für Wärmetauscher von elektrochemischen Energiespeichern, ein dazu alternatives Verfahren, eine Pressschweißvorrichtung zur Durchführung einer Variante der Verfahren, ein Wärmetauscher-Rohrbündel erhältlich nach den Verfahren, ein Wärmetauscher-Modul mit einem derartigen Wärmetauscher-Rohrbündel, einen Wärmetauscher mit zwei oder mehr derartigen Wärmetauscher- Modulen, einen elektrochemischen Energiespeicher mit einem derartigen Wärmetauscher sowie eine Verwendung für einen derartigen elektrochemischen Energiespeicher. Diese Gegenstände sind auf dem Gebiet der Herstellung und der Verwendung elektrochemischer Energiespeicher gewerblich einsetzbar .

Moderne elektrochemische Hochleistungsenergiespeicher (kurz: Hochleistungsbatterien), wie z.B. Nickelmetallhydrid- Batterien und Lithiumionen-Batterien, erfordern nicht nur ein ausgefeiltes Batteriemanagement, sondern auch eine effiziente Temperierung der einzelnen elektrochemischen Speicherzellen (kurz: Einzelzellen), um eine möglichst gute Leistung des elektrochemischen Energiespeichers zu gewährleisten und Schäden an ihm zu verhindern.

Ein derartiger elektrochemischer Energiespeicher geht aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2004 005 394 Al hervor. Der elektrochemische Energiespeicher weist Wärmetauscher- Module (dort Wärmeaustauschereinheiten genannt) auf, zwischen dessen Wärmetauscher-Rohrbündeln (dort Wärmeaustauscherkanäle genannt) mehrere Einzelzellen jeweils in wenigstens zwei benachbarten Reihen nebeneinander angeordnet werden können. Die Wärmetauscher-Module, Wärmetauscher-Rohrbündel sowie VorlaufVerteiler- und Rücklaufsammelrohre (dort Umströmungs- Verteilerkanäle genannt) usw. sind von einem Temperiermedium durchströmbar .

Die Wärmetauscher-Rohrbündel werden dabei üblicherweise aus spritzgegossenen Kunststoffplatten mit wellenförmigem Profil hergestellt, in die Wärmetauscher-Kanäle eingefräst werden, wobei benachbarte Wärmetauscher-Kanäle jeweils durch Stege aus beim Fräsen nicht entferntem Material voneinander bzw. von der Umgebung getrennt sind. Zwei gefräste Platten werden dann so übereinander angeordnet, dass Fräsung über Fräsung und Steg an Steg zu liegen kommen. Anschließend werden die Platten im Bereich der aneinander anliegenden Stege durch Laserschweißen zusammengefügt.

Dieses Verfahren ist mit einer Reihe von Nachteilen behaftet. So lassen sich z.B. spritzgegossene Kunststoffplatten nur schwer in eine Serienproduktion integrieren. Außerdem ist das Fräsen der gewellten Kunststoffplatten aufwändig und führt zu einer hohen Ausschussquote, die unter ungünstigen Umständen bis zu 40 % betragen kann. Ferner ist das Laserschweißen wegen des wellenförmigen Profils der spritzgegossenen Kunststoffplatten ebenfalls aufwändig und fehleranfällig. So reicht beispielsweise eine nur geringfügige Abweichung der Kunststoffplatten von dem idealen Wellenprofil aus, um Schweißfehler zu verursachen, durch die die Wärmetauscher-

Rohre gegeneinander oder die Wärmetauscher-Rohrbündel gegenüber ihrer Umgebung undicht werden. Darüber hinaus sind die zusammengefügten Wärmetauscher-Rohrbündel durch die beim Fräsen stehen gebliebenen Stege zwar einerseits gegenüber nach innen gerichteten Druckkräften sehr stabil, andererseits aber auch sehr inflexibel. Dadurch müssen Wärmetauscher- Rohrbündel und Einzelzellen mit verhältnismäßig hoher Kraft aneinander gedrückt werden, um einen möglichst guten wärmeleitenden, d.h. insbesondere spaltfreien bzw. formschlüssigen, Kontakt zwischen Wärmetauscher-Rohrbündel und Einzelzellen herzustellen.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die vorgenannten Nachteile des Stands der Technik zu überwinden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen und Ausgestaltungen sind Gegenstände der abhängigen Patentansprüche.

Ein erster Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist dementsprechend ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauscher-Rohrbündels für Wärmetauscher von elektrochemischen Energiespeichern, bei denen mehrere elektrochemische Speicherzellen (kurz: Einzelzellen) in wenigstens zwei benachbarten Reihen nebeneinander angeordnet sind, wobei zwischen den benachbarten Reihen sich formschlüssig an die Einzelzellen anschmiegende Wärmetauscher-Rohrbündel angeordnet sind. Erfindungsgemäß weist das Verfahren die folgenden Schritte auf, bei denen man a) zwei tiefziehbare Materialstreifen, z.B. Platten oder Zuschnitte, bereitstellt;

b) durch Tiefziehen zumindest den oder die vorgesehenen Wärmetauscher-Kanal oder -Kanäle und das vorgesehene Profil in die Materialstreifen einarbeitet; c) in einen ersten Materialstreifen aus Schritt b) die für das Wärmetauscher-Rohrbündel vorgesehenen

Vorlaufverteilerdurchbrechungen einarbeitet, um eine erste Wärmetauscher-Platte zu erhalten und in einen zweiten Materialstreifen aus Schritt b) die für das Wärmetauscher-Rohrbündel vorgesehenen

Rücklaufsammeidurchbrechungen, um eine zweite Wärmetauscher- Platte zu erhalten; d) die erste und die zweite Wärmetauscher-Platte aus Schritt c) so fluchtend anordnet, dass die Stege der beiden Wärmetauscher-Platten aneinander grenzen und die Wärmetauscher-Kanäle Wärmetauscher-Rohre bilden, sowie die Vorlaufverteilerdurchbrechungen und die RücklaufSammeldurchbrechungen nicht zur Deckung kommen; e) die angeordneten Wärmetauscher-Platten aus Schritt d) zusammenfügt, um ein Wärmetauscher-Rohrbündel zu bilden.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist sehr schnell und arbeitet mit einer Ausschussquote von annähernd 0 %. Ferner lässt es sich gut in eine Serienproduktion integrieren, indem es beispielsweise als kontinuierliches Verfahren ausgelegt wird, bei dem die erforderlichen Materialstreifen durch Zuschneiden von Rollenware gewonnen werden. Ferner ist es hinsichtlich des in die Materialstreifen durch Tiefziehen einzuarbeitenden Profils sehr flexibel. Dieses Profil muss komplementär zu der geometrischen Form der Einzelzellen sein, deren Einsatz geplant ist, um zu gewährleisten, dass das hergestellte Wärmetauscher-Rohrbündel möglichst gut wärmeleitend, d.h. insbesondere formschlüssig bzw. spaltfrei, an die Einzelzellen anschmiegbar ist. In Frage kommende Einzelzellen können eine Vielzahl an geometrischen Formen aufweisen.

übliche elektrochemische Einzelzellen, beispielsweise vom Typ Nickelmetallhydrid, weisen jedoch eine zylindrische Form auf, sodass als dazu komplementäres Profil v.a. ein wellenförmiges Profil in Schritt b) in die Materialstreifen eingearbeitet werden muss.

Ein zweiter Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein zum ersten Gegenstand alternatives Verfahren, bei dem Schritt b) und c) vertauscht sind. Das alternative Verfahren weist demnach die Schritte auf, dass man a) zwei tiefziehbare Materialstreifen bereitstellt; b) in einen ersten Materialstreifen die für das Wärmetauseher-Rohrbündel vorgesehenen

VorlaufVerteilerdurchbrechungen einarbeitet und in einen zweiten Materialstreifen die für das

Wärmetauscher-Rohrbündel vorgesehenen

RücklaufSammeldurchbrechungen; c) durch Tiefziehen zumindest den oder die vorgesehenen Wärmetauscher-Kanal oder -Kanäle und das vorgesehene Profil in den ersten Materialstreifen und den zweiten Materialstreifen aus Schritt b) einarbeitet, um eine erste und eine zweite Wärmetauscher-Platte zu erhalten; d) die erste und die zweite Wärmetauscher-Platte aus Schritt c) so fluchtend anordnet, dass die Stege der beiden Wärmetauscher-Platten aneinander grenzen und die Wärmetauscher-Kanäle Wärmetauscher-Rohre bilden, sowie die VorlaufVerteilerdurchbrechungen und die RücklaufSammeldurchbrechungen nicht zur Deckung kommen; e) die angeordneten Wärmetauscher-Platten aus Schritt d) zusammenfügt, um ein Wärmetauscher-Rohrbündel zu bilden.

Während das erfindungsgemäße Verfahren gemäß dem ersten Gegenstand den Vorteil hat, dass beim Tiefziehen (Schritt b) ) nur eine Art von Materialstreifen gehandhabt werden muss, hat

das erfindungsgemäße Verfahren gemäß dem zweiten Gegenstand den Vorteil, dass beim Einarbeiten der Durchbrechungen (Schritt b) ) nur eine Art von Materialstreifen gehandhabt werden muss . Je nach dem wie die Materialstreifen bearbeitet werden müssen, kann daher einmal das erfindungsgemäße Verfahren gemäß dem ersten Gegenstand oder das erfindungsgemäße Verfahren gemäß dem zweiten Gegenstand vorteilhaft sein.

Die tiefziehbaren Materialstreifen für Schritt a) des Verfahrens können vorzugsweise durch Zuschneiden von Rollenware gewonnen werden. Dadurch kann das Verfahren besonders vorteilhaft in eine Serienproduktion integriert werden .

Die für das Wärmetauscher-Rohrbündel vorgesehenen Kanäle, Nuten und Stege können allesamt beim Tiefziehschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens eingearbeitet werden. Dadurch können weitere, das Verfahren komplizierende und verzögernde Verfahrensschritte eingespart werden, bei denen ansonsten etwa erforderliche Kanäle, Nuten und Stege eingearbeitet werden müssten.

Ferner können die VorlaufVerteilerdurchbrechungen und die RücklaufSammeldurchbrechungen durch Stanzen eingearbeitet werden, wobei vorzugsweise zusätzlich sonstiges, unnötiges oder überstehendes Material von den Materialstreifen entfernt wird. Dies ermöglich eine besonders einfache und schnelle Einarbeitung von Durchbrechungen und vorzugsweise Entfernung von überstehendem Material .

Das Verfahren kann darüber hinaus noch weiter vereinfacht und beschleunigt werden, wenn man das Tiefziehen und das Stanzen in einem Schritt durchführt.

Beim Zusammenfügen der Wärmetauscher-Platten in Schritt e) ist es bevorzugt, wenn man sie so zusammenfügt, dass die Wärmetauscher-Rohre gegeneinander und das Wärmetauscher- Rohrbündel entlang seines Umfangs gegenüber der Umgebung zumindest temperiermediumdicht (d.h. dicht gegenüber dem Temperiermedium) abgedichtet werden, und es ist weiter bevorzugt, wenn sie fluiddicht (d.h. dicht gegenüber Flüssigkeiten und Gasen) , abgedichtet werden, um im Betrieb ein Verlust an Temperiermedium und eine damit verbundene Verschlechterung der Temperierung zu verhindern.

Dabei fügt man die Wärmetauscher-Platten in Schritt e) vorzugsweise durch Pressschweißen zusammen, weiter bevorzugt durch Heizelementschweißen und insbesondere durch direktes Heizelementschweißen. Diese Schweißvarianten haben im Vergleich zum Laserschweißen den Vorteil, dass sie bei den hier zu verschweißenden Werkstücken (Wärmetauscher-Platten) mit wellenförmigem Profil weniger aufwändig und fehleranfällig sind. So tolerieren sie beispielsweise geringfügige Abweichung der wellenförmigen Wärmetauscher- Platten, indem diese Abweichungen beim Schließen bzw. Zufahren des Pressschweiß-Werkzeugs ausgeglichen werden. Dadurch treten kaum Schweißfehler auf, sodass die erzeugten Wärmetauscher-Rohrbündel keine oder zumindest annähernd keine Undichtigkeiten aufweisen. Ferner ermöglichen diese Schweißvarianten ein besonders schnelles Zusammenfügen der beiden Wärmetauscher-Platten innerhalb von wenigen Sekunden (vorzugsweise weniger als 20 s, insbesondere weniger als 5 s), was eine kostengünstige Serienproduktion des erfindungsgemäßen Wärmetauscher-Rohrbündels begünstigt.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann dadurch weiter verbessert werden, dass man die Wärmetauscher-Platten in Schritt e)

durch vollmechanisches oder automatisches Schweißen zusammenfügt. Dadurch kann das Verfahren noch weiter vereinfacht und beschleunigt werden.

Ein dritter Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Pressschweißvorrichtung zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens, wobei die Vorrichtung erfindungsgemäß so ausgebildet ist, dass sämtliche Schweißnähte zum Zusammenfügen von zwei Wärmetauscher-Platten zu einem Wärmetauscher-Rohrbündel und zum Abdichten der Wärmetauscher-Rohre gegeneinander und des Wärmetauscher- Rohrbündels entlang seines Umfangs gegenüber der Umgebung in einem einzigen Schweißvorgang (kurz: Hub) erzeugbar sind.

Die erfindungsgemäße Pressschweißvorrichtung ermöglicht dadurch eine besonders schnelle und effiziente Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und begünstigt damit dessen Auslegung als kostengünstige Serienproduktion.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Pressschweißvorrichtung weist eine Schweißpatrize bzw. einen Schweißstempel und eine Schweißmatrize auf, die zum Schließen der Vorrichtung für einen Schweißvorgang aufeinander zu bewegbar sind. Die Oberfläche der Schweißpatrize und die Oberfläche der Schweißmatrize formen das Profil der ihnen jeweils zugewandten Oberfläche eines zusammengefügten Wärmetauscher-Rohrbündels nach bzw. folgen dem Profil nach, sodass die Schweißpatrize und die Schweißmatrize sich im geschlossenen Zustand der Pressschweißvorrichtung an das Wärmetauscher-Rohrbündel anschmiegen. Die Schweißpatrize und/oder die Schweißmatrize weist oder weisen ferner in dem Bereich, der im geschlossenen Zustand der Pressschweißvorrichtung an die Schweißnähte des Wärmetauscher-Rohrbündels angrenzt, zumindest ein Heizelement

auf. Mit einer derartigen Pressschweißvorrichtung können Schweißnähte auf profilierten Werkstücken auf thermische Art und Weise schnell und präzise erzeugt werden. Dadurch kann das erfindungsgemäße Verfahren noch schneller und noch effizienter durchgeführt werden.

Bei einer Weiterbildung dieser Pressschweißvorrichtung weist die Schweißpatrize Schweißstege auf, die Schweißstegen der Schweißmatrize gegenüberliegen, wobei die Schweißstege dem Profil des Wärmetauscher-Rohrbündels folgen, sodass sie sich im geschlossenen Zustand der Pressschweißvorrichtung beidseitig an die Schweißnähte der Wärmetauscherohr-Einheit anschmiegen. Mit Hilfe der Schweißstege können die vorgesehenen Schweißnähte bei einem einzigen Hub besonders schnell, effizient und präzise hergestellt werden.

Dabei ist das zumindest eine Heizelement an den Schweißstegen der Schweißpatrize und/oder der Schweißmatrize angeordnet, d.h. angebracht oder eingearbeitet, vorzugsweise an den Stirnseiten der Schweißstege. Insbesondere ist das zumindest eine Heizelement entlang der Stirnseiten der Schweißstege in die Schweißstege eingearbeitet. Dies verbessert die schnelle, effiziente und präzise Herstellung der vorgesehenen Schweißstege weiter.

Bei dem zumindest einen Heizelement handelt es sich vorzugsweise um einen Heizwiderstand, insbesondere um ein Heizband oder ein Heizdraht, der oder das den Stirnseiten der Heizstege folgt. Das Heizelement ist dabei vorzugsweise mit einem inerten Kunststoff beschichtet, insbesondere mit Polytetrafluorethylen (kurz: PTFE, z.B. Teflon der Fa. DuPont) , damit die Schweißstege beim öffnen der Pressschweißvorrichtung leicht von dem zusammengefügten Wärmetauscher-Rohrbündel trennbar sind.

Eine weitere Weiterbildung der erfindungsgemäßen Pressschweißvorrichtung weist Mittel zum Ausrichten von zwei zusammenzufügenden Wärmetauscher-Platten auf, wobei die Mittel zwischen der Schweißpatrize und der Schweißmatrize angeordnet sind. Damit können die beiden zusammenzufügenden Wärmetauscher-Platten vor und/oder während eines Pressschweißvorgangs automatisch in die bestimmungsgemäße Position gebracht und wie vorgesehen gegeneinander angeordnet bzw. orientiert werden. Dies ermöglicht eine weitere Beschleunigung und Vereinfachung des erfindungsgemäßen Verfahrens und fördert somit dessen Auslegung als kostengünstige Serienproduktion.

Die Mittel zum Ausrichten umfassen dabei vorzugsweise einen der Schweißmatrize zugewandten Grundkörper und eine der Schweißpatrize zugewandte Druckplatte, die zum Schließen der Vorrichtung für einen Schweißvorgang (kurz: Hub) aufeinander zu bewegbar sind, wobei die Oberfläche des Grundkörpers und die Oberfläche der Druckplatte das Profil der ihnen jeweils zugewandten Oberfläche eines Wärmetauscher-Rohrbündels nachformen, sodass der Grundkörper und die Druckplatte sich im geschlossenen Zustand der Pressschweißvorrichtung an das Wärmetauscher-Rohrbündel anschmiegen. Der Grundkörper weist ferner Schlitze auf, die Schlitzen der Druckplatte gegenüber liegen, wobei die Stege der Schweißpatrize im geschlossenen Zustand der Pressschweißvorrichtung durch die Schlitze des Druckplatte hindurch greifen, ebenso wie die Stege der Schweißmatrize durch die Schlitze des Grundkörpers. Die Druckplatte zentriert die beiden zusammenzufügenden Wärmetauscher-Platten auf dem Grundkörper mithilfe einer definierten, vorbestimmten Druckkraft und bewirkt somit eine automatische Anordnung der beiden Wärmetauscher-Platten in der vorgesehenen Lage zueinander. Dadurch kann das

erfindungsgemäße Verfahren noch weiter vereinfacht und beschleunigt werden.

Die Mittel zum Ausrichten können ferner zumindest eine an dem Grundkörper angebrachte Anschlagleiste umfassen. Die Anschlagleiste dient als Anschlag für die beiden zusammenzufügenden Wärmetauscherplatten, um eine noch schnellere und präzisere Anordnung der beiden Wärmetauscherplatten zu ermöglichen.

Eine weitere Weiterbildung der erfindungsgemäßen Pressschweißvorrichtung weist Mittel zum Zentrieren der Druckplatte und des Grundkörpers beim Schließen der Vorrichtung auf. Damit kann ein zuverlässigeres präziseres Schließen der Pressschweißvorrichtung gewährleistet werden, wodurch die Pressschweißvorrichtung mit ihren ineinander greifenden Bauteilen schneller schließbar ist und das erfindungsgemäße Verfahren somit beschleunigt werden kann.

Die Mittel zum Zentrieren umfassen dabei vorzugsweise zumindest einen Zentrierbolzen und eine Zentrierbohrung, die beim Schließen der Vorrichtung so zusammenwirken, dass Druckplatte und Grundkörper in die vorgesehene Position geführt werden.

Dabei kann es sich vorzugsweise um vier auf dem Grundkörper angebrachte oder ausgeformte Zentrierbolzen handeln, die in Ecken des Grundkörpers angeordnet sind und die beim Schließen der Vorrichtung in vier in die Druckplatte eingearbeitete Zentrierbohrungen eingreifen.

Die Zentrierbolzen können außerdem in der Art eines Abstandshalters ausgebildet sein, sodass in der geschlossenen Vorrichtung ein vorbestimmter Abstand zwischen Druckplatte

und Grundkörper gegeben ist, in den ein erfindungsgemäßes Wärmetauscher-Rohrbündel hineinpasst .

Ein vierter Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Wärmetauscher-Rohrbündel, das nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren erhältlich ist. Erfindungsgemäß ist das Wärmetauscher-Rohrbündel aus einer ersten tiefgezogenen Wärmetauscher-Platte und einer zweiten tiefgezogenen Wärmetauscher-Platte gebildet, von denen jede zumindest zwei durch Stege voneinander beabstandete Wärmetauscher-Kanäle aufweist, wobei die zwei Wärmetauscher-Platten so fluchtend angeordnet sind, dass die Wärmetauscher-Kanäle einander gegenüber liegen und die Stege aneinander grenzen, sodass die Wärmetauscher-Kanäle der ersten Wärmetauscher-Platte mit den gegenüber liegenden Wärmetauscher-Kanälen der zweiten Wärmetauscher-Platte Wärmetauscher-Rohre bilden, die durch Nuten, die von den Stegen und den daran angrenzenden Kanalwänden gebildet sind, voneinander beabstandet sind. Das Wärmetauscher-Rohrbündel weist ferner ein Profil auf, das so geformt ist, dass es zwischen benachbarten Reihen mehrerer elektrochemischer Speicherzellen (kurz: Einzelzellen), die in wenigstens zwei benachbarten Reihen nebeneinander angeordnet sind, formschlüssig an die Einzelzellen anschmiegbar ist.

Das erfindungsgemäße Wärmetauscher-Rohrbündel weist keine oder zumindest annähernd keine Undichtigkeiten auf. Ferner ist es im Vergleich zu Wärmetauscher-Rohrbündeln aus Wärmetauscher-Platten mit gefrästen Wärmetauscher-Kanälen flexibler, da es im Bereich der Stege zwischen den Wärmetauscher-Rohren eine geringere Materialdicke aufweist. Dadurch ist eine geringere Druckkraft erforderlich, um das erfindungsgemäße Wärmetauscher-Rohrbündel spaltfrei, d.h. möglichst gut wärmeleitend an die zu temperierenden Einzelzellen zu drücken. Da beim Andrücken bzw. Anschmiegen

des erfindungsgemäßen Wärmetauscher-Rohrbündels weniger Druckkraft eingesetzt werden muss, um einen gut wärmeleitenden Kontakt herzustellen, besteht auch eine geringere Gefahr der Querschnittsveränderungen der Wärmetauscher-Rohre, die zu einer Beeinträchtigung der Temperierung führen könnte.

Ein Wärmetauscher-Rohr des erfindungsgemäßen Wärmetauscher- Rohrbündels ist dabei aus den Böden und den Wänden der einander gegenüber liegenden Wärmetauscher-Kanäle gebildet, wobei sich die Wände zwischen den Böden und den Stegen erstrecken und winkelig zu diesen ausgerichtet sind. Dadurch ist das Wärmetauscher-Rohrbündel noch flexibler und kann mit noch weniger Druckkraft noch besser wärmeleitend an die Einzelzellen gedrückt bzw. an diese angeschmiegt werden.

Bei einer ersten Weiterbildung beträgt der Winkel zwischen einer Wand und dem Boden eines Wärmetauscher-Kanals sowie zwischen der Wand und dem angrenzenden Steg 90°. Dies verleiht den einzelnen Wärmetauscher-Rohren im Bereich ihrer Wände mehr Stabilität, sodass das Wärmetauscher-Rohrbündel insgesamt erhebliche Druckkräfte aufnehmen kann, ohne dass es zu Querschnittsveränderungen in den Wärmetauscher-Rohren kommt .

Bei einer alternativen, zweiten Weiterbildung beträgt der Winkel zwischen einer Wand und dem Boden eines Wärmetauscher- Kanals sowie zwischen der Wand und dem angrenzenden Steg weniger als 90°, bevorzugt 45 bis 89°, besonders bevorzugt 60 bis 75°. Dadurch weisen die Wärmetauscher-Rohre zwar eine geringere Stabilität auf, dafür weist aber das Wärmetauscher- Rohrbündel insgesamt eine höhere Flexibilität auf, sodass weniger Druckkräfte angewendet werden müssen, um Einzelzellen

und Wärmetauscher-Rohrbündel gut wärmeleitend aneinander zu drücken bzw. zu schmiegen.

Es ist auch möglich, dass der Winkel bei einigen Wärmetauscher-Kanälen 90° beträgt und bei anderen weniger als 90°, wobei auch die Abweichung von 90° variabel sein kann.

Die Wärmetauscher-Platten sind im Bereich der Stege und im Bereich ihres Umfangs vorzugsweise so zusammengefügt, dass die Wärmetauscher-Rohre temperiermediumdicht, bevorzugt fluiddicht, gegeneinander und gegenüber der Umgebung des Wärmetauscher-Rohrbündels abgedichtet sind, um im Betrieb ein Verlust an Temperiermedium und eine damit Verschlechterung der Temperierung zu verhindern.

Die Wärmetauscher-Rohrbündel sind vorzugsweise aus einem tiefziehbaren, temperiermediumbeständigen Kunststoff gebildet. Derartige Materialien haben den Vorteil, dass sie leicht verfügbar sind, ferner leicht bearbeitbar, im Allgemeinen elektrisch isolierend, ein geringes Gewicht aufweisen (was insbesondere für mobile Anwendungen z.B. in einem Fahrzeug von großer Bedeutung ist) sowie eine lange Haltbarkeit haben.

Als geeignete Materialien haben sich dabei insbesondere aromatische Polyester, aromatische Polysulfide oder aromatische Polyetherketone oder Mischungen daraus erwiesen, bevorzugt PET-G, PPS oder PEEK oder Mischungen daraus, besonders bevorzugt PET-G.

Ein fünfter Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Wärmetauscher-Modul umfassend ein Wärmetauscher-Rohrbündel wie vorstehend beschrieben. Erfindungsgemäß weist das Wärmetauscher-Modul ein oder mehr Paare benachbart

angeordneter erster und zweiter Wärmetauscher-Rohre auf, wobei jedes Wärmetauscher-Rohr im Eingangsbereich eine VorlaufVerteilerdurchbrechung aufweist, die in der ersten Wärmetauscher-Platte ausgebildet ist, und im Ausgangsbereich eine Rücklaufsammeidurchbrechung, die in der zweiten Wärmetauscher-Platte ausgebildet ist. Dabei ist in benachbarten Wärmetauscher-Rohren jeweils die VorlaufVerteilerdurchbrechung eines ersten Wärmetauscher- Rohrs neben der RücklaufSammeldurchbrechung eines zweiten Wärmetauscher-Rohrs angeordnet und die Vorlaufverteiler- oder Rücklaufsammeidurchbrechung des ersten Wärmetauscher-Rohrs diametral zu der Vorlaufverteiler- oder

RücklaufSammeldurchbrechung des zweiten Wärmetauscher-Rohrs, sodass im bestimmungsgemäßen Betrieb die Fluidströmung in benachbarten Wärmetauscher-Rohren gegenläufig ist (kurz: Gegenstromprinzip) . Ferner sind die

VorlaufVerteilerdurchbrechungen der ersten Wärmetauscher- Rohre mit einem ersten Vorlaufverteilerrohr fluidisch verbunden und die Vorlaufverteilerdurchbrechungen der zweiten Wärmetauscher-Rohre mit einem zweiten Vorlaufverteilerrohr sowie die Rücklaufsammeidurchbrechungen der ersten Wärmetauscher-Rohre mit einem ersten Rücklaufsammelrohr und die RücklaufSammeldurchbrechungen der zweiten Wärmetauscher- Rohre mit einem zweiten Rücklaufsammelrohr . Außerdem weisen die Vorlaufverteiler- und Rücklaufsammelrohre Anschlussmittel zum Zu- und Abführen eines Temperiermediums auf.

Die erfindungsgemäßen Wärmetauscher-Module lassen sich auf einfache Weise zu Wärmetauschern kombinieren. Sie können ferner aufgrund ihres Profils und ihrer Flexibilität auf einfache Weise gut wärmeleitend an Einzelzellen angeschmiegt werden und gewährleisten aufgrund des in ihnen verwirklichten Gegenstromprinzips eine effiziente, zuverlässige und gleichmäßige Kühlung der Einzelzellen.

Das Wärmetauscher-Modul ist vorzugsweise so stapelbar ausgebildet, dass zwischen jeweils zwei gestapelten Wärmetauscher-Modulen Zwischenräume gegeben sind, in denen Einzelzellen formschlüssig anordenbar sind. Damit kann eine besonders effiziente und Platz sparende Kühlung einer größeren Anzahl an Einzelzellen erreicht werden.

Bei einer Weiterbildung umfassen die Anschlussmittel zum Zu- und Abführen eines Temperiermediums Mittel, mit denen die Vorlaufverteilerrohre eines erste Wärmetauscher-Moduls eines Wärmetauscher-Modul-Stapels mit den Rücklaufsammelrohren eines benachbarten, zweiten Wärmetauscher-Moduls fluidisch verbindbar sind sowie die Rücklaufsammelrohre des ersten Wärmetauscher-Moduls mit den Vorlaufverteilerrohren eines benachbarten, dritten Wärmetauscher-Moduls. Die endständigen Wärmetauscher-Module eines Wärmetauscher-Modul-Stapels können ferner Anschlussstutzen für die Zu- bzw. Abführung von Temperiermedium aufweisen, die vorzugsweise jeweils an einem Vorlaufverteiler- bzw. Rücklaufsammelrohr angebracht sind. Damit kann eine besonders effiziente Verteilung des Temperiermediums und eine besonders gleichmäßige Temperierung der Einzelzellen erreicht werden.

Die Vorlaufverteilerrohre eines ersten Wärmetauscher-Moduls in einem Wärmetauscher-Modul-Stapel liegen dabei vorzugsweise an den Rücklaufsammeirohren eines benachbarten, zweiten Wärmetauscher-Moduls an, wobei die Vorlaufverteilerrohre des ersten Wärmetauscher-Moduls und die Rücklaufsammelrohre des benachbarten, zweiten Wärmetauscher-Moduls zusammenwirkende Justierhilfen aufweisen. Die Justierhilfen erleichtern die Stapelung der Wärmetauscher-Module.

Bei den zusammenwirkenden Justierhilfen handelt es sich vorzugsweise um eine Nut-Stift-Kombination, wobei ein Vorlaufverteilerrohr des Wärmetauscher-Moduls eine Nut oder einen Stift aufweist und ein Rücklaufsammelrohr des benachbarten, zweiten Wärmetauscher-Moduls ein mit der Nut oder dem Stift zusammenwirkenden Stift oder zusammenwirkende Nut. Der Stift kann dabei als Federelement ausgebildet sein. Nut und Stift können ferner in einem Wärmetauscher-Modul mit Hilfe eines Klebstoffs zusammengefügt sein, um die Stabilität des Stapels zu verbessern.

Ein sechster Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Wärmetauscher umfassend zwei oder mehr Wärmetauscher-Module wie vorstehend beschrieben. Erfindungsgemäß sind die Vorlaufverteilerrohre eines ersten Wärmetauscher-Moduls fluidisch mit den Rücklaufsammeirohren eines benachbarten, zweiten Wärmetauscher-Moduls verbunden und, sofern drei oder mehr Wärmetauscher-Module vorhanden sind, die

Rücklaufsammelrohre des ersten Wärmetauscher-Moduls fluidisch mit den Vorlaufverteilerrohren eines benachbarten, dritten Wärmetauscher-Moduls. Zwei der Wärmetauscher-Module sind endständig angeordnet und schließen den Stapel jeweils ab, sodass sie nur ein benachbartes Wärmetauscher-Modul haben. Die endständigen Wärmetauscher-Module weisen als Anschlussstutzen oder -Flansche ausgebildete Anschlussmittel zum Zu- und Abführen eines Temperiermediums auf, die jeweils an einem endständigen Vorlaufverteiler- oder

Rücklaufsammelrohr angebracht sind. Ferner sind zwischen den Wärmetauscher-Rohrbündeln benachbarter Wärmetauscher-Module Zwischenräume zur Aufnahme von elektrochemischen Speicherzellen (kurz: Einzelzellen) gegeben.

Die erfindungsgemäßen Wärmetauscher ermöglichen aufgrund ihrer Flexibilität und des in ihnen verwirklichten

Gegenstromprinzips eine effiziente, zuverlässige und gleichmäßige Kühlung der Einzelzellen. Sie weisen ferner ein geringes Gewicht auf, was insbesondere bei mobilen Anwendungen von großem Vorteil ist.

Ein siebter Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein elektrochemischer Energiespeicher umfassend einen Wärmetauscher wie vorstehend beschrieben, der zwei oder mehr Wärmetauscher-Rohrbündel wie vorstehend beschrieben aufweist, sowie zwei oder mehr elektrochemische Speicherzellen (kurz: Einzelzellen) , die formschlüssig in Zwischenräumen zwischen den zwei oder mehr Wärmetauscher-Rohrbündel angeordnet sind. Die Einzelzellen sind durch Polverbinder elektrisch in Reihe geschaltet, wobei die Polverbinder durch

Polverbinderschrauben an den Einzelzellen befestigt sind. Erfindungsgemäß sind die Polverbinderschrauben mit zumindest einer Tellerfeder unterlegt, vorzugsweise mit drei Tellerfedern.

Der erfindungsgemäße elektrochemische Energiespeicher liefert bei bestimmungsgemäßem Betrieb zuverlässig elektrische Energie, insbesondere auch trotz vielfacher Erschütterungen und Stöße, da die mit Tellerfedern unterlegten Polverbinderschrauben sich auch bei Erschütterungen und Stößen nicht lockern, sondern fest sitzen bleiben und den elektrischen Kontakt zuverlässig aufrecht erhalten.

Ein achter Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Verwendung des elektrochemischen Energiespeichers wie vorstehend beschrieben zur Bordstromversorgung eines Fahrzeugs und/oder zur Stromversorgung einer Antriebseinrichtung eines Fahrzeugs .

Die erfindungsgemäße Verwendung ist v.a. deshalb vorteilhaft, weil der elektrochemische Energiespeicher sich z.B. durch Hinzufügen oder Wegnehmen von Wärmetauscher-Modulen problemlos an ein breites Spektrum von Leistungsanforderungen anpassen lässt. Ferner weist er ein geringes Gewicht auf und ist gegenüber Stößen und Erschütterungen, wie sie bei Fahrzeugen üblicherweise vorkommen, unempfindlich.

Bei dem Fahrzeug kann es sich insbesondere um ein Straßenfahrzeug (PKW, LKW, NKW, Zugmaschinen, Omnibusse oder dergleichen) handeln, das eine oder mehr Antriebsarten

(Hybridantrieb) aufweist, von denen eine einen Elektroantrieb umfasst. Derartige Elektroantriebe erfordern ein hohes Maß an Leistung und Dynamik und damit eine effiziente Temperierung der Einzelzellen ihres elektrochemischen Energiespeichers, was mit der vorliegenden Erfindung gewährleistet werden kann.

Konkrete Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren vereinfacht dargestellt und werden in der nachfolgenden Figurenbeschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche, funktionell gleiche oder ähnliche Bauteile beziehen. Dabei zeigen, jeweils schematisch :

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Wärmetauscher-Platte; Fig. 2 zwei übereinander angeordnete erfindungsgemäße

Wärmetauscher-Platten; Fig. 3 ein Detail aus Fig. 2 ; Fig. 4 ein Schnitt durch eine erfindungsgemäße

Wärmetauscher-Platte; Fig. 5 ein Schnitt durch ein erfindungsgemäßes

Wärmetauseher-Rohrbündel;

Fig. 6 ein erfindungsgemäßes Wärmetauscher-Modul; Fig. 7 eine stirnseitige Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Wärmetauscher-Modul;

Fig. 8 ein erfindungsgemäßer Wärmetauscher;

Fig. 9 eine Explosionsdarstellung eines erfindungsgemäßen elektrochemischen EnergieSpeichers; Fig. 10 ein erfindungsgemäßer elektrochemischer

Energiespeicher mit Polverbindern und

Polverbinderschrauben; Fig. 11 eine Polverbinderschraube für einen erfindungsgemäßen elektrochemischen

Energiespeieher; Fig. 12 ein Ausschnitt aus einer erfindungsgemäßen

Pressschweißvorrichtung im geöffneten Zustand; Fig. 13 eine Pressschweißvorrichtung gemäß Fig. 12 mit eingelegten Wärmetauscher-Platten; Fig. 14 eine Pressschweißvorrichtung gemäß Fig. 12 in einer ersten Phase des Schließens; Fig. 15 eine Pressschweißvorrichtung gemäß Fig. 12 in einer zweiten Phase des Schließens, wobei nur die für das Verständnis der Erfindung erforderliche Merkmale bezeichnet sind.

Fig. 1 zeigt eine perspektivische Darstellung einer ersten Wärmetauscher-Platte (1) aus PET-G. Dieses Material ist für die vorliegende Erfindung besonders geeignet, da es bruchsicher ist, gut bieg- und tiefziehbar, klebbar, schweißbar, glycolbeständig und weil es außerdem kein Wasser aufnimmt, d.h. nicht aufquillt. Die Wärmetauscher-Platte (1) weist ein wellenförmiges Profil auf, das geeignet ist, sich formschlüssig an eine Reihe zylindrischer Einzelzellen (nicht dargestellt) anzuschmiegen. Ferner weist die Wärmetauscher- Platte vierzehn beim Tiefziehen eingearbeitete zueinander parallele Wärmetauscher-Kanäle (2, 3) auf, von denen der übersichtlichkeit halber stellvertretend für alle nur zwei mit einem Bezugszeichen versehen sind. Die Wärmetauscher- Kanäle (2, 3) weisen jeweils an einem längsseitigen Ende eine

eingestanzte Durchbrechung (4, 4') auf, wobei bei einem Paar benachbarter Wärmetauscher-Kanäle (2, 3) sich die Durchbrechungen (4, 4') an diametralen Enden befinden. Durch diese Anordnung der Durchbrechungen (4, 4') wird das später noch zu beschreibende Gegenstromprinzip ermöglicht. Dabei dienen die Durchbrechungen (4, 4') einer Wärmetauscher-Platte (1) entweder als Vorlaufverteilerdurchbrechungen oder als Rücklaufsammeidurchbrechungen .

Fig. 2 zeigt eine perspektivische Darstellung von zwei übereinander angeordneten Wärmetauscher-Platten (1, Ia), wobei aus Gründen der Darstellbarkeit nur jeweils das linke und das rechte Ende dargestellt ist und ein mittlerer Teil jeweils weggelassen wurde, was durch die Unterbrechung der Wärmetauscher-Platten (1, Ia) im Bereich der Mitte verdeutlicht ist. Die obere Wärmetauscher-Platte (1) ist nicht deckungsgleich mit der unteren (Ia), d.h. die beiden Wärmetauscher-Platten (1, Ia) können durch keine Symmetrieoperation ineinander überführt werden. So sind zwar die Profile der beiden Wärmetauscher-Platten (1, Ia) identisch, die Anordnung der Durchbrechungen (4, 4'; 4a, 4a') ist jedoch versetzt. So weist die obere Wärmetauscher-Platte (1) Rücklaufsammeidurchbrechungen (4, 4') auf und die untere Wärmetauscher-Platte (Ia) VorlaufVerteilerdurchbrechungen (4a, 4a') (der übersichtlichkeit halber sind stellvertretend für alle nur jeweils zwei diametrale Durchbrechungen (4, 4'; 4a, 4a') eines Wärmetauscher-Kanal-Paares (2, 3) einer Wärmetauscher-Platte (1, Ia) mit Bezugszeichen versehen) . Dies ist anhand der in den Wärmetauscher-Kanälen (2a, 3a) eingezeichneten Pfeile verdeutlicht, die die vorgesehene Strömungsrichtung eines Temperiermediums beim bestimmungsgemäßen Betrieb verdeutlichen. Demnach tritt das Temperiermedium durch die Vorlaufverteilerdurchbrechungen (4a, 4a') in die Wärmetauscher-Rohre ein und durch die

RücklaufSammeldurchbrechungen (4, 4') aus den Wärmetauscher- Rohren aus, sodass in benachbarten Wärmetauscher-Rohren das Temperiermedium in entgegen gesetzter Richtung strömt (Gegenstromprinzip) (dies ist in dem mit (Y) bezeichneten Ausschnitt noch einmal vergrößert dargestellt, vgl. Fig. 3). Die Wärmetauscher-Rohre ergeben sich beim Zusammenfügen der beiden Wärmetauscher-Platten (1, Ia) zu einem Wärmetauscher- Rohrbündel aus den einander gegenüber liegenden Wärmetauscher-Kanälen (2) und (2a) sowie (3) und (3a). Das Zusammenfügen erfolgt, indem die Wärmetauscher-Platten (1, Ia) zuerst so ineinander gelegt werden, dass jeweils die Wärmetauscher-Kanäle (2) und (2a) zur Deckung kommen sowie die Wärmetauscher-Kanäle (3) und (3a) und dass die die Wärmetauscher-Kanäle begrenzenden Stege (5, 5') und (5a, 5a') aneinander grenzen. Danach werden die beiden Wärmetauscher- Platten (1, Ia) entlang der Stege (5, 5a; 5', 5a') und entlang ihres Umfangs durch Pressschweißen temperiermediumdicht zusammengefügt. Die Längsrichtung eines Wärmetauscher-Rohrbündels verläuft in bzw. entgegengesetzt zu den vorgesehenen Strömungsrichtungen in den Wärmetauscher- Rohren, wie durch die Pfeile verdeutlicht.

Als Temperiermedium wird eine Lösung von Glycol in Wasser eingesetzt, die je nach Anforderung (z.B. hinsichtlich des Gefrierpunkts) eine unterschiedlich hohe Konzentration an Glycol aufweisen kann.

Fig. 3 zeigt den Ausschnitt (Y) aus Fig. 2 in vergrößerter und übersichtlicher Form. Zu erkennen sind Ausschnitte der oberen Wärmetauscher-Platte (1) mit sechs RücklaufSammeldurchbrechungen (4) und der unteren Wärmetauscher-Platte (Ia) mit drei

Vorlaufverteilerdurchbrechungen (4a) . Die Pfeile in den Wärmetauscher-Kanälen (2a, 3a) der unteren Wärmetauscher-

Platte (Ia) verdeutlichen die für den bestimmungsgemäßen Betrieb vorgesehene Strömung in dem Wärmetauscher-Rohr, das nach Zusammenfügen der beiden Wärmetauscher-Platten (1, Ia) zu einem Wärmetauscher-Rohrbündel aus den Wärmetauscher- Kanälen (2) und (2a) sowie (3) und (3a) gebildet werden: im Eingangsbereich weg von den Vorlaufverteilerdurchbrechungen

(4a) und hin zu den RücklaufSammeldurchbrechungen (4) im Ausgangsbereich, sodass sich in benachbarten Wärmetauscher- Rohren eine antiparallele Strömung ergibt

(Gegenstromprinzip) .

Fig. 4 zeigt einen Schnitt durch die untere Wärmetauscher- Platte (Ia) gemäß Fig. 2, senkrecht zu deren Längsrichtung. Man erkennt vierzehn Wärmetauscher-Kanäle (2a, 3a) , von denen der übersichtlichkeit halber stellvertretend für alle nur zwei mit Bezugszeichen versehen sind. Die Wärmetauscher- Kanäle (2a, 3a) wurden durch Tiefziehen in die Wärmetauscher- Platte (Ia) eingearbeitet und sind durch Stege (5a, 5a'), von denen der übersichtlichkeit halber stellvertretend für alle nur zwei mit Bezugszeichen versehen sind, begrenzt und voneinander beabstandet.

Fig. 5 zeigt einen zu Fig. 4 analogen Schnitt, hier jedoch durch ein erfindungsgemäßes Wärmetauscher-Rohrbündel (6), das durch Zusammenfügen einer oberen Wärmetauscher-Platte (1) mit einer unteren Wärmetauscher-Platte (Ia) hergestellt wurde. Die Wärmetauscher-Kanäle (2a) und (3a) bilden dabei zusammen mit den ihnen gegenüber liegenden Wärmetauscher-Kanälen (2) und (3) die Wärmetauscher-Rohre (7, 8). Die Wärmetauscher- Rohre (7, 8) sind durch Nuten voneinander beabstandet, die von den Stegen (5') und (5a') gebildet werden. Ein Wärmetauscher-Rohr wird dabei von den Kanalböden (9, 9a) und den Kanalwänden (10, 10'; 10a, 10a') gebildet. In der dargestellten Ausgestaltung beträgt der Winkel zwischen dem

Kanalboden (9) und den Kanalwänden (10, 10') bzw. zwischen dem Kanalboden (9a) und den Kanalwänden (10a, 10a') 90°, wodurch Druckkräfte (dargestellt durch die beiden fettgedruckten antiparallelen Pfeile) von den Kanalwänden (10, 10a) und (10', 10a') leicht aufgenommen werden können und das Wärmetauscher-Rohrbündel (6) eine höhere Stabilität erhält, als wenn der Winkel < 90° wäre. Dennoch ist es bevorzugt, wenn dieser Winkel < 90° ist, da das Wärmetauscher-Rohrbündel (6) dann flexibler ist und sich leichter, d.h. mit geringeren Druckkräften, an Einzelzellen anschmiegen lässt. Dabei ist es auch denkbar, dass diese Winkel in einem Wärmetauscher-Rohrbündel teilweise 90° betragen und teilweise von 90° abweichen (sie betragen dann vorzugsweise zwischen 45 und 89° und insbesondere zwischen 60 und 75°), wobei auch die Größen der Abweichungen von 90° variabel sein können, je nachdem in welchem Bereich des Wärmetauscher-Rohrbündels (6) welches Ausmaß an Stabilität bzw., Flexibilität gefordert ist. Dies erlaubt es, ein hinsichtlich Flexibilität und Stabilität maßgeschneidertes Wärmetauscher-Rohrbündel (6) herzustellen.

Fig. 6 zeigt ein erfindungsgemäßes Wärmetauscher-Modul (11). Es besteht aus einem Wärmetauscher-Rohrbündel (6) mit vierzehn Wärmetauscher-Rohren (7, 8), d.h. sieben Paare benachbart angeordneter erster (7) und zweiter (8) Wärmetauscher-Rohre, von denen der übersichtlichkeit halber stellvertretend für alle nur zwei mit einem Bezugszeichen versehen sind, sowie zwei Rücklaufsammelrohren (12, 12') und zwei Vorlaufverteilerrohren (13, 13'). Die Rücklaufsammelrohre (12, 12') sind mit den

Rücklaufsammeldurchbrechungen (durch die Rücklaufsammelrohre verdeckt) fluidisch verbunden und sammeln das aus den Wärmetauscher-Rohren (7, 8) austretende Temperiermedium; analog dazu sind die Vorlaufverteilerrohre (13, 13') mit den

Vorlaufverteilerdurchbrechungen (durch die Vorlaufverteilerrohre verdeckt) fluidisch verbunden und verteilen das Temperiermedium auf die Wärmetauscher-Rohre (7, 8). Die Rücklaufsammeirohre (12, 12') weisen Anschlussmittel zum Abführen eines Temperiermediums auf, die hier als Durchbrechungen (14, 14', 14'', 14''') jeweils an den beiden längsseitigen Enden der Rücklaufsammelrohre (12, 12') ausgebildet sind. Ebenso weisen die Vorlaufverteilerrohre (13, 13') in analoger Weise Durchbrechungen auf, die als Anschlussmittel zum Zuführen eines Temperiermediums fungieren (nicht dargestellt). Das Wärmetauscher-Modul (6) ist stapelbar ausgebildet, wobei benachbarte Wärmetauscher-Module (6) eines Stapels über die Anschlussmittel zum Zu- und Abführen fluidisch so miteinander verbinbar sind, dass das aus einem Wärmetauscher-Modul (6) abgeführte Temperiermedium einem benachbarten Wärmetauscher-Modul (6) zuführbar ist.

Die Wärmetauscher-Module (6) können Justierhilfen aufweisen, die beim bestimmungsgemäßen Stapeln der Wärmetauscher-Module (6) helfen (nicht dargestellt) .

Fig. 7 zeigt eine Draufsicht auf die Stirnseiten zweier erfindungsgemäßer Wärmetauscher-Module (6), die zum Stapeln hergerichtet, übereinander angeordnet sind. Bei beiden Wärmetauscher-Modulen (6) ist jeweils ein Rücklaufsammelrohr (12) und ein Vorlaufverteilerrohr (13) erkennbar. Die Vorlaufverteilerrohre (13) weisen Nuten (15) auf, von denen der übersichtlichkeit halber stellvertretend für alle nur eine mit einem Bezugszeichen versehen ist. Die Rücklaufsammelrohre (12) weisen Stifte (16) auf, von denen der übersichtlichkeit halber stellvertretend für alle nur einer mit einem Bezugszeichen versehen ist. Nuten (15) und Stifte (16) sind so ausgelegt, dass sie beim Stapeln zusammenwirken und dabei helfen, benachbarte Wärmetauscher-

Module (6) in die vorgesehene Position zu lenken und darin zu halten, z.B. durch Einrasten. Die Stifte (16) können auch als Federelemente ausgebildet sein. Ferner können die Stifte (16) und die Nuten (15) auch mit Hilfe eines Klebstoffs zusammengefügt werden.

Fig. 8 zeigt eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers (17). Bei dem Wärmetauscher (17) sind insgesamt fünf Wärmetauscher-Module (11), von denen der übersichtlichkeit halber stellvertretend für alle nur eines mit einem Bezugszeichen versehen ist, fluchtend übereinander gestapelt. Die Wärmetauscher-Module (11) sind, wie bei Fig. 6 beschrieben, fluidisch miteinander verbunden. Die endständigen Wärmetauscher-Module (11) weisen Anschlussmittel zum Zu- und Abführen eines Temperiermediums auf, die als Anschlussstutzen (18, 18', 18'', 18''') ausgeführt und an den endständigen Vorlaufverteiler- (13, 13') und Rücklaufsammeirohren (12, 12') angebracht sind. An die Anschlussstutzen (18, 18', 18'', 18''') können je nach Erfordernis VorlaufZuleitungen oder Rücklaufableitungen angeschlossen werden (nicht dargestellt) . Die Wärmetauscher- Rohrbündel (6) der fünf Wärmetauscher-Module (11) bilden vier Reihen zylindrischer Zwischenräume, in die zylindrische Einzelzellen zur Temperierung (d.h. Kühlung oder Heizung) formschlüssig eingepasst werden können (nicht dargestellt) . Dabei ist es vorgesehen, dass das Gegenstromprinzip nicht nur bei benachbarten Wärmetauscher-Rohren eines Wärmetauscher- Rohrbündels (6) erfüllt ist, sondern auch bei benachbarten Wärmetauscher-Rohrbündeln (6) . So fließt das Temperiermedium beim bestimmungsgemäßen Betrieb des Wärmetauschers (17) in allen Ebenen abwechselnd in entgegen gesetzten Richtungen, sodass in allen an eine in einen Zwischenraum des Wärmetauschers (17) eingeschobene Einzelzelle anliegenden

Wärmetauscher-Kanäle in allen Richtungen abwechselnd unterschiedliche Temperiermedium-Strömungen vorliegen.

Fig. 9 zeigt in einer Explosionsdarstellung einen erfindungsgemäßen elektrochemischen Energiespeicher (19) mit einem erfindungsgemäßen Wärmetauscher (17) gemäß Fig. 8, vier benachbarte Reihen aus insgesamt vierunddreißig Einzelzellen (20) , von denen der übersichtlichkeit halber stellvertretend für alle nur eine mit einem Bezugszeichen versehen ist, und weitere Bauteile für ein Gehäuse, auf die mangels wesentlicher Bedeutung für die vorliegende Erfindung nicht weiter eingegangen wird.

Fig. 10 zeigt den elektrochemischen Energiespeicher (19) gemäß Fig. 9 in zusammengebautem Zustand. Ferner ist die elektrische Reihenschaltung der vierunddreißig Einzelzellen (20) zu erkennen. Dazu sind dreiunddreißig elektrisch leitende Polverbinder (21) eingesetzt, von denen stellvertretend für alle nur einer mit einem Bezugszeichen versehen ist. Die Polverbinder (21) sind mit Polverbinderschrauben (22), von denen stellvertretend für alle nur eine mit einem Bezugszeichen versehen ist, an den Einzelzellen (genauer: an den Polen der Einzelzellen) befestigt .

Fig. 11 zeigt eine Polverbinderschraube (22) im Detail. Es ist ein Querschnitt dargestellt. Die Polverbinderschraube (22) ist mit drei Tellerfedern (23) unterlegt. Dies bewirkt eine rüttelfeste Schraubverbindung, d.h. einen festen Sitz der Polverbinderschraube (22) selbst nach einer Vielzahl von Stößen und Erschütterungen, sodass der elektrische Kontakt zwischen den Einzelzellen selbst bei ruppigen Einsatzbedingungen des elektrochemischen Energiespeichers,

z.B. an Bord eines Fahrzeugs, erhalten bleibt und dessen Leistungsfähigkeit gewährleistet .

Fig. 12 zeigt einen Teil einer erfindungsgemäßen Pressschweißvorrichtung (24) im geöffneten Zustand, mit der zwei Wärmetauscher-Platten zu einem erfindungsgemäßen Wärmetauscher-Rohrbündel zusammengefügt werden können. Dazu weist die Pressschweißvorrichtung (24) eine Schweißpatrize (25) und eine Schweißmatrize (26) auf sowie eine Druckplatte (27) und einen Grundkörper (28), die zwischen der Schweißpatrize (25) und der Schweißmatrize (26) angeordnet sind. Schweißpatrize (25) und Schweißmatrize (26) weisen je fünfzehn Schweißstege (29, 30) auf, von denen der übersichtlichkeit halber stellvertretend für alle nur zwei mit einem Bezugszeichen versehen sind, wobei die Schweißstege (29) der Schweißpatrize (25) den Schweißstegen (30) der Schweißmatrize (26) gegenüberliegend angeordnet sind und die dafür vorgesehen sind, im geschlossenen Zustand der Pressschweißvorrichtung (24) eine vorgesehene Schweißnaht beidseitig zu umfassen. Entlang der einander zugewandten Stirnseiten der Schweißstege (29, 30) sind Heizbänder eingearbeitet und mit Teflon beschichtet, damit sie sich nach einem Schweißvorgang gut von dem bearbeiteten Werkstück, dem hergestellten Wärmetauscher-Rohrbündel, lösen (nicht dargestellt) . Die Druckplatte (27) und der Grundkörper (28) weisen jeweils zu den Schweißstegen (29, 30) komplementäre Schlitze (31, 32) auf, durch die die Schweißstege (29, 30) im geschlossenen Zustand der Pressschweißvorrichtung (24) hindurch greifen. Der Grundkörper (28) weist ferner eine Anschlagleiste (33) auf, mit deren Hilfe die zu verschweißenden Wärmetauscher-Platten beim Einlegen in die Vorrichtung ausgerichtet, d.h. in die vorgesehene Lage gebracht werden können. Ferner weist der Grundkörper (28) vier an seinen Ecken angebrachte Zentrierbolzen (34) auf, von

denen der übersichtlichkeit halber stellvertretend für alle nur einer mit einem Bezugszeichen versehen ist. Die Zentrierbolzen (34) greifen beim Schließen der Vorrichtung in komplementäre Zentrierbohrungen (35), von denen der übersichtlichkeit halber stellvertretend für alle nur eine mit einem Bezugszeichen versehen ist, der Druckplatte (27) ein und helfen so beim präzisen Zentrieren von Grundkörper (28) und Druckplatte (27) . Die Zentrierbolzen (34) weisen dazu ferner zwei Abschnitte mit unterschiedlichem Durchmesser auf: Einen ersten Abschnitt mit einem zu dem Durchmesser der komplementären Zentrierbohrung (35) komplementären Durchmesser, sodass der erste Abschnitt in die komplementäre Zentrierbohrung (35) eingreifen kann; und einen zweiten Abschnitt mit einem größeren Durchmesser. Die Zentrierbolzen (34) wirken dadurch zusätzlich wie Abstandshalter, die dafür sorgen, dass im geschlossenen Zustand der Vorrichtung zwischen Grundkörper (28) und Druckplatte (27) ein Abstand verbleibt, in den ein Wärmetauscher-Rohrbündel hineinpasst, sodass sich Grundkörper (28) und Druckplatte (27) beidseitig an ein eingelegtes Wärmetauscher-Rohrbündel anschmiegen und das Wärmetauscher-Rohrbündel, insbesondere dessen Wärmetauscher-Rohre, nicht zerdrücken. Die

Pressschweißvorrichtung (24) ist ferner so ausgebildet, dass alle erforderlichen Schweißnähte in einem einzigen Hub erzeugt werden können.

Die erfindungsgemäße Pressschweißvorrichtung weist weitere Bauteile auf, die nichts Wesentliches zur Erfindung beitragen und die dem Fachmann prinzipiell bekannt sind. Sie sind daher der übersichtlichkeit halber nicht dargestellt oder näher erläutert .

Fig. 13 zeigt die Pressschweißvorrichtung (24) aus Fig. 12 mit eingelegten, zu verschweißenden Wärmetauscher-Platten (1,

Ia) . Es ist erkennbar, dass die Oberflächen der vier Bauteile (25, 26, 27, 28) das Profil der ihnen jeweils zugewandten Oberfläche der eingelegten Wärmetauscher-Platten (1, Ia) nachformen .

Fig. 14 zeigt die Pressschweißvorrichtung (24) aus Fig. 13, wobei in einer ersten Phase des Schließens der Vorrichtung der Grundkörper (28) und die Druckplatte (27) aufeinander zu bewegt und geschlossen wurden. Es ist erkennbar, wie die Zentrierbolzen (34) durch die Zentrierbohrungen (35) hindurchreichen. Durch das Schließen des Grundkörpers (28) und der Druckplatte (27) werden die eingelegten, zu verschweißenden Wärmetauscher-Druckplatten in die vorgesehenen Position, Lage und Orientierung für den eigentlichen Pressschweißschritt, d.h. die Erzeugung der Schweißnähte, geführt und darin fixiert.

Fig. 15 zeigt die Pressschweißvorrichtung (24) aus Fig. 14, wobei in einer zweiten Phase des Schließens der Vorrichtung die Schweißpatrize (25) und die Schweißmatrize (26) (verdeckt) aufeinander zu bewegt und geschlossen wurden. In diesem geschlossenen Zustand werden die zu verschweißenden Bereiche der Wärmetauscher-Platten (1, Ia) mit Druck und Wärme behandelt, um die vorgesehenen Schweißnähte zu erzeugen. Sowohl Druck als auch Wärme werden über die Schweißstege der Schweißmatrize (25) und der Schweißpatrize (26) übertragen, indem einander gegenüberliegende Schweißstege der Schweißmatrize (25) und der Schweißpatrize (26) (vgl. Fig. 12) beidseitig die zu verschweißenden Bereiche zusammendrücken und mit Hilfe der in sie eingearbeiteten Heizbänder erhitzen.

Ein Schweißvorgang mit Einlegen und Ausrichten der Werkstücke (1, Ia), Schließen der Pressschweißvorrichtung (24), Erzeugen

aller erforderlichen Schweißnähte, öffnen der Pressschweißvorrichtung (24) und Auswerfen des erzeugten Halbzeugs (6) (kurz: Hub) dauert zwischen 1 und 20 Sekunden, vorzugsweise 1 bis 5 Sekunden und ist somit gut für die Integration in eine Serienproduktion geeignet.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten Merkmale und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Bezugszeichenliste

I Wärmetauscher-Platte Ia Wärmetauscher-Platte 2, 3 Wärmetauscher-Kanal 2a, 3a Wärmetauscher-Kanal

4, 4' Durchbrechung, RücklaufSammeldurchbrechung 4a, 4a' Vorlaufverteilerdurchbrechung

5, 5' Steg, der einen Wärmetauscher-Kanal begrenzt 5a, 5a' Steg, der einen Wärmetauscher-Kanal begrenzt

6 Wärmetauscher-Rohrbündel

7 Wärmetauscher-Rohr

8 Wärmetauscher-Rohr

9, 9a Kanalboden

10, 10a Kanalwand 10', 10a' Kanalwand

II Wärmetauscher-Modul

12, 12' Rücklaufsammeirohr

13, 13' Vorlaufverteilerrohr

14, 14', Durchbrechungen zum Abführen eines 14'', 14''' Temperiermediums

15 Nut

16 Stift

17 Wärmetauscher

18, 18', Anschlussstutzen zum Zu- bzw. Abführen eines

18'', 18''' Temperiermediums

19 elektrochemischer Energiespeicher

einzelne elektrochemische Speicherzelle (kurz Einzelzelle) Polverbinder Polverbinderschraube Tellerfeder Pressschweißvorrichtung Schweißpatrize Schweißmatrize Druckplatte Grundkörper , 30 Schweißsteg , 32 Schlitz Anschlagleiste Zentrierbolzen Zentrierbohrung