CN102498601A - 用于原电池的冷却板以及连接冷却板的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于原电池(120)的冷却板(110)。冷却板(110)包括与原电池(120)耦连的电池区(112)、与冷却台(130)形成机械和热学连接的连接区(116)以及设置在电池区(112)和连接区(116)之间的折叠区(114)，该折叠区包括冷却板(110)的灵活的折叠部。

Description

用于原电池的冷却板以及连接冷却板的方法

技术领域

本发明涉及一种用于原电池的冷却板、一种将用于原电池的冷却板连接到冷却台上的方法以及一种电池装置。

背景技术

目前，有不同的方式用于将电池组借由集成的冷却部件连接到散热器上，电池组特别指锂离子电池。

公开文献DE 10 2007 063 176 A1提供了将冷却板以不同的方式连接到冷却台上的连接方案。

公开文献DE 102007066944.4提供了类似的平面电池的冷却装置，该冷却装置具有作为热学路径形成的冷却板。其中涉及到，该冷却板与冷却台形成热接触；该接触可以通过浇注形成。

公开文献DE 102 23 782 B4提供了一种用于圆形电池的冷却装置，该冷却装置由基板和侧面于纵向上贴靠在电池上的冷却部件构成。电池与冷却装置形成力配合连接，贴靠设置的冷却部件具有伸缩接头，用以改善裂缝形成和热传递的问题。

冷却板在冷却台上的粘接或浇注技术不能实现所需的持久性和工序能力，而且不能拆卸。也就是说，损坏的电池不能进行更换。

可替换地，电池或模块可以力配合地连接到散热器上。热传递的过程是由电池本体或电池套直接到散热器，或者由电池本体或电池套经由冷却部件间接到散热器。为了实现较大的冷却面，并由此实现良好的热传递，必须具有较小的制造公差或者非常灵活的部件，而较小的制造公差会使成本消耗显著增加。

最理想的热传递是通过材料配合连接来实现的。然而，目前的材料配合连接由于制造工艺具有较高的温度载荷而不利于电池质量。与此相对，具有较低的温度载荷的材料配合连接可能受到动力载荷的破坏，或者失效，或者不可拆卸，从而不能更换损坏的电池。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种改善的用于原电池的冷却板、一种改善的用于连接冷却板的方法以及一种改善的电池装置。

上述目的通过权利要求1的用于原电池的冷却板、权利要求3的将用于原电池的冷却板连接到冷却台上的方法以及权利要求8的电池装置来实现。

本发明的理念基于：原电池、特别是锂离子电池可以安装在冷却板上，该冷却板可以与散热器形成力配合连接、材料配合连接，或形成力配合和材料配合连接，散热器例如是有流体流经的冷却台。由此，本发明的冷却板的构造是：通过折叠区可以实现，冷却板在冷却台上的机械连接以及冷却板和冷却台之间的热学接触，这二者之间的去耦。

根据该技术方案具有优势的，通过力配合连接和热学接触的去耦能够实现冷却板和冷却台之间的更好的热学接触。因此，本发明的构造避免了热学接触的机械载荷。而且，还可以在电池不受到热损害的情况下使连接可拆卸，并由此对电池进行更换。该技术方案特别适用于力配合连接的情况。

如果进行材料配合连接，那么经由材料配合连接提供了理想的热传递，而且不会对电池造成热损害。根据本发明，通过去耦使材料配合连接免受机械载荷。此外，在材料配合连接的条件下额外还能够实现力配合连接。

本发明提供的一种用于原电池的冷却板具有以下特征：具有电池区，设置用以与原电池耦连；具有连接区，设置用以与冷却台形成机械和热学连接；以及具有折叠区，该折叠区设置在电池区和连接区之间，并且，该折叠区具有冷却板的灵活的折叠部。

冷却板可以指的是具有良好导热性能的金属带或金属板，从而可以使热量从原电池高效地导出。此外，冷却板的材料性能这样设计，即，一方面使冷却板具有所需要的稳定性和强度，以作为固定件用于原电池。另一方面，使冷却板可以在施加作用力的情况下产生变形，从而与冷却台中对应形成的镂空部或通孔形成咬接，并由此固定在冷却台上。冷却板可以在其整个长度上或部分区域上具有两部分结构。这意味着，冷却板例如由两块平行的金属板构成。这两块金属板例如可以在电池区相互固定连接。相对地，在折叠区和连接区上，这两块金属板则可以相互分离设置。

冷却板的电池区可以理解为冷却板的径直延伸的区段，在该区段上可以安装有原电池。原电池可以由电池区固定并冷却。例如可以将原电池粘贴在冷却板的电池区上。然而，冷却板的电池区还可以集成设置在原电池中。此外，电池区可以设置用于容纳两块或多块原电池。

冷却板的连接区可以是冷却板的这样的区段，该区段例如可以插入在冷却台的通孔中。连接区在插入过程之中或之后可以这样变形，即，连接区完全或至少部分地在通孔内部贴靠在冷却台上。经由相应的接触区域，可以形成冷却板和冷却台之间的机械和热学连接。热学连接由连接区在通孔表面上的贴靠而形成。经由热学连接，可以使热量从冷却板传递到冷却台上。机械连接可以是材料配合和/或力配合连接。力配合连接可以由插入到通孔中的楔形件形成，该楔形件产生作用于连接区的压力。特别地，连接区可以通过压力产生变形，并且由此与通孔的表面轮廓相匹配。材料配合连接例如可以通过将连接区与冷却台的通孔表面焊接在一起而实现。通过冷却板和冷却台的材料配合连接可以进一步改善热传递。此外，热传递可以通过折叠区在冷却台表面上的贴靠而得到改善。

折叠区可以由一个或多个折叠部、弯曲部或金属带的弯折部形成。由于折叠区的灵活性可实现在纵向长度上的公差调整。这就意味着通过对折叠部的彼此拉伸可以增加冷却板的长度，而通过对折叠部的压缩可以减小冷却板的长度。根据具有优势的方式，由此使冷却板的长度能够与在冷却台和相对于该冷却台设置的固定件之间的预设距离相匹配。折叠区可以形成为弹簧。

根据本发明冷却板的一个实施方案，至少可以使连接区和折叠区分别具有两个相互间隔的、对称设置的区段。根据该实施方案，由此可以使冷却板的金属带在电池区之后分成两个支路。可以以这种形式分离，即，使去耦区由两个镜面对称向外、然后又向内折叠的支腿构成，这两个支腿可以在力的作用下分别相互压在一起和相互分离。因此，去耦区可以作为弹簧发挥作用，并且提供相应的恢复力。具有优势的，这种冷却板带的折叠部在技术方面便于实现。一方面，折叠部可以用于电池底面的保护，而另一方面，折叠部提供了在电池区和连接区之间的冷却板的自由设置区域上的调整区。在连接区的区段上，冷却板的上述两个部分可以插入到冷却台的通孔中。这两个部分可以贴靠在通孔的相对设置的侧壁区域上。可替换地，还可以使整块冷却板由两部分结构构成，其中，这两部分结构在电池区的区段上可以相互贴靠在一起并且相互连接。

本发明还提供一种将用于原电池的冷却板连接到冷却台上的方法，其中，该方法具有以下步骤：本发明冷却板的准备步骤；冷却台的准备步骤，其中，冷却台具有用于容纳冷却板的连接区的通孔；将冷却板的连接区插入至冷却台的通孔中的步骤，直至使冷却板的折叠区平靠在冷却台上；在冷却板上朝向冷却台方向施加压力的步骤，以将冷却板固定在冷却台的通孔中；以及，将固定部件从冷却台的与折叠区相反设置的一侧安装到通孔中的步骤，以使冷却板的连接区力配合地连接到冷却台上。

在将冷却板的连接区插入至通孔中的步骤中，可以使冷却板的折叠区通过在装配过程中产生的作用力而压在一起，并且形成弹性制动，从而可以使冷却板一方面在插入过程中减速，而另一方面不再向通孔中继续插入。由此可以保护原电池免遭损坏，即，能够及时吸收安装过程中的可能的振动，并且避免原电池撞击到冷却台的表面上。此外，折叠区还允许在冷却板插入过程中保持较大的公差范围，这是因为，在插入之后由于灵活的折叠区可以使冷却板的长度产生变化。固定部件可以优选具有楔形结构。如果冷却板在连接区具有两个冷却板带，那么固定部件可以很容易地设置在两个冷却板带之间，从而实现了冷却板带和冷却台之间的力配合。

而且，还可以在安装固定部件的步骤中，使连接区产生变形。在变形之前，可以使连接区具有两个相互平行延伸的冷却板区段。变形可以这样实现，即，使连接区、例如两个相互平行延伸的冷却板区段贴靠通孔的内侧壁上。变形过程例如可以由此实现，即，使通孔和固定部件具有彼此相对应的适配形状，例如相对应的边缘。由此可以在固定部件的安装过程中，使冷却板的连接区优选这样产生变形，即，使连接区形状配合地连接到冷却台上。以这种方式，可以对于力配合连接而额外提供形状配合连接，由此实现了冷却板在冷却台上的更可靠和更牢固的耦连。

在安装固定部件的步骤之后，可以进行将固定部件移除的步骤。如果仅具有力配合连接或仅具有形状配合连接，那么在移除固定部件之后，可以很容易地将冷却板从冷却台取下。这样有利于，将具有损坏的电池的冷却板以简单的方式和方法从通孔中去除，而不会由此损坏相邻的电池。

还可以在将固定部件移除的步骤之后，进行将连接区和/或折叠区材料配合地连接到冷却台上的步骤。该材料配合的连接步骤例如可以经由焊接过程来实施。以具有优势的方式，相对于力配合连接，可以通过材料配合连接而进一步改善冷却板到冷却台的热传递。这里还特别由折叠区的平靠在冷却台上的区段的材料配合连接而实现了额外具有优势的热传递表面。

根据一个实施方案，可以在材料配合连接的步骤中，通过具有低能量损耗的热学工艺进行连接处理。以这种方式能够避免对原电池造成热损害。例如，可以使冷却板通过激光焊接或软焊接与冷却台连接。这样的连接工艺对此具有的优势在于，该连接工艺能够节省能量地实现，并且对被连接材料的结构造成很小的载荷。

本发明还提供一种电池装置，其具有以下特征：具有至少一块根据本发明的冷却板；具有至少一块原电池，原电池与至少一块冷却板的电池区耦连；以及具有冷却台，冷却台具有至少一个用于容纳至少一块冷却板的连接区的通孔，其中，冷却台在至少一个通孔的区域内与至少一块冷却板的连接区形成机械和热学连接。原电池例如可以实施为锂离子电池，通常情况下在一个电池组装结构中具有多块电池，这样的电池组装结构可以用于对具有高能量需求的设备进行能量供应，例如用于电力和混合动力汽车中。

根据一个实施方案，可以使通孔在冷却台的朝向折叠区的一侧上的横截面小于该通孔在该冷却台的背向该折叠区的一侧上的横截面。因此具有优势地可以使例如楔形的固定部件很容易地插入并容纳在通孔中。此外，由于不同的横截面可实现冷却台内部的形状配合连接。

还可以使电池装置具有固定部件。该固定部件的形状可以对应于通孔的适配形状。对此，固定部件可以这样设置在通孔中，即，使冷却板的连接区与冷却台的通孔区域形成力配合连接。

固定部件可以包括合成材料，或者完全由合成材料构成。合成材料的优势在于，成本低廉，重量较轻，而且有利于建立冷却板和冷却台之间的力配合连接。

附图说明

接下来，结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明。图中示出：

图1为根据本发明一个典型实施例的电池装置的截面图；

图2为根据本发明一个典型实施例的电池装置的另一截面图；

图3为图2的电池装置的典型实施例的局部放大示意图；以及

图4为根据本发明一个典型实施例的将用于原电池的冷却板连接到冷却台上的方法的流程图。

具体实施方式

在下文对本发明的优选实施例的说明中，在不同附图中示出的功能类似的部件用相同或相近的附图标记表示，其中，省去对这些部件的重复说明。

图1示出了根据本发明一个典型实施例的电池装置100的截面图。电池装置100包括一块两件式冷却板110，该冷却板具有电池区112、折叠区(Falzbereich)114和连接区116。此外，电池装置100还包括原电池120、冷却台或散热器130以及固定部件140。双向箭头150表示压力部件118和折叠区114之间的力配合连接。压力区118还可以由电池区112的与冷却台130相反设置的自由端构成。在压力区118上可以施加一作用力F，该作用力在冷却板110上朝向冷却台130的方向上产生压力。

在图1所示的典型实施例中，冷却板110直接在电池区112中成型并且与原电池120耦连。因此，电池区112作为电池120的固定件和散热件而起作用。电池区112中的冷却板110具有一件式结构，或者由两个相互贴靠的平行部分构成。折叠区114连接于电池区112。折叠区114具有两个相互间隔设置的区段，这两个区段在一端分别与电池区112连接，而在相反的另一端分别与连接区的区段连接，在该实施例中，该连接区具有两件式结构。折叠区114通过相互间隔设置的区段的折叠而表现出向外伸出的特征。由此，这两个区段形成以镜面对称结构向外且又向内折叠的支腿。因而，每个区段这样延伸，即，从与电池区112连接的部分开始朝向冷却台130的方向倾斜延伸，然后形成折叠部，接着再次朝向冷却台130的方向倾斜延伸，直至到达与连接区的对应区段的连接点。折叠部实现了在热接触上的机械载荷的去耦。终止于冷却台130侧面上的冷却板110的部分由连接区116形成。这里，在冷却台130的通孔区域中的冷却板110通过固定部件140与冷却台130形成力配合和/或材料配合连接。根据该实施例，冷却台130具有双层结构。通孔延伸穿过该双层结构。通孔在朝向电池120的层结构中的直径小于在背向电池120的层结构中的直径。在将连接区116插入至通孔中时，冷却板的两个区段可以平行延伸。通过安装固定部件140，由于通孔的变化的直径可以使这两个区段产生变形，从而使这两个区段分别贴靠在通孔的相对设置的侧壁区域上。

当然，电池装置100还可以具有多个原电池120。各个电池120都固定在冷却板110上。冷却板110用于电池的机械挂设，并且实现热接触，也就是实现冷却作用，而且，冷却板可以如上文所述由两部分构成。如果电池装置100具有多块冷却板110，那么冷却台130对应于每块冷却板110都具有一个通孔。

因此，图1示出了用于力配合连接的冷却板110的结构设计方案，同时该结构设计方案还实现了在热接触上的机械载荷的去耦。冷却板110在顶部通过压力F而定位和固定在冷却台130上，该作用力F在底部由冷却板110的折叠区114来吸收。冷却板110插入到冷却台130中，并且该冷却板在底部借助于固定部件140而产生变形，从而使该冷却板贴靠在冷却台130上并由此形成热接触。

力配合连接使冷却板110和冷却台130之间的热连接的机械载荷去耦。由此在冷却板110和冷却台130之间实现了更好的的热接触并实现了可拆除的连接。此外，冷却板100和冷却台130之间的热传递不会由于机械载荷而受损。该连接可以再次拆除以更换损坏的电池120，而不会使正常的电池120受到热损坏。

图2示出了图1的电池装置100的典型实施例。在图2中，电池装置100在冷却台130的通孔区域上具有额外的材料配合连接210、220。材料配合连接可以位于一方面的冷却台130和连接区116之间和/或另一方面的冷却台130和冷却板110的折叠区114之间。材料配合连接的区域在图2中用圆周虚线表示出，而在图3中用放大示意图示出。

因此，图2示出了在同时使力配合和材料配合去耦的情况下用于图1的力配合连接的冷却板110的结构设计方案。该设计方案通过冷却板110和散热器130之间的材料配合借助于具有低能量损耗的热学工艺实现优化的热传递。这里的热学工艺例如可以是激光焊接工艺或软焊工艺。能量损耗可能经由散热器130在装配过程中产生。此外还具有力配合连接，用于使材料配合连接与图1示意图中的机械载荷去耦。

根据图2的示意图，冷却板110和散热器130之间的材料配合连接可以进一步改善热传递。通过该结构，避免在材料配合过程中对电池120造成热损害。如图1所示，额外还使力配合和材料配合的连接去耦，从而在材料配合连接上没有机械载荷，而且由此不会破坏热传导。

图3示出了图2中用圆周虚线表示的电池装置100的区域的局部放大示意图，其中，在冷却板110和冷却台130之间形成材料配合连接。冷却板110的连接区116的两个区段通过固定部件140被分别压靠在冷却台130的通孔的相对设置的表面上。在取出固定部件140之后(图3中未示出)，连接区116和通孔的相互贴靠的表面例如通过激光焊接而彼此连接，如这里用两个箭头210和220来表示。特别地，还可以使在压力F作用下平靠在冷却台上的折叠区114的区段利用所使用的热学工艺而在冷却台130上形成材料配合连接。由此可以进一步改善热传递。在这种情况下可以使折叠区114的与冷却台130相对设置的支腿平行于冷却台130的表面定位。在这种情况下，冷却板110的纵向长度调整可以经由折叠区114的另一条支腿来实现。

最后，图4示出了根据本发明一个典型实施例的将用于原电池的冷却板连接到冷却台上的方法400。在此可以指的是在前述附图中示出的冷却板，该冷却板具有电池区、折叠区和连接区。方法400包括：冷却板的准备步骤410、接下来的冷却台的准备步骤420、接下来的将冷却板的连接区插入至冷却台中的步骤430、接下来的在冷却板上施加压力的步骤440以及最后将固定部件安装到冷却台中的步骤450。

冷却台可以具有用于容纳冷却板的连接区的通孔。在步骤430中，使冷却板的冷却区这样插入至冷却台的通孔中，即，使冷却板的折叠区平靠在冷却台上。在此或接下来，在步骤440中，在冷却板上朝向冷却台的方向施加压力，从而将冷却板固定在冷却台的通孔中。最后，在步骤450中，从冷却台的与折叠区相反设置的一侧将一固定部件安装到通孔中，从而使冷却板的连接区力配合地连接到冷却台上。

方法400的步骤还可以不同于上述排序来进行。对此，上述典型实施例仅示例性示出，这些实施例可以相互结合。

Claims (11)

1.一种用于原电池(120)的冷却板(110)，其特征在于，具有：

与所述原电池耦连的电池区(112)；

与冷却台(130)形成机械和热学连接的连接区(116)；以及

在所述电池区和所述连接区之间的折叠区(114)，所述折叠区包括冷却板的灵活的折叠部。

2.根据权利要求1所述的冷却板(110)，其特征在于，至少所述连接区(116)和所述折叠区(114)分别具有两个相互间隔的、对称设置的区段。

3.一种将用于原电池(120)的冷却板(110)连接到冷却台(130)上的方法(400)，其特征在于，具有以下步骤：

根据权利要求1所述的冷却板的准备步骤(410)；

冷却台的准备步骤(420)，其中，所述冷却台具有用于容纳冷却板的连接区(116)的通孔；

将冷却板的连接区插入至冷却台的通孔中的步骤(430)，直至使冷却板的折叠区(114)平靠在冷却台上；

在冷却板上朝向冷却台方向施加压力(F)的步骤(440)，以将冷却板固定在冷却台的通孔中；以及

将固定部件(140)从冷却台的与折叠区相反设置的一侧安装到通孔中的步骤(450)，以使冷却板的连接区力配合地连接到冷却台上。

4.根据权利要求3所述的方法(400)，其特征在于，在安装固定部件(140)的步骤(450)中，使连接区贴靠在通孔的内侧壁上从而实现连接区(116)的变形。

5.根据权利要求3或4所述的方法(400)，其特征在于，在安装固定部件(140)的步骤(450)之后，进行将固定部件移除的步骤。

6.根据权利要求5所述的方法(400)，其特征在于，在将固定部件(140)移除的步骤之后，进行将连接区(116)和/或折叠区(114)材料配合地连接到冷却台(130)上的步骤。

7.根据权利要求6所述的方法(400)，其特征在于，在材料配合连接的步骤中，通过具有低能量损耗的热学工艺进行连接处理，以避免对原电池(120)造成热损害。

8.一种电池装置(100)，其特征在于，具有：

至少一块根据权利要求1所述的冷却板(110)；

至少一块原电池(120)，所述原电池与至少一块冷却板的电池区(112)耦连；以及

冷却台(130)，所述冷却台具有至少一个用于容纳所述至少一块冷却板的连接区(116)的通孔，其中，所述冷却台在所述至少一个通孔的区域内与所述至少一块冷却板的连接区形成机械和热学连接。

9.根据权利要求8所述的电池装置(100)，其特征在于，所述通孔在所述冷却台(130)的朝向所述折叠区(114)的一侧上的横截面小于该通孔在该冷却台的背向该折叠区的一侧上的横截面。

10.根据权利要求8或9所述的电池装置(100)，其特征在于，所述电池装置具有固定部件(140)，所述固定部件的形状对应于所述通孔的适配形状，并且其中，所述固定部件设置在通孔中使得所述冷却板(110)的连接区(116)与所述冷却台(130)的通孔区域形成力配合连接。

11.根据权利要求8至10中任意一项所述的电池装置(100)，其特征在于，所述固定部件(140)包括合成材料。

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