CN104037470B - 用于锂离子电池的调温板 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于锂离子电池的调温板。本发明涉及一种用于对部件进行调温的调温板，其中该调温板由塑料金属复合材料构造，该塑料金属复合材料包括由热固性塑料包围的金属纤维织物。本发明还涉及用于部件的壳体以及调温板用于将受温度负荷的部件的热引出的应用。

Description

用于锂离子电池的调温板

技术领域

本发明涉及尤其是用于锂离子电池的调温板和壳体，以及相应的电池装置。

背景技术

用于电池系统的锂离子电池单元传统上具有金属壳层，例如由铝制成的金属壳层。通常，多个、例如六个到八个这种电池单元被构建成电池模块，其中多个、例如三个或更多这种电池模块重又可以被构建成电池包。为了调温的目的，电池模块或电池包大多被安装在金属冷却板上。冷却板可以事先切削到装配尺寸。在冷却板之下通常平面地实施冷却媒质。为了避免在电池单元和金属冷却板之间的短路，在此在电池单元和金属板之间安放电绝缘体。

由文献DE 10 2011 002 415 A1例如已知用于对锂离子电池单元进行调温的调温板。该调温板可以通过用塑料注塑包封金属线路元件来制造。但是压铸方法对热塑性塑料的流动性以及耐温度变化性和耐形状变化性提出了高要求。

发明内容

本发明的主题是用于对部件、尤其是一个或多个电池单元例如锂离子电池单元进行调温的调温板。

按照本发明，调温板由塑料金属复合材料构造，其包括由热固性塑料包围的金属纤维织物。

热固性塑料在本发明意义上尤其可以是在硬化之后不再能够变形的塑料。

金属纤维织物在本发明意义上可以是由金属纤维构造的织物。织物可以包含尤其是单股、多丝束或者多丝线形式的或作为无纺布织物或幅面的金属纤维。纤维的长度可以在极短和无穷之间变化。尤其是，金属纤维织物可以以连续幅面的形式被使用用于制造塑料金属复合材料。

通过前述的调温板可以在与板内部的强化金属纤维织物结合地使用交联的热固性塑料的情况下提供非常耐温度变化的和耐形状变化的调温板。此外，热固性塑料可以形状配合地包围金属纤维织物。

金属纤维织物尤其可以是导电的织物。通过导电的金属纤维织物被电绝缘的热固性塑料包围，在表面处的树脂层可以以有利的方式保证电绝缘。

前述的调温板尤其是可以以有利的方式为冷却板。在这种冷却板上例如可以构建电池单元。这种冷却板可以出色地将热从例如电池单元排出。此外，热固性塑料相对于通常使用的冷却媒质是耐媒质变化的。这还具有如下优点：金属织物不被侵蚀。这样，前述的调温板、尤其是冷却板能够非常好地被用于从受温度负荷的部件例如电池单元、尤其是锂离子电池单元也或控制设备壳体散热。

包括由热固性塑料包围的金属纤维织物的塑料金属复合材料此外尤其是与传统的金属冷却板相比可以以有利的方式更简单和更廉价地被制造。

在一种扩展方案的范围中，热固性塑料可以由环氧树脂构造。

环氧树脂在本发明意义上可以是反应性树脂，其由环氧化物与多值醇的反应形成,例如由表氯醇与双酚A的反应形成。未交联的环氧树脂有利地是低粘性的。由此，流质的树脂材料可以在处理时间期间良好地包围金属纤维织物的纤维。通过硬化，由未交联的环氧树脂来形成固体的、交联的热固性材料。包括由热固性塑料包围的金属纤维织物的塑料金属复合材料尤其是可以通过压制方法来制造。环氧化物-低压压制材料尤其是适合于此。

在一种扩展方案的范围中，热固性塑料可以具有至少一种用于提高热导率的添加剂。在本发明意义上，用于提高热导率的添加剂尤其是可以理解为相对于无添加剂的塑料的比热导率提高了塑料的比热导率的添加剂。用于提高热导率的添加剂可以选自包括氧化铝、氢氧化铝、氮化硼、氢氧化镁、或其组合的组。用于提高热导率的添加剂尤其可以是氧化铝。

在一种扩展方案的范围中，该塑料可以具有关于塑料材料的总重量处于≥80重量百分比（Gew.%）至≤91重量百分比的范围中的用于提高热导率的添加剂。在另一扩展方案的范围中，该塑料可以具有关于塑料材料的总重量处于≥85重量百分比至≤91重量百分比的范围中的用于提高热导率的添加剂。热固性树脂例如不同于热塑性树脂可以以非常高程度的填充剂来制造。因此，热固性塑料可以包含直至91重量百分比的添加剂，由此尤其是连同金属纤维织物一起显著提高了调温板的热导率。

在一种扩展方案的范围中，金属纤维可以由铝或铜构造。铝和铜纤维可以表现出非常好的传导性。此外，由铝或铜制成的织物表示了如下可能性：以比较贵的金属更有益的材料成本来制造调温板。因此，可以获得价格低廉的调温或冷却板。由铝或铜纤维制成的金属纤维织物可以例如在纺织厂中在连续幅面上制造。

为了改善调温，调温板可以包括调温结构，如一个或多个用于将热例如排向调温剂或冷却剂的调温肋。原则上，调温剂可以是液态的、气态的或固体的调温剂。在电池装置中，通常将液态的调温剂平面地实施在冷却板之下。

在一种扩展方案的范围中，调温板在背离部件的侧上可以具有肋。调温板的背离布置在调温板上的部件的侧也被称为下侧。肋或冷却肋可以伸入冷却媒质中，使得冷却媒质可以非常好地将热排出。尤其是，低粘性的环氧树脂可以通过良好的流动性而导致：这种冷却肋可以无收缩腔地被成形。

在一种扩展方案的范围中，塑料金属复合材料可以通过压制方法来制造。尤其是，塑料金属复合材料可以通过将金属纤维织物的连续幅面与环氧树脂一起挤压来制造。

压制方法在本发明的意义上可以是包含将塑性物质通过压力作用在工具中成型的方法。如果构件通过成型物质来压合，则在热固性成型物质的情况下可以例如相对于压铸而有利地使用热压。此外，压制机大多比压铸机成本低，因此降低了计件成本。

通过压制方法制造调温板的大的优点在于，稍后朝向部件的表面、或上侧可以被制得非常平坦并且无翘曲（Verzug）。无翘曲的非常平坦的表面可以确保至施加于其上的部件（例如至锂离子电池单元）的良好接触，它们通常具有金属壳层。

由铝或铜纤维制成的金属纤维织物可以在连续幅面上制造。这种连续幅面可以通过合适的压制工具、例如模塑压制机来牵拉，其中在模塑工具关闭时连续幅面分别在冲压边缘被分离。模塑工具可以被调温到适于所使用的热固性树脂的温度上。热固性树脂、例如环氧化物-低压压制材料可以被引入到例如被调温到180℃的温度上的模塑工具中并且与金属纤维织物一起被挤压。这种挤压例如可以在20巴的压力情况下进行。在模塑工具中，树脂可以围绕金属纤维织物交联并且构成形状和温度非常稳定的塑料金属复合材料。在树脂的交联之后，复合材料可以被移除。通过压制方法，复合材料的一侧可以具有非常平坦的无翘曲的表面，而在另一表面上可以成形冷却肋。可选地，复合材料可以在另一方法步骤中被再交联，例如在120℃的温度情况下，尤其是在调温炉中。由此，可以进一步提高树脂的交联度。这种制造方法已知用于制造印制导线材料并且能够实现成本低的制造。

在本发明调温板的另外的优点和特征方面，对此明确地参照结合本发明壳体、本发明电池装置、本发明应用、图以及附图说明的阐述。

本发明的主题此外是用于部件的壳体、尤其是塑料壳体，其包括本发明的调温板。该部件可以是一个或多个电池单元，尤其是一个或多个锂离子电池单元。该部件尤其可以是来自汽车领域的部件，除了电池模块之外，例如也可以是控制设备壳体。它们经常强烈地受到温度负荷。调温板因此尤其是可以是适于从部件散热的冷却板。用于受温度负荷的部件的壳体明显地从良好的散热而受益。

尤其是如果部件是控制设备，则调温板有利地可以被构造为壳体盖。盖在本发明的范围中尤其是可以理解为壳体部件，其被设计用于在构造闭合壳体的情况下封闭一个或多个壳体部件。概念盖在此应当理解为在被称为盖的壳体部件相对重力方向取向方面不受限制。这样，盖可以被理解为被设计用于在构造闭合壳体的情况下在上方以及在侧向或者下方封闭一个或多个壳体部件的壳体部件。本发明的调温板尤其是可以被构造为用于控制设备的塑料壳体的板状盖。在控制设备情况下，内部热经常通过盖被引出。

用于电池单元的壳体、尤其是塑料壳体通常在电池模块或电池包下面包括调温板、尤其是冷却板。在此情况下，电池模块或电池包经常被安装在冷却板上并且冷却媒质被实施在冷却板下面。例如，冷却板可以被装入塑料壳体中并且借助机械方法如旋拧或夹住来固定。尤其是，调温板或冷却板可以通过卡接（Schnappverbindung）被装入塑料壳体中。

本发明的主题此外是电池装置，尤其是电池或电池模块，其包括本发明的调温板和/或本发明的壳体以及一个或多个电池单元、尤其是锂离子电池单元。

在本发明的意义上，电池不仅理解为主存储器，而且尤其是也理解为蓄电池（辅助存储器）。蓄电池经常同样用反复作为上位概念使用的终端（Terminus）电池来表示。

电池装置尤其是可以是电池模块，其包括多个、例如六个至八个电池单元，它们被构建成电池模块。电池装置还可以是电池包，其中可以将多个、例如三个或更多电池模块构建成电池包。电池、电池模块或电池包可以安装到调温板上。

在本发明电池装置的其他优点和特征方面，就此明确地参照结合本发明的调温板、本发明的壳体和附图说明的阐述。

本发明的主题还是本发明调温板用于将尤其是受温度负荷的部件的热引出的应用，所述受温度负荷的部件尤其是来自汽车领域，诸如电池模块或控制设备壳体。在此情况下，调温板尤其是可以作为冷却板使用。受温度负荷的部件尤其是可以是电池模块或控制设备壳体。在这些部件情况下经由稳定的板散热是特别有利的。

在本发明应用的另外的技术特征和优点方面，就此明确地参照结合本发明的调温板、本发明的壳体、图以及附图说明的阐述。

附图说明

本发明主题的另外的优点和有利的扩展方案通过附图来表明并且在下面的描述中被阐述。在此，要注意的是，例子和附图仅仅具有所描述的特性并且不认为以任何形式限制本发明。其中：

图1示出具有连续金属织物幅面的模塑工具的示意性视图；以及

图2示出通过本发明冷却板的实施方式的示意性横截面。

具体实施方式

图1示意性表明通过热压方法借助热固性物质通过在模塑工具中的压力作用的成型来制造冷却板。

例如由铝纤维制成的金属纤维织物10的连续幅面通过模塑工具12来牵拉。通过模塑工具12的关闭，连续幅面10在冲压边缘14处被分离。模塑工具12可以被调温到适于所使用的热固性树脂的温度，例如调温到180℃。热固性树脂16、例如环氧化物-低压压制材料通过喷嘴17被引入到调温的模塑工具12中，其中所述热固性树脂可以包含用于提高热导率的氧化铝。将环氧树脂16与金属纤维织物10一起进行挤压例如可以在20巴的压力情况下进行。通过在模塑工具12中的挤压，树脂16围绕金属纤维织物10被交联。在此情况下，在稍后的下侧处可以成形冷却肋18。在树脂交联之后，可以将复合材料从模塑工具12移除。通过压制方法可以构造形状和温度非常稳定的塑料金属复合材料。

图2示出用于对部件进行调温的冷却板20的实施方式。冷却板20由塑料金属复合材料构造，所述塑料金属复合材料包括例如由铝制成的、被热固性塑料16包围的金属纤维织物10。热固性塑料可以关于塑料材料的总重量具有用于提高热导率的91重量百分比的氧化铝。冷却板20作为底板装入用于部件的塑料壳体22中，例如借助卡接。冷却板20在背离部件的下侧处具有肋18，在其下平面地实施冷却媒质24。在可以被构造得非常平坦并且无翘曲的冷却板20的上侧上，可以安装应当被冷却的部件，例如电池或电池模块。

Claims (12)

1.电池装置，包括：

一个或多个电池单元；

调温板，其中：

调温板被配置用于通过从所述一个或多个电池单元散热来对电池单元的温度进行控制；和

调温板包括塑料金属复合材料，所述塑料金属复合材料包括金属纤维织物，所述金属纤维织物由热固性塑料包围，所述板包括与所述一个或多个电池单元处于直接物理和热传递接触的侧；以及

壳体，其中调温板被插入到壳体中用以保持调温板处于与所述一个或多个电池单元直接热传递接触，

其中调温板在同与所述一个或多个电池单元处于物理和热传递接触的侧远离的侧上包括肋，所述肋与壳体一起在调温板与壳体之间限定多个腔，所述腔在其中包括冷却剂。

2.根据权利要求1所述的电池装置，其中该调温板由塑料金属复合材料构造，该塑料金属复合材料包括由热固性塑料包围的金属纤维织物。

3.根据权利要求1所述的电池装置，其中所述热固性塑料由环氧树脂构造。

4.根据权利要求1所述的电池装置，其中所述热固性塑料具有至少一种用于提高热导率的添加剂，尤其是选自包括氧化铝、氢氧化铝、氮化硼、氢氧化镁、或其组合的组。

5.根据权利要求1所述的电池装置，其中该热固性塑料具有关于塑料材料的总重量处于≥80重量百分比至≤91重量百分比的范围中、优选处于≥85重量百分比至≤91重量百分比的范围中的用于提高热导率的添加剂。

6.根据权利要求1所述的电池装置，其中所述金属纤维由铝或铜构造。

7.根据权利要求1所述的电池装置，其中所述调温板在背离部件的侧上具有肋。

8.根据权利要求1所述的电池装置，其中所述塑料金属复合材料通过压制方法来制造，尤其是通过将金属纤维织物的连续幅面与环氧树脂一起挤压来制造。

9.根据权利要求1所述的电池装置，用于将尤其是来自汽车领域的部件的热引出，所述部件例如为电池模块或控制设备壳体。

10.根据权利要求1所述的电池装置，其中电池单元安装在调温板上并且以与调温板直接接触的方式安装。

11.根据权利要求1所述的电池装置，其中在所述壳体内流通的冷却剂处于调温板之下并且与调温板的背离所述一个或多个电池单元并且不与所述一个或多个电池单元直接物理接触的相对侧处于热传递接触。

12.用于部件的壳体，包括根据权利要求1至11之一所述的电池装置。