CN115023845A - 电池冷却元件、电池模块单元和制造电池冷却元件的方法 - Google Patents

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Abstract

本文所提出的电池冷却元件具有形式为柔性多层复合膜的柔性顶侧。为了冷却电池单体和/或电池模块，主要通过相对廉价且较轻的多层复合膜来实现从电池单体和/或电池模块至冷却介质的热传输，该多层复合膜还具有较高的传热系数。

Description

电池冷却元件、电池模块单元和制造电池冷却元件的方法
本专利申请案主张的是德国专利申请案10 2020 102 523.8的优先权，该案所披露的内容在此被明确引用。
本发明涉及一种电池冷却元件、一种电池模块单元和一种制造电池冷却元件的方法。
本发明特别是涉及一种电池冷却元件，其具有基体和经深拉的多层复合膜，其中所述多层复合膜在朝向内腔的表面上至少部分表面地具有金属材料。
电池模块单元，特别是应用于机动车辆中的电池模块单元通常具有壳体，在该壳体中布置有一或多个电池模块或者两个或两个以上可以组合成电池模块的电池单体。电池模块在充电和/或放电过程中会散发热量，因此，在壳体中还布置有一或多个电池冷却元件，其被配置成吸收电池模块的热量并将其传送出壳体。特别是揭示过形式为热交换器的电池冷却元件，其被配置成被冷却剂流过。
现有技术中还揭示过某些电池冷却元件，其相对于电池模块和/或电池单体复合体而言是刚性的。这种电池冷却元件特别是可以布置在电池模块单元的壳体的底侧上。
出于功能集成的需要，电池冷却元件可以承担电池模块单元的传热功能和增强元件的功能，从而实现电池模块单元的减重。
在电池模块单元的工作期间，特别是在电池冷却元件与电池模块和/或电池单体复合体与电池冷却元件之间，会出现不同的变形特性。
为了在电池模块和/或电池单体与电池冷却元件之间实现充分的热传递，现有技术中揭示过处于电池冷却元件与电池模块和/或电池单体之间的导热元件，特别是导热膏和/或导热薄膜的形式。
本发明的目的是针对现有技术提出一种改进方案或替代方案。
根据本发明的第一方面，本发明用以达成上述目的的解决方案为一种电池冷却元件，特别是用于牵引电池的电池冷却元件，具有基体和多层复合膜，其中所述基体和所述多层复合膜至少局部地围绕所述电池冷却元件的用于容置冷却介质的内腔，其中所述内腔与冷却介质流入部和冷却介质流出部连接，其中所述多层复合膜三维成形。
对相关术语的说明如下：
首先，需要明确指出的是，在本专利申请范围内，如果对应的上下文中并未明确说明、或者对于本领域技术人员而言显而易见、或者技术上强制要求该处为“刚好一个…”、“刚好两个…”等情况，那么如“一”、“二”等不定冠词和数值数据在通常情况下应理解为“至少”数据，即“至少一个…”、“至少两个…”等。
在本专利申请范围内，“特别是”这个表述始终是指，通过这个表述来引入可选的、优选的特征。该表述不应被理解为“确切而言”或“亦即”。
“电池冷却元件”指的是用来冷却电池单体和/或电池模块的装置。优选借助冷却剂将源于电池单体和/或电池模块的热量从电池冷却元件排出。
优选地，所述电池冷却元件具有用于至少局部地贴靠在电池单体上或贴靠在电池模块单元的具有至少两个电池单体的电池模块上的外表面、被所述外表面至少局部围绕的用于容置冷却介质的内腔、与所述内腔连接的冷却介质流入部、以及与所述内腔连接的冷却介质流出部，其中所述外表面至少局部地由导热的柔性多层复合膜构成。
“牵引电池”应理解成某种储能器，特别是电流储能器。优选地，牵引电池适于安装在电动车中并用于驱动电动车。
“基体”指的是电池冷却元件的某个组成部分，其至少相对电池冷却元件而言在结构上构建为承载构件，因而其在任何情况下均被配置成能够将出现在电池冷却元件中的机械负荷传递至周围的构件。
“薄膜”指的是较薄的金属或塑料片。
“多层复合膜”指的是具有多个层的薄膜。
优选地，在多层复合膜中可以组合有不同的材料。
优选地，本文提出，多层复合体具有塑料材料和金属材料，它们各自为膜层的形式。在多层复合膜优选具有金属材料的情况下，能够改善多层复合膜的电磁兼容性(EMC)。电磁兼容性描述了一个元件不因意外的电气或电磁效应而干扰其他元件或被其他元件干扰的能力。
多层复合膜优选指的是由至少两个材料层制成的多层复合膜。多层复合膜特别优选指的是至少部分表面地具有两个材料层的多层复合膜。尤指某种多层复合膜，其整面地具有第一层并且至少部分表面地具有第二材料层，特别是塑料材料作为第一材料层并且金属材料作为第二材料层。
多层复合膜特别是可以借助压延机来制造。
优选地，多层复合膜的一个材料层具有金属材料。优选地，多层复合膜的一个材料层具有塑料材料。
优选指的是具有指向外部的塑料层的多层复合膜。指向外部的塑料层优选可以被配置成有利于保护被塑料层覆盖的第二材料层，特别是金属层，免受外部因素影响。
优选地，多层复合膜具有60至150μm的厚度。特别优选地，多层复合膜具有80至125μm的厚度。
需要明确指出的是，不应将针对多层复合膜的厚度的上述值理解成严格的界限，确切言之，在不脱离本发明的所述方面的情况下，可以在工程尺度上超出或者低于这些值。简而言之，这些值用于为在此提出的多层复合膜的厚度的大小提供依据。
多层复合膜也可以指特别是在多层复合膜的不同层中具有不同金属材料的薄膜。
此外，多层复合膜也可以由多种不同的塑料材料构成。
优选地，多层复合膜指的是某种多层复合膜，其具有特别是由塑料材料构成的指向外部的第一塑料层、特别是由金属材料构成的被所述第一材料层覆盖的第二材料层，和至少一个特别是由塑料材料构成的朝向所述内腔的第三材料层，其中所述第二或所述第三材料层也可以部分表面地构建。
优选地，多层复合膜指的是某种多层复合膜，其具有第一整面的指向外部的第一材料层和至少部分表面的第二材料层，特别是由塑料材料构成，其中所述第二材料层被配置成与所述基体连接，特别是材料接合或形状配合地连接，特别是焊接。
“内腔”指的是电池冷却元件的基本上被基体和多层复合膜围绕的区域。此外，内腔被冷却介质流入部和冷却介质流出部限定。
“冷却介质”尤指用来将热量运走的气态和/或液态的物质或者气态和/或液态的混合物。
“冷却介质流入部”指的是内腔的用来将预设的冷却介质输入电池冷却元件的开口。
“冷却介质流出部”指的是内腔的用来将预设的冷却介质从电池冷却元件排出的开口。
“三维成形”的薄膜或多层复合膜指的是某种薄膜或多层复合膜，其在薄膜或多层复合膜初级成形后如此地成形，使其不再纯平面地成形，而是在所有三个维度上延伸，特别是无外力作用地在所有三个维度上延伸，特别是在其无应力状态下在所有三个温度上延伸。
换言之，三维成形的薄膜或三维成形的多层复合膜指的是某种薄膜或多层复合膜，其在初级成形成平面薄膜或平面多层复合膜后借助成型工艺而三维成型，特别是无褶皱地三维成型。从而使得已经成型的薄膜或多层复合膜不再呈平面状。如果将成型的薄膜或多层复合膜在重力作用下抵靠在平坦表面上，则其与初级成形的平面薄膜或多层复合膜相比具有弯折和/或褶皱。
优选地，三维成型的薄膜或三维成型的多层复合膜具有平面成形的至少一个中央区域和边缘区域，其中该至少一个中央区域和该至少一个边缘区域布置在不同的、优选平行的平面上，其中该至少一个平面成形的中央区域和该至少一个平面成形的边缘区域借助连接区域而连接，其中连接区域将该至少一个中央区域和该至少一个边缘区域的不同平面连接在一起，优选无褶皱地连接在一起。
优选在与电池冷却元件的基体连接前对薄膜或多层复合膜进行成型。
优选在与电池冷却元件的基体连接后对薄膜或多层复合膜进行成型。
优选地，至少在没有外力作用于成形的薄膜或成形的多层复合膜的情况下，三维成形的薄膜或三维成形的多层复合膜不具有褶皱。
优选地，三维成形的薄膜或成形的多层复合膜借助拉压成型、深拉、压制、内高压成型、液压成型或另一成型法进行三维成形。
“深拉”多层复合膜指的是借助深拉工艺成形的多层复合膜。
亦即，本文所提出的电池冷却元件中优选使用某种薄膜或多层复合膜，其在其预设使用形式中和/或其预设三维成形形式中和/或在电池冷却元件的安装状态下，具有用于与基体连接，特别是材料接合或形状配合地连接的第一平面，和用于与至少一个电池单体尽可能大面积接触的至少一个第二平面。
优选地，用于与至少一个电池单体接触的第二平面在其在至少一个电池单体上的预设抵靠区域内，从用于与基体连接，特别是材料接合或形状配合地连接的第一平面，突出。
在现有技术中已知的是，特别是用于牵引电池的电池单体和/或电池模块，借助冷却体被冷却，其中该冷却体被构建为金属板。
这类冷却体的缺点是相对较重，并且为了改善电池单体和/或电池模块与冷却体之间以及/或者冷却体与热量所排放的壳体之间的热传输，而需要设置导热材料，特别是导热膏和/或导热薄膜等诸如此类。将通常相对具有弹性的导热材料放置在这两个金属表面之间，从而补偿金属表面之间的公差。但导热材料较为昂贵、难以施覆且本身也具有热阻，尽管其整体有利于改善热传输，但仍非有效热传输的最佳解决方案。
作为替代方案，本文提出一种具有基体和薄膜或多层复合膜的电池冷却元件。本文所提出的电池冷却元件还具有内腔，其可以被冷却介质流过。
根据本文所提出的电池冷却元件的预设应用，在电池单体和/或电池模块中产生的热量可以通过电池单体和/或电池模块与冷却介质之间的间接接触而被传输至冷却介质。通过预设冷却剂回路就能将传输给冷却介质的热量排出，并且特别是借助预设的附加热交换器将其排出至环境中。
薄膜或多层复合膜被配置成与电池单体和/或电池模块进行连接。
因而与现有技术中的解决方案相比，本文所提出的电池冷却元件的外表面相对柔性且具有相应的可塑性，从而对电池冷却元件与电池单体和/或电池模块之间的公差进行补偿，这样就无需设置现有技术中用来承担这项任务的导热材料。
具体而言还考虑到，本文所提出的薄膜或多层复合膜可以通过作用于冷却介质的压力而至少局部地抵靠在电池单体和/或电池模块上，并且优选在多层复合膜的弹性区域内可以变形，这样就能非常简单地对电池冷却元件与电池单体和/或电池模块之间可能产生的几何公差进行补偿，而不必依赖导热材料。
本文中至少局部抵靠表示，电池冷却元件的由薄膜或多层复合膜柔性地形成的外表面无需在电池冷却元件的整个周边范围内延伸，这个特别形成的外表面也可以仅形成电池冷却元件的外周面的一个分区。在此情形下，薄膜或多层复合膜优选也仅在电池冷却元件的外周面的某个分区的范围内延伸。然而，外表面以及形成外表面的薄膜也可以在电池冷却元件的整个外周面的范围内延伸。
此举优选地使得电池冷却元件的形式为薄膜或多层复合膜的外表面抵靠在待冷却电池单体和/或待冷却电池模块上，从而形成平面接触以实施热传输。
本文还具体地提出，薄膜或多层复合膜由导热材料构成，这样就能在电池模块或电池单体与电池冷却元件之间实现良好的热传递，而不必使用导热材料，特别是导热膏。
本文还具体地提出，所述薄膜或多层复合膜的特征在于较小的壁厚，从而进一步有利于减小热源和冷却介质之间的热阻。
此外，与传统的电池冷却元件相比，以这种方式设计的电池冷却元件由于外表面不再采用刚性构建方案而具有显著减小的重量。
另外，所述电池冷却元件可以采用扁平结构，从而特别有利于节省空间。
本文所提出的外表面具有薄膜或多层复合膜，这样就能将组合在多层复合膜中的不同材料的材料特性相结合。
优选地，此举有利于使得由多层复合膜形成的电池冷却元件的外表面具有较高弹性模量，从而在材料厚度较低的情况下具有相对较高的稳定性。
另一优点在于，所述多层复合膜基于所组合的材料而具有较高的抗拉强度和/或撕裂强度，从而即使在作用于多层复合膜的负荷较大的情况下也能避免多层复合膜受损。
本文还具体地提出，通过将若干材料组合成多层复合膜，还能使得多层复合膜的其他特性理想地与本文所提出的应用相匹配，此处尤指多层复合膜与基体的可焊接性，从而降低电池冷却元件的制造成本并使其结构坚固。
为了进一步增强电池冷却元件的稳定性，本发明提出，在电池冷却元件的内腔中布置支撑元件。
所述支撑元件能够形成承载结构，其能够为电池冷却元件的外表面并进而为多层复合膜提供机械支撑。支撑元件可以用来吸收和传递压力负荷。
支撑元件优选如下成型：其形成一或多个流动通道，该预设冷却介质能够穿过所述流动通道在电池冷却元件的内腔中流过。流动通道可以如此地构建，使得冷却介质从冷却介质流入部至冷却介质流出部的流动路径尽可能长，特别是借助预设流动路径的曲折式结构来实现。这样便能特别高效地对电池单体和/或电池模块进行冷却。
支撑元件例如可以呈支架状，以便支撑电池冷却元件的外表面。优选地，支撑元件由刚性材料、特别是刚性塑料材料形成。但支撑元件也可以由金属材料形成。
本文还具体地提出一种具有三维成形的薄膜或多层复合膜的电池冷却元件。换言之，本文提出一种电池冷却元件，其具有借助成型工艺，特别是深拉或内高压成型，而三维成形的薄膜或多层复合膜。
使用三维成形的薄膜或三维成形的多层复合膜就能有利地达到以下效果：薄膜或多层复合膜的使用时所需的弯曲形状不会产生任何可能对薄膜或多层复合膜与电池单体和/或电池模块的接触面造成负面影响的弯曲褶皱。换言之，通过薄膜或多层复合膜的成型，特别是深拉或内高压成型，可以调节薄膜或多层复合膜，使其在预设应用成形时不具有任何褶皱。通过这种方式就能特别是在与电池单体和/或电池模块的接触区域内，改善电池冷却元件的以预设方式所能达到的形状与位置公差，从而也改善热传输。
此外，通过使用三维成形(特别是深拉或内高压成型)的薄膜或多层复合膜，还有利于调整材料选择。借助成型，特别是深拉或内高压成型来成形薄膜或多层复合膜，就能特别是达到以下有利效果：薄膜或多层复合膜无需具备适应性。换言之，薄膜或多层复合膜可以具有更高的弹性模量和更低的弹性，从而有利于增强薄膜或多层复合膜的阻力，特别是有利于实现薄膜或多层复合膜的更高的爆裂压力。
所述基体优选地具有凹槽和/或凹部。
对相关术语的说明如下：
“凹槽”指的是基体中的凹陷，其纵向延伸大于其横向延伸。
“凹部”指的是基体中的凹陷，其横向延伸大于其纵向延伸。
通过这种方式，针对预设冷却介质成形的内腔不仅通过多层复合膜的变形来实现，而且在基体中至少部分地成形，从而有利地限制多层复合膜的变形，并且用于支撑电池单体和/或电池模块的任何支撑架也可以具有更小的延伸度。
换言之，这样就能限制多层复合膜的拉力大小，特别是在非常有利的技术方案中甚至能够限制对电池单体和/或电池模块与电池冷却元件之间的位置公差进行补偿。
所述多层复合膜优选具有焊接区域。
对相关术语的说明如下：
“焊接区域”指的是多层复合膜的一个区域，该区域被配置成能够将多层复合膜与基体焊接在一起。优选地，焊接区域在多层复合膜的表面上具有塑料层，其可以与基体焊接在一起。
亦即，本文具体地提出一种电池冷却元件，其中基体与多层复合膜彼此焊接在一起。
优选地，多层复合膜的焊接区域被注塑至多层复合膜的表面，特别优选地仅被注塑在多层复合膜与基体焊接的区域内。
本文涉及一种多层复合膜，其在朝向内腔的表面上具有一层金属材料，其在与焊接相关的位置上施覆有，特别是喷射有，一个塑料层，从而形成焊接区域。
多层复合膜的“朝向内腔的表面”指的是多层复合膜的某一侧，该侧根据多层复合膜的预设布置方案与电池冷却元件的内腔相对应。
优选地，多层复合膜的朝向内腔的表面与电池冷却元件的底板焊接在一起。在此情况下，多层复合膜在焊接点上不再朝向内腔，因其与基体材料接合地连接。但在多层复合膜的朝向电池冷却元件内腔的一侧上，这一点不发生变化。
此外还具体地涉及一种多层复合膜，其在朝向内腔的表面上具有一层塑料材料，其在与焊接相关的位置上施覆有，特别是喷射有，另一塑料层，从而形成焊接区域。即使在多层复合膜的朝向内腔的表面已具有塑料材料层的情况下，其优选同样无法与基体焊接在一起，从而需要额外的由塑料构成的焊接区域。在由塑料材料构成的层因太薄而无法焊接，从而无法与基体建立连接的情况下，或者在其具有无法与基体的塑料材料焊接在一起的塑料材料的情况下，由塑料材料构成的材料层无法与基体焊接在一起。
所述焊接区域的优点是，多层复合膜与基体能够借助焊接而材料接合地连接在一起。
优选地，多层复合膜在朝向内腔的表面上至少部分表面地具有金属材料。
“部分表面地”指的是多层复合膜的一侧的表面可以被划分为不同表面材料的区域。相关的部分表面或区域由表面材料的变化界定。
“金属材料”优选指的是主要、即至少70wt％由铝或铜构成的材料。
根据多层复合膜的一种实施方式，该多层复合膜具有由金属材料金属材料构成的一层和由塑料材料构成的一层，其中金属材料布置在朝向内腔的方向上，塑料材料布置在多层复合膜的背离内腔多层复合膜的一侧上。
有利地，通过具有指向内腔的金属材料层和背离内腔的塑料材料层的多层复合膜，就能在使用塑料层的情况下仍能通过多层复合膜来达到相对较佳的传热系数，特别是与以下多层复合膜相比改善传热系数：该多层复合膜在其延伸的至少大部分范围内，特别是在其整个延伸范围内，具有金属材料层作为中间层并且各有一个塑料材料层作为外层。
根据本文所提出的具有指向内腔的金属材料层和背离内腔的塑料材料层的多层复合膜的一种具体实施方式，该多层复合膜在其整个延伸范围内具有两个材料层。
为了实现多层复合膜与基体的可焊接性，本文还提出，至少在预设焊接的区域内往金属材料施覆另一塑料层，特别是焊接区域，其可与基体的塑料焊接在一起。
根据具有指向内腔的金属材料层和背离内腔的塑料材料层的多层复合膜的另一具体实施方式，该多层复合膜在其整个延伸范围内具有外塑料层，而预设指向内腔的金属层在需要与基体焊接在一起的区域内中断。这种方式的优点是，为了实现多层复合膜与基体的可焊接性，不必将另外的塑料层施覆至多层复合膜。
优选地，多层复合膜的朝向内腔并且在表面上具有金属材料的区域被配置成，与多层复合膜的邻接朝向内腔并且在表面上具有金属材料的区域的区域相比，具有更高的传热系数。
对相关术语的说明如下：
“传热系数”是指决定通过多层复合膜的传热强度的比例因子。其是材料配置的特定指标。
本文具体地提出一种具有多层复合膜的电池冷却元件，该多层复合膜根据其材料选择并基于其材料配置而如此地设计，使得用于与电池单体和/或电池模块进行接触的第一区域，与相邻的第二区域相比，特别是与用于将多层复合膜与基体连接在一起、特别是材料接合或形状配合地连接在一起、特别是借助焊接来材料接合地连接在一起的相邻的第二区域相比，具有较高的传热系数。
优选地涉及一种多层复合膜，其在朝向内腔的一侧上具有金属层，其中在用于焊接的第二区域内将塑料层施覆至金属层，该塑料层同样指向电池冷却元件的内腔。
从而达到以下效果：与邻接区域相比，特别是与用于与基体焊接在一起的邻接区域相比，多层复合膜可以在有效传热的区域内具有更高的传热系数，该邻接区域优选地不与电池单体和/或电池模块发生直接接触。
根据一种优选实施方式，所述金属材料具有铝作为合金成分，所述金属材料优选地具有大于85wt％的铝含量，所述金属材料特别优选地具有大于95wt％的铝含量。
对相关术语的说明如下：
“合金成分”指的是在包含多种金属的合金中的金属成分。
“wt％计的铝含量”指的是化学元素铝在包含多种元素的合金中的比例，其中该比例按合金总质量的百分比给出。
通过使用铝作为金属材料，就能实现金属层的高导热性，从而整体上实现在热传递方面有效的电池冷却元件。
所述金属材料优选具有大于70wt％的铝含量。所述金属材料优选具有大于75wt％的铝含量。所述金属材料优选具有大于80wt％的铝含量。所述金属材料优选具有大于90wt％的铝含量。所述金属材料优选具有大于97wt％的铝含量。所述金属材料优选具有大于98.5wt％的铝含量。
需要明确指出的是，不应将针对铝含量的上述值理解成严格的限度，确切言之，在不脱离本发明所描述的方面的情况下，可以视相关工程技术人员的尺度超过或低于这些值。简而言之，这些值用于为在此提出的铝含量的大小提供依据。
根据一种可选实施方式，所述金属材料具有铜作为合金成分。
优选地，所述金属材料具有大于70wt％，优选大于75wt％，优选大于80wt％，优选大于85wt％，优选大于90wt％，优选大于95wt％，优选大于98.5wt％，的铜含量。
有利地，通过使用铜作为金属层的合金成分，就能实现金属层的高导热性，从而整体上实现在热传递方面有效的电池冷却元件。
可选地，所述多层复合膜的在朝向内腔的表面上具有金属材料的区域基本上对应于所述多层复合膜的用于与电池模块和/或电池单体进行接触的区域。
对相关术语的说明如下：
“电池单体”指的是基于电化学的电能存储器。
“电池模块”指的是电池模块单元的一部分，其中该电池模块具有多个电池单体。
多层复合膜的“用于与电池模块和/或电池单体进行接触”的区域指的是多层复合膜的以预设方式与电池模块和/或电池单体进行接触的区域。
本文就此而提出，所述多层复合膜具有金属层，该金属层与以预设方式与电池单体和/或电池模块进行接触的区域至少大小基本上相同。
通过这种方式就能实现某种电池冷却元件，其在与电池单体和/或电池模块的预设接触区域内具有较高的传热系数，从而实现有效的热传输，而在相邻的区域内，多层复合膜的材料特性可以与局部要求相匹配。特别是与与基体的可焊接性相匹配。
基本上是指至少80％一致的范围，优选至少90％一致的范围，优选至少95％一致的范围，特别优选至少98％一致的范围。
优选地，所述多层复合膜在朝向内腔的表面上至少部分表面地具有塑料材料。
对相关术语的说明如下：
“塑料材料”指的是主要由大分子构成的材料。
优选地，塑料材料指的是聚乙烯，特别是抗撕裂改性聚乙烯，和/或聚异丁烯和/或聚乙烯醇缩丁醛和/或乙烯醋酸乙烯酯和/或聚丙烯酸酯和/或聚亚甲基丙烯酸酯和/或聚氨酯和/或预拉伸聚丙烯和/或聚醋酸乙烯酯5和/或乙烯醋酸乙烯酯和/或基于氨基甲酸乙酯的热塑性弹性体。
有利地，这样就能对多层复合膜的朝向内腔的表面上的塑料材料进行调整，使其与基体焊接在一起。
根据一种可选实施方式，朝向内腔且在多层复合膜的表面上具有塑料材料的区域基本上对应于与基体的接触面，其中塑料材料可与基体焊接在一起。
对相关术语的说明如下：
“与基体的接触面”指的是以预设方式与基体发生接触或与基体焊接在一起的表面。
“可焊接的”在此指的是热塑性塑料的可焊接性，即热塑性塑料的材料接合的可连接性，特别是热塑性塑料的持久的材料接合的可连接性。
基本上是指至少80％一致的范围，优选至少90％一致的范围，优选至少95％一致的范围，特别优选至少98％一致的范围。
通过这种方式，多层复合膜就能具有局部优化的材料配置。
根据一种优选变体，所述塑料材料对应于LDPE或PE或PA或PP。
“LDPE”指的是Low Density Polyethylen，即低密度聚乙烯。
“PE”是指聚乙烯。
“PA”是指聚酰胺。
“PP”是指聚丙烯。
通过这种方式就能将塑料材料与相容的基体焊接在一起。
优选地，所述多层复合膜在背离内腔的表面上至少部分表面地具有塑料材料。
对相关术语的说明如下：
“背离内腔的表面”指的是多层复合膜的某个表面，该表面至少部分地描述电池冷却元件的外表面。
特别优选地，所述多层复合膜在背离内腔的表面上整面地具有塑料材料。。
这样就能以最佳方式保护多层复合膜的金属层免受外部因素影响。
根据一种有益的实施方式，所述塑料材料是假塑性的。
特别优选地，所述塑料材料是触变的。
对相关术语的说明如下：
“假塑性的”塑料材料指的是在高剪切力下具有递减粘度的塑料材料。换言之，假塑性塑料材料的粘度随着作用在塑性材料上的剪切负荷的增加而降低。
“触变的”塑料材料指的是在恒定剪切下粘度随时间降低的塑料材料。优选地，粘度在剪切负荷结束后随着时间而再次增加。
优选地，多层复合膜外侧上的塑料材料是假塑性的，特别优选是触变的。通过其他方式优选地，朝向电池单体的塑料材料是假塑性的，特别优选是触变的。
此举的优点是，支撑金属层的塑料层在剪切负荷较大的情况下具有较小的粘度，从而抑制剪切负荷对进行保护的塑料层造成的损害。
可选地，所述基体由LDPE或PE或PA或PP构成。
这样就能使得基体非常轻且与相容的多层复合膜焊接在一起。
根据一种优选的实施方式，所述基体具有用于固定电池单体和/或电池模块的固定元件。
对相关术语的说明如下：
“固定元件”指的是用来将基体与电池单体和/或电池模块固定在一起的任何装置。
有益地，所述基体被配置成用作电池模块单元、特别是牵引电池的电池模块单元的承载元件。
对相关术语的说明如下：
“承载元件”指的是某种构件或组件，其被配置成不仅能无损地吸收在构件或组件内产生的负荷，而且还被配置成使得作用于构件或组件的外部负荷无损地穿过该构件或组件。
“电池模块单元”指的是具有多个电池模块的电池模块系统。
此举的优点是，电池模块单元就不再需要任何承载壳体，这样就能节省材料降低重量。
可选地，所述基体被配置成用作电池模块单元、特别是牵引电池的电池模块单元，的壳体的组成部分。
这样就能借助该基体来形成电池模块单元的壳体的组成部分，从而节省电池模块单元的材料，降低重量。
根据本发明的第二方面，本发明用以达成上述目的的解决方案为一种电池模块单元，特别是牵引电池的电池模块单元，具有电池单体和/或电池模块和根据本发明的第一方面的电池冷却元件。
不言而喻，根据本发明的第一方面的电池冷却元件的前述优点，直接适用于具有电池单体和/或电池模块和根据本发明的第一方面的电池冷却元件的电池模块单元。
需要明确指出的是，第二方面的主题可以单独或以任意组合累加地与本发明的第一方面的主题有利地相结合。
根据本发明的第三方面，本发明用以达成上述目的的解决方案为一种制造电池冷却元件，特别是用于牵引电池的电池冷却元件，特别是根据本发明的第一方面的电池冷却元件的方法，其中所述电池冷却元件具有基体和三维成形的多层复合膜，其中所述基体和所述三维成形的多层复合膜至少局部地围绕所述电池冷却元件的用于容置冷却介质的内腔，包括以下步骤：
-提供薄膜或多层复合膜，特别是具有由金属材料构成的表面或具有双侧塑料表面的薄膜或多层复合膜；
-借助成型法，特别是借助深拉法或内高压成型法将所述薄膜或多层复合膜成形成所述三维成形的薄膜或多层复合膜(20)；并且
-将薄膜或多层复合膜与基体连接在一起。
对相关术语的说明如下：
“成形”指的是用来实现三维成形，特别是三维成形的多层复合膜的任意物体成型。
优选地，成形指的是借助深拉法进行成形。
“深拉法”指的是借助拉压成型来从薄膜形成单侧暴露空心体的成型法。
优选地，成形指的是借助内高压成型法的成形。
“内高压成型法”指的是在闭合模具中借助内高压来成形物体，特别是多层复合膜的成型法。优选地，内高压成型法可指液压成型法。
“连接”指的是用来将薄膜或多层复合膜与基体连接在一起，特别是材料接合或形状配合地连接在一起的任何工艺。
材料接合的连接优选指的是焊接法。
压紧配合的连接尤指翻边法和/或捏合法(Rendelverfahren)。
需要明确指出的是，该方法的步骤可以按照给出的顺序进行，但非必须。也就是说，这些步骤也可以明确地以不同的顺序进行。
此外需要明确指出，这些步骤可以在一个工作站或多个工作站执行，特别是在相对于彼此呈星形布置的工作站中执行。
具体地，根据用于制造电池冷却元件的第一替代实施方式，本文提出，借助成型法，特别是借助深拉工艺或内高压成型法来成形薄膜或多层复合膜，使得在三维成形薄膜或三维成形多层复合膜的使用时所需的弯曲形状不会产生任何可能对薄膜或多层复合膜与电池单体和/或电池模块的接触面造成负面影响的弯曲褶皱。
换言之，通过薄膜或多层复合膜的成型，特别是深拉或内高压成型，可以调节三维成形的薄膜或三维成形的多层复合膜，使其在预设应用成形时不具有任何褶皱。通过这种方式就能特别是在与电池单体和/或电池模块的接触区域内，改善电池冷却元件的以预设方式所能达到的形状与位置公差，从而也改善热传输。
此外，通过成型，特别是深拉或内高压成型，还有利于调整材料选择。借助深拉来成形薄膜或多层复合膜，就能特别是达到以下有利效果：薄膜或多层复合膜无需具备适应性。换言之，薄膜或多层复合膜可以具有更高的弹性模量和更低的弹性，从而有利于增强薄膜或多层复合膜的阻力，特别是有利于实现薄膜或多层复合膜的更高的爆裂压力。
本文提出，优选在成形后将三维成形的薄膜或三维成形的多层复合膜与基体连接在一起，从而产生电池冷却元件。
具体地，根据第二替代实施方式，首先将所提供的初级成形的薄膜或所提供的初级成形的多层复合膜与基体连接在一起，再进行成形。根据该实施方式，将平面初级成形的薄膜或平面初级成形的多层复合膜与基体连接在一起后再进行成形。
这样就能简化所提供的薄膜或所提供的多层复合膜的连接。
作为将薄膜或多层复合膜与基体焊接在一起的替代方案，在连接步骤中，也可以将三维成形的薄膜或三维成形的多层复合膜与基体粘合在一起和/或翻边在一起和/或通过捏合法相连。
根据一种有益的实施方式，三维成形多层复合膜与基体的连接包括以下步骤
-至少局部地将由塑料材料构成的层施覆至该薄膜或该多层复合膜，特别是将由塑料材料构成的该层施覆至由金属材料或塑料材料构成的表面，其中该施覆的塑料材料可与该基体焊接在一起；并且
-将基体与由塑料材料构成的该层焊接成电池冷却元件。
对相关术语的说明如下：
“施覆”指的是用来将由塑料材料构成的层施加于薄膜和/或多层复合膜的任意工艺。
需要明确指出的是，该方法的步骤可以按照给出的顺序进行，但非必须。也就是说，这些步骤也可以明确地以不同的顺序进行。
本文提出，将由塑料材料构成的材料层施加于薄膜或多层复合膜以进行连接。此举可以单侧或双侧地实施。
根据第一变体，本文优选地提出，在成型后，特别是在深拉或内高压成型后，将施覆的由塑料材料构成的层仅在与基体的接触区域的区域内施加，以便将其用来与基体焊接在一起。施覆由塑料材料构成的层后，本文提出，特别是通过焊接基体和由塑料材料构成的层，来将基体与三维成形的薄膜或三维成形的多层复合膜焊接成电池冷却元件。
此外，根据第二变体，本文优选地提出，将塑料材料构成的层施加于所提供的初级成形的薄膜或所提供的初级成形的多层复合膜，优选地仅在与基体的接触区域的区域内施加。然后可以利用施加的层将仍然扁平的薄膜或扁平的多层复合膜与基体焊接在一起。在下一步骤中，可以特别是借助深拉或内高压成型对与基体连接的薄膜或多层复合膜进行成型。
本文优选地提出喷射塑料材料。
优选地，借助焊接工具，特别是借助热印和/或借助超声波焊接和/或借助高频焊接来将薄膜或多层复合膜与基体焊接在一起。
优选地，在一个工作行程中成形薄膜或多层复合膜以及施覆由塑料材料构成的层。
对相关术语的说明如下：
“工作行程”指的是在重复性工艺运行时的一个循环阶段。优选地在某个机器的工作站上实施工作行程的各方法步骤。
这样就有利于将用于制造电池冷却元件的工作站用于至少两个工作步骤，从而节省用于制造电池冷却元件的机器的投资成本。
优选地，在提供薄膜或多层复合膜后，首先将由塑料材料构成的层施覆至薄膜或多层复合膜，在施覆的由塑料材料构成的层的区域内将薄膜或多层复合膜与基体焊接在一起，而后进行三维成形。
本文具体地提出，在与基体焊接在一起后，再借助成型法，特别是借助内高压法来成形薄膜或多层复合膜。
优选地，所提供的薄膜或所提供的多层复合膜平面地初级成形。
进一步优选地，薄膜或多层复合膜被压向成型底模地进行三维成形，其中成型底模在成形期间与基体至少间接地接触。
特定而言，借助保持力将成型底模至少间接地压向基体。从而用内高压法将薄膜或多层复合膜压向底模地成形，使得薄膜或多层复合膜的底模给出其成形后的最终形状。为此，保持力对应于将薄膜或多层复合膜压向底模的流体压力，使得成型底模在内高压成形的整个过程中至少间接地与基体保持接触。
本文提出，在内高压法的过程中，用流体充填薄膜或多层复合膜与基体之间的内腔并对其进行印刷。可以采用1.5至10bar的压力，优选2至8bar的压力，优选3至7bar的压力，进一步优选4至6bar的压力。
为了防止流体在内高压成形期间从内腔逸出，本文提出，借助密封工具在冷却介质流入部和/或冷却介质流出部的方向上将基体密封，其中该密封工具提供让流体流入内腔的通向内腔的流体通道。
本文优选地提出，在薄膜或多层复合膜与基体间进行焊接的同一工作行程中成形该薄膜或多层复合膜。
有利地，薄膜或多层复合膜可以在其预设的使用地点成形，其中成型底模与基体的至少间接的接触可改善预设的电池模块与薄膜或多层复合膜之间的任何公差。特别是通过本文所提出的方法来抑制单独成形薄膜和/或基体以及焊接所造成的制造工艺公差。特别是能够减小与基体连接的电池模块与薄膜或多层复合膜之间的最大公差。
特别优选地，在薄膜或多层复合膜的成形期间，至少间接地借助连接元件将成型底模与基体连接在一起。特别是在成形前借助至少一个螺钉、特别是借助多个螺钉，将成型底模与基体连接在一起，其中螺钉优选地与基体的连接元件(特别是模块螺接点)存在作用性关联，其同样用于固定电池模块。
此举的优点是，借助基体和成型底模之间的固定相对位置，通过成形薄膜或多层复合膜来补偿基体变形所产生的公差，从而使得成形的薄膜或成形的多层复合膜能够理想地与固定在基体上的电池模块进行相互作用。
优选地，将三维成形的薄膜或三维成形的多层复合膜与基体形状配合地相连。
此举的优点是，薄膜或多层复合膜或者具有塑料层的多层复合膜无需适合与基体焊接在一起。
根据一种特别有利的实施方式，在将薄膜或多层复合膜与基体连接在一起后实施压差测试。
对相关术语的说明如下：
“压差测试”指的是对基体与薄膜或多层复合膜之间的连接以及/或者薄膜或多层复合膜的连接进行测试，其中用流体充填薄膜或多层复合膜与基体之间的内腔，其压力大于环境压力。优选地，相对于环境压力的压差为0.2bar，进一步优选为0.4bar，优选为0.6bar，进一步优选为0.8bar，特别优选为1.0bar，进一步特别优选为1.2bar。
优选地，在压差测试过程中，借助支撑工具来支撑薄膜或多层复合膜的用于与电池模块接触的接触区域。这样就能将薄膜或多层复合膜支撑在接触区域的区域内，使得压差基本上仅作用于边缘区域和/或薄膜或多层复合膜与基体的连接部，这样就能特别是对基体与薄膜或多层复合膜的连接区域(优选地焊接部)进行测试，而不必在必要的测试压力下使得接触区域冒过载的风险。此外，支撑工具能够模拟在预设电池模块单元中预设使用电池冷却元件期间的状况。
本文优选地提出，在与成形薄膜或多层复合膜相同的工作行程中实施压差测试。
本文进一步优选地提出，在与成形薄膜或多层复合膜以及与焊接薄膜或多层复合膜相同的工作行程中实施压差测试。
有利地，压差测试能够实现品质控制。
不言而喻的是，本文还提出一种电池冷却元件，其借助根据本发明的第三方面的方法而制成。
需要指出的是，第三方面的主题可以单独或以任意组合累加地与本发明的前述方面的主题有利地相结合。
本发明的更多优点、细节和特征可从下文所阐述的实施例中获得。其中，具体地：
图1为电池冷却元件和电池模块的示意图；
图2为替代电池冷却元件和电池模块的示意图；
图3为电池冷却元件的示意性俯视图；
图4为另一替代电池冷却元件和电池模块的示意图；
图5为用于焊接电池冷却元件的焊接工具的示意图；
图6为用于成形薄膜或多层复合膜的成型底模和密封工具的示意图；
图7为用图6所示工具在电池冷却元件上成形的薄膜或多层复合膜的示意图；
图8为用压差测试用支撑工具在电池冷却元件上成形的薄膜的示意图；以及
图9为电池冷却元件以及与基体连接的成型底模的示意图。
在接下来的说明中，相同的附图标记表示相同的构件或相同的特征，因此，参照一个附图针对一个构件所做的说明也适用于其他附图，以避免重复说明。此外，结合一个实施方式所描述的各项特征也可以在其他实施方式中单独使用。
图1中的电池冷却元件10主要由三维成形的多层复合膜20和基体30构成，其中三维成形的多层复合膜20和基体30部分表面地相连，特别是焊接在一起。
基体30和三维成形的多层复合膜20共同形成用于预设容置冷却介质42的内腔40，该冷却介质可以通过冷却介质流入部44以预设方式流入内腔40并且可以通过冷却介质流出部46以预设方式从内腔40流出。
当电池冷却元件10按预期使用时，电池冷却元件10，特别是电池冷却元件10的三维成形多层复合膜20，与电池模块50或电池单体(未示出)发生接触)。
三维成形的多层复合膜20优选具有朝向内腔40的金属材料层22和背离内腔的塑料材料层24，其以预设方式与电池模块50发生接触。
此外，三维成形的多层复合膜20部分表面地具有塑料材料层26，三维成形的多层复合膜20借助该塑料材料层与基体30连接，特别是焊接。
图2中的电池冷却元件10的特征在于，基体30具有凹部32、34，其有利于使三维成形的多层复合膜20具有较小的变形(未标出)以形成内腔40。
图3中电池冷却元件10的俯视图具有区域60、62，其中三维成形的多层复合膜(未标记)与基体(未标记)连接，特别是焊接。
此外，图3中电池冷却元件10的俯视图具有区域70，在该区域中电池冷却元件10，特别是三维成形的多层复合膜(未标记)被配置成以预设方式与电池模块发生接触。
在图4的电池冷却元件10中，三维成形的多层复合膜20优选地具有朝向内腔40的塑料材料层28，优选地整面的塑料材料层28，优选地相对于塑料材料层26较薄的塑料材料层28，和背离内腔的塑料材料层24，其以预设方式与电池模块50发生接触。
图5中的焊接工具80被配置成将薄膜或多层复合膜20与电池冷却元件10的基体30焊接在一起。为此，优选将与基体30的材料相容的塑料材料层26喷涂在薄膜或多层复合膜20的用于焊接的点上，从而使薄膜或多层复合膜20与基体30焊接在一起。
焊接工具80可以设计为热印和/或超声波焊接工具和/或高频焊接工具。
图6和图7中的成型底模82被配置成特别是借助内高压成型法来成形薄膜或多层复合膜20。图6示出成形前的配置，图7示出薄膜或多层复合膜20成形后的配置。
为此，借助保持力将成型底模82至少间接地压向底板30。成形底模82优选地直接压向焊接区域。优选地根据在成形期间作用在内腔40中的压力来确定保持力，使得成型底模82不会失去与基体30的至少间接的接触和/或与焊接区域的直接接触。
优选地设有密封工具86，以在薄膜或多层复合膜20的成形期间在冷却介质流入部44和/或冷却介质流出部46的方向密封基体30。从而特别优选地具有流体连接88，流体可以借助该流体连接而流入内腔40以成形薄膜或多层复合膜。在这种情况下优选地，冷却介质流出部46或替代地(未示出)或冷却介质流入部44被密封工具86密封。
图8中的支撑工具84被配置成，优选地在电池冷却元件的压差测试期间支撑薄膜或多层复合膜20的接触区域。薄膜或多层复合膜20的这个接触区域被配置成与预设的电池模块(未示出)进行接触。
通过支撑工具84就能将薄膜或多层复合膜20支撑在接触区域的区域中，使得压差基本上作用于边缘区域和/或薄膜或多层复合膜20与基体30的连接处，这样就能特别是测试基体30与薄膜或多层复合膜20的连接区域，优选焊接处，而不必在必要的测试压力下使得接触区域冒过载的风险。
图9中的电池冷却元件具有成型底模82，其借助至少一个连接构件52而至少间接地与基体30连接，以便成形薄膜或多层复合膜20。此举的优点是，借助基体30和成型底模82之间的固定相对位置，通过成形薄膜或多层复合膜20来补偿基体30变形所产生的公差，从而使得成形的薄膜或成形的多层复合膜20能够理想地与固定在基体30上的电池模块(未示出)进行相互作用。
附图标记表
10 电池冷却元件
20 多层复合膜
22 金属材料层
24 外塑料材料层
26 塑料材料层/焊接区域
28 内塑料材料层
30 基体
32 凹部
34 凹部
40 内腔
42 冷却介质
44 冷却介质流入部
46 冷却介质流出部
50 电池模块
52 连接构件
60 区域
62 区域
70 区域
80 焊接工具
82 成型底模
84 支撑工具
86 密封工具
88 流体连接

Claims (25)

1.一种电池冷却元件(10)，特别是用于牵引电池的电池冷却元件(10)，具有基体(30)和多层复合膜(20)，其中所述基体(30)和所述多层复合膜(20)至少局部地围绕所述电池冷却元件(10)的用于容置冷却介质(42)的内腔(40)，其中所述内腔(40)与冷却介质流入部(44)和冷却介质流出部(46)连接，
其特征在于，
所述多层复合膜(20)三维成形。
2.根据权利要求1所述的电池冷却元件(10)，其特征在于，所述基体(30)具有凹槽和/或凹部(32，34)。
3.根据权利要求1或2中任一项所述的电池冷却元件(10)，其特征在于，所述多层复合膜(20)具有焊接区域(26)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的电池冷却元件(10)，其特征在于，所述多层复合膜(20)在朝向所述内腔(40)的表面上至少部分表面地具有金属材料(22)。
5.根据上述权利要求中任一项所述的电池冷却元件(10)，其特征在于，所述多层复合膜(20)的朝向所述内腔(40)并且在所述表面上具有所述金属材料(22)的区域(70)被配置成，与所述多层复合膜(20)的邻接朝向所述内腔(40)并且在所述表面上具有所述金属材料(22)的区域的区域(60，62)相比，具有更高的传热系数。
6.根据上述权利要求中任一项所述的电池冷却元件(10)，其特征在于，所述金属材料(22)具有铝作为合金成分，所述金属材料(22)优选地具有大于85wt％的铝含量，所述金属材料(22)特别优选地具有大于95wt％的铝含量。
7.根据上述权利要求中任一项所述的电池冷却元件(10)，其特征在于，所述多层复合膜(20)的在朝向所述内腔(40)的表面上具有所述金属材料(22)的区域(70)基本上对应于所述多层复合膜(20)的被配置成与电池模块(50)和/或电池单体进行接触的区域(70)。
8.根据上述权利要求中任一项所述的电池冷却元件(10)，其特征在于，所述多层复合膜(20)在朝向所述内腔(40)的表面上至少部分表面地具有塑料材料(26)。
9.根据上述权利要求中任一项所述的电池冷却元件(10)，其特征在于，朝向所述内腔(40)且在所述多层复合膜(20)的所述表面上具有所述塑料材料(26)的区域(60，62)基本上对应于与所述基体(30)的接触面，其中所述塑料材料(26)可与所述基体(30)焊接在一起。
10.根据上述权利要求中任一项所述的电池冷却元件(10)，其特征在于，所述塑料材料(26)对应于LDPE或PE或PA或PP。
11.根据上述权利要求中任一项所述的电池冷却元件(10)，其特征在于，所述多层复合膜(20)在背离所述内腔(40)的表面上至少部分表面地具有塑料材料(24)。
12.根据上述权利要求中任一项所述的电池冷却元件(10)，其特征在于，所述塑料材料(24)是假塑性的。
13.根据上述权利要求中任一项所述的电池冷却元件(10)，其特征在于，所述基体(30)由LDPE或PE或PA或PP构成。
14.根据上述权利要求中任一项所述的电池冷却元件(10)，其特征在于，所述基体(30)具有用于固定电池单体和/或电池模块(50)的固定元件。
15.根据上述权利要求中任一项所述的电池冷却元件(10)，其特征在于，所述基体(30)被配置成用作电池模块单元、特别是牵引电池的电池模块单元的承载元件。
16.根据上述权利要求中任一项所述的电池冷却元件(10)，其特征在于，所述基体(30)被配置成用作电池模块单元、特别是牵引电池的电池模块单元，的壳体的组成部分。
17.一种电池模块单元，特别是牵引电池的电池模块单元，具有电池单体和/或电池模块(50)和根据权利要求1至16中任一项所述的电池冷却元件(10)。
18.一种制造电池冷却元件(10)，特别是用于牵引电池的电池冷却元件(10)，特别是根据权利要求1至16中任一项所述的电池冷却元件(10)的方法，其中所述电池冷却元件(10)具有基体(30)和三维成形的多层复合膜(20)，其中所述基体(30)和所述三维成形的多层复合膜(20)至少局部地围绕所述电池冷却元件(10)的用于容置冷却介质(42)的内腔(40)，包括以下步骤：
-提供薄膜或多层复合膜(20)，特别是具有由金属材料(22)构成的表面或具有双侧塑料表面的薄膜或多层复合膜(20)；
-借助成型法，特别是借助深拉法或内高压成型法将所述薄膜或所述多层复合膜(20)成形成所述三维成形的薄膜或多层复合膜(20)；并且
-将薄膜或多层复合膜(20)与基体(30)连接在一起。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，多层复合膜(20)与基体(30)的连接包括以下步骤：
-至少局部地将由塑料材料(26)构成的层施覆至所述薄膜或所述多层复合膜(20)，特别是将由塑料材料(26)构成的所述层施覆至由金属材料(22)或塑料材料构成的所述表面，其中所述施覆的塑料材料(26)可与所述基体(30)焊接在一起；并且
-将基体(30)与由塑料材料(26)构成的所述层焊接成电池冷却元件(10)。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，在一个工作行程中成形所述薄膜或所述多层复合膜(20)以及施覆由塑料材料(26)构成的所述层。
21.根据权利要求19或20中任一项所述的方法，其特征在于，在提供所述薄膜或所述多层复合膜(20)后，首先将由塑料材料(26)构成的所述层施覆至所述薄膜或所述多层复合膜(20)，在所述施覆的由塑料材料(26)构成的层的区域内将所述薄膜或所述多层复合膜(20)与所述基体(30)焊接在一起，而后进行三维成形。
22.根据权利要求19至21中任一项所述的方法，其特征在于，将所述薄膜或所述多层复合膜(20)压向成型底模(82)地进行三维成形，其中所述成型底模(82)在所述成形期间与所述基体(30)至少间接地接触。
23.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，在所述薄膜或多层复合膜(20)的成形期间，至少间接地借助连接元件将所述成型底模(82)与所述基体(30)连接在一起。
24.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，将所述多层复合膜(20)与所述基体(30)形状配合地连接在一起。
25.根据权利要求18至24中任一项所述的方法，其特征在于，在将薄膜或多层复合膜(20)与基体(30)连接在一起后实施压差测试。
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