DE102013204744A1 - Schichtwärmeübertragungseinrichtung und Verfahren zur Herstellung einer Schichtwärmeübertragungseinrichtung - Google Patents

Schichtwärmeübertragungseinrichtung und Verfahren zur Herstellung einer Schichtwärmeübertragungseinrichtung Download PDF

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    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Schichtwärmeübertragungseinrichtung (10) oder eines Teilelementes einer Schichtwärmeübertragungseinrichtung (10), wobei zwischen mindestens einer Kanalplatte (18, 18a, 18b) und mindestens einer Deckplatte (12, 14) und/oder zwischen mindestens zwei Kanalplatten (18, 18a, 18b) eine Verbindungsschicht (20) angeordnet wird, wobei eine Fügeverbindung, insbesondere eine Klebeverbindung zwischen der mindestens einen Kanalplatte (18, 18a, 18b) und der mindestens einen Deckplatte (12, 14) oder zwischen mindestens zwei Kanalplatten (18, 18a, 18b) ausgebildet wird. Die Erfindung betrifft ebenfalls eine Schichtwärmeübertragungseinrichtung (10), die Deckplatten (12, 14) und einen dazwischen angeordneten Kanalplattenstapel (16) aufweist. Die Deckplatten (12, 14) und die Kanalplatten (18, 18a, 18b) des Kanalplattenstapels (16) sind mittels einer als Klebeschicht ausgebildeten Verbindungsschicht (20) miteinander verbunden.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Schichtwärmeübertragungseinrichtung, ein Teilelement einer Schichtwärmeübertragungseinrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 4 und eine Schichtwärmeübertragungseinrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 5.
  • Stand der Technik
  • Schichtwärmeübertragungseinrichtungen sind bekannt und werden beispielsweise zur Kühlung von kleinformatigen Energiespeichern, beispielsweise von Lithium-Ionen-Batteriezellen oder Leistungselektronikkomponenten eingesetzt. Der Einsatz eines fluiden Kühlmediums in den Schichtwärmeübertragungseinrichtungen ermöglicht hierbei eine effizientere Kühlung von Leistungselektronikkomponenten und Batteriezellen, wodurch eine kompaktere Bauart und ein Einbau auf reduziertem Bauraum, beispielsweise in einem Kraftfahrzeug ermöglicht ist.
  • Die Schichtwärmeübertragungseinrichtung umfasst in der Regel Kanalplatten mit Kühlkanälen, durch die das fluide Kühlmittel strömt und Deckplatten mit Medienanschlüssen für das Kühlmittel, durch die eine geschlossene Bauform der Schichtwärmeübertragungseinrichtung ermöglicht ist.
  • Aus der DE 20 2012 102 349 U1 ist ein Batteriekühler bekannt, der zur Temperierung von Batteriezellen einer Fahrzeugbatterie mittels eines wärmeübertragenden Fluids eingesetzt wird. Der Batteriekühler weist eine Strukturplatte mit einem zwei- oder mehrflutigem Strömungskanal für das Fluid und eine Aufnahmeplatte mit einem Anschlussstutzen auf. Der Strömungskanal ist durch eine seitliche Kanalbegrenzung in der Strukturplatte ausgeformt.
  • Die WO 2010/136524 A1 der Erfinderin zeigt einen Schichtwärmeübertrager für hohe Temperaturen, der ein Gehäuse und einen in diesem angeordneten Schichtblock aufweist, wobei der Schichtblock aus Schichtblechen mit Strömungskanälen und Deckblechen aufgebaut ist. Die Schichtbleche und die Deckbleche sind durch Löten oder Verschweißen miteinander verbunden.
  • Beim Schweißen werden hohe Temperaturen zumindest lokal eingesetzt und es besteht die Gefahr, dass die Bauteile sich verziehen und teure Nacharbeiten notwendig sind. Löten als Fügeverfahren hat den Nachteil, dass nur lötbare Materialien für die Schichtbleche und die Deckbleche eingesetzt werden können. Außerdem ist für den Lötprozess der Einsatz eines Lötofens notwendig, die Teile müssen in den Lötofen verbracht werden und dort mittels aufwendiger Lötgestelle gehaltert werden. Insgesamt ist das Verfahren des Lötens zeitaufwendig und durch die hohe Energieaufwendung, die zum Halten einer Temperatur von ca. 600°C im Lötofen über mehrere Stunden notwendig ist, teuer.
  • Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Schichtwärmeübertragungseinrichtung zu schaffen, die eine einfache und materialsparende Verbindung zwischen unterschiedlichen Kanalplatten und Deckplatten ermöglicht. Außerdem ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein verbessertes Verfahren zur Herstellung einer Schichtwärmeübertragungseinrichtung zur Verfügung zu stellen, welches einfach und kostengünstig ist.
  • Dies wird erreicht mit einem Verfahren zur Herstellung einer Schichtwärmeübertragungseinrichtung oder eines Teilelementes der Schichtwärmeübertragungseinrichtung, wobei zwischen mindestens einer Kanalplatte und mindestens einer Deckplatte und/oder zwischen mindestens zwei Kanalplatten eine Verbindungsschicht angeordnet wird und eine Fügeverbindung, insbesondere eine Klebeverbindung zwischen der mindestens einen Kanalplatte und der mindestens einen Deckplatte oder zwischen zwei Kanalplatten realisiert wird.
  • Dies kann erreicht werden, indem die Verbindungschicht verformt wird und so die Fügeverbindung, insbesondere die Klebeverbindung ausgebildet wird.
  • Bevorzugt wird die Fügeverbindung, insbesondere die Klebeverbindung erreicht, indem ein Druck angewendet wird. Der Druck wird bevorzugt auf die jeweils äußere Platte, entweder die Deckplatten oder die äußeren Kanalplatten aufgebracht.
  • Der Druck liegt bevorzugt in zwischen 0.05 und 2 N/mm2, besonders bevorzugt zwischen 0.1 und 0.7 N/mm2. Zusätzlich kann ein Temperatureintrag vorgesehen sein. Durch eine moderate, höhere Temperatur kann der Fügeprozess unterstützt werden und die Fügeverbindung, insbesondere die Klebeverbindung schneller realisiert werden. Die eingesetzte Temperatur liegt bevorzugt zwischen 120 und 180°C und wird über eine relativ kurze Zeitspanne angewendet, die bevorzugt geringer als 10 Minuten, in der Regel etwa 3 Minuten beträgt.
  • Die Dicke der Verbindungsschicht ist gering und beträgt bevorzugt einige μm. Besonders bevorzugt liegt die Dicke der Verbindungsschicht zwischen ungefähr 10 μm und 100 μm. Die Dicke kann aber auch einige hundert μm betragen, wenn dies erforderlich ist, beispielsweise wenn die zu verklebenden Kanalplatten und/oder die Deckplatten aus Materialien gewählt gefertigt sind, die unterschiedliche Längenausdehnungskoeffizienten haben. Bevorzugt wird die Verbindungsschicht als Folienmaterial zwischen die Deckplatte und die Kanalplatte, bzw. zwischen einzelnen Kanalplatten kassettiert und anschließend mit Druck verpresst und/oder direkt auf die Kanal- oder Deckplatten kaschiert.
  • Es ist vorteilhaft, den Druck ist je nach Anzahl der Platten und deren Dicken anzupassen, um eine optimale Verpressung zu erreichen und eine dauerhafte und stabile Klebeverbindung zu realisieren. Durch das erfindungsgemäße Verfahren entsteht eine fluiddichte Schichtwärmeübertragungseinrichtung mit Deckplatten und dazwischen angeordneten Kanalplatten mit Kühlkanälen mit einer insgesamt guten Wärmeabfuhr und somit guten Kühleigenschaften.
  • Der Vorteil des erfindungsgemäßen Klebeverfahrens, liegt darin, dass Kanalplatten und/oder Deckplatten aus unterschiedlichen Materialien verbindbar sind. Insbesondere können Kanalplatten und/oder Deckplatten aus Materialien mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten und unterschiedlichem Korrosionspotential miteinander verbunden werden.
  • Die Verfahrensschritte sind deutlich einfacher und kostengünstiger als die Schritte des herkömmlichen Lötverfahrens, da auf die Verwendung eines Lötofens verzichtet werden kann. Außerdem ist der Fügeprozess durch die Verwendung der relativ dünnen Verbindungsschicht in Form der Klebefolie deutlich flexibler. Außerdem können auch dem Lötprozess nicht zugängliche Materialien für die Kanalplatten und die Deckplatten eingesetzt werden, beispielsweise nicht metallische Werkstoffe. Auch Kupfer, welches als Material für die Kanalplatten und/oder Deckplatten auf Grund seiner guten Wärmeleitungseigenschaften bekannt ist, kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren als Material für die Kanalplatten und/oder Deckplatten eingesetzt werden. Kupfer konnte in den bisher verwendeten Lötofen nicht eingesetzt werden, das dies zu Verunreinigungen im Lötofen führt.
  • Die dünne Schichtstärke der als Verbindungsschicht eingesetzten Klebefolie ist ebenfalls ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens, da eine hohe Wärmeleitfähigkeit von Kanalplatte zu Kanalplatte und zwischen Kanalplatte und Deckplatte gewährleistet ist. Außerdem kann durch die geringe Materialstärke der Verbindungsschicht als Folie eine sparsame Verwendung des Klebstoffes als Fügematerial gewährleistet werden, wodurch die Materialkosten deutlich reduziert werden können.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ist auch im Vergleich zu anderen Klebeverfahren mit flüssigem Klebematerialien und Mehrkomponentenklebern insgesamt einfacher und kostengünstiger, da auf aufwendige Maschinen zum Auftragen von flüssigem Klebstoff verzichtet werden kann und auch Aushärtezeiten im Ofen entfallen können. Beispielsweise die Verwendung von Silikonklebern würde eine Aushärtezeit von 1 bis 2 Stunden im Ofen erfordern In einer Ausgestaltung des Verfahrens werden mit einem Klebstofffilm kaschierte Platten, insbesondere kaschierte Kanalplatten und/oder Deckplatten verwendet. Dies ermöglicht eine einfache Kassettierung der einzelnen Kanalplatten und Deckplatten vor der Applizierung des Drucks.
  • Die Aufgabe wird ebenfalls durch ein Teilelement einer Schichtwärmeübertragungseinrichtung und einer Schichtwärmeübertagungseinrichtung zur Kühlung von Batteriezellen oder Leistungselektronikkomponenten gelöst, welches mindestens eine Deckplatte und mindestens eine Kanalplatte oder mindestens zwei Kanalplatten aufweist, wobei zwischen der mindestens einen Kanalplatte und der mindestens einen Deckplatte oder den mindestens zwei Kanalplatten mindestens eine Verbindungsschicht angeordnet ist, die eine als Klebeschicht ausgebildete Fügeschicht ist. Hierdurch ist der Aufbau des Teilelementes einer Schichtwärmeübertragungseinrichtung vereinfacht.
  • Die Kanalplatten und die Deckplatten können vorteilhafterweise aus unterschiedlichem Material gefertigt sein. Die Verbindungsschicht ist materialsparend aus einem dünnen Klebstofffilm hergestellt, wodurch eine hohe Wärmeleitfähigkeit der Fügeschicht realisiert ist. Die Verbindungsschicht kann zur Strukturfestigkeit beitragen. Ein Teilelement ist bevorzugt ein Kanalplattenstapel, der separat herstellbar ist mit dem erfindungsgemäßen Verfahren.
  • Die erfindungsgemäße Schichtwärmeübertagungseinrichtung weist eine erste Deckplatte und eine zweite Deckplatte und einen zwischen den Deckplatten angeordneten Kanalplattenstapel auf, wobei zwischen den Kanalplatten des Kanalplattenstapels und zwischen der ersten und zweiten Deckplatte und der jeweils benachbarten Kanalplatte eine Verbindungsschicht angeordnet ist, die als Klebeschicht ausgebildet ist. Hierbei entspricht bevorzugt die Kontur der Verbindungsschicht der Kontur der Kanalplatte, insbesondere sind die Konturen nahezu deckungsgleich.
  • Die Dicke der Verbindungsschicht ist sehr gering und beträgt 5 und 1000 μm, bevorzugt beträgt die Dicke der Verbindungsschicht zwischen 10 und 100 μm. Bevorzugt sind die Kanalplatte und/oder die Deckplatte als mit der Verbindungsschicht kaschiertes Blech, bevorzugt Metallblech ausgebildet. Dies ermöglicht eine besonders einfache Verarbeitung und Herstellung der Schichtwärmeübertragungseinrichtung
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung weisen die Kanalplatte und die Verbindungsschicht Ausnehmungen oder Prägungen auf. Die Ausnehmungen sind bevorzugt jeweils stirnseitig angeordnet. Außerdem kann in Längserstreckungsrichtung ebenfalls eine Ausnehmung vorgesehen sein. Hierdurch wird ein Strömen des Kühlmittels von einer oberen Kanalplatte in eine darunterliegende Kanalplatte ermöglicht. Bevorzugt weisen die Kanalplatten Kühlkanäle auf. Durch die Kühlkanäle kann ein Kühlmittel, bevorzugt ein Kühlfluid strömen und die Wärmeübertragung und somit die Abfuhr von Verlustwärme der zu kühlenden Bauteile realisieren. Eine Kühlung eines mit der Schichtwärmeübertragungs-einrichtung thermisch verbundenen Bauteils kann erfolgen, indem der in die Schichtwärmeübertragungseinrichtung eintretende Kühlmittelstrom bevorzugt auf mehrere Kanalplatten aufgeteilt wird. Ein Teil des Kühlmittels kann durch die Strömungskanäle der oberen Kanalplatte strömen, ein weiterer Teil des Kühlmittelstroms kann durch die Ausnehmung in der Kanalplatte und der Verbindungsschicht treten und gelangt so in die geodätisch darunter angeordneten Kanalplatten. Somit ist eine mehrflutige Schichtwärmeübertragungseinrichtung realisiert und eine effektive Ausnutzung des Kühlmittels gewährleistet. Die Ausnehmungen können mittels bekannter Herstellungsschritte wie stanzen, fräsen, erodieren, laserschneiden in die Kanalplatte ausgearbeitet werden. Denkbar ist auch die Prägung einer Kanalplatte, wobei diese zusätzlich die Funktion der Deckplatte erfüllen kann, so dass sich ein entstehendes Kanalfeld inselförmig oder stegartig ergibt.
  • Die in der Beschreibung des Verfahrens aufgeführten Vorteile und technischen Merkmale sind ebenfalls für die Schichtwärmeübertragungseinrichtung anwendbar und umgekehrt.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind durch die nachfolgende Figurenbeschreibung beschrieben.
  • Kurze Beschreibung der Figuren der Zeichnung
  • Nachstehend wird die Erfindung auf der Grundlage zumindest eines Ausführungsbeispiels anhand der Figuren der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 eine Schichtwärmeübertragungseinrichtung in Explosionsdarstellung,
  • 2 eine Schichtwärmeübertragungseinrichtung in Schnittdarstellung,
  • 3 eine weitere Querschnittsdarstellung einer Schichtwärmeübertragungseinrichtung,
  • 4 eine Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer Schichtwärmeübertragungseinrichtung
  • Bevorzugte Ausführung der Erfindung
  • Die 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schichtwärmeübertragungseinrichtung 10 in Explosionsdarstellung in isometrischer Ansicht. Die Schichtwärmeübertragungseinrichtung 10 weist eine erste, obere Deckplatte 12 und eine zweite, untere Deckplatte 14 auf. Zwischen der oberen Deckplatte 12 und der unteren Deckplatte 14 ist ein Stapel 16 aus Kanalplatten 18a, 18b und Verbindungsschichten 20 angeordnet, der auch als Kanalplattenstapel 16 bezeichnet wird. Die Kanalplatte 18a, 18b ist jeweils als Kanalplatte 18a, 18b oder Kühlblech 18, 18a, 18b ausgebildet und weist Kanäle 22 auf, die als Kühlkanäle 22 fungieren und eingerichtet sind, im zusammengesetzten Zustand der Schichtwärmeübertragungseinrichtung 10 ein Kühlmittel aufzunehmen.
  • Das Kühlmittel ist vorzugsweise ein Fluid, beispielsweise ein Wasser-Glysantin-Gemisch oder ein Kältemittel, beispielsweise R134a oder R1234yf. Die Kanalplatten 18a und 18b weisen ferner Ausnehmungen 24 auf, durch die das Kühlmittel (nicht dargestellt) von der oberen Kanalplatte 18a in die geodätisch unterhalb dieser angeordneten Kanalplatte 18b gelangen kann.
  • Die Verbindungsschicht 20 ist jeweils zwischen den Kanalplatten 18a und 18b angeordnet. Die Verbindungsschicht 20 weist bevorzugt dieselben geometrischen Abmessungen auf wie die Kanalplatte 18, 18a, 18b, so dass die komplette Fläche der Kanalplatte 18, 18a, 18b von der Verbindungsschicht 20 bedeckt werden kann. Die Verbindungsschicht 20 weist Ausnehmungen 26 auf, die den Ausnehmungen 24 der Kanalplatte 18a, 18b in der geometrischen Anordnung entsprechen und dieselbe geometrische Ausgestaltung haben, so dass im montierten Zustand der Schichtwärmeübertragungseinrichtung 10 die Ausnehmungen 24 und 26 übereinander angeordnet sind und das Kühlmittel ungehindert von der oberen Kanalplatte 18a zur unteren Kanalplatte 18b fließen kann. Ferner sind zwischen der oberen Deckplatte 12 und der Kanalplatte 18a sowie der unteren Deckplatte 14 und der Kanalplatte 18b ebenfalls Verbindungsschichten 20 angeordnet.
  • Die Deckplatte 12 weist ferner Ausnehmungen 30 und 32 auf, an die Anschlüsse (nicht dargestellt) angeflanscht werden können. Mittels der Anschlüsse kann die Schichtwärmeübertragungseinrichtung 10 mit einem Kühlmittelkreislauf (nicht dargestellt) verbunden werden. Beispielsweise kann das Kühlmittel im Betrieb durch die Ausnehmung 30 in die Schichtwärmeübertragungseinrichtung 10 fließen, in den Kühlmittelkanälen 22 entlangströmen, durch die Ausnehmungen 24 und 26 durch den Kanalplattenstapel 16 hindurch fließen und durch die andere Ausnehmung 32 der Deckplatte 12 die Schichtwärmeübertragungseinrichtung 10 verlassen.
  • Die Deckplatten 12 und 14 sowie die Kanalplatten 18a, 18b sind bevorzugt aus einem Metall, beispielsweise einem legierten Stahl gefertigt. Sie können aber auch aus Kupfer oder einer Kupferlegierung oder einem Titan oder Aluminium enthaltenen Werkstoff, beispielsweise einer TiAl6V4-Legierung hergestellt sein. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Kanalplatten 18, 18a, 18b aus einem Kunststoffmaterial gefertigt werden. Die Deckplatten 12 und 14 können aus dem gleichen Material wie die Kühlbleche 18a und 18b gefertigt sein, können aber auch aus einem anderen Material hergestellt sein. Bei der Wahl des Materials ist sicherzustellen, dass eine gute Wärmeübertragung zwischen der Deckplatte 12 oder 14, die mit dem zu kühlenden Bauteil (Batterie oder Elektronikbauteil) in Kontakt ist, gegeben ist. Die Dicke der Deckplatten 12, 14 und der Kühlbleche 18a, 18b liegt bevorzugt zwischen einigen 100 μm bis einigen 100 mm.
  • Die Verbindungsschicht 20 ist als Klebstoffschicht, bevorzugt als Folie aus einen Klebematerial ausgebildet und weist eine geringe Dicke von einige wenigen μm auf, beispielsweise einige 10 μm bis 100 μm. Die Dicke der Verbindungsschicht 20 kann auch einige 100 μm betragen, falls aufgrund unterschiedlicher Längenausdehnungskoeffizienten des Materials der Deckplatten 12 und 14 sowie der Kanalplatten 18a, 18b eine größere Schichtdicke erforderlich ist. Das Material der Verbindungsschicht 20 kann ein beliebiger Klebstoff sein, der eine als Klebeverbindung ausgebildete Fügeschicht zwischen den Kanalplatten 18, 18a, 18b untereinander und/oder zwischen der Kanalplatte 18, 18a, 18b und der Deckplatte 12, 14 realisieren kann.
  • Beispielsweise kann die Verbindungsschicht 20 eine Acrylat enthaltende Folie sein, wie beispielsweise eine Hochleistungsfolie von 3 M VHB 9469. Es können sowohl organische Klebefolien, wie anorganische Klebefolien vorgesehen sein. Es können aber auch andere Folien eingesetzt werden.
  • Die Verbindungsschicht 20 kann in einer Ausführungsform durch Kaschieren der Kanalplatte 18 und/oder der Deckplatte 12, 14 dem Klebstofffilm oder der Klebstofffolie mit der Kanalplatte 18a, 18b und/oder der Deckplatte 12, 14 verbunden sein. Hierbei werden dann Metallcoils mit der Verbindungsschicht 20 kaschiert und aus den Metallcoils werden dann die Deckbleche 12, 14 und die Kühlbleche 18 durch Verfahren wie Stanzen, Erodieren, Laserschneiden, Prägen beispielsweise gefertigt.
  • In 2 ist eine Schichtwärmeübertragungseinrichtung 10 in montiertem Zustand als Querschnittsdarstellung gezeigt. Zwischen der Deckplatte 12 und der Deckplatte 14, sind die Kanalplatten 18a und 18b angeordnet. Die Verbindungsschicht 20 ist jeweils zwischen der Deckplatte 12 und der Kanalplatte 18a, zwischen der Kanalplatte 18a und der Kanalplatte 18b und zwischen der Kanalplatte 18b und der Deckplatte 14 angeordnet. im montierten Zustand der Schichtwärmeübertragungseinrichtung 10 hat die Verbindungsschicht 20 eine leichte Verformung erfahren, die aufgrund des Verfahrens angewendeten Drucks erfolgt ist. Durch die Anwendung des Drucks, der in der Größenordnung von wenigen hundertstel N/mm2, bevorzugt 0.1 bis (17 N/mm2 liegt, ist eine Fluid-dichte Verbindung zwischen den einzelnen Platten 12, 14, 18a und 18b realisiert worden. Es ist erkennbar, dass zwischen den Kühlmittelkanälen 22 jeweils Stege 34 angeordnet sind, die die einzelnen Kanäle 22 voneinander trennen. In dieser Ausführungsform der Schichtwärmeübertragungseinrichtung 10 sind die Stege 34 benachbarter Kanalplatten 18a und 18b um eine halbe Teilung versetzt.
  • 3 zeigt in einer Querschnittsdarstellung in einer um 90 Grad verdrehten Ebene die Schichtwärmeübertragungseinrichtung 10 mit der oberen Deckplatte 12, der unteren Deckplatte 14 und zwei Kanalplatten 18a und 18b. in dieser Darstellung ist der Schnitt durch die Kanäle 22 erkennbar. Die Ausnehmung 26 an der Längserstreckungsrichtung der Schichtwärmeübertragungseinrichtung 10 ist ebenfalls erkennbar.
  • Die Schichtwärmeübertragungseinrichtung 10 ist in den 1 bis 3 beispielhaft mit zwei Kanalplatten 18a und 18b gezeigt. Es können aber weitere Kanalplatten 18c, 18d, etc. zwischen den Deckplatten 12 und 14 angeordnet werden, wobei jeweils zwischen einer Kanalplatte 18 und der benachbarten Kanalplatte 18 eine Verbindungsschicht 20 angeordnet ist, die im montierten Zustand eine gas- und fluiddichte Verbindung zwischen benachbarten Kanalplatten 18 realisiert, sodass das Kühlmittel nur in den Kühlkanälen 22 und durch die Ausnehmungen 24 und 26 fließen kann.
  • 4 zeigt das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Schichtwärmeübertragungseinrichtung 10 oder Teilelementen der Schichtwärmeübertragungseinrichtung 10, beispielsweise der Herstellung eines Kanalplattenstapels 16 und/oder einem Teilelement aus jeweils einer Deckplatte 12 oder 14 und einer Kanalplatte 18 mit dazwischenliegenden Verbindungsschichten 20. Das Verfahren umfasst die Schritte:
    • – Verfahrensschritt 100: bereitstellen von Deckplatten 12, 14, Kanalplatten 18, beispielsweise Kanalplatten 18a und 18b Verbindungsschichten 20 mit einem entsprechenden Zuschnitt oder Bereitstellen von Kanalplatten 18, 18a, 18b und Verbindungsschichten 20 mit entsprechendem Zuschnitt,
    • – Verfahrensschritt 110: übereinander Anordnen, insbesondere Übereinanderstapeln und Kassettieren von Deckplatten 12, 14, Kanalplatten 18, 18a, 18b und Verbindungsschichten 20 in der Abfolge, die einem Aufbau der Schichtwärmeübertragungseinrichtung 10 oder des Teilelementes der Schichtwärmeübertragungseinrichtung 10 entsprechen,
    • – Verfahrensschritt 120: Aufbringen eines Druckes bevorzugt zwischen 0.1 und 0.7 N/mm2, bevorzugt senkrecht zur Fläche der obersten Platte, insbesondere der Deckplatten 12 und 14, wobei der Druck entweder einseitig auf eine der Deckplatten 12 oder 14 angewendet werden kann und die gegenüberliegende Deckplatte 12, 14 auf einer festen Unterlage angeordnet ist, oder beidseitig, beispielsweise durch Einspannen des Stapels aus Deckplatten 12, 14, Verbindungsschichten 20 und Kanalplatten 18, 18a, 18b zwischen zwei Druck applizierende Platten erfolgen kann. Hierbei haben die Druck aufgebrachten Platten bevorzugt die geometrischen Abmessungen der Deckplatten 12, 14, um eine gleichmäßige Druckapplizierung zu gewährleisten. Zusätzlich zur Aufbringung des Drucks ist ein Einbringen von Wärme, beispielsweise in einem moderaten Temperaturbereich von zwischen 100° und 300°C, bevorzugt zwischen 120° und 180°C, während der Zeitdauer, die < 10 Min. beträgt, der Druckapplikation vorgesehen sein.
  • Die Kanalplatten 18 und die Deckplatten 12, 14 werden bevorzugt durch Stanzen, Erodieren, Laserschneiden oder Fräsen von Blechen gefertigt. Die Verbindungsschicht 20, die als dünne Klebstofffolie ausgebildet ist, kann ebenfalls durch Stanzen oder Ausschneiden hergestellt werden. Hierbei weisen die Verbindungsschicht 20 und die Kanalplatten 18 deckungsgleiche Ausnehmungen 26 auf, bevorzugt jeweils an einer Stirnseite der Kanalplatte 18 und/oder der Verbindungsschicht 20 sowie an einer Längserstreckungsrichtung.
  • In einer Ausgestaltung des Verfahrens werden mit der Verbindungsschicht, insbesondere mit der Klebefolie kaschierte Metallcoils eingesetzt, aus denen die Kanalplatten 18, 18a, 18b und die Deckplatten 12, 14 beispielsweise in einem Stanzprozess hergestellt werden. Das Kaschieren von Kanalplatten 18, 18a, 18b und Deckplatten 12, 14 kann aber auch nach einem Herstellungsprozess deren Konturen erfolgen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 202012102349 U1 [0004]
    • WO 2010/136524 A1 [0005]

Claims (10)

  1. Verfahren zur Herstellung einer Schichtwärmeübertragungseinrichtung (10) oder eines Teilelementes einer Schichtwärmeübertragungseinrichtung (10), wobei zwischen mindestens einer Kanalplatte (18, 18a, 18b) und mindestens einer Deckplatte (12, 14) und/oder zwischen mindestens zwei Kanalplatten (18, 18a, 18b) eine Verbindungsschicht (20) angeordnet wird, wobei eine Fügeverbindung, insbesondere eine Klebeverbindung zwischen der mindestens einen Kanalplatte (18, 18a, 18b) und der mindestens einen Deckplatte (12, 14) oder zwischen mindestens zwei Kanalplatten (18, 18a, 18b) ausgebildet wird.
  2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung der Fügeverbindung, insbesondere der Klebeverbindung ein Druck angewendet wird.
  3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Temperatureintrag vorgesehen ist.
  4. Teilelement einer Schichtwärmeübertragungseinrichtung (10) zur Kühlung von Batteriezellen oder Leistungselektronikkomponenten mit mindestens einer Deckplatte (12, 14) und mindestens einer Kanalplatte (18, 18a, 18b) oder mindestens zwei Kanalplatten (18, 18a, 18b), dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der mindestens einen Kanalplatte (18, 18a, 18b) und der mindestens einen Deckplatte (12, 14) oder den mindestens zwei Kanalplatten (18, 18a, 18b) eine Verbindungsschicht (20) angeordnet ist, die eine als Klebeschicht ausgebildete Fügeschicht ist.
  5. Schichtwärmeübertagungseinrichtung (10) zur Kühlung von Batteriezellen oder Leistungselektronikkomponenten aufweisend eine erste Deckplatte (12) und eine zweite Deckplatte (14) und einen zwischen den Deckplatten (12, 14) angeordneten Kanalplattenstapel (16), dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Kanalplatten (18, 18a, 18b) des Kanalplattenstapels (16) und zwischen der Deckplatte (12, 14) und der jeweils benachbarten Kanalplatte (18, 18a, 18b) und/oder zwischen Kanalplatten (18, 18a, 18b) des Kanalplattenstapels (16) eine Verbindungsschicht (20) angeordnet ist, die als Klebeschicht ausgebildet ist.
  6. Schichtwärmeübertragungseinrichtung (10) gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Konturen der Verbindungsschicht (20) der Kanalplatten (18, 18a, 18b) deckungsgleich sind.
  7. Schichtwärmeübertragungseinrichtung (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Verbindungsschicht (20) zwischen 5 und 1000 μm, bevorzugt zwischen 10 und 100 μm beträgt.
  8. Schichtwärmeübertragungseinrichtung (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanalplatte (18, 18a, 18b) und/oder die Deckplatte (12, 14) als mit der Verbindungsschicht (20) kaschiertes Blech, bevorzugt Metallblech ausgebildet sind.
  9. Schichtwärmeübertragungseinrichtung (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanalplatte (18, 18a, 18b) und/oder die Verbindungsschicht (20) Ausnehmungen (24, 26) aufweisen.
  10. Schichtwärmeübertragungseinrichtung (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanalplatte (18, 18a, 18b) Kühlkanäle (22) aufweist.
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