DE102014219812A1 - Kühlplatte für einen elektrischen Energiespeicher - Google Patents

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Abstract

Kühlplatte für einen elektrischen Energiespeicher, wobei die Kühlplatte mindestens zwei unlösbar miteinander verbundene Metallbleche und mindestens eine Kunststoffabdeckung aufweist, wobei die verbundenen Metallbleche mindestens einen mittels eines Trennmittels aufgeblasenen Kühlkanal umfassen.

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung geht aus von einer Kühlplatte für einen elektrischen Energiespeicher.
  • Aus der DE 10 2010 025 656 A1 ist beispielsweise eine modulare Vorrichtung zur Spannungsversorgung eines Kraftfahrzeugs bekannt, wobei zur Kühlung der elektrochemischen Speicherzellen eine Kühlplatte in Form eines Kühlkörpers eingesetzt wird. Der Kühlkörper ist beispielsweise mittels Rollbonding bzw. Strangpressen hergestellt, wobei ein Leitungsverlauf durch Lasern bzw. Flachrohre eingebracht ist. Am Boden des Gehäuses wird eine Isolationsschicht vorgesehen, um die Kühlleistung nicht zu verschlechtern.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Nachteilig an dem bekannten Stand der Technik ist, dass ausschließlich eine thermische Isolation zwischen den elektrochemischen Speicherzellen und der Kühlplatte verwendet wird und die Kühlplatte keine separate Hülle aufweist
  • Vorteile der Erfindung
  • Die erfindungsgemäße Vorgehensweise mit den kennzeichnenden Merkmalen der unabhängigen Ansprüche weist demgegenüber den Vorteil auf, dass eine Kühlplatte für einen elektrischen Energiespeicher mindestens zwei unlösbar miteinander verbundene Metallbleche und mindestens eine Kunststoffabdeckung aufweist, wobei die verbundenen Metallbleche mindestens einen mittels eines Trennmittels aufgeblasenen Kühlkanal umfassen, wodurch eine bessere mechanische Stabilität erreicht werden.
  • Durch die Kunstoffabdeckung wird eine zusätzliche Abdichtung und dadurch eine höhere Dichtigkeit erreicht, wodurch vorteilhafterweise eine Auftrittswahrscheinlichkeit von Undichtigkeiten gegenüber dem Stand der Technik reduziert wird.
  • Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Als Material für die Metallbleche Aluminium, Aluminiumlegierungen, Kupfer und/oder Gold verwendet, wodurch vorteilhafterweise eine ebene Kontaktfläche zwischen der Kühlplatte und beispielsweise einem elektrischen Energiespeicher und/oder eine gute Wärmeleitfähigkeit erreicht wird.
  • Vorteilhafterweise ist die Kunststoffabdeckung ein elektrischer Isolator, wodurch eine elektrische Isolation der Kühlplatte gegen einen angrenzenden elektrischen Energiespeicher erreicht wird, so dass beispielsweise im Fehlerfall kein Strom von einem Energiespeicher über die Kühlplatte und Kühlrohren zu einem Kühlsystem fließt und eine Person durch einen elektrischen Schlag verletzt.
  • Das Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Kühlplatte umfasst folgende Schritte:
    In einem ersten Verfahrensschritt wird ein Trennmittel auf zumindest einen ersten Bereich eines ersten Metallblechs aufgebracht, wodurch beispielsweise eine Kühlkanalstruktur vorgesehen wird. Vorteilhafterweise können durch ein gewähltes Verfahren zum Aufbringen des Trennmittels, beispielsweise mittels eines Druckverfahrens, feine Kühlkanalstrukturen erzeugt werden, die eine hohe Dichtigkeit gegenüber Rohrleitungen gemäß dem Stand der Technik aufweisen und/oder eine einfache Änderung bzw. Anpassung der Kühlkanalstruktur ermöglicht.
  • In einem zweiten Verfahrensschritt wird eine mechanisch unlösbare Verbindung zwischen zweiten Bereichen des ersten Metallblechs und mindestens einem zweiten Metallblech hergestellt, wobei die ersten Bereiche durch das Trennmittel von der mechanisch unlösbaren Verbindung ausgespart sind, wodurch vorteilhafterweise ein Einbringen von Kanälen beispielsweise durch Lasern entfällt.
  • In einem dritten Verfahrensschritt wird mindestens ein Kühlkanal durch Aufblasen des ersten Bereichs ausgebildet, so dass ein Kühlmittel zur Wärmeaufnahme durch den Kühlkanal fließen kann. In Abhängigkeit eines durch einen Druck und/oder Dauer des ein- oder beidseitiges Aufblasen des ersten Bereichs wird ein grüßerer Querschnitt des Kühlkanals erreicht, wodurch vorteilhafterweise Druckverluste reduziert werden und/oder eine größere Kontaktfläche bei gleichem Gewicht erreicht wird.
  • In einem vierten Verfahrensschritt wird eine Kunststoffabdeckung mit mindestens einer von der mechanisch unlösbaren Verbindung abgewandten Fläche der verbundenen Metallbleche mechanisch fixiert, wodurch vorteilhafterweise eine bessere mechanische Stabilität und bei einem Fixieren von Kunststoffabdeckungen auf allen Seiten der mechanisch unlösbar verbundenen Metallbleche eine hohe Dichtigkeit erreicht wird.
  • Die mechanisch unlösbare Verbindung zwischen den mindestens zwei Metallblechen wird mittels Rollbonding und/oder Verklebens hegestellt. Bei dem Rollbonding-Verfahren werden die Metallbleche durch Walzen unter hohem Druck gefügt. In einer weiteren Ausführungsform ist ein Metallblech aus unterschiedlichen Materialien zusammengesetzt, bevor ein Walzen mit einem weiteren Metallblech erfolgt. Durch das Rollbonding wird eine gleichmäßige mechanisch unlösbare Verbindung erzeugt, wodurch die mechanische Stabilität erhöht wird und Gewicht reduziert wird, da dünnere Metallbleche verwendet werden.
  • Das Trennmittel wird auf das Metallblech aufgedruckt, wodurch vorteilhafterweise feine Kühlkanalstrukturen erzeugt werden, die eine hohe Dichtigkeit gegenüber Rohrleitungen aufweisen und/oder eine einfache Änderungen der Kühlkanalstruktur ermöglichen. Als Trennmittel wird beispielsweise Graphit, Öl, Wachs, Silikon und/oder Fett verwendet.
  • Zum Aufblasen des ersten Bereich wird vorteilhafterweise Druckluft eingesetzt, wobei in Abhängigkeit einer Dauer des Aufblasens und/oder des verwendeten Drucks beispielsweise ein Durchmesser des Kühlkanals variiert wird. So können beispielsweise zwei unterschiedliche Kühlkanalstrukturen mit unterschiedlichen Durchmessern innerhalb einer Kühlplatte hergestellt werden.
  • Die Kunststoffabdeckung wird mittels Clipsen, Ultraschallschweißen, Kleben und/oder Schrauben mit der mindestens einen von der mechanisch unlösbaren Verbindung abgewandten Fläche der verbundenen Metallbleche fixiert.
  • Für reversible mechanische Verbindungen, beispielsweise zum Tauschen der Metallbleche und/oder Kunststoffabdeckungen, für Wartungszwecke, wird die Kunststoffabdeckung mittels Clipsen und/oder Schrauben fixiert. Vorteilhafterweise erfolgt dies an den Ränder der mechanisch unlösbar verbundenen Metallbleche.
  • Soll die Kühlplatte beispielsweise gegen Manipulation geschützt werden, dann wird die Kunststoffabdeckung mittels Schweißen, beispielsweise Ultraschallschweißen, und/oder Kleben an den Rändern und/oder einer von der mechanisch unlösbaren Verbindung abgewandten Fläche der verbundenen Metallbleche fixiert.
  • Vorteilhafterweise ist die erfindungsgemäße Kühlplatte mit einem elektrischen Energiespeicher, beispielsweise einer Batteriezelle, einem Batteriemodul und/oder einem Supercap, mechanisch verbunden, beispielsweise durch Schrauben, Kleben, Klemmen, Clipsen, und durch den mindestens einen Kühlkanal fließt ein Kühlmittel durch die Kühlplatte.
  • Vorteilhafterweise wird die erfindungsgemäße Kühlplatte in einem Fahrzeug mit mindestens einem elektrischen Energiespeicher verwendet, beispielsweise einer Lithium-Ionen-, Lithium-Schwefel-, Lithium-Luft-Batterie.
  • Es zeigt:
  • 1a einen ersten Verfahrensschritt zur Herstellung der erfindungsgemäßen Kühlplatte;
  • 1b einen zweiten Verfahrensschritt zur Herstellung der erfindungsgemäßen Kühlplatte;
  • 1c Schnitt durch eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kühlplatte Durchführung eines dritten und eines vierten Verfahrensschritts; und
  • 2 eine erste mögliche Verwendung der erfindungsgemäßen Kühlplatte.
  • 3 eine zweite und dritte mögliche Verwendung der erfindungsgemäßen Kühlplatte.
  • Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
  • Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in allen Figuren gleiche Vorrichtungskomponenten.
  • 1a zeigt ein erstes Metallblech 1 und ein zweites Metallblech 2, wobei auf zumindest einem ersten Bereich 3(1) des ersten Metallblechs 1 ein Trennmittel aufgetragen ist und einen zweiten Bereich 3(2) des ersten Metallblechs 1 ohne Trennmittel. Das Trennmittel wird in einem ersten Verfahrensschritt beispielsweise durch ein Druckverfahren auf das erste Metallblech 1 aufgebracht.
  • In 1b sind das erste Metallblech 1 und das zweite Metallblech 2 mechanisch unlösbar miteinander verbunden, beispielsweise wird die Verbindung in einem zweiten Verfahrensschritt durch Rollbonding hergestellt.
  • 1c zeigt einen Schnitt durch die in 1b eingezeichnete Ebene A-A einer hergestellten Kühlplatte 10, wobei in einem dritten Verfahrensschritt mittels Aufblasen des innerhalb der mechanisch unlösbaren Verbindung des ersten Metallblechs 1 und des zweiten Metallblechs 2 liegenden ersten Bereichs 3(1) mindestens ein Kühlkanal 6 gebildet wird und in einem vierten Verfahrensschritt auf die von der mechanisch unlösbaren Verbindung abgewandten Flächen Kunststoffabdeckungen 4, 5 fixiert werden.
  • 2 zeigt eine erste mögliche Verwendung der erfindungsgemäßen Kühlplatte 10, die räumlich zwischen zwei Energiespeichern 7(1), 7(2), beispielsweise Batteriezellen oder Batteriemodulen, angeordnet ist. Auf die von der mechanisch unlösbaren Verbindung abgewandten Flächen sind Kunststoffabdeckungen 4, 5 fixiert, die eine Kunststoffhülle um die Metallbleche 1, 2 bilden. Mittels zwei Kühlkanälen 6(1), 6(2) wird die Kühlplatte 10 an einen Kühlkreislauf angeschlossen.
  • 3 zeigt eine zweite Verwendung der erfindungsgemäßen Kühlplatte 10(2), die räumlich an einer Oberseite, beispielsweise zwischen den Anschlusspolen von Batteriezellen, von elektrischen Energiespeichern 7(1), 7(2), 7(3) angeordnet ist.
  • In 3 ist eine dritte Verwendung der erfindungsgemäßen Kühlplatte 10(1) gezeigt, die räumlich an einer Unterseite, beispielsweise als Bodenplatte von Batteriezellen, von elektrischen Energiespeichern 7(1), 7(2), 7(3) angeordnet ist.
  • In einer weiteren möglichen Verwendung ist die Kühlplatte innerhalb eines Gehäuses der elektrischen Energiespeicher 7(1), 7(2), 7(3) angeordnet. Aufgrund des elektrisch isolierenden Kunstoffs und der hohen Dichtigkeit kann die erfindungsgemäße Kühlplatte beispielsweise innerhalb eines Batteriezellgehäuses angeordnet werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102010025656 A1 [0002]

Claims (10)

  1. Kühlplatte für einen elektrischen Energiespeicher, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlplatte mindestens zwei unlösbar miteinander verbundene Metallbleche und mindestens eine Kunststoffabdeckung aufweist, wobei die verbundenen Metallbleche mindestens einen mittels eines Trennmittels aufgeblasenen Kühlkanal umfassen.
  2. Kühlplatte für einen elektrischen Energiespeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Material für die Metallbleche Aluminium, Aluminiumlegierungen, Kupfer und/oder Gold verwendet wird.
  3. Kühlplatte für einen elektrischen Energiespeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffabdeckung ein elektrischer Isolator ist.
  4. Verfahren zur Herstellung einer Kühlplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 3, umfassend folgende Schritte: – aufbringen eines Trennmittels auf zumindest einen ersten Bereich eines ersten Metallblechs, – herstellen einer mechanisch unlösbaren Verbindung zwischen zweiten Bereichen des ersten Metallblechs und mindestens einem zweiten Metallblech, – ausbilden mindestens eines Kühlkanals durch Aufblasen des ersten Bereichs, – fixieren einer Kunststoffabdeckung mit mindestens einer von der mechanisch unlösbaren Verbindung abgewandten Fläche der verbundenen Metallbleche.
  5. Verfahren zur Herstellung einer Kühlplatte nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanisch unlösbare Verbindung mittels Rollbonding hergestellt wird.
  6. Verfahren zur Herstellung einer Kühlplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennmittel auf das Metallblech aufgedruckt wird.
  7. Verfahren zur Herstellung einer Kühlplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zum Aufblasen des ersten Bereichs Druckluft eingesetzt wird.
  8. Verfahren zur Herstellung einer Kühlplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffabdeckung mittels Clipsen, Ultraschallschweißen, Kleben und/oder Schrauben mit der mindestens einen von der mechanisch unlösbaren Verbindung abgewandten Fläche der verbundenen Metallbleche fixiert wird.
  9. Elektrischer Energiespeicher mit mindestens einer Kühlplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlplatte mit dem elektrischen Energiespeicher mechanisch verbunden ist und ein Kühlmittel eines Kühlkreislaufs durch den mindestens einen Kühlkanal der Kühlplatte fließt.
  10. Verwendung einer Kühlplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 3 für ein Fahrzeug, das mindestens einen elektrischen Energiespeicher umfasst.
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