DE102017203096A1 - Heat conduction and battery arrangement - Google Patents
Heat conduction and battery arrangement Download PDFInfo
- Publication number
- DE102017203096A1 DE102017203096A1 DE102017203096.8A DE102017203096A DE102017203096A1 DE 102017203096 A1 DE102017203096 A1 DE 102017203096A1 DE 102017203096 A DE102017203096 A DE 102017203096A DE 102017203096 A1 DE102017203096 A1 DE 102017203096A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- metal
- heat conducting
- fiber composite
- wärmeleitanordnung
- battery
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
- H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
- H01M10/653—Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by electrically insulating or thermally conductive materials
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
- H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
- H01M10/655—Solid structures for heat exchange or heat conduction
- H01M10/6551—Surfaces specially adapted for heat dissipation or radiation, e.g. fins or coatings
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
- H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
- H01M10/655—Solid structures for heat exchange or heat conduction
- H01M10/6554—Rods or plates
- H01M10/6555—Rods or plates arranged between the cells
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
Abstract
Die Erfindung betrifft eine Wärmeleitanordnung (1) sowie eine Batterieanordnung. Die Wärmeleitanordnung (1) weist dabei einen Wärmeleitkern (2) und zumindest eine an diesen Wärmeleitkern (2) angrenzende metallische Wärmeleitlage (3) auf. Zudem besteht der Wärmeleitkern (2) aus einem Metallfaserverbund (4), welcher durch die zumindest eine Wärmeleitlage (3) vollständig umschlossen wird. Überdies weist die Batterieanordnung eine Batterie und eine Kühlvorrichtung auf, wobei die Batterie über zumindest eine Batteriezelle und ein Gehäuse verfügt, an welchem die Kühlvorrichtung angeordnet ist. Zwischen der Batteriezelle und dem Gehäuse und/oder zwischen dem Gehäuse der Batterie und der Kühlvorrichtung ist weiterhin zumindest eine Wärmeleitanordnung (1) angeordnet.The invention relates to a Wärmeleitanordnung (1) and a battery assembly. The heat conducting arrangement (1) has a heat conducting core (2) and at least one metallic heat conducting layer (3) adjacent to this heat conducting core (2). In addition, the heat conducting core (2) consists of a metal fiber composite (4), which is completely enclosed by the at least one heat conducting layer (3). Moreover, the battery assembly comprises a battery and a cooling device, wherein the battery has at least one battery cell and a housing, on which the cooling device is arranged. Between the battery cell and the housing and / or between the housing of the battery and the cooling device further at least one heat conducting arrangement (1) is arranged.
Description
Die Erfindung betrifft eine Wärmeleitanordnung mit einem Wärmeleitkern und zumindest einer an diesen Wärmeleitkern angrenzenden metallischen Wärmeleitlage. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Batterieanordnung mit einer Batterie und einer Kühlvorrichtung, wobei die Batterie zumindest eine Batteriezelle und ein Gehäuse aufweist, an welchem die Kühlvorrichtung angeordnet ist.The invention relates to a Wärmeleitanordnung with a Wärmeleitkern and at least one adjacent to this Wärmeleitkern metallic heat conduction. Furthermore, the invention relates to a battery assembly with a battery and a cooling device, wherein the battery has at least one battery cell and a housing, on which the cooling device is arranged.
Im Zuge der steigenden Elektromobilität besteht insbesondere im Kraftfahrzeugbau ein stetig steigender Bedarf an leistungsfähigen Energiespeichern. Solche Energiespeicher bestehen in Form von Akkumulatoren, über welche die zum Antrieb von Elektromotoren notwendige Energie zur Verfügung gestellt wird. Aufgrund der zum Antrieb eines Kraftfahrzeuges benötigten Leistung, die ein antreibender Elektromotor aufbringen muss, liegt auch der Stromfluss durch die Statorwindungen von derlei Elektromotoren in einer Höhe, in welcher eine signifikante Erwärmung der Elektromotoren hervorgerufen wird. Dieser Stromfluss bedingt jedoch nicht nur eine Erwärmung des Elektromotors. Auch Akkumulatoren, welchen die notwendigen Ströme zum Antrieb der Elektromotoren entnommen werden, erwärmen sich aufgrund dieses Stromflusses. Um thermische Schädigungen der Akkumulatoren zu vermeiden, können Kühlsysteme verwendet werden, deren Anordnung am Gehäuse der Akkumulatoren erfolgt.In the course of increasing electric mobility, there is a steadily increasing demand for powerful energy storage devices, especially in motor vehicle construction. Such energy storage exist in the form of accumulators, via which the energy required to drive electric motors is provided. Due to the power required to drive a motor vehicle, which has to be borne by a driving electric motor, the current flow through the stator windings of such electric motors is also at a level at which a significant heating of the electric motors is produced. However, this current flow not only causes a heating of the electric motor. Also, accumulators, which are taken from the necessary currents to drive the electric motors, heat up due to this current flow. In order to avoid thermal damage to the accumulators, cooling systems can be used, which are arranged on the housing of the accumulators.
Da die Akkumulatorengehäuse bedingt durch ihren Herstellungsprozess naturgemäß hohe Oberflächentoleranzen aufweisen, entsteht zwischen Akkumulatorengehäuse und Kühlsystem ein Kontaktbereich, welcher deutlich geringer ist als die eigentlich mögliche Kontaktfläche zwischen Akkumulatorengehäuse und Kühlsystem. Dies ist in doppelter Hinsicht als nachteilig zu betrachten, da sich zum einen die effektive Kontaktfläche zur Wärmeleitung verringert und zum anderen in sich nicht berührenden Bereichen, d. h. in den entstehenden Hohlräumen zwischen Akkumulatorengehäuse und Kühlsystem, wärmeisolierende Lufteinschlüsse vorliegen. Solche Hohlräume können zudem auch konstruktiv bedingt sein. Hierdurch ist in Summe eine signifikante Senkung des Wärmeflusses zwischen Akkumulator und Kühlsystem die Folge. Gleiche Aussagen lassen sich ebenfalls zum inneren Aufbau eines Akkumulators treffen. Dabei sind insbesondere zwischen den Zellmodulen des Akkumulators und dem Akkumulatorengehäuse hohe Fertigungstoleranzen zu erwarten. Aus diesem Grunde wird meist bereits konstruktiv ein Abstand vorgesehen, da ein Ausgleich in jedem Falle vonnöten ist.Since the accumulator housing naturally have high surface tolerances due to their manufacturing process, arises between the accumulator housing and the cooling system, a contact area, which is significantly less than the actually possible contact area between the accumulator housing and the cooling system. This is to be regarded as disadvantageous in two respects, since on the one hand the effective contact area for heat conduction decreases and on the other hand in non-contacting areas, d. H. exist in the resulting cavities between accumulator housing and cooling system, heat-insulating air pockets. Such cavities can also be structurally conditioned. As a result, a significant reduction in the heat flow between the accumulator and the cooling system is the result. Similar statements can also be made to the internal structure of a battery. In particular, high manufacturing tolerances are to be expected between the cell modules of the accumulator and the accumulator housing. For this reason, a distance is usually already structurally provided, as a balance is needed in any case.
Zur Steigerung der Wärmeleitung zwischen Zellmodul und Akkumulatorengehäuse sowie Akkumulatorengehäuse und Kühlsystem ist es möglich, zwischen den Kontaktflächen wärmeleitsteigernde Materialien, beispielsweise in Form von Wärmeleitpads, einzubringen.To increase the heat conduction between the cell module and the accumulator housing and the accumulator housing and the cooling system, it is possible to introduce heat-conducting materials, for example in the form of heat-conducting pads, between the contact surfaces.
Die Materialien basieren in der Regel auf in Elastomeren eingebetteten Metalloxiden und weisen im Durchschnitt lediglich zehn Prozent der Wärmeleitfähigkeit des eingebetteten Metalloxides auf. Hierbei verfügen wiederum die Metalloxide selbst im Maximum über zwanzig Prozent des dem Metalloxid zugrundeliegenden Metalls. Mit zunehmender Materialdicke sinkt der bereits geringe Wärmeleitkoeffizient zudem über die Maße ab.The materials are usually based on metal oxides embedded in elastomers and have on average only ten percent of the thermal conductivity of the embedded metal oxide. In turn, the metal oxides themselves have a maximum of more than twenty percent of the underlying metal oxide metal. With increasing material thickness, the already low coefficient of thermal conductivity also decreases beyond the measures.
Die
Mit solch ausgeprägten Materialverbunden lassen sich somit lediglich sehr geringe Fertigungstoleranzen ausgleichen. Toleranzen bis in den Bereich von wenigen Millimetern können nachteilig nicht kompensiert werden.With such pronounced material composites, only very small manufacturing tolerances can thus be compensated. Tolerances down to the range of a few millimeters can not be compensated disadvantageously.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Wärmeleitanordnung der eingangs genannten Art derart auszuführen, dass ein Abstandsausgleich für Abstände, die deutlich höher sind als im Stand der Technik verzeichnet, ermöglicht wird. Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Batterieanordnung der eingangs genannten Art mit verbesserter Kühlung zur Verfügung zu stellen.Against this background, the invention has for its object to perform a Wärmeleitanordnung of the aforementioned type such that a distance compensation for distances that are significantly higher than recorded in the prior art, is possible. Furthermore, the invention has for its object to provide a battery assembly of the type mentioned with improved cooling available.
Die erstgenannte Aufgabe wird gelöst mit einer Wärmeleitanordnung gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.The first object is achieved with a Wärmeleitanordnung according to the features of claim 1. The dependent claims relate to particularly expedient developments of the invention.
Erfindungsgemäß ist also eine Wärmeleitanordnung mit einem Wärmeleitkern und zumindest einer an diesen Wärmeleitkern angrenzenden metallischen Wärmeleitlage vorgesehen. Hierbei besteht der Wärmeleitkern aus einem Metallfaserverbund, welcher durch die zumindest eine Wärmeleitlage vollständig umschlossen wird, wobei somit der Metallfaserverbund in der zumindest einen Wärmeleitlage quasi eingebettet ist.According to the invention, therefore, a heat conduction arrangement with a heat conducting core and at least one metallic heat conducting layer adjacent to this heat conducting core is provided. This consists the Wärmeleitkern of a metal fiber composite, which is completely enclosed by the at least one Wärmeleitlage, wherein thus the metal fiber composite is quasi embedded in the at least one Wärmeleitlage.
Eine solch ausgebildete Wärmleitanordnung vereint mehrere Vorteile in sich. Zum einen ist es möglich, dass sowohl geringe zu überbrückende Abstände zwischen einer Wärmequelle und einer Wärmesenke im Bereich von 0,1 Millimeter bis 0,5 Millimeter als auch größere zu überbrückende Abstände im Bereich von 0,5 Millimeter bis 5 Millimeter, und hierbei insbesondere bis zu 2 Millimeter, mit hoher Wärmeleitfähigkeit der Wärmeleitanordnung verbunden werden können. Bedingt ist dies durch die hohe Flexibilität, d. h. der ausgeprägten elastischen Eigenschaften in Form eines hohen Elastizitätsmoduls und einer hohen Streckgrenze des Metallfaserverbundes in Kombination mit dessen hoher Komprimierbarkeit. Die Komprimierbarkeit bedingt sich weitgehend durch die zwischen den Metallfasern des Metallfaserverbundes vorliegenden, luftgefüllten Hohlräume, deren Volumen bei einer Komprimierung des Metallfaserverbundes minimiert wird. Weiterhin bewirkt die Umhüllung des Metallfaserverbundes mit der Wärmeleitlage eine große Kontaktfläche zu der Wärmesenke und der Wärmequelle. Gleichzeitig bietet die Wärmeleitlage einen Schutz vor gegebenenfalls aus dem Metallfaserverbund heraustretenden Metallfasern, was eine Defektgefahr vermindert. Trotz der luftgefüllten Hohlräume zwischen den Metallfasern des Metallfaserverbundes kann aufgrund der Verwendung von Metallen mit entsprechend hohen Wärmeleitkoeffizienten ein Gesamtwärmeleitkoeffizient der Wärmeleitanordnung erreicht werden, welcher im Bereich von 10 Watt pro Kelvin pro Meter bis 20 Watt pro Kelvin pro Meter oder gar bis 25 Watt pro Kelvin pro Meter liegt. Dieser Gesamtwärmeleitkoeffizient fiele somit mindestens doppelt so hoch aus wie ein Wärmeleitkoeffizient von Wärmeleitmaterialien, die auf in Elastomeren eingebetteten Metalloxidpartikeln basieren. Zudem wäre lediglich eine geringe Schwankung der Gesamtwärmeleitfähigkeit der Wärmeleitanordnung bei einer Komprimierung dieser im Bereich von einem Watt pro Kelvin pro Meter bis zu zwei Watt pro Kelvin pro Meter zu erwarten. Dies sollte auch dann gegeben sein, wenn sich eine unterschiedliche Dicke der Wärmeleitanordnung über deren flächige Ausdehnung aufgrund der Anpassung an eine Oberflächenkontur von Wärmequelle und Wärmesenke einstellt.Such a trained Wärmleitanordnung combines several advantages in itself. On the one hand, it is possible that both small distances to be bridged between a heat source and a heat sink in the range of 0.1 millimeters to 0.5 millimeters and larger distances to be bridged in the range of 0.5 millimeters to 5 millimeters, and in particular up to 2 millimeters, with high thermal conductivity of the Wärmeleitanordnung can be connected. This is due to the high flexibility, d. H. the pronounced elastic properties in the form of a high elastic modulus and a high yield strength of the metal fiber composite in combination with its high compressibility. The compressibility is largely due to the present between the metal fibers of the metal fiber composite, air-filled cavities whose volume is minimized in a compression of the metal fiber composite. Furthermore, the cladding of the metal fiber composite with the heat conducting layer causes a large contact area to the heat sink and the heat source. At the same time, the heat conduction layer provides protection against metal fibers possibly emerging from the metal fiber composite, which reduces the risk of a defect. Despite the air-filled cavities between the metal fibers of the metal fiber composite can be achieved in the range of 10 watts per Kelvin per meter to 20 watts per Kelvin per meter or even up to 25 watts per Kelvin due to the use of metals with correspondingly high heat transfer coefficients Wärmeleitkoeffizienten a total Wärmeleitkoeffizient per meter. This Gesamttwärmeleitkoeffizient thus would be at least twice as high as a thermal conductivity of Wärmeleitmaterialien based on embedded in elastomers metal oxide particles. In addition, only a slight fluctuation of the overall thermal conductivity of the Wärmeleitanordnung would be expected at a compression of this in the range of one watt per Kelvin per meter to two watts per Kelvin per meter. This should also be the case if a different thickness of the heat conduction arrangement over its areal extent due to the adaptation to a surface contour of the heat source and heat sink adjusts.
Hinsichtlich der Wärmleitlagen ist denkbar, dass lediglich eine Wärmeleitlage vorgesehen ist, welche sich beispielsweise in den Randbereichen des Metallfaserverbundes zumindest teilweise, dem Metallfaserverbund zugewandt oder abgewandt, überlappt. Es könnten unter anderem jedoch auch zwei Wärmeleitlagen vorgesehen sein, die den Metallfaserverbund allseitig einschließen und welche sich in ihrem Randbereich zumindest abschnittsweise überlappen. Dieser überlappende Randbereich könnte zudem dazu verwendet werden, die Wärmeleitlagen miteinander, beispielsweise stoffschlüssig, zu verbinden. Ein hierbei möglichweise vorliegender Überstand der Wärmeleitlagen über den Metallfaserverbund kann sich dabei je nach Anforderung unterscheiden. Ein nicht verbundener Teil des Randbereiches könnte dem Druckausgleich während der Komprimierung der Wärmeleitanordnung dienen.With regard to the Wärmleitlagen is conceivable that only a heat conduction is provided, which at least partially, for example, in the edge regions of the metal fiber composite, the metal fiber composite facing or facing overlapped. However, it could also be provided, among other things, two heat conduction, which include the metal fiber composite on all sides and which overlap at least in sections in its edge region. This overlapping edge region could also be used to connect the heat conducting layers to each other, for example by material bonding. A hereby possible supernatant of the heat conduction over the metal fiber composite may differ depending on the requirement. An unconnected part of the edge region could serve to equalize the pressure during compression of the heat conduction assembly.
Weiterhin ist aufgrund des verringerten Fertigungsaufwandes und der verwendeten Materialien der erfindungsgemäßen Wärmeleitanordnung gegenüber Wärmeleitmaterialien, welche auf in Elastomeren eingebetteten Metalloxidpartikeln basieren, eine deutliche Kostenersparnis gegeben.Furthermore, due to the reduced production costs and the materials used, the heat conduction arrangement according to the invention compared to heat conducting materials, which are based on metal oxide particles embedded in elastomers, given a significant cost savings.
In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Metallfaserverbund in Form eines Metallvlieses mit ungeordneten Metallfasern mit gleicher und/oder unterschiedlicher Faserlänge ausgeprägt. Durch eine ungeordnete Ausprägung der Metallfasern im als Metallvlies ausgebildeten Metallfaserverbund ließen sich z. B. isotrope mechanische Eigenschaften, wie das Elastizitätsverhalten und/oder die Steifigkeit, in die Raumrichtungen des Metallfaserverbundes erreichen.In a particularly advantageous embodiment of the invention, the metal fiber composite in the form of a metal nonwoven with disordered metal fibers with the same and / or different fiber length is pronounced. By a disordered expression of the metal fibers in the formed as a metal fleece metal fiber composite z. B. isotropic mechanical properties, such as the elasticity behavior and / or the rigidity, reach in the spatial directions of the metal fiber composite.
Ein weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist auch dadurch gekennzeichnet, dass der Metallfaserverbund in Form eines Metallgewebes, -gewirkes oder -gestrickes mit geordneten Fasern gleicher und/oder unterschiedlicher Faserlänge ausgeprägt ist. Durch eine geordnete Ausprägung der Metallfasern im als Metallvlies ausgebildeten Metallfaserverbund ließen sich, entgegen einer geordneten Ausprägung, z. B. anisotrope mechanische Eigenschaften, wie das Elastizitätsverhalten und/oder die Steifigkeit, in die Raumrichtungen des Metallfaserverbundes erreichen.A further advantageous development of the invention is also characterized in that the metal fiber composite in the form of a metal fabric, knitted fabric or knitted fabric is pronounced with ordered fibers of the same and / or different fiber length. By an orderly expression of the metal fibers in the formed as a metal fleece metal fiber composite could, contrary to an orderly expression, z. B. anisotropic mechanical properties, such as the elasticity and / or stiffness, reach in the spatial directions of the metal fiber composite.
In beiden Fällen, also der geordneten oder der ungeordneten Ausprägung der Metallfasern im als Metallvlies ausgebildeten Metallfaserverbund könnten die mechanischen Eigenschaften, wie das Elastizitätsverhalten und/oder die Steifigkeit, die geometrischen Eigenschaften der Metallfasern, wie deren Länge und Querschnitt, sowie deren Anzahl im Metallvlies und damit verbunden der Metallfaserdichte und dem Werkstoff, aus welchem die Metallfasern des Metallvlieses bestehen, beeinflusst werden. Als Werkstoff könnten Stähle, aluminiumbeschichtete Stähle, jedoch weiterhin auch Kupfer und Aluminium oder gar Mischungen hieraus in Betracht gezogen werden.In both cases, ie the orderly or disorderly expression of the metal fibers in the metal fiber composite designed as metal fleece, the mechanical properties, such as elasticity and / or stiffness, the geometric properties of the metal fibers, such as their length and cross section, as well as their number in metal fleece and associated therewith the metal fiber density and the material of which the metal fibers of the metal nonwoven consist. Steels, aluminum-coated steels, but also copper and aluminum, or even mixtures thereof, could be considered as the material.
Darüber hinaus wäre in den Fällen der geordneten oder der ungeordneten Ausprägung der Metallfasern im Metallfaserverbund denkbar, diese in eine gewünschte geometrische Form, die sich beispielsweise durch die Positionierung der Wärmeleitanordnung ergäbe, zu überführen. Dies könnte unter anderem durch einen Pressvorgang des Metallfaserverbundes erfolgen. Je nach gewünschten mechanischen Eigenschaften wäre hierbei vorteilhaft eine geordnete oder ungeordnete Ausprägung der Metallfasern zu wählen, um richtungsabhängige oder richtungsunabhängige Eigenschaften des Metallfaserverbundes und somit der Wärmeleitanordnung zu erreichen.Moreover, in cases of orderly or disorderly expression, the Metal fibers in the metal fiber composite conceivable to convert them into a desired geometric shape, which would result, for example, by the positioning of the Wärmeleitanordnung. This could be done inter alia by a pressing process of the metal fiber composite. Depending on the desired mechanical properties, it would be advantageous to choose an ordered or unordered characteristic of the metal fibers in order to achieve direction-dependent or direction-independent properties of the metal fiber composite and thus of the heat conduction arrangement.
Eine überaus gewinnbringende Ausgestaltung der Erfindung liegt zudem darin begründet, dass die metallische Wärmeleitlage in Form einer Metallfolie ausgebildet ist. Die Metallfolie könnte eine Dicke im Bereich von 0,1 Millimeter bis 0,5 Millimeter und insbesondere eine Dicke von 0,2 Millimeter aufweisen. Als Werkstoffe für diese Metallfolie kämen z. B. Aluminium und Kupfer, jedoch auch Stähle und/oder aluminiumbeschichtete Stähle in Frage. Über die Verwendung der Metallfolie als Wärmeleitlage lässt sich gewinnbringend ein hervorragendes Anpassungsvermögen an den durch die Wärmleitanordnung auszufüllenden Hohlraum zwischen Wärmequelle und Wärmesenke bei gleichzeitig hoher Kontaktfläche erreichen. Überdies eignet sich die Metallfolie aufgrund ihrer flächig geschlossenen Struktur besonders gut, um den Metallfaserverbund zu umschließen und einen Austritt von Fasern aus diesem zu verhindern.An extremely profitable embodiment of the invention is also due to the fact that the metallic heat conduction layer is formed in the form of a metal foil. The metal foil could have a thickness in the range of 0.1 millimeters to 0.5 millimeters and in particular a thickness of 0.2 millimeters. As materials for this metal foil would z. As aluminum and copper, but also steels and / or aluminum-coated steels in question. By using the metal foil as the heat-conducting layer, it is possible to profitably achieve an excellent adaptability to the cavity to be filled out by the heat-conducting arrangement between the heat source and the heat sink and at the same time having a high contact surface. Moreover, due to its closed-surface structure, the metal foil is particularly well suited to enclose the metal fiber composite and to prevent fibers from escaping therefrom.
Weist darüber hinaus die als Metallfolie ausgebildete metallische Wärmeleitlage eine Lochung und/oder eine Prägung auf, dann ist dies dahingehend als mit Vorteil behaftet zu beschreiben, dass in der Metallfolie aufgrund und in Abhängigkeit der eingebrachten Prägung unterschiedliche Festigkeitseigenschaften wie die Höhe der Reißfestigkeit und Steifigkeit ausprägbar sind. Zum anderen wäre es auf Basis der Lochung der Metallfolie möglich, dass die sich in den Hohlräumen zwischen den Metallfasern des Metallfaserverbundes befindliche Luft während einer Komprimierung der Wärmeleitanordnung aus der Wärmeleitanordnung austreten kann. Somit wäre eine vollständige Verbindung der als Metallfolie ausgebildeten Wärmeleitlage in ihrem Randbereich denkbar. Die Lochung sollte dabei in Form von Löchern, die in Richtung der Dicke der Metallfolie ausgebildet sind und einen Durchmesser kleiner als einen Millimeter, insbesondere weniger als 0,1 Millimeter, aufweisen, vorliegen. Die Herstellung der Löcher könnte durch Mikronadelung, Ätzen oder auch eine Laserbearbeitung erfolgen.In addition, if the metallic heat conduction layer formed as a metal foil has a perforation and / or an embossing, then this is to be described as having an advantage that different strength properties such as the level of tear strength and rigidity can be determined in the metal foil due to and depending on the embossing introduced are. On the other hand, it would be possible on the basis of the perforation of the metal foil that the air located in the cavities between the metal fibers of the metal fiber composite can escape during compression of the Wärmeleitanordnung from the Wärmeleitanordnung. Thus, a complete connection of the formed as a metal foil Wärmeleitlage in its edge region would be conceivable. The perforation should be in the form of holes which are formed in the direction of the thickness of the metal foil and have a diameter of less than one millimeter, in particular less than 0.1 millimeter. The production of the holes could be done by micro-needling, etching or laser processing.
Ferner kann eine Ausführungsform der Erfindung als erfolgversprechend angesehen werden, wenn die metallische Wärmeleitlage in Form eines Metallnetzes ausgebildet ist, dessen Maschenweite geringer ist als eine Querschnittsausdehnung und/oder eine Minimallänge der in dem Metallfaserverbund vorliegenden intakten und/oder defekten Metallfasern. Durch die Verwendung eines Metallnetzes wäre während der Komprimierung der Wärmeleitanordnung eine ebensolche Luftströmung zwischen den Hohlräumen des Metallfaserverbundes und der Umgebung der Wärmeleitanordnung ermöglicht. Hierbei wäre eine Lochung des Metallnetzes aufgrund dessen Maschenstruktur nicht notwendig. Die Maschenweite des Metallnetzes sollte jedoch so gering sein, dass wiederum keine Metallfasern des Metallfaserverbundes aus der Wärmeleitanordnung austreten können. Dies gilt sowohl für sich im Metallfaserverbund befindliche Fasern als auch für Metallfasern, welche aufgrund einer Überlastung aus dem Metallfaserverbund, z. B. durch Bruch, ausgetreten sind. Aus diesem Grunde wäre eine Maschenweite vorzusehen, welche weniger als 1 Millimeter, insbesondere weniger als 0,1 Millimeter beträgt.Furthermore, an embodiment of the invention may be regarded as promising if the metallic heat conduction layer is designed in the form of a metal mesh whose mesh size is less than a cross-sectional dimension and / or a minimum length of the intact and / or defective metal fibers present in the metal fiber composite. By using a metal mesh, during the compression of the heat conduction arrangement, a similar air flow between the cavities of the metal fiber composite and the surroundings of the heat conduction arrangement would be made possible. In this case, a perforation of the metal mesh would not be necessary due to its mesh structure. However, the mesh size of the metal mesh should be so small that in turn can not escape metal fibers of the metal fiber composite from the Wärmeleitanordnung. This applies both for themselves in the metal fiber composite fibers and for metal fibers, which due to overloading of the metal fiber composite, z. B. by breakage, have leaked. For this reason, a mesh size should be provided which is less than 1 millimeter, in particular less than 0.1 millimeter.
Als sehr praxisgerecht stellt es sich zudem dar, wenn die metallische Wärmeleitlage auf ihrer dem Metallfaserverbund zugewandten Seite eine Haftvermittlerschicht aufweist, über welche die Wärmeleitlage mit dem Metallfaserverbund stoffschlüssig verbindbar ist. Dies würde vorteilhafterweise zu einer weiteren Steigerung der Gesamtwärmeleitfähigkeit der Wärmeleitanordnung führen, da ein loser Kontakt und somit ebenfalls eine Veränderung der Kontaktstellen zwischen Wärmeleitlage und Metallfaserverbund unterbunden würde.In addition, it proves to be very practical if the metallic heat conducting layer has on its side facing the metal fiber composite a bonding agent layer via which the heat conducting layer can be adhesively bonded to the metal fiber composite. This would advantageously lead to a further increase in the overall thermal conductivity of the Wärmeleitanordnung, as a loose contact and thus also a change in the contact points between the heat conduction and metal fiber composite would be prevented.
Besteht zudem die Haftvermittlerschicht aus einem hart- oder weichlötbaren Metall und/oder einer Metalllegierung oder einem Wärmeleitkleber, so bestehen darin Möglichkeiten, eine stoffschlüssige Verbindung zwischen Wärmeleitlage und Metallfaserverbund zu generieren, welche lediglich eine dünne Schichtdicke der Haftvermittlerschicht einem Bereich von 50 Mikrometern bis 100 Mikrometern voraussetzen. Hierdurch können gleichzeitig ein stoffschlüssiger Kontakt zwischen Metallfaserverbund und Wärmeleitlage und ein hoher Wärmeleitkoeffizient garantiert werden. Die Haftvermittlerschicht könnte zu diesem Zwecke aus Zinn oder einer Zinnlegierung mit Bestandteilen von Kupfer und/oder Silber bestehen. In einer Ausführungsform der Haftvermittlerschicht als Wärmeleitkleber könnte dieser auf Epoxid- oder Silikonbasis beruhen, wobei in das Epoxidharz oder das Silikon keramische oder metallische Füllstoffe eingebracht sind.If, in addition, the primer layer consists of a hard or weichlötbaren metal and / or a metal alloy or a Wärmeleitkleber, then there are opportunities to generate a material connection between heat conduction and metal fiber composite, which only a thin layer thickness of the primer layer range from 50 microns to 100 microns provide. As a result, a cohesive contact between metal fiber composite and heat conduction and a high heat transfer coefficient can be guaranteed at the same time. The adhesion promoter layer could for this purpose consist of tin or a tin alloy with constituents of copper and / or silver. In one embodiment, the adhesive layer as a thermal adhesive this could be based on epoxy or silicone-based, wherein in the epoxy resin or silicone ceramic or metallic fillers are introduced.
Die bei Verwendung eines hart- oder weichlötbaren Metalls als Haftvermittlerschicht zur stoffschlüssigen Verbindung von Wärmeleitlage und Metallfaserverbund notwendige Wärmebehandlung könnte hierbei während oder nach Anordnung der Wärmeleitlage um den Metallfaserverbund erfolgen.The heat treatment necessary when using a hard or weichlötbaren metal as a primer layer for cohesive connection of thermal conductivity and metal fiber composite could be done during or after placement of the heat conduction around the metal fiber composite.
Eine besonders viel versprechende Ausbildung der erfindungsgemäßen Wärmeleitanordnung ist auch dadurch gegeben, dass die Wärmeleitanordnung auf der dem Metallfaserverbund abgewandten Seite der Wärmeleitlage eine elektrische Isolationsschicht und/oder eine elektrische Isolationslage aufweist. Mittels der Isolationslage und/oder der Isolationsschicht könnte bei elektrisch kritischen Anwendungen, bei welchen kein Kontakt von Wärmequelle und Wärmesenke zu einer elektrisch leitfähigen Wärmeleitanordnung erwünscht ist, eine Leitung von elektrischem Strom durch die Wärmeleitanordnung hindurch unterbunden werden. Die elektrische Isolationslage könnte aus einer elektrisch nicht leitfähigen Folie bestehen, welche die Wärmeleitanordnung umschließt. Die Folie könnte einerseits in losem Kontakt zu der Wärmeleitlage stehen oder andererseits auf diese aufgewalzt oder -laminiert sein. Im Falle der Isolationsschicht ist ein Aufbringen dieser mittels bekannten Beschichtungsverfahren wie Tauch- oder Sprühbeschichtung, Aufdampfen oder gar Kathodenzerstäubung auf die Wärmeleitlage denkbar. Zu beachten ist dabei, dass eine mögliche Lochung der Wärmeleitlage in der Isolationslage und/oder Isolationsschicht weitergeführt ist. A particularly promising embodiment of the heat conduction arrangement according to the invention is also given by the fact that the heat conduction arrangement has an electrical insulation layer and / or an electrical insulation layer on the side of the heat conduction layer facing away from the metal fiber composite. By means of the insulating layer and / or the insulating layer, in the case of electrically critical applications in which no contact of the heat source and heat sink with an electrically conductive heat conducting arrangement is desired, a line of electrical current could be prevented through the heat conducting arrangement. The electrical insulation layer could consist of an electrically non-conductive foil, which encloses the Wärmeleitanordnung. On the one hand, the film could be in loose contact with the heat-conducting layer or, on the other hand, rolled or laminated onto it. In the case of the insulating layer, application of this by means of known coating methods such as dip or spray coating, vapor deposition or even cathode sputtering onto the heat conduction layer is conceivable. It should be noted that a possible perforation of the heat conduction in the insulation layer and / or insulation layer is continued.
Die zweitgenannte Aufgabe wird zudem gelöst mit einer Batterieanordnung gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 10.The second object is also achieved with a battery assembly according to the features of
Somit ist erfindungsgemäß eine Batterieanordnung mit einer Batterie, welche zumindest eine Batteriezelle und ein Gehäuse aufweist, und einer auf dem Gehäuse der Batterie angeordneten Kühlvorrichtung angedacht. Hierbei ist überdies zwischen der Batteriezelle und dem Gehäuse und/oder zwischen dem Gehäuse der Batterie und der Kühlvorrichtung zumindest eine zuvor beschriebene Wärmeleitanordnung angeordnet. Insbesondere sollte die Batterie dabei als ein wiederaufladbarer Akkumulator ausgebildet sein. Aufgrund der Anordnung der Wärmeübertragungsanordnung oder mehrerer Wärmeübertragungsanordnungen zwischen der zumindest einen Batteriezelle und dem Gehäuse respektive dem Gehäuse und der Kühlvorrichtung würde sich in Relation zu einer Ausführung ohne Wärmeleitanordnung sowie in Relation zur Anordnung von Wärmeleitmaterialien zwischen Batteriezelle und Gehäuse und/oder Gehäuse und der Kühlvorrichtung, die auf in Elastomeren eingebetteten Metalloxidpartikeln basieren, ein gesteigerter Wärmestrom zwischen Batteriezelle und Gehäuse und/oder zwischen Gehäuse und Kühlvorrichtung einstellen, wodurch eine Temperaturerhöhung der Batterie im Betrieb geringer ausfallen würde. Somit ließe sich z. B. die Lebensdauer der Batterie steigern und/oder eine höhere Stromentnahme realisieren.Thus, according to the invention, a battery arrangement with a battery, which has at least one battery cell and a housing, and a cooling device arranged on the housing of the battery is being considered. In this case, moreover, at least one heat-conducting arrangement described above is arranged between the battery cell and the housing and / or between the housing of the battery and the cooling device. In particular, the battery should be designed as a rechargeable accumulator. Due to the arrangement of the heat transfer arrangement or several heat transfer arrangements between the at least one battery cell and the housing or the housing and the cooling device would in relation to a version without Wärmeleitanordnung and in relation to the arrangement of Wärmeleitmaterialien between battery cell and housing and / or housing and the cooling device, which are based on metal oxide particles embedded in elastomers, set an increased heat flow between the battery cell and the housing and / or between the housing and the cooling device, whereby an increase in temperature of the battery during operation would be lower. Thus, z. B. increase the life of the battery and / or realize a higher current drain.
Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips sind einige davon in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Die Zeichnung zeigt in
-
1 einen prinzipiellen Aufbau einer erfindungsgemäßen Wärmeleitanordnung; -
2a ,2b ,2c Querschnitte von erfindungsgemäßen Wärmeleitanordnungen; -
3 eine Wärmeleitanordnung mit Metallnetz; -
4 eine erfindungsgemäße Batterieanordnung.
-
1 a basic structure of a Wärmeleitanordnung invention; -
2a .2 B .2c Cross sections of Wärmeleitanordnungen invention; -
3 a Wärmeleitanordnung with metal network; -
4 a battery arrangement according to the invention.
In
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- WärmeleitanordnungWärmeleitanordnung
- 22
- WärmeleitkernHeat-conductive
- 33
- WärmeleitlageWärmeleitlage
- 44
- MetallfaserverbundMetal fiber composite
- 55
- Metallfasern metal fibers
- 66
- Metallgewebe, -gewirke oder -gestrickeMetal fabric, knitted or knitted fabrics
- 77
- Metallvliesmetal fleece
- 88th
- Metallfoliemetal foil
- 99
- Lochungperforation
- 1010
- Haftvermittlerschicht Bonding layer
- 1111
- Randbereichborder area
- 1212
- ÜberstandGot over
- 1313
- Metallnetz metal mesh
- 2020
- Batterieanordnungbattery assembly
- 2121
- Batteriebattery
- 2222
- Batteriezellebattery cell
- 2323
- Gehäusecasing
- 2424
- Kühlvorrichtungcooler
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.
Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- US 2009/0117345 A1 [0006]US 2009/0117345 A1 [0006]
Claims (10)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102017203096.8A DE102017203096A1 (en) | 2017-02-24 | 2017-02-24 | Heat conduction and battery arrangement |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102017203096.8A DE102017203096A1 (en) | 2017-02-24 | 2017-02-24 | Heat conduction and battery arrangement |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102017203096A1 true DE102017203096A1 (en) | 2018-08-30 |
Family
ID=63112564
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102017203096.8A Pending DE102017203096A1 (en) | 2017-02-24 | 2017-02-24 | Heat conduction and battery arrangement |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102017203096A1 (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102018112351A1 (en) * | 2018-05-23 | 2019-11-28 | Volkswagen Aktiengesellschaft | Battery system for a motor vehicle |
WO2022053277A1 (en) * | 2020-09-11 | 2022-03-17 | Daimler Ag | Cooling arrangement for dissipating heat from a heat source to a heat sink via a heat medium consisting of a plurality of fibers; battery arrangement |
US20220328901A1 (en) * | 2020-08-21 | 2022-10-13 | Contemporary Amperex Technology Co., Limited | Battery and electric device |
DE102021118341A1 (en) | 2021-07-15 | 2023-01-19 | LEONI Draht GmbH | thermally conductive element |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003332505A (en) | 2002-05-15 | 2003-11-21 | Fujitsu Ltd | Cooling structure and heat transfer member |
DE102009052508A1 (en) | 2009-11-11 | 2011-05-12 | Carl Freudenberg Kg | Mechanically flexible and porous compensating element for tempering electrochemical cells |
DE102013203966A1 (en) | 2013-03-08 | 2014-09-25 | Robert Bosch Gmbh | Temperature control plate for a lithium-ion battery |
JP2014212182A (en) | 2013-04-18 | 2014-11-13 | 三菱電機株式会社 | Thermal conductive bonding material, and semiconductor device using the same |
-
2017
- 2017-02-24 DE DE102017203096.8A patent/DE102017203096A1/en active Pending
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003332505A (en) | 2002-05-15 | 2003-11-21 | Fujitsu Ltd | Cooling structure and heat transfer member |
DE102009052508A1 (en) | 2009-11-11 | 2011-05-12 | Carl Freudenberg Kg | Mechanically flexible and porous compensating element for tempering electrochemical cells |
DE102013203966A1 (en) | 2013-03-08 | 2014-09-25 | Robert Bosch Gmbh | Temperature control plate for a lithium-ion battery |
JP2014212182A (en) | 2013-04-18 | 2014-11-13 | 三菱電機株式会社 | Thermal conductive bonding material, and semiconductor device using the same |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
JP 2003-332505 A (Maschinenübersetzung), AIPN [online] JPO [ abgerufen am 2017-11-6 ] |
JP 2014-212182 A (Maschinenübersetzung), AIPN [online] JPO [ abgerufen am 2017-11-6 ] |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102018112351A1 (en) * | 2018-05-23 | 2019-11-28 | Volkswagen Aktiengesellschaft | Battery system for a motor vehicle |
US20220328901A1 (en) * | 2020-08-21 | 2022-10-13 | Contemporary Amperex Technology Co., Limited | Battery and electric device |
WO2022053277A1 (en) * | 2020-09-11 | 2022-03-17 | Daimler Ag | Cooling arrangement for dissipating heat from a heat source to a heat sink via a heat medium consisting of a plurality of fibers; battery arrangement |
DE102020005564A1 (en) | 2020-09-11 | 2022-03-17 | Daimler Ag | Cooling assembly for dissipating heat from a heat source to a heat sink through a thermal medium composed of a plurality of fibers; battery arrangement |
DE102021118341A1 (en) | 2021-07-15 | 2023-01-19 | LEONI Draht GmbH | thermally conductive element |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP2026387B1 (en) | Electrochemical energy storage unit | |
DE102011075820B4 (en) | traction battery | |
DE102017203096A1 (en) | Heat conduction and battery arrangement | |
DE102014210570A1 (en) | Temperature control for tempering a battery | |
DE102007010742B4 (en) | Cell combination of a battery, battery and their use | |
DE102016109931A1 (en) | Cooling device and method | |
DE212012000137U1 (en) | Battery pack assembly | |
DE102014203176A1 (en) | Thermoelectric device, in particular thermoelectric generator or heat pump | |
WO2017140450A1 (en) | Battery cell module having a cooling element | |
DE212018000344U1 (en) | Heat dissipation structure and battery provided with it | |
DE102012112294A1 (en) | Electric energy storage | |
DE102014210572A1 (en) | Temperature control for tempering a battery | |
DE102018102989A1 (en) | Thermal contact and filling material and accumulator arrangement with a thermal contact and filling material | |
DE102019211083A1 (en) | Connecting element for a vehicle battery device, vehicle battery device and method for producing a connecting element for a vehicle battery device | |
DE102012224330A9 (en) | Electrical accumulator device with elastic elements | |
DE112021002263T9 (en) | HEAT RADIATION STRUCTURE AND BATTERY PROVIDED WITH THE SAME HEAT DISSIPATION STRUCTURE | |
DE102014202535A1 (en) | Cooling device for cooling at least one battery, in particular a lithium-ion battery | |
DE102018105044A1 (en) | Accumulator, in particular for a motor vehicle and motor vehicle, comprising such a rechargeable battery | |
DE102013219433B4 (en) | Electronic power module with elastic contacts and stack construction with such a power module | |
DE102020127606A1 (en) | Electronic power switching device with a heat-conducting device and method for its manufacture | |
DE102019007812A1 (en) | Battery cell for an electrical energy store and electrical energy store | |
DE102017004462A1 (en) | Receiving device for receiving battery cells | |
DE102011083663A1 (en) | Energy storage e.g. lithium ion battery, for e.g. mobile telephone, has laminate arranged at outer side of housing and comprising insulating layer and protective layer, where laminate is formed as mold part that is arranged at housing | |
EP2686879B1 (en) | Thermally conductive film for cooling and fastening electronic components | |
DE102020206191A1 (en) | Battery module with temperature control |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R163 | Identified publications notified | ||
R012 | Request for examination validly filed | ||
R016 | Response to examination communication |