DE102018123972A1 - Cooling plate and method for producing a cooling plate - Google Patents
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- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Abstract
Die Erfindung betrifft eine Kühlplatte 1 zur Batteriekühlung sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Kühlplatte 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Kühlvorrichtung für eine Batterie mit zumindest einer solchen Kühlplatte 1. Die Kühlplatte 1 weist einen Plattenkörper 2 mit einem Anschlussstutzen 3 auf. Über den Anschlussstutzen 3 wird ein Kühlfluid der Kühlplatte 1 zu- oder abgeführt. Der Anschlussstutzen 3 weist einen Montageflansch 5 und einen Steckabschnitt 6 auf. Der Montageflansch 5 liegt einseitig am Plattenkörper 2 der Kühlplatte flächig an. Der Steckabschnitt 6 ist in einer Montageöffnung 8 des Plattenkörpers 2 positioniert sowie plastisch verformt. Durch die plastische Verformung des Steckabschnitts 6 sind der Anschlussstutzen 3 und der Plattenkörper 2 der Kühlplatte miteinander gefügt.The invention relates to a cooling plate 1 for battery cooling and a method for producing a cooling plate 1. Furthermore, the invention relates to a cooling device for a battery with at least one such cooling plate 1. The cooling plate 1 has a plate body 2 with a connecting piece 3. A cooling fluid is supplied to or removed from the cooling plate 1 via the connecting piece 3. The connecting piece 3 has a mounting flange 5 and a plug section 6. The mounting flange 5 lies flat on one side on the plate body 2 of the cooling plate. The plug-in section 6 is positioned in a mounting opening 8 of the plate body 2 and plastically deformed. Due to the plastic deformation of the plug section 6, the connecting piece 3 and the plate body 2 of the cooling plate are joined together.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kühlplatte zur Batteriekühlung, insbesondere zur Kühlung einer Batterie von Kraftfahrzeugen sowie ein Verfahren zur Herstellung von Kühlplatten. Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Kühlvorrichtung für eine Batterie mit zumindest einer solchen Kühlplatte.The present invention relates to a cooling plate for battery cooling, in particular for cooling a battery of motor vehicles, and a method for producing cooling plates. The invention further relates to a cooling device for a battery with at least one such cooling plate.
Bei Elektrofahrzeugen gleich ob rein elektrisch betriebene Fahrzeuge, Hybridfahrzeuge oder Plug-in-Hybrid-Fahrzeuge kommen wiederaufladbare Batterien zum Einsatz, die üblicherweise eine Vielzahl von in Reihe und/oder parallel geschaltete elektrische Speicherzellen aufweisen. Hierbei können elektrische Speicherzellen zu Batteriemodulen zusammengefasst sein, aus denen die Batterie aufgebaut ist.In electric vehicles, whether purely electrically powered vehicles, hybrid vehicles or plug-in hybrid vehicles, rechargeable batteries are used, which usually have a large number of electrical storage cells connected in series and / or in parallel. In this case, electrical storage cells can be combined to form battery modules from which the battery is constructed.
Zur Sicherung der Reichweite, Fahrleistung und Ladeleistung ebenso wie der Lebensdauer von elektrisch angetriebenen Fahrzeugen ist ein definiertes Thermomanagement der Batterien erforderlich. Die Batterien sind empfindlich im Hinblick auf eine unterschiedliche Temperaturverteilung, wodurch es zu einer Überhitzung und einem vorzeitigen Altern kommen kann. Um die Batterien in einem optimalen Temperaturbereich zu halten, kommen Kühlvorrichtungen zum Einsatz. Diese sollen sicherstellen, dass nicht benötigte Abwärme, die beim Betreiben der Batterien entsteht, von den Batterien abgeführt und die Batterie auf einem gleichmäßigen Temperaturniveau temperiert wird.Defined thermal management of the batteries is required to ensure the range, mileage and charging power as well as the service life of electrically powered vehicles. The batteries are sensitive to a different temperature distribution, which can lead to overheating and premature aging. Cooling devices are used to keep the batteries in an optimal temperature range. These are intended to ensure that waste heat that is not required when the batteries are operated is dissipated from the batteries and the battery is kept at a constant temperature level.
Zur Kühlung von Batterien bzw. Batteriemodulen werden Kühlplatten eingesetzt, welche die Batterien direkt oder indirekt kontaktieren. Häufig werden zur Kühlung der Batterien bzw. Batteriemodule Kühlplattenanordnungen oberhalb und/oder unterhalb der Batterien angebracht. Die Kühlplatten werden von einem Kühlfluid durchflossen. Solche Kühlplatten bestehen üblicherweise aus zwei plattenartigen Bauteilen bzw. Plattenkörpern, die zusammengesetzt einen oder mehrere dazwischenliegende Kühlkanäle begrenzen. Häufig sind die Kühlplatten aus Leichtmetallblechen, insbesondere Aluminiumblechen, oder stangengepressten Leichtmetallprofilen, insbesondere Aluminiumprofilen, gefertigt.Cooling plates are used to cool batteries or battery modules, which contact the batteries directly or indirectly. Cooling plate arrangements are often mounted above and / or below the batteries for cooling the batteries or battery modules. A cooling fluid flows through the cooling plates. Such cooling plates usually consist of two plate-like components or plate bodies which, when put together, delimit one or more cooling channels located between them. The cooling plates are often made of light metal sheets, in particular aluminum sheets, or extruded light metal profiles, in particular aluminum profiles.
Um das Kühlfluid der Kühlplatte zu- und abzuführen werden die Platten mit Anschlussstutzen versehen. In der Regel werden die Anschlussstutzen formgebend oder spanabhebend gefertigt. Die Verbindung der Anschlussstutzen an die Kühlplatte wird stoffschlüssig durch Schweißen, Löten oder Kleben vorgenommen, auch Schraubverbindungen sind bekannt.In order to supply and remove the cooling fluid from the cooling plate, the plates are provided with connecting pieces. As a rule, the connecting pieces are manufactured to give shape or cut. The connection of the connecting piece to the cooling plate is made cohesively by welding, soldering or gluing, screw connections are also known.
Eine Kühlvorrichtung für eine Fahrzeugbatterie mit einer Kühlplatte, welche einen stoffschlüssig gefügten Anschluss bzw. Anschlussstutzen aufweist zählt durch die
Aus der
Eine löttechnisch gefügte Kühlplatte gebildet aus einer Strukturplatte und einer Deckplatte ist in der
Des Weiteren offenbart die
Nachteilig sind bei stoffschlüssigen Verbindungen von Kühlplatte und Anschlussstutzen mögliche Undichtigkeiten, insbesondere in Folge von thermischen Verzügen und der damit verbundene Nachbearbeitungsaufwand. Klebetechnische Verbindungen sind demgegenüber durch ihre kostenintensive Oberflächenvorbereitung (Beizen u.a.), aufwendig.In the case of cohesive connections between the cooling plate and the connecting piece, possible leaks, in particular as a result of thermal distortions and the associated reworking effort, are disadvantageous. In contrast, adhesive connections are complex due to their cost-intensive surface preparation (pickling, etc.).
Der Erfindung liegt ausgehend vom Stand der Technik die Aufgabe zu Grunde eine Kühlplatte aufzuzeigen mit einem funktional und montagetechnisch verbesserten Anschlussstutzen sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Kühlplatte zu schaffen, welches eine montagegerechte, prozesssichere und günstige Fügung eines Anschlussstutzens an der Kühlplatte ermöglicht.Based on the prior art, the invention is based on the object of demonstrating a cooling plate with a functionally and assembly-technically improved connecting piece, and to provide a method for producing a cooling plate which enables a connecting piece to be attached to the cooling plate in a process-reliable and economical manner.
Die Lösung des gegenständlichen Teils der Aufgabe besteht in einer Kühlplatte gemäß den Merkmalen von Anspruch 1.The solution to the objective part of the task consists in a cooling plate according to the features of claim 1.
Der verfahrensmäßige Teil der Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 6 gelöst.The procedural part of the task is solved by a method according to
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 5 bzw. 7 bis 9.Advantageous refinements and developments of the invention are the subject of
Anspruch 10 ist auf eine Kühlvorrichtung für eine Fahrzeugbatterie mit einer erfindungsgemäßen Kühlplatte bzw. einer erfindungsgemäß hergestellten Kühlplatte gerichtet.
Im Rahmen der Erfindung wird unter einer Kühlplatte sowohl ein einzelne Platte als auch eine aus zwei Plattenbauteilen bzw. Plattenkörpern zusammengesetzte Kühlplatte verstanden. In the context of the invention, a cooling plate is understood to mean both a single plate and a cooling plate composed of two plate components or plate bodies.
Gemäß der Erfindung weist der Anschlussstutzen einen Montageflansch sowie einen Steckabschnitt auf. Der Montageflansch liegt an einem Plattenkörper der Kühlplatte an. Der Steckabschnitt ist in einer Montageöffnung der Kühlplatte bzw. des Plattenkörpers positioniert sowie plastisch verformt. Durch die zumindest bereichsweise partielle Umformung des Steckabschnitts ist der Anschlussstutzen mit der Kühlplatte gefügt. Dies erfolgt in erster Linie formschlüssig. Möglich ist es einen oder beide Fügepartner zu erwärmen und die Fügung im warmen Zustand durchzuführen. Nach dem Abkühlen entsteht durch Schrumpfung zusätzlich ein Kraftschluss.According to the invention, the connecting piece has a mounting flange and a plug section. The mounting flange rests on a plate body of the cooling plate. The plug section is positioned in a mounting opening of the cooling plate or the plate body and plastically deformed. Due to the partial reshaping of the plug-in section at least in some areas, the connecting piece is joined to the cooling plate. This takes place primarily in a form-fitting manner. It is possible to heat one or both joining partners and to carry out the joining in a warm state. After cooling, shrinkage also creates a frictional connection.
Der Anschlussstutzen liegt mit seinem Montageflansch an der Außenseite der Kühlplatte bzw. einem Plattenkörper der Kühlplatte an. Der Steckabschnitt ist durch die in den geometrischen Abmessungen auf den Steckabschnitt angepasste Montageöffnung in den Plattenkörper hindurchgeführt und auf der dem Montageflansch gegenüberliegenden Seite des Kühlplattenkörpers plastisch verformt. Hierdurch entsteht eine formschlüssige Verbindung zwischen Anschlussstutzen und Kühlplatte. Die Umformung wird mit einem Umformwerkzeug, beispielsweise einem Umformstempel, vorgenommen. Dies kann sowohl in Richtung des oberen Plattenkörpers der Kühlplatte, als auch entgegengesetzt von der unteren Seite des oberen Plattenkörpers vorgenommen werden.The connecting piece lies with its mounting flange on the outside of the cooling plate or a plate body of the cooling plate. The plug-in section is passed through the mounting opening, which is adapted to the plug-in section in the geometrical dimensions, into the plate body and plastically deformed on the side of the cooling plate body opposite the mounting flange. This creates a positive connection between the connection piece and the cooling plate. The shaping is carried out with a shaping tool, for example a shaping stamp. This can be done both in the direction of the upper plate body of the cooling plate and in the opposite direction from the lower side of the upper plate body.
Die Erfindung schafft eine vorteilhafte und schnelle, montagegerechte sowie prozesssichere Verbindung zwischen Anschlussstutzen und Kühlplatte. Eine hohe Prozessstabilität ist gewährleistet. Es erfolgt keine thermische Beeinflussung umgebender Bauteile oder Bauteilkomponenten. Auf einen Beizprozess kann vollkommen verzichtet werden. Eine geringe Taktzeit lässt sich realisieren. Weiterhin besteht die Möglichkeit im Schadensfall einen Anschlussstutzen auszutauschen.The invention creates an advantageous and quick, assembly-friendly and process-reliable connection between the connecting piece and the cooling plate. A high process stability is guaranteed. There is no thermal influence on surrounding components or component components. There is no need for a pickling process. A short cycle time can be realized. It is also possible to replace a connection piece in the event of damage.
Durch den Umformvorgang und die partielle Verformung des Steckabschnitts wird der Montageflansch des Anschlussstutzens gegen den Plattenkörper gezogen. Due to the forming process and the partial deformation of the plug section, the mounting flange of the connecting piece is pulled against the plate body.
Hierbei kommt es auch zu einem Anlegen des Stutzenabschnitts bzw. des Werkstoffs des Stutzenabschnitts an und/oder in der Montageöffnung, wodurch eine erste metallische Abdichtung entsteht. Im weiteren Umformverlauf bewegt sich der Anschlussstutzen axial in Richtung zum Plattenkörper weiter. Hierdurch kommt es zu einer zusätzlichen Abdichtwirkung. Des Weiteren kann zwischen dem Montageflansch und der Kühlplatte bzw. dem Plattenkörper eine Dichtung bzw. ein Dichtelement eingegliedert werden. Durch die Umformbewegung und das gegeneinander verspannen von Anschlussstutzen und Plattenkörper wird das Dichtelement gegen den Plattenkörper gepresst und bis zur vollständigen Anlage des Anschlussstutzens an den Plattenkörper elastisch verformt. Hierdurch entsteht eine zweite formschlüssige und dichte Verbindung.This also results in the nozzle section or the material of the nozzle section coming into contact with and / or in the assembly opening, as a result of which a first metallic seal is created. In the further forming process, the connecting piece moves axially in the direction of the plate body. This creates an additional sealing effect. Furthermore, a seal or a sealing element can be incorporated between the mounting flange and the cooling plate or the plate body. Due to the reshaping movement and the bracing of the connecting piece and plate body against one another, the sealing element is pressed against the plate body and elastically deformed until the connecting piece is fully in contact with the plate body. This creates a second positive and tight connection.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung des Steckabschnitts sieht vor, dass dieser endseitig einen verbreiterten Schulterbereich aufweist. Dieser verbreitete Schulterbereich erstreckt sich radial nach innen. Der Steckabschnitt hat dementsprechend an seiner mündungsseitigen Öffnung einen geringeren Innendurchmesser als in seinem übrigen Längenbereich.A particularly advantageous embodiment of the plug-in section provides that it has a widened shoulder area at the end. This common shoulder area extends radially inwards. The plug-in section accordingly has a smaller inner diameter at its mouth-side opening than in its remaining length range.
Wie bereits ausgeführt ist die Montage des Anschlussstutzens einfach und prozesssicher. Es wird ein Anschlussstutzen bereitgestellt, welcher einen Montageflansch und einen Steckaufschnitt aufweist. Des Weiteren wird der Plattenkörper einer Kühlplatte bereitgestellt. Im Plattenkörper ist eine Montageöffnung eingebracht. Diese Montageöffnung weist einen Durchmesser auf, der auf den Außendurchmesser des Steckabschnitts abgestimmt ist. Der Steckabschnitt wird in die Montageöffnung eingeführt, bis der Montageflansch an der Kühlplatte bzw. dem Plattenkörper anliegt. Anschließend erfolgt das Fügen des Anschlussstutzens mit dem Plattenkörper, wozu der Steckabschnitt mittels eines Umformwerkzeuges plastisch, insbesondere bereichsweise, plastisch verformt wird.As already stated, the assembly of the connection piece is simple and reliable. A connection piece is provided, which has a mounting flange and a plug-in cutout. Furthermore, the plate body of a cooling plate is provided. A mounting opening is made in the plate body. This mounting opening has a diameter that is matched to the outer diameter of the plug section. The plug-in section is inserted into the mounting opening until the mounting flange rests on the cooling plate or the plate body. The connecting piece is then joined to the plate body, for which purpose the plug-in section is plastically deformed, in particular in some areas, by means of a shaping tool.
Insbesondere wird das freie Ende des Steckabschnitts durch das Umformwerkzeug aufgeweitet und nach außen in Richtung zur Unterseite des Plattenkörpers geformt.In particular, the free end of the plug-in section is widened by the shaping tool and shaped outwards in the direction of the underside of the plate body.
Hierbei wird das Umformwerkzeug beim Formvorgang relativ zum Steckabschnitt bewegt. Das Umformwerkzeug kann beim Formvorgang axial relativ zum Steckabschnitt bewegt werden. Auch eine rotatorische Bewegung des Umformwerkzeugs relativ zum Steckabschnitt ist vorteilhaft. Die Kombination einer axialen und einer rotatorischen Bewegung des Umformwerkzeugs beim Formvorgang relativ zum Steckabschnitt ist ebenfalls vorteilhaft. Insbesondere die Überlagerung einer axialen und einer rotatorischen Relativbewegung ist effizient.Here, the forming tool is moved relative to the plug section during the molding process. The forming tool can be moved axially relative to the plug section during the molding process. A rotational movement of the forming tool relative to the plug section is also advantageous. The combination of an axial and a rotary movement of the forming tool during the molding process relative to the plug-in section is also advantageous. In particular, the superposition of an axial and a rotary relative movement is efficient.
Das Umformwerkzeug ist entsprechend für den Formvorgang konfiguriert. Bei dem Umformwerkzeug kann es sich um einen Umformstempel mit einem endseitigen Aufweitkegel handeln. Der Aufweitkegel kann sich konisch verjüngen oder auch konisch verbreitern. Auch ein mehrteiliges Umformwerkzeug mit einem Stempelkörper und einem konischen Spreizring bzw. -konus, welche gegeneiner verlagert werden, ist möglich.The forming tool is configured accordingly for the molding process. The forming tool can be a forming die with an expansion cone at the end. The expanding cone can taper conically or widen conically. Also a multi-part forming tool with a stamp body and a conical expansion ring or cone, which are displaced against one another, is possible.
Durch die plastische Verformung des Steckabschnitts werden die Bauteile gegeneinander verspannt und dichten gegenseitig ab. Vorzugsweise ist zwischen Montageflansch und Kühlplatte eine Dichtung eingegliedert, die ebenfalls beim Umformvorgang bzw. der Fügung von Anschlussstutzen und Plattenkörper der Kühlplatte verspannt wird.Due to the plastic deformation of the plug-in section, the components are braced against one another and seal one another. Preferably, a seal is incorporated between the mounting flange and the cooling plate, which is also clamped during the forming process or the joining of the connecting piece and plate body of the cooling plate.
Der mit dem zumindest einem Anschlussstutzen versehene Plattenkörper wird dann zur Kühlplatte komplettiert. Hierbei kann der Plattenkörper mit einem weiteren plattenförmigen Bauteil gefügt werden. Auf diese Weise wird eine Kühlplatte mit einem geschlossenen Leitungssystem hergestellt. Grundsätzlich ist es auch möglich zunächst einen Plattenkörper mit einem weiteren Plattenkörper oder einem Plattenelement zur Kühlplattenanordnung zu fügen und anschließend die notwendigen Anschlussstutzen in vorbereitete Montageöffnungen im Plattenkörper gemäß der Erfindung zu fügen.The plate body provided with the at least one connecting piece is then completed to form the cooling plate. The plate body can be joined with another plate-shaped component. In this way, a cooling plate with a closed pipe system is produced. In principle, it is also possible first to add a plate body with a further plate body or a plate element to the cooling plate arrangement and then to add the necessary connecting pieces into prepared mounting openings in the plate body according to the invention.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand von Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
-
1 einen Ausschnitt einer Kühlplatte mit Anschlussstutzen während des Montagevorgangs; -
2a bis2c den Montagevorgang des Anschlussstutzens gemäß der Darstellung von1 in drei Montagesituationen und -
3a bis3c den Montagevorgang von Anschlussstutzen und Plattenkörper der Kühlplatte in drei Montagesituationen bei Verwendung eines anderen Umformwerkzeugs.
-
1 a section of a cooling plate with connecting piece during the assembly process; -
2a to2c the assembly process of the connector according to the representation of1 in three assembly situations and -
3a to3c the assembly process of the connection piece and plate body of the cooling plate in three assembly situations when using a different forming tool.
Die
Üblicherweise besitzt die Kühlplatte
Der Anschlussstutzen
Im Plattenkörper
Der Montageflansch
Zur Montage des Anschlussstutzens
Das Umformwerkzeug
Nach Beendigung des Montagevorgangs ist der Anschlussstutzen
Bei dem Montagevorgang wie anhand der
Die Darstellungen der
Beim Montagevorgang wie in den
Ein Plattenkörper
BezugszeichenlisteReference list
- 1 -1 -
- KühlplatteCooling plate
- 2 -2 -
- PlattenkörperPlate body
- 3 -3 -
- AnschlussstutzenConnecting piece
- 4 -4 -
- AnschlussabschnittConnection section
- 5 -5 -
- MontageflanschMounting flange
- 6 -6 -
- SteckabschnittPlug-in section
- 7 -7 -
- DurchgangsöffnungThrough opening
- 8 -8th -
- MontageöffnungAssembly opening
- 9 -9 -
- SchulterbereichShoulder area
- 10-10-
- Unterseitebottom
- 11 -11 -
- Aufnahmeadmission
- 12 -12 -
- DichtelementSealing element
- 13 -13 -
- UmformwerkzeugForming tool
- 13a -13a -
- UmformwerkzeugForming tool
- 14 -14 -
- freies Ende v. 6free end of 6
- 15 -15 -
- AufweitkegelExpanding cone
- 15a -15a -
- Aufweitkegel Expanding cone
- DM -DM -
- Durchmesserdiameter
- DS -DS -
- Außendurchmesserouter diameter
- V -V -
- Pfeilarrow
- P1 -P1 -
- Pfeilarrow
- P2 -P2 -
- Pfeilarrow
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- EP 2828922 B1 [0006]EP 2828922 B1 [0006]
- DE 102015216719 A1 [0007]DE 102015216719 A1 [0007]
- DE 102014217728 A1 [0008]DE 102014217728 A1 [0008]
- DE 102014217931 A1 [0009]DE 102014217931 A1 [0009]
Claims (10)
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---|---|---|---|
DE102018123972.6A DE102018123972A1 (en) | 2018-09-27 | 2018-09-27 | Cooling plate and method for producing a cooling plate |
Applications Claiming Priority (1)
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ID=69780985
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DE102018123972.6A Pending DE102018123972A1 (en) | 2018-09-27 | 2018-09-27 | Cooling plate and method for producing a cooling plate |
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DE (1) | DE102018123972A1 (en) |
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-
2018
- 2018-09-27 DE DE102018123972.6A patent/DE102018123972A1/en active Pending
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