DE102018124053B4 - High-voltage (HV) battery with a cooling device for cooling electrical modules thereof - Google Patents

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Abstract

Hochvolt (HV) -Batterie (1), mit mehreren elektrischen Modulen (3) und einer in unmittelbarer Nähe der elektrischen Module (3) angeordneten, von einem Kühlfluid durchströmten Kühleinrichtung (2) zum Kühlen der elektrischen Module (3) der Hochvolt (HV) -Batterie (1), wobei die Kühleinrichtung (2) diverse parallel zueinander angeordnete Kühlkörper (4) aufweist, die als Kühlplatte ausgebildet sind, wobei jede Kühlplatte als Strangpressprofil ausgebildet ist und eine Vielzahl parallel zueinander angeordnete Kühlkanäle (5) aufweist, und wobei der jeweilige Kühlkanal im Bereich seiner abgewandten Enden (6, 7) mittels eines dem jeweiligen Ende zugeordneten Verschlusselements (8) dicht verschlossen ist, gekennzeichnet durch mittels Rotationsreibschweißen mit dem jeweiligen Kühlkörper (4) verbundene Verschlusselemente (8), wobei mittels des jeweiligen Verschlusselements (8) der diesem Verschlusselement (8) zugeordnete Kühlkanal (5) stirnseitig durch das Rotationsreibschweißen dauerhaft verschlossen und damit abgedichtet ist, und wobei die Verschlusselemente (8) bezogen auf eine Längsachse (10) des jeweiligen Kühlkanals (5) axial verschweißt sind, derart, dass das jeweilige Verschlusselement (8), welches rotationssymmetrisch ausgebildet ist, einen ersten Abschnitt (11) und einen zweiten Abschnitt (12) aufweist, dass der erste Abschnitt (11), der als gerader Kreiszylinder ausgebildet ist, im Bereich einer Stirnseite (13) mittels Rotationsreibschweißen mit dem Kühlkörper (4) verbunden ist, und dass der zweite Abschnitt (12), der als gerader Kegelstumpf ausgebildet ist, in den Kühlkanal (5) mit radialem Spiel eingesetzt ist, derart, dass die Verschlusselemente (8) mit dem jeweiligen Kühlkörper (4) in dem Bereich (15) der Stirnseite (13) des ersten Abschnitts (11) axial verschweißt sind, und dass sich das radiale Spiel bezogen auf die Längsachse (10) des jeweiligen Kühlkanals (5) entlang des zweiten Abschnitts (12) bis zur Stirnseite (13) des ersten Abschnitts (11) des jeweiligen Verschlusselements (8) erstreckt.High-voltage (HV) battery (1), with several electrical modules (3) and a cooling device (2) arranged in the immediate vicinity of the electrical modules (3), through which a cooling fluid flows, for cooling the electrical modules (3) of the high-voltage (HV ) battery (1), wherein the cooling device (2) has various cooling bodies (4) arranged parallel to one another, which are designed as a cooling plate, each cooling plate being designed as an extruded profile and having a plurality of cooling channels (5) arranged parallel to one another, and where the respective cooling channel is tightly closed in the area of its opposite ends (6, 7) by means of a closure element (8) assigned to the respective end, characterized by closure elements (8) connected to the respective heat sink (4) by means of rotational friction welding, wherein by means of the respective closure element ( 8) the cooling channel (5) assigned to this closure element (8) is permanently closed at the end by rotational friction welding and is therefore sealed, and the closure elements (8) are axially welded in relation to a longitudinal axis (10) of the respective cooling channel (5), such that that the respective closure element (8), which is designed to be rotationally symmetrical, has a first section (11) and a second section (12), that the first section (11), which is designed as a straight circular cylinder, in the area of an end face (13) is connected to the heat sink (4) by means of rotational friction welding, and that the second section (12), which is designed as a straight truncated cone, is inserted into the cooling channel (5) with radial play, such that the closure elements (8) with the respective Heat sinks (4) are axially welded in the area (15) of the end face (13) of the first section (11), and that the radial play relates to the longitudinal axis (10) of the respective cooling channel (5) along the second section (12 ) extends to the end face (13) of the first section (11) of the respective closure element (8).

Description

Die Erfindung betrifft eine Hochvolt (HV)-Batterie nach dem Obergriff des Anspruchs 1.The invention relates to a high-voltage (HV) battery according to the preamble of claim 1.

Die Kühlung von Komponenten kann durchaus besondere Anforderungen aufgrund eines teilweise hohen Wärmeeintrags in die Komponenten stellen. Dies gilt beispielsweise für elektrische Energiespeicher von modernen Kraftfahrzeugen. Hierbei werden besondere Anforderungen aufgrund der teilweise hohen Leistungsdichte gestellt. Solche Energiespeicher können unter anderem als Fahrbatterien von Elektro- oder Hybridfahrzeugen eingesetzt werden. Es kann sich um Lithium-Ionen-Batterien, Brennstoffzellen, herkömmliche Akkumulatoren oder Kombinationen aus solchen Elementen handeln. Fahrbatterien werden insbesondere mit Hochvolt betrieben, somit mit einer Spannung, die deutlich über den üblichen Bordspannungen von Kraftfahrzeugen liegt.The cooling of components can certainly pose special requirements due to the sometimes high heat input into the components. This applies, for example, to electrical energy storage devices in modern motor vehicles. There are special requirements here due to the sometimes high power density. Such energy storage devices can be used, among other things, as driving batteries for electric or hybrid vehicles. These can be lithium-ion batteries, fuel cells, conventional accumulators or combinations of such elements. Driving batteries are operated in particular with high voltage, i.e. with a voltage that is significantly higher than the usual on-board voltages of motor vehicles.

Eine Kühleinrichtung der eingangs genannten Art ist aus der Praxis bekannt. Bei dieser sind zum Verschließen der Kühlkanäle Dichtstopfen vorgesehen, die in die Kühlkanäle eingesteckt sind. Solche Dichtstopfen sind sehr anfällig und es besteht die Gefahr, dass die Kühleinrichtung im Gebrauch undicht wird. Dies ist beispielsweise bedingt durch Toleranzen im Kühlkörper, sodass keine exakte Rundheit der Kühlkanäle, bezogen auf deren Querschnitt, gewährleistet ist. Auch bei der Herstellung des Kühlkörpers, beispielsweise aufgrund von Fügeprozessen, zum Beispiel durch Schweißen von einzelnen Komponenten des Kühlkörpers, können Verformungen auftreten, womit keine exakte Geometrie des Kühlkanals im Bereich des von diesem aufzunehmenden Verschlusselements gewährleistet ist. Im Betrieb der Kühleinrichtung können sich Verformungen aufgrund von Vibration, Wärmeverzug oder dergleichen ergeben, sodass eine Undichtigkeit im Bereich des jeweiligen Verschlussstopfens nicht auszuschließen ist. Ist der Kühlkörper als Strangpressprofil ausgebildet, kann sich bei dünnen Wandstärken des Strangpressprofils dieses durchaus in den Bereichen, in denen die Dichtstopfen eingebracht werden, verformen, mit der Konsequenz einer unzureichenden Abdichtung.A cooling device of the type mentioned is known from practice. In this case, sealing plugs are provided to close the cooling channels and are inserted into the cooling channels. Such sealing plugs are very vulnerable and there is a risk that the cooling device will leak during use. This is due, for example, to tolerances in the heat sink, so that the exact roundness of the cooling channels, based on their cross section, is not guaranteed. Deformations can also occur during the production of the heat sink, for example due to joining processes, for example by welding individual components of the heat sink, which means that the exact geometry of the cooling channel in the area of the closure element to be received by it is not guaranteed. During operation of the cooling device, deformations can occur due to vibration, thermal distortion or the like, so that a leak in the area of the respective sealing plug cannot be ruled out. If the heat sink is designed as an extruded profile, if the wall thickness of the extruded profile is thin, it can definitely deform in the areas in which the sealing plugs are inserted, with the consequence of an inadequate seal.

In der DE 10 2008 034 889 A1 ist eine Batterie mit einer innerhalb eines Batteriegehäuses angeordneten Wärmeleitplatte zum Temperieren der Batterie beschrieben. Eine Einfüllöffnung des Batteriegehäuses zum Einfüllen eines Isolationsmittels ist mittels eines Verschlusselements, das als Verschlussstopfen ausgebildet ist, verschließbar. Diese Einfüllöffnung wird kraft-, stoff- und/oder formschlüssig verschlossen, um einen Schutz vor eindringenden Fremdstoffen und austretendem Elektrolyt zu erreichen. Der Verschlussstopfen wird zum Beispiel mittels eines Pressverfahrens, Schweißverfahrens oder Klebeverfahrens an oder in der Einfüllöffnung befestigt. Die Verbindung kann derart ausgebildet sein, dass sich bei einem definierten Innendruck des Batteriegehäuses sich die Verbindung löst, womit die Einfüllöffnung vorzugsweise als Druckabbauöffnung zu einem Druckabbau verwendbar ist.In the DE 10 2008 034 889 A1 a battery is described with a heat-conducting plate arranged within a battery housing for temperature control of the battery. A filling opening of the battery housing for filling an insulating agent can be closed by means of a closure element which is designed as a closure plug. This filling opening is closed in a force, material and/or form-fitting manner in order to provide protection against foreign substances penetrating and electrolyte escaping. The closure plug is attached to or in the filling opening, for example by means of a pressing process, welding process or adhesive process. The connection can be designed in such a way that the connection is released at a defined internal pressure of the battery housing, so that the filling opening can preferably be used as a pressure reduction opening to reduce pressure.

In der DE 10 2008 027 293 A1 ist eine Vorrichtung zur Kühlung einer Fahrzeugbatterie beschrieben. Bei dieser ist ein Kühlkörper als Aluminium-Strangpressprofil mit einer Mehrzahl nebeneinander angeordneter Kühlkanäle ausgebildet, die runden, eckigen oder sonstigen Querschnitt aufweisen können. Am Kühlkörper sind endseitige Sammler angeordnet, durch die ein Fluidstrom auf die Kühlkanäle verteilt wird. Es ist ein eingangsseitiger und ein ausgangsseitiger Sammler vorgesehen. In the DE 10 2008 027 293 A1 a device for cooling a vehicle battery is described. In this case, a heat sink is designed as an extruded aluminum profile with a plurality of cooling channels arranged next to one another, which can have a round, square or other cross-section. End collectors are arranged on the heat sink, through which a fluid flow is distributed to the cooling channels. An input-side and an output-side collector is provided.

Aus der EP 2 696 433 A1 ist eine Kühlvorrichtung für eine Fahrzeugbatterie mit Batteriezellen bekannt. Die Kühlvorrichtung umfasst einen Kühlkörper mit Kanälen zur Durchströmung mit einem Kühlmittel. Der Kühlkörper ist zur thermischen Kontaktierung der Batteriezellen vorgesehen. An zumindest einem Ende des Kühlkörpers ist eine Endkappe vorgesehen. Zumindest einige Kanäle des Kühlkörpers münden in die Endkappe. An der Endkappe sind Fortsätze ausgebildet, die in zumindest einige Kanäle des Kühlkörpers hineinragen. Bevorzugt wird durch einen Fortsatz der entsprechende Kanal nicht völlig verschlossen. Die Fortsätze der Endkappe verdecken so einen Teil des Querschnitts der Kanäle des Kühlkörpers und erzeugen hierdurch eine Drosselwirkung für die jeweiligen Kanäle. Bevorzugt ist der Kühlkörper als Strangpressprofil aus Aluminium ausgebildet. Die Endkappe ist beispielsweise aus Aluminium im Druckgussverfahren gebildet. Sie ist bevorzugt mit dem Kühlkörper verschweißt.From the EP 2 696 433 A1 a cooling device for a vehicle battery with battery cells is known. The cooling device comprises a heat sink with channels for a coolant to flow through. The heat sink is intended for thermal contacting of the battery cells. An end cap is provided on at least one end of the heat sink. At least some of the heatsink's channels open into the end cap. Extensions are formed on the end cap and protrude into at least some channels of the heat sink. The corresponding channel is preferably not completely closed by an extension. The extensions of the end cap thus cover part of the cross section of the channels of the heat sink and thereby create a throttling effect for the respective channels. The heat sink is preferably designed as an extruded profile made of aluminum. The end cap is formed, for example, from aluminum using a die-casting process. It is preferably welded to the heat sink.

Aus der DE 10 2006 035 927 A1 ist ein Werkzeugstift für eine Werkzeugform sowie ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Werkzeugstifts bekannt. Ein solcher Werkzeugstift findet im Zusammenhang mit einer Werkzeugform Verwendung und ist hierbei in seiner Längsrichtung geführt. Der Werkzeugstift besteht aus einem Kopf, einem sich daran in Längsrichtung anschließenden Schaft sowie einem endseitig am Schaft vorgesehenen Stiftende. Zumindest zwei der Teile sind als eigenständige Modulteile ausgebildet, die mit Hilfe eines Rotationsprozesses mechanisch zusammengefügt sind. Bei diesem Fügeprozess handelt es sich beispielsweise um Reibschweißen. Hierbei ist der Schaft insbesondere als Hohlschaft ausgebildet.From the DE 10 2006 035 927 A1 a tool pin for a tool shape and a method for producing such a tool pin are known. Such a tool pin is used in connection with a tool shape and is guided in its longitudinal direction. The tool pin consists of a head, a shaft adjoining it in the longitudinal direction and a pin end provided on the end of the shaft. At least two of the parts are designed as independent modular parts that are mechanically assembled using a rotation process. This joining process is, for example, friction welding. The shaft is designed in particular as a hollow shaft.

US 2004 / 0 060 964 A1 offenbart Turbinenschaufeln, bei welchen Öffnungen über Reibschweißen verschlossen sind.US 2004/0 060 964 A1 discloses turbine blades in which openings are closed via friction welding.

US 2011 / 0 277 866 A1 offenbart das Verschließen von Belüftungskanälen von Rohren über Reibschweißen.US 2011/0 277 866 A1 discloses the closing of ventilation channels of pipes via friction welding.

US 5 084 966 A offenbart ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleiterkühleinrichtung. US 5,084,966 A discloses a method for manufacturing a semiconductor cooling device.

JP 2004 - 66 336 A und US 9 452 491 B1 offenbaren Details des Reibschweißens im Allgemeinen. JP 2004 - 66 336 A and US 9,452,491 B1 reveal details of friction welding in general.

DE 10 2008 027 293 A1 und DE 10 2008 034 889 A1 offenbaren Batterien von Kraftfahrzeugen mit Kühleinrichtungen. DE 10 2008 027 293 A1 and DE 10 2008 034 889 A1 disclose batteries of motor vehicles with cooling devices.

KR 10 2016 0 076 121 A offenbart eine Batterie mit mehreren elektrischen Modulen und einer in unmittelbarer Nähe der elektrischen Module angeordneten, von einem Kühlfluid durchströmten Kühleinrichtung. Die Kühleinrichtung weist Kühlkanäle auf, die über Verschlusselemente verschlossen. KR 10 2016 0 076 121 A discloses a battery with several electrical modules and a cooling device arranged in the immediate vicinity of the electrical modules and through which a cooling fluid flows. The cooling device has cooling channels that are closed via closure elements.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Hochvolt (HV)-Batterie der eingangsgenannten Art, die die Merkmale des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 aufweist, so weiterzubilden, dass eine dauerhaft sichere, druckdichte Abdichtung zwischen dem jeweiligen Verschlusselement und dem mindestens einen Kühlkörper der Kühleinrichtung der Hochvolt (HV)-Batterie gewährleistet ist.The object of the present invention is to develop a high-voltage (HV) battery of the type mentioned, which has the features of the preamble of patent claim 1, in such a way that a permanently secure, pressure-tight seal between the respective closure element and the at least one heat sink of the cooling device High-voltage (HV) battery is guaranteed.

Gelöst wird die Aufgabe durch eine Hochvolt (HV)-Batterie, die gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 ausgebildet ist.The task is solved by a high-voltage (HV) battery, which is designed according to the features of patent claim 1.

Die Kühleinrichtung der erfindungsgemäßen Hochvolt (HV)-Batterie weist mittels Rotationsreibschweißen mit dem mindestens Kühlkörper verbundene Verschlusselemente auf. Es erfolgt somit das Verbinden von jeweiligen Verschlusselement und Kühlkörper durch ein Schweißverfahren unter Pressung. The cooling device of the high-voltage (HV) battery according to the invention has closure elements connected to the at least heat sink by means of rotational friction welding. The respective closure element and heat sink are therefore connected using a welding process under pressure.

Hierbei weist mindestens eines der beiden Fügeteile, nämlich das Verschlusselement, eine rotationssymmetrische Gestalt auf. Die Energiezufuhr wird durch eine Relativbewegung der Fügeteile zueinander unter Druck eingebracht. Hierbei steht das eine Fügeteil still und das andere Fügeteil wird in Rotation versetzt. Insbesondere ist vorgesehen, dass der Kühlkörper still steht und das jeweilige Verschlusselement in Rotation versetzt wird.At least one of the two joining parts, namely the closure element, has a rotationally symmetrical shape. The energy supply is introduced under pressure by a relative movement of the joining parts to one another. Here, one part to be joined is stationary and the other part to be joined is set in rotation. In particular, it is provided that the heat sink stands still and the respective closure element is set in rotation.

Die Kühleinrichtung der erfindungsgemäßen Hochvolt (HV)-Batterie ermöglicht es, den jeweiligen Schweißprozess vollständig zu überwachen. Es ist nicht erforderlich, die Schweißpartner vor dem Schweißen zu reinigen und/oder deren Oberflächen vor dem Schweißen aufzubereiten.The cooling device of the high-voltage (HV) battery according to the invention makes it possible to fully monitor the respective welding process. It is not necessary to clean the welding partners before welding and/or prepare their surfaces before welding.

Mittels des jeweiligen Verschlusselements wird somit der diesem Verschlusselement zugeordnete Kühlkanal stirnseitig durch Rotationsreibschweißen verschlossen und damit abgedichtet. Der besondere Vorteil besteht in der sicheren Dichtung. Die Verschweißung ist stabil, auch wenn sich der Kühlkörper verformt. Die Verschweißung ist zudem dicht, auch wenn sich der Kühlkörper aufgrund von einem Montage- oder Schweißprozess verformt. Die Schweißverbindung ist zudem nicht anfällig bzw. kaum anfällig gegen Vibration im Betrieb. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass kein Mindestabstand eingehalten werden muss, zwischen der Dichtstelle bzw. dem Verschlusselement und einer Schweißnaht. Es lässt sich durch das Rotationsreibschweißen der dichte Verschluss der Kühlkanäle günstig und sicher erzeugen.By means of the respective closure element, the cooling channel assigned to this closure element is closed at the front by rotational friction welding and thus sealed. The particular advantage is the secure seal. The weld is stable, even if the heat sink deforms. The weld is also tight, even if the heat sink is deformed due to an assembly or welding process. The welded connection is also not susceptible or hardly susceptible to vibration during operation. Another advantage is that no minimum distance has to be maintained between the sealing point or the closure element and a weld seam. Rotary friction welding can be used to create a tight seal for the cooling channels cheaply and safely.

Die Kühlkörper sind als Kühlplatte ausgebildet. In einer solchen Kühlplatte können vorzugsweise parallel nebeneinander liegend eine Vielzahl von Kühlkanälen gestaltet werden. Eine Kühlplatte besitzt zudem eine große Wärmeübergangsfläche.The heat sinks are designed as cooling plates. In such a cooling plate, a large number of cooling channels can preferably be designed in parallel next to one another. A cooling plate also has a large heat transfer surface.

Bei dem Kühlkörper handelt es um einen mittels Strangpressen erzeugten Kühlkörper. Dieser Kühlkörper ist als Kühlplatte ausgebildet. Ein solcher stranggepresster Kühlkörper ermöglicht einerseits eine besonders kostengünstige Herstellung, andererseits die Ausbildung mit einer Vielzahl von Kühlkanälen.The heat sink is a heat sink produced by extrusion. This heat sink is designed as a cooling plate. Such an extruded heat sink enables particularly cost-effective production on the one hand and, on the other hand, the design with a large number of cooling channels.

Vorzugsweise weist der jeweilige zu verschließende Kühlkanal einen Kreisquerschnitt oder ovalen Querschnitt auf. Ein Kreisquerschnitt stellt unter dem Aspekt des durch Rotationsreibschweißen zu verbindenden Verschlusselements den optimalen Querschnitt dar. Aber auch bei Ausbildung eines ovalen Querschnitts, insbesondere eines nur geringfügig vom Kreisquerschnitt abweichenden ovalen Querschnitts, lässt sich das Rotationsreibschweißen unkompliziert verwirklichen. Demzufolge ist das Rotationsreibschweißen auch dann möglich, wenn, beispielsweise aufgrund von Fertigungstoleranzen, der Querschnitt des Kühlkanals nicht exakt die Form eines Kreisquerschnitts aufweist. Es können durchaus auch Kühlkanäle mit Rippen oder mit Sterngeometrie mittels Rotationsreibschweißen verschlossen werden. Derart gestaltete Kühlkanäle weisen eine große Oberfläche auf und ermöglichen eine besonders gute Kühlung.Preferably, the respective cooling channel to be closed has a circular cross section or oval cross section. A circular cross-section represents the optimal cross-section from the perspective of the closure element to be connected by rotary friction welding. But even if an oval cross-section is formed, in particular an oval cross-section that only deviates slightly from the circular cross-section, rotary friction welding can be easily implemented. As a result, rotational friction welding is also possible if, for example due to manufacturing tolerances, the cross section of the cooling channel does not have exactly the shape of a circular cross section. Cooling channels with ribs or with a star geometry can also be closed using rotational friction welding. Cooling channels designed in this way have a large surface area and enable particularly good cooling.

Es ist vorteilhaft, dass das jeweilige Verschlusselement rotationssymmetrisch ausgebildet ist. Diese Form, insbesondere unter dem Aspekt der komplementären Form des jeweiligen Kühlkanals, der Kreisquerschnitt oder ovalen Querschnitt aufweist, ist für das Rotationsreibschweißen von Vorteil, weil die Kontaktflächen von Verschlusselement und Kühlkörper im Bereich des relevanten Kühlkanals aufeinander abgestimmt ist. It is advantageous that the respective closure element is designed to be rotationally symmetrical. This shape, especially from the perspective of the complementary shape of the respective cooling system nals, which has a circular cross section or an oval cross section, is advantageous for rotational friction welding because the contact surfaces of the closure element and heat sink are coordinated with one another in the area of the relevant cooling channel.

Nach Anspruch 1 sind, bezogen auf eine Längsachse des jeweiligen Kühlkanals, axial verschweißte Verschlusselemente vorgesehen. Verschweißt wird somit ein Bereich des Verschlusselements, der bei einer Bewegung in Axialrichtung des Verschlusselements den Kühlkörper in einem den zugeordneten Kühlkanal umschließenden Bereich kontaktiert. Dabei ist vorgesehen, dass das Verschlusselement einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt aufweist, wobei der erste Abschnitt im Bereich einer Stirnseite mittels Rotationsreibschweißen mit dem Kühlkörper verbunden ist, wobei der zweite Abschnitt als gerader Kegelstumpf ausgebildet ist, der in den Strömungskanal mit radialem Spiel eingesetzt ist. Der Kegelstumpf bildet vorzugsweise einen Zentrierabschnitt. Vor dem Verbinden des Verschlusselements mit dem Kühlkörper wird somit das Verschlusselement im Bereich des zweiten Abschnitts in den zugeordneten Strömungskanal eingeführt, wobei der Zentrierabschnitt das Verschlusselement bezüglich des Kühlkörpers zentriert. Beim weiteren Annähern des Verschlusselements an den Kühlkörper kontaktiert das Verschlusselement im Bereich der Stirnseite des ersten Abschnitts den Kühlkörper und wird unter Druckausübung zwischen Verschlusselement und Kühlkörper reibverschweißt. Vorzugsweise ist der erste Abschnitt zylindrisch ausgebildet. Der erste Abschnitt ist als gerader Kreiszylinder ausgebildet.According to claim 1, axially welded closure elements are provided, based on a longitudinal axis of the respective cooling channel. An area of the closure element is therefore welded, which contacts the heat sink in an area surrounding the associated cooling channel when the closure element moves in the axial direction. It is provided that the closure element has a first section and a second section, the first section being connected to the heat sink in the area of an end face by means of rotational friction welding, the second section being designed as a straight truncated cone which is inserted into the flow channel with radial play is. The truncated cone preferably forms a centering section. Before connecting the closure element to the heat sink, the closure element is thus inserted into the associated flow channel in the area of the second section, the centering section centering the closure element with respect to the heat sink. As the closure element approaches the heat sink further, the closure element contacts the heat sink in the area of the end face of the first section and is friction-welded between the closure element and the heat sink under pressure. The first section is preferably cylindrical. The first section is designed as a straight circular cylinder.

Grundsätzlich wird es als vorteilhaft angesehen, wenn die jeweiligen Verschlusselemente als Drehteil ausgebildet sind. Sie lassen sich somit besonders einfach und kostengünstig herstellen, bei optimaler Funktionalität, um diese mit dem Kühlkörper Rotationsreibverschweißen zu können.In principle, it is considered advantageous if the respective closure elements are designed as a turned part. They can therefore be produced particularly easily and cost-effectively, with optimal functionality so that they can be rotary friction welded to the heat sink.

Insbesondere ist das jeweilige Verschlussteil derart gestaltet, dass es, bezogen auf dessen Rotationsachse, in unterschiedlichen, seitlich versetzten Positionen zum Kühlkanal, zwecks Toleranzausgleich, angebracht werden kann.In particular, the respective closure part is designed in such a way that, based on its axis of rotation, it can be attached in different, laterally offset positions to the cooling channel for the purpose of tolerance compensation.

Das jeweilige Verschlusselement besteht vorzugsweise aus Aluminium. Auch besteht der Kühlkörper vorzugsweise aus Aluminium.The respective closure element is preferably made of aluminum. The heat sink is also preferably made of aluminum.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der beigefügten Zeichnung und der Beschreibung der in der Zeichnung wiedergegebenen Ausführungsbeispiele, ohne auf diese beschränkt zu sein.Further features of the invention emerge from the subclaims, the accompanying drawing and the description of the exemplary embodiments shown in the drawing, without being limited to these.

Es zeigt:

  • 1 eine Prinzipdarstellung einer Kühlplatte zum Kühlen einer HV-Batterie, mit einem Kühlkörper und Kühlkanäle des Kühlkörpers dichtend verschließenden Verschlusselementen,
  • 2 einen Teilbereich des Kühlkörpers, der plattenförmig ausgebildet und durch Strangpressen erzeugt ist, mit diversen Kühlkanälen,
  • 3 für ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel einen Verbindungsbereich des als Strangpressprofil ausgebildeten Kühlkörpers mit einem Verschlusselement, das axial mit dem Kühlkörper rotationsreibverschweißt ist,
  • 4 für eine nicht erfindungsgemäße Variante einen Verbindungsbereich des als Strangpressprofil ausgebildeten Kühlkörpers mit einem Verschlusselement, das radial mit dem Kühlkörper rotationsreibverschweißt ist.
It shows:
  • 1 a schematic diagram of a cooling plate for cooling an HV battery, with closure elements sealingly closing a heat sink and cooling channels of the heat sink,
  • 2 a portion of the heat sink, which is plate-shaped and produced by extrusion, with various cooling channels,
  • 3 for an exemplary embodiment according to the invention, a connection area of the heat sink designed as an extruded profile with a closure element which is axially rotationally friction welded to the heat sink,
  • 4 for a variant not according to the invention, a connection area of the heat sink designed as an extruded profile with a closure element which is radially rotationally friction welded to the heat sink.

1 zeigt für eine HV-Batterie 1 nur den für das Verständnis der vorliegenden Erfindung relevanten Bereich, nämlich eine Kühleinrichtung 2 der HV-Batterie 1 und diverse, vorliegend zehn elektrische Module 3 der HVA-Batterie 1, die in unmittelbarer Nähe der von einem Kühlfluid durchströmten Kühleinrichtung 2 angeordnet sind. Die Kühleinrichtung 2 weist diverse parallel zueinander angeordnete Kühlkörper 4 auf, die als Kühlplatte ausgebildet sind. Die jeweilige Kühlplatte 4 ist mittels Strangpressen erzeugt und besteht aus Aluminium. Beim Strangpressen der Kühlplatte 4 sind in dieser eine Vielzahl parallel zueinander angeordneter Kühlkanäle 5 gebildet. Diese weisen jeweils Kreisquerschnitt auf. Die Kühlplatte 4 weist beispielsweise eine Stärke von vierzehn Millimeter auf und es beträgt der Durchmesser des jeweiligen Kühlkanals 5 acht Millimeter. Der jeweilige Kühlkanal 5 ist im Bereich seiner abgewandten Enden 6, 7 mittels eines dem jeweiligen Ende zugeordneten Verschlusselements 8 dicht und dauerhaft verschlossen. Dieses Verschlusselement 8 ist in der 1 nur stilisiert veranschaulicht. Das Verschlusselement 8 besteht aus Aluminium und ist als Drehteil ausgebildet. Das Verschlussteil 8 wird mit der Kühlplatte 4 im Bereich des zugeordneten Kühlkanals 5 mittels Rotationsreibschweißen verbunden. Hierbei verbleibt die Kühlplatte 4 stationär und es rotiert, angetrieben durch Halte- und Verstellmittel, das Verschlusselement 8, das zum Rotationsreibschweißen gegen die Stirnseite der Kühlplatte 4 bewegt wird. 1 shows for an HV battery 1 only the area relevant for understanding the present invention, namely a cooling device 2 of the HV battery 1 and various, in this case ten, electrical modules 3 of the HVA battery 1, which are in the immediate vicinity of which a cooling fluid flows through Cooling device 2 are arranged. The cooling device 2 has various heat sinks 4 arranged parallel to one another, which are designed as a cooling plate. The respective cooling plate 4 is produced by extrusion and consists of aluminum. When the cooling plate 4 is extruded, a large number of cooling channels 5 arranged parallel to one another are formed in it. These each have a circular cross section. The cooling plate 4, for example, has a thickness of fourteen millimeters and the diameter of the respective cooling channel 5 is eight millimeters. The respective cooling channel 5 is tightly and permanently closed in the area of its opposite ends 6, 7 by means of a closure element 8 assigned to the respective end. This closure element 8 is in the 1 only illustrated in a stylized way. The closure element 8 is made of aluminum and is designed as a turned part. The closure part 8 is connected to the cooling plate 4 in the area of the associated cooling channel 5 by means of rotational friction welding. Here, the cooling plate 4 remains stationary and the closure element 8, which is moved against the end face of the cooling plate 4 for rotational friction welding, rotates, driven by holding and adjusting means.

In der 1 ist zusätzlich mit den Pfeilen 9 das Kühlfluid im Bereich zweier nebeneinander angeordneter Kühlkanäle 5 veranschaulicht. Entsprechendes gilt für die anderen Kühlkanäle 5. Nicht gezeigt sind die Verbindungen zwischen den Kühlkanälen, sodass das Kühlfluid durch die Kühlkanäle 5, im Bereich zwischen den endseitigen Verschlusselementen 8 des jeweiligen Kühlkanals. 5 strömen kann, ferner ein Zufluss zur Kühleinrichtung und ein Abfluss von dieser. In the 1 The arrows 9 additionally illustrate the cooling fluid in the area of two cooling channels 5 arranged next to one another. The same applies to the other cooling channels 5. The connections between the cooling channels are not shown, so that the cooling fluid flows through the cooling channels 5, in the area between the end closure elements 8 of the respective cooling channel. 5 can flow, as well as an inflow to the cooling device and an outflow from it.

2 veranschaulicht die Kühlplatte 4 mit den im Strangpressprofil ausgebildeten Kühlkanälen 5, wobei nur einige Kühlkanäle 5 beziffert sind. 2 illustrates the cooling plate 4 with the cooling channels 5 formed in the extruded profile, with only some cooling channels 5 being numbered.

3 veranschaulicht ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines, bezogen auf eine Längsachse 10 des jeweiligen Kühlkanals 5, axial verschweißten Verschlusselements 8. Das Verschlusselement 8 weist einen ersten Abschnitt 11 und einen zweiten Abschnitt 12 auf. Der erste Abschnitt 11 ist im Bereich einer Stirnseite 13 mittels Rotationsreibschweißen mit der Kühlplatte 4 verbunden. Hierbei ist der zweite Abschnitt 12 als gerader kegelstumpfförmiger Zentrierabschnitt ausgebildet, der in den diesem Verschlusselement 8 zugewandten Kühlkanal 5 mit radialem Spiel eingesetzt ist. Somit wird, zunächst das Verschlusselement mit dem Zentrierabschnitt in den Kühlkanal 5 eingesetzt und damit bezüglich der Kühlplatte 4 zentriert, sodass dann, bei weiterer Annäherung des Verschlusselements 8 an die Kühlplatte 4, das Verschlusselement 8 die Kühlplatte 3 kontaktiert und unter axialem Druck, bei Rotation des Verschlusselements 8 das Rotationsreibschweißen von Verschlusselement 8 und Kühlplatte 4 erfolgt. 3 illustrates an exemplary embodiment according to the invention of a closure element 8 that is axially welded with respect to a longitudinal axis 10 of the respective cooling channel 5. The closure element 8 has a first section 11 and a second section 12. The first section 11 is connected to the cooling plate 4 in the area of an end face 13 by means of rotational friction welding. Here, the second section 12 is designed as a straight truncated cone-shaped centering section, which is inserted with radial play into the cooling channel 5 facing this closure element 8. Thus, first the closure element with the centering section is inserted into the cooling channel 5 and thus centered with respect to the cooling plate 4, so that then, as the closure element 8 further approaches the cooling plate 4, the closure element 8 contacts the cooling plate 3 and under axial pressure, during rotation of the closure element 8, the rotation friction welding of the closure element 8 and cooling plate 4 takes place.

Die nicht erfindungsgemäße 4 veranschaulicht ein, bezogen auf die Längsachse 10 des jeweiligen Kühlkanals 5, radial verschweißtes Verschlusselement 8. Hierbei weist das Verschlusselement 8 gleichfalls den ersten Abschnitt 11 und den zweiten Abschnitt 12 auf. Der erste Abschnitt 11 kontaktiert im Bereich der Stirnseite 13 die Kühlplatte 4. Der zweite Abschnitt 12 ist als gerader kegelstumpfförmiger Zentrierabschnitt ausgebildet, der in den zugeordneten Kühlkanal eingesetzt wird. Bei axialer Annäherung des Verschlusselements 8 kontaktiert ein Mantelbereich 14 die Kühlplatte 4 im Bereich der umlaufenden Eingangskante des Kühlkanals 5 und es erfolgt somit bei einem weiteren axialen Zuführen des Verschlusselements 8 das Rotationsreibschweißen von Verschlusselement 8 und Kühlplatte 4. Die Zuführbewegung des Verschlusselements 8 bezüglich der Kühlplatte 4 beim Rotationsreibschweißen ist beendet, wenn der erste Abschnitt mit seiner Stirnseite 13 an der Kühlplatte 4 anliegt.The one not according to the invention 4 illustrates a closure element 8 that is radially welded with respect to the longitudinal axis 10 of the respective cooling channel 5. Here, the closure element 8 also has the first section 11 and the second section 12. The first section 11 contacts the cooling plate 4 in the area of the end face 13. The second section 12 is designed as a straight truncated cone-shaped centering section which is inserted into the associated cooling channel. When the closure element 8 approaches axially, a casing area 14 contacts the cooling plate 4 in the area of the circumferential input edge of the cooling channel 5 and thus, when the closure element 8 is fed further axially, the rotation friction welding of the closure element 8 and the cooling plate 4 takes place. The feeding movement of the closure element 8 with respect to the cooling plate 4 in rotary friction welding is completed when the first section rests against the cooling plate 4 with its end face 13.

In den 3 und 4 ist der Bereich, in dem verschweißt wird, mit der Bezugsziffer 15 veranschaulicht. Die Schweißverbindung zwischen jeweiligem Verschlusselement 8 und Kühlplatte 4 ist dauerhaft stabil und dicht, wobei Abdichtungsdrücke von 3 bar ohne Weiteres gewährleistet sind.In the 3 and 4 the area in which welding takes place is illustrated with reference number 15. The welded connection between the respective closure element 8 and cooling plate 4 is permanently stable and tight, with sealing pressures of 3 bar being easily guaranteed.

Claims (4)

Hochvolt (HV) -Batterie (1), mit mehreren elektrischen Modulen (3) und einer in unmittelbarer Nähe der elektrischen Module (3) angeordneten, von einem Kühlfluid durchströmten Kühleinrichtung (2) zum Kühlen der elektrischen Module (3) der Hochvolt (HV) -Batterie (1), wobei die Kühleinrichtung (2) diverse parallel zueinander angeordnete Kühlkörper (4) aufweist, die als Kühlplatte ausgebildet sind, wobei jede Kühlplatte als Strangpressprofil ausgebildet ist und eine Vielzahl parallel zueinander angeordnete Kühlkanäle (5) aufweist, und wobei der jeweilige Kühlkanal im Bereich seiner abgewandten Enden (6, 7) mittels eines dem jeweiligen Ende zugeordneten Verschlusselements (8) dicht verschlossen ist, gekennzeichnet durch mittels Rotationsreibschweißen mit dem jeweiligen Kühlkörper (4) verbundene Verschlusselemente (8), wobei mittels des jeweiligen Verschlusselements (8) der diesem Verschlusselement (8) zugeordnete Kühlkanal (5) stirnseitig durch das Rotationsreibschweißen dauerhaft verschlossen und damit abgedichtet ist, und wobei die Verschlusselemente (8) bezogen auf eine Längsachse (10) des jeweiligen Kühlkanals (5) axial verschweißt sind, derart, dass das jeweilige Verschlusselement (8), welches rotationssymmetrisch ausgebildet ist, einen ersten Abschnitt (11) und einen zweiten Abschnitt (12) aufweist, dass der erste Abschnitt (11), der als gerader Kreiszylinder ausgebildet ist, im Bereich einer Stirnseite (13) mittels Rotationsreibschweißen mit dem Kühlkörper (4) verbunden ist, und dass der zweite Abschnitt (12), der als gerader Kegelstumpf ausgebildet ist, in den Kühlkanal (5) mit radialem Spiel eingesetzt ist, derart, dass die Verschlusselemente (8) mit dem jeweiligen Kühlkörper (4) in dem Bereich (15) der Stirnseite (13) des ersten Abschnitts (11) axial verschweißt sind, und dass sich das radiale Spiel bezogen auf die Längsachse (10) des jeweiligen Kühlkanals (5) entlang des zweiten Abschnitts (12) bis zur Stirnseite (13) des ersten Abschnitts (11) des jeweiligen Verschlusselements (8) erstreckt.High-voltage (HV) battery (1), with several electrical modules (3) and a cooling device (2) arranged in the immediate vicinity of the electrical modules (3), through which a cooling fluid flows, for cooling the electrical modules (3) of the high-voltage (HV ) battery (1), wherein the cooling device (2) has various heat sinks (4) arranged parallel to one another, which are designed as a cooling plate, each cooling plate being designed as an extruded profile and having a plurality of cooling channels (5) arranged parallel to one another, and where the respective cooling channel is tightly closed in the area of its opposite ends (6, 7) by means of a closure element (8) assigned to the respective end, characterized by closure elements (8) connected to the respective heat sink (4) by means of rotational friction welding, wherein by means of the respective closure element ( 8) the cooling channel (5) assigned to this closure element (8) is permanently closed at the end by rotational friction welding and is therefore sealed, and the closure elements (8) are axially welded with respect to a longitudinal axis (10) of the respective cooling channel (5), such that that the respective closure element (8), which is designed to be rotationally symmetrical, has a first section (11) and a second section (12), that the first section (11), which is designed as a straight circular cylinder, in the area of an end face (13) is connected to the heat sink (4) by means of rotational friction welding, and that the second section (12), which is designed as a straight truncated cone, is inserted into the cooling channel (5) with radial play, such that the closure elements (8) with the respective Heat sinks (4) are axially welded in the area (15) of the end face (13) of the first section (11), and that the radial play relates to the longitudinal axis (10) of the respective cooling channel (5) along the second section (12 ) extends to the end face (13) of the first section (11) of the respective closure element (8). Hochvolt (HV) -Batterie (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige zu verschließende Kühlkanal (5) des mindestens einen Kühlkörpers (4) der Kühleinrichtung (2) einen Kreisquerschnitt oder ovalen Querschnitt aufweist.High-voltage (HV) battery (1). Claim 1 , characterized in that the respective cooling channel (5) to be closed of the at least one heat sink (4) of the cooling device (2) has a circular cross section or oval cross section. Hochvolt (HV) -Batterie (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschlusselemente (8) aus Aluminium bestehen.High-voltage (HV) battery (1). Claim 1 or 2 , characterized in that the closure elements (8) are made of aluminum. Hochvolt (HV) -Batterie (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Kühlkörper (4) der Kühleinrichtung (2) aus Aluminium besteht.High-voltage (HV) battery (1) according to one of the Claims 1 until 3 , characterized in that the at least one heat sink (4) of the cooling device (2) is made of aluminum.
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