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Die Erfindung betrifft ein Verbindungselement für eine Fahrzeugbatterieeinrichtung gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1, eine Fahrzeugbatterieeinrichtung sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Verbindungselements für eine Fahrzeugbatterieeinrichtung gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 9.
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Ein derartiges Verbindungselement ist bereits aus der
WO 2012/119887 A1 bekannt. Dieses Verbindungselement dient einer Verbesserung eines thermischen Kontakts zwischen zwei ineinander angeordneten Bauteilen, insbesondere einer Batteriezelle und einer Kühlplatte. Das Verbindungselement umfasst eine Vielzahl von Verformungselementen, wobei die Verformungselemente aus einer Grundgestalt des Verbindungselements herausragen, eine eine Grundhöhe überragende Ausgangshöhe und eine elastische Verformbarkeit aufweisen. Die Verformungselemente sind zwischen der Ausgangshöhe und der Grundhöhe elastisch verformbar.
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Überdies ist aus der
DE 10 2017 213 887 A1 eine Batteriemodulanordnung für ein Kraftfahrzeug mit einem Batteriemodul und einer Modulaufnahmeeinrichtung bekannt, in welcher das mindestens eine Batteriemodul derart anordenbar ist, dass zumindest eine Seite des Batteriemoduls zumindest einer Wand der Modulaufnahmeeinrichtung zugewandt ist. Mindestens ein Wärmeleitelement ist zumindest zum Teil formschlüssig zwischen der mindestens einen Seite des Batteriemoduls und zumindest einem Bereich der zumindest einen Wand der Modulaufnahmeeinrichtung angeordnet, wobei das mindestens eine Wärmeleitelement als ein Gebilde aus mehreren zumindest ein Metall umfassenden Fasern ausgebildet ist.
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Des Weiteren offenbart die
DE 10 2014 218 137 A1 ein Energiespeichersystem für ein Kraftfahrzeug, insbesondere einen Hochvoltspeicher für ein Hybrid- oder Elektrofahrzeug. Das Energiespeichersystem umfasst ein zu kühlendes Energiespeichermodul mit einer oder mehreren Speicherzellen, ein flaches Kühlelement sowie ein Federelement zum flächigen Anpressen des Kühlelements an einer zu kühlenden Modulseite des Energiespeichermoduls.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verbindungselement für eine Fahrzeugbatterieeinrichtung, eine Fahrzeugbatterieeinrichtung sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Verbindungselements für eine Fahrzeugbatterieeinrichtung zu schaffen, mittels welchen Toleranzen zwischen einer Fahrzeugbatterie und einer Kühlplatte unter Einhaltung einer vorgegebenen Ausrichtung der Fahrzeugbatterie zu der Kühlplatte besonders einfach ausgleichbar sind.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verbindungselement für eine Fahrzeugbatterieeinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch eine Fahrzeugbatterieeinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 sowie durch ein Verfahren zum Herstellen eines Verbindungselements für eine Fahrzeugbatterieeinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 gelöst.
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Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verbindungselement für eine Fahrzeugbatterieeinrichtung, welches zwischen einer Fahrzeugbatterie und einer Kühlplatte anordenbar ist, wodurch Wärme von der Fahrzeugbatterie an die Kühlplatte leitbar ist. Das Verbindungselement umfasst ein Federelement, welches zum Ausgleichen von Toleranzen zwischen der Fahrzeugbatterie und der Kühlplatte in einer Komprimierungsrichtung komprimierbar ist. Insbesondere ist das Federelement elastisch ausgebildet, sodass das Federelement in der Komprimierungsrichtung komprimierbar und entgegen der Komprimierungsrichtung rückstellbar ist. Aufgrund der Komprimierbarkeit des Verbindungselements ist das Verbindungselement vorteilhafterweise sowohl flächig an die Fahrzeugbatterie als auch flächig an die Kühlplatte anlegbar, wodurch ein besonders vorteilhafter Wärmeübergang von der Fahrzeugbatterie an die Kühlplatte erreicht werden kann. Um ein seitliches Verschieben der Fahrzeugbatterie zu der Kühlplatte beim Komprimieren des Verbindungselements in der Komprimierungsrichtung zu unterbinden, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Federelement eine schlaufenförmige Faltung aufweist, bei welcher benachbarte, in entgegengesetzte Richtungen offen ausgebildete Schlaufen sich zumindest bereichsweise in der Komprimierungsrichtung nach außen überdecken. Bei einem Komprimieren des Verbindungselements in der Komprimierungsrichtung wird das Komprimieren des Verbindungselements durch ein jeweiliges bereichsweises Überschneiden der Schlaufen in der Komprimierungsrichtung ermöglicht. Je großflächiger die Überschneidung der jeweiligen benachbarten Schlaufen entlang der Komprimierungsrichtung ist, desto stärker ist das Verbindungselement komprimiert. Die sich entlang der Komprimierungsrichtung bereichsweise überdeckende schlaufenförmige Faltung des Federelements bewirkt, dass bei einer Komprimierung des Federelements eine jeweilige Relativposition der jeweiligen Schlaufen zueinander gleich ist in unterschiedlichen Komprimierungszuständen des Federelements. Hierdurch kann bei einer Anordnung des Verbindungselements sowohl an der Fahrzeugbatterie als auch an der Kühlplatte bei einer Komprimierung des Federelements eine Relativbewegung der Fahrzeugplatte zur Kühlplatte in einer sich senkrecht zur Komprimierungsrichtung erstreckenden Richtung unterbunden werden, insbesondere in jeder sich senkrecht zur Komprimierungsrichtung erstreckenden Richtung. Das Verbindungselement ermöglicht, dass beim Komprimieren des Federelements somit lediglich ein Abstand zwischen der Fahrzeugbatterie und der Kühlplatte einstellbar ist, wobei eine von dem Abstand unabhängige relative Ausrichtung der Fahrzeugbatterie zur Kühlplatte in jeder Komprimierungsstellung des Federelements gleich ist. Hierdurch kann ein seitliches Verschieben und somit senkrecht zur Komprimierungsrichtung erfolgendes Verschieben der Fahrzeugbatterie zur Kühlplatte während des Komprimierens des Federelements unterbunden werden. Das Verbindungselement ermöglicht somit ein besonders vorteilhaftes positionsgenaues Ausgleichen von Toleranzen zwischen der Fahrzeugbatterie und der Kühlplatte mittels des Federelements.
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In einer Weiterbildung der Erfindung hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn das Federelement aus einem Federstahl gebildet ist. Der Federstahl ist vorteilhafterweise elastisch und besitzt besonders vorteilhafte Wärmeleiteigenschaften. Somit ist mittels des aus dem Federstahl gebildeten Federelements die Wärme besonders vorteilhaft von der Fahrzeugbatterie an die Kühlplatte leitbar, wodurch die Fahrzeugbatterie besonders effizient kühlbar ist.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Verbindungselement wenigstens ein Wärmeleitelement umfasst, mit welchem das Federelement entlang der Komprimierungsrichtung nach außen überdeckt ist und welches in Kontakt mit der Kühlplatte oder der Fahrzeugbatterie bringbar ist. Hierbei handelt es sich um ein Hybrid-Gappad, welches das Federelement und das wenigstens eine Wärmeleitelement umfasst. Insbesondere kann das Federelement zu seinen einander gegenüberliegenden Seiten von jeweils einem Wärmeleitelement nach außen überdeckt sein, von welchem jeweils eines mit der Kühlplatte und das andere mit der Fahrzeugbatterie in Anlage bringbar ist. Die jeweiligen Wärmeleitelemente überdecken das Federelement entlang der Komprimierungsrichtung nach außen und überdecken sich insbesondere zusätzlich gegenseitig in der Komprimierungsrichtung. Mittels des wenigstens einen Wärmeleitelements wird ein besonders vorteilhafter Wärmeübergang von der Fahrzeugbatterie auf das Federelement beziehungsweise von dem Federelement auf die Kühlplatte ermöglicht. Hierdurch kann ein besonders effizientes Kühlen der Fahrzeugbatterie sichergestellt werden.
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In diesem Zusammenhang hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn das wenigstens eine Wärmeleitelement eine wärmeleitende Folie ist. Als wärmeleitende Folie ist das wenigstens eine Wärmeleitelement besonders dünn ausgebildet, wodurch das Verbindungselement eine besonders geringe Dicke aufweist. Das Verbindungselement ist somit besonders bauraumsparend ausgebildet. Darüber hinaus ermöglicht diese hybridische Konstruktion einen Toleranzausgleich in einem besonders großen Bereich, beispielsweise stufenlos von 0,5 bi 5,0 mm, was sonst bisher nicht möglich war.
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Es hat sich in diesem Zusammenhang als weiterhin vorteilhaft erwiesen, wenn das wenigstens eine Wärmeleitelement mit dem Federelement verklebt ist. Die Folie kann beispielsweise zumindest einseitig klebend ausgebildet sein, wodurch die Folie besonders einfach auf das Federelement aufklebbar ist. Insbesondere ist die wärmeleitende Folie über deren selbstklebende Seite mit dem Federelement verklebt. Über den Klebstoff kann sichergestellt werden, dass ein Verrutschen des Wärmeleitelements relativ zum Federelement unterbleibt. Darüber hinaus kann über eine entsprechende Wahl des Klebstoffs ein besonders hoher Wärmeübergang zwischen dem Wärmeleitelement und dem Federelement sichergestellt werden. Über das Ankleben des wenigstens einen Wärmeelements an das Federelement wird ein besonders großflächiger Kontakt zwischen dem wenigstens einen Wärmeleitelement und dem Federelement hergestellt, wodurch wiederum sichergestellt werden kann, dass Wärme besonders effizient von dem wenigstens einen Wärmeleitelement an das Federelement oder von dem Federelement an das wenigstens eine Wärmeleitelement geleitet werden kann.
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Es hat sich als weiterhin vorteilhaft erwiesen, wenn das wenigstens eine Wärmeleitelement elektrisch isolierend ausgebildet ist. Das Verbindungselement kann somit einem Toleranzausgleich zwischen der Fahrzeugbatterie und der Kühlplatte, einem besonders vorteilhaften Wärmeübergang von der Fahrzeugbatterie an die Kühlplatte und gleichzeitig einer isolierenden Abschottung der Fahrzeugbatterie von der Kühlplatte dienen. Aufgrund der isolierenden Wirkung des wenigstens einen Wärmeleitelements des Verbindungselements ist eine weitere Isolierung zum Isolieren der Fahrzeugbatterie relativ zur Kühlplatte nicht notwendig. Hierdurch kann ein Komplex aus dem Verbindungselement, der Fahrzeugbatterie und der Kühlplatte besonders kompakt bereitgestellt werden.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn die Schlaufen zumindest bereichsweise rund ausgebildet sind. Das bedeutet, dass die Schlaufen beispielsweise in einem unkomprimierten Zustand eine sich dem Ω annähernde Form aufweisen können. Die runde Ausgestaltung der Schlaufen zumindest in den sich in der Komprimierungsrichtung überdeckenden Bereichen führt dazu, dass, je stärker das Federelement komprimiert wird, die Schlaufen sich flächiger an die anliegende Fahrzeugbatterie beziehungsweise die anliegende Kühlplatte beziehungsweise das anliegende Wärmeleitelement anlegen, wodurch bei steigender Komprimierung des Federelements ein steigender Flächenkontakt zwischen dem Federelement und dem anliegenden Element herstellbar ist, wodurch ein besonders vorteilhafter Wärmeübergang zwischen dem Federelement und dem jeweiligen an dem Federelement anliegenden Element erfolgen kann, wobei es sich bei dem Element um das wenigstens eine Wärmeleitelement oder um die Fahrzeugbatterie oder um die Kühlplatte handeln kann. Das Verhalten dieser Mäanderstruktur beim Komprimieren führt dazu, dass der wärmeübertragende Weg nahezu identisch bleibt und sich nur eine thermische Flussrichtung von quer, insbesondere senkrecht, zu dem Hybrid-Gappad zu immer mehr waagrecht beziehungsweise längs zu dem Hybrid-Gappad ändert. Die führt dazu, dass eine Wärmeleitfähigkeit bzw. ein Wärmewiderstand nahezu unabhängig vom Grad einer Verpressung beziehungsweise Komprimierung des Verbindungselements konstant bleibt. Dies ist besonders vorteilhaft, weil hierdurch eine homogene und von Toleranzen nahezu unabhängige Wärmeverteilung bzw. Kühlwirkung erreicht werden kann. Alle anderen bisher bekannten Konzepte können diesen Vorteil nicht bieten und zeigen ein Verhalten, dass sich die absolute Wärmeleitfähigkeit sehr stark bei Komprimierung verändert, was ungewünscht ist. Des Weiteren bleibt die Kraft beim Verpressen dieses speziellen Hybrid-Gappads nahezu konstant, was bei anderen bekannten Verbindungen, insbesondere „normalen“ Gappads nicht der Fall bzw. unmöglich ist und bei welchen die Kraft nahezu linear mit der Verpressungsrate ansteigt, was höchst problematisch ist. Alternativ zu der zumindest bereichsweise runden Ausgestaltung der Schlaufen können die Schlaufen rechteckig oder dreieckig ausgebildet sein. Die rechteckige beziehungsweise dreieckige Ausgestaltung der Schlaufen ist über die Faltung des Federelements besonders einfach herstellbar.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Fahrzeugbatterieeinrichtung, mit einer Fahrzeugbatterie sowie mit einer Kühlplatte, mittels welcher die Fahrzeugbatterie zu kühlen ist. Darüber hinaus umfasst die Fahrzeugbatterieeinrichtung ein Verbindungselement, wie es bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verbindungselement beschrieben worden ist. Das Verbindungselement liegt mit einer ersten Seite an der Fahrzeugbatterie und mit einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite an der Kühlplatte an. Mittels des Verbindungselements ist Wärme von der Fahrzeugbatterie an die Kühlplatte zu leiten, um die Fahrzeugbatterie zu kühlen. Bei der Fahrzeugbatterieeinrichtung ist die Fahrzeugbatterie besonders vorteilhaft mittels der Kühlplatte zu kühlen, da das Verbindungselement einen besonders vorteilhaften Wärmeübergang von der Fahrzeugbatterie an die Kühlplatte ermöglicht. Insbesondere ist das Verbindungselement aufgrund dessen Komprimierbarkeit besonders großflächig sowohl an die Fahrzeugbatterie als auch an die Kühlplatte anzulegen, wodurch eine besonders große Wärmeübergangsfläche bereitgestellt wird.
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Überdies umfasst die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Verbindungselements für eine Fahrzeugbatterieeinrichtung, wobei das Verbindungselement an eine Fahrzeugbatterie und eine Kühlplatte anlegbar ist, wodurch Wärme von der Fahrzeugbatterie an die Kühlplatte leitbar ist. Bei dem Verfahren wird ein Federelement des Verbindungselements, welches zum Ausgleichen von Toleranzen zwischen der Fahrzeugbatterie und der Kühlplatte in einer Komprimierungsrichtung komprimierbar ist, mit einer schlaufenförmigen Faltung hergestellt. Bei der Faltung überdecken sich benachbarte, in entgegengesetzte Richtungen offen ausgebildete Schlaufen zumindest bereichsweise in der Komprimierungsrichtung nach außen. Zur Herstellung des Federelements kann beispielsweise ein Federstahlblech gefaltet werden, um die Schlaufen zu erzeugen. Das schlaufenförmige Falten des Federelements ist besonders schnell durchführbar, sodass das Federelement besonders schnell herstellbar ist. Darüber hinaus ermöglicht das Federelement, dass bei einer Anordnung des Federelements zwischen der Fahrzeugbatterie und der Kühlplatte bei einem Komprimieren des Federelements lediglich ein Abstand zwischen der Fahrzeugbatterie und der Kühlplatte eingestellt wird, wobei bei einer den Abstand ausnehmenden Relativpositionierung der Kühlplatte zur Fahrzeugbatterie und somit eine relative Positionierung der Fahrzeugbatterie relativ zur Kühlplatte senkrecht zur Komprimierungsrichtung unabhängig von einem Komprimierungszustand des Federelements ist und somit in jedem Komprimierungszustand des Federelements gleich ist. Ein seitliches Verschieben der Fahrzeugbatterie zu der Kühlplatte senkrecht zur Komprimierungsrichtung beim Komprimieren des Federelements wird somit vorteilhafterweise unterbunden.
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Um einen besonders vorteilhaften Wärmeübergang von der Fahrzeugbatterie an das Verbindungselement und von dem Verbindungselement an die Kühlplatte zu ermöglichen, kann wenigstens ein Wärmeleitelement vorgesehen sein, welches in der Komprimierungsrichtung das Federelement überdeckend an das Federelement angelegt wird. Hierdurch ist das Federelement entlang der Komprimierungsrichtung nach außen mit dem wenigstens einen Wärmeleitelement überdeckt. Das Wärmeleitelement ist in Anlage mit der Kühlplatte oder der Fahrzeugbatterie bringbar, um einen besonders vorteilhaften Wärmeübergang zwischen der Kühlplatte und dem Federelement oder der Fahrzeugbatterie und dem Federelement zu ermöglichen. Insbesondere können wenigstens zwei Wärmeleitelemente vorgesehen sein, welche an jeweils einander gegenüberliegenden Seiten des Federelements am Federelement anliegen.
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Es hat sich als weiterhin vorteilhaft erwiesen, wenn das Federelement in einem Endlosprozess schlaufenförmig gefaltet wird. Der Endlosprozess ist vorteilhafterweise besonders kostengünstig sowie hochautomatisierbar, sodass das Federelement in dem Endlosprozess besonders vorteilhaft fertigbar ist. Unter einer Endlosproduktion ist eine kontinuierliche Fertigung des Federelements zu verstehen. Das kontinuierlich gefertigte Federelement wird zum Herstellen des jeweiligen Verbindungselements durch Unterteilung eines endlos gefalteten Blechs, insbesondere Federstahlblechs, gefertigt. Das Federelement ist in einem Endlosprozess besonders einfach und schnell herstellbar.
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Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verbindungselements sind als Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Fahrzeugbatterieeinrichtung sowie des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Verbindungselements für eine Fahrzeugbatterieeinrichtung anzusehen und umgekehrt. Aus diesem Grund sind die weiteren Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Fahrzeugbatterieeinrichtung sowie des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines Verbindungselements für eine Fahrzeugbatterieeinrichtung hier nicht noch einmal beschrieben.
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Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen.
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Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:
- 1 a bis 1 d jeweilige schematische Schnittansichten eines Verbindungselements für eine Fahrzeugbatterieeinrichtung mit einem in einer Komprimierungsrichtung komprimierbaren Federelement, welches zu jeweiligen einander gegenüberliegenden Seiten entlang der Komprimierungsrichtungen mit jeweils einem Wärmeleitelement überdeckt ist, wobei das Federelement in unterschiedlichen Komprimierungszuständen gezeigt ist; und
- 2 eine schematische Schnittansicht einer Fahrzeugbatterieeinrichtung mit dem Verbindungselement, welches zwischen einer Fahrzeugbatterie und einer Kühlplatte angeordnet ist, sodass ein erstes Wärmeleitelement an der Fahrzeugbatterie und das zweite Wärmeleitelement an der Kühlplatte anliegt, wobei mittels des Federelements Toleranzen zwischen der Fahrzeugbatterie und der Kühlplatte ausgeglichen werden.
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Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen umfassen. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
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In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.
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In den 1 a bis 1d ist jeweils ein Verbindungselement 1 für eine Fahrzeugbatterieeinrichtung 2 dargestellt. Das Verbindungselement 1 ist dazu eingerichtet, in einer Sandwichbauweise zwischen einer Fahrzeugbatterie 3 und einer Kühlplatte 4 angeordnet zu werden. Eine derartige Fahrzeugbatterieeinrichtung 2 ist in 2 dargestellt. Bei der Fahrzeugbatterie 3 handelt es sich vorliegend um eine Hochvoltbatterie eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Kraftwagens. Mittels der Fahrzeugbatterie 3 ist elektrische Energie für eine elektrische Antriebseinrichtung des Kraftfahrzeugs bereitstellbar, um das Kraftfahrzeug elektrisch anzutreiben.
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Zum Kühlen der Fahrzeugbatterie 3 umfasst die Fahrzeugbatterieeinrichtung 2 die Kühlplatte 4, welche vorliegend von einem Kühlmedium, insbesondere einem Kühlfluid, durchströmbar ist. Um einen besonders vorteilhaften Wärmeübergang von der Fahrzeugbatterie 3 an die Kühlplatte 4 zu ermöglichen, ist das Verbindungselement 1 vorgesehen, welches mit seiner Oberseite 5 an der Fahrzeugbatterie 3 und mit seiner der Oberseite 5 gegenüberliegenden Unterseite 6 an der Kühlplatte 4 anliegt. Das Verbindungselement 1 ist in einer Komprimierungsrichtung 7 komprimierbar ausgebildet, wodurch Toleranzen zwischen der Fahrzeugbatterie 3 und der Kühlplatte 4 ausgeglichen werden können. Darüber hinaus können mittels des Verbindungselements 1 Unebenheiten zwischen der Fahrzeugbatterie 3 und der Kühlplatte 4 ausgeglichen werden.
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Das Verbindungselement 1 ist in 1a bis 1d in unterschiedlichen Komprimierungszuständen und somit unterschiedlich stark entlang der Komprimierungsrichtung 7 komprimiert dargestellt. Das Verbindungselement 1 umfasst ein Federelement 8, welches aus einem gefalteten Federstahl gebildet ist. Der Federstahl ist dabei in einem Endlosprozess gefaltet. Zum Herstellen des Federelements 8 wird vorliegend ein Federstahlblech warm umgeformt. Das Federelement 8 weist eine schlaufenförmige Faltung auf, bei welcher jeweils benachbarte Schlaufen 9 in entgegengesetzte Richtungen offen ausgebildet sind. Diese Schlaufen 9 überdecken sich in jedem der Komprimierungszustände des Verbindungselements 1 zumindest bereichsweise mit jeweiligen direkt benachbarten Schlaufen 9 nach außen. Hierdurch weisen jeweilige benachbarte Schlaufen 9 in jeder der Komprimierungsstellungen des Federelements 8 eine gleiche Relativposition zueinander in einer senkrecht zur Komprimierungsrichtung 7 verlaufenden Ebene auf. Folglich ist eine relative Positionierung der an dem Verbindungselement 1 anliegenden Fahrzeugbatterie 3 zur an dem Verbindungselement 1 anliegenden Kühlplatte 4 in jeder der Komprimierungsstellungen bei einer gleichmäßigen Komprimierung des Federelements 8 über dessen Erstreckung in einer sich senkrecht zur Komprimierungsrichtung 7 erstreckenden Ebene gleich.
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Zumindest die jeweiligen sich in der Komprimierungsrichtung 7 überdeckenden Bereiche von benachbarten Schlaufen 9 sind vorliegend rund ausgebildet. Hierdurch legt sich das Federelement 8, je mehr es komprimiert wird, desto flächiger an die Fahrzeugbatterie 3 sowie die Kühlplatte 4 an, wodurch ein besonders vorteilhafter Wärmeübergang aufgrund einer besonders großen Wärmeübergangsfläche erzielt werden kann.
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Das Verbindungselement 1 umfasst vorliegend zusätzlich zu dem Federelement 8 zwei Wärmeleitelemente 10, welche das Federelement 8 in der Komprimierungsrichtung 7 nach außen überdeckend an dem Federelement 8 angeordnet sind. Ein erstes der Wärmeleitelemente 10 stellt die Oberseite 5 und das dem ersten Wärmeleitelement gegenüberliegende zweite Wärmeleitelement stellt die Unterseite 6 bereit. Bei einer Anordnung des Verbindungselements 1 in der Fahrzeugbatterieeinrichtung 2 liegt somit das erste Wärmeleitelement 10 an der Fahrzeugbatterie 3 und das zweite Wärmeleitelement 10 an der Kühlplatte 4 an. Vorliegend handelt es sich bei den jeweiligen Wärmeleitelementen 10 um zumindest einseitig selbstklebende wärmeleitende Folien, welche zumindest mit dem Federelement 8 verklebt sind. Die wärmeleitende Folie kann ein- oder beidseitig selbstklebend ausgebildet sein. Je stärker das Federelement 8 komprimiert wird, desto flächiger legen sich die Schlaufen 9 an das jeweilige nächste Wärmeleitelement 10 an, wodurch ein besonders vorteilhafter Wärmeübergang zwischen dem Federelement 8 und den Wärmeleitelementen 10 erreicht werden kann. Die Wärmeleitelemente 10 sind vorliegend elektrisch isolierend ausgebildet, sodass mittels des Verbindungselements 1 die Fahrzeugbatterie 3 gegen die Kühlplatte 4 isoliert ist.
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Alternativ zu der schlaufenförmigen Ausgestaltung kann das Federelement 8 eine weitere Geometrie aufweisen, welche ein Verpressen des Verbindungselements 1 entlang der Komprimierungsrichtung 7 ohne Längenänderung des Verbindungselements und Verschiebung des Federelements 8 relativ zu der Fahrzeugbatterie 3 oder der Kühlplatte 4 oder den Wärmeleitelementen 10 ermöglicht. Hierfür kann das Federelement 8 eine Mehrzahl von komprimierbaren Kügelchen und/oder elastischen Zungenelementen umfassen, welche die Komprimierbarkeit des Federelements 8 ermöglichen. Die komprimierbaren Kügelchen können eine knäuelförmige Struktur aus Metallfasern oder einem Metallband oder Metallbändern aufweisen. Die Zungenelemente können aus einem Grundkörper des Federelements 8 bereichsweise ausgestanzt sein und über den Grundkörper des Federelements 8 überstehen.
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Zum Herstellen des Verbindungselements 1 wird das Federelement 8 in einem günstigen und hochautomatisierbaren Endlosprozess gefertigt. Nach einem Abkühlen wird das Federelement 8 von oben und von unten mit einer dünnen Lage wärmeleitendem Film als jeweiliges Wärmeleitelement 10 beklebt. Hierdurch kann eine besonders vorteilhafte Grundstabilität und Handhabungsfähigkeit des Verbindungselements 1 erreicht werden. Mittels des Verbindungselements 1 können lokale Unebenheiten an einer Unterseite der Fahrzeugbatterie 3, bei welcher es sich um ein Zellmodul handelt, zu einem Batteriegehäuse beziehungsweise zu der Kühlplatte 4 ausgeglichen werden. Die Wärmeleitelemente 10 stellen einen mechanischen Schutz des Federelements 8 bereit und sind elektrisch isolierend.
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Das Verbindungselement 1 kann mit geringer Gegenkraft sehr weit verpresst werden, ohne dass es zu einem unzulässig hohen Kraftanstieg kommen würde. Hierdurch können Komprimierungsraten von bis zu einem Faktor 4 bis 5 ermöglicht werden, was im Vergleich zu konventionellen und bisher bekannten beziehungsweise verwendeten Gappads ein vielfacher Wert ist. Komprimierungskräfte beim Komprimieren des Federelements 8 steigen bei dem Verbindungselement 1 nicht exponentiell an, da die Geometrie des Federelements 8 dafür sorgt, dass die Kraft lediglich sehr gering ansteigt. Gleichzeitig stellt das Federelement 8 eine Gegenkraft bereit, mittels welcher eine zuverlässige Andrückung des Verbindungselements 1 an die Fahrzeugbatterie 3 und die Kühlplatte 4 beziehungsweise an den Boden des Batteriegehäuses ermöglicht wird, wodurch eine besonders hohe thermische Übertragung ermöglicht wird. Eine Komprimierung des Verbindungselements 1 kann beliebig punktuell oder schräg oder flächig erfolgen, wodurch vorteilhafterweise hohe Toleranzausgleichsanforderungen erfüllt werden können. Hierbei kann das Verbindungselement 1 Bauteil- oder Montagetoleranzen ausgleichen und/oder punktuelle maßliche oder geometrische Ungleichheiten anliegender Elemente kompensieren.
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Besonders vorteilhaft an dem Verbindungselement 1 ist, dass dieses einfach und günstig in dem Endlosprozess hergestellt werden kann. Darüber hinaus ist das Verbindungselement 1 besonders ressourcenschonend herstellbar, da besonders teure und schwere Materialien wie eine Wärmeleitpaste, welche auch als Gapfiller bezeichnet wird, oder ein Gappad, bei welchem es sich um ein Element aus der ausgehärteten Wärmeleitpaste handelt, in einer das Verbindungselement 1 umfassenden Fahrzeugbatterieeinrichtung 2 besonders selten bis gar nicht vorkommen. Herstellungs- und Materialkosten des Verbindungselements 1 sind deutlich niedriger als konventionelle Lösungen zum Ausgleichen von Toleranzen zwischen der Fahrzeugbatterie 3 und der Kühlplatte 4.
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Zwischen den Wärmeleitelementen 10, bei welchen es sich um dünne wärmeleitende Filme handelt, wird das aus dem sehr gut wärmeleitenden Material, vorliegend Federstahl, gebildete Federelement 8 angeordnet, welches die schlaufenförmige Faltung aufweist. Aufgrund der schlaufenförmigen Faltung des Federelements 8 nimmt das Federelement 8 lediglich einen Bruchteil des zwischen den Wärmeleitelementen 10 eingeschlossenen Volumens ein, wodurch eine Dichte beziehungsweise ein Gewicht des Verbindungselements 1 besonders gering gehalten werden kann und insbesondere unterhalb von einer jeweiligen Dichte beziehungsweise Gewicht von konventionellen Lösungen wie dem Gapfiller oder dem Gappad liegt.
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Das Verbindungselement 1 ermöglicht, dass bei starken Toleranzen zwischen der Fahrzeugbatterie 3 und der Kühlplatte 4 kein unnötiges und starkes Kalt-/Warmgefälle auftritt, da eine Wärmeleitfähigkeit des Verbindungselements 1 nahezu unabhängig vom Komprimierungsgrad ist. Zum Einbinden des Verbindungselements 1 in die Fahrzeugbatterieeinrichtung 2 werden keine teuren Anlagen wie beim Einfüllen eines Gapfillers zwischen die Fahrzeugbatterie 3 und die Kühlplatte 4 benötigt.
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Das Verbindungselement 1 kann einfach an die Fahrzeugbatterie 3 angebracht und einfach von dieser entfernt werden, wodurch eine Nacharbeit deutlich vereinfacht und beschleunigt wird. Zusätzlich können hierdurch Beschädigungen an der Fahrzeugbatterie 3 und/oder der Kühlplatte 4 vorgebeugt werden. Eine Wiederverwendung des Verbindungselements 1 ist bei entsprechender Auslegung, insbesondere wenn das Verbindungselement 1 nicht mit der Fahrzeugbatterie 3 und der Kühlplatte 4 verklebt ist, möglich.
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Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch die Erfindung Hybrid-Gappad als Gapfiller-Ersatz bereitgestellt werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2012/119887 A1 [0002]
- DE 102017213887 A1 [0003]
- DE 102014218137 A1 [0004]
