DE102023201958A1

DE102023201958A1 - Cooling device for motor vehicle drive batteries

Info

Publication number: DE102023201958A1
Application number: DE102023201958.2A
Authority: DE
Inventors: Johannes Haberl; Gleison Castelo; Stefano Schnappenberger; Delphine Guigner
Original assignee: Autoneum Management AG
Current assignee: Autoneum Management AG
Priority date: 2022-03-04
Filing date: 2023-03-03
Publication date: 2023-09-07

Abstract

Kühlvorrichtung zum Kühlen einer Antriebsbatterie eines batteriebetriebenen Elektrofahrzeugs, die mindestens zwei Platten umfasst, die strukturell so miteinander verbunden sind, dass zwischen ihnen ein flüssigkeitsdichter Strömungskanal gebildet wird, durch den ein Kühlmittel fließen kann, wobei der Strömungskanal so geformt ist, dass er eine Einlass- und eine Auslassöffnung umfasst, um an einen Kühlkreislauf angeschlossen zu werden, und wobei beide Platten aus einer Aluminiumlegierung mit einer Streckgrenze von mindestens 30 MPa, vorzugsweise mindestens 50 MPa, gebildet sind, und die beiden Platten zumindest in dem an den Strömungskanal angrenzenden Bereich mit einem Klebstoff strukturell Oberfläche an Oberfläche verbunden sind.Cooling device for cooling a traction battery of a battery-operated electric vehicle, comprising at least two plates which are structurally connected to one another to form a liquid-tight flow channel between them through which a coolant can flow, the flow channel being shaped to have an inlet and an outlet opening to be connected to a cooling circuit, and wherein both plates are formed from an aluminum alloy with a yield strength of at least 30 MPa, preferably at least 50 MPa, and the two plates at least in the area adjacent to the flow channel with a Adhesive structurally bonds surface to surface.

Description

Technischer BereichTechnical part

Die Erfindung betrifft ein Kühlsystem und insbesondere eine Flüssigkeitskühlvorrichtung zur Flüssigkeitskühlung von Traktionsbatterien für batteriebetriebene Elektrofahrzeuge sowie ein Verfahren zur Herstellung solcher Flüssigkeitskühlplatten.The invention relates to a cooling system and in particular to a liquid cooling device for liquid cooling of traction batteries for battery-powered electric vehicles and a method for producing such liquid cooling plates.

Hintergrundbackground

Traktionsbatterien für Elektrofahrzeuge bestehen aus einzelnen Batteriezellen, die in Blöcken zusammengefasst und zu Modulen verbunden sind. Diese Module sind in einem Batteriegehäuse untergebracht, das sich im Allgemeinen unter dem Fahrzeug befindet. Beim Entladen erzeugen die Batterien Wärme; je schneller die Batterien entladen werden, desto mehr Wärme wird erzeugt. Um die Lebensdauer der Batterien zu verlängern, sollten sie während des Gebrauchs in einem Temperaturbereich von 15-35° C bleiben. Um ein gutes Temperaturmanagement der Fahrzeugbatterie zu ermöglichen, wird ein thermisches Kühlsystem, das zusätzlich ein thermisches Kontrollsystem enthält, in das Batteriegehäuse integriert. Thermische Kontrollsysteme müssen in der Lage sein, die Batterien in dem erforderlichen Temperaturbereich zu halten und die Temperaturunterschiede innerhalb eines Batteriemoduls auf ein Minimum zu beschränken; vorzugsweise sollten nicht mehr als 5 ° C Temperaturunterschied zwischen verschiedenen Stellen im Batteriegehäuse messbar sein.Traction batteries for electric vehicles consist of individual battery cells that are combined in blocks and connected to form modules. These modules are housed in a battery case, which is generally located under the vehicle. When discharging, the batteries generate heat; the faster the batteries are discharged, the more heat is generated. To extend the life of the batteries, they should be kept within a temperature range of 15-35°C during use. In order to enable good temperature management of the vehicle battery, a thermal cooling system, which also contains a thermal control system, is integrated into the battery housing. Thermal control systems must be able to keep the batteries within the required temperature range and to keep the temperature differences within a battery module to a minimum; preferably no more than 5 °C temperature difference should be measurable between different points in the battery case.

Auf dem Markt sind verschiedene Kühlsysteme für das Wärmemanagement von Fahrzeugbatterien etabliert: Kühlung auf der Grundlage von Phasenwechselmaterial, Kühlrippen, Luftkühlung und Flüssigkeitskühlung. Alle diese Systeme erfordern unterschiedliche Lösungen und können kombiniert werden, um ein günstiges Temperaturmanagement zu erreichen.Various cooling systems for the thermal management of vehicle batteries are established on the market: cooling based on phase change material, cooling fins, air cooling and liquid cooling. All of these systems require different solutions and can be combined to achieve favorable temperature management.

Die Flüssigkeitskühlung, gegebenenfalls in Kombination mit passiven Kühlrippen, gilt derzeit als die insgesamt beste Lösung zur Aufrechterhaltung der Temperatur der Fahrzeugbatterie und wird regelmäßig zur Kühlung der Antriebsbatterien in den auf dem Markt befindlichen Elektrofahrzeugen eingesetzt. Spezielle flüssige Kühlmittel haben eine höhere Wärmeleitfähigkeit und Wärmekapazität als Luft und werden bevorzugt eingesetzt.Liquid cooling, combined with passive cooling fins where appropriate, is currently recognized as the best overall solution for maintaining vehicle battery temperature and is regularly used to cool the traction batteries in the electric vehicles on the market. Special liquid coolants have a higher thermal conductivity and heat capacity than air and are preferred.

Die modernen Flüssigkeitskühlsysteme basieren auf einem indirekten Kühlsystem, bei dem eine Kühlflüssigkeit durch eine Reihe von Rohren, einen Mantel, eine Kühlplatte oder ähnliches zirkuliert. Das Design dieser Systeme hängt in hohem Maße von der Konstruktion und dem Aufbau der Batterie ab und ist von Fahrzeug zu Fahrzeug und von Hersteller zu Hersteller unterschiedlich. Das Flüssigkeitskühlsystem kann in Kontakt mit mindestens einer der Batteriezellen, dem Batteriemodul oder einem passiven Wärmeleitelement stehen.The modern liquid cooling systems are based on an indirect cooling system, in which a cooling liquid circulates through a series of tubes, a jacket, a cold plate or the like. The design of these systems is highly dependent on the design and construction of the battery and varies from vehicle to vehicle and manufacturer to manufacturer. The liquid cooling system can be in contact with at least one of the battery cells, the battery module or a passive heat-conducting element.

Nach dem Stand der Technik werden Kühlplatten oder Kühlvorrichtungen für eine Antriebsbatterie eines Elektrofahrzeugs aus Aluminiumplatten hergestellt und bestehen aus einer im Wesentlichen flachen Platte und einer geformten Platte, wobei beide Platten zusammen Kanäle für das flüssige Kühlmittel bilden. Die obere und die untere Platte werden miteinander verlötet oder verschweißt, um ein geschlossenes System von Kanälen zu erhalten. Das Hartlöten oder Schweißen ist ein ressourcenintensiver Prozess. Der hohe Energiebedarf für das Löten oder Schweißen sowie der große Platzbedarf der Produktionslinie sind dafür verantwortlich. Der CO₂ Fußabdruck, der für die Bewertung der Nachhaltigkeit eines Produkts relevant ist, ist ungünstig.According to the prior art, cooling plates or cooling devices for an electric vehicle traction battery are made of aluminum plates and consist of a substantially flat plate and a shaped plate, both plates together forming channels for the liquid coolant. The top and bottom plates are brazed or welded together to form a closed system of channels. Brazing or welding is a resource-intensive process. This is due to the high energy requirements for soldering or welding and the large amount of space required by the production line. The CO ₂ footprint, which is relevant for assessing the sustainability of a product, is unfavorable.

Aufgrund des Innendrucks von 2 bis 5 bar in den Kühlplattenkanälen während des Betriebs und der chemischen Zusammensetzung des Kühlmittels war es bisher schwierig, alternative Lösungen zu finden, um das Hartlötverfahren zu ersetzen und eine zuverlässige Verbindung zwischen den beiden Platten über die gesamte Lebensdauer der Kühlplatten zu erzielen. Das Versagen einer Kühlplatte würde zu einem Austritt des Kühlmittels führen. Es besteht daher die Gefahr, dass die Batterien aufgrund der verminderten Kühlung überhitzen und das Fahrzeug in solchen Fällen mit verminderter Leistung betrieben wird. Außerdem könnte die Flüssigkeit mit der Leistungselektronik in Berührung kommen und einen elektrischen Kurzschluss verursachen, der zu einer Notabschaltung des Fahrzeugs führen könnte.Due to the internal pressure of 2 to 5 bar in the cold plate channels during operation and the chemical composition of the coolant, it has so far been difficult to find alternative solutions to replace the brazing process and to ensure a reliable connection between the two plates throughout the life of the cold plates achieve. Failure of a cold plate would result in coolant leakage. There is therefore a risk that the batteries will overheat due to the reduced cooling and that the vehicle will be operated with reduced performance in such cases. In addition, the liquid could come into contact with the power electronics and cause an electrical short circuit that could lead to an emergency shutdown of the vehicle.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine alternative Kühlvorrichtung zur Kühlung einer Traktionsbatterie eines batterieelektrischen Fahrzeugs vorzustellen, die eine alternative Lösung zu gelöteten Kühlplatten gemäß dem Stand der Technik bildet, und die mindestens zwei Platten umfasst, eine Wärmeleitplatte zur Kontaktierung eines Batterieelements und eine Läuferplatte, und wobei beide Platten strukturell miteinander verbunden sind, so dass ein flüssigkeitsdichter Strömungskanal zwischen den beiden Platten gebildet wird, durch den ein flüssiges Kühlmittel fließen kann, und wobei der Strömungskanal so ausgebildet ist, dass er eine Einlass- und eine Auslassöffnung zum Anschluss an einen Kühlkreislauf aufweist und dem Kühlmittel und dem Druck innerhalb der Strömungskanäle standhalten kann.It is the object of the invention to present an alternative cooling device for cooling a traction battery of a battery-electric vehicle, which forms an alternative solution to soldered cooling plates according to the prior art, and which comprises at least two plates, a heat-conducting plate for contacting a battery element and a rotor plate, and wherein both plates are structurally connected to each other so that a liquid-tight flow channel is formed between the two plates through which a liquid coolant can flow, and wherein the flow channel is formed so that it has an inlet and an outlet opening for connection to a cooling circuit has and can withstand the coolant and the pressure within the flow channels.

Zusammenfassung der ErfindungSummary of the Invention

Dieses Ziel wird durch die Kühlvorrichtung nach dem Hauptanspruch erreicht, die mindestens zwei Platten umfasst, die so miteinander verbunden sind, dass zwischen den beiden Platten ein flüssigkeitsdichter Strömungskanal gebildet wird, durch den ein Kühlmittel fließen kann, und wobei der Strömungskanal so ausgebildet ist, dass er eine Einlass- und eine Auslassöffnung umfasst, um den Strömungskanal mit einem Kühlkreislauf zu verbinden.This goal is achieved by the cooling device according to the main claim, which at least comprises two plates bonded together to form a liquid-tight flow channel between the two plates through which a coolant can flow, and wherein the flow channel is configured to include an inlet and an outlet opening for circulating the flow channel with connect to a cooling circuit.

Insbesondere durch die Kombination, dass beide Platten aus einer Aluminiumlegierung mit einer Streckgrenze von mindestens 30 MPa, vorzugsweise mindestens 50 MPa, bestehen und beide Platten zumindest in den Bereichen, in denen die Platten in Oberflächenkontakt stehen und an den Strömungskanal angrenzen, mit einem Klebstoff strukturell verbunden sind, wird eine Kühlvorrichtung gebildet, die in der Lage ist, das Kühlmittel während des Gebrauchs unter hohem Druck zu halten, ohne dass es zu Leckagen kommt, selbst nach längerer Nutzungsdauer.In particular by the combination that both plates are made of an aluminum alloy with a yield strength of at least 30 MPa, preferably at least 50 MPa, and both plates are structurally bonded at least in the areas where the plates are in surface contact and adjoin the flow channel are connected, a cooling device is formed, which is able to keep the refrigerant under high pressure during use without leakage, even after a long period of use.

Überraschenderweise und entgegen der allgemeinen Annahme ist es durch die Verwendung einer Aluminiumlegierung mit einer Streckgrenze von mindestens 30 MPa möglich, die Festigkeit der strukturellen Verbindungen zu erhöhen und eine Verformung der Platten während des Gebrauchs zu verhindern, ohne dass die Plattenstärke erhöht werden muss. Daher sind die Leistungen der Platten vergleichbar mit den modernsten gelöteten Platten, jedoch mit einer besseren Umweltbilanz und ohne die Notwendigkeit eines komplexen Produktionsprozesses.Surprisingly and contrary to popular belief, by using an aluminum alloy with a yield strength of at least 30 MPa, it is possible to increase the strength of the structural connections and prevent the panels from deforming during use without having to increase the panel thickness. Therefore, the performances of the panels are comparable to the most modern brazed panels, but with a better environmental footprint and without the need for a complex production process.

Die bevorzugte Aluminiumlegierung basiert auf einer Knetlegierung, bei der das Hauptlegierungselement mindestens eines von Mangan, Magnesium oder einer Kombination von Magnesium und Silizium ist. Dies entspricht Aluminiumlegierungen, die aus der Gruppe der Knetlegierungen mit der Nummer 3XXX, 5XXX oder 6XXX nach dem Aluminiumlegierungsbezeichnungssystem ausgewählt werden, wobei X eine beliebige Zahl sein kann. Zum Beispiel und vorzugsweise können die Aluminiumlegierungen 3003, 5754, 6016 oder 6061, besonders bevorzugt die Aluminiumlegierung 5754, verwendet werden.The preferred aluminum alloy is based on a wrought alloy in which the major alloying element is at least one of manganese, magnesium, or a combination of magnesium and silicon. This corresponds to aluminum alloys selected from the group of wrought alloys numbered 3XXX, 5XXX or 6XXX under the aluminum alloy designation system, where X can be any number. For example and preferably, aluminum alloys 3003, 5754, 6016 or 6061, more preferably aluminum alloy 5754, can be used.

Überraschenderweise wird durch die Wahl einer der bevorzugten Aluminiumlegierungen nicht nur das Risiko eines Versagens der Klebeverbindung verringert, sondern auch die Korrosionsbeständigkeit der Platten in Gegenwart des unter Druck stehenden Kühlmittels erhöht.Surprisingly, choosing one of the preferred aluminum alloys not only reduces the risk of adhesive bond failure, but also increases the corrosion resistance of the panels in the presence of the pressurized coolant.

Vorzugsweise ist die Dicke der beiden Platten aus der erfindungsgemäßen Aluminiumlegierung zwischen 0,5 und 3 mm, vorzugsweise zwischen 1,0 und 2,0 mm. Vorzugsweise sind beide Platten zumindest in den Bereichen der strukturellen Verklebung gleich dick.The thickness of the two plates made from the aluminum alloy according to the invention is preferably between 0.5 and 3 mm, preferably between 1.0 and 2.0 mm. Both panels are preferably of the same thickness, at least in the areas of structural bonding.

Die verwendete Aluminiumlegierung kann durch Glühen, Kaltverfestigung oder thermische Behandlung weiter behandelt werden, um beispielsweise die Korrosionsbeständigkeit zu optimieren.The aluminum alloy used can be further treated by annealing, strain hardening or thermal treatment, for example to optimize corrosion resistance.

Die Bindung zwischen den beiden Aluminiumlegierungsplatten kann durch Vergrößerung der strukturell gebundenen Fläche weiter optimiert werden. Vorzugsweise beträgt die Fläche, die bei der Verklebung der beiden Platten in Oberflächenkontakt steht, mindestens 45 % der Oberfläche, vorzugsweise zwischen 45 und 55 %, besonders bevorzugt etwa 50 %. Bevorzugt ist die Klebefläche gleichmäßig über den Bereich um und neben dem Strömungskanal verteilt, so dass jeder Kanal von einer ausreichenden Klebefläche flankiert oder eingefasst wird, um eine Verformung des Kanals und/oder ein Versagen des Klebers zu verhindern.The bond between the two aluminum alloy plates can be further optimized by increasing the structurally bonded area. The area which is in surface contact when the two plates are bonded is preferably at least 45% of the surface, preferably between 45 and 55%, particularly preferably about 50%. Preferably, the adhesive surface is evenly distributed over the area around and adjacent the flow channel so that each channel is flanked or bordered by sufficient adhesive surface to prevent deformation of the channel and/or adhesive failure.

Als Klebstoff für die strukturelle Verklebung der beiden Aluminiumlegierungsplatten zur Bildung der Kühlvorrichtung kann mindestens ein Klebstoff verwendet werden, der aus einem System auf Epoxidbasis, vorzugsweise einem 2-Komponenten(2K)-Epoxidsystem, einem System auf Acrylbasis, vorzugsweise einem System auf Methylmethacrylatbasis, oder einem Polyurethansystem oder einem silanterminierten Polymerklebstoff oder einem Polyharnstoffklebstoffsystem oder einer Kombination der zuvor genannten Klebstoffsysteme ausgewählt wird.At least one adhesive selected from an epoxy-based system, preferably a 2-component (2K) epoxy system, an acrylic-based system, preferably a methyl methacrylate-based system, or a polyurethane system or a silane terminated polymer adhesive or a polyurea adhesive system or a combination of the aforementioned adhesive systems.

Gegebenenfalls kann der Klebstoff außerdem Wülste aus einem oder mehreren inerten Materialien wie Glas oder Metall, vorzugsweise Aluminium oder Edelstahl, enthalten, um einen im Wesentlichen konstanten Abstand zwischen den Platten nach dem Zusammenkleben zu gewährleisten.Optionally, the adhesive may also contain beads of one or more inert materials such as glass or metal, preferably aluminum or stainless steel, to ensure a substantially constant spacing between the panels after gluing.

Vorzugsweise ist die Klebeschicht zwischen 0,1 und 1 mm dick, vorzugsweise zwischen 0,2 und 0,5 mm.The adhesive layer is preferably between 0.1 and 1 mm thick, preferably between 0.2 and 0.5 mm.

Die strukturelle Verbindung kann lokal durch Clinchen, vorzugsweise zusätzlich zum Kleben, verbessert werden. Clinchen, Kaltfügen oder Pressfügen ist ein Blechumformverfahren zum Verbinden von dünnen Blechen ohne zusätzliche Bauteile, bei dem mit Hilfe von Spezialwerkzeugen eine plastische Verzahnung zwischen zwei oder mehreren Blechen hergestellt wird. Das Tox-Clinchen ist eine Sonderform des Clinchens und kann ebenfalls verwendet werden. Das Clinchen ist auf dem Gebiet bekannt und beispielsweise in EP1497053 offenbart.The structural connection can be improved locally by clinching, preferably in addition to gluing. Clinching, cold joining or press joining is a sheet metal forming process for connecting thin sheets without additional components, in which special tools are used to create a plastic interlocking between two or more sheets. Tox clinching is a special form of clinching and can also be used. Clinching is well known in the art and for example in EP1497053 disclosed.

Vorzugsweise können Clinchpunkte an den Ecken der Kühlvorrichtung oder in der Mitte des Bereichs, in dem der Strömungskanal seine Richtung ändert, verwendet werden, vorzugsweise am inneren Kreis der Strömungskanalwindung. Vorzugsweise erfolgt das Clinchen nach dem Auftragen des Klebstoffs, um auch im geclinchten Bereich eine Klebeverbindung zu gewährleisten.Preferably, clinch points can be at the corners of the cooler or in the middle of the Area where the flow channel changes direction, preferably at the inner circle of the flow channel turn. The clinching is preferably carried out after the adhesive has been applied in order to ensure an adhesive connection in the clinched area as well.

Es kann jedoch auch ein Bereich ohne Klebstoff für eine Klammer verwendet werden, die in diesem Fall eine Wärmebrücke zwischen den beiden Platten ermöglicht. Diese Wärmebrücken-Clinches können vorzugsweise am äußeren Rand, entfernt von dem Bereich, der an den Strömungskanal oder die Strömungskanäle angrenzt, angebracht werden.However, a non-adhesive area can also be used for a clamp, in which case it will allow a thermal bridge between the two panels. These thermal bridge clinches can preferably be applied at the outer edge remote from the area adjacent to the flow channel or channels.

Die Laserbehandlung kann entweder zur Reinigung der Oberfläche vor dem Auftragen des Klebstoffs oder nach dem Auftragen des Klebstoffs verwendet werden, um den Klebstoff in den Kanalbereichen oder in den Bereichen zu entfernen, die der Wärmeleitung zwischen den Platten dienen. Es können auch andere Behandlungen angewandt werden, um das Gleiche zu erreichen.Laser treatment can be used either to clean the surface before applying the adhesive or after applying the adhesive to remove the adhesive in the channel areas or in the areas used for heat conduction between the plates. Other treatments can also be used to achieve the same thing.

Vorzugsweise weist die flächige strukturelle Klebeverbindung zwischen den beiden Platten mindestens eine Überlappungsscherfestigkeit von 10MPa bei 80° C auf, gemessen nach DIN1465 in Verbindung mit ISO 291. Da die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung vorzugsweise als Kühlplatten für Traktionsbatterien in batterieelektrischen Fahrzeugen eingesetzt wird, muss eine lange Einsatzzeit über einen großen Temperaturbereich gewährleistet sein. Überraschenderweise wurde festgestellt, dass eine Überlappungsscherfestigkeit von mindestens 10MPa bei 80° C erforderlich ist, um eine ausreichende Scherfestigkeit bei höheren Temperaturen und über eine längere Zeitspanne zu gewährleisten. Mit den Klebeeigenschaften in Kombination mit der Aluminiumlegierung konnte gezeigt werden, dass die Kühlplatte auch über einen längeren Zeitraum im Einsatz nicht versagt (Daten nicht gezeigt).Preferably, the planar structural adhesive connection between the two plates has at least an overlap shear strength of 10 MPa at 80 ° C, measured according to DIN1465 in conjunction with ISO 291. Since the cooling device according to the invention is preferably used as cooling plates for traction batteries in battery-electric vehicles, a long service life must be over a large temperature range can be guaranteed. Surprisingly, it was found that a lap shear strength of at least 10MPa at 80°C is required to ensure sufficient shear strength at higher temperatures and over a longer period of time. With the adhesive properties in combination with the aluminum alloy, it could be shown that the cooling plate does not fail even over a longer period of time in use (data not shown).

Vorzugsweise dichtet die strukturelle Klebeverbindung den Strömungskanal zwischen den beiden Platten so ab, dass die Kühlflüssigkeit während ihrer Verwendung im Strömungskanal enthalten ist.Preferably, the structural adhesive bond seals the flow channel between the two plates so that the cooling liquid is contained in the flow channel during its use.

Die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung umfasst mindestens zwei Platten aus einer Aluminiumlegierung. Eine erste Platte bildet eine wärmeleitende Platte, die direkt oder indirekt ein Batterieelement berührt. Sie ist daher im Gebrauch den Batterieelementen zugewandt. Die zweite Platte ist vorzugsweise in die Form des Strömungskanals geprägt, gestanzt und/oder gezogen und wird als Läuferplatte bezeichnet. Die so geformte zweite Platte bildet zusammen mit der ersten Platte den Flüssigkeitsströmungskanal für das Kühlmittel. Der Kanal wird von beiden Platten gemeinsam gebildet, wenn sie mit dem Klebstoff teilweise flächig strukturell verbunden sind. Durch die Verklebung angrenzend und über die Oberfläche um den Strömungskanal herum wird ein flüssigkeitsdichter Strömungskanal zwischen den beiden Platten gebildet, durch den ein Kühlmittel fließen kann. Darüber hinaus ist der Strömungskanal so ausgebildet, dass er mindestens eine Einlass- und mindestens eine Auslassöffnung zum Anschluss an einen Kühlkreislauf aufweist und dem Kühlmittel und dem Druck standhält. Insbesondere die Form der Kanäle ist so gestaltet, dass die Strömung optimiert und die Reibung des Kühlmittels im Kanal reduziert wird.The cooling device according to the invention comprises at least two plates made of an aluminum alloy. A first plate forms a thermally conductive plate that directly or indirectly contacts a battery element. It therefore faces the battery elements in use. The second plate is preferably embossed, stamped and/or drawn into the shape of the flow channel and is referred to as a runner plate. The second plate thus formed, together with the first plate, forms the liquid flow path for the coolant. The channel is formed by the two panels together when they are structurally connected with the adhesive in part over their entire surface. Bonding adjacent and over the surface around the flow channel forms a liquid-tight flow channel between the two plates through which coolant can flow. In addition, the flow channel is designed in such a way that it has at least one inlet and at least one outlet opening for connection to a cooling circuit and withstands the coolant and the pressure. In particular, the shape of the channels is designed in such a way that the flow is optimized and the friction of the coolant in the channel is reduced.

Für eine optimierte Kühlvorrichtung besteht mindestens eine Platte - die Läuferplatte - aus gestanzten, gezogenen und/oder geprägten Formen, die nach der strukturellen Verklebung mit der anderen Platte mindestens einen Teil des Strömungskanals bilden.For an optimized cooling device, at least one plate - the runner plate - consists of stamped, drawn and/or coined shapes which, after structural bonding to the other plate, form at least part of the flow channel.

Um die Korrosionsbeständigkeit der Klebeverbindung weiter zu optimieren, wird der Klebstoff in eine Aussparung in mindestens einer der Platten eingebracht. Dadurch wird insbesondere eine mögliche Delaminierung durch Auslaugung oder Interferenz des Kühlmittels mit dem Klebstoff verringert.In order to further optimize the corrosion resistance of the bonded joint, the adhesive is introduced into a recess in at least one of the panels. This particularly reduces possible delamination due to leaching or interference of the coolant with the adhesive.

Mindestens eine der Platten kann einen Wulst oder eine Rippe in der Oberfläche aufweisen, so dass der Klebstoff während der Verbindung der Platten erhalten bleibt und das Kühlmittel im Kanal fließt, ohne den Klebstoff wesentlich zu berühren.At least one of the plates may have a ridge or rib in the surface so that the adhesive is retained during the joining of the plates and the coolant flows in the channel without substantially touching the adhesive.

Mindestens ein Teil des Bereichs, der die Oberflächen berührt, kann frei von Klebstoff und mit einem wärmeleitenden Material beschichtet sein, um die Wärmeleitung zwischen den beiden Platten zu ermöglichen. Die Wärmeleitung zwischen den beiden Platten kann durch Clinchen weiter verbessert werden. Dadurch wird sichergestellt, dass auch die Aluminiumplatte, die den Batterieelementen nicht zugewandt ist, zur Kühlung beiträgt und die Wirksamkeit der Kühlvorrichtung erhöht. Es können auch andere Mittel zur Verbindung der beiden Platten verwendet werden, um die Wärmeleitung zwischen den beiden Platten zu gewährleisten, z. B. Stifte oder Rippen.At least part of the area contacting the surfaces may be free of adhesive and coated with a thermally conductive material to allow heat conduction between the two plates. The heat conduction between the two plates can be further improved by clinching. This ensures that even the aluminum plate not facing the battery elements contributes to cooling and increases the effectiveness of the cooling device. Other means of joining the two plates can also be used to ensure heat conduction between the two plates, e.g. B. pins or ribs.

Um die Wärmeleitung weiter zu erhöhen, kann die den Batterieelementen zugewandte Platte geprägte, gestanzte oder gezogene Vertiefungen oder Rippen aufweisen, um den Kontakt zwischen den Batterieelementen und der Platte zu verbessern. Zwischen den Batterieelementen und der den Batterieelementen zugewandten Kühlplatte kann eine zusätzliche wärmeleitende Schicht verwendet werden.To further increase heat conduction, the plate facing the battery elements may have embossed, stamped or drawn indentations or ribs to improve contact between the battery elements and the plate. An additional heat-conducting layer can be used between the battery elements and the cooling plate facing the battery elements.

Vorzugsweise kann mindestens ein Ende mindestens eines Strömungskanals als Reservoir ausgebildet sein, das mindestens eine Offnung durch mindestens eine der Platten aufweist. Die Öffnung am Ende des Strömungskanals kann mit einem Zapfen aus einem Verbundwerkstoff, vorzugsweise Polyamid, vorzugsweise Polyamid 6 oder 6,6, verstärkt mit einer inerten Faser, vorzugsweise Glasfaser, oder Aluminium oder Edelstahl oder einer Kombination dieser Werkstoffe, abgedeckt werden. Dieses bildet den Ein- oder Auslass des Strömungskanals. Jeder Strömungskanal hat mindestens einen Einlass und einen Auslass. Ein Reservoir ist definiert als ein Bereich des Kanals, der breiter ist als der durchschnittliche Strömungskanal im Rest der Platte.At least one end of at least one flow channel can preferably be designed as a reservoir which has at least one opening through at least one of the plates. The opening at the end of the flow channel can be covered with a plug made of a composite material, preferably polyamide, preferably polyamide 6 or 6,6 reinforced with an inert fibre, preferably glass fibre, or aluminum or stainless steel or a combination of these materials. This forms the inlet or outlet of the flow channel. Each flow channel has at least one inlet and one outlet. A reservoir is defined as an area of the channel that is wider than the average flow channel in the rest of the plate.

Vorzugsweise können mehrere Kanäle in einem Anfangsbehälter und/oder einem Endbehälter zusammengefasst werden, um die Anzahl der erforderlichen Durchgänge und Stutzen zu verringern. Die Stutzen verbinden die Kühlvorrichtungen mit den anderen Teilen des Kühlsystems, wie z. B. Pumpen oder einem zweiten Bereich, in dem die vom Kühlmittel aufgenommene Wärme weitergegeben werden kann, wodurch das Kühlmittel wieder abgekühlt wird, bevor es erneut in den oder die Strömungskanäle der Kühlvorrichtung gelangt.Preferably, multiple channels can be combined into a header tank and/or a header tank to reduce the number of passageways and nozzles required. The nozzles connect the cooling devices to the other parts of the cooling system, such as. B. pumps or a second area in which the heat absorbed by the coolant can be passed on, whereby the coolant is cooled again before it gets back into the flow channels or the cooling device.

Die Kühlvorrichtung kann mehrere Strömungskanäle für die Zirkulation der Kühlflüssigkeit enthalten, die vorzugsweise in entgegengesetzter Richtung angeordnet sind, um die Wärmeleitung von den Batterieelementen zur Kühlflüssigkeit weiter zu optimieren und die Kühlleistung der Kühlvorrichtung zu erhöhen.The cooling device can contain several flow channels for the circulation of the cooling liquid, which are preferably arranged in opposite directions in order to further optimize the heat conduction from the battery elements to the cooling liquid and to increase the cooling capacity of the cooling device.

Die verwendeten Zapfen können aus einem plasmabehandelten Verbundwerkstoff bestehen, der mit mindestens einer der Platten mit einem ähnlichen oder demselben Klebstoff verbunden ist, der für die Verbindung der Aluminiumlegierungsplatten verwendet wird. Vorzugsweise ist mindestens ein Klebstoff aus einem System auf Epoxidbasis, vorzugsweise einem 2-Komponenten-System (2K) auf Epoxidbasis, einem System auf Acrylbasis, z. B. einem System auf Methylmethacrylatbasis, oder einem Polyurethansystem oder einem silanterminierten Polymerklebstoffsystem oder einem Polyharnstoffklebstoffsystem oder einer Kombination der vorgenannten Klebstoffsysteme ausgewählt.The trunnions used may be of a plasma treated composite bonded to at least one of the plates with a similar or the same adhesive used to bond the aluminum alloy plates. Preferably, at least one adhesive is made from an epoxy-based system, preferably a 2-component (2K) epoxy-based system, an acrylic-based system, e.g. a system based on methyl methacrylate, or a polyurethane system, or a silane-terminated polymer adhesive system, or a polyurea adhesive system, or a combination of the aforementioned adhesive systems.

Zwei oder mehrere Kühlvorrichtungen können in einem Kühlmodul verwendet werden, wobei die Strömungskanäle der Kühlvorrichtungen parallel oder in Reihe geschaltet sind, um ein vollständiges Traktionsbatteriepaket für ein batteriebetriebenes Elektrofahrzeug zu kühlen. Vorzugsweise umfasst ein solches Kühlmodul ferner Mittel zum Verbinden von 2 oder mehr Kühlvorrichtungen. Vorzugsweise umfassen diese Mittel mindestens einen gelenkigen Bereich und/oder einen flexiblen Bereich. Der gelenkige oder flexible Bereich muss nicht unbedingt aus einer Aluminiumlegierung bestehen, sondern kann stattdessen aus einem flexiblen Verbundstoff oder Kunststoff hergestellt werden. Ein solcher gelenkiger oder flexibler Bereich ermöglicht die Überwindung kleiner Versätze zwischen verschiedenen Batterieelementen oder -modulen und gewährleistet einen guten Kontakt über die gesamte Kontaktfläche zwischen der Batterie und den Kühlvorrichtungen.Two or more cooling devices may be used in a cooling module, with the flow channels of the cooling devices connected in parallel or in series, to cool a complete traction battery pack for a battery-powered electric vehicle. Such a cooling module preferably also comprises means for connecting 2 or more cooling devices. Preferably, these means comprise at least one articulated area and/or one flexible area. The articulating or flexible portion need not necessarily be made of aluminum alloy, but may instead be made of a flexible composite or plastic. Such an articulated or flexible area makes it possible to overcome small offsets between different battery elements or modules and ensures good contact over the entire contact area between the battery and the cooling devices.

Mechanische Eigenschaften, einschließlich der angegebenen Streckgrenze, können durch Zugversuche gemäß EN ISO 6892-1 nach der Probenahme in Verbindung mit EN ISO 485-1 zur Probenvorbereitung ermittelt werden.Mechanical properties, including the specified yield point, can be determined by tensile tests according to EN ISO 6892-1 after sampling in conjunction with EN ISO 485-1 for sample preparation.

Vorzugsweise beträgt die Kontaktfläche für die Verklebung mindestens 45 % der Gesamtoberfläche, vorzugsweise mindestens 50 % der Gesamtoberfläche der Anschlussplatte. Vorzugsweise ist die strukturell verklebte Fläche gleichmäßig um den Bereich, der den Strömungskanal bildet, verteilt, so dass jeder Kanal mit einer ausreichenden verklebten Fläche flankiert wird, um eine Verformung des Kanals oder ein Versagen des Klebers zu verhindern.The contact area for the adhesive bond is preferably at least 45% of the total surface area, preferably at least 50% of the total surface area of the connecting plate. Preferably, the structural bonded area is evenly distributed around the area forming the flow channel so that each channel is flanked by sufficient bonded area to prevent deformation of the channel or failure of the adhesive.

Ein Klebebereich ist ein Bereich der Kühlvorrichtung, in dem die beiden Platten durch eine Klebeschicht strukturell miteinander verbunden sind. Grundsätzlich sollte die Klebeschicht oder das Klebematerial nicht innerhalb der Strömungskanäle liegen.A bond area is an area of the cooler where the two panels are structurally bonded together by a layer of adhesive. In principle, the adhesive layer or the adhesive material should not lie within the flow channels.

Mit engen Kontaktbereichen zwischen zwei Kühlplatten sind die Bereiche gemeint, die nahe genug beieinander liegen, um eine strukturelle Verbindung zu bilden, wenn ein Klebstoff aufgetragen würde.By areas of close contact between two cold plates is meant those areas that are close enough together to form a structural bond if an adhesive were applied.

Vorzugsweise werden die Aluminiumplatten z. B. mit einer Laserbehandlung gereinigt, bevor der Klebstoff aufgetragen wird, oder beide Platten werden verbunden, um die strukturellen Klebestellen zu erhalten.Preferably, the aluminum plates z. B. cleaned with a laser treatment before the adhesive is applied, or both panels are bonded to preserve the structural splices.

Überraschenderweise ist es durch die Kombination der erfindungsgemäßen Aluminiumlegierungen mit einer flächigen strukturellen Verbindung unter Verwendung eines Klebstoffs möglich, ein Flüssigkeitskühlsystem zu erhalten, das dem Innendruck von 2-5 bar sowie der chemischen Korrosion des verwendeten Kühlmittels, normalerweise ein Glykol-Wasser-Gemisch, auch bei erhöhten Temperaturen während der Kühlung von Traktionsbatterien in einem batteriebetriebenen Elektrofahrzeug standhält. Mit der bisher verwendeten Standard-Aluminiumlegierung war dies aufgrund von Schälspannungsversagen sowie Verformung der Kanäle nicht möglich.Surprisingly, by combining the aluminum alloys according to the invention with a surface structural connection using an adhesive, it is possible to obtain a liquid cooling system that can withstand the internal pressure of 2-5 bar and the chemical corrosion of the coolant used, normally a glycol-water mixture withstand elevated temperatures during cooling of traction batteries in a battery powered electric vehicle. This was not possible with the standard aluminum alloy previously used due to peel stress failure and deformation of the channels.

Traktionsbatteriesystem für ein batteriebetriebenes Elektrofahrzeug mit mindestens einem Batteriegehäuse, das mindestens eine Kühlvorrichtung oder zwei oder mehr Kühlvorrichtungen umfasst, die in einem erfindungsgemäßen Kühlmodul kombiniert sind und direkt oder indirekt mit mindestens einer Oberfläche der Batteriezellen und/oder - module in Kontakt stehen. Ein solches Kühlsystem kann ferner eine thermische Grenzschicht zwischen der Oberfläche der Batteriezellen und der Oberfläche der Kühlvorrichtung umfassen. Diese thermische Grenzschicht kann in Form einer Beschichtung auf der Außenfläche der Platte, die den Batterieelementen zugewandt ist, vorhanden sein.Traction battery system for a battery-powered electric vehicle with at least one battery housing, which comprises at least one cooling device or two or more cooling devices, which are combined in a cooling module according to the invention and are in direct or indirect contact with at least one surface of the battery cells and/or modules. Such a cooling system may further include a thermal interface between the surface of the battery cells and the surface of the cooling device. This thermal interface may be in the form of a coating on the outer surface of the plate facing the battery elements.

Zum Ausgleich von Ebenheits- und Rauheitstoleranzen und/oder von Unvollkommenheiten der beiden sich berührenden Grenzflächen ist es möglich, ein thermisches Grenzflächenmaterial zwischen der Kühlplatte und den Batteriezellen anzubringen, um den Wärmeaustausch durch Leitung zwischen den beiden Elementen zu erhöhen. Dieses thermische Grenzflächenmaterial kann auch eine elektrische Isolierung zwischen den Zellen und dem Wärmetauscher gewährleisten. Dabei kann es sich zum Beispiel um ein Wärmeleitmaterial mit einem Wärmeleitpad, einem Wärmeleitkissen oder einem Wärmeleitkleber handeln.To compensate for flatness and roughness tolerances and/or imperfections of the two contacting interfaces, it is possible to place a thermal interface material between the cooling plate and the battery cells to increase the conductive heat exchange between the two elements. This thermal interface material can also provide electrical insulation between the cells and the heat exchanger. This can be, for example, a thermally conductive material with a thermally conductive pad, a thermally conductive cushion or a thermally conductive adhesive.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung steht die Kühleinrichtung in thermischem Kontakt mit der Unterseite der Zellen, insbesondere über eine Wärmeleitpaste oder ein Wärmeleitpad oder eine andere wärmeleitende Komponente.According to one aspect of the invention, the cooling device is in thermal contact with the underside of the cells, in particular via a thermally conductive paste or a thermally conductive pad or another thermally conductive component.

Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Kühlplatte mit mindestens den Schritten:

1. Schneiden und eventuell Stanzen, Ziehen und/oder Prägen, in keiner bestimmten Reihenfolge, der Aluminiumlegierungsbleche, um flache oder vorgeformte Rohlinge zu erhalten. Die vorgeformten Bleche/Platten bilden vorzugsweise das endgültige Muster für die Kanäle. Optional werden beide Bleche gestanzt, gezogen und/oder geprägt, zum Beispiel mit einem komplementären Muster. Vorzugsweise beträgt die Fläche, die den engen Kontaktbereichen zwischen den beiden Platten gewidmet ist, mindestens 45 % der Gesamtoberfläche des flachen Blechs vor dem Stanzen, um eine strukturelle Verbindung von Oberfläche zu Oberfläche zwischen den Platten zu ermöglichen. Vorzugsweise beträgt die Fläche zwischen den beiden Platten mindestens 50 %. Optional werden Öffnungen für die Zu- und/oder Ableitung des Strömungskanals geschnitten.
2. Bereitstellen des ersten, eventuell vorgeformten Aluminiumblechs, Auftragen des Klebstoffs auf bestimmte Bereiche, optional Auftragen einer wärmeleitenden Beschichtung oder Paste auf einen Teil der Oberfläche, die mit der anderen Platte in Kontakt kommt, Zusammendrücken der beiden Schichten, so dass sich der Klebstoff strukturell mit beiden Platten verbinden kann und mindestens einen flüssigkeitsdichten Kanal zwischen den beiden Platten bildet.
3. Wahlweise Herstellung mindestens einer Clinchverbindung zwischen den beiden Platten an mindestens einer Stelle, an der beide Platten verklebt sind und/oder in direktem Kontakt stehen und/oder ein wärmeleitendes Material aufweisen. Die Clinch-Verbindung erfolgt vorzugsweise in Bereichen, die in den Kanalbereich fallen, um die Klebeverbindung weiter zu verstärken, oder in den äußeren Randbereichen, um die Befestigungspunkte für die Kühlplatte zu verstärken oder die wärmeleitenden Bereiche zwischen den beiden Platten zu verbessern, zum Beispiel um den Rand der Kühlplatte.

Method for producing the cooling plate according to the invention, having at least the following steps:

1. Cutting and possibly stamping, drawing and/or stamping, in no particular order, the aluminum alloy sheets to obtain flat or preformed blanks. The preformed sheets/plates preferably form the final pattern for the channels. Optionally, both sheets are stamped, drawn and/or embossed, for example with a complementary pattern. Preferably, the area devoted to the intimate contact areas between the two plates is at least 45% of the total surface area of the flat sheet prior to stamping to allow for surface-to-surface structural bonding between the plates. The area between the two plates is preferably at least 50%. Optionally, openings for the inlet and/or outlet of the flow channel are cut.
2. Providing the first aluminum sheet, possibly preformed, applying the adhesive to certain areas, optionally applying a thermally conductive coating or paste to part of the surface that will be in contact with the other plate, pressing the two layers together so that the adhesive structurally can connect to both plates and forms at least one liquid-tight channel between the two plates.
3. Optionally creating at least one clinch connection between the two panels at least at one point where both panels are bonded and/or are in direct contact and/or have a thermally conductive material. The clinch connection is preferably done in areas falling within the channel area to further strengthen the adhesive bond, or in the outer edge areas to reinforce the attachment points for the cold plate or to improve the thermally conductive areas between the two plates, for example around the edge of the cooling plate.

Optional können wärmeleitende Stifte oder Rippen so in eine Platte integriert werden, dass sie die benachbarte Platte berühren können, ohne dass sich eine Klebeschicht dazwischen befindet, um einen Kühlkörper zwischen der Verbindungsplatte und der Läuferplatte zu bilden und die Kühlleistung zu erhöhen. Beispielsweise kann ein Stift oder eine Rippe in eine gegenüberliegende Aussparung oder ein Loch auf der benachbarten Platte eingreifen.Optionally, thermally conductive pins or fins can be integrated into one plate in such a way that they can touch the adjacent plate without an adhesive layer between them to form a heat sink between the connection plate and the rotor plate and increase the cooling capacity. For example, a pin or rib may engage an opposing recess or hole on the adjacent panel.

Optional wird der mittlere Abstand zwischen den Platten im Bereich der mit einem Klebstoff gefüllten strukturellen Verklebung vorzugsweise in mindestens vier Bereichen durch Verringerung auf Null so gesteuert, dass sich lokal beide Metallplatten berühren und der Klebstoff aus dem Bereich herausgedrückt wird, um eine Wärmeleitfähigkeit zwischen den beiden Platten zu ermöglichen.Optionally, the mean distance between the plates in the area of the adhesive-filled structural bond is preferably controlled in at least four areas by reducing to zero so that both metal plates locally touch and the adhesive is pushed out of the area to provide thermal conductivity between the two allow plates.

Die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung kann ferner eine Schutzlackierung auf mindestens einer dem Kühlmittel zugewandten Oberfläche mindestens einer Platte und/oder einer anderen Platte gegen Korrosion aufweisen. Vorzugsweise ist zumindest die Innenfläche des den Kanal bildenden Bereichs beschichtet.The cooling device according to the invention can also have a protective coating on at least one surface of at least one plate and/or another plate facing the coolant to prevent corrosion. Preferably, at least the inner surface of the area forming the channel is coated.

Der Schutzlack kann entweder nur im Bereich der Fließkanäle aufgetragen oder in den Bereichen, in denen der Klebstoff aufgetragen wird, entfernt werden, so dass die einander zugewandten Aluminiumflächen im fertig montierten Zustand der Platte vollständig mit Lack oder Klebstoff geschützt sind.The protective lacquer can either only be applied in the area of the flow channels or removed in the areas where the adhesive is applied, so that the aluminum surfaces facing each other are completely protected with lacquer or adhesive when the panel is fully assembled.

Optional kann eine Schutzschicht auf mindestens eine der Außenflächen, insbesondere auf die den Batterieelementen nicht zugewandte Außenfläche, aufgebracht werden.Optionally, a protective layer on at least one of the outer surfaces, in particular the outer surface not facing the battery elements.

Kühlmodul mit mindestens zwei Kühleinrichtungen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das ferner Mittel zur Verbindung mit mindestens einem Clinchbereich aufweist, und wobei die Einlass- und Auslassöffnung für jede Kühleinrichtung entweder parallel oder in Reihe geschaltet sind.A cooling module having at least two cooling devices according to any one of the preceding claims, further comprising means for connection to at least one clinch area, and wherein the inlet and outlet openings for each cooling device are connected either in parallel or in series.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

shows a schematic representation of a liquid cooling system according to the invention.
shows the different areas of the liquid cooling system.

1 zeigt einen Querschnitt durch ein Batteriesystem für eine Antriebsbatterie eines batterieelektrischen Fahrzeugs, insbesondere eines Personenkraftwagens oder eines Pkw. Das Batteriesystem ist in einzelne Zellen oder Module 1 unterteilt, die auf einem Flüssigkeitskühlmodul angeordnet sind, das mindestens eine erfindungsgemäße Kühlvorrichtung 2 umfasst. Die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung umfasst mindestens zwei erfindungsgemäße Aluminiumlegierungsplatten, von denen die erste Platte eine wärmeleitende Verbindungsplatte 3 ist, die an mindestens eine Oberfläche der Batteriezelle oder -zellen oder -module angrenzt und mit dieser in direktem oder indirektem Kontakt steht, und eine Laufplatte 4, die strukturell mit der ersten Platte verbunden ist, um mindestens einen Flüssigkeitskanal 6 zwischen der Verbindungsplatte 3 und der Laufplatte 4 zu bilden. Die erfindungsgemäße Anschlussplatte und die erfindungsgemäße Laufplatte sind vorzugsweise durch eine Klebeschicht 5 zwischen beiden Platten strukturell miteinander verbunden. Zur Ausbildung ausgeprägter Kanäle wird vorzugsweise zumindest die Läuferplatte in die 3D-Form des oder der Strömungskanäle geprägt, gestanzt oder gezogen. 1 shows a cross section through a battery system for a drive battery of a battery-electric vehicle, in particular a passenger car or a car. The battery system is divided into individual cells or modules 1, which are arranged on a liquid cooling module that includes at least one cooling device 2 according to the invention. The cooling device according to the invention comprises at least two aluminum alloy plates according to the invention, of which the first plate is a thermally conductive connection plate 3, which is adjacent to at least one surface of the battery cell or cells or modules and is in direct or indirect contact with it, and a running plate 4, which structurally connected to the first plate to form at least one liquid passage 6 between the connecting plate 3 and the running plate 4. The connection plate according to the invention and the running plate according to the invention are preferably structurally connected to one another by an adhesive layer 5 between the two plates. In order to form pronounced channels, at least the rotor plate is preferably embossed, punched or drawn into the 3D shape of the flow channel or channels.

Die Anschlussplatte kann geprägt, gestanzt oder in eine 3D-Form gezogen sein, aber zumindest die Bereiche, die direkt oder indirekt mit der Batterie verbunden sind, sind vorzugsweise flach, um die Kontaktfläche zu maximieren. Alternativ kann die Platte auch mit einer Aussparung versehen werden, die an den Boden der Zellen angepasst ist.The terminal plate may be embossed, stamped or drawn into a 3D shape, but at least the areas directly or indirectly connected to the battery are preferably flat to maximize contact area. Alternatively, the plate can also be provided with a recess adapted to the bottom of the cells.

Optional kann eine verformbare, wärmeleitende, elektrisch isolierende Schicht 7 zwischen der oberen Anschlussplatte 3 und der Oberfläche der Batterie 1 angebracht werden. Es können z. B. weiche Silikonmatten mit keramischen Zusätzen oder eine gel- oder fettartige Lösung verwendet werden. Vorzugsweise eine Lösung, die geringe Unterschiede im Abstand zwischen den Batteriezellen und der Anschlussplatte ausgleicht.Optionally, a deformable, thermally conductive, electrically insulating layer 7 can be placed between the top terminal plate 3 and the battery 1 surface. It can e.g. B. soft silicone mats with ceramic additives or a gel or fat-like solution can be used. Preferably a solution that compensates for small differences in the distance between the battery cells and the connection plate.

Das Kühlsystem wird vorzugsweise auf einer Platte oder einem unteren Teil des Batteriekastens angebracht, um das Kühlsystem zu stützen. Das Kühlsystem kann mit mindestens einem Einlassstutzen und einem Auslassstutzen (nicht dargestellt) an den Kanal zum Einfüllen und Umwälzen des Kühlmittels angeschlossen werden. Vorzugsweise wird ein wärmeleitendes Kühlmittel, z. B. ein Glykol-Wasser-Gemisch, verwendet. An das Kühlsystem können weitere Geräte angeschlossen oder integriert werden, um den Durchfluss und/oder die Temperatur der Platte und/oder die Temperatur der Kühlflüssigkeit zu steuern und/oder zu regeln sowie um etwaige Schäden an der Platte zu überwachen.The cooling system is preferably mounted on a panel or lower part of the battery box to support the cooling system. The cooling system can be connected to the channel for filling and circulating the coolant with at least one inlet connection and one outlet connection (not shown). Preferably, a thermally conductive coolant, e.g. B. a glycol-water mixture used. Other devices may be connected or integrated into the cooling system to control and/or regulate the flow rate and/or the temperature of the disk and/or the temperature of the cooling liquid and to monitor any damage to the disk.

Die Kühlplatten können in den Batteriekasten integriert sein, auf, unter oder neben den Batteriezellen oder -modulen liegen.The cooling plates can be integrated into the battery box, lie on, under or next to the battery cells or modules.

zeigt eine Draufsicht auf das Kühlsystem. Die verschiedenen Bereiche einer erfindungsgemäßen Kühlplatte 2 sind angedeutet. Die beiden miteinander verbundenen Platten bilden eine Kühlplatte 2 mit einer maximalen Oberfläche bezogen auf die Oberfläche der Platten in einer Ebene. Der Bereich in dieser Ebene, in dem sich beide Platten berühren, wie in I. als Bereich A - in weiß - dargestellt, kann Teil der verbundenen Oberfläche A sein. Der Bereich B - in weiß - ist der Bereich, in dem die Platten nicht miteinander verbunden sind und die Form eines Strömungskanals 6 haben. Die Oberfläche dieses Bereichs wird als Kanaloberfläche bezeichnet. Im Prinzip liegt die Oberfläche in einer Ebene mit der Klebefläche. Der Klarheit halber wird die gesamte Fläche im Bereich A als Verbundfläche gemessen, kleine Bereiche oder Sicken, die entweder zur Bildung einer thermischen Verbindung oder einer zusätzlichen Clinch-Verbindung integriert sind, werden nicht von der gesamten Verbundfläche abgezogen. Mögliche Stellen, an denen eine Clinch-Verbindung angebracht werden könnte, sind mit einem Sternchen gekennzeichnet, insbesondere in der Biegung des Kanals oder an den Ecken könnte dies vorteilhaft sein. Die Clinch-Verbindung ersetzt nicht den Zusatzstoff zur Erzielung einer strukturellen Verklebung, sondern kann zusätzlich an Stellen verwendet werden, die anfälliger für mögliche Beschädigungen sind oder bekanntermaßen zuerst auslaufen, wie z. B. die Ecken. shows a plan view of the cooling system. The different areas of a cooling plate 2 according to the invention are indicated. The two plates connected together form a cooling plate 2 with a maximum surface area based on the surface area of the plates in one plane. The area in this plane where both plates touch, as shown in I. as area A - in white - may be part of the joined surface A. The area B - in white - is the area where the plates are not connected to each other and have the form of a flow channel 6. The surface of this area is called the channel surface. In principle, the surface is level with the adhesive surface. For clarity, the total area in area A is measured as the bonded area, small areas or beads integrated to form either a thermal bond or an additional clinch bond are not subtracted from the total bonded area. Possible places where a clinch connection could be applied are marked with an asterisk, especially in the bend of the duct or at the corners this could be advantageous. The clinch connection does not replace the additive used to achieve structural bonding, but can additionally be used in areas that are more susceptible to possible damage or are known to leak first, such as. B. the corners.

Die Verklammerung kann jedoch dazu verwendet werden, eine wärmeleitende Verbindung zwischen den beiden Platten herzustellen. Dies kann z. B. in einem Bereich geschehen, in dem die strukturelle Verbindungsfläche lokal größer ist als erforderlich, z. B. durch Einführung eines etwas breiteren Randes um den äußeren Rand der Platten.However, the clamp can be used to create a thermally conductive connection between the two plates. This can e.g. B. done in an area where the structural joint area is locally larger than required, e.g. B. by introducing a somewhat wider border around the outer edge of the plates.

In sind auch die Einlass- und Auslassbereiche der Kühlvorrichtung mit 6 und 7 angegeben. Die Einlass- und Auslassbereiche 6 und 7 sind etwas breiter als der Rest des Kanals und bilden in diesen Bereichen kleine Reservoirs.In the inlet and outlet areas of the cooling device are also indicated with 6 and 7. The inlet and outlet areas 6 and 7 are slightly wider than the rest of the channel and form small reservoirs in these areas.

Überraschenderweise ist es nun möglich, ein erfindungsgemäßes Kühlsystem herzustellen, das dem Innendruck der Kühlflüssigkeit und der Strömung standhält und ein zuverlässiges Kühlsystem bei insgesamt geringeren Produktionskosten und Ausrüstungsanforderungen bietet. Da außerdem der energieintensive Prozess - das Löten - der derzeitigen Praxis eliminiert werden kann, hat das Produkt einen kleineren CO₂ Fußabdruck.Surprisingly, it is now possible to manufacture a refrigeration system according to the invention which will withstand the internal pressure of the refrigeration liquid and the flow and provide a reliable refrigeration system with an overall lower production cost and equipment requirements. In addition, since the energy-intensive process - soldering - of current practice can be eliminated, the product has a smaller _carbon footprint.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

EP 1497053 [0020]

Claims

A cooling device for cooling a traction battery of a battery-powered electric vehicle, comprising at least two plates structurally connected to form a liquid-tight flow channel therebetween through which a coolant can flow, the flow channel being configured to have an inlet and an outlet opening for connection to a cooling circuit, characterized in that both plates are made of an aluminum alloy with a yield point of at least 30 MPa, preferably at least 50 MPa, and the two plates are structurally surfaced with an adhesive at least in the area adjacent to the flow channel connected to the surface.

cooling device after claim 1 wherein the aluminum alloy is a wrought alloy in which the major alloying element is at least one of manganese, magnesium, or a combination of magnesium and silicon.

cooling device after claim 1 or 2 , wherein the aluminum alloy is selected from the group of wrought alloys numbered 3XXX, 5XXX or 6XXX according to the aluminum alloy designation system, where X can be any number, preferably aluminum alloy 3003, 5754, 6016 or 6061, more preferably aluminum alloy 5754.

Cooling device according to one of the preceding claims, wherein the adhesive consists of an epoxy-based system, preferably a 2-component (2K) epoxy-based system, an acrylic-based system, preferably a methyl methacrylate-based system, or a polyurethane system or a silane-terminated polymer adhesive system or a polyurea adhesive system or a combination of the aforementioned curing systems.

Cooling device according to any one of the preceding claims, wherein the adhesive further comprises beads, preferably of an inert material, preferably glass or metal, preferably aluminum or stainless steel, to ensure substantially equal spacing between the plates.

Cooling device according to any one of the preceding claims, wherein the structural connection between the two plates has at least an overlap shear strength of 10 MPa at 80 ° C, measured according to DIN 1465 in conjunction with ISO 291.

Cooling device according to one of the preceding claims, wherein the plates have a thickness between 0.5 and 3 mm, preferably between 1.0 and 2.0 mm, and optionally both plates are of the same thickness at least in the areas of structural bonding.

Cooling device according to one of the preceding claims, wherein the adhesive layer is between 0.1 and 1 mm, preferably between 0.2 and 0.5 mm, thick.

A cooling device according to any one of the preceding claims, wherein at least one plate has stamped or stamped shapes which upon structural connection to the other plate form at least part of the flow channel.

Cooling device according to any one of the preceding claims, wherein the adhesive is arranged in a recess formed in at least one of the plates.

Cooling apparatus according to any one of the preceding claims, wherein at least one of the plates has a bead or rib formed in the surface so that the adhesive is retained during the joining of the plates and the coolant flows within the channel without substantially contacting the adhesive.

Cooling device according to any one of the preceding claims, wherein at least part of the area in surface contact is provided with a thermally conductive coating to enable thermal conduction between both plates.

Cooling device according to any one of the preceding claims, wherein at least one of the inlet and outlet openings opens into a reservoir having at least one hole through at least one of the plates, which is covered with a plug.

cooling device after Claim 13 wherein the spigot comprises a plasma treated composite material structurally bonded to at least one of the plates using at least one adhesive selected from an epoxy based system, preferably a 2 part (2K) epoxy system, an acrylic based system , preferably a system based on methyl methacrylate, or a polyurethane system, or a silane-terminated polymer adhesive, or a polyurea adhesive system, or a combination of the aforementioned adhesive systems.

cooling device after Claim 14 wherein the connector comprises a metal or composite material surface treated with a laser or flame activation or plasma treatment or primer structurally bonded to at least one of the panels using an adhesive comprised of at least one epoxy based system, preferably a two-part (2K) epoxy system, an acrylic based system, preferably a methyl methacrylate based system, or a polyurethane system, or a silane terminated polymer adhesive, or a polyurea adhesive system, or a combination of the aforementioned curing systems.

Cooling device according to one of the preceding claims, wherein at least one surface of at least one plate and/or other plate facing the coolant is completely coated with an anti-corrosion lacquer.

cooling device after Claim 16 , whereby the protective lacquer is only present in the area of the flow channels and the protective lacquer has been removed in the areas where the adhesive is applied, so that the aluminum surface is completely protected with either lacquer or adhesive in the fully assembled state of the plate.

Cooling module with at least two cooling devices, which have at least one flow channel according to one of the preceding claims, and which also have options for connection to at least one hinge area.

Battery system for a drive battery for a vehicle with at least one battery element and / or module, further comprising at least one cooling device or a cooling module according to one of the preceding claims, wherein the cooling device is at least in direct or indirect contact with the battery element, preferably indirectly via a heat conducting layer.