DE202010013776U1

DE202010013776U1 - Thermally conductive insulating pad

Info

Publication number: DE202010013776U1
Application number: DE202010013776U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-10-01
Filing date: 2010-10-01
Publication date: 2011-03-31
Anticipated expiration: 2020-10-02

Abstract

Thermisch leitfähiges Isolierkissen (1) zwischen Wärmequelle(n) (2) und Wärmesenke(n) (3) dadurch gekennzeichnet, dass das Kissen (1) eine elektrisch isolierende Außenhülle (4) aufweist, die mit einem Wärmeleitmaterial (5) gefüllt ist.Thermally conductive insulating pad (1) between heat source (s) (2) and heat sink (s) (3) characterized in that the pad (1) has an electrically insulating outer shell (4) which is filled with a heat conducting material (5).

Description

Im Wärmemanagement werden Wärmeübergänge üblicherweise durch ein- oder mehrschichtige Materialaufbauten als thermische Interface Materialien realisiert. Durch Mehrschichtigkeit werden eine bessere mechanische Stabilität und eine erhöhte elektrische Spannungsfestigkeit sowie redundante doppelt isolierte Systeme erreicht. Hierzu werden die unterschiedlichen Schichten eines Interface Materials entweder schon im Herstellungsprozess zueinander gebracht oder später auflaminiert. Die Lagen des Sandwichs sind an den Kanten jeweils offen.In thermal management, heat transfers are usually realized by single- or multi-layered material structures as thermal interface materials. Multilayering achieves better mechanical stability and increased electrical strength as well as redundant double insulated systems. For this purpose, the different layers of an interface material are either already brought to one another in the manufacturing process or laminated later. The layers of the sandwich are open at the edges.

Um hohe Toleranzen des mechanischen Aufbaus in einer Applikation auszugleichen und damit eine zuverlässige thermische Anbindung herzustellen, können lokal weitere Schichten hinzugenommen werden oder es werden mehrere unterschiedlich dicke Materialien eingesetzt oder einzelne Schichten werden stark komprimiert, was hohe Elastizitäten oder plastisches Verhalten der Materialien, sog. Gap Filler, voraussetzt. Andere vielfach angewandte Lösungswege sind der Verguss der Wärmequelle, die Verwendung dispensierbarer Elastomere oder die Verklebung von Wärmequelle und -senke.To compensate for high tolerances of the mechanical structure in an application and thus produce a reliable thermal connection, locally more layers can be added or several different thicknesses of materials are used or individual layers are highly compressed, resulting in high elasticity or plastic behavior of the materials, so-called. Gap filler, requires. Other widely used approaches include potting the heat source, using dispensable elastomers, or bonding heat source and sink.

Bei elektrischen Systemen u. a. bei Batteriesystemen in der Elektromobilität oder Ultra Caps stehen die zuverlässige elektrische Isolierung hoher Spannungen und die gleichzeitige Kühlung der Systeme an erster Stelle der Anforderungen.In electrical systems u. a. For electro-mobility or ultra-cap battery systems, reliable electrical insulation of high voltages and simultaneous cooling of the systems are paramount.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein thermisch leitfähiges Isolierkissen wobei das Kissen eine elektrisch isolierende Außenhülle aufweist, die mit einem Wärmeleitmaterial gefüllt ist. Dadurch dass durch die Außenhülle ein abgeschlossenes Kissen gebildet wird und die Außenhülle selber elektrisch isolierend ist, wird mindestens ein doppelt isolierendes System geschaffen. Dadurch können je nach Außenhüllendicke und -materialwahl hohe elektrische Durchschlagsfestigkeiten erreicht und die als doppelte Isolierung z. B. bei Batteriesystemen für Elektrofahrzeuge oder Ultra Caps in Antriebssystemen geforderte hohe Sicherheit erzielt werden. Gleichzeitig erfolgt je nach Wahl des Wärmeleitmaterials im Kissen ein guter thermischer Übergang. Die dichte Außenhülle sorgt dafür, dass kein Material entweichen kann. Abhängig von der Wahl des eingebrachten Wärmeleitmaterials kann die Wärmkapazität des Kissens eingestellt werden, womit das transiente Verhalten des Systems beeinflusst werden kann.The present invention relates to a thermally conductive insulating pad wherein the pad has an electrically insulating outer shell which is filled with a Wärmeleitmaterial. The fact that a closed cushion is formed by the outer shell and the outer shell itself is electrically insulating, at least one double-insulating system is created. As a result, depending on the outer shell thickness and material choice high electrical breakdown strengths can be achieved and as a double insulation z. B. in battery systems for electric vehicles or Ultra Caps in drive systems required high security can be achieved. At the same time takes place depending on the choice of the heat conducting material in the pillow a good thermal transition. The tight outer shell ensures that no material can escape. Depending on the choice of the introduced thermal conduction material, the heat capacity of the pad can be adjusted, which can influence the transient behavior of the system.

Ein verbesserter thermischer Übergang durch das Kissen wird dadurch geschaffen, dass auch die Außenhülle aus thermisch leitfähigem Material gebildet ist.An improved thermal transfer through the cushion is provided by the fact that the outer shell is formed of thermally conductive material.

Eine vorteilhaft als dehnbare Haut ausgebildete Außenhülle schmiegt sich gut an die Kontaktflächen einer oder mehrerer Wärmequellen und -senke(n) an und optimiert den Wärmeübergang. Die Anpassung an Unebenheiten und Rauhigkeiten der Kontaktbereiche wird durch die Dehnbarkeit der Haut unterstützt.An outer shell advantageously designed as a stretchable skin nestles snugly against the contact surfaces of one or more heat sources and sinks and optimizes the heat transfer. The adaptation to unevenness and roughness of the contact areas is supported by the extensibility of the skin.

In einer weiterführenden Ausführung ist das Wärmeleitmaterial im Kissen elektrisch isolierend. Dadurch, dass zusätzlich zu den beiden Seiten der Außenhülle das Kisseninnere ebenfalls elektrisch isolierend ist, werden sehr hohe elektrische Spannungsfestigkeiten erzielt.In a further embodiment, the heat conducting material in the cushion is electrically insulating. Characterized in that in addition to the two sides of the outer shell, the cushion interior is also electrically insulating, very high electrical voltage strengths are achieved.

Eine besondere Ausführungsvariante sieht vor, dass das Wärmeleitmaterial wärmespreizend wirkt und somit eine weitgehend homogene Wärmeverteilung im Kissen erzeugt wird. Dieses kann z. B. durch den gezielten Einsatz von hochwärmeleitenden Materialien wie Kupfer oder Grafit erfolgen.A particular embodiment provides that the heat conducting material acts to heat spreading and thus a largely homogeneous heat distribution is generated in the cushion. This can be z. B. by the targeted use of high thermal conductivity materials such as copper or graphite.

Eine weitere technische Verbesserung ergibt sich wenn das Wärmeleitmaterial als fließfähiger Compound in die Außenhülle des Kissens durch ein oder mehrere Öffnungen gepresst oder vergossen wird. Ein fließfähiger Compound kann auf einfache Weise durch Verpressung in die Außenhülle eingebracht werden. Beim Verpressvorgang verteilt sich das Material homogen und kann alle Kissenbereiche vollständig erreichen. Das Kissen expandiert und bildet sich unabhängig von den Spaltmaßen (dünn oder dick) gleichmäßig aus. Unter mechanischem Druck schmiegt es sich bei der Verpressung thermisch ideal und flächendeckend an die Kontaktoberflächen an. Somit werden alle unterschiedliche Spaltmaße z. B. zwischen Batteriezellen oder Kapazitäten und Kühlplatten ausgeglichen und alle Bauelemente toleranz- und lageunabhängig thermisch an den Kühlkörper gekoppelt.A further technical improvement results when the heat conduction material is pressed or potted as a flowable compound in the outer shell of the pad through one or more openings. A flowable compound can be easily introduced by compression in the outer shell. In the pressing process, the material is distributed homogeneously and can reach all cushion areas completely. The cushion expands and forms evenly, regardless of the gap dimensions (thin or thick). Under mechanical pressure, it adheres thermally ideally and comprehensively to the contact surfaces during pressing. Thus, all different gaps z. B. compensated between battery cells or capacities and cooling plates and all components coupled tolerance and position independent thermally to the heat sink.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsvariante sieht vor, dass das Wärmeleitmaterial im Kissen vulkanisiert. Durch Polymerisation des Füllmaterials wird erreicht, dass sich ein an die dreidimensionale Formgebung des Spaltes angepasstes und stabiles Kissen ausformt.A further advantageous embodiment provides that the heat-conducting material vulcanized in the pad. By polymerization of the filling material is achieved that forms a adapted to the three-dimensional shape of the gap and stable cushion.

Eine bevorzugte Variante ist dadurch gekennzeichnet, dass das füllende Wärmeleitmaterial nach der Vulkanisation elastisch ist. Die elastischen Rückstellkräfte sorgen für einen dauerhaften Kontakt. Dadurch kann das Kissen thermisch, mechanisch z. B. durch Vibration erzeugten Materialausdehnungen und Deformationen der Kontaktkörper, die sehr unterschiedlich sein können, folgen und den thermischen Kontakt sicher stellen.A preferred variant is characterized in that the filling Wärmeleitmaterial after vulcanization is elastic. The elastic restoring forces ensure a permanent contact. This allows the pillow thermally, mechanically z. B. caused by vibration material expansions and deformations of the contact body, which can be very different, follow and ensure the thermal contact.

Eine bevorzugte Ausführung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Außenhülle des Kissens eine Strukturgebung aufweist. Dadurch dass die Außenhülle z. B. durch Prägung, Versteifungen, Tiefziehen oder andere Verfahren eine Strukturgebung z. B. in Rasterform für den beispielhaften Einsatz bei Batteriefeldern erhält, kann das Wärmeleitmaterial im assemblierten Zustand von Wärmequelle und Wärmsenke gezielt in die Kontaktzonen fließen und führt dort zur Kissenexpansion, wo der thermische Kontakt stattfinden soll. In den thermisch nicht relevanten Bereichen kann das Kissen durch geringe lichte Räume der Außenhülle sehr dünn ausgeführt werden, wobei Durchbrüche oder Kanäle den Fluss des Wärmematerials sicherstellen. Indem Wärmeleitmaterial gezielt geführt zu den strukturierten Kissenbereichen geführt wird, werden außerdem die Menge des Wärmeleitmaterials optimiert und die Kosten deutlich reduziert. Die Zeit, um das Kissen aufzupumpen verringert sich durch das geringere Volumen.A preferred embodiment is characterized in that the outer shell of the pad has a structure. The fact that the outer shell z. B. by embossing, stiffening, thermoforming or other methods a structuring z. B. receives in grid form for the exemplary use in battery fields, the heat conducting material in the assembled state of the heat source and heat sink can flow specifically into the contact zones and leads there to the Kissenexpansion, where the thermal contact is to take place. In the thermally not relevant areas, the cushion can be made very thin by small clear spaces of the outer shell, with openings or channels ensure the flow of the heat material. By guiding heat-conducting material in a targeted manner to the structured cushion regions, the amount of heat-conducting material is also optimized and the costs significantly reduced. The time to inflate the pillow is reduced by the smaller volume.

Zeichnungdrawing

Ein Ausführungsbeispiel ist im Querschnitt in 1 dargestellt.An embodiment is in cross section in FIG 1 shown.

Das thermisch leitfähige Isolierkissen (1) führt Verlustwärme von zu kühlenden Bauelementen (2) z. B. von Batterie- oder Ultra Caps oder ganzen Bauelementfeldern durch seine elektrisch isolierende Außenhülle (4) und durch das füllende Wärmeleitmaterial (5) an einen oder mehrere Kühlkörper (3) ab und weist ein oder mehrere verschließbare Öffnungen (6) zur Verpressung bzw. zum Verguss des Wärmeleitmaterials (5) in die Außenhülle (4) auf wobei die Außenhülle (4) spezielle, z. B. eine rasterartige Strukturgebung (7) aufweisen kann.The thermally conductive insulating pad ( 1 ) dissipates heat loss from components to be cooled ( 2 ) z. B. of battery or Ultra Caps or whole device fields by its electrically insulating outer shell ( 4 ) and by the filling Wärmeleitmaterial ( 5 ) to one or more heat sinks ( 3 ) and has one or more closable openings ( 6 ) for pressing or for encapsulation of the heat conducting material ( 5 ) in the outer shell ( 4 ) on which the outer shell ( 4 ) special, z. B. a grid-like structure ( 7 ).

Claims

Thermally conductive insulating pad ( 1 ) between heat source (s) ( 2 ) and heat sink (s) ( 3 ) characterized in that the cushion ( 1 ) an electrically insulating outer shell ( 4 ), which with a heat conducting material ( 5 ) is filled.

Thermally conductive insulating pad ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the outer shell ( 4 ) is thermally conductive.

Thermally conductive insulating pad ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the outer shell ( 4 ) is designed as a stretchable outer skin.

Thermally conductive insulating pad ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the heat-conducting material ( 5 ) is electrically insulating.

Thermally conductive insulating pad ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the heat-conducting material ( 5 ) has a heat spreading effect.

Thermally conductive insulating pad ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the heat-conducting material ( 5 ) as a flowable compound through the outer shell ( 4 ) of the pillow ( 1 ) through one or more openings ( 6 ) is pressed or potted.

Thermally conductive insulating pad ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the heat-conducting material ( 5 ) in the pillow ( 1 ) vulcanized.

Thermally conductive insulating pad ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the heat-conducting material ( 5 ) is elastic after vulcanization.

Thermally conductive insulating pad ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the outer shell ( 4 ) of the pillow ( 1 ) a structuring ( 7 ) having.