DE202017103143U1 - Tempering element and electrochemical system - Google Patents

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Abstract

Temperierelement zur Temperierung von einer oder mehreren elektrochemischen Zellen mit einer flächigen Platte mit einem Temperierbereich zur Temperierung einer oder mehrerer der elektrochemischen Zellen, die von einem Temperiermittel durchströmbar ist, wobei die flächige Platte eine Oberschale, insbesondere zur Ausbildung eines Wärmekontakts mit den elektrochemischen Zellen, und eine Unterschale aufweist, die zumindest an ihrem umlaufenden Rand miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest im Temperierbereich die Oberschale der Platte zumindest bereichsweise eine erste Wärmeleitfähigkeit und die Unterschale zumindest bereichsweise eine zweite, von der ersten verschiedene geringere Wärmeleitfähigkeit aufweist.

Figure DE202017103143U1_0000
Temperierelement for temperature control of one or more electrochemical cells with a flat plate with a tempering for temperature control of one or more of the electrochemical cells, which is permeable by a temperature control, wherein the sheet-like plate an upper shell, in particular for forming a thermal contact with the electrochemical cells, and a lower shell, which are connected to each other at least at its peripheral edge, characterized in that at least in the tempering the upper shell of the plate at least partially has a first thermal conductivity and the lower shell at least partially a second, different from the first lower thermal conductivity.
Figure DE202017103143U1_0000

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Temperierelement zur Temperierung von einer oder mehreren elektrochemischen Zellen. Sie betrifft auch ein elektrochemisches System, das mit einem derartigen Temperierelement versehen ist. Erfindungsgemäße Temperierelemente werden insbesondere zum Temperieren, also Kühlen und/oder Heizen, von elektrochemischen Zellen wie Batterien oder Batteriepacks, insbesondere von Traktionsbatterien von Fahrzeugen eingesetzt. Die Temperierung kann dabei neben den eigentlichen elektrochemischen Zellen auch benachbart zu diesen angeordnete Bauteile umfassen, beispielsweise die zu den elektrochemischen Zellen gehörige Leistungselektronik.The present invention relates to a tempering for the temperature control of one or more electrochemical cells. It also relates to an electrochemical system provided with such a tempering element. Tempering elements according to the invention are used in particular for tempering, ie cooling and / or heating, electrochemical cells such as batteries or battery packs, in particular traction batteries of vehicles. In addition to the actual electrochemical cells, the temperature control may also include components arranged adjacent to them, for example the power electronics belonging to the electrochemical cells.

Die Temperierung von Batterien ist insbesondere bei Traktionsbatterien von Fahrzeugen erforderlich, da die Batteriekapazität stark von der Temperatur der Batterie abhängt und in diesem Zusammenhang insbesondere ein Unterkühlen der Batterie vermieden werden muss. Ein Überhitzen ist hingegen für die Lebenserwartung der Batterie sehr schädlich und muss aus diesem Grunde ebenfalls vermieden werden. Dies gilt vor allem bei Verwendung von Lithium-Ionen-Batterien, da diese besonders empfindlich auf Temperaturschwankungen reagieren.The temperature of batteries is particularly necessary for traction batteries of vehicles, since the battery capacity depends strongly on the temperature of the battery and in this context, in particular a subcooling of the battery must be avoided. Overheating, on the other hand, is very detrimental to the life expectancy of the battery and, for this reason, must also be avoided. This is especially true when using lithium-ion batteries, as they are particularly sensitive to temperature fluctuations.

Im Stand der Technik werden zur Temperierung von elektrochemischen Zellen daher Plattentemperierelemente eingesetzt. Diese bestehen gewöhnlich aus gut wärmeleitfähigen Materialien, insbesondere meistens Metallen wie Aluminium. Sie bestehen beispielsweise aus einem metallischen Monobauteil mit Verschlusselementen, das beispielsweise aus einem Metallstrang gepresst werden kann oder weisen beispielsweise eine Oberschale und eine Unterschale auf, die insbesondere geprägt sind. Diese werden dann verbunden, beispielsweise durch Löten oder Schweißen. Zwischen der Oberschale und der Unterschale ergibt sich dann ein Raum, in den Temperierflüssigkeit, insbesondere eine Kühlflüssigkeit/Heizflüssigkeit, eingeleitet werden kann. Derartige Plattentemperierelemente weisen einen guten Wärmeübergang von dem Plattentemperierelement zu den elektrochemischen Zellen auf.In the prior art, plate temperature control elements are therefore used for controlling the temperature of electrochemical cells. These usually consist of good thermal conductivity materials, in particular mostly metals such as aluminum. They consist for example of a metallic Monobauteil with closure elements that can be pressed for example from a metal strand or have, for example, an upper shell and a lower shell, which are particularly marked. These are then connected, for example by soldering or welding. Between the upper shell and the lower shell then results in a space in the thermal bath, in particular a cooling liquid / heating fluid, can be initiated. Such plate temperature control elements have a good heat transfer from the plate temperature control element to the electrochemical cells.

Die Plattentemperierelemente sind üblicherweise auf einer Seite eines Stapels elektrochemischer Zellen bzw. eines Batteriepacks aufgebracht und kühlen/heitzen mit einer ihrer Oberflächen, hier der Oberfläche der Oberschale, die elektrochemischen Zellen. Nachteilig ist nun, dass derartige Plattentemperierelemente auch auf der Oberfläche der Unterschale einen guten Wärmeübergang in die Umwelt aufweisen. Dies führt zu einem Energieverlust an die Umgebung (beim Heizen bzw. zu einem Energieeintrag aus der Umwelt beim Kühlen). Übliche Lösung hierfür ist, auf der freiliegenden Oberfläche der Unterschale eine zusätzliche Isolierung vorzusehen.The plate temperature control elements are usually applied to one side of a stack of electrochemical cells or a battery pack and cool / heitzen with one of their surfaces, here the surface of the upper shell, the electrochemical cells. The disadvantage is that such plate temperature control also have a good heat transfer into the environment on the surface of the lower shell. This leads to an energy loss to the environment (when heating or to an energy input from the environment when cooling). The usual solution for this is to provide additional insulation on the exposed surface of the lower shell.

Weiter besteht bei den Plattentemperierelementen des Stands der Technik das Problem, dass sowohl das Plattenmaterial als auch das Temperierfluid elektrisch leitend sind. Hieraus ergeben sich Risiken im Hinblick auf Kurzschlüsse. Aus diesem Grund wird heutzutage häufig ein elektrisch isolierender Kleber zur Verbindung des Temperierelements mit der mindestens einen elektrochemischen Zelle verwendet. Die entsprechenden Kleber setzen jedoch die Wärmeleitfähigkeit und damit den Temperaturübergang zwischen dem Plattentemperierelement und der mindestens einen elektrochemischen Zelle deutlich herab, so dass ein größerer Temperiermittelvolumenstrom und/oder ein deutlich größer dimensionierter Kühler benötigt werden.Further, in the plate temperature control elements of the prior art, there is a problem that both the plate material and the tempering fluid are electrically conductive. This results in risks with regard to short circuits. For this reason, nowadays an electrically insulating adhesive is often used to connect the tempering element to the at least one electrochemical cell. However, the corresponding adhesives significantly reduce the thermal conductivity and thus the temperature transition between the plate temperature control element and the at least one electrochemical cell, so that a larger temperature control volume flow and / or a much larger sized cooler are required.

Wesentlich ist für die Plattentemperierelemente weiterhin, dass nicht nur diese einen guten Wärmeübergang zwischen den Plattentemperierelementen und den zu temperierenden elektrochemischen Zellen aufweisen, sondern dass diese auch mechanisch stabil und schlagfest sind. Denn typischerweise werden diese Plattenelemente bei Fahrzeugtraktionsbatterien auf der Unterseite der Batterie angeordnet und bilden ggfs. einen Teil des Unterbodens des Fahrzeugs.It is also essential for the plate temperature control elements that not only these have a good heat transfer between the plate temperature control elements and the electrochemical cells to be tempered, but that they are also mechanically stable and impact resistant. Because typically these plate elements are arranged in the case of traction batteries on the underside of the battery and possibly form. Part of the underbody of the vehicle.

Es ist nun Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Temperierelement sowie ein elektrochemisches System zur Verfügung zu stellen, das die oben beschriebenen Probleme des Standes der Technik löst.It is an object of the present invention to provide a tempering element and an electrochemical system which solves the problems of the prior art described above.

Diese Aufgabe wird gelöst durch das Temperierelement nach Anspruch 1 sowie das elektrochemische System nach Anspruch 14. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Temperierelementes und des erfindungsgemäßen elektrochemischen Systems werden in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen gegeben.This object is achieved by the temperature control element according to claim 1 and the electrochemical system according to claim 14. Advantageous developments of the temperature control element according to the invention and the electrochemical system according to the invention are given in the respective dependent claims.

Das erfindungsgemäße Temperierelement dient der Temperierung einer oder mehrerer elektrochemischer Zellen. Es weist hierzu eine flächige Platte (Temperierplatte) mit einem Temperierbereich auf, der typischerweise den elektrochemischen Zellen gegenüberliegend anzuordnen bzw. mit diesen zu verbinden ist. Wie die Temperierplatten im Stand der Technik ist die Temperierplatte gemäß der vorliegenden Erfindung als flächige Platte ausgestaltet, die von einem Temperiermittel durchströmbar ist. Sie weist eine Oberschale und eine Unterschale auf, die an ihrem umlaufenden Rand miteinander verbunden sind und Hohlräume einschließen, durch die das Temperiermittel strömen kann.The tempering element according to the invention serves to temper one or more electrochemical cells. For this purpose, it has a flat plate (tempering plate) with a tempering region, which is typically to be arranged opposite the electrochemical cells or to be connected to them. Like the tempering plates in the prior art, the tempering plate according to the present invention is designed as a flat plate through which a temperature control medium can flow. It has an upper shell and a lower shell, which are connected to each other at their peripheral edge and include cavities through which the temperature control can flow.

Grundsätzlich wird als „Oberschale“ diejenige Seite der Temperierplatte bezeichnet, die den zu temperierenden elektrochemischen Zellen unmittelbar gegenüberliegt. Die „Unterschale“ bezeichnet diejenige Seite des Temperierelementes, die auf der den zu temperierenden elektrochemischen Zellen abgewandten Seite liegt. Beide Schalen sind üblicherweise flächig, jedoch nicht notwendigerweise eben ausgebildet. In principle, the "top shell" is the side of the tempering plate which is directly opposite the electrochemical cells to be tempered. The "lower shell" refers to that side of the tempering element which lies on the side facing away from the electrochemical cells to be tempered. Both shells are usually flat, but not necessarily flat.

Erfindungsgemäß sind die Oberschale der Platte und die Unterschale der Temperierplatte nun unterschiedlich ausgebildet. Die Oberschale weist zumindest im Temperierbereich, mit dem sie den elektrochemischen Zellen benachbart anzuordnen ist, zumindest bereichsweise eine erste Wärmeleitfähigkeit auf. Die Unterschale weist demgegenüber zumindest bereichsweise eine von der Oberschale verschiedene zweite Wärmeleitfähigkeit auf. Diese zweite Wärmeleitfähigkeit ist geringer als die erste Wärmeleitfähigkeit der Oberschale. Dies führt dazu, dass der Wärmeübergang von der Oberschale zu den elektrochemischen Zellen besser ist als der Wärmeübergang von der Unterschale zu dem der Unterschale benachbarten Bereich. Damit wird der Wärmeaustausch der Unterschale verglichen mit dem Wärmeaustausch der Oberschale verringert, so dass Wärme-/Kälteverluste der Unterschale verringert werden im Vergleich zum Wärmeübergang zwischen der Oberschale und den zu temperierenden elektrochemischen Zellen. Dies führt nicht nur zu einer verbesserten Effizienz der Temperierung, sondern auch zu einer schnelleren Temperierung der elektrochemischen Zellen.According to the invention, the upper shell of the plate and the lower shell of the tempering plate are now designed differently. The upper shell has, at least in regions in the tempering, with which it is to be arranged adjacent to the electrochemical cells, at least partially a first thermal conductivity. In contrast, the lower shell has, at least in regions, a second thermal conductivity that is different from the upper shell. This second thermal conductivity is lower than the first thermal conductivity of the upper shell. As a result, the heat transfer from the upper shell to the electrochemical cells is better than the heat transfer from the lower shell to the region adjacent to the lower shell. Thus, the heat exchange of the lower shell is reduced compared with the heat exchange of the upper shell, so that heat / cold losses of the lower shell can be reduced compared to the heat transfer between the upper shell and to be tempered electrochemical cells. This not only leads to an improved temperature control, but also to a more rapid temperature control of the electrochemical cells.

Durch die so verbesserte Temperierung der elektrochemischen Zellen werden nicht nur die Effizienz der Temperierung verbessert, sondern auch die Leistung der elektrochemischen Zellen, insbesondere ihre Kapazität schneller in den optimalen Bereich gebracht. Die verbesserte Kapazität der elektrochemischen Zellen aufgrund der verbesserten Temperierung führt in der Folge zu einer Reichweitenverlängerung beispielsweise einer Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs, bzw. zu der Möglichkeit eine elektrochemische Zelle geringerer Größe, z.B. eine kleinere Traktionsbatterie, einzusetzen und damit auch die Kosten und den Bauraum zu optimieren.The thus improved temperature control of the electrochemical cells not only improves the efficiency of the temperature control, but also brings the performance of the electrochemical cells, in particular their capacity, more quickly into the optimum range. The improved capacity of the electrochemical cells due to the improved tempering consequently leads to a range extension, for example of a traction battery of a motor vehicle, or to the possibility of a smaller size electrochemical cell, e.g. a smaller traction battery to use and thus also to optimize the cost and space.

Eine höhere erste Wärmeleitfähigkeit verglichen mit der zweiten Wärmeleitfähigkeit kann zum Einen erreicht werden, indem beispielsweise im Temperierbereich der Oberschale ein Material mit einem höheren Wärmeleitkoeffizienten bzw. einem geringeren Wärmeleitwiderstand und/oder eine dünnere Schichtdicke der Oberschale verwendet werden. Beide Faktoren, Materialdicke wie auch Wärmeleitkoeffizient/Wärmeleitwiderstand des Materials, fließen in die Wärmeleitfähigkeit ein.On the one hand, a higher first thermal conductivity compared to the second thermal conductivity can be achieved, for example, by using a material having a higher heat conduction coefficient or a lower heat conduction resistance and / or a thinner layer thickness of the upper shell in the tempering region of the upper shell. Both factors, material thickness as well as heat conduction coefficient / thermal resistance of the material, flow into the thermal conductivity.

Vorteilhafterweise ist der erste Wärmeleitkoeffizient größer als der zweite Wärmeleitkoeffizient, insbesondere mindestens dreimal so groß, vorteilhafterweise mindestens zehnmal, insbesondere mindestens 20mal so groß wie der zweite Wärmeleitkoeffizient. Dies führt zu einer hinreichend unterschiedlichen Wärmeleitfähigkeit der Oberschale der Temperierplatte im Temperierbereich gegenüber der Wärmeleitfähigkeit der Unterschale.Advantageously, the first heat conduction coefficient is greater than the second heat conduction coefficient, in particular at least three times, advantageously at least ten times, in particular at least 20 times as large as the second heat conduction coefficient. This leads to a sufficiently different thermal conductivity of the upper shell of the temperature control in the tempering compared to the thermal conductivity of the lower shell.

Der erste Wärmeleitkoeffizient beträgt dabei vorteilhafterweise ≥ 4 W/(m·K), vorteilhafterweise ≥ 8 W/(m·K).The first heat conduction coefficient is advantageously ≥ 4 W / (m · K), advantageously ≥ 8 W / (m · K).

Die vorbeschriebenen Eigenschaften bezüglich der Wärmeleitfähigkeit von Oberschale und Unterschale kann für die jeweilige Ober- bzw. Unterschale jeweils nur in einem Teilbereich, für die Oberschale insbesondere zumindest im Temperierbereich bereichsweise, oder auch jeweils vollflächig realisiert werden. Wesentlich ist insgesamt, dass der Wärmeübergang im Temperierbereich von der Oberschale zu zu temperierenden elektrochemischen Zellen gegenüber dem Wärmeübergang der Unterschale zu deren benachbarten Räumen/Bauteilen besser ist.The above-described properties with respect to the thermal conductivity of the upper shell and lower shell can be realized for the respective upper or lower shell in each case only in a partial region, for the upper shell in particular at least in the tempering region, or even over the entire surface. It is essential overall that the heat transfer in the tempering of the upper shell to be tempered electrochemical cells against the heat transfer of the lower shell to their adjacent spaces / components is better.

Als Materialien für die Unterschale und/oder die Oberschale eignen sich insbesondere Kunststoffe, vorteilhafterweise ein Polyamid (PA), insbesondere PA 4.6, PA 6, PA 6.6, PA 6.10, PA 6.12, PA 11, PA 12, und/oder ein Polyphthalamid (PPA), als Einzelmaterial oder als Blend aus mindestens einem der vorgenannten Materialien, ein Polycarbonat (PC), ein Polyetheretherketon (PEEK), ein Polypropylencarbonat (PPc), ein Polyphenylensulfid (PPS), ein Polypropylen Homopolymer (PPh) oder ein Polybutylenterephthalat (PBT). Insbesondere können Kunststoffe verwendet werden, die einen hohen Wärmeleitkoeffizienten bei geringer elektrischer Leitfähigkeit aufweisen. Vorteilhaft ist weiterhin, wenn Oberschale und Unterschale im Wesentlichen aus einem Kunststoff bestehen oder diesen enthalten, der aus demselben Basispolymer hergestellt wurde. In diesem Falle sind Oberschale und Unterschale besonders gut verbindbar, was weiterhin ermöglicht, auch komplexe Formgebungen zu realisieren.Particularly suitable as materials for the lower shell and / or the upper shell are plastics, advantageously a polyamide (PA), in particular PA 4.6, PA 6, PA 6.6, PA 6.10, PA 6.12, PA 11, PA 12, and / or a polyphthalamide ( PPA), as a single material or as a blend of at least one of the aforementioned materials, a polycarbonate (PC), a polyetheretherketone (PEEK), a polypropylene carbonate (PPc), a polyphenylene sulfide (PPS), a polypropylene homopolymer (PPh) or a polybutylene terephthalate (PBT ). In particular, plastics can be used which have a high thermal conductivity coefficient with low electrical conductivity. It is furthermore advantageous if the upper shell and lower shell essentially consist of or contain a plastic which was produced from the same base polymer. In this case, the upper shell and lower shell are particularly well connected, which also makes it possible to realize even complex shapes.

Dies ist insbesondere dann wesentlich, wenn die Oberschale und die Unterschale nicht in einer einzigen Ebene verlaufen, sondern sich beispielsweise an zu temperierende elektrochemische Zellen anschmiegen.This is particularly important if the upper shell and the lower shell do not run in a single plane, but cling, for example, to be tempered electrochemical cells.

Wird das Temperierelement aus Kunststoff hergestellt oder enthält es diesen, so sind vorteilhafte Verbindungstechniken möglich, wie beispielsweise Heißgasschweißen oder Laserschweißen. Weitere Verbindungstechniken sind Ultraschallschweißen und Kleben. Wird mindestens eine der Schalen, Unterschale und/oder Oberschale, zumindest bereichsweise transluzent für Laserlicht ausgebildet, so können die Unterschale und die Oberschale nicht nur an ihrem Außenrand miteinander über Laserschweißen verbunden werden, sondern auch zwischen ihren umlaufenden Rändern, z.B. im Bereich von Noppen oder Stegen. Dabei ist es besonders einfach, wenn genau eine der Schalen vollflächig transluzent ausgebildet ist und die andere der Schalen vollflächig absorbierend ausgebildet ist.If the tempering made of plastic or contains this, so advantageous bonding techniques are possible, such as hot gas welding or laser welding. Other joining techniques are ultrasonic welding and gluing. Will at least one of the shells, lower shell and / or upper shell, at least partially translucent formed for laser light, the lower shell and the upper shell can be connected not only at its outer edge to each other via laser welding, but also between their peripheral edges, for example in the range of knobs or webs. It is particularly easy when exactly one of the shells is formed translucent over the entire surface and the other of the shells is formed over the entire surface absorbent.

Um auch eine derartige Verbindung innerhalb der Ränder zu ermöglichen, können die der Innenseite der Temperierplatte zugewandte(n) Oberfläche(n) der Unterschale und/oder Oberschale hervorstehende Strukturen, wie beispielsweise Rippen oder Noppen oder dergleichen aufweisen. Werden diese Rippen oder Noppen oder andere Strukturen beidseitig vorgesehen, so können diese einander berührend verlaufen, so dass an den Berührungspunkten ein Verbinden der Oberschale mit der Unterschale möglich ist. Es ist auch möglich, nur einseitig derartige Strukturen vorzusehen. Ragen diese hinreichend hervor, so ist eine Verbindung mit der gegenüberliegenden Seite möglich. Derartige Strukturen können dazu dienen, den Fluss des Temperierfluides im Innenraum der Temperierplatte zu leiten. Derartige Leitelemente dienen dann nicht nur der möglichen Verbindung von Unterschale und Oberschale sondern auch dazu, den Fluss zu optimieren bezüglich Fließwiderstand/Fließvolumina in einzelnen Bereichen des Temperierelementes. Dadurch kann insgesamt eine einheitliche Temperierung über die gesamte Fläche des Temperierbereiches erzielt werden. Insbesondere bei aus Kunststoff hergestellten Schalen bietet sich hier die Möglichkeit, kostengünstig und bei großen Stückzahlen die Strömungsräume optimal zu gestalten, nicht nur durch Einbringen geeigneter Noppen und Rippen, sondern auch durch eine gezielte Gestaltung der Höhen der verschiedenen Abschnitte des Strömungsraumes. Hierdurch lässt sich einerseits die Effizienz der Temperierplatten selbst erhöhen und andererseits die Anforderung an eine das Temperierfluid transportierende Pumpe oder ein sonstiges Antriebselement reduzieren.In order also to allow such a connection within the edges, the surface (s) of the lower shell and / or upper shell facing the inside of the tempering plate may have protruding structures, such as, for example, ribs or knobs or the like. If these ribs or nubs or other structures are provided on both sides, then they can extend in contact with one another, so that connecting the upper shell to the lower shell is possible at the points of contact. It is also possible to provide such structures only on one side. If these protrude sufficiently, a connection with the opposite side is possible. Such structures can serve to direct the flow of tempering fluid in the interior of the temperature control. Such guide elements then serve not only the possible connection of lower shell and upper shell but also to optimize the flow with respect to flow resistance / flow volumes in individual areas of the tempering. As a result, a uniform tempering over the entire surface of the tempering can be achieved overall. In particular, made of plastic trays here offers the opportunity to make cost-effective and large quantities of the flow spaces optimally, not only by introducing suitable nubs and ribs, but also by a targeted design of the heights of the various sections of the flow space. As a result, on the one hand, the efficiency of the temperature control plates can be increased and, on the other hand, the requirement for a pump transporting the temperature control fluid or another drive element can be reduced.

Die Verwendung mindestens eines Thermoplasten zur Herstellung der Oberschale/Unterschale ist bevorzugt. Insbesondere gibt es thermisch leitfähige Thermoplaste, die vorteilhafterweise elektrisch nicht leitfähig sind. Ggfs. kann die thermische Leitfähigkeit durch die Additive verbessert werden, wie nachfolgend noch erläutert wird. Es ist jedoch auch möglich, elektrisch leitfähige Thermoplaste einzusetzen, die entsprechende thermische Leitfähigkeit aufweisen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn Oberschale und Unterschale eine vergleichbare elektrische Leitfähigkeit besitzen und dennoch erfindungsgemäß mit unterschiedlicher thermischer Leitfähigkeit versehen sind.The use of at least one thermoplastic for producing the upper shell / lower shell is preferred. In particular, there are thermally conductive thermoplastics which are advantageously electrically nonconductive. If necessary. the thermal conductivity can be improved by the additives, as will be explained below. However, it is also possible to use electrically conductive thermoplastics having the corresponding thermal conductivity. It is particularly advantageous if the upper shell and lower shell have a comparable electrical conductivity and are nevertheless provided according to the invention with different thermal conductivity.

Die Wärmeleitfähigkeit des verwendeten Materials kann weiterhin beeinflusst werden, indem beispielsweise geeignete Zuschläge zu den Materialien der Unter-/Oberschale hinzugefügt werden, beispielsweise Keramikpartikel und/oder -fasern, insbesondere aus Aluminiumoxid und/oder Berylliumoxid. Weiterhin kann die Wärmeleitfähigkeit des Materials auch durch die Porosität des verwendeten Materials eingestellt werden. Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn das Material eine kompakte Oberfläche aufweist, und die Zellstrukturen nur im Inneren des Materials vorhanden sind. So kann beispielsweise das zweite Material Poren mit Gaseinschlüssen enthalten, beispielsweise in Form eines geschäumten/zellulären Materials ausgebildet sein, so dass das zweite Material stärker wärmeisolierend als ein stofflich identisches, nicht-geschäumtes Material aber auch als das erste Material ist.The thermal conductivity of the material used can also be influenced, for example by adding suitable additives to the materials of the lower / upper shell, for example ceramic particles and / or fibers, in particular of aluminum oxide and / or beryllium oxide. Furthermore, the thermal conductivity of the material can also be adjusted by the porosity of the material used. It is particularly preferred if the material has a compact surface, and the cell structures are present only in the interior of the material. Thus, for example, the second material may contain pores with gas inclusions, for example in the form of a foamed / cellular material, so that the second material is more heat-insulating than a materially identical, non-foamed material but also as the first material.

Mittels der Möglichkeiten zur Einstellung der Wärmeleitfähigkeit des Materials kann dann weiterhin auch die mechanische Steifigkeit der Oberschale bzw. Unterschale eingestellt werden. So führt beispielsweise eine größere Materialdicke der Unterschale gegenüber der Oberschale üblicherweise zugleich zu einer größeren Steifigkeit der Unterschale gegenüber der Oberschale. Auch die vorbeschriebenen Strukturen, wie beispielsweise Rippen oder Noppen können dazu dienen, die Gesamtsteifigkeit des Temperierelementes zu erhöhen.By means of the possibilities for adjusting the thermal conductivity of the material, the mechanical rigidity of the upper shell or lower shell can then also be set. For example, a greater material thickness of the lower shell compared to the upper shell usually also leads at the same time to a greater rigidity of the lower shell relative to the upper shell. Also, the structures described above, such as ribs or nubs can serve to increase the overall stiffness of the tempering.

Nicht zuletzt hat eine höhere Materialdicke der Unterschale oder eine Aussteifung der Temperierplatte (innerhalb der Platte und/oder auch auf einer oder beiden Außenseiten der Platte) auch den Vorteil, dass die Widerstandsfähigkeit der Unterschale, beispielsweise gegen Schläge oder Verwindungen, erhöht wird. Das Temperierelement kann daher ohne Verlust an Temperierfähigkeit zugleich als Teil des Schutzelementes für die elektrochemischen Zellen, beispielsweise als Teil des Unterbodens eines Kraftfahrzeuges, ausgebildet werden.Last but not least, a higher material thickness of the lower shell or a stiffening of the tempering plate (within the plate and / or on one or both outer sides of the plate) also has the advantage that the resistance of the lower shell, for example against impacts or twisting, is increased. The tempering can therefore at the same time without loss of temperability as part of the protective element for the electrochemical cells, for example as part of the underbody of a motor vehicle, are formed.

Das Temperierelement muss nicht notwendigerweise aus genau einer Unterschale und einer Oberschale bestehen. Beispielsweise ist es auch möglich, eine Schale auf einer Seite mit mehreren Schalen auf der anderen Seite zu kombinieren, beispielsweise eine Unterschale mit mehreren Oberschalen.The tempering element does not necessarily have to consist of exactly one lower shell and one upper shell. For example, it is also possible to combine a shell on one side with several shells on the other side, for example a lower shell with several upper shells.

Die erfindungsgemäßen Temperierelemente weisen eine große Zahl weiterer Vorteile auf. So ist beispielsweise das Einbetten von Sensoren für die Überwachung der Strömung oder des Drucks des Temperierfluids oder der Temperatur einer bestimmten Stelle des Temperierelementes oder des Temperierfluids ohne weiteres leicht und günstig möglich.The temperature control elements according to the invention have a large number of further advantages. For example, the embedding of sensors for monitoring the flow or the pressure of the tempering or the temperature of a certain point of the tempering or the tempering easily and easily possible.

Auch die Integration von Anschlüssen für die Zuführung und Abführung des Temperierfluids ist bei den erfindungsgemäßen Temperierelementen, insbesondere wenn diese aus Kunststoff hergestellt sind oder diesen enthalten, leicht möglich. Diese können beispielsweise unmittelbar mit der Oberschale und/oder Unterschale einstückig hergestellt oder auch nachträglich angebracht werden. The integration of connections for the supply and removal of the tempering fluid is easily possible in the tempering elements according to the invention, especially if they are made of plastic or containing them. These can for example be made in one piece directly with the upper shell and / or lower shell or attached later.

Weiterhin kann die Geometrie des Temperierelementes leicht optimiert werden, insbesondere im Hinblick auf das thermische Verhalten oder das hydrodynamische Verhalten des Temperierelementes. Wie oben beschrieben kann eine gezielte Temperierfluidführung realisiert werden. Weiterhin kann durch das erfindungsgemäße Temperierelement die Führung des Temperierfluids entdrosselt werden, wodurch eine verbesserte Gesamteffizienz der Temperierung, insbesondere durch eine reduzierte Pumpenleistung zur Durchführung des Temperierfluids durch das Temperierelement, möglich wird.Furthermore, the geometry of the tempering can be easily optimized, especially with regard to the thermal behavior or the hydrodynamic behavior of the tempering. As described above, a targeted Temperierfluidführung can be realized. Furthermore, can be dethrottled by the tempering according to the invention, the leadership of Temperierfluids, whereby an improved overall efficiency of the temperature, in particular by a reduced pump power to carry out the Temperierfluids by the tempering, is possible.

Unterschale und/oder Oberschale müssen jeweils nicht zwingend homogen und/oder einstückig hergestellt sein. Es ist beispielsweise auch möglich, ein Laminat zur Herstellung der Oberschale und/oder der Unterschale zu verwenden. Das Laminat muss dabei nicht über die gesamte Flächenerstreckung der betreffenden Schale reichen. Ebenso ist es möglich, Abschnitte der Unter- und/oder Oberschale getrennt herzustellen und anschließend miteinander zu fügen.The lower shell and / or upper shell need not necessarily be produced homogeneously and / or in one piece. For example, it is also possible to use a laminate for producing the upper shell and / or the lower shell. The laminate does not have to extend over the entire surface extension of the shell in question. It is also possible to produce sections of the lower and / or upper shell separately and then to join together.

Das erfindungsgemäße elektrochemische System enthält ein derartiges erfindungsgemäßes Temperierelement sowie die durch diese zu temperierende elektrochemische Zelle bzw. einen Verbund von durch diese zu temperierenden elektrochemischen Zellen. Die Oberschale der Temperierplatte ist dabei zumindest abschnittweise, zumindest im Temperierbereich bereichsweise oder auch vollflächig auf einer Seite oder sonstigen Oberfläche mindestens einer der elektrochemischen Zellen angeordnet, so dass ein guter Wärmeübergang zwischen dem Temperierbereich und den elektrochemischen Zellen gegeben ist. Zwischen der Platte und den elektrochemischen Zellen bzw. dem Verbund elektrochemischer Zelle kann eine Ausgleichsmasse oder ein Kleber vorgesehen sein. Derartige Massen können pastös aufgetragen werden, so dass sie keine signifikanten Lufteinschlüsse aufweisen. Derartige Massen dienen insbesondere der Verbesserung des Wärmeübertritts von der Platte zu den elektrochemischen Zellen bzw. dem Verbund elektrochemischer Zellen. Die Ausgleichsmasse kann daher auch als Wärmeleitpaste ausgebildet sein.The electrochemical system according to the invention contains such a tempering element according to the invention and the electrochemical cell to be tempered by the same or a composite of electrochemical cells to be tempered by the latter. The upper shell of the tempering plate is arranged at least in sections, at least in the tempering region or even over the entire surface on one side or other surface of at least one of the electrochemical cells, so that a good heat transfer between the tempering and the electrochemical cells is given. Between the plate and the electrochemical cells or the composite electrochemical cell, a leveling compound or an adhesive may be provided. Such compositions can be applied pasty, so that they have no significant air pockets. In particular, such compositions serve to improve the heat transfer from the plate to the electrochemical cells or the composite of electrochemical cells. The balancing mass can therefore be formed as a thermal paste.

Die zwischen der Platte und der mindestens einen elektrochemischen Zelle aufgetragene Masse muss dabei nicht zwingend ausgehärtet werden, es können jedoch auch aushärtbare und ggfs. anschließend ausgehärtete Materialien eingesetzt werden.The mass applied between the plate and the at least one electrochemical cell does not necessarily have to be cured, but it is also possible to use curable and, if appropriate, subsequently cured materials.

Es können hierbei sowohl elektrisch isolierende als auch elektrisch leitfähige Massen bzw. Kleber eingesetzt werden. Die elektrisch leitfähigen Massen bzw. Kleber bieten dabei üblicherweise den Vorteil größerer thermischer Leitfähigkeit und verbessern so die Temperierwirkung für die mindestens eine elektrochemische Zelle.In this case, both electrically insulating and electrically conductive masses or adhesives can be used. The electrically conductive masses or adhesives usually offer the advantage of greater thermal conductivity and thus improve the tempering effect for the at least one electrochemical cell.

Im Folgenden werden einige Beispiele erfindungsgemäßer Temperierelemente gegeben. Dabei bezeichnen gleiche oder ähnliche Bezugszeichen in sämtlichen Figuren gleiche oder ähnliche Elemente, so dass deren Beschreibung nicht immer wiederholt wird. In den nachfolgenden Beispielen werden jeweils Temperierelemente mit einer Vielzahl von zwingenden und optionalen Merkmalen dargestellt. Zur Weiterbildung der vorliegenden Erfindung können dabei auch einzelne Merkmale eines einzelnen Beispiels oder auch beliebige Kombinationen von Merkmalen eines Beispiels oder auch beliebige Kombinationen von Merkmalen verschiedener Beispiele eingesetzt werden.In the following, some examples of tempering elements according to the invention are given. Here, the same or similar reference numerals in all figures designate the same or similar elements, so that their description is not always repeated. In the following examples, tempering elements with a plurality of mandatory and optional features are shown. For further development of the present invention, it is also possible to use individual features of a single example or also any desired combinations of features of an example or also any desired combinations of features of different examples.

Es zeigenShow it

  • 1 und 2 ein erfindungsgemäßes elektrochemisches System; 1 and 2 an electrochemical system according to the invention;
  • 3 einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Temperierelements; 3 a detail of a tempering element according to the invention;
  • 4 einen Ausschnitt eines weiteren erfindungsgemäßen Temperierelements; 4 a section of another temperature control element according to the invention;
  • 5 und 6 ein weiteres erfindungsgemäßes Temperierelement in vereinfachter Darstellung; 5 and 6 another inventive tempering in a simplified representation;
  • 7 ein weiteres erfindungsgemäßes Temperierelement; 7 another tempering element according to the invention;
  • 8 eine Schale eines weiteren erfindungsgemäßen Temperierelements; 8th a shell of a further tempering element according to the invention;
  • 9 ein weiteres erfindungsgemäßes Temperierelement in Aufsicht. 9 another inventive tempering in supervision.

1 zeigt ein elektrochemisches System 1 mit einem Verbund von elektrochemischen Zellen 2, beispielsweise einer Traktionsbatterie eines Fahrzeugs. Auf der Unterseite des Verbunds an elektrochemischen Zellen 2 ist ein Temperierelement 3 angeordnet. Dieses wird durch ein Fluid durchströmt, das über einen Stutzen 6 dem Temperierelement 3 zugeleitet und über einen Anschlussstutzen 7 aus dem Temperierelement 3 wieder abgeleitet wird. 1 shows an electrochemical system 1 with a composite of electrochemical cells 2 , For example, a traction battery of a vehicle. On the bottom of the composite of electrochemical cells 2 is a tempering element 3 arranged. This is traversed by a fluid, which via a connecting piece 6 the tempering 3 fed and via a connecting piece 7 from the tempering 3 is derived again.

In 1 sind der Verbund 2 und das Temperierelement 3 getrennt voneinander dargestellt mit einem Zwischenraum dazwischen. Zur endgültigen Montage wird der Verbund 2 auf das Temperierelement 3 aufgesetzt, beispielsweise auch mit diesem verklebt. Zur Verbindung können weitere, hier nicht dargestellte Elemente verwendet werden.In 1 are the composite 2 and the tempering 3 shown separated from each other with a space in between. To the final Assembly becomes the composite 2 on the tempering 3 put on, for example, also glued to this. To connect other, not shown here elements can be used.

Die Darstellung der 1 lässt drei Seitenflächen 16a, 16b, 16c sowie eine Oberfläche 12 des Temperierelementes 3 erkennen. Die Oberfläche 12 ist eine Oberfläche der Oberschale des Temperierelementes 3.The presentation of the 1 leaves three side surfaces 16a . 16b . 16c as well as a surface 12 of the tempering 3 detect. The surface 12 is a surface of the upper shell of the tempering 3 ,

2 zeigt die Anordnung des elektrochemischen Systems 1 in Seitenansicht im montierten Zustand. Das Temperierelement 3 des elektrochemischen Systems 1 weist eine Oberschale 4 und eine Unterschale 5 auf mit Seitenflächen 16 bzw. 17. Die Unterschale weist eine Unterseite 13 auf, während die Oberschale 4 eine obere Fläche 12 aufweist. Der Verbund 2 von elektrochemischen Zellen ist nunmehr auf die Oberseite 12 der Oberschale 4 aufgebracht unter Zwischenschaltung einer Wärmeleitpaste/Ausgleichsmasse/Kleber 11. Die Oberschale weist nun eine Oberseite im Kontakt zu dem Verbund 2 auf. Die Oberschale besteht aus mit Al2O3 dotiertem glasfaserverstärktem PA 6.6 mit einer Dicke von 2,6 mm im Randbereich und einem Wärmeleitkoeffizienten von 6 W/(m . K). Die entsprechenden Werte für die Unterschale 5 sind glasfaserverstärktes PA 6.6 ohne Dotierung als Material, das abschnittsweise als zelluläres Material mit einer kompakten Randschicht ausgeführt ist, mit einer vergleichbaren Dicke im Randbereich und einem Wärmeleitkoeffizienten von 0,3 W/(m . K). 2 shows the arrangement of the electrochemical system 1 in side view in the assembled state. The tempering element 3 of the electrochemical system 1 has an upper shell 4 and a lower shell 5 on with side surfaces 16 respectively. 17 , The lower shell has a bottom 13 on while the top shell 4 an upper surface 12 having. The composite 2 of electrochemical cells is now on top 12 the upper shell 4 applied with the interposition of a thermal paste / leveling compound / adhesive 11 , The upper shell now has an upper side in contact with the composite 2 on. The upper shell consists of Al 2 O 3 doped glass fiber reinforced PA 6.6 with a thickness of 2.6 mm in the edge area and a thermal conductivity coefficient of 6 W / (m.K). The corresponding values for the lower shell 5 are glass fiber reinforced PA 6.6 without doping as a material, which is made in sections as a cellular material with a compact surface layer, with a comparable thickness in the edge region and a coefficient of thermal conductivity of 0.3 W / (m.K).

3 zeigt ein weiteres Beispiel eines Ausschnitts eines Temperierelementes 3, wobei hier die im Inneren des Temperierelementes 3 liegenden Durchflussbereiche 9a, ..., 9d in halbtransparenter Darstellung gezeigt sind. Auf die Darstellung des Fügebereichs zwischen Ober- und Unterschale wurde hier verzichtet. Im Durchflussbereich 9c ist ein Sensor 25 angebracht, der der Messung der Temperatur und des Druckes der Temperierflüssigkeit dient. 3 shows a further example of a section of a tempering 3 , in which case the inside of the tempering 3 lying flow areas 9a , ..., 9d shown in semi-transparent representation. On the representation of the joining area between upper and lower shell was omitted here. In the flow area 9c is a sensor 25 attached, which serves to measure the temperature and the pressure of the bath liquid.

4 zeigt einen Ausschnitt eines weiteren Temperierelementes ähnlich demjenigen in 3 im Querschnitt. Im Unterschied zu 3 sind nunmehr nicht vier Durchflussbereiche 9a, ..., 9d vorgesehen, sondern insgesamt acht Durchflussbereiche 9a, ..., 9h. Zudem ist die Oberschale 4 nicht aus einem einzigen Material aufgebaut, sondern eine extrudierte Folie aus PA 6.6 ist auf einen spritzgegossenen Körper aus PA 6.10 auflaminiert. Beide Polyamidmaterialien sind faserverstärkt und zur Verbesserung der thermischen Leitfähigkeit mit BeO dotiert. Die Kombination der Materialien wird gewählt, da PA 6.10 deutliche Vorteile bezüglich seiner Kühlmittelbeständigkeit aufweist, jedoch wesentlich teurer ist als PA 6.6. Die Unterschale besteht aus faserverstärktem PA 6.10 ohne Dotierung. Das Bezugszeichen 29 kennzeichnet die Ebene, in der die beiden Schalen 4, 5, miteinander verbunden sind, beispielsweise mittels Ultraschallschweißens. 4 shows a section of another tempering similar to that in 3 in cross section. In contrast to 3 are now not four flow ranges 9a , ..., 9d but a total of eight flow ranges 9a , ..., 9h , In addition, the upper shell 4 not built from a single material, but an extruded film of PA 6.6 is on an injection-molded body of PA 6.10 laminated. Both polyamide materials are fiber-reinforced and doped with BeO to improve their thermal conductivity. The combination of materials is chosen because PA 6.10 has significant advantages in terms of its coolant resistance, but is much more expensive than PA 6.6 , The lower shell is made of fiber reinforced PA 6.10 without doping. The reference number 29 marks the plane in which the two shells 4 . 5 , are interconnected, for example by means of ultrasonic welding.

5 zeigt ein weiteres Temperierelement in Explosionsdarstellung, allerdings in vereinfachter Form ohne Darstellung der Anschlussbereiche. Dieses Temperierelement 3 weist eine flächige Temperierplatte auf mit einer Oberschale 4 mit einer Oberfläche 12 und Seitenflächen 14a, 14b. Weiterhin weist es eine Unterschale 5 mit einer Unterseite 13 und Seitenflächen 15a, 15b auf. Innerhalb der Unterschale 3 befindet sich ein Freiraum 9 als Durchflussbereich für das Fluid. Dieser Durchflussbereich 9 ist unterbrochen durch Noppen 20a, die in den Durchflussbereich 9 vorstehen und in ihrer Höhe mit dem Rand der Unterschale 5 abschließend ausgebildet sind. Nicht dargestellt ist die innere Ausgestaltung der Oberschale 4. Diese ist jedoch in gleicher Weise mit einem Durchflussbereich und entsprechenden Noppen versehen. Beim Zusammenbau von Oberschale 4 und Unterschale 5 treffen nun die Oberflächen der Noppen der Oberschale 4 und der Unterschale 5 aufeinander. Sie können ebenso wie der umlaufende Rand 19, 19' um die Unterschale 5 und die Oberschale 4 miteinander beispielsweise durch Heißgasschweißen, Ultraschallschweißen oder auch durch Kleben miteinander verbunden werden. Ist eine der Schalen 4 oder 5 für Laserlicht transluzent oder transparent ausgebildet, so können auch Verfahren wie Laserschweißen zum Verbinden im Inneren der Temperierplatte zum Einsatz kommen. 5 shows another tempering in an exploded view, but in a simplified form without showing the connection areas. This tempering element 3 has a flat tempering plate with an upper shell 4 with a surface 12 and side surfaces 14a . 14b , Furthermore, it has a lower shell 5 with a bottom 13 and side surfaces 15a . 15b on. Inside the lower shell 3 there is a free space 9 as the flow area for the fluid. This flow range 9 is interrupted by pimples 20a in the flow area 9 protrude and in height with the edge of the lower shell 5 are finally formed. Not shown is the inner configuration of the upper shell 4 , However, this is provided in the same way with a flow area and corresponding nubs. When assembling upper shell 4 and lower shell 5 now hit the surfaces of the nubs of the upper shell 4 and the lower shell 5 each other. You can as well as the circumferential edge 19 . 19 ' around the lower shell 5 and the upper shell 4 be joined together, for example by hot gas welding, ultrasonic welding or by gluing together. Is one of the shells 4 or 5 For translucent or transparent laser light, so methods such as laser welding for connection in the interior of the temperature control can be used.

Die Noppen 20a und die entsprechenden Noppen in der Oberschale 4 dienen dabei der Regelung des Durchflusses (Geschwindigkeit, Volumina etc.) durch den Durchflussbereich 9, der Aussteifung des Temperierelementes 3 und der Verbindung von Oberschale 4 mit Unterschale 5.The pimples 20a and the corresponding pimples in the upper shell 4 serve to regulate the flow (speed, volumes, etc.) through the flow range 9 , the stiffening of the tempering 3 and the connection of the upper shell 4 with lower shell 5 ,

Die Oberschale besteht hier aus mit Al2O3 dotiertem glasfaserverstärktem PA 6.4 mit einer Dicke von 3,5 mm im Randbereich und 1,8 mm zwischen den Noppen. Das Material weist einen Wärmeleitkoeffizienten von 5 W/(m · K) auf. Die Unterschale besteht hier aus glasfaserverstärktem PA 6.4. ohne Dotierung mit vergleichbarer Dicke. Der Wärmeleitkoeffizient des Materials beträgt 0,3 W/(m · K).The upper shell here consists of Al 2 O 3 doped glass fiber reinforced PA 6.4 with a thickness of 3.5 mm in the edge area and 1.8 mm between the pimples. The material has a heat conduction coefficient of 5 W / (m · K). The lower shell consists of glass-fiber-reinforced PA 6.4 , without doping with comparable thickness. The thermal conductivity of the material is 0.3 W / (m · K).

6 zeigt einen Querschnitt durch das Temperierelement 3 der 5 längs der mittleren Noppenreihe von links nach rechts in 5. Zwischen den aufeinanderliegenden Noppen 20a, 20a' der Unterschale 5 bzw. der Oberschale 4 sowie entsprechend der weiteren Noppen 20b, 20b', ... (nicht sämtliche Noppen sind in 6 mit Bezugszeichen versehen) sind Oberschale 4 und Unterschale 5 miteinander wie beschrieben verbunden. Es ergeben sich dadurch die beschriebenen Freiräume 9 zwischen den jeweiligen Noppenpaaren. Die Fügeebene ist wiederum mit 29 gekennzeichnet. 6 shows a cross section through the tempering 3 of the 5 along the middle row of nubs from left to right in 5 , Between the stacked pimples 20a . 20a ' the lower shell 5 or the upper shell 4 and according to the other pimples 20b . 20b ' , ... (not all nubs are in 6 provided with reference numerals) are upper shell 4 and lower shell 5 connected together as described. This results in the described free spaces 9 between the respective pairs of nubs. The joining plane is again marked with 29.

7 zeigt in Teilbildern A und B jeweils eine Oberschale 4 und eine Unterschale 5 eines weiteren Temperierelementes. Dabei sind jeweils die im verbauten Zustand aufeinander liegenden Oberflächen 19, 19' der Oberschale 4 und der Unterschale 5 dargestellt. Durch die Gestaltung von Rippen 20a, 20b, 20a', 20b', ... ergibt sich ein mäandrierender Fließweg 9 für das Temperierfluid. In diesem Fließweg sind in der Oberschale 4 weiterhin ein Anschluss 6 für den Zulauf des Temperierfluids und ein Anschluss 7 für die Abführung des Temperierfluids vorgesehen. 7 shows in sub-images A and B each have an upper shell 4 and a lower shell 5 another tempering. In each case, the superposed in the installed state surfaces 19 . 19 ' the upper shell 4 and the lower shell 5 shown. By the design of ribs 20a . 20b . 20a ' . 20b ' , ... results in a meandering flow path 9 for the tempering fluid. In this flow path are in the upper shell 4 continue a connection 6 for the inlet of the tempering fluid and a connection 7 provided for the removal of the tempering.

8 zeigt die Oberfläche 19 einer Oberschale eines erfindungsgemäßen Temperierelementes ähnlich denjenigen in 7, wobei die gezeigte Oberfläche im verbundenen Zustand auf der Unterschale zu liegen kommt. Durch andere Gestaltung der Rippen ist der Fließweg 9 nunmehr ebenfalls anders gestaltet, so dass die Temperierleistung der Oberschale 4 gezielt durch die Gestaltung des Fließweges 9 beeinflusst wird. Es sind wiederum Anschlüsse 6 und 7 für die Zufuhr und die Ableitung von Temperierfluid vorgesehen. 8th shows the surface 19 an upper shell of a tempering element according to the invention similar to those in 7 , wherein the surface shown comes to rest on the lower shell in the connected state. By other design of the ribs is the flow path 9 now also designed differently, so that the tempering of the upper shell 4 targeted by the design of the flow path 9 being affected. There are connections again 6 and 7 provided for the supply and the discharge of tempering fluid.

9 zeigt nun eine Aufsicht auf die Oberseite 12 einer Oberschale 4 eines erfindungsgemäßen Temperierelementes 3. In dieser Oberschale 12 sind Anschlussbereiche 6 und 7 für die Zuführung und Ableitung von Temperierfluid vorgesehen. Weiterhin weist die Oberschale 12 einen Temperierbereich 10 auf, der der Temperierung auf dem Temperierbereich angeordneter elektrochemischer Zellen dient. Dieser Temperierbereich 10 ist bezüglich seiner Wärmeleitfähigkeit, beispielsweise seiner Dicke, seiner Strukturierung des verwendeten Materials etc. anders ausgestaltet als der ihn umgebende Bereich der Oberschale 4. Insbesondere muss in diesem Temperierbereich eine hohe Wärmeübertragung an benachbart angeordnete elektrochemische Zellen gewährleistet sein. Dies wird durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung dieses Temperierbereiches 10 erreicht. 9 now shows a top view 12 an upper shell 4 a tempering element according to the invention 3 , In this upper shell 12 are connection areas 6 and 7 provided for the supply and discharge of tempering fluid. Furthermore, the upper shell 12 a tempering area 10 on, which serves for the temperature control on the tempering arranged electrochemical cells. This temperature range 10 With respect to its thermal conductivity, for example, its thickness, its structuring of the material used, etc. designed differently than the surrounding area of the upper shell 4 , In particular, a high heat transfer to adjacently arranged electrochemical cells must be ensured in this tempering region. This is due to the inventive design of this tempering 10 reached.

Claims (17)

Temperierelement zur Temperierung von einer oder mehreren elektrochemischen Zellen mit einer flächigen Platte mit einem Temperierbereich zur Temperierung einer oder mehrerer der elektrochemischen Zellen, die von einem Temperiermittel durchströmbar ist, wobei die flächige Platte eine Oberschale, insbesondere zur Ausbildung eines Wärmekontakts mit den elektrochemischen Zellen, und eine Unterschale aufweist, die zumindest an ihrem umlaufenden Rand miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest im Temperierbereich die Oberschale der Platte zumindest bereichsweise eine erste Wärmeleitfähigkeit und die Unterschale zumindest bereichsweise eine zweite, von der ersten verschiedene geringere Wärmeleitfähigkeit aufweist.Temperierelement for temperature control of one or more electrochemical cells with a flat plate with a tempering for temperature control of one or more of the electrochemical cells, which is permeable by a temperature control, wherein the sheet-like plate an upper shell, in particular for forming a thermal contact with the electrochemical cells, and a lower shell, which are connected to each other at least at its peripheral edge, characterized in that at least in the tempering the upper shell of the plate at least partially has a first thermal conductivity and the lower shell at least partially a second, different from the first lower thermal conductivity. Temperierelement nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest im Temperierbereich die Oberschale zumindest bereichsweise ein erstes Material mit einem ersten Wärmeleitkoeffizienten und die Unterschale zumindest bereichsweise ein zweites Material mit einem zweiten Wärmeleitkoeffizienten aufweist, wobei der erste und der zweite Wärmeleitkoeffizient verschieden sind.Tempering element according to the preceding claim, characterized in that at least in the tempering the upper shell at least partially a first material having a first coefficient of thermal conductivity and the lower shell at least partially a second material having a second Wärmeleitkoeffizienten, wherein the first and the second Wärmeleitkoeffizient are different. Temperierelement nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Wärmeleitkoeffizient größer ist als der zweite Wärmeleitkoeffizient, vorteilhafterweise mindestens dreimal so groß, vorteilhafterweise mindestens zehnmal so groß ist wie der zweite Wärmeleitkoeffizient.Tempering element according to the preceding claim, characterized in that the first heat conduction coefficient is greater than the second coefficient of thermal conductivity, advantageously at least three times as large, advantageously at least ten times as large as the second coefficient of thermal conductivity. Temperierelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Wärmeleitkoeffizient ≥ 4 W/(m·K), vorteilhafterweise ≥ 8 W/(m·K) beträgt.Temperature control element according to one of the preceding claims, characterized in that the first coefficient of thermal conductivity ≥ 4 W / (m · K), advantageously ≥ 8 W / (m · K). Temperierelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberschale der Platte zumindest im Temperierbereich vollflächig das erste Material aufweist oder vollflächig daraus besteht.Tempering element according to one of the preceding claims, characterized in that the upper shell of the plate, at least in the tempering over the entire surface of the first material or over its entire surface consists thereof. Temperierelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberschale zumindest im gesamten Temperierbereich oder vollflächig auf ihrer von der Unterschale wegweisenden Oberfläche elektrisch isolierend ist.Tempering element according to one of the preceding claims, characterized in that the upper shell is electrically insulating at least in the entire tempering or over its entire surface on its facing away from the lower shell surface. Temperierelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest im Temperierbereich oder vollflächig die Unterschale der Platte das zweite Material aufweist oder vollflächig daraus besteht.Tempering element according to one of the preceding claims, characterized in that at least in the tempering or over the entire surface of the lower shell of the plate comprises the second material or the entire surface consists thereof. Temperierelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Material und/oder das zweite Material ein Kunststoff, vorteilhafterweise ein Polyamid (PA), insbesondere PA 4.6, PA 6, PA 6.6, PA 6.10, PA 6.12, PA 11, PA 12, und/oder ein Polyphthalamid (PPA), als Einzelmaterial oder als Blend aus mindestens einem der vorgenannten Materialien, ein Polycarbonat (PC), ein Polyetheretherketon (PEEK), ein Polypropylencarbonat (PPc), ein Polyphenylensulfid (PPS), ein Polypropylen Homopolymer (PPh) oder ein Polybutylenterephthalat (PBT) ist.Temperature control element according to one of the preceding claims, characterized in that the first material and / or the second material is a plastic, advantageously a polyamide (PA), in particular PA 4.6, PA 6, PA 6.6, PA 6.10, PA 6.12, PA 11, PA 12, and / or a polyphthalamide (PPA), as a single material or as a blend of at least one of the aforementioned materials, a polycarbonate (PC), a polyetheretherketone (PEEK), a polypropylene carbonate (PPc), a polyphenylene sulfide (PPS), a polypropylene homopolymer (PPh) or a polybutylene terephthalate (PBT). Temperierelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Material zumindest bereichsweise Keramikpartikel- und/oder -fasern, insbesondere aus Al2O3 und/oder aus BeO enthält.Tempering element according to one of the preceding claims, characterized in that the first material at least partially Keramikpartikel- and / or fibers, in particular from Al 2 O 3 and / or from BeO contains. Temperierelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Material zumindest abschnittsweise als zelluläres Material mit Gaseinschlüssen ausgebildet ist.Tempering element according to one of the preceding claims, characterized in that the second material is at least partially formed as a cellular material with gas inclusions. Temperierelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest bereichsweise oder vollflächig die Unterschale eine größere Steifigkeit als die Oberschale aufweist, insbesondere ein Material mit größerer Steifigkeit aufweist oder daraus besteht oder mittels Einbringen von Versteifungsstrukturen verstärkt ist.Tempering element according to one of the preceding claims, characterized in that at least partially or over the entire surface of the lower shell has a greater rigidity than the upper shell, in particular a material having greater rigidity or consists thereof or is reinforced by introducing stiffening structures. Temperierelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest bereichsweise oder vollflächig die Oberschale eine geringere Dicke aufweist als der jeweils benachbarte Bereich der Unterschale.Tempering element according to one of the preceding claims, characterized in that at least partially or over the entire surface of the upper shell has a smaller thickness than the respective adjacent region of the lower shell. Temperierelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberschale, vorteilhafterweise unter Aussparung eines um den Außenrand der Oberschale umlaufenden Randbereichs, ansonsten vollflächig, eine geringere Dicke aufweist als die Unterschale.Tempering element according to one of the preceding claims, characterized in that the upper shell, advantageously with the recess of an outer edge of the upper shell peripheral edge region, otherwise full surface, a smaller thickness than the lower shell. Elektrochemisches System enthaltend mindestens ein Temperierelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche sowie eine elektrochemische Zelle oder einen Verbund elektrochemischer Zellen, wobei die Oberschale der Platte zumindest abschnittsweise, vorzugsweise aber zumindest im Temperierbereich vollflächig auf einer Seiten- oder Oberfläche mindestens einer der elektrochemischen Zellen angeordnet ist.Electrochemical system containing at least one tempering according to one of the preceding claims and an electrochemical cell or a composite electrochemical cells, wherein the upper shell of the plate at least in sections, but preferably at least in the tempering over the entire surface on a side or surface of at least one of the electrochemical cells. Elektrochemisches System nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der elektrochemischen Zellen auf der Oberschale der Platte gelagert ist und zwischen der mindestens einen elektrochemischen Zelle und der Oberschale der Platte mindestens eine Ausgleichsmasse und/oder mindestens ein Kleber angeordnet ist.Electrochemical system according to the preceding claim, characterized in that at least one of the electrochemical cells is mounted on the upper shell of the plate and between the at least one electrochemical cell and the upper shell of the plate at least one leveling compound and / or at least one adhesive is arranged. Elektrochemisches System nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeleitkoeffizient der mindestens einen Ausgleichsmasse oder des mindestens einen Klebers ≥ 4 W/(m·K), vorteilhafterweise ≥ 8 W/(m·K) beträgt.Electrochemical system according to one of the two preceding claims, characterized in that the coefficient of thermal conductivity of the at least one leveling compound or the at least one adhesive ≥ 4 W / (m · K), advantageously ≥ 8 W / (m · K). Elektrochemisches System nach einem der drei vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Kleber elektrisch leitfähig ist.Electrochemical system according to one of the three preceding claims, characterized in that the at least one adhesive is electrically conductive.
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