EP4639667A1 - Batterie - Google Patents

Batterie

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Publication number
EP4639667A1
EP4639667A1 EP23834086.3A EP23834086A EP4639667A1 EP 4639667 A1 EP4639667 A1 EP 4639667A1 EP 23834086 A EP23834086 A EP 23834086A EP 4639667 A1 EP4639667 A1 EP 4639667A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
heat pipe
housing
material layer
channel
battery according
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP23834086.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Katharina Morawietz
Eric Laurenz
Hannes Seifarth
Marc Kissling
Lucas Winkler
Maximilian BRUCH
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
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Filing date
Publication date
Application filed by Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV filed Critical Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Publication of EP4639667A1 publication Critical patent/EP4639667A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • H01M50/102—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by their shape or physical structure
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
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    • H01M50/136—Flexibility or foldability

Definitions

  • the invention relates to a battery with at least one electrochemical cell and a heat pipe with a housing which contains a working medium, wherein the housing has an evaporation region and a condensation region which are connected to one another by a channel.
  • the invention is therefore based on the object of specifying a battery with improved thermal management.
  • a battery with at least one electrochemical cell and at least one heat pipe is proposed.
  • the electrochemical cell can be, for example, a lithium-ion accumulator, which To extend the service life, the battery should be kept within a predefined temperature range during a charge or discharge cycle.
  • the electrochemical cell can have any known design and can, for example, take the form of a round cell or a prismatic cell.
  • the electrochemical cell can be a pouch cell which is packaged in a foil bag.
  • the housing of the heat pipe and the housing of the pouch cell can be made of an identical or highly similar material.
  • a heat pipe with a housing which contains a working medium.
  • the housing can have an evaporation region and a condensation region which are connected to one another by at least one channel. Waste heat from an electronic or electrical component or a battery cell is fed to the heat pipe via the evaporation region. This leads to the evaporation of the working medium, which is then passed in gaseous form through the channel into the condensation region. There, the heat is released into the environment or a cooling medium flowing around the heat pipe, whereby the working medium condenses again. The working medium liquefied in this way flows back into the evaporation region via the at least one channel. This process is repeated cyclically.
  • the temperature range in which the heat pipe works is determined by the choice of the working medium and the pressure prevailing in the heat pipe and can be adapted to the intended use of the heat pipe.
  • the housing consists at least in sections of a first foil bag or such a foil bag.
  • the housing can be made entirely from a film bag.
  • the material of the film bag which at least partially represents the wall of the housing, contains at least a first and at least a second material layer, wherein one material layer consists of a polymer and the other material layer consists of a metallic material.
  • the first and second material layers can be fully connected to one another, for example by gluing or welding.
  • the second material layer can be applied to the first material layer by means of a coating process.
  • a coating process for example, coating by rolling, painting, doctoring or printing can be used.
  • the coating process can include a vacuum coating process, for example a sputtering process or thermal vapor deposition.
  • a film bag as a heat pipe housing has the advantage that the wall thickness is lower, meaning that it has a lower thermal resistance than would be the case with a dimensionally stable polymer.
  • the heat pipe remains flexible, meaning that it can adapt to the shape of a body that is to be heated or dissipated. This is particularly advantageous when battery cells, resistors or other heat-emitting components have a cylindrical basic shape or another shape with non-flat boundary surfaces.
  • the use of the heat pipe is not restricted to these applications. Rectangular or cuboid-shaped components that require cooling or heating can also be brought into contact with the heat pipe, with the low wall thickness and flexibility of the film bag enabling good thermal contact.
  • the battery can be designed as a pouch cell.
  • the foil bag Due to the two-layer structure of the foil bag, in which at least one material layer contains or consists of a metallic material, the foil bag is diffusion-tight so that the gaseous working medium cannot escape from the heat pipe and no foreign gases can penetrate, thus ensuring a long service life and reliable operation over longer periods of time.
  • the flexibility of the foil bag means that it clings better to the heat source or heat sink, thereby improving heat transfer.
  • the heat pipe can therefore be viewed as a self-regulating system that reduces the effort required to regulate the temperature.
  • the heat pipe also has the advantage of being lightweight, which expands the range of possible uses, particularly in mobile applications.
  • the first film bag can further comprise a third material layer.
  • the third material layer can be arranged in such a way that the second material layer, which contains a metallic material, is enclosed on both sides by the first and third material layers. This can prevent mechanical damage. Damage to the second layer of material can be avoided, so that the service life of the heat pipe can be increased.
  • the film bag can further comprise a fourth material layer, which can contain a polymer or consist of a polymer.
  • a fourth material layer which can contain a polymer or consist of a polymer.
  • the first, third and/or fourth material layer can be selected from polyamide and/or polyethylene terephthalate and/or polyhexamethylene adipamide. These materials are characterized by good availability, high mechanical stability and low thermal resistance.
  • the second material layer can contain or consist of gold and/or aluminum and/or titanium and/or copper.
  • the metallic material of the second material layer can contain a plurality of thin layers arranged one above the other. For example, a thin layer of titanium can first be vapor-deposited onto the first material layer, after which a further layer of gold and/or aluminum and/or copper is applied.
  • the second material layer can contain an alloy.
  • the second material layer can have a high diffusion resistance and a high plastic deformability. The latter reduces microcracks.
  • the channel can be divided into a steam channel and a condensate channel. Due to the spatial separation, the heat pipe does not have to must be operated in the wet steam range, so that the application possibilities and/or the transferable thermal output can be increased.
  • the channel can contain a capillary structure. This allows the return of the liquid working medium from the condensation region to the evaporation region to take place against gravity, so that the heat pipe can be used regardless of its position.
  • the housing can further contain at least one filling element.
  • the filling element can be provided to prevent the film bag from collapsing, which can occur if the pressure inside the heat pipe is lower than the ambient pressure. Such operating states can occur in particular if the heat pipe is to be used at comparatively low temperatures and as a result the working medium only has a low pressure.
  • the pressure inside the housing can temporarily drop below the ambient pressure during manufacture of the heat pipe if the housing is evacuated in order to prevent contamination of the working medium.
  • the filling element is thus designed and intended to counteract the air pressure acting on the housing from the outside with a restoring force which prevents the housing from collapsing completely.
  • the filling element can have a dual function and, for example, simultaneously form a heat exchanger, which increases the area available for evaporation and/or condensation of the working medium within the heat pipe.
  • the filling element can form a capillary structure or consist of a capillary structure, so that the filling element not only increases the mechanical stability of the heat pipe, but also serves to return the liquid working medium in the channel.
  • the filling element can be selected from at least one leaf spring and/or at least one coil spring and/or at least one nonwoven fabric and/or at least one knitted fabric and/or at least one tube, at least one braid and/or at least one grid structure.
  • a different filling element can be used in the condensation region and/or in the evaporation region and in the channel. This can improve the performance of the heat pipe.
  • the filling element can contain or consist of a polymer or a metal or an alloy. This can also improve the function of the heat pipe, for example if a material with a comparatively high thermal conductivity is used in the condensation region and/or evaporation region and a material with a comparatively low thermal conductivity is used in the region of the channel(s).
  • the first film bag can have a wall thickness of about 100 pm to about 200 pm. In other embodiments of the invention, the first film bag can have a wall thickness of about 50 pm to about 250 pm.
  • Such a multilayer film material has, on the one hand, a sufficiently high mechanical strength and, on the other hand, a low thermal resistance, so that the heat of the component to be cooled can be used efficiently to evaporate the working medium.
  • the electrochemical cell can be arranged in the housing of the heat pipe. This allows a particularly efficient heat transfer by reducing heat transfer resistance.
  • the electrochemical cell can be arranged in a second foil bag that is in contact with the first foil bag. This allows heat pipes and/or electrochemical cells to be easily replaced to repair the battery.
  • Figure 1 shows a heat pipe in view.
  • Figure 2 shows a heat pipe in a first embodiment in section.
  • Figure 3 shows a heat pipe in a second embodiment in section.
  • Figure 4 shows a foil bag of a heat pipe in the
  • Figure 5 shows a battery in a first embodiment.
  • Figure 6 shows a battery in a second embodiment.
  • Figure 7 shows a test setup to demonstrate the operation of the present invention.
  • Figure 8 shows measured values obtained with the test setup shown in Figure 7 .
  • the heat pipe 1 has a housing 10 which, according to one aspect of the invention, is designed in the form of a first film bag 15.
  • the housing 10 has approximately the basic shape of a cuboid. In other embodiments of the invention, the housing 10 can also have a different shape.
  • the housing 10 is made from a single film strip which has been folded over at the upper edge 105 so that there is no seam there.
  • the upper and lower film strips are glued or welded together so that a gas-tight connection is created there.
  • the lower edge 103 is closed in the same way by gluing or welding so that the housing 10 defines a completely closed cavity 14.
  • the outside of the component to be cooled is brought into contact with the evaporation area of the housing 10 of the heat pipe 1.
  • Heat which penetrates through the wall of the film bag 15 into the cavity 14 of the heat pipe 1 causes the working fluid to evaporate there.
  • the gaseous working fluid passes through the channel into the condensation area.
  • the working fluid condenses, giving off heat, and is transported back to the evaporation area through the channel as a liquid.
  • the outside of the component to be heated is brought into contact with the condensation area of the heat pipe.
  • the channel can be designed as a single cavity so that the gas and liquid of the working medium are in equilibrium. In other embodiments of the invention, the channel can be divided so that at least one vapor channel and at least one condensate channel are formed. In some embodiments of the invention, the channel can contain an optional capillary structure which transports the liquid working medium into the evaporation region, even against gravity or against acting acceleration forces.
  • FIG. 2 shows a first embodiment of the heat pipe 1 in cross section. Identical components of the invention are provided with the same reference numerals, so that the following description is limited to the essential differences.
  • the evaporation region 17 is arranged adjacent to the lower edge 103 in the housing 10 and extends from an upper side 11 to an opposite lower side 12.
  • a channel 18 adjoins the evaporation region 17.
  • the condensation region 19 adjoins the channel 18 and is thus arranged adjacent to the upper edge 105 in the housing 10.
  • the heat pipe according to the first embodiment thus transports heat from its lower edge 103 to its upper edge 105.
  • FIG. 2 further shows, there is at least one filling element in the cavity 14 of the housing 10.
  • at least one filling element in the cavity 14 of the housing 10.
  • three different filling elements 171, 181 and 191 are shown.
  • the filling elements can consist of a polymer, a metal or an alloy.
  • the filling elements can be selected from at least one leaf spring and/or at least one coil spring and/or at least one nonwoven material and/or at least one knitted fabric and/or at least one knitted fabric and/or at least one tube and/or at least one grid structure and/or at least one fabric.
  • a single filling element can be present inside the housing.
  • the filling element can only fill a part of the housing.
  • a filling element can also be omitted.
  • the filling element(s) can perform individual functions within the heat pipe 1 or be provided with a multiple function.
  • the filling elements can prevent the housing 10 from collapsing due to air pressure applied from the outside if the internal pressure within the heat pipe is lower than the ambient pressure, for example because a working medium has been filled in which only requires a low working pressure or because the interior of the housing 10 is evacuated during manufacture of the heat pipe 1 in order to prevent contamination of the working medium.
  • the filling elements can improve the heat transfer from the outside of the housing 10 to the working medium, for example by improving the heat conduction within the housing 10 and/or by providing a larger surface area for the evaporation of the working medium.
  • the filling element 181 in the channel 18 can also exert capillary forces on a liquid working medium in order to return it from the condensation region 19 to the evaporation region 17.
  • the evaporation region 17 is located adjacent to the top side 11 of the housing 10 and extends from the upper edge 105 to the lower edge 103.
  • the condensation area 19 extends along the bottom 12 .
  • the condensation area 19 also extends from the upper edge 105 to the lower edge 103 .
  • the evaporation region 17, the channel 18 and the condensation region 19 can be provided with identical or different filling elements, as explained above.
  • the second embodiment differs from the first embodiment described above in particular in that the heat is transported from the top 11 to the bottom 12. The direction of the heat flow thus follows the normal vector of the largest base area of the housing 10, whereas in the first embodiment described with reference to Figure 2 it runs orthogonal to this.
  • the evaporation and condensation regions can also be swapped so that the heat flow occurs against gravity and the condensate flow with gravity.
  • Figure 4 shows the cross section through the housing wall or the film bag 15.
  • the film bag 15 in the present embodiment has four material layers 151, 152, 153, 154.
  • the four material layers 151, 152, 153, 154 are connected to one another over their entire surface.
  • the first material layer 151 has a thickness of approximately 12 pm and is made of polyethylene terephthalate.
  • a second material layer 152 made of a metallic material, in the present example aluminum with a thickness of approximately 9 pm is used.
  • a third material layer 153 which has a thickness of approximately 15 pm and is made of polyamide.
  • a fourth material layer 154 which is made of polyethylene and has a thickness of approximately 100 pm.
  • the multi-layered structure of the foil bag 15 can increase the service life of the heat pipe.
  • the fourth material layer 154 forms a seal for the interior 14 of the housing 10.
  • the third material layer 153 increases the mechanical strength to avoid damage to the film bag 15.
  • the second material layer 152 made of a metallic material serves as a vapor barrier which prevents the working medium from escaping.
  • the first material layer 151 serves as an outer protective layer to avoid damage to the second material layer 152.
  • the film bag 15 has a wall thickness of between approximately 100 pm and 200 pm.
  • the individual material layers are connected to one another over their entire surface, either by gluing or welding or by directly depositing a material layer on the preceding material layers, for example by printing, doctoring, painting or rolling. Alternatively, individual or all layers can also be deposited on the preceding layer by means of a vacuum coating process.
  • the foil bag used has sufficiently low leakage rates to prevent the penetration of gaseous contaminants into the heat pipe and at the same time prevent the leakage of the working fluid, so that the heat pipe has a sufficiently long operating life.
  • FIG. 5 shows an electrochemical cell 2, which can be a lithium-ion accumulator, for example. In other embodiments of the invention, a different cell chemistry can also be used. The invention does not teach the use of a specific electrochemical cell as a solution principle.
  • the electrochemical cell 2 is located in a second foil bag 25.
  • the second foil bag 25 can be constructed in the same way as the heat pipe, so that the electrochemical cell 2 is a pouch cell.
  • Other designs can also be used, for example with a housing made of a metal or an alloy or a polymer.
  • the second foil bag 25 or the housing has passages through which the connection contacts 21 and 22 are led to the outside, so that a charging current can be supplied to the electrochemical cell 2 or a useful current can be withdrawn.
  • the heat pipe 1 is located in a first foil bag 15, as described above.
  • the first foil bag 15 and the second foil bag 25 are in contact with each other with at least a partial surface, so that the heat given off or absorbed by the electrochemical cell 2 can penetrate the second and first foil bags 25 and 15 and is fed to the evaporation region 17 of the heat pipe 1.
  • the heat dissipated by the heat pipe 15 is fed to a cooling medium 3.
  • the cooling medium 3 can be gaseous or liquid.
  • the cooling medium 3 can be, for example, an air stream, cooling water or thermal oil.
  • the working medium within the first foil bag 15 is liquefied again and fed again to the evaporation region 17 of the heat pipe 1.
  • a second embodiment of a battery is explained with reference to Figure 6.
  • Identical components of the invention are provided with the same reference numerals, so that the following description is limited to the essential differences.
  • the electrochemical cell 2 is located within the first foil bag 15. This enables a particularly good heat transfer from the electrochemical cell 2 to the working medium in the first foil bag 15. The cooling or heating of the electrochemical cell 2 can therefore take place with greater efficiency.
  • a test setup for the heat pipe is explained in more detail with reference to Figure 7.
  • the heat pipe 1 is fixed at an angle of 20° to the horizontal.
  • An electrical heating resistor 5 is located in the evaporation area 17 so that a heat flow can be supplied to the evaporation area 17.
  • Two first temperature sensors 41 record the temperature of the evaporation area 17.
  • condensation area 19 a thermal heat flow is dissipated so that the working medium can condense there.
  • the condensate is then returned through the channel 18 to the evaporation area 17.
  • Two second temperature sensors 42 are also located in the condensation area 19.
  • Figure 8 shows the measured values of a comparison test which were obtained using the test setup shown in Figure 7.
  • the temperature difference between the mean value of the temperature sensors 41 and the mean value of the temperature sensors 42 in Kelvin is shown on the ordinate.
  • the time in hours is shown on the abscissa.
  • the same thermal output is applied to all three comparison objects. Since the insulation is very good, it can be assumed that the same output is transported through all three comparison objects. This means that the smaller the temperature difference, the lower the thermal resistance and therefore the better the heat transport capacity.
  • Figure 8 shows three measurement curves for the three comparison objects, namely in curve C the measured values of a heat pipe according to the first embodiment of the invention shown in Figure 2, wherein the cavity 14 of the housing 10 contained filling elements 171, 181 and 191, but no working fluid.
  • curve B the measured values of a solid aluminum plate are shown, which has approximately the same geometric dimensions as the housing 10 of the heat pipe.
  • Curve A shows the measured values of the heat pipe after it has been filled with working fluid.
  • a power of 5 watts was initially introduced into the evaporation area 17 via the electrical heating resistor 5 . After about 15 minutes, the electrical power was increased to 10 watts. After about another ten minutes, the power was increased to 15 watts.
  • a temperature difference between the evaporation region 17 and the condensation region 19 very quickly sets in on the heat pipe without any working medium, and this temperature difference rapidly increases with increasing heating power.
  • the temperature difference on the aluminum plate is approximately 6 K at 15 watts of applied electrical power, which is about a factor of 6 higher than the temperature drop along the heat pipe (curve A) of approximately 1 K, as curve B shows.
  • the temperature difference of the heat pipe without any working medium at the end of the test is approximately 30 K, as can be seen from curve C.
  • the heat pipe without any working medium therefore has a significantly higher thermal resistance than the heat pipe with working medium, which is reflected in a significantly higher temperature difference with the same applied power.
  • a battery that emits a constant amount of waste heat would overheat, whereas with the foil heat pipe filled with working fluid, it can be kept at a low temperature with the same heat output due to the low thermal resistance. Even the Compared to the heat pipe, the aluminum plate shows a temperature difference that is approximately six times higher, which suggests that the heat transport capacity is approximately six times worse than that of the heat pipe. In comparison to the aluminum plate, the heat pipe can therefore be expected to provide very efficient heat dissipation of electrical or electronic components.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Batterie mit zumindest einer elektrochemischen Zelle (2) und zumindest einer Heatpipe (1) mit einem Gehäuse (10), welches ein Arbeitsmedium enthält, wobei das Gehäuse (10) einen Verdampfungsbereich (17) und einen Kondensationsbereich (19) aufweist, welche mit einem Kanal (18) miteinander verbunden sind, wobei das Gehäuse (10) einen ersten Folienbeutel (15) enthält oder aus einem ersten Folienbeutel (15) besteht, wobei der erste Folien- beutel (15) zumindest eine erste und eine zweite Material- lage (151, 152) aufweist, von welchen eine Materiallage (151) aus einem Polymer besteht und die andere Materiallage (152) aus einem metallischen Werkstoff besteht, wobei die elektrochemische Zelle (2) im Gehäuse (10) der Heatpipe (1) angeordnet ist.

Description

BATTERIE
Die Erfindung betrifft eine Batterie mit zumindest einer elektrochemischen Zelle und einer Heatpipe mit einem Gehäuse, welches ein Arbeitsmedium enthält, wobei das Gehäuse einen Verdampfungsbereich und einen Kondensationsbereich aufweist, welche mit einem Kanal miteinander verbunden sind .
Aus H. Behi et al . : „Thermal management analysis using heat pipe in the high current discharging of lithium-ion battery in electric vehicles", Journal of Energy Storage, Jg. 32, S. 101893, 2020 ist bekannt, Lithium- lonen-Batterien für Hochstromanwendungen, beispielsweise in elektrischen Fahrzeugen, mittels Heatpipes zu entwärmen. Die bekannte Heat- pipe weist jedoch vergleichsweise große thermische Übergangswiderstände zwischen Batteriezelle und Heatpipe auf . Hierdurch ist die Kühlleistung limitiert.
Ausgehend vom Stand der Technik liegt der Erfindung somit die Aufgabe zugrunde, eine Batterie mit verbessertem Thermomanagement anzugeben.
Die Aufgabe wird durch eine eine Batterie gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung finden sich in den Unteransprüchen.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird eine Batterie mit zumindest einer elektrochemischen Zelle und zumindest einer Heatpipe vorgeschlagen. Die elektrochemische Zelle kann beispielsweise ein Lithium- lonen-Akkumulator sein, welcher zur Verlängerung der Lebensdauer während eines Lade- bzw . Entladezyklus in einem vorgebbaren Temperaturbereich gehal ten werden soll .
Die elektrochemische Zelle kann j ede an sich bekannte Bauform aufweisen und beispielsweise die Form einer Rundzelle oder einer prismatischen Zelle annehmen . In anderen Aus führungsformen der Erf indung kann die elektrochemische Zelle eine Pouch- Zelle sein, welche in einen Folienbeutel verpackt ist . In einigen Ausführungsformen der Erf indung kann das Gehäuse der Heatpipe und das Gehäuse der Pouch- Zelle aus einem identischen oder hochgradig ähnlichen Material gefertigt sein .
Gemäß einem Aspekt der Erf indung wird eine Heatpipe mit einem Gehäuse vorgeschlagen, welches ein Arbeitsmedium enthält . Das Gehäuse kann einen Verdampfungsbereich und einen Kondensationsbereich aufweisen, welche mit zumindest einem Kanal miteinander verbunden sind . Abwärme eines elektronischen oder elektrischen Bauteils oder einer Batteriezelle wird der Heatpipe über den Verdampfungsbereich zugeführt . Dies führt zum Verdampfen des Arbeitsmediums , welches nachfolgend gasförmig durch den Kanal in den Kondensationsbereich geleitet wird . Dort wird die Wärme an die Umgebung bzw . ein die Heatpipe umspülendes Kühlmedium abgegeben, wobei das Arbeitsmedium wieder kondensiert . Das auf diese Weise verf lüssigte Arbeitsmedium strömt über den zumindest einen Kanal zurück in den Verdampfungsbereich . Dieser Vorgang wiederholt sich zyklisch . Der Temperaturbereich, in welchem die Heatpipe arbeitet , wird durch die Wahl des Arbeitsmediums und des in der Heatpipe herrschenden Druckes bestimmt und kann an den Verwendungszweck der Heat - pipe angepasst werden .
In einigen Ausführungsformen der Erf indung wird vorgeschlagen, dass das Gehäuse zumindest abschnittsweise aus einem ersten Folienbeutel besteht bzw . einen solchen Folien- beutel enthält . In einigen Ausführungsformen der Erf indung kann das Gehäuse vollständig aus einem Folienbeutel hergestellt sein . Das Material des Folienbeutels , welches zumindest teilweise die Wandung des Gehäuses darstellt , enthält zumindest eine erste und zumindest eine zweite Materiallage , wobei eine Materiallage aus einem Polymer besteht und die andere Materiallage aus einem metallischen Werkstof f besteht . Erste und zweite Materiallage können vollf lächig miteinander verbunden sein, beispielsweise durch Verkleben oder Verschweißen . In einigen Ausführungsformen der Erf indung kann die zweite Materiallage mittels eines Beschichtungsverfahrens auf die erste Materiallage aufgebracht sein . Als Beschichtungsverfahren kann beispielsweise eine Beschichtung mittels Rollen, Streichen, Rakeln oder Drucken verwendet werden . In anderen Ausführungsformen der Erf indung kann das Beschichtungsverfahren ein Vakuumbeschichtungsverfahren enthalten, beispielsweise ein Sputterprozess oder ein thermisches Aufdampfen .
Die Verwendung eines Folienbeutels als Gehäuse der Heatpipe weist zum einen den Vorteil auf , dass die Wandstärke geringer ist , sodass diese einen geringeren thermischen Widerstand aufweist , als dies bei einem formstabilen Polymer der Fall wäre . Darüber hinaus bleibt die Heatpipe f lexibel , sodass diese sich der Form eines zu entwärmenden oder zu beheizenden Körpers anpassen kann . Dies ist insbesondere vorteilhaft , wenn Batteriezellen, Widerstände oder andere , wärmeabgebende Bauteile eine zylindrische Grundform oder eine andere Form mit nicht -planen Begrenzungsf lächen auf weisen . Selbstverständlich ist die Anwendung der Heatpipe j edoch nicht auf diese Anwendungen beschränkt . Auch recht eckige bzw . quaderförmige Bauteile , welche einer Kühlung oder Beheizung bedürfen, können mit der Heatpipe in Kontakt gebracht werden, wobei die geringe Wandstärke und die Flexibilität des Folienbeutels einen guten thermischen Kontakt ermöglichen kann . In einigen Ausführungsformen kann die Batterie als Pouchzelle ausgeführt sein . Die Verwendung eines f lexiblen Folienbeutels als Gehäuse der Heatpipe weist hierbei insbesondere den Vorteil auf , dass dynamische Volumenänderungen beim Be- und Entladen der Pouchzelle vom f lexiblen Folienbeutel auf genommen werden können . Im Gegensatz zum Stand der Technik , wo diese Aufgabe von thermisch schlecht leitenden Vliesstof fen übernommen wird, kann somit eine bessere Wärmeab- oder - zufuhr aus der Pouchzelle gewährleistet werden .
Durch den zweischichtigen Aufbau des Folienbeutels , bei wel chem zumindest eine Materiallage einen metallischen Werkstof f enthält oder daraus besteht , wird der Folienbeutel dif fusionsdicht , sodass das gasförmige Arbeitsmedium aus der Heatpipe nicht entweichen kann und keine Fremdgase eindringen können, sodass eine lange Lebensdauer und ein zuverlässiger Betrieb über längere Zeiträume sichergestellt ist .
Darüber hinaus wurde erkannt , dass bei höherem Wärmeeintrag die Temperatur und somit der Innendruck der Heatpipe ansteigen kann . Durch die Flexibilität des Folienbeutels schmiegt sich dieser besser an die Wärmequelle bzw . Wärmesenke an und verbessert so den Wärmeübergang . Die Heatpipe kann somit als selbstregulierendes System angesehen werden, welches den Aufwand für die Regelung der Temperierung reduziert . Darüber hinaus hat die Heatpipe den Vorteil eines geringen Gewichts , wodurch insbesondere bei mobilen Anwendungen die Einsatzmöglichkeiten erweitert werden .
In einigen Ausführungsformen der Erf indung kann der erste Folienbeutel weiterhin eine dritte Materiallage aufweisen . Die dritte Materiallage kann so angeordnet sein, dass die zweite Materiallage , welche einen metallischen Werkstof f enthält , beidseitig von der ersten und dritten Materiallage umschlossen ist . Hierdurch kann eine mechanische Beschädi - gung der zweiten Materiallage vermieden werden, sodass die Lebensdauer der Heatpipe vergrößert sein kann .
In einigen Ausführungsformen der Erf indung kann der Folienbeutel weiterhin eine vierte Materiallage aufweisen, welche ein Polymer enthalten oder aus einem Polymer bestehen kann . Eine Mehrzahl polymerer Materiallagen im Folienmaterial , welche j eweils vollf lächig miteinander verbunden sein können, eröf fnet die Möglichkeit , Zugkräfte in unterschiedliche Richtungen auf zunehmen, sodass die mechanische Stabilität verbessert sein kann .
In einigen Ausführungsformen der Erf indung kann die erste , dritte und/oder vierte Materiallage ausgewählt sein aus Polyamid und/oder Polyethylenterephthalat und/oder Polyhexamethylenadipinsäureamid . Diese Materialien zeichnen sich durch gute Verfügbarkeit , hohe mechanische Stabilität und geringen thermischen Widerstand aus .
In einigen Ausführungsformen der Erf indung kann die zweite Materiallage Gold und/oder Aluminium und/oder Titan und/oder Kupfer enthalten oder daraus bestehen . Der metallische Werkstof f der zweite Materiallage kann eine Mehrzahl übereinanderangeordneter Dünnschichten enthalten . Beispiels weise kann auf die erste Materiallage zunächst eine dünne Schicht Titan aufgedampft werden, worauf eine weitere Schicht aus Gold und/oder Aluminium und/oder Kupfer aufgebracht wird . In einigen Ausführungsformen der Erf indung kann die zweite Materiallage eine Legierung enthalten . In einigen Ausführungsformen der Erf indung kann die zweite Materiallage einen hohen Dif fusionswiderstand und eine hohe plastische Verformbarkeit aufweisen . Letzteres vermindert Mikrorisse .
In einigen Ausführungsformen der Erf indung kann der Kanal in einen Dampf kanal und einen Kondensatkanal unterteilt sein . Durch die räumliche Trennung muss die Heatpipe nicht zwingend im Nassdampfbereich betrieben werden, sodass sich die Einsatzmöglichkeiten und/oder die übertragbare thermische Leistung erhöhen können .
In einigen Ausführungsformen der Erf indung kann der Kanal eine Kapillarstruktur enthalten . Hierdurch kann die Rückführung des f lüssigen Arbeitsmediums vom Kondensationsbereich in den Verdampfungsbereich auch entgegen der Schwerkraft erfolgen, sodass die Heatpipe lageunabhängig eingesetzt werden kann .
In einigen Ausführungsformen der Erf indung kann das Gehäuse weiterhin zumindest ein Füllelement enthalten . Das Füllelement kann dazu vorgesehen sein, das Kollabieren des Folienbeutels zu vermeiden, welches auftreten kann, wenn der Druck innerhalb der Heatpipe geringer ist als der Umgebungsdruck . Solche Betriebszustände können insbesondere dann auftreten, wenn die Heatpipe bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen eingesetzt werden soll und hierdurch das Arbeitsmedium nur einen geringen Druck aufweist . In einigen Ausführungsformen der Erf indung kann der Druck innerhalb des Gehäuses während der Herstellung der Heatpipe vorübergehend unterhalb des Umgebungsdruckes abfallen, wenn das Gehäuse evakuiert wird, um die Verunreinigung des Arbeitsmediums zu vermeiden . Das Füllelement ist somit dazu eingerichtet und bestimmt , dem von außen auf das Gehäuse einwirkenden Luftdruck eine Rückstellkraft entgegenzusetzen, welche das vollständige Kollabieren des Gehäuses verhindert .
In einigen Ausführungsformen der Erf indung kann das Füllelement eine Doppelfunktion aufweisen und beispielsweise gleichzeitig einen Wärmetauscher bilden, welcher die zu Verdampfung und/oder Kondensation des Arbeitsmediums zur Verfügung stehenden Fläche innerhalb der Heatpipe vergrößert . In einigen Ausführungsformen der Erf indung kann das Füllelement eine Kapillarstruktur bilden oder aus einer Kapillarstruktur bestehen, sodass das Füllelement nicht nur die mechanische Stabilität der Heatpipe vergrößert , sondern auch der Rückführung des f lüssigen Arbeitsmediums im Kanal dient .
In einigen Ausführungsformen der Erf indung kann das Füllelement ausgewählt sein aus zumindest einer Blattfeder und/oder zumindest einer Schraubenfeder und/oder zumindest einem Vliesstof f und/oder zumindest einem Gewirk und/oder zumindest einem Gestrick und/oder zumindest einem Rohr zumindest einem Gef lecht und/oder zumindest einer Gitterstruktur . In einigen Ausführungsformen der Erf indung kann im Kondensationsbereich und/oder im Verdampfungsbereich und im Kanal j eweils ein unterschiedliches Füllelement eingesetzt werden . Hierdurch kann die Leistungsfähigkeit der Heatpipe verbessert sein .
In einigen Ausführungsformen der Erf indung kann das Füllelement ein Polymer oder ein Metall oder eine Legierung ent halten oder daraus bestehen . Auch hierdurch kann die Funktion der Heatpipe verbessert werden, beispielsweise wenn ein Material vergleichsweise hoher Wärmeleitfähigkeit im Kondensationsbereich und/oder Verdampfungsbereich eingesetzt wird und ein Material mit vergleichsweise niedriger Wärmeleit fähigkeit im Bereich des bzw . der Kanäle eingesetzt wird .
In einigen Ausführungsformen der Erf indung kann der erste Folienbeutel eine Wandstärke von etwa 100 pm bis etwa 200 pm aufweisen . In anderen Ausführungsformen der Erf indung kann der erste Folienbeutel eine Wandstärke von etwa 50 pm bis etwa 250 pm aufweisen . Ein solches mehrschichtiges Folienmaterial weist einerseits eine hinreichend große mechanische Festigkeit auf und besitzt andererseits einen geringen Wärmewiderstand, sodass die Wärme des zu entwärmenden Bauteils ef f izient zur Verdampfung des Arbeits mediums eingesetzt werden kann . In einigen Ausführungsformen der Erf indung kann die elektrochemische Zelle im Gehäuse der Heatpipe angeordnet sein . Dies erlaubt einen besonders ef f izienten Wärmeübergang durch Reduktion von Wärmeübergangswiderständen .
In einigen Ausführungsformen der Erf indung kann die elektrochemische Zelle in einem zweiten Folienbeutel angeordnet sein, der mit dem ersten Folienbeutel in Kontakt steht . Hierdurch können Heatpipes und/oder elektrochemische Zellen zur Reparatur der Batterie in einfacher Weise ausgetauscht werden .
Nachfolgend soll die Erf indung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erf indungsgedankens näher erläutert werden . Dabei zeigt
Figur 1 eine Heatpipe in der Ansicht .
Figur 2 zeigt eine Heatpipe in einer ersten Ausführungs form im Schnitt .
Figur 3 zeigt eine Heatpipe in einer zweiten Ausführungs form im Schnitt .
Figur 4 zeigt einen Folienbeutel einer Heatpipe im
Schnitt .
Figur 5 zeigt eine Batterie in einer ersten Ausführungs form .
Figur 6 zeigt eine Batterie in einer zweiten Ausführungs form .
Figur 7 zeigt einen Testaufbau zur Demonstration der Funktionsweise der vorliegenden Erf indung . Figur 8 zeigt Messwerte , welche mit dem Testaufbau gemäß Figur 7 erhalten wurden .
Anhand der Figur 1 wird eine Heatpipe 1 näher erläutert . Die Heatpipe 1 weist ein Gehäuse 10 auf , welches gemäß einem Aspekt der Erf indung in Form eines ersten Folienbeutels 15 ausgeführt ist . Das Gehäuse 10 weist in etwa die Grundform eines Quaders auf . In anderen Ausführungsformen der Erf indung kann das Gehäuse 10 auch eine andere Form aufweisen .
Das Gehäuse 10 ist in der dargestellten Ausführungsform aus einer einzigen Folienbahn gefertigt , welche an der Oberkante 105 umgeschlagen wurde , sodass sich dort keine Naht bef indet . An den beiden Seitenkanten 101 und 102 , welche sich in etwa rechtwinklig an die Oberkante 105 anschließen, wird die obere und die untere Folienbahn miteinander verklebt oder verschweißt , sodass sich dort eine gasdichte Verbindung ergibt . In gleicher Weise wird die Unterkante 103 durch Kleben oder Schweißen verschlossen, sodass das Gehäuse 10 einen vollständig geschlossenen Hohlraum 14 umgrenzt .
Im Inneren der Heatpipe 1 bzw . in deren Hohlraum 14 bef indet sich ein Verdampfungsbereich und ein Kondensationsbereich, welche durch einen Kanal miteinander verbunden sind . Im Betrieb wird das zu entwärmende Bauteil mit seiner Außenseite mit dem Verdampfungsbereich des Gehäuses 10 der Heatpipe 1 in Kontakt gebracht . Wärme , welche durch die Wandung des Folienbeutels 15 in den Hohlraum 14 der Heatpipe 1 eindringt , führt dort zur Verdampfung des Arbeitsmittels . Das gasförmige Arbeitsmittel gelangt durch den Kanal in den Kondensationsbereich . Dort kondensiert das Arbeitsmittel unter Wärmeabgabe und wird durch den Kanal als Flüssigkeit zum Verdampfungsbereich zurücktransportiert . Im Falle eines zu beheizenden Bauteils wird das zu beheizende Bauteil mit seiner Außenseite mit dem Kondensationsbereich der Heatpipe in Kontakt gebracht . Der Kanal kann in einigen Ausführungsformen der Erf indung als einzelner Hohlraum ausgeführt sein, sodass sich Gas und Flüssigkeit des Arbeitsmittels im Gleichgewicht bef inden . In anderen Ausführungsformen der Erf indung kann der Kanal unterteilt sein, sodass sich zumindest ein Dampfkanal und zumindest ein Kondensatkanal ergeben . In einigen Aus führungsformen der Erf indung kann im Kanal eine optionale Kapillarstruktur enthalten sein, welche das f lüssige Arbeitsmittel auch gegen die Schwerkraft oder entgegen einwirkender Beschleunigungskräfte in den Verdampfungsbereich transportiert .
Anhand der Figur 2 wird eine erste Ausführungsform der Heat - pipe 1 im Querschnitt gezeigt . Gleiche Bestandteile der Erf indung sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass sich die nachfolgende Beschreibung auf die wesentlichen Unterschiede beschränkt . Wie aus Figur 2 ersichtlich ist , ist der Verdampfungsbereich 17 angrenzend an die Unterkante 103 im Gehäuse 10 angeordnet und erstreckt sich von einer Oberseite 11 zu einer gegenüberliegenden Unterseite 12 . An den Verdampfungsbereich 17 schließt sich ein Kanal 18 an . An den Kanal 18 schließt sich der Kondensationsbereich 19 an, welcher somit angrenzend an die Oberkante 105 im Gehäuse 10 angeordnet ist . Die Heatpipe gemäß der ersten Ausführungs form transportiert somit Wärme von ihrer Unterkante 103 zu ihrer Oberkante 105 .
Wie Figur 2 weiter zeigt , bef indet sich im Hohlraum 14 des Gehäuses 10 zumindest ein Füllelement . Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind drei unterschiedliche Füllelemente 171 , 181 und 191 dargestellt .
Die Füllelemente können aus einem Polymer , einem Metall oder einer Legierung bestehen . Die Füllelemente können ausgewählt sein aus zumindest einer Blattfeder und/oder zumindest einer Schraubenfeder und/oder zumindest einem Fließstof f und/oder zumindest einem Gewirk und/oder zumindest einem Gestrick und/oder zumindest einem Rohr und/oder zumindest einer Gitterstruktur und/oder zumindest einem Gewebe . In anderen Ausführungsformen der Erf indung kann im Inneren des Gehäuses ein einziges Füllelement vorhanden sein . In einigen Aus führungsformen der Erf indung kann das Füllelement nur einen Teil des Gehäuses ausfüllen . In einigen Ausführungsformen der Erf indung kann ein Füllelement auch entfallen .
Das bzw . die Füllelemente können einzelne Funktionen innerhalb der Heatpipe 1 ausüben oder mit einer Mehrfachfunktion versehen sein . Beispielsweise können die Füllelemente vermeiden, dass das Gehäuse 10 durch einen von außen anliegenden Luftdruck kollabiert , wenn der Innendruck innerhalb der Heatpipe geringer ist als der Umgebungsdruck , beispielsweise weil ein Arbeitsmedium eingefüllt ist , welches nur einen geringen Arbeitsdruck benötigt oder weil das Innere des Gehäuses 10 bei der Herstellung der Heatpipe 1 evakuiert wird, um Verunreinigungen des Arbeitsmediums zu vermeiden . Daneben können die Füllelemente den Wärmeübergang von der Außenseite des Gehäuses 10 auf das Arbeitsmedium verbessern, beispielsweise indem diese die Wärmeleitung innerhalb des Gehäuses 10 verbessern und/oder eine größere Oberf läche zur Verdampfung des Arbeitsmediums bereitstellen . Insbesondere das Füllelement 181 im Kanal 18 kann darüber hinaus auch Kapillarkräfte auf ein f lüssiges Arbeitsmedium ausüben, um dieses vom Kondensationsbereich 19 in den Verdampfungsbereich 17 zurückzuführen .
Anhand der Figur 3 wird eine zweite Ausführungsform der Heatpipe näher erläutert . Gemäß der zweiten Ausführungsform bef indet sich der Verdampfungsbereich 17 angrenzend an die Oberseite 11 des Gehäuses 10 und erstreckt sich von der Oberkante 105 bis zur Unterkante 103 .
In gleicher Weise erstreckt sich der Kondensationsbereich 19 entlang der Unterseite 12 . Auch der Kondensationsbereich 19 reicht von der Oberkante 105 zur Unterkante 103 . Zwischen dem Kondensationsbereich und dem Verdampfungsbereich bef indet sich wiederum der Kanal 18 . Der Verdampfungsbereich 17 , der Kanal 18 und der Kondensationsbereich 19 können mit identischen oder unterschiedlichen Füllelementen versehen sein, wie vorstehend erläutert . Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform insbesondere dadurch, dass die Wärme von der Oberseite 11 zur Unterseite 12 transportiert wird . Die Richtung des Wärmef lusses folgt somit dem Normalenvektor der größten Grundf läche des Gehäuses 10 , wohingegen er bei der anhand von Figur 2 beschriebenen ersten Ausführungsform orthogonal hierzu verläuft . Verdampfungs - und Kondensations bereich können auch vertauscht sein, so dass der Wärmestrom gegen die Schwerkraft und der Kondensatstrom mit der Schwerkraft erfolgt .
Figur 4 zeigt den Querschnitt durch die Gehäusewandung bzw . den Folienbeutel 15 . Wie aus Figur 4 ersichtlich ist , weist der Folienbeutel 15 im vorliegenden Ausführungsbeispiel vier Materiallagen 151 , 152 , 153 , 154 auf . Die vier Materiallagen 151 , 152 , 153 , 154 sind vollf lächig miteinander verbunden .
Die erste Materiallage 151 weist eine Dicke von etwa 12 pm auf und besteht aus Polyethylenterephthalat . Darauf bef indet sich eine zweite Materiallage 152 aus einem metallischen Werkstof f , im vorliegenden Beispiel wird Aluminium mit einer Dicke von etwa 9 pm verwendet . Auf der zweiten Materiallage 152 bef indet sich eine dritte Materiallage 153 , welche eine Dicke von etwa 15 pm aufweist und aus Polyamid besteht . Auf der dritten Materiallage 153 bef indet sich eine vierte Materiallage 154 , welche aus Polyethylen besteht und eine Dicke von etwa 100 pm aufweist .
Durch den mehrschichtigen Aufbau des Folienbeutels 15 kann die Lebensdauer der Heatpipe vergrößert sein . Dabei bildet die vierte Materiallage 154 eine Abdichtung des Innenraums 14 des Gehäuses 10 . Die dritte Materiallage 153 erhöht die mechanische Festigkeit , um Beschädigungen des Folienbeutels 15 zu vermeiden . Die zweite Materiallage 152 aus einem metallischen Werkstof f dient als Dampfbremse , welche den Austritt des Arbeitsmittels verhindert . Die erste Material lage 151 dient als äußere Schutzschicht , um die Beschädigung der zweiten Materiallage 152 zu vermeiden .
Insgesamt weist der Folienbeutel 15 eine Wandstärke zwischen etwa 100 pm und 200 pm auf . Die einzelnen Materiallagen sind vollf lächig miteinander verbunden, entweder durch Kleben oder Schweißen oder durch unmittelbares Abscheiden einer Materiallage auf den vorangegangenen Materiallagen, beispielsweise durch Aufdrucken, Rakeln, Streichen oder Rollen . Alternativ können einzelne oder alle Schichten auch mittels eines Vakuumbeschichtungsprozesses auf der vorangegangenen Schicht abgeschieden werden .
Es hat sich gezeigt , dass der verwendete Folienbeutel hinreichend geringe Leckraten hat , um das Eindringen von gasförmigen Verunreinigungen in die Heatpipe zu vermeiden und gleichzeitig das Austreten des Arbeitsmittels zu verhindern, sodass die Heatpipe eine hinreichend lange Betriebsdauer aufweist .
Anhand der Figur 5 wird eine Batterie gemäß einer ersten Ausführungsform der Erf indung erläutert . Figur 5 zeigt eine elektrochemische Zelle 2 , welche beispielsweise ein Lithium- lonen-Akkumulator sein kann . In anderen Ausführungsformen der Erf indung kann auch eine andere Zellchemie verwendet werden . Die Erf indung lehrt nicht die Verwendung einer bestimmten elektrochemischen Zelle als Lösungsprinzip .
Die elektrochemische Zelle 2 bef indet sich in einem zweiten Folienbeutel 25 . Der zweite Folienbeutel 25 kann in einigen Ausführungsformen der Erf indung gleichartig aufgebaut sein wie die Heatpipe , sodass die elektrochemische Zelle 2 eine Pouch- Zelle ist . In anderen Ausführungsformen der Erf indung können auch andere Bauformen verwendet werden, beispielsweise mit einem Gehäuse aus einem Metall oder einer Legierung oder einem Polymer .
Der zweite Folienbeutel 25 bzw . das Gehäuse weist Durchführungen auf , durch welche die Anschlusskontakte 21 und 22 nach außen geführt werden, sodass der elektrochemischen Zelle 2 ein Ladestrom zugeführt werden kann bzw . ein Nutz strom entnommen werden kann .
Die Heatpipe 1 bef indet sich in einem ersten Folienbeutel 15 , wie vorstehend beschrieben . Der erste Folienbeutel 15 und der zweite Folienbeutel 25 bef inden sich mit zumindest einer Teilf läche in Kontakt zueinander , sodass die von der elektrochemischen Zelle 2 abgegebene oder aufgenommene Wärme den zweiten und ersten Folienbeutel 25 und 15 durchdringen kann und dem Verdampfungsbereich 17 der Heatpipe 1 zugeführt wird .
Im Falle der Wärmeabfuhr wird die von der Heatpipe 15 abgeführte Wärme einem Kühlmedium 3 zugeführt . Das Kühl - medium 3 kann gasförmig oder f lüssig sein . Das Kühlmedium 3 kann beispielsweise ein Luftstrom, ein Kühlwasser oder ein Thermoöl sein .
Durch Wärmeabgabe des Kondensationsbereichs 19 innerhalb der Heatpipe 1 an das Kühlmedium 3 wird das Arbeitsmittel innerhalb des ersten Folienbeutels 15 wieder verf lüssigt und dem Verdampfungsbereich 17 der Heatpipe 1 erneut zugeführt .
Anhand der Figur 6 wird eine zweite Ausführungsform einer Batterie erläutert . Gleiche Bestandteile der Erf indung sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass sich die nachfolgende Beschreibung auf die wesentlichen Unterschiede beschränkt . Wie der Figur 6 entnommen werden kann, bef indet sich die elektrochemische Zelle 2 innerhalb des ersten Folienbeutels 15 . Hierdurch wird ein besonders guter Wärmeübertrag von der elektrochemischen Zelle 2 auf das Arbeitsmittel im ersten Folienbeutel 15 ermöglicht . Die Entwärmung oder Beheizung der elektrochemischen Zelle 2 kann dadurch mit höherer Ef f izienz erfolgen .
Anhand der Figur 7 wird ein Testaufbau für die Heatpipe näher erläutert . Die Heatpipe 1 wird dabei unter einem Winkel von 20 ° zur Waagrechten f ixiert . Im Verdampfungsbereich 17 bef indet sich ein elektrischer Heizwiderstand 5 , sodass dem Verdampfungsbereich 17 ein Wärmestrom zugeführt werden kann . Zwei erste Temperatursensoren 41 erfassen die Temperatur des Verdampfungsbereichs 17 .
Im Kondensationsbereich 19 wird ein thermischer Wärmestrom abgeführt , sodass das Arbeitsmedium dort kondensieren kann . Das Kondensat wird nachfolgend durch den Kanal 18 zum Verdampfungsbereich 17 zurückgeführt . Auch im Kondensationsbereich 19 bef inden sich zwei zweite Temperatursensoren 42 .
Anhand der Figur 8 werden Messwerte eines Vergleichsversuches dargestellt , welche mit dem in Figur 7 dargestellten Testaufbau erhalten wurden . Dargestellt ist die Temperaturdif ferenz zwischen dem Mittelwert der Temperatursensoren 41 und dem Mittelwert der Temperatursensoren 42 in Kelvin auf der Ordinate . Auf der Abszisse ist die Zeit in Stunden dargestellt . Allen drei Vergleichsobj ekten wird dieselbe thermische Leistung auf geprägt . Da die Dämmung sehr gut ist , kann ungefähr davon ausgegangen werden, dass damit auch durch alle drei Vergleichsobj ektedieselbe Leistung trans portiert wird . Damit gilt : j e geringer die Temperaturdif ferenz , desto geringer der thermische Widerstand und desto besser folglich das Wärmetransportvermögen . Figur 8 zeigt drei Messkurven für die drei Vergleichs obj ekte , nämlich in Kurve C die Messwerte einer Heatpipe gemäß dem in Figur 2 dargestellten ersten Ausführungs beispiel der Erf indung , wobei der Hohlraum 14 des Gehäuses 10 zwar Füllelemente 171 , 181 und 191 , j edoch kein Arbeitsmittel enthielt . In Kurve B werden die Messwerte einer massiven Aluminiumplatte dargestellt , welche in etwa die gleichen geometrischen Abmessungen wie das Gehäuse 10 der Heatpipe aufweist . Kurve A zeigt die Messwerte der Heat - pipe , nachdem diese mit Arbeitsmittel gefüllt wurde .
Über den elektrischen Heizwiderstand 5 wurde zunächst eine Leistung von 5 Watt in den Verdampfungsbereich 17 eingebracht . Nach etwa 15 Minuten wurde die elektrische Leistung auf 10 Watt gesteigert . Nach etwa weiteren zehn Minuten wurde die Leistung auf 15 Watt gesteigert .
Wie in Figur 8 in Kurve C gezeigt , stellt sich an der Heatpipe ohne Arbeitsmittel sehr rasch eine Temperaturdif ferenz zwischen dem Verdampfungsbereich 17 und dem Kondensationsbereich 19 ein, welche mit zunehmender Heizleistung rasch größer wird . Die Temperaturdif ferenz an der Aluminiumplatte ist mit ca . 6 K bei 15 Watt aufgeprägter elektrischer Leistung gegenüber dem Temperaturabfall entlang der Heatpipe (Kurve A) von ca . 1 K demnach um etwa einen Faktor 6 höher , wie Kurve B zeigt . Die Temperaturdif ferenz der Heatpipe ohne j edes Arbeitsmittel beträgt zu Ende des Versuchs ca . 30 K, wie aus Kurve C ersichtlich ist . Somit weist die Heatpipe ohne Arbeitsmittel einen deutlich höheren thermischen Widerstand auf als die Heatpipe mit Arbeits mittel , was sich bei gleicher aufgeprägter Leistung in einer deutlich höheren Temperaturdif ferenz zeigt . Eine Batterie , die eine konstante Abwärme abgibt , würde überhitzen wohingegen sie mit der mit Arbeitsf luid gefüllten Folien- Heatpipe bei derselben Wärmeabgabe aufgrund des geringen thermischen Widerstands auf einer geringen Temperatur gehalten werden kann . Selbst die zum Vergleich herangezogene Aluminiumplatte zeigt gegenüber der Heatpipe eine ca . sechsfach erhöhte Temperaturdif ferenz , was auf ein ca . sechs Mal schlechteres Wärmetransportvermögen im Vergleich zur Heatpipe schließen lässt . Im Vergleich zur Aluminiumplatte ist folglich mit der Heatpipe eine sehr ef f iziente Entwärmung elektrischer oder elektronischer Bauteile zu erwarten .
Selbstverständlich ist die Erf indung nicht auf die dargestellten Ausführungsformen beschränkt . Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen . Die nachfolgenden Ansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erf indung vorhanden ist . Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus . Sofern die Ansprüche und die vorstehende Beschreibung „ erste" und „ zweite" Ausführungsformen def inieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Aus führungsformen, ohne eine Rangfolge festzulegen .

Claims

Ansprüche
1. Batterie mit zumindest einer elektrochemischen Zelle (2) und zumindest einer Heatpipe (1) mit einem Gehäuse (10) , welches ein Arbeitsmedium enthält, wobei das Gehäuse (10) einen Verdampfungsbereich (17) und einen Kondensationsbereich (19) aufweist, welche mit einem Kanal (18) miteinander verbunden sind, wobei das Gehäuse (10) einen ersten Folienbeutel (15) enthält oder aus einem ersten Folienbeutel (15) besteht, wobei der erste Folienbeutel (15) zumindest eine erste und eine zweite Materiallage (151, 152) aufweist, von welchen eine Materiallage (151) aus einem Polymer besteht und die andere Materiallage (152) aus einem metallischen Werkstoff besteht, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrochemische Zelle (2) im Gehäuse (10) der Heatpipe (1) angeordnet ist.
2. Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Folienbeutel weiterhin eine dritte Materiallage (153) und/oder eine vierte Materiallage (154) aufweist, welche jeweils ein Polymer enthalten oder daraus bestehen .
3. Batterie nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste, dritte und/oder vierte Materiallage (151, 153, 154) ein Thermoplast enthalten oder daraus bestehen.
4. Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Materiallage (152) Gold und/oder Aluminium und/oder Titan und/oder Kupfer enthält oder daraus besteht .
5. Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (18) in einen Dampf kanal und einem Kondensatkanal unterteilt ist und/oder dass der Kanal eine Kapillarstruktur enthält.
6. Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (10) weiterhin zumindest ein Füllelement (181) enthält.
7. Batterie nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllelement (181) ausgewählt ist aus zumindest einer Blattfeder und/oder zumindest einer Schraubenfeder und/oder zumindest einem Vliesstoff und/oder zumindest einem Gewirk und/oder zumindest einem Gestrick und/oder zumindest einem Rohr und/oder zumindest einer Gitterstruktur .
8. Batterie nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllelement (181) ein Polymer oder ein Metall oder eine Legierung enthält oder daraus besteht.
9. Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Folienbeutel (15) eine Wandstärke von 100 pm bis 200 pm oder von 50 pm bis 250 pm aufweist.
10. Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet dass die erste, dritte und/oder vierte Materiallage (151, 153, 154) ausgewählt sind aus Polyamid und/oder Polyethylen und/oder Polyethylenterephthalat und/oder Polytetrafluorethylen und/oder Polyvinylidenf luorid .
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