WO2020041810A1 - Wärmetransportvorrichtung - Google Patents

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WO2020041810A1
WO2020041810A1 PCT/AT2019/060273 AT2019060273W WO2020041810A1 WO 2020041810 A1 WO2020041810 A1 WO 2020041810A1 AT 2019060273 W AT2019060273 W AT 2019060273W WO 2020041810 A1 WO2020041810 A1 WO 2020041810A1
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WO
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heat transport
insert element
heat
film
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PCT/AT2019/060273
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Stefan Gaigg
Martin Liebl
Franz PÖHN
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Miba Emobility Gmbh
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the invention relates to a heat transport device with an all-round closed envelope, the envelope defining a volume in which an insert element or a plurality of insert elements from a sintered material for forming at least one heat pipe is / are arranged, wherein at least one channel for a heat transfer medium is formed in the sintered material forms is.
  • the invention further relates to an accumulator with at least one storage module for electrical energy and at least one heat transfer device for cooling or temperature control for the at least one storage module.
  • the invention relates to a method for producing a heat transport device comprising the steps: providing one insert element or a plurality of insert elements made of a sintered material and arranging the insert element or the insert elements in a casing which defines a volume.
  • the service life and effectiveness as well as the safety of a rechargeable battery for so-called e-mobility also depend on the temperature during operation. For this reason, various concepts for cooling or tempering the batteries have already been proposed.
  • the concepts can essentially be divided into two types, namely air cooling and water cooling or generally cooling with liquids.
  • heat sinks are used in which at least one coolant channel is formed. These heat sinks are arranged between the individual modules of the accumulator or on the modules.
  • a module is an independent unit of the accumulator, not necessarily just a cell.
  • DE10 2008 054 958 A1 describes a temperature control system for temperature control of at least one rechargeable battery in a motor vehicle with at least one heat transport device for thermally connecting the battery to at least one heat source and / or heat sink in the motor vehicle.
  • the heat transport device has at least one heat contact area for releasable thermal contacting of the battery and at least one heat pipe for heat transport.
  • a heat pipe (also referred to as a heat pipe) is a self-contained system in a (substantially tubular) housing which has a fluid in its interior which, due to the prevailing pressure at operating temperature, is close to its boiling point. If the heat pipe is heated in a partial area, the fluid changes into the gas phase in order to flow inside the heat pipe in the direction of a cooler area, to condense there and to flow back into the warmer area along the inner walls of the housing of the heat pipe. In this (heat) transport process, the heat pipe extracts heat from an evaporation area of its surroundings and feeds this heat to the surroundings of the condensation area of the heat pipe.
  • the present invention has for its object to provide an improved system for cooling a rechargeable battery, that is, an accumulator.
  • the object is achieved in the heat transport device mentioned at the outset in that the casing is at least partially formed from a single-layer or multilayer film.
  • the object is achieved with the aforementioned battery, in which the heat transfer device is designed according to the invention.
  • the object is achieved with the method mentioned at the outset, according to which it is provided that at least one single-layer or multilayer film is used as the sheath, and the insert element is surrounded on all sides with the at least one film.
  • the advantage here is that, in comparison to direct liquid cooling by using a heat transport device, it is possible to design the battery that there is no liquid in the immediate vicinity of the battery.
  • the design of the casing as a film enables a simpler assembly of the heat transport device on the component to be cooled or tempered, as compared to known heat pipe systems, since soldered connections, etc. can be omitted.
  • heat transport device Another advantage of the heat transport device can be seen in the fact that no electrochemical reactions between the materials of the heat transport device, ie the material of the casing and the material of the insert element, are to be expected in the operating state. This in turn leads to a higher level of security for the heat transport device or its use in an accumulator.
  • the heat transport device can be manufactured at lower costs compared to known heat pipe systems.
  • the heat transport device in order to improve the temperature constancy over the surface to be cooled or tempered, it is provided that several channels for several heat pipes are formed in the at least one insert element.
  • the channels are designed to be relatively adjustable relative to the other channels. It is thus a better adaptation of the heat transport device to a not completely flat surface or a better tolerance compensation with the heat transport device, even if no so-called gap filler is used.
  • the at least one insert element is preferably formed in one piece, which not only makes it easier to manufacture the heat transport device, but also improves its stability, so that the heat transport device can be made thinner.
  • the sin termaterial is formed by glass.
  • a relatively light material can therefore be used, which is also inert with regard to the material and chemicals used.
  • glass is generally harmless to the environment.
  • the sintered material is formed from particles with a grain size in a range from 100 ⁇ m to 500 mm.
  • the channels can be at least partially formed with an arcuate cross section, whereby the stability of the channels can be improved.
  • this embodiment variant it is possible to make the heat transfer device thinner.
  • the channels are connected to one another via transverse channels. Subsequently, the temperature of the storage cells can be made more uniform at least in the area of the contact area with the heat transport device.
  • An improvement in the capillary action of the at least one insert element can be achieved according to one embodiment variant of the invention if a liquid absorbing element is arranged adjacent to the at least one insert element.
  • the at least one insert element has an angled portion at one end region. This bend can thus be used to connect the heat transfer device to a cooling device, so that the bend can be realized geometrically, a different or structurally more favorable connection.
  • At least one sensor element and / or a conductor track is arranged on the casing of the heat transport device.
  • a simpler loading of the at least one insert element with the heat transfer medium can be achieved if, according to an embodiment variant of the method, the insert element is provided with a liquid before being arranged in the casing. Furthermore, in order to simplify the production of the operational readiness of the heat transport device according to an embodiment variant of the method, it can be provided that the at least one film is provided with a lateral protrusion, with at least one opening being arranged in the protrusion, through which the volume of the casing is arranged the insertion of the at least one insert element is evacuated.
  • FIG. 1 shows a heat transport device in a sectional view
  • Fig. 3 shows a variant of the connection of the heat transfer device to the
  • Fig. 5 shows a variant of the connection of the heat transfer device to a
  • FIG. 7 shows an embodiment variant of the heat transport device in a front view
  • FIG. 8 shows another embodiment variant of the heat transport device in plan view; 9 shows a method step for producing the heat transfer device;
  • Fig. 12 shows a further process step for producing the heat transfer device.
  • a first embodiment of a heat transport device 1 is shown in section in front view.
  • the heat transport device 1 is preferably designed as a flat module.
  • a flat module denotes a heat transport device 1, in which a plurality of channels 2 are preferably arranged for a heat transfer medium, in particular next to one another.
  • the heat transport device 1 has only one channel 2.
  • the flat module can have, for example, a thickness 7 between 0.3 mm and 3 mm, a width 8 of 300 times the thickness 7 to 3000 times the thickness 7 and a length 9 of 1 times the width 8 to 10 times the width 8.
  • a liquid is used as the heat transfer medium, which - as is customary for heat pipes - is evaporated for heat transfer in the heat transfer device 1 and thus takes over the heat transfer in the channels 2.
  • Water, methanol, etc., for example, can be used as the liquid.
  • the at least one channel 2 is arranged or formed in an insert element 3.
  • the insert element 3 is surrounded on all sides by a sheath 4.
  • the shell 4 is closed on all sides.
  • the sleeve 4 defines a volume for the insert element 3.
  • This volume of the sleeve 4 is preferably the same size as the volume that the insert element 3 having.
  • the sheath 4 is preferably in contact with the insert element 3 over its entire surface.
  • the volume of the casing 4 can also be greater than the volume of the insert element 3, preferably greater by a maximum of 20%, in particular a maximum of 10%.
  • the insert element 3 consists of a sintered material.
  • the sintered material is in particular a capillary material, i.e. a material that has capillaries.
  • the sintered material can be made of a metal such as e.g. made of copper or aluminum or their alloys.
  • the sintered material consists of glass.
  • the insert element 3 is produced by sintering particles of the sintered material together.
  • the sintered material is filled into a corresponding shape, which already corresponds to the shape of the insert element 3.
  • the insert element 3 can also be (machined) post-processed after sintering.
  • 3 particles of the sintered material are used for the production of the insert element, which have a grain size from a range from 100 pm to 500 pm, in particular from a range from 150 pm to 300 pm.
  • the grain size is determined using micrographs in a manner known per se.
  • the at least one channel 2 can already be taken into account in the shaping of the insert element 3 or can be worked into the insert element 3 later, in particular after sintering. A green body processing of the insert element 3 to form the at least one channel 2 is also possible.
  • the insert element 3 can be formed in several parts.
  • the insert element 3 can form a separate component for each channel 2.
  • the insert element 3 can also be formed from an upper part and a lower part, the Partition plane can be formed in the region of the channel 2 or the channels 2 in order to be able to form these more easily.
  • the parting plane can be at half the channel height (in cross-section as viewed in FIG. 1).
  • the individual parts of the insert element 3 can be loosely arranged in the heat transport device 1. However, they are preferably connected to one another.
  • the insert element 3 is formed in one piece according to another preferred embodiment variant.
  • the sleeve 4 is at least partially formed from a single or multi-layer film.
  • the entire shell 4 consists of at least one multilayer film.
  • it is folded up once to form a kind of "bag”. The remaining, open edge areas are then closed by connecting the two film parts together.
  • the casing 4 is formed from a first single-layer or multi-layer film 5 and a further single-layer or multi-layer film 6, the two films 5, 6 being connected to one another on all sides in order to to form fully continuous volume for the insert element 3.
  • the two foils 5, 6 or the two foil parts can be connected to one another by gluing. However, they are preferably welded together.
  • the welding process can use, for example, the temperature pulse, laser welding, IR welding, ultrasonic welding, high-frequency welding.
  • the first film 5 and / or the further film 6 consists of a laminate which has a first plastic film layer, a reinforcement layer connected to it, at least one metal film layer connected to the reinforcement layer or a metallized further plastic film layer connected to the reinforcement layer.
  • the first film 5 and / or the further film 6 can also consist of a laminate which has a first plastic film layer, at least one metal film layer, and at least one metallized one further plastic film layer and between the plastic film layer and a metal foil insert has an abrasion-resistant layer, for example made of PET. Additional plastic layers can be arranged between the layers.
  • the first plastic insert can generally be a “welding layer” for welding the first film 5 to the further film 6.
  • the tightness of the casing 4 can be influenced or improved generally with one or more layers of metal foil.
  • first foil 5 can be provided with the metal foil layer or only the further foil 6 with the metal foil layer.
  • first film 5 can have the reinforcement layer or only the further film 6 can have the reinforcement layer.
  • more than three-layer structures of the first film 5 and / or the further film 6 are possible.
  • the first film 5 and the further film 6 are preferably of the same design.
  • the reinforcement layer and / or the metal foil layer of the further foil 6 can be different from the reinforcement layer and / or the metal foil layer of the first foil 5.
  • the two reinforcement layers and / or the two metal foil layers are preferably of identical design.
  • the two films 5, 6 are arranged in such a way that the two plastic film layers abut one another and are connected to one another via these plastic film layers. If the further film 6 (only) has the second plastic film layer, this second plastic film layer is arranged immediately adjacent to the plastic film layer of the first film 5 and connected to it.
  • a metallized additional plastic foil layer can also be used, in which case the metallization is preferably arranged between the reinforcing layer and the further plastic foil layer.
  • the first plastic film layer and / or the second plastic film layer and / or the metallized further plastic film layer preferably consists of at least 80% by weight, in particular at least 90% by weight, of a thermoplastic or an elastomer.
  • the thermoplastic can be selected from a group comprising or consisting of polyethylene (PE), polyoxymethylene (POM), polyamide (PA), in particular PA 6, PA 66, PA 11, PA 12, PA 610, PA 612, Polyphenylene sulfide (PPS), polyethylene terephthalate (PET), cross-linked polyolefins, preferably polypropylene (PP).
  • the elastomer can be selected from a group comprising or consisting of thermoplastic elastomers such as thermoplastic vulcanizates, olefin, amine, ester-based, thermoplastic polyurethanes, in particular thermoplastic elastomers based on ether / ester, styrene block copolymers , Silicone elastomers.
  • thermoplastic elastomers such as thermoplastic vulcanizates, olefin, amine, ester-based, thermoplastic polyurethanes, in particular thermoplastic elastomers based on ether / ester, styrene block copolymers , Silicone elastomers.
  • a plastic is understood to mean a synthetic or natural polymer which is produced from corresponding monomers.
  • the first plastic film layer and / or the second plastic film layer and / or the metallized further plastic film layer preferably consists of a so-called sealing film. This has the advantage that the respective films 5, 6 can be connected directly to one another.
  • thermosetting plastics or thermosetting materials which are then glued together, for example with an adhesive.
  • Two-component adhesive systems based on polyurethane or silicone or hot glue systems are particularly suitable for this.
  • the reinforcement layer (s) preferably comprise or consist of a fiber reinforcement.
  • the reinforcing layer (s) can also consist of another material, for example a plastic film which consists of a different plastic than the plastic of the first plastic film layer and / or the second plastic film layer and / or the metalized further plastic film layer.
  • the fiber reinforcement is preferably designed as a separate layer, which is between the plastic film layer and the metal film layer or the metallized further plastic film layer is arranged. If cavities are formed in the fiber reinforcement layer, these can also be at least partially filled with the plastic of the plastic film layer or the metallized further plastic film layer.
  • the fiber reinforcement can be formed from fibers and / or threads which are selected from a group comprising or consisting of glass fibers, aramid fibers, carbon fibers, mineral fibers such as, for example, basalt fibers, natural fibers, such as e.g. Hemp, sisal, and combinations thereof.
  • Glass fibers are preferably used as the fiber reinforcement layer.
  • the proportion of fibers, in particular glass fibers, in the fiber reinforcement can be at least 80% by weight, in particular at least 90% by weight.
  • the fibers and / or threads of the fiber reinforcement preferably consist exclusively of glass fibers.
  • the fibers and / or threads can be present in the fiber reinforcement as scrims, for example as a fleece.
  • a woven or knitted fabric made of the fibers and / or the threads is preferred. It is also possible that the fabric or knitted fabric is only present in some areas and the remaining areas of the fiber reinforcement are formed by a scrim.
  • rubberized fibers and / or threads can be used as or for fiber reinforcement.
  • a plain weave is preferably used.
  • the fiber reinforcement can be designed as a single layer. However, it is also possible for the fiber reinforcement to have a plurality of individual layers, optionally separated from one another, for example two or three, wherein at least some of the plurality of individual layers at least in regions, preferably entirely, also consist of fibers and / or threads different from the rest of the individual layers can.
  • the reinforcement layer (s) 13, 16 can have a mineral filling.
  • a mineral filling for example, calcium carbonate, talc, quartz, wollastonite, kaolin or mica can be used.
  • the metal foil layer is in particular an aluminum foil. However, other metals can also be used, such as copper or silver.
  • the metal foil layer can have a layer thickness between 5 pm and 100 pm.
  • the metals mentioned can be used for the metalization.
  • the metallization preferably has a layer thickness which is selected from a range from 5 nm to 100 nm.
  • the metallic vapor deposition of the further plastic film layer can be produced using methods known from the prior art.
  • the plastic film layer of the first and / or further film 5, 6 and / or the further plastic film layer of the first and / or further film 5, 6, which has the metallization, can have a layer thickness between 10 pm and 200 pm.
  • the layer thickness of the reinforcement layer (s) can be between 5 pm and 50 pm.
  • the first film 5 and / or the further film 6 can in particular have the following structure in the order given:
  • Plastic film layer made of PP or PE
  • Reinforcement layer made of a glass fiber fabric
  • Metal foil layer made of aluminum with a layer thickness of 20 pm (in the case of several metal foil layers, the layer thickness of the individual metal foil layers can be reduced, for example to 10 pm).
  • the further film 6 consists only of the plastic film layer
  • a polyethylene terephthalate (PET) is preferably used as the plastic.
  • the first film 5 and / or the further film 6 can also have at least one further layer, such as for example at least one further reinforcement layer and / or at least one primer layer and / or at least one thermotropic layer.
  • first film 5 and the further film 6 if this is likewise a film laminate, can in principle be used in the form of the individual films for the production of the heat transport device 1, so that the film laminate (s) only in the course of the production of the heat transport device 1 are formed, it is advantageous if the first film 5 and / or the further film 6 are used as a (laminated) semi-finished product.
  • adhesives are suitable for this.
  • coextrusion and extrusion coating can also be used as a connection option.
  • a combination is also possible that several plastics are co-extruded and glued together with an extrusion-coated metal or (fiber) reinforcement layer.
  • all known processes for the production of composite films or film laminates can be used.
  • a fiber layer for example made of paper, can be arranged between the plastic film layer of the first film 5 and the plastic film layer of the further film 6.
  • This fiber layer is made liquid-resistant.
  • a coating can be provided for this.
  • the fibers of the paper or the fiber layer itself are made liquid-resistant, for example coated.
  • the coating can also give the shell 2 a higher strength or rigidity.
  • the coating can, for example, be a hardened adhesive layer.
  • the channels 2 are connected to one another via transverse channels 7. All channels 2 are preferably provided with these transverse channels 7, so that all channels 2 are connected to one another.
  • transverse channel refers to the fact that the transverse channels 7 run transversely to the heat transfer direction. The heat transport direction in the channels 2 runs in Fig.
  • the cross-sectional area of the channels 2 (viewed in the heat transport direction) can be between 1 times to 50 times larger, that is to say that of the transverse channels 7.
  • the transverse channels 7 can also have an equal cross-sectional area for that of the channels 2.
  • the heat transport device 1 for cooling and / or temperature control of an accumulator 8, i.e. a rechargeable battery, are used, as shown schematically in Fig. 2.
  • the heat transport device 1 can also be used for cooling and / or temperature control of an electronic component, in particular a (high) performance electronic component, in particular in the automotive sector, such as e.g. an IGBT, a stationary accumulator, in an industrial system cooling of surfaces, fuses, etc.
  • an electronic component in particular a (high) performance electronic component, in particular in the automotive sector, such as e.g. an IGBT, a stationary accumulator, in an industrial system cooling of surfaces, fuses, etc.
  • the accumulator 8 comprises at least one storage module 9, in particular several storage modules 9, for electrical energy.
  • the accumulator 8 can have between 2 and 50 memory modules 9, which can in particular be divided into several rows.
  • these values mentioned for the number of memory modules 9 are not to be understood as limiting.
  • the heat transfer device 1 is arranged below the at least one storage module 9.
  • the heat transfer device 1 can also be arranged at another location on the accumulator 8, for example above the at least one storage module 9, as shown in FIG. 3 is shown, or to the side of the at least one storage module 2. Combinations are also possible from the fact that the heat transport device 1 is therefore arranged, for example, below and to the side of the at least one storage module 9.
  • the accumulator 8 Preferably, only a single heat transport device 1 is provided in the accumulator 8 for all storage modules 9, which covers at least the entire bottom or top surface of the accumulator 8.
  • the total number of storage modules 9 is divided between a plurality of heat transport devices 1, these multiple heat transport devices 1 preferably being each associated with a plurality of storage modules 9.
  • the accumulator 8 can thus have one or more heat transfer port devices 1.
  • the heat generated in the accumulator 8 is removed.
  • the heat transport device 1 can be connected to a cooling device, for example the air conditioning system of a motor vehicle.
  • the motherboardtransportvor direction 1 may have a cooling interface 10.
  • This cooling interface 10 can, for example, be formed in a lateral region 11 of the heat transport device 1.
  • the water side area is in particular not covered by a memory module 9.
  • the cooling interface 10 can therefore also be referred to as a cooling interface flag.
  • the heat transfer medium in the channels 7 can be cooled in the cooling interface 10, for example with a coolant or an evaporating refrigerant.
  • a balancing mass 12 can be arranged at least in regions between the heat transport device 1 and the at least one storage module 9, the balancing mass 12 both on the heat transport device 1 and on the at least one memory module 9 is directly, ie immediately, present. It is thus possible to compensate for tolerances with regard to the size of the storage modules 9 and thus to improve the heat transfer from the storage modules into the heat transfer device 1, in particular if the heat transfer device 1 is rigid.
  • the leveling compound can be designed in accordance with the prior art for such gap fillers.
  • the insert element 3 can be made in several parts, in particular have at least one separate component for each channel 2. These components can be articulated together. It is also possible to arrange roller body 13 between the components, for example cylindrical or spherical.
  • the heat transport device 1 per storage module 9 may have an insert element part 14 which bears against the respective storage module 9, in particular bears directly against it. Due to the relatively displaceable arrangement of the Eilageelementmaschine 14 to each other (so the non-rigid design of the insert element 3), it is possible to compensate To leranzen between the memory modules 9 and thus to dispense with the balancing mass 12 (Fig. 3).
  • the insert element parts 14 can be connected, in particular glued, to the respective associated storage module 9.
  • the heat transfer device 1 can have a separate connecting element 15, as shown in particular in FIG. 5, which shows an accumulator 8 in plan view.
  • the heat transport device 1 is arranged on top of the storage modules 9.
  • the connecting element can be designed, for example, as a sintered component and can, in particular, be designed as a strip-shaped insert part. This insert part is arranged between the coolant guides of the cooling device and enables a level connection of the heat transport device 1 in this area.
  • the channels can have a rectangular or square cross-sectional shape.
  • the corners i.e. the side edges of channels 2) are preferably rounded.
  • the channels 2 are, however, at least partially arcuate, that is to say they have an arcuate cross section at least in regions. So the channels 2 can at least approximately be designed with an oval or elliptical cross section, as shown in Fig. 1. It is also possible, however, that only the side of the channels 2 of the heat transfer device 1 that is in contact with the memory modules is curved, and the channels 2 have an at least approximately flat bottom, as is indicated by the broken line in FIG. 1.
  • FIG. 6 A further embodiment variant of the heat transport device 1 is shown in FIG. 6. It can namely be provided that, to support the capillary action of the insert element 4, a liquid-absorbing element 16 bears against it.
  • This element 16 can be, for example, a paper element (in the form of blotting paper) or a sponge element.
  • the liquid on absorbent element 16 can also be arranged between two heat transport devices 1 and / or between two insert elements 3.
  • the liquid-absorbing element 16 is preferably bendable and compressible in order to be able to compensate for tolerances.
  • FIG. 7 another embodiment of the heat transfer device 1 is shown in 9.an view.
  • the insert element 3 is provided at one end 17 with an angle 18.
  • the heat transport device 1 therefore has two legs at an angle to one another, the angle not equal to 180 ° .
  • the angle is selected from a range of 60 0 and 120 °.
  • the angle is 90 °.
  • the heat transport device 1 can rest on at least one of the storage cells 9 of the rechargeable battery 8 on two sides.
  • the advantage is achieved that the cooling interface 10 can be relocated locally.
  • At least one sensor element 19 and / or at least one conductor track 20 is arranged, in particular printed, on the casing 4.
  • Each memory module 9 (or each cell of the memory module 9, since the memory modules 9 can also have several cells for storing the electrical energy) is preferably assigned at least one sensor element 19.
  • the sensor element 19 can have any shape and can be arranged at any suitable location on the heat transport device 1.
  • the at least one sensor element 19 is arranged on or in the single-layer or multi-layer first film 5 and / or the single-layer or multi-layer further film 6 (both shown in FIG. 1). If the sensor element 19 is arranged in the first film 5 and / or in the further film 6, it can be arranged between two of the above layers of the laminate of the first film 5 and / or in the further film 6.
  • the at least one sensor element 19 it is also possible for the at least one sensor element 19 to be arranged within only one layer of the laminate. For this purpose, the sensor element 19 can already be provided when the layer is formed and can be enclosed or enclosed by the material of this layer.
  • arranged on the film it is meant that the at least one sensor element 19 on an outside, i.e. an outer surface, the one or multilayer film 5 and / or 6 is arranged.
  • the at least one sensor element 19 is a thin-film sensor element.
  • the thin-film technology itself is known from the relevant literature, so reference is made to the details thereof.
  • the coating can be applied in particular by a printing process (e.g. screen printing, roller printing, inkjet printing, gravure printing, gravure printing, planographic printing, stamp printing), by spraying, vapor deposition, plasma coating, sputtering, powder coating, etc.
  • the at least one sensor element 19 can be contacted by wire.
  • the electrical contacting of the at least one sensor element 19 is preferred by means of Feiterbahnen 20, as can be seen from Fig. 8.
  • the Feiterbahn 20 are arranged in particular on the same surface of the single or multilayer film 5 and / or 6 on which the at least one sensor element 19 is also arranged.
  • the fitter webs 20 are also preferably applied by means of thin-film technology or by means of a coating process.
  • a sensor element 19 does not necessarily have to be present and it is not absolutely necessary for more than one fitter web 20 to be arranged.
  • the at least one sensor element 19 is arranged on an outside of the single-layer or multilayer film 4, this is preferably that surface of the film 5 or of the further film 6 with which it rests on the memory modules 9, so that the at least one sensor element also 19 bears directly on the at least one cell 3.
  • the sensor element 19 can be of any design. In the preferred embodiment of the heat transport device 1, however, at least one temperature sensor and / or at least one pressure sensor is used.
  • the at least one temperature sensor can be a thermocouple or a thermistor, for example. In principle, other suitable temperature sensors can also be used.
  • the temperature sensor can have a thermistor (NTC) or a thermistor (PTC).
  • a piezzoelectric sensor, a piezoresistive sensor, a capacitive pressure sensor, etc. can be used as the force or pressure sensor.
  • the sensor element 19 can also be a moisture sensor or a leak sensor or a pressure drop sensor.
  • the memory modules 9 of the accumulator 8 or, if appropriate, the cells of the memory modules 9 are cuboid, cylindrical and are arranged lying or standing.
  • the heat transport device 1 can, for example, be fastened with clips to the accumulator 8.
  • other fastenings are also possible, for example by means of pins or by means of rivets, etc.
  • the insert element 3 After the provision of the insert element 3, which - as explained above - is produced as a sintered component by means of powder metallurgical methods, this is provided with the heat transfer medium in a first step, which is shown in FIG. 9.
  • the insert element 3 can be soaked from this heat transfer medium, in particular in a bath.
  • the heat transfer medium can also be brought up to the insert element 3 differently, for example by spraying, etc. It is also possible in principle that the heat transfer medium is introduced into the insert element 3 at a later time, for example after it is arranged in the casing 4. After the impregnation, which is preferably carried out, the insert element 3 with the sheath 4 is seen ver.
  • the first film 5 and preferably the further film 6 with an appropriate size are used or cut to an appropriate size.
  • the insert element 3 is arranged between film parts of the first film 5 or between the first and the further film 5, 6, as shown in FIG. 10.
  • the volume that defines the envelope 4 is then evacuated via a corresponding opening 21 in the first film 5 or the further film 6.
  • the shell 2 is provided on one side with an oversize.
  • the shell 4 is completely closed by preferably welding the first film 5 or the first film 5 to the further film 6, as shown in FIG. 11. If the first film 5 is connected to the further film 6, these two can be mechanically held together before the connection, for example by means of clips, etc.
  • the heat transport device 1 is cut to the specific dimension, that is, the excess is eliminated. This is shown in Fig. 12.
  • the heat transport device 1 can also be produced as follows.
  • the sinter powder (sinter powder) is filled into a mold (die), in particular made of graphite.
  • a rod can be inserted into the sinter powder or the rod can be arranged in the mold before the sinter powder is filled.
  • the rod is in particular made of a refractory material and has the cross-sectional shape of the channel 2 or the channels 2.
  • the insert element 3 produced in this manner is placed in the shell 4 and welded in.
  • the casing 4 can be made from the two foils 5, 6.
  • the sleeve 4 can be formed as an (endless) hose. When welding in, one side remains open to provide the insert element with the heat transfer medium, in particular the liquid. Then the semi-finished heat transfer device 1 is evacuated and finally the still open side is welded.
  • the heat transport device 1 can have a round, oval, square, in particular rectangular cross section (viewed in the direction of heat transport). It special shapes, such as at least approximately cruciform or star-shaped, are also possible.
  • one insert element 3 or generally several insert elements 3 can generally be arranged in the casing 2.
  • the preceding statements with only one insert element 3 are therefore not to be understood as limiting.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Wärmetransportvorrichtung (1) mit einer allseitig geschlossenen Hülle (4), wobei die Hülle (4) ein Volumen definiert, in dem ein Einlageelement (3) oder mehrere Einlageelemente (3) aus einem Sintermaterial zur Ausbildung zumindest einer Heatpipe angeordnet ist/sind, wobei in dem Sintermaterial zumindest ein Kanal (2) für ein Wärmeträgermedium ausgebildet ist, und die Hülle (4) zumindest teilweise aus einer ein- oder mehrlagigen Folie (5, 6) gebildet ist.

Description

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Die Erfindung betrifft eine Wärmetransportvorrichtung mit einer allseitig geschlossenen Hülle, wobei die Hülle ein Volumen definiert, in dem ein Einlageelement oder mehrere Einla geelemente aus einem Sintermaterial zur Ausbildung zumindest einer Heatpipe angeordnet ist/sind, wobei in dem Sintermaterial zumindest ein Kanal für ein Wärmeträgermedium ausge bildet ist.
Weiter betrifft die Erfindung einen Akkumulator mit zumindest einem Speichermodul für elektrische Energie und zumindest einer Wärmetransportvorrichtung zur Kühlung oder Tem perierung für das zumindest eine Speichermodul.
Zudem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Wärmetransportvorrichtung umfassend die Schritte: Bereitstellen eines Einlageelementes oder mehrerer Einlageelemente aus einem Sinterwerkstoff und Anordnen des Einlageelementes oder der Einlageelemente in einer Hülle, die ein Volumen definiert.
Die Lebensdauer und die Effektivität sowie auch die Sicherheit einer wiederaufladbaren Bat terie für die sogenannte E-Mobility hängen unter anderem auch von der Temperatur im Be trieb ab. Aus diesem Grund wurden schon verschiedenste Konzepte für die Kühlung bzw. Temperierung der Akkumulatoren vorgeschlagen. Im Wesentlichen lassen sich die Konzepte in zwei Typen unterteilen, nämlich die Luftkühlung sowie die Wasserkühlung bzw. generell die Kühlung mit Flüssigkeiten.
Für die Wasserkühlung werden Kühlkörper verwendet, in denen zumindest ein Kühlmittelka nal ausgebildet ist. Diese Kühlköper werden zwischen den einzelnen Modulen des Akkumula tors oder auf den Modulen angeordnet. Ein Modul ist dabei eine selbstständige Einheit des Akkumulators, also nicht zwingend nur eine Zelle.
Aus dem Stand der Technik ist weiter bekannt, dass für die Wärmeleitung sogenannte Heat- pipes eingesetzt werden. So beschreibt die DE10 2008 054 958 Al ein Temperiersystem zum Temperieren mindestens einer wiederaufladbaren Batterie eines Kraftfahrzeugs mit mindestens einer Wärmetransport vorrichtung zur thermischen Anbindung der Batterie an mindestens eine im Kraftfahrzeug an geordnete Wärmequelle und/oder Wärmesenke. Die Wärmetransportvorrichtung weist min destens einen Wärmekontaktbereich zur lösbaren thermischen Kontaktierung der Batterie und mindestens eine Heatpipe zum Wärmetransport auf.
Eine Heatpipe (auch als Wärmerohr bezeichnet) ist vereinfacht ausgedrückt ein in sich ge schlossenes System in einem (im Wesentlichen rohrförmigen) Gehäuse, das in seinem Inneren ein Fluid aufweist, das sich aufgrund des herrschenden Drucks bei Betriebstemperatur nahe an seinem Siedepunkt befindet. Wird die Heatpipe in einem Teilbereich erwärmt, so geht das Fluid in die Gasphase über, um im Inneren der Heatpipe in Richtung eines kühleren Bereichs zu strömen, dort zu kondensieren und entlang der Innenwände des Gehäuses der Heatpipe in den wärmeren Bereich zurückzufließen. Bei diesem (Wärme-)Transportprozess entzieht die Heatpipe in einem Verdampfungsbereich ihrer Umgebung Wärme und führt diese Wärme der Umgebung des Kondensationsbereichs der Heatpipe zu.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes System zur Kühlung einer wiederaufladbaren Batterie, also eines Akkumulators, zu schaffen.
Die Aufgabe wird bei der eingangs genannten Wärmetransportvorrichtung dadurch gelöst, dass die Hülle zumindest teilweise aus einer ein- oder mehrlagigen Folie gebildet ist.
Weiter wird die Aufgabe mit dem eingangs genannten Akkumulator gelöst, bei dem die Wär metransportvorrichtung erfindungsgemäß ausgebildet ist.
Zudem wird die Aufgabe mit dem eingangs genannten Verfahren gelöst, nach dem vorgese hen ist, dass als Hülle zumindest eine ein- oder mehrlagige Folie verwendet wird, und das Einlageelement allseitig mit der zumindest einen Folie umgeben wird.
Von Vorteil ist dabei, dass im Vergleich zur direkten Flüssigkeitskühlung durch die Verwen dung einer Wärmetransportvorrichtung eine Ausgestaltung des Akkumulators möglich ist, bei der in unmittelbarer Nähe des Akkumulators keine Flüssigkeit vorhanden ist. Durch die An bindung des Akkumulators an den Bereich der Wärmetransportvorrichtung mit dem ver dampften Wärmeträgermedium kann zudem ein relativ hoher Grad an konstanter Temperatur über die gesamte zu kühlende Fläche des Akkumulators erreicht werden. Zudem ermöglicht die Ausführung der Hülle als Folie verglichen mit bekannten Heatpipe-Systemen eine einfa chere Montage der Wärmetransportvorrichtung an der zu kühlenden bzw. temperierenden Komponente, da Lötverbindungen, etc., entfallen können. Ein weiterer Vorteil der Wär metransportvorrichtung kann darin gesehen werden, dass im Betriebszustand keine elektro chemischen Reaktionen zwischen den Werkstoffen der Wärmetransportvorrichtung, d.h. dem Material der Hülle und dem Material des Einlageelementes, zu erwarten sind. Dies wiederum führt zu einer höheren Sicherheit der Wärmetransportvorrichtung bzw. seiner Anwendung bei einem Akkumulator. Darüber hinaus kann die Wärmetransportvorrichtung im Vergleich zu bekannten Heatpipe-Systemen mit geringeren Kosten hergestellt werden.
Nach einer Ausführungsvariante der Wärmetransportvorrichtung sind zur Verbesserung der Temperaturkonstanz über die zu kühlende bzw. temperierende Fläche vorgesehen sein, dass in dem zumindest einen Einlageelement mehrere Kanäle für mehrere Heatpipes ausgebildet sind.
Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass zumin dest einzelne der Kanäle relativ verstellbar zu den anderen Kanälen ausgebildet sind. Es ist damit eine bessere Anpassung der Wärmetransportvorrichtung an eine nicht vollständig ebene Oberfläche bzw. ein besserer Toleranzausgleich mit der Wärmetransportvorrichtung erreich bar, auch wenn kein sogenannter Gap-Filler eingesetzt wird.
Vorzugsweise ist das zumindest eine Einlageelement einteilig ausgebildet, womit nicht nur die Herstellung der Wärmetransportvorrichtung vereinfacht werden kann, sondern damit auch deren Stabilität verbessert werden kann, womit die Wärmetransportvorrichtung dünner ausge führt werden kann.
Nach einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Sin termaterial durch Glas gebildet ist. Es kann damit ein relativ leichtes Material eingesetzt wer den, das zudem auch noch inert in Bezug auf die eingesetzten Werkstoff und Chemikalien ist. Darüber hinaus ist Glas in der Regel unbedenklich für die Umwelt. Zur Verbesserung der Kapillarwirkung des zumindest einen Einlageelementes kann nach ei ner Ausführungsvariante der Erfindung vorgesehen sein, dass das Sintermaterial aus Partikeln mit einer Korngröße aus einem Bereich von 100 pm bis 500 m m gebildet ist.
Gemäß einer anderen Ausführungsvariante der Erfindung können die Kanäle zumindest teil weise mit einem bogenförmigen Querschnitt ausgebildet sein, wodurch die Stabilität der Ka näle verbessert werden kann. Auch mit dieser Ausführungsvariante ist es möglich, die Wär metransportvorrichtung dünner auszuführen.
Zur Vergleichmäßigung der Druckverhältnisse und/oder Temperaturverhältnisse in der Wär metransportvorrichtung kann nach einer anderen Ausführungsvariante der Erfindung vorgese hen sein, dass zumindest einzelne der Kanäle über Querkanäle miteinander verbunden sind. In weiterer Folge kann damit eine Vergleichmäßigung der Temperatur der Speicherzellen zu mindest im Bereich der Kontaktfläche mit der Wärmetransportvorrichtung erreicht werden.
Eine Verbesserung der Kapillarwirkung des zumindest einen Einlageelementes kann gemäß einer Ausführungsvariante der Erfindung erreicht werden, wenn an dem zumindest einen Ein lageelement ein eine Flüssigkeit aufsaugendes Element anliegend angeordnet wird.
Zur Reduktion des nötigen Bauraums eines mit der Wärmetransportvorrichtung ausgestatteten Akkumulators kann vorgesehen sein, dass das zumindest eine Einlageelement an einem End bereich eine Abwinkelung aufweist. Diese Abwinkelung kann damit zum Anschluss der Wär metransportvorrichtung an eine Kühlvorrichtung dienen, sodass mit der Abwinkelung also ge ometrisch ein anderer bzw. baulich günstigerer Anschluss realisiert werden kann.
Zur Verbesserung der Überwachung der richtigen Funktion eines Akkumulators, der mit der Wärmetransportvorrichtung ausgestattet ist, kann nach eine weiteren ausführungsvariante der Erfindung vorgesehen sein, dass auf der Hülle der Wärmetransportvorrichtung zumindest ein Sensorelement und/oder eine Leiterbahn angeordnet ist.
Eine einfachere Beladung des zumindest einen Einlageelementes mit dem Wärmeträgerme dium kann erreicht werden, wenn gemäß einer Ausführungsvariante des Verfahrens das Einla geelement vor der Anordnung in der Hülle mit einer Flüssigkeit versehen wird. Weiter kann zur Vereinfachung der Herstellung der Betriebsbereitschaft der Wärmetransport vorrichtung nach einer Ausführungsvariante des Verfahrens vorgesehen werden, dass die zu mindest eine Folie mit einem seitlichen Überstand bereitgestellt wird, wobei in dem Über stand zumindest eine Öffnung angeordnet wird, über die das Volumen der Hülle nach dem Einlegen des zumindest einen Einlageelementes evakuiert wird.
Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert.
Es zeigen jeweils in vereinfachter, schematischer Darstellung:
Fig. 1 eine Wärmetransportvorrichtung in Stimansicht geschnitten;
Fig. 2 einen Akkumulator mit einer Wärmetransportvorrichtung;
Fig. 3 eine Ausführungsvariante der Anbindung der Wärmetransportvorrichtung an die
Speichermodule des Akkumulators;
Fig. 4 eine andere Ausführungsvariante der Anbindung der Wärmetransportvorrichtung an die Speichermodule des Akkumulators;
Fig. 5 eine Ausführungsvariante der Anbindung der Wärmetransportvorrichtung an eine
Kühlvorrichtung ;
Fig. 6 verschiedene Ausgestaltungen der Kanäle der Wärmetransportvorrichtung;
Fig. 7 eine Ausführungsvariante der Wärmetransportvorrichtung in Stimansicht;
Fig. 8 eine andere Ausführungsvariante der Wärmetransportvorrichtung in Draufsicht; Fig. 9 einen Verfahrens schritt zur Herstellung der Wärmetransportvorrichtung;
Fig. 10 einen weiteren Verfahrens schritt zur Herstellung der Wärmetransportvorrichtung; Fig. 11 einen weiteren Verfahrens schritt zur Herstellung der Wärmetransportvorrichtung;
Fig. 12 einen weiteren Verfahrens schritt zur Herstellung der Wärmetransportvorrichtung.
Einführend sei festgehalten, dass in den unterschiedlich beschriebenen Ausführungsformen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen wer den, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäß auf glei che Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen wer den können. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. oben, un ten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind diese Lageangaben bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen.
In Fig. 1 ist eine erste Ausführungsvariante einer Wärmetransportvorrichtung 1 in Stirnansicht geschnitten dargestellt. Die Wärmetransportvorrichtung 1 ist vorzugsweise als Flachmodul ausgeführt. Ein Flachmodul bezeichnet dabei eine Wärmetransportvorrichtung 1, in der be vorzugt mehrere Kanäle 2 für ein Wärmeträgermedium angeordnet sind, insbesondere neben einander. Es besteht aber auch die Möglichkeit, dass die Wärmetransportvorrichtung 1 nur ei nen Kanal 2 aufweist.
Das Flachmodul kann beispielsweise eine Dicke 7 zwischen 0,3 mm und 3 mm, eine Breite 8 von 300 mal der Dicke 7 bis 3000 mal der Dicke 7 und eine Länge 9 von 1 mal der Breite 8 bis 10 mal der Breite 8 aufweisen.
Als Wärmeträgermedium wird eine Flüssigkeit verwendet, die - wie für Heatpipes üblich - für den Wärmetransport in der Wärmetransportvorrichtung 1 verdampft wird und damit den Wärmetransport in den Kanälen 2 übernimmt.
Als Flüssigkeit kann beispielsweise Wasser, Methanol, etc., eingesetzt werden.
Der zumindest eine Kanal 2 ist in einem Einlageelement 3 angeordnet bzw. ausgebildet. Das Einlageelement 3 ist allseitig von einer Hülle 4 umgeben. Die Hülle 4 ist allseitig geschlossen ausgeführt. Weiter definiert die Hülle 4 ein Volumen für das Einlageelement 3. Dieses Volu men der Hülle 4 ist vorzugsweise gleich groß wie das Volumen, das das Einlageelement 3 aufweist. Somit liegt die Hülle 4 bevorzugt allseitig vollflächig an dem Einlageelement 3 an. Das Volumen der Hülle 4 kann aber auch größer sein, als das Volumen des Einlageelementes 3, bevorzugt um maximal 20 %, insbesondere maximal 10 %, größer.
Das Einlageelement 3 besteht aus einem Sintermaterial. Das Sintermaterial ist insbesondere eine Kapillarmaterial, d.h. ein Material, das Kapillaren aufweist. Beispielsweise kann das Sin termaterial aus einem Metall bestehen, wie z.B. aus Kupfer oder aus Aluminium bzw. deren Legierungen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante der Wärmetransportvorrichtung 1 besteht das Sintermaterial aus Glas.
Prinzipiell können aber auch andere, geeignete Sinterwerkstoff eingesetzt werden.
Das Einlageelement 3 wird hergestellt, indem Partikel des Sintermaterials miteinander versin- tert werden. Dazu wird das Sintermaterial in eine entsprechende Form eingefüllt, die vorzugs weise bereits der Form des Einlageelementes 3 entspricht. Das Einlageelement 3 kann aber nach dem Sintern auch noch (spanend) Nachbearbeitet werden.
Das Sintern selbst erfolgt nach dem Stand der Technik für Pulvermetallurgie entsprechend.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante werden für die Herstellung des Einlageele mentes 3 Partikel des Sintermaterials verwendet, die eine Korngröße aus einem Bereich von 100 pm bis 500 pm, insbesondere aus einem Bereich von 150 pm bis 300 pm, aufweisen. Die Komgrößenbestimmung erfolgt anhand von Schliffbildern in an sich bekannter Weise be stimmt.
Der zumindest eine Kanal 2 kann bereits bei der Formgebung des Einlageelementes 3 berück sichtigt werden oder später, insbesondere nach dem Sintern, in das Einlageelement 3 eingear beitet werden. Es ist auch eine Grünlingsbearbeitung des Einlageelementes 3 zur Ausbildung des zumindest einen Kanals 2 möglich.
Das Einlageelement 3 kann mehrteilig ausgebildet sein. Beispielsweise kann das Einlageele ment 3 für jeden Kanal 2 ein eigenes Bauteil bilden. Zusätzlich oder alternativ dazu kann das Einlageelement 3 auch aus einem Oberteil und einem Unterteil gebildet sein, wobei die Trennebene im Bereich des Kanals 2 oder der Kanäle 2 ausgebildet sein kann, um die sen/diese einfacher ausbilden zu können. Insbesondere kann die Trennebene auf halber Kanal höhe (im Querschnitt wie in Fig. 1 betrachtet) liegen.
Die einzelnen Teile des Einlageelementes 3 können in der Wärmetransportvorrichtung 1 lose aneinanderlegend angeordnet sein. Vorzugsweise werden sie aber miteinander verbunden.
Es besteht aber auch die Möglichkeit, dass das Einlageelement 3 gemäß einer andere bevor zugten Ausführungsvariante einteilig ausgebildet ist.
Die Hülle 4 ist zumindest teilweise aus einer ein- oder mehrlagigen Folie gebildet. Vorzugs weise besteht die gesamte Hülle 4 aus zumindest einer mehrlagigen Folie. Im Fall, dass nur eine Folie verwendet wird, wird diese einmal zusammengeklappt um eine Art„Tasche“ zu bilden. Die restlichen, offenen Kantenbereiche werden dann durch das miteinanderverbinden der beiden Folienteile geschlossen.
Es besteht aber auch die Möglichkeit, dass die Hülle 4 aus einer ersten ein- oder mehrlagigen Folie 5 und einer weiteren ein- oder mehrlagigen Folie 6 gebildet ist, wobei die beiden Folien 5, 6 miteinander allseitig miteinander verbunden sind, um das voranstehend genannte, voll ständig abgeschlossene Volumen für das Einlageelement 3 zu bilden.
Die Verbindung der beiden Folien 5, 6 oder der beiden Folienteile miteinander kann durch Kleben erfolgen. Vorzugsweise werden sie aber miteinander verschweißt. Als Schweißverfah ren können beispielsweise das Temperaturimpuls schweißen, Laserschweißen, IR-Schweißen, Ultraschallschweißen, Hochfrequenzschweißen, angewandt werden.
Die erste Folie 5 und/oder die weitere Folie 6 besteht/bestehen aus einem Laminat, das eine erste Kunststofffolienlage, eine damit verbundene Verstärkungs Schicht, zumindest eine mit der Verstärkungs Schicht verbundene Metallfolienlage oder eine mit der Verstärkungs Schicht verbundene metallisierte weitere Kunststofffolienlage aufweist.
Die erste Folie 5 und/oder die weitere Folie 6 kann/können auch aus einem Laminat bestehen, das eine erste Kunststofffolienlage, zumindest Metallfolienlage zumindest eine metallisierte weitere Kunststofffolienlage und zwischen der Kunststofffolienlage und einer Metallfolien einlage eine abriebfeste Lage, beispielsweise aus PET, aufweist. Zwischen den Lagen können weitere Kunststoffschichten angeordnet sein.
Die erste Kunststoffeinlage kann generell eine„Schweißlage“ zum Verschweißen der ersten Folie 5 mit der weiteren Folie 6 sein.
Weiter kann generell mit einer oder mehreren Metallfolienlagen die Dichtheit der Hülle 4 be einflusst bzw. verbessert werden.
Prinzipiell können auch andere Laminate verwendet werden. Beispielsweis kann nur die erste Folie 5 mit der Metallfolienlage oder nur die weitere Folie 6 mit der Metallfolienlage verse hen sein. Ebenso kann nur die erste Folie 5 die Verstärkungs Schicht oder nur die weitere Folie 6 die Verstärkungs Schicht aufweisen. Ebenso sind mehr als dreischichtige Aufbauten der ers ten Folie 5 und/oder der weiteren Folie 6 möglich. Bevorzugt sind die erste Folie 5 und die weitere Folie 6 jedoch gleich ausgebildet.
Die Verstärkungsschicht und/oder die Metallfolienlage der weiteren Folie 6 kann/können un terschiedlich sein zur Verstärkungs Schicht und/oder zur Metallfolienlage des ersten Folie 5. Vorzugsweise sind die beiden Verstärkungsschichten und/oder die beiden Metallfolienlagen jedoch gleich ausgebildet.
Die beiden Folien 5, 6 sind so angeordnet, dass die beiden Kunststofffolienlagen aneinander anliegen und über diese Kunststofffolienlagen miteinander verbunden sind. Falls die weitere Folie 6 (nur) die zweite Kunststofffolienlage aufweist, wird diese zweite Kunststofffolienlage unmittelbar benachbart zur Kunststofffolienlage der ersten Folie 5 angeordnet und mit dieser verbunden.
Anstelle einer Metallfolienlage können auch eine metallisierte weitere Kunststofffolienlage verwendet werden, wobei in diesem Fall die Metallisierung vorzugsweise zwischen der Ver stärkungsschicht und der weiteren Kunststofffolienlage angeordnet wird. Die erste Kunststofffolienlage und/oder die zweite Kunststofffolienlage und/oder die metalli sierte weitere Kunststofffolienlage besteht/bestehen bevorzugt zu zumindest 80 Gew.-%, ins besondere zu zumindest 90 Gew.-%, aus einem thermoplastischen Kunststoff oder einem Elastomer. Der thermoplastische Kunststoff kann ausgewählt sein aus einer Gruppe umfas send bzw. bestehend aus Polyethylen (PE), Polyoxymethylen (POM), Polyamid (PA), insbe sondere PA 6, PA 66, PA 11, PA 12, PA 610, PA 612, Polyphenylensulfid (PPS), Polyethyl- enterephthalat (PET), vernetzte Polyolefine, bevorzugt Polypropylen (PP). Das Elastomer kann ausgewählt sein aus einer Gruppe umfassen bzw. bestehend aus thermoplastische Elasto mere wie z.B. thermoplastische Vulkanisate, olefin-, amin-, ester-basierende, thermoplasti sche Polyurethane, insbesondere thermoplastische Elastomere auf Ether-/Ester Basis, Styrol- Block-Copolymere, Silikonelastomere.
Es sei an dieser Stelle erwähnt, dass unter einem Kunststoff ein synthetisches oder natürliches Polymer verstanden wird, das aus entsprechenden Monomeren hergestellt ist.
Vorzugsweise besteht/bestehen die erste Kunststofffolienlage und/oder die zweite Kunststoff folienlage und/oder die metallisierte weitere Kunststofffolienlage aus einer sogenannten Sie gelfolie. Dies hat den Vorteil, dass die jeweiligen Folien 5, 6 direkt miteinander verbunden werden können.
Es ist aber auch möglich, andere Kunststoffe, wie z.B. duroplastische Kunststoffe bzw. duro plastische Werkstoffe einzusetzen, die dann beispielsweise mit einem Klebstoff miteinander verklebt werden. Hierzu eignen sich insbesondere Zwei-komponenten Klebstoffsysteme auf Polyurethanbasis oder Silikonbasis oder auch Heißklebesysteme.
Bevorzugt umfasst/umfassen die Verstärkungsschicht(en) eine oder besteht/bestehen aus einer Faserverstärkung. Die Verstärkungsschicht(en) kann/können aber auch aus einem anderen Werkstoff bestehen, beispielsweise aus einer Kunststofffolie, die aus einem zum Kunststoff der ersten Kunststofffolienlage und/oder der zweiten Kunststofffolienlage und/oder der metal lisierten weiteren Kunststofffolienlage unterschiedlichen Kunststoff besteht.
Die Faserverstärkung ist bevorzugt als eigene Schicht ausgebildet, die zwischen der Kunst stofffolienlage und der Metallfolienlage oder der metallisierten weiteren Kunststofffolienlage angeordnet ist. Sollten in der Faserverstärkungsschicht Hohlräume ausgebildet sein, können diese auch mit dem Kunststoff der Kunststofffolienlage oder der metallisierten weiteren Kunststofffolienlage zumindest teilweise ausgefüllt sein.
Die Faserverstärkung kann aus Fasern und/oder Fäden gebildet sein, die ausgewählt sind aus einer Gruppe umfassend oder bestehend aus Glasfasern, Aramidfasem, Kohlenstofffasem, Mineralfasern, wie beispielsweise Basaltfasem, Natur-fasern, wie z.B. Hanf, Sisal, und Kom binationen daraus.
Bevorzugt werden Glasfasern als Faserverstärkung s Schicht eingesetzt. Der Anteil der Fasern, insbesondere der Glasfasern, an der Faserverstärkung kann zumindest 80 Gew.-%, insbeson dere zumindest 90 Gew.-% betragen. Bevorzugt bestehen die Fasern und/oder Fäden der Fa serverstärkung ausschließlich aus Glasfasern.
Die Fasern und/oder Fäden können in der Faserverstärkung als Gelege, beispielsweise als Vlies, vorliegen. Bevorzugt wird jedoch ein Gewebe oder ein Gestrick aus den Fasern und/o der Fäden. Es ist dabei auch möglich, dass das Gewebe oder Gestrick nur bereichsweise vor liegt und die restlichen Bereiche der Faserverstärkung durch ein Gelege gebildet werden.
Es ist auch möglich, dass gummierte Fasern und/oder Fäden als bzw. für die Faserverstärkung eingesetzt werden.
Bei Verwendung eines Gewebes sind unterschiedliche Bindungsarten, insbesondere Lein wand-, Köper- oder Atlasbindung, möglich. Bevorzugt wird eine Leinwandbindung einge setzt.
Es ist aber auch möglich, ein offenmaschiges Glasgewebe oder Glasgelege zu verwenden.
Die Faserverstärkung kann als Einzelschicht ausgebildet sein. Es ist aber auch möglich, dass die Faserverstärkung mehrere, gegebenenfalls voneinander getrennte, Einzelschichten auf weist, beispielsweise zwei oder drei, wobei zumindest einzelne der mehreren Einzelschichten zumindest bereichsweise, vorzugsweise zur Gänze, auch aus zum Rest der Einzelschichten unterschiedlichen Fasern und/oder Fäden bestehen können. Alternativ oder zusätzlich zur Faserverstärkung kann/können die Verstärkungs-schicht(en) 13, 16 eine mineralische Füllung aufweisen. Als mineralische Füllung (mineralischer Füllstoff) kann beispielsweise Calciumcarbonat, Talkum, Quarz, Wollastonit, Kaolin oder Glimmer ein gesetzt werden.
Die Metallfolienlage ist insbesondere eine Aluminiumfolie. Es sind aber auch andere Metalle verwendbar, wie beispielsweise Kupfer oder Silber.
Die Metallfolienlage kann eine Schichtstärke zwischen 5 pm und 100 pm auf-weisen.
Im Falle des Einsatzes der metallisierten weiteren Kunststofffolienlage können für die Metal lisierung die genannten Metalle verwendet werden. Vorzugsweise weist die Metallisierung eine Schichtdicke auf, die ausgewählt ist aus einem Bereich von 5 nm bis 100 nm. Die metal lische Bedampfung der weiteren Kunststofffolienlage kann mit aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren hergesteht werden.
Die Kunststofffolienlage der ersten und/oder weiteren Folie 5, 6 und/oder die weitere Kunst- stofffolienlage der ersten und/oder weiteren Folie 5, 6, die die Metallisierung aufweist, kann/können eine Schichtdicke zwischen 10 pm und 200 pm aufweisen.
Die Schichtdicke der Verstärkungsschicht(en) kann zwischen 5 pm und 50 pm betragen.
Die erste Folie 5 und/oder die weitere Folie 6 kann/können insbesondere folgenden Aufbau in der angegebenen Reihenfolge aufweisen:
Kunststofffolienlage aus PP oder PE;
Verstärkungs Schicht aus einem Glasfasergewebe;
Metallfolienlage aus Aluminium mit einer Schichtdicke von 20 pm (bei mehreren Me- tallfolienlagen kann die Schichtdicke der einzelnen Metallfolienlagen reduziert werden, bei spielsweise auf 10 pm).
Für den Fall, dass die weitere Folie 6 nur aus der Kunststofffolienlage besteht, wird hierfür bevorzugt ein Polyethylenterephthalat (PET) als Kunststoff verwendet. Die erste Folie 5 und/oder die weitere Folie 6 können auch noch zumindest eine weitere Schicht aufweisen, wie beispielsweise zumindest eine weitere Verstärkungslage und/oder zu mindest eine Primerschicht und/oder zumindest eine thermotrope Schicht.
Obwohl die erste Folie 5 und die weitere Folie 6, falls diese ebenfalls ein Folienlaminat ist, prinzipiell in Form der Einzelfolien zur Herstellung der Wärmetransportvorrichtung 1 einge setzt werden können, sodass das bzw. die Folienlaminat(e) erst im Zuge der Herstellung der Wärmetransportvorrichtung 1 ausgebildet werden, ist es von Vorteil, wenn die erste Folie 5 und/oder die weitere Folie 6 als (laminiertes) Halbzeug eingesetzt werden.
Zur Verbindung der Einzelschichten des Laminats oder der Laminate können diese miteinan der über Klebstoffe verklebt werden. Hierzu eignen sich die voran-stehend genannten Kleb stoffe. Neben Klebstoffen kann auch die Coextrusion und die Extrusionsbeschichtung als Ver bindungsmöglichkeit eingesetzt werden. Selbstverständlich ist auch eine Kombination mög lich, dass mehrere Kunststoffe coextrudiert und mit einer extrusionsbeschichteten Metall- o- der (Faser)Verstärkungsschicht miteinander klebekaschiert werden. Generell können sämtli che bekannte Verfahren zur Herstellung von Verbundfolien bzw. Folienlaminaten verwendet werden.
Zwischen der Kunststofffolienlage der ersten Folie 5 und der Kunststofffolienlage der weite ren Folie 6 kann eine Faserschicht, beispielsweise aus einem Papier, angeordnet sein. Diese Faserschicht flüssigkeitsfest ausgerüstet. Dazu kann eine Beschichtung vorgesehen sein. Es besteht aber auch die Möglichkeit, dass die Fasern des Papiers bzw. der Faserschicht an sich flüssigkeitsfest ausgerüstet, beispielsweise beschichtet sind. Die Beschichtung kann zudem der Hülle 2 eine höhere Festigkeit bzw. Steifigkeit verleihen. Die Beschichtung kann bei spielsweise eine gehärtete Klebstoffschicht sein.
Nach einer anderen Ausführungsvariante der Wärmetransportvorrichtung 1, die ebenfalls in Fig. 1 dargestellt ist, kann vorgesehen sein, dass zumindest einzelne der Kanäle 2 über Quer kanäle 7 miteinander verbunden sind. Vorzugsweise sind sämtliche Kanäle 2 mit diesen Quer kanälen 7 versehen, sodass also sämtliche Kanäle 2 miteinander in Verbindung stehen. Der Begriff„Querkanal“ bezeichnet dabei den Umstand, dass die Querkanäle 7 quer zur Wär metransportrichtung verlaufen. Die Wärmetransportrichtung in den Kanälen 2 verläuft in Fig.
1 senkrecht auf die Darstellungsebene (Papierebene).
Die Querschnittsfläche der Kanäle 2 (in Wärmetransportrichtung betrachtet) kann um zwi schen 1 Mal bis 50 Mal größer sein, also jene der Querkanäle 7. Die Querkanäle 7 können aber auch eine gleich große Querschnittsfläche für die der Kanäle 2 aufweisen.
Wie bereits voranstehen ausgeführt, kann die Wärmetransportvorrichtung 1 zur Kühlung und/oder Temperierung eines Akkumulators 8, d.h. einer wiederaufladbaren Batterie, einge setzt werden, wie diese in Fig. 2 schematisch dargestellt ist. Es sei jedoch erwähnt, dass die Wärmetransportvorrichtung 1 auch zur Kühlung und/oder Temperierung einer elektronischen Komponente verwendet werden kann, insbesondere einer (Hoch)leistungseleketronik-Kompo- nente, insbesondere im Automotivbereich, wie z.B. ein IGBT, einem stationäre Akkumulator, in einer industrielle Anlagenkühlung von Oberflächen, Sicherungen, etc.. Die Ausführungen in dieser Beschreibung gelten somit analog auch für diese Anwendungen.
Der Akkumulator 8 umfasst zumindest ein Speichermodul 9, insbesondere mehrere Speicher- module 9, für elektrische Energie. Beispielsweise kann der Akkumulator 8 zwischen 2 und 50 Speichermodule 9 aufweisen, die insbesondere auf mehrere Reihen aufgeteilt sein können. Diese genannten Werte für die Anzahl an Speichermodulen 9 sind aber nicht beschränkend zu verstehen.
Da der prinzipielle Aufbau derartiger Akkumulatoren 8 für die E-Mobility aus dem einschlä gigen Stand der Technik bekannt ist, sei zur Vermeidung von Wiederholungen darauf verwie sen.
In der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsvariante des Akkumulators 8 ist die Wärmetrans portvorrichtung 1 unterhalb des zumindest einen Speichermoduls 9 angeordnet. Die Wär metransportvorrichtung 1 kann aber auch an einer anderen Stelle am Akkumulator 8 angeord net sein, beispielsweise oberhalb des zumindest einen Speichermoduls 9, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist, oder seitlich des zumindest einen Speichermoduls 2. Es sind auch Kombinatio nen daraus möglich, dass die Wärmetransportvorrichtung 1 also beispielsweise unterhalb und seitlich des zumindest einen Speichermoduls 9 angeordnet ist.
Vorzugsweise ist in dem Akkumulator 8 für sämtliche Speichermodule 9 nur eine einzige Wärmetransportvorrichtung 1 vorgesehen, die zumindest die gesamte Bodenfläche oder Deckfläche des Akkumulators 8 abdeckt. Es besteht aber auch die Möglichkeit, dass die Ge samtzahl an Speichermodulen 9 auf mehrere Wärmetransportvorrichtungen 1 aufgeteilt ist, wobei diese mehreren Wärmetransportvorrichtungen 1 vorzugsweise jeweils mehreren Spei chermodulen 9 zugeordnet sind. De Akkumulator 8 kann also eine oder mehrere Wärmetrans portvorrichtungen 1 aufweisen.
Über die zumindest eine Wärmetransportvorrichtung 1 wird die im Akkumulator 8 entstan dene Wärme abtransportiert. Um die Wärme aus dem Bereich des Akkumulators 8 abzufüh ren, kann die Wärmetransportvorrichtung 1 an eine Kühlvorrichtung, beispielsweise die Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs, angeschlossen werden. Dazu kann die Wärmetransportvor richtung 1 eine Kühlschnittstelle 10 aufweisen. Diese Kühlschnittstelle 10 kann beispiels weise in einem seitlichem Bereich 11 der Wärmetransportvorrichtung 1 ausgebildet sein. Die ser seitliche Bereich ist insbesondere nicht von einem Speichermodul 9 abgedeckt. Die Kühl- schnittstelle 10 kann also auch als Kühlschnittstellenfahne bezeichnet werden.
Die Kühlung des Wärmeträgermediums in den Kanälen 7 kann in der Kühlschnittstelle 10 beispielsweise mit einem Kühlmittel oder einem verdampfenden Kältemittel erfolgen.
Wie in Fig. 3 dargesteht, besteht nach einer Ausführungsvariante des Akkumulators 8 die Möglichkeit, dass zwischen der Wärmetransportvorrichtung 1 und dem zumindest einen Spei chermodul 9 zumindest bereichsweise eine Ausgleichsmasse 12 angeordnet werden, wobei die Ausgleichsmasse 12 sowohl an der Wärmetransportvorrichtung 1 als auch an dem zumin dest einen Speichermodul 9 direkt, d.h. unmittelbar, anliegt. Es ist damit möglich, Toleranzen hinsichtlich der Größe der Speichermodule 9 auszugleichen und damit den Wärmetransport von den Speichermodulen in die Wärmetransportvorrichtung 1 zu verbessern, insbesondere wenn die Wärmetransportvorrichtung 1 starr ausgeführt ist. Die Ausgleichsmasse kann dem Stand der Technik für derartige Gap-Filler entsprechend ausgebildet sein. Nach einer anderen Ausführungsvariante der Wärmetransportvorrichtung 1 kann zum Unter schied dazu vorgesehen sein, dass zumindest einzelne der Kanäle 2, insbesondere alle Kanäle 2, relativ verstellbar zu den anderen Kanälen 7 ausgebildet sind, wie dies in Fig. 4 dargestellt ist. Dazu kann das Einlageelement 3 mehrteilig ausgeführt sein, insbesondere für jeden Kanal 2 zumindest ein eigenes Bauteil aufweisen. Diese Bauteile können gelenkig miteinander ver bunden sein. Es ist auch möglich, zwischen den Bauteilen Wälzköper 13 anzuordnen, bei spielsweise zylinderförmige oder kugelförmige.
Wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, kann die Wärmetransportvorrichtung 1 pro Speichermodul 9 ein Einlageelementteil 14 aufweisen, das an dem jeweiligen Speichermodul 9 anliegt, insbeson dere unmittelbar anliegt. Durch die relativ verschiebbare Anordnung der Eilageelementteile 14 zueinander (also die nicht starre Ausführung des Einlageelements 3) wird es möglich, To leranzen zwischen den Speichermodulen 9 auszugleichen und damit auf die Ausgleichsmasse 12 (Fig. 3) zu verzichten. Die Einlageelementteile 14 können mit dem jeweiligen, zugehöri gen Speichermodul 9 verbunden, insbesondere verklebt, sein.
Zur Verbesserung der Wärmeübertragung von der Wärmetransportvorrichtung 1 auf die Kühl vorrichtung in der Kühlschnittstelle 10 kann die Wärmetransportvorrichtung 1 ein gesondertes Anbindungselement 15 aufweisen, wie dies insbesondere Fig. 5 zeigt, die einen Akkumulator 8 in Draufsicht zeigt. Die Wärmetransportvorrichtung 1 ist oben auf den Speichermodulen 9 angeordnet. Das Anbindungselement kann beispielsweis als Sinterbauteil ausgeführt sein und kann insbesondere als leistenförmiges Einlageteil ausgeführt sein. Dieses Einlageteil wird zwischen den Kühlmittelführungen der Kühlvorrichtung angeordnet und ermöglicht eine ebene Anbindung der Wärmetransportvorrichtung 1 in diesem Bereich.
In Fig. 6 sind verschiedene Ausführungsvarianten an Querschnittsformen der Kanäle 2 der Wärmetransportvorrichtung 1 gezeigt. Beispielsweise können die Kanäle eine rechteckige o- der quadratische Querschnittsform aufweisen. Die Ecken (d.h. die Seitenkanten der Kanäle 2) sind vorzugsweise gerundet ausgeführt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante der Wärmetransportvorrichtung 1 sind die Ka näle 2 aber zumindest teilweise bogenförmig ausgebildet, d.h. sie weisen zumindest bereichs weise einen bogenförmigen Querschnitt auf. So können die Kanäle 2 zumindest annähernd mit einem ovalen oder elliptischen Querschnitt ausgeführt sein, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist. Es ist aber auch möglich, dass nur die an den Speichermodulen anliegende Seite des der Ka näle 2 der Wärmetransportvorrichtung 1 bogenförmig ausgebildet ist, und die Kanäle 2 einen zumindest annähernd ebenen Boden aufweisen, wie dies in Fig. 1 strichliert angedeutet ist.
In Fig. 6 ist noch eine weitere Ausführungsvariante der Wärmetransportvorrichtung 1 gezeigt. Es kann nämlich vorgesehen sein, dass zur Unterstützung der Kapillarwirkung des Einlageele mentes 4 an diesem anliegend ein eine Flüssigkeit auf-saugendes Element 16 anliegt. Dieses Element 16 kann beispielsweise ein Papierelement (in Art eines Löschpapiers) oder ein Schwammelement sein.
Wenn mehrere Wärmetransportvorrichtungen 1 vorgesehen sind oder in der Wärmetransport vorrichtung mehrere getrennte Einlageelemente 3 vorgesehen sind, kann das Flüssigkeit auf saugende Element 16 auch zwischen zwei Wärmetransportvorrichtungen 1 und/oder zwischen zwei Einlageelementen 3 angeordnet sein.
Es besteht weiter die Möglichkeit, dass mehr als ein Flüssigkeit aufsaugendes Element 16 in der Wärmetransportvorrichtung 1 vorgesehen ist.
Vorzugsweise ist das Flüssigkeit aufsaugende Element 16 biegbar und komprimierbar, um Toleranzen ausgleichen zu können.
In Fig. 7 ist eine weitere Ausführungsvariante der Wärmetransportvorrichtung 1 in Seitenan sicht dargestellt.
Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass In den Figuren für gleiche Teile gleiche Be zugszeichen bzw. Bauteilbezeichnungen verwendet werden. Die Ausführungen zu den einzel nen Teilen gelten daher für sämtliche Ausführungsvarianten der Erfindung, sofern nichts an deres angegeben ist oder die Nichtanwendbarkeit nicht ohnehin offensichtlich ist.
Bei der Wärmetransportvorrichtung 1 gemäß Fig. 7 ist das Einlageelement 3 an einem Endbe reich 17 mit einer Abwinkelung 18 versehen. Die Wärmetransportvorrichtung 1 weist daher zwei winkelig zueinanderstehende Schenkel auf, wobei der Winkel ungleich 180 0 ist. Insbe sondere ist der Winkel ausgewählt aus einem Bereich von 60 0 und 120 °. Vorzugsweise be trägt der Winkel 90 °.
Durch diese Abwinkelung 18 kann die Wärmetransportvorrichtung 1 an zwei Seiten an zu mindest einer der Speicherzellen 9 des Akkumulators 8 anliegen. Zudem wird damit der Vor teil erreicht, dass die Kühlschnittstelle 10 örtlich verlegt werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante der Wärmetransportvorrichtung 1, die in Fig. 8 dargestellt ist, kann vorgesehen sein, dass auf der Hülle 4 zumindest ein Sensorelement 19 und/oder zumindest eine Leiterbahn 20 angeordnet, insbesondere aufgedruckt, ist. Vorzugs weise ist jedem Speichermodul 9 (oder jeder Zelle des Speichermoduls 9, da die Speichermo- dule 9 auch mehrere Zellen zur Speicherung der elektrischen Energie aufweisen können) zu mindest ein Sensorelement 19 zugeordnet.
Prinzipiell kann das Sensorelement 19 jede beliebige Form aufweisen und an jeder geeigneten Stelle der Wärmetransportvorrichtung 1 angeordnet sein. In der bevorzugten Ausführungsva riante ist das zumindest eine Sensorelement 19 jedoch auf oder in der ein- oder mehrlagigen ersten Folie 5 und/oder der ein- oder mehrlagigen weiteren Folie 6 (beide in Fig. 1 dargestellt) angeordnet. Sofern das Sensorelement 19 in der erste Folie 5 und/oder in der weiteren Folie 6 angeordnet ist, kann es zwischen zwei der voranstehenden Lagen des Laminats der der erste Folie 5 und/oder in der weiteren Folie 6 angeordnet sein. Es ist aber auch möglich, dass das zumindest eine Sensorelement 19 innerhalb nur einer Lage des Laminats angeordnet ist. Dazu kann das Sensorelement 19 bei der Ausbildung der Lage bereits vorgesehen werden und vom Werkstoff dieser Schicht umschlossen bzw. eingeschlossen werden.
Mit„auf der Folie angeordnet“ ist gemeint, dass das zumindest eine Sensorelement 19 auf ei ner Außenseite, d.h. einer äußeren Oberfläche, der ein- oder mehrschichtigen Folie 5 und/oder 6 angeordnet ist.
Es ist weiter bevorzugt, wenn das zumindest eine Sensorelement 19 ein Dünnschichtsensorel ement ist. Die Dünnschichttechnologie an sich ist aus der hierfür einschlägigen Literatur be kannt, sodass zu Einzelheiten darauf verwiesen sei. Es ist auch möglich, das Sensorelement 19 als (partielle) Beschichtung auf der ein- oder mehrschichtigen Folie 4 aufzubringen. Die Beschichtung kann insbesondere nach einem Druckverfahren (z.B. Siebdruck, Rollendruck, Tintenstrahl-druck, Gravurdruck, Tiefdruck, Flachdruck, Stempeldruck), durch Aufsprühen, Aufdampfen, Plasmabeschichten, Sputtern, Pulverbeschichten, etc., aufgebracht werden.
Es ist weiter möglich, dass das zumindest eine Sensorelement 19 drahtgebunden kontaktiert wird. Bevorzugt wird allerdings die elektrische Kontaktierung des zumindest einen Sensorele mentes 19 mittels Feiterbahnen 20, wie dies aus Fig. 8 ersichtlich ist. Die Feiterbahn 20 sind insbesondere auf derselben Oberfläche der ein- oder mehrschichtigen Folie 5 und/oder 6 an geordnet, auf der auch das zumindest eine Sensorelement 19 angeordnet ist.
Weiter sind die Feiterbahnen 20 bevorzugt ebenfalls mittels Dünnschichttechnologie oder mittels einem Beschichtungsverfahren aufgebracht. Es sei dazu zu den entsprechenden, voran stehenden Ausführungen zum Sensorelement 19 verwiesen.
Es sei darauf hingewiesen, dass mit der Feiterbahn 20 auch ein anderes Element kontaktiert werden kann, sodass also nicht zwingenderweise ein Sensorelement 19 vorhanden sein muss und nicht zwingenderweise mehr als eine Feiterbahn 20 angeordnet sein muss.
Falls das zumindest eine Sensorelement 19 an einer Außenseite der ein- oder mehrschichtigen Folie 4 angeordnet ist, ist dies vorzugsweise jene Oberfläche der Folie 5 oder der weiteren Fo lie 6, mit der diese an den Speichermodulen 9 anliegt, sodass also auch das zumindest eine Sensorelement 19 unmittelbar an der zumindest einen Zelle 3 anliegt.
Das Sensorelement 19 kann beliebig ausgebildet sein. In der bevorzugten Aus-führungsvari- ante der Wärmetransportvorrichtung 1 wird jedoch zumindest ein Temperatursensor und/oder zumindest ein Drucksensor eingesetzt.
Der zumindest eine Temperatursensor kann beispielsweise ein Thermoelement oder ein Ter- mistor sein. Prinzipiell können auch andere geeignete Temperatur-sensoren eingesetzt wer den. Der Temperatursensor kann einen Heißleiter (NTC) oder einen Kaltleiter (PTC) aufweisen.
Als Kraft- bzw. Drucksensor kann ein piezzoelektrischer Sensor, ein piezzoresistiver Sensor, ein kapazitiver Drucksensor, etc., verwendet werden.
Das Sensorelement 19 kann auch ein Feuchtesensor oder ein Lecksensor oder ein Druckab fallsensor sein.
Da die Sensoren an sich aus der Messtechnik bekannt sind, wird nicht weiter darauf bzw. die dahinter sich verbergenden Messprinzipien eingegangen.
Die Speichermodule 9 des Akkumulators 8 bzw. gegebenenfalls die Zellen der Speichermo- dule 9 quaderförmig, zylinderförmig ausgeführt und liegend oder stehend angeordnet sein.
Mit anderen Worten ist die konkrete Darstellung Speichermodule 9 nicht beschränkend zu se hen.
Die Wärmetransportvorrichtung 1 kann beispielsweise mit Klammem auf dem Akkumulator 8 befestigt sein. Es sind aber auch andere Befestigungen möglich, beispielsweise mittels Stiften oder mittels Nieten, etc.
In den Fig. 9 bis 12 ist vereinfacht ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung der Wärmespei chervorrichtung 1 dargestellt. Das bevorzugte Verfahren umfasst sämtliche der dargestellten Schritte, insbesondere in der angegebenen Reihenfolge.
Nach Bereitstellung des Einlageelementes 3, das - wie dies voranstehend ausgeführt wurde - mittels pulvermetallurgischer Methoden als Sinterbauteil hergestellt wird, wird dies in einem ersten Schritt, der in Fig. 9 gezeigt ist, mit dem Wärmeträgermedium versehen. Dazu kann das Einlageelement 3 insbesondere in einem Bad aus diesem Wärmeträgermedium getränkt werden. Das Wärmeträgermedium kann aber auch anders auf das Einlageelement 3 aufge bracht werden, beispielsweise durch Sprühen, etc. Weiter ist es prinzipiell möglich, dass das Wärmeträgermedium zu einem späteren Zeitpunkt in das Einlageelement 3 eingebracht wird, beispielsweise nachdem dieses in der Hülle 4 angeordnet wird. Nach dem bevorzugt durchgeführten Tränken wird das Einlageelement 3 mit der Hülle 4 ver sehen. Dazu wird die erste Folie 5 und bevorzugt die weitere Folie 6 mit einer entsprechenden Größe verwendet bzw. auf eine entsprechende Größe zugeschnitten. Das Einlageelement 3 wird zwischen Folienteilen der ersten Folie 5 oder zwischen der ersten und der weiteren Folie 5, 6 angeordnet, wie dies in Fig. 10 gezeigt ist. Über einen entsprechenden Durchbruch 21 in der ersten Folie 5 oder der weiteren Folie 6 wird danach das Volumen, dass die Hülle 4 defi niert, evakuiert. Für die Ausbildung des Durbruchs 21 wird die Hülle 2 einseitig mit einem Übermaß bereitgestellt.
Als nächstes wird die Hülle 4 vollständig geschlossen, indem die erste Folie 5 oder die erste Folie 5 mit der weiteren Folie 6 vorzugsweise verschweißt wird, wie dies in Fig. 11 gezeigt ist. Sofern die erste Folie 5 mit der weiteren Folie 6 verbunden wird, können diese beiden vor dem Verbinden mechanisch miteinander gehalten werden, beispielsweise mittels Klammem, etc.
Fetztendlich wird die Wärmetransportvorrichtung 1 auf das konkrete Maß zugeschnitten, also das Übermaß beseitigt. Dies ist in Fig. 12 dargestellt.
Die Herstellung der Wärmetransportvorrichtung 1 kann auch folgendermaßen erfolgen. Das Sinterpulver (Sinterpulver) wird eine Form (Matrize), insbesondere aus Graphit, eingefüllt. Um währen des Sinterns den Kanal 2 oder die Kanäle 2 offen zu halten, kann in das Sinterpul ver ein Stab eingeführt werden bzw. kann der Stab bereits vor dem Einfüllen des Sinterpul vers in der Form angeordnet werden. Der Stab ist insbesondere aus einem Feuerfestmaterial und hat die Querschnittsform des Kanals 2 oder der Kanäle 2. Nach dem Sintern wird das der art hergestellte Einlageelement 3 in Hülle 4 gegeben und eingeschweißt. Die Hülle 4 kann als aus den beiden Folien 5, 6 hergestellt sein. Ebenso kann die Hülle 4 als (Endlos)Schlauch aus gebildet sein. Beim Einschweißen bleibt noch eine Seite offen, um das Einlageelement mit dem Wärmeträgermedium, insbesondere der Flüssigkeit, zu versehen. Danach wird die halb fertige Wärmetransportvorrichtung 1 evakuiert und schließlich auch die noch offene Seite ver schweißt.
Generell kann die Wärmetransportvorrichtung 1 eine runden, ovalen, viereckigen, insbeson dere rechteckigen Querschnitt (in Richtung des Wärmetransports betrachtet) aufweisen. Es sind aber auch Sonderformen, wie beispielsweise zumindest annähernd kreuz- oder sternför mige, möglich.
Weiter kann generell in der Hülle 2 ein Einlageelement 3 oder können generell mehrere Einla geelemente 3 angeordnet werden. Voranstehende Ausführungen mit nur einem Einlageele ment 3 sind daher nicht beschränkend zu verstehen.
Die Ausführungsbeispiele zeigen bzw. beschreiben mögliche Ausführungsvarianten der Erfin dung, wobei an dieser Stelle bemerkt sei, dass auch Kombinationen der einzelnen Ausfüh rungsvarianten untereinander möglich sind.
Der Ordnung halber sei abschließend darauf hingewiesen, dass zum besseren Verständnis des Aufbaus die Wärmetransportvorrichtung 1 und der Akkumulator 8 nicht zwingenderweise maßstäblich dargestellt sind.
Bezugszeichenaufstellung
W ärmetransportvorrichtung
Kanal
Einlageelement
Hülle
Folie
Folie
Querkanal
Akkumulator
Speichermodul
Kühlschnittstelle
Bereich
Ausgleichsmasse
Wälzkörper
Einlageelementteil
Anbindungselement
Element
Endbereich
Abwinkelung
Sensorelement
Leiterbahn
Durchbruch

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Wärmetransportvorrichtung (1) mit einer allseitig geschlossenen Hülle (4), wo bei die Hülle (4) ein Volumen definiert, in dem ein Einlageelement (3) oder mehrere Einla geelemente (3) aus einem Sintermaterial zur Ausbildung zumindest einer Heatpipe angeordnet ist/sind, wobei in dem Sintermaterial zumindest ein Kanal (2) für ein Wärmeträgermedium ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülle (4) zumindest teilweise aus einer ein- oder mehrlagigen Folie (5, 6) gebildet ist.
2. Wärmetransportvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem zumindest einen Einlageelement (3) mehrere Kanäle (2) für mehrere Heatpipes ausge bildet sind.
3. Wärmetransportvorrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einzelne der Kanäle (2) relativ verstellbar zu den anderen Kanälen (2) ausgebildet sind.
4. Wärmetransportvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, dass das zumindest eine Einlageelement (3) einteilig ausgebildet ist.
5. Wärmetransportvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge kennzeichnet, dass das Sintermaterial durch Glas gebildet ist.
6. Wärmetransportvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge kennzeichnet, dass das Sintermaterial aus Partikeln mit einer Korngröße aus einem Bereich von 100 pm bis 500 pm gebildet ist.
7. Wärmetransportvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch ge kennzeichnet, dass die Kanäle (2) zumindest teilweise mit einem bogenförmigen Querschnitt ausgebildet sind.
8. Wärmetransportvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch ge kennzeichnet, dass zumindest einzelne der Kanäle (2) über Querkanäle (7) miteinander ver bunden sind.
9. Wärmetransportvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge kennzeichnet, dass an dem zumindest einen Einlageelement (3) ein eine Flüssigkeit aufsau gendes Element (16) anliegt.
10. Wärmetransportvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge kennzeichnet, dass das zumindest eine Einlageelement (3) an einem Endbereich (17) eine Ab- winkelung (18) aufweist.
11. Wärmetransportvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch ge kennzeichnet, dass auf der Hülle (4) zumindest ein Sensorelement (19) und/oder zumindest eine Leiterbahn (20) angeordnet, insbesondere aufgedruckt, ist.
12. Akkumulator (8) mit zumindest einem Speichermodul (9) für elektrische Energie und zumindest einer Wärmetransportvorrichtung (1) zur Kühlung oder Temperierung für das zumindest eine Speichermodul (9), dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetransportvorrich tung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.
13. Verfahren zur Herstellung einer Wärmetransportvorrichtung (1) umfassend die Schritte:
- Bereitstellen eines Einlageelementes (3) oder mehrerer Einlageelemente (3) aus ei nem Sinterwerkstoff und
- Anordnen des Einlageelementes (3) oder der Einlageelemente (3) in einer Hülle (4), die ein Volumen definiert,
dadurch gekennzeichnet, dass als Hülle (4) zumindest eine ein- oder mehrlagige Folie (5, 6) verwendet wird, und das Einlageelement (3) oder die Einlageelemente (3) allseitig mit der zu mindest einen Folie (5, 6) umgeben wird/werden.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Einlageelement (3) vor der Anordnung in der Hülle (4) mit einer Flüssigkeit versehen wird, insbesondere in der Flüssigkeit getränkt wird.
15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die zumin dest eine Folie (5, 6) mit einem seitlichen Überstand bereitgestellt wird, wobei in dem Über stand zumindest ein Durchbruch (21) angeordnet wird, über die das Volumen der Hülle (4) nach dem Einlegen des zumindest einen Einlageelementes (3) evakuiert wird.
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