WO2022053278A1 - Kühlanordnung sowie batterieanordnung mit einem von wärmeleitpaste umgebenen flachgebilde zur thermischen kopplung - Google Patents

Kühlanordnung sowie batterieanordnung mit einem von wärmeleitpaste umgebenen flachgebilde zur thermischen kopplung Download PDF

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thermally conductive
heat source
heat sink
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Dirk Schroeter
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Daimler Ag
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Definitions

  • the invention relates to a cooling arrangement for dissipating heat from a heat source to a heat sink, with the heat source, with the heat sink and with a heat-conducting medium which is designed as a flat structure and is arranged in an intermediate space between the heat source and the heat sink.
  • the invention also relates to a battery arrangement with the cooling arrangement and a method for producing the cooling arrangement.
  • the component to be cooled or the heat source can in particular be a traction battery of an electrically operated motor vehicle or at least one battery cell of such a traction battery.
  • a disadvantage of a thermal coupling via thermally conductive paste or thermally conductive filling material is that cavities that occur between the heat source and the heat sink must be largely or completely filled with it. This causes high costs and entails a high weight.
  • thermally conductive mats are known as a further development, which in particular have a small thickness, ie are designed as a film.
  • a thermally conductive mat can be designed, for example, as a so-called "tube mat", which is essentially formed by a large number of adjacent tubes. Deformation of the tubes ensures a certain tolerance compensation between the thermally conductive mat and a surface of the heat sink and/or a surface of the heat source. In other words, by deforming the tubes, at least a certain "snug fit" can be achieved.
  • Essentially incompressible thermally conductive foils which can be made of carbon in particular, are also known.
  • thermally conductive film is marketed, for example, under the brand name eGRAF® SPREADERSHIELDTM. Due to the extremely small thickness of such a thermally conductive foil and its largely non-existent compressibility, heat transfer from the heat source to the thermally conductive foil and/or from the thermally conductive foil to the heat sink is not optimal. This is reinforced in particular by the fact that such thermally conductive foils can only ensure optimum heat dissipation within an area spanned by the thermally conductive foil.
  • the heat dissipation or the thermal conductivity perpendicular to the surface or parallel to a normal vector is many times worse, for example by a factor of 300, compared with a thermal conductivity parallel to the surface.
  • the invention is based on a cooling arrangement for dissipating heat from a heat source to a heat sink.
  • the cooling arrangement includes the heat source, the heat sink and a thermally conductive medium.
  • the thermally conductive medium is designed as a flat structure.
  • the heat-conducting medium is arranged in an intermediate space, the intermediate space being formed by the heat source and the heat sink.
  • a filling medium is provided, with the filling medium being arranged in the intermediate space and surrounding the heat-conducting medium at least in regions.
  • the thermally conductive medium and the filling medium can thus be arranged within the intermediate space.
  • the thermally conductive medium runs back and forth in particular between the heat source and the heat sink.
  • the space can be formed by respective walls of the heat source and the heat sink.
  • the respective walls of the heat source and the heat sink are a first wall of the heat source and a second wall of the heat sink.
  • the intermediate space is thus formed in particular by the first and the second wall.
  • the Heat-conducting medium or heat-conducting foil is preferably arranged between the respective walls of the heat source and the heat sink and is surrounded by the filling medium.
  • the thermally conductive medium is designed as a flat structure.
  • a flat structure is to be understood in particular as a material which has a flat or two-dimensional surface and an extent perpendicular to the surface or thickness, with an extent of the surface being very much greater than the thickness.
  • the thermally conductive medium is characterized in particular by the fact that it has a small thickness, for example less than 10 millimeters, less than 5 millimeters, less than 1 millimeter or less than 0.5 millimeters.
  • An even thinner design of the thermally conductive medium with a thickness of less than 100 micrometers, less than 50 micrometers or less than 20 micrometers is also possible.
  • the thickness is in particular that expansion of the thermally conductive medium or the thermally conductive foil parallel to a surface normal or a normal vector of the surface of the thermally conductive medium.
  • the thickness can be that dimension which runs perpendicularly to the surface of the heat-conducting medium.
  • An expansion of the surface of the thermally conductive medium or the thermally conductive foil is in particular at least by a factor of 10, at least by a factor of 100, at least by a factor of 1000 or at least by a factor of 10,000 greater than the thickness.
  • the thermally conductive medium can alternatively or additionally be provided by fibers.
  • the thermally conductive medium is surrounded by the filling medium within the intermediate space.
  • the thermally conductive medium is embedded in the filling medium within the intermediate space.
  • the thermally conductive medium is surrounded by the filling medium on both sides or both surfaces facing away from one another.
  • the two sides or surfaces of the thermally conductive medium can be referred to as the first side and the second side.
  • the thermally conductive medium can be provided with the filling medium on the first and the second side.
  • the arrangement of the filling medium is preferably different on both sides along the surface of the heat-conducting medium.
  • the first side and the second side can each be provided alternately in regions with thinner and thicker layers of the filling medium.
  • a total thickness within the intermediate space can be at least essentially constant.
  • a larger and smaller layer thickness of filling medium can be arranged alternately on the first side and the second side.
  • a distance between the first side and the heat source and a distance between the second side and the heat sink can be variable and change along the surface of the heat-conducting medium.
  • the heat source can be any component to be cooled. All mechanical and electronic components from which heat is to be dissipated can be used. A specific example is described in this application, in which the heat source is at least one battery cell of a traction battery of a motor vehicle.
  • the purpose of the cooling arrangement is to transfer heat from the heat source to the heat sink in order to cool the heat source.
  • the heat source and the heat sink are thermally coupled or thermally conductively connected to one another via the thermally conductive medium.
  • the thermally conductive medium is designed to transfer heat from the heat source to the heat sink.
  • the heat sink can in particular be a heat exchanger or a heat exchanger of a cooling system.
  • the heat sink can be air-cooled or water-cooled for this purpose.
  • the heat sink can be designed as a cooling block with cooling fins.
  • the heat sink can have one or more fluid channels for a cooling fluid to flow through.
  • the thermally conductive medium and/or the filling medium are designed to exert a force on the heat source or the wall of the heat source and/or the heat sink or the wall of the heat sink.
  • the thermally conductive medium and/or the filling medium can be designed by prestressing to apply the force to the respective walls. This pretension is generated, for example, by the fact that the heat-conducting medium and the heat-conducting medium are larger than a distance between the respective walls of the heat source and the heat sink before assembly. In other words, the thermally conductive medium and/or the filling medium is/are compressed or clamped between the respective walls.
  • This prestressing or the resulting force can enable improved thermal coupling of the heat-conducting medium and/or the filling medium to the heat source and/or the heat sink.
  • a resultant from the force of the compression of the thermally conductive medium and/or the filling medium Contact pressure thermal coupling between the heat conducting medium and the heat source and / or between the heat conducting medium and the heat sink can be improved in an improved manner.
  • the thermally conductive medium has a higher thermal conductivity than the filling medium.
  • a thermal conductivity of the thermally conductive medium is greater than a thermal conductivity of the filling medium.
  • a thermal resistance or thermal resistance of the thermally conductive medium is therefore smaller than a thermal resistance or thermal resistance of the filling medium.
  • the thermally conductive medium can be designed as a metallic mesh or metallic foil.
  • a metallic mesh or a metallic foil is characterized by high thermal conductivity or thermal conductivity.
  • the metallic mesh or the metallic foil can be formed exclusively from a metallic material or from a metallic material and at least one other material.
  • the metallic material is preferably copper (particularly high thermal conductivity) or aluminum (high thermal conductivity with low weight). Due to the design as a net or foil, only small amounts of metallic material are required. In this way, an optimal compromise between was thermal conductivity, low cost and weight can be ensured.
  • the thermally conductive medium can be designed as a graphite-containing foil.
  • the thermally conductive medium can be provided by a graphite-containing film.
  • the thermally conductive medium can be formed at least from carbon or graphite.
  • the thermally conductive medium can be formed exclusively from carbon or graphite or from carbon or graphite and at least one other material.
  • a particularly high thermal conductivity, in particular parallel to the surface can result from such a carbon-containing or graphite-containing design of the heat-conducting medium.
  • the thermal conductivity parallel to the surface can be greater than the thermal conductivity of copper, for example by a factor of 2 or 4 greater than the thermal conductivity of copper. From this Such a heat-conducting medium is particularly suitable for enabling the cooling arrangement to be designed in a material-saving and therefore light-weight manner.
  • the thermally conductive medium or the graphite-containing film can have anisotropic thermal conductivity.
  • a thermal conductivity parallel to the surface is in particular greater than a thermal conductivity perpendicular to the surface.
  • the thermal conductivity parallel to the surface can be greater by at least a factor of 10, at least by a factor of 50 or at least by a factor of 100 than the thermal conductivity perpendicular to the surface.
  • the ratio of the stated thermal conductivities can be 1:300.
  • the filling medium can be provided at least by thermal paste.
  • the filling medium can be provided exclusively by heat-conducting paste or by heat-conducting paste and another, in particular flexible, material.
  • the thermally conductive medium can be embedded in the thermally conductive paste within the intermediate space. This results in a particularly good thermal coupling. Due to the fact that the heat conduction between the heat source and the heat sink in an operation takes place predominantly through the heat-conducting medium, heat-conducting paste can be saved. This applies in particular when the thermally conductive medium has a higher thermal conductivity than the thermally conductive paste.
  • the heat-conducting medium is guided back and forth between the heat source and the heat sink by means of a different distribution of the filling medium along the intermediate space on both sides of the heat-conducting medium.
  • the distance between the thermally conductive medium and the heat source and the heat sink can be varied differently along the intermediate space.
  • the distance of the thermally conductive medium from the heat source and the heat sink can vary in each case alternately.
  • the thermally conductive medium runs back and forth in an approximately meandering manner between the heat source and the heat sink. This is closely related to the difference described above Distribution of the filling medium on the first and the second side of the heat-conducting medium.
  • the distribution can be such that the first side of the thermally conductive medium alternately touches or at least approximately touches the heat source.
  • the second side of the thermally conductive medium can touch or at least approximately touch the heat sink.
  • the heat-conducting medium can form respective coupling surfaces with the heat source and/or the heat sink.
  • the thermally conductive medium can have one or more coupling surfaces on the first side, with the thermally conductive medium touching the heat source in the area of the one or more first coupling surfaces.
  • the thermally conductive medium can have one or more second coupling surfaces on the second side, with the thermally conductive medium touching the heat source in the area of the one or more second coupling surfaces. In this way, direct heat transfer can take place in some areas, in particular without transfer of the filling medium, between the heat-conducting medium of the heat source and/or the heat sink.
  • the filling medium and/or the thermally conductive medium is/are pressurized within the intermediate space.
  • the filling medium is compressed within the intermediate space compared to a basic state.
  • the filling medium can be pressed into the intermediate space in such a way that the stated pressure is produced.
  • the pressure can be produced by reducing the gap during production.
  • the gap can be reduced by reducing the distance between the heat source and the heat sink.
  • the preload or the contact pressure can be provided for improved thermal coupling.
  • the thermally conductive medium is at least essentially incompressible parallel to a normal vector of the thermally conductive medium designed as a film.
  • the thickness of the thermally conductive medium or the flat structure is at least substantially constant, regardless of the pressure being applied to the thermally conductive medium or the flat structure.
  • the thermally conductive medium or the flat structure is incompressible or at least essentially incompressible perpendicular to the surface.
  • the thermally conductive medium can be completely parallel to the normal vector or be essentially incompressible. Such an embodiment of the thermally conductive medium can ensure that no deformation results from the application of pressure or the force of the at least one elastic element.
  • a respective electrically insulating layer is arranged between the heat-conducting medium and the heat source and/or between the heat-conducting medium and the heat sink.
  • the electrically insulating layer can be provided by a foil or a coating or the like.
  • the heat source or its wall and/or the heat sink or its wall is coated with the insulating layer.
  • a layer thickness of the insulating layer is in particular so thin that it influences the thermal conductivity or thermal coupling between heat source, heat-conducting medium and heat sink as little as possible. In this way, short circuits and/or undesired current flows can be avoided, in particular when the thermally conductive medium is formed from an electrically conductive material.
  • a second aspect of the present invention relates to a battery arrangement for providing electrical energy for a motor vehicle.
  • the battery arrangement according to the invention has the cooling arrangement according to the invention.
  • the battery assembly has at least one battery cell as the heat source. This is a thermally conductive medium that is thermally coupled to the at least one battery cell and to the heat sink.
  • the battery arrangement has the at least one battery cell as the heat source.
  • the battery arrangement is thus designed to transfer heat from the at least one battery cell to the heat sink via the heat-conducting medium and/or the filling medium.
  • a further aspect of the present invention relates to a motor vehicle, in particular a motor vehicle that can be operated electrically, which has the battery arrangement according to the invention.
  • the at least one battery cell of the battery arrangement is part of a traction battery.
  • the at least one battery cell or the traction battery is designed to generate electrical energy for a Provide drive of the motor vehicle, such as an electric motor.
  • the motor vehicle can be designed, for example, as a hybrid vehicle, as a battery electric vehicle or as a hydrogen vehicle or fuel cell vehicle.
  • the at least one battery cell or the traction battery can be designed as a buffer store for temporarily storing electrical energy that is generated by a fuel cell.
  • cooling arrangement according to the invention in the battery arrangement according to the invention or in the motor vehicle according to the invention is to be understood purely as an example.
  • An application of the cooling arrangement for cooling other components in the entire field of electrics and mechanical engineering is also possible and is disclosed by the present application.
  • any electrical or mechanical component to be cooled can act as a heat source in the cooling assembly.
  • the cooling arrangement can thus be designed to cool any component to be cooled or to dissipate heat from it.
  • a further aspect of the invention relates to a method for producing a cooling arrangement for dissipating heat from a heat source to a heat sink, with the following steps:
  • thermally conductive medium between the heat source and the heat sink, wherein the thermally conductive medium is designed as a foil
  • the thermally conductive medium is provided with a plurality of folds and the thermal coupling is produced by the folds, with adjacent ones of the first and second coupling surfaces being separated from one another by one of the plurality of folds.
  • the heat-conducting medium and/or the filling medium can be compressed in the intermediate space or between the heat source and the heat sink. This can only be done by reducing a distance between the heat source and the heat sink. In this way, the height or thickness of the space is reduced and an existing space for the thermally conductive medium and the filling medium is reduced or compressed. As a result, the application of force or prestressing can be achieved for better thermal coupling.
  • FIG. 1 shows an exemplary embodiment of a cooling arrangement for dissipating heat from a heat source with a heat-conducting medium and a filling medium in an extremely schematic sectional view
  • FIG. 2 shows a schematic sectional view of the heat-conducting medium and a filling medium according to the exemplary embodiment of FIG. 1 ;
  • FIG. 3 shows the heat-conducting medium from FIG. 2 in a schematic perspective view.
  • the cooling arrangement 1 shows a cooling arrangement 1 for dissipating heat from a heat source 4 to a heat sink 5.
  • the cooling arrangement 1 is part of a battery arrangement 2 for providing electrical energy for a motor vehicle.
  • the heat source is a cell block, which has one or more battery cells.
  • the heat source 4 can be a component to be cooled, in particular an electrical or mechanical component.
  • the task of the cooling arrangement 1 is to dissipate heat from the heat source 4 to the heat sink 5 . In this way, the cooling arrangement 1 enables the heat source 4 to be cooled.
  • the heat sink 5 can be, for example, a heat exchanger or a heat exchanger.
  • the heat sink 5 is designed to emit or transfer the heat transferred from the heat source 4 to a cooling medium.
  • the cooling medium can be, for example, ambient air, an air flow, a cooling liquid or a coolant or the like.
  • the heat sink 5 can thus be designed, for example, as an air heat exchanger or as a fluid heat exchanger.
  • the heat sink 5 has coolant connections 9 .
  • the coolant connections 9 allow a coolant to circulate in the heat sink 5.
  • the heat sink is thus designed to transfer or release the heat transmitted from the heat source 4 to the coolant.
  • the cooling arrangement 1 has a heat-conducting medium 3 .
  • the thermally conductive medium 3 is arranged in an intermediate space 6 between the heat source 4 and the heat sink 5 .
  • a filling medium 7 is arranged in the intermediate space 6 .
  • the filling medium 7 surrounds the thermally conductive medium 3 in particular on two sides.
  • the thermally conductive medium 3 can be embedded in the filling medium 7 .
  • the filling medium 7 is an example. thermal paste.
  • the filling medium 7 and the thermally conductive medium 3 are each designed to transfer heat between the heat source 4 and the heat sink 5 . In other words, the filling medium 7 and the thermally conductive medium 3 thermally couple the heat source 4 and the heat sink 5 to one another.
  • the thermally conductive medium 3 is designed as a flat structure.
  • the thermally conductive medium 3 is thus characterized in particular by the fact that it has a small thickness, for example less than 10 millimeters, less than 5 millimeters, less than 1 millimeter or less than 0.5 millimeters.
  • An even thinner design of the flat structure or of the thermally conductive medium 3 with a thickness of less than 100 micrometers, less than 50 micrometers or less than 20 micrometers is also possible.
  • the thickness is in particular that expansion of the thermally conductive medium 3 or the flat structure perpendicular to the surface of the Thermally conductive medium 3 or the flat structure runs.
  • An expansion of the surface of the thermally conductive medium or the flat structure is in particular at least by a factor of 10, at least by a factor of 100, at least by a factor of 1000 or at least by a factor of 10,000 greater than the thickness.
  • the thermally conductive medium 3 or the flat structure is designed as a graphite-containing film, for example.
  • the thermally conductive medium or the flat structure is formed at least partially from carbon or graphite.
  • the thermally conductive medium or the flat structure can consist entirely of graphite or carbon or contain one or more other materials in addition to graphite or plastic.
  • Such a carbon-containing or graphite-containing design of the heat-conducting medium results in a particularly high thermal conductivity, in particular parallel to the surface.
  • the thermal conductivity parallel to the surface is greater than the thermal conductivity of copper, for example greater than the thermal conductivity of copper by a factor of 2 or 4.
  • thermally conductive medium 3 can have the “eGRAF® SPREADERSHIELDTM” film or be formed from it.
  • the thermally conductive medium 3 or the flat structure can be provided by a metallic mesh or a metallic foil.
  • Metallic foil is formed in particular from a metallic material, preferably aluminum or copper.
  • the thermally conductive medium 3 cannot be in the form of a flat structure, but rather be formed by a large number of fibers.
  • the fibers can be, for example, metallic fibers or fibers containing graphite.
  • the thermally conductive medium 3 optionally has first coupling surfaces 16 for thermally coupling to the heat source 4 and second coupling surfaces 17 for thermally coupling to the heat sink 5 .
  • the heat-conducting medium 3 is thermally coupled to the heat source 4, in particular the at least one battery cell, in the region of the first coupling surfaces 16 or via the first coupling surfaces 16.
  • the heat-conducting medium 3 is thermally coupled to the heat sink 5 via the second coupling surfaces 17 or in the region of the second coupling surfaces 17 .
  • the heat-conducting medium 3 is designed to, via the first coupling surfaces 16 Dissipate heat from the heat source 4 directly or receive.
  • the thermally conductive medium 3 is designed to transmit or release heat directly to the heat sink 5 via the second coupling surfaces 17 .
  • the heat-conducting medium 3 thus enables the direct flow of heat or the direct transfer of heat from the heat source 4 to the heat sink 5.
  • the heat from the heat source 4 can be dissipated through the heat sink 5 via the heat-conducting medium 3 as intended.
  • a layer thickness of the filling medium 7, with which the thermally conductive medium 3 is surrounded, is different on both sides 10, 11 of the thermally conductive medium 3 in each case.
  • a layer thickness on a first side 10 of the thermally conductive medium 3 varies along an extension of the intermediate space 6 or parallel to a main orientation direction of the intermediate space 6.
  • a layer thickness on a second side 11 of the thermally conductive medium 3 varies along the extension of the intermediate space 6 or parallel to the main orientation direction of the gap 6.
  • the thermally conductive medium 3 is guided back and forth between the heat source 4 and the heat sink 5.
  • the thermally conductive medium 3 runs back and forth between the heat source 4 and the heat sink 5 due to the different distribution of the filling medium 7 along the extent of the intermediate space 6 on both sides 10 , 11 .
  • the heat-conducting medium 3 is not coated with the filling medium 7 on its first side 10.
  • the thermally conductive medium 3 touches the heat source 4 in the area of the first coupling surfaces 16 .
  • the thermally conductive medium 3 is not coated with the filling medium 7 on its second side 11 .
  • the thermally conductive medium 3 touches the heat sink 5 in the area of the second coupling surfaces 17.
  • heat from the heat source 4 can flow indirectly via the filling medium 7 the thermally conductive medium 3 are transferred.
  • the heat can also be transferred indirectly from the heat-conducting medium 3 to the heat sink 5 via the filling medium 7 .
  • the heat can be conducted from the heat source 4 to the heat sink 5 primarily or primarily indirectly via the filling medium 7 and the heat-conducting medium 3 .
  • the filling medium 7 is thus also used for improved thermal coupling of the heat-conducting medium 3 to the heat source 4 and heat sink 5 for the purpose of indirect transmission.
  • the thermally conductive medium 3 or the filling medium 7 is preferably compressed in the intermediate space 6 . 2 and 3 show the thermally conductive medium 3 and the filling medium 7 in the uncompressed state. Together, the thermally conductive medium 3 and the filling medium 7 can form a coupling unit 12 .
  • the thermally conductive medium 3 and the filling medium 7 in the intermediate space 6 can be compressed. This creates a pressure which compresses the filling medium 7 and/or compensates for unevenness in the intermediate space 6 .
  • a force can be applied to the heat source 4 and/or heat sink 5 through the heat-conducting medium 3 in the region of the respective coupling surfaces 16, 17.
  • the compressed or pressurized arrangement of the coupling unit 12 in the intermediate space 6 ensures a particularly good thermal coupling between the heat source 4 and the heat sink 5 .
  • the thermally conductive medium 3 and the filling medium 7 have a pretension which is predetermined by the arrangement of the coupling unit 12 or the thermally conductive medium 3 and the filling medium 7 in the intermediate space 6 .
  • the thermally conductive medium 3 provided with the filling medium 7 is prestressed or has the prestress. This prestress can be generated by the fact that an original expansion of the coupling unit 12 is greater than the height of the intermediate space 6.
  • the bias results in a force of the thermally conductive medium 3 and/or the filling medium 7 on the heat source 4 and the heat sink 5 or their respective walls.
  • the pretension causes a force of the thermally conductive medium 3 perpendicular to the main orientation direction of the intermediate space 6 .
  • the main orientation direction of the intermediate space 6 is in particular a plane which runs perpendicularly to a surface of the respective walls of the heat source 4 and the heat sink 5 which form the intermediate space 6 .
  • the pretension or the force resulting therefrom results in particular in a contact pressure force with which the filling medium 7 and optionally the first and second coupling surfaces 16 , 17 are pressed against the respective walls of the heat source 4 and heat sink 5 .
  • the pretension or the force resulting therefrom results in a contact pressure or a Pressure with which the filling medium 7 is pressed against the respective walls of the heat source 4 and the heat sink 5.
  • the pretension or the resulting force also results in a contact pressure or pressure, with which the first coupling surfaces 16 or the heat-conducting medium 3 in the area of the first coupling surfaces 16 is pressed against the heat source 4 or its respective wall.
  • thermally conductive foil 3 also called thermally conductive mat
  • the flexible filling medium 7 can be made possible by the flexible filling medium 7 .
  • the flexibility of the filling medium 7 results in elasticity, since the filling medium 7 can deform differently depending on a load. As a result, unevenness or irregularities between the heat source 4 and the heat sink 5 can also be compensated for.
  • the thermally conductive medium 3 can already be provided with the filling medium 7 before it is introduced into the intermediate space 6 .
  • the thermally conductive medium 3 is coated at least in regions with the filling medium 7 on both sides 10, 11 before it is introduced.
  • the coupling unit 12 can be introduced into the intermediate space 6 in the form shown in FIGS. The pressing can then take place, for example, by reducing or minimizing a distance between the heat source 4 and the heat sink 5 .
  • a respective electrically insulating layer 13 is arranged between the thermally conductive medium 3 and the filling medium 7 as well as the heat source 4 and the heat sink 5.
  • the remaining medium 3 and the filling medium 7 are surrounded by two electrically insulating layers 13 in the present case.
  • the layer 13 is a coating of the heat source 4 and/or the heat sink 5.
  • the layer 13 can be provided by an (interposed) foil. The layer 13 is in particular so thin that the heat flow from the heat source 4 to the heat sink 5 is only minimally influenced.
  • the solution for an improved thermal coupling of a component to be cooled, such as the cell block, with a heat sink 5 or temperature control plate with a largely predetermined material/thermally conductive paste (WLP) is the approach of replacing part of the thermally conductive paste with less expensive materials and material with significantly improved ones thermal conductivity values.
  • WLP thermoally conductive paste
  • the flat structure can be a foil or a net.
  • the heat-conducting medium 3 consists in particular of materials with relevant heat-conducting properties.
  • the thermally conductive medium 3 consists of metal, preferably aluminum, or graphite.
  • the thermally conductive medium 3 can be provided in a network structure, lattice structure, but also by loosely inserted fibers. It is crucial that the thermally conductive medium 3 has a high deformation capacity in order to represent tolerance compensation functions. The deformation does not necessarily have to be due to the property of the thermally conductive medium 3, but can also be due to the structure (e.g. folding, crumple, lattice structure), which deforms under load.
  • the filling medium 7, ie the thermally conductive paste in the present case is pressed and the thermal coupling is implemented with this thermally conductive paste.
  • a weight advantage can also be achieved by replacing the heat-conducting paste, since many materials have a higher density than WLP (>2.5 g/cm 3 ). Depending on the design goal of this coupling, it can go in the direction of reducing costs and/or weight and/or improving thermal conductivity. In doing so, a compromise that is optimal for the individual case should always be sought from all three characteristics.
  • the thermally conductive medium 3 in the form of a flat structure or a thermally conductive mat is an easy-to-mount flat component for thermal coupling with an integrated tolerance compensation capability that also varies locally. Easier to dismantle due to improved withdrawal behavior of the combination of thermally conductive medium 3 in the form of a flat structure and thermally conductive paste as filling medium 7 (no tearing off).

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kühlanordnung (1) zum Abführen von Wärme von einer Wärmequelle (4) auf eine Wärmesenke (5) mit der Wärmequelle (4), der Wärmesenke (5) und einem Wärmeleitmedium (3). Das Wärmeleitmedium (3) ist als Flachgebilde ausgeführt und in einem Zwischenraum (6) zwischen der Wärmequelle (4) und der Wärmesenke (5) angeordnet. Um eine verbesserte thermische Kopplung zu erreichen, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass in dem Zwischenraum 6 zusätzlich ein Füllmedium (7) angeordnet ist, wobei das Füllmedium (7) das Wärmeleitmedium (3) zumindest bereichsweise umgibt.

Description

Kühlanordnung sowie Batterieanordnung mit einem von Wärmeleitpaste umgebenen Flachgebilde zur thermischen Kopplung
Die Erfindung betrifft eine Kühlanordnung zum Abführen von Wärme von einer Wärmequelle auf eine Wärmesenke, mit der Wärmequelle, mit der Wärmesenke und mit einem Wärmeleitmedium, welches als Flachgebilde ausgeführt ist in einem Zwischenraum zwischen der Wärmequelle und der Wärmesenke angeordnet ist. Die Erfindung betrifft außerdem eine Batterieanordnung mit der Kühlanordnung und ein Verfahren zum Herstellen der Kühlanordnung.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, eine zu kühlende Komponente beziehungsweise eine Wärmequelle über Wärmeleitpaste an einen Kühlkörper beziehungsweise eine Wärmesenke anzukoppeln. Bei der zu kühlenden Komponente beziehungsweise der Wärmequelle kann es sich insbesondere um eine Traktionsbatterie eines elektrisch betreibbaren Kraftfahrzeugs beziehungsweise zumindest eine Batteriezelle einer solchen Traktionsbatterie handeln. Nachteilig an einer thermischen Ankopplung über Wärmeleitpaste oder thermisch leitfähiges Füllmaterial ist jedoch, dass Hohlräume, welche zwischen Wärmequelle und Wärmesenke auftreten, zu großen Teilen beziehungsweise vollständig damit aufgefüllt werden müssen. Dies verursacht hohe Kosten und zieht ein hohes Gewicht nach sich.
Als Weiterbildung sind daher Wärmeleitmatten bekannt, welche insbesondere eine geringe Dicke haben, also als Folie ausgeführt sind. Eine solche Wärmeleitmatte kann beispielsweise als sogenannte „Rohrmatte“ ausgeführt sein, welche im Wesentlichen durch eine Vielzahl benachbarter Röhrchen gebildet ist. Durch eine Verformung der Röhrchen ist dabei ein gewisser Toleranzausgleich zwischen Wärmeleitmatte und einer Oberfläche der Wärmesenke und/oder einer Oberfläche der Wärmequelle gewährleistet. Mit anderen Worten kann durch eine Verformung der Röhrchen wenigstens ein gewisses „Anschmiegverhalten“ erzielt werden. Ebenfalls bekannt sind im Wesentlichen inkompressible Wärmeleitfolien, welche insbesondere aus Kohlenstoff gebildet sein können. Eine solche Wärmeleitfolie wird beispielsweise unter dem Markennamen eGRAF® SPREADERSHIELD™ vertrieben. Aufgrund der äußerst geringen Dicke einer solchen Wärmeleitfolie und deren größtenteils nicht vorhandenen Kompressibilität, ist eine Wärmeübertragung von der Wärmequelle auf die Wärmeleitfolie und/oder von der Wärmeleitfolie auf die Wärmesenke nicht optimal. Dies wird insbesondere dadurch verstärkt, dass derartige Wärmeleitfolien eine optimale Wärmeabfuhr nur innerhalb einer durch die Wärmeleitfolie aufgespannten Fläche gewährleisten können. Aufgrund einer solchen Anisotropie der Wärmeleitfähigkeit ist die Wärmeabfuhr beziehungsweise die Wärmeleitfähigkeit senkrecht zur Oberfläche beziehungsweise parallel zu einem Normalvektor um ein Vielfaches, beispielsweise um den Faktor 300, schlechter verglichen mit einer Wärmeleitfähigkeit parallel zur Oberfläche.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine effizientere Wärmeabfuhr mittels einer solchen Wärmeleitfolie zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen mit zweckmäßigen Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung geht aus von einer Kühlanordnung zum Abführen von Wärme von einer Wärmequelle auf eine Wärmesenke. Die Kühlanordnung umfasst die Wärmequelle, die Wärmesenke und ein Wärmeleitmedium. Das Wärmeleitmedium ist als Flachgebilde ausgeführt. Das ist Wärmeleitmedium in einem Zwischenraum angeordnet, wobei der Zwischenraum durch die Wärmequelle und die Wärmesenke gebildet ist. Erfindungsgemäß ist ein Füllmedium vorgesehen, wobei das Füllmedium in dem Zwischenraum angeordnet ist und das Wärmeleitmedium zumindest bereichsweise umgibt.
Das Wärmeleitmedium und das Füllmedium können somit innerhalb des Zwischenraums angeordnet sein. Dabei verläuft das Wärmeleitmedium insbesondere zwischen der Wärmequelle und der Wärmesenke hin und her. Der Zwischenraum kann durch jeweilige Wandungen der Wärmequelle und der Wärmesenke gebildet sein. Insbesondere handelt es sich bei den jeweiligen Wandungen der Wärmequelle und der Wärmesenke um eine erste Wandung der Wärmequelle und eine zweite Wandung der Wärmesenke. Somit ist der Zwischenraum insbesondere durch die erste und die zweite Wandung gebildet. Das Wärmeleitmedium beziehungsweise Wärmeleitfolie ist vorzugsweise zwischen jeweiligen Wandungen Wärmequelle und der Wärmesenke angeordnet und durch das Füllmedium umgeben.
Das Wärmeleitmedium ist als Flachgebilde ausgeführt. Unter einem Flachgebilde ist im Rahmen der vorliegenden Anmeldung insbesondere ein Material zu verstehen, welches eine flache beziehungsweise zweidimensionale Oberfläche und eine Ausdehnung senkrecht zu der Oberfläche beziehungsweise Dicke aufweist, wobei eine Ausdehnung der Oberfläche sehr viel größer ist als die Dicke. Beispielsweise zeichnet sich das Wärmeleitmedium insbesondere dadurch aus, dass es eine geringe Dicke aufweist, beispielsweise weniger als 10 Millimeter, weniger als 5 Millimeter, weniger als 1 Millimeter oder weniger als 0,5 Millimeter. Auch eine noch dünnere Ausführung des Wärmeleitmediums mit einer Dicke von weniger als 100 Mikrometer, weniger als 50 Mikrometer oder weniger als 20 Mikrometer ist möglich. Die Dicke ist dabei insbesondere diejenige Ausdehnung des Wärmeleitmediums beziehungsweise der Wärmleitfolie parallel zu einer Flächennormalen beziehungsweise eines Normalvektors der Oberfläche des Wärmeleitmediums. Mit anderen Worten kann die Dicke diejenige Ausdehnung sein, welche senkrecht zur Oberfläche des Wärmeleitmediums verläuft. Eine Ausdehnung der Oberfläche des Wärmeleitmediums beziehungsweise der Wärmeleitfolie ist dabei insbesondere zumindest um den Faktor 10, zumindest um den Faktor 100, zumindest um den Faktor 1000 oder zumindest um den Faktor 10.000 größer als die Dicke. In alternativen Ausführungsformen kann das Wärmeleitmedium alternativ oder zusätzlich durch Fasern bereitgestellt sein.
Das Wärmeleitmedium ist innerhalb des Zwischenraums durch das Füllmedium umgeben. Mit anderen Worten ist das Wärmeleitmedium innerhalb des Zwischenraums in dem Füllmedium eingebettet. Beispielsweise ist das Wärmeleitmedium auf beiden Seiten beziehungsweise beiden einander abgewandten Oberflächen durch das Füllmedium umgeben. Die beiden Seiten beziehungsweise Oberflächen des Wärmeleitmediums können als erste Seite und das zweite Seite bezeichnet werden. Somit kann das Wärmeleitmedium an der ersten und der zweiten Seite mit dem Füllmedium versehen sein. Vorzugsweise ist die Anordnung des Füllmediums an beiden Seiten entlang der Oberfläche des Wärmeleitmediums unterschiedlich. Insbesondere können die erste Seite und die zweite Seite jeweils bereichsweise abwechselnd mit dünneren und dickeren Schichten des Füllmediums versehen sein. Dabei kann eine Gesamtdicke innerhalb des Zwischenraums zumindest im Wesentlichen konstant sein. Mit anderen Worten kann an der ersten Seite und der zweiten Seite jeweils abwechselnd eine größere und kleinere Schichtdicke an Füllmedium angeordnet sein. Somit kann bedingt durch die Verteilung des Füllmediums ein Abstand der ersten Seite von der Wärmequelle sowie ein Abstand der zweiten Seite von der Wärmesenke variabel sein und sich entlang der Oberfläche des Wärmeleitmedium verändern.
Bei der Wärmequelle kann es sich um eine beliebige zu kühlende Komponente handeln. Dabei kommen alle Komponenten aus Maschinenbau und Elektronik in Frage, von denen Wärme abgeführt werden soll. Im Rahmen dieser Anmeldung ist ein konkretes Beispiel beschrieben, in welchem sich bei der Wärmequelle um zumindest eine Batteriezelle einer Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs handelt. Allgemein ist es Zweck der Kühlanordnung, Wärme von der Wärmequelle auf die Wärmesenke zu übertragen, um die Wärmequelle zu kühlen. Über das Wärmeleitmedium sind die Wärmequelle und die Wärmesenke miteinander thermisch gekoppelt bzw. thermisch leitend verbunden. Mit anderen Worten ist das Wärmeleitmedium dazu ausgebildet, Wärme von der Wärmequelle auf die Wärmesenke zu übertragen.
Bei der Wärmesenke kann es sich insbesondere um einen Wärmetauscher beziehungsweise einen Wärmeüberträger eines Kühlsystems handeln. Beispielsweise kann die Wärmesenke hierzu luftgekühlt oder wassergekühlt sein. Beispielsweise kann die Wärmesenke als Kühlblock mit Kühlrippen ausgeführt sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Wärmesenke eine oder mehrere Fluidkanäle zur Durchströmung mit einem Kühlfluid aufweisen.
Insbesondere sind das Wärmeleitmedium und/oder das Füllmedium dazu ausgebildet, eine Kraft auf die Wärmequelle bzw. die Wandung der Wärmequelle und/oder die Wärmesenke bzw. die Wandung der Wärmesenke auszuüben. Beispielsweise können durch eine Vorspannung das Wärmeleitmedium und/oder das Füllmedium dazu ausgebildet sein, die jeweiligen Wandungen mit der Kraft zu beaufschlagen. Diese Vorspannung ist beispielsweise dadurch erzeugt, dass das Wärmeleitmedium und das vor einem Zusammenbau größer sind als ein Abstand zwischen den jeweiligen Wandungen der Wärmequelle und der Wärmesenke. Mit anderen Worten ist das Wärmeleitmedium und/oder das Füllmedium zwischen den jeweiligen Wandungen komprimiert beziehungsweise eingeklemmt. Durch diese Vorspannung beziehungsweise die dadurch resultierende Kraft kann eine verbesserte thermische Ankopplung des Wärmeleitmediums und/oder des Füllmediums an die Wärmequelle und/oder die Wärmesenke ermöglicht sein. Mit anderen Worten kann durch einen aus der Kraft der Kompression des Wärmeleitmediums und/oder des Füllmediums resultierenden Anpressdruck eine thermische Kopplung zwischen dem Wärmeleitmedium und der Wärmequelle und/oder zwischen dem Wärmeleitmedium und der Wärmesenke in verbesserter Weise ermöglicht sein.
Das Wärmeleitmedium weist insbesondere eine höhere Wärmeleitfähigkeit als das Füllmedium auf. Mit anderen Worten ist eine Wärmeleitfähigkeit des Wärmeleitmediums größer als eine Wärmeleitfähigkeit des Füllmediums. Ein Wärmeleitwiderstand beziehungsweise Wärmewiderstand des Wärmeleitmediums ist somit kleiner als ein Wärmeleitwiderstand beziehungsweise Wärmewiderstand des Füllmediums. Auf diese Weise kann durch die Anordnung des Wärmeleitmediums in dem Zwischenraum zusätzlich zu dem Füllmedium eine verbesserte Abführung von Wärme von der Wärmequelle zur Wärmesenke erzielt werden.
Beispielsweise kann das Wärmeleitmedium als metallisches Netz oder metallische Folie ausgeführt sein. Ein metallisches Netz beziehungsweise eine metallische Folie zeichnet sich dabei durch eine hohe thermische Leitfähigkeit beziehungsweise Wärmeleitfähigkeit aus. Beispielsweise kann das metallische Netz beziehungsweise die metallische Folie aus ausschließlich aus einem metallischen Werkstoff oder aus metallischen Werkstoff und zumindest einem weiteren Werkstoff gebildet sein. Vorzugsweise handelt sich bei dem metallischen Werkstoff Kupfer (besonders hohe Wärmeleitfähigkeit) oder Aluminium (hohe Wärmeleitfähigkeit bei geringem Gewicht). Durch die Ausführung als Netz beziehungsweise Folie sind nur geringe Mengen an metallischen Werkstoff nötig. Auf diese Weise kann ein optimaler Kompromiss aus war Wärmeleitfähigkeit, geringen Kosten und Gewicht sichergestellt werden.
Alternativ kann das Wärmeleitmedium als graphithaltige Folie ausgeführt sein. Mit anderen Worten kann das Wärmeleitmedium durch eine graphithaltige Folie bereitgestellt sein. Mit nochmals anderen Worten kann das Wärmeleitmedium zumindest aus Kohlenstoff beziehungsweise Graphit gebildet sein. Konkret kann das Wärmeleitmedium ausschließlich aus Kohlenstoff beziehungsweise Graphit oder aus Kohlenstoff beziehungsweise Graphit und zumindest einem weiteren Werkstoff gebildet sein. Durch eine derartige kohlenstoffhaltige beziehungsweise graphithaltige Ausführung des Wärmeleitmediums kann sich eine besonders hohe Wärmeleitfähigkeit, insbesondere parallel zur Oberfläche, ergeben. Die Wärmeleitfähigkeit parallel zur Oberfläche kann dabei größer als die Wärmeleitfähigkeit von Kupfer sein, beispielsweise um den Faktor 2 oder 4 größer als die Wärmeleitfähigkeit von Kupfer sein. Aus diesem Grund ist ein derartiges Wärmeleitmedium besonders geeignet, um eine materialsparende und damit leichte Ausführung der Kühlanordnung zu ermöglichen.
Das Wärmeleitmedium beziehungsweise die graphithaltige Folie kann eine anisotrope Wärmeleitfähigkeit aufweisen. Dabei ist eine Wärmeleitfähigkeit parallel zur Oberfläche insbesondere größer als eine Wärmeleitfähigkeit senkrecht zur Oberfläche.
Beispielsweise kann die Wärmeleitfähigkeit parallel zu der Oberfläche zumindest um den Faktor 10, zumindest um den Faktor 50 oder zumindest um den Faktor 100 größer sein als die Wärmeleitfähigkeit senkrecht zu der Oberfläche. Beispielsweise kann das Verhältnis der genannten Wärmeleitfähigkeiten das Verhältnis 1 :300 aufweisen. Aus diesem Grund ist es insbesondere von großer Bedeutung, eine Wärmeübertragung zwischen dem Wärmeleitmedium beziehungsweise der graphithaltigen Folie und der Wärmequelle und/oder der Wärmesenke zu optimieren. Aufgrund der anisotropen Wärmeleitfähigkeit kann die Wärmeübertragung an jeweiligen Koppelflächen mit der Wärmequelle und/oder der Wärmesenke einen Flaschenhals bei der Wärmeabfuhr darstellen. Dieser Flaschenhals kann durch die optimierte Wärmeübertragung durch die Einbettung in das Füllmedium und/oder die Vorspannung verbessert werden.
Das Füllmedium kann zumindest durch Wärmeleitpaste bereitgestellt sein. Insbesondere kann das Füllmedium ausschließlich durch Wärmeleitpaste oder durch Wärmeleitpaste und ein weiteres, insbesondere flexibles, Material bereitgestellt sein. Mit anderen Worten kann das Wärmeleitmedium innerhalb des Zwischenraums in die Wärmeleitpaste eingebettet sein. Auf diese Weise ergibt sich eine besonders gute thermische Kopplung. Dadurch, dass die Wärmeleitung zwischen Wärmequelle und Wärmesenke in einem Betrieb insbesondere überwiegend durch das Wärmeleitmedium erfolgt, kann dabei Wärmeleitpaste eingespart werden. Dies gilt insbesondere dann, wenn das Wärmeleitmedium eine größere Wärmeleitfähigkeit als die Wärmeleitpaste aufweist.
Gemäß einer Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass das Wärmeleitmedium durch eine entlang des Zwischenraums unterschiedliche Verteilung des Füllmediums auf beiden Seiten des Wärmeleitmediums zwischen der Wärmequelle und der Wärmesenke hin und her geführt ist. Insbesondere ist der Abstand des Wärmeleitmediums von der Wärmequelle und der Wärmesenke entlang dem Zwischenraum unterschiedlich variabel. Der Abstand des Wärmeleitmediums von der Wärmequelle und der Wärmesenke kann dabei jeweils abwechselnd variieren. Beispielsweise verläuft das Wärmeleitmedium annähernd mäanderförmig zwischen der Wärmequelle und der Wärmesenke hin und her. Dies steht in engem Zusammenhang mit der oben beschriebenen unterschiedlichen Verteilung des Füllmediums auf der ersten und der zweiten Seite des Wärmeleitmedium. Die Verteilung kann dabei derart sein, dass abwechselnd die erste Seite des Wärmeleitmediums die Wärmequelle berührt oder zumindest annähernd berührt.
Alternativ oder zusätzlich kann die zweite Seite des Wärmeleitmediums die Wärmesenke berühren oder zumindest annähernd berühren.
Durch die jeweilige Berührung kann das Wärmeleitmedium jeweilige Koppelflächen mit der Wärmequelle und/oder der Wärmesenke ausbilden. Beispielweise kann das Wärmeleitmedium auf der ersten Seite eine oder mehrere Koppelflächen aufweisen, wobei das Wärmeleitmedium die Wärmequelle im Bereich der einen oder mehreren ersten Koppelflächen berührt. Beispielweise kann das Wärmeleitmedium auf der zweiten Seite eine oder mehrere zweite Koppelflächen aufweisen, wobei das Wärmeleitmedium die Wärmequelle im Bereich der einen oder mehreren zweiten Koppelflächen berührt. Auf diese Weise kann bereichsweise eine direkte Wärmeübertragung, insbesondere ohne Übertragung der das Füllmedium, zwischen dem Wärmeleitmedium der Wärmequelle und/oder der Wärmesenke erfolgen. gemäß einer Weiterbildung ist/sind das Füllmedium und/oder das Wärmeleitmedium innerhalb des Zwischenraums mit einem Druck beaufschlagt. Insbesondere ist das Füllmedium innerhalb des Zwischenraums gegenüber einem Grundzustand komprimiert. Beispielsweise kann das Füllmedium derart in den Zwischenraum gepresst sein, dass der genannte Druck zustande kommt. Alternativ oder zusätzlich kann durch eine während der Herstellung vorgenommene Verkleinerung des Zwischenraums der Druck hergestellt ist. Insbesondere kann die Verkleinerung des Zwischenraums durch eine Verringerung des Abstandes zwischen Wärmequelle und Wärmesenke erfolgt sein.
Diese Weise kann die Vorspannung beziehungsweise die Anpresskraft zur verbesserten thermischen Kopplung bereitgestellt sein.
Gemäß einer Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass das Wärmeleitmedium parallel zu einem Normalvektor des als Folie ausgeführten Wärmeleitmediums zumindest im Wesentlichen inkompressibel ist. Mit anderen Worten kann vorgesehen sein, dass die Dicke des Wärmeleitmediums beziehungsweise des Flachgebildes zumindest im Wesentlichen konstant ist, unabhängig von einer Druckbeaufschlagung des Wärmeleitmediums beziehungsweise des Flachgebildes. Mit nochmals anderen Worten kann vorgesehen sein, dass das Wärmeleitmedium beziehungsweise das Flachgebilde senkrecht zu der Oberfläche inkompressibel oder zumindest im Wesentlichen inkompressibel ist. Das Wärmeleitmedium kann parallel zu dem Normalvektor vollständig oder im Wesentlichen inkompressibel sein. Durch eine derartige Ausführung des Wärmeleitmediums kann sichergestellt werden, dass aus der Druckbeaufschlagung beziehungsweise der Kraft des zumindest einen elastischen Elements keine Verformung resultiert.
Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass zwischen dem Wärmeleitmedium und der Wärmequelle und/oder zwischen dem Wärmeleitmedium und der Wärmesenke eine jeweilige elektrisch isolierende Schicht angeordnet ist. Die elektrisch isolierende Schicht kann durch eine Folie oder eine Beschichtung oder dergleichen bereitgestellt sein. Beispielsweise ist die Wärmequelle bzw. deren Wandung und/oder die Wärmesenke bzw. deren Wandung mit der isolierenden Schicht beschichtet. Dabei ist eine Schichtdicke der isolierenden Schicht insbesondere so dünn, dass diese die Wärmeleitfähigkeit bzw. thermische Kopplung zwischen Wärmequelle, Wärmeleitmedium und Wärmesenke möglichst wenig beeinflusst. Auf diese Weise können Kurzschlüsse und/oder unerwünschte Stromflüsse vermieden werden, insbesondere wenn das Wärmeleitmedium aus einem elektrisch leitfähigen Werkstoff gebildet ist.
Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Batterieanordnung zum Bereitstellen von elektrischer Energie für ein Kraftfahrzeug. Die erfindungsgemäße Batterieanordnung weist dabei die erfindungsgemäße Kühlanordnung auf. Zusätzlich weist die Batterieanordnung zumindest eine Batteriezelle als die Wärmequelle auf. Das ist Wärmeleitmedium mit der zumindest einen Batteriezelle und mit der Wärmesenke thermisch gekoppelt. Mit anderen Worten weist die Batterieanordnung die zumindest eine Batteriezelle als die Wärmequelle auf. Somit ist die Batterieanordnung dazu ausgebildet, Wärme von der zumindest einen Batteriezelle über das Wärmeleitmedium und/oder das Füllmedium auf die Wärmesenke zu übertragen. Die Merkmale und Weiterbildungen, welche in Bezug auf die Kühlanordnung offenbart sind, gelten analog auch für die Batterieanordnung, auch wenn diese aus Gründen der Knappheit hier nicht erneut genannt sind. Analog gelten Merkmale und Weiterbildungen der Batterieanordnung auch für die erfindungsgemäße Kühlanordnung.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein elektrisch betreibbares Kraftfahrzeug, welches die erfindungsgemäße Batterieanordnung aufweist. Insbesondere ist die zumindest eine Batteriezelle der Batterieanordnung Teil einer Traktionsbatterie. Die zumindest eine Batteriezelle beziehungsweise die Traktionsbatterie ist dazu ausgebildet, elektrische Energie für einen Antrieb des Kraftfahrzeugs, beispielsweise einen Elektromotor, bereitzustellen. Das Kraftfahrzeug kann beispielsweise als Hybrid-Fahrzeug, als batterieelektrisches Fahrzeug oder als Wasserstoff-Fahrzeug beziehungsweise Brennstoffzellen-Fahrzeug ausgeführt sein. Im Falle eines Wasserstoff- beziehungsweise Brennstoffzellen- Fahrzeugs kann die zumindest eine Batteriezelle beziehungsweise die Traktionsbatterie als Pufferspeicher zum Zwischenspeichern von elektrischer Energie, welche durch eine Brennstoffzelle erzeugt wird, ausgebildet sein.
Die Anwendung der erfindungsgemäßen Kühlanordnung in der erfindungsgemäßen Batterieanordnung beziehungsweise im erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug ist rein beispielhaft zu verstehen. Eine Anwendung der Kühlanordnung zur Kühlung anderer Komponenten im gesamten Bereich der Elektrik und des Maschinenbaus ist ebenso möglich und durch die vorliegende Anmeldung offenbart. Beispielsweise kann jede beliebige zu kühlende Komponente im Bereich von Elektrik oder Maschinenbau als Wärmequelle in der Kühlanordnung fungieren. Die Kühlanordnung kann somit dazu ausgebildet sein, jede beliebige zu kühlende Komponente zu kühlen beziehungsweise Wärme von dieser abzuführen.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Kühlanordnung zum Abführen von Wärme von einer Wärmequelle auf eine Wärmesenke, mit den folgenden Schritten:
- Anordnen eines Wärmeleitmediums zwischen der Wärmequelle und der Wärmesenke, wobei das Wärmeleitmedium als Folie ausgeführt ist, und
- Herstellen einer thermischen Kopplung zwischen dem Wärmeleitmedium und der Wärmequelle über eine erste Koppelfläche des Wärmeleitmediums an der Wärmequelle und/oder Herstellen einer thermischen Kopplung zwischen dem Wärmeleitmedium und der Wärmesenke über eine zweite Koppelfläche des Wärmeleitmediums.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Wärmeleitmedium mit mehreren Faltungen versehen wird und das Herstellen der thermischen Kopplung durch die Faltungen erfolgt, wobei jeweils benachbarte der ersten und zweiten Koppelflächen durch eine jeweilige der mehreren Faltungen voneinander getrennt sind.
Insbesondere kann in einem weiteren Schritt das Wärmeleitmedium und/oder das Füllmedium in dem Zwischenraum bzw. zwischen der Wärmequelle und der Wärmesenke komprimiert werden. Dies kann nur Verringern eines Abstandes zwischen Wärmequelle und der Wärmesenke erfolgen. Auf diese Weise wird die Höhe bzw. Dicke des Zwischenraums verkleinert und ein vorhandener Raum für das Wärmeleitmedium und das Füllmedium verkleinert bzw. komprimiert. Dadurch kann die Kraftbeaufschlagung bzw. Vorspannung zur besseren thermischen Kopplung erreicht werden.
Die Merkmale und Weiterbildungen, welche in Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren offenbart sind, gelten analog auch für die Batterieanordnung und die Kühlanordnung, auch wenn diese aus Gründen der Knappheit hier nicht erneut genannt sind. Analog gelten Merkmale und Weiterbildungen der Batterieanordnung und der Kühlanordnung auch für das erfindungsgemäße Verfahren.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung(en). Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Dabei zeigen:
Fig. 1 in einer äußerst schematischen Schnittansicht eine beispielhafte Ausführungsform einer Kühlanordnung zum Abführen von Wärme von einer Wärmequelle mit einem Wärmeleitmedium und einem Füllmedium;
Fig. 2 in einer schematischen Schnittansicht das Wärmeleitmedium sowie ein Füllmedium gemäß der beispielhaften Ausführungsform von Fig. 1 ; und
Fig. 3 das Wärmeleitmedium aus Fig. 2 in einer schematischen Perspektivansicht.
Die Fig. 1 zeigt eine Kühlanordnung 1 zum Abführen von Wärme von einer Wärmequelle 4 auf eine Wärmesenke 5. Vorliegend ist die Kühlanordnung 1 Teil einer Batterieanordnung 2 zum Bereitstellen von elektrischer Energie für ein Kraftfahrzeug. Bei der Wärmequelle handelt es sich im vorliegenden Beispiel um einen Zellblock, welcher eine oder mehrere Batteriezellen aufweist. Allgemein kann es sich bei der Wärmequelle 4 um eine zu kühlende Komponente, insbesondere eine elektrische oder mechanische Komponente, handeln. Aufgabe der Kühlanordnung 1 ist es, Wärme von der Wärmequelle 4 hin zu der Wärmesenke 5 abzuführen. Auf diese Weise ermöglicht die Kühlanordnung 1 eine Kühlung der Wärmequelle 4. Bei der Wärmesenke 5 kann es sich beispielsweise um einen Wärmetauscher beziehungsweise einen Wärmeüberträger handeln. Beispielsweise ist die Wärmesenke 5 dazu ausgebildet, die von der Wärmequelle 4 übertragene Wärme an ein Kühlmedium abzugeben beziehungsweise zu übertragen. Bei dem Kühlmedium kann es sich beispielsweise um Umgebungsluft, um einen Luftstrom, um eine Kühlflüssigkeit beziehungsweise ein Kühlmittel oder dergleichen handeln. Die Wärmesenke 5 kann somit beispielsweise als Luft- Wärmetauscher oder als Fluid-Wärmetauscher ausgeführt sein. In den vorliegenden Beispielen weist die Wärmesenke 5 Kühlmittelanschlüsse 9 auf. Die Kühlmittelanschlüsse 9 ermöglichen die Zirkulation eines Kühlmittels in der Wärmesenke 5. Die Wärmesenke ist somit dazu ausgebildet, die von der Wärmequelle 4 übertragene Wärme auf das Kühlmittel zu übertragen beziehungsweise abzugeben.
Um die Wärme von der Wärmequelle 4 auf die Wärmesenke 5 zu übertragen, weist die Kühlanordnung 1 ein Wärmeleitmedium 3 auf. Das Wärmeleitmedium 3 ist in einem Zwischenraum 6 zwischen der Wärmequelle 4 und der Wärmesenke 5 angeordnet. Zusätzlich zu dem Wärmeleitmedium 3 ist in dem Zwischenraum 6 ein Füllmedium 7 angeordnet. Das Füllmedium 7 umgibt das Wärmeleitmedium 3 insbesondere an zwei Seiten. Mit anderen Worten kann das Wärmeleitmedium 3 in das Füllmedium 7 eingebettet sein. Bei dem Füllmedium 7 handelt es sich vorliegend beispielhaft. Wärmeleitpaste. Das Füllmedium 7 und das Wärmeleitmedium 3 sind jeweils zur Übertragung von Wärme zwischen der Wärmequelle 4 und der Wärmesenke 5 ausgebildet. Mit anderen Worten koppeln das Füllmedium 7 und das Wärmeleitmedium 3 die Wärmequelle 4 und die Wärmesenke 5 thermisch miteinander.
Das Wärmeleitmedium 3 ist als Flachgebilde ausgeführt. Somit zeichnet sich das Wärmeleitmedium 3 insbesondere dadurch aus, dass es eine geringe Dicke aufweist, beispielsweise weniger als 10 Millimeter, weniger als 5 Millimeter, weniger als 1 Millimeter oder weniger als 0,5 Millimeter. Auch eine noch dünnere Ausführung des Flachgebildes beziehungsweise des Wärmeleitmediums 3 mit einer Dicke von weniger als 100 Mikrometer, weniger als 50 Mikrometer oder weniger als 20 Mikrometer ist möglich. Die Dicke ist dabei insbesondere diejenige Ausdehnung des Wärmeleitmediums 3 beziehungsweise des Flachgebildes senkrecht zur Oberfläche des Wärmeleitmediums 3 beziehungsweise des Flachgebildes verläuft. Eine Ausdehnung der Oberfläche des Wärmeleitmediums beziehungsweise des Flachgebildes ist dabei insbesondere zumindest um den Faktor 10, zumindest um den Faktor 100, zumindest um den Faktor 1000 oder zumindest um den Faktor 10.000 größer als die Dicke.
Das Wärmeleitmedium 3 beziehungsweise das Flachgebilde ist beispielhaft als graphithaltige Folie ausgeführt. Mit anderen Worten ist das Wärmeleitmedium beziehungsweise das Flachgebilde vorliegend zumindest teilweise aus Kohlenstoff beziehungsweise Graphit gebildet. Das Wärmeleitmedium beziehungsweise das Flachgebilde kann vollständig aus Graphit oder Kohlenstoff bestehen oder neben Graphit beziehungsweise Kunststoff noch eines oder mehrere weitere Materialien beinhalten. Durch eine derartige kohlenstoffhaltige beziehungsweise graphithaltige Ausführung des Wärmeleitmediums ergibt sich eine besonders hohe Wärmeleitfähigkeit, insbesondere parallel zur Oberfläche. Die Wärmeleitfähigkeit parallel zur Oberfläche ist vorliegend größer als die Wärmeleitfähigkeit von Kupfer sein, beispielsweise um den Faktor 2 oder 4 größer als die Wärmeleitfähigkeit von Kupfer. Ein Flachgebilde beziehungsweise eine solche Wärmeleitfolie wird beispielsweise unter dem Markennamen „eGRAF® SPREADERSHIELD™“ vertrieben. Beispielsweise kann das Wärmeleitmedium 3 die Folie „eGRAF® SPREADERSHIELD™“ aufweisen bzw. daraus gebildet sein.
Alternativ kann das Wärmeleitmedium 3 beziehungsweise das Flachgebilde durch ein metallisches Netz oder eine metallische Folie bereitgestellt sein. Durch metallische Folie ist insbesondere aus einem metallischen Werkstoff, vorzugsweise Aluminium oder Kupfer, gebildet. Alternativ kann das Wärmeleitmedium 3 nicht als Flachgebilde vorliegen, sondern durch eine Vielzahl an Fasern gebildet sein. Bei den Fasern kann es sich beispielsweise um metallische Fasern oder graphithaltige Faser handeln.
Das Wärmeleitmedium 3 weist vorliegend optional erste Koppelflächen 16 zum thermischen Koppeln mit der Wärmequelle 4 sowie zweite Koppelflächen 17 zum thermischen Koppeln mit der Wärmesenke 5 auf. In den Ausführungsbeispielen ist das Wärmeleitmedium 3 im Bereich der ersten Koppelflächen 16 beziehungsweise über die ersten Koppelflächen 16 mit der Wärmequelle 4, insbesondere der zumindest einen Batteriezelle, thermisch gekoppelt. In den Ausführungsbeispielen ist das Wärmeleitmedium 3 über die zweiten Koppelflächen 17 beziehungsweise im Bereich der zweiten Koppelflächen 17 mit der Wärmesenke 5 thermisch gekoppelt. Somit ist das Wärmeleitmedium 3 vorliegend dazu ausgebildet, über die ersten Koppelflächen 16 Wärme von der Wärmequelle 4 direkt abzuführen beziehungsweise zu empfangen. Das Wärmeleitmedium 3 ist dazu ausgebildet, Wärme über die zweiten Koppelflächen 17 an die Wärmesenke 5 direkt zu übertragen beziehungsweise abzugeben. Somit ermöglicht das Wärmeleitmedium 3 den direkten Fluss von Wärme beziehungsweise die direkte Übertragung von Wärme von der Wärmequelle 4 zur Wärmesenke 5. Über das Wärmeleitmedium 3 kann die Wärme der Wärmequelle 4 bestimmungsgemäß durch die Wärmesenke 5 abgeführt werden.
Eine Schichtdicke des Füllmediums 7, mit welcher das Wärmeleitmedium 3 umgeben ist, ist dabei an beiden Seiten 10, 11 des Wärmeleitmediums 3 jeweils unterschiedlich. Eine Schichtdicke auf einer ersten Seite 10 des Wärmeleitmediums 3 variiert dabei entlang einer Ausdehnung des Zwischenraums 6 beziehungsweise parallel zu einer Hauptorientierungsrichtung des Zwischenraums 6. Analog variiert eine Schichtdicke auf einer zweiten Seite 11 des Wärmeleitmedium 3 entlang der Ausdehnung des Zwischenraums 6 beziehungsweise parallel zu der Hauptorientierungsrichtung des Zwischenraums 6. Dadurch ist das Wärmeleitmedium 3 zwischen der Wärmequelle 4 und der Wärmesenke 5 hin und her geführt. Mit anderen Worten verläuft das Wärmeleitmedium 3 durch die entlang der Ausdehnung des Zwischenraums 6 unterschiedliche Verteilung des Füllmediums 7 auf beiden Seiten 10, 11 zwischen der Wärmequelle 4 und der Wärmesenke 5 hin und her.
Dabei ist im Bereich der ersten Koppelflächen 16 das Wärmeleitmedium 3 auf dessen erster Seite 10 nicht mit dem Füllmedium 7 beschichtet. Dadurch berührt das Wärmeleitmedium 3 im Bereich der ersten Koppelflächen 16 die Wärmequelle 4. Analog ist im Bereich der zweiten Koppelflächen 17 das Wärmeleitmedium 3 auf dessen zweiter Seite 11 nicht mit dem Füllmedium 7 beschichtet. Dadurch berührt das Wärmeleitmedium 3 im Bereich der zweiten Koppelflächen 17 die Wärmesenke 5. Es ergibt sich vorliegend also die direkte Wärmeleitung zwischen der Wärmequelle 4 und der Wärmesenke 5 ausschließlich über das Wärmeleitmedium 3. Zusätzlich kann Wärme von der Wärmequelle 4 indirekt über das Füllmedium 7 auf das Wärmeleitmedium 3 übertragen werden. Ebenso kann die Wärme von dem Wärmeleitmedium 3 indirekt über das Füllmedium 7 auf die Wärmesenke 5 übertragen werden. Im Allgemeinen kann die Wärmeleitung von der Wärmequelle 4 zur Wärmesenke 5 vornehmlich bzw. in erster Linie indirekt über das Füllmedium 7 und das Wärmeleitmedium 3 erfolgen. Das Füllmedium 7 dient somit auch der verbesserten thermischen Ankopplung des Wärmeleitmediums 3 an die Wärmequelle 4 und Wärmesenke 5 zum Zwecke der indirekten Übertragung. Vorzugsweise ist das Wärmeleitmedium 3 beziehungsweise das Füllmedium 7 in dem Zwischenraum 6 komprimiert. Die Fig. 2 und 3 zeigen das Wärmeleitmedium 3 und das Füllmedium 7 jeweils in unkomprimiertem Zustand. Gemeinsam können das Wärmeleitmedium 3 und das Füllmedium 7 eine Kopplungseinheit 12 ausbilden. Durch die Anordnung des Wärmeleitmediums 3 sowie des Füllmediums 7 in dem Zwischenraum 6 kann dieses verpresst werden. Dadurch entsteht ein Druck, welcher das Füllmedium 7 komprimiert und/oder Unebenheiten in dem Zwischenraum 6 ausgleicht. Zusätzlich kann durch den Druck eine Kraftbeaufschlagung der Wärmequelle 4 und/oder Wärmesenke 5 durch das Wärmeleitmedium 3 im Bereich der jeweiligen Koppelflächen 16, 17 erfolgen. Insgesamt ist durch die komprimierte beziehungsweise druckbeaufschlagte Anordnung der Kopplungseinheit 12 in dem Zwischenraum 6 eine besonders gute thermische Kopplung zwischen Wärmequelle 4 und Wärmesenke 5 gewährleistet.
Insbesondere weisen das Wärmeleitmedium 3 und das Füllmedium 7 eine Vorspannung auf, welche durch die Anordnung der Kopplungseinheit 12 beziehungsweise des Wärmeleitmediums 3 und des Füllmediums 7 in dem Zwischenraum 6 vorgegeben ist. Mit anderen Worten ist das mit dem Füllmedium 7 versehene Wärmeleitmedium 3 vorgespannt beziehungsweise weist die Vorspannung auf. Diese Vorspannung kann dadurch erzeugt sein, dass eine ursprüngliche Ausdehnung der Kopplungseinheit 12 größer ist als eine Höhe des Zwischenraums 6. Durch die Anordnung der derart gebildet Kopplungseinheit 12 in dem Zwischenraum 6, sind das Wärmeleitmedium 3 und/oder das Füllmedium 7 mit der Vorspannung beaufschlagt. Aus der Vorspannung resultiert eine Kraft des Wärmeleitmediums 3 und/oder des Füllmediums 7 auf die Wärmequelle 4 und die Wärmesenke 5 beziehungsweise deren jeweilige Wandungen. Mit anderen Worten ruft die Vorspannung eine Kraft des Wärmeleitmediums 3 senkrecht zu der Hauptorientierungsrichtung des Zwischenraums 6 hervor. Die Hauptorientierungsrichtung des Zwischenraums 6 dabei insbesondere eine Ebene, welche senkrecht zu einer Oberfläche der jeweiligen Wandungen von Wärmequelle 4 und Wärmesenke 5 verläuft, welche den Zwischenraum 6 bilden.
Aus der Vorspannung beziehungsweise der daraus resultierenden Kraft resultiert insbesondere eine Anpresskraft, mit welcher das Füllmedium 7 und optional die ersten und zweiten Koppelflächen 16, 17 gegen die jeweiligen Wandungen der Wärmequelle 4 und Wärmesenke 5 gedrückt werden. Jedem Fall resultiert aus der Vorspannung beziehungsweise der daraus resultierenden Kraft eine Anpresskraft beziehungsweise ein Druck, mit welcher das Füllmedium 7 gegen die jeweiligen Wandungen der Wärmequelle 4 und der Wärmesenke 5 gepresst wird. Insbesondere resultiert aus der Vorspannung beziehungsweise der daraus resultierenden Kraft zusätzlich eine Anpresskraft beziehungsweise ein Druck, mit welcher die ersten Koppelflächen 16 beziehungsweise das Wärmeleitmedium 3 im Bereich der ersten Koppelflächen 16 gegen die Wärmequelle 4 beziehungsweise deren jeweilige Wandung gedrückt wird. Die spezielle elastische bzw. federnde Ausführung der Wärmeleitfolie 3, auch Wärmeleitermatte genannt, kann durch das flexible Füllmedium 7 ermöglicht werden. Hierbei ist durch die Flexibilität des Füllmediums 7 eine Elastizität gegeben, da sich das Füllmedium 7 abhängig von einer Belastung unterschiedlich verformen kann. Dadurch können auch Unebenheiten beziehungsweise Unregelmäßigkeiten zwischen Wärmequelle 4 und Wärmesenke 5 ausgeglichen werden.
Das Wärmeleitmedium 3 kann bereits vor dem Einbringen in den Zwischenraum 6 mit dem Füllmedium 7 versehen werden. Beispielsweise wird das Wärmeleitmedium 3 bereits vor dem Einbringen an beiden Seiten 10, 11 zumindest bereichsweise mit dem Füllmedium 7 beschichtet. Somit kann die Kopplungseinheit 12 in der Form wie in den Fig. 2 und 3 dargestellt in den Zwischenraum 6 eingebracht werden. Anschließend kann das Verpressen beispielsweise durch Verringern beziehungsweise Minimieren eines Abstandes zwischen Wärmequelle 4 und Wärmesenke 5 erfolgen.
Fig. 1 zeigt eine optionale elektrisch isolierende Schicht 13. Vorliegend ist zwischen dem Wärmeleitmedium 3 und dem Füllmedium 7 sowie der Wärmequelle 4 und der Wärmesenke 5 eine jeweilige elektrisch isolierende Schicht 13 angeordnet. Mit anderen Worten sind das verbleibenden 3 und das Füllmedium 7 vorliegend durch zwei elektrisch isolierende Schicht 13 umgeben. Beispielsweise handelt es sich bei der Schicht 13 um eine Beschichtung Wärmequelle 4 und/oder der Wärmesenke 5. Alternativ oder zusätzlich kann die Schicht 13 durch eine (zwischengelegte) Folie bereitgestellt sein. Die Schicht 13 ist dabei insbesondere so dünn, dass der Wärmefluss von der Wärmequelle 4 zur Wärmesenke 5 nur minimal beeinflusst wird.
Der Lösungsansatz für eine verbesserte thermische Kopplung eines zu kühlenden Bauteils, wie beispielsweise der Zellblock, mit einer Wärmesenke 5 beziehungsweise Temperierplatte bei weitgehend vorgegebenen Material / Wärmeleitpaste (WLP) ist die der Ansatz zum Ersatz eines Teils der Wärmeleitpaste durch kostengünstigere Materialien und Material mit deutlich verbesserten Wärmeleitwerten. Praktisch bedeutet das, dass die Wärmeleitpaste mit ihren Wärmeleitwert von typischerweise 2,5 W/mK nur noch zum thermischen Kontaktieren an Wärmequelle 4 und Wärmesenke 5 genutzt wird und der eigentliche Wärmestrom durch den Zwischenraum 6, welcher beispielsweise eine Höhe von 3 mm aufweist, mittels eines Flachgebildes, nämlich dem Wärmeleitmedium 3, erfolgt. Bei dem Flachgebilde kann es sich um eine Folie oder ein Netz handeln. Das Wärmeleitmedium 3 besteht insbesondere aus Materialien mit relevanten Wärmeleiteigenschaften. Beispielsweise besteht das Wärmeleitmedium 3 aus Metall, vorzugsweise Aluminium, oder Graphit. Das Wärmeleitmedium 3 kann in einer Netzstruktur, Gitterstruktur aber auch durch lose eingelegte Fasern bereitgestellt sein. Entscheidend ist, dass das Wärmeleitmedium 3 ein hohes Deformationsvermögen aufweisen, um Toleranzausgleichfunktionen darzustellen. Die Deformation muss dabei nicht zwingend in der Eigenschaft des Wärmeleitmediums 3 liegen, sondern kann auch in der Struktur (z. B. Faltung, Verknüllen, Gitterstruktur) begründet sein, die sich unter Last verformt. Somit wird in der deformierten Struktur der das Wärmeleitmedium 3 die das Füllmedium 7, also vorliegend die Wärmeleitpaste, verpresst und mit dieser Wärmeleitpaste die thermische Kopplung umgesetzt.
Durch den Ersatz der Wärmeleitpaste kann auch noch ein Gewichtsvorteil erzielt werden, da viele Materialien eine höhere Dichte als WLP aufweisen (>2,5 g/cm3). Je nach Auslegungsziel dieser Kopplung kann es in Richtung Kosten- und/oder Gewichtssenkung und/oder Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit gehen. Dabei ist stets ein für den Einzelfall optimaler Kompromiss aus allen drei Charakteristika zu suchen.
Das Wärmeleitmedium 3 in Form einer Flachgebildes beziehungsweise einer Wärmeleitmatte ist ein einfach zu montierendes flächiges Bauteil für die thermische Kopplung mit integriertem, auch lokal unterschiedlichem Toleranzausgleichvermögen. Besser demontierbar durch verbessertes Abzugsverhalten der Kombination aus Wärmeleitmedium 3 in Form eines Flachgebildes und Wärmeleitpaste als Füllmedium 7 (kein Abreißen). Bezugszeichenliste
1 Kühlanordnung
2 Batterieanordnung
3 Wärmeleitmedium
4 Wärmequelle
5 Wärmesenke
6 Zwischenraum
7 Füllmedium
9 Kühlmittelanschluss
10 erste Seite
11 zweite Seite
12 Kopplungseinheit
13 Schicht
16 erste Koppelfläche
17 zweite Koppelfläche

Claims

Patentansprüche Kühlanordnung (1) zum Abführen von Wärme von einer Wärmequelle (4) auf eine Wärmesenke (5), mit
- der Wärmequelle (4),
- der Wärmesenke (5),
- einem Wärmeleitmedium (3), welches als Flachgebilde ausgeführt ist und in einem Zwischenraum (6) zwischen der Wärmequelle (4) und der Wärmesenke (5) angeordnet ist, gekennzeichnet, durch
- ein Füllmedium (7), wobei
- das Füllmedium (7) in dem Zwischenraum (6) angeordnet ist und das Wärmeleitmedium (3) zumindest bereichsweise umgibt. Kühlanordnung (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeleitmedium (3) eine höhere thermische Leitfähigkeit als das Füllmedium (7) aufweist. Kühlanordnung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeleitmedium (3) zumindest durch ein metallisches Netz oder eine metallische Folie gebildet ist. Kühlanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeleitmedium (3) zumindest durch eine graphithaltige Folie gebildet ist. Kühlanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllmedium (7) durch Wärmleitpaste gebildet ist. Kühlanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeleitmedium (3) durch eine entlang des Zwischenraums (6) unterschiedliche Verteilung des Füllmediums (7) auf beiden Seiten des Wärmeleitmediums (3) zwischen der Wärmequelle (4) und der Wärmesenke (5) hin und her geführt ist. Kühlanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeleitmedium (3) und/oder das Füllmedium (7) in dem Zwischenraum (6) mit einem Druck beaufschlagt ist. Kühlanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeleitmedium (3) parallel zu einem Normalvektor des als Flachgebilde ausgeführten Wärmeleitmediums (3) zumindest im Wesentlichen inkompressibel ist. Batterieanordnung (2) zum Bereitstellen von elektrischer Energie für ein Kraftfahrzeug, mit
- der Kühlanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, und
- zumindest einer Batteriezelle als der Wärmequelle (4), wobei
- das Wärmeleitmedium (3) über das Füllmedium (7) mit der zumindest einen Batteriezelle (4) und mit der Wärmesenke (5) thermisch gekoppelt ist. Verfahren zum Herstellen einer Kühlanordnung (1) zum Abführen von Wärme von einer Wärmequelle (4) auf eine Wärmesenke (5), mit den Schritten:
- Anordnen eines Wärmeleitmediums (3) in einem Zwischenraum (6) zwischen der Wärmequelle (4) und der Wärmesenke (5), wobei das Wärmeleitmedium (3) als Flachgebilde ausgeführt ist, und - Herstellen einer thermischen Kopplung zwischen dem Wärmeleitmedium (3) und der Wärmequelle (4) und/oder Herstellen einer thermischen Kopplung zwischen dem Wärmeleitmedium (3) und der Wärmesenke (5), dadurch gekennzeichnet, dass
- ein Füllmedium (7) in dem Zwischenraum (6) angeordnet wird und das Wärmeleitmedium (3) zumindest bereichsweise umgibt,
- das Herstellen der thermischen Kopplung zumindest teilweise durch das Anordnen des Füllmediums (7) erfolgt.
PCT/EP2021/073031 2020-09-10 2021-08-19 Kühlanordnung sowie batterieanordnung mit einem von wärmeleitpaste umgebenen flachgebilde zur thermischen kopplung WO2022053278A1 (de)

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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19640650A1 (de) * 1996-10-02 1998-04-09 Ego Elektro Geraetebau Gmbh Wärmeerzeugende Baugruppe mit wärmeleitender Verbindungsschicht zwischen Wärmequelle und Wärmesenke
DE10234500A1 (de) * 2002-07-23 2004-02-19 Siemens Ag Verfahren zur Wärmeableitung in Mobilfunkgeräten und ein entsprechendes Mobilfunkgerät
DE102016109931A1 (de) * 2016-05-30 2017-11-30 Lisa Dräxlmaier GmbH Kühlvorrichtung und Verfahren

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