DE102008059955B4 - Method for producing a cooling plate with an integrated cooling channel for a battery and use of a cooling plate - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Herstellung einer Kühlplatte (1) mit einem integrierten Kühlkanal (3) für eine Batterie, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Unterteil (2) der Kühlplatte (1) der Kühlkanal (3) mittels einer spanlosen Umformtechnik ausgeformt wird und dass der Kühlkanal (3) durch Aufsetzen einer Abdeckplatte (4) mit einer ebenen Abdeckfläche auf das Unterteil (2) verschlossen wird.Method for producing a cooling plate (1) with an integrated cooling channel (3) for a battery, characterized in that the cooling channel (3) is formed in a lower part (2) of the cooling plate (1) by means of a non-cutting forming technique and that the cooling channel ( 3) is closed by placing a cover plate (4) with a flat cover surface on the lower part (2).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Kühlplatte nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 und eine Verwendung der Kühlplatte nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 14.The invention relates to a method for producing a cooling plate according to the features of the preamble of
Aus dem Stand der Technik ist, wie in
In
Aus der
In der
Aus der
In der
Aus der
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung einer Kühlplatte und eine Verwendung der Kühlplatte anzugeben.The invention has for its object to provide an improved method for producing a Specify cooling plate and a use of the cooling plate.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Herstellung einer Kühlplatte mit einem integrierten Kühlkanal für eine Batterie mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Verwendung der Kühlplatte mit den Merkmalen des Anspruchs 14 gelöst.The object is achieved by a method for producing a cooling plate with an integrated cooling channel for a battery having the features of
Bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.Preferred embodiments and further developments of the invention are specified in the dependent claims.
In einem Verfahren zur Herstellung einer Kühlplatte mit einem integrierten Kühlkanal für eine Batterie wird erfindungsgemäß in einem Unterteil der Kühlplatte der Kühlkanal mittels einer spanlosen Umformtechnik ausgeformt und der Kühlkanal durch Aufsetzen einer Abdeckplatte mit einer ebenen Abdeckfläche auf das Unterteil verschlossen.In a method for producing a cooling plate with an integrated cooling channel for a battery, the cooling channel is formed in accordance with the invention in a lower part of the cooling plate by means of a non-cutting forming technique and the cooling channel is closed by placing a cover plate with a flat covering surface on the lower part.
Durch die erfindungsgemäße Lösung werden Fertigungskosten, Fertigungsaufwand und Materialeinsatz der Kühlplatte im Vergleich zu einem Herstellungsverfahren nach dem Stand der Technik erheblich reduziert, da beispielsweise ein nach dem Stand der Technik notwendiger Fräsvorgang zur Ausformung des Kühlkanals, erforderliche Nacharbeiten und ein zeit- und energieaufwändiger Lötvorgang entfallen. Auch eine nachfolgende Dichtigkeitskontrolle der Kühlplatte ist nicht mehr notwendig, da die erfindungsgemäße Lösung eine hohe Prozesssicherheit aufweist, was bei Herstellungsverfahren nach dem Stand der Technik nicht gegeben ist. Durch die erfindungsgemäße Lösung sind Kühlplatten für Batterien einfach, schnell und kostengünstig beispielsweise in Großserien- oder Massenproduktion herstellbar. Mit der Reduzierung des Materialeinsatzes zur Herstellung der Kühlplatte ist natürlich auch eine Gewichtsreduktion der Kühlplatte und somit auch der Batterie verbunden. Insbesondere bei einer Verwendung einer Mehrzahl solcher Batterien in einem Fahrzeug, beispielsweise in einem Hybrid- oder Brennstoffzellen-Fahrzeug, ist ein erzielbarer Gewichtsvorteil von großer Bedeutung.The inventive solution manufacturing costs, manufacturing costs and material use of the cooling plate compared to a manufacturing method according to the prior art are significantly reduced because, for example, a necessary according to the prior art milling process for forming the cooling channel, required rework and a time and energy consuming soldering omitted , A subsequent tightness control of the cooling plate is no longer necessary because the solution according to the invention has a high process reliability, which is not the case in manufacturing processes according to the prior art. The inventive solution cold plates for batteries are simple, fast and inexpensive to produce, for example, in mass production or mass production. With the reduction of the material used for the production of the cooling plate, of course, a weight reduction of the cooling plate and thus also the battery is connected. In particular, when using a plurality of such batteries in a vehicle, for example in a hybrid or fuel cell vehicle, an achievable weight advantage is of great importance.
Da die Kühlplatte im Gegensatz zum Stand der Technik nicht mehr gelötet werden muss, ist sie wesentlich belastbarer, da eine Lötverbindung sehr spröde und daher unter Belastung leicht zu beschädigen ist. Durch den Entfall des Lötvorgangs ist auch eine größere Materialauswahl zur Herstellung der Kühlplatte möglich. Daher kann mittels der erfindungsgemäßen Lösung auch eine Kühlplatte hergestellt werden, welche neben ihrer Kühlfunktion für Einzelzellen auch beispielsweise zu einer Halterung, Befestigung oder Abstützung der Einzelzellen in einem Batteriegehäuse eingesetzt werden kann.Since the cooling plate does not have to be soldered in contrast to the prior art, it is much more resilient, since a solder joint is very brittle and therefore easy to damage under load. The elimination of the soldering process and a larger choice of materials for the production of the cooling plate is possible. Therefore, by means of the solution according to the invention, a cooling plate can also be produced which, in addition to its cooling function for individual cells, can also be used, for example, for mounting, fastening or supporting the individual cells in a battery housing.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird der Kühlkanal in mehreren nebeneinander liegenden Reihen mäanderförmiger Windungen in dem Unterteil der Kühlplatte ausgeformt. Dadurch bedeckt der Kühlkanal, welcher von einem Kühlmittel durchströmt wird, einen Großteil einer Fläche der Kühlplatte, wodurch eine optimale gleichmäßige Kühlung der Kühlplatte und somit auch der Einzelzellen ermöglicht ist.In a particularly preferred embodiment, the cooling channel is formed in a plurality of adjacent rows of meandering turns in the lower part of the cooling plate. As a result, the cooling channel, which is traversed by a coolant, covers a large part of a surface of the cooling plate, whereby an optimal uniform cooling of the cooling plate and thus also of the individual cells is made possible.
Das Unterteil der Kühlplatte ist vorzugsweise aus Metall, insbesondere aus Aluminium oder Kupfer, wodurch der Kühlkanal sehr einfach, bevorzugt durch Kaltfließpressen oder Tiefziehen, ausformbar ist.The lower part of the cooling plate is preferably made of metal, in particular aluminum or copper, whereby the cooling channel is very easy, preferably by cold extrusion or deep drawing, can be formed.
Der Kühlkanal wird durch Aufsetzen einer Abdeckplatte auf das Unterteil verschlossen, welche bevorzugt aus Metall, insbesondere aus Aluminium oder Kupfer, ist, wobei die Abdeckplatte mit dem Unterteil vorzugsweise mittels eines Pressschweißverfahrens, insbesondere durch Rollnahtschweißen, derart stoffschlüssig verbunden wird, dass kein den Kühlkanal durchströmendes Kühlmittel aus der Kühlplatte austreten kann. Dazu wird die Abdeckplatte mit dem Unterteil zweckmäßigerweise an einem umlaufenden Rand mittels des Pressschweißverfahrens stoffschlüssig verbunden. Da bei diesem Pressschweißen das Unterteil und die Abdeckplatte gegeneinander verspannt werden, ist keine sehr hohe Ebenheit von Unterteil und Abdeckplatte erforderlich. Die Prozesssicherheit des Pressschweißens ist derart hoch, dass keine abschließende Dichtigkeitskontrolle erforderlich ist. Im Gegensatz zu einer gelöteten Kühlplatte nach dem Stand der Technik hält eine pressgeschweißte Kühlplatte auch stärkeren mechanischen Belastungen stand, ohne undicht zu werden.The cooling channel is closed by placing a cover plate on the lower part, which is preferably made of metal, in particular aluminum or copper, wherein the cover plate with the lower part preferably by means of a pressure welding method, in particular by seam welding, such materially connected, that no cooling air flowing through the channel Coolant can escape from the cooling plate. For this purpose, the cover plate with the lower part is suitably bonded cohesively to a peripheral edge by means of the pressure welding process. Since in this pressure welding the lower part and the cover plate are braced against each other, no very high flatness of the lower part and cover plate is required. The process reliability of pressure welding is so high that no final tightness control is required. In contrast to a soldered cooling plate according to the prior art, a press-welded cooling plate can withstand even greater mechanical stresses without becoming leaky.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Abdeckplatte mit dem Unterteil zusätzlich durch Schweißnähte, welche zwischen den nebeneinander liegenden Reihen mäanderförmiger Windungen des Kühlkanals verlaufen, stoffschlüssig verbunden. Auf diese Weise wird die Verbindung von Unterteil und Abdeckplatte zusätzlich verstärkt und es erfolgt eine Abdichtung zwischen den Reihen der mäanderförmigen Windungen, wodurch ein optimaler Fluss des Kühlmittels durch den Kühlkanal erreicht wird.In a preferred embodiment, the cover plate with the lower part is additionally bonded by welds, which extend between the adjacent rows of meandering turns of the cooling channel. In this way, the connection of lower part and cover plate is additionally reinforced and there is a seal between the rows of meandering turns, whereby an optimal flow of the coolant through the cooling channel is achieved.
Die Kühlplatte wird nach dem Pressschweißen, falls dies notwendig ist, zweckmäßigerweise gerichtet. Vor dem Pressschweißen ist eine perfekte Ebenheit des Unterteils und der Abdeckplatte nicht unbedingt erforderlich und während des Pressschweißens können sich diese noch zusätzlich verziehen. Die fertig gestellte Kühlplatte sollte allerdings zum Einbau in eine Batterie möglichst gerade und eben sein. Dies ist durch ein Richten sehr gut erreichbar.The cooling plate is suitably straightened after pressure welding, if necessary. Before pressure welding perfect flatness of the base and the cover plate is not absolutely necessary and during the pressure welding, these may additionally warp. However, the finished cooling plate should be as straight and flat as possible for installation in a battery. This can be achieved very easily by judging.
Zwischen den mäanderförmigen Windungen des Kühlkanals wird die Abdeckplatte mit dem Unterteil in vorteilhafter Weise durch Widerstandspunktschweißen stoffschlüssig verbunden. Danach wird die Kühlplatte, falls notwendig, erneut gerichtet. Zwischen den Windungen ist Rollschweißen nicht möglich, das Widerstandspunktschweißen ist aber vollkommen ausreichend, um die Verbindung zwischen Unterteil und Abdeckplatte weiter zu erhöhen. Falls die Kühlplatte dadurch erneut verformt wird, kann sie nach dem Widerstandspunktschweißen problemlos erneut gerichtet werden. Between the meander-shaped turns of the cooling channel, the cover plate is connected to the lower part in an advantageous manner by resistance spot welding cohesively. Thereafter, the cooling plate is re-directed if necessary. Roll welding is not possible between the turns, but the resistance spot welding is perfectly sufficient to further increase the connection between the lower part and the cover plate. If the cooling plate is thereby reshaped, it can be easily repositioned after resistance spot welding.
Zweckmäßigerweise werden in die Abdeckplatte im Bereich des Kühlkanals Bohrungen zu einer Verbindung des Kühlkanals mit einem Kühlmittelanschluss eingebracht und der Kühlmittelanschluss mittels eines Pressschweißverfahrens befestigt, bevorzugt durch Rollnahtschweißen. Mittels dieses Kühlmittelanschlusses ist die Kühlplatte an einen Kühlmittelkreislauf eines Fahrzeugs anschließbar und auf diese Weise eine Verlustwärme der Einzelzellen aus der Batterie abtransportierbar.Expediently, bores are introduced into the cover plate in the region of the cooling channel for connecting the cooling channel to a coolant connection, and the coolant connection is fastened by means of a pressure welding method, preferably by roll seam welding. By means of this coolant connection, the cooling plate can be connected to a coolant circuit of a vehicle and in this way a heat loss of the individual cells can be removed from the battery.
Eine Kühlplatte, welche mittels des Verfahrens hergestellt ist, wird erfindungsgemäß in einer Batterie verwendet. Diese Batterie hat ein gegenüber Batterien nach dem Stand der Technik geringeres Gewicht aufgrund des durch Materialeinsparung erreichten geringeren Gewichts der Kühlplatte. Die Einzelzellen sind in der Batterie ausschließlich oder zusätzlich durch die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellte Kühlplatte halterbar, abstützbar oder befestigbar. Durch die Reduzierung der Fertigungs- und Materialkosten der Kühlplatte ist auch die Batterie kostengünstiger produzierbar.A cooling plate produced by the method is used in a battery according to the invention. This battery has a lower weight compared to prior art batteries due to the reduced weight of the cooling plate achieved by saving material. The individual cells can be held, supported or fastened in the battery exclusively or additionally by the cooling plate produced by means of the method according to the invention. By reducing the manufacturing and material costs of the cooling plate and the battery is cheaper to produce.
Die Kühlplatte ist über den Kühlmittelanschluss vorzugsweise an einen mit Kühlmittel durchströmten Kühlkreislauf eines Fahrzeugs anschließbar, wodurch eine optimale Kühlung der Einzelzellen erreichbar ist.The cooling plate can be connected via the coolant connection preferably to a cooling circuit of a vehicle through which coolant flows, so that optimum cooling of the individual cells can be achieved.
In einer vorteilhaften Ausführungsform sind eine Mehrzahl seriell und/oder parallel miteinander verschalteter Einzelzellen mit einer Unterseite auf die Kühlplatte aufgesetzt und mit dieser thermisch gekoppelt, wobei zwischen den Einzelzellen und der Kühlplatte, insbesondere wenn ein Gehäuse der Einzelzellen elektrisch leitend ausgeführt ist, zweckmäßigerweise eine elektrisch isolierende Wärmeleitfolie angeordnet ist. Auf diese Weise ist die Verlustwärme der Einzelzellen auf die Kühlplatte übertragbar und von dieser durch das den Kühlkanal durchströmende Kühlmittel aus der Batterie abtransportierbar.In an advantageous embodiment, a plurality of individual cells interconnected in series and / or in parallel with one another are mounted on the cooling plate and thermally coupled thereto, wherein between the individual cells and the cooling plate, in particular if a housing of the individual cells is designed to be electrically conductive, expediently an electrical insulating heat conducting foil is arranged. In this way, the heat loss of the individual cells can be transferred to the cooling plate and can be transported away from it by the coolant flowing through the cooling channel from the battery.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind die Einzelzellen alternativ oder zusätzlich über Wärmeleitstäbe und/oder Wärmeleitplatten mit der Kühlplatte thermisch gekoppelt. Dadurch ist die thermische Kopplung der Einzelzellen an die Kühlplatte weiter optimierbar, um eine ausreichende Übertragung der Verlustwärme der Einzelzellen auf die Kühlplatte sicherzustellen.In a further advantageous embodiment, the individual cells are alternatively or additionally thermally coupled via heat conducting rods and / or heat conducting plates to the cooling plate. As a result, the thermal coupling of the individual cells to the cooling plate can be further optimized in order to ensure sufficient transmission of the heat loss of the individual cells to the cooling plate.
Bevorzugt sind die Einzelzellen Flachzellen, welche vorteilhafterweise dicht hintereinander angeordnet und parallel zueinander ausgerichtet sind. Dadurch ist eine optimal Bauraum sparende Anordnung der Einzelzellen erreicht. Bilden Seitenwände der Einzelzellen deren Polkontakte, so sind die Einzelzellen auf diese Weise auch sehr effizient seriell elektrisch miteinander kontaktierbar.Preferably, the individual cells are flat cells, which are advantageously arranged closely behind one another and aligned parallel to one another. As a result, an optimal space-saving arrangement of the individual cells is achieved. If sidewalls of the individual cells form their pole contacts, then the individual cells can also be contacted with each other in a very efficient manner in series in a very efficient manner.
Eine solche Batterie ist vorzugsweise eine Lithium-Ionen-Batterie für ein Fahrzeug, insbesondere eine Batterie für ein Fahrzeug mit Hybridantrieb oder ein Brennstoffzellen-Fahrzeug, da ein benötigter Bauraum zu einer Unterbringung der Batterien im Fahrzeug relativ gering ist. Dies ist insbesondere bei Hybridfahrzeugen, bei welchen eine Mehrzahl sehr leistungsfähiger Batterien nötig sind und der Bauraum begrenzt ist, von großer Bedeutung.Such a battery is preferably a lithium-ion battery for a vehicle, in particular a battery for a vehicle with hybrid drive or a fuel cell vehicle, since a required space for accommodating the batteries in the vehicle is relatively low. This is particularly important in hybrid vehicles, in which a plurality of very powerful batteries are needed and the space is limited, of great importance.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand von Zeichnungen näher erläutert.Embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to drawings.
Dabei zeigen:Showing:
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding parts are provided in all figures with the same reference numerals.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Kühlkanal
Zwischen den beiden Reihen mäanderförmiger Windungen verläuft eine weitere Schweißnaht
Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung gegenüber Verfahren nach dem Stand der Technik ist, dass das Unterteil
Durch diese mechanische Belastbarkeit kann die Kühlplatte
Die linsenförmigen Aufschmelzungen
Bei einer Ausbildung der Einzelzellen
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Kühlplattecooling plate
- 22
- Unterteillower part
- 33
- Kühlkanalcooling channel
- 44
- Abdeckplattecover
- 55
- Bohrungdrilling
- 66
- KühlmittelanschlussCoolant connection
- 77
- Einzelzellesingle cell
- 88th
- Randedge
- 99
- SchweißnahtWeld
- 1010
- SchweißpunktWeldingSpot
- 1111
- Aufschmelzungmelting
Claims (20)
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