DE102010018040A1

DE102010018040A1 - Verfahren zur Herstellung eines Kühlmoduls, Kühlmodul und Vorrichtung zur Herstellung eines solchen Kühlmoduls

Info

Publication number: DE102010018040A1
Application number: DE201010018040
Authority: DE
Inventors: Felix von Bork; Dr. Eberleh Björn
Original assignee: Akasol Engineering GmbH
Current assignee: Akasol AG
Priority date: 2010-04-23
Filing date: 2010-04-23
Publication date: 2011-11-03

Abstract

Ein Verfahren zur Herstellung eines Kühlmoduls für eine wieder aufladbare Batterie, insbesondere für eine Lithiumionenbatterie wird vorgesehen, wobei das Kühlmodul in etwa quaderförmig ist und eine Flüssigkeitskühlung an mindestens drei aufeinander folgenden Seiten aufweist, wobei eine in etwa rechteckige Blechtafel oder ein etwa rechteckiger Bereich eines Blechstreifens verpresst wird, um einen rillenförmigen Eingangsbereich und einen rillenförmigen Ausgangsbereich an zwei gegenüberliegenden Seiten des Rechtecks sowie mehrere sich zwischen dem Eingangsbereich und dem Ausgangsbereich zumindest im Wesentlichen parallel zueinander erstreckenden Rillen auszubilden. Die rechteckige Tafel bzw. der rechteckige Bereich des Streifens wird anschließend an mindestens zwei Stellen umgebogen, um zwei üblicherweise zumindest im Wesentlichen rechtwinklige Ecken auszubilden. Das verpresste Blechteil wird vor oder nach der Umbiegung mit einem Abdeckblechteil versehen, das in einem Stuck mit dem verpressten Blechteil hergestellt werden kann. Das Abdeckblechteil ist zumindest im Wesentlichen planar ausgebildet und bildet nach Anbringung an das verpresste Blechteil mit den genannten Rillen Kühlpassagen bildet, die sich vom Eingangsbereich bis zum Ausgangsbereich erstrecken.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kühlmoduls für eine wieder aufladbare Batterie und insbesondere für eine Lithiumionenbatterie, ein entsprechendes Kühlmodul sowie eine Vorrichtung zur Herstellung eines solchen Kühlmoduls.
In der noch nicht veröffentlichten deutschen Patentanmeldung mit dem amtlichen Aktenzeichen 10 2009 018 787.1 der vorliegenden Anmelderin wird ein Kühlmodul beschrieben mit einer in etwa quaderförmigen Gestalt und zwei Kühlplatten auf entgegengesetzten Seiten, die mit Verbindungsblechen aneinander befestigt sind. Die Verbindungsbleche bilden Fächer, in denen Lithiumionenzellen aufgenommen sind, dort mit zwei Zellen pro Fach. Eine Kühlflüssigkeit wird durch die Kühlplatten geführt und zieht dort Wärme von den Verbindungsblechen ab, an denen die Lithiumionenzellen angeordnet sind.
In der gleichzeitig mit der vorliegenden Anmeldung hinterlegten internationalen Anmeldung (Anwaltsaktenzeichen A10410PWO2) wird ferner ein Kühlmodul beschrieben, das linke und rechte Kühlplatten sowie eine hintere Kühlplatte aufweist, auch mit Verbindungsblechen, die sich zwischen der linken Kühlplatte und der rechten Kühlplatte erstrecken und entsprechende Fächer zur Aufnahme von Zellen bilden. Dort wird eine Kühlflüssigkeit in mehrere parallele Kühlpassagen von einem Eingang auf der Vorderseite der linken Kühlplatte über die hintere Kühlplatte zu einem Ausgang an der Vorderseite der rechten Kühlplatte geleitet.
Aufgabe der vorliegenden Anmeldung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines mindestens drei Seiten aufweisenden Kühlmoduls vorzusehen, das wirtschaftlich durchführbar ist, in großen Serien durchgeführt werden kann und zu einem leistungsfähigen und leichtgewichtigen Kühlmodul mit langer Lebensdauer führt.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß ein Verfahren zur Herstellung eines Kühlmoduls für eine wieder aufladbare Batterie, insbesondere für eine Lithiumionenbatterie vorgesehen, wobei das Kühlmodul in etwa quaderförmig ist und eine Flüssigkeitskühlung an mindestens drei aufeinander folgenden Seiten aufweist, wobei eine in etwa rechteckige Blechtafel oder ein etwa rechteckiger Bereich eines Blechstreifens verpresst wird, um einen rillenförmigen Eingangsbereich und einen rillenförmigen Ausgangsbereich an zwei gegenüberliegenden Seiten des Rechtecks sowie mehrere sich zwischen dem Eingangsbereich und dem Ausgangsbereich zumindest im Wesentlichen parallel zueinander erstreckenden Rillen auszubilden, die rechteckige Tafel bzw. der rechteckige Bereich des Streifens anschließend an mindestens zwei Stellen umgebogen wird, um zwei üblicherweise zumindest im Wesentlichen rechtwinklige Ecken auszubilden, und dass das verpresste Blechteil vor oder nach der Umbiegung mit einem Abdeckblechteil versehen wird, das zumindest im Wesentlichen planar ausgebildet ist und nach Anbringung an das verpresste Blechteil mit den genannten Rillen Kühlpassagen bildet, die sich vom Eingangsbereich bis zum Ausgangsbereich erstrecken.
Ein solches Verfahren lässt sich reproduzierbar in einer Produktionsanlage kostengünstig herstellen, und zwar mit sehr wenig Materialabfall.
Durch die Verwendung von Blech als Ausgangsmaterial, kann mit relativ dünnem Blech, z. B. mit einer Dicke von etwa 1 mm, ein steifes Gebilde erzeugt werden, das die Rippen nicht nur der Kühlung, sondern auch der Versteifung dienen. Ferner führt die dünnwandige Konstruktion zu einem leichtgewichtigen Kühlmodul. Auch die Verwendung von Alublech fördert die Reduzierung von Gewicht. Durch die Umbiegung des verpressten Blechteils vor oder nach der Anbringung des Abdeckblechteils, um ein mindestens drei Seiten aufweisendes quaderförmiges Kühlmodul zu bilden, entsteht auch der Grundkörper des Kühlmoduls bzw. ein Teil der Hülle des Kühlmoduls in wirtschaftlicher Weise. Dadurch, dass das Abdeckblechteil auf der inneren Seite des Kühlmoduls planar ausgebildet ist, können die Verbindungsbleche, die rechtwinklige abgebogene Seitenwände aufweisen, preisgünstig in beliebiger Höhe an der inneren Blechseite des Kühlmoduls angebracht werden, und zwar ohne besondere Toleranzen einhalten zu müssen, da die Verbindungsbleche in senkrechter Richtung zunächst verschoben werden können, bis sie an die Stelle gelangen, an der sie an der Innenseite des Kühlmoduls befestigt werden. Es müssen also keine besonderen Maßnahmen ergriffen werden, um Toleranzen einzuhalten.
Selbst wenn ein Kühlmodul mit Flüssigkeitskühlungen an drei Seiten ein Optimum darstellt, so ist es durchaus auch denkbar, ein Kühlmodul mit diesem Verfahren mit drei gebogenen Ecken herzustellen, wodurch ein vierseitiges Kühlmodul entsteht.
Das Abdeckteil wird vorzugsweise an das verpresste Blechteil durch Löten, Schweißen, Kleben oder anderweitig angebracht. Es handelt sich hier um einfache Verbindungsverfahren, die ohne weiteres angewendet werden können, um flüssigkeitsdichte Kühlmodule herzustellen. Besonders günstig ist es, wenn das verpresste Blechteil einstückig mit dem Abdeckblechteil aus der gleichen Blechtafel oder dem gleichen Blechstreifen hergestellt wird und in einem länglichen Falzbereich in das Abdeckteil übergeht. Die Blechtafel bzw. ein Abschnitt des Blechstreifens wird im Falzbereich zu einem Falz umgebogen, um das Abdeckteil in eine Position benachbart zum verpressten Blechteil oder umgekehrt zu bringen. Dadurch, dass die zwei Blechteile, d. h. das verpresste Blechteil und das Abdeckblechteil, aus ein und derselben Blechtafel bzw. ein und demselben Blechstreifen hergestellt werden, kann eine Verbindung an einer Seite, d. h. an der Seite des Falzes zwischen den zwei Blechteilen entfallen, und es kann auch sichergestellt werden, dass die zwei Blechteile einander gegenüber genau positioniert sind.
Vorzugsweise werden mehrere Clinchpunkte, die beispielsweise mittels Durchsetzfügen erzeugt werden, verteilt entlang des Falzes gesetzt, um den Falz zu stabilisieren.
Es handelt sich hier um eine kostengünstig durchzuführende Maßnahme, die wesentlich zu der Stabilität des Kühlmoduls beiträgt.
Schlauchtüllen werden anschließend in den Eingangsbereich und in den Ausgangsbereich zwischen dem ersten Blechteil und dem umgebogenen Blechteil eingesetzt und an das verpresste Blechteil und das umgebogene Blechteil dichtend angebracht. Die Anbringung der Schlauchtüllen kann durch das gleiche Lötverfahren, Schweißverfahren oder Klebeverfahren erfolgen, das zur Befestigung des Abdeckblechteils an das verpresste Blechteil angewendet wird, und es können die Verbindungen gleichzeitig hergestellt werden. Dies vereinfacht die Herstellung des Kühlmoduls und setzt die entsprechenden Herstellungskosten herab.
Es ist günstig, wenn das Abdeckteil im Eingangsbereich und im Ausgangsbereich ebenfalls verpresst wird, um mit dem verpressten Eingangsbereich und Ausgangsbereich des verpressten Blechteils eine geeignete Form beispielsweise eine zylindrische Aufnahme zur Aufnahme der Schlauchtüllen auszubilden.
Selbst wenn das Abdeckteil normalerweise planar ausgeführt wird, wenigstens im Bereich der Seitenflächen des Kühlmoduls, kann es vorteilhaft sein, gewisse Formmerkmale in das Abdeckblechteil hineinzupressen. Beispielsweise können Sicken dort ausgebildet werden, insbesondere in Bereichen, die den Ecken des Kühlmoduls entsprechen.
Solche Sicken können, falls erforderlich, die Umbiegung des inneren Abdeckblechteils im Bereich der Ecken begünstigen, so dass die Umbiegung leichter vonstatten geht und die Gefahr der Verquetschung der Kühlpassagen in diesen Eckbereichen herabgesetzt wird.
Es kann auch vorteilhaft sein, wenn im Bereich der Ecken das verpresste Blechteil an den Stellen der die Kühlpassagen bildenden Rippen tiefer gepresst wird, um dort eine Materialerstreckung zu erreichen, die bei der anschließenden Umbiegung des verpressten Blechteils verhindert, dass der freie Strömungsquerschnitt der Kühlpassagen dort in unzulässiger Weise eingeengt wird.
Es handelt sich hier um eine Hilfsmaßnahme. Wenn beispielsweise festgestellt wird, dass die Umbiegung des Bauteils bestehend aus dem verpressten Blechteil und dem an diesem anliegenden Abdeckblechteil zu einer unzulässigen Verengung der Kühlpassagen führt, so kann die erwähnte Maßnahme helfen, der unerwünschten Einengung der Kühlpassagen entgegenzuwirken.
Bei einem drei Seiten aufweisenden Kühlmodul werden nach der Verbiegung an den Ecken Verbindungsbleche eingesetzt, die mindestens an zwei gegenüberliegenden Seiten des Kühlmoduls und vorzugsweise an drei Seiten des Kühlmoduls wärmeleitend angebracht werden und zwischen sich die genannten Fächer bilden, die zur Aufnahme der Batteriezellen bemessen sind. Bei dieser Anordnung sind die Verbindungsbleche in parallelen Ebenen anzuordnen, die auch parallel zu den Ebenen der Kühlpassagen sind.
Es kann vorteilhaft sein, das Verfahren so weiterzubilden, dass im verpressten Blechteil im Eingangsbereich eine in etwa senkrecht zu den Kühlpassagen stehende Rille vorgesehen wird, die einen Verteiler bildet, der mit dem Eingangsbereich gegebenenfalls über eine Verbindungsrille kommuniziert und im Betrieb die in den Eingang eingespeiste Kühlflüssigkeit in die einzelnen Kühlpassagen verteilt und/oder wenn in dem verpressten Blechteil im Ausgangsbereich eine in etwa senkrecht zu den Kühlpassagen stehende Rille vorgesehen wird, die einen Sammler bildet, der mit dem Ausgangsbereich gegebenenfalls über eine weitere Verbindungsrille kommuniziert und im Betrieb die Kühlflüssigkeit von den einzelnen Kühlpassagen aufnimmt und zum Ausgang leitet. Dies stellt eine einfache Maßnahme dar, um den Verteiler bzw. die Verteilerpassage und den Sammler bzw. die Sammelpassage so auszubilden, dass die Kühlflüssigkeit gleichmäßig (oder falls erwünscht ungleichmäßig) in den einzelnen Kühlpassagen strömt.
Die Patentansprüche 12 bis 19 beanspruchen Kühlmodule, die entsprechend dem Verfahren hergestellt worden sind, und die weiteren Patentansprüche 20 bis 22 befassen sich mit Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert, welche zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Kühlmoduls mit drei Seiten ohne eingesetzte Verbindungsbleche.
2 eine schematische Darstellung, wie das dreiseitige Kühlmodul gemäß 1 aus einem streifenartigen Blechteil hergestellt wird,
3 eine Darstellung ähnlich der 1, jedoch mit eingesetzten Verbindungsblechen,
4 eine perspektivische Darstellung eines einzelnen Verbindungsblechs,
5 eine Darstellung des Kühlmoduls der 3 mit eingesetzten Batteriezellen sowie Abstandselemente zwischen den Anschlüssen der einzelnen Zellen,
6 eine Darstellung einer Blechtafel bzw. eines rechteckigen Blechteils in Draufsicht, in zwei Seitenansichten in einer vergrößerten Darstellung, um die Herstellung des erfindungsgemäßen Kühlmoduls genauer zu erläutern,
7 das Umbiegen des rechteckigen Blechteils gemäß 6 in einem ersten Stadium,
8 das Umbiegen des Blechteils gemäß 6 in einem weiteren gegenüber der 7 weiter gediehenen Stadium der Umbiegung,
9A das fertig umgebogene Blechteil,
9B eine vergrößerte Darstellung des Bereichs B der 9A,
9C das gleiche Blechteil wie in 9A, jedoch mit der schematischen Illustration des Einsetzens der Schlauchtüllen,
9D das fertig gestellte Blechteil mit den eingesetzten Schlauchtüllen,
10 eine schematische Darstellung der Herstellungsschritte zur Erzeugung eines erfindungsgemäßen Kühlmoduls mit drei Seiten aus einer Blechtafel,
11 eine Darstellung ähnlich der 10 jedoch mit der Herstellung des Kühlmoduls aus einem quasi kontinuierlichen Blechstreifen.
Bezug nehmend auf die 1 bis 5 wird zunächst anhand von Prinzipzeichnungen dargestellt, wie das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Kühlmoduls 10 (3) für eine wieder aufladbare Batterie mit mehreren Zellen 12 (5), insbesondere für eine Lithiumionenbatterie durchgeführt werden kann. Das fertige Kühlmodul 10 gemäß 3 ist in etwa quaderförmig und weist eine Flüssigkeitskühlung an drei aufeinander folgenden Seiten 14, 16 und 18 auf. Um dieses quaderförmiges Modul herzustellen wird eine in etwa rechteckige Blechtafel (33 – erst in 6 gezeigt) verpresst, um einen rillenförmigen Eingangsbereich 20 für eine Kühlflüssigkeit und einen rillenförmigen Ausgangsbereich für die Kühlflüssigkeit 22 an zwei gegenüberliegenden Seiten des Rechtecks sowie mehrere sich zwischen dem Eingangsbereich 20 und dem Ausgangsbereich 22 zumindest im Wesentlichen parallel zueinander erstreckenden Kühlpassagen bildenden Rillen 24 auszubilden. Die rechteckige Tafel wird anschließend an mindestens zwei Stellen 26, 28 umgebogen, um zwei üblicherweise zumindest im Wesentlichen rechtwinklige Ecken 30, 32 auszubilden. Das verpresste Blechteil 34, das hier die Außenseite des Kühlmoduls 10 bildet, wird in diesem Beispiel vor der Umbiegung mit einem Abdeckblechteil 36 versehen, das vor dem Biegen zumindest im Wesentlichen planar ausgebildet ist und nach Anbringung an das verpresste Blechteil 34 mit den genannten Rillen 24 entsprechende allseitig geschlossene Kühlpassagen bildet, die sich vom Eingangsbereich 20 bis zum Ausgangsbereich 22 erstrecken.
Das Abdeckblechteil 36 wird an das verpresste Blechteil 34 durch Löten, Schweißen, Kleben oder anderweitig angebracht. Dieser Vorgang wird vorzugsweise vor dem Biegen stattfinden, wenn das Abdeckblechteil 36 mit dem verpressten Blechteil 36 als Einheit umgebogen wird, kann aber falls erwünscht nach dem Biegen erfolgen. Der Vorgang des Anbringens könnte auch dann zu einem späteren Zeitpunkt stattfinden, wenn das Abdeckblechteil 36 vom verpressten Blechteil 34 getrennt hergestellt ist, getrennt umgebogen wird und erst dann an das verpresste Blechteil in Anlage gebracht wird, was auch durchaus möglich ist.
Besonders günstig ist es, wenn das verpresste Blechteil 34 einstückig mit dem Abdeckblechteil 36 aus der gleichen Tafel (33, 6) oder aus einem Blechstreifen (90, 11) hergestellt wird, wie später näher erläutert wird. Dann geht das verpresste Blechteil 24 in einem länglichen Falzbereich 38 in das Abdeckblechteil 36 über. Die Blechtafel 33 bzw. ein Abschnitt des Blechstreifens 90 wird im Falzbereich 38 zu dem Falz 39 umgebogen, um das Abdeckblechteil 36 in einer Position benachbart zum verpressten Blechteil 34 oder umgekehrt zu bringen.
Mehrere Clinchpunkte wie 40 können verteilt entlang des Falzes gesetzt werden, um den Falz 39 zu stabilisieren.
Schlauchtüllen 42, 44 werden in den Eingangsbereich 20 bzw. in den Ausgangsbereich zwischen dem verpressten Blechteil 34 und dem umgefalzten Blechteil 36 eingesetzt und anschließend an das verpresste Blechteil 34 und das umgefalzte Abdeckblechteil 36 dichtend angebracht. Dies kann während der Befestigung des Abdeckblechteils 36 an das verpresste Blechteil 34 oder zu einem späteren Zeitpunkt erfolgen.
Besonders günstig ist es ferner, wenn das Abdeckblechteil 36 im Eingangsbereich 20 und im Ausgangsbereich 22 verpresst wird, um mit dem verpressten Eingangsbereich und Ausgangsbereich des verpressten Blechteils eine geeignete Form zur Aufnahme der Schlauchtüllen 42, 44 auszubilden.
Die bevorzugte Art der Verpressung der Blechtafel ist der 6 zu entnehmen. Dort sieht man eine Draufsicht auf eine rechteckige Blechtafel 33, deren untere Hälfte verpresst ist (das verpresste Blechteil 34), um von links nach rechts gesehen eine halbrohrförmige Aufnahme 46 für eine Schlauchtülle 42 für den Eingangsbereich 20, eine Rille 48, die eine Verbindungspassage zu einer weiteren Vertiefung 50, die einen Verteiler bildet und die Rillen bzw. Kühlpassagen 24 speist, die die Kühlflüssigkeit im Betrieb in parallelen Pfaden zu dem Ausgangsbereich 22 führen. Am Ausgangsende des verpressten Blechteils 34 befindet sich am Ende der Rillen bzw. Kühlpassagen 24 eine weitere Vertiefung 52 ähnlich der Vertiefung 50, die aber hier einen Sammler bildet, der die Kühlflüssigkeit, die im Betrieb entlang der Kühlpassagen 24 strömt, über eine durch eine der Rille 48 entsprechenden Rille 54 zu einer weiteren halbrohrförmigen Aufnahme 56 für die ausgangsseitige Schlauchtülle 44 leitet. Wie ersichtlich befindet sich oberhalb des unteren verpressten Blechteils 34 ein rechteckiger Bereich 36, der in das verpresste Blechteil 34 übergeht, d. h. mit diesem in einem Stück (die Blechtafel 33), vorliegt, wobei dieser obere Bereich in diesem Beispiel das Abdeckblechteil 36 bildet. Auch das Abdeckblechteil 34 ist mit einer halbrohrförmigen Aufnahme 58 auf der linken Seite und einer weiteren halbrohrförmigen Aufnahme 60 auf der rechten Seite versehen.
An der linken und rechten Seiten der Blechtafel der 6 befinden sich rechteckige Ausschnitte 62 bzw. 64, die die Eingänge 66, 68 zu den halbrohrförmigen Aufnahmen 46 bzw. 58 bilden und zwar derart, das nach dem Umbiegen des Abdeckblechteils 36 um die Achse 62 damit es in Anlage mit dem verpressten Blechteil 34 kommt, die Eingange 66 und 68 aneinander unterhalb des Falzes 39, der an der Achse 62 ausgebildet wird, eine in etwa kreisförmige Öffnung 69 zur Aufnahme der Schlauchtülle 42 bilden, die dann unterhalb des Falzes 39 angeordnet wird, wie in den Modulzeichnungen gemäß 1, 2, 3 und 5 ersichtlich. Genauso verhält es sich mit den Eingängen 70, 72, die benachbart zu dem Ausschnitt 64 liegen. Diese Eingänge 70, 72 kommen daher ebenfalls unterhalb des Falzes zusammen, der an der Achse 62 ausgebildet wird, und bilden eine in etwa kreisförmige Öffnung 73 zur Aufnahme der Schlauchtülle 44, die dann unterhalb des Falzes angeordnet wird, wie ebenfalls in den Modulzeichnungen gemäß 1, 2, 3 und 5 ersichtlich. Dieser Umbiegevorgang um die Achse 62 und die anschließende Einführung der Schlauchtüllen 42 und 44 ist bildlich in den weiteren Darstellungen gemäß den 7, 8, 9A, 9B, 9C und 9D dargestellt.
Nach der Umbiegung des Abdeckblechteils 36 so dass es in Anlage mit dem verpressten Blechteil 34 kommt, kann, falls erwünscht, Clinchpunkte 40 (1 und 2) im Falzbereich 38 gesetzt werden, bspw. mittels Durchsetzfügen, und das Abdeckblechteil 36 kann an das verpresste Blechteil 34 angeschweisst oder angelötet oder angeklebt werden um die Seitenränder der beiden Teile 34 und 36 aneinander dicht zu befestigen und die Schlauchtüllen 42, 44 abgedichtet in die rohrförmigen Aufnahmen 46, 58 bzw. 56, 60 aufzunehmen sowie die geschlossene Kühlpfade für die Kühlflüssigkeit auszubilden.
Die Kühlflüssigkeit wird wie folgt geführt:
in den von der Schlauchtülle 42 und den halbrohrförmigen Aufnahmen 46, 58 gebildeten Einlass,
von dort in die Verbindungspassage 48 und über den Verteiler 50 in die parallel zueinander verlaufenden Kühlpassagen 24,
am Ende dieser Kühlpassagen 24 in den Sammler 52 und über die Verbindungspassage 54 in den durch die halbrohrförmigen Aufnahmen 56, 60 und die Schlauchtülle 44 gebildeten Auslass.
Nach der Schlauchtülle 44 kann die Kühlflüssigkeit zum nächsten Kühlmodul oder in eine Sammelleitung des entsprechenden Kühlkreises (nicht gezeigt) geführt werden. Ggf. kann das Abdeckblechteil 36 an das verpresste Blechteil 34 angeschweißt, angelötet oder angeklebt werden und die Schlauchtüllen erst später durch Schweißen, Löten oder Kleben später angebracht werden.
Nach fertig stellen des Kühlgebildes gemäß 9d wird diese dann zu dem in etwa quaderförmigem Kühlmodul gemäß 1 an zwei stellen umgebogen, wie oben im Zusammenhang mit 1 und 2 näher erläutert ist.
Die Möglichkeit besteht auch wobei Sicken in das Abdeckblechteil zu pressen, insbesondere in Bereichen, die den Ecken 30 und 32 entsprechen.
Ferner kann es vom Vorteil sein, wenn festgestellt wird dass eine unzulässige Einengung der Kühlpassagen an den umgebogenen Ecken 30, 32 beobachtet wird, die nicht durch Änderung der Biegewerkzeuge überwunden werden kann, das verpresste Blechteil 34 an den Stellen 26, 28 die Kühlpassagen bildenden Rippen 24 tiefer zu pressen, um dort eine Materialstreckung zu erreichen, die bei der anschließenden Umbiegung des verpressten Blechteils verhindert, dass der freie Strömungsquerschnitt der Kühlpassagen dort in unzulässiger Weise eingeengt wird.
Das verpresste Blechteil 34 und oder das Abdeckblechteil 36 kann vor dem Verpressen, nach dem Verpressen oder während des Umfalzens in den flächig aneinander zu befestigenden Bereichen, bspw. an den Seitenränder und zwischen den die Kühlpassagen bildenden Rippen 24 mit einer Lötpaste, einem Flussmittel oder Klebstoff versehen werden.
Schließlich wird bei einem drei Seiten aufweisendes Kühlmodul 10 wie in den 3 und 4 gezeigt dieses anschließend mit Verbindungsblechen 80 versehen wird, die mindestens an zwei gegenüberliegenden Seiten 14, 18 des Kühlmoduls und vorzugsweise an drei Seiten 14, 16 und 18 des Kühlmoduls wärmeleitend angebracht werden. Die Verbindungsblechen bilden zwischen sich Fächer 82, die zur Aufnahme von Batteriezellen 12 bemessen sind. Die Verbindungsbleche 80 liegen in parallelen Ebenen, die auch parallel zu den Ebenen der Kühlpassagen 24 sind. Die Verbindungsblechen haben vorzugsweise rechtwinkelig abgebogenen Seitenränder 84 die eine hochwertig wärmeleitende Verbindung an den planaren Innenseiten des Kühlmoduls 10 gewährleisten und außerdem eine vorteilhafte Toleranzausgleich ermöglichen.
Besonders bevorzugt wird zur Herstellung des Kühlmoduls (für das verpresste Blechteil 34, das Abdeckblechteil 36 und die Verbindungsbleche 80) beidseitig lotplattiertem Aluminiumblech in Tiefziehqualität verwendet, bspw. Ein Aluminiumblech mit 0,8 mm Dicke mit einer 0,1 mm Lotschicht auf beide Seiten, die zu einer Gesamtdicke von 1,0 mm führt. Die Verbindung zwischen den genannten Bestandteilen wird vorzugsweise durch Hartlöten mit nicht korrosivem Flussmittel durchgeführt. Falls erwünscht kann eine Nachbehandlung des Kühlmoduls, evtl. nur an gewissen Stellen wie die Außenseiten des Kühlmoduls, erfolgen. Behandlungsverfahren wie Eloxieren und/oder Pulverbeschichtung kommen in Frage.
Eine mögliche Vorrichtung zur Herstellung zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens ist der 10 zu entnehmen.
Dort wird mit einer Rechteckigen Blechtafel 33 gearbeitet, die beispielsweise von einem Stapel gleichartiger Bleche entnommen wird. Jede Blechtafel 33 wird wie folgt behandelt:
In einer erten Station A wird die Blechtafel 33 vornehmlich auf einer Seite der Längsachse 62 verpresst und gleichzeitig werden die Ausschnitte 62 und 64 erzeugt. Die Blechtafel entspricht dann die Form die in 6 gezeigt ist allerdings um 180 Grad um eine senkrechte Achse gedreht.
In einer zweiten Station B, erfolgt den Auftrag eines Lötmittels, Flussmittels oder Klebstoffs auf das Blechteil in den Randbereichen und zwischen den Rillen 24, die die Kühlpassagen bilden. Dieser Vorgang kann auch an anderen Stellen durchgeführt werden, bspw. vor dem Verpressen oder während der Umbiegung, die dem Verpressen folgt.
In einer dritten Station C, wird, wie durch die Pfeile 84 gezeigt ist, die Blechtafel an der Achse 62 gebogen um das Gebilde Herzustellen, das in 9C gezeigt ist. D. h. die eine Hälfte 36 der Blechtafel auf einer Seite der Längsachse 62 wird umgebogen und in Anlage mit dem verpressten Blechteil 34 gebracht.
In einer vierten Station D werden die Schlauchtüllen 42, 44 in den Eingangsbereich 20 und den Ausgangsbereich 22 des umgebogenen Blechteils eingeschoben, es ergibt sich das Gebilde gemäß 9D.
In einer fünften Station E wird das Blechteil gemäß 9D, d. h. das Ergebnis der Arbeit in der station D zu einer drei Seiten aufweisenden Hülle eines Kühlmoduls 10 gebogen, d. h. zu dem Bauteil das in 2 gezeigt ist.
Schließlich wird in einer sechsten Station F, die hier durch einen Lotofen gebildet ist das gebogene Hülle des Kühlmoduls ggf. nach dem Einsetzen der Verbindungsblechen 80 (nicht gezeigt) zur Befestigung des Abdeckblechs 36 an dem verpressten Blechteil 34 und/oder zur Befestigung der Schlauchtüllen 42, 44 und oder zur Befestigung von Verbindungsblechen 80 an die inneren Seitenwände des Kühlmodulshülle gelötet.
Die Lötstation F könnte auch nach der Station C angewendet werden und die Schlauchtüllen 42, 44 und die Verbindungsblechen 80 könnten in einem oder mehreren getrennten Stationen angebracht bzw. eingesetzt werden.
Auch andere Varianten der Herstellungsvorrichtung sind durchaus denkbar. Beispielsweise könnte das Ausklinken der Ausschnitte 62, 64 bereits vor Anlieferung der Blechtafel 33 oder vor dem Verpressen der Blechtafel 33 in der Station A erfolgen.
Die Möglichkeit besteht auch das erfindungsgemäße Kühlmodul aus einem Blechstreifen 90 Herzustellen, das beispielsweise als Wickel angeliefert wird, wie in 11 gezeigt.
Die Anlage der 11 hat im Prinzip die gleichen Stationen A bis F wie die Fig. Und es werden im Prinzip die gleichen Operationen in diesen Stationen durchgeführt, so dass die Beschreibung der 10 auch für die 11 gilt und nicht unnötig wiederholt wird. Manche Bezugszeichen sind allerdings in der 11 der Klarheit halber nicht enthalten. Nur die wesentlichen Unterschiede zu der Ausführung gemäß 10 werden hier beschrieben.
Die Vorrichtung nach 11 ist zum teil als Folgeverbundwerkzeug ausgelegt. D. h. das Blechstreifen 90 bleibt dabei in einem Stuck bis die Station D verlassen wird. Dort wird mit einer Abtrenneinrichtung 94 das Blechstreifen vor und nach der umgebogenen Abdeckblechteil 36 abgetrennnt und das Blechteil (in der Form gemäß 9D) wie bisher mittels einer geeigneten Transfereinrichtung zu der Station E gebracht. Die abgeschnittenen Seitenstreifen 94 fallen in eine Abfalltonne 96. Der Abfall, der durch das Ausklinken der Ausschnitte 62, 64 entsteht, fällt ebenfalls in einen Abfallbehälter 98. Dadurch, das das Blechstreifen an das entstehende Kühlmodul bis zur Station D mindestens in seitlichen Streifen Bereiche angeschlossen ist, kann der Transport des entstehenden Blechgebildes bis zur Station D sichergestellt werden und das Blechstreifen mit jeder Hub der Presse oder Fertigungseinrichtung um eine Station weiterbewegt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009018787 [0002]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Kühlmoduls (10) für eine wieder aufladbare Batterie (11), insbesondere für eine Lithiumionenbatterie, wobei das Kühlmodul (10) in etwa quaderförmig ist und eine Flüssigkeitskühlung an mindestens drei aufeinander folgenden Seiten (14, 16, 18) aufweist, wobei eine in etwa rechteckige Blechtafel oder ein etwa rechteckiger Bereich eines Blechstreifens verpresst wird, um einen rillenförmigen Eingangsbereich (20) und einen rillenförmigen Ausgangsbereich (22) an zwei gegenüberliegenden Seiten des Rechtecks sowie mehrere sich zwischen dem Eingangsbereich (20) und dem Ausgangsbereich (22) zumindest im Wesentlichen parallel zueinander erstreckenden Rillen (24) auszubilden, die rechteckige Tafel bzw. der rechteckige Bereich des Streifens anschließend an mindestens zwei Stellen (26, 28) umgebogen wird, um zwei üblicherweise zumindest im Wesentlichen rechtwinklige Ecken (30, 32) auszubilden, und dass das verpresste Blechteil (34) vor oder nach der Umbiegung mit einem Abdeckblechteil (36) versehen wird, das zumindest im Wesentlichen planar ausgebildet ist und nach Anbringung an das verpresste Blechteil (34) mit den genannten Rillen Kühlpassagen (24) bildet, die sich vom Eingangsbereich (20) bis zum Ausgangsbereich (22) erstrecken.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Abdeckblechteil (36) an das verpresste Blechteil (34) durch Löten, Schweißen, Kleben oder anderweitig angebracht wird
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das verpresste Blechteil (34) einstückig mit dem Abdeckblechteil (36) aus der gleichen Tafel oder dem gleichen Blechstreifen hergestellt wird und in einem länglichen Falzbereich (38) in das Abdeckblechteil übergeht und die Blechtafel bzw. oder ein Abschnitt des Blechstreifens im Falzbereich zu einem Falz (39) umgefalzt wird, um das Abdeckblechteil (36) in einer Position benachbart zum verpressten Blechteil (34) oder umgekehrt zu bringen.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei mehrere Clinchpunkte (40) verteilt entlang des Falzes (39) gesetzt werden, um den Falz zu stabilisieren.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Schlauchtüllen (42, 44) in den Eingangsbereich (20) und den Ausgangsbereich (22) zwischen dem verpressten Blechteil (34) und dem umgefalzten Blechteil (36) eingesetzt werden und an das verpresste Blechteil (34) und das umgefalzte Blechteil (36) dichtend angebracht werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei auch das Abdeckblechteil (36) im Eingangsbereich (20) und im Ausgangsbereich (22) verpresst wird, um mit dem verpressten Eingangsbereich und Ausgangsbereich des verpressten Blechteils eine geeignete Form zur Aufnahme (46, 56, 58, 60) der Schlauchtüllen (42, 44) auszubilden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Sicken in das Abdeckblechteil (36) gepresst werden, insbesondere in Bereichen, die den Ecken (30, 32) entsprechen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im Bereich der Ecken (30, 32) das verpresste Blechteil (34) an den Stellen der die Kühlpassagen bildenden Rippen (24) tiefer gepresst wird, um dort eine Materialstreckung zu erreichen, die bei der anschließenden Umbiegung des verpressten Blechteils (34) verhindert, dass der freie Strömungsquerschnitt der Kühlpassagen (24) dort in unzulässiger Weise eingeengt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das verpresste Blechteil (34) und oder das Abdeckblechteil (36) vor dem Verpressen, nach dem Verpressen oder während des Umfalzens in den flächig aneinander zu befestigenden Bereichen mit einer Lötpaste, einem Flussmittel oder Klebstoff versehen werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein drei Seiten (14, 16, 18) aufweisendes Kühlmodul (10) anschließend mit Verbindungsblechen (80) versehen wird, die mindestens an zwei gegenüberliegenden Seiten (14, 18) des Kühlmoduls (10) und vorzugsweise an drei Seiten (14, 16, 18) des Kühlmoduls (10) wärmeleitend angebracht werden und zwischen sich Fächer (62) ausbilden, die zur Aufnahme von Batteriezellen (12) bemessen sind, wobei die Verbindungsbleche (80) in parallelen Ebenen liegen, die auch parallel zu den Ebenen der Kühlpassagen (24) sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im verpressten Blechteil (34) im Eingangsbereich (20) eine in etwa senkrecht zu den Kühlpassagen (24) stehende Rille (50) vorgesehen wird, die einen Verteiler bildet, der mit dem Eingangsbereich (20) gegebenenfalls über eine Verbindungsrille (48) kommuniziert und im Betrieb die in den Eingang eingespeiste Kühlflüssigkeit in die einzelnen Kühlpassagen (24) verteilt, und/oder im verpressten Blechteil (34) im Ausgangsbereich (22) eine in etwa senkrecht zu den Kühlpassagen stehende Rille (52) vorgesehen wird, die einen Sammler bildet, der mit dem Ausgangsbereich (22) gegebenenfalls über eine weitere Verbindungsrille (54) kommuniziert und im Betrieb die Kühlflüssigkeit von den einzelnen Kühlpassagen (24) aufnimmt und zum Ausgang (44) leitet.
Kühlmodul (10) für eine wieder aufladbare Batterie (14), insbesondere für eine Lithiumionenbatterie, wobei das Kühlmodul (10) in etwa quaderförmig ist und eine Flüssigkeitskühlung an mindestens drei aufeinander folgenden Seiten (14, 16, 18) aufweist, wobei das Kühlmodul (10) aus einem rechteckigen verpressten Blechteil (34) und aus einem damit einstückigen Abdeckblechteil (36) besteht, das in einem Falzbereich (38) in das verpresste Blechteil (34) übergeht, wobei das verpresste Blechteil (34) einen rillenförmigen Eingangsbereich (20) und einen rillenförmigen Ausgangsbereich (22) an zwei gegenüberliegenden Seiten (14, 18) des verpressten Blechteils (34) sowie mehrere sich zwischen dem Eingangsbereich (20) und dem Ausgangsbereich (22) zumindest im Wesentlichen parallel zueinander erstreckende Rillen (24) aufweist, die durch das Abdeckblechteil (36) zur Ausbildung von Kühlpassagen (34) abgedeckt sind, wobei das mit dem Abdeckblechteil (36) abgedeckte und mit ihm verschweißte bzw. verlötete oder verklebte verpresste Blechteil (34) an mindestens zwei Stellen (26, 28) zu einer mindestens drei Seiten (14, 16, 18) aufweisenden Teilhülle eines quaderförmigen Kühlmoduls (10) mit üblicherweise zumindest im Wesentlichen rechtwinkligen Ecken (30, 32) umgebogen ist.
Kühlmodul nach Anspruch 12, wobei mehrere Clinchpunkte (40) verteilt entlang des Falzes (39) gesetzt worden sind, um den Falz (39) zu stabilisieren.
Kühlmodul nach Anspruch 12 oder 13, wobei Schlauchtüllen in den Eingangsbereich (20) und den Ausgangsbereich (22) zwischen dem verpressten Blechteil (34) und dem umgefalzten Blechteil (36) eingesetzt und an das verpresste Blechteil (34) und das umgefalzte Blechteil (36) dichtend angebracht sind.
Kühlmodul nach Anspruch 14, wobei das Abdeckblechteil (36) im Eingangsbereich (20) und im Ausgangsbereich (22) verpresst ist, um mit dem verpressten Eingangsbereich (20) und Ausgangsbereich (22) des verpressten Blechteils (34) eine geeignete Form zur Aufnahme der Schlauchtüllen auszubilden.
Kühlmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche 12 bis 15, wobei Sicken in das Abdeckblechteil (36), insbesondere in Bereichen, die den Ecken entsprechen, eingepresst sind.
Kühlmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche 12 bis 16, wobei im Bereich der Ecken (30, 32) das verpresste Blechteil (34) an den Stellen der die Kühlpassagen bildenden Rippen (24) tiefer gepresst wurde, um dort eine Materialstreckung zu erreichen, die nach der anschließenden Umbiegung des verpressten Blechteils (34) verhindert, dass der freie Strömungsquerschnitt der Kühlpassagen (24) dort in unzulässiger Weise eingeengt ist.
Kühlmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche 12 bis 17, wobei eine drei Seiten (14, 16, 18) aufweisende Kühlmodulhülle mit Verbindungsblechen (80) versehen ist, die mindestens an zwei gegenüberliegenden Seiten (14, 18) des Kühlmoduls (10) und vorzugsweise an drei Seiten (14, 16, 18) des Kühlmoduls (10) wärmeleitend angebracht sind und zwischen sich Fächer (82) ausbilden, die zur Aufnahme von Batteriezellen (12) bemessen sind, wobei die Verbindungsbleche (80) in parallelen Ebenen liegen, die auch parallel zu den Ebenen der Kühlpassagen (24) sind.
Kühlmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche 12 bis 18, wobei im verpressten Blechteil (34) im Eingangsbereich (20) eine in etwa senkrecht zu den Kühlpassagen (24) stehende Rille (50) vorgesehen ist, die einen Verteiler bildet, der mit dem Eingangsbereich (20) gegebenenfalls über eine Verbindungsrille (48) kommuniziert und im Betrieb die in den Eingang (42) eingespeiste Kühlflüssigkeit in die einzelnen Kühlpassagen (24) verteilt, und/oder im verpressten Blechteil (34) im Ausgangsbereich (22) eine in etwa senkrecht zu den Kühlpassagen (24) stehende Rille (52) vorgesehen ist, die einen Sammler bildet, der mit dem Ausgangsbereich (22) gegebenenfalls über eine weitere Verbindungsrille (54) kommuniziert und im Betrieb die Kühlflüssigkeit von den einzelnen Kühlpassagen (24) aufnimmt und zum Ausgang (44) leitet.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 11 mit mindestens den folgenden Stationen: A) eine erste Station, die ein Blechteil vornehmlich auf einer Seite einer Längsachse verpresst, B) wahlweise eine zweite Station, die für den Auftrag eines Lötmittels, Flussmittels oder Klebstoffs auf das Blechteil ausgelegt ist, C) eine dritte Station, in der die eine Hälfte des Blechteils auf einer Seite der Längsachse umgebogen wird zur Ausbildung eines Abdeckblechteils der an dem verpressten Blechteil anliegt, D) eine vierte Station, in der Schlauchtüllen in den Eingangsbereich und den Ausgangsbereich des umgebogenen Blechteils eingeschoben werden, E) eine fünfte Station, in der das Blechteil zu einer drei oder vier Seiten aufweisenden Teilhülle eines Kühlmoduls gebogen wird und F) eine sechste Station, in der das Blechteil oder die Teilhülle zur Befestigung des Abdeckblechs an dem verpressten Blechteil und/oder zur Befestigung der Schlauchtüllen und oder zur Befestigung von Verbindungsblechen an die Seitenwände der Teilhülle ausgelegt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 20, wobei mindestens einige der genannten Stationen Stationen eines Folgeverbundwerkzeugs sind, das die Kühlmodule aus einem länglichen quasi kontinuierlichen Blechstreifen herstellt.
Vorrichtung nach Anspruch 21, wobei eine Abtrennstation vorgesehen ist, die dem Abtrennen des Blechstreifens in einzelne Modulteile dient.