DE102008059955B4

DE102008059955B4 - Verfahren zur Herstellung einer Kühlplatte mit einem integrierten Kühlkanal für eine Batterie und Verwendung einer Kühlplatte

Info

Publication number: DE102008059955B4
Application number: DE102008059955A
Authority: DE
Inventors: Jens Dr.-Ing. 73730 Meintschel; Dirk Dipl.-Ing. Dr. 71364 Schröter; Volker Dipl.-Ing. 70327 Keck
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2008-12-02
Filing date: 2008-12-02
Publication date: 2011-07-21
Anticipated expiration: 2028-12-03
Also published as: DE102008059955A1

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.

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.
Aus dem Stand der Technik ist, wie in DE 40 13 269 A1 beschrieben, eine Hochtemperaturspeicherbatterie bekannt. Die Hochtemperaturspeicherbatterie ist von einer thermischen Isolierung begrenzt, in deren Innenraum elektrisch verschaltete Speicherzellen angeordnet und gehaltert sind. Um eine ausreichende Kühlung und Heizung der Speicherzellen zu ermöglichen, sind die Speicherzellen zur Ausbildung eines Speicherzellenblocks in eine Vergussmasse oder ein grobkörniges Schüttgut eingebettet. In diesen Speicherzellenblock sind Kühleinrichtungen integriert oder außerhalb unmittelbar und Wärme leitend an diesen Block angrenzend angeordnet. Heizelemente zum Aufheizen der Speicherzellen sind ebenfalls vorgesehen.
In DE 43 33 613 A1 wird ein Kühlsystem eines elektrischen Kraftfahrzeugs und eines dafür benutzten Elektromotors beschrieben. Eine Wärmequelle wird mit einem Kühlmittel aus einer nicht gefrierenden Lösung, welches durch eine Leitung zwangsrezirkuliert wird, zwangsgekühlt.
Aus der DE 10 2007 010 750 B3 sind eine elektrochemische Einzelzelle für eine Batterie, eine Verwendung einer Einzelzelle und eine Verwendung einer Batterie bekannt. Die Einzelzelle weist ein um einen Wärmeleitstab gewickeltes und/oder auf einem Wärmeleitstab aufgefaltetes Elektrodenpaket auf. Zur Temperierung der Einzelzelle ist der Wärmeleitstab an seiner dem Elektrodenpaket zugewandten Oberfläche zumindest bereichsweise aus einem gut Wärme leitenden Werkstoff gefertigt und als Vollmaterial ausgebildet. Bei der Batterie ist der Wärmeleitstab Wärme leitend mit einer Temperiereinheit verbunden.
In der DE 102 61 482 A1 wird ein Brennstoffzellenmodul für PEM-Brennstoffzellen-Stacks beschrieben. Das Brennstoffzellenmodul enthält eine Bipolarplatte und eine Membran-Elektroden-Einheit (MEA). Die Bipolarplatte weist einen umlaufenden Rahmen aus einem elektrisch nichtleitenden Werkstoff und einen von dem Rahmen umschlossenen, elektrisch leitfähigen inneren Bipolarolattenbereich mit Kanälen für Gase und gegebenenfalls für Kühlmittel auf. Die MEA, die eine Polymerelektrolyt-Membran umfasst, ist durch eine Schweißnaht oder durch eine mit der MEA teilweise überlappende umlaufende Elastomerdichtung anodenseitig an dem Rahmen der Bipolarplatte fixiert.
Aus der DE 10 2006 015 568 B3 sind ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauscher-Moduls für Wärmetauscher für elektrochemische Energiespeicher und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens bekannt. Im Verfahren werden sowohl Wärmetauscher-Kanäle als auch Vorlaufverteiler und Rücklaufsammelrinnen in jeweils zwei Materialstreifen durch Tiefziehen eingearbeitet. Durch Umklappen der die Vorlaufverteiler- und Rücklaufsammelrinnen umfassenden Enden der Materialstreifen um 180° werden Vorlaufverteiler- und Rücklaufsammelrohre geformt. Anschließend wird durch Ausrichten und Zusammenfügen der so mit den Vorlaufverteiler- und Rücklaufsammelrohren versehenen Materialstreifen ein Wärmetauscher-Modul gebildet.
In der DE 10 2006 000 885 B3 wird ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauscher-Rohrbündels für Wärmetauscher von elektrochemischen Energiespeichern beschrieben. Im Verfahren werden zwei tiefziehbare Materialstreifen bereitgestellt. Durch Tiefziehen werden die vorgesehenen Wärmetauscher-Kanäle und das vorgesehene Profil in die Materialstreifen eingearbeitet. In einen ersten Materialstreifen werden die für das Wärmetauscher-Rohrbündel vorgesehenen Vortaufverteilerdurchbrechungen eingearbeitet und in einen zweiten Materialstreifen werden die für das Wärmetauscher-Rohrbündel vorgesehenen Rücklaufsammeldurchbrechungen eingearbeitet. Die erste und die zweite Wärmetauscher-Platte werden so fluchtend angeordnet, dass die Stege der beiden Wärmetauscher-Platten aneinander grenzen und die Wärmetauscher-Kanäle Wärmetauscher-Rohre bilden. Die angeordneten Wärmetauscher-Platten werden zusammengefügt, um ein Wärmetauscher-Rohrbündel zu bilden.
Aus der DE 10 2006 059 989 A1 sind eine Anordnung zur Kühlung einer aus mehreren Einzelzellen bestehenden Batterie und ein Verfahren zur Herstellung der Anordnung bekannt. Die Einzelzellen, welche von zylindrischer Bauart sind, sind nebeneinander in dichtester Packung angeordnet und so zu der Batterie zusammenmontiert, dass die Rotationsachsen der Einzelzellen parallel zueinander orientiert sind. Zu den Einzelzellen ist eine Grundplatte vorhanden, auf welcher die Einzelzellen senkrecht stehen. Die Einzelzellen stehen in thermischem Kontakt mit der Grundplatte, wobei die thermische Kontaktierung der Einzelzellen zu der Grundplatte über Kühlelemente erfolgt, die in den Zwickeln der dichtesten Packung der Einzelzellen angeordnet sind. Die Kühlelemente weisen eine trigonale symmetrische Außenkontur auf und kontaktieren die Einzelzellen auf den zylindrischen Außenseiten thermisch. Die Grundplatte ist mittels eines strömenden Kühlmediums gekühlt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung einer Kühlplatte und eine Verwendung der Kühlplatte anzugeben.
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.
Bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Die Kühlplatte ist über den Kühlmittelanschluss vorzugsweise an einen mit Kühlmittel durchströmten Kühlkreislauf eines Fahrzeugs anschließbar, wodurch eine optimale Kühlung der Einzelzellen erreichbar ist.
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 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.
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.
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.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Dabei zeigen:
1 eine Explosionsdarstellung einer Kühlplatte,
2 eine perspektivische Darstellung der Kühlplatte von oben,
3 eine perspektivische Darstellung der Kühlplatte von unten,
4 einen vertikalen Schnitt durch die Kühlplatte mit einer scharfkantigen Kontur eines Kühlkanals,
5 einen vertikalen Schnitt durch die Kühlplatte mit einer abgerundeten Kontur des Kühlkanals, und
6 eine perspektivische Darstellung der Kühlplatte mit darauf angeordneten Einzelzellen.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt eine Explosionsdarstellung einer Kühlplatte 1. Die Kühlplatte 1 umfasst ein Unterteil 2 mit einem darin ausgeformten Kühlkanal 3, eine Abdeckplatte 4 mit zwei Bohrungen 5 im Bereich des Kühlkanals 3 und einen über den Bohrungen 5 angeordneten Kühlmittelanschluss 6. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind sowohl das Unterteil 2 als auch die Abdeckplatte 4 aus Metall, beispielsweise aus Aluminium oder Kupfer. Der Kühlkanal 3 in dem Unterteil 2 ist einfach und kostengünstig, beispielsweise durch Kaltfließpressen oder Tiefziehen, ausformbar. Dadurch ist ein Materialeinsatz gegenüber Verfahren nach dem Stand der Technik, in welchen der Kühlkanal 3 aus einem Metallblock ausgefräst wird, erheblich reduzierbar.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Kühlkanal 3 in zwei nebeneinander liegenden Reihen mäanderförmiger Windungen ausgeformt. Dadurch bedeckt der Kühlkanal 3, welcher von einem Kühlmittel durchströmt wird, einen Großteil einer Fläche der Kühlplatte 1, wodurch eine optimale gleichmäßige Kühlung der Kühlplatte 1 und somit auch von Einzelzellen 7 ermöglicht ist. Prinzipiell sind mittels der erfindungsgemäßen Lösung, abhängig von einer verwendeten Form zum Kaltfließpressen oder Tiefziehen, auch mehrere nebeneinander liegende Reihen mäanderförmiger Windungen, andere Formen der Windungen und auch viele weitere Ausformungen des Kühlkanals 3 erzeugbar.
2 zeigt eine perspektivische Darstellung der Kühlplatte 1 von oben. Die Abdeckplatte 4 ist auf das Unterteil 2 aufgesetzt und durch ein Pressschweißen, beispielsweise Rollnahtschweißen, eines umlaufenden Randes 8 derart stoffschlüssig mit dem Unterteil 2 verbunden, dass der Kühlkanal 3 verschlossen ist und kein den Kühlkanal 3 durchströmendes Kühlmittel aus der Kühlplatte 1 austreten kann, natürlich mit Ausnahme der Bohrungen 5, auf welchen der Kühlmittelanschluss 6 angeordnet ist.
Zwischen den beiden Reihen mäanderförmiger Windungen verläuft eine weitere Schweißnaht 9, da in diesem Bereich die Abdeckplatte 4 auch mittels Rollnahtschweißen mit dem Unterteil 2 verbunden werden kann. Auf diese Weise wird eine zusätzliche Verstärkung der Verbindung von Unterteil 2 und Abdeckplatte 4 und auch eine Abdichtung der Reihen mäanderförmiger Windungen des Kühlkanals 3 gegeneinander erreicht, wodurch ein optimaler Fluss des Kühlmittels durch den Kühlkanal 3 sichergestellt ist. Zwischen den mäanderförmigen Windungen ist Rollnahtschweißen nicht möglich, daher werden Unterteil 2 und Abdeckplatte 4 in diesen Bereichen durch Widerstandspunktschweißen stoffschlüssig miteinander verbunden, in der Darstellung erkennbar an auf der Kühlplatte 1 angeordneten Schweißpunkten 10.
Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung gegenüber Verfahren nach dem Stand der Technik ist, dass das Unterteil 2 und die Abdeckplatte 4 vor einem Zusammenfügen nicht vollkommen eben sein müssen, da sie während des Pressschweißens zusammengepresst werden. Da die Kühlplatte 1 vor einem Einbau in eine Batterie allerdings gerade und eben sein sollte und auch während des Pressschweißens und des Widerstandspunktschweißens sich die Kühlplatte 1 noch zusätzlich verformen kann, wird die geschweißte Kühlplatte 1, falls notwendig, nach dem Pressschweißen und/oder nach dem Widerstandspunktschweißen gerichtet. Dies ist problemlos möglich, da die geschweißte Kühlplatte 1 wesentlich unempfindlicher gegenüber mechanischen Belastungen ist als eine nach dem Stand der Technik gelötete Kühlplatte 1, welche bei derartigen Belastungen durch ein Aufbrechen der Lötnähte undicht werden würde.
Durch diese mechanische Belastbarkeit kann die Kühlplatte 1 neben ihrer Kühlfunktion für die Einzelzellen 7 auch beispielsweise zu einer Halterung, Befestigung oder Abstützung der Einzelzellen 7 in einem Batteriegehäuse eingesetzt werden. Der auf der Abdeckplatte 4 über den Bohrungen 5 angeordnete Kühlmittelanschluss 6 ist mit der Abdeckplatte 4 ebenfalls durch Pressschweißen, also beispielsweise auch durch Rollnahtschweißen, stoffschlüssig verbunden, so dass an dieser Stelle ebenfalls kein Kühlmittel aus der Kühlplatte 1 austreten kann. Durch eine sehr hohe Prozesssicherheit des Pressschweißens ist eine Dichtigkeitskontrolle der Kühlplatte 1, anders als bei Fertigungsverfahren nach dem Stand der Technik, nicht mehr erforderlich.
3 zeigt eine perspektivische Darstellung der Kühlplatte 1 von unten. In dieser Darstellung deutlich zu erkennen ist, dass der Kühlkanal 3 durch spanloses Umformen in dem Unterteil 2 der Kühlplatte 1 ausgebildet ist, so dass das Unterteil 2 keinen massiven Block Metall bildet, in welchen der Kühlkanal 3 lediglich eingefräst ist. Dadurch ist eine erhebliche Materialeinsparung und Gewichtsreduktion gegenüber nach dem Stand der Technik gefertigten Kühlplatten 1 erreicht. Des Weiteren dargestellt sind die Schweißpunkte 10, welche durch das Widerstandspunktschweißen zwischen den mäanderförmigen Windungen des Kühlkanals 3 gebildet werden.
4 zeigt einen vertikalen Schnitt durch die Kühlplatte 1 mit einer scharfkantigen Kontur des Kühlkanals 3. Diese Kontur des Kühlkanals 3 ist durch Kaltfließpressen erzielbar. Neben dem Kühlkanal 3 sind linsenförmige Aufschmelzungen 11 dargestellt, welche durch das Widerstandspunktschweißen entstehen, da durch das Widerstandspunktschweißen an örtlich begrenzten Stellen, in einem Bereich der Schweißpunkte 10, ein Material des Unterteils 2 und ein Material der Abdeckplatte 4 aufgeschmolzen werden und die Abdeckplatte 4 mit dem Unterteil 2 dadurch stoffschlüssig verbunden wird.
Die linsenförmigen Aufschmelzungen 11 stellen das aufgeschmolzene, vermischte und miteinander verschmolzene Material der Abdeckplatte 4 und des Unterteils 2 im Bereich der Schweißpunkte 10 dar. Ein vertikaler Schnitt durch eine durch Rollschweißen gebildete Schweißnaht 9 wäre ähnlich dargestellt, da dass Rollschweißen den gleichen Effekt hat, allerdings nicht punktuell begrenzt, sondern nahtförmig und dadurch einen Bereich, der von der Schweißnaht 9 begrenzt wird, abdichtend.
5 zeigt einen vertikalen Schnitt durch die Kühlplatte 1 mit einer abgerundeten Kontur des Kühlkanals 3. Diese Kontur des Kühlkanals 3 ist durch Tiefziehen erzielbar. Beide spanlose Umformverfahren, sowohl das Kaltfließpressen als auch das Tiefziehen, sind problemlos zur Ausformung des Kühlkanals 3 einsetzbar, so dass die Form des Kühlkanals 3 beispielsweise abhängig von einer Durchflussmenge und -geschwindigkeit des Kühlmittels oder beispielsweise auch abhängig von einer mechanischen Stabilität, welche der Kühlkanal 3 aufweisen soll, ausgewählt und mittels des entsprechenden spanlosen Umformverfahrens realisiert wird.
6 zeigt eine perspektivische Darstellung der Kühlplatte 1 mit darauf angeordneten Einzelzellen 7. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Einzelzellen 7, in diesem Beispiel Flachzellen, mit einer Unterseite auf die Kühlplatte 1 aufgesetzt und auf diese Weise thermisch mit der Kühlplatte 1 gekoppelt, wobei zwischen den Einzelzellen 7 und der Kühlplatte 1 gegebenenfalls, insbesondere wenn ein Gehäuse der Einzelzellen 7 elektrisch leitend ist, eine hier nicht dargestellte elektrisch isolierende Wärmeleitfolie angeordnet ist. Dadurch ist eine Verlustwärme der Einzelzellen 7 auf die Kühlplatte 1 übertragbar. Alternativ oder zusätzlich sind die Einzelzellen 7 beispielsweise über hier nicht dargestellte Wärmeleitstäbe und/oder Wärmeleitplatten mit der Kühlplatte 1 thermisch koppelbar. Dadurch ist die thermische Kopplung der Einzelzellen 7 an die Kühlplatte 1 weiter optimierbar, um eine ausreichende Übertragung der Verlustwärme der Einzelzellen 7 auf die Kühlplatte 1 sicherzustellen.
Bei einer Ausbildung der Einzelzellen 7 als Flachzellen sind diese, wie hier dargestellt, dicht hintereinander angeordnet und parallel zueinander ausgerichtet. Dadurch ist eine optimal Bauraum sparende Anordnung der Einzelzellen 7 erreicht. Bilden Seitenwände der Einzelzellen 7 deren Polkontakte, so sind die Einzelzellen 7 auf diese Weise auch sehr effizient seriell elektrisch miteinander kontaktierbar. Mittels des Kühlmittelanschlusses 6 ist die Kühlplatte 1 beispielsweise an einen hier nicht dargestellten Kühlmittelkreislauf eines Fahrzeugs anschließbar, so dass die auf die Kühlplatte 1 übertragene Verlustwärme der Einzelzellen 7 durch das Kühlmittel aus der Batterie abtransportierbar ist.
Bezugszeichenliste

1: Kühlplatte
2: Unterteil
3: Kühlkanal
4: Abdeckplatte
5: Bohrung
6: Kühlmittelanschluss
7: Einzelzelle
8: Rand
9: Schweißnaht
10: Schweißpunkt
11: Aufschmelzung

Claims

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.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkanal (3) in mehreren nebeneinander liegenden Reihen mäanderförmiger Windungen in dem Unterteil (2) ausgeformt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Unterteil (2) aus Metall ist, insbesondere aus Aluminium oder aus Kupfer.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkanal (3) durch Kaltfließpressen oder Tiefziehen ausgeformt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckplatte (4) aus Metall ist, insbesondere aus Aluminium oder Kupfer.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckplatte (4) mit dem Unterteil (2) mittels eines Pressschweißverfahrens, insbesondere durch Rollnahtschweißen, derart stoffschlüssig verbunden wird, dass kein den Kühlkanal (3) durchströmendes Kühlmittel aus der Kühlplatte (1) austreten kann.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckplatte (4) mit dem Unterteil (2) an einem umlaufenden Rand (8) mittels des Pressschweißverfahrens stoffschlüssig verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckplatte (4) mit dem Unterteil (2) durch Schweißnähte (9), welche zwischen den nebeneinander liegenden Reihen mäanderförmiger Windungen des Kühlkanals (3) verlaufen, stoffschlüssig verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlplatte (1) nach dem Pressschweißen gerichtet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckplatte (4) mit dem Unterteil (2) zwischen den mäanderförmigen Windungen des Kühlkanals (3) durch Widerstandspunktschweißen stoffschlüssig verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlplatte (1) nach dem Widerstandspunktschweißen gerichtet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in die Abdeckplatte (4) im Bereich des Kühlkanals (3) Bohrungen (5) zu einer Verbindung des Kühlkanals (3) mit einem Kühlmittelanschluss (6) eingebracht werden.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmittelanschluss (6) an der Abdeckplatte (4) im Bereich der Bohrungen (5) mittels eines Pressschweißverfahrens befestigt wird, insbesondere durch Rollnahtschweißen.
Verwendung einer Kühlplatte (1), welche mittels des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 13 hergestellt ist, in einer Batterie.
Verwendung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl seriell und/oder parallel miteinander verschalteter Einzelzellen (7) mit einer Unterseite auf die Kühlplatte (1) aufgesetzt und mit dieser thermisch gekoppelt sind.
Verwendung nach Anspruch 15., dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Einzelzellen (7) und der Kühlplatte (1) eine elektrisch isolierende Wärmeleitfolie angeordnet ist.
Verwendung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelzellen (7) über Wärmeleitstäbe und/oder Wärmeleitplatten mit der Kühlplatte (1) thermisch gekoppelt sind.
Verwendung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelzellen (7) Flachzellen sind.
Verwendung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelzellen (7) dicht hintereinander angeordnet und parallel zueinander ausgerichtet sind.
Verwendung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie eine Lithium-Ionen-Batterie für ein Fahrzeug, insbesondere eine Batterie für ein Fahrzeug mit Hybridantrieb oder ein Brennstoffzellen-Fahrzeug, ist.