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DE102016220877A1 - Wärmeleitmatte, Batteriebaugruppe mit einer derartigen Wärmeleitmatte sowie Fahrzeug - Google Patents

Wärmeleitmatte, Batteriebaugruppe mit einer derartigen Wärmeleitmatte sowie Fahrzeug Download PDF

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DE102016220877A1
DE102016220877A1 DE102016220877.2A DE102016220877A DE102016220877A1 DE 102016220877 A1 DE102016220877 A1 DE 102016220877A1 DE 102016220877 A DE102016220877 A DE 102016220877A DE 102016220877 A1 DE102016220877 A1 DE 102016220877A1
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conducting mat
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Abstract

Vorgeschlagen wird u.a. eine Wärmeleitmatte (7a) zur Anordnung zwischen einer Kühlplatte (8) oder einem Gehäuseboden eines Batteriegehäuses (6) und einem Modulgehäuse (4) eines Batteriemoduls (5), wobei die Wärmeleitmatte (7a) vorteilhafterweise einen geschlossenen und/oder offenen Hohlprofilquerschnitt aufweist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Wärmeleitmatte gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 der Erfindung. Gemäß Anspruch 8 der Erfindung betrifft dieselbe ferner eine Batteriebaugruppe mit einer derartigen Wärmeleitmatte. Gemäß Anspruch 10 der Erfindung betrifft diese schließlich auch ein Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, mit einer solchen Batteriebaugruppe.
  • Die DE 10 2009 014 954 A1 beschreibt eine Energiespeichervorrichtung mit Batteriezellen und mit einer Kühlplatte mit Kühlung in Form von innenliegenden Kanälen sowie mit einer zwischen der Kühlplatte und den Batteriezellen angeordneten elektrisch isolierenden Wärmeleitfolie. Die DE 10 2011 107 607 A1 beschreibt eine Kühlvorrichtung für eine Fahrzeugbatterie mit einer deformierbaren, wärmeleitenden, elektrisch isolierenden Schicht zwischen elektrischen Kontakten von Beutelzellen der Batterie und einer Kühlplatte der Kühlvorrichtung, wobei die besagte Schicht durch die Kühlplatte gegen die elektrischen Kontakte der Beutelzellen beaufschlagt ist. Die deformierbare Schicht ist durch eine Weichsilikonmatte mit keramischen Zusätzen gebildet. Die Dicke der Schicht ist so gewählt, dass die Kühlplatte in ihrer montierten Position die Schicht gegen die Elektrodenanschlüsse beaufschlagt.
  • Batteriezellen können bekanntermaßen in Modulgehäusen zusammengefasst als sogenannte Batteriemodule in einem Batteriegehäuse angeordnet sein. Die Fixierung der Batteriemodule im Batteriegehäuse erfolgt beispielsweise durch Verschraubung oder auch andere an sich bekannte, geeignete Fügemaßnahmen. Herkömmlich stützt sich das Batteriemodul mit seinem Modulgehäuse unter Vermittlung einer Wärmeleitfolie auf einer Kühlplatte oder auf einem Boden des Batteriegehäuses ab. Die Kühlplatte kann dabei Bestandteil des Batterie-Gehäusebodens sein. In Abhängigkeit vom gewählten Gehäusekonzept kann es gerade bei Schweißkonstruktionen zu großen Toleranzen im Bereich der Modulanbindung kommen, welche eine Erhöhung der Dicke der Wärmeleitfolie erfordern, die dann auch als Wärmeleitmatte bezeichnet werden kann. Herkömmlich aus Acrylat oder Silikon hergestellte Wärmeleitfolien bzw. -matten sind an sich inkompressibel, wodurch beim Verschrauben / Verpressen der Modulgehäuse im Batteriegehäuse teilweise sehr hohe Kräfte erforderlich sind, um das Material der Folie oder Matte zu verdrängen bzw. dennoch zu komprimieren. Diese hohen anliegenden Kräfte können sich nachteilig auf das Batteriemodul, insbesondere deren Batteriezellen, und das Batteriegehäuse auswirken. Hier setzt die nachfolgend beschriebene Erfindung an.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine im Hinblick auf den Stand der Technik verbesserte Wärmeleitmatte zu schaffen, welche bei Beibehaltung einer ausreichend hohen Wärmeleitfähigkeit und unter Berücksichtigung der besagten nicht zu vermeidenden Toleranzen eine Kompression derselben ohne nachteilige Beeinflussung benachbarter Bauteile ermöglicht. Des Weiteren ist es Aufgabe der Erfindung eine Batteriebaugruppe mit einer derartigen Wärmeleitmatte zu schaffen. Schließlich ist es Aufgabe der Erfindung ein Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, mit einer derartigen Batteriebaugruppe zur Verfügung zu stellen.
  • Ausgehend von einer Wärmeleitmatte zur Anordnung zwischen einer Kühlplatte oder einem Gehäuseboden eines Batteriegehäuses und einem Modulgehäuse eines Batteriemoduls, wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, dass die Wärmeleitmatte einen geschlossenen und/oder offenen Hohlprofilquerschnitt aufweist.
  • Durch diese Maßnahme lässt sich während der Montage der Batteriemodule im Batteriegehäuse die Wärmeleitmatte leicht verformen, wodurch bei Beibehaltung der gewünschten Wärmekopplung zwischen der Wärmeleitmatte und den angrenzenden Bauteilen, nämlich der Kühlplatte oder dem Batterie-Gehäuseboden und dem Modulgehäuse, übermäßige Kräfte, wie sie nach dem Stand der Technik auftreten können, vorteilhaft vermieden sind.
  • Die Unteransprüche beschreiben bevorzugte Weiterbildungen oder Ausgestaltungen der Erfindung.
  • Danach ist der besagte geschlossene Hohlprofilquerschnitt durch zumindest eine in der Wärmeleitmatte ausgebildete Hohlkammer gebildet, welche bevorzugt einen runden, gerundeten oder polygonalen Querschnitt aufweist. Was den besagten offenen Hohlprofilquerschnitt anbelangt, ist dieser bevorzugt durch auskragende Rippenelemente der Wärmeleitmatte gebildet, welche im Zusammenbau der Wärmeleitmatte mit der Kühlplatte oder dem Batterie-Gehäuseboden und/oder dem Modulgehäuse zumindest eine Hohlkammer ausbilden. Weiter bevorzugt erstreckt sich die zumindest eine Hohlkammer in einer Richtung entlang der gesamten Wärmeleitmatte, wodurch vorteilhaft ermöglicht ist, die Wärmeleitmatte als ein einfach und kostengünstig herzustellendes Extrusionsprofil auszubilden. In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist die Wärmeleitfolie bevorzugt aus einem thermisch leitfähigen thermoplastischen Elastomer - TPE gebildet.
  • Lediglich beispielgebend kann hierzu ein von der Firma Lehmann & Voss & Co. KG unter dem Markennamen LUVOCOM® (insbesondere LUVOCOM® 105-8617) vertriebenes TPE-Compound zur Anwendung kommen, welches im Vergleich zu herkömmlichen Werkstoffen, deren Wärmeleitwert bei etwa 1,5 W/mK liegt, eine vergleichsweise hohe thermische Leitfähigkeit von 9,5 W/mK aufweist. Ein derartiger Werkstoff weist demnach einen um etwa den Faktor 6 (sechs) höheren Wärmeleitwert auf als eine gattungsgemäße Wärmeleitfolie bzw. -matte nach dem Stand der Technik. Die Erfindung beschränkt sich jedoch nicht auf diesen konkret benannten Werkstoff, sondern erfasst jedweden an sich bekannten, geeigneten Werkstoff mit im Hinblick auf den Stand der Technik verbesserten Wärmeleiteigenschaften.
  • Die Erfindung betrifft auch eine Batteriebaugruppe, mit einem Batteriegehäuse, in welchem wenigstens ein Batteriemodul gehaltert ist, sowie mit einer Kühlplatte und/oder einem Batterie-Gehäuseboden, auf welcher/m das Batteriemodul unter Vermittlung einer Wärmeleitmatte der vorbeschriebenen Art abgestützt ist. Was die Kühlplatte der Batteriebaugruppe anbelangt, weist diese zumindest einen Kühlkanal auf oder bildet einen solchen aus, wodurch ermöglicht ist, durch Einbindung des zumindest einen Kühlkanals in einen Kühlkreislauf des Fahrzeugs, die Batteriebaugruppe mittels eines geeigneten Fluids des besagten Kühlkreislaufs definiert zu temperieren, d.h., zu kühlen oder auch ggf. zu erwärmen.
  • Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, mit einer Batteriebaugruppe der vorbeschriebenen Art.
  • Nachstehend wird die Erfindung anhand eines in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Sie ist jedoch nicht auf dieses beschränkt, sondern erfasst alle durch die Patentansprüche definierten Ausgestaltungen. Es zeigen:
    • 1 äußerst schematisch ein Fahrzeug mit einer Traktionsbatterie,
    • 2 eine perspektivische Schnittdarstellung eines mit einem Batteriemodul bestückten Batteriegehäuses, welches Batteriemodul sich unter Vermittlung einer Wärmeleitfolie nach dem Stand der Technik auf einer Kühlplatte des Batteriegehäuses abstützt,
    • 3 eine perspektivische Schnittdarstellung eines mit einem Batteriemodul bestückten Batteriegehäuses, welches Batteriemodul sich unter Vermittlung einer erfindungsgemäß ausgebildeten Wärmeleitmatte auf einer Kühlplatte des Batteriegehäuses abstützt, und
    • 4a-4b beispielgebend drei geeignete Querschnitte der erfindungsgemäß ausgebildeten Wärmeleitmatte.
  • 1 zeigt zunächst ein Fahrzeug 1, vorliegend Kraftfahrzeug, mit einem Elektromotor 2 als Antriebsmotor und einer eine Traktionsbatterie ausbildenden Batteriebaugruppe 3. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel handelt sich somit um ein rein elektrisch betriebenes Fahrzeug 1. Durch die Erfindung mit erfasst ist selbstverständlich auch ein sogenanntes Hybridfahrzeug, welches neben einem oder mehreren Elektromoren 2 auch einen Verbrennungsmotor aufweist, oder ein jegliches anderes Fahrzeug 1, welches eine Batteriebaugruppe 2 der nachfolgend beschriebenen Art aufweist bzw. aufweisen kann (nicht zeichnerisch dargestellt).
  • 2 zeigt besagte Batteriebaugruppe 3 nach dem Stand der Technik in einer Einzeldarstellung. Zwei oder mehr nicht zeichnerisch dargestellte Batteriezellen sind in einem Modulgehäuse 4 zu einem Batteriemodul 5 zusammengefasst, welches Batteriemodul 5 in einem Batteriegehäuse 6 angeordnet ist. Hierbei stützt sich das Batteriemodul 5 mit seinem Modulgehäuse 4 unter Vermittlung einer Wärmeleitfolie 7 auf einer bodenseitigen Kühlplatte 8 ab, welche vorliegend Bestandteil des Batteriegehäuses 6 ist. Die Kühlplatte 8 weist eine Mehrzahl Kühlkanäle 9 auf, welche in einen nicht zeichnerisch dargestellten Kühlkreislauf des Fahrzeugs 1 eingebunden sind. Durch Verschraubung 10 eines Gehäusedeckels 11 mit dem Batteriegehäuse 6 wird das Batteriemodul 5 im Batteriegehäuse 6 fixiert, sozusagen unter Vermittlung der besagten Wärmeleitfolie 7 gegen den Gehäuseboden respektive gegen die Kühlplatte 8 gepresst.
  • Wie bereits einleitend dargetan, kann es gerade bei als Schweißkonstruktion ausgeführten Batteriegehäusen 6 zu großen Toleranzen im Bereich der Modulanbindung kommen, welche eine Erhöhung der Dicke der herkömmlichen Wärmeleitfolie 7 erfordern. Herkömmlich aus Acrylat oder Silikon hergestellte Wärmeleitfolien 7 sind an sich inkompressibel, wodurch beim Verschrauben / Verpressen des Modulgehäuses 4 im Batteriegehäuse 6 teilweise sehr hohe Kräfte erforderlich sind, um das Folienmaterial der Wärmeleitfolie 7 zu verdrängen bzw. dennoch zu komprimieren. Diese hohen anliegenden Kräfte können sich nachteilig auf das Batteriemodul 5 und das Batteriegehäuse 6 auswirken.
  • Um diesem nachteiligen Umstand zu begegnen, ist gemäß 3 eine Wärmeleitmatte 7a mit einem geschlossenen und/oder offenen Hohlprofilquerschnitt vorgesehen. Die 3, 4a, 4b zeigen insoweit Wärmeleitmatten 7a mit einem geschlossenen Hohlprofilquerschnitt, wogegen 4c eine Wärmeleitmatte 7a mit einem offenen Hohlprofilquerschnitt zeigt.
  • Im Detail zeigt 3 korrespondierend mit 4a eine Wärmeleitmatte 7a, welche eine Mehrzahl Hohlkammern 12 aufweist, die parallel zueinander und beabstandet voneinander sich in einer Richtung und bevorzugt entlang der gesamten Wärmeleitmatte 7a erstrecken. Die besagten Hohlkammern 12 weisen einen Kreisquerschnitt auf. Die Wärmeleitmatte 7 nach 4b unterscheidet sich zur vorbeschriebenen lediglich dahingehend, dass deren Hohlkammern 12 mit einem polygonalen Querschnitt nach Art eines Parallelogramms ausgebildet sind.
  • Die 4c zeigt demgegenüber eine Wärmeleitmatte 7a mit besagtem offenen Hohlprofilquerschnitt, der durch auskragende bzw. abgestellte Rippenelemente 13 der Wärmeleitmatte 7a gebildet ist, die ihrerseits erst im Zusammenbau der Wärmeleitmatte 7a mit der Kühlplatte 8 und/oder dem Modulgehäuse 4 Hohlkammern 12 ausbilden. Die Wärmeleitmatte 7a kann danach wie in 4 c gezeigt lediglich einseitig besagte Rippenelemente 13 aufweisen. Hierneben kann es auch angezeigt sein, beidseitig besagte Rippenelemente 13 vorzusehen, wodurch im Zusammenbau beidseitig Hohlkammern 12 ausgebildet werden (nicht zeichnerisch dargestellt).
  • Durch diese Maßnahme lässt sich während der Montage des betreffenden Batteriemoduls 5 im Batteriegehäuse 6 die Wärmeleitmatte 7a leicht verformen, wodurch bei Beibehaltung der gewünschten Wärmekopplung zwischen der Wärmeleitmatte 7a und den angrenzenden Bauteilen, gemäß diesem Ausführungsbeispiel der Kühlplatte 8 und dem Modulgehäuse 4, übermäßige Kräfte, wie sie nach dem Stand der Technik auftreten können, vorteilhaft vermieden sind.
  • Die vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Wärmeleitmatte 7a besteht gemäß diesem Ausführungsbeispiel, d.h., lediglich beispielgebend aus einem thermisch leitfähigen thermoplastischen Elastomer - TPE und ist nach einem einfachen und kostengünstigen Extrusionsverfahren herstellbar. In Versuchen zum Anmeldungsgegenstand fand beispielgebend ein von der Firma Lehmann & Voss & Co. KG unter dem Markennamen LUVOCOM® (insbesondere LUVOCOM® 105-8617) vertriebenes TPE-Compound zur Ausbildung der erfindungsgemäßen Wärmeleitmatte 7a Anwendung, welches wie bereits oben dargetan eine vergleichsweise hohe thermische Leitfähigkeit von 9,5 W/mK aufweist und somit vorteilhaft die an sich durch besagte Hohlkammern 12 sich ergebende Verschlechterung des Wirkungsgrades der Wärmeleitung mehr als ausgleicht. Das favorisierte Material hat demnach einen um etwa den Faktor 6 (sechs) höheren Wärmeleitwert als eine herkömmliche Wärmeleitfolie 7, deren Wärmeleitwert bei etwa 1,5 W/mK liegt.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Fahrzeug
    2
    Elektromotor
    3
    Batteriebaugruppe
    4
    Modulgehäuse
    5
    Batteriemodul
    6
    Batteriegehäuse
    7
    Wärmeleitfolie
    7a
    Wärmeleitmatte
    8
    Kühlplatte
    9
    Kühlkanal
    10
    Verschraubung
    11
    Gehäusedeckel
    12
    Hohlkammer
    13
    Rippenelement
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102009014954 A1 [0002]
    • DE 102011107607 A1 [0002]

Claims (10)

  1. Wärmeleitmatte (7a) zur Anordnung zwischen einer Kühlplatte (8) oder einem Gehäuseboden eines Batteriegehäuses (6) und einem Modulgehäuse (4) eines Batteriemoduls (5), dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitmatte (7a) einen geschlossenen und/oder offenen Hohlprofilquerschnitt aufweist.
  2. Wärmeleitmatte (7a) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der besagte geschlossene Hohlprofilquerschnitt durch zumindest eine in der Wärmeleitmatte (7a) ausgebildete Hohlkammer (12) gebildet ist.
  3. Wärmeleitmatte (7a) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Hohlkammer (12) einen runden, gerundeten oder polygonalen Querschnitt aufweist.
  4. Wärmeleitmatte (7a) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der besagte offene Hohlprofilquerschnitt durch auskragende Rippenelemente (13) der Wärmeleitmatte (7a) gebildet ist, welche im Zusammenbau der Wärmeleitmatte (7a) mit der Kühlplatte (8) oder dem Batterie-Gehäuseboden und/oder dem Modulgehäuse (4) zumindest eine Hohlkammer (12) ausbilden.
  5. Wärmeleitmatte (7a) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Hohlkammer (12) sich in einer Richtung entlang der gesamten Wärmeleitmatte (7a) erstreckt.
  6. Wärmeleitmatte (7a) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitmatte (7a) als ein Extrusionsprofil ausgebildet ist.
  7. Wärmeleitmatte (7a) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitmatte (7a) aus einem thermisch leitfähigen thermoplastischen Elastomer-TPE - gebildet ist.
  8. Batteriebaugruppe (3)), mit einem Batteriegehäuse (6), in welchem wenigstens ein Batteriemodul (5) gehaltert ist, sowie mit einer Kühlplatte (8) oder einem Batterie-Gehäuseboden, auf welcher/m das Batteriemodul (5) unter Vermittlung einer nach einem der Ansprüche 1 bis 7 ausgebildeten Wärmeleitmatte (7a) abgestützt ist.
  9. Batteriebaugruppe (3) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlplatte (8) zumindest einen Kühlkanal (9) aufweist oder ausbildet.
  10. Fahrzeug (1), insbesondere Kraftfahrzeug, mit einer Batteriebaugruppe (8) nach Anspruch 8 oder 9.
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