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DE102021001215A1 - Supplementary cooling device - Google Patents

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DE102021001215A1
DE102021001215A1 DE102021001215.1A DE102021001215A DE102021001215A1 DE 102021001215 A1 DE102021001215 A1 DE 102021001215A1 DE 102021001215 A DE102021001215 A DE 102021001215A DE 102021001215 A1 DE102021001215 A1 DE 102021001215A1
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DE
Germany
Prior art keywords
battery module
heat sink
cooling
heat
switching element
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102021001215.1A
Other languages
German (de)
Inventor
Clemens Balke
Dirk Schroeter
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
Mercedes Benz Group AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mercedes Benz Group AG filed Critical Mercedes Benz Group AG
Priority to DE102021001215.1A priority Critical patent/DE102021001215A1/en
Priority to PCT/EP2022/055180 priority patent/WO2022189215A1/en
Publication of DE102021001215A1 publication Critical patent/DE102021001215A1/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur ergänzenden Kühlung eines Batteriemoduls (1) mit wenigstens einer Batterieeinzelzelle (2), mit einer Kühlung über ein Kühlmedium mit einer zusätzlichen Wärmesenke (5) und mit einem thermisch wirkenden Schaltelement (7), welches in Abhängigkeit der Temperatur einen wärmeleitenden Kontakt zwischen dem Batteriemodul (1) und der Wärmesenke (5) herstellt, wobei das thermisch wirkende Schaltelement (7) wenigstens zwei Materialien (7.1, 7.2) umfasst. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das erste Material (7.1) wenigstens einen Hohlraum umschließt, wobei das zweite Material (7.2) diesen wenigstens einen Hohlraum oder zumindest einige der Hohlräume zumindest teilweise ausfüllt.The invention relates to a device for additional cooling of a battery module (1) with at least one individual battery cell (2), with cooling via a cooling medium with an additional heat sink (5) and with a thermally acting switching element (7) which, depending on the temperature, produces thermally conductive contact between the battery module (1) and the heat sink (5), wherein the thermally acting switching element (7) comprises at least two materials (7.1, 7.2). The invention is characterized in that the first material (7.1) encloses at least one cavity, the second material (7.2) at least partially filling this at least one cavity or at least some of the cavities.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur ergänzenden Kühlung eines Batteriemoduls mit wenigstens einer Batterieeinzelzelle, mit einer Kühlung über ein Kühlmedium, und mit einer zusätzlichen Wärmesenke zur ergänzenden Kühlung, nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.The invention relates to a device for additional cooling of a battery module with at least one individual battery cell, with cooling via a cooling medium, and with an additional heat sink for additional cooling, according to the type defined in more detail in the preamble of claim 1.

Die Kühlung von Batterieeinzelzellen bzw. zu Batteriemodulen zusammengefassten Batterieeinzelzellen ist soweit aus dem Stand der Technik bekannt. Häufig wird eine Kühlung über ein Kühlmedium eingesetzt, beispielsweise eine Flüssigkeitskühlung oder die Kühlung über das Kühlmedium einer Klimaanlage. Auf diese Art lassen sich derartige Batteriemodule, welche beispielsweise als Teil einer Traktionsbatterie in einem zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeug ausgebildet sein können, im regulären Betrieb gut kühlen. Um auch in bezüglich des Wärmemanagements schwierigen Situationen eine ausreichende Kühlung der Batteriemodule sicherzustellen, kann es vorgesehen sein, dass die Kühlung über das Kühlmedium auf den maximalen Kühlbedarf ausgelegt wird. Für die meisten regulären Betriebszustände ist der Aufbau der Kühlung dann jedoch überdimensioniert, so dass diese Strategie zwar einen sicheren Betrieb gewährleistet, dies aber mit relativ hohen Herstellungskosten und einem hohen Bedarf an Bauraum und Bauvolumen für entsprechende größere Kühlleitungen, Förderpumpen und dergleichen einhergeht. Dies ist prinzipiell unerwünscht, da, insbesondere bei Fahrzeuganwendungen, die Kühlung möglichst einfach, effizient, kostengünstig und bzgl. des Gewichts und des benötigten Bauvolumens möglichst klein gewählt werden soll.The cooling of individual battery cells or individual battery cells combined to form battery modules is known from the prior art. Cooling via a cooling medium is often used, for example liquid cooling or cooling via the cooling medium of an air conditioning system. In this way, battery modules of this type, which can be designed, for example, as part of a traction battery in an at least partially electrically driven vehicle, can be cooled well during regular operation. In order to ensure adequate cooling of the battery modules even in situations that are difficult with regard to thermal management, provision can be made for the cooling via the cooling medium to be designed for the maximum cooling requirement. For most regular operating conditions, however, the structure of the cooling system is then oversized, so that this strategy ensures reliable operation, but this is associated with relatively high manufacturing costs and a high need for installation space and volume for correspondingly larger cooling lines, feed pumps and the like. In principle, this is undesirable since, particularly in vehicle applications, the cooling should be selected to be as simple, efficient, and cost-effective as possible and as small as possible in terms of weight and the required structural volume.

Aus dem Stand der Technik in Form der DE 10 2015 014 034 A1 ist ein Batteriemodul mit einer passiven Wärmesenke bekannt. Diese passive Wärmesenke kann beispielsweise aus einem reversibel oder auch irreversibel agierenden Material bestehen, welches bei Bedarf zusätzliche Wärme aufnimmt. Ein solches Material kann beispielsweise ein Phasenwechselmaterial (PWM oder auf englisch Phase-Change-Material PCM) sein. Ein solches Material kann bei einem Phasenübergang beispielsweise von fest nach flüssig eine relativ große Wärmemenge aufnehmen. Alternative Wärmesenken könnten auch kühlluftumstrichenene Wärmeleitrippen oder dergleichen sein. Über solche Materialien kann prinzipiell eine Erhöhung der Kühlleistung bereitgestellt werden. Im Falle der genannten Schrift ist dies irreversibel, um ein thermisches Durchgehen einzelner Batteriezellen abzufangen, prinzipiell sind Phasenwechselmaterialien jedoch reversibel, so dass es auch bekannt, ist eine ergänzende Kühlung über sie zu realisieren.From the prior art in the form of DE 10 2015 014 034 A1 a battery module with a passive heat sink is known. This passive heat sink can consist, for example, of a material that acts reversibly or also irreversibly, which absorbs additional heat when required. Such a material can, for example, be a phase change material (PWM or in English phase change material PCM). Such a material can absorb a relatively large amount of heat during a phase transition, for example from solid to liquid. Alternative heat sinks could also be heat-conducting ribs surrounded by cooling air or the like. In principle, such materials can be used to increase the cooling capacity. In the case of the document mentioned, this is irreversible in order to intercept a thermal runaway of individual battery cells, but in principle phase change materials are reversible, so that it is also known that they can be used for additional cooling.

Die US 2005/0074666 A1 beschreibt den Einsatz eines Bimetalls, um eine lediglich durch die sie umströmende Luft gekühlte Batterie ab einer gewissen Umgebungstemperatur ergänzend zu kühlen, indem das Bimetall sich entsprechend verformt und ein Kühlelement, beispielsweise eine Fläche mit Kühlrippen zur Verbesserung der Wärmeabfuhr an die Umgebungsluft, in wärmeleitenden Kontakt zu dem Batteriemodul verschwenkt. Dieser Aufbau, welcher im weitesten Sinne als thermischer Schalter oder als Thermoschalter interpretiert werden kann, wird typischerweise auf der Basis von Bimetallen realisiert. So zeigt auch die DE 10 2008 034 887 A1 einen solchen Thermoschalter aus einem Bimetall. Auch hier wird bei einem ergänzenden Kühlbedarf ein wärmeleitender Kontakt zwischen einer Wärmesenke, hier einem Wärmeabfuhrelement mit Kühlrippen, welches an der Außenoberfläche eines Fahrzeugs positioniert ist, und dem eigentlichen Kühler des Batteriemoduls, welcher von einem flüssigen Kühlmedium durchströmt wird, hergestellt. Auch hierzu werden Bimetallelemente eingesetzt, welche ein federndes Wärmeübertragungselement bei einer entsprechenden Bewegung des Bimetalls gegen den Flüssigkeitskühler des Batteriemoduls drücken. Das in einem anderen Bereich mit dem Kühlelement als Wärmesenke verbundene Wärmeleitelement kann dann Wärme von dem Kühler in Richtung des Kühlelements abführen. Ändert sich die Temperatur entsprechend, wird das Element wieder von dem Kühler des Batteriemoduls abgehoben, so dass dieser die Kühlung alleine übernimmt.the U.S. 2005/0074666 A1 describes the use of a bimetal to additionally cool a battery that is only cooled by the air flowing around it from a certain ambient temperature, in that the bimetal deforms accordingly and a cooling element, for example a surface with cooling fins to improve heat dissipation to the ambient air, is in heat-conducting contact pivoted to the battery module. This structure, which can be interpreted as a thermal switch in the broadest sense, is typically implemented on the basis of bimetals. That's how it shows DE 10 2008 034 887 A1 such a thermal switch made of a bimetal. Here, too, if additional cooling is required, heat-conducting contact is established between a heat sink, here a heat dissipation element with cooling fins positioned on the outer surface of a vehicle, and the actual cooler of the battery module, through which a liquid cooling medium flows. Bimetal elements are also used for this purpose, which press a resilient heat transfer element against the liquid cooler of the battery module when the bimetal moves accordingly. The heat-conducting element connected to the cooling element as a heat sink in another area can then dissipate heat from the cooler in the direction of the cooling element. If the temperature changes accordingly, the element is lifted off the battery module's cooler again, so that it takes over the cooling alone.

Anders als bei der genannten US-Schrift besteht hier zwar nicht der Nachteil, dass der gesamte Wärmefluss über das Bimetall gehen selbst muss. Das Wärmeleitelement, welches durch das Bimetall bei Bedarf einen thermischen Kontakt zwischen den beiden Teilen des Kühlsystems herstellt, hat jedoch ebenfalls den Nachteil einer relativ kleinen zur Verfügung stehenden Querschnittsfläche und einer relativ kleinen Berührungsfläche, so dass die Kühlung hier relativ inhomogen in einzelnen Bereichen des Batteriemoduls erfolgt. Außerdem besteht bei Elementen, welche immer wieder in Richtung des einen oder des anderen zu kühlenden Partner gebogen werden, die Gefahr eines mechanischen Versagens, so dass der Aufbau insgesamt über eine lange Betriebsdauer gesehen, relativ unzuverlässig ist.In contrast to the US document mentioned, there is no disadvantage here that the entire flow of heat has to go through the bimetal itself. However, the heat-conducting element, which uses the bimetal to create thermal contact between the two parts of the cooling system if necessary, also has the disadvantage of a relatively small available cross-sectional area and a relatively small contact area, so that the cooling here is relatively inhomogeneous in individual areas of the battery module he follows. In addition, there is a risk of mechanical failure in the case of elements which are repeatedly bent in the direction of one or the other partner to be cooled, so that the structure as a whole is relatively unreliable over a long period of operation.

Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht nun darin, eine Vorrichtung zur ergänzenden Kühlung eines Batteriemoduls anzugeben, welche die eingangs genannten Nachteile vermeiden kann.The object of the present invention is now to specify a device for additional cooling of a battery module, which can avoid the disadvantages mentioned at the outset.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen im Anspruch 1, hier insbesondere im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich aus den hiervon abhängigen Unteransprüchen.According to the invention, this object is achieved by a device having the features in claim 1, here in particular in the characterizing part of claim 1. Advantageous refinements and developments of the invention direction arise from the dependent subclaims.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es so, dass diese ebenfalls einen thermischen Schalter bzw. Thermoschalter nutzt, welcher, vergleichbar wie ein Bimetall, wenigstens zwei Materialien umfasst. Der erfindungsgemäße Aufbau der Vorrichtung ist jedoch ein völlig anderer als der beim Einsatz der Bimetalle. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es nämlich so, dass das erste Material wenigstens einen Hohlraum umschließt, wobei das zweite Material diesen wenigstens einen Hohlraum oder zumindest einige der Hohlräume, wenn dementsprechend mehrere vorhanden sind, zumindest teilweise ausfüllt. Dieser Aufbau kann beispielsweise durch einen von dem ersten Material, welches vorzugsweise eine relativ gute Wärmeleitfähigkeit aufweist, umschlossener Hohlraum sein. Alternativ dazu wäre auch eine Vielzahl von Hohlräumen denkbar, beispielsweise indem dieses erste Material als poröses Material beispielsweise in der Art eines Filzes, eines Gestricks oder insbesondere eines porösen Schwamms ausgeführt ist. Das zweite Material füllt dann den wenigstens einen Hohlraum oder zumindest einige der Hohlräume zumindest teilweise aus. Dieses zweite Material bewirkt dann den eigentlichen Schalteffekt des thermischen Schalters, weil es sich, wie quasi alle Materialien, bei einer Erwärmung entsprechend ausdehnt bzw. bei der Abkühlung zusammenzieht. Das Batteriemodul selbst kann nun regulär über eine vergleichsweise klein ausgelegte Kühlanlage mittels eins Kühlmediums gekühlt werden. Entsteht ein besonders hoher Kühlbedarf, beispielsweise weil mit einem Fahrzeug bei hohen Außentemperaturen bergauf gefahren wird, und dabei entsprechend viel elektrische Leistung benötigt wird, dann kann diese nicht auf die maximale Kühlleistung ausgelegte Kühlanlage dies typischerweise alleine nicht bewältigen und die entstehende Abwärme nicht ausreichend abführen. In dieser Situation kommt jetzt eine zusätzliche Wärmesenke zum Einsatz, welche über den thermischen Schalter mit dem Batteriemodul in wärmeleitenden Kontakt gebracht wird, um so zusätzliche Wärme im Bereich der Wärmesenke aufzunehmen. Die Wärmesenke selbst kann dabei in beliebiger Art und Weise, beispielsweise als passive Wärmesenke, als ergänzendes Kühlelement zur Abfuhr von Wärme in die Umgebung, oder dergleichen ausgebildet sein. Der thermische Schalter in der Ausgestaltung gemäß der Erfindung bringt nun also diese zusätzliche Wärmesenke in wärmeleitenden Kontakt zu dem Batteriemodul. Über die Wärmesenke kann ein Teil der Abwärme der Batterie abgeführt werden, im Idealfall so viel Abwärme, dass der Rest über das auf einen typischen Betriebspunkt ausgelegte Kühlsystem abgeführt werden kann. Mit einem einfachen, kompakten und kostengünstigen Aufbau lässt sich so das Batteriemodul trotz der vergleichsweise klein dimensionierten Kühlanlage auch in Situationen mit hohem Kühlleistungsbedarf ideal kühlen.In the case of the device according to the invention, it is the case that it also uses a thermal switch or thermal switch which, comparable to a bimetal, comprises at least two materials. However, the structure of the device according to the invention is completely different from that when bimetals are used. In the device according to the invention, it is the case that the first material encloses at least one cavity, with the second material at least partially filling this at least one cavity or at least some of the cavities if there are accordingly several. This structure can, for example, be a cavity enclosed by the first material, which preferably has relatively good thermal conductivity. As an alternative to this, a large number of cavities would also be conceivable, for example in that this first material is designed as a porous material, for example in the form of a felt, a knitted fabric or, in particular, a porous sponge. The second material then at least partially fills the at least one cavity or at least some of the cavities. This second material then brings about the actual switching effect of the thermal switch because, like virtually all materials, it expands when heated and contracts when cooled. The battery module itself can now be regularly cooled by means of a cooling medium via a comparatively small cooling system. If a particularly high cooling requirement arises, for example because a vehicle is being driven uphill at high outside temperatures and a correspondingly large amount of electrical power is required, then this cooling system, which is not designed for the maximum cooling capacity, is typically unable to cope with this on its own and the resulting waste heat cannot be sufficiently dissipated. In this situation, an additional heat sink is now used, which is brought into thermally conductive contact with the battery module via the thermal switch in order to absorb additional heat in the area of the heat sink. The heat sink itself can be designed in any way, for example as a passive heat sink, as an additional cooling element for dissipating heat into the environment, or the like. The thermal switch in the embodiment according to the invention now brings this additional heat sink into thermally conductive contact with the battery module. Part of the waste heat from the battery can be dissipated via the heat sink, ideally so much waste heat that the rest can be dissipated via the cooling system, which is designed for a typical operating point. With a simple, compact and cost-effective design, the battery module can be ideally cooled even in situations with a high cooling capacity requirement, despite the comparatively small cooling system.

Der wenigstens eine Hohlraum kann dabei gemäß einer sehr günstigen Ausgestaltung, wie es oben bereits ausgeführt worden ist, als Teil eines porösen Materials ausgebildet sein. Das erste Material kann dabei gemäß einer sehr vorteilhaften Weiterbildung dieser Idee insbesondere als Metallschaum ausgebildet sein. Das zweite Material ist dann in zumindest einen Teil der untereinander verbundenen Hohlräume dieses Metallschaums eingebracht und füllt diese zumindest teilweise aus. Kommt es zu einer Erwärmung in einem Bereich, bei dem die Abfuhr der entstehenden Abwärme durch die herkömmliche Kühlanlage nicht mehr gewährleistet ist, dann kommt es zu einer entsprechenden thermischen Ausdehnung des zweiten Materials, ebenso wie prinzipiell des ersten Materials. Über eine geeignete Auswahl des zweiten Materials lässt es sich gemäß einer sehr vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung erreichen, dass dieses sich bei der Erwärmung relativ stark ausdehnt, beispielsweise indem ein Phasenübergang von der festen in die flüssige Phase bei einer für die Abfuhr von Abwärme kritischen Temperatur in der Größenordnung von 40 bis 70°C auftritt. In diesem Fall kommt es durch die Ausdehnung des zweiten Materials bei dieser entsprechenden Grenztemperatur zu einem Ausfüllen vorhandener Hohlräume und ggf. zu einem Fluten weiterer Hohlräume, insbesondere dann wenn das erste Material als poröser Metallschaum ausgebildet ist. Dieser wird sich dadurch insgesamt ausdehnen und kann so den wärmeleitenden Kontakt zwischen dem Batteriemodul einerseits und der Wärmesenke andererseits herstellen.According to a very favorable embodiment, as has already been explained above, the at least one cavity can be formed as part of a porous material. According to a very advantageous further development of this idea, the first material can be designed in particular as a metal foam. The second material is then introduced into at least some of the interconnected cavities of this metal foam and at least partially fills them. If there is a warming in an area where the dissipation of the waste heat produced by the conventional cooling system is no longer guaranteed, then there is a corresponding thermal expansion of the second material, just like in principle the first material. According to a very advantageous development of the device according to the invention, a suitable selection of the second material can be used to ensure that it expands relatively strongly when heated, for example by a phase transition from the solid to the liquid phase at a temperature critical for the dissipation of waste heat in the order of 40 to 70°C. In this case, due to the expansion of the second material at this corresponding limit temperature, existing cavities are filled and, if necessary, further cavities are flooded, in particular when the first material is designed as a porous metal foam. As a result, this will expand overall and can thus establish the thermally conductive contact between the battery module on the one hand and the heat sink on the other.

Eine außerordentlich günstige Weiterbildung dieser Idee der Erfindung sieht es dabei vor, dass das zweite Material ein Paraffin aufweist oder ein solches ist. Paraffine weisen typischerweise eine relativ starke Ausdehnung beim Schmelzen auf, so dass eine Vergrößerung des Volumens um beispielsweise 10% auftritt, welche zu einer erheblichen Ausdehnung des zweiten Materials und damit letztlich auch zu einer hierdurch verursachten thermisch induzierten Ausdehnung des gesamten Aufbaus des thermischen Schalters führt. Dieser kann so von einer beispielsweise nur punktuellen Anlage an einem der Elemente, also der Wärmesenke oder dem Batteriemodul durch die Ausdehnung in eine weitgehend flächige Anlage verbracht werden, was die Wärmeleitung innerhalb des thermischen Schalters verbessert und damit für einen Wärmeübergang von dem Batteriemodul zu der Wärmesenke sorgt. Dadurch kann überschüssige durch das reguläre Kühlsystem nicht abführbare Abwärme in bezüglich des Wärmemanagements kritischen Betriebssituationen und ggf. auch bei Auftreten eines Thermal-Runaway durch die Wärmesenke aufgenommen werden.An extraordinarily favorable further development of this idea of the invention provides that the second material has or is a paraffin. Paraffins typically have a relatively strong expansion when melting, so that the volume increases by 10%, for example, which leads to a considerable expansion of the second material and thus ultimately also to a thermally induced expansion of the entire structure of the thermal switch caused thereby. This can be brought from a point-and-point contact on one of the elements, i.e. the heat sink or the battery module, through the expansion into a largely flat contact, which improves the heat conduction within the thermal switch and thus for heat transfer from the battery module to the heat sink cares. As a result, excess waste heat that cannot be dissipated by the regular cooling system in operating situations that are critical with regard to heat management and possibly also when a thermal Runaway to be absorbed by the heat sink.

Der gemäß einer sehr vorteilhaften Weiterbildung angesprochene Einsatz von Paraffin als zweites Material hat darüber hinaus den Vorteil, dass das Paraffin beim Phasenwechsel von fest nach flüssig selbst relativ viel Wärme aufnehmen kann, ohne dass es zu einer Temperaturerhöhung kommt. Ergänzend zu dem Effekt des Aktivierens des thermischen Schalters durch das Aufschmelzen des Paraffins kommt es also außerdem zu einer Wärmeaufnahme in dem Paraffin selber, welches ergänzend zu der eigentlichen zusätzlichen Wärmesenke dann als Phasenwechselmaterial als weitere Wärmesenke innerhalb des thermischen Schalters dient und bereits hier einen Teil der Abwärme aufnehmen kann.The use of paraffin as the second material mentioned according to a very advantageous development also has the advantage that the paraffin itself can absorb a relatively large amount of heat during the phase change from solid to liquid without the temperature increasing. In addition to the effect of activating the thermal switch by melting the paraffin, there is also heat absorption in the paraffin itself, which, in addition to the actual additional heat sink, then serves as a phase change material as a further heat sink within the thermal switch and already here a part of the can absorb waste heat.

Der gesamte thermische Schalter kann dabei gemäß einer sehr günstigen Ausgestaltung mit einer Umhüllung versehen sein, um so beispielsweise das Abfließen des flüssig werdenden zweiten Materials zu verhindern. Die Umhüllung kann insbesondere aus einem relativ gut wärmeleitenden Material ausgeführt sein, um so den Wärmeübergang durch den thermischen Schalter von dem Batteriemodul zu der Wärmesenke nicht negativ zu beeinflussen.According to a very favorable embodiment, the entire thermal switch can be provided with a casing in order to prevent the second material that becomes liquid from flowing out, for example. In particular, the casing can be made of a material that conducts heat relatively well, in order not to negatively influence the heat transfer through the thermal switch from the battery module to the heat sink.

Eine alternative Ausgestaltung der Vorrichtung kann es dabei auch vorsehen, dass der wenigstens eine Hohlraum durch eine Hülle alleine ausgebildet ist. Eine solche Hülle, welche gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung insbesondere eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist, kann also das zweite Material umschließen. Beispielsweise kann die Hülle aus einem Metall, beispielsweise einer Metallfolie ausgebildet werden. Das darin befindliche zweite Material, beispielsweise wie oben Paraffin, ist dann in seiner festen Form innerhalb der Hülle angeordnet, so dass die Hülle zumindest das Batteriemodul oder die Wärmesenke nicht oder zumindest nicht flächig berührt. Kommt es dann zu einer Erwärmung bis in den Bereich, in dem das Paraffin schmilzt, und dieser lässt sich durch die Mischung des Paraffins in der für Batteriemodule relevanten Größenordnung von 40 bis 70°C weitgehend frei einstellen, dann schmilzt das Paraffin auf und vergrößert sein Volumen um etwa 10%. Hierdurch kommt es zu einer Ausdehnung innerhalb der Hülle, welche entsprechend elastisch ausgebildet sein kann oder welche Falten aufweisen kann, welche sich beim Aufschmelzen und Ausdehnen des zweiten Materials entsprechend glätten, um sowohl insgesamt eine vollflächige Anlage an dem Batteriemodul einerseits als auch an der Wärmesenke andererseits zu gewährleisten. Das Material der Hülle überträgt dann einen Großteil der Wärme. Ein Teil der Wärme kann wiederum durch das zweite Material gelangen, welches typischerweise jedoch eine geringere Wärmeleitfähigkeit als das erste Material aufweist. Auch hier kann beim Einsatz von Paraffin, der jedoch rein beispielhaft ist, der Nutzen der Aufnahme von Wärme durch den Phasenwechsel des Paraffins ergänzend ausgenutzt werden.An alternative configuration of the device can also provide for the at least one cavity to be formed solely by a cover. Such a shell, which according to an advantageous development has in particular high thermal conductivity, can therefore enclose the second material. For example, the shell can be made of a metal, for example a metal foil. The second material located therein, for example paraffin as above, is then arranged in its solid form inside the shell, so that the shell does not touch at least the battery module or the heat sink, or at least not over the entire surface. If it then heats up to the area in which the paraffin melts, and this can be largely freely adjusted by mixing the paraffin in the order of magnitude of 40 to 70°C relevant for battery modules, then the paraffin melts and increases in size volume by about 10%. This leads to an expansion within the shell, which can be designed to be correspondingly elastic or which can have folds, which smooth out accordingly when the second material melts and expands, in order to ensure full-surface contact with the battery module on the one hand and on the heat sink on the other to guarantee. The material of the shell then transfers most of the heat. Some of the heat can in turn pass through the second material, which typically has a lower thermal conductivity than the first material. Here too, when paraffin is used, which is purely exemplary, the benefit of absorbing heat through the phase change of the paraffin can also be utilized.

Gemäß einer außerordentlich günstigen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in der einen oder der anderen der beschriebenen Ausführungsvarianten kann es dabei vorsehen, dass der thermische Schalter mit dem Batteriemodul verbunden ist. Diese Verbindung mit dem Batteriemodul, welche eine gute wärmeleitende Verbindung mit diesem sicherstellt, ermöglicht es dem thermischen Schalter auf die Temperatur des Batteriemoduls zu reagieren. Durch die nicht vorhandene oder nur schlechte Wärmeleitung in Richtung der Wärmesenke kann so, weitgehend alleine durch die Temperatur der Batterie bestimmt, die Aktivierung des thermischen Schalters im Bedarfsfall, also wenn im Bereich des Batteriemoduls mehr Abwärme anfällt als von der herkömmlichen Kühlung abgeführt werden kann, erfolgen.According to an extraordinarily favorable embodiment of the device according to the invention in one or the other of the described embodiment variants, provision can be made for the thermal switch to be connected to the battery module. This connection to the battery module, which ensures a good thermally conductive connection thereto, enables the thermal switch to react to the temperature of the battery module. Due to the non-existent or only poor heat conduction in the direction of the heat sink, the activation of the thermal switch, largely determined solely by the temperature of the battery, can be activated if necessary, i.e. if more heat is generated in the area of the battery module than can be dissipated by conventional cooling, take place.

Gemäß einer sehr günstigen Weiterbildung der Idee ist es dabei vorgesehen, dass beim thermischen Schalter im nicht aktivierten Zustand des thermischen Schalters eine Lücke zwischen diesem und der Wärmesenke ausgebildet ist oder dass nur wenige punktuelle und/oder linienförmige Berührungsflächen zwischen dem thermischen Schalter und der Wärmesenke auftreten. Im aktivierten Zustand kommt es dann zu einer entsprechenden Ausdehnung der Materialien, welche insbesondere von der Ausdehnung des zweiten Materials dominiert wird, so dass eine vollflächige oder zumindest eine großflächige Anlage des thermischen Schalters an der Wärmesenke gegeben ist. Wird dies in Kombination mit dem ohnehin flächig mit dem Batteriemodul verbundenen thermischen Schalter realisiert dann kann bei der Grenztemperatur, ab welcher das zweite Material eine ausreichende thermische Ausdehnung erreicht, eine gute Kontaktierung über den thermischen Schalter zwischen dem Batteriemodul und der Wärmesenke erreicht werden, so dass eine gute zusätzliche Kühlung des Batteriemoduls ermöglicht wird.According to a very favorable development of the idea, it is provided that a gap is formed between the thermal switch and the heat sink in the non-activated state of the thermal switch, or that only a few punctiform and/or linear contact surfaces occur between the thermal switch and the heat sink . In the activated state, there is then a corresponding expansion of the materials, which is in particular dominated by the expansion of the second material, so that there is full-area or at least large-area contact of the thermal switch with the heat sink. If this is implemented in combination with the thermal switch that is already connected to the battery module over a large area, good contact can be achieved via the thermal switch between the battery module and the heat sink at the limit temperature above which the second material achieves sufficient thermal expansion, so that good additional cooling of the battery module is made possible.

Die Vorrichtung eignet sich dabei prinzipiell für alle Arten von Batteriemodulen. Insbesondere ist sie jedoch dann von Vorteil, wenn das Batteriemodul dynamisch entsprechend stark und situationsbedingt entsprechend unterschiedlich stark belastet wird. Vor allem bei solchen Aufbauten ist es dann von Vorteil, wenn das reguläre Kühlsystem nicht auf die denkbare Maximallast ausgelegt werden muss, sondern wenn dieses auf eine typischerweise auftretende Last ausgelegt wird, und potentielle Spitzen oberhalb dieser typischen Last des Kühlsystems dann mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung abgefangen werden können. Der Aufbau der Vorrichtung selbst sollte dabei vorzugsweise reversibel ausgestaltet sein, da ihr primäres Ziel nicht das Abfedern von Thermal-Runaways ist, sondern die aktive Kühlung des Batteriemoduls bei Last- bzw. Abwärmespitzen.In principle, the device is suitable for all types of battery modules. In particular, however, it is advantageous when the battery module is subjected to a correspondingly high dynamic load and a correspondingly different load depending on the situation. Especially with such structures, it is advantageous if the regular cooling system does not have to be designed for the conceivable maximum load, but if it is designed for a typically occurring load, and potential peaks above this typical load of the cooling system are then intercepted by means of the device according to the invention can become. The structure of the device itself should preferably be designed to be reversible, since its primary goal is not to cushion thermal runaways, but to actively cool the battery module during load or waste heat peaks.

Eine solche dynamische Belastung bei gleichzeitig strikten Vorgaben an die Kühlanlage hinsichtlich der Kosten, des Gewichts und des Bauvolumens treten nun insbesondere bei Fahrzeugen auf, in denen das Batteriemodul als Traktionsbatterie dient oder einen Teil einer solchen ausbildet. Die bevorzugte Verwendung der Vorrichtung liegt damit im Bereich von über eines oder mehrere Batteriemodule zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeugen. Dies kann beispielsweise ein reines Elektrofahrzeug oder auch ein Hybridfahrzeug, beispielsweise mit einem Verbrennungsmotor oder einer Brennstoffzellenanlage als weiterem Energieaggregat sein.Such a dynamic load combined with strict specifications for the cooling system in terms of costs, weight and construction volume now occur in particular in vehicles in which the battery module serves as a traction battery or forms part of one. The preferred use of the device is therefore in the area of vehicles that are at least partially electrically driven via one or more battery modules. This can be, for example, a purely electric vehicle or a hybrid vehicle, for example with an internal combustion engine or a fuel cell system as an additional energy unit.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sowie ihre Verwendung ergeben sich auch aus den Ausführungsbeispielen, welche nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher dargestellt sind.Advantageous refinements and developments of the device according to the invention and its use also result from the exemplary embodiments, which are presented in more detail below with reference to the figures.

Dabei zeigen:

  • 1 eine schematische Schnittdarstellung eines Batteriemoduls mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer ersten Ausführungsform im kalten Zustand des Thermoschalters;
  • 2 die Darstellung des Batteriemoduls mit der Vorrichtung analog zu der in 1 im warmem Zustand des Thermoschalters;
  • 3 eine schematische Schnittdarstellung eines Batteriemoduls mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer zweiten Ausführungsform im kalten Zustand des Thermoschalters; und
  • 4 die Darstellung des Batteriemoduls mit der Vorrichtung analog zu der in 3 im warmem Zustand des Thermoschalters.
show:
  • 1 a schematic sectional view of a battery module with the device according to the invention in a first embodiment in the cold state of the thermal switch;
  • 2 the representation of the battery module with the device analogous to that in 1 in the warm state of the thermal switch;
  • 3 a schematic sectional view of a battery module with the device according to the invention in a second embodiment in the cold state of the thermal switch; and
  • 4 the representation of the battery module with the device analogous to that in 3 when the thermal switch is warm.

In der Darstellung der 1 ist ein Batteriemodul 1 mit schematischen Batterieeinzelzellen 2 innerhalb eines Gehäuses 3 in einer Prinzipskizze dargestellt. Über einen mit 4 bezeichneten Wärmetauscher werden die Batterieeinzelzellen 2 des Batteriemoduls 1 regulär gekühlt. In der Darstellung der 1 unterhalb des Batteriemoduls 1 befindet sich in dem Gehäuse 3 eine Wärmesenke 5, welche über optionale Temperierungsanschlüsse 6 verfügt. Diese Wärmesenke 5 kann beispielsweise ein Phasenwechselmaterial enthalten und/oder kann ein über einen weiteren Kühlkreislauf oder beim Fahrzeugeinsatz beispielsweise über die Umgebungsluft gekühltes Kühlelement aufweisen.In the representation of 1 a battery module 1 with schematic battery cells 2 is shown within a housing 3 in a schematic diagram. The individual battery cells 2 of the battery module 1 are regularly cooled via a heat exchanger labeled 4 . In the representation of 1 A heat sink 5 is located in the housing 3 below the battery module 1 and has optional temperature control connections 6 . This heat sink 5 can contain a phase change material, for example, and/or can have a cooling element that is cooled via a further cooling circuit or, in the case of vehicle use, via the ambient air, for example.

Die Kühlung des Batteriemoduls 1 erfolgt im regulären Betrieb über den Wärmetauscher 4, welcher beispielsweise von einer Kühlflüssigkeit oder dem Kältemittel einer Klimaanlage als Kühlmedium durchströmt wird. In den meisten typischerweise auftretenden Situationen reicht dieser Wärmetauscher 4 zur Abfuhr der im Batteriemodul 1 entstehenden Abwärme aus. Die Kühlanlage, welche hier in ihrer Gesamtheit nicht dargestellt ist, und von welcher der Wärmetauscher 4 einen Teil ausbildet, kann dabei auf die im normalen Betrieb typischerweise auftretenden Kühlleistungen optimiert sein. Treten höhere Kühlanforderungen auf, weil beispielsweise aufgrund von höherer Leistungsentnahme aus dem Batteriemodul 1 mehr Abwärme anfällt, dann kann die zusätzliche Wärmesenke 5 zur Abfuhr dieser für die oberhalb der Kapazität der Kühlanlage mit dem Wärmetauscher 4 anfallenden Abwärme zugeschaltet werden.In regular operation, the battery module 1 is cooled via the heat exchanger 4, through which, for example, a cooling liquid or the refrigerant of an air conditioning system flows as a cooling medium. In most typically occurring situations, this heat exchanger 4 is sufficient to dissipate the waste heat generated in the battery module 1 . The cooling system, which is not shown here in its entirety and of which the heat exchanger 4 forms a part, can be optimized for the cooling performance that typically occurs during normal operation. If higher cooling requirements occur, for example because more waste heat is produced due to higher power consumption from the battery module 1, then the additional heat sink 5 can be switched on to dissipate the waste heat produced with the heat exchanger 4 above the capacity of the cooling system.

Hierfür ist zwischen der Wärmesenke 5 und dem Batteriemodul 1 ein thermischer Schalter 7, welcher auch als Thermoschalter bezeichnet werden kann, ausgeführt. Dieser Thermoschalter 7 besteht im Wesentlichen aus einem ersten Material 7.1 und einem zweiten Material 7.2. Das erste Material 7.1 ist beispielhaft als eine Trägerstruktur dargestellt, welche beispielsweise aus einem metallischen Schaum besteht. Ein solcher metallischer Schaum mit einem offenen Anteil, also im Wesentlichen einem Porenanteil von 10% seines Volumens ist hier über eine wabenartige Struktur in der Darstellung der 1 angedeutet. Der Freiraum dieser Trägerstruktur ist mit einem zweiten Material 7.2, welcher hier durch eine unregelmäßige Kreuzschraffur angedeutet ist, teilweise getränkt. Dieses Material kann beispielsweise Paraffin sein. Die Auflagefläche auf der Wärmesenke kann beispielsweise durch eine grobe Wellenform oder dergleichen etwas strukturiert ausgeführt sein, um so zu erreichen, dass der Aufbau an dem Batteriemodul einerseits gut wärmeleitend anliegt und dementsprechend an der Wärmesenke 5 nicht oder nur punktuell oder linienförmig, um in diesem Bereich die Wärmeübertragung zwischen dem Thermoschalter 7 und der Wärmesenke 5 entsprechend zu reduzieren.For this purpose, a thermal switch 7, which can also be referred to as a thermal switch, is installed between the heat sink 5 and the battery module 1. This thermal switch 7 essentially consists of a first material 7.1 and a second material 7.2. The first material 7.1 is shown as a carrier structure, for example, which consists of a metallic foam. Such a metallic foam with an open portion, i.e. essentially a pore portion of 10% of its volume, is represented here by a honeycomb structure in the illustration 1 implied. The free space of this support structure is partially impregnated with a second material 7.2, which is indicated here by irregular cross-hatching. This material can be paraffin, for example. The bearing surface on the heat sink can be structured somewhat, for example, with a rough wave shape or the like, in order to ensure that the structure on the battery module is in good thermally conductive contact on the one hand and accordingly not on the heat sink 5 or only in points or lines, in order to in this area to reduce the heat transfer between the thermal switch 7 and the heat sink 5 accordingly.

Der Metallschaum als erstes Material 7.1 hat dabei einen Wärmeleitwert, welcher gegenüber einem vollvolumigen Metallkörper um in etwa dem Faktor 100 reduziert ist. Der Wärmeleitwert liegt also beispielsweise statt bei 200 W/mK beim Vollmetall nur noch bei etwa 2 W/mK. Dies ist grundsätzlich vergleichbar mit den Wärmeleitfähigkeiten von Wärmeleitpasten oder wärmeleitfähigem Epoxidharzen, welche als Vergußmaterialien bei Batterien beispielsweise zur Anbindung eines Wärmetauschers eingesetzt werden. Diese haben Wärmeleitwerte in der Größenordnung von ca. 1 bis 3 W/mK. Das zweite Material 7.2, welches in dem metallischen Schaum des ersten Materials 7.1 eingelagert ist, befindet sich dort im festen Zustand. Schmilzt das Paraffin auf, dann ändert es sein Volumen um in etwa 10%, d.h. das Volumen wird 10% größer. Dadurch werden bisher nicht ausgefüllte Poren in dem Metallschaum des ersten Materials 7.1 durch das zweite Material 7.2 geflutet und es kommt insgesamt zu einer Volumenänderung des Thermoschalters 7, welcher dadurch bei entsprechender Auslegung zwischen dem Batteriemodul 1 und der Wärmesenke 5 verpresst wird, wie es in der Darstellung der 2 zu erkennen ist. Nun besteht eine weitgehend vollständige Anbindung sowohl an das Batteriemodul 1 als auch an die Wärmesenke 5. Die Schmelztemperatur des Paraffins lässt sich dabei in einem für die Batterie technisch sinnvollen Bereich von ca. 40 bis 70°C durch die Mischung entsprechender Paraffine einstellen, so dass der Thermoschalter 7 in diesem Aufbau bei einer sinnvollen Temperatur von beispielsweise 65°C zur ergänzenden Abfuhr von im Batteriemodul 1 entstehenden Abwärme zugeschaltet werden kann.The metal foam as the first material 7.1 has a thermal conductivity which is reduced by a factor of approximately 100 compared to a full-volume metal body. For example, instead of 200 W/mK for solid metal, the thermal conductivity is only around 2 W/mK. This is basically comparable to the thermal conductivity of thermally conductive pastes or thermally conductive epoxy resins, which are used as potting materials in batteries, for example to connect a heat exchanger. These have thermal conductivity values in the order of approx. 1 to 3 W/mK. The second material 7.2, which is in the metallic foam of the first material 7.1 is stored, is there in the solid state. If the paraffin melts, it changes its volume by about 10%, ie the volume increases by 10%. As a result, previously unfilled pores in the metal foam of the first material 7.1 are flooded by the second material 7.2 and there is an overall change in the volume of the thermal switch 7, which is thus pressed between the battery module 1 and the heat sink 5 if the design is appropriate, as is shown in FIG presentation of the 2 can be seen. There is now a largely complete connection both to the battery module 1 and to the heat sink 5. The melting temperature of the paraffin can be set in a range of approx the thermal switch 7 in this structure can be switched on at a sensible temperature of, for example, 65° C. for additional dissipation of waste heat produced in the battery module 1 .

Der Thermoschalter 7 ist dabei wie es in der Darstellung der 1 zu erkennen ist, möglichst flächig mit dem Batteriemodul 1 oder prinzipiell auch mit dessen Wärmetauscher 4, was ebenso denkbar wäre, verbunden. Dadurch ist die Steuertemperatur zum Aufschmelzen des zweiten Materials 7.2, also des Paraffins, die Temperatur des Batteriemoduls 1. Sobald diese die genannte Grenztemperatur erreicht, weil die herkömmliche Kühlanlage in dem Wärmetauscher 4 die entstehende Abwärme nicht mehr vollständig abführen kann, schmilzt also das Paraffin auf, der Verbund aus Paraffin und Metallschaum des Thermoschalters 7 vergrößert sein Volumen und es kommt zu einer festen Anlage an der Wärmesenke 5. Dadurch wird nun Wärme in den Bereich der Wärmesenke abgeführt. Neben der Wärmeleitfähigkeit des Metallschaums kommt nun außerdem die zusätzliche Wärmeleitfähigkeit des Paraffins zum Tragen. Diese liegt mit ca. 0,26 W/mK zwar relativ niedrig, hat aber durchaus eine gewisse Auswirkung zur Verbesserung der Wärmeleitung des Aufbaus.The thermal switch 7 is as shown in the illustration 1 can be seen, connected as flatly as possible to the battery module 1 or in principle also to its heat exchanger 4, which would also be conceivable. As a result, the control temperature for melting the second material 7.2, i.e. the paraffin, is the temperature of the battery module 1. As soon as this reaches the limit temperature mentioned, because the conventional cooling system in the heat exchanger 4 can no longer completely dissipate the waste heat produced, the paraffin melts , the composite of paraffin and metal foam of the thermal switch 7 increases its volume and there is a firm contact with the heat sink 5. As a result, heat is now dissipated in the area of the heat sink. In addition to the thermal conductivity of the metal foam, the additional thermal conductivity of the paraffin also comes into play. Although this is relatively low at approx. 0.26 W/mK, it does have a certain effect on improving the heat conduction of the structure.

Darüber hinaus ist es so, dass das Paraffin hier auch als Phasenwechselmaterial wirkt, da zum Aufschmelzen des Paraffins eine Schmelzwärme in der Größenordnung von 200 bis 240 kJ/kg benötigt wird. Ein Teil der Wärme, welche als zusätzliche Abwärme im Bereich der Batterie 1 entsteht, wird also auch auf diese Art durch das zweite Material 7.2 des Thermoschalters 7 selbst aufgenommen und den Batterieeinzelzellen 2 des Batteriemoduls 1 entzogen. Das zweite Material 7.2 trägt also ergänzend zur Kühlung des Batteriemoduls 1 bei.In addition, the paraffin also acts as a phase change material, since a heat of fusion of the order of 200 to 240 kJ/kg is required to melt the paraffin. Part of the heat, which is generated as additional waste heat in the area of the battery 1, is thus also absorbed in this way by the second material 7.2 of the thermal switch 7 itself and withdrawn from the individual battery cells 2 of the battery module 1. The second material 7.2 also contributes to the cooling of the battery module 1.

Der Vorgang ist dabei reversibel. Sinkt die Temperatur des Batteriemoduls 1 wieder unter den Schmelzpunkt, kommt es nach und nach zu einem Erstarren des Paraffins. Dieses ändert sein Volumen wieder und der Verbund aus dem offenporigen Metallschaum als erstes Material 7.1 mit seinen durch das Paraffin als zweites Material 7.2 gefüllten Hohlräumen schrumpft insgesamt zusammen und der in 1 dargestellte nicht aktive Zustand des Thermoschalters 1, also dessen „kalter“ Zustand, stellt sich wieder ein.The process is reversible. If the temperature of the battery module 1 falls below the melting point again, the paraffin gradually solidifies. This changes its volume again and the composite of the open-pored metal foam as the first material 7.1 with its cavities filled by the paraffin as the second material 7.2 shrinks overall and the in 1 The non-active state of thermal switch 1 shown, i.e. its “cold” state, is restored.

Analog zur Darstellung in den 1 und 2 ist in den 3 und 4 bei mit vergleichbaren Bezugszeichen versehenen Komponenten ein alternativer Aufbau des Thermoschalters 7 gezeigt. Der Hohlraum wird hier nicht in Form von vielen Hohlräumen innerhalb eines Metallschaums als erstes Material 7.1 ausgebildet, sondern das erste Material 7.1 besteht hier aus einer Hülle, beispielsweise in Form einer dickeren Metallfolie. Die Hülle als erstes Material 7.1 des Thermoschalters 7 ist mit dem zweiten Material 7.2, beispielsweise wiederum einem Paraffin, wie es hier durch die Kreuzschraffur angedeutet ist, gefüllt. Der Vorgang ist im Wesentlichen derselbe, der oben bereits beschrieben worden ist.Analogous to the representation in the 1 and 2 is in the 3 and 4 an alternative structure of the thermal switch 7 is shown with components provided with comparable reference numbers. The cavity is not formed here in the form of many cavities within a metal foam as the first material 7.1, but the first material 7.1 here consists of a shell, for example in the form of a thicker metal foil. The shell as the first material 7.1 of the thermal switch 7 is filled with the second material 7.2, for example again a paraffin, as indicated here by the cross-hatching. The process is essentially the same as that already described above.

In der Darstellung der 3 liegt der Thermoschalter 7 flächig am Batteriemodul 1 an und ist von der Wärmesenke 5 weitgehend beanstandet oder hat zu dieser lediglich eine punktförmige oder linienförmige Berührung in einigen wenigen Bereichen. Mit einer Erwärmung über den Schmelzpunkt des Paraffins als zweites Material 7.2 des Thermoschalters 7 dehnt sich dieses aus und sorgt für den in 4 dargestellten Zustand, bei welchem der Thermoschalter 7 „warm“ und damit aktiviert ist. Die Umhüllung aus dem ersten Material 7.1 liegt fest sowohl an dem Batteriemodul 1 als auch an der Wärmesenke 5 an und sorgt so durch das Material der Hülle für eine gute Wärmeleitung von dem Batteriemodul 1 zu der Wärmesenke 5. Außerdem wird die Wärme durch das die Umhüllung aus dem ersten Material 7.1 quasi vollständig ausfüllende zweite Material 7.2 von dem Batteriemodul 1 zu der Wärmesenke 5 geleitet. Damit ist ein vergleichbarer Effekt wie bei der oben beschriebenen Ausführungsvariante des Thermoschalters 7 zu erreichen.In the representation of 3 the thermal switch 7 rests flat on the battery module 1 and is largely objected to by the heat sink 5 or has only a punctiform or linear contact with it in a few areas. With a heating above the melting point of the paraffin as the second material 7.2 of the thermal switch 7, this expands and ensures the in 4 State shown, in which the thermal switch 7 is "warm" and thus activated. The cover made of the first material 7.1 is firmly attached to both the battery module 1 and the heat sink 5 and thus ensures good heat conduction from the battery module 1 to the heat sink 5 through the material of the cover from the first material 7.1 almost completely filling the second material 7.2 passed from the battery module 1 to the heat sink 5. In this way, an effect comparable to that of the variant of the thermal switch 7 described above can be achieved.

Auch hier kann, wenn beispielshaft wiederum Paraffin als zweites Material 7.2 eingesetzt wird, die Schmelzwärme, welche notwendig ist, das Paraffin vom festen in den flüssigen Zustand zu überführen, genutzt werden, um Wärme direkt in den Thermoschalter 7 aufzunehmen bzw. zwischen zu speichern, indem die physikalischen Eigenschaften des Phasenübergangs in an sich bekannter Art und Weise genutzt werden.Here, too, if paraffin is used as the second material 7.2, for example, the heat of fusion, which is necessary to convert the paraffin from the solid to the liquid state, can be used to absorb heat directly in the thermal switch 7 or to store it temporarily. by using the physical properties of the phase transition in a manner known per se.

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Claims (10)

Vorrichtung zur ergänzenden Kühlung eines Batteriemoduls (1) mit wenigstens einer Batterieeinzelzelle (2), mit einer Kühlung über ein Kühlmedium mit einer zusätzlichen Wärmesenke (5) und mit einem thermisch wirkenden Schaltelement (7), welches in Abhängigkeit der Temperatur einen wärmeleitenden Kontakt zwischen dem Batteriemodul (1) und der Wärmesenke (5) herstellt, wobei das thermisch wirkende Schaltelement (7) wenigstens zwei Materialien (7.1, 7.2) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Material (7.1) wenigstens einen Hohlraum umschließt, wobei das zweite Material (7.2) diesen wenigstens einen Hohlraum oder zumindest einige der Hohlräume zumindest teilweise ausfüllt.Device for additional cooling of a battery module (1) with at least one individual battery cell (2), with cooling via a cooling medium with an additional heat sink (5) and with a thermally acting switching element (7) which, depending on the temperature, creates a thermally conductive contact between the Battery module (1) and the heat sink (5), wherein the thermally acting switching element (7) comprises at least two materials (7.1, 7.2), characterized in that the first material (7.1) encloses at least one cavity, the second material ( 7.2) at least partially fills this at least one cavity or at least some of the cavities. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Hohlraum als Teil eines porösen ersten Materials (7.1) ausgebildet ist.device after claim 1 , characterized in that the at least one cavity is formed as part of a porous first material (7.1). Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das poröse Material als offenporiger Metallschaum ausgebildet ist.device after claim 2 , characterized in that the porous material is designed as an open-pored metal foam. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Material (7.2) mit zunehmender Erwärmung sein Volumen vergrößert.device after claim 1 , 2 or 3 , characterized in that the second material (7.2) increases in volume with increasing heating. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Material (7.2) Paraffin aufweist.Device according to one of Claims 1 until 4 , characterized in that the second material (7.2) comprises paraffin. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das thermische Schaltelement (7) eine Umhüllung aufweist.Device according to one of Claims 1 until 5 , characterized in that the thermal switching element (7) has a sheath. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Hohlraum durch eine Hülle aus dem ersten Material (7.1) ausgebildet ist.Device according to one of Claims 1 or 4 until 6 , characterized in that the at least one cavity is formed by a shell made of the first material (7.1). Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülle eine höhere Wärmeleitfähigkeit als das zweite Material (7.2) aufweist.device after claim 7 , characterized in that the shell has a higher thermal conductivity than the second material (7.2). Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das thermisch wirkende Schaltelement (7) mit dem Batteriemodul (1) wärmeleitend flächig verbunden ist.Device according to one of Claims 1 until 8th , characterized in that the thermally acting switching element (7) is connected to the battery module (1) in a thermally conductive manner. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der thermische wirkende Schalter (7) im nicht aktivierten Zustand eine Lücke oder wenige punktförmige und/oder linienförmige Berührungsstellen zwischen sich und der Wärmesenke (5) aufweist, wobei das thermisch wirkende Schaltelement (7) im aktivierten Zustand eine vollflächige oder großflächige Anlage an der Wärmesenke (5) aufweist.Device according to one of Claims 1 until 9 , characterized in that the thermally active switch (7) in the non-activated state has a gap or a few punctiform and/or linear contact points between itself and the heat sink (5), the thermally active switching element (7) in the activated state having a full-surface or has large-scale contact with the heat sink (5).
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