專利名稱：用于原電池的冷卻板以及連接冷卻板的方法
技術領域：
本發明涉及一種用于原電池的冷卻板、一種將用于原電池的冷卻板連接到冷卻臺上的方法以及一種電池裝置。
背景技術：
目前，有不同的方式用于將電池組借由集成的冷卻部件連接到散熱器上，電池組特別指鋰離子電池。公開文獻DE 10 2007 063 176 Al提供了將冷卻板以不同的方式連接到冷卻臺上
的連接方案。公開文獻DE 102007066944. 4提供了類似的平面電池的冷卻裝置，該冷卻裝置具有作為熱學路徑形成的冷卻板。其中涉及到，該冷卻板與冷卻臺形成熱接觸；該接觸可以通過澆注形成。公開文獻DE 102 23 782 B4提供了一種用于圓形電池的冷卻裝置，該冷卻裝置由基板和側面于縱向上貼靠在電池上的冷卻部件構成。電池與冷卻裝置形成力配合連接，貼靠設置的冷卻部件具有伸縮接頭，用以改善裂縫形成和熱傳遞的問題。冷卻板在冷卻臺上的粘接或澆注技術不能實現所需的持久性和工序能力，而且不能拆卸。也就是說，損壞的電池不能進行更換。可替換地，電池或模塊可以力配合地連接到散熱器上。熱傳遞的過程是由電池本體或電池套直接到散熱器，或者由電池本體或電池套經由冷卻部件間接到散熱器。為了實現較大的冷卻面，并由此實現良好的熱傳遞，必須具有較小的制造公差或者非常靈活的部件，而較小的制造公差會使成本消耗顯著增加。最理想的熱傳遞是通過材料配合連接來實現的。然而，目前的材料配合連接由于制造工藝具有較高的溫度載荷而不利于電池質量。與此相對，具有較低的溫度載荷的材料配合連接可能受到動力載荷的破壞，或者失效，或者不可拆卸，從而不能更換損壞的電池。
發明內容
因此，本發明的目的是提供一種改善的用于原電池的冷卻板、一種改善的用于連接冷卻板的方法以及一種改善的電池裝置。上述目的通過權利要求1的用于原電池的冷卻板、權利要求3的將用于原電池的冷卻板連接到冷卻臺上的方法以及權利要求8的電池裝置來實現。本發明的理念基于原電池、特別是鋰離子電池可以安裝在冷卻板上，該冷卻板可以與散熱器形成力配合連接、材料配合連接，或形成力配合和材料配合連接，散熱器例如是有流體流經的冷卻臺。由此，本發明的冷卻板的構造是通過折疊區可以實現，冷卻板在冷卻臺上的機械連接以及冷卻板和冷卻臺之間的熱學接觸，這二者之間的去耦。根據該技術方案具有優勢的，通過力配合連接和熱學接觸的去耦能夠實現冷卻板和冷卻臺之間的更好的熱學接觸。因此，本發明的構造避免了熱學接觸的機械載荷。而且，還可以在電池不受到熱損害的情況下使連接可拆卸，并由此對電池進行更換。該技術方案特別適用于力配合連接的情況。如果進行材料配合連接，那么經由材料配合連接提供了理想的熱傳遞，而且不會對電池造成熱損害。根據本發明，通過去耦使材料配合連接免受機械載荷。此外，在材料配合連接的條件下額外還能夠實現力配合連接。本發明提供的一種用于原電池的冷卻板具有以下特征具有電池區，設置用以與原電池耦連；具有連接區，設置用以與冷卻臺形成機械和熱學連接；以及具有折疊區，該折疊區設置在電池區和連接區之間，并且，該折疊區具有冷卻板的靈活的折疊部。冷卻板可以指的是具有良好導熱性能的金屬帶或金屬板，從而可以使熱量從原電池高效地導出。此外，冷卻板的材料性能這樣設計，即，一方面使冷卻板具有所需要的穩定性和強度，以作為固定件用于原電池。另一方面，使冷卻板可以在施加作用力的情況下產生變形，從而與冷卻臺中對應形成的鏤空部或通孔形成咬接，并由此固定在冷卻臺上。冷卻板可以在其整個長度上或部分區域上具有兩部分結構。這意味著，冷卻板例如由兩塊平行的金屬板構成。這兩塊金屬板例如可以在電池區相互固定連接。相對地，在折疊區和連接區上，這兩塊金屬板則可以相互分離設置。冷卻板的電池區可以理解為冷卻板的徑直延伸的區段，在該區段上可以安裝有原電池。原電池可以由電池區固定并冷卻。例如可以將原電池粘貼在冷卻板的電池區上。然而，冷卻板的電池區還可以集成設置在原電池中。此外，電池區可以設置用于容納兩塊或多塊原電池。冷卻板的連接區可以是冷卻板的這樣的區段，該區段例如可以插入在冷卻臺的通孔中。連接區在插入過程之中或之后可以這樣變形，即，連接區完全或至少部分地在通孔內部貼靠在冷卻臺上。經由相應的接觸區域，可以形成冷卻板和冷卻臺之間的機械和熱學連接。熱學連接由連接區在通孔表面上的貼靠而形成。經由熱學連接，可以使熱量從冷卻板傳遞到冷卻臺上。機械連接可以是材料配合和/或力配合連接。力配合連接可以由插入到通孔中的楔形件形成，該楔形件產生作用于連接區的壓力。特別地，連接區可以通過壓力產生變形，并且由此與通孔的表面輪廓相匹配。材料配合連接例如可以通過將連接區與冷卻臺的通孔表面焊接在一起而實現。通過冷卻板和冷卻臺的材料配合連接可以進一步改善熱傳遞。此外，熱傳遞可以通過折疊區在冷卻臺表面上的貼靠而得到改善。折疊區可以由一個或多個折疊部、彎曲部或金屬帶的彎折部形成。由于折疊區的靈活性可實現在縱向長度上的公差調整。這就意味著通過對折疊部的彼此拉伸可以增加冷卻板的長度，而通過對折疊部的壓縮可以減小冷卻板的長度。根據具有優勢的方式，由此使冷卻板的長度能夠與在冷卻臺和相對于該冷卻臺設置的固定件之間的預設距離相匹配。折疊區可以形成為彈簧。根據本發明冷卻板的一個實施方案，至少可以使連接區和折疊區分別具有兩個相互間隔的、對稱設置的區段。根據該實施方案，由此可以使冷卻板的金屬帶在電池區之后分成兩個支路。可以以這種形式分離，即，使去耦區由兩個鏡面對稱向外、然后又向內折疊的支腿構成，這兩個支腿可以在力的作用下分別相互壓在一起和相互分離。因此，去耦區可以作為彈簧發揮作用，并且提供相應的恢復力。具有優勢的，這種冷卻板帶的折疊部在技術方面便于實現。一方面，折疊部可以用于電池底面的保護，而另一方面，折疊部提供了在電池區和連接區之間的冷卻板的自由設置區域上的調整區。在連接區的區段上，冷卻板的上述兩個部分可以插入到冷卻臺的通孔中。這兩個部分可以貼靠在通孔的相對設置的側壁區域上。可替換地，還可以使整塊冷卻板由兩部分結構構成，其中，這兩部分結構在電池區的區段上可以相互貼靠在一起并且相互連接。本發明還提供一種將用于原電池的冷卻板連接到冷卻臺上的方法，其中，該方法具有以下步驟本發明冷卻板的準備步驟；冷卻臺的準備步驟，其中，冷卻臺具有用于容納冷卻板的連接區的通孔；將冷卻板的連接區插入至冷卻臺的通孔中的步驟，直至使冷卻板的折疊區平靠在冷卻臺上；在冷卻板上朝向冷卻臺方向施加壓力的步驟，以將冷卻板固定在冷卻臺的通孔中；以及，將固定部件從冷卻臺的與折疊區相反設置的一側安裝到通孔中的步驟，以使冷卻板的連接區力配合地連接到冷卻臺上。在將冷卻板的連接區插入至通孔中的步驟中，可以使冷卻板的折疊區通過在裝配過程中產生的作用力而壓在一起，并且形成彈性制動，從而可以使冷卻板一方面在插入過程中減速，而另一方面不再向通孔中繼續插入。由此可以保護原電池免遭損壞，即，能夠及時吸收安裝過程中的可能的振動，并且避免原電池撞擊到冷卻臺的表面上。此外，折疊區還允許在冷卻板插入過程中保持較大的公差范圍，這是因為，在插入之后由于靈活的折疊區可以使冷卻板的長度產生變化。固定部件可以優選具有楔形結構。如果冷卻板在連接區具有兩個冷卻板帶，那么固定部件可以很容易地設置在兩個冷卻板帶之間，從而實現了冷卻板帶和冷卻臺之間的力配合。而且，還可以在安裝固定部件的步驟中，使連接區產生變形。在變形之前，可以使連接區具有兩個相互平行延伸的冷卻板區段。變形可以這樣實現，即，使連接區、例如兩個相互平行延伸的冷卻板區段貼靠通孔的內側壁上。變形過程例如可以由此實現，即，使通孔和固定部件具有彼此相對應的適配形狀，例如相對應的邊緣。由此可以在固定部件的安裝過程中，使冷卻板的連接區優選這樣產生變形，即，使連接區形狀配合地連接到冷卻臺上。 以這種方式，可以對于力配合連接而額外提供形狀配合連接，由此實現了冷卻板在冷卻臺上的更可靠和更牢固的耦連。在安裝固定部件的步驟之后，可以進行將固定部件移除的步驟。如果僅具有力配合連接或僅具有形狀配合連接，那么在移除固定部件之后，可以很容易地將冷卻板從冷卻臺取下。這樣有利于，將具有損壞的電池的冷卻板以簡單的方式和方法從通孔中去除，而不會由此損壞相鄰的電池。還可以在將固定部件移除的步驟之后，進行將連接區和/或折疊區材料配合地連接到冷卻臺上的步驟。該材料配合的連接步驟例如可以經由焊接過程來實施。以具有優勢的方式，相對于力配合連接，可以通過材料配合連接而進一步改善冷卻板到冷卻臺的熱傳遞。這里還特別由折疊區的平靠在冷卻臺上的區段的材料配合連接而實現了額外具有優勢的熱傳遞表面。根據一個實施方案，可以在材料配合連接的步驟中，通過具有低能量損耗的熱學工藝進行連接處理。以這種方式能夠避免對原電池造成熱損害。例如，可以使冷卻板通過激光焊接或軟焊接與冷卻臺連接。這樣的連接工藝對此具有的優勢在于，該連接工藝能夠節省能量地實現，并且對被連接材料的結構造成很小的載荷。本發明還提供一種電池裝置，其具有以下特征具有至少一塊根據本發明的冷卻板；具有至少一塊原電池，原電池與至少一塊冷卻板的電池區耦連；以及具有冷卻臺，冷卻臺具有至少一個用于容納至少一塊冷卻板的連接區的通孔，其中，冷卻臺在至少一個通孔的區域內與至少一塊冷卻板的連接區形成機械和熱學連接。原電池例如可以實施為鋰離子電池，通常情況下在一個電池組裝結構中具有多塊電池，這樣的電池組裝結構可以用于對具有高能量需求的設備進行能量供應，例如用于電力和混合動力汽車中。根據一個實施方案，可以使通孔在冷卻臺的朝向折疊區的一側上的橫截面小于該通孔在該冷卻臺的背向該折疊區的一側上的橫截面。因此具有優勢地可以使例如楔形的固定部件很容易地插入并容納在通孔中。此外，由于不同的橫截面可實現冷卻臺內部的形狀配合連接。還可以使電池裝置具有固定部件。該固定部件的形狀可以對應于通孔的適配形狀。對此，固定部件可以這樣設置在通孔中，即，使冷卻板的連接區與冷卻臺的通孔區域形成力配合連接。固定部件可以包括合成材料，或者完全由合成材料構成。合成材料的優勢在于，成本低廉，重量較輕，而且有利于建立冷卻板和冷卻臺之間的力配合連接。
接下來，結合附圖對本發明的優選實施例進行詳細說明。圖中示出圖1為根據本發明一個典型實施例的電池裝置的截面圖；圖2為根據本發明一個典型實施例的電池裝置的另一截面圖；圖3為圖2的電池裝置的典型實施例的局部放大示意圖；以及圖4為根據本發明一個典型實施例的將用于原電池的冷卻板連接到冷卻臺上的方法的流程圖。
具體實施例方式在下文對本發明的優選實施例的說明中，在不同附圖中示出的功能類似的部件用相同或相近的附圖標記表示，其中，省去對這些部件的重復說明。圖1示出了根據本發明一個典型實施例的電池裝置100的截面圖。電池裝置100 包括一塊兩件式冷卻板110，該冷卻板具有電池區112、折疊區(Falzbereich) 114和連接區 116。此外，電池裝置100還包括原電池120、冷卻臺或散熱器130以及固定部件140。雙向箭頭150表示壓力部件118和折疊區114之間的力配合連接。壓力區118還可以由電池區 112的與冷卻臺130相反設置的自由端構成。在壓力區118上可以施加一作用力F，該作用力在冷卻板110上朝向冷卻臺130的方向上產生壓力。在圖1所示的典型實施例中，冷卻板110直接在電池區112中成型并且與原電池 120耦連。因此，電池區112作為電池120的固定件和散熱件而起作用。電池區112中的冷卻板110具有一件式結構，或者由兩個相互貼靠的平行部分構成。折疊區114連接于電池區112。折疊區114具有兩個相互間隔設置的區段，這兩個區段在一端分別與電池區112 連接，而在相反的另一端分別與連接區的區段連接，在該實施例中，該連接區具有兩件式結構。折疊區114通過相互間隔設置的區段的折疊而表現出向外伸出的特征。由此，這兩個區段形成以鏡面對稱結構向外且又向內折疊的支腿。因而，每個區段這樣延伸，即，從與電池區112連接的部分開始朝向冷卻臺130的方向傾斜延伸，然后形成折疊部，接著再次朝向冷卻臺130的方向傾斜延伸，直至到達與連接區的對應區段的連接點。折疊部實現了在熱接觸上的機械載荷的去耦。終止于冷卻臺130側面上的冷卻板110的部分由連接區116 形成。這里，在冷卻臺130的通孔區域中的冷卻板110通過固定部件140與冷卻臺130形成力配合和/或材料配合連接。根據該實施例，冷卻臺130具有雙層結構。通孔延伸穿過該雙層結構。通孔在朝向電池120的層結構中的直徑小于在背向電池120的層結構中的直徑。在將連接區116插入至通孔中時，冷卻板的兩個區段可以平行延伸。通過安裝固定部件140，由于通孔的變化的直徑可以使這兩個區段產生變形，從而使這兩個區段分別貼靠在通孔的相對設置的側壁區域上。當然，電池裝置100還可以具有多個原電池120。各個電池120都固定在冷卻板 110上。冷卻板110用于電池的機械掛設，并且實現熱接觸，也就是實現冷卻作用，而且，冷卻板可以如上文所述由兩部分構成。如果電池裝置100具有多塊冷卻板110，那么冷卻臺 130對應于每塊冷卻板110都具有一個通孔。因此，圖1示出了用于力配合連接的冷卻板110的結構設計方案，同時該結構設計方案還實現了在熱接觸上的機械載荷的去耦。冷卻板Iio在頂部通過壓力F而定位和固定在冷卻臺130上，該作用力F在底部由冷卻板110的折疊區114來吸收。冷卻板110插入到冷卻臺130中，并且該冷卻板在底部借助于固定部件140而產生變形，從而使該冷卻板貼靠在冷卻臺130上并由此形成熱接觸。力配合連接使冷卻板110和冷卻臺130之間的熱連接的機械載荷去耦。由此在冷卻板110和冷卻臺130之間實現了更好的的熱接觸并實現了可拆除的連接。此外，冷卻板 100和冷卻臺130之間的熱傳遞不會由于機械載荷而受損。該連接可以再次拆除以更換損壞的電池120，而不會使正常的電池120受到熱損壞。圖2示出了圖1的電池裝置100的典型實施例。在圖2中，電池裝置100在冷卻臺130的通孔區域上具有額外的材料配合連接210、220。材料配合連接可以位于一方面的冷卻臺130和連接區116之間和/或另一方面的冷卻臺130和冷卻板110的折疊區114之間。材料配合連接的區域在圖2中用圓周虛線表示出，而在圖3中用放大示意圖示出。因此，圖2示出了在同時使力配合和材料配合去耦的情況下用于圖1的力配合連接的冷卻板110的結構設計方案。該設計方案通過冷卻板110和散熱器130之間的材料配合借助于具有低能量損耗的熱學工藝實現優化的熱傳遞。這里的熱學工藝例如可以是激光焊接工藝或軟焊工藝。能量損耗可能經由散熱器130在裝配過程中產生。此外還具有力配合連接，用于使材料配合連接與圖1示意圖中的機械載荷去耦。根據圖2的示意圖，冷卻板110和散熱器130之間的材料配合連接可以進一步改善熱傳遞。通過該結構，避免在材料配合過程中對電池120造成熱損害。如圖1所示，額外還使力配合和材料配合的連接去耦，從而在材料配合連接上沒有機械載荷，而且由此不會破壞熱傳導。圖3示出了圖2中用圓周虛線表示的電池裝置100的區域的局部放大示意圖，其中，在冷卻板Iio和冷卻臺130之間形成材料配合連接。冷卻板110的連接區116的兩個區段通過固定部件140被分別壓靠在冷卻臺130的通孔的相對設置的表面上。在取出固定部件140之后(圖3中未示出)，連接區116和通孔的相互貼靠的表面例如通過激光焊接而彼此連接，如這里用兩個箭頭210和220來表示。特別地，還可以使在壓力F作用下平靠在冷卻臺上的折疊區114的區段利用所使用的熱學工藝而在冷卻臺130上形成材料配合連接。由此可以進一步改善熱傳遞。在這種情況下可以使折疊區114的與冷卻臺130相對設置的支腿平行于冷卻臺130的表面定位。在這種情況下，冷卻板110的縱向長度調整可以經由折疊區114的另一條支腿來實現。最后，圖4示出了根據本發明一個典型實施例的將用于原電池的冷卻板連接到冷卻臺上的方法400。在此可以指的是在前述附圖中示出的冷卻板，該冷卻板具有電池區、折疊區和連接區。方法400包括冷卻板的準備步驟410、接下來的冷卻臺的準備步驟420、接下來的將冷卻板的連接區插入至冷卻臺中的步驟430、接下來的在冷卻板上施加壓力的步驟440以及最后將固定部件安裝到冷卻臺中的步驟450。冷卻臺可以具有用于容納冷卻板的連接區的通孔。在步驟430中，使冷卻板的冷卻區這樣插入至冷卻臺的通孔中，即，使冷卻板的折疊區平靠在冷卻臺上。在此或接下來， 在步驟440中，在冷卻板上朝向冷卻臺的方向施加壓力，從而將冷卻板固定在冷卻臺的通孔中。最后，在步驟450中，從冷卻臺的與折疊區相反設置的一側將一固定部件安裝到通孔中，從而使冷卻板的連接區力配合地連接到冷卻臺上。方法400的步驟還可以不同于上述排序來進行。對此，上述典型實施例僅示例性示出，這些實施例可以相互結合。
權利要求
1.一種用于原電池(120)的冷卻板(110)，其特征在于，具有 與所述原電池耦連的電池區(112)；與冷卻臺(130)形成機械和熱學連接的連接區(116)；以及在所述電池區和所述連接區之間的折疊區(114)，所述折疊區包括冷卻板的靈活的折疊部。
2.根據權利要求1所述的冷卻板(110)，其特征在于，至少所述連接區(116)和所述折疊區(114)分別具有兩個相互間隔的、對稱設置的區段。
3.一種將用于原電池(120)的冷卻板(110)連接到冷卻臺(130)上的方法(400)，其特征在于，具有以下步驟根據權利要求1所述的冷卻板的準備步驟G10)；冷卻臺的準備步驟G20)，其中，所述冷卻臺具有用于容納冷卻板的連接區(116)的通孔；將冷卻板的連接區插入至冷卻臺的通孔中的步驟G30)，直至使冷卻板的折疊區 (114)平靠在冷卻臺上；在冷卻板上朝向冷卻臺方向施加壓力(F)的步驟040)，以將冷卻板固定在冷卻臺的通孔中；以及將固定部件(140)從冷卻臺的與折疊區相反設置的一側安裝到通孔中的步驟050)， 以使冷卻板的連接區力配合地連接到冷卻臺上。
4.根據權利要求3所述的方法000)，其特征在于，在安裝固定部件(140)的步驟 (450)中，使連接區貼靠在通孔的內側壁上從而實現連接區(116)的變形。
5.根據權利要求3或4所述的方法000)，其特征在于，在安裝固定部件(140)的步驟 (450)之后，進行將固定部件移除的步驟。
6.根據權利要求5所述的方法000)，其特征在于，在將固定部件(140)移除的步驟之后，進行將連接區(116)和/或折疊區(114)材料配合地連接到冷卻臺(130)上的步驟。
7.根據權利要求6所述的方法000)，其特征在于，在材料配合連接的步驟中，通過具有低能量損耗的熱學工藝進行連接處理，以避免對原電池(120)造成熱損害。
8.—種電池裝置(100)，其特征在于，具有至少一塊根據權利要求1所述的冷卻板(110)；至少一塊原電池(120)，所述原電池與至少一塊冷卻板的電池區(112)耦連；以及冷卻臺(130)，所述冷卻臺具有至少一個用于容納所述至少一塊冷卻板的連接區 (116)的通孔，其中，所述冷卻臺在所述至少一個通孔的區域內與所述至少一塊冷卻板的連接區形成機械和熱學連接。
9.根據權利要求8所述的電池裝置(100)，其特征在于，所述通孔在所述冷卻臺(130) 的朝向所述折疊區(114)的一側上的橫截面小于該通孔在該冷卻臺的背向該折疊區的一側上的橫截面。
10.根據權利要求8或9所述的電池裝置(100)，其特征在于，所述電池裝置具有固定部件(140)，所述固定部件的形狀對應于所述通孔的適配形狀，并且其中，所述固定部件設置在通孔中使得所述冷卻板(110)的連接區(116)與所述冷卻臺(130)的通孔區域形成力配合連接。
11.根據權利要求8至10中任意一項所述的電池裝置(100)，其特征在于，所述固定部件(140)包括合成材料。
全文摘要
本發明涉及一種用于原電池(120)的冷卻板(110)。冷卻板(110)包括與原電池(120)耦連的電池區(112)、與冷卻臺(130)形成機械和熱學連接的連接區(116)以及設置在電池區(112)和連接區(116)之間的折疊區(114)，該折疊區包括冷卻板(110)的靈活的折疊部。
文檔編號H01M6/50GK102498601SQ201080038427
公開日2012年6月13日 申請日期2010年8月31日 優先權日2009年8月31日
發明者托比亞斯·伊澤梅耶爾, 托馬斯·黑肯貝格爾, 漢斯-格奧爾格·赫里曼, 米夏埃爾·莫澤, 羅曼·洛倫茨 申請人:貝洱兩合公司