Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Temperierung eines Energiespeichers und auf ein Verfahren zum Herstellen einer Vorrichtung zur Temperierung eines Energiespeichers.

Moderne Hochleistungsbatterien, z.B. auf Li-Ionen-Technologie, wie sie für Elektrofahrzeuge und andere Anwendungen zum Einsatz kommen, weisen ab bestimmten Temperaturen von z.B. höher 40°c eine erheblich beschleunigte Alterung auf. Bei niedrigen Temperaturen von z.B. unter 10 °C sinkt die abrufbare elektrische Leistung erheblich ab. Daher besteht das Ziel, die Batterie bzw. die Batteriezellen möglichst auf einer geeigneten Arbeitstemperatur zu halten. Dies gilt sowohl für den Betrieb des Autos oder Gerätes als auch für den Stillstand. Im Sommer bei Stillstand und starker Sonneneinwirkung werden Temperaturen bis z.B. 70 °C, im Winter bei Betrieb, kalten Außentemperaturen und Fahrtwind Temperaturen bis z.B. -20 °C erreicht. Teilweise wird im Betrieb hoher Aufwand getrieben, um die Batterie durch Batteriekühl- und Heizvorrichtun- gen auf einer optimalen Arbeitstemperatur zu halten. Bei Stillstand sind diese Aggregate jedoch normalerweise nicht verfügbar, bzw. ihr Betrieb bedeutet einen hohen zusätzlichen Energieverbrauch.

Die Kühlung oder Heizung der Batterie kann durch eine Kühl- oder Heizplatte erfolgen. Dazu kann ein Verbund von Batteriezellen (z.B. Stack) auf einer gelöteten "Kühlplaüe" angeordnet werden, die innentiegend Kanäle für ein Kühlme- dium, z.B. Kühl- oder Kältemittel, enthält. Mittels einer solchen Kühlplattθ kann die Abwärme der Batterie abgeführt werden.

Gebräuchliche Systeme sehen bisher nur geringe oder keine Isolation vor, da das Hauptaugenmerk auf dem Abtransport der Abwärme im Betrieb oder der Schnellladung liegt. Eine gute Isolation ist hier eher hinderlich.

Die DE 39 40 649 A1 beschreibt eine Vakuum-Wärmeisolationseinrichtung, die beispielsweise zur Wärmeisolierung von HochtemperaturbaUerien eingesetzt werden kann. Die Wärmeisolationseinrichtung kann mit Hilfe einer Vakuumpumpe evakuiert werden.

Die DE 44 19 281 C1 beschreibt eine Hochtemperaturbatterie, insbesondere zur Energieversorgung von Fahrzeugen mit Elektroantrieb, mit einem thermisch isolierenden Gehäuse und einem Kühlsystem mit einem innerhalb des thermisch isolierenden Gehäuses angeordneten luftdurchströmten Kühlkörper, der lediglich mit an ihm angeordneten Lufteinlaß- und Luftauslaßstutzen die thermisch isolierende Wandung des Gehäuses durchdringt.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine verbesserte Vorrichtung zur Temperierung eines Energiespeichers und ein verbessertes Verfahren zur Herstellung einer Temperiervorrichtung für einen Energiespeichβr zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 sowie ein Verfahren gemäß Anspruch 10 gelöst. DΘΓ vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich die Alterungseffekte bei Hochleistungsbattβrien mittels einer thermisch hocheffizienten Vakuumisolierung herabsetzen lassen.

Erfindungsgemäß wird eine integrierte Vakuumisolierung in Gehäusebauteile der Batterie, z.B. in Form einer Kühlplatte oder eines kompletten Batteriege- häuses, vorgesehen. Damit können einerseits die Verluste der zugeführten Heiz- oder Kühlenergie minimiert werden. Dies ist analog zu einem Wohnge- bäude, das möglichst ganzjährig im Komfortbereich temperiert werden soll. Andererseits können dadurch die Temperaturändβrungen und damit unerwünschte Extremtemperaturen im Stillstand minimiert werden.

Vorteilhafterweise kann damit eine hocheffiziente integrierte Isolation in den Bauteilen geschaffen werden, in denen ein Kühlmedium transportiert wird bzw. mit denen die Batterie temperiert wird. Somit kann eine Batterie mit Vakuumisolierung geschaffen werden. Dadurch ist auch eine Isolierung im Stillstand möglich, wodurch sich die Lebensdauer der Batterie verlängert.

Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren ermöglicht es, die Vakuumisolierung mittels eines Lötprozesses zu realisieren, der bereits zum Herstellen herkömmlicher Kühlplatten eingesetzt wird. Somit sind zur Schaffung der erfin- dungsgemäßen Vakuumisolierung keine zusätzlichen Verfahrensschritte erforderlich.

Die vorliegende Erfindung schafft eine Vorrichtung zur Temperierung eines Energiespeichers, mit folgenden Merkmalen: einem Kontaktelement mit einer Kontaktftächβ zum Bereitstellen einer thermischen Kopplung zu dem Energie- Speicher; einem Fluidkanal, der in dem Kontaktelement angeordnet ist; und einer Isoliereinrichtung, die in dem Kontaktelement angeordnet ist.

Bei der Vorrichtung zur Temperierung kann es sich um eine Kühlplatte oder um ein Teil eines Gehäuses handeln, die thermisch mit dem Energiespeicher ge- koppelt sind. Bei dem Energiespeicher kann es sich um eine galvanische Ze(Ie ₁ beispielsweise eine Batterie oder einen Akkumulator handeln. Bei dem Kon- taktelement kann es sich um einen Körper aus einem Material mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit, beispielsweise Metall, handeln. Das Kontaktelement kann mehrschichtig aufgebaut sein. Das Kontaktelement kann über die Kontaktfläche mit dem Energiespeicher verbunden sein. Der Fluidkanal kann ausgebildet sein, um ein Kühl- oder Heizmedium, beispielsweise eine Kühlflüssigkeit zu führen. Über den Fluidkanal kann das Kontaktelement und insbesondere die Kontaktfläche gekühlt oder erwärmt werden. Die Isoliereinrichtung kann ausgebildet sein, um einen Wämneaustausch zwischen dem Energiespeicher und einer Umgebung des Energiespeichers über das Kontaktelement zu verringern. Mittels der Isoliereinrichtung kann erzielt werden, dass ein Wärmeaustausch über das Kontaktelement ausschließlich oder hauptsächlich gesteuert über den Fluidkanal erfolgt. Innerhalb des Kontaktelements können eine Mehrzahl von Fϊuidkan&en und/oder Isoliere/nr/cbtungen angeordnet sein.

Der Fluidkanal kann zwischen der Kontaktfläche und der Isoliereinrtchtung angeordnet sein. Auf diese Weise kann die Isoliereinrichtung eine thermische Abschirmung ausbilden.

Gemäß einer Ausgestaltung kann die Isoliereinrichtung als Hohlkammer ausgebildet sein. Auf diese Weise kann die Isoliereinrichtung als Vakuumisolierung ausgebildet werden.

Die erfindungsgemäßθ Vorrichtung kann einen Deckel aufweisen, der ausgebildet ist, um das Kontaktelement auf einer der Kontaktfläche abgewandten Seite zu umschließen. Der Deckeln kann einen äußeren Gehäuseabschluss bilden.

Dabei kann zwischen dem Deckel und dem Kontaktelement ein Spalt angeordnet sein, der mit der Isoliereinrichtung verbunden ist. Auf diese Weise kann eine großflächige Isolierung geschaffen werden. Ferner kann der Deckel Abstandshalter aufweisen, die ausgebildet sind, um den Deckel über den Spalt hinweg gegenüber dem Kontaktetement abzustützen. Dadurch kann eine Größe des Spalts bestimmt werden.

Auch kann die erfindungsgemäße Vorrichtung ein Tragelement aufweisen, das innerhalb der Isoliereinrichtung angeordnet Ist, und geeignet ausgebildet ist, um zum einen die Festigkeit des Kontaktelementes zu erhöhen bzw. zum anderen den Deckel über den Spalt hinweg gegenüber dem Kontaktetement abzustützen. Auf diese Weise kann eine Tragstruktur ausgebildet werden, die ein Anlegen des Deckels verhindert. Das Tragelement kann hierbei als Rippe, insbesondere als Wellrippe ausgebildet sein.

Gemäß einer Ausgestaltung kann das Kontaktelement aus mehreren Schicht- blechen aufgebaut sein und die Isoliereinrichtung kann sich durch mindestens zwei der Schichtbleche hindurch erstrecken. Die Schichtblecbe ermöglichen einen einfachen und stabilen Aufbau des Kontaktelements.

Beispielsweise kann das Kontaktelement mindestens ein erstes Schichtblech, mindestens ein zweites Schichtblech, mindestens ein drittes Schichtblech und mindestens ein viertes Schichtblech aufweisen, die aufeinander gestapelt angeordnet sind, wobei das mindestens eine erste Schichtblech ausgebildet ist, um die Kontaktfläche zu bilden, in dem mindestens einen zweiten Schichtblech mindestens der eine Fluidkanal angeordnet ist und in dem mindestens einen vierten Schichtblech mindestens die eine Isoliereinrichtung angeordnet ist.

Die vorliegende Erfindung schafft ferner ein Verfahren zur Herstellung einer Temperlervorrichtung für einen Energiβspeicher, das die folgenden Schritte um- fasst: Bereitstellen eines Kontaktelements mit einer Kontaktfläche zum Bereitstellen einer thermischen Kopplung zu dem Energiespeicher, wobei in dem Kontaktelement mindestens eine Hohlkammer angeordnet ist, die eine Entlüftungsöffnung aufweist; Evakuieren der Hohlkammer über die Entlüftungsöffnung; und Verschließen der Entlüftungsöffnung mittels eines Lötprozesses. Bei der Entlüftungsöffnung kann es sich um ein Durchgangsloch handeln, das die Hohlkammβr mit einer äußeren Oberfläche des Kontaktelements verbindet. Durch die Entlüftungsöffnung kann beispielsweise in der Hohikammer befindliche Luft entfernt und somit ein Vakuum oder ein Teil-Vakuum innerhalb der Hohlkammer geschaffen werden. Dazu kann auch eine Mehrzahl von Entlüftungsöffnungen vorgesehen sein. Bei dem Lötprozess kann es sich um einen Prozess handeln, der zum Fertigen des Kontaktelements selbst eingesetzt wird. Alternativ kann es sich um einen Prozess handeln, der speziell zum Verschließen der Entlüftungsöffnung durchgeführt wird. Um die Entlüftungsöffnung zu verschließen kann ein geeignetes Lotdepot in einer Umgebung der Entlüftungsöffnung bereitgestellt werden.

Das Kontaktelement kann aus mehreren Schichtblechen aufgebaut sein und die mehreren Schichtbleche können mittels des Lötprozesses miteinander verbunden werden. Auf diese Weise ist kein zusätzlicher Verfahrensschritt zum Verschließen der Entlüftungsöffnung erforderlich.

Ferner kann eines der Schichtbleche als Deckel ausgebildet sein und die Entlüftungsöffnung kann in einer Berührungsfläche zwischen dem Deckel und einem weiteren der Schichtbleche angeordnet sein. Somit kann die Entlüftungsöffnung in einer lotführβnden Schicht angeordnet sein, die zum Verlöten des Deckels mit dem weiteren Schichtblech vorgesehen ist. Durch ein Aufschmelzen der lotführenden Schicht während des Lötvorgangs kann die Entlüftungsöffnung verschlossen werden.

Bei dem Lötprozess kann es sich um einen Vakuum lötprozess handeln. Auf diese Welse kann die Evakuierung der Hohlkammer bzw. das Beibehalten der Evakuierung während des Lötprozesses gewährleistet werden.

Gemäß einer Ausgestaltung kann die Entlüftungsöffnung als Loch, Rändel oder Kerbstruktur ausgebildet sein. Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Darstellung einer Vorrichtung zur Temperierung eines Energie- speichers gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 2 eine Darstellung einer Vorrichtung zur Temperierung eines Energie- speichers gemäß einem Ausführυngsbθispie! der vorliegenden Erfindung.

In der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Zeichnungen dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente weggelassen wird.

Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht einer Vorrichtung zur Temperierung eines Ener- giespelchers gemäß einem Ausführυngsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die Vorrichtung als eine Kühlplatte mit Vakuumisolierung ausgebildet.

Die Vorrichtung weist ein Kontaktelement auf, das gemäß diesem Ausfüh- rungsbeispiel einen Deckel 102, ein erstes Schichtblech 104, ein zweites Schichtbtech 106, ein drittes Schichtblech 108, ein viertes und ein fünftes Schichtblech 110, ein sechstes Schichtblβch 112, einen Spalt 114 und einen Deckel 116 aufweist. Der Deckel 116 kann eine Abkantung 117 aufweisen. Zwischen einzelnen Schichtblechen können Aussteifungen 118 angeordnet sein. In dem Kontaktelement sind ein erster Fluidkanal 120 und zwei weitere Fluidkanä- Ie 122 angeordnet. Ferner ist in dem Kontaktelement eine Isoliereinrichtung 130 mit einer Tragstruktur 132 angeordnet. Alternativ kann die Vorrichtung weitere Elemente oder nur einen Teil der beschriebenen Elemente aufweisen.

Der Deckel 102 kann als Deckel oben ausgebildet sein, der einseitig lotplattiert ist Der Deckel 102 kann eine Kontaktfläche zum Bereitstellen einer thermischen Kopplung zu dem Energtespeicher aufweisen. Beispielsweise kann der Energiespeicher flächig mit der Kontaktfläche des Deckels 102 verbunden werden. Die Schichtbleche 104, 106, 108, 110 können als Schichtbleche mit einseitiger Lotplatierung ausgebildet sein. Die Lotplattierung kann jeweils, bezogen auf die Darstellung in Fig. 1, unterhalb des jeweiligen Elements angeordnet sein. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die Aussteifung 118 als Schicht zur Festigkeitsβrhöhung zwischen den vierten und fünften Schichtblechen 110 angeordnet. Die Schichtbleche 102, 104, 106 können eine größere flächenmä- ßige Ausdehnung als die Schichtbleche 108, 110, 112 aufweisen, so dass das Kontaktelement eine Abstufung aufweist. Der Deckel unten 116 kann dem Verlauf der Abstufung folgen und somit die Abkantung 117 bereitstellen, die einen Ausgleich von Thermospannungen ermöglicht. Der Spalt 114 kann sich über die dem Deckel 116 zugewandte Oberfläche des sechsten Schichtblechs 112 und über den Bereich der Abkantung 117 hinweg erstrecken. Somit kann der Spalt 114 eine großflächige Isolierung um das Kontaktelement herum bilden. Der Deckel 116 kann mit einer freiliegenden Oberfläche des zweiten Schichtblechs 106 verbunden sein.

Der erste Fluldkanal 120 kann stellvertretend für Verteilkanäle bzw. Sammelka- näle stehen. Die zwei weiteren Fluidkanäte 122 können zur Deckeltemperierung eingesetzt werden. Die Isoliereinrichtung 130 kann als evakuierter Bereich ausgebildet sein.

Innerhalb des evakuierten Bereichs 130 kann die Tragstruktur 132 angeordnet sein. Die Tragstruktur 132 kann sich über eine gesamte Tiefe des evakuierten Bereichs 130 erstrecken und gemäß diesem Ausführungsbeispiel den Deckel 116 gegenüber dem dritten Schichtblech 108 abstützen. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass eich der Deckel 116 aufgrund eines in dem Spalt 114 herrschenden Unterdrucks flächig an das sechste Schichtblech 112 anlegt. Die Tragstruktur 132 kann Rippen, beispielsweise 8,0mm Rippen als Tragstruktur bzw. Stützelement aufweisen.

Gemäß diesem Ausführungεbeispiel weist der erste Fluidkanal 120 einen rechteckigen Querschnitt auf und erstreckt sich über die Schichtbleche 104, 106, 108, 110. Die zweiten Fluidkanäle 122 weisen jeweils L-förmige Querschnitte auf und erstrecken sich Ober die Schichtbleche 104, 106. Der evakuierte Bereich 130 weist einen rechteckigen Querschnitt auf und erstreckt sich über die Schichtbleche 110, 112 und offen gegenüber dem Spalt 114.

Der evakuierte Bereich 130 kann ursprünglich direkt oder über den Spalt 114 über eine oder eine Mehrzahl von Entlüftungsöffnungen mit einer Umgebung des Kontaktelements verbunden sein. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel berührt der Deckel 106 die zweite lotführende Schicht 106. In dieser Berührungsfläche kann beispielsweise eine Entlüftungsöffnung angeordnet sein. Durch die Entlüftungsöffnung können der evakuierte Bereich 130 und der Spalt 114 während der Herstellung evakuiert werden. Die Evakuierung kann während eines Lötprozesses erfolgen, bei dem die aufeinandergestapeiten Schichten 102, 104, 106, 108, 110, 112, 114, 116 in einem Lötofen miteinander verbunden werden. Dabei können die zwischen den einzelnen Blechen angeordneten dünnen Schichten mit Lot aufschmelzen und bei Abkühlen eine dauerhafte Verbindung zwischen den aufeinanderge9tapelten Schichten 102, 104, 106, 108, 110, 112, 114, 116 schaffen. Dabei kann das aufgeschmolzene Lot in oder Über die Entlüftungsöffnung fließen und diese beim Erkalten dauerhaft verschließen. Wird der Lötprozess als Vakuum-Lötprozess ausgeführt, so kann das Evakuieren und Verlöten in ein und demselben Prozessschritt durchgeführt werden.

Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht einer Vorrichtung zur Temperierung eines Ener- giespeichβrs gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Er- findung. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die Vorrichtung als eine Kühlplatte mit Vakuumi3θlierung ausgebildet.

Die Vorrichtung entspricht der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung, wobei anstelle der in dem evakuierten Bereich 130 angeordneten Tragstruktur Sicken 232 im Deckel 116 als Abstandshalter und Verstärkung bzw. Tragwerk angeordnet sind. Die Sicken 232 können als Dellen oder Vertiefungen in dem Deckel 116 ausgebildet sein. Im Bereich der Sicken 232 kann der Deckel 116 an das sechste Schicbtblech 112 anliegen. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass sich der Deckel 116 aufgrund eines in dem Spalt 114 herrschenden Unterdrucks flächig an das sechste Schichtblech 112 anlegt. Ein weiterer Unterschied zu dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel besteht darin, dass gemäß diesem Ausführungsbeispiel das zweite Schichtblech 106 anstelle des sechsten Schichtblechs 112 einseitig lotplattiert ausgebildet sein kann.

Fig. 3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung einer Temperiervorrichtung für einen Energiespeicher, wie sie beispielsweise in den Figuren 1 und 2 gezeigt ist.

In einem ersten Schritt 331 kann ein Kontaktelement mit einer Kontaktfläche zum Bereitstellen einer thermischen Kopplung zu dem Energiespeicher bereitgestellt werden. In dem Kontaktelement kann mindestens eine Hohlkammer angeordnet sein, die eine Entlüftungsöffnung aufweist. Ferner kann in dem Kontaktelement mindestens ein Fluidkanal angeordnet sein. In einem zweiten Schritt 332 kann die Hohlkammer über die Entlüftungsöffnung evakuiert werden. In einem dritten Schritt 333 kann die Entlüftungsöffnung und somit die Hohlkammer mittels eines Lötprozesses dauerhaft verschlossen werden.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel des Verfahrens zur Herstellung einer Tern- periervorrichtung für einen Energiespeicher, können in die gelöteten Bauteile, z.B. einer Kühlplatte, Bereiche integriert werden, die vor dem Lötprozess evakuiert werden und durch den Lötprozess dicht verschlossen werden, so dass nach Abkühlung abgeschlossene evakuierte Bereiche verbleiben. Dies kann beispielsweise durch kleine Löcher erfolgen, durch die eingeschlossenes Gas beim Evakuieren entweichen kann, die aber im anschließenden Vakuumlötprc- zess durch benachbart angeordnetes Lot verschlossen werden. Günstig ist dazu eine zumindest teilweise Aufrechterhaltung des Vakuums während der Abkühlung. Weiterhin sollten die Bauteile geeignet strukturiert sein, damit sie durch die evakuierten Bereiche nicht kollabieren oder sich störend verformen.

Statt der Löcher können auch Rändel oder Kerbstrukturen in den Lot- oder Bau- teiloberflächen zur Entgasung verwendet werden, die so klein sind bzw. von der Lötlage her so günstig angeordnet sind, dass sie durch das Lotangebot verschlossen werden können.

Die beschriebenen Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt und können miteinander kombiniert werden.