温度控制元件的制作方法
【专利说明】温度控制元件
[0001] 本发明涉及一种具有导热表面和隔热表面的温度控制元件，且涉及一种用于生产 所述温度控制元件的方法，并涉及温度控制元件在锂离子蓄电池中的使用。
[0002] 温度控制元件（尤其冷却元件）原则上是从现有技术已知的且被用于多种 热发射组件，诸如，蓄电池（Batterien)、燃料电池、半导体器件或电气部件。因此，DE 102007034740A1描述了一种燃料电池单元，其中用于冷却分插口（Stromabgriffs)的冷却 装置被布置在极板处以防止由于从外部输入的热量造成的隔膜变干，其中该冷却装置具有 用于冷却介质的冷却通道。此外，DE 112007000829T5描述了一种用于功率转换器的冷却 器，其中该冷却器具有用于布置一个热量生成元件、一个热量耗散部件和两个流动路径配 置部件（iStromingSWeg-Gestaltungsbauteile)的基底，使得冷却剂可以与热量耗散部 件接触。
[0003] 最近几年，提出了多种尤其用于冷却锂离子蓄电池的概念。锂离子蓄电池构成用 于电能量存储的关键部件，诸如例如用于混合或电动车辆。由于锂离子蓄电池的较高的功 率和能量密度、非常紧凑的尺度、高充电和放电效率以及它们的高循环能力，因此锂离子蓄 电池优于常规电能量存储系统。然而，锂离子蓄电池仅在-10°c到40°C之间的温度窗口内 有效地运行。在40°C以上，使用寿命显著减少，而在-10°C以下功率下降且效率显著降低。 因此，为了实现关于使用寿命和效率的要求之间的令人满意的平衡，必然需要锂离子蓄电 池的充足的热调节。
[0004] 根据现有技术（参考，例如，Thermomanagement bei Hybridfahrzeugen"，Behr GmbH&Co. KG, Stuttgart, Technischer Pressetag 2009 ；^H〇ffllUIlgStragdr Lithium- Batterie" [，Fraunhofer-Gesellschaft, Presseinformation 15. 03. 2012)，迄今已经提出 使用如下方法控制锂离子蓄电池的或布置在锂离子蓄电池内的个体锂离子电池的温度：使 用冷却的空气或将冷却板形式的附加蒸发器布置在蓄电池中或使用热交换器以借助于在 次级回路中的蒸发制冷器冷却蓄电池或电池。尽管有许多优点，但是这些冷却概念也具有 缺点，且因此需要一种改进的温度控制元件。虽然现有技术总体描述了用于蓄电池或其他 热量生成部件的冷却系统，但是如果操作温度下降到-l0°C以下，则不能够使用这些系统用 于加热例如锂离子蓄电池。
[0005] 迄今现有技术未令人满意解决的另一个问题在于使用的材料。虽然冷却介质流经 的金属管（例如，扁铝管）常常被用于锂离子蓄电池，金属板（例如，铝板）被锡焊到所述 管上，进而个体锂离子电池被粘附到所述金属板上，冷却板的电绝缘（换言之，尤其电击穿 强度）依然未得到解决。另一方面，在电绝缘材料（诸如，塑料）的情况下，存在通过电绝 缘材料和隔热材料将热量从锂离子电池传递到冷却介质的问题。在由塑料组成的冷却板的 情况下，从生产工程学的角度来看，必然需要特定最小层厚度，且其尺寸标注阻碍了热量传 递。
[0006] 因此，本发明的目标是提供一种温度控制元件，该温度控制元件克服了现有技术 的缺点且提供令人满意的温度控制同时伴有良好的电绝缘。此外，本发明的目标是指明一 种用于生产这样的冷却元件的方法以及提供一种使用所述冷却元件的锂离子蓄电池。
[0007] 在前言中提及的类型的温度控制元件的情况下，第一个目标是凭借一一提供金属 板和塑料主体的材料组合一一实现的，其中温度控制介质可以在其中设置的通道内流经该 温度控制元件。
[0008] 第二个目标是通过一种用于生产温度控制元件的方法实现的，在该方法中，首先， 通过用于主体的塑料围绕金属板，从而形成用于温度控制介质的至少一个通道，且最后通 过连接部件的安装完成温度控制元件。
[0009] 在本发明的第一方面，尤其通过一种具有导热表面（3)和隔热表面（5)的温度控 制元件（1)实现了上文提及的第一目标，该温度控制元件（1)包括：
[0010] --个金属板（7)，所述金属板被布置在所述导热表面（3)处且所述金属板在其面 向所述导热表面（3)的侧面处具有隆起（9)，
[0011] --个由塑料构成的主体（11)，所述主体被大体上布置在所述隔热表面（5)的侧 面上且所述主体至少部分地围绕所述金属板（7)，
[0012] 其中至少一个用于接收温度控制介质的连续通道（13)以如下方式在所述金属板 (7)和所述主体（11)之间形成，即，所述至少一个通道（13)的至少一个壁由所述金属板 (7)形成且所述至少一个通道（13)的其余壁由所述主体（11)形成，其中所述至少一个通道
[13] 从所述主体（11)的一个端面（15a)延伸到一个相对的端面（15b)，
[0013] -两个由塑料构成的连接部件（17a，17b)，所述连接部件分别被布置在所述端面 (15a，15b)处且将所述至少一个通道（13)连接到一个温度控制介质回路，
[0014] 其中所述温度控制元件（1)被设计成使得所述主体（11)在其面向所述导热表面 (3)的侧面处至少在不具有隆起（9)的区域内围绕所述金属板（7)，且使得所述主体（11) 至少部分地在边缘处围绕所述金属板（7)。
[0015] 本发明基于以下见解：金属板（7)和塑料主体（11)的特定组合可以导致一方面从 一个待被温度控制的物体到温度控制介质的良好的热量传递和另一方面足够的电绝缘之 间的最佳平衡。此外，通过根据本发明的组合提供了一种重量轻的温度控制元件。
[0016] 出人意料地发现，用根据本发明的温度控制元件（1)，不仅有可能可靠地且根据外 部环境冷却待被温度控制的物体，而且有可能在特定限制内（例如，为了能够设定甚至在 低外界环境温度下的最佳运行温度）加热待被温度控制的物体。出于此目的，在温度控制 元件外部相应地设定流经至少一个通道（13)的温度控制介质的温度。为了最佳地控制物 体的温度，金属板（7)在其面向导热表面（3)的侧面具有隆起（9)，所述隆起在由塑料组成 的主体（11)中构成一个热桥（thermische Brilcke)。
[0017] 下文更精确详细地呈现了本发明。
[0018] 在本发明的意图中，"导热表面"被理解成温度控制元件（1)的大体上接触待被温 度控制的一个物体（或多个物体）的一侧。待被温度控制的物体和温度控制介质之间的热 量传递在导热表面（3)处发生。相反，"隔热表面"被理解为温度控制元件（1)的另一侧，该 另一侧大体上通过由塑料构成的主体（11)形成。
[0019] 措辞"金属板（7) "（其被布置在导热表面（3)处）应被理解为使得金属板（7)至 少部分地形成导热表面（3)，直接地接近导热表面（3)或至少与其有一距离地靠近。
[0020] 金属板（7)被设计成大体上平面的，优选地具有矩形基本形状，其中金属板（7) 的长度和宽度大于其厚度多倍。在一个优选的实施方案中，金属板（7)具有8cmX5cm到 800cm X 500cm之间的尺度。
[0021] 金属板（7)具有的隆起（9)可以具有任意几何形状。然而，出于生产工程学的原 因，大体上矩形的几何形状已经证明对于隆起（9)是适合的。
[0022] 在金属板（7)和塑料主体（11)的根据本发明的组合中，金属板（7)起导热作用， 而塑料起电绝缘且确保机械强度和温度控制元件（1)的密封性的作用。因此，主体（11)的 尺度被选择成使得它们与所选择的塑料一起产生足够的机械强度。已经证明如果主体（11) 具有在0. 5cm到10cm之间、优选地在lcm到3cm之间的厚度则是有利的。
[0023] 主体（11)的塑料至少部分地围绕金属板（7)，换言之，该主体的塑料至少覆盖金 属板（7)的面向导热表面（3)的侧面的不具有隆起的那些区域。此外，主体（11)的塑料至 少在两个相对的端处封闭金属板（7)，使得金属板（7)被固定地保持在塑料主体（11)内。 此外，除了金属板（7)的机械保持之外，具有塑料的封闭体也在边缘处确保电绝缘。用塑料 封闭的至少两个相对的边缘尤其在所述端面（15a，15b)之间延伸。
[0024] 温度控制介质流经的至少一个连续通道（13)被设置在温度控制元件（1)的内部。 通道（13)从一个端面（15a)延伸到相对的端面（15b)且被设计成使得通道（13)的至少一 个壁由金属板（7)形成，而剩下的壁由塑料主体（11)形成。此布置确保温度控制介质与板 (7)的高度导热金属直接接触，从而确保最佳热量传递。通道壁不必被实施为直线的和/或 平面的。根据温度控制元件（1)的安装几何结构，通道还可以以弧形形式延伸和/或通道 壁可以具有曲率。此外，通道横截面不必被实施为矩形，而是在原则上可以具有任意几何形 状。