冷却设备、系统、车辆的制作方法

本发明涉及带有包括散热器的冷却设备和布置在所述冷却设备上的待冷却的热源的用于车辆的系统、用于布置在或可布置在冷却设备上的待冷却的热源的带有散热器的用于车辆的冷却设备、带有热源和冷却设备的车辆，以及对应的制造方法。

背景技术：

本发明在下文中主要结合车辆内的开关盒、车辆电池或电池模块描述。但应理解的是本发明可使用在任何必须冷却电气和/或电子组件的应用中，特别是在高转换功率的高压系统内。

例如用于高压能量存储器的电气(高压)开关盒由于高电流和部件电阻而受到热负荷。在此，开关盒的工作能力受到出现的最大温度限制。为实现有效的散热，因此部分地将部件通过已连接的导电轨热连结到散热器上，所述散热器例如为壳体或专用的(主动)冷却结构。

为保证高压模块、如开关盒或电池模块与冷却器或导热的部件之间存在的公差，对应地使用所谓的填缝物或缝隙垫。这补偿了不平整，且因此保证了电池模块的平的热连结。也可形成电绝缘。

缝隙垫是可放入的形状稳定的垫。缝隙垫可提供为粘性的以及非粘性的缝隙垫。但此材料的大的缺点是必须将其压缩到一定的最小尺寸，以保证完全的公差补偿。这又要求高的力，此高的力不能或不能充分地被基底(例如冷却器的底板)接收。此外，缝隙垫的缺点是尽管压缩仍具有比填缝物更大的厚度，这在热阻方面是明显不利的。

所谓的填缝物是胶状或膏状材料，所述材料被涂覆且在压缩时由于融合保证模块的平的连结。在此，优点是此力明显比缝隙垫的情况更低。但填缝物的缺点是所述填缝物将构件粘合或在构件之间导致至少结合，且因此使得拆卸困难或甚至无法进行。

在公开文献de102013207534a1中给出了在电池单元和冷却板之间使用导电胶和填缝物，以此保证了平的接触和稳定的连接。导电胶与填缝物不同在此不形成电绝缘。在此，有意使用了稳定的、仅能以很困难的方式拆卸的连接。

利用缝隙垫的常规的解决方案通常是有问题的，因为导电轨和壳体之间的缝隙宽度可能取决于公差而明显地变化。缝隙垫的厚度在此取决于可能的最大尺寸，以此在出现最小公差尺寸时可能出现很高的力，此力不能被结构吸收。如果例如由于公差而需要很大的厚度，但缝隙垫通常不应被压缩超过50％，则缝隙垫的使用也部分地是不可行或无意义的。利用填缝物的解决方案虽然最小化了高的初始力的问题，但此解决方案仅在很高的件数下才是有意义的，因为通常所需的定量配给设备的成本很高。此外，需要例如保护膜形式的附加措施，以保证电绝缘。

使用基于硅胶很软的且耐温的缝隙垫和填缝物的已知的解决方案的另外的缺点可能是硅胶中的挥发性成分，因为此挥发性成分可能不利地影响电开关接触。由此，其应用经常是危险的。

技术实现要素：

因此，本发明要解决的技术问题是，通过使用构造上尽可能简单的方式实现用于高压装置的有效冷却，所述有效冷却克服或至少最小化了所述挑战。

此技术问题通过独立权利要求的对象解决。本发明的有利的改进方案在从属权利要求、说明书和附图中给出。特别地，一个权利要求类别的独立权利要求也类似于另一个权利要求类别的从属权利要求扩展。

根据本发明的系统包括带有散热器的冷却设备和布置在冷却设备上的热源。系统设置为使用在车辆内。因此，热源可以是车辆的部件，例如马达、控制设备、开关设备或高压装置。冷却设备此外具有不导电的部件支架，导热的固定装置以及导热的填缝物。与部件支架机械连接的固定装置设置为将热源与散热器机械或热耦连或连接。填缝物布置在固定装置和散热器之间，以实现或改进从固定装置到散热器内的热传输。

根据本发明的冷却设备具有散热器。冷却设备可布置或布置在待冷却的热源上，特别是车辆的热源。冷却设备包括不导电的部件支架，与部件支架机械连接的导热的固定装置以用于将热源与散热器热且机械耦连，以及布置在固定装置和散热器之间的导热的填缝物。固定装置特别地设置为将热源与散热器可拆卸地耦连。因此，固定装置具有双重功能。

根据本发明的车辆包括热源以及在此所述的布置在热源上的冷却设备的变体。

车辆可具有一系列装置，所述装置由于在装置处的做功或由于装置处引入的能量具有高发热的倾向。此装置可例如是用于高压存储器的电开关盒，所述装置由于高电流和部件电阻而受到热负荷。由此出现的最高温度则限制了电开关盒的工作能力。对于有效的散热，有利的是将部件通过所连接的导电轨直接热连结到热源上。散热器可例如是壳体或另外的冷却结构。

部件支架可以是无论如何总是存在的装置。在此，部件可例如是按预安装组件的意义组装的开关盒。部件可螺纹连接在部件支架内或通过固定装置连接。这也适用于部件支架和散热器的连接。

机械部件可具有相对大的机械公差。因此，导电轨和限定的散热器之间的间隙尺寸可处在大的公差范围内。对于有效的热输出，应克服对应的间隙尺寸，同时必须在多个应用领域中保证电绝缘。

固定装置可以是螺钉或销。在此，在螺钉或销上可形成头部。螺钉头或销头可具有使所述螺钉头或销头平面靠放在热源的表面上的侧面。通过大的接触面可实现良好的热连结。因此，固定装置可以仅是已存在的固定装置，所述固定装置对于附加的热传输被优化。热流可通过固定装置在散热器的方向上被传输。

在此，在部件支架内可设置与固定装置的机械耦连。如果固定装置是螺钉等，则在部件支架内可设置匹配的螺纹孔或螺母，以可将固定装置与部件支架可靠地连接。

如果固定装置是销等，则在部件支架内可设置具有相应配合的配合衬套。用于固定装置在散热器内的接收部在此可以是带有过盈尺寸的圆柱形孔。通过可构造得相对大的圆柱形面，因此可实现到散热器的很高的热传输，特别地因为在固定装置和作为用于固定装置的接收部的带有过盈尺寸的圆柱形孔之间可布置填缝物。在此，填缝物实现了在固定装置和散热器之间的如上所述的很好的热传输。填缝物平面地靠放在固定装置和散热器上，且在此具有高的传热系数。

固定装置和散热器之间的中间空间在此可以以原始状态为流体的填缝物材料填充，所述填缝物材料浮动地承担了热传导和公差补偿。附加地，如果不另外地设置电绝缘，则填缝物可承担热源和散热器之间的电绝缘。

热源和散热器之间的连接的机械固定可例如通过位于其间的部件支架内的衬套实现。部件支架可基本上由塑料制成。因此，可简单地实现部件支架的电绝缘。

如所建议将机械连结与热连结组合以用于热传输由于有效地降低了峰值温度(热点)而有利地实现了载流能力的最大化。在此，热连结可带有很高的效率。同时，热连结的实现几乎不受力且具有很大的公差补偿。与热连结的另外的解决方案不同，该热连结不具有磨损风险。同时，此解决方案能以很低的结构空间需求实现，因为可整合到总是存在的螺纹连接上。

散热器可以是用于热源的壳体或此壳体的一部分。在此，壳体可具有冷却肋部，以通过提高的表面积实现改进的热输出。在此，壳体可替代地或补充地连接到主动冷却装置上。替代地，散热器也可直接是主动冷却装置。

冷却设备可具有用于接收固定装置的孔，其中孔的内径具有相对于固定装置的被接收在孔内的部段的外径的过盈尺寸。在由过盈尺寸决定的处在冷却设备和固定装置之间的中间空间内可布置导热的填缝物，以实现热源到冷却设备上的电绝缘的以及导热的连结。

为实现散热器与热源的电绝缘，在一个实施例中提供了电绝缘的填缝物。替代地或补充地，在散热器和填缝物之间可布置电绝缘的导热薄膜。导热薄膜可以尤其是由塑料或金属制成的具有很小的厚度且很大的面积的薄膜。因此，导热薄膜可以是弹性的，以可容易地与高压装置或冷却设备的散热器的表面匹配。导热薄膜的厚度可在大约4μm至大约1mm之间。在此，导电薄膜的厚度取决于所使用的材料和电气特性。导电薄膜也可具有多个由不同的材料制成的层。有利地，导热薄膜的厚度最大为500μm。在特别有利的实施形式中，导热薄膜的厚度在大约10μm至大约100μm之间的范围内，特别有利地在10μm至55μm之间的范围内。通过材料选择和薄膜的厚度，可影响例如电绝缘、导热能力、抗刺穿性以及耐磨性的特征，例如保护不受磨损，且与应用匹配。

导热薄膜的一个有利的实施形式是聚酰亚胺薄膜。例如具有45μm至55μm之间的厚度的此类薄膜在de69705048或de69702867中描述为用于另外的应用情况等。此类薄膜为以商品名kapton-folie由dupont公司销售的薄膜等。

在特别的实施形式中，导热薄膜可包括有机基质。在此，有机基质可例如理解为如下：聚丙烯(pp)、热塑性聚氨酯(tpu)、聚苯硫醚(pps)、聚碳酸酯(pc)、聚酰胺(pa)或聚对苯二甲酸乙二酯(pbt)。替代地，导热薄膜可以是例如铝箔的金属薄膜。此外，导热薄膜可以是附加的石墨薄膜。

在特别的扩展中，导热薄膜被纤维强化。为此，可使用由玻璃、碳或例如芳纶制成的纤维，其中纤维强化具有织物、多轴向布(multiaxialgelegen)及其组合的形式。以此，可改进抗刺穿性。纤维强化也可有效地保护磨损或改进此类磨损保护。

根据本发明的构思也可使用在方法中。用于热源与带有散热器的冷却设备的热结合的制造方法包括如下步骤：提供、连接以及布置。在步骤“提供”中，提供用于车辆的热源以及带有散热器的冷却设备和不导电的部件支架。然后，将热源与冷却设备的部件支架通过导热的固定装置连接，以将热源与散热器热耦连且机械耦连。在固定装置和散热器之间布置导热的填缝物。

附图说明

下文中通过参考附图解释本发明的有利的实施例。各图为：

图1示出了带有导电轨的高压装置的示意性图示，所述高压装置通过缝隙垫连结到导热的壳体上；

图2示出了根据本发明的实施例的与冷却设备耦连的高压装置的示意性图示；

图3示出了根据本发明的实施例的与冷却设备耦连的高压装置的细节图示；

图4示出了根据本发明的实施例的带有冷却设备的车辆的示意性图示；和

图5示出了根据本发明的实施例的带有冷却设备的系统的制造方法的流程图。

附图仅是示意性图示，且仅用于解释本发明。相同的或作用相同的元件在各处提供有相同的附图标号。

具体实施方式

图1示出了高压装置100通过缝隙垫104与冷却设备102上的连结，如从现有技术中已知的情况。两个高压部件106通过导电轨108相互耦连。导电轨108设置为导出在高压部件106内产生的热。高压部件106例如是保护器、分流器、导电轨、保险装置和过渡电阻。高压部件106也可一般性地称为构件。问题也在高压区域以下出现，使得在此所图示的情况在那些情况下也可应用。冷却设备102具有壳体112作为散热器110，所述壳体112保护高压装置100且同时允许大面积的散热辐射。高压装置100在壳体112内的附加的机械固定在此未图示。

在高压装置100内，例如在高压控制盒内，由于流过高压部件106的电阻的高电流而导致高热负荷。因此，高压部件106是热源114。为避免高压部件106的损坏，温度不应超出确定的极限。在高压部件106处出现的温度因此通常限制了高压装置100的工作能力。

图2示出了热源114到散热器110的连结的替代的解决方案。高压装置100包括两个布置在导电轨108上的高压部件106。高压部件106本身是热源114，所述热源将所产生的热能输出到导电轨108上。导电轨108的冷却最终将连结到所述导电轨108上的高压部件106冷却。壳体112起到散热器110的作用。此外设置了固定装置220，所述固定装置220将热源114与散热器110耦连。在固定装置220和壳体112之间，即在固定装置220和散热器110本身之间，布置了导热的填缝物222。高压装置100和壳体112之间的通过固定装置220的机械连接在图3中详细图示。

因此，图3详细示出了热源114和散热器110之间的热耦连和机械耦连。系统300包括包含散热器110的冷却设备102和布置在所述冷却设备102上的待冷却的导电轨108。导电轨108代表了热源114。冷却设备102具有部件支架330以及作为散热器110的壳体112。部件支架330不导电。固定装置220将导电轨108与冷却设备102机械耦连以及热耦连。固定装置220成形为螺钉。固定装置220的螺钉头平面地靠放在导电轨108上，且因此实现了从导电轨108到固定装置220内的良好的热传输。在部件支架330内布置了螺纹332(例如具有螺母的形式的螺纹)以用于接收且机械耦连设计为螺钉的固定装置220。如果部件支架330由塑料例如在注塑过程中制成，则螺纹也可包封注塑插入部分。在替代的、未示出的实施例中，固定装置220成形为销。在此情况中，可在部件支架330中注塑入衬套而作为螺纹332的替代，使得在固定装置220和衬套之间形成压配合。

冷却设备102在壳体112内具有孔334。孔334的内径336大于固定装置220的沉入到孔334内的部段340内的固定装置220的外径338。因此，通过孔334的内径336相对于固定装置220的外径338的过盈尺寸形成了中间空间342，所述中间空间342以填缝物222填充。填缝物222具有高的导热能力，且优化了固定装置220和散热器110之间的传热系数。因此，实现了从导电轨108和布置在所述导电轨上的(在此未图示的)高压部件106到散热器110或壳体112的热流，即从高压装置100到散热器110或壳体112的热流，且相应地为高压部件106散热。

原理在下文中以其它表述再次描述。从热源114到散热器110的连接因此通过螺钉或销进行，在此概括为固定装置220。螺钉(固定装置220)在此在壳体侧(壳体112)沉入到孔334内。孔334具有过盈尺寸，此中空空间(中间空间342)以填缝物材料222填充以用于热连结和电绝缘。通过使得填缝物222在安装状态中是或可以是流体或根据构思也持久地为膏状，可实现在小的力的情况下的高的公差补偿。通过填缝物层上的圆柱形传输面，实现了很好的热传输(相对大的面积)。

对应于图1中所图示的热连结的热连结的算例：

热阻缝隙垫rth＝厚度/(导热率x连结面积)＝3[mm]/([w/mk]x20[mm]x20mm))＝7.5[k/w]

与对应于图2和图3中图示的实施例的热连结相比：

带有填充物的热阻螺钉(估计)：大约6[k/w]

这包括：靠放螺钉(m16)环面～1[k/w]；

通过30mm长的钢螺钉的热传导～3[k/w]，和

热阻填缝物(圆柱形周面，2mm厚度)～2[k/w]

根据精确的几何加工，这可能变化；但计算显示了相对于图1所示缝隙垫的潜能。

螺钉(固定装置220)相对于孔334的定心在此通过部件支架330进行。螺纹连接自身也在部件支架330内例如通过压入的衬套332进行；为进行热传输，使用伸出的部段(部段340)。此外，对于此方式的热连结，有利的是可将总是存在于构造中的螺纹连接或连接位置同时用于热连结。连接可因此很节约空间地实施。相对于常规的解决方案(使用填缝物，构造上与所述缝隙垫结构可比较)，优点是通过借助于部件支架330的定心和(主要的)径向热传输，可省去否则需要的附加的保护薄膜(用于电绝缘的空气距离和爬电距离通过定心和孔/螺钉的相应尺寸保证)。

在构思中此外可构想高的自动化程度。特别地，通过将填缝物材料填充到孔内，在此与常规的解决方案相比不存在材料例如在安装期间从圆顶流动的风险。如果连结导电轨，则这在“自由”面上进行，这相对困难(而轮廓的填充例如是简单的)。材料此外以预先给定的体积限定地引入。这因此实现了更宽的材料选择范围，因为否则由于较低的稳定性许多材料类型不可选择。

由于所述的原因(取消保护薄膜，高的自动化程度)，实际上认为尽管具有与常规的解决方案相比的更高的热性能，但也出现了成本优点。

与从现有技术中已知的类似于图1中图示的解决方案相比，图3中图示的实施例的另外的优点是节约空间(且因此可将高压装置100实施为更小)，因为在冷却设备102内不必存在用于冷却的分开的面。部件支架330内的螺纹连接总是需要的，仅实施为更长的螺钉(固定装置220)在壳体112内需要一些空间(但不在面内)。这也导致附加的优点，即导电轨108不必弯曲且“引导”到壳体112上，由此在此也实现了成本节约。

图4示出了带有热源114和根据本发明的实施例的冷却设备102的车辆450。热源114在实施例中是高压装置100，例如高压能量存储器、高压控制盒或高压开关盒。

图5示出了用于将热源连结到带有散热器的冷却设备上的方法的流程图。在第一步骤s1中，提供用于车辆的热源以及带有散热器的冷却器和不导电的部件支架。在随后的步骤s2中，通过导热的固定装置将热源与冷却设备的部件支架连接，以用于热源与散热器的热耦连和机械耦连。最后，在最终的步骤s3中，在固定装置和散热器之间布置导热的填缝物。在此，步骤s2和s3也可在次序上交换，即例如将填缝物引入到散热器的孔内，且然后使固定装置的一个部段延伸到已部分地以填缝物填充的孔内。

因为在此详述的设备和方法是实施例，所以所述设备和方法以通常的方式可由专业人员在宽范围内修改，而不偏离本发明的范围。特别地，单独的元件的相互机械布置和尺寸关系仅是示例。

附图标记列表

100高压装置

102冷却设备

104缝隙垫

106高压部件

108导电轨

110散热器

112壳体

114热源

220固定装置

222填缝物

300系统

330部件支架

332螺纹，衬套

334孔

336内径

338外径

340部段

342中间空间

450车辆

s1、s2、s3方法步骤