用于电池组模块的集成冷却元件

本发明涉及用于至少一个放热元件的外壳，其包括壳壁、用于容纳所述至少一个放热元件的与壳壁相连的支座和布置在壳壁的与支座相反的一侧并与壳壁相连的冷却体。放热元件优选是电能存储体。本发明同样涉及具有这样的外壳的车辆，优选电动车辆。

在如电动车辆中所用的电池组模块的运行过程中，电池组模块可变热。因此将电池组模块冷却以提高寿命和改进效率。

在电池组模块内，将电池组电池安置和固定在所谓的电池支座中。这些可例如由塑料制成。在电池下方，通常照惯例借助由铝制成的板式换热器进行冷却。通常，因此存在上部和下部，上部具有固定在电池支座中的电池，下部实现冷却。传热区最终是板。夹紧各个零件并集成到电池组外壳中。

也存在这样的变体，其中电池支座和外壳一体制造并照惯例在其下方借助由铝制成的板式换热器进行冷却。

DE 10 2014 201165 A1涉及具有许多彼此电连接的电池组电池的电池组模块，其中借助调温流体对各个电池组电池进行调温。调温流体流经其中的通道系统在电池组电池之间行进，并且排气系统与电池组电池的通道系统分开。

DE 10 2014 221684 A1公开了用于容纳多个电池组电池，特别是锂离子电池组电池的外壳，其中该外壳，特别是塑料外壳包括具有用于冷却电池组电池的空气流的入口位置和出口位置的冷却装置。该外壳与集成到外壳中的冷却装置一起被设计为一件式部件，其中冷却装置另外具有用于布置所有要容纳的电池组电池的间隔板，其中在电池组电池之间具有可传导空气的间隙，因此为空气流提供在电池组电池之间的空气通道。

本发明的一个目的是提供在制造上简单的用于放热元件的外壳。

根据本发明，通过如权利要求1中所述的外壳实现该目的。本发明还提供如权利要求12中所述的方法和如权利要求13中所述的系统。在从属权利要求中给出有利的进一步扩展方案。它们可以任意组合，只要上下文没有明确指出相反的意思。联系外壳论述的实施方案也可用于方法和系统。

用于至少一个放热元件的外壳包括壳壁、用于容纳所述至少一个放热元件的与壳壁相连的支座和布置在壳壁的与支座相反的一侧并与壳壁相连的冷却体。壳壁、支座和冷却体一起作为一件式部件存在。冷却体具有至少一个用于冷却介质的通道。冷却体因此具有模制到壳壁上的结构。对本发明而言，“布置在壳壁的相反一侧”是指冷却体布置在外壳的外侧，而支座布置在外壳的内侧。至少冷却体的材料包含具有≥ 0.2 W/(m K)的根据ASTM E1461-01测定的热导率的第一热塑性聚合物。如果在本申请中提到“热导率”，始终是指贯穿平面的热导率。在此，“聚合物”被理解为是指“聚合物组合物”。因此，冷却体的至少一个子区域由具有≥ 0.2 W/(m K)的根据ASTM E1461-01测定的热导率的热塑性组合物组成。优选的是整个冷却体由第一热塑性聚合物组合物组成。

该外壳可容易地在注射成型法中生产，因为壳壁、支座和冷却体一起一件式存在。第一热塑性聚合物组合物的热导率优选为≥ 0.2 W/(m K)至≤ 20 W/(m K)，更优选≥0.3 W/(m K)至≤ 16 W/(m K)，特别优选≥ 0.4 W/(m K)至≤ 8 W/(m K)。

该一件式外壳元件可由相同材料制成。但是，也可以使用不同材料，然后将这些通过材料配合的方式彼此相连以获得一体式外壳。为了排出热而设置，至少冷却体的材料包含上文提到的导热的热塑性聚合物组合物。

生产根据本发明的外壳的方法包括在注射成型法中作为一件式部件生产壳壁、支座和冷却体的步骤。在此也可使用不同材料或整体相同的材料（第一热塑性聚合物组合物）。

关于制造，所有相关零件可优选由两步或甚至由仅一步制成。由此简化了模块的组装和制造。

系统包括根据本发明的外壳和容纳在外壳的支座中的放热元件。该放热元件优选是电能的电化学存储体或电能的电化学源。特别合适的存储体是超级电容器/超级电容或蓄电池，如锂-聚合物蓄电池，特别合适的来源是燃料电池，如聚合物电解质燃料电池和直接甲醇燃料电池。

在一个实施方案中，第一热塑性聚合物组合物的聚合物选自聚碳酸酯、聚酰胺、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚苯硫醚、聚丙烯或至少两种上文提到的聚合物的混合物。

优选的是，所有参与传热的元件都由基于聚碳酸酯的材料组成。由此可实现与常规冷却相比传热表面的显著增加。类似材料的使用与在接点处类似的热膨胀系数相关联。由此可实现材料之间的直接接触，从而与已知的现有技术相比可降低传热阻力。关于长期稳定性，聚碳酸酯的尺寸精度也是有利的。

优选的聚碳酸酯是芳族聚碳酸酯、具有大多衍生自芳族醇的结构单元的聚碳酸酯、聚酯碳酸酯、和包含上文提到的聚碳酸酯作为主要组分的共混物。优选的聚碳酸酯具有22000至29000 g/mol的重均分子量Mw。在此，通过使用二氯甲烷作为洗脱剂对照双酚A聚碳酸酯标样校准的凝胶渗透色谱法测定Mw值。优选通过双酚化合物与碳酸化合物，特别是光气的反应，或通过使用碳酸二苯酯或碳酸二甲酯的熔融酯交换法制备聚碳酸酯。

在此特别优选的是基于双酚A的均聚碳酸酯和基于单体双酚A和1,1-双(4-羟苯基)-3,3,5-三甲基环己烷的共聚碳酸酯，例如来自Covestro Deutschland AG的Apec®。

优选聚酰胺的实例是PA-6,1、PA-6,T、PA-6,6、PA-6,6/6T、PA-6,6/6,T/6,1共聚酰胺、PA-6,T/2-MPMDT共聚酰胺、PA-9,T、PA-4,6及其混合物或共聚酰胺。

在另一个实施方案中，第一热塑性聚合物组合物含有具有根据ISO 1133-1:2012-03（300℃，1.2 kg）测定的8至20 cm³/(10 min)的熔体体积流动速率MVR的聚碳酸酯。这种MVR优选为15至20 cm

在另一个实施方案中，第一热塑性聚合物组合物含有选自氧化铝、氮化硼、氧化硅、高岭土、滑石或至少两种上文提到的填料的混合物的填料。这样的填料用于提高聚合物组合物的热导率。当然，第一热塑性聚合物组合物可含有其它添加剂，如稳定剂、流动改进剂、脱模剂、紫外线吸收剂、阻燃剂等。这种含添加剂的聚合物还可整体被视为“第一热塑性聚合物”，即不必人为区分大分子和添加剂；“聚合物”和“聚合物组合物”在此具有相同含义。优选的组合是聚碳酸酯与氮化硼、聚碳酸酯与高岭土或聚碳酸酯与滑石。

所用氮化硼可以是立方氮化硼、六方氮化硼、非晶氮化硼、部分结晶的氮化硼、乱层氮化硼、纤锌矿氮化硼、菱方氮化硼和/或其它同素异形形式，其中优选的是六方形式。

上文提到的导热填料优选具有1 μm至100 μm，优选3 μm至60 μm，特别优选5 μm至30 μm的通过激光散射测定的附聚粒度（D(0.5)值）。在激光散射中，通过测量穿过分散粒子样品的激光束的散射光强度的角度依赖性来测定粒度分布。在此，使用光散射的Mie理论来计算粒度分布。D(0.5)值是指检查的材料中存在的所有粒子的50体积%小于所示值。

如果根据本发明的外壳在其使用过程中，例如作为电动车辆中的蓄电池的外壳使用的过程中可因外部效应受损，该材料的尽可能低的电导率提高安全性。在外壳破坏或变形的情况下，外壳的导电元件此外可能使蓄电池短路。因此，第一热塑性聚合物组合物在另一个实施方案中不含导电填料。要避免的填料特别是炭黑、石墨烯、富勒烯和碳纳米管。

在另一个实施方案中，第一热塑性聚合物组合物具有≥ 2000至≤ 3500 MPa（优选≥ 2500至≤ 3000 MPa）的根据ISO 527-1/-2测定的弹性模量和/或≥ 5至≤ 60 kJ/m

现在借助以下附图进一步图解本发明，但不受其限制。

图1显示一种根据本发明的系统。

图2显示另一种根据本发明的系统。

图1示意性显示一种根据本发明的系统，其具有根据本发明的外壳并将放热元件100，例如蓄电池容纳在相应的支座300中。图1的下部显示该系统的俯视图，上部显示沿在下部绘制的线段D-D的截面视图。

外壳包括壳壁200、多个支座300和冷却体400作为一件式部件。支座300在其上段和下段包围放热元件100并由此将它们固定。将冷却体400布置在壳壁200的与支座300相反的一侧，在本情况下在外壳的下侧。由于一件式性质，配方是相等的，因此支座300汇入壳壁200并且壳壁200在所选区段汇入冷却体400。

冷却体400具有至少一个用于冷却介质的通道500。优选的是a) 所述至少一个用于冷却介质的通道500是朝周围环境开放的通道且冷却介质是空气。这描绘在图1中。通道500的侧壁因此也可被描述为冷却翅片。替代方案是b)，即所述至少一个通道500是封闭通道且冷却介质是液体。以这种方式可实现例如水冷却。

在图2中描绘的另一个实施方案中，冷却体400是两件式的，其中其具有由第一热塑性组合物组成的子区域和由第二热塑性组合物组成的子区域，其中由第一热塑性组合物组成的子区域在其背向支座300的一侧被设计为平面的并且这一平面侧与由第二热塑性组合物组成的区域600通过材料配合的方式相连。

在另一个实施方案中，外壳的材料包含基于外壳的总重量计≥ 90重量%的第一热塑性聚合物。在聚合物配混中并入或已并入的填料和其它聚合物添加剂被计入在该聚合物的这一重量比例中（“聚合物组合物”）。这一比例优选为基于外壳的总重量计≥ 95重量%，更优选≥ 99重量%。该外壳因此可表征为“单组分外壳”。通过仅使用一种材料，可以节省制造步骤。

在另一个实施方案中，外壳的材料进一步包含第二热塑性聚合物组合物，其不同于第一热塑性聚合物组合物并存在于无第一热塑性聚合物组合物的外壳区段中。关于第二热塑性聚合物组合物，对于第一聚合物组合物的相同描述原则上也适用。第二热塑性聚合物组合物的聚合物优选与第一聚合物组合物相同，但其中导热填料减少或去除。在这样的“双组分外壳”中，通过在良好的热导率较不重要的外壳位置使用在注射成型法中的流动性不同的热塑性塑料，通常可满足制造技术要求。第一和第二热塑性聚合物组合物在它们的界面处通过材料配合的方式彼此相连。

在另一个实施方案中，第二热塑性聚合物组合物的聚合物选自聚碳酸酯、聚酰胺、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚苯硫醚、聚丙烯或至少两种上文提到的聚合物的混合物。为避免重复，可参考上文关于第一聚合物组合物的描述。

在另一个实施方案中，第二热塑性聚合物组合物含有阻燃剂。合适的阻燃剂特别是磷酸酯，如BDP（双酚A双(二苯基磷酸酯)）。另外合适的阻燃剂是磷腈，如式(I)和(II)的环状和线性磷腈：

其中R

在根据本发明使用的式(I)的环状磷腈中，优选使用其中式(I)中的a为3至8的整数，特别优选3至5的整数的那些。

在根据本发明使用的式(II)的链状磷腈中，优选使用其中b是3至1000，特别优选3至100，非常特别优选3至25的整数的那些。

特别地，非常特别优选使用可以Rabitle® FP110 [CAS号1203646-63-2]为名获自例如日本香川县Fushimi Pharmaceutical Co. Ltd公司的环状苯氧基磷腈，或当a = 3时，则为2,2,4,4,6,6-六氢-2,2,4,4,6,6-六苯氧基三氮杂三磷杂苯[CAS号1184-10-7]。