CN112103423A - 注入填料的方法、注入系统和具有电池模块设备的机动车 - Google Patents

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Abstract

用于向电池模块与电池容纳件、特别是与电池容纳件的冷却底部之间的中间空间中注入填料、特别是导热膏的方法，包括：提供至少一个电池模块，特别是高压电池模块；提供电池容纳件，特别是安置到或可安置到机动车上的电池容纳件；将所述至少一个电池模块放入电池容纳件中；向在电池模块与电池容纳件之间的、尤其是在冷却底部的内侧与电池模块的外侧之间的中间空间中注入填料，填料通过在电池容纳件中的至少一个开口注入或从上方沿着电池模块注入中间空间中。该方法还包括：在注入填料前在电池模块和/或电池容纳件上布置被设置用于在注入填料期间检测电池模块和/或电池容纳件的机械变形的传感器装置。本发明还涉及电池容纳件、注入系统和机动车。

Description

注入填料的方法、注入系统和具有电池模块设备的机动车
技术领域
本发明涉及一种用于将填料、特别是导热膏注入到形成在电池模块与电池容纳件、特别是与电池容纳件的冷却底部之间的中间空间中的方法，该方法包括以下步骤：
提供至少一个电池模块，特别是高压电池模块；
提供电池容纳件，特别是安置到或可安置到机动车上的电池容纳件；
将所述至少一个电池模块放入到电池容纳件中；以及
将填料注入到形成在电池模块与电池容纳件之间的中间空间中，所述中间空间尤其形成在冷却底部的内侧与电池模块的外侧之间，其中填料通过设置在电池容纳件中的至少一个开口注入或从上方沿着电池模块注入到中间空间中。
该方法尤其在制造用于能电动运行/电动驱动的机动车的电池模块设备时使用，该电池模块设备尤其包括多个电池模块。
背景技术
为了自动化制造用于能电动运行的机动车(电池电动汽车；简称：BEV)的高压电池存储系统，电池模块和温度控制系统之间通常存在热耦合。热耦合通常采用所谓的热界面材料(简称为TIM或TI材料)，除了它们从电池模块传热(热输出或热输入)的真正的主功能外，还具有公差补偿功能以用于桥接待彼此热耦合的表面之间的间隙或中间空间。在借助于TIM实现温度控制系统时所面临的挑战是，如此将过程-和材料方面的边界条件相互结合，从而在过程(例如安装过程)尽可能小的复杂性的同时，实现高效的温度控制效率。
把所谓的“间隙填料(Gapfiller)”用作填料，其为导热膏。例如在DE 10 2018 208070.4中描述了一种用于将填料或间隙填料注入到电池模块设备中的方法。
发明内容
可以看到，本发明的目的在于，以这样的方式调节注射过程，即可以避免用填料过度填充中间空间。
该目的通过具有权利要求1所述特征的用于注入填料的方法、具有权利要求9所述特征的电池容纳件、具有权利要求10所述特征的注入系统以及具有权利要求11所述特征的机动车来实现。在从属权利要求中给出了具有合适的改进方案的有利的设计方案。
因此提出了一种用于将填料、特别是导热膏注入到形成在电池模块与电池容纳件、特别是电池容纳件的冷却底部之间的中间空间中的方法，其中该方法包括以下步骤：
提供至少一个电池模块、特别是高压电池模块；
提供电池容纳件、特别是安置到或可安置到机动车上的电池容纳件；
将所述至少一个电池模块放入到电池容纳件中；以及
将填料注入到形成在电池模块与电池容纳件之间的中间空间中、尤其是形成在冷却底部的内侧与电池模块的外侧之间的中间空间中，其中填料通过设置在电池容纳件中的至少一个开口注入或从上方沿着电池模块注入到中间空间中。在此规定了，在注入填料之前，在电池模块和/或电池容纳件上布置传感器装置，其中该传感器装置被设置用于在注入填料期间检测电池模块和/或电池容纳件的机械变形。
当将填料注入中间空间时，在压力下注入的填料(间隙填料)会导致电池容纳件和/或相关电池模块变形。通过测量这些机械变形，可以得出关于填料的填充或填充过程的结论。特别地，可以检测填料在中间空间中的扩散或前进。通过这种间接检测中间空间是否充满填料的方法，还可以考虑到电池容纳件或电池模块方面的制造和/或装配公差，无需本身已知这些公差。
在该方法中，当检测到的机械变形达到或超过预定变形限值时，可以结束填料的注入。机械变形例如可以是电池容纳件的壁的拱起，特别是冷却底部的拱起，或电池模块的壁部的拱起。借助于传感器装置可以检测电池容纳件和/或电池模块的凸曲率和/或凹曲率。变形限值例如可以在十分之几毫米至几毫米的范围内，尤其是在大约0.1mm至2.0mm的范围内。
在该方法中，代表变形的信号可以从传感器装置无线地发送至接收装置。如果将传感器装置设计为可以无线交换信号的装置，则也可以将传感器装置设置为从外部看不见，但可以通过靠近的或附近布置的接收装置进行测量信号的传输。
该传感器装置可以包括至少一个应变片。所述至少一个应变片可以安置在冷却底部上。此外，所述至少一个应变片可以安置到电池容纳件的、特别是冷却底部的外侧上。此外还可以在提供电池容纳件时或在提供电池容纳件之前将所述至少一个应变片安置到电池容纳件上。
应变片是一种简单且价廉的传感器系统，通过它可以检测电池模块和/或电池容纳件的机械变形。应变片可以安装在例如电池模块的下侧，或者备选地也可以安装在电池容纳件的冷却底部的上侧。如果将应变片安装在电池容纳件的外侧，则具有的优点是，这些区域或壁部，特别是电池容纳件的冷却底部，在注入时向外凸出地拱起，这可以通过应变片被可靠地检测到。
替代地，也可以使用其他基于应变的传感器，例如电容传感器。此外，也可以考虑使用具有RFID技术的传感器，该传感器在超过变形限值时会受损，从而中断测量信号的传输。一旦从采用RFID技术的传感器不再接收到测量信号，就可以停止填料的注入。
在该方法中，电池模块和电池容纳件可以在注入填料之前彼此紧固、尤其是螺纹连接在一起。
为了实现上述目的，还提出了一种电池容纳件，其中能够容纳至少一个电池模块、特别是高压电池模块，该电池容纳件具有冷却底部和环绕的侧壁，它们一起界定了用于容纳所述至少一个电池模块的空间。在此规定了，在电池容纳件上、特别是在电池容纳件的冷却底部上安装有传感器装置，该传感器装置被设置用于检测电池容纳件的机械变形。
电池容纳件可以包括至少一个形成在冷却底部中或侧壁中的注入开口用于注入填料，其中传感器装置被设置用于，在注入填料期间检测电池容纳件的机械变形。
此外，提出了一种用于将填料注入到中间空间中的注入系统，所述中间空间形成在电池模块与电池容纳件、特别是与电池容纳件的冷却底部之间，该注入系统具有：电池容纳件保持装置，容纳有电池模块的电池容纳件保持在该电池容纳件保持装置中；注入装置，该注入装置与形成在电池容纳件上的注入开口连接或能够连接，该注入装置被设置用于将填料注入到中间空间中；接收装置，该接收装置被设置用于接收、尤其是无线地接收安装在电池容纳件上的传感器装置的信号，其中该传感器装置被设置用于，检测在填料注入期间电池容纳件的机械变形；控制装置，该控制装置被设置用于处理由接收装置接收的信号并操控注入装置，从而基于所接收到的信号控制或调节填料的注入。
能电动运行的机动车可以具有电池模块设备，该电池模块设备具有容纳在上述电池容纳件中的至少一个电池模块，其中该电池容纳件被紧固在、特别是螺纹连接在机动车上、特别是机动车的车身上。通过使用电池容纳件，传感器装置、尤其是无线地传输信号的应变片在机动车的运行中也保持在该电池容纳件上，能够例如以规律地间隔检查电池容纳件的变形。由此在必要时能够得出关于电池容纳件或电池模块是否不再完整或损坏的结论。
附图说明
本发明的其他优点、特征和细节从权利要求、实施方式的以下说明以及参考附图中得出。在此示出：
图1示出了用于注入填料的方法的简化示意图；
图2示出了在图1的方法的时间点期间电池模块和电池容纳件的简化示意性剖视图；
图3示出了在图1的方法的另一时间点期间电池模块和电池容纳件的简化示意性剖视图；
图4示出了在图1的方法的另一时间点期间电池模块和电池容纳件的简化示意性剖视图；
图5示出了在图1的方法结束之后电池模块和电池容纳件的简化示意性剖视图；
图6示出了具有侧向引入开口的电池模块的简化示意性剖视图；
图7示出了用于执行该方法的注入系统的简化示意图；
图8示出了具有电池模块设备的机动车的简化示意图。
具体实施方式
图1示意性地且简化地示出了用于将填料注入到电池容纳件中的方法500的实施方式的图表。下面同时参照图2至图5通过示例的方式说明图1所示的方法，在图2至图5中示出了该方法的结构组件。
在方法500中，在步骤S501中可以提供至少一个电池模块10，尤其是高压电池模块。在步骤S502中可以提供电池容纳件12。电池容纳件12尤其可以是安置到或可安置到机动车300(图7)上的电池容纳件。在步骤S503中将至少一个电池模块10放入到电池容纳件12中。在图2中示出了将电池模块10放入到电池容纳件12中的状态。
电池容纳件12具有内部空间或容纳空间14，电池模块10或多个电池模块可布置在该内部空间或容纳空间中。电池容纳件包括容纳底部16，该容纳底部尤其被设计为冷却底部。术语冷却底部16表示如下的底部：该底部设置用于，把热量从电池模块10输出或必要时输入。电池容纳件12在侧向由连接到容纳底部16的侧壁17界定。
在方法500中，可以在步骤S504中将填料18注入形成在电池模块10和电池容纳件12之间的中间空间20中。在此，填料18尤其可以注入到在冷却底部16的内侧16a与电池模块10的外侧10a之间形成的中间空间20中。填料18的注入例如通过设置在电池容纳件12中的开口22进行。替代地，填料18的注入也可以从上方沿着电池模块10进行，特别是通过插入在侧壁17和电池模块12之间的软管或管段进行。在填料18的注入期间，开口22与注入喷嘴24连接，填料18通过注入喷嘴24被输送到中间空间20中，即被注入。
在该方法中，可以在注入填料之前，即在执行步骤S504之前，将传感器装置26布置在电池模块10上和/或布置在电池容纳件12上。传感器装置26的布置由步骤S505示出。传感器装置26尤其设置用于，在填料18的注入期间，即在步骤S504期间检测电池模块10和/或电池容纳件12的机械变形。
当检测到的机械变形达到或超过预定变形限值时，根据步骤S506，可以结束填料18的注入。在步骤S507中，可以将代表变形的信号从传感器装置26无线地发送到接收装置。
传感器装置26可以被设计为应变片。在步骤S505中，可以将至少一个应变片26安置到冷却底部16。至少一个应变片26可以特别地安置到电池容纳件12的外侧16a，特别是冷却底部16的外侧。
将步骤S505连接到步骤S502、S503的虚线旨在表明，当提供电池容纳件12时(S502)或在提供电池容纳件12之前，把至少一个应变片26安置到该电池容纳件。如果至少一个应变片26被安置到电池容纳件12的外侧16a，则这也可以与步骤S503相结合地进行，例如在电池模块10已经被放入到电池容纳件12中之后。
在步骤S508中，在注入填料16(S504)之前，可以将电池模块10和电池容纳件12彼此紧固、尤其是螺纹连接在一起。
如上所述，图2示出了处于组装状态的电池模块10和电池容纳件12，该组装状态大致对应于步骤S503。图3示出了在填料18的注入期间的状态，也就是说在步骤S504期间的状态。图5示意性地并且有些夸张地示出了如下状态：，在该状态中在电池模块10的外侧10a上或在冷却底部16的内侧16a上或在冷却底部16的外侧16b上出现了机械变形。例如在接近步骤S504结束时，即填料18的注入大致结束时达到该状态。此处示出的变形，特别是所述侧面10a、16a、16b的凸起的曲率或凹进的曲率可以通过至少一个应变片26来检测。
基于变形的检测，可以停止填料18的输入。在注入结束之后(步骤S506)，可以从电池容纳件12移除注入喷嘴24，并且出现如图5所示的状态。在这种状态下，中间空间20完全被填料18填充，从而实现了在电池模块10与电池容纳件12、特别是其冷却底部16之间的最佳热传递，从而可以有效地输出在电池模块10中产生的热量。
再次参考图2和3，仍要指出的是，开口22或注入喷嘴24的布置不一定发生在电池容纳件12或其冷却底部16的中央或中间区域中。替代地，开口22a也可以横向偏移地布置并且能够与(以虚线示出的)注入喷嘴24a连接。还应当指出，传感器装置还可以具有多个(以虚线示出的)应变片26a，所述应变片例如布置在开口22的侧面。
图6示出了具有侧向布置的引入开口28的电池容纳件12，填料18可以通过该引入开口注入。引入开口28可以相对于电池容纳件12设置在较短的侧面之一上，尤其是以较短的侧面的长度(方向)为基准大约居中地设置。由此在电池容纳件12的较长的侧面的整个长度上可以建立填料的尽可能恒定的流动前沿。即使在通过侧向布置的引入开口28引入或注入填料时，也可以借助于应变片26来测量在电池容纳件12、特别是其冷却底部16上和/或在电池模块10上出现的压力，像上文已经描述的那样。
即使在图2至图5中在电池模块10和电池容纳件12上分别示出了传感器装置26，这也不是必须的。相反，仅将传感器装置安置到电池容纳件12或电池模块10就足够了。还应当指出，传感器装置并非必须布置在电池容纳件10或冷却底部16的外侧16b上，而是也可以安装在内侧16a上。
图6示意性地并且简化地示出了用于将填料注入到中间空间20中的注入系统200，该中间空间形成在电池模块10和电池容纳件12、特别是电池容纳件12的冷却底部16之间。系统200包括电池容纳件保持装置202，其在图6中以简化的方式示出。容纳有电池模块10的电池容纳件12被保持或紧固在电池容纳件保持装置202中。系统200还包括注入装置204，该注入装置连接到或可以连接到形成在电池容纳件12上的注入开口22(图2-4)。注入装置204包括注入喷嘴24。注入装置204可具有例如机械手206，注入喷嘴24安置在该机械手上。显然，注入装置204包括另外的组件，例如用于填料的容器、至少一个填料管线以及输送装置，尤其是泵。填料可以通过注入装置204注入到中间空间中。
系统200可以具有接收装置208，该接收装置被设置用于，接收安置到电池容纳件12上或电池模块10上的传感器装置26的信号。信号的传输尤其可以无线地进行。
系统200可以进一步包括控制装置210，其被设置为处理由接收装置208接收的信号并如此操控注入装置204，使得根据所接收的信号来控制或调节填料的注入。系统200尤其设置用于，根据上述方法(图1)进行填料的注入。
最后，图7示出了其中容纳有电池模块设备302的机动车300。电池模块设备302在此包括至少一个电池模块10，该电池模块容纳在电池容纳件12中。电池模块10和/或电池容纳件12包括上述传感器装置26。

Claims (12)

1.一种用于将填料(18)、特别是导热膏注入到中间空间(20)中的方法(500)，所述中间空间形成在电池模块(10)与电池容纳件(12)、特别是与电池容纳件(12)的冷却底部(16)之间，该方法包括以下步骤：
提供(S501)至少一个电池模块(10)、特别是高压电池模块；
提供(S502)电池容纳件(12)，特别是安置到或可安置到机动车(300)上的电池容纳件(12)；
将所述至少一个电池模块(10)放入(S503)到电池容纳件(12)中；
将填料(18)注入(S504)到形成在电池模块(10)与电池容纳件(12)之间的中间空间(20)中、尤其是形成在冷却底部(16)的内侧(16a)与电池模块(10)的外侧(10a)之间的中间空间(20)中，其中填料(18)通过设置在电池容纳件(12)中的至少一个开口(22)注入或从上方沿着电池模块注入到中间空间中，
其中所述方法的特征在于，
在注入(S504)填料(18)之前，在电池模块(10)和/或电池容纳件(12)上布置(S505)传感器装置(26)，其中该传感器装置(26)被设置用于在注入(S504)填料(18)期间检测电池模块(10)和/或电池容纳件(12)的机械变形。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当检测到的机械变形达到或超过预定的变形限值时，结束(S506)填料(18)的注入(S504)。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，代表变形的信号由传感器装置(26)无线地发送(S507)至接收装置(208)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，传感器装置(26)包括至少一个应变片(26)。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述至少一个应变片(26)安置在冷却底部(16)上。
6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述至少一个应变片(26)安置在电池容纳件(12)的、尤其是冷却底部(16)的外侧(16b)上。
7.根据权利要求4至6中任一项所述的方法，其特征在于，在提供(S502)电池容纳件(12)时或在提供(S502)电池容纳件(12)之前，将所述至少一个应变片(26)安置到电池容纳件上。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，电池模块(10)和电池容纳件(12)在注入(S504)填料(18)之前彼此紧固(S508)、尤其是螺纹连接在一起。
9.一种电池容纳件(12)，在该电池容纳件中能够容纳至少一个电池模块(10)、特别是高压电池模块，该电池容纳件具有：
冷却底部(16)和环绕的侧壁(17)，它们一起界定了用于容纳所述至少一个电池模块(10)的空间(14)，
其特征在于，在电池容纳件(12)上、特别是在电池容纳件的冷却底部(16)上安装有传感器装置(26)，该传感器装置被设置用于检测电池容纳件(12)的机械变形。
10.根据权利要求9所述的电池容纳件，其特征在于，电池容纳件包括至少一个形成在冷却底部(16)中或侧壁(17)中的注入开口(22、22a)用于注入填料(18)，其中传感器装置(26)被设置用于，在注入填料(18)期间检测电池容纳件(12)的机械变形。
11.一种用于将填料(18)注入到中间空间(20)中的注入系统(200)，所述中间空间形成在电池模块(10)与电池容纳件(12)、特别是与电池容纳件(12)的冷却底部(16)之间，该注入系统具有：
电池容纳件保持装置(202)，容纳有电池模块(10)的电池容纳件(12)保持在该电池容纳件保持装置中；
注入装置(204)，该注入装置与形成在电池容纳件(12)上的注入开口(22)连接或能够连接，该注入装置被设置用于将填料(18)注入到中间空间(20)中；
接收装置(208)，该接收装置被设置用于接收、尤其是无线地接收安装在电池容纳件(12)上的传感器装置(26)的信号，其中该传感器装置(26)被设置用于，检测在填料(18)注入期间电池容纳件(12)的机械变形；
控制装置(210)，该控制装置被设置用于处理由接收装置(208)接收的信号并操控注入装置(204)，从而基于所接收的信号控制或调节填料(18)的注入。
12.一种能电动运行的机动车(300)，具有电池模块设备(302)，该电池模块设备具有容纳在根据权利要求9所述的电池容纳件(12)中的至少一个电池模块(10)，其中该电池容纳件(12)被紧固在、特别是螺纹连接在机动车(300)上、特别是机动车的车身上。
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