CN113140822A - 用于建立电池组的组件的热传导的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于在电池组(102)的底板(106)与至少一个单体电池模块(400)之间建立热传导的方法，其中将所述电池组(102)的框架(104)的底板(106)安放到真空垫(116)上、通过所述真空垫(116)来塑性成型并且在所述真空垫(116)中产生负压，以用于使所述真空垫(116)变硬，而后将所述电池组(102)的单体电池模块(400)挤压到事先被施加到至少底板(106)和/或单体电池模块(400)的表面上的导热胶(110)中，而所述底板(106)则通过所述变硬的真空垫(116)基本上全面状地得到支撑，其中所述导热胶(110)侧向地被分布在所述单体电池模块(400)与所述底板(106)之间。

Description

用于建立电池组的组件的热传导的方法和装置

技术领域

本发明涉及用于将电池组的组件连接起来的一种方法和一种相应的装置。

背景技术

电池组能够由多个组件所组成。所述组件之一能够是所述电池组的框架或者电池组壳体。所述电池组的另一个组件能够是所述电池组的一个或者多个单体电池模块。单体电池模块能够由多个单体电池所组成。在给单体电池充电并且放电时产生热。这种热能够通过作为电池组的另一个组件的冷却机构来排出。所述冷却机构比如能够被连接到单体电池模块的冷却面上。为了进行连接，能够在所述冷却机构与所述单体电池模块之间布置导热胶。

发明内容

因此，本发明的任务是，在使用在结构上尽可能简单的器件的情况下提供用于建立电池组的组件的热传导的一种得到改进的方法和一种得到改进的装置。

该任务通过独立权利要求的主题来解决。本发明的有利的改进方案在从属权利要求、说明书和附图中得到了说明。一个权利要求类别的独立权利要求尤其也能够类似于另一个权利要求类别的从属权利要求来改进。

提供一种用于在电池组的组件之间建立热传导的方法，其中作为第一组件将所述电池组的框架的底板安放到真空垫上并且在此通过所述真空垫来塑性成型并且而后在所述真空垫中产生负压，以用于使所述真空垫变硬，其中作为第二组件将所述电池组的至少一个单体电池模块挤压到事先被施加到所述组件中的至少一个组件的表面上的导热胶中，而所述底板则通过所述变硬的真空垫基本上全面状地得到支撑，其中所述导热胶侧向地被分布在所述单体电池模块与所述底板之间。

本发明的意义上的电池组能够是用于电能的化学储存器。所述电池组比如能够是用于用电来驱动的车辆的牵引用电池组。所述电池组能够包括多个彼此电连接的单体电池模块。单体电池模块能够由多个彼此电连接的棱柱形的单体电池所组成。所述单体电池模块能够基本上为方形。电池组的框架能够具有梁，所述梁基本上直角地彼此连接并且构成所述电池组的至少一个隔间，所述隔间在一侧上被底板封闭。单体电池模块能够布置在隔间中。所述隔间的底板也能够被称为隔板。所述底板也能够被称为冷却板。在车辆上，所述框架能够被固定在车辆的车身上。所述电池组能够被固定在车辆的底部上。所述底板在安装状态中能够通过防石击挡板来保护。

所述单体电池模块能够布置在底板上。通过所述底板能够将在给单体电池充电和放电时由于所进行的化学过程以及电阻而在单体电池中产生的热排出。同样，能够通过所述底板将热输送给单体电池，如果所述单体电池对化学过程来说太冷。所述底板能够基本上如单体电池模块的表面那样来成形。为了降低热阻并且为了对制造公差进行补偿而将导热胶布置在单体电池模块与底板之间。所述导热胶也能够被称为填隙料或者间隙填充胶。所述导热胶能够在将单体电池模块装入到隔间中之前被施加到底板的表面上。同样，所述导热胶能够在装入之前被施加到单体电池模块的表面上。作为替代方案，所述导热胶能够被施加到底板和单体电池模块上。所述导热胶能够在涂覆之后或者在挤压之后化学凝固并且有持久弹性。所述导热胶能够是双组分材料。作为替代方案，所述导热胶能够是单组分的材料、不能凝固并且有持久塑性，也就是说在涂覆或者挤压之后基本上无变化地保持稠状。

真空垫在正常压力下能塑性变形。所述真空垫的可变形性尤其相应于用粘性的或者高粘性的液体来填充的垫的可变形性。如果在所述真空垫中产生负压，则所述真空垫变硬并且基本上变得固定不变。所述真空垫的填充物在加载负压时变得结实或者部分变得结实，因为环境压力作用到真空垫的包套上并且所述填充物被压紧。所述真空垫在此能够具有剩余弹性。所述负压能够通过真空泵来产生。所述真空泵能够从真空垫中抽出空气。所述负压能够被称为真空。所述真空比如能够在-0.05bar与-0.9bar之间。

在将所述单体电池模块挤压到导热胶里面时，能够用挤压力来挤压所述单体电池模块。所述挤压力能够足够大，以用于通过内部的液压压力来激励高粘性的或者稠的导热胶进行侧向的流动。通过侧向的流动，所述导热胶分布在单体电池模块与底板之间的缝隙中并且基本上完全填满所述缝隙。所述单体电池模块能够在力控制下被挤压到导热胶中，也就是说直至所述挤压力达到预先确定的数值。所述单体电池模块能够被挤压到导热胶中，直至其在至少一个点上抵靠在所述底板上。所述单体电池模块也能够在位移控制的情况下被挤压到导热胶中，也就是说直至达到了所述单体电池模块与所述底板之间的导热胶的预先确定的层厚度。通过用变硬的垫进行的基本上全面状的支撑，所述底板通过在导热胶中局部产生的较高的液压压力而基本上没有变形。

在所述框架处于所述真空垫上时，能够安装所述电池组的另外的组件或者执行用于制造电池组的另外的工作步骤。

所述真空垫能够具有弹性的包套以及由颗粒构成的填充物。所述颗粒比如能够是小珠。所述小珠能够由塑料材料构成。所述包套比如能够由一层或多层弹性的薄膜构成。作为用于柔性的包套的材料，在这里考虑使用PVC或者PE薄膜，所述PVC或者PE薄膜能够设有耐温的涂层、比如PTFE。如果所述真空垫中的内压相当于环境压力或者也稍高一点，则所述颗粒能够容易地在彼此上面滑动，以用于使底板的轮廓成型。通过所述底板的轮廓的成型，所述底板能够通过真空垫中的所产生的负压来无应力地或者低应力地得到支撑。

如果所述包套通过环境压力与负压之间的压差而挤压到填充物上，则所述颗粒被相互挤压并且只能通过大的力作用来相对于彼此运动。尤其在负压下一个单个的颗粒同时抵靠在多个其他颗粒上，由此能够实现非常稳定的状况。对于自大约-0.3bar到-0.4bar的强烈的负压来说，所述包套能够被拉到或者挤压到所述填充物的最外面的颗粒之间的间隙或者凹处中，由此所述真空垫能够具有结构化的表面。所述底板在此通过大量的相对于颗粒的接触点来得到支撑。所述接触点由于颗粒小而相对于彼此具有小的间距，由此所述底板基本上全面状地得到支撑。通过所述结构化的表面，能够降低或者防止所述包套与所述底板之间的附着力。

所述真空垫能够具有多个分开的腔室。在所述腔室中能够调节不同的压力，以用于不同地固定地设定所述压力。在所述腔室之间能够构成窄小的缝隙。在所述缝隙上面所述底板比如不能得到支撑。所述底板在此能够以其表面的百分之90以上在真空垫上得到支撑。尤其所述底板能够以其表面的百分之95以上在真空垫上得到支撑。

在挤压之后，能够使所述真空垫的内压与环境压力相适应，以用于使真空垫软化。所述框架能够与单体电池模块一起被从软化的真空垫上拿走。通过压力平衡，又能够容易地使所述真空垫的填充物变形。在拿走彼此相连接的组件之后，能够将下一个框架安放到真空垫上并且由此重新执行所述方法。所述方法能够按节拍地来执行。作为节拍时间比如能够争取达到两分钟。

所述导热胶能够以焊道涂覆的形式来涂覆。焊道涂覆的焊道之间的间距能够基本上是恒定的并且所述焊道能够在挤压时被压扁。焊道涂覆中的焊道能够直线地被涂覆。所述焊道能够基本上平行地被涂覆。所述焊道之间的间隔能够在挤压时被导热胶填满。在挤压时通过导热胶的、横向于焊道来定向的流动运动能够用导热胶对所述两个组件进行差不多全面状的润湿。所述焊道能够沿着或者横向于单体电池模块的单体电池来涂覆。尤其所述焊道能够横向于单体电池来涂覆。在所述焊道之间被包住的空气能够在单体电池模块的各个单体电池之间泄漏。作为替代方案，所述导热胶能够借助于点涂覆来涂覆。

所述导热胶能够被涂覆到底板的至少一个部分区域上。所述底板比如能够大于单体电池模块。为了节省重量，所述底板的、在梁与单体电池模块之间或者在两个单体电池模块之间的区域能够没有导热胶。在所述框架处于真空垫上时，所述底板的表面指向上方。所述导热胶的涂覆因此能够在通过重力来支持的情况下特别容易地实施。

在所述底板与所述真空垫之间能够布置冷却机构。所述冷却机构能够通过真空垫来塑性成型。冷却机构能够具有用于冷却剂的冷却通道。所述冷却通道能够布置在底板的朝向真空垫的一侧上并且在安放时被挤压到真空垫中。所述冷却机构能够是底板的组成部分。所述冷却机构也能够被安放到底板上并且与底板相粘合。

所述单体电池模块能够在挤压之后与框架旋紧在一起。通过螺纹连接，所述单体电池模块能够被固定在框架上。所述螺纹连接能够在使用公差补偿元件的情况下进行，以用于对在拧紧过程的期间的形状和位置公差进行补偿。因此，所述单体电池模块能够在导热胶上在公差之内运动、也就是说在变热时膨胀并且在冷却时收缩。

所述电池组的至少一个另外的单体电池模块能够被挤压到导热胶中。所述导热胶能够事先被配量到另外的单体电池模块和/或底板上。所述另外的单体电池模块能够与第一单体电池模块一样布置在框架的同一个隔间中。所述另外的单体电池模块同样能够布置在框架的其他隔间中。多个单体电池模块能够被安装在相同的隔间中。能够同时安装多个模块。为此，比如能够使用多重抓具，该多重抓具将所有有待同时安装的单体电池模块一起安放在框架中并且将其挤压到导热胶中。所述单体电池模块能够在隔间的内部比如布置成一排。在所述框架处于真空垫上时，能够安装电池组的多个或者所有单体电池模块。每个隔间也能够安装一个单个的单体电池模块。所述梁而后将单体电池模块彼此隔开并且就这样在电池组的损坏的情况下使损坏的扩散变得困难或者得到阻止。

在挤压时能够检测所述底板的弯曲。所述弯曲能够通过真空垫中的留空部来检测。在挤压之前能够测量所述弯曲的起始值。在所述底板已经成型并且已经在所述真空垫中产生负压时，能够测量所述起始值。所述起始值能够描绘底板的静止位置。所述弯曲能够通过接触的测量或者无接触的测量来检测。所述弯曲能够是以下距离，所述底板通过压力以所述距离为幅度从静止位置中进行变形。所述弯曲能够被记录下来。在挤压之后，在作用到单体电池模块上的压力已经减轻时，能够测量所述底板的下垂。所述下垂能够是所述底板的、通过安放的单体电池模块和/或导热胶中的局部压力所引起的永久变形。所述下垂也能够被记录下来。通过所述弯曲和/或下垂能够对制造过程进行监控。

此外，介绍一种用于在电池组的组件之间建立热传导的装置，其中所述装置被构造用于在相应的机构中执行、实现并且/或者操控根据前述权利要求中任一项所述的方法。

所述装置为此比如能够拥有一个带有致动器的机械装置或者拥有工业机器人技术，用所述机械装置或者工业机器人技术能够移动、尤其是相对于彼此移动所述电池组的组件。此外，所述真空垫以及用于在真空垫中产生负压的真空泵能够是这样的装置的组成部分。此外，所述装置能够具有分配器或类似的用于涂覆导热胶的机构。最后，所述装置能够具有控制机构，借助于所述控制机构能够控制所述装置的所提到的结构单元的功能，以用于能够执行前面所提到的方法的步骤。

附图说明

下面参照附图对本发明的一种有利的实施例进行解释。其中：

图1示出了按照一种实施例的装置的图示；

图2示出了将电池组的框架安放到按照一种实施例的装置的真空垫上的图示；

图3示出了在按照一种实施例的装置上产生负压的图示；并且

图4示出了在使用按照一种实施例的装置的挤压机构的情况下将单体电池模块挤压到导热胶中的图示。

附图仅仅是示意图并且仅仅用于解释本发明。相同的或者起相同作用的元件连贯地设有相同的附图标记。

具体实施方式

为了更容易的理解起见，在以下描述中将关于图1-4的附图标记作为参考而保留。

图1示出了按照一种实施例的装置100的图示，该装置用于在电池组102的组件之间建立热传导。在这里，作为所述电池组102的第一组件104而示出了所述电池组102的框架104。所述框架104也能够被称为电池组102的电池组舱。在所述框架104的底板106上，在部分区域108中涂覆了导热胶110。所述导热胶110在这里相对于底板106的边缘具有间距。所述导热胶110能够被称为填隙料。所述框架104由梁112构成，所述梁尤其构成矩形的隔间114。所述梁112在此是隔间114的侧壁。这里所示出的框架104为了进行更为简单的图示而仅仅具有一个隔间114。另外的隔间114比如能够在侧面布置在隔间114的旁边。所述底板106将隔间114向下封闭。所述底板106因此构成隔间114的底部。所述底板106将梁112彼此连接起来。

在所述框架104的下面，作为所述装置100的第一组件而布置了真空垫116。所述真空垫116根据该真空垫116中的压力而改变其特性。如果所述压力基本上相当于环境压力、也就是稍许大于或者等于环境压力，那么所述真空垫116就能塑性变形。如果所述压力小于环境压力，则所述真空垫116变硬。

所述真空垫116具有弹性的包套以及填充物。比如所述填充物由颗粒构成。如果在所述真空垫116中存在相应足够强烈的负压，则所述颗粒就彼此抵靠并且尤其向起作用的压力施加大的阻力。在没有负压的情况下，所述颗粒被空气包围并且在彼此上面滑动。由此，所述真空垫116能够紧贴在几乎任意的轮廓上。如果产生负压，则所成型的轮廓得到保持。

所述真空垫116在这里处于装置100的平坦的底座118上。通过重力，所述真空垫116的表面在外压和内压得到平衡并且没有物品安放的情况下几乎是光滑的，因为所述填充物填满凹处并且凸出部会流向侧面。

在一种实施例中，所述导热胶110已经以焊道的形式被涂覆到底板106上。所述焊道基本上彼此平行地伸展。

图2示出了将电池组102的框架104安放到按照一种实施例的装置100的真空垫116上的图示。所述图示在此基本上相应于图1中的图示。与图1中的图示相比，所述框架104在这里安放在真空垫116上并且所述底板106的下侧面通过所述真空垫来成型。所述真空垫116通过其填充物的可流动性以及其填充物的弹性而全面状地抵靠在底板106上。所述框架104在此被埋入到真空垫116中一点。所述底板106现在无应力地或者至少低应力地处于真空垫116上。

在这里，所述真空垫116已经通过装置100的提升机构200用底座118被朝底板106挤压。作为替代方案，所述框架104能够通过下降机构而下沉到真空垫116上。

在一种实施例中，所述底板106在下侧面上具有在这里未示出的冷却机构。所述冷却机构具有冷却通道，所述冷却通道伸出超过下侧面的主延伸平面。所述冷却通道在将框架104安放到真空垫116上时同样三维地成型。

图3示出了在按照一种实施例的装置100上产生负压的图示。所述图示在此基本上相应于图2中的图示。作为补充，在这里象征性地示出了真空泵300，该真空泵在所述真空垫116中产生负压，方法是：它将空气从真空垫116及其填充物中抽出。通过负压，所述真空垫116变硬并且保持被下沉到其上面的框架104的轮廓。所述负压将所述真空垫116的包套收紧。在此，所述填充物从四周均匀地被压紧并且就这样保持底板106的在安放时所产生的形状。

图4示出了在使用按照一种实施例的装置100的挤压机构402的情况下将单体电池模块400挤压到导热胶110中的图示。所述单体电池模块400是电池组102的第二组件400。所述图示基本上相应于图3中的图示。另外，在这里所述单体电池模块400布置在隔间114中并且由挤压机构402挤压到导热胶110中。所述挤压也能够被称为置定。在挤压的期间，所述真空泵300起作用或者真空垫116与真空泵300之间的阀被关闭并且确保所述真空垫116中的负压。因此，在挤压的期间，所述底板106基本上全面状地通过变硬的真空垫116来得到支撑，使得所述导热胶110中的通过挤压而产生的压力不能或者只能微不足道地使所述底板106变形。

在一种实施例中，所述挤压机构402被构造为定位机构并且具有用于将单体电池模块400提起并且定位的抓具。所述抓具也能够被构造为多重抓具。所述多重抓具能够同时抓住多个单体电池模块400、将其相对于彼此定位并且在正确的位置处装入框架104中。在此，所述单体电池模块400能够成组地被安放在框架104的相同的隔间114中或者也能够成组地或者单个地布置在多个隔间114中。因此，能够在一个工序中组成完整的电池组102。作为替代方案，也能够先后将所述单体电池模块400定位。

在一种实施例中，在挤压之后将所述单体电池模块400与所述框架104旋紧在一起。通过所述螺纹连接来固定所述单体电池模块400的相对于框架104的位置。为了进行螺纹连接，在此要使用公差补偿元件，以用于比如对拧紧过程的期间的形状和位置公差进行补偿。

在一种实施例中，所述真空垫116具有留空部，测量仪器402通过所述留空部对底板106进行扫描。所述留空部基本上居中地布置在框架104的下方。所述测量仪器404通过所述留空部来检测所述底板106的、在压紧单体电池模块400时的弯曲。在所述留空部106的区域中，所述底板106没有得到支撑。所述测量仪器402能够以接触的或者无接触的方式检测所述弯曲。

在挤压之后切断所述真空泵300并且/或者打开所述阀，使得空气能够流入到所述真空垫116中。由此，所述真空垫116又变软并且能够容易地将所述电池组102从真空垫116上拿走。

换句话说，图4示出了借助于真空垫进行的轮廓支撑。所述真空垫能够使电池组系统的底板稳定，以防止在置定单体电池模块时出现变形。

迄今为止，为了置定电池组模块而将所铣削的轮廓板用作底座。这种方法是便宜的，但是不允许与所述底板的公差相匹配。为了对公差进行补偿，能够使用一种矩阵式夹紧系统，该矩阵式夹紧系统具有底板的形状。

将所述真空垫移到基架的下面并且向其加载真空。将所述单体电池模块置定到底板上的基座中。所述真空垫捕集作用到所述底板上的力并且面状地分布所述力。在将所述单体电池模块拧紧之后，又能够移去所述真空垫。

这里所介绍的方案解决了电池组制造中的问题并且也能够用于将来的电池组系统。这里所介绍的方案也能够用于每种其他的、需要灵活的轮廓匹配的支撑的应用情况。通过这里所介绍的方案，能够减少制造公差并且提高构件质量。投资成本能够得到降低。节拍时间能够得到缩短，因为能够同时置定多个单体电池模块。

这里所介绍的方案明显比复杂而昂贵的夹紧系统便宜。所述真空垫在使底板精确地成型的情况下允许在单体电池模块的下面进行全面状的支撑。所述方案能够缩放。完整的电池组系统能够一下子得到支撑。底板的、比如由于涂漆的刮擦而引起的损坏能够得到防止，因为所述真空垫由塑料织物制成。在批量制造中，能够同时置定多个单体电池模块，由此能够降低制造中的节拍时间。

在一种实施例中，所述真空垫由稳定的垫来构成，该垫用小的塑料珠来填充。所述塑料珠比如能够具有三毫米的直径。在环境压力下，所述小珠能够运动并且所述垫与构件的轮廓相匹配。一旦所述垫被抽真空，所述小珠就被压紧并且形成能够承受很高的力的稳定的垫。

所述电池组系统能够由工件架来承载。所述电池组系统由空的电池组框架构成，在所述空的电池组框架中要装入12个单体电池模块。所述电池组框架具有四个用于各三个模块的舱。在这个框架中喷射填隙料，所述填隙料用作单体电池模块与配备有水冷却结构的底板之间的导热胶。所述水冷却结构通过所述舱的底部上的冷却通道来实现，以用于实现对于单体电池模块的有效的冷却。所述填隙料在施加之后通过单体电池模块被填塞在框架中，以用于保证面状的连接。所述真空垫从下方被压紧到底板上，直至所述轮廓已经成型。随后对所述真空垫抽真空并且密封，以便其能承受在填塞填隙料时所出现的力。在填塞时，能够在所述真空垫上承受大约150kg以下的负荷。所述真空袋比如能够由聚乙烯和塑料粒料来制成。所述垫能够在单体电池模块上在中间具有留空部，通过所述留空部间距传感器能够对底板进行测量。由此，在置定单体电池模块的期间能够记录所述底板的弯曲。

因为前面详细描述的装置和方法是实施例，所以它们能够以常见的方式由本领域的技术人员在较宽的范围内改动，而不离开本发明的范围。尤其所述各个元件的相对于彼此的机械布置及尺寸比例仅仅示范性地作了选择。

附图标记列表：

100 装置

102 电池

104 框架

106 底板

108 部分区域

110 导热胶

112 梁

114 隔间

116 真空垫

118 底座

200 提升机构

300 真空泵

400 单体电池模块

402 挤压机构

402 挤压装置

404 测量仪器

Claims (10)

1.方法，用于在电池组(102)的底板(106)与至少一个单体电池模块(400)之间建立热传导，其中将所述电池组(102)的框架(104)的底板(106)安放到真空垫(116)上、通过所述真空垫(116)来塑性成型并且在所述真空垫(116)中产生负压，以用于使所述真空垫(116)变硬，而后将所述电池组(102)的单体电池模块(400)挤压到事先被施加到至少底板(106)和/或单体电池模块(400)的表面上的导热胶(110)中，而所述底板(106)则通过所述变硬的真空垫(116)基本上全面状地得到支撑，其中所述导热胶(110)侧向地被分布在所述单体电池模块(400)与所述底板(106)之间。

2.根据权利要求1所述的方法，其中在挤压之后使所述真空垫(116)的内压与环境压力相适应，以用于使所述真空垫(116)变软并且将所述具有单体电池模块(400)的框架(104)从所述变软的真空垫(116)上拿走。

3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中以焊道涂覆的形式来施加所述导热胶(110)，其中所述焊道在挤压时被压扁。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中将所述导热胶(110)涂覆到所述底板(106)的至少一个部分区域(108)上。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在所述底板(106)与所述真空垫(116)之间布置了冷却机构，其中此外所述冷却机构通过所述真空垫(116)来塑性成型。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在挤压之后将所述单体电池模块(400)与所述框架(104)旋紧在一起。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中将所述电池组(102)的至少一个另外的单体电池模块(400)挤压到所述导热胶(110)中。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在挤压时检测所述底板(106)的弯曲。

9.装置(100)，其中该装置(100)被构造用于在相应的机构中执行、实现并且/或者操控根据前述权利要求中任一项所述的方法。

10.根据权利要求9所述的装置，其中所述真空垫(116)具有弹性的包套和由颗粒构成的填充物。

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