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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Prüfverfahren zum zerstörungsfreien Überprüfen der Verteilung einer Wärmeleitmasse, die an einem Hochvoltspeicher vorgesehen ist.
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Bei der Herstellung eines Hochvoltspeichers, wie z. B. einem Batteriemodul mit mehreren Batteriezellen bzw. Speicherzellen, wird am Zellboden ein Wärmeleitblech angebracht, das zur Anbindung der Zellen an einen Kühler dient. Eine Kühlung des Hochvoltspeichers ist notwendig, um die betriebssichere Funktion und die Lebensdauer des Hochvoltspeichers zu erhalten. Um eine ausreichende Wärmeabfuhr vom Zellstapel bereitzustellen, wird zwischen den Zellboden und das Wärmeleitblech eine Wärmeleitmasse eingebracht, die den Zellboden mit dem Wärmeleitblech verbindet, Unebenheiten der zu verbindenden Schichten und herstellungsbedingte Toleranzen ausgleicht sowie eine Hochvoltisolation bereitstellt. Eine gleichmäßige Verteilung der Wärmeleitmasse und damit auch eine gute Verbindung des Zellbodens mit dem Wärmeleitblech, ist notwendig, um eine dauerhafte Betriebssicherheit und Funktionalität des Hochvoltspeichers zu garantieren. Um die Verteilung der Wärmeleitmasse zu überprüfen, wird das Wärmeleitblech vom Zellboden eines Hochvoltspeichers abgezogen. Nachteilig daran ist, dass der Hochvoltspeicher dabei partiell zerstört wird. Um den Hochvoltspeicher wieder in die Fertigung einzuschleusen, muss dieser aufwendig manuell gereinigt und erneut nach Auftrag einer Wärmeleitmasse mit einem Wärmeleitblech versehen werden. Durch diese zerstörende Qualitätsprüfung wird Material zur Herstellung des Hochvoltspeichers vergeudet, was einen hohen wirtschaftlichen Verlust darstellt. Ferner kann auf diese Weise keine 100%-Prüfung aller Hochvoltspeicher erfolgen. Nachteilig ist auch, dass das Prüfverfahren sehr aufwendig ist, händischen Einsatz erfordert und damit mit hohen Kosten verbunden ist.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Prüfverfahren zum Überprüfen der Verteilung einer zwischen einem Zellboden eines Hochvoltspeichers und einem Wärmeleitblech vorgesehenen, das Wärmeleitblech mit dem Zellboden verbindenden, Wärmeleitmasse anzugeben, das einfach ohne hohen technischen sowie manuellen Aufwand anwendbar ist, eine zerstörungsfreie qualitative Überprüfung der Verteilung der Wärmeleitmasse ermöglicht und dabei sogar eine 100% Kontrolle aller hergestellten Hochvoltspeicher erlaubt.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Prüfverfahren zum zerstörungsfreien Überprüfen der Verteilung einer zwischen einem Zellboden eines Hochvoltspeichers und einem Wärmeleitblech vorgesehenen, das Wärmeleitblech mit dem Zellboden verbindenden Wärmeleitmasse, gelöst, das durch die Schritte:
- – Erwärmen des Wärmeleitblechs und
- – Messen der Temperaturverteilung in der Wärmeleitmasse mittels einer Infrarotkamera
gekennzeichnet ist. Durch das Erwärmen des Wärmeleitblechs wird Wärme auch auf die mit dem Wärmeleitblech in Verbindung stehende Wärmeleitmasse, insbesondere eine wärmeleitende adhäsive Masse oder eine Wärmeleitvergussmasse, übertragen. Je besser der Kontakt zwischen dem Wärmeleitblech und der Wärmeleitmasse ist, desto gleichförmiger und vollständiger wird auch die Wärmeleitmasse erwärmt, so dass die Wärmeleitmasse eine homogene Temperaturverteilung aufweist. Sind zwischen dem Wärmeleitblech und der Wärmeleitmasse Fehlstellen, wird die eingebrachte Wärme nicht vollständig bzw. ungleichmäßig auf die Wärmeleitmasse übertragen. Die Wärmeleitmasse erwärmt sich damit ungleichmäßig und die Temperaturverteilung ist inhomogen, was mittels einer Infrarotkamera sehr gut messbar ist. Diese Effekte verstärken sich, wenn auch die Schichtdicke der Wärmeleitmasse inhomogen ist bzw. wenn die Wärmeleitmasse Inhomogenitäten aufweist, beispielsweise materialbedingte Inhomogenitäten. Hochvoltspeicher mit schlechter Temperaturverteilung können durch Anwendung des erfindungsgemäßen Prüfverfahrens leicht und zerstörungsfrei ermittelt werden, wobei eine 100% Kontrolle, also eine Kontrolle aller hergestellten Hochvoltspeicher möglich ist. Dies sichert die Qualität des Hochvoltspeichers und auch eine lange Lebensdauer desselben. Das Prüfverfahren arbeitet somit zerstörungsfrei, erlaubt eine sehr detaillierte Messung der Verteilung der Wärmeleitmasse und ist somit einfach ohne hohen technischen und manuellen Aufwand und damit auch kostengünstig durchführbar. Das erfindungsgemäße Prüfverfahren eignet sich damit auch als qualitative Überprüfungsmaßnahme in einer Hochvoltspeichergroßproduktion. Darüber hinaus kann bei Verwendung von durch Temperaturerwärmung härtende Wärmeleitmassen die Herstellung des Hochvoltspeichers verkürzt werden, da die im Prüfverfahren in die Wärmeleitmasse eingetragene Wärme gleichzeitig zur Härtung der Wärmeleitmasse verwendet werden kann.
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Die Unteransprüche beinhalten vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Prüfverfahrens erfolgt das Erwärmen mittels mindestens eines Wärmestrahlers. Wärmestrahler sind technisch wenig anspruchsvolle aber sehr effiziente Wärmequellen, mittels derer in kurzer Zeit eine Erwärmung des Wärmeleitblechs auf eine vorgegebene Temperatur durchgeführt werden kann. Vorteilhaft ist die Anwendung von mindestens zwei Wärmestrahlern, da somit auch Randbereiche des Wärmeleitblechs schneller auf Temperatur gebracht werden können. Bevorzugt werden Halogenstrahler mit ca. 5 kW verwendet. Die Anregungstemperatur sollte höher als die Bauteiltemperatur liegen, bei einer Einwirkdauer vorzugsweise von weniger als 1 Hz.
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Weiter vorteilhaft wird das Wärmeleitblech vor dem Erwärmen so vorbehandelt, dass Reflektionen reduziert werden. Somit kann eine gleichmäßigere und schnellere Erwärmung des Wärmeleitblechs erzielt werden. Ferner erleichtert dies die Bestimmung der Temperaturverteilung mittels der IR-Kamera.
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Um die Homogenität der Erwärmung des Wärmeleitbleches zu verbessern, wird das Wärmeleitblech vor dem Erwärmen so vorbehandelt, dass ein Wärmeübertrag auf das Wärmeleitblech erhöht wird. Hierzu sind wärmeabsorbierende oder wärmeleitende Beschichtungen besonders geeignet.
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Durch eine Vorbehandlung des Wärmeleitblechs durch Aufbringen einer schwarzen Oberflächenbeschichtung wird sowohl Reflektionen vorgebeugt als auch eine Wärmeübertragung vom Wärmestrahler auf das Wärmeleitblech verbessert.
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Alternativ zu einer schwarzen Oberflächenbeschichtung kann das Vorbehandeln auch durch Aufbringen einer nicht reflektierenden, luftdurchlässigen Oberflächenbeschichtung, insbesondere einer Folie oder einer Platte, erfolgen. Insbesondere eine Folienbeschichtung oder das Aufbringen einer entsprechenden Platte ist vorteilhaft, da diese nach Durchführung des Prüfverfahrens wieder sehr leicht entfernt werden können. Vorzugsweise werden die Folien bzw. Platten nach dem Prüfverfahren wieder entfernt.
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Für eine vollständigere und umfassendere Analyse der Verteilung der Wärmeleitmasse, umfasst das Verfahren den weiteren Schritt des graphischen Auswertens der Temperaturverteilung der Wärmeleitmasse zur Bestimmung der Verteilung und/oder der Schichtdicke der Wärmeleitmasse umfasst.
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Aufgrund der erfindungsgemäßen Lösungen sowie deren Weiterbildungen ergeben sich folgende Vorteile:
- – Es wird ein Prüfungsverfahren zum zerstörungsfreien Überprüfen der Verteilung einer Wärmeleitmasse in einem Hochvoltspeicher bereitgestellt.
- – Das Prüfverfahren erfordert weder hohen technischen noch manuellen Aufwand.
- – Das Prüfungsverfahren eignet sich zur 100% Kontrolle aller herzustellenden Hochvoltspeicher.
- – Das Verfahren ist einfach und schnell umsetzbar und somit durch niedrige Kosten gekennzeichnet.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren. Es zeigt:
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1 ein Wärmeleitblech mit Wärmeleitmasse direkt nach dem Auftrag der Wärmeleitmasse,
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2 das Wärmeleitblech aus 1 nach Verbauen und erneutem Ablösen von einem Zellboden und
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3 eine Thermographieaufnahme des Wärmeleitblechs aus 2.
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Die vorlegende Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels im Detail erläutert. In den 1 sind nur die hier interessierenden Teile eines Hochvoltspeichers dargestellt, alle übrigen Elemente sind der Übersichtlichkeit halber weggelassen.
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1 zeigt ein Wärmeleitblech 1, auf das eine Wärmeleitmasse 2 aufgebracht wurde. Die Wärmeleitmasse 2 wurde der Einfachheit halber in Form von Streifen aufgebracht, wobei in manchen Bereichen des Wärmeleitblechs Aussparungen 1a, 1b vorgesehen sind, in denen keine Wärmeleitmasse 2 aufgetragen wurde.
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2 zeigt dasselbe Wärmeleitblech 1 nach Montage an einem Zellboden und erneutem Entfernen vom Zellboden zur Überprüfung der Verteilung der Wärmeleitmasse. Zu sehen ist, dass in den Bereich mit Aussparungen 1a, 1b in der Wärmeleitmasse 2 auch nach dem Montieren an einem Zellboden weiterhin Aussparungen 1a, 1b vorhanden sind. Diese Fehlstellen in der Wärmeleitmasse 2 verschlechtern die Wärmeübertragung von einem Zellstapel auf das Wärmeleitblech 1, so dass die Wärme, die beim Betrieb eines Hochvoltspeichers entsteht, in diesen Bereichen nicht effektiv abgeführt werden kann. Der Hochvoltspeicher kann nicht ausreichend gekühlt werden und zeichnet sich durch eine verminderte Lebensdauer aus.
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3 ist eine Thermographieaufnahme des Wärmeleitblechs aus 2, die aufgenommen wurde, als das Wärmeleitblech 1 noch am Zellboden montiert war. Deutlich zu erkennen sind auch hier, genauso wie in 2, die Aussparungen 1a, 1b, an denen sich keine Wärmeleitmasse 2 befindet. Im Unterschied zu 2 wurde, wie bereits angemerkt, die Aufnahme mit einer IR-Kamera im montierten Zustand des Wärmeleitblechs gemacht. Das Ergebnis deckt sich aber genau mit demjenigen aus 2. An den Aussparungen 1a, 1b hat keine ausreichende Wärmeübertragung vom erwärmten Wärmeleitblech 1 auf die Wärmeleitmasse 2 stattgefunden, diese Stellen zeichnen sich damit durch eine geringere Temperatur aus, was durch eine hellere Farbe in der Thermographieaufnahme angezeigt wird. Je dunkler und deckender die Farbe (gelb-orange-rot) in der Thermographieaufnahme, desto besser ist der Wärmeübertrag vom Wärmeleitblech 1 auf die Wärmeleitmasse 2 und desto besser ist der Kontakt zwischen diesen beiden Schichten und desto höher ist die Schichtdicke der Wärmeleitmasse 2. Eine gleichmäßig dunkle Farbe zeigt damit eine gute Schichtdicke und einen guten Kontakt der Wärmeleitmasse 2 zu dem Wärmeleitblech 1 an. Durch Auswertung der Thermographieaufnahmen können gezielt, einfach und ohne Demontage des Wärmeleitblechs Aussagen über die Masseverteilung der Wärmeleitmasse 2 auf dem Wärmeleitblech 1 getroffen werden. Die erste und letzte Zelle im Modul weisen vorzugsweise eine Klebstoffbenetzung von zumindest 95% auf. Die restlichen Zellen weisen vorzugsweise eine Klebstoffbenetzung von zumindest 75% auf.
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Die vorhergehende Beschreibung der vorliegenden Erfindung dient nur zu illustrativen Zwecken und nicht zum Zwecke der Beschränkung der Erfindung. Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen und Modifikationen möglich, ohne den Umfang der Erfindung sowie ihrer Äquivalente zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Wärmeleitblech
- 1a, 1b
- Aussparung an Wärmeleitmasse
- 2
- Wärmeleitmasse
