DE102014219353A1 - Verfahren zur Herstellung eines Kraftfahrzeug-Batteriemoduls sowie Kraftfahrzeug-Batteriemodul - Google Patents

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Abstract

Bei einem Verfahren zur Herstellung eines Kraftfahrzeug-Batteriemoduls (10), insbesondere für ein Elektro- oder ein Hybridfahrzeug, werden wenigstens zwei Batteriezellen (12) und zwei Druckplatten (20, 22) aus einem elektrisch isolierenden Material sowie zwei Zuganker (24, 26) bereitgestellt. Die Batteriezellen (12) werden zwischen den Druckplatten (20, 22) angeordnet und zusammengedrückt. An den Druckplatten (20, 22) werden die Zuganker (24, 26) befestigt, um die Druckplatten (20, 22) miteinander zu verbinden und den zusammengepressten Zustand aufrechtzuerhalten. Ferner ist ein Kraftfahrzeug-Batteriemodul (10) beschrieben.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kraftfahrzeug-Batteriemoduls, insbesondere für ein Elektro- oder ein Hybridfahrzeug, sowie ein Kraftfahrzeug-Batteriemodul.
  • Elektro- oder Hybridfahrzeuge werden vermehrt nachgefragt, da die Menschen mittlerweile ein stärkeres Okologiebewusstsein haben. Derartige Kraftfahrzeuge weisen als einzigen oder zusätzlichen Antrieb wenigstens ein Kraftfahrzeug-Batteriemodul auf, das die Antriebsenergie elektrisch bereitstellt. Typischerweise besteht ein Kraftfahrzeug-Batteriemodul aus mehreren Batteriezellen, insbesondere prismatischen oder prismenförmigen Batteriezellen. Bei der Herstellung werden die Batteriezellen üblicherweise weggesteuert oder kraftüberwacht verpresst und durch einen umlaufenden Aluminiumrahmen verspannt, sodass sie in einer definierten Form gehalten werden. Diese verpresste Anordnung der Batteriezellen wird auch als Batteriepaket bezeichnet. Anschließend werden das Batteriepaket und der das Batteriepaket umgebende Aluminiumrahmen von einem Isolierungsmantel umgeben, um die erforderliche Hochvoltisolierung der Batteriezellen bzw. des Kraftfahrzeug-Batteriemoduls zu gewährleisten.
  • Der Aluminiumrahmen für das Batteriepaket ist üblicherweise aus zwei Druckplatten und zwei Zugankern ausgebildet, die die einzelnen Batteriezellen verpresst halten. Sowohl die Druckplatten als auch die Zuganker sind aus Aluminium ausgebildet und müssen an insgesamt vier Stellen, den Eckbereichen, verschweißt werden, um den geschlossenen Aluminiumrahmen auszubilden, der die dauerhafte Pressung der Batteriezellen sicherstellt. Die Druckplatten und die Zuganker sind im Stand der Technik typischerweise in einem Strangpressverfahren hergestellt worden.
  • Es hat sich als nachteilig herausgestellt, dass derartig hergestellte Kraftfahrzeug-Batteriemodule ein hohes Gewicht aufweisen und zudem ihre Herstellung teuer ist. Dies liegt vor allem daran, dass der Rohstoff Aluminium in den vergangenen Jahren teurer geworden ist und zudem hohe Anlageinvestitionen getätigt werden müssen, um eine Strangpressanlage bereitzustellen und zu unterhalten. Des Weiteren hat sich als Nachteil herausgestellt, dass die Herstellung viele einzelne Schritte aufweist, um das elektrisch isolierte Kraftfahrzeug-Batteriemodul bereitzustellen, weshalb die Herstellung ebenfalls teuer ist.
  • Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines Kraftfahrzeug-Batteriemoduls sowie ein Kraftfahrzeug-Batteriemodul bereitzustellen, das einfach und kostengünstig durchgeführt bzw. hergestellt werden kann.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Herstellung eines Kraftfahrzeug-Batteriemoduls, insbesondere für ein Elektro- oder ein Hybridfahrzeug, gelöst, mit den folgenden Schritten:
    • a) Bereitstellen von wenigstens zwei Batteriezellen und zwei Druckplatten aus einem elektrisch isolierenden Material sowie zwei Zugankern,
    • b) Anordnen der Batteriezellen zwischen den Druckplatten,
    • c) Zusammendrücken der Batteriezellen und der Druckplatten, und
    • d) Befestigen der Zuganker an den Druckplatten, um die Druckplatten miteinander zu verbinden und den zusammengepressten Zustand aufrecht zu erhalten.
  • Der Grundgedanke der Erfindung ist es, Herstellungsschritte sowie Bauteile einzusparen und die Herstellung dadurch zu beschleunigen. Erfindungsgemäß ist kein durchgängiger Aluminiumrahmen mehr nötig, um die einzelnen Batteriezellen gepresst zusammenzuhalten. Die Druckplatten selbst sind aus einem elektrisch isolierenden Material, wodurch der vormals nötige Herstellungsschritt entfallen kann, die Druckplatten mit einem Isolierungsmaterial zu ummanteln. Hierdurch werden die Kosten gesenkt, unter anderem auch dadurch, dass ein zusätzliches Isolationsbauteil nicht benötigt wird.
  • Ein Aspekt der Erfindung sieht vor, dass das Zusammendrücken in Schritt c) weg- und/oder kraftgesteuert oder weg- und/oder kraftgeregelt abläuft. Hierdurch ist sichergestellt, dass die auf die Batteriezellen wirkende Kraft definiert ist, sodass ein die Batteriezellen umfassendes Batteriepaket eine vordefinierte Form hat.
  • Insbesondere werden die Druckplatten vor Schritt a) in einem kunststoffformgebenden Herstellungsverfahren, insbesondere einem Spritzgießverfahren hergestellt. Hierdurch können die hohen Anlageinvestitionen für eine Strangpressanlage eingespart werden, wodurch die Herstellung der Druckplatten bei hohen Stückzahlen günstiger ist. Zudem kann ein Dauerwerkzeug für den Spritzguss verwendet werden, welches im Vergleich zu einem Strangpresswerkzeug höhere Standzeiten aufweist. Ferner können die Druckplatten aus einem leichteren Material als Aluminium ausgebildet werden.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden die Zuganker vor Schritt a) in kunststoffformgebenden Herstellungsverfahren, insbesondere einem Kunststoff-Spritzgießverfahren, hergestellt. Die Zuganker können somit auch aus einem elektrisch isolierenden Material ausgebildet sein und müssen nicht nachträglich mit einem isolierenden Material ummantelt werden. Zudem kann das Gewicht des Kraftfahrzeug-Batteriemoduls weiter gesenkt werden.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung werden die Druckplatten und die Zuganker miteinander verklebt oder verschweißt. Hierdurch kann in besonders einfacher Weise der Rahmen hergestellt werden, der das Batteriepaket bzw. die Batteriezellen umgibt. Generell weist die Herstellung des Kraftfahrzeug-Batteriemoduls somit einen höheren Freiheitsgrad auf.
  • Die Aufgabe der Erfindung wird ferner durch ein Kraftfahrzeug-Batteriemodul, insbesondere für ein Elektro- oder ein Hybridfahrzeug, gelöst, mit wenigstens zwei Batteriezellen sowie zwei Druckplatten, wobei die wenigstens zwei Batteriezellen zwischen den beiden Druckplatten angeordnet sind und die Druckplatten aus einem elektrisch isolierenden Material, insbesondere aus einem Kunststoff, hergestellt sind. Hierdurch ist ein Kraftfahrzeug-Batteriemodul geschaffen, das im Vergleich zu den aus dem Stand der Technik bekannten Kraftfahrzeug-Batteriemodulen kostengünstiger ist, da kein zusätzliches Isolationsbauteil benötigt wird. Zudem weist es einen geringeren Bauraumbedarf auf.
  • Ein weiterer Aspekt der Erfindung sieht vor, dass die Druckplatten Kunststoff-Spritzgießteile sind. Dadurch weist das Kraftfahrzeug-Batteriemodul eine größere Variabilität auf. Ferner kann Gewicht eingespart werden, wobei die Stabilität des Kraftfahrzeug-Batteriemoduls sogar zunimmt bzw. eine höhere Kraft überfragen werden kann, da das Kraftfahrzeugbatteriemodul eine höhere Biegefestigkeit aufweist. Hierdurch kann der Bauraumbedarf des Kraftfahrzeug-Batteriemoduls noch weiter gesenkt werden.
  • Insbesondere sind Zuganker vorgesehen, die jeweils mit den beiden Druckplatten verbunden und auf entgegengesetzten Seiten der Batteriezellen angeordnet sind, um mit den beiden Druckplatten ein die wenigstens zwei Batteriezellen im Wesentlichen umschließendes Gehäuse bzw. einen die wenigstens zwei Batteriezellen im Wesentlichen umschließenden Rahmen auszubilden. Über den derartig ausgebildeten Rahmen ist sichergestellt, dass die Batteriezellen in ihrem zusammengepressten Zustand gehalten werden, sodass das aus den Batteriezellen gebildete Batteriepaket seine vordefinierte Form beibehält.
  • Insbesondere sind die Zuganker aus einem elektrisch isolierenden Material hergestellt, vorzugsweise aus einem Kunststoff. Hierdurch bilden auch die Zuganker bereits eine elektrische Isolierung.
  • Ferner sind die Zuganker plattenförmige Teile. Das Kraftfahrzeug-Batteriemodul weist dadurch eine besonders kompakte Form auf.
  • Ein weiterer Aspekt der Erfindung sieht vor, dass die Zuganker mit den Druckplatten verschweißt oder verklebt sind. Über die Verbindung ist sichergestellt, dass die im Betrieb des Kraftfahrzeug-Batteriemoduls auftretenden Kräfte von den Zugankern und Druckplatten aufgenommen werden können, um das Batteriepaket in der vordefinierten Form zu halten. Ferner ist aufgrund der Ausbildung der Zuganker und der Druckplatten eine schnellere und kostengünstigere Verbindung möglich. Beispielsweise kann auf eine teure Laseranlage verzichtet werden, wodurch die Investitionen deutlich geringer sind. Generell können aufgrund der derartigen Ausbildung der Druckplatten und Zuganker alternative Verbindungsverfahren eingesetzt werden.
  • Weitere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und der einzigen Figur, auf die Bezug genommen wird.
  • In der Figur ist ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug-Batteriemodul 10 als Antriebsquelle oder Teil einer Antriebsquelle für ein Kraftfahrzeug gezeigt, insbesondere für ein Elektro- oder Hybridfahrzeug. Das Kraftfahrzeug-Batteriemodul 10 umfasst mehrere nebeneinanderliegende, insbesondere prismatische Batteriezellen 12, die ein Batteriepaket 14 ausbilden.
  • Das Batteriepaket 14 weist eine erste als Anlagefläche ausgebildete Seite 16 sowie eine zweite als Anlagefläche ausgebildete Seite 18 auf, die zur ersten Seite 16 entgegengesetzt ist. An der ersten Seite 16 liegt eine erste Druckplatte 20 an, wohingegen an der zweiten Seite 18 eine zweite Druckplatte 22 anliegt, sodass das Batteriepaket 14 von den Druckplatten 20, 22 seitlich begrenzt ist.
  • Die Druckplatten 20, 22 liegen somit an den außenliegenden Batteriezellen 12 des Batteriepakets 14 und an deren langen Seitenflächen an.
  • Bei der Herstellung des Kraftfahrzeug-Batteriemoduls 10 werden die beiden Druckplatten 20, 22 weg- und/oder kraftgesteuert oder weg- und/oder kraftgeregelt zusammengedrückt, um die einzelnen Batteriezellen 12 zusammenzudrücken, sodass sie eine definierte Pressung erfahren und das Batteriepaket 14 mit einer vordefinierten Form ausbilden.
  • Die beiden Druckplatten 20, 22 liegen insbesondere vollflächig an der jeweiligen Seite 16, 18 an, wodurch eine homogene Druckkraft auf das Batteriepaket 14 ausgeübt wird. Generell dient die Pressung der Batteriezellen 12 dazu, der sogenannten Zellatmung während des Betriebs des Kraftfahrzeug-Batteriemoduls 10 entgegenzuwirken, also deren thermisch und elektrisch bedingter Ausdehnung.
  • Das Kraftfahrzeug-Batteriemodul 10 weist ferner einen ersten Zuganker 24 sowie einen zweiten Zuganker 26 auf, die jeweils plattenförmig ausgebildet sind. Die Zuganker 24, 26 sind an entgegengesetzten Stirnseiten der länglichen Batteriezellen 12 angeordnet und verbinden die beiden Druckplatten 20, 22 jeweils miteinander. Die Zuganker 24, 26 erstrecken sich somit über sämtliche das Batteriepaket 14 bildende Batteriezellen 12, wobei sie jeweils an entgegensetzten Stirnseiten der Batteriezellen 12 anliegen.
  • Die beiden Druckplatten 20, 22 sowie die beiden Zuganker 24, 26 bilden einen das Batteriepaket 14 im Wesentlichen umschließenden Rahmen 28 aus, der die Batteriezellen 12 sowie das Batteriepaket 14 in der vordefinierten Form hält. Das Batteriepaket 14 steht folglich nicht aus dem Rahmen heraus.
  • Generell sind die Druckplatten 20, 22 aus einem elektrisch isolierenden Material, sodass die Druckplatten 20, 22 selbst die elektrische Isolierung bilden. Die Druckplatten 20, 22 können in einem Kunststoff-Spritzgießverfahren und damit besonders günstig hergestellt werden.
  • Ebenso können die beiden Zuganker 24, 26 aus einem elektrisch isolierenden Material sein, wodurch auch die Zuganker 24, 26 selbst eine elektrische Isolierung bilden. Ebenso wie die Druckplatten 20, 22 können die Zuganker 24, 26 in einem Kunststoff-Spritzgießverfahren hergestellt worden sein.
  • Um den umlaufenden Rahmen 28 auszubilden, der das Batteriepaket 14 in seiner definierten Form hält, werden die Druckplatten 20, 22 sowie die Zuganker 24, 26 an ihren Verbindungsstellen 30, also den aneinander anliegenden Ecken, miteinander verschweißt oder verklebt.
  • In Abhängigkeit der zu erwartenden Kräfte kann somit eine entsprechend ausreichende Verbindungsart zwischen den Zugankern 24, 26 und den Druckplatten 20, 22 bereitgestellt werden, wodurch sich die Freiheitsgrade bei der Herstellung des Kraftfahrzeug-Batteriemoduls 10 erhöhen. Bei zu erwartenden geringen Kräften kann beispielsweise eine kostengünstige Verbindungsmethode gewählt werden, die einfacher zu realisieren und kostengünstiger durchzuführen ist, wodurch das Kraftfahrzeug-Batteriemodul 10 selbst kostengünstiger hergestellt werden kann.
  • Generell weist ein derartig hergestelltes Kraftfahrzeug-Batteriemodul 10 ein geringeres Gewicht auf, da die Druckplatten 20, 22 und optional die Zuganker 24, 26 aus einem leichten Material ausgebildet sein können, beispielsweise einem elektrisch isolierendem Kunststoff. Trotz des geringeren Gewichts kann das Kraftfahrzeug-Batteriemodul 10 mehr Kraft übertragen, da es eine höhere Biegefestigkeit aufweist.
  • Das hergestellte Kraftfahrzeug-Batteriemodul 10 ist darüber hinaus kostengünstiger herzustellen, da zur Herstellung ein Dauerwerkzeug verwendet werden kann, das hohe Standzeiten aufweist. Ferner können die Druckplatten 20, 22 und die Zuganker 24, 26 kostengünstiger als mit einer Laserschweißanlage miteinander verbunden werden.

Claims (14)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Kraftfahrzeug-Batteriemoduls (10), insbesondere für ein Elektro- oder ein Hybridfahrzeug, mit den folgenden Schritten:
  2. Bereitstellen von wenigstens zwei Batteriezellen (12), zwei Druckplatten (20, 22) aus einem elektrisch isolierenden Material sowie zwei Zugankern (24, 26),
  3. Anordnen der Batteriezellen (12) zwischen den Druckplatten (20, 22),
  4. Zusammendrücken der Batteriezellen (12) und der Druckplatten (20, 22), und
  5. Befestigen der Zuganker (24, 26) an den Druckplatten (20, 22), um die Druckplatten (20, 22) miteinander zu verbinden und den zusammengepressten Zustand aufrechtzuerhalten.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusammendrücken in Schritt c) weg- und/oder kraftgesteuert oder weg- und/oder kraftgeregelt abläuft.
  7. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckplatten (20, 22) und/oder die Zuganker (24, 26) vor Schritt a) in einem kunststoffformgebenden Herstellungsverfahren, insbesondere Spritzgießen, hergestellt werden.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckplatten (20, 22) und die Zuganker (24, 26) miteinander verklebt oder verschweißt werden.
  9. Kraftfahrzeug-Batteriemodul (10), insbesondere für ein Elektro- oder ein Hybridfahrzeug, mit wenigstens zwei Batteriezellen (12) sowie zwei Druckplatten (20, 22), die derart angeordnet sind, dass die wenigstens zwei Batteriezellen (12) zwischen den beiden Druckplatten (20, 22) angeordnet sind, wobei die Druckplatten (20, 22) aus einem elektrisch isolierenden Material, insbesondere aus einem Kunststoff, hergestellt sind.
  10. Kraftfahrzeug-Batteriemodul (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckplatten (20, 22) Spritzgießteile sind.
  11. Kraftfahrzeug-Batteriemodul (10) nach einem der Ansprüche 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass Zuganker (24, 26) vorgesehen sind, die jeweils mit den beiden Druckplatten (20, 22) verbunden und auf entgegengesetzten Seiten der Batteriezellen (12) angeordnet sind und mit den beiden Druckplatten (20, 22) ein die wenigstens zwei Batteriezellen (12) im Wesentlichen umschließendes Gehäuse oder im Wesentlichen umschließenden Rahmen (28) ausbilden.
  12. Kraftfahrzeug-Batteriemodul (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuganker (24, 26) aus einem elektrisch isolierenden Material hergestellt sind, insbesondere aus einem Kunststoff.
  13. Kraftfahrzeug-Batteriemodul (10) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuganker (24, 26) plattenförmige Teile sind.
  14. Kraftfahrzeug-Batteriemodul (10) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuganker (24, 26) mit den Druckplatten (20, 22) verschweißt oder verklebt sind.
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