DE102014219353A1 - Method for producing a motor vehicle battery module and motor vehicle battery module - 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.In a method for producing a motor vehicle battery module (10), in particular for an electric or hybrid vehicle, at least two battery cells (12) and two pressure plates (20, 22) made of an electrically insulating material and two tie rods (24, 26) provided. The battery cells (12) are placed between the pressure plates (20, 22) and compressed. To the pressure plates (20, 22), the tie rods (24, 26) are attached to connect the pressure plates (20, 22) together and maintain the compressed state. Furthermore, a motor vehicle battery module (10) is described.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kraftfahrzeug-Batteriemoduls, insbesondere für ein Elektro- oder ein Hybridfahrzeug, sowie ein Kraftfahrzeug-Batteriemodul.The invention relates to a method for producing a motor vehicle battery module, in particular for an electric or a hybrid vehicle, as well as a motor vehicle battery module.
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.Electric or hybrid vehicles are increasingly in demand, as people now have a stronger awareness of Okology. Such motor vehicles have as a single or additional drive at least one motor vehicle battery module that provides the drive energy electrically. Typically, a motor vehicle battery module consists of a plurality of battery cells, in particular prismatic or prismatic battery cells. In the production, the battery cells are usually driven away or force-monitored and clamped by a circumferential aluminum frame, so that they are kept in a defined shape. This compressed arrangement of the battery cells is also referred to as a battery pack. Subsequently, the battery pack and surrounding the battery pack aluminum frame are surrounded by an insulating jacket to ensure the required high-voltage insulation of the battery cells or the motor vehicle battery module.
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.The aluminum frame for the battery pack is usually formed of two pressure plates and two tie rods that hold the individual battery cells pressed. Both the pressure plates and the tie rods are made of aluminum and must be welded at a total of four points, the corner areas, to form the closed aluminum frame, which ensures the permanent pressing of the battery cells. The printing plates and tie rods have typically been manufactured in an extrusion molding process in the prior art.
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.It has proved to be disadvantageous that motor vehicle battery modules produced in this way have a high weight and, in addition, their production is expensive. This is mainly due to the fact that the raw material aluminum in recent years has become more expensive and also high capital investment must be made to provide and maintain an extrusion press. Furthermore, it has been found to be a disadvantage that the manufacturing has many individual steps to provide the electrically isolated automotive battery module, which is why the production is also expensive.
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.The object of the invention is to provide a method for producing a motor vehicle battery module, as well as a motor vehicle battery module, which can be carried out and produced simply and inexpensively.
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.
- a) providing at least two battery cells and two pressure plates of an electrically insulating material and two tie rods,
- b) arranging the battery cells between the printing plates,
- c) compressing the battery cells and the pressure plates, and
- d) Attach the tie rods to the pressure plates to connect the pressure plates together and maintain the compressed state.
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.The basic idea of the invention is to save manufacturing steps as well as components and thereby to accelerate the production. According to the invention, a continuous aluminum frame is no longer needed in order to keep the individual battery cells pressed together. The printing plates themselves are made of an electrically insulating material, whereby the previously necessary manufacturing step can be omitted, to coat the printing plates with an insulating material. As a result, the costs are reduced, among other things, by the fact that an additional insulation component is not needed.
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.One aspect of the invention provides that the compression in step c) is path-controlled and / or force-controlled or path-controlled and / or force-controlled. This ensures that the force acting on the battery cells is defined so that a battery pack comprising the battery cells has a predefined shape.
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.In particular, the printing plates are produced before step a) in a plastic-forming production process, in particular an injection molding process. As a result, the high capital investment for an extrusion press can be saved, whereby the production of printing plates is cheaper in high quantities. In addition, a permanent tool for injection molding can be used, which has a longer service life compared to an extrusion tool. Further, the printing plates may be formed of a lighter material than aluminum.
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.According to a further embodiment, the tie rods are produced before step a) in plastics-forming manufacturing processes, in particular a plastic injection molding process. The tie rods can thus also be formed of an electrically insulating material and do not have to be subsequently encased with an insulating material. In addition, the weight of the motor vehicle battery module can be further reduced.
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. According to a further aspect of the invention, the printing plates and the tie rods are glued or welded together. As a result, the frame can be produced in a particularly simple manner, which surrounds the battery pack or the battery cells. In general, the production of the motor vehicle battery module thus has a higher degree of freedom.
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.The object of the invention is further achieved by a motor vehicle battery module, in particular for an electric or a hybrid vehicle, with at least two battery cells and two pressure plates, wherein the at least two battery cells are arranged between the two pressure plates and the pressure plates of an electrically insulating material , in particular of a plastic, are produced. As a result, a motor vehicle battery module is created, which is cheaper compared to the automotive battery modules known from the prior art, since no additional insulation component is needed. In addition, it has a smaller space requirement.
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.Another aspect of the invention provides that the printing plates are plastic injection molded parts. As a result, the motor vehicle battery module has greater variability. Furthermore, weight can be saved, with the stability of the motor vehicle battery module even increasing or being able to transmit a higher force, since the motor vehicle battery module has a higher flexural strength. As a result, the space requirement of the motor vehicle battery module can be further reduced.
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.In particular, tie rods are provided, which are each connected to the two pressure plates and arranged on opposite sides of the battery cells to form with the two pressure plates a at least two battery cells substantially enclosing housing or the at least two battery cells substantially enclosing frame. About the thus formed frame ensures that the battery cells are kept in their compressed state, so that the battery pack formed from the battery pack retains its predefined shape.
Insbesondere sind die Zuganker aus einem elektrisch isolierenden Material hergestellt, vorzugsweise aus einem Kunststoff. Hierdurch bilden auch die Zuganker bereits eine elektrische Isolierung.In particular, the tie rods are made of an electrically insulating material, preferably of a plastic. As a result, the tie rods already form an electrical insulation.
Ferner sind die Zuganker plattenförmige Teile. Das Kraftfahrzeug-Batteriemodul weist dadurch eine besonders kompakte Form auf.Furthermore, the tie rods are plate-shaped parts. The motor vehicle battery module thereby has a particularly compact shape.
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.Another aspect of the invention provides that the tie rods are welded or glued to the pressure plates. The connection ensures that the forces occurring during operation of the motor vehicle battery module can be absorbed by the tie rods and pressure plates in order to hold the battery pack in the predefined form. Furthermore, a faster and cheaper connection is possible due to the formation of the tie rods and the pressure plates. For example, can be dispensed with an expensive laser system, whereby the investment is much lower. In general, alternative connection methods can be used due to the design of the printing plates and tie rods.
Weitere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und der einzigen Figur, auf die Bezug genommen wird.Further advantages and features of the invention will become apparent from the following description and the single figure, to which reference is made.
In der Figur ist ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug-Batteriemodul
Das Batteriepaket
Die Druckplatten
Bei der Herstellung des Kraftfahrzeug-Batteriemoduls
Die beiden Druckplatten
Das Kraftfahrzeug-Batteriemodul
Die beiden Druckplatten
Generell sind die Druckplatten
Ebenso können die beiden Zuganker
Um den umlaufenden Rahmen
In Abhängigkeit der zu erwartenden Kräfte kann somit eine entsprechend ausreichende Verbindungsart zwischen den Zugankern
Generell weist ein derartig hergestelltes Kraftfahrzeug-Batteriemodul
Das hergestellte Kraftfahrzeug-Batteriemodul
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