DE102018217253A1 - Method for producing a battery module for a traction battery - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Batteriemoduls (100) für eine Traktionsbatterie, mit den Schritten:- Anordnen mehrerer Speicherzellen (110) zu einem Zellstapel, wobei an den Enden des Zellstapels eine erste Druckplatte (120) und eine zweite Druckplatte (130), die eine taschenartige Vertiefung aufweist, angeordnet werden;- Anordnen wenigstens eines den Zellstapel umspannenden Spannbandes (140), derart, dass sich die beiden Bandenden dieses Spannbandes (140) an der taschenartigen Vertiefung der zweiten Druckplatte (130) befinden;- Verpressen des Zellstapels in einer Schließeinrichtung (200), wobei die Bandenden des Spannbandes (140) in die taschenartige Vertiefung gedrückt werden und die taschenartige Vertiefung zur dauerhaften Fixierung der Bandenden mit Kunst- oder Klebstoff (K) ausgespritzt wird. Die Erfindung betrifft ferner ein mit diesem Verfahren hergestelltes Batteriemodul (100).The invention relates to a method for producing a battery module (100) for a traction battery, comprising the steps: - arranging a plurality of storage cells (110) to form a cell stack, a first pressure plate (120) and a second pressure plate (130) being located at the ends of the cell stack , which has a pocket-like depression; - arranging at least one tensioning strap (140) spanning the cell stack, such that the two strap ends of this tensioning strap (140) are located on the pocket-like depression of the second pressure plate (130); - pressing the cell stack in a locking device (200), the strap ends of the tensioning strap (140) being pressed into the pocket-like depression and the pocket-like depression being sprayed out with synthetic or adhesive (K) for permanent fixing of the strap ends. The invention further relates to a battery module (100) produced using this method.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Batteriemoduls für eine Traktionsbatterie sowie ein nach diesem Verfahren hergestelltes Batteriemodul.The invention relates to a method for producing a battery module for a traction battery and to a battery module produced by this method.
Eine Traktionsbatterie für den Fahrantrieb eines Kraftfahrzeugs ist für gewöhnlich aus einer Vielzahl von Batteriemodulen (auch als Zellenblöcke bezeichnet) mit jeweils mehreren Einzelzellen aufgebaut. Ein Batteriemodul ist ein Verbund von Einzelzellen (nachfolgend als Speicherzellen bezeichnet), die eine Baueinheit bilden und elektrisch parallel und/oder seriell zusammengeschaltet sind. Besondere Bedeutung hat der mechanische Modulaufbau: Ein Batteriemodul soll einerseits leicht und stabil sein und soll andererseits einfach und mit geringen Kosten herstellbar sein.A traction battery for the traction drive of a motor vehicle is usually constructed from a large number of battery modules (also referred to as cell blocks), each with a plurality of individual cells. A battery module is a combination of individual cells (hereinafter referred to as memory cells) which form a structural unit and are electrically connected in parallel and / or in series. The mechanical module structure is particularly important: on the one hand, a battery module should be light and stable, and on the other hand, it should be simple and inexpensive to manufacture.
Die
In der
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren des Patentanspruchs 1 steht nun ein weiteres und besonders vorteilhaftes Verfahren zur Herstellung eines Batteriemoduls für eine Traktionsbatterie zur Verfügung. Mit dem nebengeordneten Patentanspruch erstreckt sich die Erfindung auch auf ein erfindungsgemäß hergestelltes Batteriemodul. Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich analog für beide Erfindungsgegenstände aus den abhängigen Patentansprüchen, der nachfolgenden Erfindungsbeschreibung und den Figuren.With the inventive method of claim 1, a further and particularly advantageous method for producing a battery module for a traction battery is now available. With the independent claim, the invention also extends to a battery module manufactured according to the invention. Further developments and refinements of the invention result analogously for both subject matter of the invention from the dependent patent claims, the following description of the invention and the figures.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Batteriemoduls weist folgende Schritte auf:
- - Anordnen mehrerer Speicherzellen, insbesondere prismatischer bzw. quaderförmiger Speicherzellen, zu einem Zellstapel, wobei an den Enden des Zellstapels eine erste Druckplatte und eine zweite Druckplatte, die (wenigstens) eine taschenartige Vertiefung aufweist, angeordnet werden;
- - Anordnen wenigstens eines den Zellstapel umspannenden bzw. umschlingenden Spannbandes, derart, dass sich die beiden Bandenden dieses Spannbandes an der zweiten Druckplatte an bzw. in Nähe der taschenartigen Vertiefung, insbesondere über der taschenartigen Vertiefung, befinden, wobei das Spannband bevorzugt so um den Zellstapel herum drapiert wird, dass dieses kompakt anliegt und bereits eine geringe Vorspannung aufweisen kann;
- - Verpressen des Zellstapels in einer Schließeinrichtung, wobei die Bandenden des Spannbandes in die taschenartige Vertiefung gedrückt werden und die taschenartige Vertiefung zur dauerhaften Fixierung der Bandenden (in der taschenartigen Vertiefung) zumindest teilweise mit Kunst- oder Klebstoff ausgespritzt wird.
- Arranging a plurality of storage cells, in particular prismatic or cuboid storage cells, to form a cell stack, a first pressure plate and a second pressure plate having (at least) a pocket-like depression being arranged at the ends of the cell stack;
- - Arranging at least one tensioning strap spanning or wrapping around the cell stack in such a way that the two strap ends of this tensioning strap are located on the second pressure plate on or near the pocket-like depression, in particular above the pocket-like depression, the tensioning strap preferably thus around the cell stack it is draped around that it is compact and may already have a low preload;
- - Pressing the cell stack in a closing device, the strap ends of the tensioning strap being pressed into the pocket-like depression and the pocket-like depression for permanently fixing the strap ends (in the pocket-like depression) being at least partially sprayed out with plastic or adhesive.
Die Schließeinrichtung bzw. Schließeinheit umfasst wenigstens zwei in einem Maschinenrahmen angeordnete Platten bzw. Schilde, von denen wenigstens eine verfahrbar ist. Zum Verpressen des Zellstapels führt die verfahrbare Platte einen Schließhub aus und bringt dabei direkt oder indirekt (z. B. über ein Werkzeugteil) einen Montagedruck auf den Zellstapel auf. Bevorzugt gehört diese Schließeinrichtung zu einer Spritzgießmaschine, d. h., das erfindungsgemäße Verfahren wird bevorzugt mithilfe einer Spritzgießmaschine ausgeführt.The locking device or locking unit comprises at least two plates or shields arranged in a machine frame, at least one of which can be moved. To compress the cell stack, the movable plate executes a closing stroke and in doing so applies an assembly pressure directly or indirectly (e.g. via a tool part) to the cell stack. This locking device preferably belongs to an injection molding machine, i. that is, the method according to the invention is preferably carried out using an injection molding machine.
Die Bandenden des Spannbandes können z. B. mittels eines Schiebers oder Stempels (oder dergleichen), der zur Schließeinrichtung oder Spritzgussmaschine (gegebenenfalls auch zu einem in der Spritzgießmaschine eingebauten Werkzeug) gehört, in die taschenartige Vertiefung gedrückt werden.The strap ends of the strap can, for. B. by means of a slide or stamp (or the like), which belongs to the locking device or injection molding machine (possibly also to a tool installed in the injection molding machine), are pressed into the pocket-like recess.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass zunächst ein Stopfen, insbesondere ein Kunststoffstopfen, oder dergleichen in die taschenartige Vertiefung eingepresst und dann der verbleibende Leerraum in der taschenartige Vertiefung mit dem Kunst- oder Klebstoff ausgespritzt wird. Der Stopfen weist bevorzugt Übermaß auf. Beim Einpressen des Stopfens können die Bandenden vom Stopfen in die taschenartige Vertiefung gedrückt und dabei gleichzeitig auch Zugspannungen auf das Spannband aufgebracht werden. Am Stopfen können Oberflächenstrukturen (wie bspw. Rillen, Narbungen und dergleichen) vorhanden sein, die eine Kraftübertragung begünstigen. Der eingepresste Stopfen kann die Bandenden des Spannbandes zunächst mechanisch fixieren. Die Endfixierung erfolgt dann durch das Ausspritzen mit Kunst- oder Klebstoff.It is preferably provided that a stopper, in particular a plastic stopper, or the like is first pressed into the pocket-like depression and then the remaining empty space in the pocket-like depression is sprayed out with the plastic or adhesive. The stopper is preferably oversized. When the stopper is pressed in, the ends of the strap can be pressed into the pocket-like recess by the stopper and, at the same time, tensile stresses can also be applied to the tightening strap. Surface structures (such as, for example, grooves, grains and the like) can be present on the stopper, which promote force transmission. The pressed-in stopper can initially mechanically fix the strap ends of the strap. The final fixation is then carried out by spraying with synthetic or adhesive.
Beim Ausspritzen kommt es zu einer formschlüssigen, kraftschlüssigen und gegebenenfalls auch stoffschlüssigen Fixierung der Bandenden innerhalb der taschenartigen Vertiefung, ohne dass die Bandenden direkt miteinander verbunden werden. Für das Ausspritzen wird bevorzugt ein thermoplastischer Kunststoff, insbesondere mit Faserverstärkung, verwendet, wie z. B. Polyethylen (PE) oder Polypropylen (PP). Für das Ausspritzen kann auch ein Klebstoff, wie bspw. ein Schmelzklebstoff (Hotmelt) oder ein Zweikomponentenkleber, verwendet werden. Nach dem Aushärten des Kunst- oder Klebstoffs kann die Verpressung bzw. der Montagedruck gelöst werden (wozu die Schließeinrichtung eine Öffnungsbewegung bzw. einen Öffnungshub ausführt) und das Batteriemodul entnommen werden. Die Speicher- bzw. Einzelzellen werden durch das wenigstens eine Spannband dauerhaft zusammengehalten, wobei das Spannband einen vorgesehenen Spanndruck ausübt. Am Batteriemodul können nun noch weitere Arbeiten vorgenommen werden, wie bspw. das elektrische Zusammenschalten der Speicherzellen.When spraying out, there is a positive, non-positive and possibly also material locking fixation of the strap ends within the pocket-like depression without the strap ends being connected directly to one another will. A thermoplastic, in particular with fiber reinforcement, is preferably used for the spraying, such as. B. polyethylene (PE) or polypropylene (PP). An adhesive, such as a hot melt adhesive or a two-component adhesive, can also be used for spraying. After the plastic or adhesive has hardened, the pressing or the assembly pressure can be released (for which the closing device executes an opening movement or an opening stroke) and the battery module can be removed. The storage or individual cells are held together permanently by the at least one tensioning strap, the tensioning strap exerting a prescribed tensioning pressure. Further work can now be carried out on the battery module, such as the electrical interconnection of the memory cells.
Die taschenartige Vertiefung in der zweiten Druckplatte weist bevorzugt eine hinterschnittige Kontur auf, sodass sich ein hinterschnittiger Verschluss ausbilden kann, durch den die Bandenden des Spannbandes sicher fixiert bzw. festgehalten werden. Der Halt kann durch Oberflächenstrukturen (wie bspw. Rillen, Narbungen und dergleichen) in der taschenartigen Vertiefung verbessert werden. Außerdem ist bevorzugt vorgesehen, dass die taschenartige Vertiefung in der zweiten Druckplatte außermittig angeordnet ist. Dies ist im Hinblick auf wirksame Biegemomente vorteilig.The pocket-like depression in the second pressure plate preferably has an undercut contour, so that an undercut closure can be formed, through which the strap ends of the tensioning strap are securely fixed or held. The hold can be improved by surface structures (such as grooves, grains and the like) in the pocket-like depression. In addition, it is preferably provided that the pocket-like depression in the second pressure plate is arranged off-center. This is advantageous in terms of effective bending moments.
Das Spannband kann aus einem faserverstärktem Kunststoff, z. B. CFK oder GFK, gebildet sein. Bevorzugt handelt es sich um ein UD-Band bzw. UD-Tape mit Endlosfasern, das mit einer thermoplastischen oder duroplastischen Kunststoffmatrix imprägniert sein kann.The strap can be made of a fiber-reinforced plastic, e.g. B. CFK or GFK. It is preferably a UD tape or UD tape with continuous fibers, which can be impregnated with a thermoplastic or thermosetting plastic matrix.
Das Spannband kann an der ersten Druckplatte befestigt bzw. vorfixiert sein und kann bspw. angeklebt oder angeschweißt sein. D. h., für den Aufbau des Zellstapels kann die erste Druckplatte mit dem bereits daran fixierten Spannband bereitgestellt werden.The tensioning band can be attached or pre-fixed to the first pressure plate and can be glued or welded on, for example. That is, for the construction of the cell stack, the first pressure plate can be provided with the tensioning band already attached to it.
Der Aufbau des Zellstapels sowie das Anordnen des Spannbandes kann außerhalb der Schließeinrichtung erfolgen. Bevorzugt ist jedoch vorgesehen, dass das Anordnen der Speicherzellen zu einem Zellstapel sowie auch das Anordnen des Spannbandes direkt in der Schließeinrichtung oder Spritzgießmaschine bzw. in einem in der Spritzgießmaschine eingebauten Werkzeug erfolgt.The structure of the cell stack and the arrangement of the tensioning strap can take place outside the locking device. However, it is preferably provided that the storage cells are arranged in a cell stack and also the tensioning band is arranged directly in the closing device or injection molding machine or in a tool installed in the injection molding machine.
Während des Verpressens des Zellstapels in einer Spritzgießmaschine können mittels Spritzgießen auch Gehäuseteile bzw. -komponenten erzeugt werden. Bspw. können an die Druckplatten Lager- und Befestigungselemente angespritzt oder der Zellstapel kann mit einer isolierenden Umhausung umspritzt werden (eine separate Isolierung des Moduls ist dann nicht mehr erforderlich). Hierzu eignet sich insbesondere ein Zwei-Komponenten-Spritzgießverfahren, bei dem für Fixierung der Bandenden in der taschenartigen Vertiefung ein erster Kunststoff und für die Erzeugung der Gehäuseteile ein zweiter Kunststoff verwendet wird.During the pressing of the cell stack in an injection molding machine, housing parts or components can also be produced by means of injection molding. E.g. Bearing and fastening elements can be molded onto the pressure plates, or the cell stack can be overmolded with an insulating housing (separate insulation of the module is then no longer necessary). A two-component injection molding process is particularly suitable for this purpose, in which a first plastic is used to fix the tape ends in the pocket-like recess and a second plastic is used to produce the housing parts.
Ein mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltes Batteriemodul weist einen Zellstapel aus mehreren Speicherzellen auf, an dessen Enden sich eine erste und eine zweite Druckplatte befinden, wobei die zweite Druckplatte mit einer taschenartigen Vertiefung ausgebildet ist, in der die Bandenden eines den Zellstapel (einschließlich der Druckplatten) umspannenden Spannbandes hineingedrückt und durch eingespritzten Kunst- oder Klebstoff, gegebenenfalls auch mit einem eingepressten Stopfen, fixiert sind.A battery module produced using the method according to the invention has a cell stack composed of a plurality of memory cells, at the ends of which there are a first and a second pressure plate, the second pressure plate being formed with a pocket-like recess in which the band ends of one of the cell stacks (including the pressure plates) spanning clamping band pressed in and fixed by injected plastic or adhesive, optionally also with a pressed plug.
Die Erfindung ermöglicht die Herstellung eines Batteriemoduls ohne Verschweißungen und Verschraubungen. Die wesentlichen Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens können nur mithilfe einer Spritzgießmaschine ausgeführt werden. Im selben Arbeitsgang können zudem auch Gehäuseteile miterzeugt werden (One-Shot-Verfahren). Die Erfindung führt zur Gewichtsreduzierung sowie zu Zeit- und Kosteneinsparungen.The invention enables the production of a battery module without welding and screwing. The essential steps of the method according to the invention can only be carried out using an injection molding machine. Housing parts can also be produced in the same operation (one-shot process). The invention leads to weight reduction and time and cost savings.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Die in den schematischen Figuren gezeigten und/oder nachfolgend erläuterten Merkmale können, auch unabhängig von konkreten Merkmalskombinationen, allgemeine Merkmale der Erfindung sein und die Erfindung entsprechend weiterbilden.
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1 veranschaulicht das Verpressen eines Zellstapels aus Speicherzellen und Druckplatten in einer Schließeinrichtung. -
2 veranschaulicht des Ausspritzens der taschenartigen Vertiefung in der oberen Druckplatte.
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1 illustrates the pressing of a cell stack from memory cells and pressure plates in a locking device. -
2nd illustrates the ejection of the pocket-like depression in the upper pressure plate.
Um den Zellstapel herum ist wenigstens ein Spannband
Die Druckplatten
Der Zellstapel befindet sich in einer Schließeinrichtung
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