DE102019128924A1 - Batteriemodul für eine Hochvoltbatterie sowie Verfahren zum Zusammenbau eines solchen Batteriemoduls - Google Patents
Batteriemodul für eine Hochvoltbatterie sowie Verfahren zum Zusammenbau eines solchen Batteriemoduls Download PDFInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Batteriemodul für eine Hochvoltbatterie (1), insbesondere eine Traktionsbatterie eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs, mit einem Modulgehäuse (3), dessen Seitenwände (15) eine Anzahl von Batteriezellen (13) einfassen, und dessen Gehäusedeckel (19) die Oberseite der Batteriezellen (13) überdeckt. Erfindungsgemäß ist der Modulgehäusedeckel (19) aus einem biegeschlaffen Folienmaterial-Zuschnitt mit dünner Materialstärke ausgebildet. Der Folienmaterial-Zuschnitt (19) ist in spaltfreier, großflächiger Anlage mit der Oberseite der Batteriezellen (13) und den Modulgehäuse-Seitenwänden (15).
Description
- Die Erfindung betrifft ein Batteriemodul für eine Hochvoltbatterie nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Batteriemoduls nach dem Anspruch 6.
- Die Traktionsbatterie eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs kann ein lasttragendes Batteriegehäuse sein, in dem eine Anzahl von Batteriemodulen angeordnet ist. Jedes der Batteriemodule kann einen Zellenverbund aus Batteriezellen aufweisen, die in Reihe hintereinander in einem Modulgehäuse angeordnet sind.
- Bei einem solchen gattungsgemäßen Batteriemodul können die Seitenwände des Modulgehäuses den Zellenverbund einfassen. Das Modulgehäuse weist einen Modulgehäusedeckel auf, der die Batteriezellen-Oberseite überdeckt. Der Modulgehäusedeckel wirkt als ein Berührschutz, um für einen Werker eine Hochvolt-Gefährdung bei der Handhabung des Batteriemoduls zu minimieren.
- Im Stand der Technik wird der Modulgehäusedeckel fertigungstechnisch aufwendig als ein separates Bauteil vorgehalten. Der Modulgehäusedeckel ist im Zusammenbauzustand der Batterie in der Modul-Hochrichtung um einen freien Montagespalt von der Batteriezellen-Oberseite beabstandet, wobei in dem Montagespalt Zellenverbinder sowie andere Batteriezellen-Bauteile angeordnet sind. Dadurch ergibt sich eine entsprechend große Bauteilhöhe des Batteriemoduls.
- Aus der
DE 35 44 003 A1 ist ein Batteriedeckel bekannt. Aus derWO 2013/097968 A1 AT 511 819 A4 DE 10 2015 224 785 A1 ist ein Zellkontaktierungssystem sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Zellmoduls bekannt. - Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Batteriemodul für eine Hochvoltbatterie sowie ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Batteriemoduls bereitzustellen, dass im Vergleich zum Stand der Technik mit reduziertem Bauteil- und/oder Fertigungsaufwand herstellbar ist.
- Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruches 1 oder 6 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
- In Abkehr vom Stand der Technik ist der Modulgehäusedeckel erfindungsgemäß nicht mehr als ein formstabiles, starres Bauteil realisiert. Vielmehr ist gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 der Modulgehäusedeckel aus einem biegeschlaffen Folienmaterial-Zuschnitt mit dünner Materialstärke ausgebildet. Der Folienmaterial-Zuschnitt ist im Zusammenbauzustand des Batteriemoduls in spaltfreier, großflächiger Anlage mit der Modul-Oberseite. Insbesondere ist der Folienmaterial-Zuschnitt in spaltfreier sowie großflächiger Anlage mit der Batteriezellen-Oberseite sowie in Anlage mit den Modulgehäuse-Seitenwänden.
- Durch Bereitstellung eines Folienmaterial-Zuschnitts als Modulgehäusedeckel ergibt sich im Vergleich zu einem materialintensiven, starren Kunststoffdeckel eine kostengünstige Alternative, bei der kein zusätzliches Teile-Handling in Logistik und Produktion anfällt. Zudem ergibt sich eine bedeutende Gewichts- und/oder Volumenreduzierung des zusammengebauten Batteriemoduls. In einer später beschriebenen bevorzugten Ausführungsvariante erfolgt die Applikation des Folienmaterial-Zuschnitts in einem Unterdruck-Verfahren, bei dem an das noch nach oben offene Batteriemodul-Gehäuse ein Unterdruck angelegt wird. Dadurch kann der Folienmaterial-Zuschnitt unter Einwirkung des Unterdrucks gegen die Modul-Oberseite gesaugt werden. Durch den Saugvorgang werden zusätzlich gegebenenfalls vorhandene Schmutzpartikel in dem Batteriemodul abgesaugt, wodurch in einfacher Weise die Betriebssicherheit des Batteriemoduls gesteigert werden kann.
- In einer technischen Umsetzung kann der Folienmaterial-Zuschnitt in einer insbesondere großflächigen Klebeverbindung mit der Modul-Oberseite sein. Bevorzugt kann der Folienmaterial-Zuschnitt sowohl mit der Batteriezellen-Oberseite als auch mit den Modulgehäuse-Seitenwänden in Klebverbindung sein.
- Bei einer halb- oder vollautomatischen Batterie-Fertigung mit größeren Stückzahlen ist eine fertigungstechnisch einfache Applikation des Folienmaterial-Zuschnitts auf der Modul-Oberseite von großer Bedeutung. Vor diesem Hintergrund kann der Folienmaterial-Zuschnitt einen Zweischichtaufbau aufweisen, und zwar mit einer Folienmaterial-Schicht sowie einer Klebschicht, mittels der die Klebverbindung mit der Modul-Oberseite bereitstellbar ist.
- Im Zusammenbauzustand des Batteriemoduls (das heißt bei aufgebrachtem Folienmaterial-Zuschnitt) liegt der Folienmaterial-Zuschnitt (aufgrund seiner geringen Eigensteifigkeit), konturangepasst auf der Modul-Oberseite auf, und zwar spaltfrei sowie in großflächiger Anlage mit der Modul-Oberseite. Auf diese Weise wird im Vergleich zum Stand der Technik eine Batteriemodul-Bauhöhe reduziert. Zudem bildet sich an der Außenseite des Folienmaterial-Zuschnitts die Oberflächenkontur der auf der Batteriezellen-Oberseite angeordneten Batteriezellen-Komponenten, etwa Zellen-Pole und/oder Polverbinder ab. Die Positionierung der Batteriezellen-Komponenten ist daher auch bei appliziertem Folienmaterial-Zuschnitt ohne weiteres erkennbar, wodurch sich Vorteile beim weiteren Zusammenbau-Prozess der Hochvoltbatterie ergeben können.
- In einer bevorzugten Ausführungsvariante kann die Applikation des Folienmaterial-Zuschnitts mit Hilfe eines Unterdruck-Verfahrens erfolgen. In dem Unterdruck-Verfahren kann der Folienmaterial-Zuschnitt durch UnterdruckBeaufschlagung in spaltfreie, großflächige Anlage mit der Modul-Oberseite gesaugt werden. Im Hinblick auf eine Großserienfertigung ist es bevorzugt, wenn eine zum Beispiel auf eine Wickelrolle aufgewickelte Folienmaterial-Endlosbahn bereitgestellt wird. Diese kann in einer Schneidstation abgewickelt werden und auf den jeweiligen Folienmaterial-Zuschnitt abgelängt werden. Der abgelängte Folienmaterial-Zuschnitt kann in einer prozesstechnisch nachgeschalteten Assemblierstation mittels des Unterdruck-Verfahrens auf die Modul-Oberseite aufgebracht werden.
- Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Figuren beschrieben.
- Es zeigen:
-
1 in einer perspektivischen Teilansicht eine Hochvoltbatterie; -
2 in perspektivischer Darstellung ein in der Hochvoltbatterie verbaubares Batteriemodul; -
3 eine Schnittdarstellung entlang der Schnittebene A-A aus der2 ; -
4 bis6 jeweils Ansichten, anhand derer Prozessschritte zur Herstellung des Batteriemoduls veranschaulicht sind. - In der
1 ist in perspektivischer Teilansicht eine Hochvoltbatterie1 angedeutet, die zum Beispiel als eine Traktionsbatterie in einem elektrisch betriebenen Fahrzeug verbaubar ist. Die Hochvoltbatterie1 weist ein lasttragendes Batteriegehäuse3 auf, in dem eine Anzahl von quaderförmigen Batteriemodulen5 angeordnet ist. Das Gehäuse3 ist aus einem wannenförmigen Gehäuse-Unterteil7 aufgebaut, das von einem Batteriedeckel9 abgedeckt ist. - In der
2 ist eines der Batteriemodule5 in Alleinstellung gezeigt. Demzufolge weist das Batteriemodul5 ein Batteriemodul-Gehäuse11 auf, in dem ein Zellenverbund aus in Reihe hintereinander angeordneten, prismatischen Batteriezellen13 angeordnet ist. - Das Batteriemodul-Gehäuse
11 ist in der2 aus umlaufenden GehäuseSeitenwänden15 aufgebaut, die den Zellenverbund umfassen. Zudem ist die Modul-Oberseite von einem Modulgehäuse-Deckel19 überdeckt, der als Berührschutz für einen Werker wirkt, um eine Hochvolt-Gefährdung zu realisieren, bei der die auf der Batteriezellen-Oberseite angeordneten Elektronikkomponenten, etwa Zellen-Pole21 und/oder Polverbinder23 , mit Bezug auf den Werker berührsicher angeordnet sind. - Wie aus der
3 hervorgeht, ist der Modulgehäuse-Deckel19 als ein Folienmaterial-Zuschnitt mit dünner Materialstärke realisiert, die in den Figuren übertrieben groß dargestellt ist. Der Folienmaterial-Zuschnitt19 ist mit der Oberseite der Modulgehäuse-Seitenwände15 sowie mit der Oberseite der Batteriezellen13 in spaltfreier sowie großflächiger Klebverbindung. Die Klebverbindung ist in der3 mittels einer Klebschicht25 bereitgestellt, die Bestandteil des Folienmaterial-Zuschnittes19 ist. Dieser ist somit zweischichtig aus einer äußeren Folienmaterial-Schicht20 und der inneren Klebschicht25 realisiert. - Der Folienmaterial-Zuschnitt
19 ist in der3 konturangepasst auf der Modul-Oberseite appliziert, so dass sich im Verlauf des Folienmaterial-Zuschnitts (das heißt an dessen Außenseite) die Oberflächenkonturen der auf der Batteriezellen-Oberseite befindlichen Zellen-Komponenten21 ,23 nachbilden. - Nachfolgend werden anhand der
4 bis6 Prozessschritte zur Herstellung des in den2 und3 gezeigten Batteriemoduls5 beschrieben. Demnach wird in der4 zunächst das noch oberseitig offene Batteriemodul5 mit darin eingesetztem Zellenverbund als eine Vormontageeinheit bereitgestellt. Die Applikation des Folienmaterial-Zuschnitts19 erfolgt mittels eines Unterdruck-Verfahrens, bei dem die Vormontageeinheit in eine Unterdruck-Kavität27 eines nur grob schematisch angedeuteten Unterdruck-Werkzeugs29 eingesetzt wird. - Anschließend wird der Folienmaterial-Zuschnitt
19 gemäß der5 randseitig an einer oberen Außenkante 30 einer Modulgehäuse-Seitenwand15 angesetzt und verklebt. In einem weiteren Prozessschritt wird die Unterdruck-Kavität27 und damit die Modul-Oberseite mit einem Unterdruckpu beaufschlagt (6 ). In dem Unterdruck-Verfahren wird Luft durch freie Strömungsspalte im Zellenverbund über die Modul-Unterseite aus dem Batteriemodul gesaugt. Der Luftströmungsweg ist in der6 mit gestrichelten Pfeilen angedeutet. Auf diese Weise wird der Folienmaterial-Zuschnitt19 in Anlage mit der Batteriezellen-Oberseite und mit der Seitenwand-Oberseite gesaugt. In Doppelfunktion werden mittels des Luftstroms Verunreinigungen aus dem Batteriemodul gesaugt, die gegebenenfalls die Betriebssicherheit des Batteriemoduls5 beeinträchtigen können. - Bezugszeichenliste
-
- 1
- Hochvoltbatterie
- 3
- Batteriegehäuse
- 5
- quaderförmige Batteriemodule
- 7
- Gehäuse-Unterteil
- 9
- Batteriedeckel
- 11
- Batteriemodul-Gehäuse
- 13
- Batteriezellen
- 15
- Batteriemodul-Seitenwände
- 19
- Batteriemodul-Deckel
- 20
- Folienmaterial-Schicht
- 21
- Zellen-Pole
- 23
- Polverbinder
- 25
- Klebschicht
- 27
- Unterdruck-Kavität
- 29
- Unterdruck-Werkzeug
- pu
- Unterdruck
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
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- DE 3544003 A1 [0005]
- WO 2013/097968 A1 [0005]
- AT 511819 A4 [0005]
- DE 102015224785 A1 [0005]
Claims (8)
- Batteriemodul für eine Hochvoltbatterie (1), insbesondere eine Traktionsbatterie eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs, mit einem Modulgehäuse (3), dessen Seitenwände (15) eine Anzahl von Batteriezellen (13) einfassen, und dessen Gehäusedeckel (19) die Oberseite der Batteriezellen (13) überdeckt, dadurch gekennzeichnet, dass der Modulgehäusedeckel (19) aus einem biegeschlaffen Folienmaterial-Zuschnitt mit dünner Materialstärke ausgebildet ist, und dass der Folienmaterial-Zuschnitt (19) in spaltfreier, großflächiger Anlage mit der Oberseite der Batteriezellen (13) und den Modulgehäuse-Seitenwänden (15) ist.
- Batteriemodul nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Folienmaterial-Zuschnitt (19) in, insbesondere großflächiger Klebverbindung mit der Oberseite der Batteriezellen (13) und den Modulgehäuse-Seitenwänden (15) ist. - Batteriemodul nach
Anspruch 2 , dadurch gekennzeichnet, dass der Folienmaterial-Zuschnitt (19) einen Zweischichtaufbau aufweist mit einer Folienmaterial-Schicht (20) und einer Klebschicht (25) zur Bereitstellung der Klebverbindung mit der Batteriezellen-Oberseite und den Modulgehäuse-Seitenwänden (15). - Batteriemodul nach
Anspruch 1 ,2 oder3 , dadurch gekennzeichnet, dass der Folienmaterial-Zuschnitt (19) konturangepasst auf der Modul-Oberseite aufliegt, so dass sich auf der Außenseite des Folienmaterial-Zuschnitts (19) die Oberflächenkontur der auf der Oberseite der Batteriezellen (13) angeordneten Zellen-Komponenten, etwa Zellen-Pole (21) und/oder Polverbinder (23), nachbildet. - Batteriemodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Applikation des Folienmaterial-Zuschnitts (19) mittels eines Unterdruck-Verfahrens erfolgt, bei dem der Folienmaterial-Zuschnitt (19) mittels Unterdruck (pu) in spaltfreie, großflächige Anlage mit der Modul-Oberseite gedrückt wird.
- Verfahren zum Zusammenbau eines Batteriemoduls (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, in welchem Verfahren insbesondere eine Folienmaterial-Endlosbahn bereitgestellt wird, die in einer Schneidstation auf den Folienmaterial-Zuschnitt (19) abgelängt wird, und/oder in einer Assemblierstation (29) der Folienmaterial-Zuschnitt (19) auf die Modul-Oberseite aufgebracht wird.
- Verfahren nach
Anspruch 6 , dadurch gekennzeichnet, dass die Applikation des Folienmaterial-Zuschnitts (19) mittels eines Unterdruck-Verfahrens erfolgt, bei dem der Folienmaterial-Zuschnitt (19) mittels Unterdruck (pu) in spaltfreie, großflächige Anlage mit der Modul-Oberseite gedrückt wird. - Verfahren nach
Anspruch 7 , dadurch gekennzeichnet, dass in dem Unterdruck-Verfahren wird Luft von der Modul-Oberseite durch freie Strömungsspalte im Zellenverbund im Batteriemodul (5) über die Modul-Unterseite aus dem Batteriemodul (5) gesaugt wird, und dass mittels des Luftstroms Verunreinigungen innerhalb des Batteriemoduls (5) abgesaugt werden.
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