DE102019131820A1 - Method for producing a battery, a battery and a motor vehicle with a battery - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Batterie (10), umfassend ein Batteriegehäuse und eine Vielzahl an Batteriemodulen (12). Zumindest ein jeweiliges Batteriemodul (12) wird an einer Grundfläche (14) des Batteriegehäuses unter Ausbildung zumindest eines sich zwischen der Grundfläche (14) und dem zumindest einen jeweiligen Batteriemodul (12) erstreckenden Zwischenraums (20) montiert. In den Zwischenraum (20) wird ein Wärmeleitfluid (24) eingeleitet. Ein Einleitdruck (26) und/oder eine Viskosität des Wärmeleitfluids (24) wird derart eingestellt, dass die Grundfläche (14) während des Einleitens zumindest bereichsweise unter Ausbildung einer Auswölbung (30) deformiert wird, wodurch der Zwischenraum (20) im Bereich der Auswölbung (30) zu einem Reservoir für das Wärmeleitfluid (24) aufgeweitet wird. Schließlich wird ein dem Einleitdruck (26) entgegenwirkender vorbestimmter Verteildruck auf die Grundfläche (14) aufgebracht, wodurch der Zwischenraum (20) im Bereich der Auswölbung (30) verengt und das Wärmeleitfluid (24) ausgehend von dem Bereich der Auswölbung (30) entlang des Zwischenraums (20) verteilt wird.The invention relates to a method for producing a battery (10), comprising a battery housing and a plurality of battery modules (12). At least one respective battery module (12) is mounted on a base (14) of the battery housing, forming at least one space (20) extending between the base (14) and the at least one respective battery module (12). A heat-conducting fluid (24) is introduced into the space (20). An introduction pressure (26) and / or a viscosity of the heat-conducting fluid (24) is set in such a way that the base (14) is deformed at least in some areas during introduction to form a bulge (30), whereby the space (20) in the region of the bulge (30) is widened to a reservoir for the heat-conducting fluid (24). Finally, a predetermined distribution pressure counteracting the introduction pressure (26) is applied to the base surface (14), whereby the space (20) narrows in the area of the bulge (30) and the heat-conducting fluid (24) starting from the area of the bulge (30) along the Intermediate space (20) is distributed.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Batterie, wobei die Batterie ein Batteriegehäuse und eine Vielzahl an in einem Innenraum des Batteriegehäuses angeordneten Batteriemodulen aufweist. Die Erfindung betrifft darüber hinaus eine Batterie sowie ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Batterie.The invention relates to a method for producing a battery, the battery having a battery housing and a plurality of battery modules arranged in an interior of the battery housing. The invention also relates to a battery and a motor vehicle with such a battery.
Eine Batterie im Sinne der vorliegenden Erfindung ist insbesondere eine sogenannte Hochvoltbatterie, wie sie bevorzugt in zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugen zum Bereitstellen einer elektrischen Antriebsenergie verwendet wird. Eine solche Hochvoltbatterie umfasst in der Regel eine Vielzahl an Batteriemodulen, innerhalb derer Batteriezellen elektrisch derart miteinander verschaltet sind, dass eine Spannung im Bereich von mehr als 60 Volt, insbesondere von mehreren Hundert Volt, durch die Batterie bereitgestellt werden kann. Um eine sich bei einer elektrischen Aufladung einer solchen Batterie und/oder bei einem Leistungsabruf aus einer solchen Batterie entwickelnde Wärme abführen zu können, kommt in der Regel eine Temperiereinheit zum Einsatz. Eine solche Temperiereinheit kann beispielsweise in der Form eines Kühlbodens vorliegen, der einen Teil eines Batteriegehäuses bilden kann. Um eine thermische Anbindung der Batterie an die Temperiereinheit herzustellen oder zu verbessern, kommt in der Regel eine Wärmeleitmasse oder -paste oder ein Wärmeleitfluid zum Einsatz, welches die Batteriemodule der Batterie und die Temperiereinheit thermisch miteinander koppelt. Die verwendeten Wärmeleitmedien (Wärmeleitmasse oder -paste oder Wärmeleitfluid) sind in der Regel unterhalb einer Umgebungstemperatur von 10 bis 30°C zumindest teilweise fließfähig, wodurch eine Verarbeitbarkeit gewährleistet ist.A battery within the meaning of the present invention is in particular what is known as a high-voltage battery, as is preferably used in at least partially electrically driven motor vehicles to provide electrical drive energy. Such a high-voltage battery usually comprises a large number of battery modules within which battery cells are electrically interconnected in such a way that a voltage in the range of more than 60 volts, in particular several hundred volts, can be provided by the battery. In order to be able to dissipate heat that develops when such a battery is electrically charged and / or when power is called up from such a battery, a temperature control unit is generally used. Such a temperature control unit can, for example, be in the form of a cooling floor which can form part of a battery housing. In order to establish or improve a thermal connection between the battery and the temperature control unit, a heat-conducting compound or paste or a heat-conducting fluid is generally used, which thermally couples the battery modules of the battery and the temperature control unit with one another. The heat transfer media used (heat transfer compound or paste or heat transfer fluid) are generally at least partially flowable below an ambient temperature of 10 to 30 ° C., which ensures that they can be processed.
Es sind verschiedene Verfahren zum Verarbeiten oder Applizieren eines solchen Wärmeleitmediums oder Wärmeleitfluids bekannt. Bei den bekannten Verfahren kann grundsätzlich unterschieden werden zwischen solchen Verfahren, die ein Applizieren des Wärmeleitfluids vor einer Montage jeweiliger Batteriemodule vorsehen und solchen Verfahren, die ein Applizieren des Wärmeleitfluids während und/oder nach einer Montage der Batteriemodule vorsehen. Bei dem Applizieren des Wärmeleitfluids vor der Montage jeweiliger Batteriemodule ergibt sich der Nachteil, dass die Batteriemodule unter einem hohen Druck in oder auf das jeweilige Wärmeleitfluid gepresst werden müssen, um eine gleichmäßige Benetzung eines hierfür vorgesehenen Oberflächenbereichs der Temperiereinheit zu erreichen. Dies ist zum einen zeitintensiv und zum anderen mechanisch belastend für die Batteriemodule. Bei den bekannten Verfahren, die ein Applizieren des Wärmeleitfluids während und/oder nach einem Einsetzen oder einer Montage jeweiliger Batteriemodule vorsehen, ergibt sich die Schwierigkeit, das jeweilige Wärmeleitfluid gleichmäßig in einem sich ergebenden Zwischenraum zwischen den jeweiligen Batteriemodulen und einer jeweiligen Temperiereinheit zu verteilen.Various methods for processing or applying such a heat-conducting medium or heat-conducting fluid are known. In the known methods, a fundamental distinction can be made between those methods that provide for the application of the heat-conducting fluid prior to assembly of the respective battery modules and those methods that provide for the application of the heat-conducting fluid during and / or after assembly of the battery modules. When applying the heat-conducting fluid prior to the assembly of the respective battery modules, there is the disadvantage that the battery modules have to be pressed into or onto the respective heat-conducting fluid under high pressure in order to achieve uniform wetting of a surface area of the temperature control unit provided for this purpose. On the one hand, this is time-consuming and, on the other hand, it is mechanically stressful for the battery modules. In the known methods, which provide for the application of the heat-conducting fluid during and / or after insertion or assembly of the respective battery modules, the difficulty arises in distributing the respective heat-conducting fluid evenly in a resulting space between the respective battery modules and a respective temperature control unit.
Zur Vereinfachung eines solchen Verteilvorgangs sieht beispielsweise die
Die
Die auf den Boden des Zellstapels aufgebrachte Wärmeleitmasse kann mittels eines Stempels und insbesondere unter Druck verteilt und in Form gebracht werden. Das beschriebene bekannte Verfahren ist in nachteiliger Weise besonders zeitaufwendig und stellt ebenfalls hohe Anforderungen an eine mechanische Festigkeit der beteiligten Komponenten.The heat-conducting compound applied to the bottom of the cell stack can be distributed and shaped by means of a stamp and in particular under pressure. The known method described is disadvantageously particularly time-consuming and also places high demands on the mechanical strength of the components involved.
Die
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein materialschonendes und zeiteffizientes Verfahren zum Applizieren eines Wärmeleitfluids für eine Batterie der eingangs beschriebenen Art bereitzustellen.The invention is based on the object of providing a material-saving and time-efficient method for applying a heat-conducting fluid for a battery of the type described at the outset.
Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die abhängigen Patentansprüche, die folgende Beschreibung sowie die Figuren beschrieben.The object is achieved by the subjects of the independent claims. Advantageous further developments of the invention are described by the dependent claims, the following description and the figures.
Durch die Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen einer Batterie bereitgestellt. Die Batterie weist ein Batteriegehäuse und eine Vielzahl an in einem Innenraum des Batteriegehäuses angeordneten Batteriemodulen auf. Zunächst werden also das Batteriegehäuse sowie die Vielzahl an Batteriemodulen bereitgestellt. Zumindest eines der Vielzahl der Batteriemodule wird an einer Grundfläche des Batteriegehäuses montiert, wobei sich zwischen der Grundfläche und dem zumindest einen Batteriemodul zumindest ein Zwischenraum ausbildet. Mit anderen Worten entsteht bei dem Montieren des zumindest einen Batteriemoduls ein sich zwischen der Grundfläche und dem zumindest einen Batteriemodul erstreckender Zwischenraum. Bevorzugt ist der zumindest eine Zwischenraum als ein Spalt mit einer Sollspalthöhe von 0,5 bis 2 mm, insbesondere einem 1 mm, ausgebildet. Die Sollspalthöhe kann aufgrund von Fertigungstoleranzen des zumindest einen Batteriemoduls und/oder des Batteriegehäuses variieren. Beispielsweise kann das Batteriemodul mittels Befestigungselementen an der Grundfläche befestigt sein, wobei eine Abmessung eines jeweiligen Befestigungselements bedingt, dass der Zwischenraum entsteht. Außerdem wird zumindest ein Angusskanal in dem Batteriegehäuse bereitgestellt. Der Angusskanal ist bevorzugt endständig an dem zumindest einen Batteriemodul angeordnet. Beispielsweise kann der Angusskanal innerhalb einer endständig an dem Batteriemodul angeordneten Platte (Endplate) ausgebildet sein. Schließlich wird ein Wärmeleitfluid durch den zumindest einen Angusskanal in den Zwischenraum eingeleitet. Das Wärmeleitfluid ist also bevorzugt fließfähig ausgebildet.The invention provides a method for manufacturing a battery. The battery has a battery case and a plurality of in an interior of the battery housing arranged on battery modules. First, the battery housing and the large number of battery modules are provided. At least one of the plurality of battery modules is mounted on a base surface of the battery housing, with at least one gap being formed between the base surface and the at least one battery module. In other words, when the at least one battery module is mounted, an interspace is created that extends between the base area and the at least one battery module. The at least one intermediate space is preferably designed as a gap with a nominal gap height of 0.5 to 2 mm, in particular 1 mm. The target gap height can vary due to manufacturing tolerances of the at least one battery module and / or the battery housing. For example, the battery module can be fastened to the base surface by means of fastening elements, with a dimension of a respective fastening element causing the gap to be created. In addition, at least one runner is provided in the battery housing. The sprue channel is preferably arranged at the end of the at least one battery module. For example, the sprue channel can be formed within a plate (end plate) arranged at the end of the battery module. Finally, a heat-conducting fluid is introduced into the intermediate space through the at least one sprue channel. The heat-conducting fluid is therefore preferably designed to be flowable.
Erfindungsgemäß wird ein Einleitdruck und/oder eine Viskosität des Wärmeleitfluids derart eingestellt, dass die Grundfläche während des Einleitens des Wärmeleitfluids zumindest bereichsweise innerhalb eines vorbestimmten Soll-Deformationsbereichs unter Ausbildung einer Auswölbung deformiert wird, wodurch der Zwischenraum im Bereich der Auswölbung zu einem Reservoir für das Wärmeleitfluid aufgeweitet wird. Bevorzugt wird der Einleitdruck in einem Bereich zwischen 3,5 und 5 bar, insbesondere 4 bar, eingestellt. Bei dem Einleiten oder während des Einleitvorgangs bildet der Zwischenraum also durch die Deformation der Grundfläche eine Beule oder Ausbeulung oder Blase aus. Bei der Blasenbildung kann die Grundfläche um mehrere Millimeter, insbesondere um mehr als 3 mm, gegenüber der genannten Sollspalthöhe des Zwischenraums ausgebeult werden. Das Wärmeleitfluid sammelt sich zunächst in der so gebildeten Blase oder dem so gebildeten Reservoir.According to the invention, an inlet pressure and / or a viscosity of the heat-conducting fluid is set in such a way that the base surface is deformed at least in some areas within a predetermined desired deformation range while the heat-conducting fluid is being introduced, with the formation of a bulge, as a result of which the space in the area of the bulge becomes a reservoir for the heat-conducting fluid is widened. The inlet pressure is preferably set in a range between 3.5 and 5 bar, in particular 4 bar. During the introduction or during the introduction process, the gap thus forms a bulge or bulge or bubble due to the deformation of the base area. When the bubbles form, the base area can bulge by several millimeters, in particular by more than 3 mm, compared to the specified gap height of the gap. The heat-conducting fluid initially collects in the bubble or reservoir thus formed.
Bevorzugt bildet sich das Reservoir in einem dem Angusskanal gegenüberliegenden Bereich der Grundfläche aus. Für den Fall, dass der Angusskanal in der oben erwähnten Endplate ausgebildet ist, bildet sich das Reservoir also in einem der Endplate gegenüberliegenden Bereich der Grundfläche aus. Die gezielte Ausbildung des Reservoirs in diesem Bereich kann beispielsweise dadurch unterstützt werden, dass der vorbestimmte Soll-Deformationsbereich in einem dem Angusskanal gegenüberliegend angeordneten Bereich strukturell und/oder materialbedingt schwächer ausgebildet ist, als es die Grundfläche ansonsten ist. Die beschriebene Blase oder Auswölbung kann sich natürlich nur dann bilden, wenn die Grundfläche während des Einleitens nicht anderweitig, insbesondere von außen, gestützt wird. Es wird also bewusst darauf verzichtet, die Grundfläche mechanisch, beispielsweise durch einen vollflächig an der Grundfläche anliegenden Gegenhalter, zu stabilisieren oder zu stützen.The reservoir is preferably formed in an area of the base area opposite the sprue channel. In the event that the sprue channel is formed in the abovementioned end plate, the reservoir is thus formed in an area of the base area opposite the end plate. The targeted formation of the reservoir in this area can be supported, for example, by the fact that the predetermined desired deformation area is structurally and / or materially weaker than the base area in an area opposite the sprue channel. The bubble or bulge described can of course only form if the base area is not supported in any other way, in particular from the outside, during introduction. It is therefore deliberately avoided to mechanically stabilize or support the base area, for example by means of a counter-holder that rests on the base area over the entire area.
In einem weiteren Verfahrensschritt, der zumindest teilweise zeitlich mit dem Einleiten überlappen kann, wird ein dem Einleitdruck entgegenwirkender vorbestimmter Verteildruck auf die Grundfläche aufgebracht. Hierdurch wird der Zwischenraum im Bereich der Auswölbung verengt und das Wärmeleitfluid ausgehend von dem Bereich der Auswölbung aus dem Reservoir heraus entlang des Zwischenraums verteilt. Mit anderen Worten wird das Wärmeleitfluid durch den Verteildruck aus dem Reservoir heraus verdrängt und so entlang des Zwischenraums verteilt. Die Auswölbung wird hierbei eingeebnet und die Grundfläche im Bereich der Auswölbung derart rück-deformiert, dass entlang der gesamten Grundfläche oder entlang eines überwiegenden Teils der Grundfläche wieder die oben erwähnte Sollspalthöhe des Zwischenraums eingestellt wird.In a further method step, which can at least partially overlap in time with the introduction, a predetermined distribution pressure counteracting the introduction pressure is applied to the base area. This narrows the gap in the area of the bulge and distributes the heat-conducting fluid, starting from the area of the bulge, out of the reservoir and along the gap. In other words, the heat-conducting fluid is displaced out of the reservoir by the distribution pressure and is thus distributed along the intermediate space. The bulge is leveled and the base area is deformed back in the area of the bulge in such a way that the above-mentioned target gap height of the gap is set again along the entire base area or along a predominant part of the base area.
Die beschriebene Auswölbung vergrößert temporär ein Volumen des Zwischenraums. Hierdurch sinkt in vorteilhafterweise ein Druck innerhalb des Zwischenraums. Hierdurch wird ein schnelleres Einleiten und/oder ein Einleiten mit einem höheren Volumenstrom des Wärmeleitfluids ermöglicht, ohne einen zulässigen Gesamtdruck zu überschreiten. Ohne konstruktiven Mehraufwand kann durch das erfindungsgemäße Verfahren in vorteilhafterweise eine Montagedauer gegenüber den bekannten Verfahren verkürzt werden. Dadurch, dass ein zulässiger Gesamtdruck nicht überschritten wird, ist das erfindungsgemäße Verfahren zudem materialschonend bezüglich der Batteriemodule. The bulge described temporarily increases a volume of the space. This advantageously reduces a pressure within the space. This enables faster introduction and / or introduction with a higher volume flow of the heat-conducting fluid without exceeding a permissible total pressure. With the method according to the invention, the assembly time can advantageously be shortened compared to the known method without additional structural effort. Because a permissible total pressure is not exceeded, the method according to the invention is also gentle on the material with regard to the battery modules.
Zu der Erfindung gehören auch Ausführungsformen, durch die sich zusätzliche Vorteile ergeben.The invention also includes embodiments which result in additional advantages.
Das beschriebene Verteilen des Wärmeleitfluids findet also bevorzugt ausgehend von dem Bereich der Auswölbung statt. Dies ist insofern logisch, da die Auswölbung das Reservoir für das Wärmeleitfluid bildet. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform wird der Verteildruck derart gerichtet aufgebracht, dass das Wärmeleitfluid ausgehend von dem Bereich der Auswölbung, insbesondere ausgehend von einem Randbereich der Auswölbung, aus dem Reservoir heraus entlang des Zwischenraums verteilt wird. Anders ausgedrückt weist das zumindest eine Batteriemodul eine Längserstreckungsachse, eine Quererstreckungsachse und eine Tiefenerstreckungsachse auf, wobei die genannten Achsen bevorzugt im Wesentlichen rechtwinklig zueinander stehen. Die Längserstreckungsachse und die Quererstreckungsachse verlaufen bevorzugt im Wesentlichen parallel zu der Grundfläche. Mit anderen Worten spannen die Längs- und die Quererstreckungsachse eine gedachte Ebene auf, die parallel zur Grundfläche verläuft. Die Tiefenerstreckungsachse steht senkrecht auf dieser gedachten Ebene. Bevorzugt wird das Wärmeleitfluid ausgehend von dem Bereich der Auswölbung aus dem Reservoir entlang der Längserstreckungsachse und/oder entlang der Quererstreckungsachse des zumindest einen Batteriemoduls in dem Zwischenraum verteilt.The described distribution of the heat-conducting fluid therefore preferably takes place starting from the area of the bulge. This is logical in so far as the bulge forms the reservoir for the heat-conducting fluid. According to an advantageous embodiment, the distribution pressure is applied in a directed manner in such a way that the heat-conducting fluid, starting from the area of the bulge, in particular starting from an edge area of the bulge, out of the reservoir along the gap is distributed. In other words, the at least one battery module has a longitudinal extension axis, a transverse extension axis and a depth extension axis, the named axes preferably being essentially at right angles to one another. The axis of longitudinal extension and the axis of transverse extension preferably run essentially parallel to the base area. In other words, the longitudinal and transverse axes of extension span an imaginary plane that runs parallel to the base area. The depth extension axis is perpendicular to this imaginary plane. The heat-conducting fluid is preferably distributed in the intermediate space, starting from the region of the bulge from the reservoir, along the longitudinal axis and / or along the transverse axis of the at least one battery module.
Bevorzugt weist der zumindest eine Zwischenraum eine Entlüftungsöffnung auf. Bevorzugt wird das Wärmeleitfluid in Richtung der zumindest einen Entlüftungsöffnung des Zwischenraums verteilt, wobei ein auf die Entlüftungsöffnung gerichtetes Druckgefälle innerhalb des Zwischenraums das Verteilen des Wärmeleitfluids unterstützt. Bevorzugt herrscht in einem Angussbereich oder in einem Bereich der Grundfläche, dem gegenüber der Angusskanal in den Zwischenraum mündet, ein gegenüber einem Umgebungsdruck erhöhter Druck von 3,5 bis 5,5 bar, insbesondere 4 bar. Demgegenüber herrscht bevorzugt im Bereich der zumindest einen Entlüftungsöffnung ein dem Umgebungsdruck entsprechender Druck von in der Regel
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung wird der Zwischenraum durch zumindest ein zwischen der Grundfläche und dem jeweiligen Batteriemodul angeordnetes Dichtungselement zumindest abschnittsweise begrenzt und abgedichtet. Das Dichtungselement sorgt vorteilhaft dafür, dass das Wärmeleitfluid nur innerhalb des durch das Dichtungselement umgrenzten Bereichs des Zwischenraums verteilt werden kann. Außerdem kann das Dichtungselement bevorzugt das jeweilige Batteriemodul von der Grundfläche beabstanden und so zugleich für das Einhalten eines mindestens erforderlichen Spalts oder für das Einhalten der Sollspalthöhe als Mindestspalthöhe sorgen.According to an advantageous development, the intermediate space is delimited and sealed at least in sections by at least one sealing element arranged between the base area and the respective battery module. The sealing element advantageously ensures that the heat-conducting fluid can only be distributed within the region of the space delimited by the sealing element. In addition, the sealing element can preferably distance the respective battery module from the base area and thus at the same time ensure that a minimum required gap is maintained or that the desired gap height is maintained as the minimum gap height.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass der Verteildruck mittels einer Walze aufgebracht wird, die ausgehend von dem Bereich der Auswölbung entlang der Grundfläche gerollt wird. Mit anderen Worten kann die Auswölbung mittels einer Walze oder einer Rolle ausgewalzt werden. Für den Fall, dass die Auswölbung in einem Bereich der Grundfläche ausgebildet wird, der einem endständigen Bereich des jeweiligen Batteriemoduls gegenüberliegt, kann durch das genannte Auswalzen mittels der Walze das Wärmeleitfluid besonders einfach entlang des Batteriemoduls in dem Zwischenraum verteilt oder ausgewalkt werden.One embodiment provides that the distribution pressure is applied by means of a roller which, starting from the area of the bulge, is rolled along the base area. In other words, the bulge can be rolled out by means of a roller or a roller. In the event that the bulge is formed in an area of the base that is opposite an end area of the respective battery module, the heat-conducting fluid can be distributed or rolled out particularly easily along the battery module in the space by means of the roll-out mentioned above.
Eine alternative Ausführungsform sieht vor, dass der Verteildruck mittels einer Platte aufgebracht wird, die mittels eines Gelenks schwenkbar gelagert ist, wobei die Platte ausgehend von dem Bereich der Auswölbung an die Grundfläche heran geschwenkt oder an diese angeklappt wird. Durch die heranklappende Platte wird die Auswölbung also entlang der Grundfläche eingeebnet. Der Verteildruck wird hierbei nach und nach auf die Grundfläche aufgebracht, wobei ein Erstkontakt von Platte und Grundfläche im Bereich des Gelenks erfolgt. Durch das Anklappen erfolgt dann ein sukzessives Aufbringen des Verteildrucks auf weitere Bereiche der Grundfläche.An alternative embodiment provides that the distribution pressure is applied by means of a plate which is pivotably mounted by means of a joint, the plate being pivoted or folded onto the base surface starting from the area of the bulge. As a result of the folding plate, the bulge is leveled along the base. The distribution pressure is gradually applied to the base, with the plate and base making initial contact in the area of the joint. As a result of the folding, the distribution pressure is then successively applied to other areas of the base area.
Gemäß einer weiteren alternativen Ausführungsform wird der Verteildruck mittels einer Vielzahl von Stempeln aufgebracht, wobei die Stempel der Reihe nach und ausgehend von dem Bereich der Auswölbung gegen die Grundfläche gedrückt werden. Mit anderen Worten kommt nicht ein einziger Stempel zum Einsatz, sondern eine Vielzahl von Stempeln, welche nach und nach gegen die Auswölbung gedrückt werden.According to a further alternative embodiment, the distribution pressure is applied by means of a multiplicity of punches, the punches being pressed one after the other and starting from the area of the bulge against the base surface. In other words, not a single stamp is used, but a large number of stamps, which are gradually pressed against the bulge.
Die Erfindung betrifft darüber hinaus eine Batterie, aufweisend ein Batteriegehäuse und eine Vielzahl an in einem Innenraum des Batteriegehäuses angeordneten Batteriemodulen. Hierbei ist zumindest ein jeweiliges Batteriemodul aus der Vielzahl an Batteriemodulen an einer Grundfläche des Batteriegehäuses unter Ausbildung zumindest eines sich zwischen der Grundfläche und dem zumindest einen jeweiligen Batteriemodul erstreckenden Zwischenraums angeordnet. Ein Angusskanal verbindet den zumindest einen Zwischenraum mit einem Außenraum der Batterie. In dem zumindest einen Zwischenraum ist ein durch den Angusskanal geleitetes Wärmeleitfluid enthalten.The invention also relates to a battery having a battery housing and a plurality of battery modules arranged in an interior of the battery housing. In this case, at least one respective battery module from the plurality of battery modules is arranged on a base surface of the battery housing with the formation of at least one intermediate space extending between the base surface and the at least one respective battery module. A runner connects the at least one intermediate space with an outer space of the battery. The at least one intermediate space contains a heat-conducting fluid conducted through the sprue channel.
Erfindungsgemäß weist die Grundfläche einen vorbestimmten Soll-Deformationsbereich mit zumindest einer materialbedingten und/oder strukturell bedingten Schwächezone auf. Eine mechanische Steifigkeit der Grundfläche im Bereich der zumindest einen Schwächezone ist in Bezug zu einer mechanischen Steifigkeit des zumindest einen jeweiligen Batteriemoduls derart eingestellt, dass unter Einwirkung eines vorbestimmten Einleitdrucks und/oder bei einer vorbestimmten Viskosität des Wärmeleitfluids ausschließlich eine Deformation der Grundfläche innerhalb des vorbestimmten Soll-Deformationsbereichs stattfindet. Anders ausgedrückt unterbleibt eine Deformation anderer Bauteile, wie beispielsweise der Batteriemodule selbst. Durch die Deformation der Grundfläche ist eine Auswölbung als Reservoir für das Wärmeleitfluid bereitgestellt. Der vorbestimmte Einleitdruck liegt bevorzugt im Bereich zwischen 3,5 und 5,5 bar, insbesondere bei 4 bar.According to the invention, the base area has a predetermined desired deformation area with at least one material-related and / or structurally related weakness zone. A mechanical rigidity of the base area in the area of the at least one weak zone is set in relation to a mechanical rigidity of the at least one respective battery module in such a way that, under the action of a predetermined introduction pressure and / or with a predetermined viscosity of the heat-conducting fluid, only a deformation of the base area within the predetermined target value -Deformation area takes place. In other words, it is omitted a deformation of other components, such as the battery modules themselves. The deformation of the base area provides a bulge as a reservoir for the heat-conducting fluid. The predetermined inlet pressure is preferably in the range between 3.5 and 5.5 bar, in particular 4 bar.
Erfindungsgemäß ist die Grundfläche dazu ausgebildet, unter Einwirkung eines vorbestimmten, dem Einleitdruck entgegenwirkenden Verteildrucks unter zumindest teilweisem Verdrängen des Wärmeleitfluids aus dem Reservoir heraus in den Zwischenraum im Bereich der Auswölbung verengt zu werden.According to the invention, the base surface is designed to be narrowed under the action of a predetermined distribution pressure counteracting the inlet pressure with at least partial displacement of the heat-conducting fluid from the reservoir into the space in the area of the bulge.
Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Batterie, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Batterie hier nicht noch einmal beschrieben.The invention also includes further developments of the battery according to the invention which have features as they have already been described in connection with the further developments of the method according to the invention. For this reason, the corresponding developments of the battery according to the invention are not described again here.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Batterie sieht vor, dass die Grundfläche zugleich als Temperierboden ausgestaltet ist und von einem Temperiermittel durchströmbare Temperiermittelkanäle aufweist, wobei der Temperierboden mittels des in dem Zwischenraum enthaltenen Wärmeleitfluids an das jeweilige Batteriemodul thermisch angekoppelt ist. Hierdurch ergibt sich ein besonders effektiver Wärmeübergang von den Batteriemodulen auf das Temperiermittel.A particularly preferred embodiment of the battery provides that the base is designed as a temperature control base and has temperature control medium channels through which a temperature control medium can flow, the temperature control base being thermally coupled to the respective battery module by means of the heat-conducting fluid contained in the intermediate space. This results in a particularly effective heat transfer from the battery modules to the temperature control medium.
Darüber hinaus umfasst die Erfindung auch ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Batterie.In addition, the invention also includes a motor vehicle with a battery according to the invention.
Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, oder als Personenbus oder Motorrad ausgestaltet.The motor vehicle according to the invention is preferably designed as a motor vehicle, in particular as a passenger vehicle or truck, or as a passenger bus or motorcycle.
Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen.The invention also includes the combinations of the features of the described embodiments.
Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:
-
1 eine schematische Darstellung einer Batterie mit zumindest einem Batteriemodul; -
2 eine schematische Darstellung des zumindest einen Batteriemoduls und einer walzenförmigen Verteilvorrichtung; -
3 eine schematische Darstellung des zumindest einen Batteriemoduls und einer Verteilvorrichtung in Form einer Platte; -
4 eine schematische Darstellung des zumindest einen Batteriemoduls und einer Verteilvorrichtung, umfassend eine Vielzahl an Stempeln; und -
5 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Herstellen einer Batterie.
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1 a schematic representation of a battery with at least one battery module; -
2 a schematic representation of the at least one battery module and a roller-shaped distribution device; -
3rd a schematic representation of the at least one battery module and a distribution device in the form of a plate; -
4th a schematic representation of the at least one battery module and a distribution device, comprising a plurality of stamps; and -
5 a schematic representation of a method for producing a battery.
Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen umfassen. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.The exemplary embodiments explained below are preferred embodiments of the invention. In the exemplary embodiments, the described components of the embodiments each represent individual features of the invention which are to be considered independently of one another and which also further develop the invention in each case independently of one another. Therefore, the disclosure is also intended to include combinations of the features of the embodiments other than those illustrated. Furthermore, the described embodiments can also be supplemented by further features of the invention already described.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.In the figures, the same reference symbols denote functionally identical elements.
Das Batteriemodul
Unter Bezugnahme auf die im Zusammenhang auf
Unter Bezugnahme auf die im Zusammenhang mit den
Um bei Elektrofahrzeugen die bei der Schnellladung und beim Leistungsabruf in den Hochvoltbatterien entstehende Wärme abführen zu können, kommt zwischen Batteriemodul und Kühlboden (oder Grundfläche) eine Wärmeleitpaste (oder ein Wärmeleitfluid), der sogenannte Gapfiller, zum Einsatz. Bei der bekannten Montage der Hochvoltbatterie („alter Verpressprozess“) wird zuerst in das noch leere Batteriegefache (oder Batteriegehäuse) der Gapfiller raupenförmig appliziert und dann durch das Aufsetzen und Absenken des Batteriemoduls langsam in die Fläche verdrückt.In order to be able to dissipate the heat generated in the high-voltage batteries during fast charging and when power is called up in electric vehicles, a heat-conducting paste (or a heat-conducting fluid), the so-called gap filler, is used between the battery module and the cooling floor (or base). With the familiar assembly of the high-voltage battery ("old pressing process"), the gap filler is first applied in a caterpillar shape to the still empty battery compartment (or battery housing) and then slowly pushed into the surface by placing and lowering the battery module.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens hingegen wird zuerst das Batteriemodul in das leere Batteriegefache gesetzt und verschraubt. In den entstehenden Spalt (oder Zwischenraum) wird dann der Gapfiller injiziert oder eingeleitet. Der Kühlboden der Batterie, der mit den Batteriemodulen die mit Gapfiller zu benetzende Kavität (oder den Zwischenraum) bildet, ist oftmals aus einem sehr weichen Aluminiumwerkstoff hergestellt. Bei kleinen Drücken lässt sich dieser Kühlboden bereits elastisch verformen.In a preferred embodiment of the method according to the invention, however, the battery module is first placed and screwed into the empty battery compartment. The gap filler is then injected or introduced into the resulting gap (or space). The cooling floor of the battery, which together with the battery modules forms the cavity (or the space) to be wetted with gap filler, is often made of a very soft aluminum material. This cooling base can be elastically deformed at low pressures.
Im späteren Produkt (also der fertig montierten Batterie) ist ein gleichmäßiger Spalt für eine homogene Wärmeabfuhr vom Batteriemodul wichtig. Wird dieser gleichmäßige Spalt, z.B. durch einen Gegenhalter, bereits während der Gapfiller-Injektion eingestellt, ist ein recht hoher Druck notwendig, um den Gapfiller durch den Spalt bis zur Auslassseite zu befördern. Wird hingegen kein Gegenhalter eingesetzt, deformiert sich der Kühlboden nach unten durch und vergrößert das Volumen der Kavität.In the later product (i.e. the fully assembled battery), an even gap is important for homogeneous heat dissipation from the battery module. If this even gap is already set during the gap filler injection, e.g. by means of a counterholder, a very high pressure is necessary to convey the gap filler through the gap to the outlet side. If, on the other hand, no counterholder is used, the cooling floor deforms downwards and increases the volume of the cavity.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung soll nun die hohe Duktilität des weichen Kühlbodens bewusst ausgenutzt werden. Während der Injektion des Gapfillers wird der Kühlboden nicht gestützt. Es wird bewusst zugelassen, dass das injizierte Volumen (das injizierte Wärmeleitfluid) sich nur auf einen Teil der zu benetzenden Fläche ausbreitet, aber dafür den Kühlboden um mehrere Millimeter nach unten deformiert (im Bereich der Auswölbung). Im nächsten Prozessschritt wird dann über eine (Verteil)Vorrichtung das Gapfillermaterial in den noch fehlenden Benetzungsraum gedrückt bzw. gewalkt.According to a preferred embodiment of the invention, the high ductility of the soft cooling floor should now be used consciously. The cooling floor is not supported during the injection of the gap filler. It is deliberately allowed that the injected volume (the injected heat-conducting fluid) only spreads over a part of the surface to be wetted, but instead deforms the cooling floor downwards by several millimeters (in the area of the bulge). In the next process step, the gap filler material is then pressed or drummed into the still missing wetting space via a (distribution) device.
Durch die beschriebene Erfindung wird während der Injektion immens Zeit gespart. Da der Boden (oder die Grundfläche) nachgibt, kann mit einem viel höheren Volumenstrom das Gapfillermaterial eingebracht werden, als in bekannten Verfahren, ohne einen zulässigen Druck oder Gesamtdruck zu überschreiten. Denkbar ist hier eine Beschleunigung um über 50%, die sich unmittelbar in der Taktzeit wiederfindet.The described invention saves an immense amount of time during the injection. Since the bottom (or the base area) gives way, the gap filler material can be introduced with a much higher volume flow than in known methods without exceeding a permissible pressure or total pressure. An acceleration of over 50% is conceivable here, which is reflected directly in the cycle time.
Nach und/oder während der Injektion bewegt sich die gesamte Batterie in den nächsten Takt. Hier wartet eine Vorrichtung (die Verteilvorrichtung), welche von unten an den Kühlboden fährt. Diese Vorrichtung ist so konzipiert, dass sie die Fläche eines Batteriegefaches nicht auf einmal flächig, sondern Stück für Stück berührt. Zuerst wird der Bereich unter dem Anguss kontaktiert (Erstkontakt). Die Vorrichtung drückt den Kühlboden auf das eingestellte Soll-Höhenmaß (die Sollspalthöhe) zurück. Dann wird die Berührungsfläche sukzessive vergrößert in Richtung Entlüftungsseite (oder Entlüftungsöffnung), so dass der aufgewölbte Spalt wieder komplett auf das Sollmaß zurückgedrückt oder rück-deformiert wird. Der Gapfiller wird verdrängt und fließt in den noch nicht gefüllten Bereich der Benetzungsfläche. Die Vorrichtung kann entweder nach dem Erstkontakt hochklappen, bis sie parallel steht, oder mittels Rollen oder Walzen das Material in die richtige Richtung walken. Alternativ denkbar ist auch eine Unterteilung in kleinere Stempel, die nach und nach an den Boden fahren.After and / or during the injection, the entire battery moves into the next cycle. A device (the distribution device) is waiting here, which moves from below to the cooling floor. This device is designed in such a way that it does not touch the surface of a battery compartment all at once, but touches it piece by piece. First the area under the sprue is contacted (first contact). The device pushes the cooling floor back to the set target height (the target gap height). Then the contact surface is gradually enlarged in the direction of the vent side (or vent opening), so that the bulged gap is again completely pushed back to the nominal size or deformed back. The gap filler is displaced and flows into the not yet filled area of the wetting surface. After the first contact, the device can either be folded up until it is parallel, or by rolling the material in the right direction. Alternatively, a subdivision into smaller stamps that gradually hit the ground is also conceivable.
Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch die Erfindung eine Fülloptimierung eines Zwischenraums oder Gap-Filler-Spaltes mittels einer Verteilvorrichtung oder einem Walkwerkzeug bei der Gap-Filler-Injektion oder bei dem Einleiten eines Wärmeleitfluids bereitgestellt werden kann.Overall, the examples show how the invention can provide a filling optimization of a gap or gap filler gap by means of a distribution device or a flexing tool during gap filler injection or during the introduction of a heat-conducting fluid.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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