DE102019135397A1

DE102019135397A1 - Verfahren zum Herstellen einer Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs sowie entsprechende Herstellungseinrichtung

Info

Publication number: DE102019135397A1
Application number: DE102019135397.1A
Authority: DE
Inventors: Martin Simon
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2019-12-20
Filing date: 2019-12-20
Publication date: 2021-06-24

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Traktionsbatterie (2) eines Kraftfahrzeugs, wobei ein Batteriegehäuse (3) der Traktionsbatterie (2) ein Aufnahmefach (4) zur Aufnahme eines Zellmoduls (5) aufweist. Dabei ist vorgesehen, dass zunächst auf einen das Aufnahmefach (4) begrenzenden Boden (6) ein Wärmeleitmittel (12) aufgebracht und das Batteriegehäuse (3) auf einem den Boden (6) abstützenden Stützelement (14) eines Gegenhalters (13) angeordnet wird sowie anschließend das Zellmodul (5) mittels einer Setzvorrichtung (8) bei einem Einsetzen in das Aufnahmefach (4) an das Wärmeleitmittel (12) angepresst wird, wobei eine auf die Setzvorrichtung (8) wirkende Anpresskraft eingestellt wird, und wobei eine auf das Stützelement (14) wirkende Kraft ermittelt und bei einem Übersteigen eines Schwellenwerts durch die Kraft das Stützelement (14) während des Anpressens zum Reduzieren der Kraft verlagert wird. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Herstellungseinrichtung (1) zum Herstellen einer Traktionsbatterie (2) eines Kraftfahrzeugs.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs, wobei ein Batteriegehäuse der Traktionsbatterie ein Aufnahmefach zur Aufnahme eines Zellmoduls aufweist. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Herstellungseinrichtung zum Herstellen einer Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs.
Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise die Druckschrift DE 10 2017 128 529 A1 bekannt. Diese beschreibt eine Kraftfahrzeugbatterie, nämlich eine Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs, mit einem Batteriegehäuse, das einen von einem Gehäuserahmen und einem Gehäuseboden abschnittsweise begrenzten Gehäuseinnenraum aufweist, mit mehreren in dem Gehäuseinnenraum angeordneten Batteriemodulen und mit mindestens einem im Bereich des Gehäusebodens ausgebildeten ersten Kühlkanal zum Kühlen der Batteriemodule von einer ersten Seite. Der Gehäuseinnenraum ist gegenüberliegend zum Gehäuseboden von einer Gehäusedecke oder von einem Gehäusedeckel begrenzt, wobei im Bereich der Gehäusedecke oder des Gehäusedeckels mindestens ein zweiter Kühlkanal zum Kühlen der Batteriemodule von einer zweiten Seite ausgebildet ist.
Weiterhin offenbart die Druckschrift DE 103 20 186 A1 eine Wärmeleitpaste zur thermischen Kopplung eines Leistungshalbleiterbauelements mit einem Kühlkörper. Hierbei besteht die Wärmeleitpaste aus einem Basisstoff und mindestens einem Füllstoff. Die einzelnen Bestandteile weisen folgende Eigenschaften auf: eine dynamische Viskosität des Basisstoffs zwischen 25 und 500 mPa·s, mindestens ein Füllstoff besteht aus Metallpartikeln, der oder die Füllstoffe weisen eine Partikelgröße kleiner als 20 µm auf, die Wärmeleitpaste weist einen Füllgrad des oder der Füllstoffe zwischen 20 und 70% auf. Dadurch ergibt sich eine Wärmeleitpaste mit einem spezifischen Widerstand von weniger als 100 Ωm und einem Wärmewiderstand von 3,4 W/(K-m).
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen einer Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs vorzuschlagen, welches gegenüber bekannten Verfahren Vorteile aufweist, insbesondere eine raschere Montage des Zellmoduls in dem Aufnahmefach ermöglicht.
Dies wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren zum Herstellen einer Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Dabei ist vorgesehen, dass zunächst auf einen das Aufnahmefach begrenzenden Boden ein Wärmeleitmittel aufgebracht und das Batteriegehäuse auf einem den Boden abstützenden Stützelement eines Gegenhalters angeordnet wird sowie anschließend das Zellmodul mittels einer Setzvorrichtung bei einem Einsetzen in das Aufnahmefach an das Wärmeleitmittel angepresst wird, wobei eine auf die Setzvorrichtung wirkende Anpresskraft eingestellt wird, und wobei eine auf das Stützelement wirkende Kraft ermittelt und bei einem Übersteigen eines Schwellenwerts durch die Kraft das Stützelement während des Anpressens zum Reduzieren der Kraft verlagert wird.
Das beschriebene Verfahren dient zum Herstellen der Traktionsbatterie, welche bevorzugt als Bestandteil des Kraftfahrzeugs verbaut wird, jedoch auch separat von ihm vorliegen kann. Die Traktionsbatterie dient dem Zwischenspeichern von elektrischer Energie, die insbesondere zum Betreiben einer Antriebseinrichtung beziehungsweise eines Antriebsaggregats des Kraftfahrzeugs Verwendung findet. Die in der Traktionsbatterie gespeicherte elektrische Energie wird insoweit zum Bereitstellen eines auf das Antreiben des Kraftfahrzeugs gerichteten Antriebsdrehmoments mittels der Antriebseinrichtung beziehungsweise des Antriebsaggregats verwendet.
Die Traktionsbatterie verfügt über das Batteriegehäuse und das wenigstens eine Zellmodul. In dem Batteriegehäuse ist das Aufnahmefach ausgebildet, welches zur Aufnahme des Zellmoduls vorgesehen und ausgebildet ist. Das Aufnahmefach ist von dem Boden und den Wänden des Batteriegehäuses begrenzt. An den Wänden sind beispielsweise Auflageflächen ausgebildet, welche insbesondere parallel zu dem Boden verlaufen. Die Auflageflächen können einem Abstützen oder Befestigen des Zellmoduls nach seiner Anordnung in dem Aufnahmefach dienen.
Beispielsweise sind die Auflageflächen dabei derart angeordnet, dass das Zellmodul nach seiner Anordnung in dem Aufnahmefach von dem Boden des Batteriegehäuses beabstandet ist, während es sich auf den Auflageflächen abstützt. Auf diese Art und Weise können Toleranzen in den Abmessungen des Zellmoduls und des Batteriegehäuses zuverlässig ausgeglichen werden. Es kann vorgesehen sein, dass das Zellmodul sich unmittelbar an den Auflageflächen abstützt. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass zwischen dem Zellmodul und den Auflageflächen ein Toleranzausgleichselement angeordnet ist, mittels welchem Fertigungstoleranzen des Zellmoduls und/oder des Batteriegehäuses ausgeglichen werden können.
Das Zellmodul dient der Zwischenspeicherung der elektrischen Energie; das Zellmodul verfügt hierzu über wenigstens eine Batteriezelle, vorzugsweise über mehrere elektrisch miteinander verschaltete Batteriezellen. Bevorzugt ist nicht lediglich ein einziges Zellmodul in dem Batteriegehäuse angeordnet, sondern es liegen mehrere Zellmodule in dem Batteriegehäuse vor. Bei einer solchen Ausgestaltung verfügt das Batteriegehäuse über ebenso viele Aufnahmefächer wie Zellmodule, wobei jedes der Aufnahmefächer jeweils von dem Boden des Batteriegehäuses begrenzt ist. Zudem sind die Aufnahmefächer von den Wänden des Batteriegehäuses voneinander separiert. Das bedeutet, dass jeweils zwei der Aufnahmefächer eine der Wände des Batteriegehäuses vorliegt. Bei dem Herstellen der Traktionsbatterie erfolgt vorzugsweise nicht nur eine Anordnung der Zellmodule in den Aufnahmefächern, sondern es wird auch eine elektrische Verschaltung der Zellmodule vorgenommen.
Die Auflageflächen - sofern vorhanden - liegen beispielsweise an Befestigungselementen vor, welche von wenigstens einer Wand oder von Wänden des Batteriegehäuses ausgehen. Die Befestigungselemente sind vorzugsweise stoffschlüssig mit der Wand beziehungsweise den Wänden verbunden, beispielsweise mit Ihnen verklebt oder verschweißt. Das Zellmodul kann Gegenauflageflächen aufweisen, welche nach der Anordnung des Zellmoduls in dem Aufnahmefach an den Auflageflächen anliegen, insbesondere plan beziehungsweise flächig anliegen, sodass das Zellmodul beabstandet von dem Boden in dem Aufnahmefach abgestützt ist. Das Zellmodul berührt insoweit den Boden nicht und ist allenfalls mittelbar mit ihnen verbunden, nämlich über das Wärmeleitmittel.
Alternativ kann es wie bereits erläutert vorgesehen sein, dass das Zellmodul nicht unmittelbar an den Auflageflächen anliegt, sondern sich über das Toleranzausgleichselement an diesen abstützt. Beispielsweise ist hierbei jeder der Auflageflächen ein solches Toleranzausgleichselement zugeordnet. Jedes der insoweit mehreren Toleranzausgleichselemente liegt insoweit einerseits an der entsprechenden Auflagefläche und andererseits an der entsprechenden Gegenauflagefläche des Zellmoduls an, sodass sich das Zellmodul über das Toleranzausgleichselement beziehungsweise die Toleranzausgleichselemente an den Auflageflächen abstützt. Das Toleranzausgleichselement lässt das Einstellen eines bestimmten Abstands zwischen der Auflagefläche und der Gegenauflagefläche zu.
Beispielsweise ist es vorgesehen, dass Zellmodul derart in dem Aufnahmefach anzuordnen, dass wenigstens eine der Gegenauflageflächen von der zugehörigen Auflagefläche beabstandet angeordnet ist. Selbstverständlich können auch mehrere oder alle der Gegenauflageflächen von den dazugehörigen Auflageflächen beabstandet sein. Nachfolgend wird das Toleranzausgleichselement beziehungsweise werden die Toleranzausgleichselemente derart eingestellt, dass sie jeweils sowohl an der Auflagefläche als auch an der Gegenauflagefläche anliegen, sodass das Zellmodul zuverlässig in dem Batteriegehäuse abgestützt ist.
Während eines Betriebs der Traktionsbatterie, insbesondere bei einem Laden oder Entladen der Traktionsbatterie, fällt an beziehungsweise in dem Zellmodul Wärme an, welche zumindest zeitweise abgeführt werden muss, um eine zu hohe Temperatur des Zellmoduls zu verhindern. Hierzu ist das Batteriegehäuse vorzugsweise passiv oder aktiv gekühlt. Im Rahmen der passiven Kühlung ist an dem Batteriegehäuse wenigstens ein Kühlkörper angeordnet oder das Batteriegehäuse selbst ist bereichsweise als Kühlkörper ausgestaltet. Im Rahmen der aktiven Kühlung kann es vorgesehen sein, dass das Batteriegehäuse wenigstens einen Kühlmittelkanal aufweist, der während eines Betriebs der Traktionsbatterie zumindest zeitweise von Kühlmittel durchströmt ist.
Zur effektiven Kühlung des Zellmoduls ist es notwendig, eine thermische Verbindung zwischen dem Zellmodul und dem Batteriegehäuse herzustellen. Hierzu wird während der Herstellung der Traktionsbatterie das Wärmeleitmittel in das Aufnahmefach eingebracht, nämlich auf den Boden aufgebracht. Nachfolgend wird das Zellmodul in das Aufnahmefach eingesetzt, sodass es an den Wärmeleitmitteln anliegt. Das Wärmeleitmittel liegt insoweit einerseits an dem Zellmodul und andererseits an dem Batteriegehäuse an und verbindet diese thermisch miteinander. Zusätzlich kann es vorgesehen sein, dass das Einsetzen des Zellmoduls in das Aufnahmefach so erfolgt, dass sich das Zellmodul an den Auflageflächen abstützt, entweder unmittelbar oder lediglich mittelbar, beispielsweise über das Toleranzausgleichselement.
Bei dem Herstellen der Traktionsbatterie wird zunächst das Wärmeleitmittel auf den das Aufnahmefach begrenzenden Boden aufgebracht. Nachfolgend wird das Zellmodul mittels der Setzvorrichtung in das Aufnahmefach eingesetzt, wobei es an das Wärmeleitmittel angepresst beziehungsweise in das Wärmeleitmittel eingepresst wird. Das Anpressen des Zellmoduls an das Wärmeleimittel erfolgt mit der Anpresskraft, welche auf die Setzvorrichtung einwirkt beziehungsweise über diese auf das Zellmodul ausgeübt wird.
Die Menge des auf den Boden aufzubringenden Wärmeleimittels kann anhand des Abstands zwischen dem Boden und dem Zellmodul sowie der Fläche des Bodens bestimmt werden. Der Abstand wird üblicherweise entsprechend eines Maximalspalts zwischen dem Zellmodul und dem Boden ermittelt, welcher mittels einer Toleranzkettenanalyse bestimmt wurde. Ein Ziel ist hierbei die ausreichende und prozesssichere Benetzung von thermisch aktiven Oberflächen beziehungsweise eine zuverlässige Spaltfüllung nach Abschluss des Einsetzens und Befestigens des Zellmoduls in dem Aufnahmefach. Der tatsächlich zwischen dem Boden und dem Zellmodul vorliegende Abstand ist jedoch unbekannt. Falls die Menge des Wärmeleitmittels anhand des Maximalspalts berechnet wird, wird üblicherweise eine unnötig große Menge an Wärmeleitmittel in das Aufnahmefach eingebracht.
Es ist beispielsweise vorgesehen, zunächst das Batteriegehäuse auf dem Gegenhalter beziehungsweise dem wenigstens einen Stützelement des Gegenhalters anzuordnen, sodass sich der Boden des Batteriegehäuses auf diesem abstützt. Der Gegenhalter beziehungsweise das Stützelement des Gegenhalters stützt den Boden auf der der Setzvorrichtung beziehungsweise dem Zellmodul abgewandten Seite ab. In anderen Worten ist das Stützelement auf der dem Zellmodul und der Setzvorrichtung abgewandten Seite des Bodens angeordnet und liegt dort an diesem an.
Anschließend wird das Wärmeleitmittel auf den Boden aufgebracht und nochmals nachfolgend das Zellmodul in das Aufnahmefach eingesetzt und hierbei an das Wärmeleitmittel angepresst. Um die benötigte Menge an Wärmeleitmittel zu reduzieren, ist es wünschenswert, die Anpresskraft zu erhöhen, also das Zellmodul mittels der Setzvorrichtung stärker an das Wärmeleitmittel anzupressen, um so auch bei einer dünneren Wärmeleitmittelschicht eine gleichmäßige Verteilung des Wärmeleitmittels zwischen dem Zellmodul und dem Boden des Aufnahmefachs zu erzielen.
Eine solche Erhöhung der Anpresskraft kann jedoch zu einer mechanischen Beschädigung des Zellmoduls führen. Dies insbesondere, weil sowohl das Zellmodul als auch das Batteriegehäuse mit vergleichsweise großen Maßtoleranzen hergestellt werden und das Wärmeleitmittel zum Ausgleichen dieser Herstellungstoleranzen dient. Gerade in einem Bereich des Zellmoduls, unter welchem eine dünnere Schicht des Wärmeleitmittels vorliegt als unter anderen Bereichen, kann es daher zu einer unzulässig hohen Krafteinwirkung auf den Boden und/oder das Zellmodul kommen. Beispielsweise kann es daher vorgesehen sein, die auf die Setzvorrichtung wirkende Anpresskraft zu messen und bei einem Überschreiten des Schwellenwerts durch die Anpresskraft diese zu reduzieren. Insbesondere im Falle einer schwankenden Schichtdicke des Wärmeleitmittels zwischen dem Zellmodul und dem Boden kann es dennoch zu einer lokalen Überbelastung des Zellmoduls kommen.
Aus diesem Grund ist es vorgesehen, während des Einsetzens des Zellmoduls in das Aufnahmefach beziehungsweise während des Anpressens des Zellmoduls an das Wärmeleitmittel die auf das Stützelement wirkende Kraft zu ermitteln. Übersteigt die ermittelte Kraft den Schwellenwert, so wird die Kraft reduziert, indem das Stützelement entsprechend verlagert wird, nämlich in die von der Setzvorrichtung abgewandte Richtung. Auf die beschriebene Art und Weise kann verhindert werden, dass der Boden mit einer unzulässig hohen Kraft beaufschlagt wird, die unter Umständen zu einer Beschädigung des Bodens beziehungsweise des Batteriegehäuses führen könnte. Ebenso kann eine Beschädigung des Zellmoduls aufgrund einer zu großen zwischen dem Boden und der Setzvorrichtung über das Zellmodul wirkenden Kraft effektiv verhindert werden.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Stützelement Teil mehrerer den Boden abstützender Stützelemente ist, wobei die Kraft für jedes der Stützelemente separat ermittelt und bei einem Überschreiten des Schwellenwerts durch die Kraft eines der Stützelemente dieses Stützelement zum Reduzieren der Kraft verlagert wird. Es liegt also nicht lediglich das Stützelement als einziges Stützelement vor, sondern der Gegenhalter verfügt über mehrere Stützelemente, welche jeweils an dem Boden angreifen und diesen abstützen. Die Stützelemente sind hierbei nebeneinander angeordnet, besonders bevorzugt unmittelbar benachbart zueinander angeordnet. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Stützelemente beabstandet voneinander an dem Boden angreifen. Besonders bevorzugt bilden die Stützelemente eine durchgehende Stützfläche, an welcher sich der Boden während des Einsetzens des Zellmoduls in das Aufnahmefach abstützt.
Der Gegenhalter verfügt über geeignete Mittel, um die auf die Stützelemente wirkende Kraft für jedes der Stützelemente separat zu ermitteln. Beispielsweise verfügt jedes der Stützelemente über einen entsprechenden Kraftsensor. Für jedes der Stützelemente ist nachfolgend insoweit die von dem Boden auf das Stützelement ausgeübte Kraft bekannt. Diese Kraft wird für jedes der Stützelemente mit dem Schwellenwert verglichen. Übersteigt die ermittelte Kraft den Schwellenwert, so wird das entsprechende Stützelement zum Reduzieren der Kraft verlagert, insbesondere nur dieses Stützelement. In anderen Worten werden nur diejenigen der Stützelemente verlagert, für welche die jeweilige Kraft den Schwellenwert übersteigt. Ist für eines oder mehrere der Stützelemente die Kraft kleiner oder gleich dem Schwellenwert, so verbleibt das Stützelement beziehungsweise verbleiben die Stützelemente in ihrer momentanen Position. Auf diese Art und Weise wird ein besonders effektiver Toleranzausgleich bewirkt, weil sich die Stützelemente an die Form des Bodens und/oder die Dicke der Wärmeleitmittelschicht anpassen.
Sofern im Rahmen dieser Beschreibung auf das Stützelement beziehungsweise das wenigstens eine Stützelement eingegangen wird, so sind die Ausführungen stets auf jedes der mehreren Stützelemente übertragbar, sofern diese vorhanden sind. Die Eigenschaften des Stützelements beziehungsweise die Vorgehensweise für das Stützelement sind insoweit auf jedes der mehreren Stützelemente anwendbar. Auf die entsprechenden Ausführungen wird daher verwiesen.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Stützelement oder die Stützelemente jeweils ein Auflageelement aufweisen, das zum Abstützen des Bodens mit dem Batteriegehäuse in Anlagekontakt gebracht wird. Das Auflageelement liegt auf der dem Boden des Batteriegehäuses zugewandten Seite des Stützelements vor. Bei dem Anordnen des Batteriegehäuses auf dem Gegenhalter wird das Stützelement so lange verfahren, bis es an dem Boden anliegt. Sind mehrere Stützelemente realisiert, so gilt dies insbesondere für jedes der mehreren Stützelemente. In diesem Fall ist es besonders bevorzugt vorgesehen, dass der Boden auf dem Gegenhalter angeordnet wird, nämlich derart, dass er sich an wenigstens einem oder mehreren der Stützelemente abstützt.
Ist dies gegeben, liegen jedoch nicht alle der Stützelemente an dem Boden an, so werden die noch nicht an dem Boden anliegenden Stützelemente so lange verlagert, bis sie ebenfalls an dem Boden anliegen. Es ist insoweit vorgesehen, dass sich alle Stützelemente an den Boden anschmiegen, bevor das Zellmodul an das Wärmeleitmittel angepresst wird. Hierdurch wird bereits vor dem Anpressen ein Toleranzausgleich für den Boden realisiert, sodass ein besonders zuverlässiges und stabiles Abstützen gewährleistet ist.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass als Auflageelement ein flexibles Auflageelement verwendet wird. Das Auflageelement ist insoweit elastisch verformbar. Beispielsweise liegt es in Form eines Kunststoffelements, insbesondere eines Schaumstoffelements, vor. Hierdurch wird eine Beschädigung des Bodens auf besonders zuverlässige Art und Weise verhindert. Das flexible Auflageelement ist derart ausgestaltet, dass es einen Toleranzausgleich für den Boden zumindest in geringem Maß zulässt. Beispielsweise ist das flexible Auflageelement zum Toleranzausgleich um mindestens 0,1 mm, 0,25 mm, 0,5 mm, 0,75 mm oder 1,0 mm und höchstens um 2,0 mm, 1,75 mm, 1,5 mm, 1,25 mm oder 1,0 mm verformbar.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Stützelement oder die Stützelemente jeweils ein zwischen einem starr angeordneten Träger und dem Auflageelement angeordnetes Druckkissen aufweisen, wobei bei Überschreiten des Schwellenwerts durch die Kraft ein in dem jeweiligen Druckkissen vorliegender Druck reduziert wird. Der Gegenhalter verfügt insoweit über den starren Träger und das Stützelement beziehungsweise die Stützelemente. Zwischen dem Stützelement beziehungsweise jedem der Stützelemente und dem Träger ist jeweils ein Druckkissen angeordnet, welches mit dem Druck beziehungsweise einem Innendruck beaufschlagbar ist. Vor dem Anordnen des Bodens auf dem Gegenhalter wird bevorzugt in dem Druckkissen beziehungsweise in jedem der Druckkissen ein bestimmter Druck eingestellt. Der bestimmte Druck ist hierbei besonders bevorzugt für alle Druckkissen derselbe. Das Messen der auf das Stützelement wirkenden Kraft erfolgt beispielsweise durch ein Messen des in dem Druckkissen vorliegenden Drucks. Im Falle der mehreren Stützelemente gilt dies für jedes der Stützelemente.
In anderen Worten wird in jedem der Stützelemente der vorliegende Druck gemessen und aus diesem auf die darin vorliegende Kraft geschlossen. Übersteigt die Kraft den Schwellenwert oder - in anderen Worten - der Druck einen mit dem Schwellenwert korrespondierenden Druckschwellenwert, so wird der in dem jeweiligen Druckkissen vorliegende Druck reduziert, nämlich insbesondere bis die Kraft dem Schwellenwert oder der Druck dem Druckschwellenwert entspricht. Dies wird wiederum für jedes der Stützelemente durchgeführt, sofern vorhanden. Dies ermöglicht einen besonders einfachen Toleranzausgleich für den Boden.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der in dem Druckkissen vorliegende Druck bei einem Überschreiten eines Maximaldrucks auf den Maximaldruck begrenzt wird. Hierauf wurde vorstehend bereits hingewiesen. Sobald der Druck den Druckschwellenwert, welcher auch als Maximaldruck bezeichnet werden kann, überschreitet, so wird der Druck reduziert, nämlich so lange, bis der Druck dem Maximaldruck entspricht. Das bedeutet, dass der Druck permanent nach oben, nämlich nur nach oben, auf den Maximaldruck begrenzt wird. Dies ist besonders einfach und kostengünstig umsetzbar.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass als Druckkissen ein mit einem inkompressiblen Fluid gefülltes Druckkissen verwendet wird. Um ein elastisches Ausweichen des Druckkissens aufgrund einer Kompressibilität des Fluids zu vermeiden, wird das Druckkissen mit dem inkompressiblen Fluid gefüllt, insbesondere einer Flüssigkeit. Beispielsweise wird Wasser oder Öl als Fluid verwendet. Dies ermöglicht ein besonders rasches und genaues Einstellen der auf das Stützelement wirkenden Kraft.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass als Stützelement oder Stützelemente solche verwendet werden, die jeweils den Boden des Batteriegehäuses in einer Richtung vollständig übergreift. In wenigstens einer von zwei senkrecht aufeinander stehenden Richtungen soll also das Stützelement beziehungsweise jedes von mehreren Stützelementen Abmessungen aufweisen, die mindestens so groß sind wie Abmessungen des Bodens in derselben Richtung. Entsprechend übergreifen sie den Boden in dieser Richtung vollständig oder überragen ihn sogar. Im Falle der mehreren Stützelemente sind diese beispielsweise streifenförmig nebeneinander angeordnet, wobei sie in der den Boden vollständig übergreifenden Richtung größere Abmessungen aufweisen als in einer senkrecht auf dieser Richtung stehenden und parallel zu dem Boden verlaufenden weiteren Richtung. Beispielsweise ist die erstgenannte Richtung um einen Faktor von mindestens 2,5, mindestens 5,0, mindestens 7,5 oder mindestens 10 größer als die weitere Richtung.
Hierdurch werden zum einen ein einfacher Aufbau des Gegenhalters und zum anderen ein zuverlässiger Toleranzausgleich des Bodens mit vergleichsweise geringem Aufwand erzielt. Selbstverständlich kann es alternativ auch vorgesehen sein, dass in jeder der senkrecht aufeinander stehenden und parallel zu dem Boden verlaufenden Richtungen jeweils mehrere Stützelemente nebeneinander angeordnet sind, welche den Boden lediglich gemeinsam vollständig übergreifen. Hierdurch kann eine noch höhere Genauigkeit des Toleranzausgleichs erzielt werden.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass bei einem Unterschreiten eines weiteren Schwellenwerts durch den in dem jeweiligen Druckkissen vorliegenden Druck der Druck bis auf den weiteren Schwellenwert erhöht wird. Auch diese Vorgehensweise ist während des Anpressens des Zellmoduls an das Wärmeleitmittel vorgesehen. Während des Anpressens erfolgt also nicht lediglich ein Reduzieren der auf das beziehungsweise die Stützelemente wirkenden Kraft, sondern es kann gegebenenfalls auch ein Erhöhen der Kraft durch das Erhöhen des Drucks realisiert sein. Beispielsweise wird also für jedes der Stützelemente bei Überschreiten des Maximaldrucks der in dem entsprechenden Druckkissen vorliegende Druck bis auf den Maximaldruck reduziert. Unterschreitet der Druck den weiteren Schwellenwert, so wird er bis auf den weiteren Schwellenwert erhöht. Hierbei kann der weitere Schwellenwert gleich dem Maximaldruck gewählt werden. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass der weitere Schwellenwert größer ist als der Maximaldruck.
Beispielsweise ist es insoweit vorgesehen, den Druck zunächst zum Reduzieren der auf das jeweilige Stützelement wirkenden Kraft zu reduzieren, falls der Druck größer ist als der Maximaldruck. Nachfolgend wird die in dem Druckkissen vorliegende Fluidmenge zunächst konstant gehalten. Führt dies zu dem Unterschreiten des weiteren Schwellenwerts durch den Druck, beispielsweise durch ein Verteilen des Wärmeleitmittels zwischen dem Zellmodul und dem Boden und einer daraus resultierenden Verformung des Bodens in die von den Stützelementen abgewandten Richtung, so wird der Druck in dem jeweiligen Druckkissen wieder erhöht, nämlich bis auf den weiteren Schwellenwert. Hierdurch wird zu jedem Zeitpunkt ein besonders zuverlässiges Abstützen des Bodens mittels des Gegenhalters erzielt.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Herstellungseinrichtung zum Herstellen einer Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens gemäß den Ausführungen im Rahmen dieser Beschreibung, wobei ein Batteriegehäuse der Traktionsbatterie ein Aufnahmefach zur Aufnahme eines Zellmoduls aufweist. Dabei ist vorgesehen, dass die Herstellungseinrichtung dazu vorgesehen und ausgebildet ist, zunächst auf einen das Aufnahmefach begrenzenden Boden ein Wärmeleitmittel aufzubringen und das Batteriegehäuse auf einem den Boden abstützenden Gegenhalter anzuordnen sowie anschließend das Zellmodul mittels einer Setzvorrichtung bei einem Einsetzen in das Aufnahmefach an das Wärmeleitmittel anzupressen, wobei eine auf die Setzvorrichtung wirkende Anpresskraft eingestellt wird, und wobei eine auf das Stützelement wirkende Kraft ermittelt und bei einem Übersteigen eines Schwellenwerts durch die Kraft das Stützelement während des Anpressens zum Reduzieren der Kraft verlagert wird.
Auf die Vorteile einer derartigen Ausgestaltung der Herstellungseinrichtung beziehungsweise einer derartigen Vorgehensweise wurde bereits hingewiesen. Sowohl die Herstellungseinrichtung als auch das Verfahren zu ihrem Betreiben können gemäß den Ausführungen im Rahmen dieser Beschreibung weitergebildet sein, sodass insoweit auf diese verwiesen wird.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass eine Beschränkung der Erfindung erfolgt. Dabei zeigt die einzige

Figur eine schematische Darstellung einer Herstellungseinrichtung zum Herstellen einer Traktionsbatterie sowie einen Teil der Traktionsbatterie.

Die Figur zeigt eine schematische Darstellung einer Herstellungseinrichtung 1 zum Herstellen einer Traktionsbatterie 2 sowie einen Teil dieser Traktionsbatterie 2. Von der Traktionsbatterie 2 sind ein Batteriegehäuse 3 mit einem Aufnahmefach 4 zur Aufnahme eines Zellmoduls 5 sowie eben dieses Zellmodul 5 gezeigt. Das Aufnahmefach 4 ist von einem Boden 6 sowie von Wänden 7 des Batteriegehäuses 3 begrenzt. An den Wänden 7 sind beispielsweise hier nicht gezeigte Befestigungselemente befestigt, an welchen Toleranzausgleichselemente angeordnet sein können. Über die Toleranzausgleichselemente ist das Zellmodul 5 an den Befestigungselementen befestigbar. Vorzugsweise sind die Toleranzausgleichselemente in ihrer Höhe einstellbar.
Das Einsetzen des Zellmoduls 5 in das Aufnahmefach 4 erfolgt mittels einer Setzvorrichtung 8. Diese weist ein Grundelement 9 auf, mit welchem ein Halteelement 10, in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel mehrere Halteelemente 10, verbunden sind. Sofern im Rahmen dieser Beschreibung von dem Haltelement 10 die Rede ist, so sind die entsprechenden Ausführungen stets auf jedes der mehreren Halteelemente 10 übertragbar. Das Grundelement 9 greift über das Halteelement 10 an dem Zellmodul 5 an. Das Grundelement 9 ist zudem mit einem Aktuator gekoppelt, beispielsweise über eine Schubstange 11. Mittels des Aktuators kann über die Schubstange 11 eine Anpresskraft auf das Grundelement 9 aufgebracht werden, welche über das Halteelement 10 in das Zellmodul 5 eingeleitet wird.
Mithilfe der Setzvorrichtung 8 ist das Zellmodul 5 zum einen in das Aufnahmefach 4 einsetzbar und zum anderen an ein Wärmeleitmittel 12 anpressbar, welches zwischen dem Boden 6 und dem Zellmodul 5 angeordnet ist. Als Wärmeleitmittel 12 wird bevorzugt ein mehrkomponentiges Wärmeleitmittel verwendet, welches insoweit aus wenigstens einer ersten Komponente und einer zweiten Komponente besteht. Die erste Komponente ist hierbei beispielsweise ein Trägermaterial und die zweite Komponente ein Füllstoff, wobei die Wärmeleitfähigkeit des Wärmeleitmittels 12 in erster Linie mittels des Füllstoffs erzielt wird. Hierzu weist der Füllstoff eine höhere Wärmeleitfähigkeit auf als das Trägermaterial.
Das Wärmeleitmittel 12 liegt insgesamt in Form einer Flüssigkeit oder einer Paste vor. Unter letzterem ist ein Feststoff-Flüssigkeits-Gemisch zu verstehen, wobei beispielsweise die erste Komponente als Flüssigkeit und die zweite Komponente als Feststoff vorliegt. Beispielsweise enthält die zweite Komponente Metallpartikel oder besteht aus diesen. Besonders bevorzugt beträgt der Anteil der zweiten Komponente an dem Wärmeleitmittel 12 mindestens 50 %, mindestens 60 %, mindestens 70 % oder mindestens 80 %. Hierdurch wird eine besonders gute Wärmeleitung mithilfe des Wärmeleitmittels 12 erzielt.
Während eines Einsetzens des Zellmoduls 5 in das Aufnahmefach 4 beziehungsweise eines Anpressens des Zellmoduls 5 an das Wärmeleitmittel 12 ist das Batteriegehäuse 3 auf einem Gegenhalter 13 angeordnet, mittels welchem der Boden 6 abgestützt ist. Der Gegenhalter 13 liegt bevorzugt als flexibler Gegenhalter vor. Er verfügt über mehrere Stützelemente 14, die verlagerbar an einem Träger 15 angeordnet sind. Der Gegenhalter 13 ist derart ausgestaltet, dass er ein lokales Ausweichen des Bodens 6 in die von der Sitzvorrichtung 8 abgewandte Richtung ermöglicht.
Um eine zu hohe Kraftbeaufschlagung des Zellmoduls 5 und/oder des Bodens 6 während des Anpressens zu vermeiden, ist es vorgesehen, die auf die Stützelemente 14 wirkende Kraft jeweils zu ermitteln und bei einem Übersteigen eines Schwellenwerts durch diese Kraft das jeweilige Stützelement 14 zum Reduzieren der Kraft zu verlagern. Beispielsweise verfügt jedes der Stützelemente 14 hierzu über ein Druckkissen, welches zwischen dem Träger 15 und einem jeweiligen Auflageelement 16 des Stützelements 14 angeordnet ist.
Es ist bevorzugt vorgesehen, den in dem jeweiligen Druckkissen vorliegenden Druck zu messen und ihn zu reduzieren, sofern beziehungsweise solange er größer ist als ein Maximaldruck. Hierdurch wird ein lokales Ausweichen des Gegenhalters 13 und entsprechend eine lokale Reduzierung der auf den Boden 6 wirkenden Kraft realisiert. Auf einfache Art und Weise erfolgt damit ein Toleranzausgleich für Fertigungstoleranzen des Bodens 6 und/oder des Zellmoduls 5.
Bezugszeichenliste

1: Herstellungseinrichtung
2: Traktionsbatterie
3: Batteriegehäuse
4: Aufnahmefach
5: Zellmodul
6: Boden
7: Wand
8: Setzvorrichtung
9: Grundelement
10: Halteelement
11: Schubstange
12: Wärmeleitmittel
13: Gegenhalter
14: Stützelement
15: Träger
16: Auflageelement

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102017128529 A1 [0002]
DE 10320186 A1 [0003]

Claims

Verfahren zum Herstellen einer Traktionsbatterie (2) eines Kraftfahrzeugs, wobei ein Batteriegehäuse (3) der Traktionsbatterie (2) ein Aufnahmefach (4) zur Aufnahme eines Zellmoduls (5) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst auf einen das Aufnahmefach (4) begrenzenden Boden (6) ein Wärmeleitmittel (12) aufgebracht und das Batteriegehäuse (3) auf einem den Boden (6) abstützenden Stützelement (14) eines Gegenhalters (13) angeordnet wird sowie anschließend das Zellmodul (5) mittels einer Setzvorrichtung (8) bei einem Einsetzen in das Aufnahmefach (4) an das Wärmeleitmittel (12) angepresst wird, wobei eine auf die Setzvorrichtung (8) wirkende Anpresskraft eingestellt wird, und wobei eine auf das Stützelement (14) wirkende Kraft ermittelt und bei einem Übersteigen eines Schwellenwerts durch die Kraft das Stützelement (14) während des Anpressens zum Reduzieren der Kraft verlagert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement (14) Teil mehrerer den Boden (6) abstützender Stützelemente (14) ist, wobei die Kraft für jedes der Stützelemente (14) separat ermittelt und bei einem Übersteigen des Schwellenwerts durch die Kraft eines der Stützelemente (14) dieses Stützelement (14) zum Reduzieren der Kraft verlagert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement (14) oder die Stützelemente (14) jeweils ein Auflageelement (16) aufweisen, das zum Abstützen des Bodens (6) mit dem Batteriegehäuse (3) in Anlagekontakt gebracht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Auflageelement (16) ein flexibles Auflageelement verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement (14) oder die Stützelemente (14) jeweils ein zwischen einem starr angeordneten Träger (15) und dem Auflageelement (16) angeordnetes Druckkissen aufweisen, wobei bei Überschreiten des Schwellenwerts durch die Kraft ein in dem jeweiligen Druckkissen vorliegender Druck reduziert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der in dem Druckkissen vorliegende Druck bei einem Überschreiten eines Maximaldrucks auf den Maximaldruck begrenzt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Druckkissen ein mit einem inkompressiblen Fluid gefülltes Druckkissen verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Stützelement (14) oder Stützelemente (14) solche verwendet werden, die jeweils den Boden (6) des Batteriegehäuses (3) in einer Richtung vollständig übergreifen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Unterschreiten eines weiteren Schwellenwerts durch den in dem jeweiligen Druckkissen vorliegenden Druck der Druck bis auf den weiteren Schwellenwert erhöht wird.
Herstellungseinrichtung (1) zum Herstellen einer Traktionsbatterie (2) eines Kraftfahrzeugs, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Batteriegehäuse (3) der Traktionsbatterie (2) ein Aufnahmefach (4) zur Aufnahme eines Zellmoduls (5) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Herstellungseinrichtung (1) dazu vorgesehen und ausgebildet ist, zunächst auf einen das Aufnahmefach (4) begrenzenden Boden (6) ein Wärmeleitmittel (12) aufzubringen und das Batteriegehäuse (3) auf einem den Boden (6) abstützenden Gegenhalter (13) anzuordnen sowie anschließend das Zellmodul (5) mittels einer Setzvorrichtung (8) bei einem Einsetzen in das Aufnahmefach (4) an das Wärmeleitmittel (12) anzupressen, wobei eine auf die Setzvorrichtung (8) wirkende Anpresskraft eingestellt wird, und wobei eine auf das Stützelement (14) wirkende Kraft ermittelt und bei einem Übersteigen eines Schwellenwerts durch die Kraft das Stützelement (14) während des Anpressens zum Reduzieren der Kraft verlagert wird.