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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anordnen eines zumindest eine Batteriezelle umfassenden Batteriemoduls innerhalb eines Batteriegehäuses. Das Verfahren kann bei einer Montage eines Batteriesystems genutzt werden. Ferner betrifft die Erfindung eine Anpressvorrichtung für ein derartiges Verfahren.
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Ein Batteriemodul im Sinne der Erfindung umfasst eine Batteriezelle oder mehrere Batteriezellen, die jeweils beispielsweise als eine prismatische Zelle oder als eine Pouch-Zelle ausgestaltet sein können. Insbesondere weist das Batteriemodul eine Vielzahl an elektrisch miteinander verschalteten Batteriezellen auf. Bevorzugt sind die Batteriezellen zu zumindest einem Zellstapel aneinander angeordnet und von einem Modulgehäuse ummantelt. Ein oder mehrere solcher Batteriemodule können wiederum in einem Batteriegehäuse eines Batteriesystems angeordnet sein, wobei jedes Batteriemodul und das Batteriegehäuse miteinander verbunden, d.h. gefügt sind. Wird das Batteriemodul als ein Antriebsenergiespeicher für ein Kraftfahrzeug verwendet entsteht Verlustwärme, die von dem Batteriemodul über das Batteriegehäuse abgeführt werden soll. Daher ist eine derartige Verbindung beispielsweise als eine Wärmeleitverbindung ausgebildet. Hierzu kann zwischen einer Auflagefläche des Batteriemoduls und einer Auflagefläche des Batteriegehäuses ein Wärmeleitmaterial angeordnet sein. Beispielsweise handelt es sich hierbei um ein niederviskoses und aushärtendes Zwei-Komponenten-Wärmeleitmaterial oder ein hochviskoses Ein-Komponenten-Wärmeleitmaterial. Das Wärmeleitmaterial kann als sogenannter thermischer Lückenfüller (thermal gap filler) insbesondere als eine Wärmeleitpaste (thermal grease) oder Wärmeleitpad (thermal pad) ausgebildet sein. Zumindest während der Montage ist das Wärmeleitmaterial weich oder nachgiebig oder elastisch.
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Hierbei ist bei einem Anordnen des Batteriemoduls an dem Batteriegehäuse eine Anpresskraft und/oder ein Anpressdruck möglichst gering zu halten, um eine Beschädigung, insbesondere ein Verformen des Batteriemoduls und/oder des Batteriegehäuses, möglichst gering zu halten oder bevorzugt zu vermeiden. Zusätzlich ist das Wärmeleitmaterial besonders gleichmäßig zwischen den Auflageflächen zu verteilen, um eine besonders effiziente Wärmeleitung realisieren zu können.
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Hierzu beschreibt beispielsweise die
DE 10 2017 223 664 A1 ein Verfahren und eine Handhabungsvorrichtung zum Anordnen eines Batteriemoduls mit einem Batteriegehäuse auf einer Platte. Hierzu wird ein Abstand zwischen dem Batteriegehäuse und der Platte verringert, während das Batteriemodul, die Platte und/oder ein dazwischen angeordnetes Wärmeleitmaterial mit Schwingungen beaufschlagt wird. Die Handhabungsvorrichtung weist zumindest einen Greifarm zum Halten und Positionieren des Batteriegehäuses auf, welcher mit einer Schwingungserzeugungsvorrichtung gekoppelt ist. Hierzu ist es erforderlich, dass sämtliche Bauteile und Materialien eine ausreichende Schwingfestigkeit aufweisen.
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Zum Kühlen der Antriebsbatterie eines Fahrzeugs beschreibt beispielsweise die
DE 10 2009 058 808 A1 eine Kühlvorrichtung. Deren Kühlboden ist zu einer Unterseite der Antriebsbatterie federelastisch ausgebildet und eine wärmeleitende Kontaktplatte liegt flächig und vorgespannt an der Unterseite auf.
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Um eine Batterie eines Elektrofahrzeugs insbesondere schwingungsgedämpft laden und/oder verwahren zu können, beschreiben beispielsweise die
CN 108973635 A und die
CN 209200009 U eine jeweils hierzu geeignet Vorrichtung.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Anpressvorrichtung zum Anordnen eines Batteriemoduls innerhalb eines Batteriegehäuses mit einer gleichmäßigen Bauteilbelastung und gleichmäßiger Verteilung eines weichen Wärmeleitmaterials bereitzustellen.
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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.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei einem Fügen und/oder Montieren eines Batteriemoduls an/mit einem Batteriegehäuse eine möglichst großflächige Anbindung des Batteriemoduls an das Wärmeleitmaterial erzielt werden soll (mehr als 70 Prozent der Fläche, insbesondere mehr als 85 Prozent). Um dies zu erreichen, wird das zumindest eine Batteriezelle umfassende Batteriemodul in das Wärmeleitmaterial eingedrückt, welches dabei zwischen einer Auflagefläche am Boden des Batteriemoduls und einer Auflagefläche eines Gehäusebodens des Batteriegehäuses angeordnet ist. Anschließend kann das Batteriemodul mit dem Batteriegehäuse verschraubt werden. Hierbei weisen sämtliche Komponenten, insbesondere das Batteriemodul, die zumindest eine Batteriezelle, das Batteriegehäuse, das Wärmeleitmaterial und ein zum Anordnen erforderliches Werkzeug, beispielsweise eine Anpressvorrichtung, aber eine jeweilige Toleranz auf. Diese kann beispielsweise aufgrund einer Fertigung (zum Beispiel für eine Länge, einen Winkel, eine Form oder eine Lage) oder einer Umgebungsbedingung (zum Beispiel einer Betriebstemperatur oder einer Luftfeuchte) verursacht sein. Dies kann einen Anpressdruck und/oder eine Anpresskraft beim Anordnen für eine bestimmte Komponente oder einen bestimmten Punkt dieser Komponente erhöhen. Dadurch kann eine nur bereichsweise Belastung, insbesondere eine unsymmetrische Belastung, zu einer unerwünschten Relativbewegung zumindest zweier Komponenten, beispielsweise ein Kippen, ein Schaben oder ein Schleifen, führen und die bestimmte Komponente beispielsweise aufgrund einer Biegebeanspruchung beschädigt werden. Dem kann durch die Erfindung entgegengewirkt werden.
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Durch die Erfindung ist hierzu ein Verfahren zum Anordnen eines zumindest eine Batteriezelle umfassenden Batteriemoduls der eingangs beschriebenen Art innerhalb eines Batteriegehäuses bereitgestellt. Das Batteriemodul weist eine Auflagefläche auf, die an einer Unterseite des Batteriemoduls angeordnet ist oder eine Modulunterseite bildet. Das Batteriegehäuse umfasst eine zu der Auflagefläche des Batteriemoduls korrespondierende Auflagefläche, die an einer Bodenoberseite des Batteriegehäuses angeordnet ist oder eine Oberseite bildet. Das Batteriemodul soll mit der Auflagefläche seiner Modulunterseite auf die Auflagefläche der Bodenoberseite des Batteriegehäuses aufgestellt werden. Zum thermisch leitenden Fügen des Batteriemoduls mit dem Batteriegehäuse wird ein Wärmeleitmaterial der eingangs beschriebenen Art zwischen den beiden Auflageflächen positioniert, d. h. angeordnet. Beim Aufstellen des Batteriemoduls auf den Gehäuseboden wird somit das Wärmeleitmaterial gequetscht und muss durch eine gleichmäßige Kraftverteilung gleichmäßig zwischen den Auflageflächen verteilt werden.
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Erfindungsgemäß wird dazu eine Anpressvorrichtung bereitgestellt, die mehrere gegeneinander bewegliche elastische Anpresseinheiten aufweist. Hierbei handelt es sich bei einer jeweiligen der Anpresseinheiten beispielsweise um eine elastisch gelagerte Druckplatte oder einen Andruckstempel. Dadurch kann die jeweilige Anpresseinheit unter Krafteinwirkung ihre Form oder Position ändern und nach einem Wegfall der Krafteinwirkung wieder in eine Ursprungsform zurückkehren. Mittels dieser Anpresseinheiten wird ein Anpressdruck auf das Batteriemodul in Richtung der Auflagefläche des Batteriegehäuses erzeugt. Somit wird das Batteriemodul derart mit dem Anpressdruck beaufschlagt, dass der Anpressdruck in Richtung der Auflagefläche des Batteriegehäuses wirkt. Um den Anpressdruck besonders gleichmäßig und gerichtet aufzubringen, wird hierzu der Anpressdruck auf die mehreren Anpresseinheiten verteilt, sodass pro Anpresseinheit eine jeweilige Teilanpresskraft auf eine jeweilige Teilfläche einer Oberfläche des Batteriemoduls wirkt. Hierzu wird als diese Oberfläche die der Unterseite gegenüberliegenden Oberseite des Batteriemoduls gewählt oder genutzt. Die Anpressvorrichtung drückt also von oben auf die Oberseite des Batteriemoduls. Dabei verläuft eine Wirklinie der jeweiligen Teilanpresskraft normal zur Teilfläche des Batteriemoduls. Somit kann eine Ausrichtbewegung des Batteriemoduls auf dem Wärmeleitmaterial den Anpressdruck auch auf der Unterseite des Batteriemoduls gleichmäßig verteilen. Liegt das Batteriemodul anfänglich schräg oder schief auf dem Wärmeleitmaterial auf, so kann es mittels der Ausrichtbewegung aus der schrägen Lage in eine geplante Einbaulage gebracht werden und somit optimal ausgerichtet werden. Beispielsweise kippt das Batteriemodul solange, bis der Anpressdruck sowohl auf der Oberseite als auch auf der Unterseite des Batteriemoduls derselbe ist. Denn liegt das Batteriemodul schräg auf dem Wärmeleitmaterial und steht z.B. eine Kante nach oben, so wird diese Kante mit einer größeren Anpresskraft beaufschlagt als die gegenüberliegende, tiefer liegende Kante. Dies für zu der Kippbewegung und damit horizontalen Ausrichtung der Oberseite des Batteriemoduls.
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Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass der Anpressdruck und eine von den jeweiligen Teilanpresskräften resultierende Anpresskraft besonders gleichmäßig aufgebracht werden kann. Durch die gegeneinander beweglichen elastischen Anpresseinheiten kann somit auch eine jeweilige Toleranz zumindest einer Komponente ausgeglichen und insbesondere die gesamte Oberfläche zum Anpressen des Batteriemoduls verwendet werden. Zudem kann die beschriebene Ausrichtbewegung ermöglicht werden. Dennoch kann der Anpressdruck und eine dadurch bedingte Belastung besonders gering gehalten werden.
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Zu der Erfindung gehören auch Ausführungsformen, durch die sich zusätzliche Vorteile ergeben.
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Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass die jeweilige der Anpresseinheiten einen von einer elastischen Außenhülle begrenzten Hohlkörper aufweist. Somit handelt es sich bei der jeweiligen der Anpresseinheiten um einen ausgehöhlten Gegenstand, der nach außen von der elastischen Außenhülle räumlich begrenzt ist. Die elastische Außenhülle kann insbesondere aus Kunststoff, einem Gummi oder einem Kautschuk gebildet sein und sich vergleichbar zu einem Ballon oder einem Schlauch elastisch ausdehnen und zusammenziehen. Alternativ oder zusätzlich kann die elastische Außenhülle eine geringdehnende Folie umfassen. Zum Bereitstellen des Anpressdrucks wird der Hohlkörper mit einem Fluid gefüllt, wobei die jeweilige Teilanpresskraft in Abhängigkeit von einem Fluidfüllgrad eingestellt wird. Somit erzeugt ein von dem Fluid bedingter Fluiddruck aus einem Inneren des Hohlkörpers heraus die jeweilige Teilanpresskraft. Hierbei steigt der Fluiddruck mit zunehmendem Fluidfüllgrad. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass mittels des Fluiddrucks eine jeweilige Teilanpresskraft besonders genau eingestellt werden kann. Als Fluid kann insbesondere ein Gas, beispielsweise Druckluft, oder eine Flüssigkeit, beispielsweise eine Ölmischung, eingesetzt werden. Dabei kann das Fluid kompressibel oder inkompressibel sein. Das Fluidfüllgrad kann hierbei ein Verhältnis eines Fluidvolumens zu einem Hohlkörpervolumen angegeben.
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Eine bevorzugte Ausführungsform hierzu sieht vor, dass bei einem Annähern der mehreren Anpresseinheiten an das Batteriemodul ab einem Erstkontakt des Batteriemoduls mit der Außenhülle der einen der Anpresseinheiten in einem Kontaktbereich die Außenhülle nach innen in Richtung des Hohlkörpers der einen der Anpresseinheiten eingedrückt und ein Fluidvolumen verdrängt wird. Somit verformt sich die Außenhülle der einen der Anpresseinheiten, sobald im Kontaktbereich von dem Batteriemodul ein zum Fluidvolumen korrespondierendes Volumen eingenommen wird. Dieses Volumen wird im Zuge des Annäherns der einen der Anpresseinheiten an das Batteriemodul vergrößert, wobei hierzu das verdrängte Fluidvolumen analog zunimmt. Zum Aufnehmen des verdrängten Fluidvolumens wird die Außenhülle der einen der Anpresseinheiten in einem kontaktlosen Bereich nach außen gewölbt. Somit wird das verdrängte Fluidvolumen in dem kontaktlosen Bereich unter einer nach außen aus dem Hohlkörper gerichteten Verformung der Außenhülle der einen der Anpresseinheiten aufgenommen. Dadurch wird ein Gleichgewicht des Fluiddrucks erreicht und somit besonders gleichmäßig die Teilanpresskraft verteilt. Alternativ oder zusätzlich kann die eine der Anpresseinheiten mittels eines Verbindungselements fluidisch leitend mit zumindest einer anderen der Anpresseinheiten verbunden sein. Somit kann das verdrängte Fluidvolumen dadurch aufgenommen werden, indem sich die Außenhülle zumindest einer anderen der Anpresseinheiten in dem kontaktlosen Bereich nach außen gewölbt. Bei dem Verbindungselement kann es sich beispielsweise um einen Anschlussstutzen handeln, der die Außenhülle zum fluidischen Verbinden durchstößt, sodass das Fluid zwischen der einen und der zumindest einen anderen der Anpresseinheiten strömen kann. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass das verdrängte Fluidvolumen gleichmäßig auf zumindest zwei der Anpresseinheiten verteilt werden kann. Somit kann eine übermäßige Druckbeanspruchung des zumindest einen der Anpresseinheiten verhindert werden.
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Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass die jeweilige der Anpresseinheiten zumindest ein an einem starren Anpresselement angeordnetes elastisches Federelement aufweist. Somit umfasst die jeweilige der Anpresseinheiten das zumindest eine Federelement, welches an dem starren Anpresselement positioniert ist. Bei dem zumindest einen Federelement handelt es sich insbesondere um ein metallische Bauteil, das sich aufgrund von einer auf Druck, Zug, Biegung und/oder Torsion basierenden Beanspruchung elastisch verformen lässt. Beispielsweise kann das zumindest eine Federelement als eine Schraubenfeder ausgebildet sein. Des Weiteren kann auch eine nichtmetallische Feder, die auf Gummi, Luft oder Gas basiert verwendet werden. Das daran befestigte Anpresselement kann beispielsweise als eine nicht-elastische Platte ausgebildet sein, wobei eine Fläche des Anpresselements insbesondere von einem Durchmesser des zumindest einen Federelements vorgegeben sein kann. Somit wird das zumindest eine Federelement über das Anpresselement an der Oberfläche des Batteriemoduls angeordnet. Hierbei wird die jeweilige Teilanpresskraft von einer Federkonstante, einer Federwegbegrenzung und/oder einer Vorspannkraft des zumindest einen Federelements vorgegeben. Daher definiert die Federkonstante, die Federwegbegrenzung und alternativ oder zusätzlich die Vorspannkraft des zumindest einen Federelements die jeweilige Teilanpresskraft. Die Federkonstante gibt hierbei ein Verhältnis einer auf das Federelement wirkenden Kraft zu einer dadurch bewirkten Auslenkung, das heißt eine absolute Verlängerung oder eine Verdrehung des zumindest einen Federelements, an. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass die Auslenkung des zumindest einen Federelements eindeutig bekannt ist. Die Federwegbegrenzung kann hierbei beispielsweise eine Auslenkung des zumindest einen Federelements derart beschränken, dass diese geringer als die von der Federkonstante vorgegebene Auslenkung sein kann. Beispielsweise kann es sich hierbei um einen metallischen Stopper handeln. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass die Auslenkung in Abhängigkeit von der jeweiligen Teilanpresskraft vorgegeben werden kann. Die Vorspannkraft beschreibt eine ohne äußere Belastung auf das zumindest eine Federelement aufgebrachte Kraft, die im Lastfall, das heißt beim Anpressen, die gewünschten jeweiligen Teilanpresskraft erzeugt. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass mittels der Vorspannkraft die jeweiligen Teilanpresskraft automatisch aufgebracht werden kann.
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Eine bevorzugte Ausführungsform hierzu sieht vor, dass eine Relativbewegung des zumindest einen Federelements mittels eines Führungselements derart gelenkt wird, dass das Anpresselement zum Erzeugen der jeweiligen Teilanpresskraft ausschließlich normal zu der Auflagefläche des Batteriegehäuses relativ verlagert wird. Somit gibt das Führungselement eine Richtung der insbesondere bidirektionalen Relativbewegung des Anpresselements vor, wobei diese Richtung nur normal zu der Auflagefläche des Batteriegehäuses sein kann. Beispielsweise handelt es sich bei dem Führungselement um einen das zumindest eine Federelement umhüllenden Hohlzylinder, der die Richtung der Relativbewegung, insbesondere eine Auslenkrichtung, vorgibt. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass sämtliche der Anpresseinheiten parallel zueinander verlagert werden und dadurch ein mögliches Verkeilen oder Kippen von zumindest zwei Anpresselementen verhindert werden kann.
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Eine weitere bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass eine von den Teilflächen vorgegebene stufenförmige Form der Oberfläche des Batteriemoduls in der vorgesehenen Einbaulage ermittelt wird. Diese Form ist von einem jeweiligen Normalabstand der jeweiligen Teilfläche zu der Auflagefläche vorgegeben. Somit wird anhand des jeweiligen Normalabstands ein Normalabstandsprofil bestimmt, mittels welcher die stufenförmige Form der Oberfläche des Batteriemoduls beschrieben werden kann. Dabei kann ein möglicher Unterschied zwischen zumindest zwei Normalabständen erkannt werden. Zum Anordnen des Batteriemoduls wird eine zu der Form korrespondierende stufenförmige Negativform der Anpressvorrichtung anhand einer selektiven Verlagerung der mehreren Anpresseinheiten eingestellt. Somit stellt die Negativform ein Model oder eine Matrize für die Form der Oberfläche dar, wobei beide Formen ineinandergreifen können. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass die Anpressvorrichtung individuell auf die Oberfläche des Batteriemoduls eingestellt und somit besonders gleichmäßig der Anpressdruck aufgebracht werden kann.
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Eine weitere bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass mittels der mehreren Anpresseinheiten ein Druckverlauf des Anpressdrucks in Abhängigkeit von einem Relativabstand beider Auflageflächen und/oder einer Verfestigungszeit des Wärmeleitmaterials gesteuert wird. Somit ist der Druckverlauf des Anpressdrucks anhängig von dem Wärmeleitmaterial und alternativ oder zusätzlich dem Relativabstand des Batteriemoduls zum Batteriegehäuse. Hierbei wird zum Positionieren des Batteriemoduls der Anpressdruck bis auf einen vorgegebenen Druckwert erhöht. Somit steigt der Anpressdruck solange, bis der vorgegeben Druckwert erreicht ist. Dies kann notwendig sein, um eine Endposition des Batteriemoduls zu erreichen. Somit kann sichergestellt werden, dass zunächst die Ausrichtbewegung durchgeführt werden kann. Alternativ oder zusätzlich wird während eines Aushärtens des Wärmeleitmaterials der Anpressdruck auf einem weiteren vorgegebenen Druckwert gehalten. Insbesondere kann dies nach dem Positionieren des Batteriemoduls erfolgen. Dabei bleibt der Anpressdruck beispielsweise auf einem konstanten Wert oder innerhalb eines vorgegeben Wertebereichs, der von dem weiteren Druckwert definiert ist. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass das Batteriemodul solange fixiert wird, bis eine ausreichend große Anfangsfestigkeit des Wärmematerials erreicht und eine weitere Verformung des Wärmeleitmaterials ausgeschlossen werden kann.
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Eine weitere bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass die mittels der jeweiligen Anpresseinheit aufgebrachte jeweilige Teilanpresskraft mittels eines Kraftsensors erfasst und angepasst, falls sich die erfasste jeweilige Teilanpresskraft außerhalb eines vorgegebenen Kraftintervalls befindet. Somit wird die jeweilige Teilanpresskraft mittels des Kraftsensors gemessen und dahingehend überprüft, ob sie innerhalb des Kraftintervalls ist. Bei einer erkannten Abweichung kann die jeweilige Teilanpresskraft derart verändert werden, dass sie sich wieder innerhalb des Kraftintervalls befindet. Dabei ist der Kraftintervall von einem oberen und einem unteren Kraftwert begrenzt. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass die jeweilige Teilanpresskraft dynamisch in Abhängigkeit von einer Messung angepasst werden kann.
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Durch die Erfindung ist zusätzlich eine Anpressvorrichtung für eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens bereitgestellt. Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Anpressvorrichtung, 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 Anpressvorrichtung hier nicht noch einmal beschrieben.
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Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen.
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Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:
- 1 eine schematische Schnittdarstellung eines mittels einer Anpressvorrichtung an einem Batteriegehäuse angeordneten Batteriemoduls einer Ausführungsform;
- 2 eine weitere schematische Schnittdarstellung des mittels der Anpressvorrichtung an dem Batteriegehäuse angeordneten Batteriemoduls in einer anderen Ausführungsform; und
- 3 ein Flussdiagramm für ein Verfahren zum Anordnen des Batteriemoduls an dem Batteriegehäuse mittels der Anpressvorrichtung.
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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.
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In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.
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1 zeigt in einem Ausführungsbeispiel eine schematische Schnittdarstellung ein Batteriemodul 10, welches mittels einer Anpressvorrichtung 12 an einem Batteriegehäuse 14 angeordnet werden kann. Das zumindest eine Batteriezelle 16 umfassende Batteriemodul 10 weist eine Unterseite 18 und eine der Unterseite 18 gegenüberliegende Oberseite 20 auf, wobei an der Unterseite 18 eine Auflagefläche 22' und an der Oberseite 20 eine vorliegende drei Teilflächen 24', 24'', 24''' umfassende Oberfläche 26 angeordnet ist. Dabei sind jeweilige Flächen 22, 24', 24'', 24'', 26 in y- Richtung zueinander parallel angeordnet. Die Teilflächen 24', 24'', 24''' können einen jeweiligen Normalabstand 28', 28'', 28''' zu der Auflagefläche 22' aufweisen, der beispielsweise eine stufenförmige Form 30' der Oberfläche 26 vorgeben kann. Das Batteriegehäuse 14 weist an einer Bodenoberseite 32 eine zu der Auflagefläche 22' korrespondierende Auflagefläche 22'' auf. Um das Batteriemodul 10 mit dem Batteriegehäuse 14 thermisch leitend zu fügen, das heißt zu verbinden, wird zwischen den beiden Auflageflächen 22', 22'' ein Wärmeleitmaterial 34 positioniert, das heißt angebracht. Das Wärmeleitmaterial 34 kann beispielsweise als ein Wärmeleitpad oder als ein Wärmeleitgel ausgebildet sein.
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Zum Anordnen des Batteriemoduls 10, insbesondere einem Positionieren und einem Halten des Batteriemoduls in einem Relativabstand 36 der beiden Auflageflächen 22', 22'', ist die Anpressvorrichtung 12 vorgesehen. Die Anpressvorrichtung 12 umfasst drei Anpresseinheiten 38', 38'', 38''', die gegeneinander beweglich ausgebildet sind. Mittels der Anpresseinheiten 38', 38'', 38''' kann ein Anpressdruck auf das Batteriemodul 10 in Richtung der Auflagefläche 22'' des Batteriegehäuses 14, d.h. in y-Richtung, erzeugt werden, wobei der Anpressdruck hierzu auf die Anpresseinheiten 38', 38'', 38''' verteilt wird. Dadurch wird pro Anpresseinheit 38', 38'', 38''' eine jeweilige Teilanpresskraft 40', 40'', 40''' erzeugt, die schematisch als jeweilige Kraftvektoren eingezeichnet sind, die auf die Teilflächen 24', 24'', 24''' wirken. Da in 1 nur die Anpresseinheiten 38', 38'' das Batteriemodul 10 berühren, sind die Kraftvektoren der entsprechenden Teilanpresskräfte 40', 40'' als Pfeile und die noch nicht aufgebrachte Teilanpresskraft 40''' als ein Pfeil mit einer gestrichelten Linie dargestellt. Dies bedingt eine Ausrichtbewegung des Batteriemoduls 10 auf dem Wärmeleitmaterial 34, sodass der Anpressdruck auf der Oberseite 20 und auch auf der Unterseite 18 gleichmäßig verteilt wird. Dabei kann zum Anordnen des Batteriemoduls 10 eine zu der Form 30' korrespondierende stufenförmige Negativform 30'' der Anpressvorrichtung 12 anhand einer selektiven Verlagerung der mehreren Anpresseinheiten 38', 38'', 38''' eingestellt werden.
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Die in 1 gezeigten Anpresseinheiten 38', 38'', 38''' sind als jeweilige von einer elastischen Außenhülle 42 begrenzte Hohlkörper 44 ausgebildet. Der Übersicht halber weist nur die Anpresseinheit 38' die Bezugszeichen der Außenhülle 42 und des Hohlkörpers 44 auf. Beispielsweise kann die beim Anpressen mit dem Batteriemodul 10 in Kontakt stehende Außenhülle 42 als ein robustes und flexibles Bauteil (z.B. ein Schlauch) ausgebildet sein, um den als Druckkammer verwendbaren Hohlkörper 44 umhüllen. Der Hohlkörper 44 kann mit einem Fluid gefüllt werden, wobei in Abhängigkeit von einem Fluidfüllgrad die jeweilige Teilanpresskraft 40', 40'', 40''' eingestellt wird. Somit kann beispielsweise der Fluidfüllgrad variiert werden, wenn mittels eines Kraftsensors 58 erfasst wurde, dass die jeweilige Teilanpresskraft 40', 40'', 40''' außerhalb eines vorgegebenen Kraftintervalls liegt, um die jeweilige Teilanpresskraft 40', 40'', 40''' anzupassen.
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Bei einem Annähern der Anpressvorrichtung 12 an das Batteriemodul 10 können beispielweise die Anpresseinheiten 38', 38" einen Erstkontakt mit dem Batteriemodul 10 aufweisen, während die Anpresseinheit 38''' noch von dem Batteriemodul 10 entfernt sein kann. In einem Kontaktbereich kann die Außenhülle 42 nach innen in Richtung des Hohlkörpers 44 der Anpresseinheiten 38', 38" eingedrückt und ein Fluidvolumen verdrängt werden. Dieses Fluidvolumen dabei von einem kontaktlosen Bereich der Außenhülle 42 aufgenommen werden, welcher sich nach außen wölbt. Hierbei kann es sich um die Außenhülle 42 der jeweiligen oder beider Anpresseinheiten 38', 38" handeln, wobei die Anpresseinheiten 38', 38" fluidisch mittels eines als Stutzen ausgebildeten Verbindungselements 50 verbunden sein können. Somit kann die von dem Hohlkörper 44 bereitgestellte Druckkammer mit einer weiteren verbunden werden. Dadurch kann das Fluid bei einem Heranfahren der Anpressvorrichtung 12 an das zu verpressende Batteriemodul 10 gleichmäßig bei dem Erstkontakt innerhalb des Hohlkörpers 44 verteilt werden. Eine Aufnahme des verdrängten Fluidvolumens kann solange erfolgen, bis der Kontaktbereich sämtliche Teilflächen 24', 24'', 24''' umfasst. Ab diesem Zeitpunkt kann bei einem weiteren Anpressen auf die gesamte Oberfläche 26 eine selbe Belastung aufgebracht und das Batteriemodul 10 in das Wärmeleitmaterial 34 hineingedrückt werden.
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2 zeigt unter Bezugnahme auf die im Zusammenhang mit 1 gezeigten und beschriebenen Komponenten ein weiteres Ausführungsbeispiel einer schematischen Schnittdarstellung des mittels der Anpressvorrichtung 12 an dem Batteriegehäuse 14 angeordneten Batteriemoduls 10. Hierbei handelt es sich bei den dargestellten Anpresseinheiten 38', 38''' um zwei und bei der Anpresseinheit 38" um drei an einem jeweiligen starren Anpresselement 52 angeordnete elastische Federelemente 54. Der Übersicht halber weist nur die Anpresseinheit 38' die Bezugszeichen des Anpresselements 52 und der beiden Federelemente 54 auf. Dabei werden die Federelemente 54 über das Anpresselement 52 an der Oberfläche 26 des Batteriemoduls 10 angeordnet. Da alle dargestellten Anpresseinheiten 38', 38'', 38''' das Batteriemodul 10 berühren, sind die Kraftvektoren der entsprechenden Teilanpresskräfte 40', 40'', 40''' als Pfeile dargestellt. Die jeweilige Teilanpresskraft 40', 40'', 40''' kann beispielsweise von einer Federkonstante, einer Federwegbegrenzung und einer Vorspannkraft des jeweiligen Federelements 54 vorgegeben sein. Zum Erzeugen der jeweiligen Teilanpresskraft 40', 40'', 40''' kann eine Relativbewegung des jeweiligen Federelements 54 mittels eines als Hohlzylinder ausgebildeten Führungselements 56 derart gelenkt werden, sodass das jeweiligen Anpresselement 52 ausschließlich normal zu der Auflagefläche 22'' des Batteriegehäuses 14 relativ in y-Richtung verlagert werden kann. Hierbei weist nur die Anpresseinheit 38'' das Führungselement 56 auf.
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3 zeigt unter Bezugnahme auf die im Zusammenhang mit 1 und 2 gezeigten und beschriebenen Komponenten ein Flussdiagramm für ein Verfahren zum Anordnen des Batteriemoduls 10 an dem Batteriegehäuse 14 mittels der Anpressvorrichtung 12. In einem Schritt S1 werden das Batteriemoduls 10 und das Batteriegehäuse 14 bereitgestellt und das Wärmeleitmaterial 34 auf zumindest einer der Auflageflächen 22', 22'' zum thermisch leitenden Fügen angeordnet. In einem weiteren Schritt S2 wird die Anpressvorrichtung 12 bereitgestellt, wobei in einem nachfolgenden Schritt S3 mittels deren Anpresseinheiten 38', 38'', 38''' der Anpressdruck auf das Batteriemodul 10 derart erzeugt, sodass dieser auf der Oberseite 20 und auf der Unterseite 18 gleichmäßig verteilt wird. Dies ist im Zusammenhang mit 1 und 2 im Detail erläutert.
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Dabei kann mittels der mehreren Anpresseinheiten 38', 38'', 38''' ein Druckverlauf des Anpressdrucks in Abhängigkeit von dem Relativabstand 36 beider Auflageflächen 22', 22'' und einer Verfestigungszeit des Wärmeleitmaterials 34 gesteuert werden. Hierbei wird der Anpressdruck zum Positionieren des Batteriemoduls 10 bis auf einen vorgegebenen Druckwert erhöht und während eines Aushärtens des Wärmeleitmaterials 34 auf einem weiteren vorgegebenen Druckwert gehalten.
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Durch das Verfahren ergibt sich der Vorteil, dass die jeweiligen Teilanpresskräfte 40', 40'', 40'' gleichmäßig auf die jeweiligen zum Verpressen ausgelegten Teilflächen 24', 24'', 24''' verteilt werden können. Durch eine entsprechende Auslegung der Anpressvorrichtung 12 können somit auch Teilflächen 24', 24'', 24''' gleichzeitig zum Verpressen genutzt werden, die ansonsten hierfür ungeeignet sein können (z.B. aufgrund von einer toleranzbedingte Unebenheit oder einem bauteileigenen Ebenenversatz).
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Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch die Erfindung wie die Anpressvorrichtung 12 und das Verfahren zum Anordnen des Batteriemoduls 10 innerhalb des Batteriegehäuses 14 bereitgestellt werden kann, mittels welcher die gleichmäßige Belastung des Batteriemoduls 10 und alternativ oder zusätzlich zumindest eines anderen drucksensiblen Bauteils bei einem Montage und/oder Fügeprozesse realisiert werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102017223664 A1 [0004]
- DE 102009058808 A1 [0005]
- CN 108973635 A [0006]
- CN 209200009 U [0006]
