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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Stützen eines Batteriegehäuses beim Einsetzen eines Batteriemoduls in das Batteriegehäuse. Ein solches Batteriemodul wird in dem Batteriegehäuse durch Verpressen oder Andrücken auf den Gehäuseboden angepresst, um ein zwischen dem Batteriemodul und dem Gehäuseboden angeordnetes pastöses Wärmeleitmaterial auf eine vorbestimmte Dicke oder Höhe zu reduzieren. Die Erfindung umfasst auch eine Stützvorrichtung, auf welche das Batteriegehäuse aufgelegt werden kann, um in dem Batteriegehäuse eines oder mehrere Batteriemodule verpressen zu können.
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Beim Fertigen eines Batteriesystems kann vorgesehen sein, ein Batteriegehäuse auf eine Stützvorrichtung aufzulegen, um dann auf ein auf dem Gehäuseboden verteiltes Wärmeleitmaterial eines oder mehrere Batteriemodule aufzusetzen und durch eine nach unten wirkenden Anpresskraft in dem Batteriegehäuse zu verpressen. Eine andere Bezeichnung für ein solches Wärmeleitmaterial ist auch Gapfiller. Grund für die Nutzung des Wärmeleitmaterials ist, dass im Gehäuseboden eine Kühleinrichtung integriert sein kann. Das Wärmeleitmaterial wird durch den Anpressdruck oder die Anpresskraft in die Breite gedrückt, sodass seine Höhe oder Dicke abnimmt, das der Verringerung des Wärmeleitwiderstands förderlich ist. Das Maß der Höhe oder Dicke wird auch als Gapfiller-Spalt bezeichnet. Man ist an einer Gapfiller-Spalt von weniger als 2 Millimeter interessiert. Zudem sollte die Höhe oder Dicke über den gesamten Modulboden gleichmäßig sein, um eine gleichmäßige Wärmeabfuhr zu bewirken.
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Die geringe Höhe von weniger als 2 Millimeter kann in der Größenordnung von Fertigungstoleranzen eines Batteriegehäuses liegen. Wird ein solches toleranzbehaftetes Batteriegehäuse auf eine Stützvorrichtung aufgelegt, so kann durch eine toleranzbedingte Abweichung der Bauform des Batteriegehäuses am Gehäuseboden eine Unebenheit vorhanden sein. Wird dann ein Batteriemodul in das Batteriegehäuse gedrückt oder gesetzt, ist es erschwert, ein gleichmäßig dick verteiltes Wärmematerial durch Verpressen des Batteriemoduls zu erhalten, weil die Unterseite des Batteriemoduls und die Oberseite des Gehäusebodens nicht in der Form korrespondieren.
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Zur Kostenminimierung und Steigerung der Kühlleistung des Batteriesystems soll die Dicke des Gapfiller-Spalts zwischen Batteriemodul und Kühlboden möglichst weit verringert werden. Der geringere Gapfiller-Spalt zwischen Modul und Kühlboden des Batteriegehäuses soll durch höhere Verpresskräfte beim Setzen der Batteriemodule in ein Gefache des Batteriegehäuses erreicht werden. Hierdurch wird das beschriebene Problem noch verstärkt.
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Bei heute verfügbaren, gängigen Fertigungsprozessen unter den verschärften Parametern (Prozesszeit, Ziel-Spalt, Modulgröße und Kühlboden-Steifigkeit) auftretende Belastungen auf den Kühlboden erreicht man nicht die geforderten Gapfiller-Spalt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Stützvorrichtung bereitzustellen, welche auch in einem toleranzbehafteten Batteriegehäuse beim Setzen der Batteriemodule einen Toleranzausgleich eine gleichmäßige Dicke oder Höhe des zwischen den Batteriemodulen und dem Gehäuseboden verteilten Wärmeleitmaterials schafft.
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Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind durch die abhängigen Patentansprüche, die folgende Beschreibung sowie die Figuren beschrieben.
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Durch die Erfindung ist ein Verfahren zum Stützen eines Batteriegehäuses beim Anordnen oder Setzen eines Batteriemoduls bereitgestellt. Natürlich können mittels des Verfahrens auch mehrere Batteriemodule zeitgleich oder nacheinander gesetzt oder angeordnet werden, aber zur Beschreibung Erfindung wird im Folgenden der Einfachheit halber auf ein einzelnes Batteriemodul Bezug genommen.
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Das Verfahren geht davon aus, dass jedes Batteriemodul zumindest eine Batteriezelle umfasst und derart innerhalb des Batteriegehäuses angeordnet wird, dass eine Auflagefläche einer Unterseite des Batteriemoduls, d. h. die Auflagefläche des Modulbodens und eine korrespondierende Auflagefläche einer Bodenoberseite des Gehäusebodens des Batteriegehäuses mittels eines zwischen den beiden Auflageflächen bereitgestellten oder positionierten Wärmeleitmaterials thermisch leitend miteinander durch Verpressen oder Anpressen gekoppelt werden. Mit anderen Worten wird das Batteriemodul auf das Wärmeleitmaterial aufgesetzt und durch Verpressen oder Andrücken, d. h. durch das Ausüben einer Anpresskraft von oben auf das Batteriemodul, das Wärmeleitmaterial unter dem Batteriemodul zwischen der Auflagefläche des Modulbodens und der Auflagefläche des Gehäusebodens in die Breite gedrückt, bis das Wärmeleitmaterial eine Höhe oder Dicke aufweist, die kleiner als eine Höchstdicke ist, beispielsweise überall kleiner als 2 Millimeter. Bevorzugt ist die Höhe oder Dicke dabei überall noch größer als 0, insbesondere größer als 0,5 Millimeter.
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Hierzu muss der Gehäuseboden entsprechend stabil oder starr gelagert sein, damit er beim Ausüben der Anpresskraft seine Form nicht stellenweise verändert. Zugleich muss aber sichergestellt werden, dass eine von der geplanten Form des Gehäusebodens abweichende reale Form des Gehäusebodens, wie sie sich durch Fertigungstoleranzen ergeben kann, kompensiert oder ausgeglichen werden kann, damit sich eine gleichmäßige Dicke oder Höhe des Wärmeleitmaterials ergibt. Hierzu wird das Batteriegehäuse am Gehäuseboden flexibel oder anpassbar durch eine einstellbare Stützvorrichtung gestützt.
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Erfindungsgemäß wird zum Stützen des Batteriegehäuses an einer der Bodenoberseite des Gehäusebodens gegenüberliegenden Bodenunterseite des Gehäusebodens eine Stützvorrichtung bereitgestellt. Diese Stützvorrichtung weist mehrere Grundplatten zum Abstellen des Batteriegehäuses auf. Die Grundplatte ergeben insgesamt eine Aufstandsfläche zum Abstellen des Batteriegehäuses. Die Grundplatten können aus einem starren Material gefertigt sein, z. B. einem Kunststoff oder einem Metall.
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Die Grundplatten wiederum sind getragen durch Stützeinheiten, die gegeneinander beweglich angeordnet oder gelagert sind. Die Stützeinheiten können Beispielsweise als vertikal verfahrbare Tische oder Stempel ausgestaltet sein. Auf diesen Stützeinheiten können die Grundplatten montiert sein.
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Durch eine Steuerschaltung kann eine Form der Bodenunterseite des Batteriegehäuses mittels einer Abtasteinrichtung ermittelt oder geschätzt werden. Mit anderen Worten kann überprüft werden, inwieweit die tatsächlich gegebene Form der Bodenunterseite mit der bestimmungsgemäßen Form übereinstimmt. Eine Abweichung von der bestimmungsgemäßen Form kann durch vertikales Verfahren oder Verlagern der Stützeinheiten kompensiert werden. Dies bedeutet, dass eine zu der ermittelten Form der Bodenunterseite korrespondierende, durch die Grundplatten allerdings nur angenäherten negative Form anhand einer selektiven vertikalen Verlagerung einer oder mehrerer Stützeinheiten eingestellt wird. Da die Grundplatten starr sein können, kann die Annäherung der Form nur in der „Ortsauflösung“ der Grundplattengröße erfolgen. Steht also an dem Gehäuseboden ein Bereich hervor oder ist ein Bereich über die umgebende Oberfläche des Gehäusebodens erhaben, so wird die diesem erhabenen Bereich gegenüberstehende Grundplatte entsprechend gegenüber den umgebenden Grundplatten abgesenkt oder zurückgefahren.
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Jede der Stützeinheiten kann unabhängig von den übrigen Stützeinheiten vertikal verfahren oder verlagert werden oder sich selbst in Abhängigkeit von einer vertikal auf sie wirkenden Aufstandskraft verlagern. Hierdurch werden auch die Grundplatten gegeneinander bewegt oder verlagert. Damit kann auch die Aufstandsfläche, die durch die Grundplatten gegeben ist und auf welcher der Gehäuseboden abgestellt ist, an die Form oder ein Höhenprofil des Gehäusebodens angepasst werden. Insbesondere kann hierdurch erreicht werden, dass auch im Inneren des Batteriegehäuse die Bodenoberseite, auf welcher das Wärmeleitmaterial bereitgestellt ist, plan oder eben oder in der Form zu der Unterseite des Batteriemoduls korrespondierend geformt gehalten oder gebogen wird. Die beiden beschriebenen Auflageflächen, zwischen denen das Wärmeleitmaterial angeordnet ist, können also durch Verformen der Auflagefläche der Bodenoberseite des Gehäusebodens aneinander angenähert werden. Das Verfahren in vertikaler Richtung kann in einem Wegebereich von weniger als 1 Zentimeter vorgesehen sein, da es um die Kompensation von Fertigungstoleranzen geht.
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Durch die Erfindung ergibt sich der Vorteil, dass für den Fall, dass ein Batteriegehäuse beispielsweise aufgrund von Fertigungstoleranzen im Bereich der Bodenoberseite des Gehäusebodens nicht mit der Unterseite des einzusetzenden oder zu verpressenden Batteriemoduls übereinstimmt, durch Verformen oder Anpassen der Aufstandsfläche der Stützvorrichtung das Batteriegehäuse im Bereich des Gehäusebodens verzogen oder verformt wird, indem es mit seinem Eigengewicht und/oder durch die Anpresskraft beim Verpressen auf die Aufstandsfläche aufgedrückt wird, deren mittels der Stützeinheiten eingestellte Form die Formabweichung des Gehäusebodens kompensiert. Damit verzieht oder verformt sich auch die Bodenoberseite, auf welcher das Wärmeleitmaterial verteilt ist.
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Die Erfindung umfasst auch Ausführungsformen, durch die sich zusätzliche Vorteile ergeben.
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In eine Ausführungsform werden eine oder mehrere oder alle der besagten Grundplatten jeweils von mehr als einer der Stützeinheiten an einer jeweiligen Kante oder an einer jeweiligen Ecke getragen. Eine solche Grundplatte befindet sich also zwischen zwei oder mehr als zwei Stützeinheiten. Durch die vertikale Verlagerung der Stützeinheiten werden die Grundplatten nicht nur abgesenkt und gehoben, sondern auch in eine gekippte Stellung gebracht, d. h. die Aufstandsfläche für den Gehäuseboden ist im Bereich einer solchen gekippten Grundplatte nicht horizontal, sondern gegenüber der Horizontalen geneigt oder gekippt. Dies hat sich als vorteilhaft beim Kompensieren von Fertigungstoleranzen erwiesen.
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In einer Ausführungsform ist hierbei vorgesehen, dass die jeweilige Grundplatte mit der jeweiligen Stützeinheit über eine Gelenkverbindung verbunden ist. Dies verhindert, dass sich die jeweilige Grundplatte und die Stützeinheit, auf welcher sie aufliegt oder von welcher sie getragen ist, mechanisch gegeneinander verspannen, wenn die Grundplatte in die gekippte Stellung gebracht wird.
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In einer Ausführungsform weist das Batteriegehäuse eine in dem Gehäuseboden integrierte Kühleinrichtung auf, durch welche aber eine Strukturierung oder Struktur der Bodenunterseite vorgegeben ist. Mit anderen Worten ergibt sich durch die Kühleinrichtung eine Reliefierung der Bodenunterseite des Gehäusebodens. Durch eine solche Reliefierung oder Struktur kann es passieren, dass der Gehäuseboden nur an singulären oder punktuellen Ausbuchtungen der Struktur die Aufstandsfläche der Grundplatten berührt, was eine ungewollte oder strukturabhängige Verformung begünstigen könnte. Um dies zu vermeiden, wird gemäß einer Ausführungsform zwischen der Bodenunterseite des Batteriegehäuses und den Grundplatten eine jeweilige Ausgleichsplatte mit einer in der Form der Struktur der Bodenunterseite korrespondierenden negative Relieflieferung (Negativreliefierung), mittels welcher beim Stützen die besagte Struktur vollflächig aufgenommen wird, an einer oder mehreren der Grundplatten angeordnet. Pro Grundplatte kann also beispielsweise eine Ausgleichsplatte vorgesehen sein. Die Negativreliefierung oder Negativstruktur kann beispielsweise durch Fräsen in einer Kunststoffplatte bereitgestellt sein. Mittels der Ausgleichsplatten kann somit eine Struktur der Bodenunterseite an eine durch die Grundplatten bereitgestellte Aufstandsfläche adaptiert werden. Damit kann die über das Batteriemodul auf den Gehäuseboden wirkende Anpresskraft trotz der Struktur der Bodenunterseite gleichmäßig auf die Grundplatten verteilt werden.
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In einer Ausführungsform ist die jeweilige Ausgleichsplatte zerstörungsfrei reversibel lösbar an der jeweiligen Grundplatte angeordnet. Beispielsweise kann eine Ausgleichsplatte auf der zugehörigen Grundplatte aufgelegt oder mit der Grundplatte verschraubt sein. Durch die zerstörungsfrei reversibel lösbare Verbindung kann die Stützvorrichtung an unterschiedliche Typen von Batteriegehäusen angepasst werden, indem bei unterschiedlicher Struktur der unterschiedlichen Typen entsprechende Ausgleichsplatten montiert werden.
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In einer Ausführungsform sind die Grundplatten rechteckig ausgebildet und in einem 2-dimensionalen Raster angeordnet. Mit anderen Worten können die Grundplatten ein Schachbrettmuster bilden. Durch gerade Kanten rechteckiger Grundplatten kann eine bis auf die Spalten zwischen den Grundplatten geschlossene Aufstandsfläche bereitgestellt werden, was eine Vergleichmäßigung der wirkenden Kräfte begünstigt.
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In einer Ausführungsform ist die besagte Abtasteneinrichtung zum Ermitteln, welche Form die Bodenunterseite des Gehäusebodens tatsächlich aufweist, d. h. welche vertikale Stellung oder Verlagerung für jede Stützeinheiten eingestellt werden muss, dahingehend ausgestaltet, dass zum Ermitteln der Form ein jeweiliger Kraftwerts einer von dem Batteriegehäuse auf die Stützeinheiten wirkenden jeweiligen Teils der Anpresskraft, also einer lokalen Aufstandskraft, ermittelt wird und durch die vertikale Verlagerung der Stützeinheiten die Kraftwerte der Stützeinheiten einander angeglichen werden. Weist eine Stützeinheiten einen größeren Kraftwert als umliegende Stützeinheiten auf, so kann durch vertikales Absenken dieser Stützeinheiten deren Kraftwert verringert und damit an die Kraftwerte der umliegenden Stützeinheiten angeglichen werden. Durch Ermitteln und Vergleichen von Kraftwerten kann somit implizit darauf geschlossen werden, welche Form die Bodenunterseite aufweist oder mit welcher Form sie auf die Aufstandsfläche der Grundplatten drückt. Zum Ermitteln der Form kann aber auch auf eine andere, aus dem Stand der Technik bekannte Methode zurückgegriffen werden, z.B. auf eine Abtastung mittels Laserlicht.
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In einer Ausführungsform weist die jeweilige Stützeinheit zu dem selektiven Verlagern einen pneumatischen Zylinder (Pneumatikzylinder) und/oder ein Federelement auf. Zum Einstellen eines Kraftwerts in dem pneumatischen Zylinder kann dieser mit Druckluft beaufschlagt werden. Bei einem Federelement ergibt sich die vertikale Verlagerung selbständig durch die wirkende Anpresskraft, sodass die Verwendung von Federelementen günstig und/oder mechanisch einfach ist. Ein Federelement kann z.B. durch eine Spiralfelder z.B. aus Stahl realisiert sein. Auch ein Pneumatikzylinder kann ohne aktive Druckbeaufschlagung als pneumatische Federung bereitgestellt werden. Die Verwendung eines Federelements oder einer pneumatischen Federung mittels Pneumatikzylinder weißt den Vorteil auf, dass die Stützvorrichtung selbstnivellierend wirkt, also ohne Messung und Aktuator auskommt. Für einen Pneumatikzylinder wurde hierbei erkannt, dass dieser eine günstigere Federkennlinie aufweist als ein Federelement. Die Verwendung von pneumatischen Zylindern mit einstellbarem Druck weist den Vorteil auf, dass eine gleichmäßige Belastung oder Druckverteilung auf die Stützeinheiten gezielt eingestellt oder ein geregelt werden kann. Zudem ist das Messen der beschriebenen Kraftwerte als pneumatischer Druckwert möglich.
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Das vertikale Verlagern der Stützeinheiten kann vor oder während des Verpressens (also vor oder während des Beaufschlagens mit der Anpresskraft) erfolgen. Bevorzugt ist in einer Ausführungsform vorgesehen, dass das Verlagern vor dem Verpressen stattfindet und die Stützeinheiten während des Verpressens mittels einer mechanischen Arretierung in einem arretierten Zustand gehalten werden. Zusätzlich oder alternativ zu einer mechanischen Arretierung kann auch eine Arretierung beispielsweise durch Halten oder aktives Einregeln des beschriebenen Kraftwerts erreicht werden. Eine mechanische Arretierung ist allerdings besonders starr. Die Arretierung weist den Vorteil auf, dass bei Ausüben der Anpresskraft zum Verpressen des Batteriemoduls in dem Batteriegehäuse der Gehäuseboden nicht nachgibt sondern starr bleibt.
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Um das erfindungsgemäße Verfahren durchführen zu können, ist durch die Erfindung auch die beschriebene Stützeinrichtung bereitgestellt, um ein Batteriegehäuse beim Anordnen oder Einsetzen eines Batteriemoduls zu stützen. Zum Stützen des Batteriegehäuses an dessen Unterseite weist die Stützvorrichtung mehrere Grundplatten zum Abstellen des Batteriegehäuse und mehrere gegeneinander bewegliche Stützeinheiten zum Tragen der Grundplatten auf. Eine Steuerschaltung der Stützvorrichtung kann dazu eingerichtet sein, eine Form der Bodenunterseite eines Gehäusebodens des Batteriegehäuses, also desjenigen Teils, der auf den Grundplatten aufstehen soll, mittels eine Abtasteinrichtung zu ermitteln. Die Stützeinheiten sind dazu eingerichtet, eine zu der Form korrespondierende, durch die Grundplatten angenäherte negative Form anhand einer selektiven vertikalen Verlagerung der mehreren Stützeinheiten einzustellen. Hierdurch kann dann die von dem Batteriegehäuse auf die Grundplatten wirkende Anpresskraft beim Verpressen eines Batteriemoduls gleichmäßig auf die Grundplatten verteilt werden. Wie bereits ausgeführt, kann die Abtasteinrichtung realisiert sein, indem ein jeweiliger Kraftwert eines auf die jeweilige Stützeinheiten wirkenden Teils der Anpresskraft, also eine lokale Aufstandskraft, ermittelt wird. Die Steuerschaltung kann auf der Grundlage zumindest eines Mikroprozessors und/oder zumindest eines Mikrocontroller und/oder zumindest eines FPGA (Field Programmable Gate Array) realisiert sein. Die Steuerschaltung kann einen Datenspeicher aufweisen, der mit dem zumindest eine Mikroprozessor/Mikrocontroller/FPGA gekoppelt sein kann und welcher Programminstruktionen gespeichert halten kann, welche bei Ausführen durch die Steuerschaltung diese veranlassen, eine Ausführungsform erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen.
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Die Erfindung umfasst auch Weiterbildungen der Stützvorrichtung, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits in Zusammenhang mit den Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Stützvorrichtung hier nicht noch einmal beschrieben.
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Die Erfindung umfasst auch Realisierung oder Implementierungen, in welchen die Merkmale mehrerer der beschriebenen Ausführungsformen kombiniert sind.
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Das Batteriegehäuse mit darin eingesetzten Batteriemodulen kann für eine Batteriesystem vorgesehen werden, wie es als Traktionsbatterie in einem Elektrofahrzeug oder einem Hybridfahrzeug bereitgestellt werden kann.
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Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung eines Längsschnitt einer Ausführungsform erfindungsgemäßen Stützvorrichtung;
- 2 eine schematische Darstellung einer Draufsicht der Stützvorrichtung von 1; und
- 3 eine Skizze zur Veranschaulichung der Auswirkung einer vertikalen Verlagerung einer Stützeinheit der Stützvorrichtung von 1.
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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 eine Stützvorrichtung 10, auf welcher ein Batteriegehäuse 11 aufgelegt sein kann, um beispielsweise in Fächer oder ein Gefache 12 jeweils ein Batteriemodul oder mehrere Batteriemodule 13 einzusetzen oder einzupressen. Damit liegt das jeweilige Batteriemodul 13 auf einer Bodenoberseite 14 eines Gehäusebodens 15 des Batteriegehäuses 11 auf. Zwischen dem Batteriemodul 13 und dem Gehäuseboden 15 soll dabei aber ein pastöses Wärmeleitmaterial 16, beispielsweise eine Wärmeleitpaste, positioniert oder angeordnet sein, um eine Wärmeübertragung von dem jeweiligen Batteriemodul 13 in den Gehäuseboden 15 zu bewirken. Wenn das Batteriemodul 13 auf dem Wärmeleitmaterial 16 aufliegt, kann hierdurch das Wärmeleitmaterial 16 zwischen einer Auflagefläche 13' einer Unterseite 13" des Batteriemoduls 13 und einer korrespondierenden Auflagefläche 15' der Bodenoberseite 14 des Gehäusebodens 15 eingequetscht oder gedrückt werden. Mittels einer Anpresskraft 20 kann das jeweilige Batteriemodul 13 nach unten in Richtung zum Gehäuseboden 15 gepresst oder gedrückt werden, um das Wärmeleitmaterial 16 auf dem Gehäuseboden 15 zu verteilen oder in die Breite zu drücken, damit eine Höhe oder Dicke des Wärmeleitmaterials 16 auf einen Wert in einem vorbestimmten Werteintervall, beispielsweise zwischen 0,5 Millimeter und 2 Millimeter, eingestellt wird.
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In dem Gehäuseboden 15 kann beispielsweise eine Kühleinrichtung 17 integriert sein. Durch die Kühleinrichtung 17 kann aber eine Bodenunterseite 18 des Gehäuseboden 15 eine Unebenheiten oder Struktur 19 aufweisen. Die Stützvorrichtung 10 kann trotz dieser Struktur 19 bewirken oder sicherstellen, dass eine beim Verpressen oder Einsetzen eines Batteriemoduls 13 wirkender Anpresskraft 20 gleichmäßig auf die Bodenunterseite 18 und die Stützvorrichtung 10 verteilt wird. Hierbei kann die Stützvorrichtung 10 auch Fertigungstoleranzen ausgleiche, durch welche die Struktur 19 von Batteriegehäuse zu Batteriegehäuse variieren kann.
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Die Stützvorrichtung 10 kann hierzu mehrere Grundplatten 21 aufweisen, welche nach oben zum Batteriegehäuse 11 hin zusammen eine Aufstandsfläche 22 bereitstellen können, auf welche das Batteriegehäuse 11 aufgelegt werden kann. Jede Grundplatte 21 stelle hierbei eine Teilfläche der Aufstandsfläche 22 bereit. Jede Grundplatte 21 kann jeweils durch mehrere Stützeinheiten 23 getragen sein, indem jeweils eine Kante oder eine Ecke 24 der jeweiligen Grundplatte 21 über eine jeweilige Gelenkverbindung 25 gehalten ist.
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Seitens der Stützeinheiten 23 kann die jeweilige Gelenkverbindung 25 durch beispielsweise ein Tischelement 26 gehalten sein, dass mittels eines Pneumatikzylinders oder pneumatischen Zylinders 27 und/oder mittels eines Federelements 28 zumindest in eine vertikale Richtung Z unabhängig von den übrigen Stützeinheiten 23 beweglich gelagert sein kann. Die Stützeinheiten 23 können durch eine Steuerschaltung 30 in Bezug auf das Einstellen einer jeweiligen Höhe oder das Verlagern ihres Tischelements 26 entlang der vertikalen Richtung Z angesteuert werden, wenn es sich z.B. um pneumatische Zylinder 27 handelt. Welche Höhe für eine jeweilige Grundplatte 21 mittels der Stützeinheiten 23 eingestellt wird, kann beispielsweise mittels einer Abtasteinrichtung 31 festgelegt werden, welche beispielsweise einregeln kann, dass auf jede Stützeinheiten 23 dieselbe Aufstandskraft 32 wirkt oder dass die Aufstandskräfte 32 an den Stützeinheiten 23 sich um höchstens einen vorbestimmten Toleranzwert unterscheiden.
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Die Stützeinheiten 23 sind in dem in 1 gezeigten Beispiel beispielhaft in Modulen 33 angeordnet oder organisiert, wobei jedes Modul 33 mehrere der Stützeinheiten 23 aufweisen kann. Durch die Anordnung in mehrere Module 33 kann die sich insgesamt ergebende Aufstandsfläche 22 an eine Größe des Batteriegehäuse 11 angepasst werden.
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Um Unebenheiten der Struktur 19 an der Bodenunterseite 18 des Gehäuseboden 15 in Bezug auf die Aufstandsfläche 22 der Grundplatten 21 zu kompensieren oder anzugleichen, können auf den Grundplatten 21 Ausgleichsplatten 35 angeordnet sein, beispielsweise pro Grundplatte 21 jeweils eine Ausgleichsplatte 35. In den Ausgleichsplatten 35 kann eine negative Struktur oder eine negative Reliefierung 36 bereitgestellt sein, beispielsweise durch Fräsen, sodass die Struktur 19 der Bodenunterseite 18 des Gehäuseboden 15 auf der jeweiligen Ausgleichsplatte 35 vollflächig aufliegen kann.
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2 veranschaulicht in einer Draufsicht, wie sich hierdurch für ein Batteriemodul 13 (durchsichtig dargestellt) insgesamt die Aufstandsfläche 22 der Grundplatten 21 ergibt, auf welchen jeweils eine Ausgleichsplatte 35 aufgelegt sein kann. Die unter den jeweiligen Ecken 24 jeder Grundplatte 21 angeordneten Gelenkverbindungen 25 sind ebenfalls dargestellt. Gezeigt ist, wie die Grundplatten 21 in einem Schachbrettmuster oder einem 2-dimensionalen Raster angeordnet sein können. Jeweils vier Ecken 24 benachbarter Grundplatten 21 können jeweils auf einem Stützeinheit 23 über ihre jeweiligen Gelenkverbindungen 25 aufliegen.
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3 veranschaulicht, wie durch eine vertikale Verlagerung 37 einer Stützeinheit 23, nämlich durch vertikales Verfahren eines Tischelements 26 der Stützeinheit 23, zusätzlich individuell für jedes Batteriegehäuse 11 eine beispielsweise durch Fertigungstoleranzen in der Struktur 19 vorhandene Abweichung von der geplanten Bauform, d. h. eine Unregelmäßigkeit 38 kompensiert werden kann. Auf der linken Seite von 3 ist zur Veranschaulichung der unkompensierte Fall K0 dargestellt, während auf der rechten Seite nach dem Einstellen der vertikalen Verlagerung 37 der kompensierte Fall K1 dargestellt ist. In 3 sind dabei der Übersichtlichkeit halber die Ausgleichsplatten 35 nicht dargestellt.
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Im unkompensierten Fall K0 kann bei einer ebenen Aufstandsfläche 22 durch die Unregelmäßigkeit 38 der Gehäuseboden 15 verformt sein. Insbesondere kann beim Aufliegen auf der ebenen Aufstandsfläche 22 dadurch im Gehäuseinneren des Batteriegehäuses 11 die Bodenoberseite 14 mit ihrer Auflagefläche 15' unterschiedlich geformt sein oder abweichen von der Auflagefläche 13' der Modulunterseite 13" des Batteriemoduls 13. Hierdurch kann beim Ausüben der Anpresskraft 20 auf das Modulgehäuse 13 eine ungleichmäßige Verteilung 39 des Wärmeleitmaterial 16 erfolgen, wie dies für den unkompensierten Fall K0 dargestellt ist, wo das Wärmeleitmaterial 16 „durchgedrückt“ dargestellt ist.
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Mittels der Kompensation K durch die vertikale Verlagerung 37 beispielsweise einer der Stützeinheiten 23 kann sich für die durch diese Stützeinheit 23 getragenen Grundplatten 21 eine schräge Stellung 40 ergeben, durch welche die Ungleichmäßigkeit 38, wie sie sich durch die Fertigungstoleranz ergeben hat, kompensiert sein kann, indem die Auflagefläche 13', 15' in der Form angeglichen werden. Damit können die Formen der Bodenoberseite 14 und der Bodenunterseite 13" angeglichen werden, sodass das Wärmeleitmaterial 16 beim Ausüben der Anpresskraft 13 eine gleichmäßige Dicke 41 einnehmen kann, deren Wert mittels der Anpresskraft 20 und/oder einer Eindrücktiefe des Batteriemoduls 13 derart eingestellt werden kann, dass er in einem vorbestimmten Werteintervall liegt, beispielsweise die angegebene 0,5 Millimeter bis 2 Millimeter. Natürlich kann die Verlagerung 37 vor dem eigentlichen Ausüben der Anpresskraft 20 vorgenommen werden.
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Um jeden Kühlboden (Gehäuseboden 15 mit integrierter Kühleinrichtung 17), trotz vorherrschender Toleranzen im Zusammenbau des Batteriegehäuses (resultierend aus Einzelteiltoleranzen und den Zusammenbau-Toleranzen aller vorhergegangenen Operationen), in seiner individuellen Geometrie abzustützen und um damit einen möglichst geringen Gapfiller-Spalt mit der Höhe oder Dicke 41 erreichen zu können, wird also eine Stützvorrichtung 10 bereitgestellt, die sich der individuellen Form des Kühlbodens anpasst und diesen anschließend in dieser Form optimal abstützt.
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Gängige starre Vorrichtungen (vergleichbar mit dem unkompensierten Fall K0) bringen für einen Toleranzausgleich keine Freiheitsgrade mit.
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Die beschriebene Vorrichtungsform der Stützvorrichtung bietet folgende Vorteile:
- - 3 Freiheitsgrade zur Anpassung an Deformationen: in Z, sowie Verkippung in beiden Raumrichtungen und
- - Flächige auflagen statt Linienauflage (geringeres Risiko für Beschädigungen)
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Darüber hinaus trägt diese Lösung zu folgenden Themenfeldern beim Fahrzeug bei:
- - Erreichung eines geringeren Gapfiller-Spalts zwischen Batteriemodul und Kühlboden, als mit herkömmlichen (starren) Gegenhalte-Vorrichtungen.
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Daraus resultieren:
- - Einsparung benötigtes Wärmeleitmaterial pro Batteriesystem
- - Verbesserung Kühlleistung und damit bessere Fahrzeug-Performance eines Elkrofahrzeugs
- - Kürzere Ladezeiten des Batteriesystems durch bessere Kühlung.
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Die Stützvorrichtung 10 kann n Grundlatten 21 aufweisen, an deren Ecken 24 an der Unterseite wiederum vier Kugelauflager als Gelenkverbindung 25 befestigt sein können. Jedes Eck 24 jeder Grundplatte 21 teilt sich somit ein Tischelement 26 einer Stützeinheit 23 mit drei anderen Ecken 24 umliegender Grundplatten 21.
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Die Tischelemente 26 können wiederrum auf gefederten Arretier-Mechanismen gelagert sein, die in geöffneter Stellung (keine Arretierung aktiv) bei einer Belastung in Z-Richtung nachgeben können und sich so der Geometrie des Kühlbodens, inkl. seiner toleranzbedingten Deformationen oder Unregelmäßigkeit 38 anpassen können. Ein verriegelter Mechanismus der Arretierung verhindert danach im kompensierten Fall K1 eine Bewegung der Tischelemente 26 in Z-Richtung, wodurch diese den Kühlboden beim Verpress-Prozess abstützen können.
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Insgesamt zeigen die Beispiele, wie eine toleranzausgleichende Stützvorrichtung zur Batteriefertigung bereitgestellt werden kann.
