DE102020108271A1

DE102020108271A1 - Verfahren zum Herstellen einer Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs sowie entsprechende Herstellungseinrichtung

Info

Publication number: DE102020108271A1
Application number: DE102020108271.1A
Authority: DE
Inventors: Matthias Wimmi; Ruben Heid
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2020-03-25
Filing date: 2020-03-25
Publication date: 2021-09-30
Also published as: CN113451632A

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 ein zwischen dem Zellmodul (5) und einer das Aufnahmefach (4) begrenzenden Wand (6) des Batteriegehäuses (3) vorliegendes Wärmeleitmittel (13) während des Herstellens der Traktionsbatterie (2) zumindest zeitweise in Schwingungen versetzt 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 bestehend 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).
Weiterhin sind aus dem Stand der Technik die Druckschriften EP 3 584 876 A1 und US 2017/0241507 A1 bekannt.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen einer Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs vorzuschlagen, welches gegenüber bekannten Verfahren Vorteile aufweist, insbesondere eine rasche und prozesssichere 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 ein zwischen dem Zellmodul und einer das Aufnahmefach begrenzenden Wand des Batteriegehäuses vorliegendes Wärmeleitmittel während des Herstellens der Traktionsbatterie zumindest zeitweise in Schwingungen versetzt wird.
Das beschriebene Verfahren dient zum Herstellen der Traktionsbatterie, welche bevorzugt als Bestandteil des Kraftfahrzeugs verbaut wird, jedoch auch separat von diesem vorliegen kann. Die Traktionsbatterie dient dem Zwischenspeichern von elektrischer Energie, die insbesondere zum Betreiben einer Antriebseinrichtung beziehungsweise eines Antriebsaggregats des Kraftfahrzeugs und somit schlussendlich zum Antreiben 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. Das Zellmodul dient der Zwischenspeicherung der elektrischen Energie. Es weist hierzu wenigstens eine Batteriezelle auf, vorzugsweise mehrere elektrisch miteinander verschaltete Batteriezellen. In dem Batteriegehäuse ist ein Aufnahmefach ausgebildet, welches zur Aufnahme des Zellmoduls vorgesehen und ausgebildet ist. Während des Herstellens der Traktionsbatterie wird das Zellmodul in das Aufnahmefach eingesetzt. Bevorzugt wird nicht lediglich ein einziges Zellmodul in dem Batteriegehäuse angeordnet, sondern es werden mehrere Zellmodule in das Batteriegehäuse eingebracht.
Bei einer solchen Ausgestaltung verfügt das Batteriegehäuse über ein Aufnahmefach, welches zur Aufnahme mehrerer Zellmodule ausgebildet ist. Bei dem Herstellen der Batterie erfolgt vorzugsweise nicht nur eine Anordnung des Zellmoduls beziehungsweise der Zellmodule in dem Aufnahmefach beziehungsweise den Aufnahmefächern, sondern es wird auch eine elektrische Verschaltung des Zellmoduls beziehungsweise der Zellmodule vorgenommen. Das Aufnahmefach wird zumindest bereichsweise von der Wand des Batteriegehäuses begrenzt. Die Wand ist beispielsweise ein Boden des Batteriegehäuses oder eine Seitenwand des Batteriegehäuses. Bevorzugt wird das Aufnahmefach von mehreren Wänden eingefasst, wobei eine der Wände beispielsweise als Boden und andere der Wände als Seitenwände ausgestaltet sind. Besonders bevorzugt weist das Batteriegehäuse also den Boden und mehrere von dem Boden ausgehende Seitenwände auf.
Die Seitenwände umgreifen das Aufnahmefach im Schnitt gesehen bevorzugt durchgehend und vollständig. Sie fassen insoweit das Aufnahmefach zwischen sich ein. Die Seitenwände gehen jeweils von dem Boden aus und erstrecken sich in die von dem Boden abgewandte Richtung. Jeweils zwei der Seitenwände grenzen vorzugsweise unmittelbar aneinander an. Sofern im Rahmen dieser Beschreibung von der Wand die Rede ist, so ist vorzugsweise der Boden gemeint, sofern auf nichts anderes hingewiesen wird. Alternativ kann jedoch selbstverständlich auch eine der Seitenwände als Wand herangezogen werden.
Alternativ zu der beschriebenen Ausgestaltung des Batteriegehäuses mit einem Aufnahmefach, in welchem genau ein Zellmodul oder mehrere Zellmodule angeordnet sind, kann das Batteriegehäuse über mehrere Aufnahmefächer verfügen, beispielsweise über ebenso viele Aufnahmefächer wie Zellmodule, wobei jedes der Aufnahmefächer jeweils von der Wand des Batteriegehäuses, insbesondere dem Boden des Batteriegehäuses, begrenzt ist. Es kann vorgesehen sein, dass die Aufnahmefächer von Zwischenwänden des Batteriegehäuses voneinander separiert sind. Das bedeutet, dass zwischen jeweils zwei der Aufnahmefächer eine der Zwischenwände des Batteriegehäuses vorliegt. Grundsätzlich wird hinsichtlich dieser Ausgestaltung auf die vorstehenden Ausführungen Bezug genommen.
Es kann vorgesehen sein, dass an den Wänden, insbesondere den Seitenwänden, Auflageflächen ausgebildet sind, welche 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 der Wand, insbesondere 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 ausgeglichen werden. Es kann vorgesehen sein, dass sich das Zellmodul 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.
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 im Gegenzug Gegenauflageflächen aufweisen, welche nach der Anordnung des Zellmodus in dem Aufnahmefach an den Auflageflächen anliegen, insbesondere plan beziehungsweise flächig anliegen, sodass das Zellmodul beabstandet von der Wand, insbesondere von dem Boden, in dem Aufnahmefach abgestützt ist. Das Zellmodul berührt insoweit die Wand beziehungsweise den Boden nicht oder lediglich bereichsweise.
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 dem 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 die Wand, insbesondere auf den Boden, aufgebracht. Nach dem Einsetzen des Zellmoduls in das Aufnahmefach liegt das Wärmeleitmittel insoweit einerseits an dem Zellmodul und andererseits an dem Batteriegehäuse an und verbindet diese thermisch miteinander.
Es kann 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. Das Einsetzen erfolgt dabei derart, dass das Zellmodul die Wand beziehungsweise den Boden nicht oder lediglich bereichsweise berührt. In jedem Fall liegt zumindest bereichsweise oder durchgehend das Wärmeleitmittel zwischen der Wand des Batteriegehäuses und dem Zellmodul vor, sodass das Zellmodul allenfalls mittelbar mit der Wand verbunden ist, nämlich über das Wärmeleitmittel.
In anderen Worten wird bei dem Einsetzen des Zellmoduls in das Batteriegehäuse ein mit dem Wärmeleitmittel zumindest teilweise gefüllter Zwischenraum ausgebildet, welcher einerseits von der Wand des Batteriegehäuses und andererseits von dem Zellmodul begrenzt ist. Es kann vorgesehen sein, dass der Zwischenraum abseits der Wand und des Zellmoduls zumindest bereichsweise mithilfe eines Dichtelements verschlossen ist, um ein Auslaufen des Wärmeleitmittels aus dem Zwischenraum zu verhindern. Dieses Dichtelement ist jedoch rein optional.
Als Wärmeleitmittel wird zum Beispiel 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 in erster Linie mittels des Füllstoffs erzielt wird. Hierzu verfügt bevorzugt der Füllstoff über eine höhere Wärmeleitfähigkeit als das Trägermaterial.
Das Wärmeleitmittel liegt zum Beispiel 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. Bevorzugt enthält die zweite Komponente Metallpartikel oder besteht aus diesen. Besonders bevorzugt beträgt der Anteil der zweiten Komponente an dem Wärmeleitmittel mindestens 50 %, mindestens 60 %, mindestens 70 % oder mindestens 80 %, also insbesondere zwischen 50 % und 80 %, diese Werte jeweils eingeschlossen. Hierdurch wird eine besonders gute Wärmeleitung mithilfe des Wärmeleitmittels erzielt.
Beispielsweise ist es bei dem Herstellen der Traktionsbatterie vorgesehen, zunächst das Wärmeleitmittel auf die das Aufnahmefach begrenzende Wand, insbesondere den Boden, aufzubringen. Nachfolgend wird das Zellmodul mittels einer Setzvorrichtung in das Aufnahmefach eingesetzt, wobei es an das Wärmeleitmittel angepresst beziehungsweise in das Wärmeleitmittel eingepresst wird. Das Anpressen des Zellmoduls an das Wärmeleitmittel erfolgt mit einer Anpresskraft, welche auf die Setzvorrichtung einwirkt beziehungsweise über diese auf das Zellmodul ausgeübt wird.
Die Menge des auf die Wand aufzubringenden Wärmeleitmittels kann anhand des Abstands zwischen der Wand und dem Zellmodul sowie der Fläche der Wand bestimmt werden. Der Abstand wird üblicherweise entsprechend eines Maximalspalts zwischen dem Zellmodul und der Wand ermittelt, welcher mittels einer Toleranzkettenanalyse bestimmt wird. Ein Ziel ist hierbei die ausreichende und prozesssichere Benetzung von thermisch aktiven Oberflächen beziehungsweise eine zuverlässige Spaltfüllung nach Abschluss des Einsetzens und Befestigen des Zellmoduls in dem Aufnahmefach.
Alternativ kann es vorgesehen sein, zunächst das Zellmodul in das Aufnahmefach einzusetzen, sodass zwischen dem Zellmodul und der Wand der Zwischenraum vorliegt. In diesen Zwischenraum wird nachfolgend, also nach dem Einsetzen des Zellmoduls in das Aufnahmefach, das Wärmeleitmittel eingebracht. Beispielsweise wird das Zellmodul zumindest bereichsweise unter Ausbildung des Zwischenraums beabstandet von der Wand in dem Aufnahmefach angeordnet. Dies erfolgt insbesondere derart, dass sich das Zellmodul an den Auflageflächen unmittelbar oder mittelbar abstützt. Bevorzugt wird das Zellmodul an dem Batteriegehäuse befestigt, insbesondere an den Auflageflächen. Dann wird das Wärmeleitmittel in den Zwischenraum eingebracht.
Aufgrund der üblichen Konsistenz beziehungsweise der Viskosität des Wärmeleitmittels muss das Anpressen beziehungsweise Einpressen des Zellmoduls an beziehungsweise in das Wärmeleitmittel mit einer bestimmten Anpresskraft oder das Einbringen des Wärmeleitmittels in den Zwischenraum mit einem bestimmten Einbringdruck erfolgen. Die Anpresskraft muss hoch sein, um einen möglichst geringen Abstand zwischen dem Zellmodul und der Wand zu erzielen. Alternativ muss der Einbringdruck hoch sein, damit der Zwischenraum zwischen dem Zellmodul und der Wand zuverlässig mit dem Wärmeleitmittel gefüllt wird. Um Beschädigungen des Batteriegehäuses und des Zellmoduls zu verhindern, sind daher üblicherweise komplexe Vorrichtungen und/oder Vorgehensweise notwendig.
Um das Herstellen der Traktionsbatterie möglichst einfach und dennoch prozesssicher vornehmen zu können, ist es gemäß der Erfindung daher vorgesehen, dass das Wärmeleitmittel während des Herstellens der Traktionsbatterie zumindest zeitweise gezielt in Schwingungen versetzt wird. Das Versetzen des Wärmeleitmittels in Schwingungen soll insbesondere vorgenommen werden, während das Zellmodul in das Aufnahmefach eingesetzt beziehungsweise an das Wärmeleitmittel angepresst oder in das Wärmeleitmittel eingepresst wird oder - alternativ - während das Wärmeleitmittel in den Zwischenraum eingebracht wird.
Das Wärmeleitmittel soll insbesondere derart in Schwingungen versetzt werden, dass bei dem Einbringen des Zellmoduls in das Aufnahmefach beziehungsweise dem Einbringen des Wärmeleitmittels in den Zwischenraum eine Fließgrenze des Wärmeleitmittels verringert wird, sodass entsprechend auch die von dem Wärmeleitmittel bewirkte Gegenkraft, die der Anpresskraft beziehungsweise dem Einbringdruck entgegenwirkt, verringert wird. Durch das Versetzen des Wärmeleitmittels in Schwingungen also das Einsetzen des Zellmoduls in das Aufnahmefach beziehungsweise das Einbringen des Wärmeleitmittels in den Zwischenraum vereinfacht, indem die Fließgrenze des Wärmeleitmittels verringert wird.
Das Versetzen des Wärmeleitmittels in Schwingungen entspricht also insbesondere einem Vibrationsentspannen des Wärmeleitmittels, welches auch als „Rütteln“ bezeichnet werden kann. Entsprechend wird das Verteilen des Wärmeleitmittels in dem Zwischenraum aufgrund des Anpressens des Zellmoduls an das Wärmeleitmittel beziehungsweise des Einbringens des Wärmeleitmittels deutlich vereinfacht, insbesondere erfolgt eine Verringerung der notwendigen Anpresskraft beziehungsweise des notwendigen Einbringdrucks. Die Schwingungen werden beispielsweise mittels eines entsprechenden Aktuators bewirkt, welcher unmittelbar oder mittelbar auf das Wärmeleitmittel wirkt. In ersterem Fall ist der Aktuator beispielsweise als Innenrüttler ausgestaltet, in letzterem Fall wirkt er insbesondere über die Wand und/oder das Zellmodul auf das Wärmeleitmittel ein. Somit kann das Herstellen der Traktionsbatterie mit geringerem Aufwand als üblich, jedoch dennoch mit hoher Prozesssicherheit, vorgenommen werden.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass zunächst das Wärmeleitmittel auf die Wand aufgebracht und anschließend das Zellmodul in das Aufnahmefach eingesetzt wird, wobei das Zellmodul an das in Schwingungen versetzte Wärmeleitmittel angepresst wird. Wie bereits erläutert wird also erst das Wärmeleitmittel auf die Wand aufgetragen. Nachfolgend wird das Zellmodul in das Aufnahmefach eingesetzt und an das Wärmeleitmittel angepresst, nämlich mit der Anpresskraft. Während des Anpressens des Zellmoduls an das Wärmeleitmittel wird das Wärmeleitmittel in Schwingungen versetzt, insbesondere derart, dass während des Anpressens die Fließgrenze des Wärmeleitmittels verringert ist. Hierdurch wird auf die beschriebene Art und Weise das Einsetzen des Zellmoduls in das Aufnahmefach deutlich vereinfacht.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Batteriegehäuse auf einem die Wand abstützenden Stützelement eines Gegenhalters angeordnet sowie anschließend das Zellmodul mittels einer Setzvorrichtung bei dem Einsetzen in das Aufnahmefach an das Wärmeleitmittel angepresst wird. Der Gegenhalter dient dem Abstützen der Wand während des Einsetzens des Zellmoduls in das Aufnahmefach. Es ist beispielsweise vorgesehen, zunächst das Batteriegehäuse auf den Gegenhalter beziehungsweise dem wenigstens einen Stützelement des Gegenhalters anzuordnen, sodass sich die Wand des Batteriegehäuses, insbesondere der Boden des Batteriegehäuses, auf diesem abstützt. Der Gegenhalter beziehungsweise das Stützelement des Gegenhalters stützt die Wand 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 der Wand angeordnet und liegt dort an dieser an.
Anschließend wird das Wärmeleitmittel auf die Wand aufgebracht und nochmals nachfolgend das Zellmodul in das Aufnahmefach eingesetzt und hierbei an das Wärmeleitmittel angepresst. Die Verwendung des Gegenhalters beziehungsweise des Stützelements verhindert eine übermäßige Verformung der Wand und stellt entsprechend sicher, dass das Batteriegehäuse während des Einsetzens des Zellmoduls in das Aufnahmefach nicht beschädigt wird. Alternativ kann der Gegenhalter beziehungsweise das Stützelement auch bei dem Einbringen des Wärmeleitmittels in den Zwischenraum zum Abstützen der Wand herangezogen werden.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Wärmeleitmittel mittels des Gegenhalters und/oder der Setzvorrichtung in Schwingungen versetzt wird. Der Gegenhalter beziehungsweise die Setzvorrichtung weisen insoweit eine entsprechende Ausgestaltung auf beziehungsweise verfügen über geeignete Mittel, um das Wärmeleitmittel in Schwingungen zu versetzen. Die Verwendung des Gegenhalters beziehungsweise der Setzvorrichtung, um das Wärmeleitmittel in Schwingungen zu versetzen, hat den Vorteil, dass keine zusätzliche Einrichtungen hierzu notwendig sind.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Gegenhalter und/oder die Setzvorrichtung wenigstens einen Schwingantrieb, insbesondere wenigstens einen Linearvibrator, aufweisen. Unter dem Schwingantrieb, der auch als Aktuator bezeichnet werden kann, ist ein Schwingungserzeuger zu verstehen, welcher dazu dient, das Wärmeleitmittel in Schwingungen zu versetzen. Der Schwingantrieb kann beispielsweise elektrisch, pneumatisch oder hydraulisch betrieben werden. Der Schwingantrieb verfügt beispielsweise über einen Exzenter, um die Schwingungen zu erzeugen. Besonders bevorzugt liegt der Schwingantrieb jedoch in Form eines Linearvibrators vor, welcher beispielsweise Schwingungen in lediglich einer Richtung beziehungsweise in Richtung einer Achse bewirkt.
Der Linearvibrator ist beispielsweise ein magnetischer Linearvibrator und verfügt insoweit über wenigstens eine Erregerspule sowie einen Permanentmagnet. Der Schwingantrieb wird beispielsweise derart betrieben, dass die Schwingungen eine Frequenz von mindestens 100 Hz, mindestens 200 Hz, mindestens 300 Hz, mindestens 400 Hz oder mindestens 500 Hz aufweisen. Die Verwendung des Schwingantriebs ermöglicht ein zuverlässiges Versetzen des Wärmeleitmittels in Schwingungen und somit insbesondere ein zuverlässiges Reduzieren der Fließgrenze des Wärmeleitmittels.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Setzvorrichtung einen an dem Zellmodul angreifenden Setzgreifer aufweist, über den einerseits eine Anpresskraft und andererseits eine Schwingbewegung auf das Zellmodul aufgebracht wird. Der Setzgreifer dient dem Greifen des Zellmoduls. Vorzugsweise greift der Setzgreifer unmittelbar an dem Zellmodul an. Über den Setzgreifer werden sowohl die Anpresskraft als auch die Schwingbewegung auf das Zellmodul aufgebracht, nämlich ausschließlich über den Setzgreifer. Das bedeutet, dass die Anpresskraft und die Schwingbewegung jeweils abseits des Zellmoduls auf den Setzgreifer aufgeprägt und über diesen auf das Zellmodul übertragen werden.
Beispielsweise ist es hierbei vorgesehen, dass die Anpresskraft beabstandet von der Schwingbewegung auf den Setzgreifer aufgebracht wird. Bevorzugt wird die Anpresskraft mittels eines Aktuators auf das Zellmodul aufgebracht, insbesondere über eine Schubstange. Mittels des Aktuators kann insoweit über die Schubstange die Anpresskraft beziehungsweise Anpresskraft auf den Setzgreifer aufgebracht und über dieses in das Zellmodul eingeleitet werden. Die Schwingbewegung wird vorzugsweise abseits der Anpresskraft in den Setzgreifer eingeleitet. Beispielsweise greift hierzu der Schwingantrieb beabstandet von der Schubstange beziehungsweise dem Aktuator an dem Setzgreifer an. Die beschriebene Vorgehensweise hat den Vorteil einer hohen Prozesssicherheit bei dem Herstellen der Traktionsbatterie.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Stützelement den Schwingantrieb aufweist und die Schwingbewegung auf das Batteriegehäuse, insbesondere auf die Wand des Batteriegehäuses, aufbringt. In anderen Worten wird die Schwingbewegung also über die Wand, nämlich bevorzugt ausschließlich über die Wand, auf das Wärmeleitmittel aufgeprägt, um dieses in Schwingungen zu versetzen. Die Ausgestaltung des Stützelements mit Schwingantrieb ist einfach umsetzbar, sodass eine Herstellungseinrichtung zum Herstellen der Traktionsbatterie, welche den Gegenhalter aufweist, besonders einfach und kostengünstig umsetzbar ist.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass eine auf die Setzvorrichtung wirkende Anpresskraft eingestellt wird und 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. Um für das Herstellen der Traktionsbatterie eine möglichst geringe Menge an Wärmeleitmittel zu benötigen, 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 der Wand des Batteriegehäuses zu erzielen.
Eine solche Erhöhung der Anpresskraft kann jedoch zu einer mechanischen Beschädigung des Zellmoduls oder des Batteriegehäuses 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 die Wand 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 der Wand 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 beschrieben Art und Weise kann verhindert werden, dass die Wand mit einer unzulässig hohen Kraft beaufschlagt wird, die unter Umständen zu einer Beschädigung der Wand beziehungsweise des Batteriegehäuses führen könnte. Ebenso kann eine Beschädigung des Zellmoduls aufgrund einer zu großen zwischen der Wand und der Setzvorrichtung über das Zellmodul wirkenden Kraft effektiv verhindert werden.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Schwingantrieb über das Stützelement die Schwingbewegung auf das Batteriegehäuse, insbesondere die Wand des Batteriegehäuses, aufbringt. Der Schwingantrieb ist also nicht dem Stützelement selbst zugeordnet, sondern lediglich dem Gegenhalter als solchen. Der Schwinganrieb greift über das Stützelement an dem Batteriegehäuse beziehungsweise der Wand des Batteriegehäuses an. Hierdurch wird eine besonders einfache Ausgestaltung der Herstellungseinrichtung möglich.
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, ein zwischen dem Zellmodul und einer das Aufnahmefach begrenzenden Wand des Batteriegehäuses vorliegendes Wärmeleitmittel während des Herstellens der Traktionsbatterie zumindest zeitweise in Schwingungen zu versetzen.
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:

1 eine schematische Darstellung einer Herstellungseinrichtung zum Herstellen einer Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs in einer ersten Ausführungsform, sowie
2 eine schematische Darstellung der Herstellungseinrichtung in einer zweiten Ausführungsform.

Die 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Herstellungseinrichtung 1 zum Herstellen einer Traktionsbatterie 2 in einer ersten Ausführungsform 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 einer Wand 6, nämlich einem Boden, des Batteriegehäuses 3 begrenzt. An dem Boden 6 oder alternativ an hier nicht dargestellten Wänden sind Befestigungselemente 7 befestigt, an welchen Toleranzausgleichselemente 9 angeordnet sein können. Über die Toleranzausgleichselemente 9 ist das Zellmodul 5 an den Befestigungselemente 7 befestigbar. Vorzugsweise sind die Toleranzausgleichselemente 8 in ihrer Höhe einstellbar.
Das Einsetzen des Zellmoduls 5 in das Aufnahmefach 4 erfolgt mittels einer Setzvorrichtung 9. Diese verfügt über einen Setzgreifer 10, an welchem wenigstens ein Halteelement 11, in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel mehrere Halteelemente 11, angeordnet sind. Sofern im Rahmen dieser Beschreibung von dem Halteelement 11 die Rede ist, so sind die entsprechenden Ausführungen stets auf jedes der mehreren Haltelemente 11 übertragbar. Der Setzgreifer 10 greift über das Halteelement 11 an dem Zellmodul 5 an. Der Setzgreifer 10 ist mit einem Aktuator gekoppelt, beispielsweise über eine Schubstange 12. Mittels des Aktuators kann über die Schubstange 12 eine Anpresskraft auf den Setzgreifer 10 aufgebracht werden, welche über das Haltelement 11 in das Zellmodul 5 eingeleitet wird.
Mithilfe der Setzvorrichtung 9 ist das Zellmodul 5 zum einen in das Aufnahmefach 4 einsetzbar und zum anderen an ein Wärmeleitmittel 13 anpressbar, welches zwischen der Wand 6 und dem Zellmodul 5 angeordnet ist. Als Wärmeleitmittel 13 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 13 in erster Linie mittels des Füllstoffs erzielt wird. Hierzu weist der Füllstoff eine höhere Wärmeleitfähigkeit auf als das Trägermaterial.
Während des Einsetzens des Zellmoduls 5 in das Aufnahmefach 4 beziehungsweise eines Anpressens des Zellmoduls 5 an das Wärmeleitmittel 13 ist das Batteriegehäuse 3 auf einem Gegenhalter 14 angeordnet, mittels welchem die Wand 6 abgestützt ist. Der Gegenhalter 14 liegt bevorzugt als flexibler Gegenhalter vor. Er verfügt über mehrere Stützelemente 15, die verlagerbar an oder auf einem Träger 16 angeordnet sind. Der Gegenhalter 14 ist derart ausgestaltet, dass er ein lokales Ausweichen der Wand 6 in die von der Setzvorrichtung 9 abgewandte Richtung ermöglicht, insbesondere ein federndes Ausweichen.
Es ist vorgesehen, während des Anpressens des Zellmoduls 5 an das Wärmeleitmittel 13 das Wärmeleitmittel 13 in Schwingungen zu versetzen. In dem hier dargestellten ersten Ausführungsbeispiel erfolgt dies mithilfe der Setzvorrichtung 9. Hierzu verfügt die Setzvorrichtung 9 über einen Schwingantrieb 17, welcher beispielsweise mehrere Linearvibratoren 18 aufweist. Der Schwingantrieb 17 wirkt auf den Setzgreifer 10 ein, sodass eine von dem Schwingantrieb 17 erzeugte Schwingbewegung ausschließlich über den Setzgreifer 10 und die Haltelemente 11 auf das Zellmodul 5 und über dieses auf das Wärmeleitmittel 13 aufgeprägt wird. Die Schwingungen des Wärmeleitmittels 13 verringern dessen Fließgrenze, sodass das Anpressen des Zellmoduls 5 mittels der Setzvorrichtung 9 mit einer geringeren Anpresskraft erfolgen kann.
Die 2 zeigt eine schematische Darstellung der Herstellungseinrichtung 1 in einer zweiten Ausführungsform. Diese ähnelt der ersten Ausführungsform, sodass auf die vorstehenden Ausführungen verwiesen und nachfolgend lediglich auf die Unterschiede eingegangen wird. Diese liegen darin, dass der Schwingantrieb 17 nicht der Setzvorrichtung 9 sondern dem Gegenhalter 14 zugeordnet ist. Wie dargestellt wirkt der Schwingantrieb 17 auf den Träger 16 ein, sodass also die von dem Schwingantrieb 17 bewirkte Schwingbewegung über den Träger 16 auf die Stützelemente 15 und über diese auf die Wand 6 und schlussendlich auf das Wärmeleitmittel 13 übertragen wird. Die Linearvibratoren 18 greifen hierzu beabstandet voneinander an dem Träger 16 an und stehen ausschließlich über dem Träger 16 mit den Stützelementen 15 in Verbindung.
Die beschriebene Ausgestaltung der Herstellungseinrichtung 1 ermöglicht sowohl in ihrer ersten Ausführungsform als auch in ihrer zweiten Ausführungsform eine deutlichere Reduzierung der Fließgrenze des Wärmeleitmittels 13. Hierdurch kann das Anpressen des Zellmoduls 5 an das Wärmeleitmittel 13 mit einer verringerten Anpresskraft vorgenommen werden, sodass Beschädigungen des Batteriegehäuses 3 und/oder des Zellmoduls 5 zuverlässig vermieden werden.
Bezugszeichenliste

1: Herstellungseinrichtung
2: Traktionsbatterie
3: Batteriegehäuse
4: Aufnahmefach
5: Zellmodul
6: Wand
7: Befestigungselement
8: Toleranzausgleichselement
9: Setzvorrichtung
10: Setzgreifer
11: Halteelement
12: Schubstange
13: Wärmeleitmittel
14: Gegenhalter
15: Stützelement
16: Träger
17: Schwingantrieb
18: Linearvibrator

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102017128529 A1 [0002]
DE 10320186 A1 [0003]
EP 3584876 A1 [0004]
US 2017/0241507 A1 [0004]

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 ein zwischen dem Zellmodul (5) und einer das Aufnahmefach (4) begrenzenden Wand (6) des Batteriegehäuses (3) vorliegendes Wärmeleitmittel (13) während des Herstellens der Traktionsbatterie (2) zumindest zeitweise in Schwingungen versetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst das Wärmeleitmittel (13) auf die Wand (6) aufgebracht und anschließend das Zellmodul (5) in das Aufnahmefach (4) eingesetzt wird, wobei das Zellmodul (5) an das in Schwingungen versetzte Wärmeleitmittel (13) angepresst wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriegehäuse (3) auf einen die Wand (6) abstützenden Stützelement (15) eines Gegenhalters (14) angeordnet sowie anschließend das Zellmodul (5) mittels einer Setzvorrichtung (9) bei dem Einsetzen in das Aufnahmefach (4) an das Wärmeleitmittel (13) angepresst wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeleitmittel (13) mittels des Gegenhalters (14) und/oder der Setzvorrichtung (9) in Schwingungen versetzt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gegenhalter (14) und/oder die Setzvorrichtung (9) wenigstens einen Schwingantrieb (17) aufweisen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Setzvorrichtung (9) einen an dem Zellmodul (5) angreifenden Setzgreifer (10) aufweist, über den einerseits eine Anpresskraft und andererseits eine Schwingbewegung auf das Zellmodul (5) aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement (15) den Schwingantrieb (17) aufweist und die Schwingbewegung auf das Batteriegehäuse (3) aufbringt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine auf die Setzvorrichtung (9) wirkende Anpresskraft eingestellt wird und eine auf das Stützelement (15) wirkende Kraft ermittelt und bei einem Übersteigen eines Schwellenwerts durch die Kraft das Stützelement (15) während des Anpressens zum Reduzieren der Kraft verlagert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingantrieb (17) über das Stützelement (15) die Schwingbewegung auf das Batteriegehäuse (3) aufbringt.
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, ein zwischen dem Zellmodul (5) und einer das Aufnahmefach (4) begrenzenden Wand (6) des Batteriegehäuses (3) vorliegendes Wärmeleitmittel (13) während des Herstellens der Traktionsbatterie (2) zumindest zeitweise in Schwingungen zu versetzen.