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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anbinden eines Zellpacks mit mindestens einer Batteriezelle an einem Kühlboden über eine Wärmeleitmasse, wobei der Zellpack mit der mindestens einen Batteriezelle bereitgestellt wird, ein Batteriegehäuse bereitgestellt wird, welches den Kühlboden und einen Aufnahmebereich zur Aufnahme des Zellpacks aufweist, wobei der Kühlboden in einem Ausgangszustand vor einem Einbringen der Wärmeleitmasse eine Wölbung in Richtung des Aufnahmebereichs aufweist, wobei die Wärmeleitmasse auf zumindest einem Teil des Kühlbodens derart eingebracht wird, dass sich zumindest ein Teil der Wärmeleitmasse, wenn der Zellpack in den Aufnahmebereich des Batteriegehäuses eingesetzt ist, in einem Spalt zwischen einer ersten Seite des Zellpacks und dem Kühlboden befindet, und wobei der Zellpack in den Aufnahmebereich des Batteriegehäuses eingesetzt wird. Des Weiteren betrifft die Erfindung auch eine Batterie, sowie eine Injektionsanordnung.
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Aus dem Stand der Technik bekannte Batterien, insbesondere Hochvoltbatterien für Elektrofahrzeuge, weisen typischerweise ein Batteriegehäuse auf, in welchem Batteriezellen oder Batteriemodule, die wiederum jeweils mehrere Batteriezellen umfassen, aufgenommen sind. Um bei Elektrofahrzeugen die bei zum Beispiel der Schnellladung und beim Leistungsabbruch in den Hochvoltbatterien entstehende Wärme abführen zu können, kann der Boden des Batteriegehäuses als Kühlboden ausgestaltet sein. Zudem kommt zwischen Batteriemodul und dem Kühlboden vorzugsweise eine Wärmeleitmasse zum Beispiel in Form einer Wärmeleitpaste, der sogenannte Gapfiller, zum Einsatz, um die thermische Anbindung an den Kühlboden zu verbessern. Um eine solche Wärmeleitmasse zwischen dem Kühlboden und dem Batteriemodul einzubringen, kann bei der Montage der Hochvoltbatterie zuerst in das noch leere Batteriegefache der Gapfiller raupenförmig appliziert werden und dann durch das Aussetzen und Absenken des Batteriemoduls langsam in die Fläche verdrückt werden. Eine ähnliche Vorgehensweise ist in der
DE 10 2016 009 218 A1 beschrieben. Hierbei wird ein Kühlelement an einer Wärmequelle montiert. Vor der Montage wird dabei ein Wärmeleitmaterial auf das Kühlelement oder auf die Wärmequelle aufgebracht, wobei die Schicht aus dem Wärmeleitmaterial Freiräume umfasst. Weiterhin ist das Kühlelement gekrümmt ausgeführt und wird an die Wärmequelle angenähert, wobei das gekrümmte Kühlelement mit der Wärmequelle über die Schicht aus Wärmeleitmaterial thermisch leitend verbunden wird und das gekrümmte Kühlelement mit einem Fixierelement an der Wärmequelle befestigt wird, sodass das gekrümmte Kühlelement plan wird. Durch die gekrümmte Ausführung des Kühlelements kann gerade in einem zentralen Bereich mehr Kraft auf das im Spalt zu verteilende Wärmeleitmaterial aufgebracht werden.
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Als Wärmeleitpaste beziehungsweise Gapfiller kommt oftmals eine Masse zum Einsatz, die extrem zähflüssig ist. Dadurch müssen zum Verteilen dieser Masse hohe Kräfte zum einen auf das Batteriemodul und zum anderen auf den Kühlboden aufgebracht werden. Gerade wenn die Wärmeleitmasse zum Beispiel zunächst auf den Kühlboden aufgebracht und anschließend das Modul eingesetzt und in Richtung des Kühlbodens gepresst wird, entstehen zum Teil sehr hohe Kräfte. Dies kann einerseits zu einer Beschädigung des Batteriemoduls führen oder erfordert andererseits eine entsprechend robuste und damit auch teurere Ausbildung der beteiligten Komponenten. Zudem kann es selbst dann, wenn der Kühlboden zum Beispiel in Richtung des Batteriemoduls gewölbt ist, passieren, dass aufgrund des hohen Anpressdrucks der Kühlboden schließlich in die andere, entgegengesetzte Richtung gedrückt und gewölbt wird, sodass sich letztendlich keine homogene Spaltbreite einstellen lässt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren, eine Batterie und eine Injektionsanordnung bereitzustellen, die es ermöglichen, eine für den Zellpack und den Kühlboden möglichst schonende Anbindung über eine Wärmeleitmasse zu ermöglichen, mit welcher sich gleichzeitig ein möglichst homogener und kleiner mit Wärmeleitmasse gefüllter Spalt zwischen dem Zellpack und dem Kühlboden bereitstellen lässt.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren, eine Batterie und eine Injektionsanordnung mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung sowie der Figuren.
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Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Anbinden eines Zellpacks mit mindestens einer Batteriezelle an einen Kühlboden über eine Wärmeleitmasse wird der Zellpack mit der mindestens einen Batteriezelle sowie ein Batteriegehäuse bereitgestellt, welches den Kühlboden und einen Aufnahmebereich zur Aufnahme des Zellpacks aufweist, wobei der Kühlboden in einem Ausgangszustand vor einem Einbringen der Wärmeleitmasse eine Wölbung in Richtung des Aufnahmebereichs aufweist. Darüber hinaus wird die Wärmeleitmasse auf zumindest einen Teil des Kühlbodens derart eingebracht, dass sich zumindest ein Teil der Wärmeleitmasse, wenn der Zellpack in den Aufnahmebereich des Batteriegehäuses eingesetzt ist, in einem Spalt zwischen einer ersten Seite des Zellpacks und dem Kühlboden befindet. Weiterhin wird der Zellpack in den Aufnahmebereich des Batteriegehäuses eingesetzt. Darüber hinaus erfolgt das Einbringen der Wärmeleitmasse nach dem Einsetzen des Zellpacks in den Aufnahmebereich, wobei der zumindest eine Teil der Wärmeleitmasse derart in den Spalt zwischen der ersten Seite des eingesetzten Zellpacks und dem Kühlboden eingebracht wird, dass die Wölbung des Kühlbodens während des Einbringens durch den durch die Wärmeleitmasse auf den Kühlboden ausgeübten Druck verringert wird.
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Durch das Einbringen der Wärmeleitmasse, nachdem der Zellpack bereits in das Batteriegehäuse eingesetzt wurde, lässt sich die Wärmeleitmasse deutlich schonender in den Spalt zwischen dem Zellpack und dem Kühlboden einbringen, als wenn die Wärmeleitmasse vor dem Einsetzen des Zellpacks bereits auf den Kühlboden aufgebracht worden wäre und durch das Einsetzen des Zellpacks in die Fläche verdrückt werden müsste. Durch eine solche Injektion der Wärmeleitmasse in den bestehenden Spalt zwischen Zellpack und Kühlboden können damit insgesamt die Kräfte auf den Zellpack sowie auf den Kühlboden enorm verringert werden. Außerdem können so äußerst geringe Spaltbreiten von zum Beispiel nur einem Millimeter erreicht werden. Gleichzeitig kann ein solcher mit der Wärmeleitmasse gefüllter Spalt besonders homogen, das heißt mit im Wesentlichen konstanter Höhe, über die gesamte Fläche der ersten Seite des Zellpacks hinweg durch eine Ausbildung des Kühlbodens mit einer Wölbung in Richtung des Aufnahmebereichs in einem Ausgangszustand des Kühlbodens vor dem Einbringen der Wärmeleitmasse erzielt werden. Durch das Einfüllen der Wärmeleitmasse in den Spalt wird der Kühlboden hinsichtlich seiner Wölbung langsam reduziert, sodass ein definierter homogener Spalt auf besonders schonende Weise eingestellt werden kann.
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Der Zellpack kann dabei auch mehrere Batteriezellen umfassen. Die mindestens eine Batteriezelle kann zum Beispiel als prismatische Batteriezelle und darüber hinaus als Lithium-Ionen-Zelle ausgebildet sein. Ein Zellpack kann dabei insbesondere als Batteriemodul mit oder ohne entsprechende Tragstruktur ausgebildet sein. Ein Zellpack kann aber auch lediglich eine Batteriezelle oder eine Gruppe mehrerer Batteriezellen definieren, die zum Beispiel auch direkt in ein Gesamtbatteriegehäuse eingesetzt und befestigt wird. Darüber hinaus kann in das bereitgestellte Batteriegehäuse nur ein einzelner Zellpack aufgenommen werden oder auch mehrere solcher Zellpacks. Im letztgenannten Fall werden vorzugsweise erst alle der mehreren Zellpacks im Batteriegehäuse angeordnet und anschließend die Wärmeleitmasse in den Spalt zwischen den jeweiligen ersten Seiten der betreffenden Zellpacks und den Kühlboden eingebracht, insbesondere injiziert. Dies gestaltet die Batteriemontage besonders effizient. Weiterhin kann die erste Seite des Zellpacks eine Unterseite des Zellpacks definieren. Zumindest ein Teil der Unterseite des Zellpacks kann durch eine erste Seite der mindesten einen Batteriezelle bereitgestellt sein. Die erste Seite der Batteriezelle kann ebenfalls eine Unterseite darstellen, die insbesondere einer zweiten Seite der Batteriezelle gegenüberliegend angeordnet ist, an welcher Zellpolanschlüsse der Batteriezelle angeordnet sind.
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Der Kühlboden kann in der einfachsten Form lediglich als Kühlplatte bereitgestellt sein. Vorzugsweise weist der Kühlboden jedoch mit einem Kühlmedium durchströmbare Kühlkanäle auf. Dadurch lässt sich eine besonders effiziente Kühlung bereitstellen. Die Wärmeleitmasse ist vorzugsweise als eingangs beschriebene Wärmeleitpaste beziehungsweise Gapfiller ausgebildet und stellt eine flüssige, insbesondere zähflüssige beziehungsweise pastöse Masse mit einer Wärmeleitfähigkeit, die zumindest größer ist als die von Luft, dar.
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Das Batteriegehäuse kann darüber hinaus so ausgebildet sein, dass der Kühlboden im Ausgangszustand vorgespannt ist. Das heißt, der Kühlboden wölbt sich aufgrund einer auf ihn ausgeübten mechanischen Spannung, die zum Beispiel durch einen Rahmen des Batteriegehäuses, an welchem der Kühlboden angeordnet ist, bereitgestellt werden kann. Zur Bereitstellung der Wölbung kann das Prinzip einer Schnappscheibe zum Einsatz kommen, wie dies zum Beispiel auch bei Knackfröschen verwendet wird. Weiterhin ist es bevorzugt, dass der Kühlboden nur eine zweidimensionale und nicht dreidimensionale Wölbung im Ausgangszustand aufweist. Dies lässt sich besonders einfach umsetzen. Entsprechend ist der Kühlboden im Ausgangszustand in eine Richtung betrachtet, insbesondere nur in die eine Richtung betrachtet, in einem zentralen Bereich gegenüber jeweiligen Randbereichen, zwischen welchen sich der zentrale Bereich bezogen auf die eine Richtung befindet, erhöht.
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Damit sich der Kühlboden in Richtung des Aufnahmebereichs im Ausgangszustand besonders einfach in einem gewölbten Ausgangszustand bereitstellen lässt und insbesondere besonders einfach während der Injektion der Wärmeleitpaste allmählich hinsichtlich seiner Wölbung abnimmt, ist es weiterhin bevorzugt, dass der Kühlboden einerseits sehr dünn und andererseits aus einem möglichst weichen Material wie beispielsweise Aluminium gebildet ist, oder einen hohen Aluminiumanteil aufweist. Der Kühlboden kann zum Beispiel doppelwandig, zum Beispiel aus zwei Metallblechen, ausgeführt sein, wobei eine Innenwand dem Zellpack zugewandt ist, und eine Außenwand eine Unterseite des Kühlbodens bereitstellt. In dieser Unterseite können beispielsweise die oben genannten Kühlkanäle geformt sein. Die Unterseite des Kühlbodens kann an der Innenwand derart angeordnet sein, dass diese sich bereichsweise berühren und bereichsweise, das heißt in den Bereichen, in welchen die Kühlkanäle gebildet sind, einen Abstand zueinander aufweisen, sodass der vom Kühlmedium durchströmbare Zwischenraum gebildet ist. In den sich berührenden Bereichen kann der Kühlboden zum Beispiel mit einer maximalen Dicke bis zwei Millimeter, vorzugsweise im Bereich zwischen 0,8 und einem Millimeter, im Bereich von Fügestellen zwischen 1,2 und 1,5 Millimetern ausgebildet sein. Durch eine solche Ausbildung des Kühlbodens in Kombination mit der Ausbildung aus einem besonders weichen Material kann der Kühlboden besonders einfach durch die Injektion der Wärmeleitmasse verformt und damit seine Wölbung reduziert werden. Entsprechend ist für diese Deformation kein hoher Kraftaufwand erforderlich, wodurch das Einbringen der Wärmeleitmasse noch schonender für die beteiligten Komponenten, das heißt den Zellpack und den Kühlboden, umgesetzt werden kann. Insbesondere ist aufgrund der Deformation des Kühlbodens beim Einbringen der Wärmeleitmasse der Druck auf den Zellpack umso mehr verringert, da dieser Druck zu einer Deformation des dünnen und weichen Kühlbodens führt, was eine Druckentlastung für den Zellpack bedeutet.
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Dabei ist es bevorzugt, dass die Wölbung verringert wird, bis die Wölbung nicht mehr vorhanden ist und der Kühlboden zumindest in einem dem Zellpack zugewandten Bereich eben ist. Auf diese Weise lässt sich ein besonders homogener Spalt zwischen dem Zellpack und dem Kühlboden einstellen. Dies ermöglicht wiederum eine besonders effiziente und homogene Wärmeabfuhr.
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Bei einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird vor dem Einbringen der Wärmeleitmasse auf einer dem Aufnahmebereich abgewandten Unterseite des Kühlbodens ein Gegenhalter angeordnet, der den Kühlboden derart abstützt, dass ein Wölben des Kühlbodens in Richtung des Gegenhalters verhindert wird. Dies erlaubt es vorteilhafterweise, den Spalt zwischen dem Kühlboden und dem zumindest einen Zellpack vollständig mit Wärmeleitmasse auszufüllen, ohne dass hierdurch der Kühlboden gegebenenfalls in die entgegengesetzte Richtung weg vom Zellpack gedrückt und entsprechend in die entgegengesetzte Richtung gewölbt wird, was nachteiligerweise wiederum einen inhomogenen, mit Wärmeleitmasse gefüllten Spalt bedeuten würde. Durch den Gegenhalter lässt es sich also bewerkstelligen, dass gezielt eine konstante Spaltbreite zwischen dem Kühlboden und dem Zellpack eingestellt werden kann.
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Dabei ist es weiterhin besonders vorteilhaft, wenn der Gegenhalter eine an der Geometrie der Unterseite des Kühlbodens entsprechende oder eine ebene Abstützfläche aufweist, die, wenn der Kühlboden eine Wölbung nicht mehr aufweist, die Unterseite des Kühlbodens berührt. In der einfachsten Variante ist der Gegenhalter beziehungsweise dessen Abstützfläche vollkommen eben ausgebildet und kann zum Beispiel in Form einer ebenen Platte bereitgestellt sein. Diese wird dann vor dem Einbringen der Wärmeleitmasse unterseitig am Kühlboden angeordnet. Darunter kann auch verstanden werden, dass das Batteriegehäuse auf einer solchen Platte angeordnet wird, zum Beispiel aufgesetzt oder daraufgestellt wird. Vor dem Einbringen der Wärmeleitmasse liegt dann entsprechend zum Beispiel nur ein Randbereich des Kühlbodens auf dieser Abstützfläche auf. Während des Einfüllens der Wärmeleitmasse wird der Kühlboden in einem zentralen und am stärksten gewölbten Bereich in Richtung dieser Abstützfläche gedrückt, bis der Kühlboden letztendlich mit seiner Unterseite vollständig auf der Abstützfläche aufliegt. Dabei muss nicht notwendigerweise ein vollflächiger Kontakt zwischen der Unterseite des Kühlbodens und der Abstützfläche bereitgestellt sein. Wie beschrieben, kann der Kühlboden unterseitig mit Kühlkanälen ausgebildet sein und entsprechend zum Beispiel eine dreidimensionale Oberflächengeometrie aufweisen. Nichtsdestoweniger wird es auch durch eine ebene Abstützfläche gewährleistet, dass durch das bereichsweise Auslegen der Unterseite des Kühlbodens, insbesondere mit seinen Kühlkanälen, auf der Abstützfläche eine relativ homogene Kraftverteilung über den gesamten Kühlboden zum Abstützen des Kühlbodens bereitgestellt sein kann. Nichtsdestoweniger kann es auch vorgesehen sein, dass die Abstützfläche eine an die Unterseite des Kühlbodens angepasste Geometrie aufweist. Beispielsweise kann auch die Abstützfläche mit zu den Kühlkanälen korrespondierende Erhebungen und Vertiefungen aufweisen, sodass im Endzustand, das heißt wenn zumindest die Innenseite des Kühlbodens, welche dem Zellpack zugewandt ist, eben ausgerichtet ist, auch ein vollflächiger Kontakt zwischen der Abstützfläche und der Unterseite des Kühlbodens bereitgestellt ist.
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Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Abstützfläche des Gegenhalters während des Einbringens der Wärmeleitmasse nicht bewegt wird, und insbesondere wobei der Gegenhalter nach dem Einbringen der Wärmeleitmasse vom Batteriegehäuse entfernt wird. Da durch die Injektion der Wärmeleitmasse zwischen dem bereits in das Batteriegehäuse eingesetzten Zellpack und dem Kühlboden deutlich geringere Kräfte wirken, ist es entsprechend nicht erforderlich, den Kühlboden von unten bereits zu Beginn des Einbringens der Wärmeleitmasse abzustützen. Es ist ausreichend, den Kühlboden in seiner Endposition abzustützen, um zu verhindern, dass dieser sich in die Gegenrichtung wölbt, wenn weiterhin Wärmeleitmasse injiziert wird, das heißt wenn, nachdem die Innenseite des Kühlbodens bereits eben ausgerichtet ist, das Einbringen der Wärmeleitmasse in den Spalt dennoch fortgeführt wird, insbesondere um den Spalt vollständig zu füllen. Der Gegenhalter kann also als statischer beziehungsweise starrer Gegenhalter beziehungsweise mit einer starren und statischen Abstützfläche bereitgestellt werden. Dies vereinfacht die Ausbildung des Gegenhalters enorm, da auf jegliche Aktorik zur Bewegung der Abstützfläche entfallen kann. Der Prozess ist damit reproduzierbarer und die Produkteigenschaften können bei jeder Batterie gleich gut eingestellt werden. Der Gegenhalter lässt sich also auf besonders einfache und kostengünstige Weise, zum Beispiel wie beschrieben als einfache Platte, bereitstellen.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Wölbung im Ausgangszustand des Kühlbodens derart ausgestaltet, dass eine maximale Erhöhung eines Bereichs des Kühlbodens gegenüber einem Randbereich des Kühlbodens weniger als fünf Millimeter, vorzugsweise weniger als zwei Millimeter, zum Beispiel nur einen Millimeter, beträgt. Ein Millimeter stellt zudem die bevorzugte maximale Spaltbreite zwischen der Innenseite des Kühlbodens und der ersten Seite des Zellpacks dar. Entsprechend soll auch die maximale Erhöhung des Kühlbodens nicht größer sein als diese Spaltbreite im Endzustand. Mit anderen Worten kann die Wölbung nicht mehr betragen als die Spaltbreite im Endzustand, da die Erhöhung des Kühlbodens durch die erste Seite des bereits in das Batteriegehäuse eingesetzten Zellpacks begrenzt ist. Der Kühlboden kann also maximal derart erhöht sein, dass die Innenseite des Kühlbodens die erste Seite des Zellpacks im Anfangszustand kontaktiert.
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Dabei ist es weiterhin besonders vorteilhaft, wenn der Zellpack in Form eines Batteriemoduls mit einem Modulgehäuse, in welchem die mindestens eine Batteriezelle aufgenommen ist, bereitgestellt wird, wobei das Modulgehäuse unmittelbar am Kühlboden befestigt ist. Das Modulgehäuse muss dabei die mindestens eine Batteriezelle nicht vollständig umgeben, sondern kann zum Beispiel lediglich als eine Spanneinrichtung zur Verspannung der mehreren Batteriezellen und/oder als eine Tragstruktur bereitgestellt sein. Besonders vorteilhaft ist es nun, dass ein solches Modulgehäuse unmittelbar am Kühlboden befestigt ist. Beispielsweise kann ein solches Modulgehäuse über einen Gehäuseflansch unmittelbar am Kühlboden angeschraubt sein. Diese Befestigungsstelle an einem Randbereich des Zellpacks definiert dann entsprechend die maximale Spaltbreite, da diese Anbindung den Abstand der ersten Seite des Zellpacks vom Kühlboden im Randbereich des Zellpacks definiert. Durch die Injektion der Wärmeleitmasse und der damit einhergehenden Deformation des Kühlbodens, bis dieser am Gegenhalter zur Anlage kommt, stellt sich automatisch eine Spaltbreite des mit Wärmeleitmasse gefüllten Spalts ein, die genau dieser Spaltbreite im Randbereich des Zellpacks entspricht. Auf diese Weise lassen sich äußerst geringe Spaltbreiten realisieren. Zudem können diese Spaltbreiten dadurch äußerst schmal eingestellt werden. Dadurch, dass der Zellpack vor dem Einbringen der Wärmeleitmasse mit dem Batteriegehäuse, insbesondere mit dem Kühlboden, verbunden, zum Beispiel verschraubt, wird, sind auch keinerlei Abstandshalter oder Toleranzausgleichselemente erforderlich.
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Des Weiteren betrifft die Erfindung auch eine Batterie mit einem Batteriegehäuse umfassend einen Kühlboden, und mit einem am Batteriegehäuse angeordneten und über eine Wärmeleitmasse an den Kühlboden angebundenen Zellpack, wobei die Batterie gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren oder einer seiner Ausgestaltungen bereitgestellt wurde. Die für das erfindungsgemäße Verfahren und seine Ausgestaltungen beschriebenen Vorteile gelten damit in gleicher Weise für die erfindungsgemäße Batterie. Auch ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Batterie, die vorzugsweise als Hochvoltbatterie ausgebildet ist, soll als zur Erfindung gehörend angesehen werden. Ein solches Kraftfahrzeug ist vorzugsweise als Elektro- oder Hybridfahrzeug mit Elektromotor ausgebildet, und insbesondere als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, oder als Personenbus oder Motorrad ausgestaltet.
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Des Weiteren betrifft die Erfindung auch eine Injektionsanordnung zum Anbinden eines Zellpacks mit mindestens einer Batteriezelle an einen Kühlboden eines Batteriegehäuses, das einen Aufnahmebereich zur Aufnahme des Zellpacks aufweist, wobei der Kühlboden in einem Öffnungszustand vor einem Eindringen der Wärmeleitmasse eine Wölbung in Richtung des Aufnahmebereichs aufweist, wobei die Injektionsanordnung dazu ausgelegt ist, die Wärmeleitmasse derart auf zumindest einen Teil des Kühlbodens anzubringen, dass sich zumindest ein Teil der Wärmeleitmasse, wenn der Zellpack in den Aufnahmebereich des Batteriegehäuses eingesetzt ist, in einem Spalt zwischen einer ersten Seite des Zellpacks und dem Kühlboden befindet. Weiterhin ist die Injektionsanordnung dazu ausgelegt, die Wärmeleitmasse nach dem Einsetzen des Zellpacks in den Aufnahmebereich derart einzubringen, dass der zumindest eine Teil der Wärmeleitmasse derart in den Spalt zwischen der ersten Seite des eingesetzten Zellpacks und dem Kühlboden eingebracht wird, dass die Wölbung des Kühlbodens während des Einbringens durch den durch die Wärmeleitmasse auf den Kühlboden ausgeübten Druck verringert wird.
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Auch hier gelten die für das erfindungsgemäße Verfahren und seine Ausführungsformen genannten Vorteile in gleicher Weise für die erfindungsgemäße Injektionsanordnung.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Injektionsanordnung weist die Injektionsanordnung einen Gegenhalter auf, der in einem vor dem Einbringen der Wärmeleitmasse auf eine dem Aufnahmebereich abgewandten Unterseite des Kühlbodens angeordneten Zustand dazu ausgelegt ist, den Kühlboden derart abzustützen, dass ein Wölben des Kühlbodens in Richtung des Gegenhalters verhindert wird. Dies gewährleistet eine homogene Ausbildung des mit der Wärmeleitmasse ausgefüllten Spalts zwischen Kühlboden und Zellpack. Insbesondere kann dabei der Gegenhalter, wie bereits zuvor im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und seinen Ausgestaltungen beschrieben, ausgebildet sein und auch entsprechend weitergebildet werden.
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Im Übrigen gehören zu der Erfindung auch Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Injektionsanordnung, 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 Injektionsanordnung hier nicht noch einmal beschrieben.
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Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen. Die Erfindung umfasst also auch Realisierungen, die jeweils eine Kombination der Merkmale mehrerer der beschriebenen Ausführungsformen aufweisen, sofern die Ausführungsformen nicht als sich gegenseitig ausschließend beschrieben wurden.
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Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Dabei zeigt:
- 1 eine schematische Querschnittsdarstellung eines Randbereichs eines in einem Batteriegehäuse angeordneten Batteriemoduls vor dem Einbringen einer Wärmeleitmasse zwischen das Batteriemodul und einem Kühlboden des Batteriegehäuses gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
- 2 eine schematische Querschnittsdarstellung der Injektionsanordnung zum Injizieren der Wärmeleitmasse in den Spalt zwischen dem Batteriemodul und dem Kühlboden gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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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 schematische Darstellung eines Randbereichs 10 einer Anordnung aus einem Zellpack in Form eines Batteriemoduls 12 und einem Batteriegehäuse 14 mit einem Kühlboden 16 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Batteriemodul 12 kann dabei mehrere Batteriezellen 18 umfassen, von welchen exemplarisch hier lediglich ein Teil einer Batteriezelle 18 zu sehen ist. Das Batteriemodul 12 weist weiterhin ein Modulgehäuse 20 auf, in welchem die Batteriezellen 18 aufgenommen sind. Dieses Modulgehäuse 20 weist zudem einen Befestigungsflansch 22 auf, welcher direkt am Kühlboden 16 befestigt ist. In diesem Beispiel ist der Flansch 22 am Kühlboden 16 mittels einer Schraube 24 angeschraubt. Durch diese Schraubverbindung, die im Allgemeinen auch als jede beliebige andere Verbindung ausgestaltet sein kann, wird eine Spaltbreite eines Spalts 26 zwischen dem Batteriemodul 12 und dem Kühlboden 16 definiert. Dieser Spalt 26 wird nachfolgend mittels einer Wärmeleitpaste 28 (vergleiche 2) ausgefüllt, um die thermische Anbindung des Batteriemoduls 12 an den Kühlboden 16 zu verbessern. Dies wird nun näher anhand von 2 erläutert.
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2 zeigt dabei wiederum eine schematische Querschnittsdarstellung einer Injektionsanordnung 30, welche dazu ausgelegt ist, die Wärmeleitpaste 28 in den Spalt 26 zwischen ein Batteriemodul 12 und den Kühlboden 16 eines Batteriegehäuses 14 einzubringen. Ebenso dargestellt ist wiederum das Batteriemodul 12 mit dem Modulgehäuse 20, welches einen Befestigungsflansch 22 aufweist, der direkt am Kühlboden 16 des Batteriegehäuses 14 mittels der Verbindung 24, zum Beispiel einer Schraube, angeordnet ist. Vom Batteriegehäuse 14 ist in 2 lediglich der Kühlboden 16 dargestellt. Dieser weist im Übrigen von einem Kühlmedium durchströmbare Kühlkanäle 32 auf. Die Wärmeleitpaste 28 kann beispielsweise durch einen Injektionskanal 34 in den Spalt 26 injiziert werden. Dieser Injektionskanal 34 verläuft vorliegend exemplarisch von oben in Richtung des Spalts 26. Eine Injektion der Wärmeleitpaste 28 kann aber auch von der Seite oder von unten durch den Kühlboden 26 oder ähnliches erfolgen. Eine solche Gapfillerinjektion, die erfolgt, nachdem das Batteriemodul 12 in das Gehäuse 14 eingesetzt und befestigt wurde, ermöglicht es vorteilhafterweise, Hochvoltbatterien kostengünstig und ressourceneffizient bauen zu können. Hierbei wird der Montageprozess der Batterie grundlegend verändert. Zuerst wird das Batteriemodul 12 also in das leere Batteriegefache gesetzt und verschraubt. In den entstehenden Spalt 26 wird dann der Gapfiller, das heißt die Wärmeleitpaste 28, injiziert.
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Um zu verhindern, dass sich bei der Gapfillerinjektion der Kühlboden 16 nach unten durchbiegt, ist der Kühlboden 16 so vorgespannt, dass dieser, bevor die Wärmeleitpaste 28 eingebracht wird, zuerst nach oben vorgebogen auftritt. Dieser Kühlboden im Ausgangszustand vor dem Einbringen der Wärmeleitmasse 28 ist in 2 gestrichelt dargestellt und mit 16A bezeichnet. Die Vorspannung ist in 2 schematisch durch die dargestellte Feder 33 illustriert. Wenn dann der injizierte Gapfiller 28 in den Spalt 26 läuft beziehungsweise gedrückt wird, wird der Boden 16, zumindest im zentralen Bereich, sukzessive nach unten bewegt, bis dieser zumindest mit seiner dem Batteriemodul 12 zugewandten Seite vollständig eben ist. Weiterhin umfasst die Injektionsanordnung 30 vorteilhafterweise noch einen Gegenhalter 36 mit einer Abstützfläche 38, die den Kühlboden 16, wenn dieser sich in seinem Endzustand befindet, der dadurch definiert ist, dass die dem Batteriemodul 12 zugewandte Seite des Kühlbodens 16 eben ist, abstützt. Entsprechend kann sich nun der Kühlboden 16 vorteilhafterweise nicht weiter nach unten wölben. Der Boden 16 kann also nur so weit sukzessive nach unten bewegt werden, bis er schließlich vollflächig oder zumindest zum Großteil auf dem starren Gegenhalter 36 aufliegt. Dann ist ein definierter und reproduzierter Gapfillerspalt 26 hergestellt.
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Ein großer Vorteil bei dieser Vorgehensweise ist vor allem, dass hierdurch eine besonders einfache Ausführung des Gegenhalters 36 ermöglicht wird, welcher als abgeformte Platte und ohne jegliche Aktorik ausgeführt werden kann. Gerade in Kombination mit der vorteilhaften Ausgestaltung, dass der Kühlboden 16 zudem direkt mit den Batteriemodulen 12 verschraubt werden kann, gibt es vorteilhafterweise im Vergleich zu anderen heutigen Batteriekonzepten keine weiteren Beitragsleister in die Toleranzrechnung, sodass eine Auflage der Batteriewanne, die einen Teil des Batteriegehäuses bereitstellt, auf den Schraubpunkten einen direkten geometrischen Bezug zwischen Modul 12 und Gegenhalter 36 darstellt.
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Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch die Erfindung eine Gapfillerinjektion mit starrem Gegenhalter und weichem Kühlboden bereitgestellt werden kann, die einen reproduzierbaren Prozess erlauben, sodass die Produkteigenschaften bei jeder Batterie gleich gut eingestellt werden können und welche vor allem sehr dünne und homogene mit einer Wärmeleitmasse gefüllte Spaltbreiten erlaubt, die zudem auf besonders schonende Weise bereitgestellt werden können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016009218 A1 [0002]
