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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Batteriemodul und ein Verfahren zum Herstellen desselben. Bei dem Batteriemodul kann es sich insbesondere um ein Batteriemodul einer Systembatterie in einem Hybrid- oder Elektrofahrzeug handeln.
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Hochvolt-Batterien (HV-Batterien) zum Antreiben eines Fahrzeugs weisen nach dem Stand der Technik meist ein metallisches Batteriegehäuse auf, welches neben strukturellen Funktionen auch zur Befestigung der Batterie in dem Fahrzeug und zum Schutz im Falle eines Unfalls insbesondere die Mediendichtheit und EMV-Schirmung sicherstellt. In dem Batteriegehäuse sind wiederum mehreren Batteriemodulgehäuse aus Metall und/oder Kunststoff angeordnet, in denen die Batteriezellen angeordnet und verspannt sind.
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Darüber hinaus gibt es neuartige Batteriekonzepte, welche die Funktionen der Batteriemodulgehäuse und des Batteriegehäuses in funktionsintegrierten Batteriemodulgehäusen vereinen: Hier bilden metallische Aluminium-Strangpressprofile zusammen mit seitlichen Aluminium-Endplatten mediendichte, EMV-geschirmte, unfall- und betriebslastaufnehmende Batteriemodulgehäuse, in denen direkt die Batteriezellen angeordnet sind.
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Die funktionsintegrierte metallische Batteriemodulgehäuse-Bauweise spart viel Gewicht, Bauraum und Kosten. Entsprechende Batteriemodule weisen üblicherweise einen Hauptkörper und Endplatten auf, die aus Aluminiumwerkstoffen gefertigt sind und miteinander fest verschweißt werden. Dies ist eine hochleistungsfähige Verbindungstechnik mit geringem Bauraumbedarf. Um noch mehr Gewicht einzusparen, können kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe (CFK) zum Einsatz kommen. Faserverstärkte Kunststoffe sind jedoch bei Duroplastmatrix nicht und bei Thermoplastmatrix nur mit deutlich niedrigeren Festigkeiten verschweißbar.
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Alternativ zum Schweißen als Verbindungstechnik kann auch Kleben verwendet werden. Verklebungen können die hohen auf das Batteriemodulgehäuse einwirkenden Kräfte nur durch ausreichend große Verklebungsflächen erreichen. Für eine ausschließlich stirnseitige Verklebung sind die Wanddicken des Hauptkörpers des Batteriemodulgehäuses zu klein und damit die zur Verfügung stehende Klebefläche nicht ausreichend. Eine radiale Verklebung würde eine ausreichende Klebeflache ergeben, jedoch ist eine solche Verklebung mit den aus dem Stand der Technik bekannten Mitteln nicht umsetzbar. Die Verklebung des Hauptkörpers mit den Endplatten erfolgt üblicherweise mittels einer pastösen Kleberaupe. Beim Überschieben von Batteriemodulendplatte in Batteriemodulhauptkörper würde jedoch die Kleberaupe abgeschert werden. Als Alternative könnte eine feste Klebefolie verwendet werden. Diese hätte jedoch den Nachteil, dass sie von der Natur her sehr dünn ist und damit die toleranzbedingten Spalte zwischen den beiden Bauteilen nicht überbrücken könnte, was nicht zu einer prozesssicheren Verklebung führen würde.
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Aus Druckschrift
DE 1425 439 A ist ein Batteriegehäuse bekannt, bestehend aus einem aus thermoplastischem Kunststoff bestehenden Gehäuse und einen diesen flüssigkeitsdicht verschließenden Deckel, der aus einem gleichartigen Stoff hergestellt ist. Hierbei ist in einer Stirnfläche des Verbindungsbereichs von Gehäuse und Deckel eine Nut und eine zu deren Grund hin offene Rinne vorgesehen. In dem zwischen Grund der Nut und Wandfläche der Rinne gebildeten Kanal ist ein Klebstoff eingespritzt.
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Druckschrift
DE 10 2020 106 586 A1 offenbart ein Batteriemodulgehäuse mit einem eine Öffnung begrenzenden Gehäuse zur Aufnahme mindestens einer Batteriezelle, einem die Öffnung verschließenden Deckel zum Abdecken der Batteriezelle, wobei zwischen dem Gehäuse und dem Deckel ein ringförmiger und umlaufend geschlossener Dichtkanal zur Aufnahme einer den Deckel gegen das Gehäuse abdichtenden Dichtmasse ausgebildet ist, und einem durch eine Stopfenöffnung in den Dichtkanal hineinragenden und lösbar befestigten Stopfen zur Unterbrechung des Dichtkanals. Dabei weist der Stopfen einen an einer ersten Unterbrechungsseite des Stopfens mit dem Dichtkanal kommunizierenden ersten Entlüftungskanal und einen an einer von der ersten Unterbrechungsseite wegweisenden zweiten Unterbrechungsseite des Stopfens mit dem Dichtkanal kommunizierenden zweiten Entlüftungskanal auf.
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Aus Druckschrift
DE 10 2019 134 649 A1 ist eine Batterie für ein Kraftfahrzeug bekannt, umfassend Batteriezellen, einen Deckel und ein Gehäuse mit einer offenen Seite, wobei der Deckel die offene Seite verschließt und mit dem Gehäuse verbunden ist, wobei die Batteriezellen innerhalb des Gehäuses angeordnet sind, wobei der Deckel einen Dichtkanal umfasst, wobei im Dichtkanal eine Dichtung angeordnet ist, wobei der Deckel oder das Gehäuse eine erste Öffnung umfasst, über die der Dichtkanal von außerhalb des Gehäuses zugänglich ist.
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Druckschrift
DE 10 2012 218 188 A1 offenbart eine Batteriezelle, insbesondere eine Lithium-Ionen-Batteriezelle, bei der ein Wickelelement zwei Stromabnehmer und Elektrolyt in einem Gehäuse aufgenommen sind. Das Gehäuse besteht aus einem Behälter und einer Deckelanordnung, wobei die Deckelanordnung unter anderem eine Deckplatte umfasst, welche mit dem Behälter nach dem Einbringen von innen liegenden Komponenten der Batteriezelle fest verbunden wird. Erfindungsgemäß wird die Deckplatte beispielsweise entlang einer Auskragung mithilfe einer Schicht aus Klebstoff mit einer Innenoberfläche des Behälters verklebt. Eine beispielsweise von einem 0-Ring gebildete Dichtwulst einer Dichtanordnung verhindert, dass in das Gehäuse eingeführter Elektrolyt in Kontakt mit dem Klebstoff gelangt und diesen chemisch angreift.
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In Druckschrift
JP H06- 84 510 A ist eine Batterie offenbart, die aufweist: eine mittlere Batterieabdeckung, die mit einem ausgesparten Teil 9a ausgestattet ist, in dem ein Verbindungsteil eines Elektrodenplattengruppen-Schweißbretts, das aus Blei oder einer Bleilegierung besteht, an einem Ende einer Anschlussplatte untergebracht ist; ein Passstück an einem oberen Endteil eines Batteriegehäuses; und ein Durchgangsloch, das das andere Ende der metallischen Anschlussplatte 1 durchdringt; und die Anschlussplatte, deren eines Ende mit dem Elektrodengruppen-Schweißbrett durch Schweißen oder Löten verbunden ist. Klebemittel und werden jeweils in den ausgesparten Teil, der den Verbindungsteil des Elektrodenplattengruppen-Schweißbretts mit dem einen Ende des Klemmenbretts aufnimmt, und in den Anschlussteil mit dem oberen Endteil des Batteriebehälters zum Verbinden eingefüllt.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine sichere und zuverlässige Verbindungsmöglichkeit zwischen Hauptkörper und Endplatte beim Herstellen eines funktionsintegrierten Batteriemoduls bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird mittels des Verfahrens und der Vorrichtung gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Weitere Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
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Dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren und dem entsprechend damit hergestellten Batteriemodul liegt der Ansatz zugrunde, die Bauweise des im einleitenden Teil beschriebenen funktionsintegrierten metallischen Batteriemodulgehäuses weiterzuentwickeln. So kann das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren insbesondere dann verwendet werden, wenn im Hinblick auf Leichtbau und Gewichtsersparnis zumindest bei dem Haupt- bzw. Grundkörper des Batteriemodulgehäuses CFK zum Einsatz kommt. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung können auch die Endplatten CFK aufweisen oder aus diesem bestehen.
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Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Herstellen eines Batteriemoduls bereitgestellt. Das Herstellungsverfahren weist als Ausgangsschritt Bereitstellen eines Batteriemodulgehäuse-Hauptkörpers auf (nachfolgend als Hauptkörper bezeichnet), welcher einen Hohlkörper mit mindestens einem offenen Ende aufweist, der im Inneren mindestens eine Kammer zum Anordnen von Batteriezellen aufweist. Der Hauptkörper kann zweckmäßigerweise eine längliche, quaderförmige Form haben. Der Hauptkörper kann einen Faser-Kunststoff-Verbund (FKV), aufweisen oder aus diesem bestehen, beispielsweise CFK oder glasfaserverstärkten Kunststoff (GFK).
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Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren weist ferner Anordnen von mindestens zwei Batteriezellen in die mindestens eine Kammer des Hauptkörpers auf. Dabei können die Batteriezellen miteinander elektrisch gekoppelt werden.
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Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren weist ferner Verschließen des mindestens einen offenen Endes mit einer Batteriemodulgehäuse-Endplatte auf (nachfolgend als Endplatte bezeichnet), wobei die Endplatte in ihrem Randbereich einen umlaufenden Überstand oder Vorsprung aufweist, welcher sich im Wesentlichen in Längsrichtung des Hauptkörpers erstreckt und beim Verschließen des Hauptkörpers mit der Endplatte in oder über den Hauptkörper geschoben wird, so dass in einem dadurch gebildeten Überlappbereich zwischen dem Hauptkörper und dem Überstand der Endplatte ein umlaufender Spalt gebildet wird. Der umlaufende Überstand kann einem umlaufenden Steg entsprechen, welcher sich im zusammengebauten Zustand des Batteriemoduls im Wesentlichen in axialer Richtung erstreckt, d.h. im Falle eines länglichen Hauptkörpers im Wesentlichen entlang seiner Längsachse oder im Allgemeinen im Wesentlichen entlang einer Achse, welche senkrecht zur Öffnungsfläche des Hauptkörpers angeordnet ist. Die Bezeichnung des Überstands als „umlaufend“ bezieht sich hierbei auf den Verlauf der Überstandes auf der Oberfläche der Endplatte, welche beim Verschließen des Hauptkörpers mit der Endplatte an die Stirnseite des Hauptkörpers angelegt wird.
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Schließlich weist das erfindungsgemäße Verfahren Einbringen eines Klebstoffs in den umlaufenden Spalt auf. Durch das Einbringen des Klebstoffs in den umlaufenden Spalt sind nach dessen Aushärten der Batteriemodulgehäuse-Hauptkörper und Batteriemodulgehäuse-Endplatte miteinander stoffschlüssig verklebt und damit fest verbunden und zugleich formschlüssig positioniert. Insbesondere kann mittels des Klebstoffs ohne vorheriges Verbinden und ohne sonstige mechanische Befestigung zwischen Hauptkörper und Endplatte die einzige stoffschlüssige Verbindung zwischen diesen beiden Elementen ausgebildet werden. Damit zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahrend und das entsprechend hergestellte Batteriemodul dadurch aus, dass es beispielsweise keine Schweißverbindung, Lötverbindung, und/oder Schraubverbindung zwischen Hauptkörper und Endplatte erfordert, da die feste Verbindung zwischen diesen beiden Elementen mittels des in den Spalt von außen eingefüllten Klebstoff bereitgestellt wird.
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Die Endplatte kann als Werkstoff Aluminium aufweisen oder aus diesem hergestellt sein und beispielsweise als Schmiedebauteil, Gussbauteil, Strangpressbauteil oder Blechkonstruktion gefertigt sein. Alternativ dazu kann die Endplatte faserverstärkten Kunststoff aufweisen oder aus diesem gefertigt sein und beispielsweise mittels eines Spritzgussprozesses oder eines Pressprozess hergestellt werden.
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In weiteren Ausführungsformen des Herstellungsverfahrens kann der Hauptkörper ein Hohlprofil mit zwei offenen Enden aufweisen, so dass entsprechend jedes offene Ende mit einer Endplatte verschlossen wird. Nachfolgende Beschreibung, welche zur Vereinfachung von der Verwendung einer Endplatte ausgeht, findet stets auch bei dem Fall von einem Hauptkörper als Hohlprofil mit zwei offenen Enden und zwei Endplatten Anwendung.
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Nach dem Verschließen Hauptkörpers mit der Endplatte kann der Überstand entweder im Inneren des Hauptkörpers oder an der Außenseite des Hauptkörpers angeordnet sein. Im ersten Fall kann der umlaufende Überstand gegenüber dem Außenrand der Endplatte so nach Innen versetzt sein, dass der Überstand beim Anlegen der Endplatte an den Hauptkörper in diesen eingeschoben wird. Im zweiten Fall kann der umlaufende Überstand am Außenrand der Endplatte so angeordnet sein, dass die Endplatte mit dem Überstand über die Stirnseite des Hauptkörpers geschoben wird, wobei der Überstand die Stirnseite des Hauptkörpers umgreift. Folglich kann der umlaufende Spalt entweder an der Innenseite oder an der Außenseite des Hohlkörpers ausgebildet sein, so dass die Klebefläche zwischen Hauptkörper und Endplatte entweder an der Innenseite oder an der Außenseite des Hauptkörpers angeordnet sein kann. In beiden Fällen kann die Endplatte flanschartig bzw. axial formschlüssig an der Stirnseite des Batteriemodulgehäuse-Hauptkörpers anliegen oder unter einem sehr kleinen Abstand von weniger als 1 mm.
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Nach Ein- oder Überschieben der Endplatte in bzw. über den Hauptkörper sind die in dem Hauptkörper angeordneten Batteriezellen im Wesentlichen von allen vier Seiten fluiddicht eingeschlossen. Elektrische fluiddichte Durchführungen zum Ankontaktieren der Batteriezellen können in der Endplatte und/oder an dem Hauptkörper angeordnet sein. Bei Vorliegen eines Hauptkörpers mit zwei offenen Enden ist dieser an beiden Stirnseiten jeweils mit einer entsprechenden Endplatte fluiddicht verschlossen.
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Das mittels des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens bereitgestellte Batteriemodul kann in einem Batteriesystem eines elektrisch oder teilelektrisch angetriebenen Fahrzeugs verwendet werden, welches mindestens zwei Batteriemodule umfasst.
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Gemäß weiteren Ausführungsformen des Herstellungsverfahrens kann der zwischen dem Hauptkörper und dem Überstand gebildete Spalt axial zum Hauptkörper hin von einem Teil des Überstandes oder von einem an dem Überstand angeordneten Dichtelement verschlossen sein, so dass es sich bei dem umlaufenden Spalt um einen umlaufenden geschlossenen Kanal handelt. Der umlaufende Spalt und damit entsprechend auch der durch diesen gebildete umlaufende Kanal kann eine Ausdehnung aufweisen, axial gemessen bzw. senkrecht zur Öffnungsfläche des Hauptkörpers, die zwischen 0,3 mm und 3 mm liegt. Diese Ausdehnung kann als Breite des Spalts (und auch des Kanals) bezeichnet werden. Die Breite des Spalts kann einem Toleranzabstand zwischen dem umlaufenden Überstand und dem Hauptkörper entsprechen.
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Gemäß weiteren Ausführungsformen des Herstellungsverfahrens kann es sich bei dem an dem Überstand angeordneten Dichtelement um eine Feststoffdichtung handeln, welche bevorzugt ein Elastomer aufweist. Das Dichtelement kann an das Ende des Überstands geklebt sein oder als elastisches Element über den Überstand gestülpt sein und diesen radial umfassen. Zusätzlich dazu kann das Dichtelement in einer umlaufenden Haltefuge angeordnet sein, welche in der Außenseite des Überstands angeordnet sein kann.
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Gemäß weiteren Ausführungsformen des Herstellungsverfahrens kann der Überlappbereich zwischen dem Hauptkörper und dem Überstand der Endplatte (im zusammengebauten Zustand der Bauteile) eine axiale Ausdehnung von mindestens 2 mm, bevorzugt von mindestens 3 mm aufweisen. Diese axiale Ausdehnung kann als Tiefe des Spalts bzw. des Kanals bezeichnet werden. Die Tiefe des Spalts kann zugleich im Wesentlichen der Höhe des Überstands entsprechen. Durch die Einstellung der Tiefe und Breite des Spalts kann das Volumen des so gebildeten umlaufenden Kanals eingestellt werden. Diese Größen können an die zu erwartenden Bauteiltoleranzen ausgelegt werden, so dass das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren mit einer sehr hohen Prozesssicherheit und Robustheit durchgeführt werden kann, also einer hohen Toleranz hinsichtlich der Bauteiltoleranzen.
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Gemäß weiteren Ausführungsformen kann der Klebstoff in den umlaufenden Spalt durch mindestens eine Öffnung eingebracht werden, welche im Überlappbereich zwischen dem Hauptkörper und dem Überstand in dem Hauptkörper und/oder in der Endplatte angeordnet ist. Dementsprechend kann der Klebstoff axial durch eine oder mehrere Löcher/Bohrungen in der Batteriemodulgehäuse-Endplatte oder radial durch eine oder mehrere Löcher/Bohrungen im Batteriemodulgehäuse-Hauptkörper injiziert werden. Dabei dichtet das Dichtelement (z.B. die bereits erwähnte Feststoffdichtung) den mit dem Klebstoff zu füllenden geschlossenen Kanal ab. Der injizierte Klebstoff kann elektrisch leitfähig sein und damit auch die zwischen dem Hauptkörper und der Endplatte bestehende Verbindung, um eine elektromagnetische Schirmung sicherzustellen.
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Durch das nachträgliche Injizieren eines flüssigen oder pastösen Klebstoffs in den umlaufenden Spalt wird eine radial verlaufende Klebefläche ausgebildet, wodurch Hauptkörper und Endplatte fest miteinander verbunden werden. Da der Klebstoff im abschließenden Schritt des Herstellungsverfahrens injiziert wird, kann seine Menge entsprechend dem erwarteten oder tatsächlichen Volumen des Kanals dosiert werden, wodurch eine Robustheit hinsichtlich Bauteiltoleranzen erreicht wird. Anders ausgedrückt führt eine Schwankung hinsichtlich der Maße der zusammengefügten Teile zu einer Schwankung des Volumens des Kanals, die jedoch durch eine unterschiedliche Menge an eingefülltem Klebstoff ausgeglichen werden kann. Im Umkehrschluss kann aus der Menge des Klebstoffs, die zum Auffüllen des umlaufenden Kanals erforderlich ist, auf dessen Volumen geschlossen werden und auf dieser Basis kann ggfs. die tatsächlich zur Verfügung stehende Klebefläche ermittelt werden. Dazu können einige der beteiligten Abmessungen als bekannt angenommen werden oder tatsächlich gemessen werden. So kann eine einfache Qualitätskontrolle durchgeführt werden.
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Ferner kann das erfindungsgemäße Verfahren dahingehend vorteilhaft sein, dass die Fluiddichtigkeit der Verbindung zwischen dem Hauptkörper und der Endplatte nicht notwendigerweise durch das Dichtelement erreicht wird, welches den mit Klebstoff zufüllenden Spalt abdichtet. Bei einer geplant oder ungeplant vorhandenen Lücke zwischen dem Hauptkörper und dem radial daran anliegenden Dichtelement oder zwischen dem Hauptkörper und dem axial daran angeordneten Endplatte kann durch Anpassung der Viskosität des Klebstoffs sein Austreten durch die Lücke unterbunden werden. Die eigentliche Fluiddichtigkeit des Batteriemoduls wird dann von der in dem umlaufenden Kanal ausgehärteten Klebstoffschicht bereitgestellt.
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Gemäß dem Grundgedanken des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens wird die Endplatte in oder über den Hauptkörper mit einem Toleranzabstand ein bzw. übergeschoben. Im Überlappbereich entsteht dabei radial der umlaufende Spalt. Der Spalt kann nach Innen (d.h. in Richtung des oder zum Inneren des Hauptkörpers) mit einem abgewinkelten Teil des umlaufenden Überstands oder einer am Ende des Überstands angeordneten Feststoffabdichtung abgedichtet werden. Nach außen stirnseitig kann der umlaufende Spalt durch formschlüssiges axiales Anliegen der Endplatte an der Stirnfläche des Hauptkörpers abgedichtet sein, so dass insgesamt der umlaufende geschlossene Kanal ausgebildet wird. Nach dem Hinein- bzw. Überschieben der Endplatte wird nachträglich über eine oder mehrere Öffnungen (Bohrungen) flüssiger oder pastöser Klebstoff in den umlaufenden Kanal injiziert. Nach dem Aushärten des Klebstoffs sind Hauptkörper und Endplatte stoffschlüssig verklebt und zugleich formschlüssig positioniert.
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Erfindungsgemäß wird ferner ein Batteriemodul bereitgestellt, welches insbesondere mit dem zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren hergestellt werden kann. Sämtliche strukturräumlichen Merkmale, welche zuvor in Zusammenhang mit dem mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten Batteriemoduls offenbart worden sind, können entsprechend als Merkmale des nachfolgend beschriebenen Batteriemoduls verstanden werden. Ebenso können die nachfolgend in Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Batteriemodul offenbarten Merkmale bei dem mittels des zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens gefertigten Batteriemodul realisiert sein.
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Das erfindungsgemäße Batteriemodul weist einen Hauptkörper auf, welcher einen Hohlkörper mit mindestens einem offenen Ende aufweist, der im Inneren mindestens eine Kammer zum Anordnen von Batteriezellen aufweist. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Hohlkörper länglich sein, beispielsweise quaderförmig. Das erfindungsgemäße Batteriemodul weist ferner mindestens zwei Batteriezellen auf, welche in der mindestens einen Kammer des Hauptkörpers angeordnet sind. Dabei sind die mindestens zwei Batteriezellen miteinander elektronisch verschaltet. Des Weiteren weist das erfindungsgemäße Batteriemodul mindestens eine Endplatte auf, welche an dem mindestens einen offenen Ende des Hauptkörpers anliegt, wobei die Endplatte in ihrem Randbereich einen umlaufenden Überstand aufweist, welcher sich im Wesentlichen in Längsrichtung bzw. axialer Richtung des Hauptkörpers erstreckt und in oder über den Hauptkörper geschoben ist, so dass in dem dadurch gebildeten Überlappbereich zwischen dem Hauptkörper und dem Überstand der Endplatte ein umlaufender Spalt ausgebildet ist, wobei in dem umlaufenden Spalt ein Klebstoff angeordnet ist. Der zwischen dem Hauptkörper und dem Überstand gebildete Spalt ist axial zum Hauptkörper hin von einem Teil des Überstandes oder von einem an dem Überstand angeordneten Dichtelement verschlossen, so dass es sich bei dem umlaufenden Spalt um einen umlaufenden geschlossenen Kanal handelt. Der Klebstoff bzw. die Klebstoffschicht stellt eine dichte, mechanisch feste und bevorzugt elektrisch leitfähige Verbindung zwischen Hauptkörper und Endplatte bereit.
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Der umlaufende Kanal kann beispielsweise eine Breite bzw. eine axiale Ausdehnung haben zwischen 0,3 mm und 3 mm. Die Breite des umlaufenden Spalts bzw. Kanals kann radial, d.h. senkrecht zur Längsachse des Hauptkörpers bzw. senkrecht zur Öffnungsfläche des noch nicht verschlossenen Hauptkörpers gemessen werden.
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Der Hauptkörper des erfindungsgemäßen Batteriemoduls kann ein Pultrusionsprofil/Extrusionsprofil aufweisen. Ferner kann dieses Endlos-Kohlenstofffasern zumindest in Pultrusions-/Extrusionsrichtung aufweisen. Zusätzlich können Endlosglasfasern oder Endlos-Basaltfasern quer oder längs zur Extrusions-/Pultrusionsrichtung im Pultrusionsprofil/Extrusionsprofil enthalten sein.
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Zur Befestigung der erfindungsgemäßen Batteriemodule in einem Batteriekasten bzw. direkt oder indirekt an der Karosserie des Fahrzeugs kann die Endplatte mindestens eine, bevorzugt zwei oder mehr Durchgangshülsen aufweisen. Die Durchgangshülsen können aus Aluminium, Stahl oder Titan aufweisen oder aus diesem gefertigt sein.
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Gemäß weiteren Ausführungsformen des Batteriemoduls kann der Randbereich der Endplatte axial dicht oder unter einem kleinen Abstand (beispielsweise 1 mm oder weniger) an dem offenen Ende des Hauptkörpers anliegen. Die Endplatte kann flächenmäßig größer ausgebildet sein als die stirnseitige Öffnungsfläche des Hauptkörpers, so dass sie flanschartig an der stirnseitigen Öffnung des Hauptkörpers dich oder unter einem kleinen Abstand anliegt.
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Gemäß weiteren Ausführungsformen des Batteriemoduls kann es sich bei dem an dem Überstand angeordneten Dichtelement um eine Feststoffdichtung handeln, welche bevorzugt ein Elastomer aufweisen kann.
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Gemäß weiteren Ausführungsformen des Batteriemoduls kann der in den umlaufenden Spalt eingebrachte Klebstoff eine umlaufend wasserfeste Verbindung zwischen dem Hauptteil und der Endplatte bereitstellen. Dadurch können beispielsweise die Anforderungen an die Toleranzen des Hauptteils und der Endplatte weniger streng ausfallen - insbesondere im Vergleich zu einer Schraubverbindung, da bei Vorhandensein von Lücken entlang der Schnittelle zwischen diesen beiden Bauteilen die Wasserdichtigkeit durch den umlaufend in dem Spalt angeordneten Klebstoff bereitgestellt wird.
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Gemäß weiteren Ausführungsformen des Batteriemoduls kann der Klebstoff elektrisch leitfähig sein und dadurch im Zusammenspiel mit dem Hauptteil und der Endplatte eine Schirmung gegen elektromagnetische Wellen bereitstellen. Die elektrische Leitfähigkeit des Klebstoffs kann hierbei im Bereich der elektrischen Leitfähigkeit von metallischen Leitern liegen.
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Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren und das erfindungsgemäße Batteriemodul sind unter vielen Gesichtspunkten vorteilhaft. Neben einer Gewichtsreduktion bei akzeptablen Mehrkosten weist das erfindungsgemäße Batteriemodul eine sehr hohe Verbindungfestigkeit und eine sichere Mediendichtheit auf. Die Zuverlässigkeit der Verbindung zwischen Hauptkörper und Endplatte ergibt sich aus der Kombination von Formschluss und Verklebung. Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren weist zudem eine hohe Prozesssicherheit und Robustheit auf, unabhängig von Bauteiltoleranzen. Ferner kann auf Basis das erfindungsgemäßen Batteriemoduls eine sehr effiziente Kühlung der Batteriezellen erreicht werden durch Verwendung einer Direktkühlung mit einem dielektrischen Kühlfluid im Inneren des Batteriemoduls. Hier kann vorteilhafterweise ein faserverstärktes Batteriemodulgehäuse verwendet werden, welches dann thermisch isolierend wirkt. Dieser Effekt lässt sich hingegen mit den üblichen metallischen Modulgehäusen nicht erreichen.
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Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Gesamtheit der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
- 1 zeigt ein Flussdiagramm, in dem ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens veranschaulicht ist.
- 2 zeigt eine perspektivische Explosions-Ansicht eines Batteriemodulgehäuses des erfindungsgemäßen Batteriemoduls und der dazugehörigen Endplatte.
- 3 zeigt eine perspektivische Ansicht eines mit der Endplatte verschlossenen Batteriemodulgehäuses des erfindungsgemäßen Batteriemoduls.
- 4A und 4B zeigen perspektivische Ansichten der in 3 gezeigten Endplatte.
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In 1 ist ein Flussdiagramm 10 gezeigt, welches den Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens veranschaulicht. In einem ersten Schritt 11 des Herstellungsverfahrens wird der Hauptkörper bereitgestellt, welcher einen Hohlkörper mit mindestens einem offenen Ende aufweist, der im Inneren mindestens eine Kammer zum Anordnen von Batteriezellen aufweist. In einem darauffolgenden Schritt 12 werden mindestens zwei Batteriezellen in die mindestens eine Kammer des Hauptkörpers angeordnet, wobei sie zusätzlich geeignet miteinander elektrisch verbunden werden können. In einem darauffolgenden Schritt 13 wird das mindestens eine offene Ende des Hauptkörpers mit der Endplatte verschlossen, wobei die Endplatte in ihrem Randbereich einen umlaufenden Überstand aufweist, welcher sich im Wesentlichen in axialer Richtung des Hauptkörpers erstreckt und beim Verschließen des Endes mit der Endplatte in oder über den Hauptkörper geschoben wird, so dass in dem zwischen dem Hauptkörper und dem Überstand der Endplatte gebildeten Überlappbereich ein umlaufender Spalt gebildet wird. Schließlich wird in einem weiteren Schritt 14 der Klebstoff in den umlaufenden Spalt eingebracht.
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2 zeigt eine perspektivische Explosions-Ansicht eines Batteriemodulgehäuses des erfindungsgemäßen Batteriemoduls 20, welches den Hauptkörper 21 und die dazugehörige Endplatte 24 aufweist. Es ist eines der Enden des Hauptkörpers 21 gezeigt, wobei das gegenüberliegende Ende genau so aussehen kann und ebenfalls mit einer Endplatte verschlossen werden kann. Alternativ kann der Hauptkörper 21 nur ein offenes Ende aufweisen, so dass das andere Ende bereits verschlossen sein kann.
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Im Inneren des Hauptkörpers 21 befindet sich eine Kammer 22, wobei diese im gezeigten Beispiel durch eine Trennwand in eine erste Kammer 22a und eine zweite Kammer 22b unterteilt ist. Die Kammern 22a, 22b dienen zur Aufnahme von Batteriezellen.
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Ferner ist die Endplatte 24 gezeigt, welche zum Verschließen des offenen Endes 23 des Hauptkörpers 21 an dessen Stirnseite angelegt wird und dieses dicht verschließt. Zur Befestigung des Batteriemoduls 20 in einem Batteriekasten bzw. direkt oder indirekt an der Karosserie des Fahrzeugs sind in der Endplatte 24 zwei Durchgangshülsen 25 vorgesehen.
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In 3 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht des mit einer Endplatte 24 verschlossenen Hauptkörpers 21 eines beispielhaften erfindungsgemäßen Batteriemoduls 20 gezeigt, wobei die Batteriezellen in der im Inneren des Hauptkörpers 21 liegenden Kammer 22 der Übersichtlichkeit halber weggelassen worden sind. In 4A ist ferner eine perspektivische Ansicht der Außenseite der Endplatte 24 gezeigt und in 4B ist eine perspektivische Ansicht der Innenseite der Endplatte 24 gezeigt.
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Die Endplatte 24 weist in ihrem Randbereich einen umlaufenden Überstand 26 auf, welcher sich im Wesentlichen in axialer Richtung des Hauptkörpers 21 erstreckt. Die axiale Richtung, welche mit durch den Doppelpfeil a angedeutet ist, entspricht im gezeigten Beispiel dem Verlauf entlang der Längsachse des Hauptkörpers 21. Im verschossenen Zustand des Hauptkörpers 21 ragt der umlaufende axiale Überstand 26 in den Hauptkörper 26 hinein, so dass in dem zwischen dem Hauptkörper 21 und dem Überstand 26 der Endplatte 24 gebildeten Überlappbereich ein umlaufender Spalt 27 gebildet wird. Der umlaufende Spalt 27 verläuft radial, also um die Öffnung des Hauptkörpers 21 herum. In axialer Richtung zum Inneren des Hauptkörpers 21 hin ist der umlaufende Spalt 27 durch ein Dichtelement 28 verschlossen, so dass im gezeigten Beispiel der umlaufende Spalt 27 zugleich einem umlaufenden geschlossenen Kanal 27 entspricht. Das Dichtelement 28 entspricht im gezeigten Beispiel einer umlaufenden Dichtlippe, welche ein Elastomer aufweist. Denkbar ist jedoch auch, dass ersatzweise oder zusätzlich das Ende des Überstands 26 radial nach außen abgewinkelt ist und dadurch eine Abdichtung des Spalts 28 erreicht wird. Der außerhalb des Überstands 26 liegende Teil des Randbereiches der Endplatte 24 bildet einen Flansch 29 aus, mit welchem die Endplatte 24 axial formschlüssig an der Stirnseite des Hauptkörpers 21 anliegt.
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In weiteren Ausführungsbeispielen kann der Spalt auch an der Außenseite des Hauptkörpers 21 angeordnet sein im Falle, dass der Überstand 26 weiter außen am Rand der Endplatte 24 angeordnet ist und die Stirnseite des Hauptkörpers 21 umfasst. Das Dichtelement 28 ist dann nicht, wie in den 3, 4A und 4B gezeigt, an der Außenwand des Überstands 26, sondern dann an der Innenwand des Überstands 26 angeordnet und dichtet den außenliegenden umlaufenden Spalt 27 zu einem Kanal ab.
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Im Randbereich der Endplatte ist eine Öffnung 30 vorgesehen, durch die der Klebstoff in den Spalt 27 bzw. den Kanal eingefüllt werden kann. Alternativ oder zusätzlich kann mindestens eine Öffnung im Hauptkörper 21 über dem umlaufenden Spalt 27 angeordnet sein.
