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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einbringen einer Wärmeleitmasse zwischen ein Batteriemodul und einen Gehäuseboden eines Batteriegehäuses, wobei das Batteriegehäuse mit dem Gehäuseboden bereitgestellt wird, wobei das Batteriegehäuse einen Aufnahmebereich zur Aufnahme des Batteriemoduls aufweist, und wobei das Batteriemodul im Aufnahmebereich angeordnet wird, sodass eine Unterseite des Batteriemoduls dem Gehäuseboden zugewandt ist. Weiterhin wird die Wärmeleitmasse in zumindest einen ersten Zwischenraum zwischen dem Gehäuseboden und der Unterseite des Batteriemoduls injiziert. Des Weiteren betrifft die Erfindung auch eine Batterie und ein Kraftfahrzeug mit einer Batterie.
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Um bei Elektrofahrzeugen die bei der Schnellladung und beim Leistungsabruf in den Hochvoltbatterien entstehende Wärme abführen zu können, kommt zwischen einem Batteriemodul, welches mehrere Batteriezellen umfassen kann, und einem Kühlboden eine Wärmeleitpaste, der sogenannte Gapfiller, zum Einsatz. Diese Wärmeleitpaste beziehungsweise der Gapfiller wird vorliegend auch als Wärmeleitmasse bezeichnet. Üblicherweise wird diese in pastöser beziehungsweise viskoser Form appliziert und härtet anschließend aus.
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Das Einbringen der Wärmeleitmasse kann dabei mittels Injektion erfolgen. Beispielsweise beschreibt die
DE 2019 208 806 B3 ein Verfahren zum Injizieren einer Füllmasse, insbesondere einer Wärmeleitpaste, in einen Zwischenraum, der zwischen einem Batteriemodul und einer Batterieaufnahme, insbesondere einem Kühlboden der Batterieaufnahme, ausgebildet wird. Dabei wird das Batteriemodul zunächst in die Batterieaufnahme eingesetzt und dann die Füllmasse in den zwischen dem Batteriemodul und der Batterieaufnahme gebildeten Zwischenraum injiziert. Dabei kann die Füllmasse durch wenigstens eine in der Batterieaufnahme vorgesehene Öffnung injiziert werden oder von oben entlang des Batteriemoduls in den Zwischenraum injiziert werden. Vor dem Injizieren der Füllmasse wird zudem eine Sensoreinrichtung an dem Batteriemodul oder der Batterieaufnahme angeordnet, die dazu ausgelegt ist, eine mechanische Verformung des Batteriemoduls oder der Batterieaufnahme während des Injizierens zu detektieren. Ein ähnliches Verfahren ist auch in der
DE 10 2018 208 070 A1 beschrieben.
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Um eine möglichst gute thermische Anbindung der von einem Batteriemodul umfassten Batteriezellen an einen solchen Kühlboden zu ermöglichen, insbesondere über die beschriebene Wärmeleitmasse, weisen solche Modulgehäuse manchmal keinen Modulboden auf. Andernfalls würde dies eine zusätzliche thermische Anbindung der Zellen an einen solchen Modulboden erfordern.
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In diesem Zusammenhang beschreibt die
DE 10 2019 109 208 B3 eine Applikationseinrichtung zur Applikation eines Applikationsmittels, zum Beispiel einer Wärmeleitpaste, in einen Hohlraum, insbesondere in einem Batteriemodul einer elektrischen Batterie. Die Applikationseinrichtung umfasst eine Düse zur Abgabe des Applikationsmittels durch die Düse und einen ersten Drucksensor zur Messung eines ersten Druckmesswerts des Applikationsmittels stromaufwärts vor der Düse. Weiterhin ist ein zweiter Drucksensor vorgesehen, welcher der Messung eines zweiten Druckmesswerts des Applikationsmittels stromabwärts hinter dem ersten Drucksensor dient.
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Das zusätzliche Einbringen einer Wärmeleitpaste in ein Batteriemodul erfordert also bei der Herstellung einer Batterie einen enormen Mehraufwand. Wird dagegen auf einen Modulboden verzichtet, verliert ein Batteriemodul deutlich an Struktursteifigkeit, was nachteilig in Crashsituationen ist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren, eine Batterie und ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, die eine möglichst effiziente Einbringung einer Wärmeleitmasse und gleichzeitig eine möglichst stabile Ausbildung eines Batteriemoduls ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren, eine Batterie und ein Kraftfahrzeug 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 Einbringen einer Wärmeleitmasse zwischen ein erstes Batteriemodul und einen Gehäuseboden eines Batteriegehäuses wird zunächst das Batteriegehäuse mit dem Gehäuseboden bereitgestellt, wobei das Batteriegehäuse einen ersten Aufnahmebereich zur Aufnahme des ersten Batteriemoduls aufweist. Weiterhin wird das erste Batteriemodul im ersten Aufnahmebereich angeordnet, sodass eine erste Unterseite des ersten Batteriemoduls dem Gehäuseboden zugewandt ist. Des Weiteren wird die Wärmeleitmasse in zumindest einen ersten Zwischenraum zwischen dem Gehäuseboden und der ersten Unterseite des ersten Batteriemoduls injiziert. Dabei wird das erste Batteriemodul mit einem ersten Modulgehäuse und mindestens einer darin aufgenommenen ersten Batteriezelle bereitgestellt, wobei das erste Modulgehäuse einen ersten Modulboden aufweist, der die erste Unterseite des ersten Batteriemoduls bereitstellt, wobei im ersten Modulboden mindestens ein erstes Loch angeordnet ist, durch welches beim Injizieren der Wärmeleitmasse zumindest ein erster Teil der injizierten Wärmeleitmasse in ein Inneres des ersten Modulgehäuses gedrückt wird.
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Durch die Erfindung wird es nun vorteilhafterweise ermöglicht, die Wärmeleitmasse gleichzeitig in den ersten Zwischenraum zwischen dem Gehäuseboden und dem Modulboden, sowie auch in das Innere des Batteriemoduls zu injizieren. Dies kann auf besonders einfache Weise dadurch erreicht werden, indem der Modulboden zumindest ein erstes Loch aufweist, durch welches die Wärmeleitmasse bei der Injektion aus dem ersten Zwischenraum in das Innere des ersten Modulgehäuses gedrückt beziehungsweise gepresst werden kann. Damit ist für die Einbringung des Gapfillers, das heißt der Wärmeleitmasse, in das Batteriemodul kein zusätzlicher Prozessschritt nötig. Das Einbringen der Wärmeleitmasse kann lediglich in einem einzelnen Einbringungsschritt für den gesamten Gapfiller erfolgen. Außerdem sind die Wärmeflüsse an dem im Boden eingebrachten zumindest einen Loch deutlich besser, da kein Übergang über den vorzugsweise metallischen Modulboden erfolgen muss. Mit anderen Worten kann durch das Vorsehen zumindest eines solchen ersten Lochs im ersten Modulboden vermieden werden, dass zu viel Wärme von den Zellen über diesen ersten Modulboden in andere Gehäuseteile des Moduls übergeht und damit nicht aus der Batterie ausgeleitet wird. Durch das Vorsehen zumindest eines solchen Lochs im Modulboden kann also mehr Wärmeenergie aus den Zellen und der Batterie insgesamt abgeführt werden. Gleichzeitig kann für das Batteriemodul durch den Modulboden ausreichend Steifigkeit bereitgestellt werden, was sich positiv auf dessen Crasheigenschaften auswirkt. Somit kann einerseits ein sehr stabiles Batteriemodul für eine Batterie bereitgestellt werden, und andererseits lässt sich die mindestens eine Batteriezelle des Batteriemoduls auf besonders einfache und effiziente Weise über eine Wärmeleitmasse an einen Kühlboden des Batteriegehäuses anbinden.
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Bei der Wärmeleitmasse kann es sich um den eingangs beschriebenen Gapfiller, auch Spaltfüller genannt, handeln. Eine solche Wärmeleitmasse kann insbesondere als eine Wärmeleitpaste bereitgestellt werden, die während des Einbringens, insbesondere während des Injektionsvorgangs, flüssig oder zähflüssig ist, und nach dem Einbringen aushärtet. Bei dem Batteriegehäuse handelt es sich vorzugsweise um ein Gesamtbatteriegehäuse, in welchem neben dem ersten Batteriemodul noch weitere Batteriemodule aufgenommen werden können. Dabei kann für ein jeweiliges Batteriemodul ein korrespondierender Aufnahmebereich bereitgestellt sein. Beispielsweise kann das Batteriegehäuse in Form einer Batteriewanne bereitgestellt sein, auf welche, nachdem die Batteriemodule im Batteriegehäuse untergebracht sind, ein Gehäusedeckel des Batteriegehäuses aufgesetzt werden kann. Die jeweiligen Aufnahmebereiche können dabei voneinander räumlich separiert sein oder auch nicht. Eine räumliche Separation wird dann vorzugsweise durch Trennwände oder Trennstege bereitgestellt, durch welche das Batteriegehäuse in mehrere Aufnahmebereiche bzw. Fächer gegliedert werden kann. An Wänden und Trennwänden des Gehäuses können die jeweiligen Batteriemodule darüber hinaus auch angebunden beziehungsweise befestigt werden, zum Beispiel verschraubt werden. Weiterhin ist es bevorzugt, dass das erste Batteriemodul nicht nur eine einzelne Batteriezelle, sondern vorzugsweise mehrere Batteriezellen umfasst. Diese können beispielsweise als Lithium-Ionen-Zellen ausgebildet sein. Zudem sind die Batteriezellen vorzugsweise als prismatische Batteriezellen ausgebildet. Eine Ausbildung der Zellen als Rundzellen oder Pouchzellen ist jedoch ebenso denkbar. Das Modulgehäuse ist vorzugsweise aus einem Metall oder einer Legierung gebildet, kann grundsätzlich aber auch aus einem Kunststoff oder faserverstärkten Kunststoff bereitgestellt sein. Auch das Batteriegehäuse und/oder der Gehäuseboden sind vorzugsweise aus einem Metall und/oder einer Legierung gefertigt. Zudem ist der Gehäuseboden vorzugsweise als ein Kühlboden ausgebildet. Der Gehäuseboden kann beispielsweise zumindest einen von einem Kühlmedium durchströmbaren Kühlkanal umfassen oder auch lediglich als Kühlplatte oder Kühlblech ausgebildet sein, an welcher eine Kühleinrichtung, insbesondere außenseitig, d.h. auf der dem im ersten Aufnahmebereich angeordneten ersten Batteriemodul gegenüberliegenden Seite des Gehäusebodens, angeordnet ist. Durch Anbindung des Batteriemoduls über die Wärmeleitmasse an einen solchen Kühlboden kann eine besonders effiziente Kühlung der mindestens einen vom Batteriemodul umfassten Batteriezelle bereitgestellt werden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird beim Injizieren der zumindest eine Teil der Wärmeleitmasse derart durch das mindestens eine erste Loch des ersten Modulbodens gedrückt, dass dieser Teil mindestens eine Seite der mindestens einen Batteriezelle berührt, insbesondere wobei diese Seite eine Unterseite der ersten Batteriezelle darstellt, die einer Oberseite der ersten Batteriezelle gegenüberliegt, an welcher zwei Zellterminals der ersten Batteriezelle angeordnet sind. Mit anderen Worten wird die Batteriezelle vorzugsweise derart im Batteriemodul angeordnet, dass ihre den Zellterminals gegenüberliegende Unterseite dem Modulboden zugewandt ist. Eine Anbindung der Unterseite von Batteriezellen an eine Kühlung ist dabei besonders einfach, da die Unterseite ohne die Zellterminals eben ausgestaltet werden kann. Dabei ist vorliegend die Oberseite der ersten Batteriezelle als diejenige Seite definiert, an welcher die Zellterminals angeordnet sind, da dies zur bevorzugten Einbaulage der Batterie, umfassend das Batteriegehäuse und das mindestens eine erste Batteriemodul, im Kraftfahrzeug und auch während des Einbringens der Wärmeleitmasse korrespondiert, wenngleich prinzipiell auch andere Orientierungen dieser Anordnung und ihrer Komponenten möglich sind.
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Weiterhin kann das Batteriemodul Positionshalter aufweisen, mittels welchem die mindestens eine Batteriezelle im Batteriemodul in Position gehalten werden kann. Sind mehrere Batteriezellen im Batteriemodul angeordnet, so weisen diese typischerweise in ihrer Höhe, das heißt in Richtung von ihrer Unterseite zu ihrer jeweiligen Oberseite, mehr oder weniger große Toleranzen auf. Dabei ist es bevorzugt, dass die mehreren ersten Batteriezellen innerhalb des ersten Batteriemoduls an ihren Oberseiten zueinander ausgerichtet werden, sodass sich ihre Oberseiten näherungsweise in einer Ebene befinden. Dadurch ergeben sich unterschiedliche Höhen der jeweiligen Unterseiten gegenüber dem Modulboden. Diese unterschiedlichen Höhen können durch das Einbringen des Teils der Wärmeleitmasse in das Batteriemodul durch den Modulboden, insbesondere durch das darin befindliche mindestens eine Loch, vorteilhafterweise ausgeglichen werden. Dabei wird der Teil der Wärmeleitmasse so injiziert, dass dieser Teil entsprechend alle Unterseiten der im Batteriemodul befindlichen Batteriezellen berührt beziehungsweise benetzt.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird das erste Batteriemodul mit einem zumindest zum Teil als Lochplatte mit vielzähligen ersten Löchern ausgebildeten ersten Modulboden und/oder mit einem zumindest zum Teil als Gitter ausgebildeten ersten Modulboden bereitgestellt. In beiden Fällen lässt es sich vorteilhafterweise bewerkstelligen, dass die in den Zwischenraum injizierte Wärmeleitmasse effizient in das Batteriemodul eindringen kann. Gleichzeitig wird durch eine solche Lochplatte beziehungsweise ein solches Gitter hier noch eine sehr hohe Struktursteifigkeit des Modulgehäuses bereitgestellt. Dabei ist es weiterhin bevorzugt, wenn die vielzähligen Löcher, die durch die Lochplatte beziehungsweise das Gitter bereitgestellt werden, möglichst homogen über den Modulboden verteilt sind. Dadurch kann ein gleichmäßiges Eindringen der Wärmeleitmasse in das Innere des Batteriemoduls gewährleistet werden. Beispielsweise kann der Modulboden mit mehreren Löchern ausgebildet sein, die in mehreren Reihen und Spalten nebeneinander angeordnet sind, wobei jede Reihe und jede Spalte jeweils mehrere Löcher aufweist. Das Verhältnis von Loch zu Bodenfläche kann dabei zum Beispiel mindestens 1:10, vorzugsweise mindestens 1:5, betragen. Die Löcher können beispielsweise einen Durchmesser von zum Beispiel 5 Millimetern beziehungsweise eine Kantenlängen im Bereich von zirka 5 Millimetern aufweisen. Dadurch lässt sich ein sehr effizientes Eindringen der Wärmeleitmasse in das Batteriemodul während des Injektionsvorgangs bereitstellen. Der Modulboden, welcher beim Modulbau aus einem Blech, zum Beispiel Aluminium, bestehen kann, wird also ähnlich einer Lochplatte mit mehreren Löchern, zum Beispiel mit einem Durchmesser von 5 Millimetern, versehen. Dies erlaubt eine sehr kostengünstige und einfache Herstellung.
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Die Löcher können dabei grundsätzlich jede geometrische Form aufweisen, wie zum Beispiel rund, elliptisch, quadratisch, rechteckig, dreieckig, sechseckig, die Form länglicher Schlitze oder ähnliches. Besonders vorteilhaft ist es dabei, die Löcher als runde Löcher auszubilden, da diese sich fertigungstechnisch besonders einfach bereitstellen lassen. Dies ermöglicht eine besonders einfache und kostengünstige Ausbildung des Modulbodens.
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Bei einer weiteren sehr vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird mindestens ein zweites Batteriemodul mit einem zweiten Modulgehäuse und mindestens einer darin aufgenommenen zweiten Batteriezelle bereitgestellt, wobei das zweite Modulgehäuse einen zweiten Modulboden aufweist, der eine zweite Unterseite des mindestens einen zweiten Batteriemoduls bereitstellt, wobei im zweiten Modulboden mindestens ein zweites Loch angeordnet ist. Dabei wird das zweite Batteriemodul vor dem Injizieren der Wärmeleitmasse in einen zweiten Zwischenraum zwischen der zweiten Unterseite und dem Gehäuseboden in einem zweiten Aufnahmebereich des Batteriegehäuses angeordnet, sodass die zweite Unterseite dem Gehäuseboden zugewandt ist, wobei beim Injizieren der Wärmeleitmasse zumindest ein zweiter Teil der injizierten Wärmeleitmasse durch das mindestens eine zweite Loch in ein Inneres des zweiten Modulgehäuses gedrückt wird. Mit anderen Worten können, wie oben bereits erwähnt, mehrere Batteriemodule in das gleiche Batteriegehäuse, insbesondere in jeweils zugeordnete Aufnahmebereiche, eingebracht werden und die jeweiligen Zwischenräume zwischen dem Gehäuseboden und den korrespondierenden Unterseiten dieser Batteriemodule analog mit der Wärmeleitmasse gefüllt werden. Das zweite Batteriemodul kann dabei ganz analog wie zum ersten Batteriemodul bereits beschrieben ausgebildet sein. Auch das zweite Batteriemodul kann also beispielsweise nicht nur eine einzelne Batteriezelle, sondern vorzugsweise mehrere zweite Batteriezellen umfassen. Die Wärmeleitmasse muss dabei nicht notwendigerweise gleichzeitig in den ersten Zwischenraum zwischen dem Gehäuseboden und der ersten Unterseite und in den zweiten Zwischenraum zwischen dem Gehäuseboden und der zweiten Unterseite des zweiten Moduls injiziert werden. Eine Injektion der Wärmeleitmasse in die jeweiligen Zwischenräume unterhalb der jeweiligen Batteriemodule kann dabei auch nacheinander erfolgen. Insbesondere können die jeweiligen Zwischenräume dabei auch räumlich voneinander separiert sein. Beispielsweise können die jeweiligen Zwischenräume zum Beispiel durch Dichtelemente, z.B. eine geschlossen umlaufende Dichtlinie, die zwischen der Unterseite eines jeweiligen Batteriemoduls und dem Gehäuseboden angeordnet sein können und den zu füllenden Zwischenraum räumlich abgrenzen, voneinander separiert sein. Das Injizieren der Wärmeleitmasse in einen ersten dem ersten Batteriemodul zugeordneten Zwischenraum und in einen dem zweiten Batteriemodul korrespondierend zugeordneten Zwischenraum kann damit sowohl zeitlich als auch räumlich entkoppelt sein. Zudem kann das zweite Batteriemodul auch erst nach Injektion der Wärmeleitmasse in ersten Zwischenraum in den zweiten Aufnahmebereich eingesetzt werden. Bevorzug werden jedoch erst alle Batteriemodule in das Batteriegehäuse in ihre jeweiligen Aufnahmebereiche eingesetzt, und erste danach wird die Wärmeleitmasse in die jeweiligen Zwischenräume injiziert. Dabei ist es zudem möglich, die Wärmeleitmasse gleichzeitig in die jeweiligen Zwischenräume zu injizieren. Der erste und der zweite Zwischenraum sowie optionale weitere Zwischenräume optionaler weiterer Batteriemodule können dabei auch fluidisch miteinander verbunden und nicht separiert sein. Ein in den ersten Zwischenraum injizierte Gapfiller kann von dort entsprechend auch in den zweiten Zwischenraum fließen bzw. gepresst werden oder umgekehrt. Wird die Wärmeleitmasse in die jeweiligen ersten und zweiten Zwischenräume separat injiziert, was zeitgleich oder (nur) teilweise zeitlich überschneidend oder zeitlich nacheinander erfolgen kann, kann durch eine Verwendung einer relativ flüssigen Wärmeleitmasse in Kombination mit den oben beschriebenen abgedichteten Zwischenräumen eine deutlich bessere und gleichmäßigere Verteilung der Wärmeleitmasse erreicht werden.
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Auch für die Art der Injektion gibt es mehrere Möglichkeiten. Beispielsweise ist es vorteilhaft, wenn die Wärmeleitmasse in den Zwischenraum durch mindestens eine Injektionsöffnung im Gehäuseboden injiziert wird. Die Wärmeleitmasse wird also von unten in den ersten und/oder zweiten Zwischenraum injiziert. Eine solche Vorgehensweise hat sich als besonders einfach und effizient herausgestellt, da sie eine besonders gleichmäßige Verteilung der Wärmeleitmasse im ersten und/oder zweiten Zwischenraum ermöglicht.
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Gerade wenn im Batteriegehäuse mehrere Batteriemodule aufgenommen sind, ist es besonders vorteilhaft, wenn der Gehäuseboden für ein jeweiliges im Batteriegehäuse angeordnetes Batteriemodul eine zugeordnete Injektionsöffnung aufweist, wie dies gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung vorgesehen ist. Dabei wird dann die Wärmeleitmasse durch die jeweiligen Injektionsöffnungen injiziert. Vorzugsweise ist eine solche Injektionsöffnung zentral unterhalb der jeweiligen Unterseite eines Batteriemoduls im Gehäuseboden positioniert. Der Begriff unterhalb kann sich dabei auf eine definierte erste Richtung beziehen, die zum Beispiel senkrecht zum Gehäuseboden definiert sein kann, insbesondere vom Gehäuseboden in Richtung des jeweiligen Batteriemoduls. Dies ermöglicht ein möglichst gleichmäßiges Verteilen der Wärmeleitmasse im Zwischenraum und im Inneren des Batteriemoduls, insbesondere für jedes Batteriemodul. Darüber hinaus wird hierdurch auch ein zeitlich sequentielles Injizieren der Wärmeleitmasse in die jeweiligen Zwischenräume für die jeweiligen Batteriemodule ermöglicht.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann es auch vorgesehen sein, dass die Wärmeleitmasse in den Zwischenraum auf einem nicht durch den Gehäuseboden verlaufenden Injektionsweg injiziert wird. Beispielsweise kann die Wärmeleitmasse auch von oben in den Zwischenraum injiziert werden, zum Beispiel durch einen Injektionskanal, der zwischen den Batteriemodulen, zwischen einem Batteriemodul und einer Gehäusewand oder auch durch ein Batteriemodul, z.B. in eine Modulwand integriert, hindurch verläuft. Ist die mindestens eine Injektionsöffnung dagegen im Gehäuseboden integriert, der vorzugsweise als Kühlboden ausgestaltet ist, so ist diese Injektionsöffnung in einem Bereich vorgesehen, in welchem kein Kühlkanal verläuft.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird das erste Batteriemodul vor dem Injizieren der Wärmeleitmasse im ersten Aufnahmebereich am Batteriegehäuse befestigt, insbesondere mittels Verschrauben. Dadurch kann es vorteilhafterweise in seiner Position, insbesondere in seiner Höhe über dem Gehäuseboden, fixiert werden.
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Hierdurch lässt sich wiederum vorteilhafterweise eine definierte Spaltbreite zwischen dem Modul und dem Gehäuseboden einstellen. Gleiches gilt im Übrigen wieder auch für das zweite und jedes optionale weitere Batteriemodul.
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Des Weiteren betrifft die Erfindung auch eine Batterie für ein Kraftfahrzeug, wobei die Batterie ein Batteriemodul mit einer Unterseite aufweist, wobei das Batteriemodul mindestens eine Batteriezelle umfasst. Weiterhin umfasst die Batterie ein Batteriegehäuse mit einem Gehäuseboden, wobei das Batteriegehäuse einen Aufnahmebereich aufweist, in welchem das Batteriemodul angeordnet ist, sodass die Unterseite des Batteriemoduls dem Gehäuseboden zugewandt ist. Des Weiteren weist die Batterie eine Wärmeleitmasse auf, die zumindest in einem Zwischenraum zwischen dem Gehäuseboden und der Unterseite des Batteriemoduls angeordnet ist. Darüber hinaus weist das Batteriemodul ein Modulgehäuse auf, in welchem die mindestens eine Batteriezelle angeordnet ist, wobei das Modulgehäuse einen Modulboden aufweist, der die Unterseite des Batteriemoduls bereitstellt, wobei im ersten Modulboden mindestens ein Loch angeordnet ist, und wobei zumindest ein Teil der Wärmeleitmasse in einem Inneren des Modulgehäuses angeordnet ist.
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Die für das erfindungsgemäße Verfahren und seine Ausgestaltungen genannten Vorteile gelten in gleicher Weise für die erfindungsgemäße Batterie. Insbesondere handelt es sich bei der erfindungsgemäßen Batterie um eine Batterie, die gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren oder einer seiner Ausgestaltungen hergestellt wurde. Zudem kann die Batterie wie oben bereits beschrieben ausgebildet sein, insbesondere als eine HochvoltBatterie, die mehrere Batteriemodule umfassen kann.
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Des Weiteren betrifft die Erfindung auch ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Batterie oder einer ihrer Ausgestaltungen.
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Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Batterie, 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 Batterie hier nicht noch einmal beschrieben.
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Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, oder als Personenbus oder Motorrad ausgestaltet.
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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. Hierzu zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung einer Batterie mit einem Batteriemodul während des Injektionsprozesses zur Injektion einer Wärmeleitmasse gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
- 2 eine schematische Darstellung eines Modulbodens in einer Draufsicht 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 einer Batterie 10, die vorzugsweise als Hochvoltbatterie 10 ausgebildet ist, mit einem Batteriemodul 12 während eines Injektionsprozesses zur Injektion einer Wärmeleitmasse 14 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Batterie 10 weist dabei zunächst ein Batteriegehäuse 16 auf, welches einen Gehäuseboden 18 und daran angeordnete Seitenwände 20 umfasst. Das Gehäuse 16 kann zudem einen hier nicht dargestellten Gehäusedeckel umfassen. Das Gehäuse 16 weist weiterhin mindestens einen Aufnahmebereich 22 zur Aufnahme eines Batteriemoduls auf, in welchem vorliegend das dargestellte Batteriemodul 12 angeordnet ist. Dieses Batteriemodul 12 umfasst dabei mehrere Batteriezellen 24 und ein Modulgehäuse 26, in welchem die Batteriezellen 24 angeordnet sind. Das Modulgehäuse 26 weist dabei einen Modulboden 28 auf, welcher dem Gehäuseboden 18 zugewandt ist, wenn das Batteriemodul 12 im Batteriegehäuse 16 angeordnet ist. Dieser Gehäuseboden 28 ist im Detail noch einmal in einer Draufsicht schematisch in 2 dargestellt.
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In diesem Beispiel ist der Modulboden 28 als eine Lochplatte 30 mit vielzähligen, über die Bodenfläche möglichst gleichmäßig verteilt angeordneten Löchern 32 ausgebildet, von denen in 1 exemplarisch nur wenige und in 2 exemplarisch nur eines aus Gründen der Übersichtlichkeit mit einem Bezugszeichen versehen sind. Der Modulboden 28 sowie insbesondere das gesamte Modulgehäuse 26 können dabei aus einem Metall oder einer Legierung, beispielsweise Aluminium, gefertigt sein.
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Die im Modulgehäuse 26 angeordneten Batteriezellen 24 weisen dabei jeweils eine Oberseite 24a und eine Unterseite 24b auf. An den jeweiligen Oberseiten 24a sind dabei vorzugsweise die Zellpole beziehungsweise Zellterminals der jeweiligen Batteriezellen 24 angeordnet. Weiterhin sind die Batteriezellen 24 derart im Modulgehäuse 26 angeordnet, dass ihre jeweiligen Unterseiten 24b dem Modulboden 28 zugewandt sind.
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Der Gehäuseboden 18 kann weiterhin als Kühlboden ausgebildet sein. Beispielsweise kann dieser zu diesem Zweck mehrere von einem Kühlmedium durchströmbare Kühlkanäle umfassen, die vorliegend nicht dargestellt sind. Alternativ kann der Kühlboden 18 lediglich als Kühlplatte ausgebildet sein und zum Beispiel an eine weitere unterseitig am Kühlboden 18 angeordnete Kühleinrichtung angebunden sein. Um die in den Batteriezellen 24 vor allem beim Leistungsabruf und bei der Schnellladung entstehende Wärme möglichst effizient abführen zu können, sollten die Zellen 24 thermisch möglichst gut an das außen an der Batteriewanne 16 angebrachte Kühlsystem angebunden werden. Diese thermische Anbindung erfolgt dabei über die bereits erwähnte Wärmeleitmasse 14, nämlich den Gapfiller 14.
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Bei herkömmlichen Batterien, die Batteriemodule verwenden, die einen Modulboden aufweisen, muss, um eine solche thermische Anbindung zu bewerkstelligen, auf umständliche Weise innerhalb des Batteriemoduls ein Gapfiller eingebracht werden, also zwischen den Zellen und dem Modulboden, und zusätzlich ein Gapfiller zwischen dem Modulboden und dem Wannenboden des Batteriegehäuses. Die Erfindung und ihre Ausführungsformen ermöglichen es nun vorteilhafterweise, das Einbringen eines solchen Gapfillers 14 auf deutlich effizientere Weise bereitzustellen.
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Ermöglicht wird dies durch den bereits beschriebenen Modulboden 28, der mindestens ein Loch 32, vorzugsweise vielzählige Löcher 32, aufweist. Dadurch ist es nämlich vorteilhafterweise möglich, den Gapfiller 14 einerseits in den Spalt 34 zwischen dem Modulboden 28 und dem Gehäuseboden 18 einzubringen, und gleichzeitig, das heißt in einem Verfahrensschritt, auch in das Innere 36 des Modulgehäuses 26 selbst. Wie in 1 dargestellt, kann im Allgemeinen die Wärmeleitmasse 14 durch eine Injektionsöffnung 38 im Gehäuseboden 18 injiziert werden. Dieser Injektionsvorgang ist vorliegend durch den Pfeil 40 veranschaulicht. Durch den Injektionsdruck 40 wird die Wärmeleitmasse 14, zumindest ein Teil davon, zudem auch durch die Löcher 32 im Modulboden 28 in das Innere 36 des Batteriemoduls 12 injiziert, sodass zumindest die Unterseiten 24b aller im Batteriemodul 12 befindlichen Batteriezellen 24 benetzt werden. Die Injektionsöffnung 38 befindet sich im Gehäuseboden 18 dabei möglichst zentral unterhalb des zugeordneten Batteriemoduls 12. Sind mehrere solcher Batteriemodule 12 in jeweiligen Aufnahmebereichen 22 im Batteriegehäuse 16 aufgenommen, so kann eine solche Injektionsöffnung 38 für ein jeweiliges solches Batteriemodul 12 vorgesehen sein.
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Zusätzlich ist es bevorzugt, dass das Batteriemodul 12 vor der Injektion der Wärmeleitmasse 14 am Batteriegehäuse 16 befestigt wird, zum Beispiel verschraubt wird. Dadurch kann das Batteriemodul 12 während des Injektionsvorgangs in seiner Position fixiert werden.
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Der Modulboden 28, welcher beim Modulbau aus einem Blech, zum Beispiel Aluminium, besteht, wird im vorliegenden Beispiel als ähnlich einer Lochplatte mit mehreren Löchern 32, zum Beispiel mit einem Durchmesser von 5 Millimetern, versehen. Die Batteriezellen 24 werden bei der Bereitstellung des Batteriemoduls 12 ohne Gapfiller 14 in das Modul 12, das heißt in das Modulgehäuse 26, eingebaut. Das Batteriemodul 12 wird dann mit dem gelochten Boden 28 nach unten in die Batteriewanne 16 gesetzt und verschraubt. Anschließend wird der Gapfiller 14 injiziert. Dabei verteilt sich der Gapfiller 14 einerseits in die Fläche unter dem Modul 12 und andererseits dringt er durch die Vielzahl an Löchern 32 durch den Modulboden 28 in das Modul 12 ein und bindet dabei die Batteriezellen 24 gleichzeitig thermisch an.
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Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer Hochvoltbatterie und zur integrierten Füllung mit Gapfiller in und unter dem Batteriemodul durch Injektion bereitgestellt werden kann. Dabei wird die Idee genutzt, die beiden Gapfillerschichten, nämlich zwischen Modulboden und Gehäuseboden einerseits und zwischen Modulboden und Batteriezellen andererseits, zeitgleich einzubringen. Das Batteriemodul, welches noch keinen Gapfiller in sich hat, wird in die Wanne gesetzt und verschraubt. Dann wird der Gapfiller in den Spalt unter das Modul injiziert. Der Modulboden ist wiederum mit mehreren Löchern ausgestattet, durch welche dann der Gapfiller während des Injektionsprozesses auch in das Modulinnere eindringt und da die Batteriezellen benetzt. Der große Vorteil besteht darin, dass kein zusätzlicher Prozessschritt für die Einbringung des Gapfillers in das Batteriemodul nötig ist. Es gibt lediglich einen Einbringungsschritt für den gesamten Gapfiller. Außerdem sind die Wärmeflüsse an den im Boden eingebrachten Löchern deutlich besser, da kein Übergang über den metallischen Modulboden erfolgen muss. Es kann also mehr Wärmeenergie aus den Zellen abgeführt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 2019208806 B3 [0003]
- DE 102018208070 A1 [0003]
- DE 102019109208 B3 [0005]
