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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Energiespeichers für ein Fahrzeug, wobei ein Gehäuse des elektrischen Energiespeichers ein Aufnahmefach zur Aufnahme zumindest eines Zellmoduls aufweist und das Aufnahmefach mittels eines Bodens und Seitenwänden begrenzt ist, wobei eine Topografie des Bodens messtechnisch erfasst und gespeichert wird und ein Wärmeleitmaterial vor Einsetzen des zumindest einen Zellmoduls in das Aufnahmefach in messtechnisch erfasste Vertiefungen des Bodens eingebracht wird.
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Aus der
DE 10 2019 135 382 A1 sind ein Verfahren zur Herstellung einer Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeuges sowie eine entsprechende Herstelleinrichtung bekannt. Das Verfahren sieht vor, dass ein Batteriegehäuse der Traktionsbatterie ein Aufnahmefach zur Aufnahme eines Zellmoduls aufweist. Ein Aufnahmefach des Batteriegehäuses wird von einem Boden und sich an dem Boden anschließenden Wänden begrenzt, wobei eine Topografie des Bodens messtechnisch erfasst, eine aus der Topografie ermittelte Menge an Wärmeleitmittel lokal auf den Boden aufgebracht und nachfolgend das Zellmodul in das Aufnahmefach eingesetzt wird. Die Herstellungseinrichtung ist zum Herstellen der Traktionsbatterie ausgebildet.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein neuartiges Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Energiespeichers für ein Fahrzeug anzugeben.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gelöst, welches die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Ein Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Energiespeichers für ein Fahrzeug, wobei ein Gehäuse des elektrischen Energiespeichers ein Aufnahmefach zur Aufnahme zumindest eines Zellmoduls aufweist und das Aufnahmefach mittels eines Bodens und Seitenwänden begrenzt ist, sieht vor, dass eine Topografie einer dem zumindest einen Zellmodul zugewandten Fläche des Bodens messtechnisch erfasst und gespeichert wird und ein Wärmeleitmaterial vor Einsetzen des zumindest einen Zellmoduls in das Aufnahmefach in messtechnisch erfasste Vertiefungen der Fläche des Bodens eingebracht wird. Erfindungsgemäß wird nach dem Einbringen des Wärmeleitmaterials in die Vertiefungen des Bodens die Fläche desselben topografisch erneut messtechnisch erfasst und ein Wärmeleitklebstoff wird derart auf eine der Fläche des Bodens des Gehäuses zugewandte Oberflächenseite des zumindest einen Zellmoduls dosiert aufgebracht, dass mittels des Wärmeleitklebstoffes eine ebene Schicht zur Auflage des zumindest einen Zellmoduls auf den Boden des Gehäuses gebildet ist.
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Durch Anwendung der Verfahrens werden die erfassten Vertiefungen, welche ohnehin mit thermisch leitfähigem Material aufgefüllt werden, mittels des Wärmeleitmaterials, insbesondere Vergussmasse, aufgefüllt. Dabei kann das Wärmeleitmaterial so eingestellt sein, dass dieses eine effizientere Wärmeleitung, insbesondere einen Wärmeabtransport, einer beim Laden und Entladen des zumindest einen Zellmoduls entstehenden Verlustwärme ermöglicht, als der Wärmeleitklebstoff.
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Zudem kann die Verwendung des Wärmeleitmaterials zum Einbringen in die Vertiefungen kostengünstiger sein, als wenn der Wärmeleitklebstoff zum Auffüllen der Vertiefungen verwendet wird.
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Mittels des Verfahrens kann ein Prozessschritt eines Zellmodulverklebens erheblich vereinfacht werden, da der Boden des Gehäuses vor Einsetzen des zumindest einen Zellmoduls in Bezug auf die Vertiefungen bereits planar ausgebildet ist.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Dabei zeigen:
- 1 schematisch eine Schnittdarstellung eines Bodens eines Gehäuses und eines Zellmoduls in einer Ausgangssituation eines Verfahrens zur Herstellung eines elektrischen Energiespeichers,
- 2 schematisch eine Schnittdarstellung des Bodens und eine Messeinheit,
- 3 schematisch eine Schnittdarstellung des Bodens des Gehäuses und einen Roboter und
- 4 schematisch eine Schnittdarstellung des Bodens des Gehäuses und des Zellmoduls vor einem Einsetzen in ein Aufnahmefach des Gehäuses.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt eine Ausgangssituation für eine Anwendung eines Verfahrens zur Herstellung eines elektrischen Energiespeichers. Im Detail sind ein Boden 1 eines Aufnahmefaches A eines Gehäuses des elektrischen Energiespeichers und ein Zellmodul 2 mit auf eine dem Boden 1 des Gehäuses zugewandten Oberflächenseite des zumindest einen Zellmoduls 2 aufgebrachtem Wärmeleitklebstoff 3 dargestellt. Zudem ist ein Greifer 4 gezeigt, mittels dessen das Zellmodul 2 zum Einsetzen in das Aufnahmefach A gehalten und positioniert wird.
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Das Gehäuse eines elektrischen Energiespeichers besteht üblicherweise aus einem in einem Tiefziehverfahren umgeformten Blech mit angelötetem Kühler, wobei das Blech mit einem vergleichsweise steifen Rahmen verklebt ist. An diesen Verbund, insbesondere Teilverbund, wird auf einer gegenüberliegenden Seite des Rahmens ein Versteifungsblech angeklebt. Ein Hohlraum zwischen Rahmen und Versteifungsblech wird ausgeschäumt. Das tiefgezogene Blech weist oftmals Fertigungstoleranzen auf, die durch den Lötprozess teilweise noch verstärkt werden. Daher ist insbesondere eine nach innen gewandte Fläche F1 des Bodens 1 nicht eben, sondern weist Vertiefungen V, insbesondere in Bezug auf eine Dicke des Wärmeleitklebstoffes 3, mit relativ großen Toleranzen, beispielsweise im Bereich von +/- 1,0 mm bis +/- 1,5 mm auf. Die Fläche F1 wird mittels einer in 2 beispielhaft und stark vereinfacht dargestellten, zum Beispiel laserbasierten, Messeinheit 5 vermessen, so dass die Vertiefungen V der Fläche F1 des Bodens 1 des Gehäuses bekannt sind.
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Zur Herstellung des elektrischen Energiespeichers wird das Zellmodul 2 mittels des Greifers 4 in das Aufnahmefach A eingesetzt und verklebt, wobei das Zellmodul 2 selbst an einer der Fläche F1 zugewandten Auflagefläche F2 Unebenheiten im Toleranzbereich von +/- 0,5 mm aufweist. Daher hat der Wärmeleitklebstoff 3 zwei Aufgaben:
- 1. Verkleben des Zellmodus 2 mit dem Boden 1 und Herstellen einer mechanischen Festigkeit. Dazu ist es erforderlich, dass ein definierter Flächenbereich mit dem Wärmeleitklebstoff 3 benetzt ist.
- 2. Ein Wärmetransport zwischen Zellmodul 2 und Kühler muss möglich sein, wobei auch hierzu Voraussetzung ist, dass ein definierter Flächenbereich des Zellmoduls 2 mit dem Wärmeleitklebstoff 3 benetzt ist.
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Wird das Zellmodul 2 in das Aufnahmefach A des Gehäuses eingesetzt und eine Dicke des Wärmeleitklebstoffes 3 durch Verpressen eingestellt, so kann das Zellmodul 2 in eine der Vertiefungen V der Fläche F1 des Bodens 1 verkippen, wenn der Greifer 4 des Zellmoduls 2 geöffnet wird.
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In Abhängigkeit der Toleranzen, das heißt einer Tiefe der Vertiefungen V, kann der Wärmeleitklebstoff 3 einen entstandenen Spalt zwischen Zellmodul 2 und Boden 1 nicht ausgleichen. Dadurch besteht das Risiko, dass die Auflagefläche F2 des Zellmoduls 2 nicht vollständig mit dem Wärmeleitklebstoff 3 versehen ist, so dass Vorgaben in Bezug auf einen Benetzungsgrad nicht erfüllt werden können.
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Die Unebenheiten der Fläche F1 des Bodens 1 des Gehäuses und der Auflagefläche F2 des Zellmoduls 2 werden mittels des Wärmeleitklebstoffes 3 dahingehend kompensiert, dass auf die Auflagefläche F2 des Zellmoduls 2 eine größere Menge an Wärmeleitklebstoff 3 aufgetragen wird.
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Im unvernetzten Zustand, das heißt in dem Zustand, in welchem der Benetzungsgrad unzureichend erfüllt ist, weist der Wärmeleitklebstoff 3 eine unzureichende Festigkeit auf, um das Zellmodul 2 im eingesetzten Zustand zu stützen. Vielmehr verdrückt das Zellmodul 2 aufgrund seiner Masse von zum Beispiel 100 kg den vergleichsweise weichen Wärmeleitklebstoff 3 in den Vertiefungen V, in welchen der Wärmeleitklebstoff 3 vergleichsweise dick aufgetragen ist. Dadurch gelangt der Wärmeleitklebstoff 3 auf sogenannte Sperrflächen, auf die der Wärmeleitklebstoff 3 gemäß Vorgaben nicht fließen sollte, insbesondere im Bereich von Endplatten des Zellmoduls 2.
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Wie oben beschrieben und aus dem Stand der Technik bekannt, wird die Fläche F1 des Bodens 1 mittels der Messeinheit 5 messtechnisch erfasst, so dass lokalisiert werden kann, wo sich Vertiefungen V in der Fläche F1 des Bodens 1 befinden.
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Im Folgenden wird ein Verfahren beschrieben, bei welchem ein Verkippen des mittels des Greifers 4 in das Aufnahmefach A eingesetzten Zellmoduls 2 weitestgehend ausgeschlossen werden kann.
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Das Verfahren sieht vor, dass in die messtechnisch erfassten Vertiefungen V der Fläche F1 des Bodens 1 des Aufnahmefaches A und somit des Gehäuses des elektrischen Energiespeichers ein Wärmeleitmaterial 6, beispielsweise eine thermisch leitende Vergussmasse, eingebracht wird. Insbesondere wird das Wärmeleitmaterial 6 mittels eines Roboters 7 in die Vertiefungen V eingebracht, wie in 3 gezeigt ist. Dabei ist es nicht erforderlich, die Vertiefungen V vollständig mit Wärmeleitmaterial 6 aufzufüllen.
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Die Vertiefungen V werden insbesondere soweit mit Wärmeleitmaterial 6 aufgefüllt, dass ein Verkippen des Zellmoduls 2 im Wesentlichen verhindert wird. Es ist zudem auch nicht erforderlich, alle Vertiefungen V mit Wärmeleitmaterial 6 aufzufüllen, wobei insbesondere die Vertiefungen V aufgefüllt werden sollten, in deren Bereich später jeweils ein Eckbereich des Zellmoduls 2 angeordnet ist.
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Das Wärmeleitmaterial 6 weist eine Eigenschaft, insbesondere in Bezug auf seine Viskosität auf, dass sich das Wärmeleitmaterial 6 selbst nivelliert, das heißt eine ebene Fläche F1 des Bodens 1 herstellt. Der Boden 1 des Aufnahmefaches A wird also soweit als möglich mittels des Wärmeleitmaterials 6 geglättet.
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Es wird gegenüber der in 1 gezeigten Ausgangssituation kein zusätzliches Wärmeleitmaterial 6 verwendet, da die Vertiefungen V im Vergleich zu der Ausgangssituation anstelle von Wärmeleitklebstoff 3 mit Wärmeleitmaterial 6 aufgefüllt werden.
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Das Wärmeleitmaterial 6 kann gegebenenfalls bezüglich einer Wärmeleitung besser eingestellt sein als der Wärmeleitklebstoff 3, eine niedrigere Dichte aufweisen und/oder kostengünstiger in Bezug auf eine Beschaffung sein.
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In 4 ist das Aufnahmefach A mit den mittels des Wärmeleitmaterials 6 aufgefüllten Vertiefungen V der Fläche F1 des Bodens 1 und das Zellmodul 2 vor einem Einsetzen in das Aufnahmefach A gezeigt.
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Bevor das Zellmodul 2 in das Aufnahmefach A eingesetzt wird, wird die Fläche F1 des Bodens 1 erneut messtechnisch erfasst. Daraufhin wird für einen, insbesondere aus der unebenen Auflagefläche F2 des Zellmoduls 2 resultierenden Spalt, der aufgrund der aufgefüllten Vertiefungen V kleiner ausgebildet ist, zum Auffüllen dieses Spaltes erforderliche Menge an Wärmeleitklebstoff 3 ermittelt und auf die Auflagefläche F2 dosiert aufgebracht. Der mit dem Wärmeleitklebstoff 3 aufzufüllende Spalt ergibt sich aus der weitestgehend geebneten Fläche F1 des Bodens 1 und der Auflagefläche F2 des Zellmoduls 2, welche Unebenheiten aufweisen kann.
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Anschließend wird das Zellmodul 2 mittels des Greifers 4 positioniert in das Aufnahmefach A eingesetzt, wobei durch das in die Vertiefungen V eingebrachte Wärmeleitmaterial 6, welches zwischenzeitlich eine vorgegebene Festigkeit aufweist, ein verhältnismäßig stabiler Untergrund für das Zellmodul 2 gebildet ist, so dass ein Verkippen des Zellmoduls 2 weitestgehend vermieden ist, wenn sich der Greifer 4 öffnet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Boden
- 2
- Zellmodul
- 3
- Wärmeleitklebstoff
- 4
- Greifer
- 5
- Messeinheit
- 6
- Wärmeleitmaterial
- 7
- Roboter
- A
- Aufnahmefach
- F1
- Fläche
- F2
- Auflagefläche
- V
- Vertiefung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102019135382 A1 [0002]
