在电池壳体的一部分中布置电池模块的方法和布置设备与流程

本发明涉及一种用于在电池壳体的至少一部分中、例如在下部中布置至少一个电池模块的方法，该电池壳体具有冷却装置。首先提供电池壳体的至少一部分，该电池壳体具有用于装入至少一个电池模块的装入开口，以及提供冷却装置，该冷却装置布置在电池壳体的与装入开口相对的一侧上。冷却装置具有预定的模块安放区域和朝向装入开口的第一侧。此外，至少在预定的模块安放区域中在冷却装置的第一侧上安置导热部件，将至少一个电池模块装入模块安放区域中。然后在朝向冷却装置的方向延伸的按压方向上按压电池模块。本发明还涉及一种用于将至少一个电池模块布置在具有冷却装置的电池壳体的至少一部分中的布置设备/安装设备。

背景技术：

从现有技术中已知，电池模块在安装在电池壳体中时为了热连接而被压在导热部件上、例如一层导热膏——也被称为填隙料——上。电池壳体的一部分、例如底部可以例如由冷却装置提供。通过导热部件将在部分不平的模块壳体底部以及冷却装置之间的隔热的气塞封闭，由此改善了从电池模块向冷却装置的排热。

例如在文献de102013207535a1中描述了，使用这种导热膏来改善电池模块在冷却装置上的热连接。文献de102012214443a1还描述了，在化学基质与单体壳体之间的电池单体内部使用发泡材料形成的塑料基层。通过这种发泡材料，由于电池单体安装造成的压力被均匀地分布在化学基质上。文献de102011052523a1还描述了一种用于接纳电动车辆的动力电池的壳体部件，该壳体部件由多个板件压接而成，在板件之间安置填缝隙的、导热的材料。

然而，在开头所述的情况中——在其中电池模块应被压到填隙料基底上，该填隙料基底位于电池模块与例如由冷却装置形成的壳体底部之间——存在的问题是，在此产生的、既作用在模块或电池单体上又作用在电池壳体上的力可能导致弹性或塑性的变形，而这又是不期望的。这特别是因为，传统的导热膏或填隙料相对粘稠，由此必须使用非常大的力来按压电池模块才能使这种导热膏均匀分布。但是，电池壳体和/或电池模块的相应形状稳定的设计方案不利地造成材料消耗增加、所需的构造空间增加、尤其是重量增加，但正是在与电动车或混合动力车辆的高压电池相联系的情况下，为了提高续驶里程应将这种情况保持在尽可能小的范围内。相应地，即使在较小的按压力的情况下，为了能在按压电池模块时获得足够好的导热膏分布并实现所有气孔的封闭，还需要增加导热膏的量，但是这反过来又不利地增加重量和成本，并降低从电池模块到冷却装置的导热能力。同样或类似的情况也适用于其它导热部件、特别是非糊状的导热部件。

技术实现要素：

因此本发明的目的是，提供一种用于在具有冷却装置的电池壳体的至少一部分中布置至少一个电池模块的方法，以及提供一种布置设备，该布置设备尽可能有效地将电池模块布置在电池壳体中，并通过导热部件使电池模块尽可能有效地连接在冷却装置上。

上述目的通过具有根据各个独立权利要求所述的特征的方法和布置设备来实现。本发明的有利实施形式是从属权利要求、说明书和附图的主题。

在根据本发明的用于在具有冷却装置的电池壳体的至少一部分、例如电池壳体的下部中布置至少一个电池模块的方法中，首先提供电池壳体的至少一部分以及冷却装置，电池壳体的至少一部分具有用于装入至少一个电池模块的装入开口，该冷却装置布置在电池壳体的一部分的与装入开口相对的一侧上。该冷却装置可以形成例如电池壳体的一侧、例如底部。此外，冷却装置具有面向装入开口的第一侧和预定的模块安放区域。此外，至少在预定的模块安放区域中在冷却装置的第一侧上安置导热部件、例如导热膏——也可以被称为填隙料，将至少一个电池模块装入模块安放区域中。例如，可以首先安置导热部件，然后将至少一个电池模块安放在导热部件上，或也可以首先装入至少一个电池模块，然后安置导热部件、例如注入导热部件。此外，在朝向冷却装置的方向延伸的按压方向上将电池模块按压到导热部件上。此外，至少在按压电池模块之前，将配合保持装置/反向保持装置布置在与冷却装置的第一侧相对的且背离装入开口的第二侧上，当在预定的模块安放区域中按压至少一个电池模块时该配合保持装置支承冷却装置。

通过对冷却装置的支承，特别是反向于按压方向，借助于配合保持装置在按压至少一个电池模块时可以有利地防止冷却装置在模块安放区域中沿按压方向拱起。即使在这种冷却装置形成得相对薄的情况下，例如形成为冷却板时，也可以防止这种拱起。通过本发明可以由此带来巨大的优点。如前所述，冷却装置的支承使这种冷却装置形成得明显更薄，从而大大节省了重量和成本。但是，可以使用很大的按压力将电池模块按压到导热部件上并按压到冷却装置上，而不会造成冷却装置朝向按压方向拱起。此外，通过按压电池模块使导热部件特别均匀地分布在电池模块所放置的整个模块安放区域上，也可以防止出现这种拱起。导热部件的均匀性、也就是说导热部件以相同厚度或以相同高度在整个模块安放区域上的分布，还可以提供特别均匀的排热，这对于电池模块的有效冷却特别重要。由于能够使用较大的按压力，因此所需的导热部件的量可以同时保持在很低的水平。因此，在按压电池模块后，在电池模块底部与冷却装置之间产生非常薄的导热部件层。尽管导热部件具有良好的导热能力，特别是具有高于、特别是明显高于空气的导热能力，但此类导热部件的导热能力仍然比金属、例如铝低，因此最好保持导热部件层尽可能薄，以优化从电池模块到冷却装置的热排出，该冷却装置优选具有金属材料、例如铝。相应地，通过根据本发明的措施可以特别有效地排出热。此外，少量的导热部件也能大幅节省成本，同时减轻重量。此外，还可以通过借助于配合保持装置防止在按压方向上的拱起来防止对冷却装置的损害或损坏。总的来说，通过本发明可以使电池模块以特别有效的方式布置在电池壳体中或电池壳体部件中并通过所述布置方法大大提高模块冷却的效率。

导热部件可以是例如导热膏、填隙料、间隙垫、导热粘合剂或类似物等，并且通常是任意形式的用于热连接的材料。

例如，如已经提到的，电池壳体的部分可以是例如电池壳体的下部。在安装至少一个电池模块之后，可以在该下部上安装相应的壳体盖。例如，除了冷却装置之外，这种电池壳体可以在很大程度上形成为挤压结构、例如铝挤压结构。

此外，电池壳体还可以被设计用于接纳多个电池模块。电池模块包括至少一个电池单体、例如锂离子电池单体，然而优选包括多个这样的电池单体。如果电池壳体被设计为用于接纳多个电池模块，则该电池壳体相应也具有多个模块安放区域。例如，电池壳体可划分为用于相应的电池模块的多个接纳区域，所述多个接纳区域例如也可以通过垂直于冷却装置延伸的壁或支架至少局部地彼此隔开。例如，可以形成为冷却板的冷却装置可以布置在挤压结构的底面，或者通常布置在电池壳体的其余部分上，例如以焊接或旋拧连接或以其它方式固定。冷却装置可以为各个电池模块提供多个模块安放区域。相应地，导热部件也可以被安置在相应的模块安放区域上，然后在相应的模块安放区域上装入或放置各个电池模块，并按所述方式进行按压。在这种情况下，电池模块也可以先布置在相关的模块安放区域中，然后再将导热部件安置在相应的模块安放区域中，例如以注射的方式。

至少在按压至少一个电池模块之前，将配合保持装置布置在冷却装置的下侧。例如，可以通过将电池壳体中的要装入至少一个电池模块的部分放置到配合保持装置上来完成此操作。特别是在装入至少一个电池模块之前，特别是在安置导热部件之前，可以将配合保持装置安装在冷却装置的下侧，以便在按压至少一个电池模块时支承冷却装置。

如已经描述的，冷却装置优选地被设计成冷却板。根据本发明的另一有利的实施方式提出，冷却装置被设计成具有冷却通道的冷却板，其中，冷却通道至少局部地通过冷却板的中间区域彼此隔开，没有冷却通道穿过该中间区域延伸。可以有利地使冷却剂或冷却介质流过这种冷却通道来冷却至少一个电池模块，冷却剂或冷却介质可以是液体和/或气体。这允许特别有效地冷却电池模块。通过本发明及其实施方式可以有利地以特别简单且重量轻的方式形成具有冷却通道的冷却板。例如可以通过两个板件、特别是铝板来提供这种具有冷却通道的冷却板，这两个板件为了在中间区域中形成冷却通道而彼此连接，例如压接，例如借助于压焊方法或熔焊等方法。这种板件可以特别设计成薄壁的，这是因为这种板件由于配合保持装置本身不必是形状特别稳定的，就能在按压时防止在按压方向上的拱起。

为了防止在按压至少一个电池模块时冷却通道的压缩，特别有利的是，配合保持装置具有至少一个支承元件，所述至少一个支承元件接触冷却装置的第二侧，从而仅在冷却板的至少一个中间区域中支承。换句话说，配合保持装置可以被设计成仅在冷却通道之间的中间区域中支承冷却板。由此可以有利地实现，按压力可以大部分地在冷却板的中间区域上被导入配合保持装置的支承元件中，由此可以减小作用在冷却通道本身上的力。

此外可以提出，配合保持装置、特别是支承元件本身设计成刚性的。还可以提出，配合保持装置设计有一种空气弹簧系统和/或至少部分地设计有可变形的、特别是可弹性变形的接触面，该接触面大面积地接触冷却装置的下侧，就是说，不仅接触冷却通道之间的中间区域。例如，配合保持装置可以被设计成，使得在按压至少一个电池模块时，该配合保持装置的接触面在沿按压方向起作用的按压力的作用下至少局部地变形，以适应冷却装置的下侧形状。这种可变形的特性、特别是可弹性变形的特性可以例如通过作为配合保持装置的一部分的气动系统、如上述的空气弹簧系统、液压系统和/或液压气动系统来实现。而且，配合保持装置的接触面可以形成为一种弹性膜、例如由弹性体或橡胶形成的弹性膜。配合保持装置的支承元件也可以例如完全由可弹性变形的固体、例如橡胶制成。因此，这为形成配合保持装置提供许多有利的可能性。

此外优选的是，即使在配合保持装置具有多个支承元件用于对冷却板或冷却装置进行大面积地支承的情况下，配合保持装置或这些支承元件也分别反向于按压方向居中地支承冷却板的相应的模块安放区域。

在本发明的另一特别有利的设计方案中，配合保持装置的至少一部分被设计成可沿按压方向运动，并在按压至少一个电池模块期间沿按压方向运动。也可以通过使用刚性的支承元件和可变形、特别是可弹性变形的支承元件形成配合保持装置来实现这一点。通过配合保持装置的此类可动或可移动的设计可显著更好地控制和影响流动特性，从而显著更好地控制和影响导热部件的分布。

进一步有利的是，在按压至少一个电池模块之前，借助于配合保持装置在冷却装置上的模块安放区域中施加与按压方向相反的反作用力，从而在按压之前使冷却装置在模块安放区域中具有反向于按压方向的拱起。换句话说，在按压至少一个电池模块之前，配合保持装置抵靠在冷却装置的下侧上，特别是抵靠在各个模块安放区域中，从而冷却装置在各个模块安放区域中向内部、即朝向装入开口的方向拱起或鼓起。这种拱起导致，在按压至少一个电池模块的开始在模块安放区域的、在其中拱起最大的中央区域中，在按压方向上的按压力也最大。由此实现了，使最初主要在该中央区域中安置的导热部件被特别有效地压向外部，进而在整个模块安放区域上特别均匀地分布。

在按压至少一个电池模块期间，配合保持装置的至少一部分可以有利地在按压方向上运动，直至冷却装置在模块安放区域中平面地取向。换句话说，一方面，初始在与按压方向反向的方向上的拱起通过按压至少一个电池模块，另一方面通过配合保持装置的至少一部分在按压方向上的运动而逐渐减小，直至最终冷却装置在模块安放区域中特别是整体上平面地取向。由此可以实现导热部件的特别有效和均匀的分布。

此外，电池壳体的一部分可以具有沿按压方向延伸的且垂直于按压方向界定所述预定的模块安放区域的边界元件，该边界元件安装在冷却装置上。例如，此类边界元件可以通过横板提供，该横板将各个模块区域彼此分割，例如作为在电池模块之间的一种壁或中间壁。这种边界元件也可以是开头所述的可以形成电池壳体的挤压结构的一部分。然后，冷却板可以紧固在这些边界元件的下侧上，例如与这些边界元件焊接或者旋拧连接或以其它方式紧固。按压力的大部分相应地作用在冷却装置的位于这些边界元件之间的部分上。相应有利的是，配合保持装置被设计成，该配合保持装置正好在这些边界元件之间的区域中支承冷却装置。由此可以有利地防止冷却装置在边界元件之间在按压方向上鼓起或拱起。同时，边界元件也可以被用作止挡元件，如以下详细描述的那样。

在本发明的另一个有利的实施方式中，至少一个电池模块具有模块壳体，在该模块壳体上，在至少两个相对的侧上布置有凸缘，其中，借助于按压工具对电池模块进行按压，该按压工具沿按压方向向凸缘施加按压力。以这种方式，通过凸缘可以为按压力提供特别合适的作用点，该作用点防止在模块本身上的过载，由此可以有利地避免电池模块本身的弹性或塑性变形。这种凸缘不仅可以布置在这种模块壳体的两个相对的侧面上，而且还可以例如设计成完全环绕模块壳体的。由此可以特别有利地在模块壳体上的尽可能大的作用面上分布所需的按压力。在模块壳体中接纳至少一个电池单体，优选也接纳多个电池单体。

此外有利的是，电池模块在按压期间沿按压方向运动，直到凸缘的面向冷却装置的一侧贴靠在边界元件上。因此，边界元件同时也可以用作止挡元件，该止挡元件限制电池模块在按压方向上的运动，并确定运动终点。在此，电池模块也可以有利地通过其模块壳体与电池壳体旋拧连接或以其它方式紧固在电池壳体上。

在按压电池模块后，配合保持装置被移除，并可执行其它安装步骤，例如放置壳体盖，以及将电池壳体与装入的电池模块一起安装到车底保护装置上，或者执行其它安装步骤。最终这样提供的电池、特别是高压电池可以安装在机动车中，优选安装在机动车的底部区域中。

相应地，借助于根据本发明的方法或其实施方式之一所提供的电池装置以及一种具有这种电池装置的机动车也应被视为本发明所公开的。

此外，本发明还涉及一种用于在具有冷却装置的电池壳体的至少一部分中布置至少一个电池模块的布置设备，其中，布置设备被设计成，使至少一个电池模块在冷却装置的预定的模块安放区域中布置在导热部件上的状态下在朝向冷却装置的方向延伸的按压方向上被按压。布置设备还具有配合保持装置，该配合保持装置被设计用于，在布置在冷却装置的一侧上的状态下，当在预定的模块安放区域中按压至少一个电池模块时与按压方向反向地支承冷却装置。

针对根据本发明的方法及其实施方式所述的优点同样适用于根据本发明的布置设备。此外，结合根据本发明的方法及其实施方式所述的方法步骤还可以通过其它相应的主题特征改进根据本发明的布置设备。

本发明还包括所述的实施方式的特征的组合。

附图说明

下面描述本发明的实施例。对此示出：

图1示出根据本发明的一个实施例的布置设备的示意图，该布置设备用于将电池模块布置在具有冷却装置的电池壳体的至少一部分中；

图2示出借助于根据本发明的一个实施例的方法布置在电池壳体中的电池模块的示意图；

图3示出根据本发明的另一实施例的、用于在电池壳体中布置电池模块的方法在按压的第一阶段中的示意图；

图4示出根据本发明的另一实施例的、用于在电池壳体中布置电池模块的方法在按压的第二阶段中的示意图；和

图5示出根据本发明的另一实施例的、用于在电池壳体中布置电池模块的方法在按压的第三阶段中的示意图。

具体实施方式

以下描述的实施例是本发明的优选实施形式。在实施例中，实施形式的所述各部分分别是本发明的可视为彼此独立的各个特征，这些特征也可以彼此独立地改进本发明。因此，本公开也包括了与所示的实施形式的特征的组合不同的其它组合。此外，所述实施形式还可以通过已经描述的本发明的其它特征来补充。

在附图中功能相同的元件设有相同的附图标记。

图1示出根据本发明的一个实施例的布置设备10的示意图。该布置设备用于在具有冷却装置18的电池壳体16的至少一部分14中布置电池模块12。电池壳体16除了在图1中示出的下部14外，还包括合适的盖20，该盖在图2中显示。如图1所示，电池壳体16可以被配置成用于接纳多个电池模块12。在这个示例中，冷却装置18被设计成冷却板，该冷却板具有冷却通道22和将冷却通道22彼此隔开的、位于冷却通道22之间的中间区域24，在这个示例中，该冷却装置形成电池壳体16的底部。为了接纳或安放相应的电池模块12，冷却装置18具有各自对应的模块安放区域26。相应的模块安放区域26由横板28彼此隔开，在这些相应的模块安放区域中仅一个模块安放区域在此示例性地设有附图标记。这些横板28垂直于冷却装置18延伸。为了将电池模块12装入电池壳体16中，电池壳体16、特别是电池壳体的下部14具有相应的装入开口30。在将电池模块12安装在电池壳体下部14中后，可以通过电池壳体16的盖20关闭这些装入开口30。

电池壳体16可以至少部分地形成为铝挤压结构。为了提供各个电池模块12在冷却装置18上的尽可能好的热连接，在相应的模块安放区域26中，在冷却装置18的朝向装入开口30的第一侧32与相应的电池模块12的下侧34之间存在导热部件36、例如导热膏或填隙料。这种导热部件36优选地作为尽可能薄的、具有尽可能恒定的高度的层布置在电池模块12与冷却装置18之间。为了实现这种薄的层，需要非常大的按压力以用于在相应的模块安放区域26中将电池模块12按压到该导热部件36上，该按压力例如在25n/cm²的范围内。同时，为了使该导热部件36能够均匀分布，还必须附加地防止冷却装置在相应的模块安放区域26的中央区域中发生弯曲。同时有利的是，冷却装置18被设计得尽可能轻，就是说具有小的重量。

通过布置设备10可以有利地实现这一点。一方面，布置设备具有配合保持装置38。在本示例中，该配合保持装置38又包括多个支承元件40，该支承元件又支承在与第一侧32相对的、并背离相应的装入开口30的第二侧42上。由此电池模块12可以特别有效地布置在电池壳体16中。为此，首先可以将预定量的导热部件36安置在相应的模块安放区域26中，特别是安置在冷却装置18的第一侧32上。然后可以将相应的电池模块12放置在相应的模块安放区域26上，特别是放置在导热部件36上。另选地，也可以先装入相应的电池模块12，然后注入导热部件36，特别是在电池模块12和冷却装置18之间。然后在朝向冷却装置18的方向延伸的按压方向r上将电池模块12压向导热部件36，特别是抵靠向冷却装置18按压。在按压期间，有利地通过配合保持装置38提供反作用力，即与按压方向r反向的力，从而防止冷却装置18在模块安放区域26中在按压方向r上出现拱起。

此外，在本示例中，支承元件40被布置成，使得该支承元件仅在中间区域24中接触冷却装置18以实现支承。由此可以有利地通过该中间区域24将在按压方向r上起作用的按压力导入相应的支承元件40中。相应地减小了在冷却通道22的壁上的压力。这反过来又实现了冷却装置18的薄壁且进而重量方面较轻的设计，而不必考虑在冷却通道22的区域中可能发生弹性或塑性变形的风险。

为了按压电池模块12，布置设备10还具有按压工具44，借助于该按压工具在电池模块12上施加指向按压方向r的按压力。为了在按压电池模块12时还防止电池模块12本身的变形或损坏，还特别有利的是，这些电池模块12的壳体至少在两个相对的侧面上具有凸缘46，优选完全环绕地具有凸缘，借助于按压工具44在该凸缘上施加按压力来按压电池模块12。

在以所述方式在电池壳体16、特别是在电池壳体的下部14中布置电池模块12后，可以移除布置设备10或使具有电池模块12的电池壳体部件14与布置设备10分离，并可执行后续的安装步骤，以提供最终的电池装置、特别是高压电池。该电池装置在图2中示意性示出。单个电池模块12仍可固定在电池壳体16上、例如固定在横板28上，例如与该横板旋拧连接，然后还可以将电池壳体16的盖20放置在电池壳体下部14上并紧固在其上。包含电池模块12的电池壳体16还可以可选地安装在车底保护装置48上。这对于将电池装置布置在机动车的底部区域中是特别有利的，因为这种车底保护装置48可保护电池模块12和该电池装置的其它部件免受石击和其它环境影响。此外，在车底保护装置48和电池壳体14之间，还可以布置在本示例中形成为梯形板50的间隔元件。

图3、图4和图5示出根据本发明的另一个实施例的用于在电池壳体16或电池壳体的下部14中布置电池模块12的方法在时间上连续的不同按压阶段的图示。同样，借助于布置设备10实现在电池壳体下部14中布置电池模块12，该布置设备还包括具有支承元件40的配合保持装置38，以及还包括用于将电池模块12按压到冷却装置18的模块安放区域26中的导热部件36上的按压工具44。与图1的示例相反，在本示例中，配合保持装置38或其至少一部分、例如支承元件40被设计成可动的，特别是可以沿或反向于按压方向r运动，从而允许导热部件36的特别有利的分布，也允许在模块安放区域26上的特别合适的压力分布。在此示例中，首先可以将预定量的导热部件36安置在对应的模块安放区域26中的冷却装置18上，特别是在如图3所示的中央区域中。然后，将电池模块12放置在导热部件36上，并借助于按压工具44沿按压方向r向导热部件36按压。在按压之前，借助于支承元件40早已向冷却装置18上从下方在模块安放区域26的中央区域上施加了反作用力，即与按压方向r反向，从而可以形成为带有可选的冷却通道22的冷却板的冷却装置18与按压方向r反向地拱起，即在此向上方拱起。在此示例中，该拱起被夸张地画出。该拱起也可能比安装在横板28上的冷却板18的区域高出几毫米。例如，冷却板18在这些横板28之间的中央区域可以高出例如1毫米至4毫米。当电池模块12被按压到冷却板18和位于其上的导热部件36上期间，支承元件40也沿按压方向r运动，但由该支承元件40在冷却装置18上施加与按压方向r反向的反作用力。提供支承元件40的运动减少了冷却板18的拱起，如图4所示，以及导热部件36分散，并从模块安放区域26的中央区域被压向外部。

支承元件40在按压方向r上的运动在图3至图5中通过相应的间距d1、d2和d3示出。这些间距代表在支承元件40的基准点——在本示例中是支承元件的下侧——和横板28的基准点之间的距离，其中，通过支承元件40的运动还增大了这些间距d1、d2、d3，就是说，间距d1小于间距d2，而间距d2又小于间距d3。

在最终位置上，如图5所示，布置在电池模块12的模块壳体上的凸缘46贴靠在横板28上，并且冷却装置18处于平坦的、平面的状态下。在这种状态下，导热部件36均匀且均质地分布在整个模块安放区域26上。

如图3至图5所示，代替唯一一个支承元件40，也可以为每个模块安放区域26设置多个支承元件40。

配合保持装置38也可以例如设计成能至少部分变形的和/或弹性的，和/或包括气动的和/或液压的系统，例如空气弹簧系统等。然而，以相同的方式，也可以在此提供图1中所示的用于支承冷却装置18的配合保持装置，并且该配合保持装置同样也可以设计成可动的。

总之，这些示例示出了，通过本发明如何提供布置设备和方法，该布置设备和方法实现了电池装置的特别有效的构造以及将电池模块与冷却装置特别有效地连接。特别是，由此可以特别有利地形成填隙料的特别低且均匀的层厚度或层强度。