连接电池部件的方法和装置与流程

1.本发明涉及一种用于连接电池部件的方法和相应的装置。


背景技术：

2.电池可能由多个部件组成。部件中的一者可以是电池的框架或电池壳体。电池的一个其它部件可以是电池的一个或多个电池单元模块。一个电池单元模块可以由多个电池单元组成。电池单元在充电和放电时产生热量。这种热量可以通过作为电池的其它部件的冷却装置排出。例如，冷却装置可以连接到电池单元模块的冷却表面。可以在冷却装置和电池单元模块之间布置导热膏用于所述连接。


技术实现要素：

3.因此，本发明要解决的技术问题是提供一种改进的方法和改进的装置，以使用结构上尽可能简单的方式来连接电池的部件。
4.该技术问题由独立权利要求的主题来实现。本发明的有利的进一步实施方式在从属权利要求、说明书和附图中给出。特别地，一个权利要求类别的独立权利要求也可以与另一个权利要求类别的从属权利要求类似地进一步扩展。
5.本发明提出了一种连接电池部件的方法，其中，将电池的框架的隔板作为电池部件的第一部件放置在磁流变的垫部上，并且由此由垫部塑性地模制成型，并且然后在垫部的区域产生磁场，使垫部硬化，其中，电池的至少一个电池单元模块作为电池部件的第二部件被按压到事先涂覆在至少一个部件表面上的导热膏中，同时隔板被硬化的垫部整面地支撑，导热膏被横向分布在电池单元模块和隔板之间。
6.电池可以是一种储存电能的化学装置。例如，电池可以是电力驱动车辆的牵引电池。电池可以包括多个电气上相互连接的电池单元模块。一个电池单元模块可以由多个彼此电连接的棱柱形电池单元组成。电池单元模块可以基本上是方形的。电池的框架可以包括大体上以直角相互连接的梁板，并形成电池的至少一个隔间，所述隔间在一侧由隔板封闭。一个电池单元模块可以被布置在一个隔间里。隔板也可称为隔间的底部。隔板也可以被称为冷却板。在车辆上，框架可以固定到车辆的车身上。电池可以固定到车辆的底部。隔板在安装状态下可由车底护板保护。
7.电池单元模块可以布置在隔板上。在电池单元充电和放电过程中，由于发生的化学过程和电池单元中的电阻而产生的热量可以通过隔板散失。同样，如果电池单元对化学过程来说太冷，则可以通过隔板向电池单元提供热量。隔板的形状可以与电池单元模块的表面基本相同。为了减少热传导阻力，在电池单元模块和隔板之间放置了导热膏。该导热膏可被称为间隙填充膏。在将电池单元模块插入隔间之前，可以将导热膏涂在隔板的表面。也可以在插入之前将导热膏涂在电池单元模块的表面。替代地，导热膏也可以涂在隔板和电池单元模块上。导热膏在被施加或被按压后可以化学固结并具有持久弹性。导热膏可以是一种双组分材料。同样，导热膏可以是单组份材料，不会固结并且不具有持久弹性，即在施
加或按压后基本上保持不变的糊状。
8.磁流变的垫部可以在没有强磁场、特别是在没有人工强磁场的影响下实现塑性变形。垫部的变形能力可以相当于充满粘性或高粘性液体的垫部的变形能力。当强的人工磁场被激活时，垫部的填充物就会变硬，变成基本固体。当施加磁场时，垫部的填充物会凝固或部分凝固。垫部可能有残余弹性。磁场可以由一个可通断的磁铁提供。例如，该磁铁可以是电磁铁。磁铁也可以由几个可以相对位移的永久磁铁组成。在永久磁铁的被动位置(passivposition)，永久磁铁的磁场可能基本上相互抵消。在永久磁铁的主动位置(aktivposition)，永久磁铁的磁场可以叠加。磁铁可以被布置成紧邻垫部周围，这样磁铁的磁场就会以高磁通密度流经垫部。地球磁场对填充物的影响是可以忽略不计的。
9.当把电池单元模块按压到导热膏中时，可以用压力压住电池单元模块。压力可以高到足以使高粘性或糊状的导热膏由于内部液压而横向流动。由于横向流动，导热膏分布在电池单元模块和隔板之间的间隙中，并基本上完全填满了间隙。电池单元模块可以用力受控制的方式压入导热膏，即直到压力达到预定值。电池单元模块可以被压入导热膏，直到它抵靠在隔板上。电池单元模块也可以以路程受控制的方式被压入导热膏，即直到电池单元模块和隔板之间达到预定的导热膏层厚度。由于有硬化的垫部的整面支撑，隔板基本上不会因导热膏中局部产生的高液压而变形。
10.当框架位于磁流变的垫部上时，电池的其它部件可以被组装，或者可以进行制造电池的进一步工作步骤。
11.垫部可以具有弹性外壳和由液体和铁磁材料颗粒组成的填充物。例如，填充物可以由油和铁屑的悬浮物组成。例如，该外壳可以由一层或多层弹性薄膜组成。作为用于柔性外壳的材料，在此考虑pvc或pe薄膜，其可以具有耐温涂层，例如ptfe。当磁场撤销时，由于液体的润滑作用，颗粒可以简单地相互滑动，以形成隔板的轮廓。当磁场穿透填充物时，颗粒会以磁性方式相互粘连，并且只有通过施加大的力才能相对彼此移动。特别地，当磁场被激活时，单个粒子同时与其它多个粒子接触，由此可以实现非常稳定的位置。通过铁磁的直接接触，磁场以高磁通密度流经填充物。垫部可以有多个独立的腔室。这些腔室可以被不同强度的磁场流经，从而具有不同的牢固程度。
12.按压后，磁场可以撤销，以软化垫部。框架可以与电池单元模块一起从软化的垫部上抬起来。通过撤销磁场，垫部的填充物可以很容易地再次变形。在相互连接的部件被抬离后，可以将下一个框架放在垫部上，从而可以再次运行这个过程。这个过程可以以时钟驱动的方式进行。例如，可以将周期时间定为两分钟。
13.导热膏可以以履带的形式被施加。履带之间的距离可以是基本恒定的。履带在按压时可能会被压扁。履带可以以直线的方式被施加。这些履带可以基本平行被施加。按压时，履带之间的距离可以被导热膏填充。在按压过程中，通过导热膏的相对于履带横向的流动，可以以导热膏的近似整面地润湿两个部件。这些履带可以纵向或横向地被施加到电池单元模块的电池单元上。特别是，这些履带可以横向于电池单元被施加。包围在履带之间的空气可以从电池单元之间逸出。
14.至少一个表面的至少一个子区域的拓扑结构可以被三维测量。导热膏可以以特定于拓扑结构的方式施加在子区域。可以对需要特别低的热传导阻力的子区域进行测量。特别是，可以测量要布置导热膏的子区域。不需要布置导热膏的区域可以不进行测量。在制造
公差的范围内，表面可能是不平整的。例如，表面可能在十分之一毫米的范围内不平整。例如，这些表面可以用光学方法测量。特别是，通过框架生产过程中前面的制造步骤，隔板可以具有凹陷和凸起。在凹陷的地方可以比在凸起的地方施加更多的导热膏。凹陷区域中的履带可以比凸起区域中的履带厚一些或直径大一些。这两个表面都可以被测量，并且在将导热膏涂在其中一个表面时，可以考虑这两个表面的拓扑结构。
15.导热膏可以施加在隔板的至少一个子区域。例如，隔板可能比电池单元模块大。为了减轻重量，在梁板和电池单元模块之间或两个电池单元模块之间的隔板区域可以不施加导热膏。当框架靠在垫部上时，隔板的表面可能朝上。因此，在重力的支持下，导热膏的施加可以特别容易地进行。
16.在隔板和垫部之间可以布置冷却装置。冷却装置可以由垫部塑性地模制成型。冷却装置可以具有用于冷却剂的冷却通道。冷却通道可以布置在隔板面向垫部的一侧，在放置过程中可以压入垫部。冷却装置可以是隔板的组成部分。冷却装置也可以放在隔板上并与隔板粘合。
17.按压后，电池单元模块可以螺纹连接在框架上。电池单元模块可以通过螺纹连接的方式固定在框架上。螺纹连接可以使用公差补偿元件进行，以补偿在螺纹连接过程中的形状和位置公差。因此，电池单元模块可以在公差范围内在导热膏上移动，即加热时膨胀，冷却时收缩。
18.电池单元模块可以被压入框架的第一个隔间。电池的至少另一个电池单元模块可以被压入框架的至少另一个隔间。当框架位于垫部上时，可以安装电池的多个或所有电池单元模块。每个隔间可以安装一个电池单元模块。梁板可以将电池单元模块彼此分开，从而在电池损坏时使损坏难以扩散或防止损坏的扩散。
19.此外，提出了一种用于连接电池部件的设备，其中该设备被设计为在相应的装置中执行、实施和/或控制根据前述权利要求之一的方法。
20.为此，该设备可以具有带有致动器的机构或机器人系统，电池的各个部件可以用它来移动，特别是相对彼此移动。此外，磁流变垫部以及用于在垫部区域中产生磁场的电磁铁可以是该设备的一部分。该设备可进一步包括分配器或类似装置，用于施加导热膏。最后，该设备可以包括控制单元，通过该控制单元可以控制该设备的上述各部件单元的功能，以便能够执行前面所述方法的步骤。
附图说明
21.下面将参照附图对本发明的有利的实施方案进行解释。附图中：
22.图1示出了根据一个实施方式的设备的图；
23.图2示出了根据一个实施方式的将电池的框架放置在该设备的磁流变垫部上的图；
24.图3示出了根据一个实施方式的激活所述设备的磁铁的图；并且
25.图4示出了根据一个实施方式的使用设备的按压装置将电池单元模块压入导热膏中的图。
26.这些附图只是示意性的表示，是为了解释本发明的目的。相同或类似作用的元件在整个过程中都有相同的附图标记。
具体实施方式
27.为了便于理解，在下面的描述中保留了图1-图3的附图标记以供参考。
28.图1示出了根据一个实施方式的用于连接电池102的部件的设备100的图。这里，电池102的第一部件104是电池102的框架104。框架104也可以被称为电池102的电池仓。在框架104的隔板106上，在子区域108上施加有导热膏110。这里，导热膏110与隔板106的边缘具有间隔。导热膏110可以被称为间隙填充剂。框架104由梁板112构成，梁板特别地形成矩形隔间114。梁板112在此是隔间114的侧壁。为简化图示，这里显示的框架104只有一个隔间114。例如，另外的隔间114可以被布置成在侧旁邻靠隔间114。隔板106在下部封闭了隔间114。因此，隔板106形成了隔间114的底部。隔板106将梁板112彼此连接起来。
29.在框架104下方布置有磁流变的垫部116，其作为设备100的第一部件。磁流变的垫部116根据流经该垫部116的磁场的磁通密度改变其特性。当磁通密度小于阈值时，垫部是可塑性变形的。当磁通密度大于阈值时，垫部会变硬。
30.垫部116具有弹性外壳和具有磁流变特性的填充物。例如，该填充物包括液体载体介质和铁磁性颗粒。因此，填充物具有很高的粘度。铁磁颗粒可以被磁场磁化。当相应的足够强的磁场穿透垫部116时，颗粒会相互粘连，特别是对作用的压力有很大的抵抗力。在没有磁场的情况下，颗粒被载体介质所包围，并相对滑动。由此垫部能够抱合几乎任意的轮廓。当磁场被激活时，成型的轮廓被保留。
31.在这里，垫部116放在设备100的平坦的底座118上。当磁场撤销并且没有物体放置在上面时，重力导致垫部116的表面变得近乎光滑，因为填充物填满了凹陷并且侧向地流出凸起。
32.在一个实施方式中，导热膏110是以履带的形式被施加在隔板106上的。这些履带基本上相互平行。履带的直径沿其长度方向是可变的。该直径可用于调整隔板106的每一面积上施加多少导热膏。在需要更多导热膏110的位置，可以以较大的直径施加更多的导热膏110，而在需要较少导热膏110的地方，则以较小的直径施加履带。这种定量配给的应用可以例如补偿隔板106和要放在上面的电池单元模块的不平整性。
33.在施加导热膏110之前，可以通过三维地测量隔板106或要施加导热膏110的子区域108来检测不平整度。如果要对电池部件的不平整度进行补偿，也可以对电池模块的要插入导热膏中的表面进行三维测量。根据这一测量结果，就可以针对履带的每个位置确定履带的直径。
34.图2示出了根据一个实施方式的将电池102的框架104放置在设备100的磁流变垫部116上的图。该图与图1所示基本相同。此处不同的是，框架104放置在垫部116上并且隔板106的底侧由磁流变垫部模制成型。由于其填充物的流动性和其外壳的弹性，垫部116整面地抵靠在隔板106上。在此，框架104在垫部116中略微下沉。
35.这里，以底座118通过设备100的抬升装置200将垫部116压在隔板106上。或者，框架104可以通过降低装置降低到垫部116上。
36.在一个实施方式中，隔板106在其底部具有在此未示出的冷却装置。该冷却装置包括突伸出底部的主延伸平面的冷却通道。当框架104被放置在垫部116上时，冷却通道也被三维地模制成型。
37.图3示出了根据一个实施方式的激活设备100的磁铁300的图。该图基本对应于图2
所示。此外，磁铁300在这里被示意性显示，它提供了流经垫部116的磁场302。磁场302使垫部116变硬，并保持降到它上面的框架104的轮廓。
38.图4示出了根据一个实施方式的使用设备100的按压装置402将电池单元模块400压入导热膏110的图。电池单元模块400是电池102的第二部件400。该图与图3所示基本相同。此外，这里的电池单元模块400被布置在隔间114中，并由按压装置402压入导热膏110中。按压也可以被称为安放。磁铁300在按压过程中被接通并提供磁场302。因此，在按压过程中，隔板106整面由硬化的垫部116支撑，因此，通过按压产生的导热膏110中的压力不会使隔板106变形。
39.在一个实施方式中，电池单元模块400在按压后被螺纹连接在框架104上。通过螺纹连接，固定了电池单元模块400相对于框架104的位置。公差补偿元件用于螺纹连接，以便例如在螺纹连接过程中补偿形状和位置公差。
40.在按压后，磁铁300被断开，因此磁场302被撤销。由此垫部116再次变软，电池102可以很容易地从垫部上被抬起来。
41.换句话说，图4示出了在电池系统的模块安放过程中借助mrf(磁流变流体)的适配的抵抗。在电池系统中，在模块安放过程中，通过压缩间隙填充物产生相对高的力。这些力会使得形成将电池模块侧和冷却侧分隔开的框架底部的隔板弯曲。为了防止这种情况，适配的抵抗是有利的。
42.其原因在于框架底部的平整度公差，平整度公差使得以固定几何形状进行的“常规的抵抗”成为不可能。如果在安放模块时，隔板的轮廓没有保持在初始位置，那么计算出的导热膏的数量可能是不正确的，湿润程度也会降低。在过压的情况下，即隔板的弹性和/或塑性变形的情况下，在安放过程后，导热膏和隔板之间可能会出现空气间隙，由此可能会限制热量散失。
43.这种情况可以通过这里提出的方法来防止。在这里提出的方法中，隔板的轮廓借助磁流变液体(mrf)模制成型。在模制成型过程之后，通过激活电磁铁使金属颗粒对齐。这种激活使模具冻结，可以进行模块的安放过程。
44.由于上述详细描述的装置和方法是实施例，因此，在不离开本发明范围的情况下，技术人员可以以习惯的方式对其在很大程度上进行修改。特别是，机械布置和各个元素之间的比例仅仅示例性选择。
45.100 设备
46.102 电池
47.104 第一部件框架
48.106 隔板
49.108 子区域
50.110 导热膏
51.112 梁板
52.114 隔间
53.116 磁流变的垫部
54.118 衬底
55.200 抬升装置
56.300 磁铁
57.302 磁场
58.400 第二部件电池单元模块