DE-102024210634-A1 - Verfahren zur Herstellung einer Traktionsbatterie und Flachdüse zum Auftragen eines Wärmeleitmediums

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Traktionsbatterie, welche ein Batteriegehäuse, mehrere im Batteriegehäuse angeordnete Batteriezellen (110) und eine Kühleinrichtung (300) für die Batteriezellen (110) aufweist, mit den Schritten: - Bereitstellen eines Batteriegehäuseunterteils (200) und wenigstens eines Batteriemoduls (100), das mehrere zu einem Zellstapel angeordnete prismatische Batteriezellen (110) aufweist; - Anordnen des Batteriemoduls (100) im Batteriegehäuseunterteil (200); - Auftragen eines flüssigen oder pastösen Wärmeleitmediums auf die Batteriezellen (110) des im Batteriegehäuseunterteils (200) angeordneten Batteriemoduls (100), wobei das Auftragen des Wärmeleitmediums mithilfe einer Flachdüse erfolgt; - Aufsetzen wenigstens einer die Batteriezellen (110) abdeckenden Kühleinrichtung (300). Die Erfindung betrifft ferner verschiedene Ausführungsmöglichkeiten einer Flachdüse zum Auftragen des Wärmeleitmediums.

Inventors

• Andreas Lemke
• Stefan Faget
• Johanna Lackner
• Kai Schulz

Assignees

• VOLKSWAGEN AKTIENGESELLSCHAFT

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20241105

Claims (10)

1. Verfahren zur Herstellung einer Traktionsbatterie, welche ein Batteriegehäuse, mehrere im Batteriegehäuse angeordnete Batteriezellen (110) und eine Kühleinrichtung (300) für die Batteriezellen (110) aufweist, umfassend die Schritte: - Bereitstellen eines Batteriegehäuseunterteils (200) und wenigstens eines Batteriemoduls (100), das mehrere zu einem Zellstapel angeordnete prismatische Batteriezellen (110) aufweist; - Anordnen des Batteriemoduls (100) im Batteriegehäuseunterteil (200); - Auftragen eines flüssigen oder pastösen Wärmeleitmediums (W) auf die Batteriezellen (110) des im Batteriegehäuseunterteils (200) angeordneten Batteriemoduls (100), wobei das Auftragen des Wärmeleitmediums (W) mithilfe einer Flachdüse (10, 20, 30, 40, 50, 60) erfolgt; - Aufsetzen wenigstens einer die Batteriezellen (110) abdeckenden Kühleinrichtung (300).
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , dass die Flachdüse (10, 20, 30, 40, 50, 60) mittels Roboter bewegt wird.
3. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass vor dem Auftragen des Wärmeleitmediums (W) durch Messung und Auswertung die erforderliche Menge an Wärmeleitmedium (W) exakt ermittelt wird.
4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 3 , dadurch gekennzeichnet , dass für das Auftragen des Wärmeleitmediums (W) eine an die Dicke der prismatischen Batteriezellen (110) angepasste Flachdüse (10, 20, 30, 40) verwendet wird, wobei diese Flachdüse (10, 20, 30, 40) quer zur Stapelrichtung über jede einzelne Batteriezelle (110) hinwegbewegt wird und das Wärmeleitmedium aufträgt.
5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 3 , dadurch gekennzeichnet , dass für das Auftragen des Wärmeleitmediums (W) eine Mehrfachflachdüse (50) verwendet wird, die mehrere jeweils an die Dicke der prismatischen Batteriezellen (110) angepasste Flachdüsen (58) aufweist, wobei diese Mehrfachflachdüse (50) quer zur Stapelrichtung über mehrere Batteriezellen (110) hinwegbewegt wird und das Wärmeleitmedium (W) gleichzeitig auf diese Batteriezellen (110) aufträgt.
6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 3 , dadurch gekennzeichnet , dass für das Auftragen des Wärmeleitmediums (W) eine breite Flachdüse (60) verwendet wird, wobei diese Flachdüse (60) längs zur Stapelrichtung über die Batteriezellen (110) hinwegbewegt wird und das Wärmeleitmedium (W) aufträgt.
7. Flachdüse (40, 60) zum Auftragen eines Wärmeleitmediums (W) bei der Herstellung einer Traktionsbatterie, mit einer schlitzförmigen Ausbringöffnung (41, 61) für das Wärmeleitmedium (W), dadurch gekennzeichnet , dass die schlitzförmige Ausbringöffnung (41, 61) dreiseitig, nämlich an den beiden Kurzkanten und an einer Langkante, von einem Stufenabsatz (44, 64) umgeben ist.
8. Flachdüse (10, 30) zum Auftragen eines Wärmeleitmediums (W) bei der Herstellung einer Traktionsbatterie, mit einer schlitzförmigen Ausbringöffnung (11, 31) für das Wärmeleitmedium (W), dadurch gekennzeichnet , dass die schlitzförmige Ausbringöffnung (11, 31) mit einer Einsenkung (13, 33) ausgebildet ist.
9. Mehrfachflachdüse (50) zum Auftragen eines Wärmeleitmediums (W) bei der Herstellung einer Traktionsbatterie, gekennzeichnet durch mehrere nebeneinander angeordnete und jeweils mit einer schlitzförmigen Ausbringöffnung für das Wärmeleitmedium (W) ausgebildeten Flachdüsen (58) sowie einem Verteiler (59), der das zugeführte Wärmeleitmedium (W) auf die Flachdüsen (58) verteilt.
10. Verwendung einer Flachdüse (10, 30, 40, 60) nach Anspruch 7 oder 8 oder einer Mehrfachflachdüse (50) nach Anspruch 9 zum Auftragen eines Wärmeleitmediums (W) auf Batteriezellen (110) bei der Herstellung einer Traktionsbatterie.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Traktionsbatterie, welche ein Batteriegehäuse, mehrere im Batteriegehäuse angeordnete Batteriezellen und eine Kühleinrichtung für die Batteriezellen aufweist. Die Erfindung betrifft ferner verschiedene Ausführungsmöglichkeiten einer Flachdüse zum Auftragen eines Wärmeleitmediums. Bei einer Traktionsbatterie betreffender Art kann zur thermischen Anbindung bzw. Kopplung der Batteriezellen an die Kühleinrichtung, die sich typischerweise am Boden des Batteriegehäuses befindet, ein sogenanntes Wärmeleitmedium (Thermal-Interface-Material) verwendet werden, das außerdem toleranzbedingte Spaltzwischenräume ausfüllt und daher auch als Gapfiller bezeichnet wird. Bei der Herstellung der Traktionsbatterie wird das Wärmeleitmedium flüssig aufgetragen und kann dann aushärten. Die DE 10 2021 105 211 A1 beschreibt eine Anlage und ein Verfahren zum Anmischen und Applizieren eines Wärmeleitmediums bei der Fertigung von Batterien. Das zuvor angemischte Wärmeleitmedium wird mithilfe eines Roboters zu der zu fertigenden Batterie transportiert und dort mittels Düse ausgebracht, was jedoch nicht näher erläutert ist. Für gewöhnlich wird das flüssige oder gegebenenfalls auch pastöse Wärmeleitmedium als Raupe auf der Innenseite des Gehäusebodens abgelegt und dann beim Einsetzen der Batteriezellen verdrückt bzw. verpresst. Eine andere Möglichkeit ist der sogenannte Injektionsprozess, bei dem das Wärmeleitmedium erst nach der Montage der Batteriezellen in die Spaltzwischenräume eingespritzt wird, wie in der DE 10 2018 208 070 A1 beschrieben. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein weiteres Verfahren zur Herstellung bzw. Fertigung einer Traktionsbatterie bereitzustellen, das insbesondere in Hinblick auf den Applikationsvorgang des Wärmeleitmediums verbessert ist. Die Aufgabe wird gelöst durch das erfindungsgemäße Verfahren des Patentanspruchs 1. Mit den nebengeordneten Patentansprüchen erstreckt sich die Erfindung auch auf verschiedene Ausführungsmöglichkeiten einer Flachdüse zum Auftragen bzw. Applizieren eines Wärmeleitmediums und deren Verwendung. Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich analog für alle Erfindungsgegenstände aus den abhängigen Patentansprüchen, der nachfolgenden Erfindungsbeschreibung (einschließlich optional und beispielhaft beschriebener Merkmale) und den Figuren. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Traktions- bzw. Fahrbatterie umfasst zumindest folgende Schritte:- Bereitstellen eines Batteriegehäuseunterteils oder eines ähnlichen Gehäuseelements und wenigstens eines vorgefertigten Batteriemoduls, das mehrere zu einem Zellstapel angeordnete prismatische, also im Wesentlichen quaderförmige Batteriezellen aufweist;- Anordnen des Batteriemoduls im Batteriegehäuseunterteil und gegebenenfalls Befestigen des Batteriemoduls und/oder elektrisches Anschließen der Batteriezellen;- Auftragen eines flüssigen oder pastösen Wärmeleitmediums auf die Batteriezellen des im Batteriegehäuseunterteil angeordneten Batteriemoduls, wobei das Auftragen bzw. der Auftrag des Wärmeleitmediums mithilfe wenigstens einer Flachdüse erfolgt;- Aufsetzen wenigstens einer die Batteriezellen des Batteriemoduls abdeckenden, insbesondere vollständig oder zumindest teilweise abdeckenden, Kühleinrichtung und gegebenenfalls Aufsetzen eines Batteriegehäuseoberteils bzw. Gehäusedeckels, wobei die Kühleinrichtung vorzugweise als Kühlplatte ausgebildet und insbesondere in das Batteriegehäuseoberteil bzw. in den (Batterie-)Gehäusedeckel integriert ist. Grundsätzlich ist auch eine alternative Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens denkbar, bei der zunächst das Wärmeleitmedium auf die Batteriezellen des Batteriemoduls aufgetragen und danach das Batteriemodul im Batteriegehäuseunterteil angeordnet wird. Im Übrigen eignet sich die Erfindung auch für Traktionsbatterien mit sogenannten Pouchzellen. Bei einer mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Traktionsbatterie befindet sich die Kühleinrichtung nicht mehr am oder im Batteriegehäuseboden, sondern liegt quasi auf den Batteriezellen auf und befindet sich insbesondere im Gehäusedeckel. Dies hat viele Vorteile. Das Wärmeleitmedium kann direkt auf die Batteriezellen bzw. auf deren Zellgehäuse aufgetragen werden. Ferner ist ein indirekter Auftrag möglich, bei dem die Batteriezellen zunächst mit einer Folie, bspw. einer nur wenige µm dicken PET-Folie, abgedeckt werden und dann das Wärmeleitmedium auf die Folie aufgetragen wird. Zum Applizieren bzw. Auftragen des Wärmeleitmediums auf die zu einem Zellstapel (Stack) angeordneten Batteriezellen wird erfindungsgemäß eine Flachdüse (wozu auch eine nachfolgend erläuterte Mehrfachflachdüse gehören soll) verwendet. Selbsterklärend kann das Auftragen des Wärmeleitmediums auch gleichzeitig mittels mehrerer Flachdüsen erfolgen, wofür die nachfolgenden Erläuterungen analog gelten sollen. Die Flachdüse ist so ausgebildet, dass damit das Wärmeleitmedium a