DE-102025125496-B3 - Batterie insbesondere für ein Fahrzeug sowie Verfahren zur Herstellung einer solchen Batterie

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Batterie insbesondere für ein Fahrzeug, mit einem Batteriegehäuse, in das in einem Modulsetzprozess zumindest ein Batteriemodul (13, 14) in einer Setzrichtung (S) und mit einer Setzkraft (F S1 , F S2 ) einfahrbar ist. Erfindungsgemäß ist zwischen dem Batteriemodul (13, 14) und zumindest einer Seitenwand (5, 7) des Batteriegehäuses zumindest eine Kraftumlenkeinheit (27) vorgesehen. Diese wandelt beim Einfahren des Batteriemoduls (13, 14) einen Teil der Setzkraft (F S1 , F S2 ) in eine Querkraft (F y , F x ) um, welche auf den Gehäuseboden (1) wirkt, um Bodenunebenheiten (10) zumindest teilweise zu reduzieren.

Inventors

• Peter Kopton

Assignees

• AUDI AKTIENGESELLSCHAFT

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20250701

Claims (10)

1. Batterie bevorzugt für ein Fahrzeug, mit einem Batteriegehäuse, in das in einem Modulsetzprozess zumindest ein Batteriemodul (13, 14) in Setzrichtung (S) und mit Setzkraft (F S1 , F S2 ) einfahrbar ist, bis das Batteriemodul (13) eine Montageposition erreicht, in der das Batteriemodul (13, 14) in thermischem Kontakt mit einem Gehäuseboden (1) des Batteriegehäuses ist, wobei vom Gehäuseboden (1) zumindest eine Seitenwand (5, 7) hochgezogen ist, und wobei insbesondere der Gehäuseboden (1) vor Durchführung des Modulsetzprozesses Bodenunebenheiten (10) aufweist, dadurch gekennzeichnet , dass zwischen dem Batteriemodul (13, 14) und der Seitenwand (5, 7) zumindest eine Kraftumlenkeinheit (27) vorgesehen ist, die beim Einfahren des Batteriemoduls (13, 14) einen Teil der Setzkraft (Fs) in eine Querkraft (F y , F x ) umwandelt, welche auf den Gehäuseboden (1) wirkt, und dass die Querkraft (F y , F x ) geeignet ist, den Gehäuseboden (1) unter Zugspannung (Z) zu setzen und dadurch vorhandene Bodenunebenheiten (10) zumindest teilweise zu reduzieren.
2. Batterie nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , dass das Batteriemodul (13, 14) einen Montageabschnitt (20) aufweist, der in der Montageposition - insbesondere unter Zwischenlage einer Toleranzausgleicheinheit (33) - auf einem Seitenwand-Tragflansch (17) abgestützt ist und in Schraubverbindung (19) mit dem Seitenwand-Tragflansch (17) ist, und dass insbesondere die Schraubverbindung (19) einen Schraubbolzen (21) aufweist, der durch eine Bolzendurchführung (23) des Batteriemodul-Montageabschnitts (20) geführt ist und in Gewindeeingriff (GE) mit dem Seitenwand-Tragflansch (17) ist, so dass der Batteriemodul-Montageabschnitt (20) zwischen dem Bolzenkopf des Schraubbolzens (21) und dem Seitenwand-Tragflansch (17) festgespannt ist.
3. Batterie nach Anspruch 2 , dadurch gekennzeichnet , dass in der Montageposition der Seitenwand-Tragflansch (17), insbesondere die einander zugewandten Kontaktflächen des Batteriemodul-Montageabschnitt (20) und des Seitenwand-Tragflansches (17), in einer, insbesondere planparallel zum Gehäuseboden (1) ausgerichteten Fügeebene (F) liegen.
4. Batterie nach Anspruch 1 , 2 oder 3 , dadurch gekennzeichnet , dass der Seitenwand-Tragflansch (17) an einer Flansch-Knotenstelle (K) kraftübertragend an der Seitenwand (5, 7) angebunden ist, und dass insbesondere der Seitenwand-Tragflansch (17) - in einer Gehäusequerrichtung (y) betrachtet - mit einem Überstand von der Seitenwand (5, 7) in den Gehäuseinnenraum hineinragt.
5. Batterie nach Anspruch 4 , dadurch gekennzeichnet , dass der Seitenwand-Tragflansch (17) ein Bestandteil der Kraftumlenkeinheit (27) ist, und dass bei der Kraftumlenkeinheit (27) ein Flanschabschnitt (29) zwischen der Flansch-Knotenstelle (K) und dem Gewindeeingriff (GE) als Hebelarm wirkt, und dass der als Hebelarm wirkende Flanschabschnitt (29) im Modulsetzprozess die Seitenwand (5, 7) mit der Querkraft (F x , F y ) beaufschlagt, und/oder dass insbesondere der Seitenwand-Tragflansch (17) vor Durchführung des Modulsetzprozesses in einem unverformten Zustand über einen Anstellwinkel (α) aus der Fügeebene (F) entgegen der Setzrichtung (S) schräggestellt ist.
6. Batterie nach Anspruch 5 , dadurch gekennzeichnet , dass im Modulsetzprozess der Batteriemodul-Montageabschnitt (20) am Seitenwand-Tragflansch (17) festgespannt wird, und das Batteriemodul (13, 14) mit der Setzkraft (F S1 , F S2 ) in die Montageposition gedrückt wird, wodurch der als Hebelarm wirkende Flanschabschnitt (29) - unter Aufbrauch des Anstellwinkels (α) sowie unter Schwenkbewegung um die Flansch-Knotenstelle (K) - von seiner unverformten Schrägstellung in die Fügeebene (F) geschwenkt wird, und infolge der Schwenkbewegung der als Hebelarm wirkende Flanschabschnitt (29) die Querkraft (F y , F x ) aufbaut, die über die Flansch-Knotenstelle (K) in die Seitenwand (5, 7) eingeleitet wird, damit der Gehäuseboden (1) unter Zugspannung (Z) gesetzt wird.
7. Batterie nach Anspruch 6 , dadurch gekennzeichnet , dass im Modulsetzprozess die Batteriemodulseite, der eine Kraftumlenkeinheit (27) zugeordnet ist, und die Batteriemodulseite, der keine Kraftumlenkeinheit (27) zugeordnet ist, jeweils mit einem eigenen Setzstempel (35, 37) beaufschlagbar sind, und dass insbesondere der auf der Seite der Kraftumlenkeinheit (27) angeordnete Setzstempel (35) mit einer größeren Setzkraft (F S1 ) gegen das Batteriemodul (13) drückt als der auf der davon abgewandten Seite angeordnete Setzstempel (37), und dass die Setzkraft (F S1 ) des Setzstempels (35) ausreichend groß bemessen ist, um den Seitenwand-Tragflansch (17) von seiner unverformten Schrägstellung in die Fügeebene (F) zu bringen.
8. Batterie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass das Batteriegehäuse quaderförmig ausgebildet ist, und zwar mit dem Gehäuseboden (1) und einem Gehäusedeckel (3) als großflächige Flachseiten und einer umlaufenden schmalen Gehäuseseitenwand (5), die den Gehäuseboden (1) mit dem Gehäusedeckel (3) verbindet, und dass im Gehäuseinneren eine Anzahl von Batteriemodulen (13, 14) angeordnet sind, und dass insbesondere zwischen der Gehäuseseitenwand (5) und zumindest einem der dazu benachbarten Rand-Batteriemodulen (13) die Kraftumlenkeinheit (27) angeordnet ist, und dass insbesondere zwischen der Gehäuseseitenwand (5) und sämtlichen dazu benachbarten Rand-Batteriemodulen (13) Kraftumlenkeinheiten (27) angeordnet sind, und/oder dass insbesondere die Gehäuseseitenwand (5) unterteilt ist in zwei Längswände, die sich in Batterielängsrichtung (x) erstrecken, und in zwei Querwände, die sich in Batteriequerrichtung (y) erstrecken, und dass insbesondere entweder nur die beiden Längswände in Batteriequerrichtung (y) zueinander gegenläufig mit Querkräften (F y ) beaufschlagbar sind, oder nur die beiden Querwände in Batterielängsrichtung (x) zueinander gegenläufig mit Querkräften (F x ) beaufschlagbar sind, oder in Kombination sowohl die beiden Längswände in Batteriequerrichtung (y) zueinander gegenläufig mit Querkräften (F y ) beaufschlagbar sind, als auch die beiden Querwände in Batterielängsrichtung (x) zueinander gegenläufig mit Querkräften (F x ) beaufschlagbar sind.
9. Batterie nach Anspruch 8 , dadurch gekennzeichnet , dass zumindest eine im Gehäuseinnenraum verlaufende Zwischenwand (7) auf dem Gehäuseboden (1) schwimmend gelagert ist, wodurch eine zugspannungsbedingten Relativbewegung zwischen dem Gehäuseboden (1) und der Zwischenwand (7) ermöglicht ist, und dass insbesondere die schwimmende Lagerung als eine Zwischenwand-Verschraubung (31) mit Verschraubungs-Lochspiel realisiert ist, so dass die Relativbewegung unter zumindest teilweisem Aufbrauch des Verschraubungs-Lochspiels ermöglicht ist.
10. Verfahren zur Herstellung einer Batterie bevorzugt für ein Fahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in einem Modulsetzprozess zumindest ein Batteriemodul (13) in einer Setzrichtung (S) und mit einer Setzkraft (F S1 , F S2 ) eingefahren wird, bis das Batteriemodul (13) eine Montageposition erreicht, in der das Batteriemodul (13) in thermischem Kontakt mit einem Gehäuseboden (1) des Batteriegehäuses ist, wobei vom Gehäuseboden (1) zumindest eine Seitenwand (5, 7) hochgezogen ist, und wobei insbesondere der Gehäuseboden (1) vor Durchführung des Modulsetzprozesses Bodenunebenheiten (10) aufweist, dadurch gekennzeichnet , dass zwischen dem Batteriemodul (13) und der Seitenwand (5, 7) zumindest eine Kraftumlenkeinheit (27) vorgesehen ist, die beim Einfahren des Batteriemoduls (13) einen Teil der Setzkraft (F S1 , F S2 ) in eine Querkraft (F y , F x ) umwandelt, welche auf den Gehäuseboden (1) wirkt, und dass die Querkraft (F y , F x ) geeignet ist, den Gehäuseboden (1) unter Zugspannung (Z) zu setzen und dadurch vorhandene Bodenunebenheiten (10) zumindest teilweise zu reduzieren.

Description

Die Erfindung betrifft eine Batterie insbesondere für ein Fahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie Verfahren zur Herstellung einer solchen Batterie nach dem Oberbegriff des Anspruchs 10. Eine derartige Batterie ist bevorzugt als Traktionsbatterie ausgeführt und weist ein Batteriegehäuse auf, in das ein eine Vielzahl von Batteriemodulen in einem Modulsetzprozess in Setzrichtung und mit einer Setzkraft eingefahren werden, und zwar bis Erreichen einer Montageposition, in der die Batteriemodule in thermischem Kontakt mit einem Gehäuseboden des Batteriegehäuses sind. Der Gehäuseboden kann eine Doppel-Blechlagenstruktur sein, in der Kühlmitteldurchströmte Kanäle eingearbeitet sind. Vom Gehäuseboden sind typischerweise Seitenwände hochgezogen, die den Gehäuseinnenraum in Teilfächer unterteilen, in denen jeweils ein Batteriemodul einsetzbar ist. Jedes der Batteriemodule ist über Schraubverbindungen im Batteriegehäuse montiert. Ein Problem bei einer solchen Traktionsbatterie besteht darin, dass der Gehäuseboden vor Durchführung des Modulsetzprozesses häufig mit Bodenunebenheiten behaftet ist, die auf Fertigungstoleranzen sowie auf mechanische Spannungen zum Beispiel aus Schweißprozessen oder Montageverzügen zurückzuführen sind. Diese Bodenunebenheiten erschweren ein vollflächiges Anliegen der Batteriemodule an dem Gehäuseboden. Ein gleichmäßiger thermischer Kontakt zwischen Batteriemodul und Gehäuseboden kann nicht über den gesamten Fertigungsprozess hinweg zuverlässig sichergestellt werden. Zur Kompensation dieser Bodenunebenheiten ist herkömmlicherweise eine flächig aufgetragene Wärmeleitpaste erforderlich. Diese vergrößert zwar die Kontaktfläche zwischen Batteriemodul und Gehäuseboden; zugleich besitzt jedoch die Wärmeleitpaste eine thermische Dämmeigenschaft, die den Wärmeübergang zwischen Batteriemodul und Gehäuseboden verschlechtert. Dies wirkt sich negativ auf die Temperaturführung innerhalb der Batterie aus und kann zu Effizienzverlusten im Betrieb führen. Im Übrigen ist der Materieleinsatz von Wärmeleitpaste mit hohen Kosten verbunden. Aus der DE 10 2017 120 544 B4 ist ein Batterieträger für ein Elektrokraftfahrzeug bekannt. Dieser weist in einem Biegebereich zwischen Boden und Seitenwand eine seitlich nach außen orientiert abstehende Ausbauchung auf. Aus der DE 10 2017 119 467 B4 ist eine Batterieeinrichtung bekannt, die eine Vorspanneinrichtung mit Keilelementen aufweist. Aus der US 9 853 257 B2 ist ein einstückig geformtes Batterieträgersystem zur Aufnahme und zum sicheren Transport zylindrischer Batterien bekannt. In dem System wird durch elastische Seitenflächen und Rippen eine Fixierung ohne direkten Kontakt zur Bodenfläche ermöglicht. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Batterie bereitzustellen, bei der der Materialeinsatz von Wärmeleitpaste im Vergleich zum Stand der Technik in einfacher Weise reduzierbar ist und/oder ein verbesserter thermischer Kontakt zwischen dem Batteriemodul und dem Gehäuseboden des Batteriegehäuses ermöglicht ist. Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruches 1 oder 10 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart. Die Erfindung betrifft eine Batterie bevorzugt für ein Fahrzeug, bei der ein Batteriemodul in einem Modulsetzprozess in ein Batteriegehäuse eingefahren wird, wobei das Modul in seiner Montageposition in thermischer Verbindung mit einem Gehäuseboden steht. Diese Maßnahme ermöglicht eine prozesssichere Positionierung des Moduls sowie einen gezielten thermischen Übergang vom Modul in die Bodenstruktur. Der Gehäuseboden ist mit einer Seitenwand hochgezogen, wodurch eine randseitige Abstützung der Module möglich ist. Dies schafft eine definierte Geometrie für die Lasteinleitung aus dem Modul in das Gehäuse und ermöglicht eine modulare Gestaltung der Batterie. Vor Durchführung des Modulsetzprozesses weist der Gehäuseboden Bodenunebenheiten auf, was der Realität großflächiger Umformteile entspricht. Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 ist folgende Maßnahme getroffen, um die Bodenunebenheiten zu reduzieren: So ist zwischen dem Batteriemodul und der Seitenwand eine Kraftumlenkeinheit vorgesehen, die beim Einsetzen des Moduls einen Teil der Setzkraft in eine Querkraft umwandelt. Diese Maßnahme ermöglicht eine gezielte mechanische Beeinflussung der Gehäusestruktur im Montagevorgang, wodurch ein rein passiver Toleranzausgleich entfallen oder reduziert werden kann. Die Querkraft ist geeignet, den Gehäuseboden unter Zugspannung zu setzen und dadurch vorhandene Bodenunebenheiten zumindest teilweise zu reduzieren. Hierdurch wird eine planere Kontaktfläche zwischen Modul und Boden erzeugt, was den thermischen Kontakt verbessert und die Dicke von Wärmeleitpasten oder Gap-Fillern signifikant reduziert. In einer technischen Umsetzung weist das Batteriemodul einen Montageabschnitt auf, der in der Montageposition auf einem Seitenwand-Tragflansch abgestützt ist und in Schraubverbindung mit diesem befestigt ist.