用于制造机动车的动力电池的方法以及相应的制造装置

技术领域

本发明涉及一种用于制造机动车的动力电池的方法，其中，动力电池的电池壳体具有用于接纳单体模块的接纳格。本发明还涉及一种用于制造动力电池的制造装置。

背景技术

由现有技术已知例如文献DE 10 2017 128 529 A1。该文献描述了一种机动车电池，即机动车的动力电池，该动力电池具有：电池壳体，该电池壳体具有由壳体框架和壳体底部局部界定的壳体内腔；多个布置在壳体内腔中的电池模块；和至少一个在壳体底部的区域中形成的第一冷却通道，该第一冷却通道用于从第一侧冷却电池模块。壳体内腔在与壳体底部相对的一侧上被壳体顶部或被壳体盖界定，其中，在壳体顶部或壳体盖的区域中，至少一个第二冷却通道被设计用于从第二侧冷却电池模块。

此外，文献DE 103 20 186 A1公开了一种用于将功率半导体构件与冷却体热耦合的导热膏。在此，导热膏由基底材料和至少一种填充材料构成。各个组分具有以下特性：基底材料的动力粘度在25mPa·s和500mPa·s之间，至少一种填充材料由金属颗粒构成，该金属颗粒或填充材料具有小于20μm的颗粒尺寸，导热膏具有填充材料在20％和70％之间的填充度。由此形成的导热膏的比电阻小于100Ωm，并且热阻是3.4W/(K·m)。

发明内容

本发明的目的是，提出一种用于制造机动车的动力电池的方法，该方法相对于已知的方法具有优点，特别是减少了在制造中所需要的导热剂的量。

根据本发明，所述目的通过一种具有权利要求1的特征的用于制造动力电池的方法实现。在此提出，在电池壳体的、界定接纳格的壁上形成有用于与电池壳体的底部间隔开地支承单体模块的支承面，测量在支承面与底部之间的间距，将由所述间距计算出的导热剂的量施加在底部上并且随后使单体模块以支承在支承面上的方式插入接纳格中。

所述方法用于制造动力电池，该动力电池优选作为机动车的组成部分安装，但是也可以与机动车分开地存在。动力电池用于暂时存储特别是用于运行机动车的驱动装置或动力总成的电能。存储在动力电池中的电能就此用于借助于驱动装置或动力总成提供旨在驱动机动车的驱动转矩。

动力电池具有电池壳体和至少一个单体模块。在电池壳体中形成接纳格，该接纳格被设置和设计成用于接纳单体模块。接纳格由电池壳体的底部和壁界定。在壁上形成支承面，这些支承面例如平行于底部延伸。支承面在将单体模块布置在接纳格中后用于支承单体模块。支承面在此如此布置，使得单体模块在其布置在接纳格中后与电池壳体的底部间隔开，而单体模块自身则支承在支承面上。以这种方式，可以可靠地补偿单体模块和电池壳体的尺寸中的公差。

单体模块用于暂时存储电能；单体模块为此具有至少一个电池单体，优选具有多个彼此电连接的电池单体。优选地，在电池壳体中不是仅布置唯一一个单体模块，而是在电池壳体中存在多个单体模块。在这种实施方案中，电池壳体也具有多个接纳格以及多个单体模块，其中，接纳格中的每个分别被电池壳体的底部界定。此外，接纳格被电池壳体的壁彼此分隔。就是说，在接纳格中的每两个接纳格之间存在电池壳体的所述壁之一。在制造动力电池时，优选不仅将单体模块布置在接纳格中，而且还将单体模块电连接。

支承面例如设置在紧固元件上，该紧固元件从电池壳体的至少一个壁或多个壁上突出。该紧固元件优选与所述至少一个壁或多个壁材料锁合地连接，例如与所述至少一个壁或多个壁粘接或焊接。单体模块具有配合支承面，该配合支承面在将单体模块布置在接纳格中之后贴靠在支承面上，特别是平面或面式地贴靠，从而单体模块在接纳格中与底部间隔开地被支承。单体模块就此不与底部接触，并最多间接地与底部连接，即通过导热剂与底部连接。

在动力电池运行期间，特别是在动力电池充电或放电时，在单体模块上或单体模块中生热，而该热必须至少间或地被排出，以便防止单体模块的过高的温度。附加地可以提出，间或地加热单体模块，以便实现快速充电或提供高功率。为此，电池壳体优选被动或主动地被调温，特别是冷却或加热。在被动冷却的范围内，在电池壳体上布置至少一个冷却体，或电池壳体本身局部地被设计成冷却体。在主动冷却的范围内可以提出，电池壳体具有至少一个冷却剂通道，该冷却剂通道在动力电池的运行期间至少间或地被冷却剂通流。为了加热电池壳体，可以附加地或替代地存在加热器件。

为了有效地对单体模块调温必要的是，在单体模块与电池壳体之间建立热连接。为此，在制造动力电池期间，导热剂被引入接纳格中，即被施加在底部上。随后，单体模块被插入接纳格中，从而该单体模块一方面支承在支承面上，另一方面贴靠在导热剂上。该导热剂就此一方面贴靠在单体模块上，另一方面贴靠在电池壳体上，并将单体模块与电池壳体彼此热连接。这种在两侧的贴靠可以在将单体模块与导热剂压紧或者说贴紧的范围内形成。

作为导热剂例如使用多组分的导热剂，该多组分的导热剂就此至少包括第一组分和第二组分。第一组分在此例如是载体材料，第二组分例如是填充材料，其中，导热剂的导热能力主要借助于填充材料来实现。为此，填充材料优选具有比载体材料高的导热能力。导热剂总体上以液体或膏糊的形式存在。膏糊应理解为固液混合物，其中，例如第一组分作为液体存在，而第二组分作为固体存在。例如，第二组分包含金属颗粒或由金属颗粒形成。特别优选地，第二组分在导热剂中所占的比例为至少50％、至少60％、至少70％或至少80％。两种组分的量就此可以以1:1的比例存在于导热剂中。由此借助于导热剂实现了特别良好的导热。此外，通过组分的选择可以控制交联反应，当导热剂被布置在单体模块与底部之间后由于该交联反应发生导热剂的固化。

要施加在底部上的导热剂的量可以根据在底部与单体模块之间的间距以及底部的面积确定。该间距通常相应于在单体模块与底部之间的最大间隙确定，该最大间隙借助于公差链分析确定。在此目的是，在完成了将单体模块插入并固定在接纳格中之后，足够地且过程可靠地润湿热活性的表面以及可靠地填充间隙。然而在底部与单体模块之间实际存在的间距是未知的。如果根据最大间隙计算导热剂的量，则通常将不必要的大量导热剂引入接纳格中。

现在由于这个原因而提出，在将单体模块插入接纳格中之前测量在支承面与底部之间的间距并且由该间距计算出要引入接纳格中的导热剂。这意味着，以在电池壳体的底部与支承面之间的间距的形式准确地确定电池壳体的尺寸，因此实际上在将单体模块插入接纳格中之后存在的、在底部与单体模块之间的间距仅与在测量间距时的测量公差和单体模块的尺寸公差有关。

在任何情况下，与不进行测量并且仅在知道电池壳体的制造公差的情况相比，在知道了在支承面与底部之间的间距的情况下，可以以明显更高的准确度来估计在底部与单体模块之间的间距。相应地，可以以更佳的准确度来估计要引入接纳格中的导热剂的量。在引入所计算的导热剂的量之后，单体模块被这样插入接纳格中，使得该单体模块支承在支承面上。利用所述方法可以实现所需要的导热剂的量的明显减少。

本发明的一个改进方案提出，借助于光学测量装置测量所述间距。也就是说，该间距通过光学路径确定。例如，测量装置使用光电测距方式或激光测距方式。优选地，使用3D扫描仪作为测量装置。这种扫描仪特别可以使用条纹结构光投影(Streifenlichtprojektion)或条纹结构光投影测量法(Streifenlichttopometrie)。光学测量装置允许一方面非常快速地且另一方面以高准确度确定间距。

本发明的一个改进方案提出，使用摄像机作为测量装置。该摄像机在此设计为用于，获取所拍摄图像的深度信息。就此优选使用3D摄像机。例如，该摄像机在使用渡越时间方法的情况下测量在支承面与底部之间的间距。摄像机的使用又能实现在支承面与底部之间的间距的极其快速且准确的测量。

本发明的一个改进方案提出，由在测量装置与底部之间的第一间距和在测量装置与支承面之间的第二间距计算出所述间距。相应地，首先借助于测量装置测量不同的间距、即第一间距和第二间距。第一间距在此位于测量装置与底部之间，第二间距位于测量装置与支承面之间。随后，通过在第一间距与第二间距之间形成差来确定间距，特别是通过从第一间距减去第二间距而得出该间距。这种方法又能特别快速和准确地确定间距。

本发明的一个改进方案提出，由间距和底部的面积计算出导热剂的量。要引入接纳格中的导热剂的量基于间距和底部的面积、特别是底部的应被导热剂润湿的面积而得出。结果，所需要的导热剂的量的准确度明显高于在其它方法中的准确度。

本发明的一个改进方案提出，借助于以确定的速度在底部上运动的施加装置进行导热剂的施加，其中，这样调节该施加装置的导热剂流量/通过量，使得计算出的导热剂的量——特别是以恒定的层厚度——被施加在底部上。施加装置例如可以是喷嘴或者具有喷嘴。施加装置特别是设置和设计成施加毛虫状的导热剂条的形式的导热剂。施加在底部上的导热剂层的厚度一方面由施加装置在底部上运动的速度来确定。另一方面，导热剂层的厚度与导热剂流量相关，导热剂以该流量从施加装置引出并且施加在底部上。

现在优选地提出，预定施加装置的速度，且该速度是恒定的或者遵循至少一个固定地预定的速度曲线。相应地，导热剂的量通过导热剂流量来调节。为此，由计算出的导热剂的量和速度计算出这样的导热剂流量，该导热剂流量确保将计算出的导热剂的量施加在底部上。接下来，在施加装置上设定计算出的导热剂流量。例如提出，导热剂被以恒定的层厚度或者作为毛虫状的导热剂条施加在底部上。在作为毛虫状的导热剂条施加的情况下，导热剂在将单体模块插入接纳格中时被压缩并且在单体模块与底部之间形成导热剂层。所描述的方法确保了以高的过程可靠性在底部与单体模块之间提供导热剂。

本发明的一个改进方案提出，在施加开始和结束时，将导热剂流量调节得高于在开始和结束的时刻之间施加的导热剂流量。在开始之后的确定的时间段和在施加结束之前的确定的时间段之内，选择与在这两个时间段之间不同的导热剂流量。附加地或替代地，在施加开始和结束时可以将速度调节得低于在开始和结束的时刻之间的速度。这两种方式导致在施加开始和结束时施加更大量的导热剂，使得在那里例如层厚度大于在开始与结束之间的层厚度。附加地或替代地，在施加开始和结束时，比在开始与结束之间底部的更大区域被润湿。由此，形成所施加的导热剂的例如一种骨头的形状。这确保了单体模块与电池壳体的特别良好的热连接。

本发明的一个改进方案提出，接纳格是电池壳体的多个接纳格的一部分，其中，对于所述多个接纳格中的每个接纳格单独地测量在相应的支承面与底部之间的间距并且计算出导热剂的量。就此而言，电池壳体不是仅具有唯一一个接纳格，而是具有多个接纳格。在本说明书的范围内针对接纳格的实施方式优选可以转用于所述多个接纳格中的每个接纳格。进一步优选地提出，在接纳格中的每个接纳格中布置多个单体模块之一。因为在支承面与底部之间的间距对于多个接纳格可以彼此不同，所以应当分别单独地测量间距。

本发明的一个改进方案提出，为多个接纳格设定相同的速度，对于多个接纳格中的每个接纳格单独地由分别所需的导热剂的量来计算和设定导热剂流量。即使对于多个接纳格存在不同的导热剂的量，施加装置在底部上运动的速度对于多个接纳格也被设定为相同的或遵循相同的速度曲线。因此，施加在底部上的导热剂的量仅通过相应地选择导热剂流量来调整。由此，现有的制造装置可以以特别的方式和方法被装备用于在本说明书的范围内所阐述的方法。

本发明还涉及一种用于制造机动车的动力电池的制造装置，该制造装置特别是用于实施根据在说明书的范围内的实施形式的方法，其中，动力电池的电池壳体具有用于接纳单体模块的接纳格。在此提出，在电池壳体的、界定接纳格的壁上形成有用于与电池壳体的底部间隔开地支承单体模块的支承面，制造装置被设置和设计为用于，测量在支承面与底部之间的间距，将由所述间距计算出的导热剂的量施加在底部上，随后使单体模块以支承在支承面上的方式插入接纳格中。

制造装置的这种实施方式或所述方法的优点已经被指出。制造装置和用于运行制造装置的方法可以根据在本说明的范围内的实施方式改进，从而就此参照这些实施方式。

附图说明

下面参照附图中所示的实施例更详细地解释本发明，而不限制本发明。在此，图中示出：

图1示出用于制造动力电池的制造装置和动力电池的一部分的示意图。

图2示出动力电池的示意图，其中，在动力电池的电池壳体的接纳格中引入导热剂。

具体实施方式

图1示出用于制造动力电池2的制造装置1和这个动力电池2的一部分的示意图。更详尽地说，在制造装置中仅示出一个测量装置3，而在动力电池2中仅示出一个电池壳体4。电池壳体4具有用于接纳在此未示出的单体模块的至少一个接纳格5。接纳格5向下由底部6界定并且在侧向方向上由壁7界定。在壁7上形成有支承面8，单体模块在其被布置在接纳格5中之后支承在该支承面上。支承面8在此被这样远地与底部6间隔开，使得如果单体模块支承在支承面8上时，该单体模块则与底部6间隔开。

在制造动力电池2期间现在提出，借助于测量装置3测量第一间距z

图2示出在将导热剂9施加在电池壳体4的底部6上之后动力电池2的区域的示意图。导热剂9的层厚度以及因此要施加的导热剂9的量事先由在底部6与支承面8之间的间距计算出。紧接着将未示出的单体模块插入接纳格5中，从而该单体模块贴靠在导热剂9上或嵌入该导热剂中。

由于将由该间距计算出的导热剂的量施加在电池壳体4的底部6上，与始终施加导热剂9的普遍量的方法相比，实现了导热剂9的明显节省。因为对于该普遍量而言，必须始终既考虑电池壳体4的制造公差又考虑单体模块的制造公差。由于使用了在支承面8与底部6之间的测量到的间距，因此无需考虑电池壳体的制造公差。然而，为了补偿测量公差，在此也可以提出，为所测量的间距设置附加值，例如在0.05mm和0.15mm之间的附加值，优选大致或恰好为0.1mm的附加值。以这种方式和方法确保过程可靠地将导热剂9施加在电池壳体4的底部6上。

附图标记列表：

1 制造装置

2 动力电池

3 测量装置

4 电池壳体

5 接纳格

6 底部

7 壁

8 支承面

9 导热剂