CN111490195B - 用于提供电池设备的电池装配方法和电池设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于提供电池设备(30)的电池装配方法，该电池设备(30)具有至少一个电池模块(32)、冷却装置(36)和框架(38。在此，为了将电池模块(32)固定在冷却装置(36)的第一侧(36a)，将电池模块(32)粘接在第一侧(36a)的模块支承区域(44a)中，而没有将框架(38)固定在冷却装置(36)处，冷却装置(36)具有提供第一侧(36a)的分隔元件(44)，该分隔元件具有边缘区域(44c)和过渡区域(44b)，其连接边缘区域(44c)与模块支承区域(44a)，分隔元件(44)至少在过渡区域(44b)中是弹性可变形的，在粘接电池模块(32)之后，放置框架(38)，使得框架(38)的至少一部分(38b)处在分隔元件(44)的边缘区域(44c)上。

Description

用于提供电池设备的电池装配方法和电池设备
技术领域
本发明涉及一种用于提供电池设备的电池装配方法，该电池设备具有至少一个电池模块、用于冷却至少一个电池模块的冷却装置和框架，至少一个电池模块固定在冷却装置的第一侧，框架至少固定在至少一个电池模块上。本发明还涉及一种用于机动车的电池设备。
背景技术
由现有技术已知的用于机动车的电池设备、尤其高压电池典型地具有电池壳体，在该电池壳体中容纳有单个的电池模块。电池壳体可包括壳体底部以及框架，框架在一定程度上提供壳体的侧壁，以及还可选地包括其他分隔壁，以便使单个电池模块的容纳区域彼此分开，并且提供用于相应的电池模块的固定可行性。在电池底部的下侧典型地固定有用于冷却电池模块的冷却装置。在此，冷却装置还可提供壳体底部本身。
在此，图1示例性地示出了根据现有技术的(SdT)电池设备10，其具有电池模块12、同时还可以是冷却装置16的壳体底部14、框架18，壳体底部14借助于固定元件20(通常、但不仅仅是螺栓)固定在该框架处。为了实现电池模块12至冷却装置16的良好散热，电池模块12应尽可能靠近地贴靠壳体底部14。为了在电池模块12、更确切地说其下侧与壳体底部14之间不存在具有隔热作用的气隙，典型地在电池模块12和壳体底部14之间引入所谓的间隙填充物22，或替代地还引入所谓的间隙垫。这种间隙垫为一种类型的袋子，其装有凝胶状物质。这种间隙填充物22典型地为相对有粘性的导热膏。它例如可首先被施加到壳体底部14，并且紧接着可安装电池模块12，并且将电池模块朝着壳体底部14按压。在此，在图1中通过箭头24说明了电池模块12的压装。由于通常非常高的压装力24，间隙填充物22典型地通过以下方式分布在电池模块12和壳体底部14之间，即，间隙填充物被朝外压，这通过箭头26来说明。
然而，在该方法中产生很多问题。一方面，壳体底部14典型地不是平坦的，这在图1中通过高度差进行了说明，例如壳体底部14的少许的拱弯。该事实首先引起所说明的间隙填充物22的必要性，因为没有间隙填充物22就在电池模块12的典型地平坦的底部和不平坦的壳体底部14之间产生空气桥接部。然而，这种间隙填充物22具有的缺点是：一方面相对昂贵且导致电池设备10的明显更高的重量，另一方面，其导热能力还不如金属，从而厚的间隙填充层反而削弱冷却效率。此外，如果间隙填充层不一样厚，结果还在冷却电池模块12时引起不期望的不均匀性。此外，该布置方案的另一很大的缺点是，在没有附加的公差补偿元件的情况下，不可工艺可靠地实现在电池模块12和框架18之间的硬拧操作，该硬拧操作用于将电池模块12固定在框架18处。在使用其他的固定器件时同样出现类似的固定问题。由于壳体底部14的不同的拱弯，因此电池模块12的旋接凸缘12a通常不可与框架18的对应的旋接凸缘18a贴靠，而是存在或多或少的大的间隙。为了补偿间隙，使用提到的公差补偿元件，其布置在凸缘12a、18a之间，并且在拧紧时补偿在两个凸缘12a，18a之间的公差。附加元件又引起附加的成本和重量。因此，值得期望的是一种更高效的电池装配方法以及更高效的电池设备。
DE 10 2016 009 972 A1说明了一种单体块，其具有由多个电池单个单体构成的单体组，电池单个单体在中间放置有分隔壁的情况下堆叠成单体组。为了补偿在堆叠方向上的由于公差引起的长度偏差，分隔壁集成有可弹性变形到确定厚度的板状的补偿件。为了提供公差补偿，在此同样不可避免使用补偿件。此外，在此没有说明如何能实现与冷却装置的高效连接以及如何将电池模块固定在框架上。
WO 2013/171205 A1说明了用于车辆电池的冷却装置，其具有至少一个冷却管路和单独的压装元件，该压装元件弹性地构造，以便将冷却剂管路以给定的方式按压在车辆电池的外侧。为了将冷却装置按压到电池外侧，在此需要非常昂贵的压装装置，其需要非常大的结构空间。
此外，DE 10 2013 021 549 A1说明了一种高压电池，其具有单体块，单体块包括彼此夹紧的多个电池单个单体。在电池单个单体之间布置有相应的冷却板。在此，电池单个单体可与单体支架或冷却板的相对而置的两侧通过面相粘接。然而，在此同样没有说明与框架或可通过冷却剂流经的冷却装置连接的可行方案。
此外，DE 10 2012 018 045 A1说明了一种电池，其具有电池单个单体的组，电池单个单体相应具有电极堆栈，其构造成焊接在膜之间。在此，电池单个单体夹紧在单体框架之间，并且堆叠成组。在此，电池单个单体的接触金属箍又通过电绝缘、但导热的材料(其例如可为填料或导热膜)与冷却装置连接，冷却装置以主动冷却板的形式来构造。然而，由此又引起和参考图1关于使用间隙填充物说明的那样的相同的缺点。
发明内容
因此，本发明的目的在于，提供一种电池装配方法和电池设备，其能够实现电池模块与冷却装置的尽可能简单且高效的结合，并且能够实现将电池模块简单地固定在框架处。
该目的通过具有根据下述特征的电池装配方法和电池设备来实现。
对于根据本发明的、用于提供电池设备的电池装配方法，该电池设备具有至少一个电池模块、用于冷却至少一个电池模块的冷却装置和框架，将至少一个电池模块固定在冷却装置的第一侧，将框架至少固定在至少一个电池模块上。在此，为了将至少一个电池模块固定在冷却装置的第一侧，将至少一个电池模块粘接在冷却装置的第一侧的模块支承区域中，而未将框架固定在冷却装置处。此外，冷却装置具有提供第一侧的分隔元件，该分隔元件具有边缘区域和过渡区域，过渡区域连接边缘区域与模块支承区域，分隔元件至少在过渡区域中弹性可变形的地构造。在此，在粘接至少一个电池模块之后，将框架放置到由至少一个电池模块和冷却装置构成的组件上，使得框架的至少一部分处在分隔元件的边缘区域上。
由于框架的部分所处的边缘区域弹性可变形地与布置电池模块的模块支承区域结合，可有利地提供公差补偿，其有利地实现电池模块无需任何补偿元件地固定在框架处，并且所述固定例如实现为螺纹连接，对于该螺纹连接，现在可通过有利地提供的公差补偿在没有任何中间元件或补偿元件的情况下同样实现牢固的螺纹接合。虽然框架固定在至少一个电池模块上优选地通过螺纹连接来实现，固定也可以附加地或替代地通过任意其他的固定可行方案或固定器件来实现，例如通过焊接，尤其热焊接、激光焊接、点焊等等，和/或借助于冲头-铆钉-元件和/或夹紧或夹紧元件等等。对于借助于这种固定器件或固定可行方案的固定，通过本发明仍然同样得到特别稳定的连接的相同优点，而无需附加的补偿元件。此外，本发明的特别大的优点首先在于，电池模块粘接在冷却装置的第一侧，而未将框架固定在冷却装置处。在此，框架可尤其此后才固定在冷却装置上或完全没有固定在冷却装置上。这基于的认识是，即使冷却装置的第一侧、尤其在电池模块支承区域中，具有不平坦性或拱弯，可由此通过以下方式简单地补偿这种拱弯或不平坦性，即，将电池模块放置到冷却装置的第一侧。典型地，为此，电池模块的自重已经足以使稍微变形的冷却装置变为平面。否则还可在放置时同样将轻微的压装力朝冷却装置的方向施加到电池模块上。然而，由于冷却装置不是固定在框架处，现在可使冷却装置变平，因为冷却装置可在放置电池模块时朝垂直于放置方向的方向扩展，因为现在冷却装置在其位置方面有利地在放置至少一个电池模块时没有由于固定在框架处而被固定。如果例如可构造为薄的冷却板或冷却底部的冷却装置以相对而置的两端固定在框架处，则向内或向外的轻微的拱弯便不能通过施加压装力来补偿，因为冷却装置的端部是固定的，并且因此不能朝任何方向移动。而本发明能够有利地实现完全取消上文说明的间隙填充物，并且电池模块例如可仅仅通过导热的粘接材料与冷却装置结合。这种粘接材料层可相应地比典型的间隙填充层明显更薄地来设计，并且此外，由于冷却装置在模块放置在模块支承区域上时的状态中的平坦性以及模块底部的平坦性，这种粘接材料层可非常均匀地实施。由此可明显提升冷却效率，因为从电池模块到冷却装置的热路径的导热能力明显提高，并且此外还在电池模块的整个下侧设计得明显更均匀。总之，通过本电池装配方法可实现优于先前方法的很多优点，因为可通过取消间隙填充物以及通过能够取消用于实现在电池模块和框架之间的牢固的螺纹接合的大量补偿元件，显著节省了重量和成本，并且同时可明显提升冷却效率。
一方面，框架可以是独立的单元，并且同样单独地来提供。然后，可将通过电池装配方法提供的电池设备布置在机动车处，例如布置在机动车的底部区域中。为此目的，电池设备例如可通过框架固定在机动车处。事先或紧接着，也可以是电池设备在上侧、即在框架的背对分隔元件的一侧设有可布置和固定在框架上的罩盖，和/或在下侧设有底部行驶保护，其可布置在冷却装置、尤其分隔元件的下侧，和/或可布置在框架处。
但是，替代地，框架也可以是非独立的单元，而是为机动车的一部分。优选地，框架通过机动车的车辆底部的车辆结构的一部分提供。框架的至少一部分例如可同时为机动车的横向和/或纵向承载结构的一部分。这具有的很大的优点是，由此可附加地节省重量和构件。电池设备在此还是可以在上侧、即在框架的背对分隔元件的一侧或底部的提供框架的机动车结构上设有可布置和固定在框架上的罩盖，和/或在下侧设有底部行驶保护，其可布置在冷却装置、尤其分隔元件下侧，和/或同样可布置在框架处。但是特别在这种情况下，总体而言，还可将将框架放置由至少一个电池模块和冷却装置构成的组件上理解成，框架在放置期间位置固定地布置或来保持，即没有运动，并且例如使由至少一个电池模块和冷却装置构成的组件从下面朝框架的方向运动，并且布置在框架上，使得框架至少一部分处在分隔元件的边缘区域上。
在此，至少一个电池模块通常可包括至少一个电池单体，例如锂离子单体。然而，至少一个电池模块优选地包括多个电池单个单体，其可布置在电池组中。电池单个单体优选地为柱形单体。但是，电池单体原则上也可构造为袋式单体。
在此，用于冷却至少一个电池模块的冷却装置优选地构造为主动冷却装置，并且相应地为了至少一个电池模块的散热而使用冷却介质或冷却剂，其通常可为气态和/或液态。优选地，冷却装置具有可供冷却剂流经的冷却通道。在此，冷却装置可构造为冷却底部，从而上文提到的分隔元件同时提供至少一个冷却通道的侧壁。换句话说，冷却剂在此直接接触分隔元件的至少一个区域。但是，冷却装置还可具有单独的冷却单元，其例如可作为具有冷却通道的冷却板来提供，其中，冷却板又可由薄板形成，在它们之间形成冷却通道，其中，冷却单元又布置在分隔元件处，例如粘接到分隔元件处，并且由此提供冷却装置。在这两种情况下，通过分隔元件提供高电压室与湿室的分隔，这简化了整体构造，因为可取消附加的绝缘和安全措施。。
如上文说明的那样，分隔元件至少在过渡区域中是弹性可变形的。对此应优选地理解成，分隔元件在过渡区域中在相应地将力施加到例如分隔元件的边缘区域上时可弯曲，并且在弯曲时由于其弹性可变形性而提供相应的回位力，该回位力与引起弯曲的变形力相反。因此，这种弹性可变形性优选地不理解成分隔元件的弹性的可压缩性，而是仅仅理解成，分隔元件在过渡区域中构造成使得其在产生相应的回位力的情况下可弯曲。在此，分隔元件不必一定仅仅在过渡区域中弹性可变形地来构造，而是例如还可附加地在边缘区域中以及还总体地例如还在模块支承区域中弹性可变形地来构造，尽管在模块支承区域中也不需要这种弹性可变形性。
在此，特别有利的是，分隔元件作为分隔板来提供，即，作为具有最大厚度为一毫米的板，例如厚度在在0.8毫米和1.0毫米之间的范围中。通过例如由铝或其他金属或合金构造为这种薄板，可以特别简单且经济的方式提供分隔元件的上文说明的弹性可变形性，亦即，在这种情况下总体提供，并且不仅仅是在过渡区域中来提供。由此可以特别简单和经济的方式提供在放置的框架和至少一个电池模块之间的公差补偿，以便能在电池模块和框架之间螺纹连接时实现牢固的螺纹接合。但是，分隔元件也可以按其他方式在过渡区域中弹性可变形地来构造，例如在过渡区域中具有弹性可变形的塑料等等。上文提到的框架可以在此提供电池壳体的其余部分。框架尤其可以如开头说明的那样来构造，并且可提供电池壳体的侧壁以及在多个电池模块的容纳区域之间的可选的其他的分隔壁，以用于固定电池模块。此外，电池设备优选地还具有多个电池模块，从而通过电池设备例如可提供用于机动车、尤其电动车的高压电池。
因此，本发明的另一有利的设计方案是，多个电池模块粘接在冷却装置的第一侧的模块支承区域中，其中，电池模块在其布置在模块支承区域中之前按照它们的布置方式彼此固定，并且将电池模块的固定好的组件放置到冷却装置的第一侧且进行粘接。因此可有利地明显更高效地进行电池装配，因为不必单个地放置和固定每个电池模块。例如可在将电池模块放置到分隔元件上之前，首先将电池设备的所有的电池模块按照它们的布置方式彼此固定。然后电池设备可整体地例如由合适的抓取和保持装置抓取，并且放置到分隔元件或在分隔元件上的粘接材料上。模块可彼此明显更简单地相互连接，如果他们尚未放置到具有上面有粘接材料的分隔元件上。因此可在电池装配时实现节省大量时间。此外，针对相应的电池模块还可在分隔元件上设置分配的模块支承区域。
此外，可考虑的是，高压电池的所有电池模块放置在共同的分隔元件(其因此一体形成)上并且进行粘接。但也可以考虑的是，首先提供由如上文说明的那样的一个或多个电池模块和分配的冷却装置构成的多个单个的组件，并且然后将框架放置到多个组件上，并且固定在相应的电池模块上。例如可首先将具有事先彼此固定好的多个电池模块的第一电池模块组放置到分配的冷却装置、尤其其分隔元件上并且进行粘接。然后可将这种第二电池模块组放置到另一冷却装置、尤其其分隔元件上并且进行粘接，依次类推。然后可将如此提供的模块组与分配的冷却装置以其期望的布置方式彼此进行定位，并且紧接着将框架放置到该布置结构上，并且与电池模块螺纹接合。由此有利地提供用于电池装配的多种灵活方案，其可根据要求或情况来适配地选择。
在本发明的另一有利的设计方案中，在放置框架之后，使框架与至少一个电池模块螺纹接合，从而在框架和至少一个电池模块螺纹接合的状态中，框架的与框架一体形成的一部分与至少一个电池模块的一部分直接接触地贴靠。电池模块的该部分和框架的该部分如又可形成如开头说明的那样的对应凸缘。凸缘或通常电池模块和对应的框架的两个部分现在可有利地在分隔元件的过渡区域的弹性弯曲的情况下直接支承，因为在待螺纹接合的两个部分之间的可能的公差或高度可有利地通过分隔元件、更确切地说由于分隔元件的在边缘区域或过渡区域中的弹性可变形的构造来补偿。因此，在没有附加的辅助器件、例如附加的补偿元件的情况下，可实现有利地特别稳定且牢固的螺纹接合。在此，相应的电池模块例如可在四个拧紧点处与框架螺纹接合。
原则上框架不必固定在冷却装置上、尤其是不必固定在分隔元件上，这是因为框架固定在电池模块上，并且电池模块通过说明的粘接连接又固定地布置在冷却装置上。虽然如此，为了提高设备的稳定性，仍可以将框架直接固定在分隔元件处。然而，在此优选的是，在放置框架之后，框架与分隔元件仅在分隔元件的边缘区域中螺纹接合。在此，仅仅在边缘区域中的这种固定完全足够，因为如所说明的那样，电池模块总归固定地在分隔元件处通过粘接连接来固定，电池模块在另一侧还通过说明的螺纹连接固定地与框架连接。由此可有利地节省附加的固定器件。但仅仅在分隔元件的边缘区域中将框架固定在分隔元件处的特别大的优点尤其是，由此可进一步提升冷却效率。例如如果在分隔元件或冷却装置与框架之间附加地在各个电池模块之间的区域中实现螺纹连接，则螺纹连接的螺栓同样附加地通过冷却装置来冷却，由此冷却功率的很大一部分受到损失，并且不可用于冷却电池模块本身。通过将框架仅仅固定在分隔元件的边缘区域中可相应有利地将冷却功率损失降低到最小，并且电池模块的冷却还设计得更有效。
在本发明的另一有利的设计方案中，框架具有撑杆，其在框架放置到由至少一个电池模块和冷却装置构成的组件上的状态中至少与分隔元件的模块支承区域相垂直，其中，撑杆在背对分隔元件的一侧具有加宽部，其形成伸出部，该伸出部沿与撑杆的伸延方向垂直的方向上伸出到至少一个电池模块的至少一部分上，该伸出部具有至少一个螺纹孔，其中，为了使框架与至少一个电池模块螺纹接合，使螺杆穿过螺纹孔并且至少部分地拧入电池模块的该部分中或旋拧穿过电池模块的该部分。换句话说，所说明的撑杆可在截面中构造成T形，并且因此至少部分地以其相应的加宽部伸出到电池模块的一部分上，尤其是超出相关的电池模块的边缘区域，其例如可同时提供旋接凸缘。由此可特别简单地实现框架与相应电池模块的螺旋接合。在此，这种螺旋结合可尤其首先以特别节省结构空间的方式实现。因此，这同样尤其是可行的，因为当将框架从上面放置到组件上时，至少一个电池模块已经放置在冷却装置或分隔元件上。如果首先已经将框架固定在冷却装置或分隔元件处，并且事后安装模块，则这如在现有技术中惯常的那样，因此不可实现具有这种伸出部的所说明的撑杆，因为此时不再能安装模块。
在本发明的另一有利的设计方案中，沿伸出部的纵向延伸方向，多个螺纹孔彼此以确定的间距布置在伸出部中，其中，根据电池模块的相应的模块大小和/或电池模块彼此的布置来从多个螺纹孔中选择用于使框架与电池模块螺纹接合的螺纹孔。通过在螺纹孔在孔图中的预置方案可提供灵活的模块网格(Modulraster)，其允许灵活的、尤其不同的模块大小。在此，电池设备尤其还可具有不同模块大小的电池模块。由此可有利地在电池中同时使用具有不同特性的电池模块。电池模块还可相对彼此非常灵活地布置。这在提供高压电池方面有利地允许明显更大的灵活性。
此外，本发明及其实施方式的特别大的优点还在于，通过说明的电池装配方法，还可以使用比以前明显更大的电池模块。如果将电池模块如在现有技术中常见的那样放置在与框架已经连接的壳体底部和尤其存在于壳体底部上的间隙填充物上，则为了使间隙填充物在模块底部和壳体底部之间尽可能均匀地分布，必须将电池模块尽可能牢固地压紧到壳体底部处。在压紧过程中必须同时保证，电池模块本身在此没有受损。在此，电池模块越大，在电池模块没有损伤的情况下的这种压紧相应地就越困难，因为一般在这种装配方法中不可使用特别大的模块大小。然而，因为本发明能够实现将模块放置到分隔元件上，而在此无须将大的压紧力施加到模块上，尤其在部分情况下甚至完全无须将附加的压紧力施加到模块上，所以还可通过本发明使用明显更大的电池模块。这又进一步提升了制造和装配效率，并且同时提高了可使用性的适用性。
在本发明的另一有利的设计方案中，分隔元件不平坦地构造，从而通过分隔元件提供的第一侧在用于至少一个电池模块的居中的模块支承区域中与模块支承区域的边缘区域相比被抬高。在此，将“抬高”理解成朝将布置在支承区域上的电池模块或已布置在支承区域上的电池模块的方向上的拱弯或水平程度的变化。其背景是，电池模块优选地如此构造，即，其包括多个电池单个单体，电池单个单体又通过角铁框架围框。但电池模块的围框也可以通过其他围框元件来实现。在此，这种围框元件或框架尤其在边缘区域中包围电池模块，因此电池模块一般在边缘区域中比在中央区域中更高，或至少电池模块的面向冷却装置的下侧在中央区域中相对于电池模块的边缘区域被抬高。也就是说，在所述至少一个电池模块布置在所述冷却装置上之后，面向冷却装置的模块底部是不平坦的，从而所述模块底部在所述模块底部的中央区域中与模块底部的边缘区域相比抬高。由于分隔元件现在同样在几何上对应地来构造，即，在居中的支承区域中相对于支承区域的边缘区域抬高，分隔元件的该造型最佳地与待容纳的电池模块的下侧的造型相匹配。这又能够实现在分隔元件和电池模块之间的均匀的间隙宽度，并且相应地实现均匀的散热。此外，尤其通过分隔元件在居中的支承区域中的抬高，还可极大减小在电池模块和分隔元件之间在居中的支承区域中以及在居中的模块底部区域中的间隙，由此可进一步提升冷却效率。分隔板在居中的支承区域中、更确切地说在为电池模块分配的相应的居中的支承区域中的这种部分抬高可简单地例如通过分隔元件的连续的冲压来实现。
如果电池模块在另一侧构造成具有完全平坦的模块底部，在居中的模块底部区域中没有***，则相应地优选的是，分隔元件同样平坦地来构造。
在本发明的另一有利的设计方案中，在至少一个电池模块的模块底部的边缘区域和分隔元件之间布置有间隔元件，其具有最大一毫米的厚度，或布置这种间隔元件。这基于的背景是，在高压电池的售后服务时或在高压电池的使用寿命之后，各个电池模块应当能够被尽可能简单地再次从电池壳体中取出。如果可能的话，同样应相应尽可能简单地实现电池模块与冷却装置、尤其分隔元件的分离。这例如可通过可商购的线锯来完成，该线锯用于切断例如塑料、金属、玻璃、陶瓷等等。于是，电池模块可相应地在底部区域中被这种线锯、更确切地说被这种线锯的线缠绕，并且线此时相应地在模块底部和分隔元件之间穿过，并且因此切断在模块底部和分隔元件之间的粘接连接。为了首先简化这样的线在相应的模块底部的边缘区域中的引入，现在特别有利的是，就在此处将间隔元件设置在模块底部和分隔元件之间。在此，具有最大一毫米的厚度的间隔元件完全足够，因为同样可实现这样的线锯，其具有直径小于一毫米的线。因此，这种间隔元件不会明显降低冷却效率，并且同时可由此实现电池的特别简单的回收，以及还能够实现在维修情况下取出模块。在此，这种间隔元件原则上可由任何任意的材料构成，因为典型的线锯设计成用于分割各种不同的、同样非常硬的材料，例如金属。相应地，间隔元件的材料可在一定程度上任意选择，并且例如可同样构造成具有良好的导热性，即例如具有金属或金属颗粒。因为间隔元件总归非常薄地来形成，并且同样在直径上能在非常小的范围内延伸，因此还可选择这样的材料，其可特别简单地切开，例如软的塑料等等。如果电池模块具有模块底部，其在将至少一个电池模块布置在冷却装置上之后面向冷却装置，并且是不平坦的，从而模块底部在中央区域中相对于模块底部的边缘区域抬高，该设计方案特别有利。如上文已经说明的那样，这种抬高可由于用于围框电池单体的围框元件的几何结构和布置引起。在这种情况下恰好得到在在边缘区域中的模块底部和分隔元件之间的非常窄的间隙宽度，从而在此间隔元件的布置特别有利。
此外，本发明还涉及一种用于机动车的电池设备，其中，电池设备具有至少一个电池模块、用于冷却电池模块的冷却装置和框架，其中，至少一个电池模块固定在冷却装置的第一侧，并且框架至少固定在至少一个电池模块处。在此，至少一个电池模块借助于在至少一个电池模块和冷却装置的第一侧的模块支承区域之间的粘接层固定在冷却装置的第一侧，其中，冷却装置具有提供第一侧的分隔元件，该分隔元件具有边缘区域和过渡区域，过渡区域连接边缘区域与模块支承区域，其中，分隔元件至少在过渡区域中弹性可变形地构造，框架放置到由至少一个电池模块和冷却装置构成的组件上，使得框架的至少一部分处在分隔元件的边缘区域上。
属于本发明的还有机动车，其具有根据本发明的电池设备。
针对根据本发明的电池装配方法和其实施方式说明的优点同样适用于根据本发明的电池设备。此外，结合根据本发明的电池装配方法和其实施方式说明的方法步骤能够通过其他对应的具体特征改进根据本发明的电池设备。
根据本发明的机动车优选地设计为汽车，尤其设计为乘用车或商用车，或者设计为客车或摩托车。
本发明还包括说明的实施方式的特征的组合。
附图说明
下面说明本发明的实施例。其中:
图1示出了根据现有技术的电池设备的示意图；
图2示出了用于根据本发明的实施例的电池设备的冷却装置和放置在冷却装置上的电池模块的示意图；
图3示出了根据本发明的实施例的由图2的冷却装置和电池模块构成的组件与此时放置在该组件上的框架的示意图；
图4示出了根据本发明的实施例的用于说明电池装配方法的流程图；
图5以截面示出了根据本发明的实施例的电池设备的示意图，以说明通过分隔元件的柔性区域提供的公差补偿；
图6示出了根据本发明的实施例的电池设备的示意性的立体图，以说明在框架和相应的电池模块之间的固定可行性；
图7示出了根据本发明的实施例的具有不同大小的电池模块的电池设备的示意性的分解图；
图8示出了根据本发明的实施例的电池设备的示意性的剖视图，该电池设备具有冷却装置的在居中的模块支承区域中抬高的分隔元件以及在模块支承区域的边缘区域中并且在分隔元件和电池模块之间的间隔元件，其用于在电池模块和分隔元件之间提供简单的分隔可行性。
具体实施方式
下文阐述的实施例为本发明的优选实施方式。在本实施例中，实施方式的说明的部分相应为本发明的可彼此独立地考虑的特征，这些特性同样独立地改进本发明。因此，本公开还应包括实施方式的特征的不同于示出的组合。此外，说明的实施方式还可通过本发明的已经说明的特征中的其他特征来补充。
在附图中，相同的附图标记相应表示功能相同的元件。
图2示出了电池设备30，即尤其是由电池模块32和冷却装置36构成的组件的一部分的示意图，冷却装置例如同时提供电池壳体的壳体底部34。图3相应地示出了图1的组件与此时放置在该组件上的框架38，该框架同样可提供电池壳体的一部分，尤其这种电池壳体的侧壁，以及在电池模块32之间的可选的其他分隔壁。
根据本发明，现在有利地规定，电池模块32、尤其多个电池模块32还同时放置到冷却装置36上，并且在固定框架38之前借助于粘接层35与冷却装置粘接。在此，框架38尤其固定在电池模块32上，如下文进一步说明的那样，其中，框架38固定在冷却装置36中仅仅是可选的。因此，由于在电池模块32放置到冷却装置36上并且进行粘接时，框架38没有与冷却装置36固定连接，在放置电池模块32之前的时刻冷却装置36的可能的不平坦性可通过放置电池模块和可能轻微地按压电池模块32(这通过箭头39来说明)来补偿。冷却装置36的在放置电池模块32之前的这种拱弯在图2中示意性地通过用34‘和36‘表示的虚线来说明。此外，冷却装置36在放置电池模块32的情况下优选地布置在平坦的支承部40上，该支承部在将电池模块32放置到冷却装置36上时在下面支撑冷却装置36。由此可有利地使冷却装置36在放置电池模块32时变平，而为此无需很大的力，因为冷却装置36可朝侧向扩展，这通过箭头42来说明。扩展由此实现：冷却装置36没有由于在放置电池模块32的时刻通过固定在框架38处而在其位置方面得到固定，并且由此没有使冷却底部的z向公差定格/固定不变。由于可由此实现冷却装置36的特别平坦的冷却底部或平坦的表面，所以可完全取消开头说明的间隙填充物22，或者间隙填充物在其所需的量方面得以明显减少，以及还在其粘度方面得以降低，这能够以明显更经济且减重的方式实现明显更简单的电池装配。为了将相应的电池模块32固定在冷却装置36上，例如尤其还可仅仅使用所说明的粘接层35，其优选地同样是导热的，至少具有与已知的间隙填充物的导热能力相当的导热能力。
对于冷却装置36的构造，存在下文还将进一步说明的多种可行方案。但是，在任何情况下，冷却装置36尤其具有分隔元件44(例如参见图4)，其提供面向电池模块32的一侧36a。在此，分隔元件44、即相应地冷却装置36的第一侧36a可分成多个区域。在此，分隔元件44的第一区域为模块支承区域44a，电池模块32放置在该模块支承区域上，或者电池模块32布置在该模块支承区域中，或者电池模块32以其底部通过粘接层35来粘接。第二区域为通向边缘区域44c的过渡区域44b。在此，电池设备30的框架38放置在由电池模块32和冷却装置36构成的组件上，使得框架38的至少一部分、尤其框架38的同时还提供电池壳体的外壁的部分贴靠分隔元件44的边缘区域44c，更确切地说直接接触地放置到该边缘区域上。在此，至少分隔元件44的过渡区域44b弹性可变形地构造。这可简单地由此来提供，即，通过例如将分隔元件44构造为薄的分隔板，例如具有小于1毫米的厚度。这样可由此有利地提供在示出的z方向上的公差补偿。因此又可有利地实现，框架38的应与电池模块32的部分32a螺纹接合的部分38a可与电池模块32的部分32a直接贴靠。框架38和电池模块32的两个部分38a、32a又可通过合适的螺纹凸缘来提供。因此可有利地实现牢固的螺纹接合，并且明显简化电池装配，而不必在此附加地设置在凸缘38a、32a之间的任何间隔元件。在图4中再次详细示出了各个装配步骤。
在此，图4示出了用于说明根据本发明的实施例的电池装配的方法的流程图。在此，在步骤S10中尤其又在平的工件载体40上提供冷却装置36。在此，冷却装置36可以不同的方式来提供，例如提供为冷却底部，如在此还示例性地在步骤S10、S12和S14中说明的那样。在此，冷却装置36具有分隔元件44，其同时还提供冷却装置36的第一侧36a，其面向布置在上面的电池模块32。在冷却装置36的该示例中，分隔元件44还同时形成冷却装置36的可由冷却剂流经的至少一个冷却通道36d的壁。在与分隔元件44相对而置的一侧，至少一个冷却通道36d可通过另一壁36b来限定。替代地，冷却装置36还可如此来构造，尤其如示例性地在步骤S16和S18中说明的那样，从而冷却装置36具有单独的冷却单元36c。冷却单元36c又可构造为冷却板，其具有在里面伸延的、在此未明确示出的冷却通道。然后，可将冷却单元36c相应地通过粘接层35与分隔元件44在下侧相粘接。如果将这样构造的冷却装置36用于电池设备30，则仍还可在在此说明的装配步骤S10之前发生其他的装配步骤，在这些装配步骤中，首先提供冷却单元36c，将粘接层施加到冷却单元上，然后再将分隔元件44放置到冷却单元上并且进行粘接，由此提供冷却装置36，现在这是其他方法步骤、尤其另一方法步骤S12的起点。在该另一方法步骤S12中，现在将粘接层35在上侧施加到冷却装置36上，即，上文说明的第一侧36a，尤其施加在分隔元件44的模块支承区域44a(参见图3)中。在下一步骤S14中，现在将由电池模块32构成的组件放置到粘接层35上。在此，优选地是，相应的电池模块32在此不是单个放置到冷却装置36上，而是已经预先例如通过合适的螺纹接合彼此在其布置方面得到固定，并且然后作为整体放置到冷却装置36上，尤其放置到在冷却装置上的粘接层35上，并且因此与冷却装置36粘接。在此，可选地，还可以使用按压和校正装置46，借助于其可将电池模块32轻易地按压到冷却装置36上，例如直至粘接层35的粘合剂硬化。接着可再次移除按压和校正装置46，尤其在步骤S16中将框架38放置到由电池模块32和冷却装置36构成的组件上之前。在此，放置框架38可借助合适的工件载体48来实现，例如沿着此处示出的接合方向50。在该示例中，框架38现在一方面提供电池壳体的外壁38b，以及还提供布置在电池模块32之间的分隔壁38c。在此，框架38的分隔壁38c以及外壁38b又具有合适的螺纹凸缘38a，其设有合适的螺纹孔，以便在后续的步骤S18中使框架38与电池模块32螺纹接合，尤其借助于在此示意性地示出的螺杆52。在此，工件载体48可事先移除，或者还在螺纹接合过程中保留，以便将框架38更简单地相对于电池模块32保持在其位置中。然而，为了清楚起见，在步骤S18中没有示出工件载体48。在此，优选地从上面进行框架38与电池模块32的螺纹接合，即，相应的螺杆52在此沿从电池模块32指向冷却装置16的方向穿过在对应的部件中的示出的凸缘38a引入，例如同样引入到电池模块32的凸缘32a中，并且拧紧。同样可考虑从下面进行螺纹接合，即，穿过冷却装置16，然而更复杂并且因此不太优选。
在此，框架38、尤其框架38的侧壁38b位于分隔元件44的边缘区域44c上，其弹性地并且可变形地和与电池模块32贴靠的模块支承区域44a连接。于是可由此有利地呈现出在z方向上的说明的公差补偿，因此可在框架38与电池模块32螺纹接合时实现牢固的螺纹接合，而没有任何昂贵的附加的元件。现在再次示例性地在图5中说明公差补偿。
在此，图5示出了根据本发明的另一实施例的电池设备30的示意性的剖视图。特别地，图5示意性示出的电池设备30可以是图4所示方法的结果。在此尤其再次放大地示出了分隔元件44的相应的区域44a、44b、44c，以便以在此稍许夸张的图示说明公差补偿的原理。因此，如上所述，分隔元件具有居中的模块支承区域44a，在该模块支承区域上放有相应的电池模块32。在此，还可针对相应的电池模块32特意设置这种模块支承区域44a。在此，朝向分隔元件44的边缘，与模块支承区域44a联接的是过渡区域44b，其使分隔元件44的模块支承区域44a与边缘区域44c相连接。如上所述，在边缘区域中布置有框架38的侧壁38b。由于至少分隔元件44的过渡区域44b可变形地构造，现在可有利地在放置框架38时和在将框架38固定在电池模块32上时有利地提供公差补偿，这在图5中通过分隔元件44在过渡区域44b中的弯曲来说明。同样，分隔元件44在此又可构造为薄板，其能够以特别简单和经济的方式实现这种公差补偿，因为这种板无论如何都具有这种弹性可变形的特性。在该示例中，冷却装置36又具有单独的冷却单元36c，其粘接在分隔元件44下侧。但是，冷却单元36c也可以在此又类似地作为冷却底部来提供，如例如针对图4尤其在步骤S10中说明的那样。
为了清楚起见，粘接层35在图5中未明确示出，然而其仍位于相应的电池模块32和分隔元件44的上侧之间。
图6又示出了根据本发明的另一实施例的电池设备30的示意性的立体图示。电池设备30同样如已说明的那样包括多个电池模块32，在此示例性地仅仅示出了其中的两个电池模块。此外，电池设备30又具有框架38以及冷却装置36。电池设备30尤其可如上文已经说明的那样来构造。
在该图示中，尤其可特别好地看出分隔壁38c的几何结构。分隔壁在截面中优选地构造成T形，并且因此在示出的z方向上相应优选地具有加宽部，其同时同样又提供螺纹凸缘38a。于是，在加宽的区域中相应布置有螺纹孔54，螺杆52(参见图4)可穿过该螺纹孔，以便将框架38固定在相应的电池模块32上。为了清楚起见，螺纹孔54中的仅仅一些螺纹孔设有附图标记。通过该几何结构可提供在框架38和相应的电池模块32之间的特别节省结构空间的布置以及特别简单的螺纹接合。附加地，一特别大的优点还在于，可在孔图中提供预置方案，以便实现灵活的模块网格。例如可将多个这种螺纹孔54沿着通过框架38提供的分隔接片38c设置在凸缘区域38a中，在这些螺纹孔中，不必将所有的螺纹孔用于使框架38与相应的电池模块32螺纹接合或彼此固定，而是也可以仅仅选择和使用其中的一些螺纹孔，例如根据电池模块32相对彼此的布置方式，以及例如还根据相应的电池模块32的大小。因此，这还有利地实现可用于不同大小的电池模块32，而无须在电池壳体上、尤其在框架38上进行任何附加的改动，除了要设置的孔54。这在图7中在此更详细地来说明。
在此，图7示出了根据本发明的实施例的电池设备30的分解图。在此，图7尤其示出了说明的框架38与其侧壁38b以及相应的分隔壁38c。为此，还又可看出这样的组件，其包括冷却装置36与粘接在冷却装置上的电池模块32。在此，电池模块32可有不一样的尺寸，如在图7中同样示出的那样。在此，尤其示出了四个不同尺寸的电池模块32。在此，电池模块32的尺寸例如可在其长度方面不同，而宽度和高度、即在z方向上的伸展优选地相同。在该示例中，最短的电池模块用32C来表示，稍微更长的电池模块用32A来表示，电池模块32B还长于用32A表示的电池模块，并且最大或最长的电池模块32用32D来表示。因此，通过针对图6说明的在框架38中的孔模式有利地实现由不同尺寸的电池模块32构成的组件。
图8示出了根据本发明的另一实施例的电池设备30的示意性的剖视图。在此，同样又示例性地示出了电池模块32以及冷却装置36，该冷却装置又包括分隔元件44以及冷却单元36c，冷却单元布置在分隔元件处并且单独实施、具有冷却通道36d。在此，冷却装置36、尤其分隔元件44又通过粘接层35粘接到电池模块32的下侧。在此，电池模块32包括多个电池单个单体，它们在该示例中没有分开示出。它们通过边框56(例如用于围框单个单体的角铁框)围框。在此，边框56在电池模块32的边缘区域中还在电池单体下方延伸。这引起电池模块32的底部在中央区域60中相对于边缘区域58在z方向上抬高。在此，为了同时将在电池模块32的模块底部(尤其在中央区域60中)和分隔元件44之间的间隙保持得尽可能小，分隔元件44可在其造型方面对应地与模块底部的几何形状匹配。相应地，分隔元件44优选地同样在分隔元件44的模块支承区域44a的、与电池模块32的中央区域60对应的中央区域中相对于模块支承区域44a的边缘区域有所抬高，其中，边缘区域又与电池模块32的边缘区域58对应。在z方向上的这种抬高例如可简单地通过冲压分隔元件44来提供。
此外，可在电池模块32的边缘区域58和分隔元件44之间布置相应的间隔元件62，间隔元件尤其由任意材料构成，其中，在这种间隔保持件或间隔元件62与电池模块32或分隔元件44之间同样可布置有粘接材料。这能够有利地实现电池模块32与分隔元件44的特别简单地分离或分开，例如借助于线锯。由于间隔元件62，可将这种热线特别简单地引入到电池模块32和分隔元件44之间，并且尤其沿着在此示出的割线64切断在电池模块32和分隔元件44之间的连接。因此，通过间隔保持件62有利地实现锯线的下穿。在客户服务的情况下，或者针对回收电池设备30，可有利地使电池模块32与壳体、尤其与冷却装置36再次分开。
总体而言，示例性地示出了如何通过本发明实现替代的电池方案，其通过提供带有外部公差补偿的、粘接的模块组——尤其是与载体框架相结合地实现了，不使用常规的间隙填充物来进行公差补偿并且不使用附加的公差补偿元件、麻烦的间隙填充物注入方法和在冷却底部和载体结构之间的附加的螺纹连接。通过所提出的方案灵活地使用更为多变的模块尺寸，并且尤其还可以使用更大的电池模块，并且此外还在很多方面提升了冷却效率。

Claims (11)

1.一种用于提供电池设备(30)的电池装配方法，该电池设备具有至少一个电池模块(32)、用于冷却所述至少一个电池模块(32)的冷却装置(36)和框架(38)，所述至少一个电池模块(32)固定在所述冷却装置(36)的第一侧(36a)，所述框架(38)至少固定在所述至少一个电池模块(32)上，
其特征在于，
为了将所述至少一个电池模块(32)固定在冷却装置(36)的第一侧(36a)，将所述至少一个电池模块(32)粘接在所述冷却装置(36)的第一侧(36a)的模块支承区域(44a)中，而框架(38)未固定在冷却装置(36)上，
冷却装置(36)具有提供所述第一侧(36a)的分隔元件(44)，该分隔元件具有边缘区域(44c)和过渡区域(44b)，该过渡区域连接边缘区域(44c)与模块支承区域(44a)，分隔元件(44)至少在所述过渡区域(44b)中是弹性可变形的，
在粘接了所述至少一个电池模块(32)之后，将框架(38)放置到由所述至少一个电池模块(32)和冷却装置(36)构成的组件上，使得框架(38)的至少一部分处在分隔元件(44)的边缘区域(44c)上。
2.根据权利要求1所述的电池装配方法，其特征在于，所述分隔元件(44)是最大厚度一毫米的片材。
3.根据权利要求中1或2所述的电池装配方法，其特征在于，将多个电池模块(32)粘接在冷却装置(36)的第一侧(36a)的模块支承区域(44a)中，使电池模块(32)在其布置在模块支承区域(44a)中之前按照它们的布置方式彼此固定，将固定好的电池模块(32)组件放置并且粘接到冷却装置(36)的第一侧(36a)。
4.根据权利要求1或2所述的电池装配方法，其特征在于，在放置框架(38)后，将框架(38)与所述至少一个电池模块(32)螺纹接合，使得在框架(38)和所述至少一个电池模块(32)的螺纹接合的状态中，框架(38)的与框架(38)集成构造的部分与所述至少一个电池模块(32)的部分直接接触地贴靠。
5.根据权利要求1或2所述的电池装配方法，其特征在于，在放置框架(38)之后，使框架(38)与分隔元件(44)仅仅在分隔元件(44)的边缘区域(44c)中螺纹接合。
6.根据权利要求1或2所述的电池装配方法，其特征在于，框架(38)具有撑杆，在框架(38)被放置到由所述至少一个电池模块(32)和冷却装置(36)构成的组件上的状态中所述撑杆至少与分隔元件(44)的模块支承区域(44a)垂直，所述撑杆在背对分隔元件(44)的一侧具有加宽部，该加宽部形成伸出部，该伸出部在与撑杆伸延方向垂直的方向上伸出到所述至少一个电池模块(32)的至少一部分上，该伸出部具有至少一个螺纹孔(54)，为了使框架(38)与所述至少一个电池模块(32)螺纹接合，使螺栓(52)穿过螺纹孔(54)并且至少部分地进入或穿过电池模块(32)的该部分以形成螺纹接合。
7.根据权利要求6所述的电池装配方法，其特征在于，在所述伸出部的纵向延伸方向上，多个螺纹孔(54)以彼此相距确定距离的方式布置在所述伸出部中，根据所述电池模块(32)的相应的模块大小和/或所述电池模块(32)相对彼此的布置方式从所述多个螺纹孔(54)中选择用于使框架(38)与电池模块(32)螺纹接合的螺纹孔(54)。
8.根据权利要求1或2所述的电池装配方法，其特征在于，分隔元件(44)不平坦地构造，使得通过所述分隔元件(44)提供的所述第一侧(36a)在用于所述至少一个电池模块(32)的居中的模块支承区域(44a)中与模块支承区域(44a)的边缘区域相比抬高。
9.根据权利要求1或2所述的电池装配方法，其特征在于，在所述至少一个电池模块(32)布置在所述冷却装置(36)上之后，面向冷却装置(36)的模块底部是不平坦的，从而所述模块底部在所述模块底部的中央区域(60)中与模块底部的边缘区域(58)相比抬高。
10.根据权利要求9所述的电池装配方法，其特征在于，在所述模块底部的边缘区域(58)和所述分隔元件(44)之间布置有间隔元件(62)，该间隔元件具有最大一毫米的厚度。
11.一种用于机动车的电池设备(30)，其中，所述电池设备(30)具有至少一个电池模块(32)、用于冷却所述至少一个电池模块(32)的冷却装置(36)和框架(38)，所述至少一个电池模块(32)固定在所述冷却装置(36)的第一侧(36a)，所述框架(38)至少固定在所述至少一个电池模块(32)上，
其特征在于，
所述至少一个电池模块(32)借助于粘接层(35)固定在冷却装置(36)的第一侧(36a)上，所述粘接层位于所述至少一个电池模块(32)与冷却装置(36)的第一侧(36a)的模块支承区域(44a)之间；
冷却装置(36)具有提供第一侧(36a)的分隔元件(44)，该分隔元件具有边缘区域(44c)和过渡区域(44b)，该过渡区域连接所述边缘区域(44c)与所述模块支承区域(44a)，所述分隔元件(44)至少在过渡区域(44b)中是弹性可变形的；
框架(38)放置在由所述至少一个电池模块(32)和冷却装置(36)构成的组件上，使得框架(38)至少一部分处在分隔元件(44)的边缘区域(44c)上。
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