DE102021118632A1 - Battery case and method of manufacturing a battery case - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Batteriegehäuse (10) mit einem Gehäuseinnenraum (11) zur Aufnahme eines mehrere Batteriezellen (4) umfassenden Batteriemoduls (2), umfassend einen Rahmen (8) zur seitlichen Begrenzung des Gehäuseinnenraums (11) in einer Haupterstreckungsebene (13), sowie ein als Bodenelement (15) ausgebildetes Temperierelement (12) zur Begrenzung des Gehäuseinnenraums (11) senkrecht zu der Haupterstreckungsebene (13), wobei das Temperierelement (12) einen innenliegenden Hohlraum (16) zur Aufnahme eines Temperierungsmediums (18) aufweist, wobei das Temperierelement (12) in einem dem Rahmen (8) zugewendeten Fügebereich (18) Kunststoff umfasst und mit dem Rahmen (8) über eine thermische Fügeverbindung verbunden ist.The present invention relates to a battery housing (10) with a housing interior (11) for accommodating a battery module (2) comprising a plurality of battery cells (4), comprising a frame (8) for laterally delimiting the housing interior (11) in a main extension plane (13), and a temperature control element (12) designed as a base element (15) for delimiting the housing interior (11) perpendicularly to the main plane of extent (13), the temperature control element (12) having an internal cavity (16) for receiving a temperature control medium (18), the Temperature control element (12) comprises plastic in a joining area (18) facing the frame (8) and is connected to the frame (8) via a thermal joining connection.

Description

Technisches Gebiettechnical field

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Batteriegehäuse mit einem Gehäuseinnenraum zur Aufnahme mindestens eines mehrere Batteriezellen umfassenden Batteriemoduls sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Batteriegehäuses. Das Batteriegehäuse dient zur Ausbildung einer Batterie, die beispielsweise als Traktionsbatterie eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs oder als Speicher für stationäre Anwendungen verwendet werden kann.The present invention relates to a battery housing with a housing interior for accommodating at least one battery module comprising a plurality of battery cells, and a method for producing such a battery housing. The battery housing is used to form a battery that can be used, for example, as a traction battery in an electric or hybrid vehicle or as a storage device for stationary applications.

Stand der TechnikState of the art

Batterien für Elektro- und Hybridfahrzeuge sowie Fahrzeuge mit Brennstoffzellen sind Gegenstand aktueller Forschung und Entwicklung. Die leistungsbezogenen Parameter einer Batterie, wie etwa Lebensdauer und Kapazität, hängen erheblich von der Anwendungsumgebung ab. Sowohl bei der Bereitstellung und Abgabe elektrischer Leistung als auch beim Aufladen sind die in den Batteriezellen der Batterie ablaufenden elektrochemischen Prozesse unter anderem von der Umgebungstemperatur abhängig.Batteries for electric and hybrid vehicles as well as vehicles with fuel cells are the subject of current research and development. The performance-related parameters of a battery, such as lifetime and capacity, depend significantly on the application environment. The electrochemical processes taking place in the battery cells of the battery depend, among other things, on the ambient temperature both when providing and delivering electrical power and when charging.

Wichtig für einen zuverlässigen und langlebigen Betrieb einer Batterie und insbesondere der darin verbauten Batteriezellen ist daher die Schaffung und Aufrechterhaltung einer wohldefinierten Umgebungstemperatur für die Batteriezellen. Hierzu ist es bekannt, Batteriegehäuse bereitzustellen, die mit einem Temperierungsmedium durchflossene Temperierungselemente, beispielsweise in Form eines mit einem Temperierungsmedium durchflossenen und aus Metall ausgebildeten Bodenbereichs, aufweisen.The creation and maintenance of a well-defined ambient temperature for the battery cells is therefore important for reliable and long-lasting operation of a battery and in particular of the battery cells installed in it. To this end, it is known to provide battery housings which have temperature control elements through which a temperature control medium flows, for example in the form of a base area through which a temperature control medium flows and which is made of metal.

Die aus dem Stand der Technik bekannten Temperierungselemente sind zwar mechanisch robust und dicht, sie sind jedoch aufwändig herzustellen und die Anbindung der Batteriezellen an die Temperierungselemente kann aufwändig sein, da toleranzbedingte Spalte zwischen Batteriezelle und Temperierungselementen auftreten können. Um diesen Effekt zu vermindern beziehungsweise den Wärmetransport zu verbessern, wird dieser Spalt häufig mit Wärmeleitpaste ausgeglichen. Diese Maßnahme führt jedoch nicht zu einem optimalen Wärmetransport. Die aufgrund der variierenden Spaltmaße resultierende inhomogene Dicke der Wärmeleitaste kann zu einer Inhomogenität des Wärmetransports zwischen den Batteriezellen und dem Temperierelement führen.Although the temperature control elements known from the prior art are mechanically robust and sealed, they are complex to manufacture and the connection of the battery cells to the temperature control elements can be complex, since tolerance-related gaps can occur between the battery cell and the temperature control elements. In order to reduce this effect or to improve heat transport, this gap is often filled with thermal paste. However, this measure does not lead to optimum heat transport. The inhomogeneous thickness of the thermally conductive button resulting from the varying gap dimensions can lead to inhomogeneity in the heat transport between the battery cells and the temperature control element.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Ausgehend von dem bekannten Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Batteriegehäuse für eine Batterie bereitzustellen.Proceeding from the known prior art, it is an object of the present invention to provide an improved battery housing for a battery.

Vorrichtungsseitig wird die Aufgabe durch ein Batteriegehäuse mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Figuren.In terms of the device, the object is achieved by a battery housing having the features of claim 1 . Advantageous developments result from the dependent claims, the description and the figures.

Entsprechend wird ein Batteriegehäuse mit einem Gehäuseinnenraum zur Aufnahme eines mehrere Batteriezellen umfassenden Batteriemoduls, umfassend einen Rahmen zur seitlichen Begrenzung des Gehäuseinnenraums in einer Haupterstreckungsebene, sowie ein als Bodenelement ausgebildetes Temperierelement zur Begrenzung des Gehäuseinnenraums senkrecht zu der Haupterstreckungsebene vorgeschlagen, wobei das Temperierelement einen innenliegenden Hohlraum zur Aufnahme eines Temperierungsmediums aufweist. Erfindungsgemäß weist das Temperierelement in einem dem Rahmen zugewendeten Fügebereich Kunststoff auf und ist mit dem Rahmen mittels einer thermischen Fügeverbindung verbunden.Accordingly, a battery housing is proposed with a housing interior for accommodating a battery module comprising several battery cells, comprising a frame for laterally delimiting the housing interior in a main extension plane, and a temperature control element designed as a base element for delimiting the housing interior perpendicular to the main extension plane, with the temperature control element having an internal cavity for Having recording a tempering medium. According to the invention, the temperature control element has plastic in a joining area facing the frame and is connected to the frame by means of a thermal joint.

Im Sinne der vorliegenden Offenbarung ist unter einer thermischen Fügeverbindung, im Folgenden auch „thermisches Fügen“ bzw. „thermisch angefügt“, eine Verbindung zu verstehen, die aus mehreren Fügepartnern besteht, von denen ein Fügepartner Kunststoff ist. Unter Wärmeeintrag schmilzt der Fügepartner aus Kunststoff auf und wird mit einem anderen nicht aufgeschmolzenen Fügepartner zusammengebracht. Nach dem Zusammenbringen des Fügepartners aus Kunststoff mit dem anderen Fügepartner erstarrt Kunststoff, wodurch zwischen den beiden Fügepartnern ein fester Verbund ausgebildet wird. Der Formschluss kann etwa über gezielt vorgesehene Hinterschnitte, in die der aufgeschmolzene Kunststoff hineinfließt, erzielt werden.For the purposes of the present disclosure, a thermal joint, hereinafter also referred to as “thermal joining” or “thermally attached”, is to be understood as meaning a connection that consists of a plurality of joining partners, one of which is a joining partner made of plastic. When heat is applied, the plastic joining partner melts and is brought together with another unmelted joining partner. After the joining partner made of plastic is brought together with the other joining partner, the plastic solidifies, as a result of which a solid bond is formed between the two joining partners. The form fit can be achieved, for example, by means of specifically provided undercuts into which the melted plastic flows.

Unter der Begrenzung des Gehäuseinnenraums in einer Haupterstreckungsebene ist vorzugsweise eine seitliche Begrenzung des Gehäuseinnenraums in einer X-Y-Haupterstreckungsebene des Batteriegehäuses zu verstehen. Folglich ist dann unter der Begrenzung des Gehäuseinnenraums senkrecht zur Haupterstreckungsrichtung zu verstehen, dass das Bodenelement den Gehäuseinnenraum nach unten hin begrenzt, also eine Begrenzung in z-Richtung bereitstellt.The delimitation of the housing interior in a main extension plane is preferably to be understood as a lateral delimitation of the housing interior in an X-Y main extension plane of the battery housing. Consequently, the delimitation of the housing interior perpendicular to the main extension direction is to be understood as meaning that the base element delimits the housing interior at the bottom, ie provides a delimitation in the z-direction.

In der folgenden Beschreibung werden die Begriffe „oben“ und „unten“ und Äquivalente verwendet, um Relativpositionen zu beschreiben. Die Begriffe „oben“ und „unten“ und Äquivalente sollten derart verstanden werden, dass sie sich auf das Batteriegehäuse (oder andere Komponenten) in ihrer im Betrieb verwendeten üblichen Ausrichtung beziehen. Die Begriffe „oberes“ und „unteres“ sowie „innen“ und „außen“ sollten derart verstanden werden, dass sie sich auf die Relativpositionen in dem Batteriegehäuse (oder anderen Komponenten) beziehen, die entsprechend näher oder weiter entfernt von einer Mitte oder Haupterstreckungsebene X-Y des Batteriegehäuses (oder anderen Komponenten) liegen.In the following description, the terms "top" and "bottom" and equivalents are used to describe relative positions. the Terms "top" and "bottom" and equivalents should be understood to refer to the battery case (or other components) in their usual orientation as used in service. The terms "upper" and "lower" as well as "inside" and "outside" should be understood in such a way that they refer to the relative positions in the battery housing (or other components) that are closer or further away from a center or main extension plane XY of the battery case (or other components).

Obwohl der Rahmen zur vorzugsweise seitlichen Begrenzung des Gehäuseinnenraums in einer X-Y Haupterstreckungsebene ausgebildet ist, ist nicht ausgeschlossen, dass der Rahmen auch weite Rahmenteile aufweisen kann, insbesondere Streben, die sich innerhalb des Gehäuseinnenraums erstrecken. Der Rahmen kann aus jedem Material hergestellt sein, das aufgeschmolzenem Kunststoff ausreichend Oberfläche und Hinterschnitte bereitstellt, um nach dem Erstarren des Kunststoffs einen Formschluss mit dem Rahmen auszubilden.Although the frame is designed to preferably laterally delimit the interior of the housing in an X-Y main plane of extension, it is not excluded that the frame can also have wide frame parts, in particular struts, which extend inside the interior of the housing. The frame can be made of any material that provides molten plastic with sufficient surface area and undercuts to form a positive fit with the frame after the plastic has solidified.

Der Fügebereich des Temperierelements entspricht dem Fußabdruck, den der Rahmen auf der dem Gehäuseinnenraum zugewendeten Fläche des Temperierelements hinterlässt, wenn der Rahmen mit dem Temperierelement in der gewünschten Fügeposition in Kontakt gebracht wird. Der Fügebereich des Rahmens wird entsprechend durch die Flächen ausgebildet, mit denen der Rahmen in Kontakt mit dem Temperierelement kommt.The joining area of the temperature control element corresponds to the footprint left by the frame on the surface of the temperature control element facing the housing interior when the frame is brought into contact with the temperature control element in the desired joining position. The joining area of the frame is correspondingly formed by the surfaces with which the frame comes into contact with the temperature control element.

Der Kunststoff des Temperierelements im Fügebereich dient dazu, die thermische Fügeverbindung zwischen dem Rahmen und dem Temperierelement auszubilden. Der Kunststoff des Temperierelements wird entsprechend zum thermischen Fügen im Fügbereich aufgeschmolzen, verbindet sich mit dem Material des Rahmens im Fügebereich und bildet dann nach dem Erstarren des zuvor aufgeschmolzenen Kunststoffs eine thermische Fügeverbindung mit dem Rahmen aus.The plastic of the temperature control element in the joining area serves to form the thermal joint connection between the frame and the temperature control element. The plastic of the temperature control element is melted in accordance with the thermal joining in the joining area, connects to the material of the frame in the joining area and then forms a thermal joint with the frame after the previously melted plastic has solidified.

Das Temperierelement kann vollständig aus einem oder mehreren Kunststoffen ausgebildet sein, es kann aber auch noch weitere Materialien aufweisen und insbesondere einen dem Rahmen abgewendeten Bereich aufweisen.The temperature control element can be made entirely of one or more plastics, but it can also have other materials and in particular have an area facing away from the frame.

Dadurch, dass das Temperierelement einen innenliegenden Hohlraum zur Aufnahme eines Temperierungsmediums aufweist, kann ein gezielter Durchfluss des Temperierungsmediums durch den innenliegenden Hohlraum hergestellt werden, wodurch eine gezielte Wärmemenge über das Temperierungsmedium aus dem Batteriegehäuse abgeführt werden kann oder diesem zugeführt werden kann.Because the temperature control element has an internal cavity for receiving a temperature control medium, a targeted flow of the temperature control medium through the internal cavity can be produced, whereby a specific amount of heat can be dissipated from the battery housing via the temperature control medium or can be supplied to it.

Unter einem Temperierungsmedium im Sinne der vorliegenden Offenbarung wird ein Fluid verstanden, welches den Hohlraum des Temperierelements durchströmt und dabei einen Wärmetransport ermöglicht. Beispielsweise kann das Temperierungsmedium ein Gas oder eine Flüssigkeit sein.A temperature control medium within the meaning of the present disclosure is understood to mean a fluid which flows through the cavity of the temperature control element and thereby enables heat transport. For example, the tempering medium can be a gas or a liquid.

Dadurch, dass das Temperierelement zumindest im Fügebereich Kunststoff aufweist, wird eine prozesssichere Herstellung durch wenige einfache werkzeuggebundene Fertigungsvorgänge ermöglicht. Mithin wird dadurch die Qualitätssicherung verbessert. Darüber hinaus wird aufgrund der Verwendung von Kunststoff eine Reduzierung von Belastungsspitzen herbeigeführt, wodurch zwischen allen Komponenten schockabsorbierende beziehungsweise schwingungsdämpfende Eigenschaften realisiert werden können.Because the temperature control element has plastic at least in the joining area, process-reliable production is made possible by a few simple tool-related production processes. As a result, quality assurance is improved. In addition, due to the use of plastic, a reduction in load peaks is brought about, as a result of which shock-absorbing or vibration-damping properties can be implemented between all components.

Dadurch, dass das Temperierelement als Bodenelement ausgebildet ist, kann es als tragendes Bauteil dienen und das Batteriegehäuse nach unten hin verschließen. Dadurch können mit einem solchen Temperierelement sowohl Wärmetransportfunktionen als auch strukturelle Funktionen mit einem einzigen Bauteil zur Verfügung gestellt werden. Durch das thermische Fügen des Temperierelements mit dem Rahmen kann auch ein flüssigkeits- und gasdichter Abschluss des Gehäuseinnenraums nach unten hin erreicht werden.Because the temperature control element is designed as a base element, it can serve as a supporting component and close the battery housing at the bottom. As a result, with such a temperature control element, both heat transport functions and structural functions can be made available with a single component. By thermally joining the temperature control element to the frame, a liquid-tight and gas-tight closure of the interior of the housing can also be achieved at the bottom.

Bei der thermischen Fügeverbindung können die Flächen der thermisch zu fügenden Bauteile erwärmt und im Anschluss unter spezifischen Druck zusammengefügt und abgekühlt werden. Die Erwärmung der Bauteile erfolgt dabei selektiv und werkstückkonform, weshalb die thermische Fügeverbindung besonders zuverlässig und sicher ist. Der Kunststoff des Temperierelements wird dann im Fügebereich durch den erhitzten Rahmen aufgeschmolzen, so dass nach dem darauffolgenden Erkalten der Kunststoffschmelze im Fügebereich eine thermische Fügeverbindung zwischen dem Rahmen und dem Temperierelement hergestellt ist.With thermal joining, the surfaces of the components to be thermally joined can be heated and then joined under specific pressure and cooled. The components are heated selectively and in accordance with the workpiece, which is why the thermal joint connection is particularly reliable and safe. The plastic of the tempering element is then melted in the joining area by the heated frame, so that after the subsequent cooling of the plastic melt in the joining area, a thermal joint is established between the frame and the tempering element.

Thermoplaste eignen sich besonders gut als Kunststoff für das Temperierelement, insbesondere zum thermischen Fügen.Thermoplastics are particularly suitable as a plastic for the temperature control element, in particular for thermal joining.

Dadurch, dass das Temperierelement mit dem Rahmen thermisch gefügt ist, können weiterhin auch große Fügeflächen realisiert werden. Die Temperatur kann dabei niedrig gehalten werden, wodurch temperaturbedingte Toleranzeffekte im Metallrahmen nicht zu erwarten sind. Insbesondere kann eine Fügetemperatur von etwa 100 °C verwendet werden. Dabei erfolgt die Aufheizung des Rahmens auf dieses niedrige Temperaturniveau umgehend und liefert damit keinen Verzug oder spätere lokale inhomogene Spannungsfelder im gesamten Gehäuse zwischen Rahmen und Temperierelement. Im Vergleich zum Kleben fallen die Prozessschritte Klebstoffauftrag und Aushärten komplett weg. Unmittelbar nach dem thermischen Fügen ist die Verbindung voll belastbar und das Batteriegehäuse steht ohne Einschränkungen für den nächsten Produktionsschritt zur Verfügung. Nachdem die Parameter des thermischen Fügens optimal eingestellt sind, lässt sich der Fügeprozess schnell und einfach reproduzieren. Die erforderlichen Investitionen sind vergleichsweise gering. Teilweise können sogar bestehende Anlagen verwendet werden.Due to the fact that the tempering element is thermally joined to the frame, large joining surfaces can also be realized. The temperature can be kept low, which means that temperature-related tolerance effects in the metal frame are not to be expected. In particular, a joining temperature of around 100° C. can be used. The heating of the frame to this low temperature level takes place immediately and thus does not cause any distortion or subsequent local inhomogeneous stress areas throughout Housing between frame and temperature control element. Compared to gluing, the process steps of adhesive application and curing are completely eliminated. Immediately after thermal joining, the connection can be fully loaded and the battery housing is available for the next production step without restrictions. Once the thermal joining parameters have been optimally set, the joining process can be reproduced quickly and easily. The investments required are comparatively small. In some cases, existing systems can even be used.

Darüber hinaus sind keine zusätzlichen Befestigungselemente oder Prozesse notwendig, weil eine direkte Werkstoffverbindung zwischen Rahmen und Temperierelement alle Funktionen abdeckt. Gleichwohl kann zwischen Rahmen und Temperierelement ein Toleranzausgleich über die thermische Fügeverbindung erzielt werden. Dadurch können die Montagezeit beziehungsweise die Taktzeit im Fügevorgang optimiert werden, da es sich hierbei nur noch um einen einzelnen Fügevorgang handelt.In addition, no additional fastening elements or processes are necessary because a direct material connection between the frame and the temperature control element covers all functions. Nevertheless, tolerance compensation can be achieved between the frame and the temperature control element via the thermal joint. As a result, the assembly time or the cycle time in the joining process can be optimized, since this is only a single joining process.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung basiert die thermische Fügeverbindung auf einem Formschluss, der sich in der Ebene von Oberflächenrauigkeiten ausbildet. Damit ist gemeint, dass der Formschluss gezielt über Räume und Hinterschnitte hergestellt wird, wie sie üblicherweise durch Oberflächenrauigkeiten oder Oberflächenbearbeitungen ausgebildet werden. Dadurch kann auf einfache Weise eine thermische Fügeverbindung hergestellt werden, mit der kostengünstig eine formschlüssige Bauteilverbindung erzielt werden kann.According to an advantageous development, the thermal joint connection is based on a form fit that forms in the plane of surface roughness. This means that the form fit is produced in a targeted manner via spaces and undercuts, as are usually formed by surface roughness or surface processing. As a result, a thermal joint connection can be produced in a simple manner, with which a form-fit component connection can be achieved cost-effectively.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist der Rahmen aus Metall. Dies hat den Vorteil, dass der Rahmen etwa induktiv erhitzt werden kann. Der Rahmen kann dazu beispielsweise nur lokal induktiv aufgeheizt werden. Ferner können zwischen Metall und Kunststoff hohe Verbundfestigkeiten erreicht werden. Bei Bedarf kann die Festigkeit der thermischen Fügeverbindung durch eine Vorbehandlung des Metalls einfach und mit geringem Kostenaufwand weiter gesteigert werden. Etwa kann eine Oberflächenrauigkeit oder eine Strukturierung mittels CMT-Pinstrukturen oder Elektronenstrahl eingebracht werden, die den Formschluss erhöhen und damit die Festigkeit der thermischen Fügeverbindung. Weiterhin kann eine Widerstandserwärmung des Metallrahmens angewandt werden, mit der hohe Fügegeschwindigkeiten erreicht werden können.According to an advantageous development, the frame is made of metal. This has the advantage that the frame can be heated inductively, for example. For this purpose, the frame can only be inductively heated locally, for example. Furthermore, high bond strengths can be achieved between metal and plastic. If necessary, the strength of the thermal joint can be further increased easily and at low cost by pretreating the metal. For example, surface roughness or structuring can be introduced using CMT pin structures or an electron beam, which increase the form fit and thus the strength of the thermal joint. Furthermore, resistance heating of the metal frame can be used, with which high joining speeds can be achieved.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist der Rahmen mindestens eine Ausnehmung auf, die bevorzugt einen Hinterschnitt ausbildet, und Material des Temperierelements ist in die Ausnehmung eingebracht. Durch das ausgehärtete Material des Temperierelements, das in der Ausnehmung und auch in dem Hinterschnitt aufgenommen ist. Das erwärmte Material wird bei der Ausbildung der auf diese Weise ausgebildeten thermischen Fügeverbindung beispielsweise mittels eines Stempels in die Ausnehmung gepresst und anschließend der Stempel wieder entfernt. Ist ein Hinterschnitt vorhanden, so führt diese Ausgestaltung des thermischen Fügeverfahrens zu einer formschlüssigen Verbindung zwischen dem Rahmen und dem Temperierelement.In a further preferred embodiment, the frame has at least one recess, which preferably forms an undercut, and material of the temperature control element is introduced into the recess. Through the hardened material of the tempering element, which is accommodated in the recess and also in the undercut. During the formation of the thermal joint formed in this way, the heated material is pressed into the recess, for example by means of a stamp, and the stamp is then removed again. If there is an undercut, this embodiment of the thermal joining method leads to a positive connection between the frame and the temperature control element.

Gemäß einer vorteilhaften Ausbildung ist das Temperierelement als Blasformteil ausgebildet. Unter einem Blasformteil wird ein kissenartiges Bauteil verstanden, welches etwa über den innenliegenden Hohlraum mit Druck, insbesondere Druckluft, beaufschlagt werden kann, um dann dadurch verformt zu werden. Entsprechend wirkt eine resultierende Kraft bei Beaufschlagung des Blasformteils mit Druck von innen nach außen, sodass das Blasformteil auseinandergedrückt wird. Dadurch kann eine Volumenveränderung des Blasformteils herbeigeführt werden und eine bessere Anformung des Temperierelements an die daran angrenzenden Batteriemodule erreicht werden. Dadurch kann der Wärmetransport und letztlich die Effizienz des Batteriegehäuses verbessert werden.According to an advantageous embodiment, the temperature control element is designed as a blow-moulded part. A blow molded part is understood to mean a cushion-like component which can be subjected to pressure, in particular compressed air, for example via the internal cavity, in order then to be deformed as a result. Correspondingly, when the blow molded part is subjected to pressure, a resultant force acts from the inside outwards, so that the blow molded part is pushed apart. This can bring about a change in the volume of the blow-moulded part and better shaping of the temperature control element onto the battery modules adjacent to it. As a result, the heat transport and ultimately the efficiency of the battery housing can be improved.

Der Blasformvorgang kann werkzeuggebunden während des in Kontakt bringens des Temperierelements mit dem Rahmen stattfinden, so dass ein thermisches Fügen und ein Blasformen im Wesentlichen gleichzeitig stattfindet.The blow molding process can take place in a tool-related manner while the temperature control element is being brought into contact with the frame, so that thermal joining and blow molding take place essentially simultaneously.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist das Temperierelement mittels des Hohlraums aufblasbar, vorzugsweise so weit aufblasbar, dass im montierten Zustand das Temperierelement mit einem im Gehäuseinnenraum aufgenommenen elektronischen Bauteil, insbesondere mit dem Batteriemodul, einen Kontakt ausbildet, vorzugsweise einen vollflächigen Kontakt. Dadurch können Spalte, die sich zwischen Temperierelement und den ihm Batteriegehäuse an das Temperierelement angrenzenden Bauteilen ausbilden, je nach Gegebenheit überbrückt werden. Insbesondere können dadurch toleranz-, fertigungs- oder montagebedingte Spalte minimiert werden.According to an advantageous development, the temperature control element can be inflated by means of the cavity, preferably inflatable to such an extent that, in the installed state, the temperature control element forms a contact, preferably a full-surface contact, with an electronic component accommodated in the housing interior, in particular with the battery module. As a result, gaps that form between the temperature control element and the battery housing adjacent components to the temperature control element can be bridged, depending on the situation. In particular, gaps caused by tolerances, production or assembly can be minimized as a result.

Dabei kann während des Blasformvorgangs die vom Gehäuseinnenraum abgewendete, untere Seite beziehungsweise Fläche des Temperierelements von einem Werkzeug gestützt werden, um die gewünschte Außenkontur bereit zu stellen. Auf der dem Gehäuseinnenraum zugewendeten Seite beziehungsweise Fläche des Temperierelements bieten die jeweiligen im Gehäuseinnenraum angeordneten Elemente, beispielsweise die Batteriemodule, eine Begrenzung für die Expansion des Temperierelements, so dass sich dieses an die entsprechenden Elemente anlegt.During the blow molding process, the lower side or surface of the temperature control element facing away from the interior of the housing can be supported by a tool in order to provide the desired outer contour. On the side or surface of the temperature control element facing the interior of the housing, the respective elements arranged in the interior of the housing, for example the battery modules, limit the expansion of the temperature rier elements, so that this applies to the corresponding elements.

In einer bevorzugten Weiterbildung weist das Temperierelement auf seiner dem Gehäuseinnenraum zugewendeten Fläche ein Kunststoffmaterial mit einem hohen Wärmeleitkoeffizienten auf und bevorzugt auf seiner dem Gehäuseinnenraum abgewendeten Fläche ein Material mit einer erhöhten Flammfestigkeit auf, wobei das Temperierelement bevorzugt als Co-Extrusionsteil ausgebildet ist.In a preferred development, the temperature control element has a plastic material with a high thermal conductivity coefficient on its surface facing the housing interior and preferably a material with increased flame resistance on its surface facing away from the housing interior, the temperature control element preferably being designed as a co-extrusion part.

Dadurch, dass das Temperierelement auf seiner dem Gehäuseinnenraum zugewendeten Fläche ein Kunststoffmaterial mit einem hohen Wärmeleitkoeffizienten aufweist, kann der Wärmetransport zwischen den im Gehäuseinnenraum an das Temperierelement angrenzenden Bauteilen und dem Wärmetransportmedium verbessert werden. Dadurch kann der thermische Wirkungsgrad des Gesamtsystems verbessert werden, bzw. der Temperaturgradient zwischen Batteriemodul und Kühlmedium minimiert werden.Because the temperature control element has a plastic material with a high thermal conductivity coefficient on its surface facing the housing interior, the heat transport between the components adjoining the temperature control element in the housing interior and the heat transport medium can be improved. As a result, the thermal efficiency of the overall system can be improved, or the temperature gradient between the battery module and the cooling medium can be minimized.

Dadurch, dass das Temperierelement auf seiner dem Gehäuseinnenraum abgewendeten Fläche eine erhöhte Flammfestigkeit aufweist, kann die Betriebssicherheit des Batteriegehäuses verbessert werden. Dies gilt insbesondere für Batteriegehäuse, die mehrere übereinander gestapelte Lagen der oben beschriebenen Konstruktion aus Rahmen, Temperierelement und darauf befindlichen Batteriemodulen beinhalten. Unter einem Co-Extrusionsteil ist ein wärmeleitendes Kunststoff-Co-Extrudat zu verstehen. Dadurch kann der Wärmetransport zur Umgebung hin verbessert werden.Because the temperature control element has increased flame resistance on its surface facing away from the interior of the housing, the operational reliability of the battery housing can be improved. This applies in particular to battery housings that contain several layers of the above-described construction composed of frame, temperature control element and battery modules located on top of one another. A co-extrusion is to be understood as meaning a thermally conductive plastic co-extrudate. As a result, the heat transport to the environment can be improved.

Bevorzugt weist das Temperierelement eine erste Halbschale und eine zweite Halbschale auf, wobei die dem Gehäuseinnenraum zugewendete Halbschale ein Kunststoffmaterial mit einem hohen Wärmeleitkoeffizienten aufweist und die vom Gehäuseinnenraum abgewandte Halbschale ein Kunststoffmaterial mit einer erhöhten Flammfestigkeit aufweist. Dadurch, dass das Temperierelement eine erste Halbschale und eine zweite Halbschale aufweist, können die unterschiedlichen Funktionen jedem Gehäuseinnenraum zu- beziehungsweise abgewendeten Flächen mittels speziell vorgesehenen Kunststoff realisiert werden. Dadurch können unterschiedliche Kunststoffmaterialien einfach miteinander zu einem Temperierelement zusammengefügt werden, wodurch Kosten gespart werden können.The temperature control element preferably has a first half-shell and a second half-shell, the half-shell facing the housing interior having a plastic material with a high thermal conductivity coefficient and the half-shell facing away from the housing interior having a plastic material with increased flame resistance. Due to the fact that the tempering element has a first half-shell and a second half-shell, the different functions of each housing interior can be implemented by means of specially provided plastic. As a result, different plastic materials can be simply joined together to form a temperature control element, which means that costs can be saved.

Gemäß einer alternativen Weiterbildung weist das Temperierelement eine erste Halbschale und eine zweite Halbschale auf, wobei die dem Gehäuseinnenraum zugewendete Halbschale ein Kunststoffmaterial mit einem hohen Wärmeleitkoeffizienten aufweist und die vom Gehäuseinnenraum abgewandte Halbschale Metall umfasst und bevorzugt ein Metallblech, insbesondere ein strukturiertes Metallblech, ist. Durch die Verwendung eines Metallblechs können die für Kunststoffmaterialien üblicherweise bei etwa 250 °C liegenden Temperaturrestriktionen überwunden werden. Dieser Fall kann beispielsweise eintreten, wenn ein heißer Gasstrom beziehungsweise eine offene Flamme aufgrund eines thermischen Durchgehens einer Batteriezelle auf die dem Gehäuseinnenraum abgewendete Halbschale auftreffen. Dies betrifft insbesondere Batteriegehäuse mit mehreren aufeinander gestapelten Lagen der o.g. Konstruktion im Falle des thermischen Durchgehens einer Batteriezelle, die sich nicht in der obersten Lage befindet. In diesem Fall bildet die dem Gehäuseinnenraum abgewendete Halbschale der darüber liegenden Lage zugleich den Deckel der Lage, in der sich die betreffende Zelle befindet. Das Metallblech kann dann immer noch eine sichere Abgrenzung des Gehäuseinnenraums nach außen hin bereitstellen, so dass das Batteriegehäuse sicher ausgestaltet ist.According to an alternative development, the temperature control element has a first half-shell and a second half-shell, with the half-shell facing the interior of the housing comprising a plastic material with a high coefficient of thermal conductivity and the half-shell facing away from the interior of the housing comprising metal and preferably being a metal sheet, in particular a structured metal sheet. The temperature restrictions of around 250 °C, which are usually around 250 °C for plastic materials, can be overcome by using a metal sheet. This can occur, for example, when a hot gas flow or an open flame impinges on the half-shell facing away from the interior of the housing due to thermal runaway of a battery cell. This applies in particular to battery housings with several stacked layers of the above construction in the event of thermal runaway of a battery cell that is not in the top layer. In this case, the half-shell of the layer above that faces away from the interior of the housing also forms the cover of the layer in which the relevant cell is located. The sheet metal can then still provide a secure delimitation of the housing interior to the outside, so that the battery housing is designed to be secure.

Die dem Gehäuseinnenraum abgewendete Halbschale kann dabei insbesondere aus Metall, vorrangig Aluminium oder Stahl hergestellt sein. Gleichwohl kann die dem Gehäuseinnenraum zugewandte Halbschale aus einem Kunststoff, vorrangig aus einem wärmeleitenden Kunststoff-co-Extrudat, hergestellt sein. Dadurch kann die bisher gemäß dem Stand der Technik vorliegende Notwendigkeit von thermisch leitfähigen, jedoch elektrisch isolierenden Zwischenmaterialien wie beispielsweise Wärmeleitpasten, Wärmeleitpads und/oder Isolationsfolien entfallen, sodass diese nun weder zum Toleranzausgleich noch zur elektrischen Isolierung der Batteriezellen gegen einen metallischen Kühlboden benötigt werden.The half-shell facing away from the interior of the housing can in particular be made of metal, primarily aluminum or steel. Nevertheless, the half-shell facing the interior of the housing can be made of a plastic, primarily of a heat-conducting plastic co-extrudate. As a result, the need for thermally conductive but electrically insulating intermediate materials, such as thermally conductive pastes, thermally conductive pads and/or insulating films, which was previously required according to the prior art, can be dispensed with, so that these are now required neither for tolerance compensation nor for electrical insulation of the battery cells against a metal cooling base.

Eine sichere mechanische Verbindung zwischen einem elektronischen Bauteil, etwa von Batteriezellen oder einem Batteriemodul, und Temperierelement kann durch eine sehr dünne Schicht einfachen Klebstoffs realisiert werden. Damit entfallen auch die Kosten für Wärmeleitpasten, welche üblicherweise einen nicht zu vernachlässigenden Anteil der Kosten einer Batterie ausmachen.A secure mechanical connection between an electronic component, such as battery cells or a battery module, and the temperature control element can be implemented using a very thin layer of simple adhesive. This also eliminates the cost of thermally conductive pastes, which usually account for a non-negligible proportion of the cost of a battery.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist auf dem Temperierelement ein Wärmeleitmedium vorgesehen, vorzugsweise eine Wärmeleitpaste, insbesondere eine klebende Wärmeleitpaste, zur thermischen Anbindung des Temperierelements an ein in dem Gehäuseinnenraum aufgenommenen Batteriemodul. Das Wärmeleitmedium kann vorzugsweise als eine dünne Schicht von Wärmeleitpaste aufgebracht werden, die das Batteriemodul auf einer dem Temperierelement zugewendeten Seite bedeckt. Alternativ oder ergänzend kann das Wärmeleitmedium auch auf das Temperierelement aufgebracht werden. Vorteilhaft ist im Sinne der vorliegenden Offenbarung, dass das Wärmeleitmedium so aufgebracht wird, dass nach Abschluss des Montageverfahrens in etwaig vorhandenen Zwischenräumen, die sich zwischen dem Batteriemodul und dem Temperierelement ausbilden, Wärmeleitmedium befindet.According to a preferred development, a thermally conductive medium is provided on the tempering element, preferably a thermally conductive paste, in particular an adhesive thermally conductive paste, for the thermal connection of the temperature control element to a battery module accommodated in the interior of the housing. The thermally conductive medium can preferably be applied as a thin layer of thermally conductive paste that covers the battery module on a side facing the temperature control element. Alternatively or additionally, the thermally conductive medium can also be applied to the temperature control element will. It is advantageous within the meaning of the present disclosure that the thermally conductive medium is applied in such a way that, after the assembly process has been completed, there is thermally conductive medium in any intermediate spaces that form between the battery module and the temperature control element.

Durch das Vorsehen des Wärmeleitmediums, insbesondere der Wärmeleitpaste, können etwaig ausgebildete Spalte beziehungsweise Abstände zwischen den zu temperierenden Batteriezellen des Batteriemoduls und dem Temperierelement stofflich überbrückt werden, wodurch der Wärmetransport verbessert wird. Durch die Verwendung eine Wärmeleitpaste kann gewährleistet werden, dass das Wärmeleitmedium auch in Hinterschnitte beziehungsweise schwer zugänglichen Bereichen oder Geometrie entlang der Batteriemodulaußenfläche gelangt. Letztlich kann dadurch gewährleistet werden, dass jeglicher Hohlraum zwischen Batteriemodul und Temperierelement mit Wärmeleitpaste gefüllt ist. Eine klebende Wärmeleitpaste hat den Vorteil, dass das Temperierelement mit der Batteriemodulaußenfläche eine mechanische Verbindung eingeht, was die Systemsteifigkeit deutlich verbessert.By providing the thermally conductive medium, in particular the thermally conductive paste, any gaps or distances formed between the battery cells of the battery module to be temperature-controlled and the temperature-control element can be materially bridged, thereby improving the heat transport. The use of a thermally conductive paste can ensure that the thermally conductive medium also gets into undercuts or areas or geometry that are difficult to access along the outer surface of the battery module. Ultimately, this ensures that every cavity between the battery module and the temperature control element is filled with thermal paste. An adhesive thermal paste has the advantage that the temperature control element forms a mechanical connection with the outer surface of the battery module, which significantly improves the system rigidity.

Vorteilhafterweise kann an dem Rahmen auf der dem Temperierelement gegenüberliegenden Ebene ein Deckel zum Verschließen des Gehäuseinnenraums vorgesehen sein, wobei der Deckel bevorzugt aus Metall ausgebildet ist. Dadurch kann das Batteriegehäuse nach außen abgeschlossen werden. Darüber hinaus kann dadurch gewährleistet werden, dass eine ausreichende mechanische Steifigkeit und eine Gasdrucksicherheit des gesamten Batteriegehäuses sichergestellt sind.Advantageously, a cover for closing the housing interior can be provided on the frame on the plane opposite the tempering element, the cover preferably being made of metal. As a result, the battery housing can be closed off from the outside. In addition, it can be ensured that sufficient mechanical rigidity and gas pressure safety of the entire battery housing are ensured.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist der Rahmen vor dem thermischen Fügen mit dem Temperierelement aufgeraut und/oder hat der Rahmen eine Laservorbehandlung erhalten, bevorzugt eine Laservorbehandlung zur Oberflächenvergrößerung. Optional kann der Rahmen vor dem thermischen Fügen mit dem Temperierelement weiterhin einer Reinigung unterzogen werden. Dadurch, dass der Rahmen aufgeraut ist und/oder eine Laservorbehandlung erhalten hat, kann ein noch besserer Verbund zwischen dem Temperierelement und dem Rahmen beim thermischen Fügen des Temperierelements mit dem Rahmen erreicht werden.According to an advantageous development, the frame is roughened before the thermal joining with the tempering element and/or the frame has received a laser pretreatment, preferably a laser pretreatment for enlarging the surface. Optionally, the frame can also be cleaned before thermal joining with the temperature control element. Because the frame is roughened and/or has received a laser pretreatment, an even better bond between the temperature control element and the frame can be achieved when the temperature control element is thermally joined to the frame.

Die oben gestellte Aufgabe wird weiterhin durch ein Verfahren zur Herstellung eines Batteriegehäuses mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der vorliegenden Beschreibung und den Figuren.The object set above is also achieved by a method for producing a battery housing having the features of claim 11. Advantageous developments of the method result from the dependent claims and the present description and the figures.

Entsprechend wird ein Verfahren zur Herstellung eines Batteriegehäuses mit einem Gehäuseinnenraum zur Aufnahme eines mehrere Batteriezellen aufnehmenden Batteriemoduls, angegeben, wobei ein Rahmen und ein Temperierelement, welches in einem dem Rahmen zugewendeten Fügebereich Kunststoff aufweist und welches einen innenliegenden Hohlraum aufweist, bereitgestellt werden. Das Verfahren umfasst die Schritte:

  • - Erhitzen des Rahmens im Fügebereich auf eine oberhalb der Schmelztemperatur des Kunststoffs des Temperierelements im Fügebereich liegenden Temperatur, und
  • - in Kontakt bringen des Temperierelements mit dem erhitzten Rahmen, um das Temperierelement mit dem Rahmen im Fügebereich thermisch zu fügen.
Accordingly, a method for producing a battery housing with a housing interior for accommodating a battery module accommodating a plurality of battery cells is specified, wherein a frame and a temperature control element which has plastic in a joining area facing the frame and which has an internal cavity are provided. The procedure includes the steps:
  • - heating the frame in the joining area to a temperature above the melting point of the plastic of the tempering element in the joining area, and
  • - Bringing the temperature control element into contact with the heated frame in order to thermally join the temperature control element to the frame in the joining area.

Beispielsweise kann der Rahmen einen Gehäuseinnenraum des Batteriegehäuses in einer Haupterstreckungsebene begrenzen. In diesem Fall kann das Temperierelement leicht von unten an den Rahmen herangefahren und mit diesem in Kontakt gebracht werden und alsdann mit dem erhitzten Rahmen durch thermisches Fügen verbunden werden.For example, the frame can delimit a housing interior of the battery housing in a main extension plane. In this case, the tempering element can be easily moved up to the frame from below and brought into contact with it and then connected to the heated frame by thermal joining.

Das Heranfahren von unten kann beispielsweise mit Hilfe eines Werkzeugs erfolgen. Mithin kann so ein einfaches und kostengünstiges Montageverfahren erzielt werden, dass zudem eine ausreichende mechanische Steifigkeit sowie Gasdrucksicherheit des Batteriegehäuses sicherstellt.Approaching from below can be done with the help of a tool, for example. Consequently, a simple and cost-effective assembly method can be achieved that also ensures sufficient mechanical rigidity and gas pressure safety of the battery housing.

Beim in Kontakt bringen kann beispielsweise thermisches Fügen zum Einsatz kommen. Dabei wird der Rahmen auf eine oberhalb der Schmelztemperatur des Kunststoffs im Fügebereich liegende Temperatur erwärmt und dann das Temperierelement an den erwärmten Rahmen angepresst. Dadurch, dass das Temperierelement mit dem Rahmen thermisch gefügt wird, können große Fügeflächen realisiert werden. Die Temperatur kann dabei niedrig gehalten werden, wodurch temperaturbedingte Toleranzeffekte im Metallrahmen nicht zu erwarten sind. Insbesondere kann eine Fügetemperatur von etwa 100 °C verwendet werden. Dabei erfolgt die Aufheizung des Rahmens auf dieses niedrige Temperaturniveau umgehend und liefert damit keinen Verzug oder spätere lokale inhomogene Spannungsfelder im gesamten Gehäuse zwischen Rahmen und Temperierelement. Im Vergleich zum Kleben fallen die Prozessschritte Klebstoffauftrag und Aushärten komplett weg. Unmittelbar nach dem thermischen Fügen ist die Verbindung voll belastbar und das Batteriegehäuse steht ohne Einschränkungen für den nächsten Produktionsschritt zur Verfügung. Nachdem die Parameter des thermischen Fügens optimal eingestellt sind, lässt sich der Fügeprozess schnell und einfach reproduzieren. Die erforderlichen Investitionen sind vergleichsweise gering, teilweise können sogar bestehende Anlagen verwendet werden.When bringing them into contact, for example, thermal joining can be used. The frame is heated to a temperature above the melting temperature of the plastic in the joining area and the temperature control element is then pressed against the heated frame. Because the temperature control element is thermally joined to the frame, large joining surfaces can be realized. The temperature can be kept low, which means that temperature-related tolerance effects in the metal frame are not to be expected. In particular, a joining temperature of around 100° C. can be used. The frame is heated up to this low temperature level immediately and thus does not cause any distortion or later local inhomogeneous stress areas in the entire housing between the frame and the temperature control element. Compared to gluing, the process steps of adhesive application and curing are completely eliminated. Immediately after thermal joining, the connection can be fully loaded and the battery housing is available for the next production step without restrictions. Once the thermal joining parameters have been optimally set, the joining process can be reproduced quickly and easily. The required Such investments are comparatively low, and in some cases existing systems can even be used.

Beispielsweise kann auf dem vormontierten Rahmen umlaufend ein thermisches Fügen mit einem Werkzeug durchgeführt werden. Dadurch werden Montagezeit/Taktzeit im Fügevorgang optimiert. Ferner wird eine prozesssichere Herstellung durch wenige einfache werkzeuggebundene und prozessgebundene Fertigungsvorgänge erzielt.For example, thermal joining with a tool can be carried out all around on the preassembled frame. This optimizes assembly time/cycle time in the joining process. Furthermore, a process-reliable production is achieved by a few simple tool-related and process-related manufacturing operations.

Das erwärmte und damit plastisch verformbare Material des Temperierelements kann beispielsweise auch mittels eines Stempels in dazu weitgehend komplementäre Ausnehmungen des Rahmens und insbesondere in Ausnehmungen, welche Hinterschnitte im Rahmen ausbilden, hereingepresst werden.The heated and thus plastically deformable material of the tempering element can, for example, also be pressed by means of a stamp into recesses in the frame which are largely complementary thereto and in particular into recesses which form undercuts in the frame.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist der Rahmen aus Metall. Dies hat den Vorteil, dass der Rahmen etwa induktiv erhitzt werden kann. Ferner können zwischen Metall und Kunststoff hohe Verbundfestigkeiten erreicht werden. Weiterhin der Metallrahmen mittels einer Widerstandserwärmung des Metallrahmens angewandt werden, mit der hohe Fügegeschwindigkeiten erreicht werden können.According to an advantageous development, the frame is made of metal. This has the advantage that the frame can be heated inductively, for example. Furthermore, high bond strengths can be achieved between metal and plastic. Furthermore, the metal frame can be applied by means of resistance heating of the metal frame, with which high joining speeds can be achieved.

Vorteilhaft wird der Rahmen vorbehandelt, wobei das Vorbehandeln ein mechanisches Aufrauen des Rahmens und/oder ein Laservorbehandeln des Rahmens umfasst, insbesondere ein vollflächiges Laservorbehandeln des Rahmens im Bereich des Fügebereichs zwischen dem Temperierelement und dem Rahmen, bevorzugt ein Laservorbehandeln zur Oberflächenvergrößerung oder zur Herstellung von Hinterschnitten. Weiterhin kann eine Oberflächenrauigkeit oder eine Strukturierung mittels CMT-Pinstrukturen oder Elektronenstrahl eingebracht werden, die den Formschluss erhöhen und damit die Festigkeit der thermischen Fügeverbindung.The frame is advantageously pretreated, with the pretreatment comprising mechanical roughening of the frame and/or laser pretreatment of the frame, in particular full-surface laser pretreatment of the frame in the area of the joint area between the tempering element and the frame, preferably laser pretreatment to enlarge the surface or to produce undercuts . Furthermore, surface roughness or structuring using CMT pin structures or an electron beam can be introduced, which increase the form fit and thus the strength of the thermal joint.

Vorteilhafterweise ist ein Schritt des Aufbringens eines Wärmeleitmediums auf die Unterseite des beziehungsweise der Batteriemodule oder auf das Temperierelement vor dem thermischen Fügen vorgesehen. Durch das Bereitstellen des Wärmeleitmediums, insbesondere der Wärmeleitpaste, können etwaig ausgebildete Spalte beziehungsweise Abstände zwischen den zu temperierenden Batteriezellen der Batteriemodule und dem Temperierelement stofflich überbrückt werden, wodurch der Wärmetransport verbessert wird.Advantageously, a step of applying a thermally conductive medium to the underside of the battery module(s) or to the temperature control element is provided before the thermal joining. By providing the thermally conductive medium, in particular the thermally conductive paste, any gaps or distances formed between the battery cells of the battery modules to be temperature-controlled and the temperature-control element can be materially bridged, thereby improving the heat transport.

Durch die Verwendung einer Wärmeleitpaste kann gewährleistet werden, dass das Wärmeleitmedium auch in Hinterschnitte beziehungsweise schwer zugänglichen Bereichen oder Geometrie entlang der Batteriemodulaußenfläche gelangt. Letztlich kann dadurch gewährleistet werden, dass jeglicher Hohlraum zwischen Batteriemodul und Temperierelement mit Wärmeleitpaste gefüllt ist. Eine klebende Wärmeleitpaste hat den Vorteil, dass das Temperierelement mit der Batteriemodulaußenfläche eine mechanische Verbindung eingeht, was die Systemsteifigkeit deutlich verbessert.The use of a thermally conductive paste can ensure that the thermally conductive medium also gets into undercuts or areas or geometry that are difficult to access along the outer surface of the battery module. Ultimately, this ensures that every cavity between the battery module and the temperature control element is filled with thermal paste. An adhesive thermal paste has the advantage that the temperature control element forms a mechanical connection with the outer surface of the battery module, which significantly improves the system rigidity.

Vorteilhaft kann das am Rahmen thermisch angefügte Temperierelement aufgeblasen werden. Dadurch kann im montierten Zustand des Temperierelements ein Innendruck auf das Temperierelement aufgebracht werden, sodass eine durch Aufblasen erzeugte Volumenvergrößerung zu einem Kontakt zwischen Temperierelement und Batteriemodul führt. Dadurch kann eine auf die spezifischen Umstände abgestimmte Volumenvergrößerung herbeigeführt werden. Dadurch können toleranz-, fertigungs-, und montagespezifische Spalte ausgeglichen werden, wodurch Kosten eingespart werden können.Advantageously, the temperature control element thermally attached to the frame can be inflated. As a result, in the mounted state of the temperature control element, internal pressure can be applied to the temperature control element, so that an increase in volume caused by inflation leads to contact between the temperature control element and the battery module. As a result, an increase in volume tailored to the specific circumstances can be brought about. As a result, gaps specific to tolerances, production and assembly can be compensated for, which means that costs can be saved.

Beispielsweise kann das Temperierelement als flaches Bauteil mittels eines Werkzeugs direkt von unten an den Rahmen herangefahren und dort mit dem erhitzten Rahmen verbunden werden. Im nächsten Schritt wird dann noch bei geschlossenem Werkzeug im Temperierelement ein Innendruck aufgebracht, welcher im Temperierelement zu einer Volumenvergrößerung führt und das Temperierelement an das Batteriemodul anlegt. Genauer gesagt erfolgt das Anlegen entlang der Batteriemodulaußenfläche beziehungsweise der im Batteriemodul aufgenommenen Batteriezellen. Dadurch kann nach einer geeigneten Abkühlphase jede Batteriezelle in einem flächigen Vollkontakt mit dem Temperierelement mit einem Minium von Wärmeleitmedium beziehungsweise Wärmeleitpaste dazwischen gebracht werden.For example, the temperature control element, as a flat component, can be moved up to the frame directly from below using a tool and connected there to the heated frame. In the next step, with the mold still closed, an internal pressure is then applied in the temperature control element, which leads to an increase in volume in the temperature control element and applies the temperature control element to the battery module. More precisely, the application takes place along the battery module outer surface or the battery cells accommodated in the battery module. As a result, after a suitable cooling phase, each battery cell can be brought into full surface contact with the temperature control element with a minimum of thermally conductive medium or thermally conductive paste in between.

Figurenlistecharacter list

Bevorzugte weitere Ausführungsformen der Erfindung werden durch die nachfolgende Beschreibung der Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:

  • 1 eine schematische Darstellung eines Batteriegehäuses mit einem Batteriemodul, einem Rahmen sowie einem nicht montierten Temperierelement;
  • 2 zwei Halbschalen des Temperierelements in einem demontierten Zustand;
  • 3 eine schematische Darstellung eines Batteriegehäuses mit einem Rahmen, ohne Batteriemodul und mit einem nicht montierten Temperierelement;
  • 4 eine schematische Darstellung eines Batteriegehäuses gemäß einer ersten Ausführungsform;
  • 5 eine schematische Darstellung eines Batteriegehäuses gemäß einer weiteren Ausführungsform;
  • 6 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung eines Batteriegehäuses;
  • 7 eine schematische Darstellung der Herstellung einer Fügeverbindung mit einer in einem Rahmen und mit einem Hinterschnitt versehenen Ausnehmung und einem Stempel zum Hereinpressen des erwärmten Materials des Temperierelements; und
  • 8 eine mittels des Stempels hergestellte formschlüssige Fügeverbindung.
Preferred further embodiments of the invention are explained in more detail by the following description of the figures. show:
  • 1 a schematic representation of a battery housing with a battery module, a frame and an unmounted temperature control element;
  • 2 two half-shells of the tempering element in a dismantled state;
  • 3 a schematic representation of a battery housing with a frame, without a battery module and with an unmounted temperature control element;
  • 4 a schematic representation of a battery housing according to a first embodiment;
  • 5 a schematic representation of a battery housing according to a further embodiment;
  • 6 a flowchart of a method for manufacturing a battery case;
  • 7 a schematic representation of the production of a joint connection with a recess provided in a frame and with an undercut and a stamp for pressing in the heated material of the temperature control element; and
  • 8th a form-fitting joint connection produced by means of the stamp.

Detaillierte Beschreibung bevorzugter AusführungsbeispieleDetailed description of preferred embodiments

Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele anhand der Figuren beschrieben. Dabei werden gleiche, ähnliche oder gleichwirkende Elemente in den unterschiedlichen Figuren mit identischen Bezugszeichen versehen, und auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente wird teilweise verzichtet, um Redundanzen zu vermeiden.Preferred exemplary embodiments are described below with reference to the figures. Elements that are the same, similar or have the same effect are provided with identical reference symbols in the different figures, and a repeated description of these elements is sometimes dispensed with in order to avoid redundancies.

In 1 ist schematisch ein Batteriegehäuse 10 zur Ausbildung einer Batterie 1 gezeigt, wobei die Batterie 1 beispielsweise als Traktionsbatterie für ein Fahrzeug oder für eine stationäre Speicheranwendung verwendet werden kann.In 1 a battery housing 10 for forming a battery 1 is shown schematically, the battery 1 being able to be used, for example, as a traction battery for a vehicle or for a stationary storage application.

Das Batteriegehäuse 10 stellt einen Gehäuseinnenraum 11 bereit, in dem sehr schematisch gezeigte Batteriemodule 2, die jeweils Batteriezellen 4 aufweisen, aufgenommen sind. In dem Gehäuseinnenraum 11 ist weiterhin eine schematisch angedeutete Elektronikeinheit 13 aufgenommen, die zur Steuerung und Regelung der Batteriemodule 2 vorgesehen sein kann und einen Hauptanschluss für die Batterie 1 zum Anschluss an einen hier nicht gezeigten Verbraucher bereitstellt.The battery housing 10 provides a housing interior 11, in which battery modules 2, which are shown very schematically and each have battery cells 4, are accommodated. In the housing interior 11 there is also a schematically indicated electronics unit 13 which can be provided for controlling and regulating the battery modules 2 and which provides a main connection for the battery 1 for connection to a consumer not shown here.

Das Batteriegehäuse 10 umfasst einen Rahmen 8 aus Metall zur seitlichen Begrenzung des Gehäuseinnenraums 11 in einer in der x-y-Ebene aufgespannten Haupterstreckungsebene. In 1 ist weiterhin ein als Bodenelement 15 ausgebildetes Temperierelement 12 zur Begrenzung des Gehäuseinnenraums 11 senkrecht zu der Haupterstreckungsebene, also in der z-Richtung, nach unten gezeigt, wobei das Temperierelement 12 einen innenliegenden Hohlraum 16 zur Aufnahme eines Temperierungsmediums aufweist. Das Temperierungsmedium kann über einen Einlass 17 in das Temperierelement 12 eingeleitet und über einen Auslass 19 wieder aus dem Temperierelement 12 heraus geleitet werden, so dass das Temperierelement 12 von dem Temperiermedium durchströmt werden kann und auf diese Weise ein Wärmetransport stattfinden kann.The battery housing 10 includes a frame 8 made of metal for laterally delimiting the housing interior 11 in a main plane of extension spanned in the xy plane. In 1 a temperature control element 12 designed as a base element 15 for delimiting the housing interior 11 perpendicularly to the main extension plane, i.e. in the z-direction, is shown downwards, the temperature control element 12 having an internal cavity 16 for receiving a temperature control medium. The temperature control medium can be introduced into the temperature control element 12 via an inlet 17 and out of the temperature control element 12 again via an outlet 19, so that the temperature control medium can flow through the temperature control element 12 and heat can be transported in this way.

Mittels des das Temperierelement 12 durchströmenden Temperierungsmediums kann entsprechend eine Temperierung des Gehäuseinnenraums 11 und insbesondere der Batteriemodule 2 erreicht werden. Die Temperierung ist besonders effizient, wenn das Temperierelement 12 mit den zu temperierenden Batteriemodulen 2 in wärmeleitendem Kontakt steht.By means of the temperature control medium flowing through the temperature control element 12 , temperature control of the housing interior 11 and in particular of the battery modules 2 can be achieved accordingly. The temperature control is particularly efficient if the temperature control element 12 is in thermally conductive contact with the battery modules 2 to be temperature controlled.

Das Temperierelement 12 weist in einem Fügebereich 18, in dem es mit dem Rahmen 8 verbunden werden soll, Kunststoff auf. Der Fügebereich 18 entspricht in dem gezeigten Ausführungsbeispiel im Prinzip dem Fußabdruck, den der Rahmen 8 auf der oberen Fläche des Temperierelements 12 hinterlässt, wenn der Rahmen 8 mit dem Temperierelement 12 in der gewünschten Fügeposition in Kontakt gebracht wird.The temperature control element 12 has plastic in a joining area 18 in which it is to be connected to the frame 8 . In the exemplary embodiment shown, the joining area 18 corresponds in principle to the footprint that the frame 8 leaves on the upper surface of the temperature control element 12 when the frame 8 is brought into contact with the temperature control element 12 in the desired joining position.

Das Temperierelement 12 kann mittels des Kunststoffs zum Abschließen des Gehäuseinnenraums 11 nach unten hin mit dem Rahmen 8 thermisch gefügt werden. In 1 ist das Temperierelement 12 jedoch noch nicht mit dem Rahmen 8 thermisch gefügt dargestellt. Die thermische Fügeverbindung wird, wie später ausführlich erläutert, durch Erhitzen des Rahmens 8 auf eine über der Schmelztemperatur des Kunststoffs des Temperierelements 12 liegende Temperatur und ein anschließendes in Kontakt bringen des Temperierelements 12 mit dem Rahmen 8 erreicht.The temperature control element 12 can be thermally joined to the frame 8 by means of the plastic to close off the housing interior 11 at the bottom. In 1 However, the temperature control element 12 is not yet shown thermally joined to the frame 8 . As explained in detail later, the thermal joint connection is achieved by heating the frame 8 to a temperature above the melting point of the plastic of the temperature control element 12 and then bringing the temperature control element 12 into contact with the frame 8 .

Das Temperierelement 12 kann als Blasformteil ausgebildet sein.The temperature control element 12 can be designed as a blow molded part.

Das Temperierelement 12 kann auch durch Druckbeaufschlagung des Hohlraums 16 weiter aufblasbar sein, und zwar so weit, dass im montierten Zustand das Temperierelement 12 mit einem im Gehäuseinnenraum 11 aufgenommenen Batteriemodul 2 einen direkten Kontakt ausbildet beziehungsweise die entsprechenden Oberflächen aneinander angenähert werden.The temperature control element 12 can also be further inflatable by pressurizing the cavity 16 to such an extent that, in the installed state, the temperature control element 12 forms direct contact with a battery module 2 accommodated in the housing interior 11 or the corresponding surfaces are brought closer together.

Das Temperierelement 12 weist bevorzugt auf seiner dem Gehäuseinnenraum 11 zugewendeten Fläche ein Kunststoffmaterial mit einem hohen Wärmeleitkoeffizienten auf und auf seiner dem Gehäuseinnenraum 11 abgewendeten Fläche ein Material erhöhter Flammfestigkeit, beispielsweise ein Kunststoffmaterial erhöhter Flammfestigkeit oder auch ein Metallmaterial. Das Temperierelement 12 kann als Co-Extrusionsteil ausgebildet sein.Temperature control element 12 preferably has a plastic material with a high thermal conductivity coefficient on its surface facing housing interior 11 and a material of increased flame resistance, for example a plastic material of increased flame resistance or a metal material, on its surface facing away from housing interior 11 . The temperature control element 12 can be designed as a co-extrusion part.

In einer weiteren Ausgestaltung kann das Temperierelement 12 auch, wie in 2 gezeigt, zwei Halbschalen 21, 22 aufweisen, die zur Ausbildung des Temperierelements 12 miteinander verbunden werden.In a further embodiment, the temperature control element 12 can also, as in 2 shown, two half-shells 21, 22 which are connected to form the temperature control element 12 together.

Dabei ist die dem Gehäuseinnenraum (nicht abgebildet) zugewendete Halbschale 21 aus einem Kunststoffmaterial mit einem hohen Wärmeleitkoeffizienten und die von Gehäuseinnenraum abgewendete Halbschale 22 aus einem Kunststoffmaterial mit einer erhöhten Flammfestigkeit ausgebildet. Gemäß einer nicht abgebildeten Alternative ist die erste Halbschale 21, die dem Gehäuseinnenraum (nicht abgebildet) zugewendet ist, aus einem Kunststoffmaterial mit einem hohen Wärmeleitkoeffizienten und die von dem Gehäuseinnenraum (nicht abgebildet) abgewendete Halbschale 22 aus einem Metallmaterial, beispielsweise einem Metallblech, ausgebildet.The half-shell 21 facing the housing interior (not shown) is made of a plastic material with a high thermal conductivity coefficient and the half-shell 22 facing away from the housing interior is made of a plastic material with increased flame resistance. According to an alternative that is not shown, the first half-shell 21, which faces the interior of the housing (not shown), is made of a plastic material with a high coefficient of thermal conductivity, and the half-shell 22 that faces away from the interior of the housing (not shown) is made of a metal material, for example sheet metal.

In den Halbschalen 21, 22 kann der innenliegende Hohlraum 16 des Temperierelements 12 jeweils hälftig ausgebildet sein.In the half-shells 21, 22, the internal cavity 16 of the temperature control element 12 can each be formed in half.

Gemäß einer nicht abgebildeten Alternative kann der innenliegende Hohlraum 16 des Temperierelements 12 auch nur an einer der beiden Halbschalen 21, 22 ausgebildet sein. Alternativ oder ergänzend kann der innenliegende Hohlraum 16 des Temperierelements Turbulatoren zur Verbesserung des Wärmeübertragungsverhaltens von dem Temperiermedium an das Material des Temperierelements 12 aufweisen.According to an alternative that is not shown, the interior cavity 16 of the temperature control element 12 can also be formed on only one of the two half-shells 21, 22. Alternatively or additionally, the interior cavity 16 of the temperature control element can have turbulators to improve the heat transfer behavior from the temperature control medium to the material of the temperature control element 12 .

3 zeigt ein Batteriegehäuse 10 mit einem Gehäuseinnenraum 11 zur Aufnahme mindestens eines hier nicht abgebildeten Batteriemoduls. Das Batteriegehäuse 10 umfasst einen Rahmen 8 aus Metall zur seitlichen Begrenzung des Gehäuseinnenraums 11 in einer in der X-Y Ebene ausgebildeten Haupterstreckungsebene sowie ein als Bodenelement 15 ausgebildetes Temperierelement 12 zur Begrenzung des Gehäuseinnenraums 11 senkrecht zu der Haupterstreckungsebene nach unten. 3 shows a battery housing 10 with a housing interior 11 for accommodating at least one battery module, not shown here. The battery housing 10 comprises a frame 8 made of metal for laterally delimiting the housing interior 11 in a main extension plane formed in the XY plane and a temperature control element 12 designed as a base element 15 for delimiting the housing interior 11 perpendicularly to the main extension plane downwards.

Dadurch ist das Temperierelement 12 als ein Bodenelement 15 ausgebildet, das den Gehäuseinnenraum 11 nach unten hin abschließt. Durch die thermische Fügeverbindung des Temperierelements 12 mit dem Rahmen 8 kann weiterhin ein fluiddichter und gasdichter Abschluss des Gehäuseinnenraums 11 nach unten hin erreicht werden.As a result, the temperature control element 12 is designed as a base element 15 which closes off the housing interior 11 at the bottom. Due to the thermal joint connection of the temperature control element 12 to the frame 8, a fluid-tight and gas-tight closure of the housing interior 11 at the bottom can also be achieved.

An der dem Bodenelement 15 gegenüberliegenden Öffnung kann ein nicht abgebildeter Deckel vorhanden sein. Der Rahmen 8 ist vor dem thermischen Fügen mit dem Temperierelement 12 aufgeraut oder hat eine Laservorbehandlung zur Oberflächenvergrößerung erhalten. Diese Behandlung des Rahmens 8 erstreckt sich nicht notwendiger Weise über alle Oberflächen des Rahmens 8, sondern es ist zur Verbesserung des Verbundes aus Temperierelement 12 und Rahmen 8 ausreichend, das Material des Rahmens 8 an den Flächen zu behandeln, an denen ein in Kontakt bringen mit dem Rahmen 8 stattfindet. Mit anderen Worten kann die Behandlung des Rahmens 8 auch nur in dem Fügebereich stattfinden. Hier entsprechend an den in der 3 nicht sichtbaren Unterseiten des Rahmens 8, die mit dem Temperierelement 12 zum thermischen Fügen in Kontakt kommen und den Fügebereich ausbilden.A cover (not shown) can be present at the opening opposite the bottom element 15 . The frame 8 is roughened before the thermal joining with the tempering element 12 or has received a laser pre-treatment to enlarge the surface. This treatment of the frame 8 does not necessarily extend over all surfaces of the frame 8, but it is sufficient to improve the bond between the tempering element 12 and the frame 8 to treat the material of the frame 8 on the surfaces where a bring into contact with the frame 8 takes place. In other words, the treatment of the frame 8 can only take place in the joining area. Here according to the in the 3 invisible undersides of the frame 8, which come into contact with the temperature control element 12 for thermal joining and form the joining area.

4 zeigt eine Querschnittsansicht eines Batteriegehäuses 10 gemäß einer ersten Ausführungsform mit an dem Rahmen 8 thermisch gefügten Temperierelement 12. Das Batteriegehäuse 10 weist einen Gehäuseinnenraum 11 zur Aufnahme mindestens eines mehrere Batteriezellen 4 umfassenden Batteriemoduls 2 auf. 4 shows a cross-sectional view of a battery housing 10 according to a first embodiment with temperature control element 12 thermally joined to the frame 8. The battery housing 10 has a housing interior 11 for receiving at least one battery module 2 comprising a plurality of battery cells 4.

Das Batteriegehäuse 10 umfasst entsprechend einen Rahmen 8 aus Metall zur seitlichen Begrenzung des Gehäuseinnenraums 11 in der X-Y Haupterstreckungsebene, sowie ein als Bodenelement 15 ausgebildetes Temperierelement 12 zur Begrenzung des Gehäuseinnenraums 11 senkrecht zu der Haupterstreckungsebene nach unten.The battery housing 10 accordingly comprises a frame 8 made of metal for laterally delimiting the housing interior 11 in the X-Y main extension plane, and a temperature control element 12 designed as a base element 15 for delimiting the housing interior 11 perpendicularly to the main extension plane downwards.

Dabei weist das Temperierelement 12 einen innenliegenden Hohlraum 16 zur Aufnahme eines Temperierungsmediums auf. Das Temperierelement 12 ist aus Kunststoff ausgebildet und mit dem Rahmen 8 thermisch angefügt.The temperature control element 12 has an internal cavity 16 for receiving a temperature control medium. The temperature control element 12 is made of plastic and is thermally attached to the frame 8 .

Das Temperierelement 12 ist dabei als Blasformteil ausgebildet. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Temperierelement 12 durch Druckbeaufschlagung des Hohlraums 16 weiter aufblasbar, und zwar so weit aufblasbar, dass im montierten Zustand das Temperierelement 12 mit dem im Gehäuseinnenraum 11 aufgenommenen Batteriemodul 2 einen Kontakt ausbildet, in dem abgebildeten Fall einen im Wesentlichen vollflächigen Kontakt mit den Unterseiten 6 der Batteriezellen 4 an der Unterseite des Batteriemoduls 2.The temperature control element 12 is designed as a blow molded part. In the exemplary embodiment shown, the temperature control element 12 can be further inflated by pressurizing the cavity 16 to such an extent that, in the assembled state, the temperature control element 12 forms contact with the battery module 2 accommodated in the housing interior 11, in the illustrated case essentially full-surface contact with the undersides 6 of the battery cells 4 on the underside of the battery module 2.

Das Temperierelement 12 weist auf seiner dem Gehäuseinnenraum 11 zugewendeten Fläche ein Kunststoffmaterial mit einem hohen Wärmeleitkoeffizienten auf sowie auf seiner dem Gehäuseinnenraum abgewendeten Fläche eine erhöhte Flammfestigkeit. Das Temperierelement 12 ist dabei als Co-Extrusionsteil ausgebildet. Ferner ist auf dem Temperierelement 12 ein Wärmeleitmedium 14 vorgesehen, das als Wärmeleitpaste mit klebenden Eigenschaften zur thermischen Anbindung des Temperierelements 12 an den in dem Gehäuseinnenraum 11 aufgenommenen Batteriemoduls ausgebildet ist.The temperature control element 12 has a plastic material with a high thermal conductivity coefficient on its surface facing the housing interior 11 and increased flame resistance on its surface facing away from the housing interior. The temperature control element 12 is designed as a co-extrusion part. Furthermore, a thermally conductive medium 14 is provided on temperature control element 12 , which is in the form of thermally conductive paste with adhesive properties for thermally connecting temperature control element 12 to the battery module accommodated in housing interior 11 .

5 zeigt eine Querschnittsansicht eines Batteriegehäuses 10, wobei gezeigt ist, dass mehrere Batteriemodule 2 nebeneinander in dem Gehäuseinnenraum 11 angeordnet sein können und das Temperierelement 12 zur Temperierung aller Batteriemodule vorgesehen sein kann. 5 shows a cross-sectional view of a battery housing 10, showing that several battery modules 2 can be arranged side by side in the housing interior 11 and the temperature control element 12 can be provided for temperature control of all battery modules.

6 zeigt ein sehr schematisches Flussdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung eines Batteriegehäuses gemäß einer ersten, allgemeinen Ausführungsform. 6 shows a very schematic flow diagram of a method for manufacturing a battery housing according to a first general embodiment.

Gemäß 6 umfasst das Verfahren einen Schritt S220 des Erhitzens des Rahmens auf eine über der Schmelztemperatur des Kunststoffmaterials des Temperierelements liegenden Temperatur und einem nachfolgenden Schritt S230 des in Kontakt bringens des Temperierelements mit dem erhitzten Rahmen, um auf diese Weise ein thermisches Fügen des Temperierelements mit dem Rahmen zu erreichen. Vorzugsweise wird so ein Batteriegehäuse gemäß den Ausführungen zu den 1-5 hergestellt.According to 6 the method includes a step S220 of heating the frame to a temperature above the melting temperature of the plastic material of the temperature control element and a subsequent step S230 of bringing the temperature control element into contact with the heated frame in order in this way to thermally join the temperature control element to the frame to reach. Preferably, such a battery case according to the statements on the 1-5 produced.

Beispielsweise kann im Schritt S220 der Rahmen induktiv erhitzt werden und beispielsweise auf eine Temperatur von 100°C gebracht werden. Dabei ist vorrangig von Bedeutung, den Rahmen im Fügebereich auf die gewünschte Temperatur zu erhitzen, also in dem Bereich des Rahmens, in dem das Temperierelement in Kontakt mit dem Rahmen gebracht wird und entsprechend die thermische Fügeverbindung zwischen dem Rahmen und dem Temperierelement hergestellt wird.For example, in step S220 the frame can be heated inductively and brought to a temperature of 100° C., for example. It is of primary importance to heat the frame to the desired temperature in the joint area, i.e. in the area of the frame in which the temperature control element is brought into contact with the frame and the thermal joint connection between the frame and the temperature control element is produced accordingly.

Vor dem thermischen Fügen des Rahmens mit dem Temperierelement kann das Material des Rahmens beziehungsweise die Oberfläche des Materials des Rahmens im Fügebereich vorbehandelt werden, beispielsweise durch ein mechanisches Aufrauen oder eine Laservorbehandlung, insbesondere ein vollflächiges Laservorbehandeln zur Bereitstellung von Hinterschnitten und/oder zur Oberflächenvergrößerung.Before the frame is thermally joined to the temperature control element, the material of the frame or the surface of the material of the frame in the joining area can be pretreated, for example by mechanical roughening or laser pretreatment, in particular full-surface laser pretreatment to provide undercuts and/or to enlarge the surface.

Als weiterer Schritt kann ein Wärmeleitmedium wie beispielsweise eine Wärmeleitpaste auf die dem Gehäuseinnenraum zugewendete Seite des Temperierelements und/oder auf die Unterseite des Batteriemoduls aufgebracht werden, um eine verbesserte Wärmeleitung zwischen dem Temperierelement und dem Batteriemodul beziehungsweise den Batteriezellen des Batteriemoduls bereit zu stellen.As a further step, a thermally conductive medium such as a thermally conductive paste can be applied to the side of the temperature control element facing the interior of the housing and/or to the underside of the battery module in order to provide improved thermal conduction between the temperature control element and the battery module or the battery cells of the battery module.

Das Temperierelement kann nach dem thermischen Fügen mit dem Rahmen auch durch Druckbeaufschlagung so aufgeblasen werden, dass eine Annäherung der dem Gehäuseinnenraum zugewendeten Seite des Temperierelements an die Unterseite des Batteriemoduls erreicht wird. Dabei erfolgt der Schritt des Aufblasens des Temperierelements nach dem Schritt des Montierens des Temperierelements an dem Rahmen. Dadurch kann ein Nachdrücken des Temperierelements an das Batteriemodul erzielt werden, wodurch etwaig vorhandene Spalte, die nach dem Schritt des Montierens verbleiben, korrigiert werden können.After being thermally joined to the frame, the temperature control element can also be inflated by applying pressure in such a way that the side of the temperature control element that faces the housing interior is brought closer to the underside of the battery module. The step of inflating the temperature control element takes place after the step of mounting the temperature control element on the frame. As a result, the temperature control element can be pushed further onto the battery module, as a result of which any existing gaps that remain after the mounting step can be corrected.

In den 7 und 8 ist ganz schematisch eine weitere Möglichkeit des thermischen Fügens gezeigt. Dabei wird das erwärmte Temperierelement 12 gegen den Rahmen 8 geführt. Der Rahmen 8 weist eine Ausnehmung 80 auf, die einen Hinterschnitt ausbildet. Material des Temperierelements 12 wird mittels eines Stempels 82 in die Ausnehmung 80 hereingedrückt und erstarrt dort. Der Stempel 82 wird wieder aus der Ausnehmung herausgeführt, so dass auf diese Weise das Temperierelement 12 mit dem Rahmen 8 verbunden werden kann.In the 7 and 8th another possibility of thermal joining is shown very schematically. The heated temperature control element 12 is guided against the frame 8 . The frame 8 has a recess 80 which forms an undercut. Material of the temperature control element 12 is pressed into the recess 80 by means of a stamp 82 and solidifies there. The plunger 82 is guided out of the recess again, so that the temperature control element 12 can be connected to the frame 8 in this way.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung weist das Temperierelement eine dem Gehäuseinnenraum zugewendete Halbschale aus Kunststoff mit einem Schlauch und eine dem Gehäuseinnenraum abgewendete Halbschale aus Metall auf, wobei vor dem Schritt des In Kontakt Bringens des Temperierelements mit dem Rahmen das Temperierelement hergestellt wird durch die Schritte

  • - Erwärmen des Schlauchs zumindest an einer Kontaktfläche zu der dem Gehäuseinnenraum abgewendeten Halbschale
  • - Verpressen des Schlauchs mit der dem Gehäuseinnenraum abgewendeten Halbschale, vorzugsweise unter Zuhilfenahme eines Werkzeugs.
According to an advantageous development, the temperature control element has a plastic half-shell facing the housing interior with a hose and a metal half-shell facing away from the housing interior, the temperature control element being produced by the steps before the step of bringing the temperature control element into contact with the frame
  • - Heating of the hose at least on a contact surface to the half-shell facing away from the interior of the housing
  • - Pressing the hose with the half-shell facing away from the interior of the housing, preferably with the aid of a tool.

Dadurch, dass das Temperierelement eine erste Halbschale und eine zweite Halbschale aufweist, können die unterschiedlichen Funktionen jedem Gehäuseinnenraum zu- beziehungsweise abgewendeten Flächen mittels speziell vorgesehenen Kunststoff realisiert werden. Dadurch können unterschiedliche Kunststoffmaterialien einfach miteinander zu einem Temperierelement zusammengefügt werden, wodurch Kosten gespart werden können.Due to the fact that the tempering element has a first half-shell and a second half-shell, the different functions of each housing interior can be implemented by means of specially provided plastic. As a result, different plastic materials can be simply joined together to form a temperature control element, which means that costs can be saved.

Durch das Erwärmen des Schlauchs an zumindest einer Kontaktfläche kann der Schlauch stellenweise aufgeweicht werden, wodurch in Verbindung mit dem Verpressen zwischen Schlauch und der dem Gehäuseinnenraum abgewendeten Halbschale eine thermische Fügeverbindung hergestellt werden kann. Mithin liegt diese Verbindung als eine formschlüssige Verbindung zwischen erweichtem Kunststoff und einer metallenen Halbschale vor. Das Erwärmen und/oder das Verpressen kann vorzugsweise unter Zuhilfenahme eines Werkzeugs durchgeführt werden, um automatisierbare Prozesse mit wiederholbaren Ergebnissen zu realisieren, wodurch Kosten eingespart werden können.By heating the hose on at least one contact surface, the hose can be softened in places, as a result of which a thermal joint connection can be produced in connection with the pressing between the hose and the half-shell facing away from the housing interior. Consequently, this connection is present as a form-fitting connection between softened plastic and a metal half-shell. The heating and/or the pressing can preferably be carried out with the aid of a tool be carried out in order to realize automatable processes with repeatable results, which can save costs.

Der Schlauch wird so erwärmt, dass sich nur eine begrenzte Außenfläche erweicht, die groß genug ist, um die Verbindung zwischen Schlauch und Halbschale zu erzielen, ohne die Funktion des Schlauchs zu beeinträchtigen.The tube is heated in such a way that only a limited outer surface is softened, large enough to achieve the connection between the tube and the half-shell without affecting the function of the tube.

Vorzugsweise kann der Schlauch nach dem Verbinden mit der dem Gehäuseinnenraum abgewendeten Halbschale durch eine Druckbeaufschlagung aufgeblasen werden. Dadurch können sich eine oder mehrere Kammern mit speziell ausgeformten Verläufen ausbilden, die später dem Kühlmedium einen Durchlauf erlauben.After being connected to the half-shell facing away from the interior of the housing, the hose can preferably be inflated by applying pressure. As a result, one or more chambers with specially shaped courses can be formed, which later allow the cooling medium to flow through.

Vorzugsweise weist die dem Gehäuseinnenraum zugewendete Halbschale einen wärmeleitenden Kunststoff-Co-Extrudat auf und die dem Gehäuseinnenraum abgewendete Halbschale ein Metall, vorzugsweise Aluminium oder Stahl auf.Preferably, the half-shell facing the housing interior has a heat-conducting plastic co-extrudate and the half-shell facing away from the housing interior has a metal, preferably aluminum or steel.

Dadurch, dass das Temperierelement eine als Blasformteil ausgelegte Oberschale in Form einer Kunststoff-Halbschale aufweist, kann prinzipiell eine Montage des Temperierelements am Rahmen des Gehäuses und eine Montage der Batteriemodule bzw. elektronischen Bauteile im Gehäuse vor dem Aufblasprozess erfolgen. Dadurch passt sich die Halbschale beim Aufblasen exakt an die Kontur der Unterseite des Zellmoduls an. Dies hat mehrere positive Auswirkungen:

  • - Das Zellmodul kann mit sehr großen Toleranzen bezüglich Ausrichtung der Zellen in z, sowie Planarität und Torsion der gesamten Modul-Bodenfläche gefertigt werden, wodurch die Fertigungskosten sinken.
  • - Eine formschlüssige thermische Anbindung jeder einzelnen Batteriezelle an dem Temperierelement ist unabhängig von o.g. Toleranzen gewährleistet, wodurch eine größtmögliche Homogenität der Zelltemperaturen erreicht wird.
  • - Die nach Stand der Technik ubiquitäre Notwendigkeit von thermisch leitfähigen, jedoch elektrisch isolierenden Gapfillern oder Gap-Pads entfällt, da sie nun weder zum Toleranzausgleich noch zur elektrischen Isolierung der Zellen gegen einen metallischen Kühlboden benötigt werden. Eine sichere mechanische Verbindung zwischen Zellen und Kühler kann durch eine sehr dünne (ca. 50um) Schicht einfachen Klebstoffs realisiert werden. Damit entfallen auch die Kosten für Gapfiller/Gap-Pad, welche üblicherweise einen wesentlichen Anteil der BOM-Kosten eines Batteriepacks ausmachen.
Because the temperature control element has an upper shell designed as a blow-moulded part in the form of a plastic half-shell, the temperature control element can in principle be mounted on the frame of the housing and the battery modules or electronic components can be mounted in the housing before the inflation process. As a result, the half-shell adapts exactly to the contour of the underside of the cell module when inflated. This has several positive effects:
  • - The cell module can be manufactured with very large tolerances regarding the alignment of the cells in z, as well as the planarity and torsion of the entire module base area, which reduces manufacturing costs.
  • - A form-fitting thermal connection of each individual battery cell to the temperature control element is guaranteed regardless of the above tolerances, whereby the greatest possible homogeneity of the cell temperatures is achieved.
  • The need for thermally conductive but electrically insulating gap fillers or gap pads, which is ubiquitous according to the prior art, is no longer required, since they are now required neither for tolerance compensation nor for electrical insulation of the cells from a metallic cooling base. A secure mechanical connection between cells and cooler can be realized with a very thin (approx. 50um) layer of simple adhesive. This also eliminates the cost of gap fillers/gap pads, which typically account for a significant portion of the BOM cost of a battery pack.

Die Vorteile, welche auch ein einteiliger Blasformkühler aus Kunststoff bezüglich der thermischen und mechanischen Anbindung des Zellmoduls hat, bleiben also mit dem beschriebenen Hybrid-Kühler erhalten. Gleichzeitig werden die beschriebenen Nachteile einer Kunststoff-Unterschale bezüglich Sicherheit bei mechanischem Impact sowie thermischen Vorfällen durch die Verwendung einer metallischen Unterschalte umgangen.The advantages that a one-piece blow-molded cooler made of plastic has with regard to the thermal and mechanical connection of the cell module are therefore retained with the described hybrid cooler. At the same time, the described disadvantages of a plastic lower shell in terms of safety in the event of mechanical impact and thermal events are avoided by using a metal lower switch.

Soweit anwendbar, können alle einzelnen Merkmale, die in den Ausführungsbeispielen dargestellt sind, miteinander kombiniert und/oder ausgetauscht werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.As far as applicable, all individual features that are presented in the exemplary embodiments can be combined with one another and/or exchanged without departing from the scope of the invention.

BezugszeichenlisteReference List

11
Batteriebattery
22
Batteriemodulbattery module
44
Batteriezellebattery cell
66
Batteriemodulaußenflächebattery module exterior
88th
Rahmenframe
1010
Batteriegehäusebattery case
1111
Gehäuseinnenraumhousing interior
1212
Temperierelementtempering element
1414
Wärmeleitmediumheat transfer medium
1515
Bodenelementfloor element
1616
Hohlraumcavity
1717
Einlassinlet
1818
Fügebereichjoining area
1919
Auslassoutlet
8080
Ausnehmung mit HinterschnittRecess with undercut
8282
StempelRubber stamp
S220S220
Erhitzen des Rahmensheating the frame
S230S230
In Kontakt bringen des Temperierelements und des RahmensBringing the temperature control element and the frame into contact

Claims (15)

Batteriegehäuse (10) mit einem Gehäuseinnenraum (11) zur Aufnahme eines mehrere Batteriezellen (4) umfassenden Batteriemoduls (2), umfassend einen Rahmen (8) zur seitlichen Begrenzung des Gehäuseinnenraums (11) in einer Haupterstreckungsebene (13), sowie ein als Bodenelement (15) ausgebildetes Temperierelement (12) zur Begrenzung des Gehäuseinnenraums (11) senkrecht zu der Haupterstreckungsebene (13), wobei das Temperierelement (12) einen innenliegenden Hohlraum (16) zur Aufnahme eines Temperierungsmediums aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Temperierelement (12) in einem dem Rahmen (8) zugewendeten Fügebereich (18) Kunststoff umfasst und mit dem Rahmen (8) mittels einer thermischen Fügeverbindung verbunden ist.Battery housing (10) with a housing interior (11) for receiving a battery module (2) comprising a plurality of battery cells (4), comprising a frame (8) for laterally delimiting the housing interior (11) in a main extension plane (13), and a base element ( 15) designed temperature control element (12) for delimiting the housing interior (11) perpendicular to the main extension plane (13), wherein the temperature control element (12) has an internal cavity (16) for receiving a temperature control medium, characterized in that the Tem peripheral element (12) comprises plastic in a joining area (18) facing the frame (8) and is connected to the frame (8) by means of a thermal joining connection. Batteriegehäuse (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen (8) aus Metall ist.Battery case (10) according to claim 1 , characterized in that the frame (8) is made of metal. Batteriegehäuse (10) gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Fügeverbindung auf einem Formschluss basiert, der sich in der Ebene von Oberflächenrauigkeiten ausbildet.Battery case (10) according to claim 1 or 2 , characterized in that the thermal joint is based on a form fit, which is formed in the plane of surface roughness. Batteriegehäuse (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Temperierelement (12) als Blasformteil ausgebildet ist.Battery housing (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the temperature control element (12) is designed as a blow-moulded part. Batteriegehäuse (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Temperierelement (12) mittels des Hohlraums (16) aufblasbar ist, vorzugsweise so weit aufblasbar, dass im montierten Zustand das Temperierelement (12) mit einem im Gehäuseinnenraum (11) aufgenommenen elektronischen Bauteil, insbesondere einem Batteriemodul (2), einen Kontakt ausbildet, vorzugsweise einen vollflächigen Kontakt.Battery housing (10) according to claim 4 , characterized in that the temperature control element (12) can be inflated by means of the cavity (16), preferably inflatable to such an extent that, in the assembled state, the temperature control element (12) is connected to an electronic component, in particular a battery module (2) accommodated in the housing interior (11). , forms a contact, preferably a full-area contact. Batteriegehäuse (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Temperierelement (12) auf seiner dem Gehäuseinnenraum (11) zugewendeten Fläche ein Kunststoffmaterial mit einem hohen Wärmeleitkoeffizienten aufweist und bevorzugt auf seiner dem Gehäuseinnenraum (11) abgewendeten Fläche ein Material mit einer erhöhten Flammfestigkeit aufweist, wobei das Temperierelement (12) bevorzugt als Co-Extrusionsteil ausgebildet ist.Battery housing (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the temperature control element (12) has a plastic material with a high thermal conductivity coefficient on its surface facing the housing interior (11) and preferably has a material with a has increased flame resistance, wherein the temperature control element (12) is preferably designed as a co-extrusion part. Batteriegehäuse (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass, das Temperierelement (12) eine erste Halbschale (21) und eine mit der ersten Halbschale (21) verbundene zweite Halbschale (22) aufweist, wobei die dem Gehäuseinnenraum (11) zugewendete Halbschale (21) ein Kunststoffmaterial mit einem hohen Wärmeleitkoeffizienten aufweist und die von Gehäuseinnenraum (11) abgewendete Halbschale (22) ein Kunststoffmaterial mit einer erhöhten Flammfestigkeit aufweist.Battery housing (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the temperature control element (12) has a first half-shell (21) and a second half-shell (22) connected to the first half-shell (21), the housing interior (11) the half-shell (21) facing has a plastic material with a high thermal conductivity coefficient and the half-shell (22) facing away from the housing interior (11) has a plastic material with increased flame resistance. Batteriegehäuse (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Temperierelement (12) eine erste Halbschale (21) und eine mit der ersten Halbschale (21) verbundene zweite Halbschale (22) aufweist, wobei die dem Gehäuseinnenraum (11) zugewendete Halbschale (21) ein Kunststoffmaterial mit einem hohen Wärmeleitkoeffizienten aufweist und die von Gehäuseinnenraum (11) abgewendete Halbschale (22) Metall umfasst und bevorzugt ein Metallblech ist.Battery case (10) according to one of Claims 1 until 6 , characterized in that the temperature control element (12) has a first half-shell (21) and a second half-shell (22) connected to the first half-shell (21), the half-shell (21) facing the housing interior (11) being a plastic material with a high Has coefficients of thermal conductivity and the half-shell (22) facing away from the housing interior (11) comprises metal and is preferably a metal sheet. Batteriegehäuse (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der dem Gehäuseinnenraum (11) zugewandten Fläche des Temperierelements (12) ein Wärmeleitmedium (14) vorgesehen ist, vorzugsweise eine Wärmeleitpaste, insbesondere eine klebende Wärmeleitpaste, zur thermischen Anbindung des Temperierelements (12) an ein in dem Gehäuseinnenraum (11) aufgenommenes Batteriemodul (2).Battery housing (10) according to one of the preceding claims, characterized in that a thermally conductive medium (14), preferably a thermally conductive paste, in particular an adhesive thermally conductive paste, is provided on the surface of the temperature control element (12) facing the housing interior (11) for the thermal connection of the temperature control element (12) to a battery module (2) accommodated in the housing interior (11). Batteriegehäuse (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Rahmen (8) auf der dem Temperierelement (12) gegenüberliegenden Ebene ein Deckel zum Verschließen des Gehäuseinnenraums (11) vorgesehen ist, wobei der Deckel bevorzugt aus Metall ausgebildet ist.Battery housing (10) according to one of the preceding claims, characterized in that a cover for closing the housing interior (11) is provided on the frame (8) on the plane opposite the tempering element (12), the cover preferably being made of metal. Batteriegehäuse (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen (8) vor dem thermischen Fügen mit dem Temperierelement (12) aufgeraut ist und/oder eine Laservorbehandlung erhalten hat, bevorzugt eine Laservorbehandlung zur Oberflächenvergrößerung und/oder der Rahmen (8) mindestens eine Ausnehmung (80) aufweist, die bevorzugt einen Hinterschnitt ausbildet, und Material des Temperierelements (12) in die Ausnehmung eingebracht ist.Battery housing (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the frame (8) is roughened prior to the thermal joining with the tempering element (12) and/or has received a laser pretreatment, preferably a laser pretreatment for surface enlargement and/or the frame ( 8) has at least one recess (80), which preferably forms an undercut, and material of the temperature control element (12) is introduced into the recess. Verfahren zur Herstellung eines Batteriegehäuses (10) mit einem Gehäuseinnenraum (11) zur Aufnahme eines mehrere Batteriezellen (4) aufnehmenden Batteriemoduls (2), wobei ein Rahmen (8) und ein Temperierelement (12), welches in einem dem Rahmen (8) zugewendeten Fügebereich (18) Kunststoff aufweist und welches einen innenliegenden Hohlraum (16) aufweist, bereitgestellt werden, umfassend die Schritte: - Erhitzen (S220) des Rahmens (8) im Fügebereich (18) auf eine oberhalb der Schmelztemperatur des Kunststoffs des Temperierelements (12) im Fügebereich liegenden Temperatur, und - in Kontakt bringen (S230) des Temperierelements (12) mit dem erhitzten Rahmen (8), um das Temperierelement (12) im Fügebereich mit dem Rahmen (8) thermisch zu fügen.Method for producing a battery housing (10) with a housing interior (11) for accommodating a battery module (2) accommodating a plurality of battery cells (4), a frame (8) and a temperature control element (12) being located in one facing the frame (8). Joining area (18) has plastic and which has an internal cavity (16), are provided, comprising the steps: - heating (S220) the frame (8) in the joining area (18) to a temperature above the melting temperature of the plastic of the tempering element (12) in the joining area, and - bring (S230) the temperature control element (12) into contact with the heated frame (8) in order to thermally join the temperature control element (12) to the frame (8) in the joining area. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen (8) vor dem thermischen Fügen mit dem Temperierelement (12) vorbehandelt wird, wobei das Vorbehandeln bevorzugt ein mechanisches Aufrauen des Rahmens (8) oder ein Laservorbehandeln des Rahmens (8), besonders bevorzugt wobei der Rahmen aus Metall ist und wobei das Vorbehandeln ein vollflächiges Laservorbehandeln des Rahmens (8) im Fügebereich, umfasst.procedure after claim 12 , characterized in that the frame (8) is pretreated prior to thermal joining with the temperature control element (12), the pretreatment preferably involving mechanical roughening of the frame (8) or laser pretreatment of the frame (8), particularly preferably the frame made of metal and wherein the pre-treatment comprises a full-area laser pre-treatment of the frame (8) in the joining area. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wärmeleitmedium (14) auf das Temperierelement (12) aufgebracht wird, um eine thermische Anbindung an ein in dem Gehäuseinnenraum (11) aufgenommenes Batteriemodul (2) auszubilden.Procedure according to one of Claims 12 or 13 , characterized in that a thermally conductive medium (14) is applied to the temperature control element (12) in order to form a thermal connection to a battery module (2) accommodated in the housing interior (11). Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das mit dem Rahmen (8) thermisch gefügte Temperierelement (12) aufgeblasen, bevorzugt blasgeformt, wird, um eine Kontaktierung des Temperierelements (12) mit einem im Gehäuseinnenraum (11) aufgenommenen Batteriemodul (2) auszubilden.Procedure according to one of Claims 12 until 14 , characterized in that the frame (8) thermally joined temperature control element (12) is inflated, preferably blow-moulded, in order to form a contact between the temperature control element (12) and a battery module (2) accommodated in the housing interior (11).
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