-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einfüllen einer viskosen Wärmeleitmasse in einen Zwischenraum zwischen einem Batteriemodul einer Batterieanordnung und einem Gehäusebauteil der Batterieanordnung mittels einer Injektionsvorrichtung, wobei die Batterieanordnung mit dem Gehäusebauteil und dem Batteriemodul bereitgestellt wird, so dass das Batteriemodul derart in Bezug auf das Gehäusebauteil angeordnet ist, dass ein Zwischenraum zwischen einer dem Gehäusebauteil zugewandten ersten Seite des Batteriemoduls und dem Gehäusebauteil bereitgestellt ist, wobei die Batterieanordnung eine fluidisch mit dem Zwischenraum verbundene Einfüllöffnung aufweist und wobei die viskose Wärmeleitmasse in den Zwischenraum durch die Einfüllöffnung mittels der Injektionsvorrichtung eingefüllt wird. Weiterhin wird während des Einfüllens ein Druckverlauf eines Drucks erfasst, der von einem Fluiddruck der in den Zwischenraum eingefüllten viskosen Wärmeleitmasse abhängig ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung auch eine Injektionsvorrichtung.
-
Hochvoltbatterien für Elektrofahrzeuge weisen typischerweise mehrere Batteriezellen auf. Diese können zum Beispiel auch zu Batteriemodulen zusammengefasst sein. Zur Kühlung solcher Batteriemodule können diese auf einem Kühlboden angeordnet sein. Dieser kann zum Beispiel durch ein Gehäusebauteil, zum Beispiel eines Gesamtbatteriegehäuses, bereitgestellt sein. Um bei Elektrofahrzeugen die bei der Schnellladung und beim Leistungsabruf in den Hochvoltbatterien entstehende Wärme abführen zu können, kommt zwischen Batteriemodul und Kühlboden oftmals eine Wärmeleitpaste, der sogenannte Gapfiller, zum Einsatz, die vorliegend auch als viskose Wärmeleitmasse bezeichnet wird und auch thermisches Interface-Material genannt werden kann. Das Einbringen einer solchen Wärmeleitmasse in den Zwischenraum zwischen Batteriemodul und Kühlboden kann dabei durch das Verfahren „Gapfillerinjektion“ erfolgen. Dabei wird zunächst das Batteriemodul in das leere Batteriegefache, das heißt einen durch das Batteriegehäuse bereitgestellten Aufnahmebereich, gesetzt und befestigt, z.B. verschraubt. In den entstehenden Spalt zwischen Batteriemodul und Gehäuseboden wird dann der Gapfiller injiziert. Diese Vorgehensweise ist zum Beispiel in der
DE 10 2018 208 070 A1 beschrieben.
-
Um möglichst exakt die nötige Menge an Gapfiller in die Kavität, das heißt, den oben genannten Zwischenraum, zu bringen, muss der Füllvorgang überwacht und gezielt beendet werden, wie beispielsweise in der
DE 10 2020 107 399 A1 beschrieben. Hierzu wird bislang bevorzugt ein Abschaltsensor eingesetzt, welcher im Bereich eines Entlüftungslochs angeordnet ist, welches wiederum an der Stelle positioniert ist, an welcher der Gapfiller als letztes in der Kavität ankommt.
-
Ein Abschaltsensor bedeutet jedoch zusätzliche Kosten und erhöht zudem die Prozesskomplexität. Außerdem muss er bei jedem Prozess sehr genau positioniert werden, um genau das meist sehr schmale Entlüftungsloch zu treffen.
-
Ein weiteres Problem beim Einfüllen der viskosen Wärmeleitmasse in den Zwischenraum besteht zudem darin, dass es beim Einfüllen zu gewissen Problemen oder Fehlern kommen kann. Diese können letztendlich dazu führen, dass der Zwischenraum nicht ordnungsgemäß gefüllt ist und zum Beispiel die zu benetzenden Flächen nicht vollständig mit der Wärmeleitmasse benetzt sind. Dies führt wiederum dazu, dass der thermische Widerstand in diesem Bereich sehr hoch ist und letztendlich im Betrieb der Batterie bereichsweise keine ausreichende Kühlwirkung bereitgestellt werden kann. Auch kann es beispielsweise sein, dass der Kühlboden lokal stark deformiert ist, so dass es unter Umständen bereichsweise zu einem Kontakt zwischen dem Kühlboden und dem Batteriemodul kommt. Denkbar ist zudem auch, dass ein Leck im Zwischenraum vorhanden ist, aus welchem die injizierte viskose Wärmeleitmasse austreten kann. Dadurch gelangt diese in Bereiche, in welche sie unter Umständen nicht gelangen dürfte. All diese Fehlerfälle können die Funktionsweise der letztendlich bereitgestellten Batterie stark beeinträchtigen und müssen daher rechtzeitig detektiert werden. Allerdings ist dies bislang nicht möglich, ohne die Batterieanordnung dabei wieder zu zerstören, was zum Zwecke der Qualitätskontrolle aktuell stichprobenweise gemacht wird und entsprechend zu erhöhten Kosten führt.
-
Die
EP 0 162 037 A2 beschreibt einen Spritzgussvorgang, bei dem mit einer Einspritzdüse durch eine Eintrittsöffnung in ein Formnest eingespritzt wird. Dabei wird der Materialdruck im Zufuhrbereich überwacht und geregelt und der bei der Vollfüllung des Formnestes auftretende Druckanstieg als Kriterium für die Füllung des Formnestes gewertet.
-
Weiterhin beschreibt die
DE 41 40 992 A1 einen Spritzgießprozess für thermoplastische Kunststoffe, bei dem der Druck im Spritzgießwerkzeug erfasst wird und eine Umschaltung von Spritzdruck auf Nachdruck bei einem bestimmten Umschaltdruck erfolgt. Dabei wird der Umschaltdruck von im laufenden Zyklus im Spritzgießwerkzeug gemessenen Druck abgeleitet, wobei das starke Ansteigen des Drucks, das erfolgt, wenn die Hohlräume vollständig ausgefüllt sind, erfasst und als Umschaltkriterium herangezogen wird.
-
Die oben beschriebenen Probleme bei der Erkennung möglicherweise fehlerhaft gefüllter Zwischenräume oder Fehler beim Füllen der Zwischenräume bleiben jedoch bestehen.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Injektionsvorrichtung bereitzustellen, die es ermöglichen, eine Batterieanordnung mit einem mit Wärmeleitmasse möglichst zuverlässig befüllten Zwischenraum auf möglichst einfache und kostengünstige Weise bereitzustellen beziehungsweise zu fertigen.
-
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren und durch eine Injektionsvorrichtung mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung, sowie der Figuren.
-
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Einfüllen einer viskosen Wärmeleitmasse in einen Zwischenraum zwischen einem Batteriemodul einer Batterieanordnung und einem Gehäusebauteil der Batterieanordnung mittels einer Injektionsvorrichtung wird zunächst die Batterieanordnung mit dem Gehäusebauteil und dem Batteriemodul bereitgestellt, so dass das Batteriemodul derart in Bezug auf das Gehäusebauteil angeordnet ist, dass ein Zwischenraum zwischen einer dem Gehäusebauteil zugewandten ersten Seite des Batteriemoduls und dem Gehäusebauteil bereitgestellt ist, wobei die Batterieanordnung eine fluidisch mit dem Zwischenraum verbundene Einfüllöffnung aufweist. Weiterhin wird die viskose Wärmeleitmasse in den Zwischenraum durch die Einfüllöffnung mittels der Injektionsvorrichtung eingefüllt und während des Einfüllens wird ein Druckverlauf eines Drucks erfasst, der von einem Fluiddruck der in den Zwischenraum eingefüllten viskosen Wärmeleitmasse abhängig ist. Weiterhin wird für die Batterieanordnung eine Druck-Referenzkurve bereitgestellt und in Abhängigkeit vom erfassten Druckverlauf und von der Druck-Referenzkurve überprüft, ob ein bestimmter Füllfehler beim Befüllen des Zwischenraums vorliegt.
-
Die Erfindung beruht dabei auf der Erkenntnis, dass der Druck der in den Zwischenraum eingefüllten viskosen Wärmeleitmasse für eine gegebene Batterieanordnung und einen gegebenen Ablauf des Einfüllvorgangs mittels der Injektionsvorrichtung über die Zeit immer einen charakteristischen Verlauf hat. Beispielsweise steigt der Druck am Ende des Einfüllvorgangs, wenn also die Kavität vollständig befüllt ist, abrupt an, was zum Beispiel als Abschaltkriterium genutzt werden kann. Dass also für einen bestimmten Einfüllvorgang und eine gegebene Batterieanordnung sich immer eine solche charakteristische Druckkurve ergibt, kann nun vorteilhafterweise genutzt werden, um für die Batterieanordnung eine Druck-Referenzkurve bereitzustellen. Diese kann zum Beispiel experimentell auf Basis vorhergehender Füllvorgänge gleichartiger Batterieanordnungen ermittelt werden. Die Druck-Referenzkurve gibt dabei den Druckverlauf für einen fehlerfreien Einfüllvorgang an, insbesondere für eine gleiche Batterieanordnung oder zumindest bereichsweise geometrisch gleich ausgebildete Batterieanordnung. Die Druck-Referenzkurve kann damit auch als Soll-Druckverlaufskurve aufgefasst werden. Somit kann eine solche Druck-Referenzkurve nicht nur genutzt werden, um einen geeigneten Abschaltzeitpunkt zu ermitteln, sondern vor allen Dingen, um auf Basis einer solchen Druck-Referenzkurve auch eine Qualitätskontrolle des durchgeführten Einfüllvorgangs durchzuführen. Diese Qualitätskontrolle kann dabei sowohl live während des Einfüllvorgangs erfolgen oder auch im Nachhinein, wenn also der Einfüllvorgang bereits beendet ist. Mit anderen Worten kann der Schritt des Überprüfens, ob ein bestimmter Füllfehler vorliegt, während des Einfüllens erfolgen, insbesondere wiederholt in Abhängigkeit von fortwährend neu erfassten Druckwerten des erfassten Druckverlaufs, und insbesondere bis der Einfüllvorgang beendet ist oder abgebrochen wurde, oder der Schritt des Überprüfens, ob ein bestimmter Füllfehler vorliegt, kann auch nach Beendigung des Einfüllens erfolgen. Auch eine Kombination ist möglich, so dass eine Überwachung auf bestimmte Fehler bereits während des Einfüllens erfolgt und eine nochmalige Detailanalyse und Auswertung im Nachhinein, z.B. nach dem Einfüllen. Im Allgemeinen ist es sehr vorteilhaft, bereits während des Einfüllens bereits eine Auswertung des bisher erfassten Druckverlaufs in Bezug auf die Druck-Referenzkurve vorzunehmen, da dies eine sehr frühzeitige Detektion bestimmter Füllfehler erlaubt, und außerdem bestimmte Charakteristiken des Druckverlaufs als Beendigungskriterium für den Einfüllvorgang herangezogen werden können, wodurch der eingangs beschriebene Abschaltsensor eingespart werden kann. Der während des Einfüllvorgangs erfasste Druckverlauf kann z.B. entsprechend mit der Druck-Referenzkurve verglichen werden, um festzustellen, ob es auffällige Abweichungen gibt. Dabei müssen die Druckverläufe, das heißt, der gemessene Druckverlauf mit der bereitgestellten Druck-Referenzkurve nicht direkt verglichen werden, sondern es können auch aus diesen Verläufen abgeleitete Größen miteinander verglichen werden, z.B. Steigungen dieser Kurven, oder es kann der Verlauf des Unterschieds zwischen dem gemessenen Druckverlauf und der Druck-Referenzkurve untersucht werden, wie dies später näher erläutert wird. Kommt es zu auffälligen beziehungsweise signifikanten Abweichungen, so kann auf das Vorliegen eines Füllfehlers geschlossen werden. Damit ist es vorteilhafterweise möglich, die Qualität des Füllvorgangs zerstörungsfrei zu überwachen. Auf eine stichprobenartige Zerstörung einer so bereitgestellten Batterieanordnung kann also vorteilhafterweise verzichtet werden. Alternativ können die so ermittelten wahrscheinlich fehlerhaften Batteriemodulanordnungen gezielt als Kandidaten für eine Nachkontrolle, z.B. für die stichprobenartige Überwachung ausgewählt werden. Wird ein Füllfehler detektiert, so kann die betreffende Batterieanordnung aussortiert werden oder hier gezielt nachgearbeitet werden. Erfolgt die Überprüfung auf das Vorliegen eines gestimmten Füllfehlers während des Einfüllvorgangs, so kann unter Umständen ein solcher Fehler sogar noch während des Einfüllvorgangs behoben werden. Hierdurch können enorm Kosten eingespart werden. Gleichzeitig kann so auch immer gewährleistet werden, dass die Batterieanordnungen einen mit Wärmeleitmasse gefüllten Zwischenraum aufweisen, der vorgegebenen Qualitätsrichtlinien genügt. Eine solche direkte Qualitätskontrolle ist dabei deutlich zuverlässiger als eine stichprobenartige Qualitätskontrolle, wie diese bislang ausgeführt wurde. Damit lässt sich insgesamt die Qualität bei der Herstellung von Batterieanordnungen auf sehr einfache und kostengünstige Weise deutlich erhöhen.
-
Bei der Wärmeleitmasse kann es sich um den eingangs beschriebenen Gapfiller, auch Spaltfüller genannt, handeln. Eine solche Wärmeleitmasse kann insbesondere als eine Wärmeleitpaste bereitgestellt werden, die während des Einbringens, insbesondere während des Injektionsvorgangs, flüssig oder zähflüssig ist, und nach dem Einbringen aushärtet. Das Gehäusebauteil kann Teil eines Batteriegehäuses sein, z.B. der Boden und/oder ein Gehäusedeckel eines solchen Batteriegehäuses. Bei dem Batteriegehäuse handelt es sich vorzugsweise um ein Gesamtbatteriegehäuse, in welchem neben dem ersten Batteriemodul noch weitere Batteriemodule aufgenommen werden können. Dabei kann für ein jeweiliges Batteriemodul ein korrespondierender Aufnahmebereich bereitgestellt sein. Beispielsweise kann das Batteriegehäuse in Form einer Batteriewanne bereitgestellt sein, auf welche, nachdem die Batteriemodule im Batteriegehäuse untergebracht sind, der Gehäusedeckel des Batteriegehäuses aufgesetzt werden kann. Die jeweiligen Aufnahmebereiche können dabei voneinander räumlich separiert sein oder auch nicht. Eine räumliche Separation wird dann vorzugsweise durch Trennwände oder Trennstege bereitgestellt, durch welche das Batteriegehäuse in mehrere Aufnahmebereiche bzw. Fächer gegliedert werden kann. An Wänden und Trennwänden des Gehäuses können die jeweiligen Batteriemodule darüber hinaus auch angebunden beziehungsweise befestigt werden, zum Beispiel verschraubt werden, oder auch am Gehäuseboden selbst.
-
Weiterhin ist es bevorzugt, dass das erste Batteriemodul mindestens eine Batteriezelle, und vorzugsweise nicht nur eine einzelne Batteriezelle, sondern mehrere Batteriezellen umfasst. Diese können beispielsweise als Lithium-Ionen-Zellen ausgebildet sein. Zudem sind die Batteriezellen vorzugsweise als prismatische Batteriezellen ausgebildet. Eine Ausbildung der Zellen als Rundzellen oder Pouchzellen ist jedoch ebenso denkbar. Das Batteriemodul kann auch ein Modulgehäuse aufweisen, in welchem die Batteriezellen aufgenommen sind. Das Modulgehäuse ist vorzugsweise aus einem Metall oder einer Legierung gebildet, kann grundsätzlich aber auch aus einem Kunststoff oder faserverstärkten Kunststoff bereitgestellt sein. Auch das Batteriegehäuse und/oder der Gehäuseboden sind vorzugsweise aus einem Metall und/oder einer Legierung gefertigt. Zudem ist der Gehäuseboden oder der Gehäusedeckel bzw. das Gehäusebauteil in Allgemeinen vorzugsweise als eine Kühleinrichtung ausgebildet. Das Gehäusebauteil kann beispielsweise zumindest einen von einem Kühlmedium durchströmbaren Kühlkanal umfassen oder auch lediglich als Kühlplatte oder Kühlblech ausgebildet sein, an welcher eine Kühleinrichtung, insbesondere außenseitig, d.h. auf der dem im ersten Aufnahmebereich angeordneten ersten Batteriemodul gegenüberliegenden Seite des Gehäusebauteils, angeordnet ist. Durch Anbindung des Batteriemoduls über die Wärmeleitmasse an einen solchen Kühlboden kann eine besonders effiziente Kühlung der mindestens einen vom Batteriemodul umfassten Batteriezelle bereitgestellt werden.
-
Die erste Seite des Batteriemoduls kann zum Beispiel eine Unterseite des Batteriemoduls definieren. Neben dieser ersten Seite kann das Batteriemodul auch noch andere Seiten umfassen, zum Beispiel eine zweite Seite, die der ersten Seite gegenüberliegt und z.B. eine Oberseite des Batteriemoduls definieren kann.
-
Weiterhin kann das Einfüllen der Wärmeleitmasse zum Beispiel von oben bzw. im Allgemeinen aus einer bestimmten ersten Richtung, die von der zweiten Seite des Batteriemoduls zur ersten Seite des Batteriemoduls weist. Beispielsweise kann das Einfüllen dabei durch einen Einfüllkanal erfolgen, der in ein Modulgehäuse des Batteriemoduls integriert sein kann und sich bis zum Zwischenraum erstreckt. Das dem Zwischenraum abgewandte Ende dieses Einfüllkanals kann die Einfüllöffnung darstellen. Außerdem ist es auch möglich, dass die Einfüllöffnung im Gehäusebauteil selbst vorgesehen ist. Das Einfüllen der Wärmeleitmasse kann also auch von unter bzw. im Allgemeinen entgegen der oben definierten ersten Richtung erfolgen, durch das Gehäusebauteil hindurch.
-
Zudem können auch im Allgemeinen mehrere solcher Einfüllöffnungen und/oder auch Entlüftungskanäle oder auch Entlüftungsöffnungen vorgesehen sein, insbesondere pro Batteriemodul.
-
Der Zwischenraum zwischen der ersten Seite des Batteriemoduls und dem Gehäusebauteil kann zudem abgedichtet beziehungsweise abgeschlossen ausgebildet sein. Die mindestens eine Einfüllöffnung und mindestens eine Entlüftungsöffnung können dann die einzigen fluidischen Verbindungen dieses Zwischenraums zur Umgebung darstellen. Beim Einfüllen ist die Batterieanordnung vorzugsweise so orientiert, dass die oben definierte erste Richtung im Wesentlichen parallel zur Richtung der Schwerkraft ausgerichtet ist.
-
Zum Erfassen des Druckverlaufs des Drucks kann die Injektionsvorrichtung mindestens einen Drucksensor umfassen. Die Injektionsvorrichtung kann beispielsweise einen Injektionskopf mit einer Austrittsöffnung aufweisen, aus welcher die Wärmeleitmasse beim Einfüllen in den Zwischenraum austritt. Oftmals wird eine Wärmeleitmasse dabei aus zwei oder mehreren Komponenten kurz vor dem Einfüllen in den Zwischenraum gemischt. Diese einzelnen Komponenten können zum Beispiel einem Statikmischer der Injektionsvorrichtung zugeführt werden, der diese Komponenten miteinander vermischt. Auch dieser Statikmischer kann eine Austrittsöffnung aufweisen, aus welcher dann die die Wärmeleitmasse bereitstellenden gemischten Komponenten austreten. Diese Austrittsdüse des Statikmischers kann gleichzeitig auch die Austrittsöffnung der Injektionsvorrichtung darstellen. Vorteilhaft ist es dabei vor allem, wenn der mindestens eine Drucksensor zur Erfassung des Druckverlaufs flussabwärts des Statikmischers angeordnet ist bezogen auf die Strömungsrichtung beim Einfüllen der Wärmeleitmasse in den Zwischenraum. Der Drucksensor ist also bevorzugt kurz vor dem Eintritt der Wärmeleitmasse in die Einfüllöffnung der Batterieanordnung angeordnet. Beispielsweise kann der mindestens eine Drucksensor im Bereich der Austrittsöffnung der Injektionsvorrichtung angeordnet sein. Dies hat den Vorteil, dass der Drucksensor so möglichst nah am zu befüllenden Zwischenraum angeordnet ist, so dass auch die Druckverhältnisse der Wärmeleitmasse im Zwischenraum möglichst gut am Ort des Drucksensors abgebildet werden. Der mittels des Drucksensors erfasste Druck ist damit zumindest abhängig von dem im Zwischenraum vorherrschenden Fluiddruck, der durch die Wärmeleitmasse hervorgerufen wird. Der erfasste Druck kann dabei zumindest näherungsweise auch diesen Fluiddruck selbst darstellen. Eine möglichst direkte Erfassung des Fluiddrucks ist zum Beispiel dann besonders gut möglich, wenn ein Einfüllen der Wärmeleitmasse durch eine Einfüllöffnung im Gehäusebauteil erfolgt, da so auf einen etwas längeren Einfüllkanal verzichtet werden kann. Somit kann in jedem Fall also von mindestens einem Drucksensor ein Druck erfasst werden, der zumindest näherungsweise dem Fluiddruck im Zwischenraum entspricht und von diesem zumindest abhängt. Unter einem Druckverlauf ist dabei der zeitliche Druckverlauf zu verstehen. Der Druckverlauf kann erfasst werden, indem zeitlich aufeinander folgend und wiederholt Druckmesswerte mittels des Drucksensors erfasst werden. Die zeitliche Abfolge dieser Druckmesswerte bildet dann entsprechend den Druckverlauf. Die Druckmesswerte können dabei in größeren zeitlichen Abständen oder auch quasi kontinuierlich erfasst werden.
-
Die Druck-Referenzkurve kann, wie oben bereits erwähnt, zum Beispiel experimentell bereitgestellt werden. Dabei kann zum Beispiel der Druckverlauf während eines Einfüllvorgangs zum Einfüllen der Wärmeleitmasse in den Zwischenraum einer gleichen oder gleichartigen Batterieanordnung erfasst werden und als Druck-Referenzkurve bereitgestellt werden. Dabei werden lediglich solche Druckverlaufskurven als Druck-Referenzkurve bereitgestellt, die sich auf einen fehlerfreien Einfüllvorgang beziehen. Besonders vorteilhaft ist es vor allem, wenn über mehrere solcher Einfüllvorgänge, insbesondere fehlerfreier Einfüllvorgänge, gemittelt wird und entsprechend die gemittelten Druckverläufe als Druck-Referenzkurve bereitgestellt werden. Da unterschiedliche Geometrien von Zwischenräumen und auch unterschiedliche Größen von zu befüllenden Zwischenräumen den Druckverlauf beeinflussen, ist es vorteilhaft, wenn sich die Druck-Referenzkurve auf eine gleiche oder zumindest geometrisch ähnliche Batterieanordnung bezieht, wie die, deren Zwischenraum vorliegend gefüllt werden soll. Dabei sollten zumindest die Abmessungen und die Geometrie des zu befüllenden Zwischenraums und die Positionierung der Einfüllöffnung gleich oder sehr ähnlich sein. Der Anfangspunkt der Druck-Referenzkurve bezieht sich dabei z.B. auf den Startzeitpunkt des Einfüllvorgangs. Zudem endet die Druck-Referenzkurve zu einem Endzeitpunkt, der sich auf das Ende des mindestens einen Referenz-Einfüllvorgangs bezieht.
-
Gemäß einer weiteren sehr vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird zumindest eine Charakteristik des erfassten Druckverlaufs mit zumindest einer Referenz-Charakteristik der Druck-Referenzkurve verglichen und in Abhängigkeit von dem Vergleich überprüft, ob der bestimmte Füllfehler beim Befüllen des Zwischenraums vorliegt, insbesondere wobei bestimmt wird, dass der bestimmte Füllfehler vorliegt, wenn die zumindest eine Charakteristik des erfassten Druckverlaufs von der zumindest einen Referenz-Charakteristik und mehr als ein vorgebbarer Schwellwert abweicht. Dadurch lassen sich Füllfehler sehr einfach und zuverlässig detektieren. Unter einem Vergleich kann dabei insbesondere auch eine Differenzbildung verstanden werden. Sowohl die Druck-Referenzkurve als auch ein solcher vorgebbarer Schwellwert kann dabei in einer Speichereinrichtung der Injektionsvorrichtung abgelegt sein. Außerdem ist es denkbar, dass während des gesamten Einfüllvorgangs der Druckverlauf mittels des oben beschriebenen Drucksensors erfasst wird und eine Auswertung dahingehend, ob ein bestimmter Füllfehler vorliegt, erst nach Abschluss des Einfüllvorgangs erfolgt. Alternativ kann aber auch bereits während des Einfüllvorgangs fortwährend auf das Vorliegen eines solchen bestimmten Füllfehlers hin überprüft werden. Dazu kann dann die bisher aufgenommene Druckverlaufskurve mit der bereitgestellten Druck-Referenzkurve verglichen werden. Dabei kann es im Allgemeinen auch vorgesehen sein, dass die Druckwerte des Druckverlaufs mit entsprechenden Druck-Referenzwerten der Druck-Referenzkurve verglichen werden, und wenn eine Abweichung größer ist als der vorgegebene Schwellwert, kann auf das Vorliegen des bestimmten Füllfehlers geschlossen werden. Der Vergleich von Absolutwerten des Drucks ist jedoch weniger bevorzugt, da ein gewisser Offset zwischen dem Druckverlauf und der Druck-Referenzkurve oftmals nicht durch Füllfehler bedingt ist, sondern durch kleine geometrische Unterschiede der Einfüllöffnung oder des zu befüllenden Zwischenraums. Daher ist es bevorzugt, dass sich die Charakteristik des erfassten Druckverlaufs und die Referenz-Charakteristik nicht auf Absolutwerte der jeweiligen Kurven, nämlich der Kurve des erfassten Druckverlaufs und der Druck-Referenzkurve, beziehen, sondern vielmehr auf Verlaufscharakteristiken der erfassten Druckverlaufskurve und der Druck-Referenzkurve bzw. der Geometrie dieser Verläufe. Solche Verlaufscharakteristiken können dabei sehr einfach z.B. durch die zeitliche Ableitung des Druckverlaufs beziehungsweise der Druck-Referenzkurve oder auch höhere Ableitungen, oder auch durch die Änderung bzw. Ableitung des Unterschieds zwischen dem Druckverlauf und der Druck-Referenzkurve charakterisiert werden.
-
Daher stellt es eine sehr vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung dar, wenn die zumindest eine Charakteristik eine zeitliche Änderung des Drucks darstellt und die Referenz-Charakteristik eine zeitliche Änderung eines Referenz-Drucks gemäß der Druck-Referenzkurve darstellt. Große Unterschiede in den zeitlichen Änderungen der jeweiligen Druckverlaufskurven, genauer gesagt der Druckverlaufskurve und der Druck-Referenzkurve, lassen sehr zuverlässig auf das Vorliegen eines Füllfehlers schließen. Wenn also diese zeitlichen Änderungen um mehr als einen vorbestimmten Schwellwert voneinander abweichen, so kann auf das Vorliegen eines Füllfehlers geschlossen werden. Die Abweichung um mehr als den vorgegebenen Schwellwert kann dabei eine notwendige Bedingung zum Detektieren des Füllfehlers darstellen, wobei optional noch weitere zu erfüllende Bedingungen vorgesehen sein können, damit ein solcher bestimmter Füllfehler tatsächlich als detektiert gilt, oder das Überschreiten des vorgebbaren Schwellwerts kann auch die einzige Bedingung zur Detektion des bestimmten Füllfehlers darstellen, so dass diese Bedingung letztendlich eine hinreichende Bedingung darstellt.
-
Durch die zeitliche Änderung des Drucks im Vergleich zur zeitlichen Änderung des Referenz-Drucks kann zum Beispiel ein abrupter Anstieg oder ein Druckabfall, insbesondere auch ein abrupter Druckabfall, sehr einfach detektiert werden. Ein Druckabfall lässt zum Beispiel auf ein Leck im Zwischenraum schließen, während ein abrupter Druckanstieg zum Beispiel auf eine unerwünschte Engstelle im Zwischenraum zurückzuführen sein kann, die zum Beispiel dadurch bedingt sein kann, dass lokal das Gehäusebauteil sehr nahe an der ersten Seite des Batteriemoduls ist oder dieses sogar berührt. Somit lassen sich durch die zeitliche Änderung des Drucks beziehungsweise des Referenzdrucks sehr einfach solche möglichen bestimmten Fehlerfälle detektieren.
-
Nichts desto weniger kann es auch vorgesehen sein, noch höhere Ableitungen der jeweiligen Druckverläufe zu betrachten. Daher stellt es eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung dar, wenn die zumindest eine Charakteristik eine zweite oder höhere zeitliche Ableitung des Druckverlaufs darstellt und die Referenz-Charakteristik eine zweite oder höhere zeitliche Ableitung des Referenz-Druckverlaufs gemäß der Druck-Referenzkurve. Damit können mögliche Füllfehler noch differenzierter betrachtet und unterschieden werden.
-
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden die zumindest eine Charakteristik und die zumindest eine Referenz-Charakteristik für einen gleichen Betrachtungszeitraum verglichen, der insbesondere mit Bezug auf einen gleichen Anfangszeitpunkt des Einfüllvorgangs definiert ist. Hierdurch kann vorteilhafterweise für den erfassten Druckverlauf und die Druck-Referenzkurve eine gemeinsame Zeitachse definiert werden. Der Bezug zu einem gemeinsamen Betrachtungszeitraum ist dabei sehr vorteilhaft, da sich der Druckverlauf an sich im Laufe der Zeit während des Einfüllvorgangs sehr stark ändern kann.
-
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird, in Abhängigkeit von einer Verlaufscharakteristik eines Unterschieds zwischen dem Druckverlauf und der Druck-Referenzkurve bestimmt, ob der bestimmte Füllfehler vorliegt, insbesondere für einen bestimmten gleichen Betrachtungszeitraum. Ein konstanter Unterschied deutet wie oben beschrieben auf keinen Einfüllfehler hin. Ändert sich der Unterschied dagegen, d.h. wird dieser kleiner oder größer, so kann ein Füllfehler dafür die Ursache sein. Da hierbei vor allem die Änderung dieses Unterschieds, der z.B. als Differenz oder auch als Betrag der Differenz zwischen dem Druckverlauf und der Druck-Referenzkurve definiert sein kann, eine Aussage über das mögliche Vorliegen eines bestimmten Füllfehlers zulässt, ist es hierbei zudem sehr vorteilhaft, wenn wieder die Ableitung und ggf. auch höhere Ableitungen dieses Unterschieds betrachtet werden bzw. der bestimmten Füllfehler in Abhängigkeit von einer solchen Ableitung detektiert wird. Z.B. kann der bestimmte Füllfehler detektiert werden, wenn die erste Ableitung des Unterschieds einen bestimmten ersten Schwellwert überschreitet und/oder einen bestimmten zweiten Schwellwert unterschreitet, der vom ersten Schwellwert verschieden ist oder der gleich dem ersten Schwellwert ist. Auch dies ermöglicht eine einfache und zuverlässige Detektion von Füllfehlern.
-
Gemäß einer weiteren sehr vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird zusätzlich in Abhängigkeit von einem Zeitpunkt des Auftretens der zumindest einen Charakteristik oder Verlaufscharakteristik ermittelt, ob der bestimmter Füllfehler beim Befüllen des Zwischenraums vorliegt. Insbesondere wird in Abhängigkeit von einem zeitlichen Abstand des Zeitpunkts des Auftretens der zumindest einen Charakteristik oder Verlaufscharakteristik von einem in Abhängigkeit von der Druck-Referenzkurve prognostizierten Endzeitpunkt des Einfüllens ermittelt, ob der bestimmte Füllfehler beim Befüllen des Zwischenraums vorliegt. Dieser Zeitpunkt kann sich zum Beispiel auf einen Anfangszeitpunkt des oben beschriebenen Betrachtungszeitraums beziehen. Der Zeitpunkt kann sich beispielsweise auch auf denjenigen Zeitpunkt beziehen, zu welchem eine charakteristische Abweichung zwischen Druckverlauf und Druck-Referenzkurve erfasst wurde, deren Änderung größer ist als einer der oben genannten Schwellwerte. Diese vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung beruht dabei auf der Erkenntnis, dass zum Ende des Einfüllvorgangs hin der Druck im Zwischenraum signifikant und abrupt ansteigen wird. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn der Zwischenraum dann vollständig gefüllt ist. Dadurch lässt sich das Ende des Einfüllvorgangs detektieren. Ein solcher abrupter Druckanstieg am Ende des Einfüllvorgangs ist also nicht auf einen Füllfehler zurückzuführen. Um also einen Füllfehler besser von lediglich dem Ende des Einfüllvorgangs anhand des Druckverlaufs zuverlässiger unterscheiden zu können, ist es sehr vorteilhaft, wenn also zusätzlich auch der zeitliche Abstand zum prognostizierten Endzeitpunkt des Einfüllens bei der Beurteilung dessen, ob ein Füllfehler vorliegt oder nicht, berücksichtigt wird. Ist dieser zeitliche Abstand sehr groß, so sind starke Abweichungen von der Druck-Referenzkurve, die insbesondere plötzlich auftreten, wahrscheinlich nicht durch das Ende des Einfüllvorgangs bedingt und somit auf einen Füllfehler zurückzuführen. Liegt zum Beispiel ein plötzlicher Druckanstieg sehr nahe am prognostizierten Endzeitpunkt des Einfüllens, so liegt vermutlich kein Füllfehler vor. Durch die Berücksichtigung des zeitlichen Abstands zum prognostizierten Endzeitpunkt des Einfüllens lässt sich also der bestimmte Füllfehler noch zuverlässiger detektieren.
-
Der prognostizierte Endzeitpunkt lässt sich auf Basis der Druck-Referenzkurve beispielsweise als derjenige Zeitpunkt ermitteln, zu welchem gemäß der Druck-Referenzkurve ein abrupter Referenz-Druckanstieg erfolgt ist. Alternativ kann dieser Endzeitpunkt auch für die Druck-Referenzkurve vorgegeben sein, zum Beispiel als gemittelter Endzeitpunkt über die jeweiligen Endzeitpunkte der Einfüllvorgänge, auf Basis von welchen die Druck-Referenzkurve erstellt wurde.
-
Gemäß einer weiteren sehr vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der bestimmte Füllfehler detektiert, zumindest unter der Bedingung, dass der Druckverlauf gegenüber der Druck-Referenzkurve ansteigt, insbesondere vorbestimmt abrupt ansteigt, und insbesondere unter der zweiten Bedingung, dass der vorbestimmt abrupte Druckanstieg des Druckverlaufs einen vorbestimmten zeitlichen Mindestabstand zum prognostizierten Endzeitpunkt aufweist. Vorbestimmt abrupt bedeutet hierbei, dass sich die zeitliche Änderung der Druckzunahme durch einen Schwellwert festlegen lässt. Überschreitet die zeitliche Änderung des ansteigenden Drucks diesen Schwellwert, so handelt es sich um einen abrupten Druckanstieg.
-
Gerade dann, wenn der zeitliche Abstand zum Endzeitpunkt noch relativ groß ist und ein abrupter Druckanstieg des Druckverlaufs gegenüber der Druck-Referenzkurve detektiert wird, lässt dies auf einen Füllfehler schließen, insbesondere auf eine mögliche Verengung des zu füllenden Zwischenraums. Ist umgekehrt der zeitliche Abstand zum Endzeitpunkt des Einfüllvorgangs sehr klein und findet ein solcher abrupter Druckanstieg statt, so lässt dies vermehrt auf das Ende des Einfüllvorgangs schließen.
-
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird für den Fall, dass der Druckverlauf gegenüber der Druckschrift ansteigt, insbesondere vorbestimmt abrupt ansteigt, und der vorbestimmte Druckanstieg des Druckverlaufs einen vorbestimmten zeitlichen Mindestabstand zum prognostizierten Endzeitpunkt unterschreitet, das Einfüllen beendet und insbesondere kein Füllfehler aufgrund des Druckanstiegs bestimmt. Wie bereits beschrieben lässt in dieser Situation der abrupte Druckanstieg auf das Ende des Einfüllvorgangs schließen. Dies kann nun vorteilhafterweise als Beendigungskriterium für den Einfüllvorgang verwendet werden. Wird also dieser abrupte Druckanstieg zeitlich nahe am prognostizierten Endzeitpunkt detektiert, so kann die Injektionsvorrichtung die Ausgabe der Wärmeleitmasse beenden und damit das Einfüllen der Wärmeleitmasse in den Zwischenraum beenden. Damit muss vorteilhafterweise kein eigener Füllstandssensor bzw. Abschaltsensor vorgesehen werden. Hierdurch können wiederum weitere Kosten eingespart werden.
-
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der bestimmte Füllfehler detektiert unter der Bedingung, dass der Druckverlauf gegenüber der Druck-Referenzkurve vorbestimmt abfällt, insbesondere unabhängig von einem zeitlichen Abstand zum prognostizierten Endzeitpunkt. Ein Druckabfall, insbesondere auch ein vorbestimmt abrupter Druckabfall, kann also nicht auf das Ende eines Einfüllvorgangs hindeuten. Da hier also keine Verwechslungsgefahr besteht, kann hierbei auch der zeitliche Abstand zum prognostizierten Endzeitpunkt unberücksichtigt bleiben. Viel mehr lässt ein solcher Druckabfall auf ein mögliches Leck im Zwischenraum schließen. Vorbestimmt abrupt bedeutet hierbei wieder, dass sich die zeitliche Änderung der Druckabnahme durch einen Schwellwert festlegen lässt. Unterschreitet die zeitliche Änderung des absteigenden Drucks, die im Falle eines solchen abnehmenden Drucks negativ ist, diesen Schwellwert, so handelt es sich um einen abrupten Druckabfall. Vorliegend kann aber auch ein langsamer Druckabfall auf einen Füllfehler, zum Beispiel auf ein Leck, schließen lassen.
-
Zur Detektion des oben beschriebenen Druckanstiegs oder des Druckabfalls kann vorteilhafterweise wieder die zeitliche Änderung der Differenz zwischen dem erfassten Druckverlauf und der Druck-Referenzkurve herangezogen werden. Hierdurch können Füllfehler sehr zuverlässig detektiert werden.
-
Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Injektionsvorrichtung zum Einfüllen einer viskosen Wärmeleitmasse in einen Zwischenraum zwischen einem Batteriemodul einer Batterieanordnung und einem Gehäusebauteil der Batterieanordnung, wobei die Injektionsvorrichtung dazu ausgelegt ist, die viskose Wärmeleitmasse in den Zwischenraum durch eine Einfüllöffnung einzufüllen, die durch die Batterieanordnung bereitgestellt ist und die fluidisch mit dem Zwischenraum verbunden ist, wobei die Injektionsvorrichtung weiterhin dazu ausgelegt ist, während des Einfüllens einen Druckverlauf eines Drucks zu erfassen, der von einem Fluiddruck der in den Zwischenraum eingefüllten viskosen Wärmeleitmasse abhängig ist. Weiterhin weist die Injektionsvorrichtung einen Speicher auf, in dem eine der Batterieanordnung zugeordnete Druck-Referenzkurve gespeichert ist, wobei die Injektionsvorrichtung dazu ausgelegt ist, in Abhängigkeit vom erfassten Druckverlauf und von der Druck-Referenzkurve zu überprüfen, ob ein bestimmter Füllfehler beim Befüllen des Zwischenraums vorliegt.
-
Die für das erfindungsgemäße Verfahren und seine Ausgestaltungen genannten Vorteile gelten in gleicher Weise für die erfindungsgemäße Injektionsvorrichtung.
-
Die Druck-Referenzkurve gibt dabei den Druckverlauf für einen fehlerfreien Einfüllvorgang an, insbesondere für eine gleiche Batterieanordnung oder zumindest bereichsweise geometrisch gleich ausgebildete Batterieanordnung. Für geometrisch unterschiedliche Batterieanordnungen können entsprechend verschiedene Druck-Referenzkurven bereitgestellt sein und verwendet werden. Somit kann also die Druck-Referenzkurve als einer Batterieanordnung zugeordnet verstanden werden.
-
Zu der Erfindung gehört auch die Steuervorrichtung für die Injektionsvorrichtung. Die Steuervorrichtung kann eine Datenverarbeitungsvorrichtung oder eine Prozessoreinrichtung aufweisen, die dazu eingerichtet ist, eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Die Prozessoreinrichtung kann hierzu zumindest einen Mikroprozessor und/oder zumindest einen Mikrocontroller und/oder zumindest einen FPGA (Field Programmable Gate Array) und/oder zumindest einen DSP (Digital Signal Processor) aufweisen. Des Weiteren kann die Prozessoreinrichtung Programmcode aufweisen, der dazu eingerichtet ist, bei Ausführen durch die Prozessoreinrichtung die Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Der Programmcode kann in einem Datenspeicher der Prozessoreinrichtung gespeichert sein.
-
Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Injektionsvorrichtung, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens hier nicht noch einmal beschrieben.
-
Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen. Die Erfindung umfasst also auch Realisierungen, die jeweils eine Kombination der Merkmale mehrerer der beschriebenen Ausführungsformen aufweisen, sofern die Ausführungsformen nicht als sich gegenseitig ausschließend beschrieben wurden.
-
Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung einer Injektionsanordnung mit einer Injektionsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 2 eine grafische Darstellung einer Druck-Referenzkurve zur Verwendung für eine Injektionsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 3 eine grafische Darstellung eines mittels der Injektionsvorrichtung erfassten Druckverlaufs während eines Injektionsvorgangs gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
- 4 eine grafische Darstellung des Druckverlaufs während eines Injektionsvorgangs gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
-
Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen umfassen. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
-
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.
-
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Injektionsanordnung 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Injektionsanordnung 10 weist dabei eine Batterieanordnung 12 und eine Injektionsvorrichtung 14 mit einem Injektionskopf 14a auf. Die Batterieanordnung 12 umfasst dabei ein Batteriemodul 16 sowie ein Gehäusebauteil 18, welches vorliegend einen Kühlboden eines Batteriegehäuses 20 darstellt. Neben diesem Kühlboden 18 kann das Batteriegehäuse 20, wie im vorliegenden Beispiel, auch optionale Seitenwände oder Trennwände 22 umfassen, die einzelne Aufnahmebereiche 24 zur Aufnahme jeweiliger Batteriemodule 16 voneinander separieren. Im vorliegenden Beispiel ist nur ein solches Batteriemodul 16 dargestellt. Die Batterieanordnung 12 kann aber auch noch weitere solcher Batteriemodule 16 umfassen. Das Batteriemodul 16 weist dabei mehrere hier nicht explizit dargestellte Batteriezellen auf, die zum Beispiel als Lithium-Ionen-Zellen ausgebildet sein können. Weiterhin weist das Batteriemodul 16 eine erste Seite 16a auf, welche im vorliegenden Beispiel eine Unterseite 16a des Batteriemoduls 16 darstellt. Das Batteriemodul 16 ist dabei derart in Bezug auf das Gehäusebauteil 18 angeordnet, dass die Unterseite 16a diesem Gehäusebauteil 18 zugewandt ist. Weiterhin ist das Batteriemodul 16 derart in Bezug auf das Gehäusebauteil 18 angeordnet und befestigt, dass sich ein kleiner Spalt 26, der auch als Zwischenraum 26 bezeichnet wird, zwischen dem Batteriemodul 16, genauer gesagt der Unterseite 16a des Batteriemoduls 16, und dem Gehäusebauteil 18 ergibt. Um das Batteriemodul 16 in Bezug auf das Gehäusebauteil 18 zu befestigen, kann das Batteriemodul 16 zum Beispiel mit dem Batteriegehäuse 20 verschraubt sein. Im vorliegenden Beispiel ist ein Teil des Modulgehäuses 28 des Batteriemoduls 16 auf einem Befestigungsflansch 30 des Batteriegehäuses 20 zur Anlage gebracht und kann mit diesem Befestigungsflansch 30 verschraubt sein.
-
Um die thermische Anbindung des Batteriemoduls 16 an die über das Gehäusebauteil 18 bereitgestellte Kühlung zu optimieren, wird der Zwischenraum 26 mit einer Wärmeleitmasse 32 befüllt. Das Befüllen des Zwischenraums 26 erfolgt dabei mittels der Injektionsvorrichtung 14. Um die Wärmeleitmasse 32 dabei in den Zwischenraum 26 einbringen zu können, ist eine Injektionsöffnung 34 vorgesehen, die fluidisch mit dem Zwischenraum 26 verbunden ist. Diese Injektionsöffnung 34 kann das Ende eines Injektionskanals 36 darstellen, der vorliegend lediglich gestrichelt veranschaulicht ist. Dieser Injektionskanal 36 kann in einen Teil des Modulgehäuses 28 integriert sein. Um also die Wärmeleitmasse 32 in den Spalt 26 einzubringen, wird diese mittels der Injektionsvorrichtung 14 in die Einfüllöffnung 34 und über den Injektionskanal 36 in den Zwischenraum 26 eingefüllt. 1 zeigt dabei eine schematische Darstellung der Batterieanordnung 12 in einem Zustand, in welchem der Zwischenraum 26 bereits zum Teil mit der Wärmeleitmasse 32 befüllt ist.
-
Um möglichst exakt die nötige Menge an Gapfiller in eine solche Kavität zu bringen, wird der Füllvorgang üblicherweise überwacht und gezielt beendet. Dazu wird bislang ein Abschaltsensor eingesetzt. Außerdem ist es bislang nicht möglich, eventuelle Füllmängel und Füllfehler während des Einfüllens der Wärmeleitmasse 32 zu detektieren.
-
Zur Lösung dieser Probleme nutzt die vorliegende Injektionsvorrichtung 14 einen Drucksensor 38. Dieser Drucksensor 38 ist vorzugsweise flussabwärts des Statikmischers der Injektionsvorrichtung 14 angeordnet, also kurz vor dem Eintritt der Wärmeleitmasse 32 in die Batterie beziehungsweise die Batterieanordnung 12. Im vorliegenden Beispiel ist der Drucksensor 38 im Bereich der Einfüllöffnung 34 positioniert.
-
Alternativ könnte die Einfüllöffnung 34 auch im Gehäuseboden 18 selbst vorgesehen sein. Mit anderen Worten ist auch eine Injektion von unten durch den Gehäuseboden 18 hindurch denkbar. Auch in diesem Fall ist es dann vorteilhaft, wenn der Drucksensor 38 möglichst nahe an einer solchen Einfüllöffnung 34 positioniert ist. An dieser Position ist vorliegend mittels des Drucksensors 38 also der Druck p im Bereich der Einfüllöffnung 34 erfassbar. Dieser hängt wiederum vom Fluiddruck pF der Wärmeleitmasse 32, die bereits in den Zwischenraum 26 eingefüllt wurde, ab. Insbesondere stellt der Druck p zumindest näherungsweise den Fluiddruck pF der Wärmeleitmasse 32 innerhalb des Zwischenraums 26 dar, wobei die Übereinstimmung zwischen diesen Drücken umso größer ist, je näher sich die Einfüllöffnung 34 am Zwischenraum 26 befindet. Der mittels des Drucksensors 38 erfasste Druck p kann dabei einerseits für die Prozessregelung des Einfüllvorgangs verwendet werden. Dadurch kann gewährleistet werden, dass beispielsweise ein vorgebbarer Maximaldruck nicht überschritten wird. Vorteilhafterweise, kann der erfasste Druck p in seinem zeitlichen Verlauf zudem nun auch dazu verwendet werden, um die Qualität des Einfüllvorgangs zu bewerten und zu überwachen. Dies beruht auf der Erkenntnis, dass die Druckkurve, das heißt, der zeitliche Verlauf dieses erfassten Drucks p und insbesondere auch des Fluiddrucks pF der Wärmeleitmasse 32 in der Kavität 26 einen charakteristischen Verlauf aufweist. Dieser charakteristische Verlauf kann nun genutzt werden, um als Soll-Druckkurve zu fungieren, die im Folgenden auch Druck-Referenzkurve genannt wird.
-
Eine solche Druck-Referenzkurve RK ist grafisch in 2 dargestellt. Diese Kurve RK gibt den typischen Verlauf eines Referenzdrucks pR im Verlauf der Zeit t während eines fehlerfreien Einfüllvorgangs an. Diese Referenzkurve RK kann experimentell bestimmt werden, zum Beispiel durch Messung des Drucks p für einen Einfüllvorgang wie zu 1 beschrieben, insbesondere über mehrere fehlerfreie Injektionsprozesse gemittelt. Eine solche SollKurve, nämlich die Druck-Referenzkurve RK, lässt sich damit vorteilhafterweise über eine möglichst große Anzahl an Druckdaten bestimmen. Nun kann vorteilhafterweise eine Qualitätskontrolle eingeführt werden, welche diesen charakteristischen Verlauf der Druckkurve, insbesondere dieser Referenzkurve RK, als Basis nimmt. Zudem können auch bestimmte Eigenschaften dieser Druckkurve RK als Abschaltkriterium genutzt werden. Dies hat den Vorteil, dass einerseits die Qualität des Füllvorgangs überwacht werden kann, was bislang nicht störungsfrei möglich ist, das heißt nicht ohne nachträglich eine gefertigte Batterieanordnung 12 wieder zu zerlegen, um stichprobenartig eine Qualitätskontrolle durchzuführen, und andererseits lässt die Nutzung zur Injektionsabschaltung den oben genannten Abschaltsensor überflüssig werden und reduziert damit die Prozesskomplexität.
-
Eine solche Referenzkurve RK kann für eine bestimmte Geometrie der Batterieanordnung 12 gültig sein beziehungsweise erstellt worden sein und zum Beispiel in einem Speicher 14b der Injektionsvorrichtung 14 (vgl. 1) abgelegt sein. Während des Einfüllvorgangs überwacht bzw. misst nun der Drucksensor 38 den Einfülldruck p und damit auch den Fluiddruck pF der Wärmeleitmasse 32, insbesondere im zeitlichen Verlauf. Hierzu können also wiederholt Druckwerte ermittelt und gespeichert werden, die in ihrem zeitlichen Verlauf einen entsprechenden Druckverlauf beziehungsweise eine Druckverlaufskurve DK bereitstellen, wie diese schematisch in 3 dargestellt ist. Für eine Qualitätsüberwachung kann nun vorteilhafterweise diese Druckkurve DK, zumindest bereichsweise oder bestimmte Eigenschaften dieser Druckkurve DK mit der Referenzkurve RK beziehungsweise mit deren korrespondierenden Eigenschaften verglichen werden.
-
Kommt es zum Beispiel zu einer Undichtigkeit während der Injektion, fällt die Druckkurve plötzlich ab. Dies ist zum Beispiel durch eine weitere schematische Druckkurve DK` in 4 veranschaulicht. Diese Undichtigkeit setzt im vorliegenden Beispiel circa zum Zeitpunkt t0 ein. Dieser Druckabfall stellt damit eine Charakteristik C der Druckverlaufskurve DK` dar. Derartige Abweichungen von der Referenzkurve RK können durch die Injektionsvorrichtung 14 automatisch erkannt werden und zum Beispiel dazu führen, dass eine Warnung ausgegeben wird.
-
Kommt es in einer anderen Situation zum Beispiel zu einer Engstelle, steigt der Druckverlauf dagegen rapide an. Auch dies ist in 4 schematisch dargestellt. Insbesondere steigt hierbei die Druckverlaufskurve DK` vor dem Auftreten des Lecks an. Dies stellt eine weitere Charakteristik C` der Druckverlaufskurve DK` dar. Derartige Verlaufscharakteristiken können mit korrespondierenden Charakteristiken beziehungsweise Betrachtungsbereichen der Referenzkurve RK verglichen werden. Exemplarisch sind in 2 und 4 zwei zueinander zeitlich korrespondierende Betrachtungsbereiche B1 und B2 dargestellt. Diese Betrachtungsbereiche B1, B2 beziehen sich also auf den gleichen zeitlichen Betrachtungszeitraum, die in Bezug auf einen gemeinsamen Referenzzeitpunkt definiert sind, z.B. den Anfangszeitpunkt des Einfüllvorgangs. Die Betrachtungsbereiche B1, B2 stimmen also in ihrem Anfangszeitpunkt überein, sowie z.B. auch in ihrer zeitlichen Länge. Die Verlaufscharakteristik der Referenzkurve RK im ersten Betrachtungsbereich B1 ist mit RC` bezeichnet, und die Verlaufscharakteristik im zweiten Betrachtungsbereich B2 ist mit RC bezeichnet. Der Vergleich der beiden Verlaufscharakteristiken C` und RC` für den ersten Betrachtungsbereich B1, sowie der Verlaufscharakteristik C und RC für den zweiten Betrachtungsbereich B2 ermöglicht es auf einfache Weise, die beschriebenen Füllfehler, wie das Vorliegen einer Engstelle oder das Eintreten einer Undichtigkeit, zu detektieren. Der Einfüllvorgang kann dann abgebrochen werden oder zu Ende ausgeführt werden und das Batteriemodul beziehungsweise die Batterieanordnung 12 im Nachhinein bei Feststellung eines möglichen Füllfehlers hinsichtlich seiner Qualität überprüft werden.
-
3 zeigt dagegen einen schematischen Verlauf der Druckverlaufskurve DK ohne Füllfehler. Hat die Wärmeleitmasse 32 die Kavität 26 vollgefüllt und die Fließfront stößt an das Entlüftungsloch, steigt auch hier aufgrund der Querschnittsminimierung der Druck p und der Fluiddruck pF stark an. Das kann bei der Überwachung der Füllung genutzt werden. Wenn also zum einen ein gewisses Mindestvolumen eingebracht ist, um sicher zu sein, dass die Drucküberwachung nicht zu früh auslöst, und dann der Druckverlauf plötzlich stark ansteigt, kann dieser Verlauf über eine Überwachung der Steigung erkannt werden und zum Abschalten des Injektionsprozesses führen. 3 zeigt beispielsweise dieses starke Ansteigen am Ende des Injektionsvorgangs. Dieser starke Anstieg ist mit C'' bezeichnet. Auch dieser Anstieg stellt eine Verlaufscharakteristik der Druckkurve DK dar. Diese Charakteristik stimmt jedoch mit der korrespondierenden Charakteristik RC'' der Referenzkurve RK überein, so dass dies folglich also keinen Füllfehler darstellt. Vielmehr lässt sich hierdurch der Endzeitpunkt tE des Einfüllvorgangs definieren beziehungsweise durch die Referenzkurve RK ein solcher Endzeitpunkt tE prognostizieren. Auch dieser prognostizierte Endzeitpunkt tE kann bei der Auswertung der Druckkurven DK, DK` berücksichtigt werden. Insbesondere kann darauf basierend unterschieden werden, insbesondere auf Basis des zeitlichen Abstands zu diesem Endzeitpunkt tE, ob es sich zum Beispiel bei einem plötzlichen Anstieg des Drucks p um eine Engstelle oder einfach das Ende des Einfüllvorgangs handelt. Handelt es sich dabei um das Ende des Einfüllvorgangs beziehungsweise lässt dieser abrupte Druckanstieg C'' darauf schließen, dass nunmehr der Zwischenraum 26 vollständig gefüllt ist, kann dies als Abschaltkriterium genutzt werden und daraufhin die Injektionsvorrichtung 14 abgeschaltet werden beziehungsweise das Einfüllen der Wärmeleitmasse 32 abgeschaltet werden. Dafür ist dann vorteilhafterweise keine zusätzliche Hardware zum Abschalten nötig.
-
Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Hochvolt-Batterie mittels Gapfiller-Injektion und eine Vorrichtung zum sicheren Befüllen durch den Kühlboden bereitgestellt werden kann.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102018208070 A1 [0002]
- DE 102020107399 A1 [0003]
- EP 0162037 A2 [0006]
- DE 4140992 A1 [0007]