用于电动车辆的牵引电池的电池模块的制作方法

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1.本发明涉及一种用于电动车辆的牵引电池的电池模块。

背景技术：

2.下面主要结合电动车辆的牵引电池来描述本发明。然而，本发明可用于任何需要提供或排出大量热量的蓄能器。
3.电动车辆的牵引电池被配置为储存电能，以便利用机动车辆高压(kfz-hochvoltspannung)来驱动电动车辆，在运行期间针对加速过程以大的电流强度放电，并针对电制动过程以大的电流强度充电。
4.牵引电池的电池单元可以组合成电池模块。牵引电池可以具有多个电池模块。电池模块可以各自具有壳体。
5.在充电和放电过程中，电池单元会改变其体积或厚度。由于牵引电池或电池模块有固定的外部尺寸，在电池模块的壳体和电池单元之间可以布置可压缩板，可压缩板当电池单元膨胀时可以被压缩。

技术实现要素：

6.因此，本发明要解决的技术问题是采用在设计上尽可能简单的手段提供一种用于电动车辆的牵引电池的改进的电池模块。在此，一种改进例如可以涉及改进的膨胀补偿，特别是均匀的压力分布。
7.在电池单元中，充电和放电过程会引起体积的变化。在棱形电池单元或袋状电池单元中，体积变化导致与电池单元的电极表面垂直的厚度变化。在电池模块中，由于多个电池单元垂直于电极表面或其扁平面侧并排或上下重叠地布置，因此这种厚度变化会累加。然而，电池模块的外部尺寸是由设计预先确定的，不应超过。
8.在这里提出的方案中，电池模块的壳体被设计为，壳体的与电极表面平行取向的侧表面、底表面和/或顶表面中的至少一者具有至少一个可弹性变形的区域，该区域可以像弹簧一样被电池单元厚度增加产生的力向外挤出，当电池单元厚度减少时，该区域又被恢复力移回。在此，这些表面可以是电池模块的侧表面、底表面或顶表面。
9.在无负荷状态下，弹性区域相对于这些表面的一个平面至少部分地在模块内侧的方向上偏移。弹性区域与这些表面的刚性区域是一体式连接的。刚性区域尤其是布置在该平面内。
10.提出了一种用于电动车辆的牵引电池的电池模块，该电池模块具有两个侧部，所述侧部布置在电池模块相对两侧并与电池模块的电池单元的电极表面基本平行地取向，其中，至少一个侧部具有弹性区域，该弹性区域设计为对电池单元施加垂直于电极表面的压力。
11.牵引电池可以理解为电动车辆的储能装置。牵引电池可以具有壳体，所述壳体将牵引电池的部件封闭起来，保护它们不受机械影响和环境影响。牵引电池可以被模块化地
构造。例如，牵引电池可以被固定在车辆的底部总成上。壳体可以有内部加强件。加强件可以为牵引电池的电池模块预设一个可用的安装空间。
12.牵引电池可以具有多个电池模块。电池模块可以布置在牵引电池的加强件之间。一个电池模块可以组合多个单元或者说电池单元。这些电池单元可以在电池模块内进行电气互连。电池模块可以在牵引电池内进行电气互连。电池模块可以具有壳体，所述壳体将电池单元包围起来。壳体可以具有基本方形的基本形状。
13.电池单元特别地可以是棱形电池单元或袋状电池单元。不同的材料可以在电池单元中分层布置。这些层可以是平坦的，并在平行的平面上布置。电池单元的电极可以与各层相邻接。电极例如可以是金属板。电极也可以与所述平面平行布置。电极表面可以对应于电极的一个扁平面侧。电极表面可以基本平行于方形的基本形状的一个表面。
14.侧部可以是电池模块壳体的一部分。侧部可以形成方形的基本形状的一个表面。侧部可以基本平行于电极表面的方向。方形的基本形状的表面可以位于侧部的主延伸平面内。
15.弹性区域可以是弹簧区域。弹性区域可以具有由弹性区域的几何形状定义的弹簧特性曲线。弹簧特性曲线可以线性或非线性延伸。例如，弹簧特性曲线可以是累进式的(progressiv)。弹性区域可以有较高的弹性，因此与对整个侧部而言相比，在与侧部的主延伸平面正交的方向上可以用较低的力进行位移。换句话说，除了弹性区域外，该侧部还可以具有至少一个弹性较低的硬化的支撑区域。
16.弹性区域可以被布置成相对于侧部的主延伸平面偏移开。特别是，弹性区域可以被布置成在模块内部的方向上相对于主延伸平面偏移开。
17.在组装状态下，弹性部分可以预张紧，以便对电池单元施加最小的压力。取决于弹簧特性曲线和弹性区域的偏移，压力可能会增加。
18.侧部可以是压印的，也可以是深冲压的。同样，也可以通过其他方式形成一个三维结构。弹性区域可以通过压印操作或深冲压操作从主延伸平面上扩开。同样，侧部的刚性支撑区域可以通过压印工艺或深冲压工艺制造。支撑区域的加强件也可以在模块内部的方向上弯曲。
19.该侧部可以由金属材料制成。一种金属材料可能具有良好的弹性性能和高导热性。金属材料可以被良好地压印或深冲压。侧部可以由含铁和/或铝的材料制成。刚性和弹性区域可以由不同的材料或材料组合或材料分布形成。替代地，侧部可以由塑料材料制成。塑料材料也可以被深冲压。替代地，塑料材料可以被注塑成型。
20.压力可以对应于1千帕和10千帕之间，即0.01巴和0.1巴之间的表面压力。由此产生的压力取决于电池单元的一个表面。电池单元越大，达到所需表面压力所需的压力就越大。
21.侧部在弹性区域和布置在主延伸平面的支撑区域之间可以具有至少一个凹槽。凹槽可以被称为切口或孔洞。凹槽可以降低弹性区域的硬度。凹槽可以沿着弹性区域的整个边长延伸。例如，弹性部分可以是舌形弹簧元件。弹簧元件可以在一个、两个或三个侧面通过凹槽与支撑区域分开。
22.在弹性区域和电池模块中所容纳的电池单元的最外层电池单元之间可布置有至少一块分布板。分布板可以均匀地分布压力。分布板还可以进行绝缘和/或保护。分布板可
以增加压力的应用面积。分布板可以和电池单元一样大，也就是说，分布板的面积和分布板所对接的最外层电池单元的扁平面侧一样大。分布板可以将压力分布在电池单元的整个扁平面侧上。为此，分布板或分布板的支撑结构可以具有比侧部的弹性区域更高的刚度或更低的弹性。分布板可以相对于侧部以可动的方式布置。
23.分布板可以具有金属板。金属板可以具有较高的导热性。分布板可以将热量从相邻的电池单元直接传递到侧部。
24.分布板可以具有可压缩材料。该可压缩材料可被称为压缩垫。可压缩材料可以补偿最外层电池单元的小尺度厚度公差，并实现均匀的表面压力。可压缩材料的可压缩性可以高于分布板的支撑结构的材料。
25.弹性区域可分为若干个独立的子区域。换句话说，该侧部件可以具有多个互相分离的弹性区域。每个子区域可以作为一个独立的弹簧起作用。多个子区域可以容易补偿不均匀的厚度变化。多个子区域使压力均匀分布。
26.各子区域可以是相同的。这些子区域都可以具有相同的弹簧特性曲线。通过这种方式，可以实现压力的特别均匀分布。
27.侧部可以沿至少两个相对的边缘具有抗弯的支撑区域。特别是，该侧部可以沿上边缘和下边缘具有支撑区域。支撑区域可以减少由于压力而导致侧部挠曲(durchbiegung)。支撑区域可以具有基本垂直于主延伸平面弯曲的翅片，以实现高抗弯性。
28.侧部可以在弹性区域的子区域之间分别具有一个抗弯的支撑区域。弹性区域之间的支撑区域可以与边缘的支撑区域横向布置。支撑区域可以以梯子的形式布置。
29.侧部可以通过至少一个接片相互连接。接片可以是与两个侧部机械连接的金属材料条。例如，接片可以被卡在侧部的相应凹槽中。接片通过如下方式防止侧部因施加的压力而弯曲，即，接片支撑在各自相对的侧部上的压力的反作用力。
附图说明
30.下面将参照附图对本发明的一个有利的实施方式进行解释。其中
31.图1示出了根据一个实施方式的电池模块。
32.图2示出了根据一个实施方式的电池模块的剖视图；以及
33.图3示出了根据一个实施方式的电池模块。
34.这些图只是示意性的表示，仅用于解释本发明。相同或相似的元素在整个过程中用相同的附图标记表示。
具体实施方式
35.图1示出了根据一个实施例的电池模块100的图示。电池模块100可以与其他几个电池模块100连接到一起，形成电动车辆的牵引电池。电池模块100具有壳体102，所述壳体包围着电池模块100的多个电池单元，或简称为单元，所述电池单元以扁平面侧堆叠布置。这些电池单元可以是袋状电池单元或棱形电池单元。电池单元的电极与扁平面侧平行布置。这些电池单元在壳体内在电池模块100的两个端子之间进行电连接。这里，电池单元在壳体102中并排布置。
36.壳体102的形状大约为长方体。壳体102的两个相对的侧部104基本上平行于电池
单元的扁平面侧或电极的电极表面。
37.当电池单元被充电或放电时，其体积可能会发生变化。特别是，体积的变化会影响单个电池单元的厚度。电池模块100的所有电池单元的厚度变化累加。
38.为了补偿这种厚度变化，至少一个侧部104包括弹性区域106。弹性区域106作为机械弹簧起作用，对电池单元的厚度变化进行补偿。弹性区域106被布置成相对于侧部104的主延伸平面108向内偏移，以提供一个确定的弹簧行程。弹性区域106可以变形到主延伸平面108的最大值。也就是说，弹性区域106与例如由支撑区域112界定的主延伸平面108之间的偏移量优选大于或等于弹性区域106在正常工作条件下弹性位移的弹簧行程。例如，在垂直于主延伸平面108的方向上的偏移可以超过1毫米，例如几毫米。
39.弹性区域106具有弹簧特性曲线。弹性区域106的压力110取决于弹簧特性曲线和弹性区域106的变形。弹簧特性曲线取决于侧部104的材料特性和弹性区域106的几何设计。为了获得有利的弹簧特性曲线，侧部104尤其由金属材料或金属板组成。压力110垂直地作用于最外层电池单元的扁平面侧。压力110将电池模块100的所有电池单元压在一起。压力110是可变的，并且当电池单元的厚度增加时，由于弹性区域106的变形增加，压力110会变得更大。当电池单元的厚度减少时，压力110由于变形的减少而变小。
40.在一个实施方式中，弹性区域106被压印或深冲压到侧部104中。在压印或深冲压过程中，侧部永久地塑性变形，弹性区域106被形成为侧部104的凹陷或袋子。
41.在一个实施方式中，侧部104在侧部104的支撑区域112和弹性区域106之间有至少一个凹槽114。凹槽114是侧部104的槽或孔。通过凹槽114，可以根据需要调整弹性区域106的弹簧特性线。特别是，凹槽114使弹性区域106的硬度降低。换句话说，弹性区域106可以被凹槽114针对性地削弱，以减少压力110。例如，压力110可以被限制，使电池单元的表面压力在0.01巴和0.1巴之间。
42.在一个实施方式中，弹性区域106被划分为多个子区域116。在每两个子区域116之间分别布置有一个支撑区域112。支撑区域112基本上布置在主延伸平面108内。在这种情况下，支撑区域112是梯子形状的，两个沿着侧部104的相对纵向边缘延伸的外部支撑区域112代表梯子的立柱，并且横向地在外部支撑区域112之间延伸的支撑区域112代表梯子的梯级。因此，弹性区域106的子区域116被梯级和立柱所包围。各子区域116可以基本相同。
43.在一个实施方式中，沿边缘延伸的支撑区域112通过侧部104的三维的变形部而加强。在此，变形部是侧部104的基本上垂直于主延伸平面108弯折的区域。因此，弯折的区域基本上平行于电池模块100的盖子延伸。
44.图2示出了根据一个实施方式的电池模块100的剖视图。与图1中的电池模块基本上对应的电池模块100以垂直于主延伸平面108的剖面示出。电池模块100具有12个电池单元200。这里的电池单元200是袋状电池单元。在本实施方式中，两个侧部104都具有弹性区域106。
45.在一个实施方式中，分布板202被布置在最外层电池单元200和弹性区域106之间，用于均匀地分布压力110。分布板202可以是，例如，平坦的金属板，由于其高导热性，可以实现良好的散热。分布板202也可以具有可压缩材料204。特别是，可压缩材料204可以直接抵接外侧电池单元200，并且补偿电池单元200和分布板202的平整度公差。可压缩材料204也可以通过电池单元200的厚度变化而被压缩或去负荷。
46.图3示出了根据一个实施方式的电池模块100的图示。电池模块100与之前显示的电池模块基本相似。此外，在这里，布置在电池模块100的相对两侧的侧部104通过加载了拉力的接片300相互连接。接片300将至少一部分对一个侧部104的压力110的反作用力传递给相应的另一个侧部104。接片300在沿着相应的侧部104延伸的支撑区域112的区域内与相应的侧部104连接。接片300基本可以防止支撑区域112的向外变形。
47.接片300在这里被布置在电池模块100的底侧。同样地，至少有一个另外的接片可以布置在电池模块100的上侧。例如，接片可以相应地居中地布置在侧部104上。
48.在一个替代实施方式中，侧部104由至少一条环绕整个电池模块100的带子支撑。带子以封闭的环形方式经由上侧、下侧和侧部104延伸。例如，在侧部可以设置用于带子的压槽(sicke)。
49.换句话说，提供了一种带有膨胀补偿的模块壳体。
50.锂-袋状电池在充电和放电(循环)过程中，具有垂直于电极表面的可逆的厚度变化。此外，袋状电池单元需要电极的最小压力，以便在反复循环过程中可以实现电极堆的复位，而不会发生电极互相分层。如果袋状电池单元被组装成一个电池模块，则可以提供补偿元件，以确保在电极表面上的最小压力。例如，模块框架可以按常规方式设计成尽可能的刚性，可以使用弹性插入垫来实现厚度补偿。然而，这需要很高的预紧力，而且很难实现均匀的表面压力。
51.在这里提出的方案中，模块框架的压迫侧被设计成这样的方式，它们被弹性地预紧，以确保在模块的运行时间内有均匀的表面压力。
52.这里提出的方案可以实现模块框架的减重，通过消除额外的补偿元件来减少复杂性，并简化模块的结构。
53.这里介绍的用于车辆电池的带有锂-袋状电池的电池模块具有预成型的侧部，所述侧部可以垂直于电极表面施加均匀的压力。侧部具有弹性区域，该弹性区域允许电池单元的厚度变化，并持久地保证均匀的表面压力。侧部由压印或深冲压的金属板组成。压印与最小的压力协同作用，呈现出均匀的弯曲历程，其施加均匀的表面压力。侧部的弯曲刚度可以通过凹槽来调整。例如，每个电池单元区域的初始压力可以设置在0.01巴和0.1巴之间。
54.侧部也可以通过接片或其他机械连接方式沿其长度方向至少连接一次，以减少支撑区域的向外偏转。例如，接片或连接可以设计成金属夹或环绕的带子。该连接可以布置在电池模块的上侧和/或下侧。
55.由于上述详细描述的装置和方法是实施例，因此，在不离开本发明范围的情况下，技术人员可以在很大程度上以习惯的方式对其进行修改。特别是，机械布置和各个元素之间的比例只是示范性的。
56.附图标记列表
57.100 电池模块
58.102 壳体
59.104 侧部
60.106 弹性区域
61.108 主延伸平面
62.110 压力
63.112 支撑区域
64.114 凹槽
65.116 子区域
66.200 电池单元
67.202 分布板
68.204 可压缩材料
69.300 接片

技术特征：

1.一种用于电动车辆的牵引电池的电池模块(100)，其中，所述电池模块(100)具有两个侧部(104)，所述侧部布置在电池模块(100)的相对两侧并且与电池模块(100)的电池单元(200)的电极表面基本平行地取向，其中，至少一个侧部(104)具有弹性区域(106)，所述弹性区域被设计为对电池单元(200)施加垂直于电极表面的压力(110)。2.根据权利要求1所述的电池模块(100)，其中，所述弹性区域被布置为相对于所述侧部(104)的主延伸平面(108)偏移开。3.根据前述权利要求中的任何一项所述的电池模块(100)，其中，所述侧部(104)由金属材料制成。4.根据前述权利要求中的任何一项所述的电池模块(100)，其中，所述压力(110)对应于1千帕和10千帕之间的表面压力。5.根据前述权利要求中的任何一项所述的电池模块(100)，其中，所述侧部(104)在弹性区域(106)和布置在主延伸平面(108)中的支撑区域(112)之间具有至少一个凹槽(114)。6.根据前述权利要求中的任何一项所述的电池模块(100)，其中，在所述弹性区域(106)和最外层的电池单元(200)之间布置有至少一块分布板(202)。7.根据权利要求6所述的电池模块(100)，其中，所述分布板(202)具有金属板。8.根据权利要求6或7所述的电池模块(100)，其中，所述分布板(202)具有由可压缩材料(204)制成的层，该层的可压缩性高于所述分布板(202)的支撑结构的材料。9.根据前述权利要求中的任何一项所述的电池模块(100)，其中，所述弹性区域(106)被划分为多个独立的子区域(116)。10.根据权利要求9所述的电池模块(100)，其中，各所述子区域(116)是相同的。11.根据前述权利要求中的任何一项所述的电池模块(100)，其中，所述侧部(104)沿至少两个相对的边缘具有抗弯的支撑区域(112)。12.根据权利要求9至11中任一项所述的电池模块(100)，其中，所述侧部(104)在子区域(116)之间分别具有一个抗弯的支撑区域(112)。13.根据前述权利要求中的任何一项所述的电池模块(100)，其中，所述侧部(104)通过至少一个接片(300)相互连接。

技术总结

本发明涉及一种用于电动车辆的牵引电池的电池模块(100)，其中该电池模块(100)包括两个侧部(104)，它们布置在电池模块(100)的相对两侧并且与电池模块(100)的电池单元(200)的电极表面基本平行地取向，其中，至少一个侧部(104)具有相对于侧部(104)的主延伸平面(108)偏移地布置的弹性区域(106)，该弹性区域设计为在电池单元(200)上施加与电极表面垂直的压力(110)。力(110)。力(110)。