CN103119750B - 用于电池单元以及电池模块的框架系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于容纳至少一个电池单元的四边形框架系统和具有该四边形框架系统的电池模块，其中所述四边形框架系统的特征为力学传导良好、制造成本低廉和装配简单。

Description

用于电池单元以及电池模块的框架系统

本发明涉及一种四边形框架系统，其设计用于容纳至少一个电池单元，其中，该框架系统具有第一和第二压板以及第一和第二侧件，所述第一和第二压板构成框架系统相互对立的两个面，所述第一和第二侧件在两个所述压板之间构成框架系统另两个面，并且其中，每个侧件在框架系统边角区域内被固定在压板上。此外，本发明还涉及一种电池模块，其具有四边形框架系统和至少一个电池单元，该电池单元被四边形框架系统夹住。

电池单元、例如锂电池单元，典型地具有在一位数电压区间内的工作电压，尤其在2.5至5伏特的区间内。但是，为了驱动交通运输工具需要更高的电压。因此，为了实现交通运输工具的高电压电池系统、将单个单元组成模块并且串联接通，用于达到驱动所需的电压水平。尤其棱柱形、例如方形的锂电池单元依据充电状态、温度和老化情况会形成电池凸起。对于电池单元、尤其对于在电池模块内并排安置的电池单元，上述现象会导致线性膨胀，这将会需要更大的结构空间。电池单元的性能和寿命也会由于电池凸起的形成而受到负面影响。

为了使电池模块变得紧密，即，防止基于电池凸起的线性膨胀，已知可为电池模块设置框架。所以在EP0732759B1中公开了一种具有框架的电池模块。这种框架由两个端板和多个连接端板的带状结构的连接件组成。在此，该端板具有矩形的平的平板段和矩形的框架部，所述平板段贴靠在电池模块的各个最外侧的电池单元上，所述框架部自平的平板段四边向上竖起。在此，所述连接件与端板的矩形框架部相连接。为了将所述连接件固定在矩形框架部的外侧，需在所述连接件端部上设有孔，其垂直于连接件的纵向延伸。为了将连接件固定在矩形的框架部上，会将销通过连接件的孔插入，并且该销穿过与连接件的孔相应对准安置的在端板的矩形框架部上的孔。由此，所述连接作用在垂直于电池模块可能通过电池突起形成的膨胀方向上。这会导致在连接位置、尤其在所述孔的内壁内或在销内产生剪切力，其能够损坏连接。此外，从EP0732759B1中还已知，所述端板的侧面与多个，尤其两个或更多带板状的连接件相连接。在有外力作用时，例如在发生交通事故时，所述框架会发生扭曲，而电池模块的完整性也会失去。

本发明所要解决的技术问题是，提供一种用于容纳至少一个电池单元的上面所述类型的简单的四边形框架系统，其中，免除在压板和侧件之间固定区域以及固定点的负荷，并且提供一种在有外力作用时较高的安全性。

所述技术问题根据本发明通过用于容纳至少一个电池单元的、具有根据本专利申请的独立权利要求1所述特征的四边形框架系统而解决。所述技术问题还通过根据权利要求12所述的电池模块而解决。根据从属权利要求、附图和说明获得本法明的其他特征和细节。与四边形框架所述相关的特征和细节，在此当然也与电池模块相关，并且在这点上可相互倒置，所以涉及单个本发明观点的公开总是可被相互引用。

根据所述本发明的第一观点，所述技术问题通过用于容纳至少一个电池单元的四边形框架系统而解决。所述四边形框架系统在此由第一和第二压板组成，该压板构成该框架系统相互对置的两个侧面。在此，所述压板安置在电池单元区域上或在电池单元的支座上，在这上面应该能避免形成电池凸起。所述四边形框架系统还具有第一和第二侧件，该侧件在两个压板之间构成该框架系统的另外两个侧面。所述侧件在框架系统的边角区域内固定在压板上。在侧件上每个侧件朝向压板的端部都弯折出接片，该接片这样设计，其能够形状配合地咬合压板。在此，可以设定，所述接片通过侧件的变形加工，尤其弯曲变形而制成。在四边形框架系统组装状态下所述接片贴靠在压板的表面上，该表面背向该框架系统的内部。通过贴靠在压板的外表面上所述接片形状配合地固定在压板上，在装配精度较高制造中(Ausfertigung)、尤其在装入至少一个电池单元后，所述接片还能够摩擦配合地固定在压板上。通过平面地将接片贴靠在压板的外表面上，在形成电池凸起的情况下，对于至少一个电池单元，拉力通过接片直接传入侧件内。因此，可实现起决定性作用地去除固定区域或固定点上的负荷，因为侧件的拉力不是直接作为剪切力作用在固定区域或固定点上。通过接片和侧件与压板的形状配合连接，或通过侧件的接片咬合压板，还可提高四边形框架系统的连接刚度，尤其能够由此在发生意外时抵抗外力作用产生较高的保护作用。通过侧件的特殊结构设计和侧件在压板外表面上的固定，可保证较高的预压力和较高的保持力。在电池单元形成凸起时能够产生使压板弯曲的负荷，并且因此压板将该拉力转入四边形框架系统的侧件内。借助侧件在压板上特别的固定方式，使得侧件以及压板由此产生的加固保证了在横向方向上较高的支撑力。这种类型设计的四边形框架系统是紧凑的和模块化的，以至于该框架系统能够通用地、可靠地被安置在每个可用的结构空间内、和在多个平面内。四边形框架系统的侧件和压板的束紧能够仅通过在封装至少一个电池单元时产生的压力和拉力来实现。

在本发明特别优选的实施例中所述四边形框架系统设计为矩形框架系统。在这个实施例中所述接片在侧件上垂直地弯折成型。在这个实施例中能够特别有利地从压板向侧件传递拉力。因此，所述矩形的框架系统用于一个或多个电池单元是特别稳定的。

根据本发明另一个优选实施例，所述四边形框架系统的侧件的接片分别具有至少一个孔，并且压板具有凹孔。在此，该孔和凹孔成对相互对准地安置。这样使得固定件通过接片的孔能够插入对准安置地在压板上的凹孔。每个接片通过设定的固定件被固定在压板上、尤其固定在压板朝向框架系统内部的表面上，并且由此将侧件牢靠地固定在压板上。可以将螺栓、铆钉和/或销钉设为固定件。通过这种附加地固定会在侧件和压板之间产生特别稳定的连接。

在本发明特别优选的改进方案中，对于所述四边形框架系统可以设定，在接片内的孔可设计为通孔，和/或压板的凹孔设计为沉孔。在此，所述在压板内的沉孔可以设计为盲孔和/或插孔(Steckaufnahme)。在本发明的这个实施例中确保了，固定件穿过接片插入压板的凹孔，但是该固定件没有穿过压板而进入到四边形框架系统的内部。由此，能够有效地避免固定件作用到贴靠的电池单元上，尤其破环电池单元的外壳。

根据本发明的另一个优选的改进方案对于四边形框架系统可以设定，在接片内的孔和/或压板的凹孔具有用于容纳固定件的内螺纹。通过将固定螺栓拧入接片的孔内和压板的凹孔内，在此能够特别牢靠地固定所述固定螺栓。因此，能够完全避免例如在使用简单的金属销钉可能出现的掉落。

此外，有利地设定，所述四边形框架具有的压板和/或侧件，设计为挤压型材。在使用这种生产方式的情况下，加热到变形温度的金属材料通过压模被挤压。因此，以复杂形状、尤其具有空腔的型材也能够在生产步骤中整体地以较低生产成本地快速的制造。

本发明特别优选的实施例规定，所述四边形框架系统的第一和第二压板能够设计为相同的。此外，所述四边形框架系统的第一和第二侧件也可以设计为相同的。所述四边形框架系统构件的相同的设计可以实现降低生产成本，因为省去了为了分别制造第一和第二构件而使用不同的制造方法和/或加工模具的必要性。因此降低了生产成本。由于在使用相同的构件时不会产生混淆，所以同样地可提高所述框架系统的装配容易度。

此外，对于四边形框架系统还规定，在该四边形框架系统的压板上和/或侧件上设有加固元件。这种加固元件可以例如是在侧件内的沟纹。通过这种加固元件可尤其提高构件的抗扭强度和连接强度。这使得在外力作用的情况下、例如发生意外的情况下四边形框架系统的安全性得到提高。

特别优选一种四边形框架系统，其中，侧件的接片与侧件是一体的，尤其与侧件一起整体设计。通过整体的制造省去了否则所需的接片在侧件上的固定。这使得制造更简单并且成本更低廉。尤其侧件连同接片可以在一个制造过程内通过向预先制造的铸造工具内灌入铸造材料来被制造。

根据本发明另一个优选改进方案对于四边形框架系统可以规定，四边形框架系统的侧件在纵向上的上缘和/下缘具有朝向框架系统内部的接片。借助这种在其横向延伸方向上优选垂直于咬合接片的压板延伸的附加接片，能够形状配合地在上侧和/或下侧包住至少一个电池单元。因此，能够对电池单元产生附加的稳定作用。

此外，在本发明另一个实施例中还规定，所述四边形框架系统具有底板或冷却板。通过底板可附加地加强和加固该框架系统。因此，提高在发生意外情况下的安全性。特别优选地将底板设计为冷却板，以用于从电池单元传递走过剩的热量，该热量是在电池单元工作时产生的。因此，可降低电池单元的热力学负荷，从而提高电池单元的性能和寿命。

根据本发明的第二观点，所述技术问题通过具有四边形框架系统和至少一个电池单元的电池模块解决，其中，根据本发明第一观点的至少一个实施例设计所述四边形框架系统。通过使用根据本发明的用于容纳以及夹住至少一个电池单元的框架系统，可以使该至少一个电池单元避免形成电池凸起。因此，提高了电池单元的性能和寿命。此外，通过所述框架系统根据本发明的实施例，可明显地提高在有外力作用时、例如发生意外时的安全性。通过使用根据本发明的框架系统，还可降低电池模块的生产成本，并且使电池模块的装配变得更容易。

根据如下结合附图对本发明实施例详细的说明，获得本发明的其它优点、特征和细节。在此，在权利要求和说明书中所述的特征能够单独出现或根据本发明以任意组合的方式出现。在附图中示意示出：

图1示出四边形框架系统的立体图，根据本发明的设计原理设计该框架系统。

图2示出具有电池单元和四边形框架系统的立体图，根据本发明的设计原理设计该框架系统。

在图1和图2中具有相同功能和工作原理的部件用相同的附图标记来标注。

图1示出四边形框架系统1的各个构件的示意性立体图。其中，可以清楚地识别第一和第二压板2a、2b以及第一和第二侧件3a、3b。所述压板2a、2b和侧件3a、3b分别被设计为相同的。此外，四个构件中的每一个又分别是一个完整的构件。在侧件3a、3b面向压板2a、2b的端部分别弯折出接片4。在所述四边形框架系统的这个实施方式中，所述接片4通过弯曲变形加工弯折而成。在接片4上设有孔5。该孔5在四边形框架系统1组装状态下与在压板2内的凹孔6对准安置。这能够将所述侧件3的接片4通过未示出的连接件与压板相连接。在此，这样安置所述接片4，将其贴靠在压板2a、2b背向四边形框架系统1内部的的表面上。在侧件3a、3b上安置加固件8。在所述四边形框架系统1示出的实施方式中，将所述加固件8设计为沟纹。这种设计起到对侧件3a、3b附加的加固作用。在侧件3a、3b的上侧弯折出上侧接片9。该上侧接片用于压住电池单元的上缘。由此能够避免电池单元从四边形框架系统1内掉落。此外，在侧件3a、3b的下侧弯折出下侧接片10。这种下侧接片用于托住电池单元的下缘。由此能够同样地避免电池单元从四边形框架系统1内向下掉落。

在图2中示出电池模块20示意性的分解立体图，该电池模块具有如图1所述的四边形框架系统1。电池单元21加上压板2a、2b和侧件3a、3b构成电池模块20的主体部件。在此，在四边形框架系统1的底板11上依次安置电池单元21。电池单元21相互之间的电连接借助电极连接件22实现。接触板23用于遮盖电池单元21的上表面。在总成状态下所述压板2a、2b贴靠在面向它们的第一和第二电池单元21的表面上。在此，所述侧件3a、3b的上侧接片9能够附加地形状配合地压住接触板23。所述侧件3a、3b的下侧接片10以有利的方式形状配合地包住电池模块20的底板11。侧件3a、3b的接片4如此安置在背向四边形框架系统1内部的压板2a、2b的表面上，使得在接片4内的孔5和在压板2a、2b内的凹孔6分别成对地对准。由此能够用固定件7将在接片4和压板2a、2b之间的连接特别好的固定。通过固定销24能够将整体装配完成的电池模块20固定在其指定的位置，例如交通运输工具上。通过压板2a、2b与侧件3a、3b在接片4上的连接，将可能存在的电池单元21的电池凸起产生的拉力通过接片4从压板2a、2b传递到侧件3a、3b。在此，不会通过剪切力在固定件7上产生附加的荷载。通过第一侧件3a和第二侧件3b以及两个压板2a、2b相同的设计，能够成本低廉地制造四边形框架系统1。通过避免对于不同类型侧件3a、3b以及压板2a、2b的混淆可提高四边形框架系统1的装配容易度。由于接触板23被上侧接片9以及底板11被下侧接片10夹住，所以提供了一种电池模块20稳定的和安全的结构设计。凹槽件8在侧件3a、3b上附件地提高了整个电池单元20的抗扭性。因此，这种结构设计的电池模块20在有外部作用力、尤其发生意外的情况下具有较高的安全性。

通过接片4平面地贴靠在压板2a、2b的外表面上，在电池单元21上在形成电池凸起的情况下，拉力通过接片4直接传递到四边形框架系统21的侧件3a、3b内。因此，可确定无疑地去除在固定区域或固定点上的负荷，因为侧件3a、3b的拉力不是直接作为剪切力作用在固定区域或固定点上。此外，通过接片4和侧件3a、3b与压板2a、2b的形状配合，或者通过侧件3a、3b的接片4夹住压板2a、2b提高四边形框架系统1的连接强度。因此，尤其能够在发生意外时产生对抗外力作用的较高的保护作用。通过侧件3a、3b特殊的结构设计和侧件3a、3b在压板2a、2b外表面的固定，保证了较高的预压力和保持力。所述压板2a、2b能够在电池单元21发生凸起的情况下有弯曲的趋势，并且因此将拉力传递给四边形框架系统1的侧件3a、3b。借助侧件3a、3b在压板2a、2b上特别的固定方式，使得侧件3a、3b以及压板2a、2b连接上的加固保证了在横向方向上较高的支撑力。这种类型构造的四边形框架系统是紧凑的和模块化的，所以其能够普遍地有保证地被安置在各个可用的结构空间内，也可被安置在在多个平面内。

附图标记列表

1四边形框架系统

2a第一压板

2b第二压板

3a第一侧件

3b第二侧件

4接片

5在接片内的孔

6在压板内的凹孔

7固定件

8凹槽件

9下侧接片

10上侧接片

11底板

20电池模块

21电池单元

22电极连接

23接触板

24固定销

Claims (9)

1.一种用于容纳至少一个电池单元(20)的四边形框架系统(1)，其具有构成所述框架系统(1)两个相互对立侧面的第一和第二压板(2a，2b)，还具有构成所述框架系统(1)在所述两个压板(2a，2b)之间的另外两个侧面的第一和第二侧件(3a，3b)，其中，所述侧件(3a，3b)分别在所述框架系统(1)的边角区域内固定在所述压板(2a，2b)上，其中，在每个侧件(3a，3b)面向所述压板(2a，2b)的端部弯折出接片(4)，该接片(4)形状配合地咬合所述压板(2a，2b)，由此所述接片(4)贴靠在各压板(2a，2b)背向所述框架系统(1)内部的压板表面上，并且所述接片(4)摩擦配合地和/或形状配合地固定在各压板(2a，2b)上，其特征在于，在所述侧件(3a，3b)纵向的上缘和/或下缘上设有朝向所述框架系统(1)内部的接片(9，10)，其中，所述压板(2a，2b)由挤压型材构成。

2.根据权利要求1所述的四边形框架系统(1)，其特征为，所述每个接片(4)具有至少一个孔(5)，所述压板(2a，2b)具有凹孔(6)，其中，每个凹孔(6)对准接片(4)的孔(5)安置，并且设有固定件(7)，其中，每个固定件(7)通过接片(4)的孔(5)插入各自的对准安置的压板(2a，2b)的凹孔(6)内。

3.根据权利要求2所述的四边形框架系统(1)，其特征为，在接片(4)内的所述至少一个孔(5)为通孔，和/或所述压板(2a，2b)的凹孔(6)设计为通孔或沉孔。

4.根据权利要求2或3所述的四边形框架系统(1)，其特征为，在接片(4)内的所述至少一个孔(5)和/或所述压板(2a，2b)的凹孔(6)具有用于容纳固定螺钉(7)的内螺纹。

5.根据权利要求1所述的四边形框架系统(1)，其特征为，侧件(3a，3b)由挤压型材构成。

6.根据权利要求1所述的四边形框架系统(1)，其特征为，在所述压板(2a，2b)和/或侧件(3a，3b)上设有加固件(8)。

7.根据权利要求1所述的四边形框架系统(1)，其特征为，所述侧件(3a，3b)的接片(4)与该侧件设计为一体式的。

8.根据权利要求1所述的四边形框架系统(1)，其特征为，所述四边形框架系统(1)具有底板(11)或冷却板。

9.一种电池模块(20)，其具有四边形框架系统(1)和被该四边形框架系统(1)包住的至少一个电池单元(21)，其特征为，所述四边形框架系统(1)是按照权利要求1至8中之一设计的。