CN103370811B - 储能模块和其制造方法及纤维复合材料用以其制造的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及储能模块和其制造方法及纤维复合材料用以其制造的应用。在此提供一种用于供电装置的储能模块(1)，特别是为机动车供电，该储能模块包括多个特别是棱柱形的存储电池(40)，这些存储电池至少成一个序列(50)堆叠、彼此相继地布置并且通过至少一个牵条(20，25)或者一个包缠层(81)被紧固在至少两个端板(30)之间，其中，所述端板(30)中的至少一个具有包括至少三层(11，12，13)的层结构(10)和/或所述牵条(20，25)由纤维复合材料构成。

Description

储能模块和其制造方法及纤维复合材料用以其制造的应用
技术领域
本发明涉及储能模块和其制造方法及纤维复合材料用以其制造的应用。在此提供一种用于供电装置的储能模块，特别是为机动车供电，该储能模块由多个特别是棱柱形的存储电池组成，这些存储电池至少成一个序列堆叠、彼此相继地布置并且通过至少一个牵条或者一个包缠层被紧固在至少两个端板之间。此外，本发明还涉及一种用以制造储能模块的方法。
背景技术
在通常被称作电池组/蓄电池的机动车的供电装置中大多使用多个储能模块用于驱动车辆，例如电动车或者混合动力车。同时各储能模块典型地由多个堆叠的棱柱形存储电池组成。各个单体的存储电池包含电化学的电池组电池单元。堆叠起来的单体存储电池大部分情况下通过机械的端板和牵条被紧固构成储能模块。除了将模块彼此进行机械固定之外，端板和牵条还特别用于防止在布置于模块内部的储能模块的电化学电池单元的运行过程中的气体压力的变化或者升高导致的变形。
传统的储能模块的端板和牵条通常通过挤压法由钢材或者铝材制成。在这种情况下，这种所谓的挤压型材的制造与高制造技术费用和由此导致的高成本是分不开的。因此不能大规模经济地生产储能模块所用的挤压型材。另外，储能模块所用的传统的挤压型材还具有如下缺点：由于所使用材料的材料特性的原因它们具有较大的重量，这对机动车的总重量产生不利影响。另外，构成挤压型材的材料，也就是通常为钢材或者铝材，是导电的，这样为了防止存储电池之间的电连接，在各个存储电池与夹紧装置之间需要一个绝缘层。设置这样的绝缘层是费用很高的并且增加了储能模块的制造费用以及因此增加了储能模块的制造成本。
发明内容
本发明的目的是，提供一种用于供电装置的经济的储能模块，该储能模块能够以简单的方式制造并且除了很好的稳定性之外具有很小的自重。另外，本发明的目的是，提供一种用以制造储能模块的方法，该方法需要很小的制造技术费用并且该方法另外允许简单而经济地制造储能模块。
为此，本发明提供一种用于供电装置的储能模块，该储能模块包括多个存储电池，这些存储电池至少成一个序列堆叠、彼此相继地布置并且通过至少一个牵条被紧固在至少两个端板之间，其中，所述端板中的至少一个具有包括至少三层的层结构，其特征在于，所述牵条由纤维复合材料构成，所述端板是五层的端板，其中所述端板的内层由含有短纤维的热塑性塑料压铸材料构成，第一外层和第二外层为具有穿孔的金属片，位于更外侧的第三外层和第四外层由构成内层的相同的热塑性材料构成。
相应地，本发明提供一种用以制造储能模块的方法，该储能模块用于供电装置，所述储能模块包括多个存储电池，这些存储电池堆叠成至少一个序列、彼此相继地布置，其特征在于下述步骤：
-准备包括五层的端板和牵条，其中所述端板的内层由含有短纤维的热塑性塑料压铸材料构成，第一外层和第二外层为具有穿孔的金属片，位于更外侧的第三外层和第四外层由构成内层的相同的热塑性材料构成，以及所述牵条由纤维复合材料构成，
-在成序列堆叠的存储电池中的位于末端的存储电池的相应端面上分别安装至少一个端板，和
-通过至少一个牵条对所述端板进行紧固。
相应地，本发明还提供一种纤维复合材料的应用，用以制造用于供电装置的储能模块所用的五层的端板和牵条，其中所述端板的内层由含有短纤维的热塑性塑料压铸材料构成，第一外层和第二外层为具有穿孔的金属片，位于更外侧的第三外层和第四外层由构成内层的相同的热塑性材料构成。
因此上述目的通过一种用于供电装置的储能模块得以实现，特别是为机动车供电，该储能模块包括多个特别是棱柱形的存储电池，这些存储电池至少成一个序列堆叠、彼此相继地布置并且通过至少一个牵条或者一个包缠层被紧固在至少两个端板(也被称为压板)之间。同时端板中的至少一个具有包括至少三层的层结构和/或牵条由纤维复合材料构成。通常在堆叠在末端的电池单元的相应端面上分别安置一块端板，因而储能模块包括两个端板。不过端板也可以由多块单板构成，其中，根据本发明于是这些单板中的至少一块具有一种包括至少三层的层结构和/或所述牵条由纤维复合材料构成。
如果本发明的储能模块的端板具有一种层结构的话，那么这个层结构包括至少三层，通过这种方式保证了端板防止压力变形的充分的稳定性。可以设置另一些其他的层。各层可以由不同材料构成，这些材料包括金属和合金，诸如钢材以及还有塑料，其中各层可以全部或者部分地由相同的材料或者分别由不同的材料构成。适合的材料能够相互结合，必要时借助固定元件或者具有粘性的成分相互结合。这样的层结构与传统的挤压型材相比具有如下优点：能够根据要求有针对性地调节端板的稳定性并且此外有效地降低了端板的自重和因此储能模块的自重。这种端板的制造费用也很低，由此不但降低了对本发明的储能模块在技术上和在企业管理上的要求，而且还降低了储能模块的制造成本以及因此降低了储能模块的成本。在本发明的储能模块的设计的层结构的情况中，还可以通过传统的、特别是构造成牵条形式的牵拉元件实施紧固。
本发明的储能模块的端板可以通过至少一个牵拉元件、特别是牵条或者包缠层被紧固。牵拉元件的数量和外形取决于其具体的形状。根据必要的稳定性可以设置一个或者例如多个牵条，这些牵条使安置在外侧存储电池的正面上的端板相互连接(紧固)。同时这样的牵条可以由金属构成，诸如钢材或者铝材，并且具有一个允许对存储电池模块包括存储电池和端板进行持久连接和紧固的形状。
根据本发明，牵拉元件可以构造成牵条，但是该牵条也可以有益地由纤维复合材料构成。这一点特别是在传统的材料，包括挤压型材被用作端板时最为适合。纤维复合材料在现有技术中是众所周知的。它们通常包括母体材料以及相应的纤维，其中所述纤维大多数情况下均质地分布在母体材料内，这非常有助于纤维复合材料的稳定性。由于母体材料相对传统的金属材料的较轻的自重，使用由纤维复合材料构成的牵条降低了储能模块的重量并且因此提高了本发明的储能模块对于例如轻型结构的机动车的适宜性。
如果没有设置用于紧固存储电池和端板的牵条的话，那么可以通过一个包缠层实施这样的紧固。本发明意义上的包缠层是一种利用合适的材料将存储电池模块包裹起来的方式，所述材料使存储电池组与端板之间稳固连接，从而使储能模块能满足必要的稳定性要求，就是说防止在存储电池运行过程中由该存储电池内部的压力变化导致的变形。这样的包缠层例如可以构造成金属带、纤维材料或者线材。
传统的其他部件诸如电池单元和/或存储电池与夹紧元件之间的电气接头和绝缘体能够使本发明的储能模块更加完善。
在有益的构造中规定：储能模块的两个端板具有包括至少三层的层结构。由此使本发明的储能模块的重量降低达数倍。通过这种方式本发明的储能模块的制造费用以及因此成本也得以降低。
在另一个优选的构造中规定：端板的层结构是一种夹层结构，该夹层结构包括第一和第二外层以及至少一个内层，其中第一和第二外层将内层包围以及至少一个外层或者至少一个内层由纤维复合材料构成。如已经述及的那样，纤维复合材料在现有技术中是众所周知的。通过将纤维复合材料用于本发明的储能模块的至少三层的端板中的至少一层内，由于纤维复合材料的很轻的自重的原因可以在端板的稳定性保持良好不变或者甚至更好的情况下降低端板的重量以及因此降低本发明的储能模块的重量。如果本发明的储能模块用于轻型结构的机动车的话，这一点是特别有利的。
例如，优选内层由一种含有纤维的压铸材料、并且特别是一种热塑性塑料压铸材料构成，其中，纤维优选为均质地分布在压铸材料内的短纤维。本发明的意义上的纤维的均质分布还意指散乱分布，在该分布中纤维朝向所有方向，即各向异性地布置，但是纤维厚度在各层的所有区域内是基本上相同的。在这种情况下，各外层可以由通用的金属诸如铝材构成。所述层以传统的方式方法，必要时借助固定件相互连接。在内层中采用上述纤维复合材料在保持充分的稳定性的情况下使端板的自重明显降低并因此有助于降低本发明储能模块的重量。
另外优选地规定：本发明的储能模块的端板的所有的层、即两个外层和内层以及必要时其他的内层都由纤维复合材料构成。这样进一步降低了储能模块的重量，并且另外由于由纤维复合材料构成的层能够特别简单和良好地彼此结合而不需高的技术费用使得端板的制造更加简单，通过这种方式本发明的储能模块的端板的稳定性得到明显提高。这一点不仅主要适用于同样的纤维复合材料，而且也适用于不同的纤维复合材料。
按优选的方式，本发明的端板具有一种三层结构，在该三层结构中各外层由纤维复合材料构成，该纤维复合材料在优选为热塑性的母体材料中具有单向的长纤维，其中被外层包围的内层由添加到优选为热塑性塑料压铸材料内的短纤维构成。添加短纤维并非强制性的，但是短纤维的存在通过短纤维的散乱排列提高内层的稳定性。另外，优选所有三层具有相同的母体材料以及特别是相同的热塑性母体材料。这一点使层结构的制造，即对所述层进行层压更加简单，并产生三层结构的特别良好的稳定性。在母体材料不同的情况中，不同的层可以在必要时借助通常的固定件或者具有粘性的材料相互连接。如果内层由压铸材料构成的话，那么这个内层也可以具有特有的构造，即不一定要构造成平坦的，而也可以有益地具有一种波形结构，该波形结构使端板具有抵抗产生影响的变形力的附加的稳定性。
在另一个有益的构造中规定：不仅端板、而且牵条都由纤维复合材料构成。在这种情况下，端板和牵条的纤维复合材料可以是分别相同的材料或者不同的材料，但优选为相同的纤维复合材料。通过这种方式储能模块的重量得到进一步有效的降低以及储能模块的制造得到进一步简化，这是因为这些纤维复合材料由于它们既用于牵条也用于端板而无需大的技术费用便能够容易地、持久地和有效地相互连接的原因。另外，由于使用纤维复合材料的原因通常可以省去存储电池和存储电池衔接处以及牵条的电绝缘。在纤维材料也由非导电的材料构成的情况下，这一点特别适用。
另外，有益的是，包缠层包括将堆叠的存储电池以及端板至少部分地包围的附加元件以及纤维复合材料，其中，所述纤维复合材料至少部分地包围附加元件。如已经述及的那样，作为使用牵拉元件或者牵条以外的选择设置有包缠层。在这个构造中在包括堆叠的存储电池和端板的电池单元模块周围安置有一个附加元件，该附加元件至少部分地包围电池单元模块。这个附加元件为稍后需引入的纤维复合材料构成一个稳固的基础，这样纤维复合材料不会进入堆叠的电池单元之间以及另外保证了对本发明的储能模块的充分稳定的紧固。在这种情况下，合适的附加元件包括例如必要时具有某种结构化的、也可以构造成多层的金属板或者金属片、热固性或者热塑性的塑料型材，诸如热固性蜂巢芯材(Wabenkern)或者热塑性深拉型材。这些附加元件可以将电池单元模块完全包围，但是也可以仅仅部分地包围。这一点取决于储能模块的必要的稳定性和尺寸大小，就是说还取决于在储能模块运行过程中在存储电池内部产生的压力，并且可以根据所使用的材料决定合适的尺寸和形状。在这种情况下，利用附加元件将电池单元模块部分地包围降低了储能模块的成本。另外规定：附加元件至少部分地被纤维复合材料包围。这种纤维复合材料可以以垫或者带的形式卷绕或者缠绕在附加元件上和因此也缠绕在电池单元模块上并且设置有一种浸透和/或包围纤维构成物的母体材料，由此增强包缠层的充分的稳定性。优选纤维材料为由多根单纤维构成的纤维束或者纤维带，所述纤维材料在对附加元件进行缠绕之前浸入含有母体材料的槽中。如果母体材料是热固性塑料的话，那么本发明的储能模块在包缠层完成之后被硬化，通过这种方式热固性塑料获得其最终的形状和稳定性，其中借助通常的方法对热固性塑料进行硬化，诸如光硬化或者热硬化。在使用热塑性材料的情况下，为了准备浸槽这个材料被加热到其熔点或者软化点，通过这种方式它充分软化并粘附在被拉拔穿过浸槽的纤维带(或者纤维束)上。然后通过对储能模块的缠绕进行冷却实施硬化。
作为可选方案，也可以按如下方式实现包缠层：已经事先缠绕好的和设置有母体材料的纤维构成物例如在热作用下延展并被套罩在储能模块或者设置的附加元件上。
端板和/或牵条和/或包缠层所用的纤维复合材料有益地具有带有纤维的热塑性母体或者带有纤维的热固性母体。这样的纤维复合材料可以很好地具有所期望的硬度或者弹性并且特点在于仅仅很低的成本以及此外绝缘的特性，通过这种方式通常可以省去各个存储电池之间以及存储电池与牵条之间的绝缘层，这一点明显简化了加工制造并且因此还限制了制造成本。另外，这种材料与常用的挤压型材相比具有很小的自重并且可以用传统的方法容易地进行加工而无需大的技术费用，这使本发明的储能模块的制造费用保持很小。因为热塑性材料由于其可熔化性特别易于加工但是仍然提供充分的稳定性，成其优选纤维复合材料的特点是带有纤维的热塑性母体。由于很低的成本和良好的可用性而特别优选的热塑性塑料是聚丙烯(PP)。
根据另一个有益的构造规定：端板和/或牵条和/或包缠层所用的复合材料的纤维选自玻璃纤维、碳纤维、矿物纤维诸如玄武岩纤维、植物纤维诸如纤维素纤维或者剑麻纤维、陶瓷纤维诸如莫来石纤维或者碳化硅纤维、钢纤维或者塑料纤维诸如聚丙烯纤维、尼龙纤维或者芳族聚酰胺纤维或者它们的混合物。可以根据所要求的外形来选择纤维。特别优选玻璃纤维，因为这种玻璃纤维的特点在于稳定性高、可用性好和电绝缘特性。另外可以经济地获得需要的稳定程度内的玻璃纤维。这一点在具备本发明的储能模块的很好的稳定性的同时明显降低了本发明储能模块的制造成本。与此同时纤维可以是长纤维或者短纤维，其中长纤维明显提高纤维复合材料的稳定性。另外，纤维在母体材料中可以是非交织状态，即分散分布的。但是优选纤维至少连接成纤维束或者甚至是纤维垫、针织物、编结物、纺织物、鸟巢状组成物(Gelege)等等，因为通过这种方式纤维复合材料的稳定性得以成多倍地提高。
另外本发明的储能模块的特征有益地在于纤维为单向纤维。这意味着：纤维在纤维复合材料内朝向优先方向定向。这一点提高了纤维复合材料在恰好这个方向的稳定性。由于这个原因，具有单向纤维的纤维复合材料被有益地沿加载方向布置，因为这样纤维的抗拉强度能够最有效地防止在存储电池的运行过程中由于存储电池内部的压力变化导致的可能的变形。
在另一个有益的构造中，本发明的储能模块的端板和/或牵条具有固定元件和/或底部固定元件。固定元件用于使端板与牵条连接。底部固定元件用于使储能模块例如与周围的储能模块的壳体连接。这样的固定元件或者还有底部固定元件例如可以是小环、底座、筋条、连接板、折边、铆钉或者槽。通过例如既在端板上也在牵条上或者牵条彼此之间的相应的连接板或者小环，例如可以通过将一个销轴或者螺栓穿入两块连接板或者小环中以简单的方式方法形成牵条与端板之间的持久的、稳固的连接。这样的固定元件优选为需固定的部件(例如牵条或者端板)的不可分割的组成部分，这特别是在使用塑料材料或者纤维复合材料作为牵条和/或端板的情况中能够实现。一体整合的喷着固定元件(Anspritzbefestigungselement)提高了与周围部件的结合并且因此保证了储能模块在其环境中的充分的稳定性，甚至在机械力作用的情况下—这些力诸如通过储能模块的常规使用被传递。固定元件或者底部固定元件可以构造成任意形状，例如小环、筋条、夹子(Clip)、连接板或者销栓，以及为任意数量。优选至少底部固定元件设置在本发明的储能模块的至少每个底部角内。固定元件或者底部固定元件可以容易地借助通常的压铸法整合到相应的部件中，通过这种方式储能模块的制造费用和该储能模块的生产技术费用以及因此包括其成本得到显著降低。特别是这一点省去了可能的精整加工工序，诸如设置独立的固定元件。另外，本发明的储能模块的制造因此能够更加容易地和更加全面地自动化，这样避免了制造过程中出现误差以及另外同样有助于降低制造费用和提高生产量。
根据另一个有益的构造，所述端板与这个牵条或者多个、就是说至少两个牵条相互之间螺栓连接地和/或镦压地和/或焊接地和/或借助至少一个夹子和/或借助一个成形部连接起来，其中一个牵条例如从后面夹紧和/或包围一个端板。适当的螺栓连接方法在现有技术中是众所周知的。翼形螺栓证明是非常有效的，其中翼形螺栓穿过例如设置在，有益地被整合在端板上的或者第一牵条上的小环以及穿过设置在，有益地被整合在另一个牵条上的小环并在端部借助一个翼形螺母螺栓连接，这明显降低了制造技术费用，因为至少部分地省去了固定件的安装。这样的螺栓连接用于部件的固定连接。另外，牵条还可以具有一个环绕端板的至少一个部分的或者第一牵条的一个部分，通常是环绕至少该端板的至少一侧边缘的镦压部，并且以这种方式方法与它连接。在这种情况下，镦压部具有不需要附加的固定元件的优点。牵条镦压可以便利地在布置电池单元和周围的端板之后进行并被特殊地、就是说与电池单元堆叠组的尺寸相关地构造。另外，牵条可以彼此之间或者同样与端板焊接在一起。在这种情况下，可能的焊接方法包括超声波焊接、激光焊接和摩擦焊接。与所使用的材料一致地选择适合的焊接方法。在这种情况下，焊接连接保证了端板与牵条的持久的连接或者彼此需连接的牵条的持久的连接。在另一个构造中，牵条相互之间或者牵条同样与端板可以借助一个夹子连接。在这种情况下，夹子元件具有如下优点：它们可以事后安装在任意位置上，就是说在布置电池单元堆叠组之后以及因此进行个别的安装。在这种情况下，夹子连接与电池单元堆叠组的尺寸和形状无关，这降低了制造技术费用并且允许制造过程的一定的变化性。如果不但牵条而且需与之连接的端板都包括热塑性材料的话，那么两个部件或者同样多个牵条彼此之间还可以通过对各需连接的区域进行加热直到热塑性材料软化为止并随后相互压紧或者挤压相互连接。在这种情况下，例如可以借助镜面焊接(Spiegelschweissen)在使用可加热的铝板的情况下实施加热。这样的塑料连接可以简单而无需大的技术费用制成并且在材料硬化后，即连接的材料冷却后提供充分稳固的部件连接。由于降低了制造费用，还省去了单独的或者整合的固定件，所以本发明的储能模块的制造成本以及制造技术和物流费用被进一步降低。因此这个方法特别良好地适合于制造轻型结构机动车用的经济型的储能模块。各个固定机构也可以相互组合，这样例如作为对焊接连接的补充可以设置螺栓连接和/或夹紧连接(夹子连接)，从而明显提高牵条之间的或者牵条与端板之间的固定的稳定性。
另外，根据本发明设置有用以制造如上所述的储能模块的方法。这个方法包括：准备包括至少三层的端板和/或由纤维复合材料构成的牵条；必要时在至少一个端板和/或一个牵条上设置固定元件和/或底部固定元件；在堆叠成序列的，尤其是棱柱形的存储电池中的位于末端的存储电池的各个端面上分别安装至少一个端板；以及优选通过至少一个牵条或者一个包缠层对端板进行紧固。
如果借助一个包缠层对端板进行紧固的话，那么有益地实施下述工序：安装附加元件，该附加元件至少部分地包围由堆叠的存储电池和端板构成的电池单元模块；将带有附加元件的电池单元模块围绕通过树脂浸槽行进的纤维带旋转；以及必要时使储能模块硬化。特别是在使用热固性材料的情况下规定有硬化工序并且可以借助通常的方法诸如通过光硬化或者热硬化实施该硬化工序。如果在端板上例如设置有底部固定元件的话，那么它们在缠绕过程中被露出来，这样它们能够一如既往地执行它们的功能。
作为对此另选的方案，也可以如下地完成包缠层：已经成形的，即缠绕好的和设置有母体材料的纤维被延展，例如在使用热塑性母体材料的情况下通过对包缠层加热和延展，接着包缠层被罩在电池单元模块上，然后在其上它通过冷却凝固在其形状中。
在本发明的储能模块的范围内叙述的有益的设计在本发明的用以制造所述储能模块的方法的范围内得到相应有益的应用。
因此提供了一种在其应用中转换简单且灵活可变的、用以制造储能模块的方法。本发明的方法要求仅仅很低的制造技术费用并且因此有助于降低储能模块的制造成本和因此储能模块的总成本。通过设置整合的固定元件和/或整合的底部固定元件省去了大部分的精整加工工序，这降低了本发明的储能模块的制造技术费用和因此又降低了本发明的储能模块的制造成本。本发明的储能模块除了质量高、机械、化学和物理稳定性以及有效的工作方式之外还表明是包括比挤压型材更轻的自重的储能模块，通过这种方式包括本发明的储能模块的机动车的总重量得到降低，这样它特别适合于轻型结构的机动车。由于制造成本降低，储能模块的成本也低。
附图说明
下文将参照附图进一步阐述本发明。附图中：
图1为本发明的储能模块的端板的实施方式，该实施方式具有包括至少三层的层结构；
图2为借助焊接与三层端板连接的牵条；
图3为在角处围绕三层端板被镦压的牵条，该牵条附加地与端板螺栓连接；
图4为三层端板，该端板借助夹子与由纤维复合材料构成的、具有喷射成型的连接板的牵条连接；
图5为两个通过焊接被连接的牵条；
图6为两个借助金属插入部和喷射成型的卡锁部相连接的牵条；
图7为图6所示的固定机构的放大图；
图8为两个借助镦压部相连接的牵条；
图9为包括多个排列成序列的棱柱形存储电池和两个端板(＝电池单元模块)的构造的储能模块，其中，电池单元模块被两个牵条紧固；
图10为另一个包括多个排列成序列的棱柱形存储电池和两个端板(＝电池单元模块)的构造的储能模块，其中，电池单元模块被一个牵条和一个构造成牵条的导热板紧固；
图11为另一个包括排列成序列的存储电池和两块三层端板的构造的储能模块，其中，借助一个包缠层实施紧固；以及
图12为本发明的另一个实施方式的五层端板。
具体实施方式
下文将参照附图对本发明做进一步阐述。
在图1中示出的是夹层结构的端板10，该端板具有第一外层11和第二外层12和位于其间的内层13。
示例的三层结构包括第一外侧金属层11和第二外侧金属层12，这些金属层包围着一个另外的内侧金属层13，其中金属层11、12、13优选为金属板或者金属片，以及内侧金属层13具有一定的结构，该结构用于吸收在设置在储能模块内部的电化学电池单元的运行过程中由气体内压的升高导致的变形。
这样一种结构可以通过简单的成形构成，例如通过波形结构的成形。与此同时，金属层11、12、13可以由金属基本材料诸如钢板或者铝板冲裁成任意尺寸。作为可选或者补充，至少内侧金属层13也可以是一种其上压刻有至少一种压印纹的金属板。通过成形或者压印制成的金属板结构适合于吸收和导出通过储能模块内部的电池单元在其使用寿命期间的运行产生的压力，以便通过这种方式防止可能出现的变形。因此避免了储能模块上的不可逆转的损伤并可以保证储能模块在其整个使用寿命期间的充分的稳定性。与挤压型材相比，此处介绍的三层结构具有较小的自重并因此降低了储能模块的总重量和因此通过这种方式还降低了其内安装有本发明的储能模块的机动车的总重量。另外，制造这样的三层结构的制造技术费用低于挤压型材的这样的制造技术费用，因此本发明的储能模块的端板的制造成本得到明显降低。
另一个示例的三层结构包括第一外侧金属层11和第二外侧金属层12，这些金属层包围这一个另外的内层13，其中该内层13为含热固性塑料的层或者含热塑性塑料的层。在这种情况下，优选热固性塑料层包括蜂房形状的或者波纹形状的层结构，其中热塑性塑料层优选具有深拉型材。此处内层13也构造成吸收和导出在存储电池的运行过程中来自其内部的压力变化，以便防止储能模块的局部变形。各层能够以众所周知的方式相互连接，例如利用夹紧元件或者螺栓的机械方式或者例如利用粘合剂的化学方式或者例如通过层压的物理方式，以便将三层结构固定在它们的初始形状中。作为这个层结构以外的选择，两个外层11、12也可以由塑料层构成，其中由第一外层11和第二外层12包围的内层13为金属层，例如具有某种结构的，即成形的和/或压印的金属层。这样的结构也具有防止可能的变形所需的稳定性。
另一个示例的三层结构包括第一外侧塑料层11和第二外侧塑料层12，这些塑料层包围着另一个内侧塑料层13，其中塑料层11、12、13可以是热固性塑料层和/或热塑性塑料层，以及如上所述至少内层13具有一定的结构用以吸收来自存储电池内部的压力变化。这些层的连接例如可以通过对这些层的粘合或者层压得以实现。在只使用热塑性材料的情况中，这样的连接例如可以简单地通过如下方式得以实现：在需连接的层的规定的位置上加热直到热塑性材料的软化点为止并且随后在使材料冷却的同时相互压紧或者挤压。优选使用镜面焊接实施加热，其中在两个需连接的热塑性塑料层之间置入可加热的铝板，热量从该铝板向周围的热塑性塑料层扩散，这些热塑性塑料层然后能够变软并在撤去铝板之后以传统的方式，例如通过挤压或者相互压紧连接。镜面焊接提供一种热塑性塑料层之间的特别紧密、稳固和均匀的连接。
在将热塑性材料或者热固性材料至少应用在朝向存储电池的层面上的情况下还产生另一个优点：此处，由于塑料材料的绝缘特性可以至少部分地省掉用于防止此处不希望有的连接的电绝缘材料，这样不仅在制造技术方面而且在成本费用方面伴随带来更多的节约。
本发明的储能模块的端板的特别优选的三层结构是这样一种三层结构，在该三层结构中第一外层11和第二外层12包围一个内层13，其中层中的至少一层以及进一步优选所有三层由一种纤维复合材料构成，并且特别是一种包括热塑性母体和玻璃纤维的纤维复合材料。这样的机构的特点在于具备卓越的压力稳定性、成本低并且同时很易于加工。另外，这样的材料具有绝缘的特性，因此可以至少部分地省去在储能模块内绝缘层的设置。
与传统的挤压型材相比，包括如前述的至少三层结构的本发明的储能模块因此以明显降低的自重为特征以及此外可以无需高的技术费用进行生产。这使得本发明的储能模块的制造费用以及因此其成本保持很少。
图2示出的是借助一个焊接连接21与三层端板10连接的牵条20。当端板10的至少一层11、12、13以及还有牵条由可焊接材料，即由特别是铝构成时，这个连接方法才特别适合，因为由此产生一个持久稳定的连接。
图3示出的是在角22处围绕三层的端板10被镦压的牵条20，该牵条附加地借助一个螺栓连接23与端板10连接。
图4示出的是一个三层端板10，该端板借助一个夹子24与由纤维复合材料构成的、具有喷射成型的连接板(未示出)的牵条20连接。
图5示出的是两个通过焊接连接21相连接的牵条20、25。这个连接机构特别适合于由金属材料诸如钢或者铝构成的牵条20、25。
图6示出的是两个借助金属插入部26和喷射成型的卡锁部27相互连接的牵条20、25，其中在图7中放大示出图6中的固定机构。
图8示出的是两个借助镦压部28相连接的牵条20、25。
图9示出的是一个储能模块1，该储能模块配备有存储电池40，以及在位于末端的存储电池41、42的相应端面上(未示出)分别具有一个端板30(仅仅示出了存储电池序列50的正面的这样的端板30)，该端板构造成冲压折弯板30。冲压折弯板30在其平面中心处具有一个椭圆的压印纹31，从该压印纹起一个长形压印纹32伸向冲压折弯板30的每个角。这些压印纹31、32均向储能模块1的外侧鼓起。
存储电池40典型地由一块或者多块单体的电化学电池单元构成，这些电池单元在此处所选择的视图中位于存储电池40的内部而看不到。存储电池40在正面43上具有第一极性的连接端子60和第二极性的连接端子61。在这个视图中未被示出的该存储电池40的背面上没有设置连接端子。连接端子60、61之一，典型的情况下为存储电池40的正极，可以与存储电池40的外壳(未示出)电连接。
由于在本发明的储能模块1内多个存储电池40至少堆叠成一个序列50、彼此相继地布置，所以特别是在牵条20使用导电材料的情况下至少相对置的主平面(未示出)设置有电绝缘材料。这种材料可以是一种贴覆在主平面上的胶粘薄膜。作为可选，在主平面上也可以涂覆一种电绝缘粘合剂。同样可以考虑使用被贴覆在设置有粘合剂的主平面上的热缩塑性套管。
在该实施例中，使用端板30和牵条20、25对堆叠成序列50的存储电池40进行紧固，其中牵条20、25由纤维复合材料构成，这样可以省去绝缘材料。与此同时，牵条20、25沿电池单元堆叠组平行地设置在相对的侧面上并且借助一个成形部29与端板30连接。通过这种方式牵条20、25将端板30的边33，即端板的侧边缘围住。通过形式为压印冲压折弯板30的端板30的构造，以及通过借助成形部29与端板30相连接的牵条20、25，当存储电池40在存储电池序列50内由于在存储电池40的运行中出现的气体压力变化而变形时，保证了储能模块1平行于紧固的力的方向(亦即沿牵条20、25的延伸方向)均匀地延伸/膨胀。为了完整起见需要提出：存储电池的数量以及其布置为一个或者多个序列是任意的。
成形部29作为牵条20、25与端板30之间的连接在汽车技术领域内是简单、可靠和稳定的连接方法。但是原则上也能够以可选的方式实现机械连接，例如通过焊接、螺栓连接或者任何一种其他的形状锁合的和/或力锁合的连接。
图10示出的是另一个构造的储能模块1，其包括多个设置在序列50内的棱柱形的存储电池40和两个端板30，它们共同形成电池单元模块70，其中该电池单元模块70通过牵条20和通过构造成牵条25的导热板被紧固。将牵条25构造成导热板使得优选在储能模块1的底侧2上附加地安装导热板变得多余，这随之明显降低了本发明的储能模块1的成本并简化了其制造过程，以及与此相关地降低了其制造成本。优选牵条20设置在与构造成牵条25的导热板相对的端板30的侧面3上，即其上侧面。这一点显著提高了储能模块的稳定性。
图11示出的是由排列的存储电池40构成的存储电池构造方式，所述存储电池由两块三层结构(未示出)的端板30包围。这个存储电池构造在其上侧和底侧由各一个附加元件80包围，该附加元件在被由浸润了母体材料的纤维构成的包缠层81包围和被固化前使存储电池40包括端板30保持它们的形状稳定。这种包缠层是使用牵条以外的可选的紧固机构，该紧固机构同样提供储能模块的足够的稳定性，这样本发明的储能模块能够有效地防止由于存储电池40内的压力升高产生的可能的变形。
图12示出的是根据本发明的另一个实施方式的五层端板30。此处内层13由含有短纤维的热塑性塑料压铸材料构成，该压铸材料优选能够具有提高端板30的稳定性的波纹形的结构(未示出)。外层11、12为金属片，优选为铝片。其他的位于外侧的第三外层13a和第四外层13b由同样构成内层的相同的热塑性材料构成。例如如下地获得这样的五层结构：两块具有穿孔(未示出)的金属片彼此间隔开地被置入压铸模具中。在这些金属片之间插入由优选热塑性材料，优选为特别是含有短纤维的压铸材料构成的内层13。然后模具被加热，由此使得内层13的热塑性母体材料变软。另外，向模具中添入更多的特别是热塑性材料，优选同样用以制造内层13的相同的材料。这种材料部分地包围和穿透内层13并因此还使外层11和12粘合在内层13上。另外，所述材料还通过穿孔流到外层11、12的各个表面上并从外侧环绕流过和包住这些外层进而构成第三和第四外层13a和13b。由此产生一个五层结构。这个五层结构具有的层11、12、13、13a和13b紧密地结合，因此可以省去层间的附加的固定元件。与传统的挤压型材相比，这种五层结构的特点不仅在于降低的重量，而且还在于更高的抗变形稳定性以及附加的电绝缘性，该电绝缘性由第三和第四外层13a和13b提供。
附图标记列表
1 储能模块
2 储能模块的上侧
3 储能模块的底侧
10 三层结构
11 第一外层
12 第二外层
13 内层
13a 第三外层
13b 第四外层
20 牵条
21 焊接连接
22 角
23 螺栓连接
24 夹子
25 牵条
26 金属插入部
27 喷射成型的卡锁部
28 镦压部
29 成形部
30 端板
31 椭圆的压印纹
32 长形的压印纹
33 端板的边
40 存储电池
41 位于末端的存储电池
42 位于末端的存储电池
43 正面
50 存储电池序列
60 第一极性的连接端子
61 第二极性的连接端子
70 电池单元模块
80 附加元件
81 包缠层

Claims (16)

1.用于供电装置的储能模块，该储能模块包括多个存储电池(40)，这些存储电池至少成一个序列(50)堆叠、彼此相继地布置并且通过至少一个牵条(20，25)被紧固在至少两个端板(30)之间，其中，所述端板(30)中的至少一个具有包括至少三层(11，12，13)的层结构(10)，其特征在于，所述牵条(20，25)由纤维复合材料构成，所述端板是五层的端板(30)，其中所述端板的内层(13)由含有短纤维的热塑性塑料压铸材料构成，第一外层(11)和第二外层(12)为具有穿孔的金属片，位于更外侧的第三外层(13a)和第四外层(13b)由构成内层的相同的热塑性材料构成。
2.如权利要求1所述的储能模块，其特征在于：两个端板(30)都具有包括五层的层结构(10)。
3.如权利要求1或2所述的储能模块，其特征在于：所述纤维复合材料包括带有纤维的热塑性母体或者带有纤维的热固性母体。
4.如权利要求1或2所述的储能模块，其特征在于：所述纤维选自玻璃纤维、碳纤维、矿物纤维、植物纤维、陶瓷纤维、钢纤维或者塑料纤维。
5.如权利要求1或2所述的储能模块，其特征在于：所述纤维为单向纤维。
6.如权利要求1或2所述的储能模块，其特征在于：所述端板(30)和/或所述牵条(20，25)具有至少一个固定元件。
7.如权利要求1或2所述的储能模块，其特征在于：所述端板(30)和/或所述牵条(20，25)具有至少一个底部固定元件。
8.如权利要求1或2所述的储能模块，其特征在于：所述端板(30)与所述牵条(20，25)螺栓连接地和/或镦压地和/或焊接地和/或借助至少一个夹子(24)和/或借助成形部相连接。
9.如权利要求1或2所述的储能模块，其特征在于：所述储能模块是用于机动车供电装置的储能模块。
10.如权利要求1或2所述的储能模块，其特征在于：所述存储电池(40)是棱柱形的。
11.用以制造储能模块的方法，该储能模块用于供电装置，所述储能模块包括多个存储电池(40)，这些存储电池堆叠成至少一个序列(50)、彼此相继地布置，其特征在于下述步骤：
-准备包括五层的端板(30)和牵条(20，25)，其中所述端板的内层(13)由含有短纤维的热塑性塑料压铸材料构成，第一外层(11)和第二外层(12)为具有穿孔的金属片，位于更外侧的第三外层(13a)和第四外层(13b)由构成内层的相同的热塑性材料构成，以及所述牵条(20，25)由纤维复合材料构成，
-在成序列(50)堆叠的存储电池(40)中的位于末端的存储电池的相应端面上分别安装至少一个端板(30)，和
-通过至少一个牵条(20，25)对所述端板(30)进行紧固。
12.如权利要求11所述的用以制造储能模块的方法，其特征在于：所述方法包括在准备所述端板和所述牵条之后在至少一个端板(30)和/或一个牵条(20，25)上设置固定元件的步骤。
13.如权利要求11所述的用以制造储能模块的方法，其特征在于：所述方法包括在准备所述端板和所述牵条之后在至少一个端板(30)和/或一个牵条(20，25)上设置底部固定元件的步骤。
14.如权利要求11所述的用以制造储能模块的方法，其特征在于：所述储能模块是用于机动车供电装置的储能模块。
15.如权利要求11至14之任一项所述的用以制造储能模块的方法，其特征在于：所述存储电池(40)是棱柱形的。
16.纤维复合材料的应用，用以制造用于供电装置的储能模块(1)所用的五层的端板(30)和牵条(20，25)，其中所述端板的内层(13)由含有短纤维的热塑性塑料压铸材料构成，第一外层(11)和第二外层(12)为具有穿孔的金属片，位于更外侧的第三外层(13a)和第四外层(13b)由构成内层的相同的热塑性材料构成。
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