CN105594010A - 用于制造电池模块的方法和电池模块 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于制造包括多个电池单体的电池模块的方法，其中，在第一步骤中提供电池模块的模块壳体(12)。将型芯布置结构(20)引入模块壳体(12)中，其中，通过型芯布置结构(20)的相应的型芯(22)限定要设置在硬化的灌注材料(26)中的空腔。随后将灌注材料(26)引入(S14)模块壳体(12)中。在使灌注材料(26)硬化后并从模块壳体(12)中移除型芯布置结构(20)之后，将配属于相应的电池单体的电极布置结构布置在形成于硬化的灌注材料(26)中的空腔中。本发明还涉及一种电池模块。

Description

用于制造电池模块的方法和电池模块

技术领域

本发明涉及一种用于制造包括多个电池单体/电池单池的电池模块的方法。本发明还涉及一种包括多个电池单体的电池模块。

背景技术

为了提供用于电动车辆和混合动力车辆的高伏电池而使用电池模块，该电池模块分别包括多个电池单体。通常在这种电池模块中将电池单体相互电连接并且向该电池单体加载压紧力，这防止了各个电池单体的单体壳体的壁部向上拱起。通常在这种电池模块中使用棱柱形的电池单体，这些棱柱形的电池单体彼此并排直立地布置并且因此可以相当简单地相互电连接。由于棱柱形的电池单体通常具有由金属制成的单体壳体，因此需要使得这些电池单体彼此电绝缘。在确定的运行状态中还将电池单体彼此隔热地设置。在此通常为了实现电绝缘和隔热而使用塑料。

如果作为在各个电池单体之间的分隔元件使用也被称为间隔件的塑料部件，那么对于具有多个电池单体的电池模块的结构需要许多单个部件。这是相对花费较高的。

在文献DE102010038862A1中描述了一种用于制造电池模块的方法，其中，首先提供多个电池单体，然后借助于单体连接器将这些电池单体相互电连接。随后通过以下方式制造电池模块的塑料壳体：利用塑料包覆注塑各个电池单体。由此在注塑成型方法中利用塑料填充位于电池单体之间的间隙，并且在该注塑成型方法中制造包围电池单体整体的外壳。这也就形成一体的塑料外壳，该塑料外壳向外界作为限定电池模块的边界的壳体。仅电池模块的接头或端子从塑料外壳中向外伸出，从而能够从外部触及该接头或端子。

当电池单体必须被施加压紧力以阻止单体壳体向上鼓起时，则难以使用上述方法。也就是当电池单体相对彼此压紧地放置时，难以将塑料引入位于电池单体之间的间隙中。此外塑料的硬化难以实现，这是因为这需要长的硬化时间。因此不能进行用于加速硬化的加热，这是因为电池单体不应遭受相应的温度升高。

此外，文献DE202010004637U1描述了一种铅蓄电池，该铅蓄电池用作为机动车中的起动器蓄电池。铅蓄电池包括具有多个腔的塑料壳体，这些腔通过间隔壁部形成或界定。在这些腔中布置有铅板作为电极。随后利用优选设计为注塑成型部件的盖子封闭塑料壳体。通过设置在盖子中的注入口随后将电解质注入电池中，从而可以使该电池充电和放电。优选地，壳体和盖子由压力稳定的且抗冲击的塑料材料、例如聚丙烯制成。

发明内容

本发明的目的是，实现一种用于制造电池模块的改进的方法以及一种改进的电池模块。

该目的通过一种具有权利要求1的特征的方法以及一种具有权利要求9的特征的电池模块来实现。具有本发明的适宜的改进方案的有利的设计方案在从属权利要求中给出。

根据本发明的用于制造包括多个电池单体的电池模块的方法包括多个步骤。首先提供电池模块的模块壳体。将型芯布置结构引入模块壳体中，其中，通过型芯布置结构的相应的型芯限定要设置在硬化的灌注材料中的空腔。随后将灌注材料引入模块壳体中。随后使得灌注材料硬化。接下来从模块壳体中重新移除型芯布置结构。最后将配属于相应的电池单体的电极布置结构布置在硬化的灌注材料中形成的空腔中。

这基于以下认识：通常由铝制成的电池单体壳体也可以通过塑料替代，其中，将电池单体彼此划定边界的壁部通过硬化的灌注材料制成。由此可以放弃铝壳体，这带来了成本和重量方面的优点。此外与以下所述方法相比明显减少了所用部件和制造步骤的数量：在该方法中，在中间接入塑料部件的情况下压紧各个电池单体并且将这些电池单体布置在一个模块壳体中。

此外，总归要作为用于注入灌注材料的形状而设置的模块壳体还形成电池模块的界定壁。通过在模块壳体中灌注材料的硬化还可以提供特别紧凑的电池模块，这是因为灌注材料与模块壳体连接。

优选地通过模块壳体形成电池模块的壁部，该壁部在电池运行时吸收由电极布置结构所施加的力。即电极布置结构试图扩张。对此的原因是在电极布置结构中在电池单体充电和放电时出现的电化学的反应。在具有铝壳体的电池单体中，铝壳体的壁部以及从外部施加到铝壳体的堆垛上的压紧力用于使得壁部不能向上拱起。

然而当前模块壳体本身防止了电极布置结构在运行时可能扩张的情况。模块壳体因此设计得足够稳定和坚固，从而该模块壳体可以吸收在电池单体中出现的侧向力。由此确保了电池模块的形状稳定性，这种形状稳定性特别在电池模块布置在车辆中时是特别重要的。

此外证明为有利的是，在实现硬化时加热灌注材料和/或向该灌注材料加载高能辐射。这种用于加速灌注材料硬化的方法当前可以没有问题地使用，这是因为灵敏的电极布置结构还没有位于可在灌注材料中形成的空腔中。

此外可以在实现硬化时向该灌注材料机械地加负荷，以便赋予该灌注材料期望的性能。与在电极布置结构已经位于空腔中的情况下相比，这些机械负荷也即被规定了另外的界限。

在本发明的另一个有利的设计方案中，借助于至少一个与电极布置结构连接的盖元件封闭接纳电极布置结构的空腔。因此良好地遮蔽了电极布置结构使其免受外界影响。此外，用于相应的电池单体的、通过硬化的灌注材料在与盖元件共同作用的情况下形成的单体壳体的制造因此可以特别简单且花费少地实现。

为了可靠地密封相应的电池单体，可以将盖元件与通过硬化的灌注材料形成的且将相应的电池单体彼此划定边界的壁部粘接和/或焊接。特别在设置可通过热效应硬化的热固性塑料作为灌注材料时证明为有利的是，将盖元件与壁部粘接。而在使用热塑性塑料作为灌注材料时也可以通过焊接特别良好地在盖元件与壁部之间建立密封的紧密连接。

此外有利的是，在将电极布置结构布置在空腔中之后，将电解质引入相应的电池单体中。这基于以下认识：由于化学反应才会出现电极布置结构试图发生膨胀，对于该化学反应必须在电池单体中存在有电解质。通过在将电极布置结构布置在相应的空腔中之后才将电解质注入相应的电池单体中，因此可以特别在过程中保证安全地将电极布置结构导入空腔中。

优选地，电极布置结构通过涂覆有阳极材料和阴极材料的导电元件以及将阳极材料与阴极材料分开的隔离件的绕组和/或堆垛形成。这些绕组或堆垛也就在紧凑的尺寸下提供了特别大的化学活性表面。堆垛可以为此特别具有折叠部。

最后显示为有利的是，通过电池模块形成锂离子蓄电池。相应地将各个电池单体设计为锂离子电池单体，如其特别用于电动车辆和混合动力车辆的高伏电池的电池模块。利用这种电池模块也就可以在重量相对较轻时相应提供高电压和强电流。

根据本发明的电池模块包括多个电池单体和一个模块壳体，在该模块壳体中接纳有硬化的灌注材料。在通过硬化的灌注材料形成的接纳腔中在此布置有对应于相应的电池单体的电极布置结构。这种电池单体的特征在于特别简单且部件少的制造。

对于根据本发明的方法所描述的优点和优选的实施方式也适用于根据本发明的电池模块并且反之亦然。

前面在说明中提出的特征和特征组合以及下面在附图说明中提出的和/或在附图中单独示出的特征和特征组合不仅可以在分别给出的组合中、而且也可以在另外的组合中或单独地使用，而并不脱离本发明的范围。因此也可以视为由本发明所包含和公开的实施方式，这些实施方式在附图中未精确地显示或说明，然而可以通过分开的特征组合从所说明的实施方式中得出和产生。

附图说明

从权利要求、下面对优选的实施方式的说明中以及根据附图得出本发明的其它优点、特征和细节。在此示出：

图1示出在制造电池模块时的第一步骤，其中提供了电池模块的空的模块壳体；

图2示出将型芯布置结构引入模块壳体中，其中型芯布置结构的型芯限定出在要制造的塑料部件中的空腔；

图3示出将灌注材料注入装配有型芯布置结构的模块壳体中；

图4示出在形成塑料部件的模块壳体中的硬化的灌注材料；

图5示出将具有盖部和电极的单体绕组插入在硬化的灌注材料中提供的空腔中；

图6示出在将具有相应的盖部的其余的单体绕组引入其它的空腔中之后的电池模块；和

图7示出向电池模块的各个电池单体中注入电解质。

具体实施方式

根据图1说明在制造图7中在最终状态中示出的电池模块10时的第一步骤S10。在第一步骤S10中提供了空的模块壳体12，该模块壳体当前具有底部14和侧壁16。该模块壳体12形成完成的电池模块10的壁部(参看图7)。模块壳体12是足够稳定的，因此其可以吸收在电池模块10中出现的力。该力特别作用于模块壳体12的侧壁16上，该力源于化学反应，当电池模块10提供了电压时，在电池模块10的各个电池单体18中发生这种化学反应。

在第二步骤S12中(参看图2)，在模块壳体12中布置有型芯布置结构20，该型芯布置结构包括多个型芯22。该型芯22形成各个电池单体18的电极布置结构24的阴模(参看图6)。

在下一个步骤S14中(参看图3)，将灌注材料26注入模块壳体12中，而型芯布置结构20位于模块壳体12中。灌注材料26通过塑料形成，该塑料填充模块壳体12中的未由型芯布置结构20和特别未由型芯22占据的空腔。

随后使得灌注材料26硬化。由于还没有电极布置结构24位于型芯22在硬化的灌注材料26中留出的空腔中，因此可以在使得灌注材料26硬化时使用对于电极布置结构24来说不兼容的方法。因此灌注材料26的硬化例如可以通过温度升高或引入高能辐射来加速。

在灌注材料26硬化之后，型芯布置结构20被重新从模块壳体12中取出(参看图4中的步骤S16)。相应地在硬化的灌注材料26中保留用于电极布置结构24的空腔28，其在形状和尺寸方面对应于型芯布置结构20的型芯22的形状和尺寸。硬化的灌注材料26因此形成壁部30，该壁部在完成的电池模块10中将各个电池单体18彼此划定边界(参看图7)。

模块壳体12不仅形成电池模块10的外壁部，而且同时提供灌注材料26注入的形状。在灌注材料26硬化时，该灌注材料也与模块壳体12连接。

在下一个、在图5中示出的步骤S18中，电极布置结构24被引入相应的空腔28中。如果电池单体18设计为锂离子电池单体，则电极布置结构24就包括相应的导电薄膜，该导电薄膜涂覆有阳极的和阴极的化学活性材料，其中，在阴极材料与阳极材料之间布置有电绝缘的隔离件。由于电极在该电极布置结构中以盘绕的或折叠的方式存在，因此这种电极布置结构24也被称为绕组单体或堆垛单体。

当前，盖部32也与各个电极布置结构24连接。此外，相应的电池单体18的电极34从该盖部32中伸出。通过将电极34连接在一起——在图5中仅示意性地示出其中之一，可以根据期望调节可由电池模块10提供的电流强度和可由电池模块10提供的电压。因此可以由多个电池模块10例如形成用于电动车辆和混合动力车辆的车辆电池，该车辆电池设计为高伏电池。为了在将电极布置结构24引入空腔28中之后闭锁空腔28，将盖部32与划定电池单体18彼此的边界的壁部30粘合或焊接。

在图6中示出在制造电池模块10时的另一个步骤S20，其中，所有盖部32都闭锁相应的空腔28。相应地通过相应的电池单体18的各个盖部32形成不同程度连续的盖单元，只有各个电池单体18的电极34从该盖单元中伸出。

根据图7示出另一个步骤S22，在该步骤中通过相应地设置在各个盖部32中的注入口将电解质36引入相应的电池单体18中。仅当向电池单体18注入电解质36之后才能开始电化学反应，其用于实现，电池模块10能够储存和输出电能。在向电池单体18注入电解质36之后，在电池单体18中也形成侧向力，该侧向力由电池模块10的模块壳体12吸收。

Claims (9)

1.一种用于制造包括多个电池单体(18)的电池模块(10)的方法，该方法具有以下步骤：

-提供(S10)模块壳体(12)；

-将型芯布置结构(20)引入(S12)模块壳体(12)中，其中，通过型芯布置结构(20)的相应的型芯(22)限定要设置在硬化的灌注材料(26)中的空腔(28)；

-将灌注材料(26)引入(S14)模块壳体(12)中；

-使灌注材料(26)硬化；

-从模块壳体(12)中移除型芯布置结构(20)；以及

-将配属于相应的电池单体(18)的电极布置结构(24)布置(S18)在硬化的灌注材料(26)中形成的空腔(28)中。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过模块壳体(12)形成电池模块(10)的壁部，该壁部在电池模块(10)运行时吸收由电极布置结构(24)所施加的力。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在实现硬化时加热灌注材料(26)和/或向该灌注材料加载高能辐射和/或向该灌注材料机械地加负荷。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，借助于至少一个与电极布置结构(24)连接的盖元件(32)封闭(S18)接纳电极布置结构(24)的空腔(28)。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，将盖元件(32)与通过硬化的灌注材料(26)形成的且划定各个电池单体(18)彼此的边界的壁部(30)粘接和/或焊接。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，在将电极布置结构(24)布置在空腔(28)中之后将电解质(36)引入(S12)相应的电池单体(18)中。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，电极布置结构(24)通过绕组和/或堆垛、特别是具有折叠部的堆垛形成，该绕组和/或堆垛是涂覆有阳极材料和阴极材料的导电元件以及将阳极材料与阴极材料分开的隔离件的绕组和/或堆垛。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，通过电池模块(10)形成锂离子蓄电池。

9.一种电池模块，包括模块壳体(12)和多个电池单体(18)，在该模块壳体中接纳有硬化的灌注材料(26)，其中，在通过硬化的灌注材料(26)形成的接纳腔中布置有配属于相应的电池单体(18)的电极布置结构(24)。