CN107004800A - 用于电池组电池模块中的力吸收和/或力分布的组件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及具有多个电池组电池（1）的电池组电池模块（10）中的组件（2，4），所述组件尤其是与电池组电池（1）直接接触，其中所述组件（2，4）适于力吸收和/或力分布。所述组件（2，4）附加地具有至少一种显示出拉胀特性的材料。此外，本发明涉及一种电池组电池模块（10）以及一种具有这样的电池组电池模块（10）的机动车辆。

Description

用于电池组电池模块中的力吸收和/或力分布的组件
技术领域
本发明涉及具有多个电池组电池的电池组电池模块中的组件，其中该组件适于力吸收和/或力分布。此外，本发明涉及一种具有这样的组件的电池组电池模块以及一种机动车辆。
背景技术
在世界范围存在对用于广泛应用领域的电池组的显著需求，所述电池组一方面例如用于固定设施、诸如风力发电站或太阳能发电站，但是另一方面也用于移动电子设备、诸如膝上型电脑和通信设备。特别也还可以预见，对用于车辆、诸如用于混合动力车辆和电动车辆的电池组的需求在接下来的几年里将上升。对所有这些电池组在可靠性、寿命和效率方面提出非常高的要求。
典型地，为此将多个电池组电池相互电互连成串联电路和/或并联电路，以用于形成大功率的电池组电池模块。
然而已知的是，电池组、例如锂离子电池组在充电时膨胀并且在放电时再次收缩。如例如在DE 10 2010 031 641 A1中所描述的，这些体积或长度变化是由锂离子在电极的活性材料中的插入和移出过程（Ein- und Auslagerungsvorgänge）决定的。由于锂离子插入到碳材料中，该材料膨胀。这种体积扩大通过电池组电池外壳在电池的相应的可变形性的情况下进一步向外传输，并且因此导致电池组的至少一个几何尺寸的变化。这尤其适用于如下实施方案，在所述实施方案中电池组包括多个电池。因此，由于电极材料的膨胀和收缩，各个被布置在电池中的层（金属层、阴极材料、隔板、阳极材料、必要时薄膜）可能遭受到机械负荷。其后果是电池组中的电阻的增大以及因此降低的效率。
电池组或电池组电池的另外的机械负荷例如可能由于电池之内的温度提高以及由此造成的所包含的电解质的蒸发而产生，其中蒸汽导致电池之内的进一步的压力增大。此外，尤其在提高的温度下可能实现电池组中或电池中的化学反应，从所述化学反应中产生气体，所述气体生成电池组电池之内的附加的压力增大。
在电池组的运行中充电状态波动越大，这些负荷就越高。
此外，针对电池组、尤其是锂离子电池组的应用，为了驱动机动车辆，必须将许多单独的电化学电池组电池接合并固定。这可以通过将单电池放置在壳体、框架中和/或将单电池用张紧带缠绕来进行。在张紧带与外部的单电池之间可以为了压力的压力加载而布置压板。
这样，在之前提及的文献DE 10 2010 031 641 A1中提出使用压板，所述压板被构造为有弹性的并且在通过张紧带所张紧的状态下将回弹力施加到张紧带上。在此，压板的回弹力应当抵抗由张紧带所施加的力。而在该教导中未规定，压板具有如下材料，该材料具有拉胀特性（auxetisches Verhalten）。
发明内容
根据本发明的组件被设置用于在具有多个电池组电池的电池组电池模块中使用。在此，该组件原则上适于力吸收和/或力分布。根据本发明，现在附加地要求：该组件具有至少一种显示出拉胀特性的材料。
显示出拉胀特性的材料本身是已知的。这样，例如在DE 102 23 367 B4中解释，被用于器件的常见材料、诸如金属、塑料、矿物材料等等在负荷下的情况如此，以致在拉力作用时该材料在力的方向上拉伸并且与该方向垂直地逐渐变细，而在施加压力时该材料在力的方向上压缩并且与该方向垂直地产生加厚。长度变化与厚度变化的负比率被称为泊松比率或泊松比。材料的上面所描述的正常特性由正泊松比来表征，其中该正泊松比对于大多数固体材料来说处于0.2至0.4的范围内。
已知如下材料：所述材料显示出正好相反的特性，也就是说，所述材料在施加拉应力时在拉力方向上拉伸，然而与该拉力方向垂直地经历加厚。材料的这样的特性被称为拉胀特性。
本发明基于如下认识：具有显示出拉胀特性的材料的组件特别适于使用在具有多个电池组电池的电池组电池模块中。通过根据本发明的组件的拉胀特性，可以将在电池组电池模块中出现的张力均匀地分布在整个电池组电池横截面上。在例如由于电池组电池的膨胀所引起的压力负荷的情况下，根据本发明的组件由于其拉胀特性而变硬，并且因此有利地是对抗进一步的力作用的阻力。电池组电池的进一步的膨胀被防止或至少被妨碍。由此，电池组电池的内阻有利地在较长持续时间期间保持基本上恒定。这实现更多充电循环，并且结果电池组电池拥有更高寿命。
电池组电池模块中的其它组件也从电池组电池的自身运动的减小中获利，因为所述其它组件可以变得比否则所实施的更硬。电池组电池连接器示例性地可以被实施为更硬和更加机械稳定，因为所述电池组电池连接器不再必须考虑电池组电池的相对大的自身运动。
本发明的有利的改进方案在从属权利要求中加以说明并在说明书中予以描述。
附图说明
根据附图和随后的描述进一步解释本发明的实施例。
唯一的图示出具有多个电池组电池的电池组电池模块中的根据本发明的组件的一种实施方式。
具体实施方式
根据本发明的组件的第一实施例现在借助于该图来解释。原则上利用本发明提供具有多个电池组电池1的电池组电池模块10中的组件2、4。组件2、4原则上适于力吸收和/或力分布。根据本发明，附加地要求：组件2、4具有至少一种显示出拉胀特性的材料。
除了电池组电池模块10中的根据本发明的组件2、4的之前已经描述的优点之外，可以提及如下的另外的附加的优点：
通过组件材料的拉胀特性，例如由于事故引起的冲击力的吸收被优化。这样减小在事故中电池组电池受损的风险。
另外，电池组电池模块10中的根据本发明的组件2、4也可以被布置为与电池组电池1间接接触。也就是说，组件2、4与电池组电池1之间的力交换也可以通过被布置在其间的另外的组件进行，只要所述另外的组件适于传递相应的力作用。
然而，如该图中所示，优选根据本发明的组件2、4与电池组电池1直接接触的布置。这样避免相应的力作用的可能的误传递或不传递。
在这一点上，关于具有拉胀特性的材料应当指出，原则上已知至少两种可能性，所述可能性允许材料显示出拉胀特性。第一可能性在于，具有正泊松比的常见材料具有特殊结构，由此该材料显示出拉胀特性。这样可能的是，由具有正泊松比的常见材料构建类似于蜂窝结构的确定的电池栅格结构，其中然而整个电池栅格结构显示出拉胀特性。
对于实施本发明来说优选的第二可能性在于，组件2、4至少部分地、优选地完全地由拉胀材料构成。这样的材料通过负泊松比来表征。拉胀材料的示例例如在DE 600 21177 T2中予以描述。
拉胀材料可以具有孔隙结构。由于拉胀孔隙结构，组件2、4有利地拥有良好的热绝缘。此外，孔隙在例如由于电池组电池1膨胀而压缩的情况下收缩，由此组件2、4变硬。由此造成对抗进一步的力作用的更高机械阻力，并且因此防止电池组电池1的进一步的膨胀。
此外提出，组件2、4被构造为板状的。因此，以简单方式实现将组件2、4与电池组电池1相邻地以面覆盖（flächendeckend）的方式布置。
在根据该附图的本发明的实施方式中，组件2、4以压板2的形式被构造用于作为电池组电池模块10的端板使用。
另外的根据本发明的组件2、4以中间板4的形式被构造用于作为被布置在电池组电池1之间的中间元件使用。由于组件2、4拥有良好的热绝缘，因此防止电池组电池1之间的热传输。这样，有利地即使在电池组电池1的热逸散的情况下，相邻地布置的电池组电池1由此在热学上也不受影响或仅有限地受影响。
利用本发明，还提供一种电池组电池模块10，其具有由多个电池组电池1和至少一个根据本发明的组件2、4构成的电池组电池堆叠5。电池组电池1可以被构造为锂离子电池组电池。电池组电池堆叠5可以利用张力带3被束紧并且被布置在冷却板7上。各个电池组电池1通过接触电池组电池1的端子8的电池连接器6相互电连接。
在根据附图的实施方式中，电池组电池模块10包括总共等于七个的根据本发明的组件2、4：首先，各一个根据本发明的组件2、4以压板2的形式作为端板被布置在电池组电池堆叠5的两个端部处。此外，五个中间板4被布置在电池组电池包（Batteriezellenpack）5的六个单独的电池组电池1之间。一般而言，对于电池组电池模块10的其它实施方式也推荐：各一个组件2、4以中间板4的形式作为中间元件被布置在电池组电池堆叠5的所有电池组电池1之间。
尽管根据本发明的组件2、4以不同功能在电池组电池模块10中的多重使用优化所期望的效果，但是可以根据具体需求在电池组电池模块10中设置仅仅唯一的根据本发明的组件2、4。
无论如何优选：所述至少一个组件2、4被安装在电池组电池模块10中，使得组件2、4在对组件2、4的力作用时吸收尽可能多的力。
这样的根据本发明的电池组电池模块10又可以为了多种多样的目的被使用或安装。示例性地提出：给机动车辆、尤其是能够以电动机驱动的机动车辆配备根据本发明的电池组电池模块10，其中电池组电池模块10与该机动车辆的驱动系统连接。

Claims (12)

1.具有多个电池组电池（1）的电池组电池模块（10）中的组件（2，4），所述组件尤其是与电池组电池（1）直接接触，其中所述组件（2，4）适于力吸收和/或力分布，其特征在于，
所述组件（2，4）具有至少一种显示出拉胀特性的材料。
2.根据权利要求1所述的组件（2，4），
其特征在于，
所述组件（2，4）至少部分地、优选地完全地由拉胀材料构成。
3.根据权利要求1或2所述的组件（2，4），
其特征在于，
所述拉胀材料具有孔隙结构。
4.根据权利要求1至3之一所述的组件（2，4），
其特征在于，
所述组件（2，4）被构造为板状的。
5.根据权利要求4所述的组件（2，4），
其特征在于，
所述组件（2，4）以压板（2）的形式被构造用于作为所述电池组电池模块（10）的端板使用。
6.根据权利要求4所述的组件（2，4），
其特征在于，
所述组件（2，4）以中间板（4）的形式被构造用于作为被布置在所述电池组电池（1）之间的中间元件使用。
7.一种电池组电池模块（10），该电池组电池模块具有由多个电池组电池（1）和至少一个根据权利要求1至6之一所述的组件（2，4）构成的电池组电池堆叠（5）。
8.根据权利要求7所述的电池组电池模块（10），
其特征在于，
所述至少一个组件（2，4）被安装在所述电池组电池模块（10）中，使得所述组件（2，4）在对所述组件（2，4）的力作用时吸收尽可能多的力。
9.根据权利要求7或8所述的电池组电池模块（10），
其特征在于，
各一个组件（2，4）以压板（2）的形式作为端板被布置在所述电池组电池堆叠（5）的两个端部处。
10.根据权利要求7至9之一所述的电池组电池模块（10），
其特征在于，
各一个组件（2，4）以中间板（4）的形式作为中间元件被布置在所述电池组电池堆叠（5）的所有电池组电池（1）之间。
11.根据权利要求7至10之一所述的电池组电池模块（10），
其特征在于，
所述电池组电池（1）被构造为锂离子电池组电池。
12.一种机动车辆、尤其是能够以电动机驱动的机动车辆，所述机动车辆具有根据权利要求7至11之一所述的电池组电池模块（10），其中所述电池组电池模块（10）与所述机动车辆的驱动系统连接。
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