CN107078311A - 补偿装置和具有所述补偿装置的蓄电池模块 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种补偿装置（10），所述补偿装置用于进行热传递并且用于对所堆叠的蓄电池单池（110）沿着堆叠方向在蓄电池模块（100）中的膨胀进行补偿，所述补偿装置具有至少一个弹簧元件（12）和至少两个压板（14），其中所述至少一个弹簧元件（12）被接纳在所述至少两个压板（14）之间，并且在沿着堆叠方向（D）进行压力加载时，所述弹簧元件能够相对于至少一个压板（14）运动。此外，本发明涉及一种蓄电池模块、尤其固体蓄电池模块，所述蓄电池模块具有这种补偿装置。通过本发明能够以高效的并且均匀的方式方法实现对所堆叠的蓄电池单池沿着堆叠方向在所述蓄电池模块中的膨胀进行补偿，并且/或者实现所述蓄电池单池之间的相互作用的热传递。

Description

补偿装置和具有所述补偿装置的蓄电池模块

技术领域

本发明涉及一种按权利要求1的前序部分的补偿装置，所述补偿装置用于进行热传递并且用于对所堆叠的蓄电池单池沿着堆叠方向在蓄电池模块中的膨胀进行补偿，所述补偿装置具有至少一个弹簧元件和至少两个压板，其中所述至少一个弹簧元件被接纳在所述至少两个压板之间。此外，本发明涉及一种具有根据本发明的补偿装置的蓄电池模块、尤其固体蓄电池模块。

背景技术

由一般的现有技术中已知蓄电池、像例如锂-离子-蓄电池。由于蓄电池的高能量密度、热稳定性及其非常低的记忆效应，蓄电池当时在移动电子装置中得到广泛传播。除了具有液态的电解质的蓄电池之外，还有具有固态的电解质的蓄电池、所谓的固体蓄电池。对于锂-离子-蓄电池来说，这例如是现代的锂-空气-蓄电池或者具有嵌入阴极材料（Interkalationskathodenmaterial）或者转化阴极材料（Konversionskathodenmaterial）的固体蓄电池。这些锂-离子-蓄电池的特征尤其在于其特别高的能量密度。当前的锂-离子-固体蓄电池作为用于机动车的二次电池例如能够具有大于400Wh/kg的能量密度。除此以外，这种固体蓄电池具有安全有关的优点：所述固体蓄电池没有液态的电解质。

但是，对于当前的固体蓄电池来说难以解决的是，单个的并且主要由锂、锂固体离子导体、阴极活性材料和（例如基于碳的）电子的导电性添加剂构成的蓄电池单池在充电过程中（在几何尺寸上）相对剧烈地膨胀并且在放电过程中相应地收缩。也就是说，当作为阳极而使用纯的锂箔或者说纯的锂金属时，与已知的具有液态的电解质的锂-离子单池相比，固体蓄电池、像例如锂-离子-固体蓄电池由其内部构造及其功能方式（锂的嵌入/脱嵌）所决定，在所述蓄电池单池充电和放电时具有提高的膨胀程度或者收缩程度。所述膨胀程度或者收缩程度根据单池构造可能处于10%到40%伸缩度（Dehnung）的范围内。因此，尤其对于这些单池方案来说具有重要意义的是，抵挡或者说补偿这种应变。同时存在下述要求，在运行中对这些单池进行加热或者在特定的运行状态中对这些单池进行冷却。

在JP H08-321329中例如提出，在两个蓄电池单池之间提供部分构造为波状的导热板。这个导热板主要由波状的部件以及板状的部件构成，所述波状的部件具有能够弹性地变形的凸起。所述板状的部件在此与所述波状的部件固定地连接并且具有这种柔性，使得在压力加载时，所述板状的部件能够适应所述波状的部件的形状并且能够压入所述波状的部件中。也就是说，当所述波状的部件变形时，所述板状的部件也随之变形。

由此提供一种器件，通过该器件能够将所述蓄电池单池的膨胀或者收缩补偿直到一定的程度。但是，由于所述板状的部件的弹性的可变形性，在所述蓄电池单池膨胀时，所述蓄电池单池的力不能特别均匀地得到传递。

发明内容

因此，本发明的任务在于，至少部分地避免前面所描述的对于蓄电池模块来说、尤其对于固体蓄电池模块来说的缺点。本发明的任务尤其在于，提供一种补偿装置以及一种包括根据本发明的补偿装置的蓄电池模块，借助于所述补偿装置和所述蓄电池模块，能够以更为高效的并且更为均匀的方式方法实现对所堆叠的蓄电池单池沿着堆叠方向在所述蓄电池模块中的膨胀进行补偿，并且/或者实现所述蓄电池单池之间的相互作用的热传递。

前述任务通过一种具有权利要求1的特征的补偿装置以及一种按权利要求10所述的具有根据本发明的补偿装置的蓄电池模块得到解决。

本发明的其它特征由从属权利要求、说明书和附图中获得。在此，结合所述补偿装置所描述的特征和细节当然也与根据本发明的蓄电池模块有关并且相应地反之亦然，从而使得在关于各个发明方面的公开内容方面始终相互参照或者能够相互参照。在此，本发明不局限于锂-离子-蓄电池或者固体蓄电池。

根据本发明的第一方面，提供一种补偿装置，所述补偿装置用于进行热传递并且用于对所堆叠的蓄电池单池沿着堆叠方向在蓄电池模块中的膨胀进行补偿，所述补偿装置具有至少一个弹簧元件和至少两个压板，其中所述至少一个弹簧元件被接纳在所述至少两个压板之间，并且在沿着堆叠方向进行压力加载时，所述弹簧元件能够相对于至少一个压板运动。

所述弹簧元件能够相对于至少一个压板运动意味着，所述弹簧元件的至少一部分相对于所述压板、基本上与所述压板正交来移动。在此，所述弹簧元件优选贴靠在所述压板中的至少一个压板处并且在此尤其能够相对于所述至少一个压板摩擦锁合地运动。通过将所述弹簧元件从至少一个压板上脱耦这种方式，能够提供下述压板，所述压板以特别有利的方式适用于在膨胀或者收缩时进行均匀的力传递，并且适用于将力平面地导入所述蓄电池单池或者说所述蓄电池模块中。除此以外，所述压板用于提高整个结构的刚度。此外规定，通过所述压板也对所述蓄电池单池进行冷却或者加热。为了进行均匀的温度分布，在此特别有利的是，由良好地导热的材料像例如铝、钢或者铜来制造所述压板。但是也能够设想，为了减轻重量而由塑料来制造所述压板，所述塑料必要时设有用于提高导热性的添加剂、例如金属或者陶瓷。在必要的条件下：所述压板适用于均匀的力传递，所述压板也能够构设为薄膜（例如＜1mm），所述薄膜作为带子由所述蓄电池单池来拉伸。当需要较小的热功率时，那么这尤其是一种有利的设计方案。在此，尤其铝材或者铜材由于良好的导热性而适合作为材料。

除此以外，通过根据第一方面的补偿装置能够以短的路径实现高的力，因为所述弹簧元件在压力加载时能够延伸超过所述压板。所述弹簧元件在此能够由任意的弹簧材料制成。为了减轻重量，例如也能够设想将塑料用于所述弹簧元件。

根据本发明的另一个方面，所述补偿装置优选具有至少两个彼此对置的并且与所述弹簧元件相连接的型材，所述型材具有凸起和凹进，所述型材以下述方式相对于彼此错开地布置和构设：使得在沿着堆叠方向进行压力加载时，其中一个型材的凸起摩擦锁合地运动到其中另一个型材的凹进中，并且所述型材在此相对于彼此移动。通过这种结构，能够以短的路径实现特别高的力。力传递的方向在此能够根据所述型材的结构或者说所述型材的凸起和凹进而变化。根据本发明的另一个方面，所述型材例如能够构设为锯齿状或者波状。根据齿顶边的斜度能够设定更高的或者更低的阻力。在所述型材的波状的设计方案中，能够实现非线性的力传递。由此能够以简单的方式根据所述蓄电池单池的膨胀特性或者收缩特性来提供与此相匹配的弹簧元件。

此外，在本发明中，所述弹簧元件和所述至少两个压板一体地、材料统一地和/或整体地构造。这意味着，所述弹簧元件和所述压板不是作为分开的单元来提供并且随后彼此相连接，而是例如由无限带（Endlosband）制成，所述无限带通过相应的成形或者折叠不仅实现所述弹簧元件的功能而且实现所述压板的功能。这具有以下优点：能够节省通常必要的组装步骤并且由此能够提供一种成本更为低廉的补偿装置。这种一体的补偿元件也能够特别简单地安置在所述蓄电池单池之间，因为所述弹簧元件相对于所述压板总是在所述压板之间处于事先规定的正确的位置上。

此外，在本发明中能够设想，所述压板中的至少一个压板具有内部的冷却结构或者加热结构，通过所述冷却结构或者加热结构尤其能够引导冷却介质或者加热介质。在此例如所述压板中的通道能够构造成：在封闭的情况下具有液态的介质、例如水或者油，或者在敞开的情况下具有气态的介质、例如空气。通过所述压板的这种设计方案，能够提供一种特别有效的冷却结构或者加热结构，与在压板——所述压板由于其材料组成而不可变地已经预先给定了其冷却特性或者加热特性——的情况下相比，在所述冷却结构或者加热结构中能够主动地更好地控制所述蓄电池单池的冷却或者加热。

根据本发明的另一个方面，所述弹簧元件能够具有可导电的材料。由此，当主动地为所述弹簧元件通电并且由此所述弹簧元件形成电阻加热器时，能够通过所述弹簧元件中的或者说整个补偿元件中的电流来对单池进行加热。在一种优选的实施方式中，所述电流在此例如能够被导入到所述两个压板中的一个压板中，并且通过相应脱耦的作为加热丝的弹簧元件和第二压板又被导出。这种实施例也提供了一种特别有效的冷却结构或者加热结构，与在具有弹簧元件——所述弹簧元件由于其材料组成而不可变地已经预先给定了其冷却特性或者加热特性——的补偿系统的情况下相比，在所述冷却结构或者加热结构中能够主动地更好地控制所述蓄电池单池的冷却或者加热。

根据本发明的另一个方面，所述补偿装置能够以下述方式构设：使得所述补偿装置能够安装在至少三个蓄电池单池之间。与前面已经描述的情况相类似，在此多个压板以及多个弹簧元件例如能够由无限带制成，所述无限带通过相应的成形或者折叠来实现所述弹簧元件和所述压板的功能。优选能够如此一体地制造所述蓄电池模块的整个压板及弹簧元件结构。所述压板及弹簧元件结构而后能够特别快速地并且简单地安置到相应的蓄电池模块中，从而随后还仅必须将各个蓄电池单池插入到所述压板及弹簧元件结构之间。通过所有压板以及弹簧元件由唯一的单元构成这种方式，能够更快速地组装所述蓄电池模块，并且组装及定向过程具有更低的易于出错性。

根据本发明的另一个方面，所述弹簧元件能够构造为波状、曲回状或者尖齿状并且以三明治的形式被接纳在所述至少两个压板之间。这表示一种可以特别简单地实现的并且成本低廉的实施例。在此尤其有利的是，每个单个的弹簧元件在功能故障的情况下能够快速地并且简单地得以更换，而不用例如也将所述压板一同替换。此外，也能够设想，根据需求在所述蓄电池单池之间的不同的位置上为所述蓄电池模块装备以不同地成形的弹簧元件。

根据本发明的另一个方面，所述补偿装置能够具有经过冲压的板，所述板形成压板以及至少一个弹簧元件。这种经过冲压的板可以非常简单地制造并且优选尤其用气态的介质、像例如空气来进行冷却或者加热，因为所述至少一个弹簧元件作为冷却片或者加热片来起作用。优选从所述经过冲压的板中部分地分割出多个弹簧元件，从而使得这些弹簧元件在贴靠在所述压板处的情况下均匀地分布到所述压板上。

此外，在本发明的范围内提供一种蓄电池模块、尤其固体蓄电池模块，所述蓄电池模块具有多个蓄电池单池和前面所描述的补偿装置。在这种蓄电池模块中，相应的弹簧元件沿着堆叠方向来看尤其处于所述蓄电池单池的区域中。也就是说，在一种优选的实施方式中，所述压板不仅延伸超过所述蓄电池单池，而且延伸超过所述相应的弹簧元件。所述蓄电池单池能够构设为固体锂离子电池/蓄电池模块，所述固体锂离子电池/蓄电池模块具有至少一个（或者所有）作为纯的锂箔和/或锂金属的阳极。

附图说明

其它对本发明进行改进的措施从以下关于本发明的一些实施例的说明中获得，所述实施例在附图中示意性地示出。所有从权利要求、说明书或者附图中得知的特征和/或优点、包括结构上的细节和空间上的布置能够不仅单独来看而且以不同的组合来看对于本发明是重要的。附图中：

图1示出了本发明的第一种实施方式的示意图；

图2示出了本发明的第二种实施方式的示意图；

图3示出了本发明的第三种实施方式的示意图；

图4示出了根据本发明的第三种实施方式的经过冲压的板的俯视图以及经过剖切的侧视图；并且

图5示出了本发明的第四种实施方式的示意图。

在图1到图5中，具有相同的功能和作用方式的元件分别设有相同的附图标记。

具体实施方式

在图1中示意性地示出了蓄电池模块100中的根据本发明的补偿装置10。在图1中所示出的补偿装置10主要具有两个压板14和以三明治的形式被接纳在所述两个压板之间的弹簧元件12。所述压板14虽然优选作为与相应的蓄电池单池110分开的构件来布置，但是也能够作为所述蓄电池单池的部分来提供。在沿着堆叠方向D（参见箭头）进行压力加载时、当例如所述蓄电池单池110膨胀时，所述弹簧元件12沿着堆叠方向D被挤压并且相应地沿着与所述堆叠方向正交的方向延伸。在此，所述弹簧元件12沿着与所述堆叠方向D正交的方向摩擦锁合地沿着所述两个压板14运动。

图2示出了根据本发明的第二种实施方式的补偿装置10。在此，所述补偿装置10具有至少两个彼此对置的并且与所述弹簧元件12相连接的型材20、22，所述型材具有凸起24和凹进26。也就是说，所述型材具有至少一个拥有波状的或者锯齿状的区域的侧面。除了在图2中所示出的型材之外也能够设想下述型材，所述型材仅形成唯一的尖齿（Zacke）或者唯一的波形或者说相应地弯曲的面。在此，所述型材20、22以下述方式相对于彼此错开地布置和构设：使得在沿着堆叠方向D进行压力加载时，其中一个型材的凸起24摩擦锁合地运动到其中另一个型材的凹进26中，并且所述型材20、22在此相对于彼此移动。在图2中所示出的弹簧元件12在此不必强制地构设为C形，而是也能够具有任何其它的形状，所述形状适用于对两个型材20、22进行弹性的支承和连接。斜度（x→x'传递比或者说转换比（Übersetzung））在此能够通过对型材几何尺寸的调整来实现。对于波状的型材设计来说，也能够实现非线性的分配关系。在图2所示出的实施方式中，锯齿型材20的背面与一个压板14相连接。这种连接例如能够借助于熔焊、钎焊、粘接或者其它传力锁合的连接方式来建立。但是，作为替代方案也能够设想，所述两个型材20、22、所述弹簧元件12以及所述一个压板14一体地、也就是作为唯一的整体的单元来提供。决定性的是，在沿着堆叠方向D进行压力加载或者说力传递时，所述弹簧元件的至少一部分能够相对于至少一个压板14摩擦锁合地运动。

图3示出了根据本发明的第三种实施方式的补偿装置10。根据这种实施方式，不仅所述弹簧元件12而且所述压板14都以经过冲压的板的形式、例如作为冲压-弯件来提供。在图3所示出的实施方式中，多个弹簧元件12由用作压板14的板冲压而成。相应的冲压过程能够用现有技术中已知的冲压工具来实施。在此决定性的是，所冲出的区域、也就是所述弹簧元件12没有完全从基板松开。所冲出的区域能够任意地成形，只要其具有弹簧功能。除了在图4中所示出的矩形的经过冲压的板之外，当然也能够设想其它的板横截面。这些板横截面能够优选与所述蓄电池模块中的需要的形状相匹配。也能够根据需要来选择经过冲压的板的厚度。

图5示出了根据本发明的第四种实施方式的补偿装置10。根据这种实施方式，不仅所述至少两个压板14而且所述弹簧元件都一体地来提供。在此优选的是，所有在一个蓄电池模块100中所提供的压板14和弹簧元件12作为唯一的单元由无限带制成并且被插入在所述蓄电池单池110之间。但是，这种单元不局限于在图5中所示出的波状的设计方案。因此，例如也能够设想相应的一体的补偿装置10，所述补偿装置具有包含在所述补偿装置中的尖齿状的弹簧元件12。此外能够设想，所述弹簧元件12和/或所述压板14在成形过程或者折叠过程之后设有特殊的覆层或者合金，以用于获得相应的弹簧特性、膨胀补偿特性、加热特性或者冷却特性。也能够设想，用有针对性的热处理来赋予特定的区段以相应的特性。

Claims (10)

1.补偿装置（10），所述补偿装置用于进行热传递并且用于对所堆叠的蓄电池单池（110）沿着堆叠方向（D）在蓄电池模块（100）中的膨胀进行补偿，所述补偿装置具有至少一个弹簧元件（12）和至少两个压板（14），其中所述至少一个弹簧元件（12）被接纳在所述至少两个压板（14）之间，

其特征在于，

在沿着堆叠方向（D）进行压力加载时，所述弹簧元件（12）能够相对于至少一个压板（14）运动。

2.按权利要求1所述的补偿装置（10），

其特征在于，

所述补偿装置（10）具有至少两个彼此对置的并且与所述弹簧元件（12）相连接的型材（20、22），所述型材具有凸起（24）和凹进（26），所述型材以下述方式相对于彼此错开地布置和构设：使得在沿着堆叠方向（D）进行压力加载时，其中一个型材的凸起（24）摩擦锁合地运动到其中另一个型材的凹进（26）中，并且所述型材（20、22）在此相对于彼此移动。

3.按权利要求2所述的补偿装置（10），

其特征在于，

所述彼此对置的型材具有波状轮廓或者锯齿状轮廓。

4.按权利要求1到3中任一项所述的补偿装置（10），

其特征在于，

所述弹簧元件（12）和所述至少两个压板（14）一体地、材料统一地和/或整体地构造。

5.按权利要求1到4中任一项所述的补偿装置（10），

其特征在于，

所述压板（14）中的至少一个压板具有内部的冷却结构或者加热结构（16），通过所述冷却结构或者加热结构尤其能够引导冷却介质或者加热介质。

6.按权利要求1到5中任一项所述的补偿装置（10），

其特征在于，

所述弹簧元件（12）具有可导电的材料，所述可导电的材料尤其能够以电的方式来加热。

7.按权利要求4到6中任一项所述的补偿装置（10），

其特征在于，

所述补偿装置（10）以下述方式构设：使得所述补偿装置能够安装在至少三个蓄电池单池（110）之间。

8.按权利要求1所述的补偿装置（10），

其特征在于，

所述弹簧元件构造为波状、曲回状或者尖齿状并且以三明治的形式被接纳在所述至少两个压板（14）之间。

9.按权利要求1所述的补偿装置（10），

其特征在于，

所述补偿装置（10）具有至少一个经过冲压的板，所述经过冲压的板形成至少一个压板（14）或者弹簧元件（12）。

10.蓄电池模块（100）、尤其固体蓄电池模块（100），所述蓄电池模块具有多个蓄电池单池（110）和按权利要求1到9中任一项所述的补偿装置。