CN108604647B - 具有多个电池组电池的电池组模块、用于其制造的方法和电池组 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有多个电池组电池、尤其锂‑离子‑电池组电池的电池组模块，所述电池组模块具有多个分离壁（3），其中，在两个分离壁（3）之间布置有电池组电池（2），并且，在第一电池组电池（2）和与所述第一电池组电池（2）相邻的分离壁（3）之间布置有第一补偿元件（7），在第二电池组电池（2）和与所述第二电池组电池（2）相邻的分离壁（3）之间布置有第二补偿元件（7），其特征在于，所述第一补偿元件（7）和所述第二补偿元件（7）具有变形常数的不同的值（9）。

Description

具有多个电池组电池的电池组模块、用于其制造的方法和电 池组
技术领域
本发明从根据独立权利要求类型的具有多个电池组电池的电池组模块和用于其制造的方法出发。具有这种电池组模块的电池组也是本发明的主题。
背景技术
由现有技术已知，电池组、尤其锂离子电池组至少由一个电池组模块或有利地也由多个电池组模块组成。此外，电池组模块还优选地具有多个单个的电池组电池，所述电池组电池相互接线成电池组模块。在此，各个电池组电池可以串联地或并联地相互接线。
由于在各个电池组电池中的充电与放电过程而引起的老化过程造成内部力，所述内部力导致，各个电池组电池在运行持续时间期间不保持形状恒定，而是被称作膨胀（Schwellung）的过程使电池组电池的壳体扭曲。这些过程因此要求以下电池组模块的构造：所述电池组模块可以吸收基于老化过程而形成的内部力并且可以限制各个电池组电池的壳体的变形。为了限制变形而用力来对各个电池组电池或其壳体进行的加载一般被称作挤压。各个电池组电池的老化速度尤其通过为了其挤压而耗费的力来确定，其中，老化速度在技术相关的运行区域中随着增加的挤压力而增加。
此外，各个电池组电池在运行期间基于其在通过电流中的内阻而变热。在此，电池组模块的电池组电池具有不均匀的温度分布，其中，基于相比位于电池组模块的边缘处的电池组电池而言的更差的散热可能性，在电池组模块的中心的电池组电池具有更高的温度。各个电池组电池的老化速度尤其也通过其温度来确定，其中，老化速度随着升高的温度而增加。因为电池组电池随着增加的温度而更快地老化，所以具有不均匀的温度分布的电池组模块也具有老化速度的不均匀分布，其可能导致，整个电池组模块的寿命被减小，因为电池组模块的寿命通过最快老化的电池组电池来确定。
从现有技术中，尤其由US 2014/0023893已知，电池组电池布置在两个分离壁之间，其中，各个分离壁具有用于确定单个分离壁的弹性的弹性元件。
此外，由US 2013/0252063已知，如此构造布置在两个电池组电池之间的分离壁，使得这些分离壁具有不同弹性的区域，以便能够抵抗电池组电池的变形。
发明内容
具有多个电池组电池的电池组模块和用于其制造的方法具有以下优点：第一电池组电池和第二电池组电池可以用不同的力来被挤压。
在此，被用来挤压单个电池组电池的力可以通过补偿元件的变形常数的值来调整。由此可能的是，各个电池组电池的老化速度通过为了对其挤压而耗费的力来被影响。因此，尤其可以通过不同的挤压力来均衡基于各个电池组电池的不同温度引起的不同的老化速度，由此，电池组电池的老化状态可以整体上被相互均衡。
根据本发明，提供一种具有多个电池组电池的电池组模块，其中，所述电池组电池尤其是锂离子电池组电池。电池组模块具有多个分离壁，其中，在两个分离壁之间布置有电池组电池。在此，在第一电池组电池和与所述第一电池组电池相邻的分离壁之间布置有第一补偿元件。此外，在第二电池组电池和与所述第二电池组电池相邻的分离壁之间布置有第二补偿元件。所述第一补偿元件和所述第二补偿元件在此具有变形常数的不同的值。
通过在从属权利要求中列举的措施能够实现在独立权利要求中所说明的设备的或在独立权利要求中所说明的方法的有利的扩展方案和改进方案。
有利的是，布置在电池组电池和分离壁之间的补偿元件以如下方式构造，使得变形常数的值遍及整个补偿元件地恒定。这尤其应理解为，补偿元件不具有不同的变形阻力的区域。但此外显然也可能的是，补偿元件包括不同的变形阻力的区域，以便尤其考虑各个电池组电池的行为，其一般在侧面的中间区域中加强地扩展。
符合目的的是，两个分离壁以如下方式通过张紧元件相互连接，使得用于挤压布置在所述两个分离壁之间的电池组电池的力被从所述两个分离壁传递到所述电池组电池上。此外也符合目的的是，所述电池组模块形成至少一个包括两个分离壁的容纳空间。在此，用于所述电池组电池的容纳空间的两个分离壁通过至少一个另外的壳体壁相互连接。优选地，用于电池组电池的容纳空间以如下方式构造，使得所述容纳空间除了这两个分离壁之外也包括两个侧壁和一个底部，由此，电池组电池可以通过留下的开口插入容纳空间中，其中，留下的开口优选能够通过盖元件封闭，以便相对于周围环境封闭容纳空间。
所述两个分离壁不仅在通过张紧元件连接的情况下而且也在构造为容纳空间的一部分的情况下通过间距相互间隔开地布置，其中在所述两个分离壁之间布置有电池组电池，所述间距优选是恒定的。
间距的尤其由两个分离壁的连接引起的恒定性导致：可以由两个分离壁传递用于挤压电池组电池的力。由于电池组电池的充电与放电过程的扩展过程引起如下力，所述力从电池组电池分别尤其指向两个分离壁的方向并且尝试增大两个分离壁的间距。因为该间距由于两个分离壁的连接而是恒定的或者仅仅至少部分地可变，所以可以由两个分离壁因此施加如下力，所述力抵抗基于所述扩展的力，由此最终挤压电池组电池。因为至少在与电池组电池相邻的分离壁和电池组电池之间布置有补偿元件，所以基于电池组电池的扩展过程的力也使补偿元件变形，所述补偿元件因此产生抵抗变形的力，该力因此也抵抗电池组电池的扩展。为了使补偿元件变形而需要的力取决于补偿元件的变形常数的值。通过变形常数的值因此可以影响挤压力。在此适用的是：补偿元件的变形常数的值越大，则需要越多的力来使补偿元件变形并且因此使越大的力挤压电池组电池。
符合目的的是，两个相邻的分离壁分别以自身最大的侧面在所述电池组模块的纵向方向上平行地相互相邻地并且通过间距相互间隔开地布置。在此，分别被布置在两个分离壁之间的电池组电池优选棱柱形地构造并且此外在所述电池组模块的纵向方向上并排地以自身最大的侧面相互相邻地布置。由此可能的是，电池组电池的可靠的挤压是可能的，因为分离壁以其最大的侧面与电池组电池的最大的侧面相邻地布置并且因此保证用于挤压的挤压力的可靠传递。
有利的是，所述变形常数是弹簧常数、弹性模量、压缩模量或黏度。此外也可能的是，变形常数描述几何参量。例如，几何参量可以是补偿元件在电池组模块的纵向方向上的纵向延伸。换言之来表述，这表明：所述几何参量描述在补偿元件的构造用于接触电池组电池的侧面和补偿元件的构造用于接触分离壁的侧面之间的间距。实现补偿元件在电池组模块的纵向方向上的纵向延伸的增大的一种可能性例如也是布置多个、尤其两个补偿元件而不是仅仅一个补偿元件。
优选地，所述电池组模块具有多个补偿元件，所述多个补偿元件分别布置在分离壁与电池组电池之间，其中，在分离壁和电池组电池之间优选布置仅仅一个补偿元件，但此外如已经描述的那样也可能的是，将具有尤其分别不同的变形常数的多个补偿元件布置在分离壁和电池组电池之间，以便改变变形常数的值。
尤其有利的是，不仅在两个分离壁（在所述两个分离壁之间布置有电池组电池）其中的一个分离壁与电池组电池之间，而且在所述两个分离壁（在所述两个分离壁之间布置有电池组电池）其中的另一个分离壁与电池组电池之间分别优选地布置至少一个补偿元件，其中，这两个因此与电池组电池相邻的补偿元件优选地具有变形常数的相同的值。但此外也可能的是，这两个补偿元件具有变形常数的不同值。优选地，分别在分离壁和电池组电池之间布置有至少一个补偿元件，从而每个电池组电池接触两个补偿元件。
电池组模块此外在纵向方向上具有第一区域和第二区域。在此，电池组模块以如下方式构造，使得所述补偿元件的变形常数的值在所述第一区域中在所述电池组模块的纵向方向上减小和/或在所述第二区域中在所述电池组模块的纵向方向上增加。由此，在第一区域中在电池组模块的纵向方向上，被用来挤压在电池组模块的纵向方向上并排地布置的各个电池组电池的力减小。此外，在第二区域中在电池组模块的纵向方向上，被用来挤压在电池组模块的纵向方向上并排地布置的各个电池组电池的力增加。因为电池组电池的老化速度取决于挤压力，因此可以产生老化速度的基于挤压的不均匀的分布。电池组模块在纵向方向上具有第一端部和第二端部，其中，应该利用第一端部或第二端部来分别描述位于电池组模块的外边缘处的电池组电池。此外，电池组模块在纵向方向上具有中间位置，该中间位置尤其恰好位于在第一端部和第二端部之间的中心。优选地，第一区域包括在电池组模块的第一端部和中心位置之间的区域，并且第二区域包括在电池组模块的中心位置和第二端部之间的区域。
符合目的地，所述第一区域和所述第二区域以如下方式来适配，使得在运行期间，各个电池组电池的温度在所述第一区域中在纵向方向上增加和/或在所述第二区域中在纵向方向上减小。由此能够实现各个电池组电池的老化状态的更均匀的分布，因为与具有与此相比更低的温度的电池组电池相比，具有更高温度的电池组电池以更低的挤压力来被挤压。因此，尤其基于不同散热可能性而出现的、通过不均匀温度分布引起的不均匀老化可以借助基于补偿元件的不同变形常数的不均匀挤压来被补偿。
此外，本发明涉及一种具有以上描述的电池组模块的电池组。
根据本发明，也提供一种用于制造以上描述的电池组模块的方法。在此，在第一步骤中，对于每个电池组电池确定如下温度，所述电池组电池在电池组模块的运行期间将具有所述温度。所述确定不仅仅可以通过实验性试验而且也可以通过数值模拟来进行。此外也可能的是，确定在运行期间的温度分布。尤其在此作为第一近似可以基于，在电池组模块的中心的电池组电池与在电池组模块的边缘处的电池组电池相比具有更高的温度，其中，图2示例性地示出在电池组模块的纵向方向上电池组电池的温度变化过程。
在第二步骤中，将补偿元件现在如此布置在所述电池组模块中，使得当布置在与所述补偿元件相同的两个分离壁之间的电池组电池的所确定的温度相比于布置在与在前的补偿元件相同的两个分离壁之间的电池组电池的温度更大的情况下，则该补偿元件与在所述电池组模块的纵向方向上在前的补偿元件相比具有变形常数的更小的值。
此外，在第二步骤中，将补偿元件如此布置在所述电池组模块中，使得当布置在与所述补偿元件相同的两个分离壁之间的电池组电池的所确定的温度相比于布置在与在前的补偿元件相同的两个分离壁之间的电池组电池的温度更小的情况下，则该补偿元件与在所述电池组模块的纵向方向上的在前的补偿元件相比具有变形常数的更大的值。
由此可以借助挤压力的不均匀的分布来至少部分地补偿电池组电池的基于不均匀的温度分布的不均匀的老化。
附图说明
在附图中示出并且在下面的描述中详细阐述本发明的实施例。其中：
图1以侧视图示意性地示出根据本发明的电池组模块的一种实施方式；
图2示例性地示出在运行期间电池组电池的温度变化过程和在电池组模块的纵向方向上补偿元件的变形常数的值的变化过程。
具体实施方式
图1以侧视图示意性地示出根据本发明的电池组模块1的一种实施方式。
电池组模块1具有多个电池组电池2，其中，在图1中示出的电池组模块1尤其具有五个电池组电池2。此外，电池组模块1也具有多个分离壁3，所述多个分离壁如从图1应看出的那样、布置在分别两个电池组电池2之间。由此，分离壁3与两个电池组电池2相邻地布置。在此，电池组模块1还具有两个在末端的分离壁3，它们也可以称作端板。在末端的分离壁3或端板分别仅仅与一个电池组电池2相邻地布置并且因此也如从图1应看出的那样并不布置在分别两个电池组电池2之间。
在图1示出的电池组模块1中，电池组模块1构成多个容纳空间4，其中，所述容纳空间4中的一个包括分别两个分离壁3。此外，电池组模块1具有底部5和两个在图1中未示出的侧壁，所述侧壁分别优选地与两个分离壁2和底部5垂直地布置。在此，底部5与两个侧壁和分别两个分离壁3一起构成容纳空间4。底部5、在此未示出的侧壁和两个分离壁3优选构成多个因此不可变形的容纳空间4，使得所述容纳空间在电池组模块1的运行期间不能通过如下力来被变形，所述力基于电池组电池2的扩展。由此，两个分离壁3之间的间距6在运行期间也保持恒定。
在此处应注意，分离壁3因此参与两个容纳空间4的构造。仅仅所述在末端的分离壁3或端板参与仅一个容纳空间4的构造。
图1此外示出，一个电池组电池2布置在两个分离壁3之间。在此，尤其电池组电池2被容纳在容纳空间4中。优选地，电池组电池2和分离壁3被交替地布置，其中，绝对也可能的是，将多于一个电池组电池2容纳在容纳空间4中，从而在交替布置的情况下，在电池组电池2之后始终是分离壁3。
至少在电池组电池2和与该电池组电池2相邻的一个分离壁3之间布置有补偿元件7。优选的是，在电池组电池2和与该电池组电池2相邻的两个分离壁3之间分别布置有一个补偿元件7。在电池组模块1的在图1示出的实施例中，电池组电池2因此在两个补偿元件7之间并且直接与其接触地布置。此外，补偿元件7在与电池组电池2背离的侧面上分别尤其与相应的分离壁3直接接触地布置。
在电池组模块1运行期间，电池组电池2的充电与放电过程引起扩展过程，所述扩展过程导致力，所述力在与电池组电池2背离的方向指向分离壁3。因为容纳空间4如此构造，使得所述容纳空间在运行期间保持形状恒定，所以分离壁3可以抵抗变形并且因此传递挤压力。因为在分离壁3和电池组电池2之间此外还布置有补偿元件7，所以扩展过程也引起补偿元件7的变形，其中，补偿元件7的变形常数确定所述补偿元件的变形阻力并且因此也确定抵抗扩展的力和因此最终确定挤压力。
图2示例性地示出电池组电池2在电池组模块1的以附图标记10表示的纵向方向上的温度变化过程。对此，在图1中示出的电池组模块1的各个电池组电池2的温度8在所述电池组模块的纵向方向10上被示出。在此应看出，在中心位置上的电池组电池2与在电池组模块10的边缘处的电池组电池2相比具有更高的温度8。这通过更差的散热可能性以及通过相邻的电池组电池2的更强的变热引起。近似地，温度8的所示出的变化过程可以属于（unterstellen）抛物线形状的特性，其中，顶点位于电池组模块1的纵向方向10的中心位置11上。
电池组模块1的通过图2的温度变化过程图解的不均匀的温度分布也引起电池组电池2的老化速度的不均匀的分布，其又导致，具有更高的温度8的电池组电池2更快地老化。应通过补偿元件7的变形常数的值的适配来抵抗老化速度的由温度引起的不均匀的分布。因为电池组电池2随着增加的挤压力而更快速地老化，与具有对此相对更低的温度8的电池组电池相比，具有更高的温度8的电池组电池2应以更低的挤压力来被挤压。因此实现老化的更均匀的分布。
图2对此还示例性地示出补偿元件7的变形常数的值9的分布。对此，用于在图1中示出的电池组模块1的补偿元件7的变形常数的值9在电池组模块1的纵向方向10上被示出。电池组模块1的纵向方向10具有第一区域12，所述第一区域优选地包括从电池组模块1的一个端部14到中心位置11的区域。如图2示出的那样，各个电池组电池2的温度8在第一区域12中在电池组模块的纵向方向10上以从所述一个端部14到中心位置11的方式增加，其中，为了实现老化状态的更均匀的分布，用来挤压各个电池组电池2的挤压力因此在第一区域12中应在所示出的纵向方向10上减小。因此，在第一区域12中，补偿元件7的变形常数以如下方式适配于温度变化过程，使得变形常数的值9在第一区域12中在所示出的纵向方向10上减小。此外，电池组模块1的纵向方向10具有第二区域13，所述第二区域包括从中心位置11直至电池组模块1的另一个端部15的区域。如图2示出的那样，各个电池组电池2的温度8在纵向方向10上从中心位置11至另一个端部15地减小，其中，为了实现老化状态的更均匀的分布，被用来挤压各个电池组电池2的挤压力因此在第二区域13中应在所示出的纵向方向10上增加。因此，补偿元件7的变形常数在第二区域13中如此适配于温度变化过程，使得变形常数的值9在第二区域13中在所示出的纵向方向10上增加。
在此应看出，与相同电池组电池2接触地布置的补偿元件7的变形常数的值9优选是相同的。

Claims (9)

1.一种具有多个电池组电池的电池组模块，
所述电池组模块具有多个分离壁（3），其中，
在两个分离壁（3）之间布置有电池组电池（2），并且，
在第一电池组电池（2）和与所述第一电池组电池（2）相邻的分离壁（3）之间布置有第一补偿元件（7），在第二电池组电池（2）和与所述第二电池组电池（2）相邻的分离壁（3）之间布置有第二补偿元件（7），其特征在于，
所述第一补偿元件（7）和所述第二补偿元件（7）具有变形常数的不同的值（9），其中
所述电池组模块（1）具有多个补偿元件（7），其中，所述电池组模块（1）在纵向方向（10）上具有第一区域（12）和第二区域（13），所述补偿元件（7）的所述变形常数的所述值（9）在所述第一区域（12）中在所述电池组模块（1）的所述纵向方向（10）上减小和/或在所述第二区域（13）中在所述电池组模块（1）的所述纵向方向（10）上增加。
2.根据权利要求1所述的电池组模块，其中，所述补偿元件（7）以如下方式构造，使得变形常数的所述值（9）遍及整个所述补偿元件（7）地恒定。
3.根据权利要求1至2中任一项所述的电池组模块，其特征在于，两个分离壁（3）以如下方式通过张紧元件相互连接，使得用于挤压布置在所述两个分离壁（3）之间的电池组电池（2）的力被传递，或者所述电池组模块（1）形成至少一个包括两个分离壁（3 ）的容纳空间（4），其中，用于所述电池组电池（2）的容纳空间（4）的所述两个分离壁（3 ）通过至少一个另外的壳体壁相互连接。
4.根据权利要求1至2中任一项所述的电池组模块，其中，
相邻的两个分离壁（3）分别在所述电池组模块（1）的纵向方向（10）上以自身最大的侧面相互相邻并且通过间距（6）相互间隔开地布置，其中，
所述电池组电池（2）分别棱柱形地构造并且在所述电池组模块（1）的所述纵向方向（10）上并排地以自身最大的侧面相互相邻地布置。
5.根据权利要求1至2中任一项所述的电池组模块，其特征在于，所述变形常数是弹簧常数、弹性模量、压缩模量或几何参量。
6.根据权利要求1所述的电池组模块，其特征在于，所述第一区域（12）和所述第二区域（13）以如下方式适配，使得在运行期间，所述电池组电池（2）的温度的值（8）在所述第一区域（12）中增加和/或在所述第二区域（13）中减小。
7.根据权利要求1至2中任一项所述的电池组模块，其特征在于，所述电池组电池是锂离子电池组电池。
8.一种电池组，所述电池组具有根据权利要求1至7中任一项所述的电池组模块。
9.一种用于制造根据权利要求1至7中任一项所述的电池组模块的方法，其中，
在第一步骤中，确定用于所述电池组模块（1）的运行的电池组电池（2）的温度的值（8），并且，
在第二步骤中，将补偿元件（7）如此布置在所述电池组模块（1）中，使得当布置在与所述补偿元件（7）相同的两个分离壁（3）之间的电池组电池（2）的所确定的温度相比于布置在与在前的补偿元件（7）相同的两个分离壁（3）之间的电池组电池（2）的温度更大的情况下，则所述补偿元件（7）与在所述电池组模块（1）的纵向方向（10）上所述在前的补偿元件（7）相比具有变形常数的更小的值（9），和/或，
当布置在与所述补偿元件（7）相同的两个分离壁（3）之间的电池组电池（2）的所述所确定的温度相比于布置在与所述在前的补偿元件（7）相同的两个分离壁（3）之间的电池组电池（2）的温度更小的情况下，则所述补偿元件（7）与在所述电池组模块（1）的纵向方向（10）上所述在前的补偿元件（7）相比具有变形常数的更大的值（9）。
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