CN110120476B - 具有由电池组的单元构成的堆叠物的电池组模块 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有电池组的单元(2，2a，2b)的堆叠物的电池组模块(1)，电池组模块(1)带有框架轮廓(3)，其中，所述框架轮廓(3)具有侧壁(4，5)，其中，端侧的单元(2a，2b)布置在所述两个侧壁(4，5)之间。这种电池组模块通过以下方式改进，所述侧壁(4，5)具有非恒定的壁厚，其中，所述壁厚适应于弯曲应力变化曲线。

Description

具有由电池组的单元构成的堆叠物的电池组模块

技术领域

本发明涉及一种具有电池组的单元的堆叠物的电池组模块，电池组模块带有框架轮廓，其中，所述框架轮廓具有侧壁，其中，端侧的单元布置在所述两个侧壁之间。

背景技术

电池组具有框架轮廓，其中，框架轮廓具有两个侧壁。电池组的单元布置在两个侧壁之间并且由此形成堆叠物。这种电池组特别是应用在电驱动的机动车中。在此，电池组的单元可以设计为锂离子单元。电池组的单元特别是设计为扁平单元。扁平单元特别是具有扁平长方体的形状。根据充电状态，这些扁平单元的体积会发生变化。框架轮廓现在被设计为，使得框架轮廓适应于电池组的单元的体积变化并且由此适应电池组堆叠物的体积变化。电池组的单元的体积变化累加为堆叠物的体积变化。因此整个堆叠物经历长度膨胀或者长度缩短。

现在在现有技术中已经提出了电池组的框架轮廓适应于堆叠物的体积变化的不同电池组。

从文献DE 10 2010 012 930 A1中已知一种具有由电池组的单元组成的堆叠物的电池组。电池组的单元在两个板之间借助紧固设备紧束为堆叠物。紧固设备在堆叠方向上具有至少一个弹簧弹性元件。该弹簧弹性元件用于使得在每个单独的电池组的单元上限定的压力不被超过。弹性元件使得单元堆叠物内部的压力能够均匀地分布，并且相应地补偿整个堆叠物的长度膨胀或者长度缩短。其中一个板与电池组壳体固定连接，另一个板相对于电池组壳体可移动地支承。在一种设计方案中，堆叠物布置在两个板之间，并且在堆叠物中布置另外的板，其中该另外的板与电池组壳体固定连接，并且另外两个板相对于电池组壳体可移动地支承。与电池组的单元接触的板面具有滑动元件。例如，插入的薄膜可以用作滑动元件。由此使横向于堆叠方向的滑动变得容易。由此应避免了在堆叠物上作用的横向力。板具有恒定的壁厚。

从文献DE 10 2013 206 503 A1中已知一种用于容纳电池组元的设备。该设备具有至少一个带有凹部的侧壁和/或在底部具有凹部。在同时覆盖关键部位的情况下凹部实现单元的冷却和/或温度引起的单元膨胀。该设备具有用于固定电池组元的固定器件。由此，电池组元可以特别可靠地容纳在设备中。该固定器件可具有系带，皮带或者绑带。此外，固定器件还包括盖子。盖子可以包括框架和至少一个活门，该活门经由连接元件与框架连接，使得可以通过打开相应的活门来触及每个电池组元。盖子可以具有用于电池组元的端子的凹部。该设备具有多个由间壁分开的隔间以容纳电池组元。在此，每个隔间的内部尺寸小于电池组元的外部尺寸，从而牢固地夹紧容纳在该设备中的电池组元。该设备具有由格栅结构定义的棱柱形状。外部框架的边缘在此形成设备的边缘。此外，格栅结构还包括中间框架，中间框架的边缘分别将两个相对的外框架这样划分，使得这些相对的外框架分别围绕两个凹部。底部中的凹部与冷却设备导热接触。

从文献DE 2016 202 912 A1中已知一种具有由电池组的单元组成的堆叠物的电池组。此外，还存在一种模块框架形式的框架轮廓，框架轮廓具有至少两个压板。在压板之间布置有电池组的单元。此外，框架轮廓具有承受拉力的拉杆，借助该拉杆，压板经过电池组的单元相互压紧。压板借助拉杆相互压紧，使得达到拉杆材料屈服点或者拉杆材料的0.2％伸展极限或者屈服点。一个压板设计为固定在电池组的壳体上的固定支架。另一个压板设计为允许相对于壳体移动的浮动支架。拉杆与压板材料配合地连接。例如，拉杆可以与压板焊接连接。因此，在电池组中规定，利用拉杆材料的弹性特性，使得循环的负荷被纯拉力弹性地缓冲。另一方面，通过拉杆的塑性变形针对性地补偿了由老化引起的堆叠物的长度的增加。由此，将用于压紧电池组的单元的借助拉杆作用的压紧力保持到至少近似恒定的水平。

此外，在现有技术中已知，借助例如螺纹杆或者拉带形式的拉力元件来施加预紧力。此外，还可以通过在单元之间引入的泡沫层补偿厚度增加。

在现有技术中描述的解决方案具有以下缺点：例如，具有夹板、弹簧和泡沫层的实施方式具有高的重量并且需要很多部件。相应地，生产复杂且昂贵。所描述的中空腔室轮廓通常不具有足够的刚度来吸收由于电池在整个寿命期间的膨胀而产生的力而不发生形变。通常，形变不能通过单元之间的泡沫层完全补偿，使得在邻接中空腔室轮廓的薄膜电池中出现形变，这可能导致不均匀地导入夹紧力。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题是改进上述这种电池组。

上述技术问题通过本发明解决，所述侧壁具有非恒定的壁厚，其中，所述壁厚适应于由堆叠物引起的弯曲应力变化曲线。

侧壁具有非恒定的壁厚。壁厚适应于弯曲应力变化曲线或者走向。弯曲应力变化曲线由堆叠物的膨胀引起。弯曲应力变化曲线可以被算出。

在此，侧壁具有处于平面中的贴靠面。贴靠面优选设计为平的。这具有以下优点：侧壁可以利用贴靠面尽可能大面积地贴靠在单元堆叠物的端侧面上。侧壁的承受最大压力负荷的区域还经受最大的弯曲应力。为了避免板的弯曲，壁厚在具有较大弯曲应力的区域中增加，并且具有较低弯曲应力的区域具有较小的壁厚。在端侧的单元的贴靠面的中部预期有最大的弯曲应力，因此，侧壁在此具有最大的壁厚。壁厚现在可以向外向侧壁的边缘的方向减小。因此，侧壁优选地具有拱曲的外表面。该外表面优选地具有抛物线形的几何形状，使得侧壁设计为恒定的弯曲应力的支承体。由此，对于最佳的刚度产生侧壁的最小的材料成本和最小的重量。因此侧壁被设计为，对于在单元的使用寿命期间预期的力水平不出现侧壁的明显弯曲。通过调整壁厚，侧壁的抗弯刚度可以容易地适应所应用的薄膜电池的特定要求。侧壁设计为恒定的抗弯刚度的支承体。侧壁的壁厚不必一定精确遵循在此出现的弯曲应力的变化曲线。壁厚还可以仅近似地遵循弯曲应力变化。通常，这导致如下设计：侧壁在中部具有最大的壁厚。

外表面优选是凸状的，侧壁优选是实心设计的。替选地，侧壁可以具有中空结构，特别是桁架结构，这使得可以进一步将材料成本最小化。

侧壁特别是通过拉杆彼此连接。每个拉杆具有至少一个沿横向设计为凸起部的膨胀区域。优选地，每个拉杆存在多个凸起部。这些膨胀区域具有优选恒定的壁厚，其中，在拉力负荷情况下，拱曲的膨胀区域可以至少部分地伸展。在此，拱曲部用作弹性的膨胀元件。优点在于，拉杆可以由一种材料制成。优选地，侧壁和拉杆被一体地制造。因此，拉杆和侧壁能够形成环形的框架轮廓。该框架轮廓优选以挤压方法制造。

然而，轮廓还可以通过由多个单独部件构成的组件构成。在此优选地，至少单独的部件，特别是侧壁和/或拉杆以挤压方法制造。除了通过凸起部，即通过拱曲的膨胀区域，替换地还可以通过安装的弹性元件呈现对单元的膨胀的补偿。作为弹性元件可以例如将橡胶条应用在凸起部的位置上。在这种情况下，框架轮廓被设计为多部件的。

通过调整壁厚和凸起部的高度和角度，膨胀表现可以容易地适应所应用的薄膜电池的特定要求。

框架轮廓满足了对单元组均匀挤压的要求，同时在最小的材料成本的情况下确保了单元的厚度增长。通过框架轮廓的这种硬性设计的侧壁，框架轮廓在单元膨胀时仅平行地移动，但保持其对于单元组的平的形状。由此避免了单元的压弯。此外，除了框架轮廓本身之外，不再需要诸如泡沫层、螺纹杆或者弹簧元件的附加构件，从而减少了所需的部件数量并且可以期望成本优势。此外，通过对于在框架轮廓中局部出现的应力精确地设计壁厚得到重量和体积的节省。这种电池组模块可以应用在电气化交通运输工具中，这些电气化交通运输工具的电池组配备有薄膜电池。此外，还可以想到，将这种电池组模块应用在其中使用薄膜电池的静止的能量存储器中。

附图说明

现在有多种可能方式以有利的方式设计和扩展根据本发明的电池组模块。为此首先参考本发明的内容。随后，根据附图和相关联的描述更详细地解释本发明的优选的实施。附图中：

图1示出了具有框架轮廓的电池组模块的示意性俯视图，其中框架轮廓具有两个侧壁和两个拉杆。

具体实施方式

在图1中示出了具有多个电池组的单元2的电池组模块1。电池组的单元现在称为单元2。单元2特别是设计为薄膜电池并且彼此堆叠成堆叠物。堆叠物具有两个端侧的单元2a和2b。单元2、2a、2b彼此夹紧。这由框架轮廓3实现。框架轮廓3优选地以挤压方法制造。框架轮廓3具有贴靠在端侧的单元2a、2b上的两个侧壁4、5。侧壁4、5通过拉杆6、7彼此连接。拉杆6、7同样是框架轮廓3的一部分。侧壁4、5具有非恒定的壁厚，以用作恒定的弯曲应力的支承体。通过框架轮廓3的这种刚性设计的侧壁4、5，侧壁4、5在单元2、2a、2b膨胀时仅平行地移动，但保持其对于单元组的平的形状。由此避免了单元2的压弯。

侧壁4、5具有贴靠面8、9。在此，贴靠面8、9分别处于平面中。贴靠面8、9分别被设计为平的或者平坦的，并且特别是直接贴靠在端侧的单元2a、2b的端侧面上。侧壁4、5分别具有凸状拱曲的外表面10、11。在特别优选的实施中，外表面具有抛物线形的几何形状。在此，抛物线的顶点特别是位于端侧的单元2a、2b的端侧面的中部。通过将框架轮廓3的侧壁4、5利用抛物线形的外部几何形状设计为恒定的弯曲应力的支承体，可以在最佳的刚度情况下达到框架轮廓3的最小的材料成本或者最小的重量。侧壁4、5被设计为，对于在单元的使用寿命期间预期的力水平，在侧壁4、5的区域中不出现框架轮廓3的明显压弯。除了框架轮廓3之外，甚至不再需要诸如泡沫层、螺纹杆或者弹簧元件的附加构件，从而减少了所需的部件数量并且可以期望成本优势。此外，通过对于局部出现的应力精确地设计侧壁4、5的壁厚得到重量和体积的节省。侧壁4、5的壁厚不必一定精确遵循出现的弯曲应力的变化。外表面10、11的轮廓还可以仅大致地遵循弯曲应力变化。通常，侧壁4、5具有最大的壁厚。在此，壁厚的走向还可以例如线性地或者阶梯形地近似于恒定的弯曲应力的支承体。可以想到，通过中空结构(未示出)，例如桁架结构在这个区域中实现侧壁4、5的抗弯刚度。在以挤压方法制造时，可以在挤出框架轮廓3时直接一并引入该中空结构。

随后进一步介绍拉杆6、7的设计：

拉杆6具有至少一个，特别是多个凸起部12、13。拉杆7具有至少一个，特别是多个凸起部12、13。凸起部12、13用于补偿单元2的厚度增长。由此，拉杆6、7可以在拉应力下稍微伸展，并且由此补偿单元2在使用寿命期间的厚度变化。由此消除了在单元2之间引入附加的泡沫层或其他弹簧元件的必要性。拉杆6、7的壁厚优选地在拉杆6、7的长度上是恒定的。凸起部12、13可以向外，即远离单元组定向，或者向内，即朝向单元组定向。然而，尽可能紧凑的布置是在当凸起部12、13远离单元组，即向外拱曲时产生的。

在此，凸起部12、13可以分别通过两个倾斜延伸的侧翼区域14、15形成，其中侧翼区域14、15通过优选沿纵向方向延伸的顶部区域16相互连接。拉杆6、7的其余未详细标明的连接区域优选地沿纵向延伸，即，平行于单元组延伸。侧壁4、5的抗弯刚度以及拉杆6、7的伸展表现可以通过调整壁厚和凸起部12、13的高度和角度容易地适应所使用的薄膜电池的特定要求。框架轮廓3在挤压方法中被一体制造。

附图标记列表

1 电池组模块

2 电池组的单元/电芯

2a 末端侧的单元

2b 末端侧的单元

3 框架轮廓

4 侧壁

5 侧壁

6 拉杆

7 拉杆

8 平的贴靠面

9 平的贴靠面

10 外表面

11 外表面

12 凸起部

13 凸起部

14 侧翼区域

15 侧翼区域

16 中间区域/顶部区域

Claims (9)

1.一种具有电池组的单元的堆叠物的电池组模块(1)，电池组模块(1)带有框架轮廓(3)，其中，所述框架轮廓(3)具有侧壁(4，5)，其中，端侧的单元布置在两个侧壁(4，5)之间，其特征在于，所述侧壁(4，5)具有非恒定的壁厚，其中，所述壁厚适应于由堆叠物引起的弯曲应力变化曲线，其中，侧壁的外表面(10，11)具有抛物线形的几何形状，其中，抛物线的顶点位于端侧的单元的端侧面的中部。

2.根据权利要求1所述的电池组模块，其特征在于，所述侧壁(4，5)具有凸状拱曲的外表面(10，11)。

3.根据权利要求1所述的电池组模块，其特征在于，所述侧壁(4，5)分别具有处于平面中的贴靠面(8，9)。

4.根据权利要求3所述的电池组模块，其特征在于，所述贴靠面(8，9)被设计为平的。

5.根据权利要求1所述的电池组模块，其特征在于，所述侧壁(4，5)具有中空结构，其是桁架结构。

6.根据权利要求1所述的电池组模块，其特征在于，所述侧壁(4，5)通过拉杆(6，7)彼此连接，其中拉杆(6，7)具有形成凸起部(12，13)的膨胀区域。

7.根据权利要求6所述的电池组模块，其特征在于，所述侧壁(4，5)和/或拉杆(6，7)以挤压方法制造。

8.根据权利要求6所述的电池组模块，其特征在于，具有两个侧壁(4，5)和两个拉杆(6，7)的框架轮廓(3)被一体地制造。

9.一种用于根据上述权利要求中任一项所述的电池组模块(1)的框架轮廓(3)，其具有两个侧壁(4，5)和至少两个拉杆(6，7)，其特征在于，所述侧壁(4，5)具有非恒定的壁厚，其中所述壁厚适应弯曲应力变化曲线，其中，侧壁的外表面(10，11)具有抛物线形的几何形状，其中，抛物线的顶点位于端侧的单元的端侧面的中部。

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