CN110611063A - 用于机动车的承载负荷的电池模块和机动车 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于机动车的承载负荷的电池模块和机动车，具体而言本发明涉及一种用于机动车(2)的承载负荷的电池模块(1)，具有带有模块侧壁(4)、模块底部(5)以及模块盖部(6)的模块壳体(3)和布置在模块壳体(3)以内的带有多个电池单电池(8)的单电池组(7)。在至少一个第一模块侧壁(4a)与单电池组(7)之间布置有至少一个弹簧装置(9)，其中，弹簧装置(9)构造用于在与第一模块侧壁(4a)相对而置的第二模块侧壁(4b)的方向上挤压单电池组(7)以用于在第一模块侧壁与单电池组之间形成形变空间(10)。此外，本发明涉及一种带有电动机(16)和根据本发明的电池模块(1)的机动车(2)。

Description

用于机动车的承载负荷的电池模块和机动车
技术领域
本发明涉及一种用于机动车的承载负荷的电池模块以及带有承载负荷的电池模块的机动车。
背景技术
电动车以及混动车的大部分具有电动机，其尤其构造用于驱动车辆。为了提供为此所需的电能，已知不同的构思。一方面可例如借助于燃料电池直接产生电能。备选的构思涉及电能在电池中、尤其在高压电池中的储存。
在电池或电池模块的研发的情况中尤其有两个方面处于重点，即在尽可能小的结构空间中储存尽可能大量的电能。为此研发带有越来越大的能量密度的电池单电池。尽管这样的电池单电池具有如下缺点，即为此使用的物质具有高的反应性并且因此由其引起特别高的潜在危险。在电池单电池的损坏的情况中，例如由于车辆碰撞，其可触发燃烧或者在极端情况中甚至爆炸。
出于这样的电池模块的运行安全的原因持续地进一步研发用于保护电池单电池或具有多个电池单电池的单电池组免于外部影响的模块壳体。这样的模块壳体的研发目的是，使电池单电池的体积最小化以及使用于保护电池单电池的模块壳体的尺寸最小化，从而提供足够保护以免于预定的机械负荷情况。
为了达到最大功率密度和能量密度必须节省空间地以及尽可能在没有冗余的情况下设计模块壳体的结构构件。同时必须除了用于电池单电池或单电池组的结构空间之外在模块壳体以内为电气管路和控制设备保留足够结构空间。此外应考虑的是，电池单电池具有与电池模块的冷却装置的尽可能良好的热接触。同样地，必须考虑电池单电池或单电池组的与寿命相关的膨胀效应，其还被称为“膨胀(英文：Swelling，有时称为涨肚)”，且采取用于减少膨胀的相应的结构上的措施。
为了保护电池单电池免于外部影响，已知如下模块壳体，其具有特别刚性的部件、尤其模块底部和/或模块盖部。此外，已知的模块壳体常常具有尤其带有一个或多个附加的桥接部的结构，所述桥接部构造用于在模块盖部与模块底部之间导出力。在这种类型的模块壳体的情况中特别不利的是，在模块壳体的特定的机械负载的情况中始终不可避免单电池组的形变，从而使得电池单电池的点燃或爆炸的风险提高。
为了减少单电池组的膨胀已知多种不同的解决方案。因此，例如为了产生与膨胀相反指向的反作用力，可使单电池组由内部的壳体或笼罩包围。在此不利的是，经由壳体或笼罩，外部的机械负载常常可被传递到单电池组上，从而由此可损坏单电池组。
为了改善单电池组的冷却，由现有技术同样已知多种多样的解决方案。文件DE 102008 034 876 A1和DE 10 2009 058 070 A1涉及如下电池模块，在其中为了确保电池单电池的改善的冷却借助于弹簧装置使冷却板与单电池组张紧。在此不利的是，电池单电池仅在一定程度上被保护以免于外部的机械影响。
发明内容
因此，本发明的任务在于，消除或至少部分消除前述在用于机动车的电池模块以及带有电池模块的机动车的情况中的缺点。本发明的任务尤其是实现一种电池模块和机动车，其以简单且成本适宜的方式确保单电池组的改善的保护以免于外部的机械影响，并且/或者具有带有减少的膨胀的电池单电池，并且/或者确保热从电池单电池的改善的导出。
前面的任务通过专利权利要求来解决。该任务相应地通过带有独立权利要求1的特征的用于机动车的承载负荷的电池单电池以及通过带有并列权利要求10的特征的机动车来解决。本发明的其它特征和细节由从属权利要求、说明书以及附图得出。在此，结合根据本发明的电池模块说明的特征和细节当然也结合根据本发明的机动车适用且相应地反之亦然，从而关于各个发明方面的公开内容可始终交替地参考。
根据本发明的第一方面，该任务通过用于机动车的承载负荷的电池模块来解决。电池模块具有带有模块侧壁、模块底部以及模块盖部的模块壳体和布置在模块壳体以内的带有多个电池单电池的单电池组。根据本发明在至少一个第一模块侧壁与单电池组之间布置有至少一个弹簧装置，其中，弹簧装置构造用于在与第一模块侧壁相对而置的第二模块侧壁的方向上挤压单电池组以用于在第一模块侧壁与单电池组之间形成形变空间。
承载负荷的电池模块在本发明的框架中理解成如下电池模块，其为布置在其中的单电池组提供改善的保护以免于外部的机械负载(尤其在机动车的车辆碰撞的情况中)。为了保护单电池组，电池模块具有模块壳体。模块壳体具有模块底部和模块盖部。在模块盖部与模块底部之间布置有模块侧壁。模块壳体具有至少两个模块侧壁。优选地，模块壳体具有四个侧壁。进一步优选地，模块壳体设计成立方形的。优选地，模块底部和/或模块盖部和/或模块侧壁构造成封闭的元件，以便于提供单电池组改善的以及完整的保护以免于外部影响。进一步优选地，模块底部和/或模块盖部和/或模块侧壁构造成用于将动能转变成形变能。
弹簧装置布置在第一模块侧壁与单电池组之间以及构造用于在第二模块侧壁的方向上挤压单电池组。
优选地，弹簧装置构造用于面式地接触单电池组，以便于将弹簧力分配到单电池组的尽可能大的面上并且由此避免单电池组的损坏。备选地或附加地，可在弹簧装置与单电池组之间布置压力分配装置、尤其压力分配板，以用于将弹簧力均匀地分配到单电池组上。弹簧装置优选地撑靠第一模块侧壁的边缘区域，其中，弹簧装置优选地不撑靠第一模块侧壁的中间区域。这具有的优点是，在第一模块侧壁的塑性形变的情况中，尤其由于车辆碰撞，不实现弹簧装置的附加的张力或仅实现弹簧装置的少的附加的张力，因为中间区域的形变取决于结构地始终大于模块侧壁的边缘区域的形变。
由于单电池组从第一模块侧壁借助于弹簧装置的压离，在第一模块侧壁与单电池组之间构造有形变空间。形变空间是自由空间，其构造用于容纳(Aufnahme，有时称为接收)形变的第一模块侧壁的区段。由此，在碰撞情况中可借助于第一模块侧壁将动能转变成形变能，而第一模块侧壁不能够接触且由此损坏单电池组。
电池模块优选地如此构造，使得弹簧装置将单电池组不直接压靠第二模块侧壁，而是压靠支撑装置，其如此布置在第二模块侧壁与单电池组之间，使得在支撑装置与第二模块侧壁之间同样构造形变空间。支撑装置例如可具有中间壁，其优选地经由支撑元件撑靠第二侧壁和/或保持在模块底部处和/或模块盖部处。备选地，支撑装置可具有泡沫，其构造用于将力分配到单电池组的尽可能大的接触面上，以便于在车辆碰撞的情况中减少单电池组的损坏风险。
用于机动车的根据本发明的电池模块相对于传统的电池模块具有如下优点，即利用简单的器件以及以成本适宜的方式提供邻近单电池组的形变空间，其确保单电池组的改善的保护，以免于尤其由于车辆碰撞导致的外部的机械应力。此外，单电池组通过弹簧装置的限定的以及面式的压缩具有如下优点，即减少单电池组的膨胀。
根据本发明的一优选的改进方案可在电池模块的情况中设置成，至少一个弹簧装置具有螺旋弹簧和/或盘簧。螺旋弹簧或盘簧优选地布置在单电池组的边缘区域以及模块侧壁处，因为在模块壳体的外部的机械应力的情况中在模块侧壁的中间区域中实现模块侧壁的最大形变。以该方式减少单电池组由于模块侧壁的形变引起的损坏危险。进一步优选地，在弹簧装置与单电池组之间布置有用于将弹簧力分配在单电池组的侧面上的压力分配装置。由此可通过弹簧装置减少单电池组的损坏风险。螺旋弹簧和盘簧可成本适宜地来制造且可轻易安装。此外，借助于这样的弹簧可将限定的压力提供到单电池组上。
根据本发明优选的是，至少一个弹簧装置具有弹簧板。弹簧板优选地具有边缘区域，其撑靠模块侧壁的边缘区域。此外，弹簧板具有中间区域，其优选地面式地接触单电池组的至少一侧。在模块壳体的外部的机械应力的情况中在模块侧壁的中间区域中实现模块侧壁的最大形变，使得在这样的布置方案中减少单电池组由于模块侧壁的形变引起的损坏危险。因此优选的是，弹簧板在中间区域中具有比在边缘区域中更大的厚度和由此更高的刚性，以便于反作用于中间区域中的弯折。这样的弹簧板例如可借助于裁剪拉伸法(Tailored Drawn Verfahren)来制造。通过单电池组通过弹簧板的面式的接触可将弹簧板的弹簧力更好地传递到单电池组上。以该方式可通过弹簧装置减少单电池组的损坏风险。弹簧板可成本适宜地来制造以及可轻易安装。此外，借助于弹簧板可将限定的压力提供到单电池组上。
进一步优选地，在第二模块侧壁与单电池组之间布置有弹簧装置，其中，弹簧装置构造用于在第一模块侧壁的方向上挤压单电池组，以用于在第二模块侧壁与单电池组之间形成形变空间。相应地，电池模块在彼此相对而置的模块侧壁处分别具有弹簧装置。优选地，两个弹簧装置彼此对称地或至少大致对称地、尤其镜面对称地来构造。优选地，弹簧装置构造成面式地接触单电池组，以便于将弹簧力分配到单电池组的尽可能大的面上并且由此避免单电池组的损坏。备选地或附加地，可在弹簧装置与单电池组之间布置压力分配装置、尤其压力分配板，以用于将弹簧力均匀地分配到单电池组上。弹簧装置优选地撑靠第二模块侧壁的边缘区域，其中，弹簧装置优选地不撑靠第二模块侧壁的中间区域。这具有的优点是，在第二模块侧壁尤其由于车辆碰撞引起的塑性形变的情况中不实现弹簧装置的附加的张力或仅实现弹簧装置的少的附加的张力，因为中间区域的形变取决于结构地始终大于模块侧壁的边缘区域的形变。这样的电池模块具有的优点是，单电池组在模块壳体中的取向经由弹簧装置的力平衡能够以简单的器件以及可靠地来获得。此外，进一步减少单电池组的损坏风险，因为可从外部传递到单电池组上的最大的力通过弹簧装置限制。
在本发明的特别优选的设计方案中在模块底部与单电池组之间布置有弹簧装置，其中，弹簧装置构造用于在模块盖部的方向上挤压单电池组，以用于在模块底部与单电池组之间形成形变空间。优选地，弹簧装置构造成用于面式地接触单电池组，以便于将弹簧力分配到单电池组的尽可能大的面上，并且由此避免单电池组的损坏。备选地或附加地可在弹簧装置与单电池组之间布置压力分配装置、尤其压力分配板，以用于将弹簧力均匀地分配到单电池组上。弹簧装置优选地撑靠模块底部的边缘区域，其中，弹簧装置优选地不撑靠模块底部的中间区域。这具有的优点是，在模块底部的尤其由于车辆碰撞引起的塑性形变的情况中，不实现弹簧装置的附加的张力或仅实现弹簧装置的少的附加的张力，因为中间区域的形变取决于结构地始终大于模块底部的边缘区域的形变。这样的电池模块具有的优点是，以简单的器件以及以成本适宜的方式提供单电池组的改善的保护以免于外部力。此外，当电池模块在模块盖部与单电池组之间具有冷却装置时，这样的弹簧装置是有利的，因为借助于弹簧装置可使单电池组压靠冷却装置并且由此可改善单电池组的冷却。
优选地构造有至少两个弹簧装置来作为整体的弹簧装置。整体的构造方案在本发明的框架中尤其理解成，两个弹簧装置相互构造成单件式的。根据本发明还可设置成，整体的弹簧装置由各个弹簧装置组合而成，他们相互材料配合且/或形状配合地相连接、尤其焊接。这样的弹簧装置可轻易制造并且能够以简单的器件以及成本适宜地安装在模块壳体与单电池组之间，从而可由此减少电池模块的制造成本。
根据本发明的一优选的实施形式，在单电池组与模块盖部之间布置有用于将热从单电池组导出的冷却装置。冷却装置优选地如此构造成用于接触单电池组的尽可能大的面，以便于由此实现从单电池组到冷却装置上的最大的热过渡。此外优选地，冷却装置具有带有相对高的导热系数的材料，从而改善热从单电池组的运出。冷却装置具有的优点是，可改善单电池组的冷却并且由此可显著减少单电池组由于过热引起的损坏风险。
特别优选地，在模块壳体以内布置支撑装置，其在模块盖部与模块底部之间延伸。在该情况中，电池模块优选地具有多个单电池组，其通过支撑装置彼此分离。支撑装置具有上面的支撑端部和下面的支撑端部，其中，上面的支撑端部面向模块盖部且下面的支撑端部面向模块底部。上面的支撑端部优选地撑靠模块盖部或在模块盖部与单电池组之间布置的冷却装置。下面的支撑端部优选地撑靠模块底部或在模块底部与单电池组之间布置的弹簧装置。根据本发明可设置成，支撑装置构造成用于从单电池组热导出的冷却装置。优选地，支撑装置为了热导出接触邻近模块盖部布置的冷却装置。支撑装置优选地具有如下形状，通过其减少支撑装置在机械压力负载的情况中的折断。优选地，支撑装置因此具有相对高的轴向阻力矩。支撑装置具有的优点是，可在单电池组的方向上支撑模块盖部以及模块底部的形变，从而可减少形变的程度。以该方式能够以简单的器件以及以成本适宜的方式减少单电池组的损坏风险。
根据本发明优选地，支撑装置平行于两个相对而置的模块侧壁和/或垂直于模块底部和/或模块盖部布置。以该方式，支撑装置构造用于尤其在车辆碰撞的情况中的模块侧壁或模块盖部和模块底部的改善的卸载。由此进一步减少单电池组的损坏风险。
根据本发明的第二方面通过一种机动车来解决该任务。机动车具有用于驱动机动车的电动机和根据本发明的第一方面的用于提供电能以用于使电动机运行的根据本发明的电池模块。
在所述机动车的情况中得出全部优点，其关于根据本发明的第一方面的电池模块已描述。相应地，根据本发明的机动车相对于传统的机动车具有如下优点，即其具有电池模块，在其中以简单的器件以及以成本适宜的方式提供邻近单电池组的形变空间，其确保单电池组的改善的保护以免于尤其通过车辆碰撞引起的外部的机械应力。此外，单电池组通过弹簧装置的限定的以及面式的压缩具有如下优点，即减少单电池组的膨胀。
附图说明
接下来根据附图更详细阐述根据本发明的电池模块以及根据本发明的机动车。其中分别示意性地：
图1以截面图显示了根据本发明的电池模块的优选的第一实施形式，
图2以截面图显示了根据本发明的电池模块的优选的第二实施形式，
图3以截面图显示了根据本发明的电池模块的优选的第三实施形式，
图4以截面图显示了根据本发明的电池模块的优选的第四实施形式，
图5以侧视图显示了根据本发明的机动车的优选的实施形式。
带有相同的功能和作用方式的元件在图1至5中分别设有相同的参考符号。
参考符号列表
1.电池模块
2机动车
3模块壳体
4模块侧壁
4a第一模块侧壁
4b第二模块侧壁
5模块底部
6模块盖部
7单电池组
8电池单电池
9弹簧装置
10形变空间
11螺旋弹簧
12盘簧
13弹簧板
14冷却装置
15支撑装置
16电动机
17中间壁
18支撑元件
19边缘区域
20中间区域。
具体实施方式
在图1中示意性地以截面图绘出了根据本发明的电池模块1的优选的第一实施形式。电池模块1具有带有模块侧壁4、模块底部5以及模块盖部6的模块壳体3。中间壁17经由两个支撑元件18撑靠第二模块侧壁4b的边缘区域19，其中，一支撑元件18邻近模块盖部6且一支撑元件18邻近模块底部5布置。在中间壁17与第二模块侧壁4b之间由此构造有用于容纳第二模块侧壁4b的形变的中间区域20的形变空间10。在模块壳体3的内部中布置有具有多个电池单电池8的单电池组7。单电池组大面积地接触模块底部5以及中间壁17。弹簧装置9的弹簧板13撑靠第一模块侧壁4a的边缘区域19以及大面积地撑靠单电池组7。弹簧板13如此预紧，使得单电池组7以限定的力被压靠中间壁17。在单电池组7与第一模块侧壁4a之间由此同样构造有形变空间10，其中，该形变空间10构造用于容纳第一模块侧壁4a的形变的区域。在单电池组7以上布置有用于冷却单电池组7的冷却装置14。冷却装置14大面积地接触单电池组7以及模块盖部6。以该方式尤其在车辆碰撞的情况中保护单电池组7以特别免于电池模块1的侧面的机械应力。此外，减少单电池组7由于单电池组7的限定的压缩造成的与寿命相关的膨胀。
在图2中示意性地以截面图绘出了根据本发明的电池模块1的优选的第二实施形式。根据该优选的第二实施形式的电池模块1与根据图1中示出的优选的第一实施形式的电池模块1的区别在于如下特征，即其代替带有支撑元件18的中间壁17具有带有弹簧板13的另一弹簧装置9。弹簧板13在第二模块侧壁4b的两个边缘区域19与单电池组7之间张紧并且大面积地接触单电池组7。弹簧装置9在第一模块侧壁4a的方向上挤压单电池组7。在单电池组7与第二模块侧壁4b之间同样构造有用于容纳第二模块侧壁4b的形变的区域的形变空间10。
在图3中示意性地以截面图绘出了根据本发明的电池模块1的优选的第三实施形式。根据该优选的第三实施形式的电池模块1与根据在图2中示出的优选的第二实施形式的电池模块1的区别在于如下特征，即在模块底部5与单电池组7之间布置有带有弹簧板13的另一弹簧装置7。弹簧板13在模块底部5的两个边缘区域19与单电池组7之间张紧并且大面积地接触单电池组7。弹簧装置9在模块盖部6的方向上挤压单电池组7。在单电池组7与模块底部5之间同样构造有用于容纳模块底部5的形变的区域的形变空间10。此外，电池模块1具有支撑装置15，其布置在模块壳体3以内并且使冷却装置14撑靠与模块底部5张紧的弹簧板13。以该方式还使模块盖部6经由支撑装置15撑靠弹簧板13。
在图4中示意性地以截面图绘出了根据本发明的电池模块1的优选的第四实施形式。根据该优选的第四实施形式的电池模块1与根据图2中示出的优选的第三实施形式的电池模块1的区别在于如下特征，即使单电池组7撑靠模块侧壁4的弹簧装置9具有多个螺旋弹簧11来代替弹簧板13。使单电池组7撑靠模块底部的弹簧装置9具有多个盘簧12来代替弹簧板13。
在5中示意性地以侧视图绘出了根据本发明的机动车2的优选的实施形式。机动车具有电动机16，其构造用于驱动机动车2。优选地，机动车2具有多个未绘出的电动机16，其构造用于驱动机动车2。进一步优选地，电动机16构造用于例如在回收的情况中生成电流。根据本发明可设置成，机动车2附加地具有未绘出的内燃机，其例如用于驱动机动车2和/或用于驱动电动机16以用于生成电流。为了储存用于使电动机16运行的电能，机动车2具有根据本发明的电池模块1。

Claims (10)

1.一种用于机动车(2)的承载负荷的电池模块(1)，具有带有模块侧壁(4)、模块底部(5)以及模块盖部(6)的模块壳体(3)和布置在所述模块壳体(3)以内的带有多个电池单电池(8)的单电池组(7)，其特征在于，在至少一个第一模块侧壁(4a)与所述单电池组(7)之间布置有至少一个弹簧装置(9)，其中，所述弹簧装置(9)构造用于在与所述第一模块侧壁(4a)相对而置的第二模块侧壁(4b)的方向上挤压所述单电池组(7)以用于在所述第一模块侧壁与所述单电池组之间形成形变空间(10)。
2.根据权利要求1所述的承载负荷的电池模块(1)，其特征在于，所述至少一个弹簧装置(9)具有螺旋弹簧(11)和/或盘簧(12)。
3.根据权利要求1或2所述的承载负荷的电池模块(1)，其特征在于，所述至少一个弹簧装置(9)具有弹簧板(13)。
4.根据前述权利要求中至少一项所述的承载负荷的电池模块(1)，其特征在于，在所述第二模块侧壁(4b)与所述单电池组(7)之间布置有弹簧装置(9)，其中，所述弹簧装置(7)构造用于在所述第一模块侧壁(4a)的方向上挤压所述单电池组(7)以用于在所述第二模块侧壁(4b)与所述单电池组(7)之间形成形变空间(10)。
5.根据前述权利要求中至少一项所述的承载负荷的电池模块(1)，其特征在于，在所述模块底部(5)与所述单电池组(7)之间布置有弹簧装置(9)，其中，所述弹簧装置(9)构造用于在所述模块盖部(6)的方向上挤压所述单电池组(7)以用于在所述模块底部(5)与所述单电池组(7)之间形成形变空间(10)。
6.根据权利要求4或5所述的承载负荷的电池模块(1)，其特征在于，至少两个弹簧装置(9)构造成整体的弹簧装置(9)。
7.根据前述权利要求中至少一项所述的承载负荷的电池模块(1)，其特征在于，在所述单电池组(7)与所述模块盖部(6)之间布置有用于将热从所述单电池组(7)中导出的冷却装置(14)。
8.根据前述权利要求中至少一项所述的承载负荷的电池模块(1)，其特征在于，在所述模块壳体(3)以内布置有支撑装置(15)，其在所述模块盖部(6)与所述模块底部(5)之间延伸。
9.根据权利要求8所述的承载负荷的电池模块(1)，其特征在于，所述支撑装置(15)平行于两个相对而置的模块侧壁(4)和/或垂直于所述模块底部(5)和/或模块盖部(6)布置。
10.一种机动车(2)，具有用于驱动所述机动车(2)的电动机(16)和用于提供电能以用于驱动所述电动机(16)的承载负荷的电池模块(1)，其特征在于，所述承载负荷的电池模块(1)根据权利要求1至9中任一项来构造。
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