CN110832667A - 用于电池模块的电化学电池单元和用于制造电池单元的方法以及电池模块 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于可电动驱动的机动车辆的电池模块(2)的电化学电池单元(6)，所述电化学电池单元具有单元壳体(8)和固定在单元壳体(8)的壳体侧面(10a)上的、用于间隔开间距地并且电绝缘地支撑在相邻设置的或者可相邻设置的单元壳体(8)上的间隔元件(16)，其中，所述间隔元件(16)具有固定在单元壳体(8)的壳体侧面(10a)上的、电绝缘的绝缘层(18)和固定在绝缘层(18)上的、并且突出于所述绝缘层的、用于支撑的公差补偿层(20)。

Description

用于电池模块的电化学电池单元和用于制造电池单元的方法 以及电池模块

技术领域

本发明涉及一种用于电动驱动的或者可电动驱动的机动车辆的电池模块的电化学电池单元，所述电化学电池单元具有单元壳体和固定在单元壳体的壳体侧面上的间隔元件，用于间隔开地并且电绝缘地支撑在相邻设置的或者可相邻设置的单元壳体上。此外，本发明涉及一种用于制造这种电池单元的方法以及一种用于电动驱动的或者可电动驱动的机动车辆的电池模块，所述电池模块具有多个这种类型的电池单元。

背景技术

电驱动或电动驱动的或者可电驱动或可电动驱动的机动车辆(例如电动或者混合动力车辆)通常包括电动机，借助该电动机能够驱动一个或者两个车轴。为了供应电能的目的，电动机典型地与车辆内部的、作为电能储存装置的(高压)电池耦联。这种类型的电池例如作为蓄电池实施，其中，为了产生足够高的工作电压，典型地将多个单个的电池模块化地连接成共同的电池系统。

所述单个的电池模块通常包括多个电化学电池单元，所述电化学电池单元在相应的、尤其是棱形的或者棱柱体形的电池壳体或者单元壳体内部沿着组方向或者堆方向依次排列成或者堆叠成单元组或者单元堆。在此，电池单元通常作为锂离子电池单元实施。

在此例如可以考虑，将用于制造电池模块的电池单元在其朝向彼此的壳体侧面上面状地相互粘接并且紧接着控制位移地且在力监控下借助压板压紧，使得单元壳体全面地直接相互贴靠并且由此构成压紧的单元组。例如将压板与拉杆相连接，由此使压紧的电池组借助环绕式框架张紧，并且因此以限定的形状保持。不利的是，在运行中基于老化过程以及充电和/或放电过程，电池单元会出现容量变化(单元呼吸)，由此在电池堆的复合体中引起附加的压力或者说力，所述压力或者力可能导致损坏或者完全毁坏一个或多个电池单元。

由DE 10 2014 221 493 A1中已知一种用于可电动驱动的或者电动驱动的机动车辆的电池模块，在该电池模块的情况下，电池单元的电池壳体在壳体侧面上设有间隔元件，该间隔元件借助贴靠面支撑在相邻设置的单元壳体的相应相对置的壳体侧面上。在此，该贴靠面小于壳体侧面的面，使得所述相应壳体侧面的一部分不受支撑。经由贴靠面将挤压单元组所需的力借助压板传递至各个电池单元上。在此，所述相应壳体侧面的不受支撑的部分或者区域用于平衡和用于补偿力和公差。通过间隔元件使电池单元彼此在空间上间隔开间距以及相互电绝缘地支撑。

发明内容

本发明的任务在于，提出一种特别合适的、用于电池模块的电化学电池单元。此外，本发明的任务在于，提出一种合适的、用于制造这种电池单元的方法。此外，本发明的任务在于，提出一种用于可电动驱动的或者电动驱动的、具有多个这样类型的电池单元的电池模块。

根据本发明，所述任务在电池单元的方面通过权利要求1的特征解决，并且在方法方面通过权利要求8的特征解决以及在电池模块方面通过权利要求9的特征解决。有利的构造方案和扩展方案是相应从属权利要求说明的对象。

根据本发明的电池单元适合于并且设置用于可电动(电)驱动的或者电动(电)驱动的机动车辆、尤其是电动或者混合动力车辆的电池模块。在此，电池单元尤其作为包括具有尤其是棱形的壳体形状的单元壳体的锂离子单元实施。在单元壳体的壳体侧面上、尤其是在(壳体)端侧或者说端面上，电池单元具有用于在空间上间隔开地并且电绝缘地支撑在相邻设置的或者可相邻设置的单元壳体上或者压板上的间隔元件。在此，壳体侧面(端侧、侧向面)尤其可理解为所述棱形的单元壳体的两个最大的壳体面之一。

根据本发明，间隔元件多体式地实施。在此，该间隔元件具有固定在单元壳体的壳体侧面上的电绝缘的绝缘层。该绝缘层由不具有导电能力的材料(例如塑料膜)制成，并且优选全面地施加到壳体侧面上。此外，该间隔元件具有固定在面状的绝缘层上的并且突出于该绝缘层的公差补偿层。因此，该公差补偿层在壳体侧面的区域中侧向地突出于电池壳体以用于支撑，尤其是由此在电池模块的单元组的(电池单元)复合体中实现位移和/或力补偿。换言之，公差补偿层构成用于支撑在相邻的单元壳体上或压板上的贴靠或者接触面。由此实现特别合适的电池单元。

在一种可能的实施方式中，公差补偿层由发泡塑料材料、例如丙烯酸酯泡沫或者聚乙烯泡沫(PE泡沫)制成。在此，绝缘层例如由不具有导电能力的塑料材料、例如聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、PE或者聚丙烯(PP)制成。

因此，不同于现有技术，电池单元的间隔元件不是单体式的、即不是整体式的或者一件式的，相反而是包括具有绝缘层和具有公差补偿层的多体式的、独立分层的结构。由此简化间隔元件的制造并且由此降低成本。

优选所述公差补偿层的贴靠或者接触面的尺寸小于绝缘层或者说壳体侧面的面。在此，间隔元件的公差补偿层优选适合于并且构造用于，吸收由于在单元呼吸效应的情况下的容量变化引起的压力。

换言之，公差补偿层例如在机械方面足够稳定地实施，使得在这种类型的压力或者说力作用的过程中不会发生变形。由此在电池模块的情况下有利地并且简单地避免电池单元的全面的贴靠和压紧，使得相应壳体侧面的不受支撑的或者空置的部分或者区域能够在单元呼吸或者单元老化的过程中膨胀。由此能够实现在结构上简单并且可靠地补偿在运行中产生的力或者说压力和(制造)公差。这意味着，公差补偿层引起相对于相邻的单元壳体的机械间隔或者支撑，其中，同时为邻接的或者侧旁的单元壳体产生非机械的位移和/或力补偿。

在一个有利的扩展方案中，绝缘层和/或公差补偿层是粘接的以用于所述固定。换言之，绝缘层为了固定在壳体侧面上而例如具有粘合层，即粘接的涂层。适宜地，公差补偿层为了固定在绝缘层上而设有相应面状的粘合层。由此实现将间隔元件特别低耗费地、运行可靠地并且防滑地(无滑动地)固定在单元壳体上，由此构成特别易于制造的电池单元。因此，这有利地转化为电池单元的制造成本的降低。

在一个合适的实施方案中，绝缘层和/或公差补偿层由相应的连续材料制成。在此，连续材料尤其可理解具有基本为任意长度的材料，使得基本任意多的绝缘层或者公差补偿层能够由单个的连续材料制成。这意味着，连续材料的长度相比于其宽度或者高度几乎无限地实施。换言之，连续材料的长度是其高度或者宽度的许多倍。在此，所述例如作为按米计量的商品实施的连续材料适宜地支承在(连续)辊或者杆上，并且在制造时连续地(这意味着基本不间断地)被输送给制造设备。绝缘层和/或公差补偿层适宜地作为切割件、冲压件或者坯件由相应的膜状的或带状的连续材料制成。由此确保特别成本有利的制造。此外，能够实现使间隔元件特别灵活地匹配于不同的单元壳体尺寸和/或期望的支撑几何形状。

在一个适宜的构造方案中，公差补偿层比绝缘层具有更大的层厚度。由此，公差补偿层凸起状地突出于绝缘层——并且由此突出于壳体侧面，其中，由公差补偿层的层厚度构成的凸起高度确定在两个相邻设置的单元壳体之间的空间间距或者说净宽度。由此确保单元壳体的限定的空间间隔。

在一种可能的扩展方案中，公差补偿层构成为至少一个长形的(条状的或者条形的)间隔条。由此在支撑方面以及在位移和/或力补偿方面构成适宜的公差补偿层。

在一种替选的扩展方式中，公差补偿层例如环状地以在边缘侧环绕绝缘层或者说壳体侧面的凸缘的形式构造。

在一种适宜的构造方案中，公差补偿层构成为正好两个相互平行间隔开的间隔条。由此实现特别适宜的公差补偿层以用于支撑，其中，尤其是在间隔条之间空置的(中空)空间适合作为并且设置为用于位移和/或力补偿的延伸空间。

在一个优选的实施方案中，所述间隔条或者每个间隔条平行于单元壳体的长侧定向。由此在制造电池组的过程中挤压电池单元的情况下确保均匀的力导入。在此，挤压时的力传递尤其在壳体侧面的或者说单元壳体的长侧边缘的区域中进行。这意味着，能够实现极大可能的位移和/或力补偿，因为公差补偿层的所述间隔条或者每个间隔条的贴靠或者支撑在边缘侧实现，并且由此构成特别大的延伸空间。

替选地例如同样可以考虑，所述间隔条或者每个间隔条横向于单元壳体的长侧、即尤其是沿着窄侧定向地施加。同样地，所述间隔条或者每个间隔条在壳体侧面上成对角线定向也是可行的。基本上所述间隔条的任意设置都是可行的，使得在公差补偿层的几何构造方面实现特别高的灵活性。

在根据本发明的用于制造电池单元的方法的情况下，将绝缘层从第一连续辊的第一连续材料中切割出来并且施加至、尤其是粘贴至尤其为棱形的单元壳体的壳体侧面上。紧接着从第二连续辊的第二连续材料中切割出公差补偿层并且施加至、尤其是粘贴至绝缘层上和/或单元壳体的壳体侧面上。在此，绝缘层以及公差补偿层的切割和施加优选作为高速过程实现。由此实现特别合适的制造方法。

所述方法尤其适合于并且构造用于简单地制造间隔元件的层。优选从所述大的第一连续辊中根据单元壳体的挤压侧面或者壳体侧面的大小裁剪所述面状的绝缘层。在此，公差补偿层作为第二连续材料经由第二连续辊提供。在此，针对相应电池单元的裁剪优选“内联地(inline)”、即在基本连续的不间断运行中进行。优选所述在带上的施加或者说实施尤其是借助至少一个专用机床在高度过程中进行。

根据本发明的电池模块适合用于并且设置用于可电动(电)驱动的或者电动(电)驱动的机动车辆，尤其是电动或者混合动力车辆。电池模块包括具有多个前述的电化学电池单元的单元组或者单元堆，所述电化学电池单元沿着组方向(堆方向)在组端侧的两个压板之间依次排列地设置。电池单元尤其作为具有棱形的壳体形状的锂离子单元实施。换言之，电池单元沿着组方向分别置于电池单元或者压板的两侧。在此，单元组的每个电池单元间隔开地支撑在相应相邻设置的电池单元的单元壳体上或者压板的其一上。

为了构成电的或者电动的机动车辆，例如在单元组中依次排列有多个电池单元。在此，在一种可能的应用中，10至30个之间的电池单元依次排列成为电池模块的单元组。

在此，通过使用根据本发明的电池单元在每两个相邻的电池单元和相邻的压板之间设置一个多体式构造的间隔元件。

由此为单元组的所有电池单元构造位移和/或力补偿，由此确保，在电池模块的运行时间内基于由老化引起的电池单元的膨胀或者说容量变化而增加的力能够充分得到补偿。由此基本完全避免损坏或者毁坏在电池模块的张紧的单元组中的电池单元。

附图说明

下面根据附图更详细地阐述本发明的实施例。附图以简化的和示意性的示图：

图1局部地示出电驱动的机动车辆的、包括具有多个电池单元的单元组的电池模块，

图2示出根据第一实施方式的、具有间隔元件的电池单元，以及

图3示出根据第二实施方式的、具有间隔元件的电池单元。

具体实施方式

相互对应的部件和尺寸在所有附图中始终设有相同的附图标记。

在图1中示出电驱动的或电动驱动的或者可电驱动的或可电动驱动的机动车辆的(尤其是电动车辆或者混合动力车辆的)车辆内部的能量储存装置的电池模块2。为了产生足够高的工作电压，电池模块2包括具有多个电化学电池单元(Batteriezellen)6的单元堆或者说单元组4。在此，电池单元6作为蓄电池、例如作为锂离子单元(其包括具有棱形的壳体形状的单元壳体8)、尤其是以BEV、PHEV或者PHEV2单元规格实施。

在各附图中仅示例性地设有附图标记的单元组4的电池单元6在其相应的端侧的壳体侧面10a、10b上沿着堆或者组方向12相互连接地设置。单元组4借助两个相对置地设置的压板14在一定的轴向预压力下沿着组方向10保持并且在安装状态中插入电池模块2的未详细示出的框架状的或者框架形的组壳体中。

在图2中单独透视地示出单元组4的一个电池单元6。电池单元6在壳体侧面10a上具有间隔元件16以用于在空间上间隔开间距地并且电绝缘地支撑于在单元组4中相邻设置的单元壳体8上(尤其是支撑在相应的壳体侧面10b上)或者支撑在压板14上。

在此，间隔元件16多体式地实施。该间隔元件16具有固定在单元壳体8的壳体侧面10a上的、电绝缘的绝缘层18。该绝缘层18由不具有导电能力的材料(例如塑料膜)制成并且基本上全面地施加至壳体侧面10a上。

在所述面状的绝缘层18上施加并且固定有沿着组方向12轴向地突出于该绝缘层的公差补偿层20。如尤其是在图1的示意性的横向视图中可以看到的那样，公差补偿层20由此在壳体侧面10a的区域内侧向地突出于单元壳体8以用于支撑，尤其是由此在电池模块2的单元组4的(电池单元)连接中实现位移和/或力补偿。

在图2的实施例中，公差补偿层20以两个长形的间隔条22的形式实施。在此，所述间隔条22在边缘侧沿着相应的壳体侧面10a的长侧24设置。换言之，各间隔条22间隔开间距地并且相互平行地设置在壳体侧面10a相对置的长侧24上。

绝缘层18以及公差补偿层20或者说间隔条22优选由相应的连续材料制成。为此，例如将所述尤其为膜状的绝缘层18根据壳体侧面10a的尺寸裁剪并且借助粘合层全面地并且材料锁合地涂覆至壳体侧面10a上。紧接着裁剪公差补偿层20的间隔条22并且借助相应的粘合层材料锁合地涂覆至绝缘层18的表面上。

由此在安装状态中(图1)，在两个间隔条22之间和在壳体侧面10a以及相邻的壳体侧面10b或者说压板14之间构造有中空空间26。为此目的，公差补偿层20——如尤其在图1中可以看到的那样——相比于绝缘层18具有明显更大的层厚度。换言之，公差补偿层20在轴向上沿着组方向12具有比绝缘层18更大的尺寸。如果相应的电池单元6出现膨胀或者容量变化，则相应的电池单元6、尤其是相应邻接的或者说置于侧旁的(相邻)电池单元6在电池模块2运行期间在由此构成的中空空间26中延伸。由此在电池模块2的运行中实现位移和/或力补偿，这有利地转化为机动车的使用寿命和里程。

图3示出间隔元件16的一种替选的实施方式。在该实施变型方案中，公差补偿层20构成为在边缘侧环绕的、大致呈环状的间隔边缘28，该间隔边缘包围或者围绕中空空间26。由此在单元组4中实现更稳定的支撑。

本发明不局限于前述的实施例。相反地，在不脱离本发明的主题的情况下，本领域技术人员也能够从中推导出本发明的其它变型方案。此外，尤其是所有结合各实施例进行描述的各个特征也能够以其它的方式相互组合，而不会脱离本发明的主题。

附图标记列表

2 电池模块

4 单元组

6 电池单元

8 单元壳体

10a、10b 壳体侧面

12 组方向

14 压板

16 间隔元件

18 绝缘层

20 公差补偿层

22 间隔条

24 长侧

26 中空空间

28 间隔边缘

Claims (9)

1.用于可电动驱动的机动车辆的电池模块(2)的电化学电池单元(6)，所述电化学电池单元具有单元壳体(8)和固定在单元壳体(8)的壳体侧面(10a)上的间隔元件(16)，用于间隔开地并且电绝缘地支撑在相邻设置的或者可相邻设置的单元壳体(8)上，

其特征在于，所述间隔元件(16)具有固定在单元壳体(8)的壳体侧面(10a)上的、电绝缘的绝缘层(18)和固定在绝缘层(18)上的并且突出于所述绝缘层的、用于所述支撑的公差补偿层(20)。

2.根据权利要求1所述的电池单元(6)，其特征在于，为了实现所述固定，所述绝缘层(18)和/或所述公差补偿层(20)是粘接的。

3.根据权利要求1或2所述的电池单元(6)，其特征在于，所述绝缘层(18)和/或所述公差补偿层(20)由连续材料制成。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的电池单元(6)，其特征在于，所述公差补偿层(20)比绝缘层(18)具有更大的层厚度。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的电池单元(6)，其特征在于，所述公差补偿层(20)构成为至少一个长形的间隔条(22)。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的电池单元(6)，其特征在于，所述公差补偿层(20)构成为正好相互平行地间隔开的间隔条(22)。

7.根据权利要求5或6所述的电池单元(6)，其特征在于，所述间隔条(22)或者每个间隔条(22)平行于单元壳体(8)的长侧(24)定向。

8.用于制造根据权利要求1至7中任一项所述的电池单元(6)的方法，其特征在于，

-从第一连续辊的第一绝缘材料中切割出绝缘层(18)，

-将所述绝缘层(18)施加至单元壳体(8)的壳体侧面(10a)上，

-从第二连续辊的第二连续材料中切割出公差补偿层(20)，以及

-将所述公差补偿层(20)施加至绝缘层(18)上和/或单元壳体的壳体侧面(10a)上。

9.用于可电动驱动的机动车辆的电池模块(2)，所述电池模块包括具有多个根据权利要求1至7中任一项所述的电化学电池单元(6)的单元组(4)，各所述电池单元沿着组方向(12)在组端侧的两个压板(14)之间依次排列地设置，其中，单元组(4)的每个电池单元(6)间隔开地支撑在相应相邻设置的电池单元(6)的单元壳体(8)上或者所述压板(14)之一上。

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