CN116190797A - 包括堆叠的蓄电池的电池模块或电池组、以及用于制造相关电池模块或电池组的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及包括堆叠的蓄电池的电池模块或电池组，并且涉及用于制造相关电池模块或电池组的方法。本发明实质上包括通过压缩方式为电池模块或电池组设置一个或多个围绕电池模块或电池组的柔性连杆，柔性连杆的一个或两个自由端插入并且然后通过干涉配合封锁在为此制造的一个或多个互补的容纳部内，该容纳部被制造在位于电池模块或电池组的边缘上的一个或两个压缩板中。

Description

包括堆叠的蓄电池的电池模块或电池组、以及用于制造相关 电池模块或电池组的方法
技术领域
本发明涉及电化学蓄电池领域，并且更具体地，涉及金属离子蓄电池。
更具体地，本发明涉及电池模块或电池组，所述电池模块或电池组包括封装在柔性或刚性包装中的蓄电池堆。
本发明首先旨在提供用于压缩模块或电池组的多个蓄电池的解决方案，该解决方案的目标是实现该模块或电池组内力的重新分配，以确保最佳重量和紧密度，同时易于安装和拆卸。
尽管参照锂离子蓄电池描述了本发明，但是本发明可应用于任何金属离子电化学蓄电池，即也可应用于钠离子蓄电池、镁离子蓄电池和铝离子蓄电池等，或者更一般地，可应用于任何电化学蓄电池。本发明可应用于具有液体电解质或所谓的固态电解质的任何金属离子蓄电池化学成分，例如NMC/石墨、NCA/石墨、NMC/G-Si、LFP/石墨、或Na离子。
根据本发明的电池模块或电池组可以位于车辆上或可以保持静止。例如，电动和混动的交通工具以及并网存储系统是在本发明的上下文中可设想的应用领域。
背景技术
如图1和图2示意性地示出的，锂离子蓄电池或电池通常包括至少一个电化学电池单元C，电化学电池单元C由位于正极或阴极2与负极或阳极3之间的电解质组分1(其被浸入分离器中以使电极电隔离)、连接到阴极2的集电器4、连接到阳极3的集电器5、以及最后布置成包含电化学电池单元的包装6组成，包装6还布置成使其相对于外部的空气以及电化学电池单元内部的电解质密封，然而允许集电器4、5的一部分穿过。
传统锂离子电池的架构是可以被认为是单极的架构，因为单个电化学电池单元包括一个阳极、一个阴极和电解质。已知多种单极架构几何形状：
-圆柱几何形状，具有围绕圆柱销的绕组，例如专利申请US 2006/0121348中所公开的；
-棱柱几何形状，具有围绕棱柱心轴的绕组，例如专利US 7348098和专利US7338733中所公开的；
-堆叠几何形状，例如专利申请US 2008/060189和US 2008/0057392以及专利US7335448中所公开的。
电解质组分可以采取固体、液体或凝胶的形式。在采取凝胶的形式时，该电解质组分可以包括由聚合物或微孔组合物制成的分离器，吸收一种或多种有机或液态离子电解质，从而使得在充电时锂离子从阴极移动到阳极以及反之在放电时锂离子从阳极移动到阴极，进而产生电流。电解质通常是有机溶剂(例如碳酸盐)的混合物，向有机溶剂中添加锂盐(典型的是LiPF6)。
正极或阴极通常由复合锂阳离子插入材料制成，例如磷酸铁锂LiFePO4、钴酸锂LiCoO2、可选取代的锂锰氧化物LiMn2O4或过渡金属氧化物，诸如薄片状材料：例如，分子式为LiNixMnyCozO2的材料，其中x+y+z＝1，诸如LiNi0.33Mn0.33Co0.33O2，或者分子式为LiNixCoyAlzO2的锂镍钴铝氧化物，其中x+y+z＝1，诸如LiNi0.8Co0.15Al0.05O2。
负极或阳极通常由碳、石墨或Li4TiO5O12(钛酸盐材料)组成，但可选地可以基于硅或锂、或者基于锡或其合金、或者基于硅基组合物。该负极就像正极一样，也可以包含导电添加剂和聚合物添加剂，从而使其具有适用于锂离子电池应用或其使用模式的机械特性和电化学性能。
由锂插入材料制成的阳极和阴极可以使用传统技术以活性层的形式连续沉积在形成集电器的金属片或金属膜上。
连接到正极的集电器通常由铝制成。
连接到负极的集电器通常由铜、镍、镀镍的铜或铝制成。
更准确地说，铝用于由钛酸盐Li4Ti5O12制成的正极和负极共用的集电器。铜更适用于由石墨(Cgr)、硅(Si)或硅复合材料(Si-C)制成的负极。
通常，锂离子蓄电池或电池使用允许其在高电压水平(通常在1.5伏特与4.2伏特之间)工作的一对阴极-阳极材料。
根据目标应用的类型，力图制造薄且柔性的锂离子蓄电池或者刚性蓄电池：包装则是柔性的或刚性的并且在刚性的情况下形成可以说是壳体。
刚性包装(壳体)通常由金属(通常为铝合金或不锈钢)或刚性聚合物(例如丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS))制造。
通常制造成用于高电容锂离子电池的一种类型的圆柱形刚性壳体在图3中示出。
图4中还示出棱柱形刚性壳体。
壳体6包括圆柱形侧面护套7、在一个端部的底部8和在另一个端部的盖部9，底部8和盖部9连接到护套7。盖部9承载用于输出电流的电极或端子4、5。其中一个输出端子(电极)、例如正极端子4被焊接到盖部9，而另一个输出端子、例如负极端子5穿过盖部9，并通过插入密封件(未示出)而使负极端子5与盖部电绝缘。
广泛制造的类型的刚性壳体还由在其周缘上彼此焊接的冲压杯部和盖部组成。相比之下，集电器包括衬套，该衬套的一部分从壳体顶部突出并形成电池的端子(也称为暴露电极)。
柔性包装(通常称为包装袋)通常由多层复合材料制造，该多层复合材料由通过粘合剂层压的一层或多层聚合物膜覆盖的铝片组成。在大多数这些柔性包装中，覆盖铝的聚合物选自聚乙烯(PE)、丙烯、聚酰胺(PA)或者可以采取由聚酯纤维-聚氨酯制成的粘结层的形式。Showa Denko公司出售编号为NADR-0N25/AL40/CPP40和N°ADR-0N25/AL40/CPP80的这种类型的复合材料以用作电池的包装。
柔性包装的主要优势是其重量轻。因此，具有最高能量密度的锂离子蓄电池被封装在柔性包装中。封装在柔性包装中的蓄电池由于其高能量密度而越来越多地被使用。
柔性蓄电池(这种类型的装置更普遍被称为薄膜电池)最常见的是由单个电化学电池单元组成。
蓄电池与其柔性包装的总厚度通常小于16mm，但是蓄电池的总厚度取决于电极材料的尺寸和化学成分，然而该较小的厚度对蓄电池的工作没有不利影响。
电池组由可变数量的蓄电池(可能有几千个蓄电池那么多)组成，这些蓄电池通常通过汇流排串联或并联彼此电连接。
由柔性蓄电池形成的电池模块或电池组通过堆叠多个这些棱柱几何形状的柔性蓄电池来组装。
在本发明的上下文中，“棱柱几何形状的蓄电池”的含义是棱柱整体形状的蓄电池、即平行六面体整体形状的蓄电池，即蓄电池在一个维度上是平坦的，而与其制造工艺无关，该制造工艺将可能涉及缠绕电池单元、堆叠等。
锂电化学系统无论是在电池单元级别、模块级别还是在组级别上，都产生放热反应，而不管给定循环曲线如何。因此，在单位蓄电池的级别上，根据讨论中的化学成分，锂离子蓄电池的最佳操作受限于某一温度范围。
电化学蓄电池必须在限定温度范围内工作，一般在其壳体的外表面上通常低于70℃的范围工作，因为否则的话，电化学蓄电池的性能将退化，或者电化学蓄电池甚至可能经受物理降解，从而导致其毁坏。可以提及的是，例如，磷酸铁化学成分的锂蓄电池具有通常包括在-20℃与+60℃之间的工作范围。高于60℃，材料可能经受明显退化，从而降低电池单元的性能。高于所谓的热散逸温度(可能包括在70℃与110℃之间)，内部放热化学反应开始。当蓄电池不再能够充分散热时，电池单元的温度升高直至其被毁坏，该效应通常被称为热散逸。该热散逸之后可能产生气体以及爆炸和/或火灾。
此外，保持温度低于70℃可以提高蓄电池的使用寿命，因为蓄电池的工作温度越高，其使用寿命越短。
另外，一些蓄电池化学成分需要远高于室温的工作温度，这因此证明了需要通过初始预热蓄电池来调整其温度水平，或者甚至需要将蓄电池永久保持在一温度下。
在电池、或包含多个锂离子蓄电池的电池组中，串联或并联放置相对不同的蓄电池可能影响从电池组获得的性能。
因此能够意识到，在电池组中，例如在电动汽车电池组中，根据例如蓄电池位置的老化扩散可能由于中间蓄电池老化不对称或不同使用条件(在电池组的中心和边缘之间的热变化、电流梯度等)而较高。
因此，为了限制电池组的过早老化，需要优化工作温度以及从一个蓄电池到另一个蓄电池的温度扩散。比其他蓄电池更快老化的一个(或多个)蓄电池可能直接影响整个电池组的电气性能。
在模块和组级别上，例如通常低于0℃，则可能需要采用BMS，以限制从电池组获取的功率以及避免使蓄电池退化。
这里回想到BMS(电池管理系统，“Battery Management System”的首字母缩写)被用于防止组分受到提高其危险性的因素的影响，这些因素例如过高的电流、不合适的(过高或过低的)电位和临界温度，因此，BMS尤其起到一旦达到电压(即两种活性插入材料之间的电位差)阈值就停止施加电流的作用。因此，一旦达到阈值电压，BMS就停止施加电流(充电/放电)。
超出上限温度(通常大约为70℃)，也需要警惕，因为电化学反应可能导致单位蓄电池毁坏以及内部蓄电池故障(通常为内部短路)蔓延，在极端情况下，这可能导致电池组爆炸。在这种情况下，也需要采用BMS来保护蓄电池。
问题是如何确保电池组内温度均匀。
因此，以上关于热方面的考虑通常需要调整电池组的蓄电池的温度，从而限制蓄电池退化并因此提高蓄电池使用寿命和蓄电池性能。
基于沉浸的热管理系统在大多数情况下导致蓄电池内部压力的增大。所引起的应变意味着包装必须超大尺寸以保持其完整性。于是极大地影响了重量和体积。电池组的性能因此受到不利影响。
因此一个根本问题是如何管理电池组内的压力。
在实践中，电池组的蓄电池有时必须被机械地压缩，以使其使用寿命最大化。
具体地，已知适当地向电化学电池单元施加压缩力能够延长电化学电池单元以及相关联的电池组的使用寿命。
还已知具有使电池单元的使用寿命最大化的最佳压缩力。如果相对于最佳压缩力降低50％的压缩力，则通常也会观察到约50％的老化增长。
将压缩施加于最大可能的活性电化学电池单元区域限制内部电化学电池单元层(电极、分离器、活性层)的层离，并因此显著改善使用寿命和正常工作方面的性能。
根据蓄电池的形状，施加压缩是更重要或更不重要的。在具有柔性或刚性包装的棱柱几何形状的蓄电池的情况下，压缩是必不可少的。
图5A和图5B示意性地示出了压缩力F，该压缩力F例如必须施加到锂离子蓄电池A的柔性或刚性包装6的主面、即纵向侧面，以压缩电化学电池单元C的各个层。
通常，通过围绕各组堆叠的蓄电池布置的横拉杆来施加压缩。因此，例如，专利申请FR2963484公开了用于通过螺纹横拉杆对用于刚性棱柱蓄电池的电池组的力进行重新分配的解决方案。
施加到横拉杆的夹紧力矩决定了施加到电池单元的压缩力。
横拉杆的使用意味着电池组占据更多的空间并且压缩板提供的锚点必须足够坚固以承受所施加的机械应力。
此外，横拉杆的一个主要缺点是非常难以控制在电池组的蓄电池工作期间施加的压缩力及其老化。具体地，在蓄电池的充电和放电期间，关于其老化，蓄电池由于电池单元的膨胀/收缩而具有经历体积变化的趋势。
该电池单元膨胀效应随着电池单元老化更严重，从而导致待施加的压缩力大幅增加。因此，降低了电池单元的使用寿命并且需要超大尺寸的机械和活性材料。
因此，通常，为了弥补该预期的退化，制造商通常制造超大尺寸的电池组以确保设定的寿命终止性能。例如对于10Ah的寿命终止电池组性能(通常为10年结束时所需)，设计者最初需要电池组提供12Ah。换句话说，设计者允许约20％的裕度，以弥补电池单元的老化。
专利US7858224B2公开了横拉杆的替选的机械解决方案：通过拉紧两个皮带来确保压缩，这两个皮带放置在压缩板上方、在蓄电池堆叠的两端，这些蓄电池并排布置且通过隔板隔开，隔板内部有冷却液流动。该基于皮带和压缩板的夹持装置具有与基于横拉杆的装置相同的主要缺点。
专利US6372377B1公开了采取堆叠的蓄电池的模块形式的镍金属氢化物(Ni-MH)蓄电池的电池组，该模块采用金属条，所述金属条沿模块的所有四条边定位并且焊接在模块的金属条交汇的四个角处，由此形成围绕模块周缘的条带。该基于焊接的金属条的夹持装置不允许随时间管理压缩。此外，所施加的压缩是单轴的。
已经由机动车制造商大量生产的一种解决方案采用机器人来定位焊接在电池模块内的铝板。
该解决方案需要复杂的工业手段且妨碍拆卸，并且不仅在初始时而且在电池组的蓄电池的工作期间、及其老化期间不能调节压缩。
除了前述缺点之外，至今为止所提出的所有机械解决方案都必须需要增加相应的机械部件(压缩板、横拉杆、皮带、金属条等)，这将增大电池组的重量并且可能提高其组装的复杂度。
需要提供用于压缩(重新分配机械力)模块或电池组的蓄电池的改进的解决方案，尤其是用以以在功率、体积和重量方面最佳并且易于组装和拆卸的方式提高模块或电池组的使用寿命。
此外，该改进不允许对确保每个蓄电池的工作的安全性的需要造成不利。
本发明的目的是至少部分地满足这些(一个或多个)需要。
发明内容
为此，根据本发明的一个方面，本发明涉及一种电池模块或电池组，其包括：
-多个蓄电池，所述多个蓄电池彼此邻接，特别地，所述多个蓄电池为棱柱几何形状，每个蓄电池都包括至少一个电化学电池单元C以及用于密封地容纳所述电化学电池单元的刚性或柔性包装，所述电化学电池单元由阴极、阳极和插入所述阴极与所述阳极之间的电解质形成；
-至少两个压缩板，每个压缩板抵靠邻接的所述多个蓄电池，所述两个压缩板中的至少一个压缩板包括至少一个容纳部；
-至少一个压缩元件，所述压缩元件包括柔性连杆以及至少一个阻止形状，所述至少一个阻止形状集成到或牢固地紧固到所述柔性连杆的一个自由端，所述压缩元件相对于所述蓄电池和所述压缩板布置成使得，当所述阻止形状通过干涉配合封锁在一个或多个压缩板的一个或多个容纳部中时，所述柔性连杆在所述压缩板上施加牵引力，从而使所述压缩板压靠邻接的所述多个蓄电池。
优选地，所述容纳部被制造在所述压缩板的边缘上并且通过适用于所述柔性连杆通过的凹槽延伸。利用这种配置，更加易于安装/拆卸柔性连杆。
还优选地，所述柔性连杆没有弹性或具有微弱的弹性。所述柔性连杆包括可以由织物、金属或复合材料制成的至少一条丝线或线缆。“微弱的弹性”在这里以及在本发明的上下文中的含义是柔性连杆在应力下少量或非常少量地拉长，这是因为制成柔性拉杆的材料及其设计，尤其是因为其横截面积。柔性拉杆的杨氏模量优选低于100GPa并且优选低于70GPa。对于由织物制成的丝线或线缆，应力下的拉长可以为约3％至4％，对于由金属/金属合金制成的丝线或线缆，应力下的拉长可以为约10％。关于这些特性作出的选择取决于为电池模块寻求的配置。
有利地，所述阻止形状由连接到所述柔性连杆的自由端的至少一个球缺组成。
所述球缺可以被模锻、压接或二次成型到所述柔性连杆的自由端上。需要注意的是，当球缺使用所谓的模锻工艺制造时，球缺被模锻到柔性连杆上，从而允许通过使用预定模具直接按压在柔性连杆上来使球缺成形。可以以各种方式(例如，线圈、蛇形物、折叠部)将阻止形状牢固地紧固、尤其是压接到柔性连杆，以防止在高牵引应力下可能松开。
根据一个有利实施方式，所述电池模块或电池组包括：
-邻接的所述多个蓄电池的纵向面的两侧的两个压缩板；
-至少一个压缩元件，所述压缩元件的柔性连杆包括在其每个自由端的阻止形状，当每个所述阻止形状被封锁在所述两个压缩板中的一个压缩板的容纳部中时，所述柔性连杆被布置成围绕并抵靠所述蓄电池的横向面，使每个所述压缩板压靠其抵靠的邻接的所述多个蓄电池的纵向面。
根据该实施方式，在所述电池模块的横向面上有利地设置成对分布的四个压缩元件。
根据另一有利实施方式，所述蓄电池并排布置并且所述蓄电池的纵向面被由可压缩材料制成的至少一个间隔层隔开。
对于锂离子应用，每个蓄电池都是锂离子蓄电池，其中，例如：
-一个或多个负极的材料选自包括石墨、锂和钛酸盐Li4TiO5O12的组；
-一个或多个正极的材料选自包括LiFePO4、LiCoO2和LiNi0.33Mn0.33Co0.33O2的组。
最后，本发明的另一个主题是一种用于制造如上所述的电池模块或电池组的方法，包括以下步骤：
i/：邻接地布置多个蓄电池，特别地，所述多个蓄电池为棱柱几何形状，每个蓄电池都包括至少一个电化学电池单元C以及用于密封地容纳所述电化学电池单元的刚性或柔性包装，所述电化学电池单元由阴极、阳极和插入所述阴极与所述阳极之间的电解质形成；
ii/：沿着布置在所述电池模块的边缘上的蓄电池的包装的一个面放置至少一个压缩板，所述压缩板包括至少一个容纳部；
iii/：放置至少一个压缩元件，所述压缩元件包括柔性连杆以及至少一个阻止形状，所述至少一个阻止形状集成到或牢固地紧固到所述柔性连杆的一个自由端，使得当所述阻止形状通过干涉配合封锁在所述压缩板的容纳部中时，所述柔性连杆在所述压缩板上施加牵引力，从而使所述压缩板压靠所述蓄电池的所述面。
因此，本发明实质上包括通过压缩方式为电池模块或电池组设置一个或多个围绕电池模块或电池组的柔性连杆，柔性连杆的一个或两个自由端插入并且然后通过干涉配合封锁在为此制造的一个或多个互补的容纳部内，该容纳部被制造在位于电池模块或电池组的边缘上的一个或两个压缩板中。
本发明具有许多优势，包括以下优势：
-本发明提供了用于通过柔性连杆和互补的阻止形状重新分配机械力的解决方案，该解决方案是紧凑的、非常轻的并且确保能够保持高度牵引，而应力下的拉长可以非常低，通常低于4％；
-本发明提供了易于不使用工具而安装和拆卸的解决方案，该柔性连杆的阻止形状可手动地插入在压缩板中的为此设置的容纳部中。因此有利于利用根据本发明的解决方案的电池模块或电池组的维修；
-根据本发明的解决方案可以利用任何类型的蓄电池来实现，而无论电池模块或电池组的类型如何，即使当可能静止或动态地经受高应力(不利的(热/冷等)环境)时也是如此。
通过阅读本发明的工作示例的详细描述，本发明的其他优势和特征将变得明显，本发明的这些工作示例通过参照随后的附图非限制性示出的方式给出。
附图说明
图1是示出了锂离子蓄电池的各个元件的分解示意透视图。
图2是示出了根据现有技术的具有其柔性包装的棱柱形式的锂离子蓄电池的正视图。
图3是根据现有技术的具有其刚性包装(壳体)的圆柱形式的锂离子蓄电池的透视图。
图4是根据现有技术的具有其刚性包装(壳体)的棱柱形式的锂离子蓄电池的透视图。
图5A是示出了必须施加到棱柱形式的锂离子蓄电池的主面的压缩力的示意图。
图5B是示出了必须施加到棱柱形式的锂离子蓄电池的主面的压缩力的另一示意图。
图6是根据本发明的一个实施方式的电池模块的透视图，该电池模块具有压缩板和基于柔性连杆的压缩元件。
图7是图6的细节图。
图8是根据本发明的基于柔性连杆和阻止球的压缩元件的透视图。
具体实施方式
图1至图4涉及根据现有技术的柔性包装的和电池模块的各种锂离子蓄电池的示例。这些图1至图4已经在前面部分中进行评论，因此在以下部分中将不再进一步评论。
为了清楚起见，在所有的图1至图8中使用相同的附图标记指代根据现有技术和根据本发明相同的元件。
贯穿本申请，术语“下”、“上”、“底部”、“顶部”、“之下”和“之上”将参照根据本发明的具有竖直定位的锂离子蓄电池的电池模块来理解。
同样地，术语“纵向”和“横向”将相对于蓄电池的尺寸以及模块或电池组的尺寸来考虑。纵向面或主面是在蓄电池的长度方向上延伸的面，而横向面是在蓄电池的宽度方向上延伸的面。
在以下描述并在附图中示出的示例中，蓄电池A1至A3为棱柱形式且具有采取壳体形式的刚性包装。
蓄电池A1至A3可以在模块或电池组中串联和/或并联电连接。
图6和图7示出了电池模块M的一部分的示例，该电池模块M包括相邻的、即彼此邻接的多个蓄电池A1、A2、A3，蓄电池A1、A2、A3的输出端子4、5均彼此电连接。
在所示出的示例中，模块M包括两个压缩板7、8，这两个压缩板7、8布置在模块的纵向侧面的两端，即抵靠蓄电池A1和A3的纵向面。
为了保持压缩板7、8压靠蓄电池A1和A3，采用至少一个压缩元件9，优选地多个诸如图8中所示的压缩元件。
每个压缩元件9包括由至少一条丝线或线缆组成的柔性连杆90，在柔性连杆90的每个自由端处，球缺91、92牢固地紧固在适当位置。该牢固的紧固在适当位置可以使用模锻、压接或甚至二次成型技术来实现。
在所示出的示例中，四个压缩元件9在模块的横向面上成对分布。
更准确地说，压缩元件9的每条柔性连杆90被布置成围绕并抵靠蓄电池A1、A2和A3的横向面，阻止球缺91、92中的每一者被封锁于在两个压缩板7、8中的一者中为此设置的容纳部70中。如图7所示，容纳部70在压缩板7、8的一个边缘上并且通过允许柔性连杆90通过的凹槽71延伸。
利用压缩元件9的该布置，每个压缩元件9都施加牵引力，该牵引力使每个板7、8压靠其抵靠的纵向蓄电池包装面。
可以有利地进行如下设置：将由可压缩材料制成的至少一个间隔层10布置在两个相邻的纵向蓄电池面之间。该层10因此可以通过其在蓄电池的工作期间的压缩来吸收蓄电池的壳体6的变形。如果该变形没有因此被吸收，则压缩元件将经受比在安装期间经受的应力更大的应力。该可压缩的间隔层10还相对于蓄电池的壳体6产生附加压缩性，从而允许安装压缩元件9。
为了组装如上所述的电池模块M，可以采用如下过程。
步骤i/：蓄电池A1、A2、A3被邻接布置，在合适的情况下，在蓄电池之间插入可压缩材料的至少一个间隔层10。
步骤ii/：分别沿着布置在模块的边缘上的蓄电池A1、A3的壳体6的一个面安装两个压缩板7、8，压缩板包括至少一个容纳部。
步骤iii/：对于每个压缩元件9，一个球缺91被插入一个压缩板7的一个容纳部70中，以通过干涉配合将该球缺封锁在所述容纳部中。柔性连杆90铺设在蓄电池的顶部横向面上并且另一个球缺92被插入另一个压缩板8的容纳部中。然后柔性连杆90对压缩板7、8施加牵引力，从而使每个板压靠蓄电池的纵向面。
步骤iii/可以手动执行。可以通过从压缩板7、8中相应的容纳部中拔出球缺91、92来拆卸模块或电池组，尤其是用于维修目的。替选地，可以切割柔性连杆90。
本发明不限于刚刚已经描述的示例；特别地，可以将所示出的示例的特征与没有示出的变型中的特征彼此结合。
可以设想其他变型和改进，而不脱离本发明的范围。
尽管在所示出的所有示例中，根据本发明的棱柱形式的蓄电池的包装都是刚性的，但是本发明当然可应用于任何类型的棱柱形式的柔性蓄电池包装。
尽管所示出的终结柔性连杆90的自由端的形状是球缺，但是可以设想配合任何其他阻止几何形状的干涉配合，以更好地适配机械部件的界面。

Claims (10)

1.一种电池模块(M)或电池组，包括：
-多个蓄电池(A1、A2…AN)，所述多个蓄电池彼此邻接，特别地，所述多个蓄电池为棱柱几何形状，每个蓄电池都包括至少一个电化学电池单元(C)以及用于密封地容纳所述电化学电池单元的刚性或柔性包装(6)，所述电化学电池单元由阴极(2)、阳极(3)和插入所述阴极与所述阳极之间的电解质形成；
-至少两个压缩板(7)，每个压缩板抵靠邻接的所述多个蓄电池，所述两个压缩板中的至少一个压缩板包括至少一个容纳部；
-至少一个压缩元件(9)，所述压缩元件包括柔性连杆(90)以及至少一个阻止形状(91、92)，所述至少一个阻止形状集成到或牢固地紧固到所述柔性连杆的一个自由端，所述压缩元件相对于所述蓄电池和所述压缩板布置成使得，当所述阻止形状通过干涉配合封锁在一个或多个压缩板的一个或多个容纳部中时，所述柔性连杆在所述压缩板上施加牵引力，从而使所述压缩板压靠邻接的所述多个蓄电池。
2.根据权利要求1所述的电池模块(M)或电池组，其中，所述容纳部被制造在所述压缩板的边缘上并且通过适用于所述柔性连杆通过的凹槽延伸。
3.根据权利要求1或2所述的电池模块(M)或电池组，其中，所述柔性连杆没有弹性或具有微弱的弹性，优选地，所述柔性连杆包括由织物、金属或复合材料制成的至少一条丝线或线缆。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的电池模块(M)或电池组，其中，所述阻止形状由连接到所述柔性连杆的自由端的至少一个球缺组成。
5.根据权利要求4所述的电池模块(M)或电池组，其中，所述球缺被模锻、压接或二次成型到所述柔性连杆的自由端上。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的电池模块(M)或电池组，其中，所述蓄电池并排布置并且所述蓄电池的至少两个纵向面被由可压缩材料制成的间隔层隔开，和/或所述蓄电池的至少一个纵向面与所述压缩板通过由可压缩材料制成的间隔层隔开。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的电池模块(M)或电池组，包括：
-在邻接的所述多个蓄电池的纵向面的两侧的两个压缩板；
-至少一个压缩元件，所述压缩元件的柔性连杆包括在其每个自由端的阻止形状，当每个所述阻止形状被封锁在所述两个压缩板中的一个压缩板的容纳部中时，所述柔性连杆被布置成围绕并抵靠所述蓄电池的横向面，使每个所述压缩板压靠其抵靠的邻接的所述多个蓄电池的纵向面。
8.根据权利要求7所述的电池模块(M)或电池组，包括在所述电池模块的横向面上成对分布的四个压缩元件。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的电池模块(M)或电池组，其中，每个蓄电池为锂离子蓄电池，其中：
-一个或多个负极的材料选自包括石墨、锂和钛酸盐Li4TiO5O12的组；
-一个或多个正极的材料选自包括LiFePO4、LiCoO2和LiNi0.33Mn0.33Co0.33O2的组。
10.一种用于制造根据权利要求1至9中任一项所述的电池模块(M)或电池组的方法，包括以下步骤：
i/：邻接地布置多个蓄电池(A1、A2…AN)，特别地，所述多个蓄电池为棱柱几何形状，每个蓄电池都包括至少一个电化学电池单元(C)以及用于密封地容纳所述电化学电池单元的刚性或柔性包装(6)，所述电化学电池单元由阴极(2)、阳极(3)和插入所述阴极与所述阳极之间的电解质形成；
ii/：沿着布置在所述电池模块的边缘上的蓄电池的包装的一个面放置至少一个压缩板，所述压缩板包括至少一个容纳部；
iii/：放置至少一个压缩元件(9)，所述压缩元件包括柔性连杆(90)以及至少一个阻止形状(91、92)，所述至少一个阻止形状集成到或牢固地紧固到所述柔性连杆的一个自由端，使得当所述阻止形状通过干涉配合封锁在所述压缩板的容纳部中时，所述柔性连杆在所述压缩板上施加牵引力，从而使所述压缩板压靠所述蓄电池的所述面。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6372377B1 (en) 1993-10-25 2002-04-16 Ovonic Battery Company, Inc. Mechanical and thermal improvements in metal hydride batteries, battery modules and battery packs
US6893773B2 (en) 2000-10-13 2005-05-17 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Flat square battery
US7338733B2 (en) 2002-04-30 2008-03-04 Sanyo Electric Co., Ltd. Battery pack
US7335448B2 (en) 2002-05-30 2008-02-26 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Lithium ion secondary battery
JP4324794B2 (ja) 2004-11-09 2009-09-02 ソニー株式会社 負極活物質および二次電池
KR100696638B1 (ko) 2005-09-05 2007-03-19 삼성에스디아이 주식회사 이차 전지 모듈
JP4251204B2 (ja) 2006-08-31 2009-04-08 日産自動車株式会社 電池モジュール
JP5114036B2 (ja) 2006-09-08 2013-01-09 Ｎｅｃエナジーデバイス株式会社 積層型電池の製造方法
FR2963484B1 (fr) 2010-07-29 2013-05-03 E4V Batterie electrique et engin motorise comportant au moins une telle batterie
US9362536B2 (en) * 2012-04-25 2016-06-07 Robert Bosch Gmbh Optimized module restraint system

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