DE102010031641A1 - Battery module with a spring-loaded pressure plate - Google Patents

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Andreas Ruehle
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Abstract

Es wird ein Batteriemodul (1) vorgeschlagen, welches eine Vielzahl von Batteriezellen (10), bevorzugt Lithium-Ionen Batteriezellen, umfasst, die entlang einer ersten Achse (x) zu einem Stapel angeordnet sind. Ferner weist das Batteriemodul (1) mindestens eine Anpressplatte (20) auf, die an einer Außenseite (11) einer äußersten Batteriezelle (10) des Stapels angeordnet ist. Eine Verspannungseinheit (30) umgibt die Vielzahl von Batteriezellen (10) zusammen mit der mindestens einen Anpressplatte (20) und verspannt sie miteinander. Die mindestens eine Anpressplatte (20) ist dabei federnd ausgebildet und übt im durch die Verspannungseinheit (30) verspannten Zustand eine Rückstellkraft auf die Verspannungseinheit (30) aus. Ferner wird ein Kraftfahrzeug mit einem entsprechenden Batteriemodul (1) vorgeschlagen.A battery module (1) is proposed which comprises a multiplicity of battery cells (10), preferably lithium-ion battery cells, which are arranged in a stack along a first axis (x). Furthermore, the battery module (1) has at least one pressure plate (20) which is arranged on an outside (11) of an outermost battery cell (10) of the stack. A bracing unit (30) surrounds the plurality of battery cells (10) together with the at least one pressure plate (20) and braces them together. The at least one pressure plate (20) is designed to be resilient and exerts a restoring force on the bracing unit (30) when it is braced by the bracing unit (30). A motor vehicle with a corresponding battery module (1) is also proposed.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Batteriemodul mit einer Mehrzahl von Batteriezellen, bevorzugt Lithium-Ionen-Batteriezellen, bei dem mittels mindestens einer Anpressplatte ein Druck auf die Batteriezellen ausgeübt wird. Die Erfindung betrifft ferner ein Kraftfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Batteriemodul.The present invention relates to a battery module having a plurality of battery cells, preferably lithium-ion battery cells, in which by means of at least one pressure plate, a pressure on the battery cells is exercised. The invention further relates to a motor vehicle with a battery module according to the invention.

Stand der TechnikState of the art

Batterien zur Speicherung von elektrischer Energie, insbesondere Lithium-Ionen-Batterien, dehnen sich beim Laden aus und ziehen sich beim Entladen wieder zusammen. Diese Volumen- bzw. Längenänderungen sind durch die Ein- und Auslagerungsvorgänge von Lithium-Ionen in den Aktivmaterialien der Elektroden bedingt. Durch das Einlagern von Lithium in das Kohlenstoffmaterial dehnt sich das Material aus. Diese Volumenvergrößerung wird über die Batteriezellenhülle bei entsprechender Verformbarkeit der Zelle weiter nach außen übertragen und führt somit zu einer Änderung wenigstens eines geometrischen Abmaßes der Batterie. Dies gilt insbesondere für Ausführungen, in denen die Batterie mehrere Zellen umfasst. In Folge können aufgrund der Ausdehnung und des Zusammenziehens der Elektrodenmaterialien die einzelnen, in der Zelle angeordneten Schichten (Metallschicht, Kathodenmaterial, Separator, Anodenmaterial, ggf. Folie) mechanischen Belastungen ausgesetzt sein. Die Folge davon ist ein Anstieg des elektrischen Widerstandes in der Batterie und somit ein vermindertes Leistungsvermögen.Batteries for storing electrical energy, in particular lithium-ion batteries, expand during charging and contract again during discharge. These volume or length changes are caused by the storage and removal processes of lithium ions in the active materials of the electrodes. By incorporating lithium into the carbon material, the material expands. This increase in volume is transmitted via the battery cell shell with appropriate deformability of the cell further out and thus leads to a change in at least one geometric dimension of the battery. This is especially true for designs in which the battery includes multiple cells. As a result, due to the expansion and contraction of the electrode materials, the individual layers arranged in the cell (metal layer, cathode material, separator, anode material, possibly foil) may be subjected to mechanical stresses. The consequence of this is an increase in electrical resistance in the battery and thus reduced performance.

Weitere mechanische Belastungen einer Batterie bzw. einer Batteriezelle können zum Beispiel durch Temperaturerhöhung innerhalb der Zelle und der daraus resultierenden Verdampfung von enthaltenen Elektrolyten entstehen, wobei der Dampf zu einem weiteren Druckanstieg innerhalb der Zelle führt. Insbesondere bei erhöhten Temperaturen können zudem chemische Reaktionen in der Batterie bzw. in einer Zelle zustande kommen, aus denen Gase entstehen, die einen zusätzlichen Druckanstieg innerhalb der Batteriezelle erzeugen.Further mechanical stresses on a battery or a battery cell can arise, for example, as a result of an increase in temperature within the cell and the resulting evaporation of electrolytes contained, the vapor leading to a further increase in pressure within the cell. In particular, at elevated temperatures chemical reactions in the battery or in a cell can also come about, from which gases are produced, which generate an additional pressure increase within the battery cell.

Diese Belastungen sind umso höher, je größer die Ladezustandsschwankungen im Betrieb der Batterie sind.These loads are higher, the greater the state of charge fluctuations in the operation of the battery.

Ferner müssen für Anwendungen von Batterien, insbesondere Lithium-Ionen-Batterien, zum Antrieb von Kraftfahrzeugen viele einzelne elektrochemische Batteriezellen zusammengefügt und gehaltert werden. Dies kann durch Platzierung der Einzelzellen in einem Gehäuse, einem Rahmen und/oder Umwicklung der Einzelzellen mit einem Verspannband geschehen. Zwischen dem Verspannband und den äußeren Einzelzellen kann zur Druckbeaufschlagung eines Drucks eine Anpressplatte angeordnet sein. Ein solches Beispiel ist aus der EP 1 760 806 A2 bekannt. Der Anpressdruck soll der beschriebenen Ausdehnung der Batteriezellen entgegenwirken und die unerwünschte Ablösung einzelner Schichten an den Elektrodenmaterialien verhindern. Ein solcher Anpressdruck findet insbesondere bei Batteriezellen für Hybrid-Fahrzeuge Anwendung.Further, for applications of batteries, particularly lithium-ion batteries, to drive motor vehicles, many individual electrochemical battery cells must be assembled and supported. This can be done by placing the individual cells in a housing, a frame and / or wrapping the individual cells with a Verspannband. Between the tensioning band and the outer individual cells, a pressure plate can be arranged to pressurize a pressure. Such an example is from the EP 1 760 806 A2 known. The contact pressure should counteract the described expansion of the battery cells and prevent the unwanted detachment of individual layers of the electrode materials. Such contact pressure is used in particular for battery cells for hybrid vehicles application.

Es ist allerdings schwierig, einen Anpressdruck homogen auf die Batteriezellen zu übertragen, da sich unterschiedliche Bereiche der Batteriezellen unterschiedlich stark ausdehnen und das Verspannband unterschiedliche Bereiche unterschiedlich stark mit Druck beaufschlagt.However, it is difficult to homogeneously transfer a contact pressure to the battery cells, since different areas of the battery cells expand to different extents and the tensioning band applies different pressure to different areas differently.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Erfindungsgemäß wird ein Batteriemodul vorgeschlagen, welches eine Vielzahl von Batteriezellen, bevorzugt Lithium-Ionen-Batteriezellen, umfasst, die entlang einer ersten Achse zu einem Stapel angeordnet sind. Ferner weist das Batteriemodul mindestens eine Anpressplatte auf, die an einer Außenseite einer äußersten Batteriezelle des Stapels angeordnet ist. Eine Verspannungseinheit umgibt die Vielzahl von Batteriezellen zusammen mit der mindestens einen Anpressplatte und verspannt sie miteinander. Die mindestens eine Anpressplatte ist dabei federnd ausgebildet und übt im durch die Verspannungseinheit verspannten Zustand eine Rückstellkraft auf die Verspannungseinheit aus.According to the invention, a battery module is proposed, which comprises a plurality of battery cells, preferably lithium-ion battery cells, which are arranged along a first axis to form a stack. Furthermore, the battery module has at least one pressure plate, which is arranged on an outer side of an outermost battery cell of the stack. A clamping unit surrounds the plurality of battery cells together with the at least one pressure plate and clamps them together. The at least one pressure plate is resilient and exerts a restoring force on the tensioning unit in the tensioned by the clamping unit state.

Das erfindungsgemäße Batteriemodul hat den Vorteil, dass ein Anpressdruck auf die äußerste Batteriezelle homogener ausgebildet werden kann. Dadurch wird eine bessere Effizienz über die Lebensdauer des Batteriemoduls bzw. der Batteriezellen erreicht.The battery module according to the invention has the advantage that a contact pressure on the outermost battery cell can be made more homogeneous. As a result, a better efficiency over the life of the battery module or the battery cells is achieved.

Die Rückstellkraft ist bevorzugt entlang der ersten Achse oder ihr entgegengesetzt gerichtet. Sie kann auch lediglich in einer Komponente entlang der ersten Achse oder ihr entgegengesetzt ausgerichtet sein. Die Rückstellkraft der Anpressplatte wirkt bevorzugt der von der Verspannungseinheit ausgeübten Kraft entgegen.The restoring force is preferably directed along the first axis or its opposite. It may also be oriented only in one component along the first axis or in opposite directions. The restoring force of the pressure plate preferably counteracts the force exerted by the tensioning unit.

Die Batteriezellen werden bevorzugt hintereinander in einem Stapel angeordnet. Unter den äußersten Seiten der Vielzahl der Batteriezellen werden die freien Enden des Stapels bezeichnet. Mit anderen Worten, die Anpressplatten drücken auf die äußere Seite der ersten Batteriezelle, die gegenüber der Seite der ersten Batteriezelle liegt, die mit der zweiten Batteriezelle des Stapels benachbart ist, und die äußere Seite der letzten Batteriezelle, die gegenüber der Seite der letzten Batteriezelle liegt, die mit der vorletzten Batteriezelle des Stapels benachbart ist.The battery cells are preferably arranged one behind the other in a stack. Under the outermost sides of the plurality of battery cells, the free ends of the stack are designated. In other words, the pressing plates press on the outer side of the first battery cell, which is opposite to the side of the first battery cell, which is adjacent to the second battery cell of the stack, and the outer side of the last battery cell, which is opposite to the side of the last battery cell which is adjacent to the penultimate battery cell of the stack.

Die Federkraft der vorgespannten Anpressplatte hängt bevorzugt vom Abstand zu einer Mittelachse der Anpressplatte ab, wobei die Mittelachse entlang einer zur ersten Achse senkrechten und/oder von der ersten Achse verschiedenen zweiten Achse verläuft. Die betreffende Mittelachse ist bevorzugt die senkrechte Mittelachse der Anpressplatte. The spring force of the prestressed pressure plate preferably depends on the distance to a center axis of the pressure plate, wherein the center axis extends along a second axis perpendicular to the first axis and / or different from the first axis. The relevant central axis is preferably the vertical center axis of the pressure plate.

Durch diese Ausbildung der Anpressplatte wird der Mittenbereich der äußeren Seite einer Batteriezelle mit einem höheren Druck beaufschlagt. Bei einer geraden Anpressplatte wird hingegen der Mittenbereich mit einem geringeren Druck beaufschlagt und der Randbereich mit einem relativ höheren Druck.This design of the pressure plate, the center region of the outer side of a battery cell is subjected to a higher pressure. In a straight pressure plate, however, the center region is subjected to a lower pressure and the edge region with a relatively higher pressure.

Die erste Achse ist bevorzugt die x-Achse und die zweite Achse die z-Achse. Jedoch können auch andere Achsen verwendet werden, die bevorzugt senkrecht zueinander ausgebildet sind.The first axis is preferably the x-axis and the second axis is the z-axis. However, other axes can be used, which are preferably formed perpendicular to each other.

Die Rückstellkraft kann auch segmentweise unterschiedlich ausgebildet sein. So kann der vertikale Mittenbereich der Anpressplatte eben ausgebildet sein und keine Rückstellkraft aufweisen und lediglich der daran anschließende Randbereich gebogen ausgebildet sein.The restoring force can also be formed differently in segments. Thus, the vertical center region of the pressure plate may be formed flat and have no restoring force and only the adjoining edge region may be curved.

Die mindestens eine Anpressplatte liegt dabei ohne Verspannung durch die Verspannungseinheit konvex an der entsprechenden äußersten Seite der Vielzahl der Batteriezellen an.The at least one pressure plate is without tension by the bracing convex on the corresponding outermost side of the plurality of battery cells.

Die Anpressplatte kann bevorzugt die Form einer Blattfeder haben.The pressure plate may preferably have the form of a leaf spring.

Die Dicke der Anpressplatte liegt bevorzugt im Bereich von 1 mm bis 6 mm. Bevorzugter liegt sie zwischen 1,5–4 mm, noch bevorzugter bei ca. 2 mm.The thickness of the pressure plate is preferably in the range of 1 mm to 6 mm. More preferably, it is between 1.5-4 mm, more preferably about 2 mm.

Die Verspannungseinheit umfasst bevorzugt ein Verspannband und eine Kopplungseinheit zur Verbindung und Verspannung zweier Enden des Verspannbandes. Durch diese Ausbildung der Verspannungseinheit können Batteriezellen und Anpressplatte einfach und effizient miteinander verbunden und mit Druck beaufschlagt werden. Dazu muss lediglich die Kopplungseinheit derart ausgebildet sein, dass das Verspannband nach Kopplung weiter verspannt werden kann.The bracing unit preferably comprises a bracing strap and a coupling unit for connecting and bracing two ends of the bracing strap. As a result of this design of the clamping unit, the battery cells and the pressure plate can be connected to one another in a simple and efficient manner and pressurized. For this purpose, only the coupling unit must be designed such that the bracing after coupling can be further braced.

Der Krümmungsradius der Anpressplatte liegt bevorzugt in der Ebene oder einer parallelen Ebene des Verlaufs des Verspannbandes.The radius of curvature of the pressure plate is preferably in the plane or a parallel plane of the course of the Verspannbandes.

Die Druckverteilung auf die an der mindestens einen Anpressplatte anliegenden äußeren Seite einer Batteriezelle ist bevorzugt weitgehend homogen, noch bevorzugter homogen im Rahmen der Messungenauigkeit.The pressure distribution on the outer side of a battery cell which bears against the at least one pressure plate is preferably substantially homogeneous, more preferably homogeneous in the context of measurement inaccuracy.

Es wird ferner ein Kraftfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Batteriemodul vorgeschlagen, wobei das Batteriemodul mit einem Antriebssystem des Kraftfahrzeuges verbunden ist.It is also proposed a motor vehicle with a battery module according to the invention, wherein the battery module is connected to a drive system of the motor vehicle.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben und in der Beschreibung beschrieben.Advantageous developments of the invention are specified in the subclaims and described in the description.

Der Begriff Batterie schließt in dieser Anmeldung auch Batteriesysteme, Akkumulatorbatterien, Akkumulatoren, Akkumulatorsysteme, insbesondere Li-Ionen-Systeme oder Li-Polymer-Ionen-Systeme mit ein.The term battery in this application also includes battery systems, accumulator batteries, accumulators, accumulator systems, in particular Li-ion systems or Li-polymer ion systems.

Zeichnungendrawings

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:Embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to the drawings and the description below. Show it:

1 ein Batteriemodul mit mehreren Batteriezellen und einer Anpressplatte des Standes der Technik, 1 a battery module with a plurality of battery cells and a pressure plate of the prior art,

2 eine Druckverteilung an der äußeren Seite des Batteriemoduls des Standes der Technik, 2 a pressure distribution on the outer side of the battery module of the prior art,

3 eine erfindungsgemäße Anpressplatte, 3 a pressure plate according to the invention,

4 eine erfindungsgemäße Anpressplatte mit Batteriezelle, und 4 an inventive pressure plate with battery cell, and

5 eine verbesserte Druckverteilung an der äußeren Seite eines erfindungsgemäßen Batteriemoduls mit einer Anpressplatte der 3. 5 an improved pressure distribution on the outer side of a battery module according to the invention with a pressure plate of 3 ,

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

In der 1 ist ein Batteriemodul des Standes der Technik gezeigt. Das Batteriemodul 1 umfasst eine Mehrzahl von Batteriezellen 10, wobei die Batteriezellen 10 in einem Paket bzw. in einem Stapel angeordnet sind. In 1 sind die Batteriezellen 10 hintereinander in einer ersten Richtung, hier der x-Richtung, angeordnet. Um bei einer Batterie, insbesondere einer Lithium-Ionen-Batterie, eine bessere Effizienz über die Lebensdauer zu erreichen, muss Kraft auf die Batteriezellen aufgebracht werden. Dies wird in der Regel über eine Verspannung der Batteriezellen 10 zur Ausbildung eines Batteriemoduls 1 realisiert. Dazu weist das Batteriemodul 1 der 1 neben einer Verspannungseinheit 30 Anpressplatten 20 auf, die an den freien Enden des Stapels aus Batteriezellen 10 angeordnet sind. Durch die Anpressplatten 20 wird der Druck durch die Verspannungseinheit 30 auf die Seitenflächen der äußeren Batteriezellen 10 verteilt.In the 1 a battery module of the prior art is shown. The battery module 1 includes a plurality of battery cells 10 , wherein the battery cells 10 are arranged in a package or in a stack. In 1 are the battery cells 10 one behind the other in a first direction, here the x-direction, arranged. In order to achieve better efficiency over the life of a battery, in particular a lithium-ion battery, force must be applied to the battery cells. This is usually about a tension of the battery cells 10 for forming a battery module 1 realized. This is indicated by the battery module 1 of the 1 next to a clamping unit 30 pressure plates 20 on, at the free ends of the stack of battery cells 10 are arranged. Through the pressure plates 20 is the pressure through the clamping unit 30 on the side surfaces of the outer battery cells 10 distributed.

Zum Druckaufbau, der Verspannung und/oder dem Zusammenfügen des Stapels aus Batteriezellen 10 und Anpressplatten 20 umgibt eine Verspannungseinheit 30 die Batteriezellen 10 und die Anpressplatten 20 und verspannt diese. Die Verspannungseinheit 30 hat die Funktion Kraft aufzubringen und zu übertragen. In dem Ausführungsbeispiel der 1 ist die Verspannungseinheit 30 nicht-beschränkend durch ein Verspannband 31 und eine Kopplungseinheit 32 realisiert. Die Kopplungseinheit 32 verbindet exemplarisch zwei Enden des Verspannbandes 31 miteinander und beaufschlagt das Verspannband 31 mit einer Kraft. Die Kopplungseinheit 32 kann beispielhaft männliche und weibliche Bestandteile haben, die zur Kopplung ineinander greifen. Die Kopplungseinheit 32 kann auch ein Gewinde umfassen, beispielsweise ein Schneckengewinde nach Art einer Schneckengewindeschelle, mit der das Verspannband 31 verspannt wird. Die Verspannung kann aber auch auf andere Art und Weise erfolgen. To build up pressure, the tension and / or the assembly of the stack of battery cells 10 and pressure plates 20 surrounds a bracing unit 30 the battery cells 10 and the pressure plates 20 and tense this. The tension unit 30 has the function of applying and transmitting power. In the embodiment of 1 is the tension unit 30 non-limiting by a tension band 31 and a coupling unit 32 realized. The coupling unit 32 exemplarily connects two ends of the tension band 31 with each other and acts on the Verspannband 31 with a force. The coupling unit 32 may exemplarily have male and female components that interlock to couple. The coupling unit 32 may also include a thread, such as a worm thread in the manner of a worm thread clamp, with the tensioning band 31 is strained. But the tension can also be done in other ways.

Die Anpressplatte 20 hat die Funktion, die Kraft gleichmäßig auf die äußere Seitenfläche der entsprechenden Batteriezelle 10 zu verteilen. In 1 ist die Verwendung einer geraden Anpressplatte 20 gezeigt. Wenn, wie in 1 gezeigt, die Batteriezellen 10 in x-Richtung hintereinander angeordnet sind, liegt eine erste Anpressplatte 20 an der Außenseite 11 der ersten Batteriezelle 10 des Stapels an, die nicht mit einer weiteren Batteriezelle 10 benachbart ist. Ebenso kann eine zweite Anpressplatte 20 auf der Außenseite 11 der letzten Batteriezelle 10 des Stapels anliegen. Die Anpressplatte 20 erstreckt sich in 1 in der y-z Ebene. Das Verspannband 31 läuft um die Batteriezellen 10 und die Anpressplatten 20 herum, in 1 in einer x-y Ebene, bevorzugt auf halber Höhe der Batteriezellen 10. Das Verspannband 31 kann aber auch anders um die Batteriezellen 10 geführt werden, z. B. in der x-z Ebene, also über den Deckel und den Boden jeder Batteriezelle 10.The pressure plate 20 Has the function of applying force evenly to the outer side surface of the corresponding battery cell 10 to distribute. In 1 is the use of a straight pressure plate 20 shown. If, as in 1 shown the battery cells 10 In the x-direction are arranged one behind the other, is a first pressure plate 20 on the outside 11 the first battery cell 10 of the stack, not with another battery cell 10 is adjacent. Likewise, a second pressure plate 20 on the outside 11 the last battery cell 10 abut the stack. The pressure plate 20 extends into 1 in the yz plane. The tension band 31 runs around the battery cells 10 and the pressure plates 20 around, in 1 in an xy plane, preferably at half the height of the battery cells 10 , The tension band 31 but it can also be different to the battery cells 10 be led, z. B. in the xz plane, so on the lid and the bottom of each battery cell 10 ,

In 1 sind weitere Verbindungselemente gezeigt, die aber rein optional sind. So kann der Batteriezellenstapel in einen Rahmen 40 platziert werden, der Vorder- und Rückseite 41 sowie Verbindungsstücke 43 zwischen Vorder- und Rückseite aufweist. Zudem können zwischen je zwei Batteriezellen 10 weitere Platten 42 angeordnet sein.In 1 Other connecting elements are shown, but they are purely optional. So can the battery cell stack into a frame 40 be placed, the front and back 41 as well as connectors 43 between front and back has. In addition, between every two battery cells 10 more plates 42 be arranged.

In der Ausgestaltung der 1 hat die Verspannung durch das Verspannband. 31 zusammen mit der Form der Anpressplatte 20 die Folge, dass die Druckverteilung auf die Außenseiten 11 der ersten und letzen Batteriezelle 10 des Stapels inhomogen ist. Dies ist in 2 gezeigt. Die dunklen Bereiche der 2 zeigen die Bereiche höheren Drucks. An den Seiten der Anpressplatte 20 wird mehr Druck übertragen als in der Mitte. Dies ist besonders nachteilig, weil der Mittenbereich der Batteriezellen 10 der für eine Verformung empfänglichste ist. Es kann sich während des Betriebs im Mittenbereich einer Batteriezelle 10 ein Bauch bilden, dem durch die Anpressplatte 20 des Standes der Technik nur unzureichend entgegengewirkt wird.In the embodiment of 1 has the tension through the tension band. 31 together with the shape of the pressure plate 20 the consequence that the pressure distribution on the outsides 11 the first and last battery cell 10 of the stack is inhomogeneous. This is in 2 shown. The dark areas of the 2 show the areas of higher pressure. On the sides of the pressure plate 20 will transfer more pressure than in the middle. This is particularly disadvantageous because the center region of the battery cells 10 which is most susceptible to deformation. During operation, it may be in the middle region of a battery cell 10 form a belly, by the pressure plate 20 The prior art is insufficiently counteracted.

Die Rippenstruktur der dargestellten Druckverteilung der 2 ist auf die Verwendung eines Rahmens 40 mit entsprechenden Endflächen 41 zurückzuführen, wie sie in 1 gezeigt sind. Bevorzugt liegt die Anpressplatte 20 direkt auf der Außenseite 11 der ersten und letzten Batteriezelle 10 des Stapels auf.The rib structure of the illustrated pressure distribution of 2 is on the use of a framework 40 with corresponding end surfaces 41 attributed as they are in 1 are shown. Preferably, the pressure plate is located 20 directly on the outside 11 the first and last battery cell 10 of the pile.

3 zeigt eine erfindungsgemäße Anpressplatte 20, 4 zusammen mit einer Batteriezelle 10 vor der Verspannung. Die Anpressplatte 20 ist vorgespannt und federnd ausgebildet. Mit anderen Worten, die Anpressplatte 20 weist einen Radius auf. Sie ist gewölbt ausgebildet. Sie liegt konvex an der Außenseite 11 der äußersten Batteriezelle 10 des Stapels an. Die Wölbung verläuft entlang der y-Achse der 1. Die Wölbung kann auch segmentweise ausgebildet sein, dass heißt, Teilsegmente der Anpressplatte 20 können einen unterschiedlichen Krümmungsradius aufweisen. In 4 ist die Mittelachse 50 der Anpressplatte 20 durch den tiefsten Punkt der Anpressplatte 20, der eine Steigung von Null hat, parallel zur Ebene der Oberfläche der äußeren Batteriezelle 10 dargestellt. Mit anderen Worten, ein Krümmungsmittelpunkt der Anpressplatte 20 liegt bevorzugt genau auf der vertikalen Mittelachse 50 der Anpressplatte 20, kann aber auch leicht davon abweichen. Um die Federkraft weiter zu erhöhen, kann die Anpressplatte 20 mit Sicken ausgeführt werden. Diese können in beliebiger Richtung ausgebildet sein. 3 shows a pressure plate according to the invention 20 . 4 together with a battery cell 10 before the tension. The pressure plate 20 is preloaded and resilient. In other words, the pressure plate 20 has a radius. It is arched. It is convex on the outside 11 the outermost battery cell 10 of the pile. The vault runs along the y-axis of the 1 , The curvature may also be formed in segments, that is, partial segments of the pressure plate 20 may have a different radius of curvature. In 4 is the central axis 50 the pressure plate 20 through the lowest point of the pressure plate 20 having a slope of zero, parallel to the plane of the surface of the outer battery cell 10 shown. In other words, a center of curvature of the pressure plate 20 is preferably exactly on the vertical central axis 50 the pressure plate 20 but may be slightly different. To further increase the spring force, the pressure plate can 20 be executed with beads. These can be designed in any direction.

Das heißt, ohne Verspannungseinheit 30 liegt ein Mittenbereich um die Mittelachse 50 der Verspannungseinheit 30 entlang der z-Achse an der Batteriezelle 10 an und der äußere Bereich der Anpressplatte 20 ist von der Oberfläche der Batteriezelle 10 beabstandet. Dies ist genau der Bereich, in dem sich die Batteriezelle 10 am stärksten ausdehnt. Die Anpressplatte 20 ist elastisch und weist eine Rückstellkraft auf, die vom Abstand zur Mittelachse 50 abhängt. Die Rückstellkraft wirkt entlang der Achse der Stapelung der Batteriezellen 10, also entlang der ersten Achse bzw. ihr entgegengesetzt, je nachdem auf welcher Seite des Stapels die Anpressplatte 20 angeordnet ist. Wird die Verspannungseinheit 30 nun in der x-y-Ebene um die Batteriezellen 10 und die Anpressplatte 20 herum angeordnet, so werden die Seiten der Anpressplatte 20 durch die Kraft des Verspannungseinheit 30 in Richtung der Batteriezellen 10 verformt und liegen dort schließlich an. Gleichzeitig, durch die Krümmung der Anpressplatte 20, liegt der Mittenbereich der Anpressplatte 20 entlang der z-Achse ebenso an der Außenseite 11 der Batteriezelle 10 an und übt einen Druck aus.That is, without tension unit 30 is a central area around the central axis 50 the clamping unit 30 along the z-axis on the battery cell 10 on and the outer area of the pressure plate 20 is from the surface of the battery cell 10 spaced. This is exactly the area where the battery cell is 10 strongest. The pressure plate 20 is elastic and has a restoring force from the distance to the central axis 50 depends. The restoring force acts along the axis of the stacking of the battery cells 10 , ie along the first axis or its opposite, depending on which side of the stack, the pressure plate 20 is arranged. Will the clamping unit 30 now in the xy plane around the battery cells 10 and the pressure plate 20 arranged around, so are the sides of the pressure plate 20 by the force of the clamping unit 30 in the direction of the battery cells 10 deformed and finally arrive there. At the same time, by the curvature of the pressure plate 20 , lies the middle area of the pressure plate 20 along the z-axis as well on the outside 11 the battery cell 10 and exerts a pressure.

Es ist für den Fachmann ersichtlich, dass bei Führung des Verspannbandes 31 über die obere und untere Fläche der Batteriezellen 10, derart, dass die Außenseite 11 der ersten Batteriezelle 10 in z-Richtung durchlaufen wird, die Krümmung der Anpressplatte 20 entsprechend um 90 Grad gedreht werden müsste, also die Krümmung entlang der z-Achse verlaufen müsste. It will be apparent to those skilled in the art that when guiding the bracing tape 31 over the upper and lower surface of the battery cells 10 , such that the outside 11 the first battery cell 10 in the z-direction, the curvature of the pressure plate 20 would have to be rotated by 90 degrees, so the curvature would have to run along the z-axis.

Mit anderen Worten steht der Krümmungsradius der Anpressplatte 20 senkrecht auf der Außenseite der äußeren Batteriezelle 10 sowie auf dem Verspannband 31 und verläuft in der Ebene oder parallel zu der Ebene des Verlaufes des Verspannbandes 31 um die Batteriezelle 10. In 1 verläuft das Verspannband 31 in x-y-Ebene. Der Krümmungsradius verläuft ebenso in einer x-y-Ebene.In other words, the radius of curvature of the pressure plate 20 perpendicular to the outside of the outer battery cell 10 as well as on the tension band 31 and extends in the plane or parallel to the plane of the course of the Verspannbandes 31 around the battery cell 10 , In 1 runs the bracing tape 31 in xy-plane. The radius of curvature also runs in an xy plane.

5 zeigt das Ergebnis einer Messung der verbesserten Druckverteilung mit der gekrümmten Anpressplatte der 3 und 4. Der dunkle Bereich, der einem Bereich hohen Drucks entspricht, in der Mitte der Anpressplatte ist auf die Krümmung der Anpressplatte 20 zurückzuführen. Die optimale Form der Anpressplatte 20 kann beispielsweise unter Verwendung der Finite-Elemente-Methode berechnet werden, um eine möglichst gleichmäßige Kräfteverteilung zu realisieren. Die benötigte Kraft zur Verpressung der Batteriezellen 10 und die Federkennlinie der Anpressplatte 20 sind dabei Parameter der Optimierung. Die Kraft kann zwischen 5000–10000 N betragen, bevorzugt liegt sie bei 7000 N. 5 shows the result of a measurement of the improved pressure distribution with the curved pressure plate of 3 and 4 , The dark area, which corresponds to a high pressure area, in the middle of the pressure plate is on the curvature of the pressure plate 20 due. The optimum shape of the pressure plate 20 can be calculated, for example, using the finite element method in order to achieve the most uniform possible distribution of forces. The required force for pressing the battery cells 10 and the spring characteristic of the pressure plate 20 are parameters of optimization. The force can be between 5000-10000 N, preferably it is 7000 N.

Auf Grund der vorgekrümmten Form der Anpressplatte 20 kann die Anpressplatte 20 wesentlich dünner bei gleicher Kraftübertragung als eine gerade Anpressplatte 20 ausgebildet sein. Eine Anpressplatte 20 des Standes der Technik aus z. B. Stahl oder Aluminium weist üblicherweise eine Dicke von 10 mm auf. Eine erfindungsgemäße Anpressplatte 20 aus gleichem Material benötigt zur Druckbeaufschlagung nur noch eine Dicke von 1–6 mm, bevorzugt 1,5–4 mm, noch bevorzugter ca. 2 mm. Somit kann die Anpressplatte 20 dünner, leichter und kostengünstiger ausgebildet werden.Due to the pre-curved shape of the pressure plate 20 can the pressure plate 20 much thinner with the same power transmission as a straight pressure plate 20 be educated. A pressure plate 20 the prior art from z. As steel or aluminum usually has a thickness of 10 mm. An inventive pressure plate 20 from the same material needed for pressurizing only a thickness of 1-6 mm, preferably 1.5-4 mm, more preferably about 2 mm. Thus, the pressure plate 20 be made thinner, lighter and cheaper.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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Claims (10)

Ein Batteriemodul (1), umfassend: eine Vielzahl von zu einem Stapel zusammengefügten Batteriezellen (10), die entlang einer ersten Achse (X) angeordnet sind; mindestens eine Anpressplatte (20), angeordnet an einer Außenseite (11) einer äußersten Batteriezelle des Stapels (10); eine Verspannungseinheit (30), die die Vielzahl von Batteriezellen (10) zusammen mit der Anpressplatte (20) umgibt und miteinander verspannt; dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Anpressplatte (20) federnd ausgebildet ist und im durch die Verspannungseinheit (30) verspannten Zustand eine Rückstellkraft auf die Verspannungseinheit (30) ausübt.A battery module ( 1 ) comprising: a plurality of battery cells assembled into a stack ( 10 ) arranged along a first axis (X); at least one pressure plate ( 20 ), arranged on an outer side ( 11 ) an outermost battery cell of the stack ( 10 ); a tension unit ( 30 ), which the plurality of battery cells ( 10 ) together with the pressure plate ( 20 ) surrounds and clamped together; characterized in that the at least one pressure plate ( 20 ) is resilient and in by the clamping unit ( 30 ) tensioned state a restoring force on the bracing unit ( 30 ) exercises. Das Batteriemodul (1) nach Anspruch 1, wobei die Rückstellkraft entlang der ersten Achse (x) oder entlang der negativen ersten Achse (x) verläuft.The battery module ( 1 ) according to claim 1, wherein the restoring force extends along the first axis (x) or along the negative first axis (x). Das Batteriemodul (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Rückstellkraft der Anpressplatte (20) der von der Verspannungseinheit (30) ausgeübten Kraft entgegenwirkt.The battery module ( 1 ) according to claim 1 or 2, wherein the restoring force of the pressure plate ( 20 ) of the tensioning unit ( 30 ) counteracts applied force. Das Batteriemodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Rückstellkraft der vorgespannten Anpressplatte (20) vom Abstand eines Messpunktes zu einer Mittelachse (50) der Anpressplatte (20) abhängt, wobei die Mittelachse (50) entlang einer von der ersten Achse (x) verschiedenen und/oder dazu senkrechten zweiten Achse (z) verläuft.The battery module ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein the restoring force of the prestressed pressure plate ( 20 ) from the distance of a measuring point to a central axis ( 50 ) of the pressure plate ( 20 ), the central axis ( 50 ) along a second axis (z) different from and / or perpendicular to the first axis (x). Das Batteriemodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwei Anpressplatten (20) vorgesehen sind, die an den Außenseite (11) der ersten und letzten Batteriezelle (10) des Stapels anliegen.The battery module ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein two pressure plates ( 20 ) are provided, which on the outside ( 11 ) of the first and last battery cell ( 10 ) abut the stack. Das Batteriemodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine Anpressplatte (20) ohne Verspannung durch die Verspannungseinheit (30) konvex an der entsprechenden äußersten Seite der Vielzahl der Batteriezellen (10) anliegt.The battery module ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein the at least one pressure plate ( 20 ) without tension by the tensioning unit ( 30 ) convexly on the corresponding outermost side of the plurality of battery cells ( 10 ) is present. Das Batteriemodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Dicke der mindestens einen Anpressplatte (20) im Bereich von 1 mm bis 6 mm liegt, bevorzugt von 2–4 mm.The battery module ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein the thickness of the at least one pressure plate ( 20 ) is in the range of 1 mm to 6 mm, preferably 2-4 mm. Das Batteriemodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verspannungseinheit (30) umfasst: ein Verspannband (31) und eine Kopplungseinheit (32) zur Verbindung und Verspannung zweier Enden des Verspannbandes (31).The battery module ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein the clamping unit ( 30 ) comprises: a tension band ( 31 ) and a coupling unit ( 32 ) for connecting and tensioning two ends of the tensioning band ( 31 ). Das Batteriemodul (1) nach Anspruch 8, wobei der Krümmungsradius der Anpressplatte (20) in der Ebene oder einer parallelen Ebene des Verlaufs des Verspannbandes (31) liegt.The battery module ( 1 ) according to claim 8, wherein the radius of curvature of the pressure plate ( 20 ) in the plane or a parallel plane of the course of the Verspannbandes ( 31 ) lies. Kraftfahrzeug mit einem Batteriemodul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Batteriemodul (1) mit einem Antriebssystem des Kraftfahrzeuges verbunden ist.Motor vehicle with a battery module ( 1 ) according to one of claims 1 to 9, wherein the battery module ( 1 ) is connected to a drive system of the motor vehicle.
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