DE102012220393A1 - Battery module with two tension plates and two clamping plates - Google Patents

Battery module with two tension plates and two clamping plates Download PDF

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Martin Maier
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Abstract

Es ist ein Batteriemodul (200) mit einem Zugelement (230), einer Spannplatte (240) und einer Mehrzahl von Batteriezellen (100) angegeben. Das Zugelement (230) und die Spannplatte (240) sind ausgeführt, in einem montierten Zustand die Batteriezellen (100) zu umfassen. Die Spannplatte (240) weist in einem Ausgangszustand mit Bezug zu den Batteriezellen (100) einen konvexen Verlauf auf und ist ausgeführt, in dem montierten Zustand eine Druckkraft (150) auf die Mehrzahl von Batteriezellen (100) in einer Richtung entlang einer Längsrichtung (231) des Batteriemoduls (200) auszuüben. Die Spannplatte (240) weist eine Schicht (245) auf, welche ausgeführt ist, in dem montierten Zustand die Druckkraft (150) auf eine Berührfläche (130) der Schicht (245) mit einer zu der Spannplatte (240) benachbart angeordneten Batteriezelle (100A) zu verteilen.A battery module (200) with a tension element (230), a clamping plate (240) and a plurality of battery cells (100) is specified. The tension element (230) and the tensioning plate (240) are designed to encompass the battery cells (100) in an assembled state. In an initial state, the tensioning plate (240) has a convex shape with respect to the battery cells (100) and is designed, in the assembled state, a compressive force (150) on the plurality of battery cells (100) in a direction along a longitudinal direction (231 ) of the battery module (200). The clamping plate (240) has a layer (245) which, in the assembled state, exerts the pressure force (150) on a contact surface (130) of the layer (245) with a battery cell (100A) arranged adjacent to the clamping plate (240) ) to distribute.

Description

Gebiet der Erfindung Field of the invention

Die Erfindung betrifft Batteriemodule. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Batteriemodul und eine Batterieeinheit für eine elektrische Kraftmaschine. The invention relates to battery modules. In particular, the invention relates to a battery module and a battery unit for an electric engine.

Stand der Technik State of the art

Batterieeinheiten, insbesondere Batterieeinheiten für Elektro- und Hybridfahrzeuge, können beispielsweise Lithium-Ionen-Zellen zur Bereitstellung von elektrischer Energie aufweisen und wie folgt aufgebaut sein: Mehrere Batteriezellen bilden ein Batteriemodul und mehrere Batteriemodule bilden eine Batterieeinheit. Dabei sind prismatische, beispielsweise quaderförmige Batteriezellen bekannt, die aus Lebensdauer- und Handhabungsgründen zu Batteriemodulen zusammengefasst werden. Die Batteriezellen können bei der Zusammenfassung zu einem Batteriemodul so angeordnet werden, dass die Batteriezellen mit der größeren Seitenfläche der beiden Seitenflächen bei einem prismatischen Aufbau der Batteriezellen jeweils an die benachbarte Batteriezelle angrenzen. Bei der Zusammenfassung der Batteriezellen zu einem Batteriemodul kann dabei eine Druckkraft auf die erste Batteriezelle und auf die letzte Batteriezelle jeweils in Richtung der benachbarten Batteriezellen erfolgen, was die Lebensdauer der einzelnen Batteriezellen verlängern kann. Dies resultiert daraus, dass insbesondere bei Lithium-Ionen-Zellen im Laufe der Lebensdauer einer solchen Batteriezelle und durch eine zunehmende Anzahl der Lade- und Entladevorgänge ein Volumenzuwachs festgestellt werden kann, welcher die Lebensdauer dieser Batteriezellen negativ beeinflussen kann. Der Druck auf die Batteriezellen eines Batteriemoduls kann diesem Volumenzuwachs der einzelnen Batteriezellen entgegenwirken und so die Lebensdauer und die Leistungsfähigkeit der Batteriezellen und des Batteriemoduls erhöhen. Battery units, in particular battery units for electric and hybrid vehicles, may for example comprise lithium-ion cells for the provision of electrical energy and be constructed as follows: Several battery cells form a battery module and a plurality of battery modules form a battery unit. In this case, prismatic, for example rectangular battery cells are known, which are combined for life and handling reasons to battery modules. The battery cells can be arranged in the summary to a battery module so that the battery cells with the larger side surface of the two side surfaces in a prismatic structure of the battery cells each adjacent to the adjacent battery cell. When combining the battery cells to form a battery module, a pressure force on the first battery cell and on the last battery cell in each case in the direction of the adjacent battery cells, which can extend the life of the individual battery cells. This results from the fact that, especially with lithium-ion cells in the course of the life of such a battery cell and by an increasing number of charging and discharging an increase in volume can be detected, which can adversely affect the life of these battery cells. The pressure on the battery cells of a battery module can counteract this volume increase of the individual battery cells and thus increase the life and performance of the battery cells and the battery module.

Um den entsprechenden Druck bereitzustellen, können beispielsweise gekrümmte Bleche an den entsprechenden Seiten des Batteriemoduls bereitgestellt werden, welche mit Hilfe von Zugelementen in Richtung der auszuübenden Druckkraft gespannt werden. Um eine gleichmäßige Druckverteilung auf die Batteriezellen, welche sich an den Rändern eines Batteriemoduls befinden, zu gewährleisten, werden auf jeder Seite des Batteriemoduls zu jedem der Druckelemente eine Platte zwischen der Batteriezelle und dem Druckelement vorgesehen. Bei der Platte handelt es sich beispielsweise um eine stabile Stahlplatte, da die entsprechenden Druckkräfte beispielsweise zwischen 10 kN und 15 kN liegen können. Stahl eignet sich aufgrund seiner mechanischen Belastbarkeit gut für die Verwendung in einer solchen Platte. To provide the appropriate pressure, for example, curved sheets can be provided on the respective sides of the battery module, which are tensioned by means of tension elements in the direction of the pressure force to be exerted. In order to ensure a uniform pressure distribution to the battery cells, which are located at the edges of a battery module, a plate between the battery cell and the pressure element are provided on each side of the battery module to each of the pressure elements. The plate is, for example, a stable steel plate, since the corresponding compressive forces can be between 10 kN and 15 kN, for example. Due to its mechanical strength, steel is well suited for use in such a plate.

DE 10 2009 000 660 A1 beschreibt den allgemeinen Aufbau eines Batteriemoduls, welches für die Energieversorgung einer Elektrokraftmaschine verwendet wird. DE 10 2009 000 660 A1 describes the general structure of a battery module, which is used for the power supply of an electric motor.

Zusammenfassung der Erfindung Summary of the invention

Mit der Erfindung wird ein Batteriemodul bereitgestellt, welches sich durch ein im Vergleich zu herkömmlichen Batteriemodulen geringeres Gewicht auszeichnet, so dass insbesondere bei der Verwendung eines solchen Batteriemoduls in Fahrzeugen ein geringeres Gesamtgewicht des Fahrzeugs ermöglicht werden kann. With the invention, a battery module is provided, which is characterized by a lower weight compared to conventional battery modules, so that in particular when using such a battery module in vehicles, a lower total weight of the vehicle can be made possible.

Es ist ein Batteriemodul und eine Batterieeinheit gemäß den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche angegeben. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und aus der folgenden Beschreibung. Das Batteriemodul und die Batterieeinheit können insbesondere zur Energieversorgung einer Elektrokraftmaschine eingesetzt werden. It is a battery module and a battery unit according to the features of the independent claims specified. Further developments of the invention will become apparent from the dependent claims and from the following description. The battery module and the battery unit can be used in particular for the power supply of an electric motor.

Gemäß einem ersten Aspekt ist ein Batteriemodul mit einem Zugelement, einer Spannplatte und einer Mehrzahl von Batteriezellen angegeben. Dabei sind das Zugelement und die Spannplatte ausgeführt, in einem montierten Zustand die Batteriezellen zu umfassen, wobei die Spannplatte in einem Ausgangszustand mit Bezug zu den Batteriezellen einen konvexen Verlauf aufweist und ausgeführt ist, in dem montierten Zustand eine Druckkraft auf die Mehrzahl von Batteriezellen in einer Richtung entlang einer Längsrichtung des Batteriemoduls auszuüben. Das Batteriemodul ist dadurch gekennzeichnet, dass die Spannplatte eine Schicht aufweist, welche ausgeführt ist, in dem montierten Zustand die Druckkraft auf eine Berührfläche der Schicht mit einer zu der Spannplatte benachbart angeordneten Batteriezelle zu verteilen. According to a first aspect, a battery module with a tension element, a clamping plate and a plurality of battery cells is specified. In this case, the tension member and the tension plate are designed to comprise the battery cells in an assembled state, wherein the tension plate in a starting state with respect to the battery cells has a convex shape and is executed, in the mounted state, a compressive force on the plurality of battery cells in a Direction along a longitudinal direction of the battery module exercise. The battery module is characterized in that the clamping plate has a layer which is designed, in the mounted state, to distribute the pressure force on a contact surface of the layer with a battery cell arranged adjacent to the clamping plate.

Durch diesen Aufbau der Spannplatte kann beispielsweise der Einsatz einer Platte für die Druckverteilung auf die Batteriezellen vermieden werden, so dass das entsprechende Gewicht dieser Druckverteilungsplatte eingespart werden kann. Bei einer Masse von z.B. 300 g pro Druckverteilungsplatte und bei acht Batteriemodulen pro Batterieeinheit kann bei jeweils zwei Druckverteilungsplatten pro Batteriemodul ein Gewicht von 4,8 kg pro Batterieeinheit durch den Verzicht auf die Druckverteilungsplatten eingespart werden. By this construction of the clamping plate, for example, the use of a plate for the pressure distribution can be avoided on the battery cells, so that the corresponding weight of this pressure distribution plate can be saved. At a mass of e.g. 300 g per pressure distribution plate and with eight battery modules per battery unit, a weight of 4.8 kg per battery unit can be saved by dispensing with the pressure distribution plates with two pressure distribution plates per battery module.

Das Zugelement und die Spannplatte können in dem montierten Zustand insbesondere rechtwinklig zueinander angeordnet sein. Die Schicht auf der Spannplatte kann elastisch sein und/oder plastisch verformbar sein. Dabei kann die Schicht insbesondere mechanisch mit der Spannplatte verbunden sein. Beispielsweise kann die Schicht auf die Spannplatte aufgeklebt sein oder mit der Spannplatte über ein Befestigungselement mechanisch gekoppelt sein. In dem montierten Zustand kann die Schicht die Druckkraft der Spannplatte auf die neben der Spannplatte angeordnete Batteriezelle insbesondere gleichmäßig verteilen. The tension element and the tension plate can be arranged in the assembled state, in particular at right angles to each other. The layer on the Clamping plate may be elastic and / or plastically deformable. In this case, the layer may in particular be mechanically connected to the clamping plate. For example, the layer may be adhesively bonded to the clamping plate or be mechanically coupled to the clamping plate via a fastening element. In the assembled state, the layer can distribute the pressure force of the clamping plate on the battery cell arranged next to the clamping plate in particular evenly.

Dass die Spannplatte einen konvexen Verlauf mit Bezug zu den benachbarten Batteriezellen aufweist, bedeutet, dass die Spannplatte in dem nicht montierten Zustand gekrümmt ist. In einer Ausführungsform kann der Verlauf der Spannplatte beispielsweise einen Abschnitt einer Kreisbahn oder einen elliptischen Verlauf beschreiben, wobei die Spannplatte so an der ersten Batteriezelle anliegt, dass die Seitenfläche der Batteriezelle, an welcher die Spannplatte anliegt, eine Tangentialfläche zu der Spannplatte darstellt. That the tension plate has a convex shape with respect to the adjacent battery cells means that the tension plate is curved in the unassembled state. In one embodiment, the course of the clamping plate, for example, describe a portion of a circular path or an elliptical course, wherein the clamping plate rests against the first battery cell, that the side surface of the battery cell, against which the clamping plate is applied, a tangential surface to the clamping plate.

Gemäß einer Ausführungsform weist die an der Spannplatte vorgesehene Schicht einen Faserverbundstoff auf. According to one embodiment, the layer provided on the clamping plate has a fiber composite.

Bei dem Faserverbundstoff kann es sich beispielsweise um faserverstärktes Polyamid handeln, welches beispielsweise einen Glasfaseranteil von 30 % aufweist. Der Faserverbundstoff weist eine hohe mechanische Festigkeit auf, so dass er sich für den Einsatz und die Verwendung bei den in dem Batteriemodul vorliegenden Druckkräften gut eignen kann. The fiber composite may be, for example, fiber-reinforced polyamide, which has, for example, a glass fiber content of 30%. The fiber composite has a high mechanical strength so that it can be well suited for use and use with the compressive forces present in the battery module.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die an der Spannplatte vorgesehene Schicht einen Kunststoff auf, wobei der Faserverbundstoff den Kunststoff umgibt. According to a further embodiment, the layer provided on the clamping plate has a plastic, wherein the fiber composite surrounds the plastic.

Der Kunststoff stellt dabei einen inneren Kern und der Faserverbundstoff eine äußere Umhüllung des Kerns dar. Dieser Aufbau der Schicht kann eine gleichmäßige Druckverteilung des durch die Spannplatte ausgeübten Drucks auf die Batteriezelle ermöglichen. The plastic is an inner core and the fiber composite an outer sheath of the core. This structure of the layer can allow a uniform pressure distribution of the pressure exerted by the clamping plate pressure on the battery cell.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Kunststoff ein Polypropylen auf. According to a further embodiment, the plastic comprises a polypropylene.

Das Polypropylen kann sich dadurch auszeichnen, dass es plastisch oder elastisch verformbar ist, so dass sich die Schicht zwischen der Spannplatte und der daneben angeordneten Batteriezelle so anordnet bzw. verformt, dass eine gleichmäßige Druckverteilung auf die Seitenfläche der Batteriezelle ermöglicht wird. The polypropylene may be characterized in that it is plastically or elastically deformable, so that the layer between the clamping plate and the adjacent battery cell arranged or deformed so that a uniform pressure distribution on the side surface of the battery cell is made possible.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Schicht elektrisch isolierend ausgeführt. According to a further embodiment, the layer is designed to be electrically insulating.

Damit wird ermöglicht, dass die Spannplatte, welche aus Stahl gefertigt sein kann, durch eine elektrisch isolierende Schicht von der Batteriezelle getrennt wird. Dies kann insbesondere die Sicherheit bei der Montage und der Verwendung des Batteriemoduls verbessern. Auch kann dies einen Montagevorgang des Batteriemoduls vereinfachen, da keine zusätzliche isolierende Schicht zwischen die Spannplatte und die Batteriezelle eingebracht werden muss. This makes it possible that the clamping plate, which may be made of steel, is separated by an electrically insulating layer of the battery cell. This can in particular improve the safety during assembly and use of the battery module. Also, this can simplify an assembly process of the battery module, since no additional insulating layer between the clamping plate and the battery cell must be introduced.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Schicht in einer quer zu der Längsrichtung verlaufenden Querrichtung des Batteriemoduls zumindest abschnittsweise einen sich verjüngenden Querschnitt auf. In accordance with a further embodiment, the layer has a tapering cross section at least in sections in a transverse direction of the battery module running transversely to the longitudinal direction.

Der sich in Querrichtung verjüngende Querschnitt kann sozusagen als Gegenstück zu dem gekrümmten Verlauf der Spannplatte ausgeführt sein und zusätzlich die gleichmäßige Druckverteilung auf die zu der Spannplatte benachbart angeordnete Batteriezelle ermöglichen. Insbesondere zu Beginn des Montagevorgangs, wenn die Spannplatte noch in ihrem Ausgangszustand ist und durch die Spannkraft der Zugelemente noch nicht zumindest teilweise entgegen des Krümmungsverlaufs der Spannplatte gebogen wurde, kann der abschnittsweise sich verjüngende Querschnitt dazu beitragen, dass gerade zu Beginn des Montagevorgangs die Spannkraft nicht auf einer kleinen Berührfläche aufliegt, sondern dass gerade diese Berührfläche vergrößert wird. The transversely tapering cross-section can be carried out, so to speak, as a counterpart to the curved course of the clamping plate and, in addition, allow the uniform pressure distribution on the adjacent to the clamping plate arranged battery cell. In particular, at the beginning of the assembly process, when the clamping plate is still in its initial state and has not yet been bent at least partially against the curvature of the clamping plate by the clamping force of the tension elements, the sectionally tapered cross section can help that just at the beginning of the assembly process, the clamping force is not rests on a small contact surface, but that just this contact surface is increased.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist jede Batteriezelle der Mehrzahl von Batteriezellen eine aufladbare Batterie. According to another embodiment, each battery cell of the plurality of battery cells is a rechargeable battery.

Das Batteriemodul wie oben und im Folgenden beschrieben eignet sich insbesondere für die Verwendung zusammen mit aufladbaren Batterien, da ein solches Batteriemodul eine mehrfache Verwendung über einen längeren Zeitraum ermöglicht. The battery module as described above and below is particularly suitable for use with rechargeable batteries, since such a battery module allows multiple use over a long period of time.

Gemäß einer Ausführungsform ist die aufladbare Batterie eine Lithium-Ionen-Zelle. In one embodiment, the rechargeable battery is a lithium-ion cell.

Das Batteriemodul wie oben und im Folgenden beschrieben ist ausgeführt, durch das Zugelement und die Spannplatte eine Druckkraft auf die Batteriezellen so auszuüben, dass einem Volumenzuwachs, wie er für Lithium-Ionen-Zellen während ihrer Lebenszeit typisch ist, entgegengewirkt wird. Indem dieser Volumenzuwachs reduziert oder gar verhindert werden kann, erhöht sich so auch die Lebensdauer der Lithium-Ionen-Zellen. The battery module as described above and below is designed to exert a compressive force on the battery cells by the tension element and the clamping plate in such a way that it counteracts a volume increase typical of lithium-ion cells during their lifetime. By reducing or even preventing this increase in volume, the lifetime of the lithium-ion cells is also increased.

Gemäß einer weitern Ausführungsform sind die Batteriezellen prismatisch geformt. According to another embodiment, the battery cells are prismatic.

Dies bedeutet, dass gegenüberliegende Flächen der Batteriezellen zueinander parallel verlaufen, wie dies beispielsweise bei einem rechteckigen bzw. quaderförmigen Aufbau der Batteriezellen der Fall ist. Der Volumenzuwachs während der Lebensdauer insbesondere von Lithium-Ionen-Zellen kann insbesondere durch den prismatischen Aufbau von Batteriezellen erhöht ausfallen. In diesem Fall kann der Volumenzuwachs aus dem prismatischen Aufbau einer Batteriezelle resultieren, da das Gehäuse der Batteriezelle möglicherweise nicht in der Lage ist, dem Volumenzuwachs die nötigen Druckkräfte entgegenzusetzen, um den Volumenzuwachs zu vermindern oder gar komplett zu verhindern. Das Batteriemodul wie oben und im Folgenden beschrieben kann den Volumenzuwachs von insbesondere prismatisch aufgebauten Batteriezellen vermindern oder verhindern, so dass diese Batteriezellen eine erhöhte Lebensdauer aufweisen können. This means that opposite surfaces of the battery cells are parallel to each other, as is the case, for example, in the case of a rectangular or parallelepiped construction of the battery cells. The volume increase during the lifetime, in particular of lithium-ion cells, can be increased in particular by the prismatic structure of battery cells. In this case, the increase in volume may result from the prismatic construction of a battery cell, since the housing of the battery cell may not be able to counteract the increase in volume with the necessary pressure forces in order to reduce or even completely prevent the volume increase. The battery module as described above and in the following can reduce or prevent the increase in volume of, in particular, prismatic battery cells, so that these battery cells can have an increased service life.

Gemäß einem weiteren Aspekt ist eine Batterieeinheit für eine elektrische Kraftmaschine angegeben, welche eine Mehrzahl von Batteriemodulen wie oben und im Folgenden beschrieben aufweist. According to another aspect, there is provided a battery unit for an electric power engine having a plurality of battery modules as described above and hereinafter.

Die Batterieeinheit kann beispielsweise als Energiespeicher für den Antrieb von Elektromotoren bereitgestellt werden. Insbesondere kann die Batterieeinheit für die Verwendung in von einem solchen Elektromotor angetriebenen Fahrzeugen verwendet werden. Das durch den Aufbau der Batteriemodule eingesparte Gewicht der Batterieeinheit kann dabei dem Energieverbrauch eines solchen Fahrzeuges zugute kommen, da sich dadurch auch das Gewicht des Fahrzeugs reduzieren lässt. The battery unit can be provided for example as energy storage for the drive of electric motors. In particular, the battery pack may be used for use in vehicles powered by such an electric motor. The weight of the battery unit saved by the construction of the battery modules can thereby benefit the energy consumption of such a vehicle, as this can also reduce the weight of the vehicle.

Gemäß einer Ausführungsform sind die Batteriemodule in einem montierten Zustand prismatisch geformt. In one embodiment, the battery modules are prismatic in an assembled state.

Dies bedeutet, dass die Spannplatte eines Batteriemoduls in einem in der Batterieeinheit montierten Zustand aufgrund einer durch die Zugelemente anliegenden Spannkraft gerade gebogen sind, wobei diese Biegung aus dem gekrümmten Zustand in den geraden Zustand aufgrund der Materialelastizität der Spannplatte ermöglicht wird. Die in dem montierten Zustand der Batteriemodule erreichte prismatische Form kann auch einen platzsparenden Einsatz bzw. eine platzsparende Montage der Batteriemodule in der Batterieeinheit ermöglichen. This means that the clamping plate of a battery module are bent straight in a state mounted in the battery unit due to a tension force applied by the pulling elements, this bending being made possible from the curved state to the straight state due to the material elasticity of the clamping plate. The prismatic shape achieved in the mounted state of the battery modules can also enable a space-saving use or a space-saving installation of the battery modules in the battery unit.

Im Folgenden werden mit Verweis auf die Figuren Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. In the following, embodiments of the invention will be described with reference to the figures.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings

1 zeigt eine Batterieeinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel. 1 shows a battery unit according to an embodiment.

2 zeigt ein Batteriemodul gemäß einem Ausführungsbeispiel. 2 shows a battery module according to an embodiment.

3A zeigt eine schematische Darstellung eines Batteriemoduls gemäß einem Ausführungsbeispiel in einem nicht montierten Zustand. 3A shows a schematic representation of a battery module according to an embodiment in a non-assembled state.

3B zeigt eine schematische Darstellung eines Batteriemoduls gemäß einem Ausführungsbeispiel in einem montierten Zustand. 3B shows a schematic representation of a battery module according to an embodiment in an assembled state.

4A zeigt eine Schnittdarstellung einer Seitenansicht eines Batteriemoduls gemäß einem Ausführungsbeispiel. 4A shows a sectional view of a side view of a battery module according to an embodiment.

4B zeigt eine Draufsicht eines Batteriemoduls gemäß einem Ausführungsbeispiel. 4B shows a plan view of a battery module according to an embodiment.

5 zeigt eine schematische Darstellung einer Spannplatte für ein Batteriemodul gemäß einem Ausführungsbeispiel. 5 shows a schematic representation of a clamping plate for a battery module according to an embodiment.

Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch und nicht maßstabsgetreu. Werden in der folgenden Figurenbeschreibung gleiche Bezugsziffern verwendet, so betreffen diese gleiche oder ähnliche Elemente. The illustrations in the figures are schematic and not to scale. If the same reference numerals are used in the following description of the figures, these relate to the same or similar elements.

Ausführungsformen der Erfindung Embodiments of the invention

1 zeigt eine Batterieeinheit 300, wobei die Batterieeinheit acht Batteriemodule 200 aufweist, von denen jedes sechs Batteriezellen 100 aufweist. 1 shows a battery unit 300 , wherein the battery unit eight battery modules 200 each of which has six battery cells 100 having.

Es sei darauf hingewiesen, dass eine Batterieeinheit auch mehr oder weniger als acht Batteriemodule aufweisen kann, und dass ein Batteriemodul auch mehr oder weniger als sechs Batteriezellen aufweisen kann. It should be noted that a battery unit may also have more or less than eight battery modules, and that a battery module may also have more or less than six battery cells.

2 zeigt eine schematische Darstellung einer Draufsicht auf ein Batteriemodul 200. Das Batteriemodul 200 weist sechs Batteriezellen auf, welche in Längsrichtung 231 des Batteriemoduls nebeneinander angeordnet sind. Die Batteriezellen weisen jeweils einen ersten Spannungsanschluss 110 und einen zweiten Spannungsanschluss 120 auf, wobei jeweils der erste Spannungsanschluss einer Batteriezelle mit dem zweiten Spannungsanschluss der benachbarten Batteriezelle elektrisch so verbunden ist, dass sämtliche Batteriezellen 100 des Batteriemoduls 200 eine Reihenschaltung darstellen, so dass sich für das Batteriemodul 200 ein erster Spannungsanschluss 210 und ein zweiter Spannungsanschluss 220 ergibt. Dabei sind die Batteriezellen bzw. deren Spannungsanschlüsse mit einem Batteriezellenverbinder 115 elektrisch verbunden. 2 shows a schematic representation of a plan view of a battery module 200 , The battery module 200 has six battery cells, which in the longitudinal direction 231 the battery module are arranged side by side. The battery cells each have a first voltage connection 110 and a second voltage connection 120 in each case, the first voltage terminal of a battery cell with the second voltage terminal of the adjacent battery cell is electrically connected so that all the battery cells 100 of the battery module 200 represent a series connection, so for the battery module 200 a first voltage connection 210 and a second voltage connection 220 results. In this case, the battery cells or their voltage terminals with a battery cell connector 115 electrically connected.

Insbesondere bei der Verwendung von wieder aufladbaren Lithium-Ionen-Zellen kann sich durch eine zunehmende Anzahl von Ladevorgängen ein Volumenzuwachs von Batteriezellen mit rechteckigem Querschnitt ergeben, wobei sich in dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ein Volumenzuwachs der einzelnen Batteriezellen entlang der Längsrichtung 231 des Batteriemoduls ergibt. Damit würde sich beispielsweise die Ausdehnung des gesamten Batteriemoduls in Längsrichtung 231 verändern, das heißt zunehmen, und zusätzlich würde die Leistung der einzelnen Batteriezellen durch den Volumenzuwachs reduziert. Especially with the use of rechargeable lithium-ion cells may be an increase in volume of battery cells of rectangular cross-section through an increasing number of charging, resulting in the in 2 illustrated embodiment, an increase in volume of the individual battery cells along the longitudinal direction 231 of the battery module results. This would, for example, the extension of the entire battery module in the longitudinal direction 231 change, that is, increase, and in addition the performance of the individual battery cells would be reduced by the volume increase.

Um diesem Volumenzuwachs entgegenzuwirken, muss also eine Druckkraft 150 auf die Seitenflächen der Batteriezellen wirken, wobei die Druckrichtung der Druckkraft 150 entlang der Längsrichtung 231 des Batteriemoduls verläuft. To counteract this increase in volume, so must a compressive force 150 acting on the side surfaces of the battery cells, wherein the printing direction of the pressing force 150 along the longitudinal direction 231 of the battery module runs.

Das Batteriemodul 200 weist zwei in Längsrichtung verlaufende Zugelemente 230 auf, wobei die Zugelemente an jedem ihrer Enden mit jeweils einer Spannplatte 240 an der Verbindungsstelle 235 mechanisch verbunden sind. Die beiden Zugelemente 230 und die beiden Spannplatten 240 umgeben dabei die sechs Batteriezellen 100 des Batteriemoduls 200. Die Spannplatten 240 weisen jeweils einen gekrümmten Verlauf auf und sind so angeordnet, dass die am Rande liegenden Batteriezellen den äußeren Rand des gekrümmten Verlaufs der Spannplatten berühren, das heißt dass die jeweils krümmungsäußeren Ränder der beiden Spannplatten auf die jeweils gegenüberliegende Spannplatte weisen. The battery module 200 has two longitudinal tension elements 230 on, with the tension elements at each of its ends, each with a clamping plate 240 at the junction 235 mechanically connected. The two tension elements 230 and the two clamping plates 240 surround the six battery cells 100 of the battery module 200 , The clamping plates 240 each have a curved course and are arranged so that the battery cells lying on the edge touch the outer edge of the curved course of the clamping plates, that is, the respective outer edges of the curvature of the two clamping plates point to the respective opposite clamping plate.

Um aus dem in 2 dargestellten unmontierten Zustand der Spannplatten in den montierten Zustand zu gelangen, werden die Spannplatten in dem Bereich der Verbindungsstelle 235 mit einer Druckkraft in Richtung jeweils der gegenüberliegenden Spannplatte belastet, bis die beiden Spannplatten beispielsweise einen geraden Verlauf aufweisen, so dass eine an die Spannplatte angrenzende Batteriezelle über ihre gesamte Breite berührt wird, und dann eine mechanische Verbindung zwischen den Spannplatten und dem Zugelement hergestellt wird. Durch den vorgeformten bzw. gekrümmten Verlauf der Spannplatten in dem unmontierten Zustand wird in dem montierten Zustand eine Druckkraft auf die Batteriezellen ausgeübt, wobei die Spannplatten jeweils eine Druckkraft in Richtung der gegenüberliegenden Spannplatte ausüben. Hiermit kann ein Volumenzuwachs der Batteriezellen in Längsrichtung 231 des Batteriemoduls 200 vermieden werden. To get out of the in 2 shown unmounted state of the clamping plates to get into the assembled state, the clamping plates in the region of the joint 235 loaded with a compressive force in the direction of each of the opposite clamping plate until the two clamping plates, for example, have a straight course, so that a battery cell adjacent to the clamping plate is touched over its entire width, and then a mechanical connection between the clamping plates and the tension element is produced. Due to the preformed or curved course of the clamping plates in the unassembled state, a pressure force is exerted on the battery cells in the assembled state, the clamping plates each exerting a compressive force in the direction of the opposite clamping plate. This can increase the volume of the battery cells in the longitudinal direction 231 of the battery module 200 be avoided.

Jede Spannplatte 240 weist eine Schicht 245 auf, welche zwischen der Spannplatte und der benachbarten Batteriezelle 100a angeordnet ist. Die Schicht 245 kann dabei eine gleichmäßige Verteilung des Drucks der Spannplatte 240 auf die Seitenfläche der Batteriezelle ermöglichen, so dass eine Beschädigung der Seitenfläche der Batteriezelle durch eine punktuelle Druckbelastung vermieden werden kann. Es geht also in diesem Ausführungsbeispiel gerade darum, dass nicht eine aus Stahl oder einem sonstigen Metall bestehende Spannplatte mit einer der Spannplatte zugewandten Seitenfläche einer Batteriezelle in Berührung kommt. Each clamping plate 240 has a layer 245 on which between the clamping plate and the adjacent battery cell 100a is arranged. The layer 245 can thereby a uniform distribution of the pressure of the clamping plate 240 allow on the side surface of the battery cell, so that damage to the side surface of the battery cell can be avoided by a selective pressure load. Thus, in this exemplary embodiment, it is precisely the fact that a clamping plate consisting of steel or another metal does not come into contact with a side face of a battery cell facing the clamping plate.

3A zeigt eine detaillierte schematische Darstellung eines Teils eines Batteriemoduls in unmontiertem Zustand. Eine Oberfläche 246 der Schicht 245 der Spannplatte 240 bildet eine Berührfläche 130 mit einer ersten Seitenfläche 101 der zu der Spannplatte 240 benachbart angeordneten Batteriezelle 100. An der zweiten Seitenfläche 102 der Batteriezelle 100 grenzt eine weitere Batteriezelle an, welche aus Übersichtlichkeitsgründen in 3A nicht dargestellt ist. 3A shows a detailed schematic representation of a portion of a battery module in the unassembled state. A surface 246 the layer 245 the clamping plate 240 forms a contact surface 130 with a first side surface 101 the to the clamping plate 240 adjacently arranged battery cell 100 , At the second side surface 102 the battery cell 100 adjoins another battery cell, which for clarity in 3A not shown.

3B zeigt eine der 3A entsprechende Darstellung eines Batteriemoduls, wobei die Spannplatte 240 sich in 3B in montiertem Zustand befindet. Die Spannplatte 240 weist keinen gekrümmten Verlauf auf, so dass die Berührfläche 130 mit der ersten Seitenfläche 101 der Batteriezelle 100 im Vergleich zu der 3A über die gesamte erste Seitenfläche 101 der Batteriezelle 100 verläuft. Die Schicht 245 und insbesondere die Oberfläche 246 der Schicht 245 ermöglicht dabei eine gleichmäßige Druckverteilung der Druckkraft 150 auf die erste Seitenfläche 101 der Batteriezelle 100. 3B shows one of the 3A corresponding representation of a battery module, wherein the clamping plate 240 yourself in 3B in assembled condition. The clamping plate 240 has no curved course, so that the contact surface 130 with the first side surface 101 the battery cell 100 compared to the 3A over the entire first side surface 101 the battery cell 100 runs. The layer 245 and especially the surface 246 the layer 245 allows a uniform pressure distribution of the pressure force 150 on the first side surface 101 the battery cell 100 ,

In den 2, 3A und 3B ist die Schicht 245 jeweils als anhaftendes Element auf der Spannplatte 240 dargestellt, wobei der Schicht 245 sich zwischen der Spannplatte 240 und der zu der Spannplatte benachbarten Batteriezelle befindet. In the 2 . 3A and 3B is the layer 245 each as an adhesive element on the clamping plate 240 shown, wherein the layer 245 between the clamping plate 240 and the battery cell adjacent to the clamping plate is located.

4A zeigt eine schematische Seitenansicht einer Spannplatte 240 und einer Batteriezelle 100a. Die Spannplatte 240 weist dabei eine Schicht 245 auf, wobei die Schicht 245 die Spannplatte 240 umhüllt bzw. ummantelt und von der Spannplatte 240 lediglich einen Teilabschnitt zum Herstellen einer mechanischen Verbindung mit einem Zugelement freilässt. Bei der mechanischen Verbindung der Spannplatte mit dem Zugelement kann es sich beispielsweise um eine Schweißverbindung handeln. 4A shows a schematic side view of a clamping plate 240 and a battery cell 100a , The clamping plate 240 has a layer 245 on, with the layer 245 the clamping plate 240 wrapped or sheathed and from the clamping plate 240 leaving only a portion for making a mechanical connection with a tension member. In the mechanical connection of the clamping plate with the tension element may be, for example, a welded connection.

4B zeigt eine schematische Draufsicht auf eine Spannplatte 240 und zwei Zugelemente 230, wobei die Spannplatte 240 in einem montierten Zustand an der Batteriezelle 100a mit der Schicht 245 anliegt. 4B shows a schematic plan view of a clamping plate 240 and two tension elements 230 , where the clamping plate 240 in a mounted state on the battery cell 100a with the layer 245 is applied.

Die Schicht 245 ist dabei mit der Spannplatte 240 mittels zweier Haltenasen befestigt, wobei die Haltenasen jeweils durch eine Ausnehmung der Spannplatte durchgreifen, so dass die Schicht 245 mechanisch mit der Spannplatte 240 gekoppelt ist. The layer 245 is with the clamping plate 240 fastened by means of two retaining lugs, wherein the retaining lugs engage in each case through a recess of the clamping plate, so that the layer 245 mechanically with the clamping plate 240 is coupled.

5 zeigt eine schematische Darstellung einer Spannplatte 240 mit einer Schicht 245. Die Schicht 245 weist einen Faserverbundstoff 248 und einen Kunststoff 247 auf, wobei der Faserverbundstoff als äußerer Mantel bzw. Umhüllung der Schicht 245 dargestellt ist und den Kunststoff 247 als Kern der Schicht umhüllt. 5 shows a schematic representation of a clamping plate 240 with a layer 245 , The layer 245 has a fiber composite 248 and a plastic 247 on, wherein the fiber composite material as the outer jacket or coating of the layer 245 is shown and the plastic 247 wrapped as the core of the layer.

Die Schicht 245 weist einen in Querrichtung 241 der Spannplatte 240 sich verjüngenden Querschnitt auf, das heißt dass eine erste Dicke 249a der Schicht in Längsrichtung des Batteriemoduls größer ist als eine zweite Dicke 249b der Schicht ebenfalls in Längsrichtung des Batteriemoduls. Die Dicke der Schicht 245 kann dabei insbesondere ausgehend von einem Randbereich der Spannplatte 240 in Querrichtung 241 bis zur Mitte der Spannplatte abnehmen und dann wieder zunehmen bis hin zu dem gegenüberliegenden Rand der Schicht 245 bzw. der Spannplatte 240. Dies kann dazu führen, dass eine Oberfläche 246 der Schicht einen größeren Krümmungsradius aufweist als dies die Spannplatte 240 tut. Damit kann insbesondere zu Beginn eines Montagevorgangs eine vergrößerte Berührfläche mit einer an der Oberfläche 246 angrenzenden Batteriezelle geschaffen werden. The layer 245 has a transverse direction 241 the clamping plate 240 tapered cross section, that is, a first thickness 249a the layer in the longitudinal direction of the battery module is greater than a second thickness 249b the layer also in the longitudinal direction of the battery module. The thickness of the layer 245 can in particular, starting from an edge region of the clamping plate 240 in the transverse direction 241 Remove to the middle of the clamping plate and then increase again to the opposite edge of the layer 245 or the clamping plate 240 , This can lead to a surface 246 the layer has a larger radius of curvature than the clamping plate 240 does. Thus, especially at the beginning of an assembly process, an enlarged contact surface with a on the surface 246 be created adjacent battery cell.

Der Kunststoff 247 kann in diesem Ausführungsbeispiel plastisch stärker verformbar sein als der Faserverbundstoff 248, so dass die gesamte Schicht 245 plastisch verformbar ist und sich somit die Oberfläche 246 an eine Seitenfläche einer angrenzenden Batteriezelle bzw. an die Kontur dieser Seitenfläche anpassen kann, so dass eine gleichmäßige Druckverteilung auf die angrenzende Batteriezelle erfolgt. Plastic 247 may be plastically more deformable in this embodiment than the fiber composite 248 so that the entire layer 245 is plastically deformable and thus the surface 246 can adapt to a side surface of an adjacent battery cell or to the contour of this side surface, so that a uniform pressure distribution takes place on the adjacent battery cell.

In anderen Worten bietet damit das Batteriemodul wie oben beschrieben eine Kombination aus optimaler Druckverteilung, Gewichtseinsparung und einer fertigungsgerechten Schweißverbindung der Spannplatten mit den Zugelementen, wobei allerdings alternativ zu der Schweißverbindung auch eine Schraubverbindung oder eine sonstige mechanisch koppelnde bzw. fixierende Verbindung zwischen der Spannplatte und den Zugelementen möglich ist. Die Spannplatten können aus einem vorgeprägten und vorgeformten Federblech bestehen, das auf eine maximale Federkraft von beispielsweise 15 kN ausgelegt ist. Die Spannplatte kann in einen Faserverbundstoff bzw. in einen Faserverbundwerkstoff eingebettet sein, so dass die Fasern ein Gewebe oder ein Gestrick bilden, das sich zwischen der Spannplatte und einer an die Spannplatte angrenzenden Batteriezelle befindet. Durch den Faserverbundwerkstoff kann eine gleichmäßige Druckverteilung im gespannten bzw. montierten Zustand der Spannplatte erreicht werden. Dies kann auch dadurch erreicht werden, dass der Faserverbundwerkstoff die Druckkräfte in Querrichtung der Spannplatte in die Randbereiche der Spannplatte bzw. der angrenzenden Batteriezelle leitet. In other words, thus provides the battery module as described above, a combination of optimal pressure distribution, weight saving and production-compliant welding of the clamping plates with the tension elements, however, as an alternative to the weld also a screw or other mechanically coupling or fixing connection between the clamping plate and the Tensile elements is possible. The clamping plates may consist of a pre-formed and preformed spring plate, which is designed for a maximum spring force of, for example, 15 kN. The clamping plate can be embedded in a fiber composite or in a fiber composite material, so that the fibers form a fabric or a knit, which is located between the clamping plate and a battery cell adjacent to the clamping plate. By the fiber composite material, a uniform pressure distribution in the tensioned or mounted state of the clamping plate can be achieved. This can also be achieved in that the fiber composite material directs the compressive forces in the transverse direction of the clamping plate in the edge regions of the clamping plate and the adjacent battery cell.

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Claims (11)

Batteriemodul (200), aufweisend: ein Zugelement (230); eine Spannplatte (240); und eine Mehrzahl von Batteriezellen (100); wobei das Zugelement (230) und die Spannplatte (240) ausgeführt sind, in einem montierten Zustand die Batteriezellen (100) zu umfassen; wobei die Spannplatte (240) in einem Ausgangszustand mit Bezug zu den Batteriezellen (100) einen konvexen Verlauf aufweist und ausgeführt ist, in dem montierten Zustand eine Druckkraft (150) auf die Mehrzahl von Batteriezellen (100) in einer Richtung entlang einer Längsrichtung (231) des Batteriemoduls (200) auszuüben; dadurch gekennzeichnet, dass die Spannplatte (240) eine Schicht (245) aufweist, welche ausgeführt ist, in dem montierten Zustand die Druckkraft (150) auf eine Berührfläche (130) der Schicht (245) mit einer zu der Spannplatte (240) benachbart angeordneten Batteriezelle (100A) zu verteilen. Battery module ( 200 ), comprising: a tension member ( 230 ); a clamping plate ( 240 ); and a plurality of battery cells ( 100 ); the tension element ( 230 ) and the clamping plate ( 240 ) are executed, in a mounted state, the battery cells ( 100 ) to include; the clamping plate ( 240 ) in an initial state with respect to the battery cells ( 100 ) has a convex shape and is executed, in the mounted state, a pressing force ( 150 ) on the plurality of battery cells ( 100 ) in a direction along a longitudinal direction ( 231 ) of the battery module ( 200 ) exercise; characterized in that the clamping plate ( 240 ) a layer ( 245 ), which is executed, in the mounted state, the pressing force ( 150 ) on a contact surface ( 130 ) of the layer ( 245 ) with one to the clamping plate ( 240 ) adjacent battery cell ( 100A ) to distribute. Batteriemodul (200) nach Anspruch 1, wobei die Schicht (245) einen Faserverbundstoff (248) aufweist. Battery module ( 200 ) according to claim 1, wherein the layer ( 245 ) a fiber composite ( 248 ) having. Batteriemodul (200) nach Anspruch 2, wobei die Schicht (245) einen Kunststoff (247) aufweist; und wobei der Faserverbundstoff (248) den Kunststoff (247) umgibt. Battery module ( 200 ) according to claim 2, wherein the layer ( 245 ) a plastic ( 247 ) having; and wherein the fiber composite ( 248 ) the plastic ( 247 ) surrounds. Batteriemodul (200) nach Anspruch 3, wobei der Kunststoff (247) ein Polypropylen aufweist. Battery module ( 200 ) according to claim 3, wherein the plastic ( 247 ) comprises a polypropylene. Batteriemodul (200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schicht (245) elektrisch isolierend ausgeführt ist. Battery module ( 200 ) according to any one of the preceding claims, wherein the layer ( 245 ) is designed electrically insulating. Batteriemodul (200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schicht (245) in einer quer zu der Längsrichtung (231) verlaufenden Querrichtung (241) des Batteriemoduls (200) zumindest abschnittsweise einen sich verjüngenden Querschnitt aufweist. Battery module ( 200 ) according to any one of the preceding claims, wherein the layer ( 245 ) in a direction transverse to the longitudinal direction ( 231 ) extending transverse direction ( 241 ) of the battery module ( 200 ) has a tapered cross-section at least in sections. Batteriemodul (200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jede Batteriezelle (100) der Mehrzahl von Batteriezellen (100) eine aufladbare Batterie ist. Battery module ( 200 ) according to any one of the preceding claims, wherein each battery cell ( 100 ) of the plurality of battery cells ( 100 ) is a rechargeable battery. Batteriemodul (200) nach Anspruch 7, wobei die aufladbare Batterie eine Lithium-Ionen-Zelle ist. Battery module ( 200 ) according to claim 7, wherein the rechargeable battery is a lithium-ion cell. Batteriemodul nach Anspruch 8, wobei die Batteriezellen (100) prismatisch geformt sind. Battery module according to claim 8, wherein the battery cells ( 100 ) are formed prismatic. Batterieeinheit (300) für eine elektrische Kraftmaschine, aufweisend eine Mehrzahl von Batteriemodulen (200) nach einem der Ansprüche 1 bis 9. Battery unit ( 300 ) for an electrical engine, comprising a plurality of battery modules ( 200 ) according to one of claims 1 to 9. Batterieeinheit (300) nach Anspruch 10, wobei die Batteriemodule (200) in einem montierten Zustand prismatisch geformt sind. Battery unit ( 300 ) according to claim 10, wherein the battery modules ( 200 ) are prismatic in an assembled state.
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