DE102013226161A1

DE102013226161A1 - Clamping unit for a battery module

Info

Publication number: DE102013226161A1
Application number: DE102013226161.6A
Authority: DE
Inventors: Markus Kohlberger; Marc Heydemann; Markus Hald
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2013-12-17
Filing date: 2013-12-17
Publication date: 2015-06-18

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verspanneinheit (12) für ein Batteriemodul (10), aufweisend ein Verspannband (16) zum zumindest teilweisen Umspannen wenigstens einer Batteriezelle (11), dadurch gekennzeichnet, dass die Verspanneinheit (12) eine Ausgleichseinheit (18) aufweist, welche Ausgleichseinheit (18) eine temperaturabhängige Geometrieänderung, insbesondere Längenänderung, des Verspannbands (16) zumindest teilweise ausgleicht. Eine vorstehend beschriebene Verspanneinheit (12) ermöglicht es auf besonders einfache und kostengünstige Weise, die Leistungsfähigkeit eines Batteriemoduls (10) temperaturunabhängig aufrechtzuerhalten. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Batteriemodul aufweisend eine derartige Verspanneinheit (12).The present invention relates to a clamping unit (12) for a battery module (10), comprising a bracing strip (16) for at least partially re-clamping at least one battery cell (11), characterized in that the bracing unit (12) has a compensation unit (18) Compensation unit (18) at least partially compensates for a temperature-dependent change in geometry, in particular change in length, of the Verspannbands (16). A clamping unit (12) described above makes it possible in a particularly simple and cost-effective manner to maintain the performance of a battery module (10) independent of temperature. The present invention further relates to a battery module comprising such a clamping unit (12).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verspanneinheit für ein Batteriemodul. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere eine Verspanneinheit für ein Batteriemodul für eine verbesserte Verspannung des Batteriemoduls. The present invention relates to a clamping unit for a battery module. In particular, the present invention relates to a clamping unit for a battery module for improved clamping of the battery module.

Stand der TechnikState of the art

Elektrochemische Energiespeicher, wie beispielsweise Lithium-Ionen-Batterien, sind in vielen täglichen Anwendungen weit verbreitet. Sie werden beispielsweise in Computern, wie etwa Laptops, Mobiltelefonen, Smartphones und bei anderen Anwendungen eingesetzt. Auch bei der zur Zeit stark vorangetriebenen Elektrifizierung von Fahrzeugen, wie etwa Kraftfahrzeugen, bieten derartige Batterien Vorteile.Electrochemical energy storage devices, such as lithium-ion batteries, are widely used in many daily applications. They are used, for example, in computers such as laptops, mobile phones, smart phones, and other applications. Even with the currently highly advanced electrification of vehicles, such as motor vehicles, such batteries offer advantages.

Lithium-Ionen-Batterien, beispielsweise, etwa für den automobilen Einsatzbereich, umfassen oftmals eine Mehrzahl von einzelnen Zellen. Diese Zellen werden, um das Spannungs- oder Stromniveau zu erhöhen, parallel oder in Reihe miteinander verschaltet. Dabei werden die Zellen zu Einheiten, so genannten Modulen, zusammengefasst. Die Zellen umfassender dabei oftmals ein metallisches Gehäuse, in welchem sich die Zelleinheit, beispielsweise umfassend gewickelt ausgestaltete Elektroden, befinden.Lithium-ion batteries, for example, for automotive use, often include a plurality of individual cells. These cells are connected in parallel or in series to increase the voltage or current level. The cells are grouped into units, so-called modules. The cells often include a metallic housing, in which the cell unit, for example, comprehensively wound configured electrodes, are located.

Die in den Gehäusen angeordneten Elektrodeneinheiten können oftmals bei einer Temperaturerhöhung aufschwellen. Dadurch wird der innere Widerstand der Zelle größer und deren Leistung sinkt. Deshalb ist es bekannt, auf das Modul mithilfe eines Spannbandes von außen eine Kraft einzubringen, um so die Zellen zusammen zu pressen und das Anschwellen zu verhindern.The electrode units arranged in the housings can often swell when the temperature increases. As a result, the internal resistance of the cell is greater and their power decreases. Therefore, it is known to apply a force to the module by means of a tension band from the outside, so as to press the cells together and prevent swelling.

Aus dem Dokument WO 2012/010347 A1 , beispielsweise, ist ein Batteriemodul bekannt, welches eine Vielzahl von Batteriezellen umfasst, die in einem Stapel angeordnet sind. Dabei weist das Batteriemodul mindestens eine Anpressplatte auf, die an einer Außenseite einer äußeren Batteriezelle des Stapels angeordnet ist. Eine Verspannungseinheit umgibt dabei die Vielzahl von Batteriezellen zusammen mit der mindestens einen Anpressplatte und verspannt diese miteinander.From the document WO 2012/010347 A1 For example, a battery module is known which comprises a plurality of battery cells arranged in a stack. In this case, the battery module has at least one pressure plate, which is arranged on an outer side of an outer 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.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Verspanneinheit für ein Batteriemodul, aufweisend ein Verspannband zum zumindest teilweisen Umspannen wenigstens einer Batteriezelle, wobei die Verspanneinheit eine Ausgleichseinheit aufweist, welche Ausgleichseinheit eine temperaturabhängige Geometrieänderung, insbesondere Längenänderung, des Verspannbands zumindest teilweise ausgleicht.The present invention is a clamping unit for a battery module, comprising a bracing for at least partially re-clamping at least one battery cell, wherein the clamping unit comprises a compensation unit, which compensation unit compensates for a temperature-dependent change in geometry, in particular length change, of the Verspannbands at least partially.

Eine vorbeschriebene Verspanneinheit erlaubt es insbesondere, die sich temperaturbedingt verändernde Spannkraft des Spannbands zumindest teilweise auszugleichen.A previously described clamping unit makes it possible, in particular, to compensate at least partially for the tension-related tension of the clamping band which changes as a result of the temperature.

Die vorbeschriebene Verspanneinheit dient somit insbesondere einer Verwendung in einem Batteriemodul und ist dabei insbesondere ausgestaltet, um bei einem Batteriemodul wenigstens eine, insbesondere eine Mehrzahl an Batteriezellen zu verspannen. Dabei ist ein Batteriemodul insbesondere ein Anordnung aufweisend wenigstens eine, insbesondere eine Mehrzahl an Batteriezellen. Ein derartiges Verspannen kann dabei insbesondere dazu dienen, einem temperaturbedingten Anschwellen der Batteriezellen, wodurch der innere Widerstand der Zelle vergrößert wird beziehungsweise deren Leistung sinkt, entgegenzuwirken. Ein Anschwellen kann dabei beispielsweise durch eine Verdampfung von in der Zelle enthaltenen Elektrolyten kommen. The above-described clamping unit thus serves, in particular, for use in a battery module and is in particular designed to clamp at least one, in particular a plurality, of battery cells in a battery module. In this case, a battery module is in particular an arrangement having at least one, in particular a plurality of battery cells. Such bracing can in particular serve to counteract a temperature-induced swelling of the battery cells, whereby the internal resistance of the cell is increased or its power decreases. Swelling can occur, for example, by evaporation of electrolytes contained in the cell.

Das Spannband dient somit dazu, von außen eine Kraft einzubringen und somit die Zellen zusammen zu pressen und das Anschwellen zu verhindern und somit die Leistungsfähigkeit der Batteriezellen auch bei erhöhten Temperaturen aufrecht zu erhalten.The tension band thus serves to introduce a force from the outside and thus to press the cells together and to prevent swelling and thus to maintain the performance of the battery cells even at elevated temperatures.

Um das Vorstehende zu erreichen, ist das Verspannband der Verspanneinheit zum zumindest teilweisen Umspannen wenigstens einer Batteriezelle, insbesondere einer Mehrzahl von Batteriezellen, ausgestaltet, so dass es die Batteriezellen mit einander verspannen kann. Das Verspannband kann dabei ausgestaltet sein, wie es für den gewünschten Anwendungsfall grundsätzlich geeignet ist. Beispielsweise kann das Spannband aus einem Kunststoff geformt sein, wie etwa aufweisend Aramidfdasern, Polyvinylchlorid oder Polyester. Weitere Beispiele umfassen etwa faserverstärkte Textilgewebe, Metallspannbänder, Bänder aus Kohlefaserverbundstoffen oder Ähnliches.In order to achieve the above, the clamping band of the clamping unit for at least partially re-clamping at least one battery cell, in particular a plurality of battery cells, designed so that it can clamp the battery cells with each other. The bracing can be designed, as it is in principle suitable for the desired application. For example, the tension band may be molded from a plastic, such as aramid fibers, polyvinyl chloride or polyester. Other examples include fiber reinforced fabrics, metal straps, carbon fiber composite ribbons, or the like.

Bei aus dem Stand der Technik bekannten Verspannbändern kann aufgrund einer Wärmeausdehnung des Verspannbands eine Geometrieänderung des Verspannbands auftreten. Eine derartige Geometrieänderung kann beispielsweise eine Längenänderung des Verspannbands umfassen. Eine derartige Längenänderung kann wiederum dazu führen, dass die Spannkraft des Verspannbands bei einer Temperaturerhöhung nachlässt beziehungsweise bei einer Reduzierung der Temperatur sich verstärkt.In the case of bracing bands known from the prior art, a change in the geometry of the bracing band can occur due to thermal expansion of the bracing band. Such a change in geometry may include, for example, a change in length of the Verspannbands. Such a change in length can in turn lead to the clamping force of the Verspannbands decreases in a temperature increase or amplified at a reduction in temperature.

Um einem derartigen Effekt entgegenzuwirken, ist bei einer vorbeschriebenen Verspanneinheit vorgesehen, dass die Verspanneinheit eine Ausgleichseinheit aufweist, welche Ausgleichseinheit eine temperaturabhängige Geometrieänderung, insbesondere Längenänderung, des Verspannbands zumindest teilweise ausgleicht. In order to counteract such an effect, it is provided in a previously described clamping unit that the clamping unit has a compensation unit, which compensation unit at least partially compensates for a temperature-dependent change in geometry, in particular length change, of the Verspannbands.

Somit kann durch eine vorbeschriebene Verspanneinheit auf besonders einfache Weise eine nachlassende Spannkraft sicher verhindert werden, so dass das Verspannband insbesondere bei hoher Temperatur und einer damit einhergehenden Gefahr eines Anschwellens der Batteriezellen definiert seine Spannkraft ausüben kann. Thus, by a prescribed clamping unit in a particularly simple manner, a decreasing clamping force can be reliably prevented, so that the clamping band can exercise its clamping force defined especially at high temperature and a concomitant danger of swelling of the battery cells.

Die Ausgleichseinheit ist hierzu derart ausgestaltet, dass sie eine temperaturabhängige Längenänderung des Verspannbands zumindest teilweise, insbesondere vollständig, ausgleicht. Hierzu kann insbesondere ein auch als Dehnstoffarbeitselement bezeichnetes Element vorgesehen sein, welches sich durch eine Temperaturänderung, welche auf die Zellen wirkt, ebenfalls komprimiert beziehungsweise expandiert und durch eine geeignete Anordnung die Spannkraft des Spannbands durch seine Expansion beziehungsweise Komprimierung beeinflussen kann. Somit kann durch die Ausgleichseinheit insbesondere eine unterschiedliche Wärmeausdehnung zwischen den Zellen und dem Verspannband ausgeglichen werden. Dadurch kann erreicht werden, dass die Zellen unabhängig von der Temperatur konstant mit einer im Wesentlichen gleichen Spannkraft zusammengepresst beziehungsweise verspannt werden.The compensation unit is for this purpose designed such that it at least partially, in particular completely compensates for a temperature-dependent change in length of the Verspannbands. For this purpose, in particular, an element also referred to as Dehnstoffarbeitselement be provided, which is also compressed or expanded by a change in temperature which acts on the cells and can influence by a suitable arrangement, the clamping force of the clamping band by its expansion or compression. Thus, in particular a different thermal expansion between the cells and the bracing band can be compensated by the compensation unit. It can thereby be achieved that the cells are pressed or clamped constantly with a substantially identical clamping force, independently of the temperature.

Einem Aufquellen der Zellen durch eine nachlassende Spannkraft oder einer Beschädigung der Zellen durch eine Zunahme der Spannkraft, etwa durch das Auftreten besonders geringer Temperaturen, beispielsweise bei einem Lagern des Batteriemoduls, durch den Temperatureinfluss kann somit entgegengewirkt werden.Swelling of the cells by a decreasing tension force or damage to the cells by an increase in the clamping force, for example due to the occurrence of particularly low temperatures, for example when the battery module is stored, can thus be counteracted by the influence of temperature.

Darüber hinaus kann eine vorbeschriebene Verspanneinheit an einer geeigneten Stelle des Moduls befestigt werden, und beispielsweise zwei Bereiche des Verspannbands miteinander verbinden. Somit ist es beispielsweise möglich, dass die Verspannungseinheit die Funktion eines Befestigungsmittels zum Befestigen der Endbereiche des Verspannbands übernimmt. Dadurch kann auf eine aus dem Stand der Technik bekannte Befestigungseinheit verzichtet werden. Eine derartige Bauteileinsparung kann eine besonders kostengünstige Lösung erlauben. In addition, a prescribed clamping unit can be attached to a suitable position of the module, and for example, connect two areas of the Verspannbands together. Thus, it is possible, for example, for the tensioning unit to assume the function of a fastening means for fastening the end regions of the tensioning band. As a result, it is possible to dispense with a fastening unit known from the prior art. Such a component saving can allow a particularly cost-effective solution.

Weiterhin kann durch die Einfachheit einer vorbeschriebenen Verspanneinheit eine besonders einfache Implementierung in bereits bestehende Systeme ermöglicht werden.Furthermore, due to the simplicity of a previously described clamping unit, a particularly simple implementation in already existing systems can be made possible.

Zusammenfassend erlaubt es eine vorstehend beschriebene Verspanneinheit auf besonders einfache und kostengünstige Weise, die Leistungsfähigkeit eines Batteriemoduls temperaturunabhängig aufrechtzuerhalten.In summary, a clamping unit described above allows in a particularly simple and cost-effective manner to maintain the performance of a battery module temperature-independent.

Im Rahmen einer Ausgestaltung kann die Ausgleichseinheit einen mit dem Verspannband verbundenen Kolben aufweisen, wobei der Kolben zumindest teilweise in einem Zylinder geführt ist, wobei in dem Zylinder ein temperaturexpandierbares und temperaturkomprimierbares Material zum temperaturabhängigen Bewegen des Kolbens angeordnet ist. Insbesondere diese Ausgestaltung kann ein besonders einfaches und dabei effektives Ausgleichen von Längenänderungen des Verspannbands bei unterschiedlichen Temperaturen erlauben. In an embodiment, the compensation unit may have a piston connected to the Verspannband, wherein the piston is at least partially guided in a cylinder, wherein in the cylinder a temperature-expandable and temperaturkomprimierbares material for temperature-dependent movement of the piston is arranged. In particular, this embodiment may allow a particularly simple and effective compensation of changes in length of the Verspannbands at different temperatures.

Ein derartiges Ausgleichselement ist dabei beispielsweise in anderer Funktion aus anderen Gebieten der Technik bekannt. Im Detail werden bei der temperaturabhängigen Regelung von Kühlkreisläufen, beispielsweise bei Fahrzeugen, Thermostate eingesetzt. Diese besitzen Dehnstoffarbeitselemente, welche ihre Volumen durch eine Temperaturerhöhung vergrößern und einen Kolben bewegen. Dieser wirkt anschließend auf das entsprechende Stellglied, beispielsweise ein Ventil, und schließt oder öffnet die erforderlichen Kanäle. Sinkt die Temperatur wieder, reduziert sich das Volumen der Dehnstoffarbeitselemente und eine Feder rückt den Kolben zurück in die Stellung. Dadurch ist eine zuverlässige und langlebige Regelung der Kühlkreisläufe möglich.Such a compensation element is known, for example, in a different function from other fields of technology. In detail, thermostats are used in the temperature-dependent control of cooling circuits, for example in vehicles. These have Dehnstoffarbeitselemente, which increase their volume by increasing the temperature and move a piston. This then acts on the corresponding actuator, such as a valve, and closes or opens the required channels. When the temperature drops again, the volume of expansion work elements is reduced and a spring returns the piston to the position. As a result, a reliable and long-lasting control of the cooling circuits is possible.

Durch die Erfinder der vorliegenden Erfinder wurde es in überraschender Weise gefunden, dass derartige Ausgestaltungen als Ausgleichselemente für das Ausgleichen unterschiedlicher Längenelemente von Verspannbändern in Batteriemodulen besonders vorteilhaft geeignet sind. Denn insbesondere dann, wenn der bewegliche Kolben mit dem Verspannband verbunden, etwa an diesem befestigt, ist, kann eine temperaturabhängige Kraft auf das Verspannband ausgeübt werden. Dies kann insbesondere dadurch realisiert werden, dass die beweglichen Kolben durch das Dehnstoffsarbeitselement beziehungsweise das temperaturexpandierbare und temperaturkomprimierbare Material bewegt werden. Somit kann ausgehend von dem temperaturexpandierbaren und temperaturkomprimierbaren Material über den Kolben unmittelbar eine Kraft auf das Verspannband ausgeübt werden.It has surprisingly been found by the inventors of the present inventors that such embodiments are particularly advantageously suitable as compensating elements for compensating different length elements of bracing bands in battery modules. For in particular when the movable piston connected to the Verspannband, about this attached, is, a temperature-dependent force can be exerted on the Verspannband. This can be realized, in particular, by moving the movable pistons through the expansion working element or the temperature-expandable and temperature-compressible material. Thus, starting from the temperature-expandable and temperature-compressible material on the piston directly a force to be exerted on the bracing.

Unter einem temperaturexpandierbaren und temperaturkomprimierbaren Material kann dabei insbesondere ein solches Material verstanden werden, welches in Abhängigkeit der Temperatur expandiert beziehungsweise sich komprimiert. Insbesondere kann ein derartiges Material bei der Temperaturerhöhung expandieren und somit sein Volumen vergrößern, und entsprechend bei einer Reduzierung der Temperatur sich komprimieren und somit sein Volumen verringern.A temperature-expandable and temperature-compressible material may in particular be understood as meaning such a material, which depends on the temperature expands or compresses. In particular, such a material can expand as the temperature increases, thus increasing its volume, and correspondingly compressing with a reduction in temperature and thus reducing its volume.

In Abhängigkeit der Anordnung des Kolbens kann somit bei steigender Temperatur unmittelbar die Spannkraft des Verspannbands erhöht werden, beziehungsweise bei sinkender Temperatur die Spannkraft wieder reduziert werden. In Abhängigkeit des gewählten temperaturexpandierbaren und temperaturkomprimierbaren Materials kann somit eine nahezu konstante Spannkraft des Verspannbands und dadurch eine im Wesentlichen konstante Verspannung des Batteriemoduls bewirkt werden. Dabei kann ein derartiges Ausgleichselement grundsätzlich im Wesentlichen derart ausgestaltet sein, wie es für Thermostate zur temperaturabhängigen Regeln von Kühlkreisläufen an sich bekannt ist.Depending on the arrangement of the piston can thus be increased directly with increasing temperature, the clamping force of the Verspannbands, or at decreasing temperature, the clamping force can be reduced again. Depending on the selected temperature-expandable and temperature-compressible material thus a nearly constant clamping force of the Verspannbands and thus a substantially constant tension of the battery module can be effected. In principle, such a compensating element can in principle be designed in such a way as is known per se for thermostats for temperature-dependent control of cooling circuits.

Dabei ist eine derartige Ausgestaltung des Ausgleichselements gleichermaßen kostengünstig herstellbar, als Befestigungsmaterial des Verspannbands einsetzbar und in bestehende Systeme problemlos implementierbar.In this case, such an embodiment of the compensation element is equally inexpensive to produce, can be used as a fastening material of Verspannbands and easily implemented in existing systems.

Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann der Kolben federvorgespant sein. Insbesondere in dieser Ausgestaltung kann sichergestellt sein, dass beispielsweise bei einem Komprimieren des temperaturexpandierbaren und temperaturkomprimierbaren Materials der Kolben unmittelbar in seine Ausgangsposition zurückgeführt wird und somit die Spannkraft des Verspannbands unmittelbar sich verändert.As part of a further embodiment, the piston may be spring-biased. In particular, in this embodiment, it can be ensured that, for example, when compressing the temperature-expandable and temperature-compressible material of the piston is returned directly to its original position and thus the clamping force of the Verspannbands changed immediately.

Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann der Kolben durch ein als Hebel wirkendes Kraftübertragungselement mit dem Verspannband verbunden sein.In the context of a further embodiment, the piston can be connected by a acting as a lever power transmission element with the Verspannband.

Insbesondere in dieser Ausgestaltung kann eine besonders einfache Anpassung des Ausgleichselements an bestehende Systeme beziehungsweise an aus dem Stand der Technik an sich bekannte Verspannbänder möglich sein. Denn dadurch, dass das Kraftübertragungselement als Hebel wirkt, kann in geeigneter Weise eine Übersetzung der von dem Kolben ausgehenden Kraft auf das Verspannband möglich sein. Dadurch kann neben einer einfachen Adaptierung an bestehende Systeme ferner eine besonders breite Auswahl des temperaturexpandierbaren und temperaturkomprimierbaren Materials möglich sein.In particular, in this embodiment, a particularly simple adaptation of the compensating element to existing systems or to known from the prior art bracing be possible. Because the fact that the force transmission element acts as a lever, a translation of the outgoing of the piston force on the Verspannband may be possible in a suitable manner. As a result, in addition to a simple adaptation to existing systems, a particularly wide selection of the temperature-expandable and temperature-compressible material can also be possible.

Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann das temperaturexpandierbare und temperaturkomprimierbare Material ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Öl, Wachs, Hartparaffin oder einem Metall, wie beispielsweise Kupfer oder Messing. Insbesondere die vorgenannten Materialien können dabei durch eine temperaturbedingte Expansion eine ausreichend große Kraft auswirken, um einer Längenänderung des Verspannbands entgegenzuwirken und somit die Spannkraft im Wesentlichen konstant zu halten.Within the scope of a further embodiment, the temperature-expandable and temperature-compressible material is selected from the group consisting of oil, wax, hard paraffin or a metal, such as copper or brass. In particular, the aforementioned materials can have a sufficiently large force by a temperature-induced expansion to counteract a change in length of the Verspannbands and thus to keep the clamping force substantially constant.

Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann die auf das Verspannband wirkende Kraft der Ausgleichseinheit steuerbar sein. Insbesondere in dieser Ausgestaltung wird es somit möglich, dass die auf das Verspannband wirkende Kraft nicht alleine durch eine grundsätzlich in der Umgebung des Ausgleichselements beziehungsweise des Batteriemoduls vorliegende Temperatur ausgeübt wird, sondern dass die einwirkende Kraft selektiv und in definierter Weise steuerbar sein kann. Insbesondere diese Ausgestaltung kann somit ermöglichen, dass eine erhöhte Spannkraft im Bedarfsfall, etwa bei einer erhöhten Leistungsabgabe, bereits vor Erwärmung der Zelle erzielt wird. Somit kann diese Ausgestaltung besonders effektiv ein Verspannen ermöglichen und damit besonders effektiv etwa einer Leistungsreduzierung des Batteriemoduls entgegenwirken. Beispielsweise kann eine Steuerung möglich sein durch eine Temperiereinrichtung, welche selektiv und in definierter Weise einen Temperatureinfluss auf das temperaturexpandierbare und temperaturkomprimierbare Material ausüben kann und somit die Kraft, welche durch den Kolben auf das Verspannband wirkt, beeinflussen kann.In a further embodiment, the force acting on the Verspannband force of the compensation unit can be controlled. In particular, in this embodiment, it is thus possible that the force acting on the Verspannband force is not exercised alone by a basically existing in the vicinity of the compensating element or the battery module temperature, but that the applied force can be controlled selectively and in a defined manner. In particular, this embodiment can thus allow an increased clamping force in case of need, for example at an increased power output, is achieved before heating the cell. Thus, this embodiment can particularly effectively enable distortion and thus counteract particularly effectively about a power reduction of the battery module. For example, a control may be possible by means of a tempering device which can exert a temperature influence on the temperature-expandable and temperature-compressible material selectively and in a defined manner and thus influence the force acting on the tensioning band by the piston.

Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile der erfindungsgemäßen Verspanneinheit wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Batteriemodul, den Figuren sowie der Figurenbeschreibung verwiesen.With regard to further technical features and advantages of the clamping unit according to the invention, reference is hereby explicitly made to the explanations in connection with the battery module according to the invention, the figures and the description of the figures.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner Batteriemodul mit wenigstens einer Batteriezelle wobei das Batteriemodul wenigstens eine Verspanneinheit, wie diese vorstehend im Detail beschrieben ist, zum Verspannen der wenigstens einen Batteriezelle aufweist.The present invention furthermore relates to a battery module having at least one battery cell, wherein the battery module has at least one clamping unit, as described in detail above, for clamping the at least one battery cell.

Zusammenfassend erlaubt es ein derartiges Batteriemodul, wie dies vorstehend insbesondere mit Bezug auf die Verspanneinheit im Detail erläutert ist, auf besonders einfache und kostengünstige Weise, die Leistungsfähigkeit des Batteriemoduls temperaturunabhängig durch eine stets angepasste Spannkraft des Verspannbands aufrechtzuerhalten und eine Beschädigung des Moduls beziehungsweise von Batteriezellen des Moduls durch eine unangemessen hohe Spannkraft zu verhindern beziehungsweise die Gefahr einer Beschädigung deutlich zu reduzieren.In summary, such a battery module, as explained in detail above with particular reference to the clamping unit, in a particularly simple and cost-effective manner to maintain the performance of the battery module independent of temperature by a constantly adapted clamping force of the Verspannbands and damage the module or battery cells of the Module by an inappropriately high clamping force to prevent or significantly reduce the risk of damage.

Im Rahmen einer Ausgestaltung kann die Verspanneinheit einen mit dem Verspannband verbundenen Kolben aufweisen, wobei der Kolben zumindest teilweise in einem Zylinder geführt ist, wobei in dem Zylinder ein temperaturexpandierbares und temperaturkomprimierbares Material zum temperaturabhängigen Bewegen des Kolbens angeordnet ist. Insbesondere eine derartige Ausgestaltung ist besonders kostengünstig erhältlich und besonders einfach an das konkrete Anwendungsgebiet anpassbar. As part of an embodiment, the clamping unit may have a piston connected to the Verspannband, wherein the piston is at least partially guided in a cylinder, wherein in the cylinder a temperature-expandable and temperaturkomprimierbares material for temperature-dependent movement of the piston is arranged. In particular, such a configuration is particularly cost-effective and particularly easy to adapt to the specific field of application.

Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann eine Steuereinheit vorgesehen sein, um die auf das Verspannband wirkende Kraft der Ausgleichseinheit definiert zu steuern. In dieser Ausgestaltung kann in besonders vorteilhafter Weise eine angepasste Spannkraft des Verspannbands im Bedarfsfall, so beispielsweise bei einer erhöhten Leistungsabgabe, bereits vor einer Erwärmung der Zellen erfolgen, so dass eine besonders effektive Wirkung gegen eine Verminderung der Leistungsfähigkeit des Batteriemoduls beziehungsweise gegen eine Beschädigung des Batteriemoduls möglich ist.In a further embodiment, a control unit may be provided to control the force acting on the Verspannband force of the compensation unit defined. In this embodiment, an adapted clamping force of the Verspannbands in case of need, for example at an increased power output, even before heating the cells take place in a particularly advantageous manner, so that a particularly effective action against a reduction in the performance of the battery module or against damage to the battery module is possible.

Dabei kann insbesondere eine auf die Ausgleichseinheit wirkende und von der Steuereinheit ansteuerbare Temperiervorrichtung zum Temperieren der Ausgleichseinheit vorgesehen sein. Dabei kann eine Temperiervorrichtung insbesondere eine Einrichtung sein, die die Ausgleichseinheit beziehungsweise insbesondere das temperaturexpandierbare und temperaturkomprimierbare Material derselben beheizen und/oder kühlen kann, um so einen selektiven und gewünschten Temperatureinfluss auf die Ausgleichseinheit ausüben zu können. Insbesondere in dieser Ausgestaltung kann auf besonders einfache Weise das Ausgleichselement beziehungsweise die auf das Verspannband wirkende Kraft der Ausgleichseinheit gesteuert beziehungsweise eingestellt werden, da außer einer Steuereinheit und einer Temperiereinheit im Wesentlichen keine weiteren Bauteile vorhanden sein müssen. Eine Aufwändige Anpassung des Batteriemoduls ist so nicht notwendig. Insbesondere ist eine Adaptierung des Ausgleichselements als solchem nicht notwendig. Dabei kann die Steuereinheit beispielsweise ein oftmals ohnehin vorhandenes Batterie-Management-System sein. Somit können die Steuereinheit und die Temperiereinheit zusammen oder getrennt voneinander Teil des Batteriemoduls oder mit diesem verbunden sein. In this case, a tempering device acting on the compensation unit and controllable by the control unit for tempering the compensation unit can be provided in particular. In this case, a tempering device may in particular be a device which can heat and / or cool the compensation unit or in particular the temperature-expandable and temperature-compressible material thereof so as to be able to exert a selective and desired temperature influence on the compensation unit. In particular, in this embodiment, the compensation element or acting on the Verspannband force of the compensation unit can be controlled or adjusted in a particularly simple manner, since in addition to a control unit and a temperature control essentially no other components must be present. An expensive adaptation of the battery module is not necessary. In particular, an adaptation of the compensation element as such is not necessary. In this case, the control unit may be, for example, an often already existing battery management system. Thus, the control unit and the temperature control unit can be part of or connected to the battery module together or separately.

Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann das Batteriemodul eine Druckplatte aufweisen, an welcher das Ausgleichselement befestigt ist. Die Druckplatte kann dabei insbesondere an einer Außenseite einer äußersten Batteriezelle des Stapels angeordnet sein. Eine derartige auch als Anpressplatte bezeichnet Druckplatte kann es auf besonders vorteilhafte Weise ermöglichen, dass der Anpressdruck auf die äußerste Batteriezelle besonders homogen ausgebildet werden kann, wodurch eine bessere Effizienz über die Lebensdauer des Batteriemoduls erreicht werden kann. Die mindestens eine Druckplatte kann dabei federnd ausgebildet sein und in einem durch die Verspanneinheit verspannten Zustand einer Spannkraft ausüben. Ferner kann die Druckplatte beispielsweise gewölbt sein und ohne Druck des Verspannbands konvex an der Außenseite anliegen, also etwa nur mit einem mittleren Bereich. Ein Befestigen des Ausgleichselements an der Druckplatte kann dabei den Vorteil aufweisen, dass die Batteriezellen als solche nicht verändert werden brauchen, sondern eine Adaptierung zum Befestigen des Ausgleichselements beispielsweise an der Druckplatte realisiert werden kann. Dadurch kann eine besonders einfache Implementierung in bereits bestehende Systeme möglich sein.In the context of a further embodiment, the battery module can have a pressure plate to which the compensation element is attached. The pressure plate can be arranged in particular on an outer side of an outermost battery cell of the stack. Such a printing plate, also referred to as a pressure plate, can make it possible in a particularly advantageous manner for the contact pressure on the outermost battery cell to be particularly homogeneous, as a result of which better efficiency can be achieved over the service life of the battery module. The at least one pressure plate can be designed to be resilient and exert a tensioned by the clamping unit state of a clamping force. Further, the pressure plate may for example be curved and lie convexly without pressure of the Verspannbands on the outside, so for example only with a central region. Attaching the compensating element to the pressure plate can have the advantage that the battery cells need not be changed as such, but an adaptation for attaching the compensating element can be realized for example on the pressure plate. This makes a particularly simple implementation in existing systems possible.

Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Batteriemoduls wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Verspanneinheit, den Figuren sowie der Figurenbeschreibung verwiesen.With regard to further technical features and advantages of the battery module according to the invention, reference is hereby explicitly made to the explanations in connection with the clamping unit according to the invention, the figures and the description of the figures.

Zeichnungen drawings

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Gegenstände werden durch die Zeichnungen veranschaulicht und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Dabei ist zu beachten, dass die Zeichnungen nur beschreibenden Charakter haben und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken. Es zeigenFurther advantages and advantageous embodiments of the subject invention are illustrated by the drawings and explained in the following description. It should be noted that the drawings have only descriptive character and are not intended to limit the invention in any way. Show it

1 eine schematische Darstellung einer Ausgestaltung eines Batteriemoduls mit einer Verspanneinheit gemäß der Erfindung; 1 a schematic representation of an embodiment of a battery module with a clamping unit according to the invention;

2 eine schematische Darstellung einer Ausgestaltung eines Ausgleichselements für eine Verspanneinheit gemäß der Erfindung; und 2 a schematic representation of an embodiment of a compensating element for a clamping unit according to the invention; and

3 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausgestaltung eines Ausgleichselements für eine Verspanneinheit gemäß der Erfindung. 3 a schematic representation of another embodiment of a compensating element for a clamping unit according to the invention.

In der 1 ist ein Batteriemodul 10 mit einer Verspanneinheit 12 gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt. Ein derartiges Batteriemodul 10 kann beispielsweise anwendbar sein in einem zumindest teilweise elektrisch betriebenen Fahrzeug und/oder etwa eine Lithium-Ionen-Batterie umfassen.In the 1 is a battery module 10 with a clamping unit 12 shown in accordance with the present invention. Such a battery module 10 For example, it may be applicable in an at least partially electrically powered vehicle and / or may include about a lithium-ion battery.

In 1 ist gezeigt, dass die Verspanneinheit 12 ein Verspannband 16 zum zumindest teilweisen Umspannen wenigstens einer Batteriezelle 11 insbesondere einer Mehrzahl an Batteriezellen 11, aufweist. Dabei sind ferner zwei Ausgleichseinheiten 18 gezeigt. Die Ausgleichseinheiten 18 dienen insbesondere dazu, eine temperaturabhängige Geometrieänderung, insbesondere Längenänderung, des Verspannbands 16 zumindest teilweise auszugleichen.In 1 is shown that the clamping unit 12 a tension band 16 for at least partially re-clamping at least one battery cell 11 in particular a plurality of battery cells 11 . having. There are also two compensation units 18 shown. The equalization units 18 serve in particular to a temperature-dependent change in geometry, in particular change in length, of the Verspannbands 16 at least partially offset.

Die Ausgleichseinheiten 18 können an einer geeigneten Stelle des Batteriemoduls 10 befestigt sein. in der Ausgestaltung gemäß 1 ist eine Druckplatte 14 vorgesehen, an welcher die Verspanneinheit 12, beispielsweise durch die Ausgleichseinheiten 18, befestigt sein kann. Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Ausgleichseinheiten 18 ist in den 2 und 3 gezeigt.The equalization units 18 can be located in a convenient location of the battery module 10 be attached. in the embodiment according to 1 is a printing plate 14 provided on which the clamping unit 12 For example, through the equalization units 18 , can be attached. An advantageous embodiment of the equalization units 18 is in the 2 and 3 shown.

Im Detail zeigt 2 eine Ausgleichseinheit 18‘, welche derart ausgestaltet ist, dass die Ausgleichseinheit 18‘ einen mit dem Verspannband 16 verbundenen Kolben 20 aufweist, wobei der Kolben 20 zumindest teilweise in einem Zylinder 22 geführt ist, wobei in dem Zylinder 22 beziehungsweise Zylindergehäuse ein temperaturexpandierbares und temperaturkomprimierbares Material 24 zum temperaturabhängigen Bewegen des Kolbens 20 angeordnet ist. Das temperaturexpandierbare und temperaturkomprimierbare Material 24 zum temperaturabhängigen Bewegen des Kolbens 20 kann beispielsweise aus einem Material geformt sein, dass ausgewähltes aus der Gruppe bestehend aus Öl, Wachs, Hartparaffin oder einem Metall, wie beispielsweise Kupfer oder Messing. In detail shows 2 a compensation unit 18 ' , which is designed such that the compensation unit 18 ' one with the tension band 16 connected pistons 20 having, wherein the piston 20 at least partially in a cylinder 22 is guided, wherein in the cylinder 22 or cylinder housing a temperature-expandable and temperaturkomprimierbares material 24 for temperature-dependent movement of the piston 20 is arranged. The temperature-expandable and temperature-compressible material 24 for temperature-dependent movement of the piston 20 For example, it may be formed of a material selected from the group consisting of oil, wax, hard paraffin or a metal such as copper or brass.

Dabei ist ferner zu sehen, dass der Kolben 20 federvorgespannt ist durch eine sich an dem Zylinder 22 abstützende und auf den Kolben 20 wirkende Feder 26. Dabei ist in 1 eine Ausgestaltung gezeigt, bei welcher der Kolben 20‘ in der Grundstellung eingefahren ist. Beispielsweise ist in dieser Ausgestaltung das temperaturexpandierbare und temperaturkomprimierbare Material 24 auf einer zu der Feder 26 beziehungsweise einer Pleuelstange 21 des Kolbens 20 entgegengesetzten Seite des Kolbens 20 in dem Zylinder 22 angeordnet. It can also be seen that the piston 20 spring-biased by a on the cylinder 22 supporting and on the piston 20 acting spring 26 , It is in 1 a configuration shown in which the piston 20 ' retracted in the basic position. For example, in this embodiment, the temperature-expandable and temperature-compressible material 24 on one to the spring 26 or a connecting rod 21 of the piston 20 opposite side of the piston 20 in the cylinder 22 arranged.

Eine entsprechende Ausgestaltung der Ausgleichseinheit 18‘‘, bei welcher der Kolben 20 in einer Grundstellung ausgefahren ist, ist in der 3 gezeigt. In dieser Ausgestaltung ist das temperaturexpandierbare und temperaturkomprimierbare Material 24 beispielsweise auf einer der Pleuelstange 21 des Kolbens 20 zugewandten und einer zu der Feder 26 entgegengesetzten Seite des Kolbens 20 angeordnet.A corresponding embodiment of the compensation unit 18 '' in which the piston 20 is extended in a basic position, is in the 3 shown. In this embodiment, the temperature-expandable and temperature-compressible material 24 for example, on one of the connecting rods 21 of the piston 20 facing and one to the spring 26 opposite side of the piston 20 arranged.

Zurückkommend zu 1 ist hier gezeigt, dass der Kolben 20 auf einen Bereich, insbesondere Endbereich, des Spannbands 16 wirkt. Dies kann beispielsweise direkt realisierbar sein, oder, wie dies in 1 gezeigt ist, über einen Kraftübertragungs-Mechanismus erfolgen. Ein derartiger Mechanismus umfasst insbesondere ein Kraftübertragungselement 28, welches an einer Schwenkachse 30 schwenkbar gelagert ist, und dessen gegenüberliegenden Endbereiche jeweils mit dem Spannband 16 oder den Kolben 20 wechselwirken, insbesondere an diesen befestigt sind. Aus 1 wird somit ersichtlich, dass das Kraftübertragungselement 28 als Hebel wirkt.Coming back to 1 is shown here that the piston 20 on an area, in particular end area, of the tension band 16 acts. This can for example be directly realizable, or, as in 1 shown is done via a power transmission mechanism. Such a mechanism comprises in particular a force transmission element 28 which is on a pivot axis 30 is pivotally mounted, and its opposite end portions each with the strap 16 or the piston 20 interact, in particular attached to these. Out 1 It will thus be seen that the power transmission element 28 acts as a lever.

Somit wird aus 1 deutlich, dass durch eine Temperaturerhöhung in den Batteriezellen 11 sich das temperaturexpandierbare und temperaturkomprimierbare Material 24 ebenfalls erwärmt und somit expandiert. Dadurch wirkt eine Kraft auf den Kolben 20 und dieser fährt je nach Ausgestaltung aus oder ein. Dadurch kann die temperaturbedingte Längenänderung des Verspannbands 16 ausgeglichen werden und die Spannkraft bleibt konstant. Durch die Menge und die Art des temperaturexpandierbaren und temperaturkomprimierbaren Materials 24 und eines eventuellen Übersetzungsverhältnisses des Kraftübertragungselement 28, zum Beispiel Hebelverhältnisses, kann eine besonders einfache Adaptierbarkeit die Einbausituation möglich sein.Thus, it is off 1 clearly that due to a temperature increase in the battery cells 11 the temperature-expandable and temperature-compressible material 24 also heated and thus expanded. As a result, a force acts on the piston 20 and this moves depending on the design or a. As a result, the temperature-related change in length of the Verspannbands 16 be balanced and the clamping force remains constant. By the amount and type of temperature-expandable and temperature-compressible material 24 and a possible transmission ratio of the power transmission element 28 , For example, lever ratio, a particularly simple adaptability of the installation situation may be possible.

Fällt die Temperatur wieder, komprimiert sich das temperaturexpandierbare und temperaturkomprimierbare Material 24 erneut und der Kolben 20 wird mit der Feder 26 in der Grundstellung zurückgedrückt. Das Verspannband 16 kann so ebenfalls in seine Ausgangslage zurückkehren.When the temperature drops again, the temperature-expandable and temperature-compressible material compresses 24 again and the piston 20 is with the spring 26 pushed back in the normal position. The tension band 16 can also return to his starting position.

Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Ausgleichseinheit 18 beziehungsweise die durch die Ausgleichseinheit 18 auf das Verspannband 16 wirkende Kraft, steuerbar ist. Dies kann beispielsweise realisierbar sein durch eine nicht gezeigte Steuereinheit, um die Ausgleichseinheit 18 definiert zu steuern, insbesondere wobei eine auf die Ausgleichseinheit 18 wirkende und von der Steuereinheit ansteuerbare Temperiervorrichtung zum Steuern der Ausgleichseinheit 18 vorgesehen ist. Hierdurch kann die Spannkraft sofort bei Auftreten von definierten Ereignissen, welche in der Regel zu einer Erhöhung der Zelltemperatur führen, beeinflusst werden. Ein derartiges Ereignis kann beispielsweise eine hohe Leistungsabgabe sein. Dadurch kann dem auf Quellen erzählen oder der Beschädigung der Batteriezellen 11 vorzeitig entgegengewirkt werden. Die Temperiervorrichtung kann dabei beispielsweise über das ohnehin vorhandene Batterie-Management-System angesteuert werden, beziehungsweise die vorbeschriebene Steuereinheit kann das Batterie-Management-System sein.Furthermore, it can be provided that the compensation unit 18 or by the compensation unit 18 on the tension band 16 acting force, is controllable. This can for example be realized by a control unit, not shown, to the compensation unit 18 defined to control, in particular being one on the compensation unit 18 acting and controllable by the control unit temperature control device for controlling the compensation unit 18 is provided. As a result, the clamping force can be influenced immediately upon the occurrence of defined events, which usually lead to an increase in the cell temperature. Such an event may be, for example, a high power output. This can tell about sources or damage to the battery cells 11 counteracted prematurely. The tempering device can be controlled for example via the already existing battery management system, or the above-described control unit may be the battery management system.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

WO 2012/010347 A1 [0005]

Claims

Clamping unit for a battery module ( 10 ), comprising a bracing tape ( 16 ) for at least partially re-clamping at least one battery cell ( 11 ), characterized in that the clamping unit ( 12 ) a compensation unit ( 18 . 18 ' . 18 '' ), which compensation unit ( 18 . 18 ' . 18 '' ) a temperature-dependent change in geometry, in particular change in length, of the Verspannbands ( 16 ) at least partially compensates.

Clamping unit according to claim 1, characterized in that the compensation unit ( 18 . 18 ' . 18 '' ) one with the Verspannband ( 16 ) connected pistons ( 20 ), wherein the piston ( 20 ) at least partially in a cylinder ( 22 ), wherein in the cylinder ( 22 ) a temperature-expandable and temperature-compressible material ( 24 ) for temperature-dependent movement of the piston ( 20 ) is arranged.

Clamping unit according to claim 2, characterized in that the piston ( 20 ) is spring preloaded.

Clamping unit according to claim 2 or 3, characterized in that the piston ( 20 ) by a force acting as a lever power transmission element ( 28 ) with the tension band ( 16 ) connected is.

Clamping unit according to one of claims 2 to 4, characterized in that the temperature-expandable and temperature-compressible material ( 24 ) is selected from the group consisting of an oil, wax, hard paraffin and a metal.

Clamping unit according to one of claims 1 to 5, characterized in that on the Verspannband ( 16 ) acting force of the compensation unit ( 18 . 18 ' . 18 '' ) is controllable.

Battery module with at least one battery cell ( 11 ), characterized in that the battery module ( 10 ) at least one clamping unit ( 12 ) according to one of claims 1 to 6 for clamping the at least one battery cell ( 11 ) having.

Battery module according to claim 7, characterized in that the clamping unit ( 12 ) one with the Verspannband ( 16 ) connected pistons ( 20 ), wherein the piston ( 20 ) at least partially in a cylinder ( 22 ), wherein in the cylinder ( 22 ) a temperature-expandable and temperature-compressible material ( 24 ) for temperature-dependent movement of the piston ( 20 ) is arranged.

Battery module according to claim 7 or 8, characterized in that a control unit is provided to the on the Verspannband ( 16 ) acting force of the compensation unit ( 18 . 18 ' . 18 '' ), in particular where one of the compensation unit ( 18 . 18 ' . 18 '' ) acting and controllable by the control unit temperature control device for controlling the temperature of the compensation unit ( 18 . 18 ' . 18 '' ) is provided.

Battery module according to one of claims 7 to 9, characterized in that the battery module ( 10 ) a printing plate ( 14 ), on which the compensating element ( 18 . 18 ' . 18 '' ) is attached.