DE102022101140A1 - Battery module, method for forming a battery module and motor vehicle - Google Patents

Battery module, method for forming a battery module and motor vehicle Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Batteriemodul (1) mit mehreren Batteriezellen (2), die in einer Stapelrichtung (x) aneinander gestapelt sind und so einen Zellstapel ausbilden; zwei Druckplatten (4), die an beiden Enden des Zellstapels, bezogen auf die Stapelrichtung (x), angeordnet sind; zwei in Stapelrichtung (x) verlaufende Zuganker (5), die beidseitig des Zellstapels angeordnet sind, wobei die Zuganker (5) an beiden Enden, bezogen auf die Stapelrichtung (x), mit Federelementen (6) versehen sind, die nicht zerstörungsfrei lösbar an den Zugankern (5) ausgebildet sind, und die Federelemente (6) an den Druckplatten (4) eingehängt sind. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Ausbilden solch eines Batteriemoduls (1) sowie ein Kraftfahrzeug mit solch einem Batteriemodul (1).The invention relates to a battery module (1) with a plurality of battery cells (2) which are stacked on one another in a stacking direction (x) and thus form a cell stack; two pressure plates (4) arranged at both ends of the cell stack with respect to the stacking direction (x); two tie rods (5) running in the stacking direction (x), which are arranged on both sides of the cell stack, the tie rods (5) being provided with spring elements (6) at both ends, relative to the stacking direction (x), which are designed to be non-destructively detachable on the tie rods (5), and the spring elements (6) being suspended on the pressure plates (4). The invention also relates to a method for forming such a battery module (1) and a motor vehicle with such a battery module (1).

Description

Die Erfindung betrifft ein Batteriemodul mit mehreren aneinander gestapelten Batteriezellen, die mittels Druckplatten und Zugankern zusammengehalten werden. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Ausbilden solch eines Batteriemoduls. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit solch einem Batteriemodul.The invention relates to a battery module with a plurality of battery cells stacked on top of one another, which are held together by means of pressure plates and tie rods. The invention also relates to a method for forming such a battery module. In addition, the invention relates to a motor vehicle with such a battery module.

Elektrisch angetriebene Kraftfahrzeuge weisen Antriebsbatterien auf, die aus mehreren Batteriemodulen aufgebaut sein können, die miteinander elektrisch verbunden sind. Die einzelnen Batteriemodule können mehrere aneinander gestapelte Batteriezellen (z.B. quaderförmige bzw. prismatische oder Pouch-Zellen) aufweisen, die an beiden Zellstapel-Längsenden von Druckplatten eingespannt werden, welche mittels beidseitig des Zellstapels verlaufenden Zugankern verspannt werden. Auf diese Weise wird einerseits eine gewisse Grundverspannung der Batteriezellen aufrechterhalten und andererseits der betriebsbedingten Expansion der Elektroden aufgrund des Ladezustands (SoC) und vor allem aufgrund des Alterungszustands (SoH) entgegengewirkt.Electrically powered motor vehicles have drive batteries that can be made up of a number of battery modules that are electrically connected to one another. The individual battery modules can have several battery cells stacked on top of each other (e.g. cuboid or prismatic or pouch cells), which are clamped at both longitudinal ends of the cell stack by pressure plates, which are braced by means of tie rods running on both sides of the cell stack. In this way, on the one hand, a certain basic voltage of the battery cells is maintained and, on the other hand, the operational expansion of the electrodes due to the state of charge (SoC) and above all due to the state of health (SoH) is counteracted.

Es sind mehrere Möglichkeiten bekannt, die Zuganker mit den Druckplatten zu verbinden. Beispielsweise können die Zuganker mit den Druckplatten im montierten Zustand verschweißt werden. Dabei zielen die Modulrahmen aus Zuganker und Druckplatten darauf ab, maximale Steifigkeit und Festigkeit zu erzeugen, wodurch insbesondere bei mittel bis stark gealterten Batteriezellen sehr hohe Kräfte/Drücke auf die Batteriezellen und ihre Elektroden wirken und gleichzeitig den Modulrahmen belasten. Dies ist einerseits nicht ideal für das Alterungsverhalten der Batteriezellen und stellt zudem hohe Anforderungen an die geschweißte Fügestelle.There are several known ways to connect the tie rods with the pressure plates. For example, the tie rods can be welded to the pressure plates in the assembled state. The module frames made of tie rods and pressure plates aim to generate maximum rigidity and strength, which means that very high forces/pressures act on the battery cells and their electrodes, especially in the case of medium to heavily aged battery cells, and at the same time stress the module frame. On the one hand, this is not ideal for the aging behavior of the battery cells and also places high demands on the welded joint.

1 zeigt die auf die Batteriezellen in Stapelrichtung wirkende Kraft (siehe Abszisse) über die Lebensdauer (siehe Ordinate) des Batteriemoduls. In einer ersten Montagephase wird der Zellstapel zunächst verpresst, um die Zuganker an den Druckplatten zu befestigen, wodurch die auf den Zellstapel wirkende Kraft zunimmt bis sie die maximale Montagekraft Fmon, max erreicht. Nach der Befestigung der Zuganker an den Druckplatten wird die Verpressung des Zellstapels gelöst, wodurch die auf den Zellstapel wirkende Kraft wieder abnimmt. Jedoch verbleibt eine Kraft FBOL, die größer ist als eine Kraft vor der Montage des Modulrahmens, da nun der Modulrahmen aus Zuganker und Druckplatten für eine Verpressung sorgt und welche geringer ist als die Kraft Fmon, max. Die Abkürzungen der 1 bedeuten: „BOL“ = „Beginn of Life“, „EOL“ = „End of Life“ und „SoC“ = „State of Charge“. In der Betriebsphase pendelt die Kraft auf den Zellstapel zwischen der 0% SoC (d.h. entladen) und der 100% SoC (d.h. vollgeladen) Linie, je nach Ladezustand. Zu beobachten ist, dass sich im Laufe der Lebensdauer die Kraft auf den Zellstapel sowohl bei 0% SoC, d.h. entladen, als auch bei 100% SoC, d.h. vollgeladen, ansteigt. 1 shows the force acting on the battery cells in the stacking direction (see abscissa) over the service life (see ordinate) of the battery module. In a first assembly phase, the cell stack is first pressed in order to fasten the tie rods to the pressure plates, as a result of which the force acting on the cell stack increases until it reaches the maximum assembly force F mon , max . After the tie rods have been attached to the pressure plates, the compression of the cell stack is released, as a result of which the force acting on the cell stack decreases again. However, a force F BOL remains which is greater than a force before the assembly of the module frame, since the module frame made up of tie rods and pressure plates now ensures compression and which is lower than the force F mon , max . The abbreviations of 1 mean: "BOL" = "Beginning of Life", "EOL" = "End of Life" and "SoC" = "State of Charge". In the operating phase, the power on the cell stack oscillates between the 0% SoC (ie discharged) and the 100% SoC (ie fully charged) line, depending on the state of charge. It can be observed that over the course of the service life, the force on the cell stack increases both at 0% SoC, ie discharged, and at 100% SoC, ie fully charged.

Die Batteriemodule aus dem Stand der Technik zielen darauf, einen Rahmen maximaler Steifigkeit und Festigkeit zu erzeugen, wodurch jedoch, wie in 1 gezeigt, bei mittel bis stark gealterten Batteriezellen hohe Kräfte auf die Batteriezellen und deren Elektroden wirken und gleichzeitig den Modulrahmen belasten. Dies ist nicht ideal für das Alterungsverhalten der Batteriezellen und stellt hohe Anforderungen an die Fügestellen des Modulrahmens.The prior art battery modules aim to create a frame of maximum rigidity and strength, however, as shown in 1 shown that in the case of medium to heavily aged battery cells, high forces act on the battery cells and their electrodes and at the same time stress the module frame. This is not ideal for the aging behavior of the battery cells and places high demands on the joints of the module frame.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung die vorstehend genannten Nachteile zumindest teilweise zu beseitigen. Diese Aufgabe wird durch ein Batteriemodul gemäß Anspruch 1, ein Verfahren gemäß Anspruch 4 sowie ein Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 7 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.It is therefore an object of the present invention to at least partially eliminate the disadvantages mentioned above. This object is achieved by a battery module according to claim 1, a method according to claim 4 and a motor vehicle according to claim 7. Advantageous developments of the invention are the subject matter of the dependent claims.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Batteriemodul bereitgestellt, mit mehreren Batteriezellen, die in einer Stapelrichtung aneinander gestapelt sind und so einen Zellstapel ausbilden; zwei Druckplatten, die an beiden Enden des Zellstapels, bezogen auf die Stapelrichtung, angeordnet sind; zwei in Stapelrichtung verlaufende Zuganker, die beidseitig des Zellstapels angeordnet sind, wobei die Zuganker an beiden Enden, bezogen auf die Stapelrichtung, mit Federelementen versehen sind, die nicht zerstörungsfrei lösbar an den Zugankern ausgebildet sind, und die Federelemente an den Druckplatten eingehängt sind. Dieses Ausführungsbeispiel bietet den Vorteil, dass eine Verspannung des Zellstapels erreicht werden kann, die über die Lebensdauer des Batteriemoduls möglichst konstant bleibt. Dies wiederum ist positiv für die Alterungsbeständigkeit der Batteriezellen.According to an exemplary embodiment of the invention, a battery module is provided with a plurality of battery cells which are stacked on one another in a stacking direction and thus form a cell stack; two pressure plates arranged at both ends of the cell stack with respect to the stacking direction; two tie rods running in the stacking direction, which are arranged on both sides of the cell stack, the tie rods being provided with spring elements at both ends, in relation to the stacking direction, which are designed to be non-destructively releasable on the tie rods, and the spring elements are suspended on the pressure plates. This exemplary embodiment offers the advantage that the cell stack can be tensioned which remains as constant as possible over the service life of the battery module. This in turn is positive for the aging resistance of the battery cells.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Federelemente aufgewickelte Längsenden der Zuganker. Dieses Ausführungsbeispiel zeichnet sich durch eine kostengünstige Herstellung und guter Serienfertigungstauglichkeit aus.According to a further exemplary embodiment of the invention, the spring elements are coiled-up longitudinal ends of the tie rods. This exemplary embodiment is characterized by cost-effective production and good suitability for mass production.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weisen Druckplatten Ausnehmungen auf, in denen die Federelemente im montierten Zustand platziert sind.According to a further exemplary embodiment of the invention, pressure plates have recesses in which the spring elements are placed in the assembled state.

Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Ausbilden eines Batteriemoduls, mit den Schritten: Aneinanderstapeln mehrerer Batteriezellen in einer Stapelrichtung zum Ausbilden eines Zellstapels; Anordnen von zwei Druckplatten an beiden Enden des Zellstapels, bezogen auf die Stapelrichtung; Pressen des Zellstapels entlang der Stapelrichtung; Anbringen von zwei in Stapelrichtung verlaufenden Zugankern beidseitig des Zellstapels; Ausbilden von Federelementen an beiden Enden der Zuganker, bezogen auf die Stapelrichtung, wobei die Federelemente nicht zerstörungsfrei lösbar an den Zugankern ausgebildet werden, und Einhängen der Federelemente an den Druckplatten. Auch dieses Ausführungsbeispiel bietet den Vorteil, dass eine Verspannung des Zellstapels erreicht werden kann, die über die Lebensdauer des Batteriemoduls möglichst konstant bleibt.In addition, the invention relates to a method for forming a battery module, with the steps: stacking a plurality of battery cells on top of one another in a stacking direction to form a cell pile arranging two pressure plates at both ends of the cell stack with respect to the stacking direction; pressing the cell stack along the stacking direction; Attaching two tie rods running in the stacking direction on both sides of the cell stack; Forming of spring elements at both ends of the tie rods, based on the stacking direction, wherein the spring elements are formed non-destructively releasable on the tie rods, and hanging the spring elements on the pressure plates. This exemplary embodiment also offers the advantage that the cell stack can be braced which remains as constant as possible over the service life of the battery module.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel des Verfahrens werden die Federelemente ausgebildet, indem Längsenden der Zuganker aufgewickelt werden.According to a further exemplary embodiment of the method, the spring elements are formed by winding up the longitudinal ends of the tie rods.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel des Verfahrens werden beim Schritt des Einhängens die Federelemente in Ausnehmungen der Druckplatten platziert.According to a further exemplary embodiment of the method, the spring elements are placed in recesses in the pressure plates during the hanging step.

Darüber hinaus liefert die vorliegende Erfindung ein Kraftfahrzeug mit solch einem Batteriemodul oder einem Batteriemodul, welches gemäß einem vorstehend genannten Verfahren hergestellt wurde.In addition, the present invention provides a motor vehicle with such a battery module or a battery module which has been produced according to a method mentioned above.

Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. In diesen Zeichnungen ist Folgendes dargestellt:

  • 2 zeigt schematisch wesentliche Bauteile eines Batteriemoduls gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, in einem zerlegten Zustand;
  • 3 zeigt einen Herstellungsschritt des Batteriemoduls, in dem ein Zellstapel zur Montage von Zugankern verpresst wurde;
  • 4 zeigt das fertig montierte Batteriemodul, nach dem Lösen der Verpressung;
  • 5 zeigt eine Pendelbewegung eines Federelements zur Kompensation von ladungsbedingten Volumenänderungen, und
  • 6 zeigt eine Kompensation von alterungsbedingtem Volumenzuwachs der Batteriezellen.
Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. These drawings show the following:
  • 2 shows schematically essential components of a battery module according to a first embodiment of the invention, in a disassembled state;
  • 3 shows a manufacturing step of the battery module, in which a cell stack was pressed to mount tie rods;
  • 4 shows the fully assembled battery module after releasing the compression;
  • 5 shows a pendulum movement of a spring element to compensate for charge-related changes in volume, and
  • 6 shows a compensation of age-related increase in volume of the battery cells.

2 zeigt schematisch wesentliche Bauteile eines Batteriemoduls 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, in einem zerlegten Zustand. Das Batteriemodul 1 ist eines von mehreren Batteriemodulen, welche elektrisch miteinander verbunden und als Antriebsbatterie in ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug eingebaut sind. Das Batteriemodul 1 weist mehrere quaderförmige Batteriezellen 2 auf, die auch als prismatische Batteriezellen bezeichnet werden. Es könnte sich aber auch um sog. Pouch-Zellen handeln. Bei den Batteriezellen 2 handelt es sich um elektrochemische Batteriezellen, die wiederaufladbar sind und die elektrische Energie speichern und zumindest elektrischen Antriebsmotoren zum Antrieb des Kraftfahrzeugs bereitstellen. Beispielsweise handelt es sich um Lithium-Ionen-Batterien. Die Batteriezellen 2 sind innerhalb eines Batteriemoduls 1 entlang einer Stapelrichtung x (Horizontale von 2) aneinander gestapelt, üblicherweise handelt es sich dabei um einen Zellstapel von 12 bis 36 Batteriezellen 2. Üblicherweise sind die Batteriezellen 2 im Zellstapel so ausgerichtet, dass eine Richtung der kürzesten Gehäuseabmessung (d.h. eine Richtung der Dickenabmessung) in Stapelrichtung x ausgerichtet ist. In 2 ist eine Draufsicht des Batteriemodels 1 dargestellt, so dass eine Richtung senkrecht zur Blattebene der 1 einer Vertikalen z des Batteriemoduls 1 entspricht. Oben auf den Batteriezellen 2 sind Batteriepole 3 angeordnet, wobei jede Batteriezelle 2 in bekannter Weise einen Plus- und Minuspol aufweist. 2 shows schematically essential components of a battery module 1 according to a first embodiment of the invention, in a disassembled state. The battery module 1 is one of several battery modules which are electrically connected to one another and installed as a drive battery in an electrically driven motor vehicle. The battery module 1 has a plurality of cuboid battery cells 2, which are also referred to as prismatic battery cells. However, they could also be so-called pouch cells. The battery cells 2 are electrochemical battery cells that are rechargeable and store electrical energy and at least provide electrical drive motors for driving the motor vehicle. For example, it is lithium-ion batteries. The battery cells 2 are arranged within a battery module 1 along a stacking direction x (horizontal from 2 ) stacked together, usually this is a cell stack of 12 to 36 battery cells 2. Usually, the battery cells 2 are aligned in the cell stack so that a direction of the shortest housing dimension (ie a direction of the thickness dimension) is aligned in the stacking direction x. In 2 is a plan view of the battery model 1 shown so that a direction perpendicular to the plane of the 1 corresponds to a vertical z of the battery module 1 . Battery poles 3 are arranged on top of the battery cells 2, each battery cell 2 having a positive and negative pole in a known manner.

An beiden Längsenden des Zellstapels ist jeweils eine Druckplatte 4 vorgesehen, mit denen der Zellstapel zwischen beiden Druckplatten 4 verspannt wird. Verbunden werden die beiden Druckplatten 4 dabei über zwei beidseitig des Zellstapels angeordnete und mit den Druckplatten 4 lösbar verbundene Zuganker 5.A pressure plate 4 is provided at each of the two longitudinal ends of the cell stack, with which the cell stack is braced between the two pressure plates 4 . The two pressure plates 4 are connected via two tie rods 5 arranged on both sides of the cell stack and detachably connected to the pressure plates 4.

Die Zuganker 5 sind an ihren zwei Längsenden (d.h. die Längsenden bezogen auf die Stapelrichtung x) mit Federelementen 6 versehen. Insbesondere sind in diesem Ausführungsbeispiel die Zuganker 5 aus ebenen, rechteckigen Metallplatten hergestellt, deren zwei Längsenden (d.h. die Längsenden bezogen auf die Stapelrichtung x) aufgewickelt werden, so dass sie plastisch zu zwei Wicklungen, an jedem Ende eine, verformt sind, welche die Federelemente 6 bilden. Die Wicklungen haben entlang der Vertikalen z blickend eine im Wesentlichen runde Außenkontur und sind spiralförmig. Dabei werden die Längsenden insbesondere soweit aufgewickelt, dass die Wicklungen zumindest abschnittsweise zumindest doppelwandig sind.The tie rods 5 are provided with spring elements 6 at their two longitudinal ends (i.e. the longitudinal ends in relation to the stacking direction x). In particular, in this embodiment, the tie rods 5 are made of flat, rectangular metal plates, the two longitudinal ends of which (i.e. the longitudinal ends in relation to the stacking direction x) are wound up so that they are plastically deformed into two windings, one at each end, which form the spring elements 6 form. Viewed along the vertical z, the windings have an essentially round outer contour and are spiral-shaped. The longitudinal ends are wound up in particular to such an extent that the windings are at least double-walled, at least in sections.

In den Druckplatten 4 sind Ausnehmungen 7 ausgebildet, deren Kontur der Außenkontur der Federelemente 6 entspricht. Genauer ist dazu in den Druckplatten 4 an den beiden vom Zellstapel fortweisenden Ecken jeweils eine in der Vertikalen z verlaufende Rinne ausgebildet.Recesses 7 are formed in the pressure plates 4 , the contour of which corresponds to the outer contour of the spring elements 6 . To be more precise, a groove running in the vertical z is formed in the pressure plates 4 at the two corners pointing away from the cell stack.

Anhand der 3 und 4 werden die Schritte zum Ausbilden des erfindungsgemäßen Batteriemoduls 1, d.h. die Montageschritte für dessen Zusammenbau, erläutert.Based on 3 and 4 the steps for forming the bat of the present invention tery module 1, ie the assembly steps for its assembly explained.

Der Zellstapel aus Batteriezellen 2 wird an beiden Längsenden mit den Druckplatten 4 versehen und entlang der Stapelrichtung x verpresst, d.h. die Druckplatten 4 werden durch Kraftbeaufschlagung aufeinander zu gedrückt. In 3 ist mittels gestrichelter Linien eine Solllänge L in Stapelrichtung x eingezeichnet. Diese Solllänge L soll der Zellstapel des fertig montierten Batteriemoduls 1 haben. In 3 ist ein Zustand dargestellt, in dem die Druckplatten 4 aufeinander zu bewegt wurden, so dass die Länge des Zellstapels (in Stapelrichtung x) kürzer ist, um beispielsweise 1 bis 5 mm, als die Solllänge L.The cell stack of battery cells 2 is provided with the pressure plates 4 at both longitudinal ends and pressed along the stacking direction x, ie the pressure plates 4 are pressed towards one another by the application of force. In 3 a target length L in the stacking direction x is drawn in by means of dashed lines. The cell stack of the fully assembled battery module 1 should have this target length L. In 3 a state is shown in which the pressure plates 4 have been moved towards one another, so that the length of the cell stack (in the stacking direction x) is shorter, for example by 1 to 5 mm, than the target length L.

Anschließend werden die Zuganker 5 entlang einer Querrichtung y, die senkrecht zur Vertikalen z und senkrecht zur Stapelrichtung x ist, an den Zellstapel geschoben, wie durch zwei Pfeile angedeutet, so dass die Federelemente 6 in den Ausnehmungen 7 positioniert werden.The tie rods 5 are then pushed onto the cell stack along a transverse direction y, which is perpendicular to the vertical z and perpendicular to the stacking direction x, as indicated by two arrows, so that the spring elements 6 are positioned in the recesses 7 .

4 zeigt das fertig montierte Batteriemodul 1, nachdem die Verpressung der Druckplatten 4 gelöst wurde. Wie zu erkennen ist, erreicht damit der Zellstapel seine Solllänge L. Die Zuganker 5 sind damit unter dauerhafter Zugbelastung und werden an den Druckplatten 4 fixiert, wobei durch die Federelemente 6 auch bei einer Ausdehnung und Schrumpfung des Zellstapels aufgrund von Alterung und/oder abhängig vom Ladezustand, wie im Zusammenhang mit 1 erläutert, eine Kraft auf den Zellstapel möglichst konstant gehalten werden kann. 4 shows the fully assembled battery module 1 after the pressing of the pressure plates 4 has been released. As can be seen, the cell stack thus reaches its target length L. The tie rods 5 are thus under permanent tensile stress and are fixed to the pressure plates 4, with the spring elements 6 also providing support when the cell stack expands and shrinks due to aging and/or depending on the State of charge, as related to 1 explained that a force on the cell stack can be kept as constant as possible.

5 zeigt wie ein Federelement 6 reversible Volumenänderungen der Batteriezellen 2 aufgrund des Ladezustands kompensiert. In einem entladenen Zustand (0% SoC) der Batteriezellen 2, ist der Zellstapel in Stapelrichtung x am kürzesten, so dass das Federelement 6 die Position 6a einnimmt, in welcher die Zuganker 2 beispielsweise beidseitig an die Seiten des Zellstapels anliegen können. Werden die Batteriezellen 2 aufgeladen und erreichen beispielsweise einen Ladezustand von 80% bis 100% SoC (üblicherweise haben Batteriezellen im Bereich von 80% SoC das größte Volumen), dann wächst die Länge des Zellstapels entlang der Stapelrichtung x um den Betrag Δx1, wodurch das Federelement 6 beispielsweise die Position 6b einnimmt. In der Position 6b ist die Wicklung gegenüber der Position 6a um den Betrag Δx1 abgewickelt und dadurch in Querrichtung y weiter außen positioniert. Die Zuganker 5 können dadurch etwas von den Seiten des Zellstapels beabstandet sein. Je nach Ladezustand pendelt die Position des Zugankers 6 zwischen den Positionen 6a und 6b und sorgt somit für eine im Wesentlichen gleichbleibende Verspannung des Zellstapels und eine Kompensation der Volumenänderungen der Batteriezellen 2. 5 shows how a spring element 6 compensates for reversible changes in volume of the battery cells 2 due to the state of charge. In a discharged state (0% SoC) of the battery cells 2, the cell stack is shortest in the stacking direction x, so that the spring element 6 assumes the position 6a in which the tie rods 2 can rest against the sides of the cell stack on both sides, for example. If the battery cells 2 are charged and reach a state of charge of 80% to 100% SoC, for example (battery cells in the range of 80% SoC usually have the largest volume), then the length of the cell stack increases along the stacking direction x by the amount Δx 1 , whereby the Spring element 6, for example, the position 6b occupies. In position 6b, the winding is unwound by the amount Δx 1 compared to position 6a and is therefore positioned further outwards in the transverse direction y. The tie rods 5 can thereby be spaced somewhat from the sides of the cell stack. Depending on the state of charge, the position of the tie rod 6 oscillates between the positions 6a and 6b and thus ensures that the tension of the cell stack remains essentially constant and that the changes in volume of the battery cells 2 are compensated for.

6 zeigt wie ein Federelement 6 zusätzlich zu den reversiblen Volumenänderungen auch irreversible Volumenzuwächse aufgrund von Alterung kompensiert. Dabei wird durch den Betrag Δx1 die Pendelbewegung aufgrund des sich ändernden Ladezustands veranschaulicht, wie im Zusammenhang mit 5 verdeutlicht. Zusätzlich vergrößert sich aufgrund von Alterung der Batteriezellen 2 eine Abmessung des Zellstapels in Stapelrichtung x um einen Betrag Δx2. Dadurch wird die Wicklung des Federelements 6 um den Betrag Δx2 irreversibel abgewickelt, wodurch die Positionen 6a und 6b in Querrichtung y etwas nach außen versetzt werden. Dies sorgt für eine im Wesentlichen gleichbleibende Verspannung des Zellstapels und eine Kompensation sowohl des Volumenzuwachses aufgrund von Alterung, als auch der Volumenänderungen der Batteriezellen 2 aufgrund des Ladezustands. 6 shows how a spring element 6 also compensates for irreversible volume increases due to aging in addition to the reversible volume changes. The pendulum movement due to the changing state of charge is illustrated by the amount Δx 1 , as in connection with 5 clarified. In addition, due to aging of the battery cells 2, a dimension of the cell stack in the stacking direction x increases by an amount Δx 2 . As a result, the winding of the spring element 6 is irreversibly unwound by the amount Δx 2 , as a result of which the positions 6a and 6b are offset slightly outwards in the transverse direction y. This ensures that the tension in the cell stack remains essentially the same and that compensation is provided for both the increase in volume due to aging and the changes in volume of the battery cells 2 due to the state of charge.

Während die Erfindung detailliert in den Zeichnungen und der vorangehenden Beschreibung veranschaulicht und beschrieben wurde, ist diese Veranschaulichung und Beschreibung als beispielhaft und nicht als beschränkend zu verstehen und es ist nicht beabsichtigt die Erfindung auf das offenbarte Ausführungsbeispiel zu beschränken. Die bloße Tatsache, dass bestimmte Merkmale in verschiedenen abhängigen Ansprüchen genannt sind, soll nicht andeuten, dass eine Kombination dieser Merkmale nicht auch vorteilhaft genutzt werden könnte.While the invention has been illustrated and described in detail in the drawings and the foregoing description, this illustration and description is to be considered in the form of illustration and not limitation, and the invention is not intended to be limited to the precise form disclosed. The mere fact that certain features are recited in different dependent claims is not intended to imply that a combination of these features could not also be used to advantage.

Claims (7)

Batteriemodul (1) mit mehreren Batteriezellen (2), die in einer Stapelrichtung (x) aneinander gestapelt sind und so einen Zellstapel ausbilden; zwei Druckplatten (4), die an beiden Enden des Zellstapels, bezogen auf die Stapelrichtung (x), angeordnet sind; zwei in Stapelrichtung (x) verlaufende Zuganker (5), die beidseitig des Zellstapels angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuganker (5) an beiden Enden, bezogen auf die Stapelrichtung (x), mit Federelementen (6) versehen sind, die nicht zerstörungsfrei lösbar an den Zugankern (5) ausgebildet sind, und die Federelemente (6) an den Druckplatten (4) eingehängt sind.Battery module (1) with a plurality of battery cells (2) which are stacked together in a stacking direction (x) and thus form a cell stack; two pressure plates (4) arranged at both ends of the cell stack with respect to the stacking direction (x); two tie rods (5) running in the stacking direction (x), which are arranged on both sides of the cell stack, characterized in that the tie rods (5) are provided with spring elements (6) at both ends, relative to the stacking direction (x), which are not are designed to be detachable on the tie rods (5) in a non-destructive manner, and the spring elements (6) are suspended on the pressure plates (4). Batteriemodul (1) gemäß Anspruch 1, wobei die Federelemente (6) aufgewickelte Längsenden der Zuganker (5) sind.Battery module (1) according to claim 1 , wherein the spring elements (6) are coiled longitudinal ends of the tie rods (5). Batteriemodul (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Druckplatten (4) Ausnehmungen (7) aufweisen, in denen die Federelemente (6) im montierten Zustand platziert sind.Battery module (1) according to any one of the preceding claims, wherein the pressure plates (4) Have recesses (7), in which the spring elements (6) are placed in the assembled state. Verfahren zum Ausbilden eines Batteriemoduls (1), mit den Schritten Aneinanderstapeln mehrerer Batteriezellen (2) in einer Stapelrichtung (x) zum Ausbilden eines Zellstapels; Anordnen von zwei Druckplatten (4) an beiden Enden des Zellstapels, bezogen auf die Stapelrichtung (x); Pressen des Zellstapels entlang der Stapelrichtung (x), und Anbringen von zwei in Stapelrichtung (x) verlaufenden Zugankern (5) beidseitig des Zellstapels, gekennzeichnet durch Ausbilden von Federelementen (6) an beiden Enden der Zuganker (5), bezogen auf die Stapelrichtung (x), wobei die Federelemente (6) nicht zerstörungsfrei lösbar an den Zugankern (5) ausgebildet werden, und Einhängen der Federelemente (6) an den Druckplatten (4).Method for forming a battery module (1), with the steps of stacking a plurality of battery cells (2) in a stacking direction (x) to form a cell stack; arranging two pressure plates (4) at both ends of the cell stack with respect to the stacking direction (x); Pressing the cell stack along the stacking direction (x), and attaching two tie rods (5) running in the stacking direction (x) on both sides of the cell stack, characterized by the formation of spring elements (6) at both ends of the tie rods (5), based on the stacking direction ( x), the spring elements (6) being designed to be non-destructively detachable on the tie rods (5), and hanging the spring elements (6) on the pressure plates (4). Verfahren gemäß Anspruch 4, wobei die Federelemente (6) ausgebildet werden, indem Längsenden der Zuganker (5) aufgewickelt werden.procedure according to claim 4 , wherein the spring elements (6) are formed by winding longitudinal ends of the tie rods (5). Verfahren gemäß Anspruch 4 oder 5, wobei beim Schritt des Einhängens die Federelemente (6) in Ausnehmungen (7) der Druckplatten (4) platziert werden.procedure according to claim 4 or 5 , wherein the spring elements (6) are placed in recesses (7) of the pressure plates (4) during the hanging step. Kraftfahrzeug mit einem Batteriemodul (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3 oder einem Batteriemodul (1), welches gemäß einem der Ansprüche 4 bis 6 hergestellt ist.Motor vehicle with a battery module (1) according to one of Claims 1 until 3 or a battery module (1), which according to one of Claims 4 until 6 is made.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010012930A1 (en) 2010-03-26 2011-09-29 Daimler Ag Battery i.e. heavy-duty battery, for storing traction energy in e.g. electrical propelled car, has clamping devices designed as tie rods, where devices comprise elastic spring in stacking direction
US20190263392A1 (en) 2016-11-07 2019-08-29 Mazda Motor Corporation Driving force control method and system for vehicle

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