DE102022117553A1

DE102022117553A1 - Battery module with a clamping device and method for producing a battery module

Info

Publication number: DE102022117553A1
Application number: DE102022117553.7A
Authority: DE
Inventors: Julius Rausch; Oliver Schieler
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2022-07-14
Filing date: 2022-07-14
Publication date: 2024-01-25

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Batteriemodul (10) für eine Hochvoltbatterie eines Kraftfahrzeugs, wobei das Batteriemodul (10) einen Zellstapel (12) mit mehreren in einer Stapelrichtung (x) nebeneinander angeordneten Batteriezellen (14) aufweist, und eine Spanneinrichtung (18) zum Verspannen des Zellstapels (12) in Stapelrichtung (x), wobei die Spanneinrichtung (18) eine erste Endplatte (16) und eine zweite Endplatte (16) aufweist, die den Zellstapel (12) beidseitig in Stapelrichtung (x) begrenzen, und wobei die Spanneinrichtung (18) ein erstes Spannband (20) aufweist. Dabei ist das erste Spannband (20) als geschlossenes Band (20) aus einem thermoplastischem, faserverstärktem Kunststoff ausgebildet, welches die erste und zweite Endplatte (16) und den zwischen der ersten und zweiten Endplatte (16) angeordneten Zellstapel (12) in einer ersten Umfangsrichtung (U) vollständig umschließt.The invention relates to a battery module (10) for a high-voltage battery of a motor vehicle, wherein the battery module (10) has a cell stack (12) with a plurality of battery cells (14) arranged next to one another in a stacking direction (x), and a clamping device (18) for clamping the Cell stack (12) in the stacking direction (x), wherein the clamping device (18) has a first end plate (16) and a second end plate (16) which delimit the cell stack (12) on both sides in the stacking direction (x), and wherein the clamping device ( 18) has a first tension band (20). The first tension band (20) is designed as a closed band (20) made of a thermoplastic, fiber-reinforced plastic, which holds the first and second end plates (16) and the cell stack (12) arranged between the first and second end plates (16) in a first Circumferential direction (U) completely encloses.

Description

Die Erfindung betrifft ein Batteriemodul für eine Hochvoltbatterie eines Kraftfahrzeugs, wobei das Batteriemodul einen Zellstapel mit mehreren in einer Stapelrichtung nebeneinander angeordneten Batteriezellen aufweist, und eine Spanneinrichtung zum Verspannen des Zellstapels in Stapelrichtung, wobei die Spanneinrichtung eine erste Endplatte und eine zweite Endplatte aufweist, die den Zellstapel beidseitig in Stapelrichtung begrenzen, und wobei die Spanneinrichtung ein erstes Spannband aufweist. Des Weiteren betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Herstellen eines Batteriemoduls.The invention relates to a battery module for a high-voltage battery of a motor vehicle, wherein the battery module has a cell stack with a plurality of battery cells arranged next to one another in a stacking direction, and a clamping device for clamping the cell stack in the stacking direction, the clamping device having a first end plate and a second end plate, which Delimit cell stacks on both sides in the stacking direction, and wherein the tensioning device has a first tensioning band. Furthermore, the invention also relates to a method for producing a battery module.

HV (Hochvolt)-Zellen, das heißt Batteriezellen einer Hochvoltbatterie, werden zu einem Batteriemodul, insbesondere mit oder ohne Separatorschichten, gestackt, das heißt zu einem Zellstapel zusammengefasst. Dabei müssen die Zellen für die Montage und über Lebenszeit zusammengehalten werden. Im Laufe ihrer Lebensdauer schwellen die Zellen typischerweise an, was auch als Swelling bezeichnet wird. Durch dieses Swellingverhalten der Zellen treten große Kräfte auf, die in einem minimalen Bauraum aufgefangen werden müssen. Zu diesem Zweck kommen bislang sogenannte Endplates, das heißt Endplatten, zum Einsatz, die durch separate, nicht durchgehende Zugbänder das Modul zusammenhalten und alle Kräfte aufnehmen. Die Zugbänder sorgen für eine Verspannung der Hochvoltzellen im Stack mit definierter Vorspannkraft. Zu diesem Zweck werden diese typischerweise mit den Endplates zur Aufnahme der Swellingkräfte verschweißt. Die Endplates verbinden also die Zugbänder miteinander und halten so den Zellstack zusammen. Über die Endplates kann das Batteriemodul auch an einem Gehäuse beziehungsweise Boden des Batteriekastens montiert werden. Außerdem können die Endplates auch Elektronikkomponenten aufnehmen. Diese Elektronikkomponenten beziehungsweise Elektronikumfänge können nachträglich an einem Endplate montiert werden. Beim Ausdehnen beziehungsweise Swelling der Zellen im Laufe ihrer Lebensdauer wirken entsprechend große Kräfte auf die Endplates. Dabei wird das Gesamtsystem Zugband und Endplate auf eine maximal zulässige Deformation des Batteriemoduls an der biegeweichsten Stelle ausgelegt. Beispielsweise kann ein Grenzwert vorgegeben sein, zum Beispiel 1,5 Millimeter, um den sich eine solche Endplatte maximal nach außen hin durchbiegen darf. Dies hat zur Folge, dass die Endplates typischerweise sehr massiv, schwer und entsprechend teuer ausgebildet werden müssen. Eine weitere Herausforderung bei bestehenden Vorspannkonzepten besteht bei der Verwendung metallischer Zugbänder in der Kraftumleitung beziehungsweise Kraftweiterleitung um die Ecke, das heißt an der Verbindungsstelle zwischen Zugband und Endplate.HV (high-voltage) cells, that is, battery cells of a high-voltage battery, are stacked to form a battery module, in particular with or without separator layers, that is, combined into a cell stack. The cells must be held together during assembly and over their lifetime. Over the course of their lifespan, the cells typically swell, which is also known as swelling. This swelling behavior of the cells creates large forces that have to be absorbed in a minimal installation space. To date, so-called end plates have been used for this purpose, which hold the module together using separate, non-continuous tension bands and absorb all the forces. The tension bands ensure that the high-voltage cells in the stack are tensioned with a defined pre-tensioning force. For this purpose, they are typically welded to the end plates to absorb the swelling forces. The end plates connect the drawstrings with each other and thus hold the cell stack together. The battery module can also be mounted on a housing or bottom of the battery box via the end plates. The end plates can also accommodate electronic components. These electronic components or electronic components can be subsequently mounted on an end plate. As the cells expand or swell over the course of their lifespan, correspondingly large forces act on the end plates. The entire tension band and end plate system is designed for maximum permissible deformation of the battery module at the softest point. For example, a limit value can be specified, for example 1.5 millimeters, by which such an end plate can maximally bend outwards. This means that the end plates typically have to be made very massive, heavy and correspondingly expensive. Another challenge with existing prestressing concepts when using metal tension bands is the redirection of force or the transmission of force around the corner, i.e. at the connection point between the tension band and the end plate.

Die DE 10 2010 041 709 A1 beschreibt ein Verfahren zum Verspannen eines Lithium-Ionen-Akkumulators, der einen Zellstapel mit vier Seitenflächen aufweist. Mittels mindestens eines Zugbands wird der Zellstapel verspannt, wobei das Zugband im Bereich der Mantelfläche angeordnet und gespannt wird, und wobei die Enden des Zugbands währenddessen in spannungsfreiem Zustand gehalten werden und dabei direkt oder indirekt unter Verwendung von einer oder zwei Platten, die auf einer Seitenfläche beziehungsweise zwei einander gegenüberliegenden Seitenflächen der Mantelfläche angeordnet werden, miteinander verbunden werden. Um die Enden dabei spannungsfrei zu halten, wird der Zellstapel zusammengedrückt.The DE 10 2010 041 709 A1 describes a method for bracing a lithium-ion battery that has a cell stack with four side surfaces. The cell stack is tensioned by means of at least one tension band, the tension band being arranged and tensioned in the area of the lateral surface, and the ends of the tension band being kept in a tension-free state during this time, directly or indirectly using one or two plates on a side surface or two opposite side surfaces of the lateral surface are arranged, are connected to one another. In order to keep the ends free of tension, the cell stack is pressed together.

Die oben beschriebenen Probleme bestehen hierbei ebenso.The problems described above also exist here.

Die EP 2 795 713 B1 beschreibt ein Batteriemodul mit einem Batteriemodulgehäuse mit Teilen aus Kunststoff und mehrere prismatische Batteriezellen, die ein Zellgehäuse mit vier Seitenwänden aufweisen. Das Batteriemodulgehäuse kann mit einer Spannvorrichtung umschlossen sein, die zwei Spannbänder aus Metall einschließt. Zur Führung des entsprechenden Spannbandes können Führungsabrundungen an Außenseiten vorgesehen sein. Das Spannband ist jeweils mit seinen beiden Enden verschlossen. Die Enden des Spannbands können miteinander vercrimpt sein.The EP 2 795 713 B1 describes a battery module with a battery module housing with parts made of plastic and several prismatic battery cells that have a cell housing with four side walls. The battery module housing can be enclosed with a clamping device that includes two metal clamping straps. To guide the corresponding tension band, guide roundings can be provided on the outside. The tension band is closed at both ends. The ends of the tension band can be crimped together.

Ein umlaufendes Metallband, welches vor allem über eine Crimpverbindung gefügt wird, ist jedoch in vielen Fällen nicht ausreichend stabil, um den oben beschriebenen hohen Swellingkräften standzuhalten, und einem Ausdehnen des Zellstapels in Stapelrichtung über Lebenszeit in ausreichendem Maße entgegenzuwirken. Eine dickere Ausbildung eines solchen Metallbands hat wieder enorme Gewichtsnachteile und macht das Band weniger flexibel. Der Schwachpunkt der Crimpverbindung bleibt weiterhin bestehen.However, in many cases, a circumferential metal band, which is joined primarily via a crimp connection, is not sufficiently stable to withstand the high swelling forces described above and to sufficiently counteract expansion of the cell stack in the stacking direction over its lifetime. A thicker design of such a metal band has enormous weight disadvantages and makes the band less flexible. The weak point of the crimp connection still remains.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Batteriemodul und ein Verfahren bereitzustellen, die eine möglichst belastbare Verspannung eines Zellstapels mittels einer möglichst leichtgewichtigen und effizient ausgebildeten Spanneinrichtung erlauben.The object of the present invention is therefore to provide a battery module and a method that allow a cell stack to be clamped as resiliently as possible by means of a clamping device that is as lightweight and efficiently designed as possible.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Batteriemodul und ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung sowie der Figuren.This task is solved by a battery module and a method with the features according to the respective independent patent claims. Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims, the description and the figures.

Ein erfindungsgemäßes Batteriemodul für eine Hochvoltbatterie eines Kraftfahrzeugs weist einen Zellstapel mit mehreren in einer Stapelrichtung nebeneinander angeordneten Batteriezellen auf, und eine Spanneinrichtung zum Verspannen des Zellstapels in Stapelrichtung. Dabei weist die Spanneinrichtung eine erste Endplatte und eine zweite Endplatte auf, die den Zellstapel beidseitig in Stapelrichtung begrenzen, wobei die Spanneinrichtung weiterhin ein erstes Spannband aufweist. Dabei ist das erste Spannband als geschlossenes Band aus einem thermoplastischen, faserverstärkten Kunststoff ausgebildet, welches die erste und zweite Endplatte und den zwischen der ersten und zweiten Endplatte angeordneten Zellstapel in einer ersten Umfangsrichtung vollständig umschließt.A battery module according to the invention for a high-voltage battery of a motor vehicle has a cell stack with a plurality of battery cells arranged next to one another in a stacking direction, and a clamping device for clamping the cell stack in the stacking direction. The clamping device has a first end plate and a second end plate, which delimit the cell stack on both sides in the stacking direction, the clamping device also having a first clamping band. The first tension band is designed as a closed band made of a thermoplastic, fiber-reinforced plastic, which completely encloses the first and second end plates and the cell stack arranged between the first and second end plates in a first circumferential direction.

Durch ein durchgehendes erstes Spannband kann vorteilhafterweise eine deutlich bessere Kraftumlenkung und Kraftweiterleitung um die Ecken des Batteriemoduls erreicht werden. Vor allem aber durch die Ausbildung des Spannbands aus einem thermoplastischen, faserverstärkten Kunststoff können mehrere besonders große Vorteile erzielt werden: Zum einen kann das Spannband selbst hierdurch mit einer ausreichend hohen mechanischen Stabilität bereitgestellt werden, welches den eingangs beschriebenen hohen Swellingkräften über Lebenszeit standhält und welches es entsprechend ermöglicht, eine Ausdehnung des Zellstapels in Stapelrichtung über Lebenszeit auf einen vorgegebenen Maximalwert räumlich zu begrenzen. Ein weiterer sehr großer Vorteil besteht darin, dass durch die Verwendung eines thermoplastischen, faserverstärkten Kunststoffs eine besonders einfache und gleichzeitig stabile Möglichkeit gegeben ist, das Spannband zu verschließen und damit als geschlossenes Band bereitzustellen. Insbesondere lässt sich ein solches Spannband bereits während des Wickelprozesses beim Umwickeln der Anordnung aus den Endplatten und dem dazwischen befindlichen Zellstapel durch Erhitzen fügen, insbesondere verschweißen, wie dies später detaillierter erläutert wird. Dadurch können übereinanderliegende Lagen des Spannbands während des Umwickelns lokal oder auch vollflächig miteinander gefügt, insbesondere verschweißt, werden. Damit entsteht eine materialschlüssige Verbindung, die äußerst stabil ist und hohen Zugkräften standhalten kann. Vor allem die Möglichkeit eines flächigen Fügens und nicht nur einer lokalen Verbindung, wie dies bei einer Crimpverbindung der Fall ist, ermöglich eine besonders hohe Stabilität bei Zugbelastungen des Spannbands. Dadurch, dass das Spannband durch seine Ausbildung aus dem thermoplastischen, faserverstärkten Kunststoff wiederum so stabil und mit einer extrem hohen Zugfestigkeit bereitgestellt werden kann, können die Endplatten selbst deutlich weniger robust und weniger massiv ausgebildet werden. Dies spart Material und vor allem Gewicht und ermöglicht eine deutlich kostengünstigere Bereitstellung und Ausbildung der Spanneinrichtung. Das Spannband selbst ist ebenfalls deutlich leichter, als z.B. metallische Spannelemente oder Metallbänder. Ein weiterer Vorteil der Ausbildung des Spannbands aus einem thermoplastischen, faserverstärkten Kunststoff besteht zudem auch darin, dass das erste Spannband dann entsprechend elektrisch isolierend ausgebildet ist. Dadurch kann beispielsweise eine elektrische Isolierung zwischen dem Spannband und den Zellgehäusen der Batteriezellen, die typischerweise aus metallischem Material gebildet sind, wie beispielsweise Aluminium, entfallen. Dadurch können wieder Material, Gewicht und Kosten gespart werden.A continuous first tension band can advantageously achieve significantly better force deflection and force transmission around the corners of the battery module. Above all, however, by designing the tension band from a thermoplastic, fiber-reinforced plastic, several particularly great advantages can be achieved: On the one hand, the tension band itself can thereby be provided with a sufficiently high mechanical stability, which can withstand the high swelling forces described above over its lifetime and which it accordingly makes it possible to spatially limit an expansion of the cell stack in the stacking direction over its lifetime to a predetermined maximum value. Another very big advantage is that the use of a thermoplastic, fiber-reinforced plastic provides a particularly simple and at the same time stable way of closing the tension band and thus providing it as a closed band. In particular, such a tension band can be joined, in particular welded, by heating during the winding process when wrapping the arrangement of the end plates and the cell stack between them, as will be explained in more detail later. As a result, layers of the tension band lying one above the other can be joined together, in particular welded, locally or over the entire surface during wrapping. This creates a material-locking connection that is extremely stable and can withstand high tensile forces. Above all, the possibility of a flat joining and not just a local connection, as is the case with a crimp connection, enables a particularly high level of stability under tensile loads on the tension band. Because the tension band can be made so stable and with an extremely high tensile strength thanks to its design made of thermoplastic, fiber-reinforced plastic, the end plates themselves can be made significantly less robust and less solid. This saves material and, above all, weight and enables the clamping device to be provided and designed significantly more cost-effectively. The tension band itself is also significantly lighter than, for example, metal tension elements or metal straps. Another advantage of designing the tension band from a thermoplastic, fiber-reinforced plastic is that the first tension band is then designed to be electrically insulating. This makes it possible, for example, to eliminate the need for electrical insulation between the tension band and the cell housings of the battery cells, which are typically made of metallic material, such as aluminum. This means that material, weight and costs can be saved again.

Als thermoplastischer Kunststoff für das Spannband kann dabei zum Beispiel PP (Polypropylen) oder PA (Polyamid) oder ähnliches verwendet werden. Die Verstärkungsfasern können zudem auch als Endlosfaserverstärkung bereitgestellt sein. Die Batteriezellen können zum Beispiel als Lithium-Ionen-Zellen ausgebildet sein. Des Weiteren sind die Batteriezellen bevorzugt als prismatische Batteriezellen ausgebildet. Die Stapelrichtung, in welcher die Batteriezellen nebeneinander angeordnet sind, kann dabei eine erste Richtung definieren. Die später erwähnten zweiten und dritten Richtungen können zueinander und zu dieser ersten Richtung senkrecht orientiert sein. Die Endplatten können dabei im Allgemeinen aus jedem beliebigen Material gebildet sein, zum Beispiel aus Kunststoff, faserverstärktem Kunststoff, Metall oder ähnlichem. Die Endplatten können z.B. mittels eines Spritzgussverfahrens hergestellt sein. Die erste Endplatte kann den Zellstapel in Stapelrichtung begrenzen und die zweite Endplatte den Zellstapel auf der gegenüberliegenden Seite entgegen der Stapelrichtung. Der Zellstapel ist also zwischen den beiden Endplatten angeordnet. Die Spanneinrichtung kann dabei gleichzeitig auch Teil eines Modulgehäuses des Batteriemoduls sein. Insbesondere kann die Spanneinrichtung dabei gleichzeitig auch ein solches Modulgehäuse bereitstellen. Zwischen den Batteriezellen des Batteriemoduls können zudem optional noch Zelltrennelemente oder ähnliches angeordnet sein.For example, PP (polypropylene) or PA (polyamide) or similar can be used as a thermoplastic for the tension band. The reinforcing fibers can also be provided as continuous fiber reinforcement. The battery cells can be designed as lithium-ion cells, for example. Furthermore, the battery cells are preferably designed as prismatic battery cells. The stacking direction in which the battery cells are arranged next to one another can define a first direction. The second and third directions mentioned later can be oriented perpendicular to each other and to this first direction. The end plates can generally be made of any material, for example plastic, fiber-reinforced plastic, metal or similar. The end plates can be manufactured, for example, using an injection molding process. The first end plate can limit the cell stack in the stacking direction and the second end plate can limit the cell stack on the opposite side against the stacking direction. The cell stack is therefore arranged between the two end plates. The clamping device can also be part of a module housing of the battery module. In particular, the clamping device can also provide such a module housing at the same time. Optionally, cell separating elements or the like can also be arranged between the battery cells of the battery module.

Die erste und zweite Endplatte können jeweils einteilig oder auch mehrteilig ausgeführt sein. Weiterhin können die erste und zweite Endplatte gleich oder zumindest gleichartig ausgeführt sein. Die weiteren Ausführungen zur ersten Endplatte, wie diese später näher erläutert werden, können damit in gleicher Weise auch für die zweite Endplatte gelten und werden daher nicht noch einmal separat für die zweite Endplatte erläutert. Auch kann die Spanneinrichtung nicht nur das erste Spannband als einziges Spannband aufweisen, sondern optional auch mehrere Spannbänder, wie das später näher erläuterte zweite Spannband. Diese weiteren Spannbänder können dabei ebenso ausgebildet sein, wie zum ersten Spannband beschrieben. Mit anderen Worten können diese ebenfalls aus thermoplastischem, faserverstärktem Kunststoff und als geschlossenes Band ausgebildet sein. Auch die weiteren mit Bezug auf das erste Spannband erläuterten Ausführungsformen können ganz analog auch für die optionalen weiteren Spannbänder gelten.The first and second end plates can each be made in one piece or in several parts. Furthermore, the first and second end plates can be designed the same or at least in the same way. The further statements regarding the first end plate, as will be explained in more detail later, can therefore also apply in the same way to the second end plate and are therefore not explained again separately for the second end plate. The tensioning device can also have not only the first tension band as the only tension band, but optionally also several tension bands, such as the second tension band explained in more detail later. These further tension bands can be designed in the same way as described for the first tension band. In other words, these can also be made from ther moplastic, fiber-reinforced plastic and be designed as a closed band. The other embodiments explained with reference to the first tension band can also apply quite analogously to the optional further tension bands.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das erste Spannband als ein UD (unidirektional)-Tape mit unidirektional in der ersten Umfangsrichtung verlaufenden Verstärkungsfasern, insbesondere Glasfasern oder Carbonfasern, ausgebildet. Gerade UD-Tapes weisen eine extrem hohe Zugfestigkeit in Verlaufsrichtung der Verstärkungsfasern auf, was die Ausbildung des ersten Spannbands als solches UD-Tape besonders vorteilhaft macht. Da vor allem durch das Spannband in der ersten Umfangsrichtung hohe Zugkräfte aufgenommen werden müssen, ist es entsprechend sehr vorteilhaft, dass die Verstärkungsfasern entsprechend in dieser Umfangsrichtung verlaufen.In a particularly advantageous embodiment of the invention, the first tension band is designed as a UD (unidirectional) tape with reinforcing fibers, in particular glass fibers or carbon fibers, running unidirectionally in the first circumferential direction. UD tapes in particular have an extremely high tensile strength in the direction of the reinforcing fibers, which makes the design of the first tension band as such a UD tape particularly advantageous. Since high tensile forces have to be absorbed in the first circumferential direction, especially by the tension band, it is correspondingly very advantageous for the reinforcing fibers to run in this circumferential direction.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das erste Spannband in mehreren Lagen in der ersten Umfangsrichtung um die erste und zweite Endplatte und den dazwischen angeordneten Zellstapel gewickelt ausgeführt. Mit anderen Worten wird das Spannband nicht nur einmal um die Anordnung aus erster und zweiter Endplatte und dem dazwischen befindlichen Zellstapel herum gelegt und dann verschlossen, sondern mindestens zweimal oder bevorzugt mehr als zweimal gewickelt. Die Dicke des Spannbands senkrecht zur Umfangsrichtung und senkrecht zur Bandoberfläche kann zum Beispiel 0,4 Millimeter bis einschließlich 1,5 Millimeter betragen oder auch mehr, je nach Anforderung. Dadurch ergeben sich senkrecht zur Umfangsrichtung senkrecht zur Bandoberfläche mehrere Lagen dieses Spannbands, die zumindest bereichsweise übereinander angeordnet sind, vorzugsweise deckungsgleich übereinander gewickelt sind. Durch die mehreren Lagen lässt sich eine gewünschte Dicke des Spannbands und damit eine gewünschte beziehungsweise vorgegebene Zugfestigkeit auf besonders einfache Weise einstellen.In a further advantageous embodiment of the invention, the first tension band is designed to be wound in several layers in the first circumferential direction around the first and second end plates and the cell stack arranged between them. In other words, the tension band is not only placed once around the arrangement of the first and second end plates and the cell stack located between them and then closed, but is wrapped at least twice or preferably more than twice. The thickness of the tension band perpendicular to the circumferential direction and perpendicular to the band surface can be, for example, 0.4 millimeters up to and including 1.5 millimeters or more, depending on the requirements. This results in several layers of this tension band perpendicular to the circumferential direction perpendicular to the band surface, which are arranged one above the other at least in some areas, preferably wound congruently on top of one another. The multiple layers allow a desired thickness of the tension band and thus a desired or specified tensile strength to be set in a particularly simple manner.

Bei einer weiteren sehr vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ein erstes Ende des ersten Spannbands mit einem zweiten Ende des ersten Spannbands gefügt und/oder zumindest zwei übereinanderliegende Lagen der mehreren Lagen sind bereichsweise und/oder punktuell oder über die gesamte erste Umfangsrichtung durchgehend, insbesondere flächig, miteinander gefügt.In a further very advantageous embodiment of the invention, a first end of the first tension band is joined to a second end of the first tension band and/or at least two superimposed layers of the plurality of layers are continuous, in particular flat, in areas and/or at certain points or over the entire first circumferential direction. joined together.

Es gibt also verschiedene Möglichkeiten, das erste Spannband zu befestigen beziehungsweise zum geschlossenen Band zu verschließen. Dabei kann nicht nur eine Fügestelle vorgesehen sein sondern auch mehrere oder eine solche Fügestelle kann sehr großflächig, insbesondere auch über die gesamte Bandfläche ausgeführt sein. Ein durchgehendes und flächiges Fügen der übereinanderliegenden Lagen des Spannbands ist dabei besonders vorteilhaft und stabil. Dieses Fügen, egal ob flächig, bereichsweise, punktuell oder durchgehend, kann dabei gleichzeitig beim Wickelprozess des Spannbands erfolgen. Das Spannband kann beispielsweise mittels einer Wickeleinrichtung, zum Beispiel ähnlich einem Roller, um die Anordnung aus den Endplatten mit dem dazwischen befindlichen Zellstapel gewickelt werden, während durch die Wickeleinrichtung gleichzeitig eine entsprechende Erhitzung des gewickelten Spannbands erzeugt wird, um dieses mit zumindest einem Bereich einer darunterliegenden Lage des Spannbands zu verschweißen. Das Verschweißen kann dabei mittels Heißgas oder auch mittels Laser erfolgen. Wird die Erhitzung, die durch die Wickeleinrichtung bereitgestellt wird, beim Wickeln des Spannbands lediglich temporär aktiviert, so kann hierdurch ein lediglich bereichsweises oder punktuelles Verschweißen von Bereichen des Spannbands miteinander erzeugt werden. Eine permanente Aktivierung der Erhitzung des Spannbands beim Wickeln ermöglicht eine durchgehende Verschweißung übereinanderliegender Lagen des Spannbands in Umfangsrichtung. Die gewickelten, das Spannband bereitstellenden, Tapes beziehungsweise Tape-Lagen können also vorteilhafterweise während des Wickelprozesses verschweißt werden, wobei die Fügestelle vollflächig oder lokal an mindestens einer Stelle bereitgestellt werden kann. Darüber hinaus kann das Spannband beim Wickeln auch gleichzeitig gespannt werden.There are therefore various ways to attach the first tension band or to close it into a closed band. Not only one joint can be provided, but also several or such a joint can be designed over a very large area, in particular over the entire belt surface. A continuous and flat joining of the layers of the tension band lying one on top of the other is particularly advantageous and stable. This joining, whether flat, in areas, at points or continuously, can take place at the same time as the tension band is being wound. The tension band can be wound, for example, by means of a winding device, for example similar to a roller, around the arrangement of the end plates with the cell stack located between them, while at the same time the winding device generates a corresponding heating of the wound tension band in order to wrap it with at least a region of an underlying one Position of the tension band to be welded. Welding can be done using hot gas or a laser. If the heating provided by the winding device is only activated temporarily when winding the tension band, this can produce a welding of regions of the tension band to one another only in certain areas or at certain points. Permanent activation of the heating of the tension band during winding enables continuous welding of superimposed layers of the tension band in the circumferential direction. The wound tapes or tape layers providing the tension band can therefore advantageously be welded during the winding process, with the joint being able to be provided over the entire surface or locally at at least one point. In addition, the tension band can also be tensioned at the same time as wrapping.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die erste Endplatte einen ersten Randbereich und einen bezüglich einer zur Stapelrichtung senkrechten zweiten Richtung gegenüberliegenden zweiten Randbereich auf, wobei der erste Randbereich einen ersten Führungsabschnitt aufweist und der zweite Randbereich einen zweiten Führungsabschnitt aufweist, über welche das Spannband geführt ist, sodass dieses im jeweiligen ersten und zweiten Randbereich auf dem jeweiligen ersten und zweiten Führungsabschnitt aufliegt. Dabei sind der erste und zweite Randbereich vorzugsweise zumindest im jeweiligen ersten und zweiten Führungsabschnitt mit einer Rundung ausgebildet. Das Spannband wird also im Bereich der Endplatten um abgerundete Ecken geführt.In a further advantageous embodiment of the invention, the first end plate has a first edge region and a second edge region which is opposite with respect to a second direction perpendicular to the stacking direction, the first edge region having a first guide section and the second edge region having a second guide section over which the tension band is guided is so that it rests on the respective first and second guide sections in the respective first and second edge regions. The first and second edge regions are preferably designed with a curve at least in the respective first and second guide sections. The tension band is guided around rounded corners in the area of the end plates.

Eine solche Rundung kann lokal zum Beispiel durch einen Radius charakterisierbar sein, der senkrecht zur ersten Umlaufsrichtung und senkrecht zur Bandoberfläche ist. Der Radius, das heißt der Krümmungsradius dieser Rundung, beträgt vorzugsweise mindestens einen Millimeter, besonders bevorzugt mindestens zwei Millimeter, oder auch mehr, z.B. mindestens 3 Millimeter oder mindestens 4 Millimeter, usw.. Dadurch kann vorteilhafterweise ein Umknicken des Spannbands um 90 Grad verhindert werden, was eine besonders schonende Führung des Spannbands erlaubt. Die mechanische Beanspruchung des Spannbands kann hierdurch vorteilhafterweise reduziert werden und dessen Robustheit und Lebensdauer erhöht werden.Such a rounding can be characterized locally, for example, by a radius that is perpendicular to the first direction of rotation and perpendicular to the strip surface. The radius, that is to say the radius of curvature of this curve, is preferably at least one millimeter, particularly preferably at least two millimeters, or even more, for example at least 3 millimeters or at least 4 millimeters, etc. This can advantageously The tension band cannot be bent by 90 degrees, which allows the tension band to be guided particularly gently. The mechanical stress on the tension band can thereby advantageously be reduced and its robustness and service life can be increased.

Die Ecken beziehungsweise Kanten müssen dabei nicht notwendigerweise über ihre komplette Länge abgerundet ausgeführt sein, beispielsweise ist es ausreichend, eine solche Rundung lediglich im Führungsabschnitt, in welchem das Spannband geführt ist, vorzusehen.The corners or edges do not necessarily have to be rounded over their entire length; for example, it is sufficient to provide such a rounding only in the guide section in which the tension band is guided.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung stellt eine dem Zellstapel abgewandte erste Seite der ersten Endplatte einen den ersten und zweiten Führungsabschnitt verbindenden Führungsbereich bereit, über welchen das erste Spannband geführt ist, sodass es auf dem Führungsbereich zumindest bereichsweise oder vollständig flächig aufliegt. Dabei ist der Führungsbereich im Verlauf entlang der ersten Umfangsrichtung bevorzugt konvex in eine vom Zellstapel wegweisende Richtung gekrümmt beziehungsweise gewölbt. Dies gilt zumindest für die Außenkontur bzw. die Auflagefläche des Führungsbereichs, die das Spannband direkt kontaktiert. Der Führungsbereich kann zum Beispiel mit einer Rippenstruktur oder einem Rippenmuster ausgebildet sein. In diesem Fall liegt das Spannband dann entsprechend nur an den hervorstehenden Rippen an und nicht an den zwischen den Rippen gebildeten Vertiefungen in Richtung des Zellstapels. Unter der Außenkontur der ersten Endplatten soll dann in diesem Fall die Fläche verstanden werden, die die vom Spannband direkt berührten Bereiche umfasst und diese interpoliert, sozusagen als eine Art Tangentialfläche oder Einhüllende. Im Führungsbereich verläuft die Außenkontur sozusagen genauso wie das Spannband in diesem Bereich.In a further advantageous embodiment of the invention, a first side of the first end plate facing away from the cell stack provides a guide area connecting the first and second guide sections, over which the first tension band is guided so that it rests on the guide area at least in some areas or completely flat. In this case, the guide region is preferably curved or curved convexly in a direction pointing away from the cell stack along the first circumferential direction. This applies at least to the outer contour or the contact surface of the guide area, which directly contacts the tension band. The guide area can be designed, for example, with a rib structure or a rib pattern. In this case, the tension band then rests only on the protruding ribs and not on the depressions formed between the ribs in the direction of the cell stack. In this case, the outer contour of the first end plates should be understood as the surface that encompasses the areas directly touched by the tension band and interpolates them, so to speak as a kind of tangential surface or envelope. In the guide area, the outer contour runs, so to speak, in the same way as the tension band in this area.

Der Führungsbereich ist dann, d.h. auch im Falle einer Rippenstruktur, derart geometrisch geformt, dass der entlang des Führungsbereichs verlaufende Spannbandabschnitt des Spannbands, und insbesondere entsprechend dann auch die Außenkontur der Endplatte, konvex gewölbt ist bzw. gekrümmt verläuft, insbesondere monoton gekrümmt. D.h. abschnittsweise kann dieser entlang des Führungsbereichs verlaufende Spannbandabschnitt auch gerade und nicht gekrümmt verlaufen, allerdings soll der Spannbandabschnitt an keiner Stelle mit einer Vertiefung in Richtung des Zellstapels ausgebildet sein, d.h. keinen in Richtung des Zellstapels konkav gekrümmten Abschnitt aufweisen.The guide area is then, i.e. also in the case of a rib structure, geometrically shaped in such a way that the tension band section of the tension band running along the guide area, and in particular correspondingly then also the outer contour of the end plate, is convexly curved or curved, in particular monotonously curved. I.e. in sections, this tension band section running along the guide area can also run straight and not curved, but the tension band section should not be designed with a recess in the direction of the cell stack at any point, i.e. not have a section that is concavely curved in the direction of the cell stack.

Die erste Endplatte, und insbesondere analog auch die zweite Endplatte, kann z.B. nach außen gewölbt ausgebildet oder mit einer nach außen gewölbten Außenkontur ausgebildet sein, sodass diese im jeweiligen ersten und zweiten Randbereich eine maximale Dicke in Stapelrichtung aufweist, die geringer ist als in einem Bereich der ersten Endplatte und insbesondere auch der zweiten Endplatte, der sich zwischen dem ersten und zweiten Randbereich befindet, insbesondere in der Mitte zwischen dem ersten und zweiten Randbereich befindet. Die maximale Dicke der Endplatte kann zum Beispiel in der Mitte zwischen dem ersten und zweiten Randbereich liegen und zudem kann die Krümmung auch symmetrisch bezüglich einer Mittelachse zwischen dem ersten und zweiten Randbereich ausgebildet sein. Es hat sich dabei gezeigt, dass sich eine solche Krümmung besonders vorteilhaft auf die Krafteinleitung und Kraftverteilung auswirkt. Die Kräfte auf das Zugband können damit beim Anschwellen der Zellen in Stapelrichtung deutlich besser verteilt und vom Zugband aufgenommen werden. Eine lokale Überbeanspruchung des Zugbands kann somit effizient vermieden werden. Die Robustheit der Anordnung wird dadurch noch gesteigert.The first end plate, and in particular analogously also the second end plate, can, for example, be designed to be curved outwards or with an outer contour that is curved outwards, so that it has a maximum thickness in the stacking direction in the respective first and second edge regions, which is smaller than in one region the first end plate and in particular also the second end plate, which is located between the first and second edge regions, in particular in the middle between the first and second edge regions. The maximum thickness of the end plate can, for example, lie in the middle between the first and second edge regions and, in addition, the curvature can also be designed symmetrically with respect to a central axis between the first and second edge regions. It has been shown that such a curvature has a particularly advantageous effect on the introduction and distribution of force. The forces on the tension band can thus be distributed much better when the cells swell in the stacking direction and can be absorbed by the tension band. Local overstressing of the tension band can therefore be efficiently avoided. This further increases the robustness of the arrangement.

Diese Wölbung der ersten Seite der ersten Endplatte kann dabei zweidimensional ausgestaltet sein. Mit anderen Worten ist die erste Seite oder deren Außenkontur dabei nur in Verlaufsrichtung des Zugbands gewölbt, nicht jedoch senkrecht zur Verlaufsrichtung, zumindest nicht im Führungsbereich, der dem ersten Spannband zugeordnet ist.This curvature of the first side of the first end plate can be designed two-dimensionally. In other words, the first side or its outer contour is only curved in the direction of extension of the tension band, but not perpendicular to the direction of extension, at least not in the guide area that is assigned to the first tension band.

Weist das Batteriemodul beispielsweise nur das erste Spannband oder nur zueinander parallel verlaufende Spannbänder auf, so kann die erste Seite der ersten Endplatte oder deren Außenkontur nicht nur im Führungsbereich konvex ausgebildet sein, sondern insgesamt oder auch in über den Führungsbereich hinausgehenden Bereichen der ersten Seite. Weist das Batteriemodul, wie später näher erläutert, beispielsweise ein zweites senkrecht zum ersten Spannband gewickeltes Spannband auf, so ist es vorteilhaft, die konvexe Krümmung jeweils auf die entsprechenden Führungsbereiche der Spannbänder zu beschränken.For example, if the battery module has only the first tension band or only tension bands that run parallel to one another, the first side of the first end plate or its outer contour can be convex not only in the guide area, but overall or also in areas of the first side that extend beyond the guide area. If, as explained in more detail later, the battery module has, for example, a second tension band wound perpendicular to the first tension band, it is advantageous to limit the convex curvature to the corresponding guide areas of the tension bands.

Weiterhin ist es sehr vorteilhaft, wenn das Spannband vollflächig auf dem Führungsbereich der ersten Seite der ersten Endplatte aufliegt. Das gewickelte Tape liegt über den Stirnseiten des Batteriemoduls damit immer flächig an den Endplatten an, sodass eine gleichmäßige Spannung des Spannbands gewährleistet ist. Denkbar ist es aber auch, wie oben bereits erwähnt, dass das Spannband im Führungsbereich nicht vollflächig, sondern nur partiell anliegt. Der Führungsbereich kann zum Beispiel mit einer Rippenstruktur oder einem Rippenmuster ausgebildet sein. In diesem Fall liegt das Spannband dann entsprechend nur an den hervorstehenden Rippen an und nicht an den zwischen den Rippen gebildeten Vertiefungen in Richtung des Zellstapels. Aber durch ein gleichmäßig ausgeführtes Rippenmuster kann ebenso eine gleichmäßige Spannung des Spannbands erreicht werden.Furthermore, it is very advantageous if the tension band rests over its entire surface on the guide area of the first side of the first end plate. The wound tape always lies flat against the end plates over the front sides of the battery module, ensuring that the tension band is evenly tensioned. However, as already mentioned above, it is also conceivable that the tension band in the guide area does not rest over the entire surface, but only partially. The guide area can be designed, for example, with a rib structure or a rib pattern. In this case, the tension band then rests only on the protruding ribs and not on the depressions formed between the ribs in the direction of the cell stack. But through an evenly executed rib pattern A uniform tension of the tension band can also be achieved.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn eine dem Zellstapel zugewandte zweite Seite der ersten Endplatte zumindest in einem Kontaktbereich, der den Zellstapel physisch kontaktiert, mit einer geringeren Krümmung als die erste Seite ausgebildet ist, und vorzugsweise eben ausgebildet ist, zumindest in einem Anfangszustand eines Lebenszyklus des Batteriemoduls. Dies ist vorteilhaft, da die senkrecht zur Stapelrichtung ausgerichteten Zellseiten der Batteriezellen typischerweise ebenfalls eben ausgebildet sind, zumindest zu Beginn ihrer Lebensdauer. Wenn die Zellen des Batteriemoduls über Lebensdauer anschwellen, so kann es sein, dass die initial eben ausgebildete zweite Seite ebenfalls etwas konvex nach außen, das heißt in einer Richtung weg vom Zellstapel, gekrümmt wird. Diese Krümmung ist dann dennoch geringer als die durch die erste Seite der ersten Endplatte bereitgestellte Krümmung. Entsprechendes gilt wieder für die zweite Endplatte.Furthermore, it is advantageous if a second side of the first end plate facing the cell stack is designed with a smaller curvature than the first side, at least in a contact area that physically contacts the cell stack, and is preferably flat, at least in an initial state of a life cycle of the battery module. This is advantageous because the cell sides of the battery cells that are aligned perpendicular to the stacking direction are typically also flat, at least at the beginning of their service life. If the cells of the battery module swell over their service life, it may be that the initially flat second side is also curved somewhat convexly outwards, that is to say in a direction away from the cell stack. This curvature is then still less than the curvature provided by the first side of the first end plate. The same applies again to the second end plate.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Spanneinrichtung ein zweites Spannband auf, welches die erste und zweite Endplatte und den zwischen der ersten und zweiten Endplatte angeordneten Zellstapel in der ersten Umfangsrichtung und parallel zum ersten Spannband verlaufend vollständig umschließt und in einer dritten Richtung beabstandet zum ersten Spannband angeordnet ist. Das zweite Spannband verläuft also in diesem Beispiel parallel zum ersten Spannband und ist bezüglich der dritten Richtung oberhalb oder unterhalb vom ersten Spannband angeordnet. Eine Beabstandung dieser Spannbänder, die nicht notwendigerweise der Fall sein muss, hat jedoch den Vorteil, dass zwischen den Spannbändern auf der ersten Endplatte, und analog auch auf der zweiten Endplatte, Befestigungselemente zur Befestigung einer später näher erläuterten Montageplatte bereitgestellt werden können. Das Vorsehen von zwei Spannbändern hat also den Vorteil, dass mehr Flexibilität bezüglich der Anordnung weiterer Komponenten bereitgestellt ist. Das erste Spannband kann aber alternativ auch das einzige vom Batteriemodul umfasste Spannband darstellen. Dann ist es bevorzugt, dass es sich über einen Großteil einer Höhe des Batteriemoduls senkrecht zur Stapelrichtung und senkrecht zur Umfangsrichtung erstreckt. Dadurch wird wiederum eine besonders gleichmäßige Verteilung der Spannung erreicht. Eine weitere Möglichkeit besteht zudem noch darin, dass die Spanneinrichtung ein zweites Spannband aufweist, welches die erste und zweite Endplatte und den zwischen der ersten und zweiten Endplatte angeordneten Zellstapel in einer zweiten Umfangsrichtung vollständig umschließt und im Bereich der ersten und zweiten Endplatte das erste Spannband kreuzt, insbesondere in einem rechten Winkel. So kann mittels der beiden Spannbänder eine Fixierung der Zellen im Zellstapel nicht nur in der zweiten Richtung, sondern auch in der dritten Richtung erfolgen.According to a further advantageous embodiment of the invention, the tensioning device has a second tensioning band, which completely encloses the first and second end plates and the cell stack arranged between the first and second end plates in the first circumferential direction and parallel to the first tensioning band and is spaced apart in a third direction first tension band is arranged. In this example, the second tension band runs parallel to the first tension band and is arranged above or below the first tension band with respect to the third direction. However, a spacing of these tension bands, which does not necessarily have to be the case, has the advantage that fastening elements for fastening a mounting plate, which will be explained in more detail later, can be provided between the tension bands on the first end plate, and analogously also on the second end plate. Providing two tension bands therefore has the advantage that more flexibility is provided with regard to the arrangement of other components. Alternatively, the first tension band can also represent the only tension band included in the battery module. It is then preferred that it extends over a large part of a height of the battery module perpendicular to the stacking direction and perpendicular to the circumferential direction. This in turn achieves a particularly even distribution of tension. Another possibility is that the tensioning device has a second tension band, which completely encloses the first and second end plates and the cell stack arranged between the first and second end plates in a second circumferential direction and crosses the first tension band in the area of the first and second end plates , especially at a right angle. Using the two tension bands, the cells in the cell stack can be fixed not only in the second direction, but also in the third direction.

Wie eingangs bereits erwähnt, können dabei die beschriebenen zweiten Spannbänder ebenso ausgebildet sein wie zum ersten Spannband bereits beschrieben, welches partiell auch lediglich Spannband genannt wurde.As already mentioned at the beginning, the second tensioning bands described can be designed in the same way as the first tensioning band already described, which was also partially just called a tensioning band.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Batteriemodul mindestens eine Montageplatte auf, die an der ersten und/oder zweiten Endplatte derart befestigt ist, dass sich das erste Spannband zumindest zum Teil zwischen der Montageplatte und der ersten und zweiten Endplatte befindet. Die Montageplatte kann, muss dabei aber nicht notwendigerweise plattenförmig oder eben ausgebildet sein. Entsprechend kann die Montageplatte auch als Montagebauteil oder Montagelement oder Montageeinheit bezeichnet werden Da nunmehr das erste Spannband sich über einen Großteil der ersten Seite der ersten Endplatte erstreckt beziehungsweise einen Großteil dieser ersten Seite abdeckt, besteht in diesem Führungsbereich nunmehr nicht mehr die Möglichkeit, einfach weitere Komponenten, wie zum Beispiel Elektronikkomponenten oder ähnliches, vorzusehen. Daher ist es besonders vorteilhaft, eine solche zusätzliche Montageplatte vorzusehen, die zum Beispiel einfach außenseitig auf der ersten Endplatte, und analog wiederum eine weitere Montageplatte optional auf der zweiten Endplatte, befestigt und angeordnet werden kann. Dabei können Befestigungselemente auf der Außenseite der ersten Endplatte vorgesehen sein, die sehr bauraumsparend ausgestaltet sein können, z.B. in Form von abstehenden Stiften mit Anschraubmöglichkeit. Dadurch können diese Befestigungselemente ohne weiteres in den Bereichen der Außenseite der ersten Endplatte vorgesehen werden, die nicht vom Spannband oder von Spannbändern bedeckt sind. Die Montageplatte kann dann zum Beispiel in Bereichen angeschraubt werden, in denen das erste Spannband, und ein optionales zweites Spannband, nicht verläuft, oder angeclipst werden oder angeklebt werden oder anderweitig befestigt werden. Da diese Befestigungspunkte nicht viel Bauraum erfordern, wird die Führung des ersten Spannbands, das vorzugsweise über einen Großteil der Fläche der ersten Seite der ersten Endplatte geführt ist, nicht beeinträchtigt. An der Montageplatte kann wiederum außenseitig eine Elektronikkomponente oder ähnliches angeordnet werden.In a further advantageous embodiment of the invention, the battery module has at least one mounting plate which is fastened to the first and/or second end plate in such a way that the first tension band is at least partially located between the mounting plate and the first and second end plates. The mounting plate can, but does not necessarily have to, be plate-shaped or flat. Accordingly, the mounting plate can also be referred to as a mounting component or mounting element or mounting unit. Since the first tension band now extends over a large part of the first side of the first end plate or covers a large part of this first side, there is no longer the possibility of simply adding additional components in this guide area , such as electronic components or similar. It is therefore particularly advantageous to provide such an additional mounting plate, which can, for example, simply be fastened and arranged on the outside of the first end plate, and analogously a further mounting plate can optionally be fastened and arranged on the second end plate. Fastening elements can be provided on the outside of the first end plate, which can be designed to save space, for example in the form of protruding pins with the possibility of screwing on. As a result, these fastening elements can easily be provided in the areas of the outside of the first end plate that are not covered by the tension band or tension bands. The mounting plate can then be screwed on, for example, in areas where the first tension band and an optional second tension band do not run, or can be clipped on or glued on or otherwise attached. Since these attachment points do not require much installation space, the guidance of the first tension band, which is preferably guided over a large part of the surface of the first side of the first end plate, is not affected. An electronic component or something similar can be arranged on the outside of the mounting plate.

Bevorzugt umfasst die erste Endplatte dabei Anbindungsbereiche für dieses weitere Montagebauteil, das vorliegend als Montageplatte bezeichnet wird. Die Anbindungsbereiche sind bevorzugt als mindestens zwei Anbindungspunkte ausgebildet. Wie erwähnt, kann die Anbindung mittels Verschraubung, Kleben, Schweißen oder Klipsen erfolgen. Weiterhin ist die Montageplatte derart an der ersten Endplatte angeordnet, dass diese nicht den Freigang der Wicklung, das heißt des Spannbands, auf den Endplatten behindert, sondern diesen geometrisch ausspart. Die Montageplatte kann wiederum Aufnahmepunkte für weitere elektronische Bauteile oder Komponenten besitzen. Beispielsweise kann die Montageplatte auch Befestigungspunkte bereitstellen, um das Batteriemodul vorzugsweise an mindestens zwei Fügestellen mit dem Boden der Batteriewanne, die einen Teil eines Batteriegehäuses darstellt, zu fixieren, zum Beispiel über eine Verschraubung. Derartige Befestigungspunkte können optional zusätzlich oder alternativ aber auch an den Endplatten selbst vorgesehen sein. Dann sind diese in einem vom Führungsbereich der ersten Seite der ersten Endplatte verschiedenen Bereich der ersten Seite der ersten Endplatte, und analog auch für die zweite Endplatte, angeordnet. Weiterhin können die Endplatten auch in einem vom Führungsbereich verschiedenen Bereich eine Geometrie für die Aufnahme des Moduls während der Montage aufweisen. Diese Geometrie kann als hervorstehende Zapfen oder Laschen oder ähnliches ausgebildet sein, um das Batteriemodul durch Einhaken an diesen Zapfen oder Laschen anheben, handhaben und transportieren zu können.The first end plate preferably includes connection areas for this further mounting component, which is referred to here as a mounting plate. The connection areas are preferred as at least two connection points are formed. As mentioned, the connection can be done by screwing, gluing, welding or clipping. Furthermore, the mounting plate is arranged on the first end plate in such a way that it does not hinder the free movement of the winding, i.e. the tension band, on the end plates, but geometrically leaves it out. The mounting plate can in turn have mounting points for further electronic components or components. For example, the mounting plate can also provide fastening points in order to fix the battery module, preferably at at least two joints, with the bottom of the battery tray, which forms part of a battery housing, for example via a screw connection. Such attachment points can optionally be provided additionally or alternatively on the end plates themselves. These are then arranged in a region of the first side of the first end plate that is different from the guide region of the first side of the first end plate, and analogously also for the second end plate. Furthermore, the end plates can also have a geometry for receiving the module during assembly in an area different from the guide area. This geometry can be designed as protruding pins or tabs or similar in order to be able to lift, handle and transport the battery module by hooking onto these pins or tabs.

Des Weiteren betrifft die Erfindung auch eine Batterie für ein Kraftfahrzeug, die ein erfindungsgemäßes Batteriemodul oder eine seiner Ausgestaltungen aufweist. Die Batterie ist bevorzugt als Hochvoltbatterie ausgebildet. Darüber hinaus kann die Batterie auch mehrere erfindungsgemäße Batteriemodule oder Batteriemodule gemäß von Ausführungsbeispielen der Erfindung aufweisen.Furthermore, the invention also relates to a battery for a motor vehicle, which has a battery module according to the invention or one of its embodiments. The battery is preferably designed as a high-voltage battery. In addition, the battery can also have several battery modules according to the invention or battery modules according to embodiments of the invention.

Des Weiteren soll auch ein Kraftfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Batteriemodul oder einer seiner Ausgestaltungen, insbesondere mit einer erfindungsgemäßen Hochvoltbatterie, als zur Erfindung gehörend angesehen werden.Furthermore, a motor vehicle with a battery module according to the invention or one of its embodiments, in particular with a high-voltage battery according to the invention, should also be viewed as belonging to the invention.

Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, oder als Personenbus oder Motorrad ausgestaltet.The motor vehicle according to the invention is preferably designed as a motor vehicle, in particular as a passenger car or truck, or as a passenger bus or motorcycle.

Des Weiteren betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Herstellen eines Batteriemoduls für eine Hochvoltbatterie eines Kraftfahrzeugs, wobei das Batteriemodul bereitgestellt wird, das einen Zellstapel mit mehreren in einer Stapelrichtung nebeneinander angeordneten Batteriezellen aufweist, und eine erste Endplatte, eine zweite Endplatte und ein Spannband als Teil einer Spanneinrichtung zum Verspannen des Zellstapels in Stapelrichtung. Dabei werden die erste und zweite Endplatte derart angeordnet, dass sie den Zellstapel beidseitig in Stapelrichtung begrenzen. Daher ist das erste Spannband aus einem thermoplastischen, faserverstärkten Kunststoff ausgebildet und wird derart angeordnet, dass es die erste und zweite Endplatte und den zwischen der ersten und zweiten Endplatte angeordneten Zellstapel in einer ersten Umfangsrichtung vollständig umschließt.Furthermore, the invention also relates to a method for producing a battery module for a high-voltage battery of a motor vehicle, wherein the battery module is provided which has a cell stack with a plurality of battery cells arranged next to one another in a stacking direction, and a first end plate, a second end plate and a tension band as part a clamping device for clamping the cell stack in the stacking direction. The first and second end plates are arranged in such a way that they delimit the cell stack on both sides in the stacking direction. Therefore, the first tension band is made of a thermoplastic, fiber-reinforced plastic and is arranged such that it completely encloses the first and second end plates and the cell stack arranged between the first and second end plates in a first circumferential direction.

Die für das erfindungsgemäße Batteriemodul und seine Ausgestaltungen genannten Vorteile gelten in gleicher Weise für das erfindungsgemäße Verfahren.The advantages mentioned for the battery module according to the invention and its configurations apply equally to the method according to the invention.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird das erste Spannband um die Anordnung aus erster und zweiter Endplatte und dem dazwischen angeordneten Zellstapel mittels einer Wickeleinrichtung gewickelt und insbesondere mindestens ein erster Bereich des ersten Spannbands wird durch Erhitzen mittels der Wickeleinrichtung mit einem zweiten Bereich des ersten Spannbands zum Schließen und Befestigen des ersten Spannbands gefügt.In a further advantageous embodiment, the first tension band is wound around the arrangement of the first and second end plates and the cell stack arranged between them by means of a winding device and in particular at least a first region of the first tension band is heated by means of the winding device with a second region of the first tension band for closing and attaching the first tension band.

Dies ermöglicht eine besonders stabile und einfache Befestigung des Spannbands.This enables a particularly stable and easy attachment of the tension band.

Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Batteriemoduls beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens hier nicht noch einmal beschrieben.The invention also includes developments of the method according to the invention, which have features as have already been described in connection with the developments of the battery module according to the invention. For this reason, the corresponding developments of the method according to the invention are not described again here.

Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen. Die Erfindung umfasst also auch Realisierungen, die jeweils eine Kombination der Merkmale mehrerer der beschriebenen Ausführungsformen aufweisen, sofern die Ausführungsformen nicht als sich gegenseitig ausschließend beschrieben wurden.The invention also includes the combinations of the features of the described embodiments. The invention therefore also includes implementations that each have a combination of the features of several of the described embodiments, provided that the embodiments have not been described as mutually exclusive.

Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:

1 eine schematische Explosionsdarstellung eines Batteriemoduls gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2 eine schematische perspektivische Querschnittsdarstellung des Batteriemoduls aus 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
3 eine schematische und perspektivische Darstellung eines Teils eines Batteriemoduls mit gekrümmter Adapterplatte gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
4 eine schematische und perspektivische Darstellung eines Teils eines Batteriemoduls gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung;
5 eine schematische und perspektivische Darstellung eines Batteriemoduls mit zwei parallel zueinander verlaufenden Spannbändern gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
6 eine schematische Darstellung eines Batteriemoduls mit zwei zueinander gekreuzt verlaufenden Spannbändern gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Examples of embodiments of the invention are described below. This shows:

1 a schematic exploded view of a battery module according to an embodiment of the invention;
2 a schematic perspective cross-sectional view of the battery module 1 according to an embodiment of the invention;
3 a schematic and perspective view of part of a battery module with a curved adapter plate according to an exemplary embodiment of the invention;
4 a schematic and perspective view of a part of a battery module according to a further exemplary embodiment of the invention;
5 a schematic and perspective representation of a battery module with two tension straps running parallel to one another according to a further exemplary embodiment of the invention; and
6 a schematic representation of a battery module with two tension straps that cross one another according to a further exemplary embodiment of the invention.

Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen umfassen. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.The exemplary embodiments explained below are preferred embodiments of the invention. In the exemplary embodiments, the described components of the embodiments each represent individual features of the invention that are to be considered independently of one another and which also further develop the invention independently of one another. Therefore, the disclosure is intended to include combinations of the features of the embodiments other than those shown. Furthermore, the described embodiments can also be supplemented by further features of the invention that have already been described.

In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.In the figures, the same reference numerals designate functionally identical elements.

1 zeigt eine schematische Explosionsdarstellung eines Batteriemoduls 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung und 2 eine schematische perspektivische Querschnittsdarstellung eines Teils des Batteriemoduls 10 aus 1. Das Batteriemodul 10 weist dabei einen Zellstapel 12 mit mehreren in einer Stapelrichtung x nebeneinander angeordneten Batteriezellen 14 auf. Dieser Zellstapel 12 kann auch als HV-Stack bezeichnet werden. Der Zellstapel 12 wird dabei in Stapelrichtung x beidseitig von zwei Endplatten 16 begrenzt. Die Endplatten 16 werden im Folgenden zum Teil auch als Adapterplatten 16 beziehungsweise Radiusadapterplatten 16 bezeichnet und sind zudem Teil einer Spanneinrichtung 18, zu welcher auch ein Spannband 20 gehört. Dieses ist vorteilhafterweise als thermoplastisches UD-Tape 20 ausgebildet, mit welchem der HV-Stack 12 inklusive der Endplatten 16 umwickelt ist. Die Wicklungsrichtung wird hierbei auch als Umfangsrichtung U bezeichnet. Die Umfangsrichtung U verläuft im Bereich der Endplatten 16 parallel zur y-Achse und zwischen den Endplatten 16 entlang des Zellstacks 12 parallel zur x-Achse und damit parallel zur Stapelrichtung x. Durch ein solch durchgehendes Zugband 20 kann eine deutlich bessere Kraftumleitung und Kraftweiterleitung der auf die Endplatten 16 wirkenden Swellingkräfte, die durch die sich im Laufe der Lebensdauer ausdehnenden Batteriezellen 14 bedingt sind, erreicht werden. Außerdem ist es in diesem Fall vorteilhaft, die Endplates, das heißt die Endplatten 16, mit einem Radius R und mit einer definierten Krümmung K auszubilden (vgl. 3). Hierdurch können Spannungsspitzen vermieden werden, wodurch die Endplatten 16 also als Radiusadapterplatten fungieren. 1 shows a schematic exploded view of a battery module 10 according to an exemplary embodiment of the invention and 2 a schematic perspective cross-sectional view of a part of the battery module 10 1 . The battery module 10 has a cell stack 12 with several battery cells 14 arranged next to one another in a stacking direction x. This cell stack 12 can also be referred to as an HV stack. The cell stack 12 is delimited on both sides in the stacking direction x by two end plates 16. The end plates 16 are also referred to below as adapter plates 16 or radius adapter plates 16 and are also part of a clamping device 18, which also includes a clamping band 20. This is advantageously designed as a thermoplastic UD tape 20, with which the HV stack 12 including the end plates 16 is wrapped. The winding direction is also referred to as the circumferential direction U. The circumferential direction U runs in the area of the end plates 16 parallel to the y-axis and between the end plates 16 along the cell stack 12 parallel to the x-axis and thus parallel to the stacking direction x. With such a continuous tension band 20, a significantly better redirection and transmission of force of the swelling forces acting on the end plates 16, which are caused by the battery cells 14 expanding over the course of their service life, can be achieved. In addition, in this case it is advantageous to design the end plates, i.e. the end plates 16, with a radius R and with a defined curvature K (cf. 3 ). In this way, voltage peaks can be avoided, whereby the end plates 16 function as radius adapter plates.

Eine jeweilige Endplatte 16 weist dabei einen ersten Randbereich 16a und einen zweiten Randbereich 16b auf, die sich in diesem Beispiel bezüglich der y-Richtung gegenüberliegen und das Ende der Endplatte 16 in und entgegen y-Richtung definieren. Das Spannband 20 liegt in einem entsprechenden ersten und zweiten Führungsabschnitt 16a', 16b` in dem jeweiligen ersten und zweiten Randbereich 16a, 16b an einer entsprechenden Endplatte 16 an. Diese beiden Führungsabschnitte 16a', 16b' sind wiederum durch einen Führungsbereich 16c, der Teil einer dem Zellstapel 12 abgewandten, ersten Seite 16d der Endplatte 16 ist, verbunden. Eine dem Zellstapel 12 zugewandte Seite der Endplatten 16 ist mit 16e bezeichnet und vorzugswiese eben ausgebildet.A respective end plate 16 has a first edge region 16a and a second edge region 16b, which in this example lie opposite one another with respect to the y-direction and define the end of the end plate 16 in and against the y-direction. The tension band 20 lies in a corresponding first and second guide section 16a ', 16b' in the respective first and second edge regions 16a, 16b on a corresponding end plate 16. These two guide sections 16a ', 16b' are in turn connected by a guide region 16c, which is part of a first side 16d of the end plate 16 facing away from the cell stack 12. A side of the end plates 16 facing the cell stack 12 is designated 16e and is preferably flat.

Der Führungsbereich 16c ist in 1 durch zwei gestrichelte Linien begrenzt dargestellt. Der Führungsbereich 16c befindet sich also in z-Richtung zwischen diesen beiden gestrichelten Linien. Gleiches gilt für die Führungsabschnitte 16a`, 16b' in Bezug auf den ersten und zweiten Randbereich 16a, 16b. In diesem Führungsbereich 16c wird das Spannband 20 geführt und liegt dabei vollflächig oder zumindest bereichsweise an dieser ersten Seite 16d der entsprechenden Endplatte 16 an. Dabei ist es vorteilhaft, wenn zumindest die Führungsabschnitte 16a', 16b' mit einem entsprechenden Radius R beziehungsweise einer Rundung R ausgeführt sind, die sich nicht notwendigerweise über die gesamten Randbereiche 16a, 16b erstrecken muss, dies aber dennoch kann. Durch diese Rundung R wird ein scharfer Knick des Spannbands 20 im Bereich der Ecken des Batteriemoduls 10 vermieden. Dies ist deutlich schonender für die Führung des Spannbands 20. Außerdem ist die erste Seite 16d der jeweiligen Endplatte 16 in ihrem Verlauf von einem Randbereich 16a, 16b zum anderen Randbereich 16b, 16a konvex nach außen gekrümmt, das heißt weist eine vom Zellstapel 12 wegweisende Wölbung auf, wie diese später näher erläutert wird. Dadurch kann eine deutlich bessere und gleichmäßigere Kraftverteilung erreicht werden.The leadership area 16c is in 1 shown delimited by two dashed lines. The guide area 16c is therefore located in the z direction between these two dashed lines. The same applies to the guide sections 16a', 16b' in relation to the first and second edge regions 16a, 16b. The tension band 20 is guided in this guide area 16c and lies against this first side 16d of the corresponding end plate 16 over the entire surface or at least in some areas. It is advantageous if at least the guide sections 16a ', 16b' are designed with a corresponding radius R or a curve R, which does not necessarily have to extend over the entire edge regions 16a, 16b, but can nevertheless do so. This rounding R prevents a sharp bend in the tension band 20 in the area of the corners of the battery module 10. This is significantly gentler on the guidance of the tension band 20. In addition, the first side 16d of the respective end plate 16 is convexly curved outwards in its course from one edge region 16a, 16b to the other edge region 16b, 16a, that is to say has a curvature pointing away from the cell stack 12 as will be explained in more detail later. This means that a significantly better and more even distribution of force can be achieved.

Weiterhin befinden sich an der jeweiligen Radiusadapterplatte 16 noch Befestigungspunkte 22 zur Befestigung eines Montageteils 24, welches im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch als Montageplatte 24 bezeichnet wurde, wenngleich dieses Montagebauteil 24 nicht notwendigerweise flach ausgebildet sein muss. Die Befestigung der Montageplatten 24 an den jeweiligen Endplatten 16 erfolgt in diesem Beispiel mittels Schrauben 26, die in die genannten Befestigungspunkte 22 der Endplatten 16 eingeschraubt werden können. In diesem Beispiel wurde das Montagebauteil 24 mit vier Schrauben 26 auf der Radiusadapterplatte 16 befestigt. Im Allgemeinen sind aber auch andere Verbindungsmöglichkeiten denkbar, zum Beispiel kleben, klipsen, schweißen und so weiter. Das Vorsehen von mindestens zwei solcher Anbindungspunkte 22 ist dabei vorteilhaft. Das Montagebauteil 24 sitzt dabei seitlich über der Wicklung, das heißt im Spannband 20, welches als das UD-Tape bereitgestellt ist, und behindert dabei nicht den Freigang der Wicklung, das heißt des Spannbands 20, auf der Adapterplatte 16, sondern spart diesen geometrisch aus. Außerdem kann die Montageplatte 24 auch weitere Aufnahmepunkte für weitere elektronische Bauteile oder Komponenten besitzen, zum Beispiel für einen Zellmodulcontroller.Furthermore, there are fastening points 22 on the respective radius adapter plate 16 for fastening a mounting part 24, which was also referred to as a mounting plate 24 in the context of the present invention, although this mounting component 24 is not necessarily flat must be trained. In this example, the mounting plates 24 are fastened to the respective end plates 16 by means of screws 26, which can be screwed into the mentioned fastening points 22 of the end plates 16. In this example, the mounting component 24 was attached to the radius adapter plate 16 with four screws 26. In general, other connection options are also conceivable, for example gluing, clipping, welding and so on. The provision of at least two such connection points 22 is advantageous. The mounting component 24 sits laterally above the winding, that is to say in the tension band 20, which is provided as the UD tape, and does not hinder the free movement of the winding, that is to say the tension band 20, on the adapter plate 16, but rather leaves it out geometrically . In addition, the mounting plate 24 can also have additional mounting points for other electronic parts or components, for example for a cell module controller.

Weiterhin sind in diesem Fall Elemente 28 zur Bereitstellung einer Geometrie für die Aufnahme des Moduls 10 in der Montage an den Endplatten 16 bereitgestellt. An diesen Elementen 28 kann das Modul 10 zum Beispiel während des oder für den Einbau in das Batteriegehäuse gegriffen, gehoben, transportiert oder anderweitig gehandhabt werden.Furthermore, in this case, elements 28 are provided to provide a geometry for receiving the module 10 during assembly on the end plates 16. The module 10 can be gripped, lifted, transported or otherwise handled on these elements 28, for example during or for installation in the battery housing.

Außerdem weist die Montageplatte 24 in diesem Beispiel Befestigungspunkte beziehungsweise Befestigungselemente 30 zur Befestigung des Batteriemoduls 10 am Batteriegehäuse auf. Pro Montageplatte 24 sind in diesem Beispiel zwei solcher Befestigungselemente 30 vorgesehen. Über diese Befestigungselemente 30 kann das Batteriemodul 10 zum Beispiel mit dem Batteriegehäuse verschraubt werden. Diese Befestigungselemente 30 können alternativ auch an den Endplatten 16 angeordnet sein, wie dies später näher erläutert wird.In addition, the mounting plate 24 in this example has fastening points or fastening elements 30 for fastening the battery module 10 to the battery housing. In this example, two such fastening elements 30 are provided per mounting plate 24. The battery module 10 can be screwed to the battery housing, for example, via these fastening elements 30. These fastening elements 30 can alternatively also be arranged on the end plates 16, as will be explained in more detail later.

3 zeigt eine schematische und perspektivische Darstellung eines Teils des Batteriemoduls 10 aus 1, insbesondere ohne die montierte Montageplatte 24. Dargestellt ist hierbei das Batteriemodul 10 im Bereich einer Endplatte 16 mit umspanntem Spannband 20 in einer Ansicht von schräg oben, wobei die z-Richtung als nach oben zeigend definiert ist. In dieser Darstellung ist vor allem die jeweilige Rundung R im Bereich der Randbereiche 16a, 16b der ersten Seite 16d der Endplatte 16 zusehen, sowie die Krümmung K der ersten Seite 16d. Sowohl die Rundungen R an den Randbereichen 16a, 16b als auch die Krümmung K befinden sich dabei im gesamten Bereich 16c der Platte 16, der vom Spannband 20 belegt wird. Mit Bezug auf die z-Richtung können sich die Rundungen R und die Krümmung K dabei über die gesamte Höhe der Platte 16 erstrecken oder lediglich in dem Teilbereich 16c beziehungsweise den Führungsabschnitten 16a', 16b' vorgesehen sein, in denen das Spannband 20 angeordnet ist. Die Rundungen R in den Randbereichen 16a, 16b weisen vorzugsweise einen lokalen Krümmungsradius von mindestens einem Millimeter, zum Beispiel zwei Millimeter, drei Millimeter, vier Millimeter, fünf Millimeter oder mehr auf. Durch derartige Krümmungen können vorteilhafterweise Spannungsspitzen vermieden werden. Im Allgemeinen kann die Radiusadapterplatte 16 dabei aus Metall oder Kunststoff, insbesondere in einem Spritzgussverfahren, gefertigt sein. 3 shows a schematic and perspective view of a part of the battery module 10 1 , in particular without the mounted mounting plate 24. The battery module 10 is shown in the area of an end plate 16 with a tension band 20 around it in a view obliquely from above, the z-direction being defined as pointing upwards. In this representation, the respective rounding R in the area of the edge regions 16a, 16b of the first side 16d of the end plate 16 can be seen, as well as the curvature K of the first side 16d. Both the curves R on the edge regions 16a, 16b and the curvature K are located in the entire region 16c of the plate 16, which is occupied by the tension band 20. With respect to the z-direction, the curves R and the curvature K can extend over the entire height of the plate 16 or can only be provided in the partial area 16c or the guide sections 16a ', 16b' in which the tension band 20 is arranged. The curves R in the edge regions 16a, 16b preferably have a local radius of curvature of at least one millimeter, for example two millimeters, three millimeters, four millimeters, five millimeters or more. Such curvatures can advantageously avoid stress peaks. In general, the radius adapter plate 16 can be made of metal or plastic, in particular using an injection molding process.

4 zeigt eine schematische Darstellung eines Teils eines Batteriemoduls 10 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Batteriemodul 10 kann dabei wie zuvor beschrieben ausgebildet sein, bis auf die nachfolgend beschriebenen Unterschiede. In diesem Beispiel sind nunmehr die Befestigungspunkte beziehungsweise Befestigungselemente 30 an der Radiusadapterplatte 16 angeordnet beziehungsweise werden durch diese bereitgestellt. Auch die Elemente 22 zum Handling des Batteriemoduls 10 während der Montage sind in diesem Beispiel nicht oberseitig am Batteriemodul 10, sondern unterseitig, insbesondere zwischen den Befestigungspunkten 30, zur Befestigung des Batteriemoduls 10 im Batteriegehäuse angeordnet. Weiterhin sind in diesem Beispiel keine Befestigungselemente 22 zur Befestigung einer Montageplatte 24 dargestellt, dennoch ist es denkbar, auch in diesem Fall eine solche Montageplatte 24 an der Endplatte 16 zu montieren beziehungsweise zu befestigen. Das Spannband 20 erstreckt sich in z-Richtung über einen Großteil der Höhe der Endplatte 16, wie auch in den Beispielen zuvor. Dadurch kann eine möglichst gleichmäßige Spannungsverteilung in z-Richtung erreicht werden. 4 shows a schematic representation of part of a battery module 10 according to a further exemplary embodiment of the invention. The battery module 10 can be designed as described above, except for the differences described below. In this example, the fastening points or fastening elements 30 are now arranged on the radius adapter plate 16 or are provided by it. In this example, the elements 22 for handling the battery module 10 during assembly are not arranged on the top side of the battery module 10, but rather on the underside, in particular between the fastening points 30, for fastening the battery module 10 in the battery housing. Furthermore, no fastening elements 22 for fastening a mounting plate 24 are shown in this example, but it is conceivable to mount or fasten such a mounting plate 24 to the end plate 16 in this case too. The tension band 20 extends in the z direction over a large part of the height of the end plate 16, as in the previous examples. This allows the most even distribution of stress in the z direction to be achieved.

5 zeigt eine schematische und perspektivische Darstellung eines Batteriemoduls 10 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. Auch dieses Batteriemodul kann wie zuvor beschrieben ausgebildet sein, bis auf die nachfolgend beschriebenen Unterschiede. In diesem Beispiel weist das Batteriemodul 10 nunmehr zwei Spannbänder, nämlich ein erstes Spannband 20 und ein zweites Spannband 20', auf. Das zweite Spannband 20` kann dabei genauso wie zum ersten Spannband 20 bereits beschrieben ausgebildet sein. Diese verlaufen beide in Umfangsrichtung U parallel zueinander. Die Befestigungselemente 30 zur Befestigung des Batteriemoduls 10 im Batteriegehäuse sind in diesem Beispiel wiederum an der Endplatte 16 angeordnet und in z-Richtung zwischen den beiden Spannbändern 20, 20'. Die Elemente 22 zum Handling des Batteriemoduls 10 während der Montage sind in diesem Beispiel wiederum oberseitig am Batteriemodul 10 angeordnet, das heißt in z-Richtung oberhalb der beiden Spannbänder 20, 20'. Auch in diesem Beispiel ist keine Montageplatte 24 dargestellt, eine solche kann jedoch dennoch optional an den Endplatten 16 wie zuvor beschrieben angeordnet sein. Zu diesem Zweck kann die Formgebung der Montageplatte 24 auf die Formgebung der Endplatte 16 geometrisch angepasst ausgeführt sein und auf der Endplatte 16 können entsprechende Befestigungselemente 22 vorgesehen werden. 5 shows a schematic and perspective view of a battery module 10 according to a further exemplary embodiment of the invention. This battery module can also be designed as described above, except for the differences described below. In this example, the battery module 10 now has two tension bands, namely a first tension band 20 and a second tension band 20 '. The second tension band 20 'can be designed in the same way as the first tension band 20 already described. These both run parallel to each other in the circumferential direction U. In this example, the fastening elements 30 for fastening the battery module 10 in the battery housing are again arranged on the end plate 16 and in the z direction between the two tension bands 20, 20 '. In this example, the elements 22 for handling the battery module 10 during assembly are again arranged on the top side of the battery module 10, that is to say in the z direction above the two tension bands 20, 20 '. Also in In this example, no mounting plate 24 is shown, but one can still optionally be arranged on the end plates 16 as described above. For this purpose, the shape of the mounting plate 24 can be geometrically adapted to the shape of the end plate 16 and corresponding fastening elements 22 can be provided on the end plate 16.

6 zeigt eine schematische Darstellung eines Batteriemoduls 10 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. Auch dieses Batteriemodul 10 kann wie zuvor beschrieben ausgebildet sein, bis auf die nachfolgend beschriebenen Unterschiede. Diese beziehen sich auf die Anordnung der beiden Spannbänder 20, 20' zueinander, die in diesem Beispiel nunmehr im Bereich der Radiusadapterplatte 16 überkreuzt angeordnet sind, insbesondere in einem rechten Winkel überkreuzt. Das erste Spannband 20 verläuft damit in einer ersten Umfangsrichtung U und das zweite Spannband 20` in einer zweiten Umfangsrichtung U'. Diese Richtungen sind im Bereich der Radiusadapterplatten 16 senkrecht zueinander und ansonsten parallel zueinander. Der Führungsbereich 16c', auf welchem das zweite Spannband 20' auf der ersten Seite 16d der Endplatte 16 geführt wird, kann dabei genauso ausgebildet sein wie zum Führungsbereich 16c des ersten Spannbands 20 zuvor beschrieben. Mit anderen Worten weist auch dieser zweite Führungsbereich 16c' entsprechende Rundungen R' im Randbereich 16a'', 16b'' der Platte 16 auf, zumindest in dem Bereich, in welchem das zweite Spannband 20 um die Ecken geführt ist, und eine entsprechende Krümmung K`, insbesondere eine konvexe Krümmung K`, weg vom Zellstapel 12. 6 shows a schematic representation of a battery module 10 according to a further exemplary embodiment of the invention. This battery module 10 can also be designed as described above, except for the differences described below. These relate to the arrangement of the two tension bands 20, 20 'to one another, which in this example are now arranged crossed in the area of the radius adapter plate 16, in particular crossed at a right angle. The first tension band 20 thus runs in a first circumferential direction U and the second tension band 20` in a second circumferential direction U'. These directions are perpendicular to one another in the area of the radius adapter plates 16 and otherwise parallel to one another. The guide area 16c', on which the second tension band 20' is guided on the first side 16d of the end plate 16, can be designed in the same way as the guide area 16c of the first tension band 20 described above. In other words, this second guide region 16c' also has corresponding curves R' in the edge region 16a'', 16b'' of the plate 16, at least in the region in which the second tension band 20 is guided around the corners, and a corresponding curvature K `, in particular a convex curvature K`, away from the cell stack 12.

Auch hierbei kann das zweite Spannband 20` wiederum wie zum ersten Spannband 20 beschrieben ausgebildet sein. Die jeweiligen Spannbänder 20, 20' sind also in allen Fällen als UD-Tape-Wicklung ausgebildet und umlaufen den gesamten Stack 12 in der beschriebenen ersten Umfangsrichtung U und/oder der zweiten Umfangsrichtung U'. Hierbei ist noch anzumerken, dass auch nur ein einzelnes Spannband 20 vorgesehen sein kann, welches den Stack 12 mit den Endplatten 16 nicht in der dargestellten ersten Umfangsrichtung U umläuft, sondern in der dargestellten zweiten Umfangsrichtung U'. Mit anderen Worten kann auch das zweite Spannband 20` das einzige vom Batteriemodul 10 umfasste Spannband darstellen. Die Batteriezellen 14 weisen in diesem Beispiel in y-Richtung eine größere Breite auf als ihre Höhe in z-Richtung beträgt. Das Spannband 20, 20' kann sich also über alle kurzen Seiten der Zellen 14 des Stapels 12 erstrecken oder über alle langen Seiten der Zellen 14.Here too, the second tension band 20' can again be designed as described for the first tension band 20. The respective tension bands 20, 20 'are therefore designed in all cases as a UD tape winding and run around the entire stack 12 in the described first circumferential direction U and/or the second circumferential direction U'. It should also be noted that only a single tension band 20 can be provided, which runs around the stack 12 with the end plates 16 not in the first circumferential direction U shown, but in the second circumferential direction U ' shown. In other words, the second strap 20' can also represent the only strap included in the battery module 10. In this example, the battery cells 14 have a greater width in the y direction than their height in the z direction. The tension band 20, 20 'can therefore extend over all short sides of the cells 14 of the stack 12 or over all long sides of the cells 14.

Die kurzen Seiten sind dabei mit 14a bezeichnet und die langen Seiten mit 14b, wobei aus Gründen der Übersichtlichkeit jeweils nur eine Zellseite mit einem entsprechenden Bezugszeichen versehen ist.The short sides are designated 14a and the long sides are designated 14b, with only one cell page being provided with a corresponding reference number for reasons of clarity.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn das gewickelte Tape 20, 20' über der Stirnseite des Moduls 10 immer flächig oder möglichst flächig an der Radiusadapterplatte 16 anliegt, sodass eine besonders gleichmäßige Spannung erreicht werden kann. Denkbar ist es auch, dass die von der Radiusadapterplatte 16 in den Führungsbereichen 16c, 16c' bereitgestellte Auflagefläche eine Rippenstruktur oder ein anderes Strukturmuster mit Erhebungen und Vertiefungen aufweist, und das Band 20, 20' entsprechend nur auf den jeweiligen Erhebungen aufliegt, das heißt also nicht flächig aufliegt.Furthermore, it is advantageous if the wound tape 20, 20 'always rests flatly or as flatly as possible on the radius adapter plate 16 over the end face of the module 10, so that a particularly uniform tension can be achieved. It is also conceivable that the support surface provided by the radius adapter plate 16 in the guide areas 16c, 16c' has a rib structure or another structural pattern with elevations and depressions, and the band 20, 20' accordingly only rests on the respective elevations, that is to say does not lie flat.

Die vom Band 20 umfassten Verstärkungsfasern verlaufen dabei über jeweils in der entsprechenden Umfangsrichtung U, U', in welcher das jeweilige Band 20, 20' gewickelt ist. Weiterhin sind die Tapes 20, 20' verschweißt, zum Beispiel mit Heißgas oder Laser, wobei dieses Verschweißen bevorzugt während des Wickelprozesses des betreffenden Bandes 20, 20' stattfindet. Die Fügestelle kann dabei vollflächig ausgebildet sein oder auch lokal an mindestens einer Stelle des betreffenden Bandes 20, 20'. Es können auch mehrere Fügestellen vorgesehen sein. Dies gilt auch im Falle nur eines einzelnen vorgesehenen Bandes 20, 20'.The reinforcing fibers encompassed by the band 20 run in the corresponding circumferential direction U, U', in which the respective band 20, 20' is wound. Furthermore, the tapes 20, 20' are welded, for example with hot gas or laser, this welding preferably taking place during the winding process of the tape 20, 20' in question. The joint can be formed over the entire surface or locally at at least one point on the relevant band 20, 20 '. Several joining points can also be provided. This also applies in the case of only a single band 20, 20 'provided.

Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch die Erfindung ein HV-Modul mit gewickeltem Zugband bereitgestellt werden kann. Durch die Ausbildung des Zugbands aus thermoplastischem, faserverstärktem Kunststoff in Form eines UD-Tapes können von diesem Band sehr hohe Zugkräfte aufgenommen werden und die Endplatten, die zusätzlich als Radiusadapterplatten zur Bandführung fungieren, können deutlich einfacher und weniger robust und damit leichter und kostengünstiger ausgebildet werden. Dadurch können das Gewicht und die Kosten für ein Batteriemodul deutlich gesenkt werden.Overall, the examples show how the invention can provide an HV module with a wound tension band. By designing the tension band from thermoplastic, fiber-reinforced plastic in the form of a UD tape, very high tensile forces can be absorbed by this band and the end plates, which also function as radius adapter plates for guiding the band, can be made significantly simpler and less robust and therefore lighter and more cost-effective . This allows the weight and costs of a battery module to be significantly reduced.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102010041709 A1 [0003]
EP 2795713 B1 [0005]

Claims

Battery module (10) for a high-voltage battery of a motor vehicle, - wherein the battery module (10) has a cell stack (12) with a plurality of battery cells (14) arranged next to one another in a stacking direction (x), - and a clamping device (18) for clamping the cell stack ( 12) in the stacking direction (x), - wherein the clamping device (18) has a first end plate (16) and a second end plate (16) which delimit the cell stack (12) on both sides in the stacking direction (x), and - wherein the clamping device ( 18) has a first tension band (20); characterized in that the first tension band (20) is designed as a closed band (20) made of a thermoplastic, fiber-reinforced plastic, which holds the first and second end plates (16) and the cell stack (12) arranged between the first and second end plates (16). completely encloses in a first circumferential direction (U).

Battery module (10). Claim 1 , characterized in that the first tension band (20) is designed as a UD tape (20) with reinforcing fibers, in particular glass fibers or carbon fibers, running unidirectionally in the first circumferential direction (U).

Battery module (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the first tension band (20) is designed to be wound in several layers in the first circumferential direction (U) around the first and second end plates (16) and the cell stack (12) arranged between them .

Battery module (10) according to one of the preceding claims, characterized in that a first end of the first tension band (20) is joined to a second end of the first tension band (20) and / or at least two superimposed layers of the plurality of layers in areas and / or at points or are joined together continuously, in particular flatly, over the entire first circumferential direction (U).

Battery module (10) according to one of the preceding claims, characterized in that - the first end plate (16) has a first edge region (16a) and a second edge region (16b) which is opposite with respect to a second direction (y) perpendicular to the stacking direction (x), - wherein the first edge region (16a) has a first guide section (16a') and the second edge region (16b) has a second guide section (16b`), over which the tension band (20) is guided, so that it is in the respective first and second Edge region (16a, 16b) rests on the respective first and second guide sections (16a', 16b'), and - wherein the first and second edge regions (16a, 16b) at least in the respective first and second guide sections (16a', 16b'). a curve (R) is formed.

Battery module (10) according to one of the preceding claims, characterized in that - the first end plate (16) has a first edge region (16a) and an edge region (16b) which is opposite with respect to a second direction (y) perpendicular to the stacking direction (x), - wherein the first edge region (16a) has a first guide section (16a') and the second edge region (16b) has a second guide section (16b`), over which the tension band (20) is guided, so that in the respective first and second edge regions ( 16a, 16b) rests on the respective first and second guide sections (16a ', 16b'), - a first side (16d) of the first end plate (16) facing away from the cell stack (12) has the first and second guide sections (16a', 16b') provides a connecting guide area (16c), over which the first tension band (20) is guided, so that it rests on the guide area (16c) at least partially or completely flat, - the guide area (16c) extending along the first circumferential direction (U) is curved convexly in a direction pointing away from the cell stack (12).

Battery module (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the clamping device (18) has a second clamping band (20`), which has the first and second end plates (16) and the one between the first and second end plates (16). Cell stack (12) completely encloses in the first circumferential direction (U) and parallel to the first tension band (20) and is arranged at a distance from the first tension band (20) in a third direction (z); or - which completely encloses the first and second end plates (16) and the cell stack (12) arranged between the first and second end plates (16) in a second circumferential direction (U ') and the first in the area of the first and second end plates (16). Tension band (20) crosses, especially at a right angle.

Battery module (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the battery module (10) has at least one mounting plate (24) which is attached to the first and/or second end plate (16) in such a way that the first tension band (20 ) is located at least partially between the mounting plate (24) and the first or second end plate (16).

Method for producing a battery module (10) for a high-voltage battery of a motor vehicle, comprising the steps: - providing the battery module (10), which has a cell stack (12) with a plurality of battery cells (14) arranged next to one another in a stacking direction (x), and a first end plate (16), a second end plate (16) and a clamping band (20) as part of a clamping device (18) for clamping the cell stack (12) in the stacking direction (x), - the first and second end plates (16) being arranged in this way are that they delimit the cell stack (12) on both sides in the stacking direction (x), characterized in that the first tension band (20) is made of a thermoplastic, fiber-reinforced plastic, and is arranged in such a way that it forms the first and second end plates (16 ) and completely encloses the cell stack (12) arranged between the first and second end plates (16) in a first circumferential direction (U).

Procedure according to Claim 9 , characterized in that the first tension band (20) is wound around the arrangement of the first and second end plates (16) and the cell stack (12) arranged between them by means of a winding device and in particular at least a first region of the first tension band (20) by heating by means of the winding device is joined to a second region of the first tension band (20) for closing and fastening the first tension band (20).