WO2012010347A1 - Batteriemodul mit einer federnden anpressplatte - Google Patents

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pressure plate
battery module
battery
axis
battery cells
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Andreas Ruehle
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Robert Bosch Battery Systems GmbH
SB LiMotive Co Ltd
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SB LiMotive Germany GmbH
SB LiMotive Co Ltd
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    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the present invention relates to a battery module having a plurality of battery cells, preferably lithium-ion battery cells, in which by means of at least one pressure plate, a pressure on the battery cells is exercised.
  • the invention further relates to a motor vehicle with a battery module according to the invention.
  • Batteries for storing electrical energy in particular
  • Lithium-ion batteries expand during charging and contract when unloading. These volume or length changes are due to the storage and removal processes of lithium ions in the
  • Active materials of the electrodes conditionally. By incorporating lithium into the carbon material, the material expands. This increase in volume is transmitted via the battery cell shell with appropriate deformability of the cell further out and thus leads to a change in at least one geometric dimension of the battery. This is especially true for
  • Cathode material, separator, anode material, if necessary film may be exposed to mechanical stress. The consequence of this is an increase in electrical resistance in the battery and thus reduced performance.
  • Lithium-ion batteries to drive motor vehicles, many individual electrochemical battery cells are assembled and supported. This can be done by placing the individual cells in a housing, a frame and / or wrapping the individual cells with a Verspannband. Between the Verspannband and the outer single cells can to
  • Pressurization of a pressure to be arranged a pressure plate Such an example is known from EP 1 760 806 A2.
  • the contact pressure should counteract the described expansion of the battery cells and prevent the unwanted detachment of individual layers of the electrode materials.
  • Such contact pressure is used in particular for battery cells for hybrid vehicles application.
  • a battery module which comprises a plurality of battery cells, preferably lithium-ion battery cells, which are arranged along a first axis to form a stack.
  • Battery module at least one pressure plate, which is arranged on an outer side of an outermost battery cell of the stack.
  • a clamping unit surrounds the plurality of battery cells together with the at least one pressure plate and clamps them together.
  • the at least one pressure plate is resilient and exerts in the braced by the clamping unit a restoring force on the clamping unit.
  • the battery module according to the invention has the advantage that a contact pressure on the outermost battery cell can be made more homogeneous. As a result, a better efficiency over the life of the battery module or the battery cells is achieved.
  • the restoring force is preferably along the first axis or her
  • the restoring force of the pressure plate preferably counteracts the force exerted by the tensioning unit.
  • the battery cells are preferably arranged one behind the other in a stack. Under the outermost sides of the plurality of battery cells, the free ends of the stack are designated.
  • the pressing plates press on the outer side of the first battery cell, which is opposite to the side of the first battery cell, which is adjacent to the second battery cell of the stack, and the outer side of the last battery cell, which is opposite to the side of the last battery cell which is adjacent to the penultimate battery cell of the stack.
  • the spring force of the prestressed pressure plate preferably depends on the distance to a center axis of the pressure plate, wherein the center axis extends along a second axis perpendicular to the first axis and / or different from the first axis.
  • the relevant central axis is preferably the vertical center axis of the pressure plate.
  • the first axis is preferably the x-axis and the second axis is the z-axis.
  • other axes can be used, which are preferably formed perpendicular to each other.
  • the restoring force can also be formed differently in segments.
  • the vertical center region of the pressure plate may be flat and have no restoring force and only the subsequent thereto
  • the at least one pressure plate is without tension by the bracing convex on the corresponding outermost side of the plurality of battery cells.
  • the pressure plate may preferably have the form of a leaf spring.
  • the thickness of the pressure plate is preferably in the range of 1 mm to 6 mm. More preferably, it is between 1.5 to 4 mm, more preferably about 2 mm.
  • the bracing unit preferably comprises a bracing band and a
  • Coupling unit for connecting and clamping two ends of the
  • Verspannbandes As a result of this design of the clamping unit, the battery cells and the pressure plate can be connected to one another in a simple and efficient manner and pressurized. For this purpose, only the coupling unit must be designed such that the bracing after coupling can be further braced.
  • the radius of curvature of the pressure plate is preferably in the plane or a parallel plane of the course of the Verspannbandes.
  • the pressure distribution on the outer side of a battery cell which bears against the at least one pressure plate is preferably substantially homogeneous, more preferably homogeneous in the context of measurement inaccuracy.
  • battery in this application also includes battery systems, accumulator batteries, accumulators, accumulator systems, in particular Li-ion systems or Li-polymer ion systems.
  • FIG. 1 shows a battery module with a plurality of battery cells and a pressure plate of the prior art
  • FIG. 2 shows a pressure distribution on the outer side of the battery module of the prior art
  • FIG. 3 shows a pressure plate according to the invention
  • Figure 4 shows a pressure plate according to the invention with battery cell
  • FIG. 5 shows an improved pressure distribution on the outer side of a battery module according to the invention with a pressure plate of Figure 3.
  • the battery module 1 comprises a plurality of battery cells 10, wherein the battery cells 10 are arranged in a package or in a stack.
  • the battery cells 10 are arranged one behind the other in a first direction, here the x-direction.
  • a battery especially one
  • Lithium-ion battery better life over life force must be applied to the battery cells.
  • This is usually realized by a tension of the battery cells 10 to form a battery module 1.
  • the battery module 1 of Figure 1 in addition to a clamping unit 30 pressure plates 20, which are arranged at the free ends of the stack of battery cells 10. By the pressure plates 20, the pressure is distributed by the tensioning unit 30 on the side surfaces of the outer battery cells 10.
  • the tension unit 30 has the function of applying and transmitting power.
  • the bracing unit 30 is non-limiting realized by a bracing 31 and a coupling unit 32.
  • the coupling unit 32 connects by way of example two ends of the tensioning band 31 with one another and urges the tensioning band 31 with a force.
  • the coupling unit 32 may, for example, have male and female components that intermesh for coupling.
  • the coupling unit 32 can also comprise a thread, for example a worm thread in the manner of a worm thread clamp, with which the bracing strip 31 is braced. But the tension can also be done in other ways.
  • the pressure plate 20 has the function to distribute the force evenly on the outer side surface of the corresponding battery cell 10.
  • FIG. 1 shows the use of a straight pressure plate 20. If, as shown in Figure 1, the battery cells 10 are arranged in the x-direction one behind the other, is a first pressure plate 20 on the outer side 1 1 of the first battery cell 10 of the stack, which is not adjacent to another battery cell 10. Likewise, a second pressure plate 20 on the outer side 1 1 of the last
  • Battery cell 10 of the stack abut.
  • the pressure plate 20 extends in Figure 1 in the yz plane.
  • the bracing 31 runs around the battery cells 10 and the pressure plates 20 around, in Figure 1 in an xy plane, preferably halfway up the battery cells 10.
  • the bracing 31 can also be performed differently around the battery cells 10, z. B. in the xz plane, so on the lid and the bottom of each battery cell 10th
  • FIG. 1 shows further connecting elements, which are purely optional.
  • the battery cell stack can be placed in a frame 40 having front and back 41 and connecting pieces 43 between front and back.
  • between each two battery cells 10 more battery cells 10 can be placed in a frame 40 having front and back 41 and connecting pieces 43 between front and back.
  • Plates 42 may be arranged.
  • the rib structure of the pressure distribution shown in FIG. 2 is based on the use of a frame 40 with corresponding end surfaces 41
  • the pressure plate 20 is located directly on the outer side 1 1 of the first and last battery cell 10 of the stack.
  • FIG. 3 shows a pressure plate 20 according to the invention, FIG. 4 together with a battery cell 10 before the tensioning.
  • the pressure plate 20 is biased and resilient.
  • the pressure plate 20 has a radius. It is arched. It is convex on the outside 1 1 of the outermost battery cell 10 of the stack.
  • the curvature runs along the y-axis of FIG. 1.
  • the curvature may also be formed in segments, that is, partial segments of the pressure plate 20 may have a different radius of curvature.
  • FIG. 3 shows a pressure plate 20 according to the invention, FIG. 4 together with a battery cell 10 before the tensioning.
  • the pressure plate 20 is biased and resilient.
  • the pressure plate 20 has a radius. It is arched. It is convex on the outside 1 1 of the outermost battery cell 10 of the stack.
  • the curvature runs along the y-axis of FIG. 1.
  • the central axis 50 of the pressure plate 20 is represented by the lowest point of the pressure plate 20, which has a slope of zero, parallel to the plane of the surface of the outer battery cell 10.
  • a center of curvature of the pressure plate 20 is preferably located exactly on the vertical center axis 50 of the pressure plate 20, but can also slightly different.
  • Pressure plate 20 are executed with beads. These can be designed in any direction.
  • Battery cell 10 and the outer region of the pressure plate 20 is spaced from the surface of the battery cell 10. This is exactly the area in which the battery cell 10 expands the most.
  • the pressure plate 20 is elastic and has a restoring force, which depends on the distance to the central axis 50. The restoring force acts along the axis of the stacking
  • the radius of curvature of the pressure plate 20 is perpendicular to the outside of the outer battery cell 10 and on the Verspannband 31 and extends in the plane or parallel to the plane of the course of the
  • Bracing band 31 in x-y plane.
  • the radius of curvature also runs in an x-y plane.
  • Figure 5 shows the result of a measurement of the improved pressure distribution with the curved pressure plate of Figures 3 and 4.
  • the dark area, the corresponds to a region of high pressure, in the middle of the pressure plate is due to the curvature of the pressure plate 20.
  • the optimal shape of the pressure plate 20 may be, for example, using the
  • Finite element method can be calculated in order to achieve a uniform distribution of forces. The force needed to compress the
  • Battery cells 10 and the spring characteristic of the pressure plate 20 are parameters of optimization.
  • the force can be between 5000-10000 N, preferably it is 7000 N.
  • Pressing plate 20 substantially thinner at the same power transmission as a straight pressure plate 20 may be formed.
  • a pressure plate 20 of the same material according to the invention requires for pressurization only a thickness of 1 -6 mm, preferably 1, 5-4 mm, more preferably about 2 mm. Thus, the pressure plate 20 can be made thinner, lighter and cheaper.

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Abstract

Es wird ein Batteriemodul (1) vorgeschlagen, welches eine Vielzahl von Batteriezellen (10), bevorzugt Lithium-Ionen Batteriezellen, umfasst, die entlang einer ersten Achse (x) zu einem Stapel angeordnet sind. Ferner weist das Batteriemodul (1) mindestens eine Anpressplatte (20) auf, die an einer Außenseite (11) einer äußersten Batteriezelle (10) des Stapels angeordnet ist. Eine Verspannungseinheit (30) umgibt die Vielzahl von Batteriezellen (10) zusammen mit der mindestens einen Anpressplatte (20) und verspannt sie miteinander. Die mindestens eine Anpressplatte (20) ist dabei federnd ausgebildet und übt im durch die Verspannungseinheit (30) verspannten Zustand eine Rückstellkraft auf die Verspannungseinheit (30) aus. Ferner wird ein Kraftfahrzeug mit einem entsprechenden Batteriemodul (1) vorgeschlagen.

Description

Beschreibung Titel
Batteriemodul mit einer federnden Anpressplatte
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Batteriemodul mit einer Mehrzahl von Batteriezellen, bevorzugt Lithium-Ionen-Batteriezellen, bei dem mittels mindestens einer Anpressplatte ein Druck auf die Batteriezellen ausgeübt wird. Die Erfindung betrifft ferner ein Kraftfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Batteriemodul.
Stand der Technik
Batterien zur Speicherung von elektrischer Energie, insbesondere
Lithium-Ionen-Batterien, dehnen sich beim Laden aus und ziehen sich beim Entladen wieder zusammen. Diese Volumen- bzw. Längenänderungen sind durch die Ein- und Auslagerungsvorgänge von Lithium-Ionen in den
Aktivmaterialien der Elektroden bedingt. Durch das Einlagern von Lithium in das Kohlenstoffmaterial dehnt sich das Material aus. Diese Volumenvergrößerung wird über die Batteriezellenhülle bei entsprechender Verformbarkeit der Zelle weiter nach außen übertragen und führt somit zu einer Änderung wenigstens eines geometrischen Abmaßes der Batterie. Dies gilt insbesondere für
Ausführungen, in denen die Batterie mehrere Zellen umfasst. In Folge können aufgrund der Ausdehnung und des Zusammenziehens der Elektrodenmaterialien die einzelnen, in der Zelle angeordneten Schichten (Metallschicht,
Kathodenmaterial, Separator, Anodenmaterial, ggf. Folie) mechanischen Belastungen ausgesetzt sein. Die Folge davon ist ein Anstieg des elektrischen Widerstandes in der Batterie und somit ein vermindertes Leistungsvermögen.
Weitere mechanische Belastungen einer Batterie bzw. einer Batteriezelle können zum Beispiel durch Temperaturerhöhung innerhalb der Zelle und der daraus resultierenden Verdampfung von enthaltenen Elektrolyten entstehen, wobei der Dampf zu einem weiteren Druckanstieg innerhalb der Zelle führt. Insbesondere bei erhöhten Temperaturen können zudem chemische Reaktionen in der Batterie bzw. in einer Zelle zustande kommen, aus denen Gase entstehen, die einen zusätzlichen Druckanstieg innerhalb der Batteriezelle erzeugen.
Diese Belastungen sind umso höher, je größer die Ladezustandsschwankungen im Betrieb der Batterie sind.
Ferner müssen für Anwendungen von Batterien, insbesondere
Lithium-Ionen-Batterien, zum Antrieb von Kraftfahrzeugen viele einzelne elektrochemische Batteriezellen zusammengefügt und gehaltert werden. Dies kann durch Platzierung der Einzelzellen in einem Gehäuse, einem Rahmen und/oder Umwicklung der Einzelzellen mit einem Verspannband geschehen. Zwischen dem Verspannband und den äußeren Einzelzellen kann zur
Druckbeaufschlagung eines Drucks eine Anpressplatte angeordnet sein. Ein solches Beispiel ist aus der EP 1 760 806 A2 bekannt. Der Anpressdruck soll der beschriebenen Ausdehnung der Batteriezellen entgegenwirken und die unerwünschte Ablösung einzelner Schichten an den Elektrodenmaterialien verhindern. Ein solcher Anpressdruck findet insbesondere bei Batteriezellen für Hybrid-Fahrzeuge Anwendung.
Es ist allerdings schwierig, einen Anpressdruck homogen auf die Batteriezellen zu übertragen, da sich unterschiedliche Bereiche der Batteriezellen
unterschiedlich stark ausdehnen und das Verspannband unterschiedliche Bereiche unterschiedlich stark mit Druck beaufschlagt.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird ein Batteriemodul vorgeschlagen, welches eine Vielzahl von Batteriezellen, bevorzugt Lithium-Ionen-Batteriezellen, umfasst, die entlang einer ersten Achse zu einem Stapel angeordnet sind. Ferner weist das
Batteriemodul mindestens eine Anpressplatte auf, die an einer Außenseite einer äußersten Batteriezelle des Stapels angeordnet ist. Eine Verspannungseinheit umgibt die Vielzahl von Batteriezellen zusammen mit der mindestens einen Anpressplatte und verspannt sie miteinander. Die mindestens eine Anpressplatte ist dabei federnd ausgebildet und übt im durch die Verspannungseinheit verspannten Zustand eine Rückstellkraft auf die Verspannungseinheit aus.
Das erfindungsgemäße Batteriemodul hat den Vorteil, dass ein Anpressdruck auf die äußerste Batteriezelle homogener ausgebildet werden kann. Dadurch wird eine bessere Effizienz über die Lebensdauer des Batteriemoduls bzw. der Batteriezellen erreicht.
Die Rückstellkraft ist bevorzugt entlang der ersten Achse oder ihr
entgegengesetzt gerichtet. Sie kann auch lediglich in einer Komponente entlang der ersten Achse oder ihr entgegengesetzt ausgerichtet sein. Die Rückstellkraft der Anpressplatte wirkt bevorzugt der von der Verspannungseinheit ausgeübten Kraft entgegen.
Die Batteriezellen werden bevorzugt hintereinander in einem Stapel angeordnet. Unter den äußersten Seiten der Vielzahl der Batteriezellen werden die freien Enden des Stapels bezeichnet. Mit anderen Worten, die Anpressplatten drücken auf die äußere Seite der ersten Batteriezelle, die gegenüber der Seite der ersten Batteriezelle liegt, die mit der zweiten Batteriezelle des Stapels benachbart ist, und die äußere Seite der letzten Batteriezelle, die gegenüber der Seite der letzten Batteriezelle liegt, die mit der vorletzten Batteriezelle des Stapels benachbart ist.
Die Federkraft der vorgespannten Anpressplatte hängt bevorzugt vom Abstand zu einer Mittelachse der Anpressplatte ab, wobei die Mittelachse entlang einer zur ersten Achse senkrechten und/oder von der ersten Achse verschiedenen zweiten Achse verläuft. Die betreffende Mittelachse ist bevorzugt die senkrechte Mittelachse der Anpressplatte.
Durch diese Ausbildung der Anpressplatte wird der Mittenbereich der äußeren Seite einer Batteriezelle mit einem höheren Druck beaufschlagt. Bei einer geraden Anpressplatte wird hingegen der Mittenbereich mit einem geringeren Druck beaufschlagt und der Randbereich mit einem relativ höheren Druck. Die erste Achse ist bevorzugt die x-Achse und die zweite Achse die z-Achse. Jedoch können auch andere Achsen verwendet werden, die bevorzugt senkrecht zueinander ausgebildet sind.
Die Rückstellkraft kann auch segmentweise unterschiedlich ausgebildet sein. So kann der vertikale Mittenbereich der Anpressplatte eben ausgebildet sein und keine Rückstellkraft aufweisen und lediglich der daran anschließende
Randbereich gebogen ausgebildet sein.
Die mindestens eine Anpressplatte liegt dabei ohne Verspannung durch die Verspannungseinheit konvex an der entsprechenden äußersten Seite der Vielzahl der Batteriezellen an.
Die Anpressplatte kann bevorzugt die Form einer Blattfeder haben.
Die Dicke der Anpressplatte liegt bevorzugt im Bereich von 1 mm bis 6 mm. Bevorzugter liegt sie zwischen 1 ,5-4 mm, noch bevorzugter bei ca. 2 mm.
Die Verspannungseinheit umfasst bevorzugt ein Verspannband und eine
Kopplungseinheit zur Verbindung und Verspannung zweier Enden des
Verspannbandes. Durch diese Ausbildung der Verspannungseinheit können Batteriezellen und Anpressplatte einfach und effizient miteinander verbunden und mit Druck beaufschlagt werden. Dazu muss lediglich die Kopplungseinheit derart ausgebildet sein, dass das Verspannband nach Kopplung weiter verspannt werden kann.
Der Krümmungsradius der Anpressplatte liegt bevorzugt in der Ebene oder einer parallelen Ebene des Verlaufs des Verspannbandes.
Die Druckverteilung auf die an der mindestens einen Anpressplatte anliegenden äußeren Seite einer Batteriezelle ist bevorzugt weitgehend homogen, noch bevorzugter homogen im Rahmen der Messungenauigkeit.
Es wird ferner ein Kraftfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Batteriemodul vorgeschlagen, wobei das Batteriemodul mit einem Antriebssystem des
Kraftfahrzeuges verbunden ist. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben und in der Beschreibung beschrieben.
Der Begriff Batterie schließt in dieser Anmeldung auch Batteriesysteme, Akkumulatorbatterien, Akkumulatoren, Akkumulatorsysteme, insbesondere Li-Ionen-Systeme oder Li-Polymer-Ionen-Systeme mit ein.
Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 ein Batteriemodul mit mehreren Batteriezellen und einer Anpressplatte des Standes der Technik,
Figur 2 eine Druckverteilung an der äußeren Seite des Batteriemoduls des Standes der Technik,
Figur 3 eine erfindungsgemäße Anpressplatte,
Figur 4 eine erfindungsgemäße Anpressplatte mit Batteriezelle, und
Figur 5 eine verbesserte Druckverteilung an der äußeren Seite eines erfindungsgemäßen Batteriemoduls mit einer Anpressplatte der Figur 3.
Ausführungsformen der Erfindung
In der Figur 1 ist ein Batteriemodul des Standes der Technik gezeigt. Das Batteriemodul 1 umfasst eine Mehrzahl von Batteriezellen 10, wobei die Batteriezellen 10 in einem Paket bzw. in einem Stapel angeordnet sind. In Figur 1 sind die Batteriezellen 10 hintereinander in einer ersten Richtung, hier der x-Richtung, angeordnet. Um bei einer Batterie, insbesondere einer
Lithium-Ionen-Batterie, eine bessere Effizienz über die Lebensdauer zu erreichen, muss Kraft auf die Batteriezellen aufgebracht werden. Dies wird in der Regel über eine Verspannung der Batteriezellen 10 zur Ausbildung eines Batteriemoduls 1 realisiert. Dazu weist das Batteriemodul 1 der Figur 1 neben einer Verspannungseinheit 30 Anpressplatten 20 auf, die an den freien Enden des Stapels aus Batteriezellen 10 angeordnet sind. Durch die Anpressplatten 20 wird der Druck durch die Verspannungseinheit 30 auf die Seitenflächen der äußeren Batteriezellen 10 verteilt.
Zum Druckaufbau, der Verspannung und/oder dem Zusammenfügen des Stapels aus Batteriezellen 10 und Anpressplatten 20 umgibt eine Verspannungseinheit 30 die Batteriezellen 10 und die Anpressplatten 20 und verspannt diese. Die Verspannungseinheit 30 hat die Funktion Kraft aufzubringen und zu übertragen. In dem Ausführungsbeispiel der Figur 1 ist die Verspannungseinheit 30 nicht-beschränkend durch ein Verspannband 31 und eine Kopplungseinheit 32 realisiert. Die Kopplungseinheit 32 verbindet exemplarisch zwei Enden des Verspannbandes 31 miteinander und beaufschlagt das Verspannband 31 mit einer Kraft. Die Kopplungseinheit 32 kann beispielhaft männliche und weibliche Bestandteile haben, die zur Kopplung ineinander greifen. Die Kopplungseinheit 32 kann auch ein Gewinde umfassen, beispielsweise ein Schneckengewinde nach Art einer Schneckengewindeschelle, mit der das Verspannband 31 verspannt wird. Die Verspannung kann aber auch auf andere Art und Weise erfolgen.
Die Anpressplatte 20 hat die Funktion, die Kraft gleichmäßig auf die äußere Seitenfläche der entsprechenden Batteriezelle 10 zu verteilen. In Figur 1 ist die Verwendung einer geraden Anpressplatte 20 gezeigt. Wenn, wie in Figur 1 gezeigt, die Batteriezellen 10 in x-Richtung hintereinander angeordnet sind, liegt eine erste Anpressplatte 20 an der Außenseite 1 1 der ersten Batteriezelle 10 des Stapels an, die nicht mit einer weiteren Batteriezelle 10 benachbart ist. Ebenso kann eine zweite Anpressplatte 20 auf der Außenseite 1 1 der letzten
Batteriezelle 10 des Stapels anliegen. Die Anpressplatte 20 erstreckt sich in Figur 1 in der y-z Ebene. Das Verspannband 31 läuft um die Batteriezellen 10 und die Anpressplatten 20 herum, in Figur 1 in einer x-y Ebene, bevorzugt auf halber Höhe der Batteriezellen 10. Das Verspannband 31 kann aber auch anders um die Batteriezellen 10 geführt werden, z. B. in der x-z Ebene, also über den Deckel und den Boden jeder Batteriezelle 10. In Figur 1 sind weitere Verbindungselemente gezeigt, die aber rein optional sind. So kann der Batteriezellenstapel in einen Rahmen 40 platziert werden, der Vorder- und Rückseite 41 sowie Verbindungsstücke 43 zwischen Vorder- und Rückseite aufweist. Zudem können zwischen je zwei Batteriezellen 10 weitere
Platten 42 angeordnet sein.
In der Ausgestaltung der Figur 1 hat die Verspannung durch das Verspannband 31 zusammen mit der Form der Anpressplatte 20 die Folge, dass die
Druckverteilung auf die Außenseiten 1 1 der ersten und letzen Batteriezelle 10 des Stapels inhomogen ist. Dies ist in Figur 2 gezeigt. Die dunklen Bereiche der Figur 2 zeigen die Bereiche höheren Drucks. An den Seiten der Anpressplatte 20 wird mehr Druck übertragen als in der Mitte. Dies ist besonders nachteilig, weil der Mittenbereich der Batteriezellen 10 der für eine Verformung empfänglichste ist. Es kann sich während des Betriebs im Mittenbereich einer Batteriezelle 10 ein Bauch bilden, dem durch die Anpressplatte 20 des Standes der Technik nur unzureichend entgegengewirkt wird.
Die Rippenstruktur der dargestellten Druckverteilung der Figur 2 ist auf die Verwendung eines Rahmens 40 mit entsprechenden Endflächen 41
zurückzuführen, wie sie in Figur 1 gezeigt sind. Bevorzugt liegt die Anpressplatte 20 direkt auf der Außenseite 1 1 der ersten und letzten Batteriezelle 10 des Stapels auf. Figur 3 zeigt eine erfindungsgemäße Anpressplatte 20, Figur 4 zusammen mit einer Batteriezelle 10 vor der Verspannung. Die Anpressplatte 20 ist vorgespannt und federnd ausgebildet. Mit anderen Worten, die Anpressplatte 20 weist einen Radius auf. Sie ist gewölbt ausgebildet. Sie liegt konvex an der Außenseite 1 1 der äußersten Batteriezelle 10 des Stapels an. Die Wölbung verläuft entlang der y-Achse der Figur 1 . Die Wölbung kann auch segmentweise ausgebildet sein, dass heißt, Teilsegmente der Anpressplatte 20 können einen unterschiedlichen Krümmungsradius aufweisen. In Figur 4 ist die Mittelachse 50 der Anpressplatte 20 durch den tiefsten Punkt der Anpressplatte 20, der eine Steigung von Null hat, parallel zur Ebene der Oberfläche der äußeren Batteriezelle 10 dargestellt. Mit anderen Worten, ein Krümmungsmittelpunkt der Anpressplatte 20 liegt bevorzugt genau auf der vertikalen Mittelachse 50 der Anpressplatte 20, kann aber auch leicht davon abweichen. Um die Federkraft weiter zu erhöhen, kann die
Anpressplatte 20 mit Sicken ausgeführt werden. Diese können in beliebiger Richtung ausgebildet sein.
Das heißt, ohne Verspannungseinheit 30 liegt ein Mittenbereich um die
Mittelachse 50 der Verspannungseinheit 30 entlang der z-Achse an der
Batteriezelle 10 an und der äußere Bereich der Anpressplatte 20 ist von der Oberfläche der Batteriezelle 10 beabstandet. Dies ist genau der Bereich, in dem sich die Batteriezelle 10 am stärksten ausdehnt. Die Anpressplatte 20 ist elastisch und weist eine Rückstellkraft auf, die vom Abstand zur Mittelachse 50 abhängt. Die Rückstellkraft wirkt entlang der Achse der Stapelung der
Batteriezellen 10, also entlang der ersten Achse bzw. ihr entgegengesetzt, je nachdem auf welcher Seite des Stapels die Anpressplatte 20 angeordnet ist. Wird die Verspannungseinheit 30 nun in der x-y-Ebene um die Batteriezellen 10 und die Anpressplatte 20 herum angeordnet, so werden die Seiten der
Anpressplatte 20 durch die Kraft des Verspannungseinheit 30 in Richtung der Batteriezellen 10 verformt und liegen dort schließlich an. Gleichzeitig, durch die Krümmung der Anpressplatte 20, liegt der Mittenbereich der Anpressplatte 20 entlang der z-Achse ebenso an der Außenseite 1 1 der Batteriezelle 10 an und übt einen Druck aus.
Es ist für den Fachmann ersichtlich, dass bei Führung des Verspannbandes 31 über die obere und untere Fläche der Batteriezellen 10, derart, dass die
Außenseite 1 1 der ersten Batteriezelle 10 in z-Richtung durchlaufen wird, die Krümmung der Anpressplatte 20 entsprechend um 90 Grad gedreht werden müsste, also die Krümmung entlang der z-Achse verlaufen müsste.
Mit anderen Worten steht der Krümmungsradius der Anpressplatte 20 senkrecht auf der Außenseite der äußeren Batteriezelle 10 sowie auf dem Verspannband 31 und verläuft in der Ebene oder parallel zu der Ebene des Verlaufes des
Verspannbandes 31 um die Batteriezelle 10. In Figur 1 verläuft das
Verspannband 31 in x-y-Ebene. Der Krümmungsradius verläuft ebenso in einer x-y-Ebene.
Figur 5 zeigt das Ergebnis einer Messung der verbesserten Druckverteilung mit der gekrümmten Anpressplatte der Figuren 3 und 4. Der dunkle Bereich, der einem Bereich hohen Drucks entspricht, in der Mitte der Anpressplatte ist auf die Krümmung der Anpressplatte 20 zurückzuführen. Die optimale Form der Anpressplatte 20 kann beispielsweise unter Verwendung der
Finite-Elemente-Methode berechnet werden, um eine möglichst gleichmäßige Kräfteverteilung zu realisieren. Die benötigte Kraft zur Verpressung der
Batteriezellen 10 und die Federkennlinie der Anpressplatte 20 sind dabei Parameter der Optimierung. Die Kraft kann zwischen 5000-10000 N betragen, bevorzugt liegt sie bei 7000 N.
Auf Grund der vorgekrümmten Form der Anpressplatte 20 kann die
Anpressplatte 20 wesentlich dünner bei gleicher Kraftübertragung als eine gerade Anpressplatte 20 ausgebildet sein. Eine Anpressplatte 20 des Standes der Technik aus z. B. Stahl oder Aluminium weist üblicherweise eine Dicke von 10 mm auf. Eine erfindungsgemäße Anpressplatte 20 aus gleichem Material benötigt zur Druckbeaufschlagung nur noch eine Dicke von 1 -6 mm, bevorzugt 1 ,5-4 mm, noch bevorzugter ca. 2 mm. Somit kann die Anpressplatte 20 dünner, leichter und kostengünstiger ausgebildet werden.

Claims

Ansprüche
1 . Ein Batteriemodul (1 ), umfassend:
eine Vielzahl von zu einem Stapel zusammengefügten Batteriezellen (10), die entlang einer ersten Achse (X) angeordnet sind;
mindestens eine Anpressplatte (20), angeordnet an einer Außenseite (1 1 ) einer äußersten Batteriezelle des Stapels (10);
eine Verspannungseinheit (30), die die Vielzahl von Batteriezellen (10) zusammen mit der Anpressplatte (20) umgibt und miteinander verspannt; dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Anpressplatte (20) federnd ausgebildet ist und im durch die Verspannungseinheit (30) verspannten Zustand eine Rückstellkraft auf die Verspannungseinheit (30) ausübt.
2. Das Batteriemodul (1 ) nach Anspruch 1 , wobei die Rückstell kraft entlang der ersten Achse (x) oder entlang der negativen ersten Achse (x) verläuft.
3. Das Batteriemodul (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Rückstellkraft der Anpressplatte (20) der von der Verspannungseinheit (30) ausgeübten Kraft entgegenwirkt.
4. Das Batteriemodul (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Rückstellkraft der vorgespannten Anpressplatte (20) vom Abstand eines Messpunktes zu einer Mittelachse (50) der Anpressplatte (20) abhängt, wobei die Mittelachse (50) entlang einer von der ersten Achse (x) verschiedenen und/oder dazu senkrechten zweiten Achse (z) verläuft.
5. Das Batteriemodul (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwei Anpressplatten (20) vorgesehen sind, die an den Außenseite (1 1 ) der ersten und letzten Batteriezelle (10) des Stapels anliegen.
6. Das Batteriemodul (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine Anpressplatte (20) ohne Verspannung durch die Verspannungseinheit (30) konvex an der entsprechenden äußersten Seite der Vielzahl der Batteriezellen (10) anliegt.
7. Das Batteriemodul (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Dicke der mindestens einen Anpressplatte (20) im Bereich von 1 mm bis 6 mm liegt, bevorzugt von 2-4 mm.
8. Das Batteriemodul (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verspannungseinheit (30) umfasst:
ein Verspannband (31 ) und
eine Kopplungseinheit (32) zur Verbindung und Verspannung zweier Enden des Verspannbandes (31 ).
9. Das Batteriemodul (1 ) nach Anspruch 8, wobei der Krümmungsradius der Anpressplatte (20) in der Ebene oder einer parallelen Ebene des Verlaufs des Verspannbandes (31 ) liegt.
10. Kraftfahrzeug mit einem Batteriemodul (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Batteriemodul (1 ) mit einem Antriebssystem des
Kraftfahrzeuges verbunden ist.
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