CN110867541A - 用于机动车的电池模块以及具有这种电池模块的机动车 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于机动车的电池模块(14)，该电池模块包括多个棱柱形的电池单体(12)，电池单体分别被壳体(10)框围。壳体(10)具有两个彼此平行地布置的壳体壁(20)，该壳体壁分别在外侧提供壳体(10)的壳体壁表面(22)。在电池模块(14)中多个壳体(10)依次先后布置成，使得分别至少两个外侧的壳体壁表面(22)彼此贴靠。在每个壳体(10)中，壳体壁表面(22)分别具有规定的浮雕结构(40)，其中彼此贴靠的相应壳体壁表面(22)具有彼此对应地设计的浮雕结构(40)并且垂直于壳体壁表面(22)是不连接的。

Description

用于机动车的电池模块以及具有这种电池模块的机动车
技术领域
本发明涉及一种用于机动车的电池模块，该电池模块具有多个棱柱形电池单体，本发明还涉及一种具有这种电池模块的机动车。
背景技术
包括多个棱柱形电池单体的电池模块通常对于每个棱柱形电池单体分别具有自身的壳体。该壳体可以例如形成为铝壳，该铝壳与壳体盖焊接，该壳体盖具有用于电池的正极和负极的连接端。铝壳可以例如借助于深拉方法制成并因此具有平坦的表面。在电池模块中，各个壳体连同被接纳在其中的多个电池单体可彼此并排地布置，并借助于布置在这种类型的电池单体组的相对的端部上的金属压板和拉紧螺杆或借助于金属箍圈保持在一起。
在文献EP 2 495 786 A1中描述了一种用于蓄电池的产生电压的单体的可堆叠的保持件，该保持件具有底壁以及至少在底壁的一侧上从底壁伸出的边框壁。该保持件具有凹部和/或凸起，该凹部和凸起可以与相邻的保持件的凸起或凹部协同工作并优选形成卡锁连接、夹紧连接或搭扣连接。由此一方面排除了保持件相对彼此的侧向移动，另一方面可以使保持件彼此永久连接。
在文献DE 10 2011 075 044 A1中描述了一种用于电池的单体或模块的壳体。该壳体在至少一个外表面上具有至少一个连接元件，以用于与另外的电池构件的连接元件形成形锁合的插接连接。
在文献DE 10 2011 015 152 A1中描述了一种蓄能器设备。该蓄能器设备具有多个蓄能单体和用于为蓄能单体或由蓄能单体形成的单体组进行调温的调温装置。单体壳体侧壁可以在底部区域中具有弯曲的下边缘，其中另外的单体壳体侧壁在上部区域中具有两个弯曲的连接片。在组装时，另外的单体壳体侧壁的连接片在材料凸起旁抓握在单体壳体框架的上部窄边上，而第一单体壳体侧壁的底边缘抓握在单体壳体框架的底部窄边上。
但是，各种所描述的电池模块仅能有限地补偿机械负载(该机械负载例如在机动车与障碍物碰撞时作用在电池模块上，并由于该机械负载可能导致电池模块的变形)，这是因为所述电池模块的相应壳体以及相应的电池模块的所述电池单体具有较小的刚性。
发明内容
因此本发明的目的是，提供一种电池模块，该电池模块的单个电池单体在该单个电池单体由于变形过程造成的变形方面更加鲁棒/皮实。
上述目的通过一种根据独立权利要求所述的根据本发明的用于机动车的电池模块实现。本发明的具有适宜的和非平凡的改进方案的有利的设计方案在从属权利要求、以下的说明和附图中给出。
根据本发明的用于机动车的电池模块包括多个棱柱形电池单体，电池单体分别以壳体框围。电池单体的例如由铝制成的相应壳体具有两个彼此平行布置的壳体壁。借助于这两个壳体壁分别在壳体外侧提供壳体壁表面，就是说，通过壳体壁在外侧得到壳体壁表面。在电池模块中，多个壳体相对彼此布置成，使得分别至少两个外侧的壳体壁表面彼此贴靠，即彼此接触的壳体的两个壳体壁表面彼此贴靠。在此，每个壳体(如对于棱柱形电池单体所常见的)都具有确定的高度和宽度，该高度和宽度均比壳体的深度大。在电池模块内部彼此贴靠的所述至少两个外侧的壳体壁表面优选是由壳体的高度和宽度限定的壳体壁表面(宽面)，而并不是与其垂直地布置的、由壳体的深度和高度或由壳体的深度和宽度限定的壳体壁表面(窄面)。这形成了最大的贴靠面。
在电池模块的每个壳体中，该壳体的彼此平行地布置的壳体壁表面分别具有规定的浮雕结构/浮凸结构。在本发明的意义上浮雕结构被理解为壳体壁表面中的突出的结构以及下沉的结构。在此，规定的浮雕结构不是指例如可能在铸造工艺中产生的侧凹部/沉割部，在铸造工艺中侧凹部自由地在铸件上突出并由此妨碍了该铸件从其铸模中取出。
在此，电池模块的两个电池单体的相应的彼此成对地贴靠的壳体壁表面具有彼此对应形成的浮雕结构并垂直于壳体壁表面是不连接的。彼此贴靠的壳体表面的浮雕结构即被设计成，使得两个壳体表面基于其浮雕结构嵌合到彼此中。但是，壳体壁表面上的浮雕结构不被设计成，使得一个壳体壁可以插接或钩挂在另外的壳体壁中。因此不能实现彼此贴靠的壳体壁表面的浮雕结构的固定连接，就是说，两个壳体壁在浮雕结构的区域中既不能例如形锁合地连接，也不能粘结在一起或以其它方式彼此固定联接。彼此贴靠的壳体壁表面的浮雕结构虽然彼此啮合以及彼此接合，但是这两个壳体壁表面最终彼此松脱地贴靠。例如当周围所有的阻碍、例如电池模块本身的壳体被移除时，这两个壳体壁表面可以特别是在垂直于壳体壁表面的方向上彼此无阻碍地分离或分开。然而，根据浮雕结构的设计，与壳体壁表面的平面相平行的剪切运动可以被彼此贴靠的壳体壁表面的对应设计的或彼此啮合的浮雕结构阻止，或仅在消耗力的情况下实现。最终，两个彼此贴靠的壳体壁表面借助于其相应的浮雕结构形成两个彼此配合的塑性结构化的部分表面，该部分表面彼此形成配合件，即阳形和与之对应的阴形。
由于壳体壁表面的浮雕结构，每个单个的电池单体的壳体具有规定的刚性。刚性描述了固体对抗由于力或力矩造成的弹性变形的阻力。构件的刚性一般不仅取决于材料的弹性性能，而且决定性地还取决于构件的几何形状(抗弯刚性)。因此借助于规定的浮雕结构实现了根据本发明的壳体壁的提高的刚性。因此壳体壁具有提高了的对抗例如由于单个电池单体随着时间的膨胀(即电池单体的所谓胀大)而造成的变形的阻力。此外，具有提高了的刚性的壳体壁对于电池模块例如可能受到外力作用和与之相关的变形的事故情况具有较高的阻力。因此，可以减小电池模块的电池单体由于内部力和外力造成的壳体变形，这是因为在相同壁厚的情况下根据本发明的壳体壁由于浮雕结构可以比没有浮雕结构时补偿更大的力。
本发明还包括多个实施形式，通过这些实施形式得到附加优点。
在本发明的另一有利的设计方案中提出，在每个壳体中，两个外侧的壳体壁表面中的一个壳体壁表面形成壳体的前侧，另一个壳体壁表面形成壳体的后侧。该壳体即可以具有精确定义的前面和精确定义的背面。典型地，在电池模块内部，各单个壳体(单个壳体分别包括各一个棱柱形电池单体)彼此一个接一个地布置，就是说，一个壳体的后侧贴靠在布置在其后面的壳体的前侧上。在此描述的设计方案中，两个壳体壁表面、就是说壳体的前侧和后侧分别包括两个同样大的半部。这两个半部通过壳体壁表面的镜面对称轴来界定或分割，其中该镜面对称轴平行于壳体壁表面和优选垂直于如下的壳体侧面，在该壳体侧面上布置有用于连接电池单体的正电极和负电极的连接端。
前侧的两个半部和后侧的两个半部的相应的浮雕结构被设计成，使得不仅前侧对应于后侧形成，而且前侧的两个半部以及相应地还有后侧的两个半部均彼此对应地形成。如果例如壳体的前侧的左半部上设有浮雕结构(其例如主要具有例如突出的或凸起的结构)，则在前侧的右半部上具有与该浮雕结构相应的配对件、即例如具有主要下沉的结构的壳体壁表面。当直接观察时，即，在壳体转圈之后，壳体的后侧相应地在右半部上具有对应于前侧的左半部的浮雕结构，而后侧的左半部具有对应于前侧的右半部的浮雕结构。由此实现了，当一个壳体的前侧和另一壳体的后侧彼此贴靠或两个壳体的相同的壳体壁表面彼此贴靠时，两个彼此贴靠的壳体壁彼此嵌合。因此，电池模块的各个壳体可以依次以所述方式精确配合地彼此贴靠，其中壳体也可以相对彼此转动180度地布置。通过依次布置的壳体的彼此嵌合最终实现了，对于电池模块需要与对于如下的电池模块相同的构造空间，该电池模块的各个电池单体被分别具有平滑表面的壳体框围，例如在电池单体壳体由借助于拉深方法制成的铝壳构成的情况中那样。
本发明的另一设计方案提出，在每个壳体中，在两个壳体壁之间布置有垂直于该壳体壁的壳体盖，该壳体盖具有两个用于电池单体的各一个电极的连接端。电池模块的各个电池单体通常具有至少两个电极，即正电极和负电极。这些电极借助于接触件与总共两个集电器连接，就是说，每个单个的电池单体具有分别用于电池单体的各一个电极的两个连接端。壳体盖的面可以例如由电池单体的壳体的深度和宽度来限定。由于其壳体壁表面具有浮雕状的结构的壳体壁垂直于壳体盖布置，因此刚好是由于在壳体中接纳的电池单体的膨胀而受到最大的压力并且必须补偿该压力的壳体壁具有浮雕结构。这在通过电池模块内的壳体所实现的、模块应变的减小方面是特别有利的，该模块应变由于在充电和放电过程期间各个电池单体的膨胀以及由于由膨胀造成的电池单体的老化和磨损过程而导致。
本发明的另一有利的设计方案提出，在每个壳体中，壳体盖设计为U形的。在本发明的意义上的U形的壳体盖既指的是倒圆的壳体盖，也指的是弯折成角度的壳体盖，因此该壳体盖具有中间部分以及两个垂直于该中间部分布置的侧面部分。壳体盖的侧面部分布置在两个壳体壁的侧面并延伸至平行于壳体盖的中间部分布置的壳体底部。因此设计为U形的壳体盖在两个壳体壁的侧面延伸至壳体底部。因此，以这种方式设计的、将壳体的前侧和后侧彼此分开的壳体盖例如由材料部件、例如由铝制成。因此，壳体盖可以特别成本有利且技术上容易地制造。
在本发明的另一设计方案中提出，在每个壳体中使两个壳体壁、壳体盖和壳体底部彼此材料结合地连接。因此这两个壳体壁与设计为U形的壳体盖以及与壳体底部固定连接，这两个壳体壁分别在外侧提供壳体的相应具有浮雕结构的壳体壁表面，壳体盖包括中间部分以及两个侧面部分。材料结合的连接可以例如设计为焊接连接或熔接。因此，在壳体中可以以屏蔽壳体环境的方式特别可靠地接纳电池单体。为了优化与例如布置在电池模块下方的冷却装置的联接，壳体底部可以设计为平滑的表面。此外壳体盖的侧面部分同样可以形成为平滑的，从而电池模块对外具有平滑的侧表面。由此电池模块可以特别节省空间且有利地集成在机动车中。另选地，壳体底部和/或壳体盖的侧面部分也可以具有浮雕结构，该浮雕结构对应于布置在其下方或旁边的壳体的壳体底部和/或相应壳体盖的侧面部分。由此，进一步提供了特别鲁棒的、具有更大刚性的、各个壳体在电池模块内部的相对布置。
本发明的另一有利的设计方案提出，在每个壳体中两个壳体壁分别由金属板制成。该金属板可以是例如铝板。两个壳体壁还可以在每个壳体中由特别薄的金属板制成，特别是由具有小于1毫米的壁厚的金属板制成。因此为了制造壳体壁可以使用已经用于电池单体的传统壳体的现有材料，例如铝板。由于单个壳体的壳体壁表面的浮雕结构的突出的结构分别配合在与该壳体壁表面贴靠的壳体壁表面的相应的凹陷的结构中，就是说与该凹陷的结构对应且被该凹陷的结构接纳，因此与由具有平滑的壳体壁的单个壳体形成的电池模块相比并未造成整个电池模块的增大，这是因为可以使用相同的材料。因此通过以这种方式形成的电池模块，与传统的电池模块相比在机动车内部不需要附加的构造空间。
本发明的另一设计方案提出，每个壳体借助于密封材料液密密封。因此单个壳体是气密且液密的。作为密封材料可以例如使用发泡带、密封环或焊接线。当然，附加或另选地，也可以使用壳体本身的各个组成部分的材料作为密封材料，该材料例如在两个壳体壁、U形的壳体盖和壳体底部之间建立材料结合的连接时已被熔化，并固化成，使得形成了液体密封的壳体。因此，其中布置有电池模块的各个电池单体的壳体被设计成，使得液体和气体不会从电池单体中流出到环境中，例如不会出现电池单体的电解质的泄漏。此外，也保护电池单体本身以防止例如由于雨水侵入电池模块的环境中而导致来自电池模块环境的液体和气体的进入。
在本发明的另一设计方案中提出，依次先后布置的壳体在夹紧装置上在垂直于壳体壁表面的方向上被保持在一起。由于壳体壁表面没有固定地彼此连接，因此松散地依次布置的壳体借助于夹紧装置如此固定，使得至少垂直于壳体壁表面不能在无需消耗较大的力的情况下使各个壳体彼此分离。夹紧装置可以例如是围绕电池模块绷紧的金属箍圈。另选或附加地，可以在电池模块的两个相对的端部上，就是说在电池模块的第一壳体和最后一个壳体上布置压板，该压板例如由金属制成，并借助于拉紧螺杆将电池模块的壳体压到一起。即根据壳体的尺寸借助于夹紧装置固定地给定了电池模块的外部形状。还可以通过夹紧装置实现，各个壳体不能平行于壳体壁表面相对彼此移动，这是因为这些壳体彼此固定地压紧并保持在一起形成电池模块。虽然各个壳体没有彼此固定地连接，但是借助于夹紧装置可以在电池模块内部实现各个壳体的固定联合。
根据本发明还提供了一种机动车，该机动车具有用于驱动机动车的驱动电机的电池模块，其中机动车的电池模块如上所述地设计。结合根据本发明的电池模块呈现的优选设计方案及其优点——在适用的情况下——相应地适用于根据本发明的机动车。
本发明还包括所述实施形式的特征的组合。
附图说明
下面描述本发明的实施列。对此示出：
图1示出电池模块的电池单体的壳体的示意图，该电池模块具有带浮雕结构的壳体壁表面；
图2示出壳体的内部视图的示意图，该壳体框围电池单体；
图3示出电池模块的示意图，该电池模块包括多个棱柱形电池单体，该电池单体分别由一个壳体框围，该壳体具有带浮雕结构的壳体壁表面。
具体实施方式
以下描述的实施例是本发明的优选实施形式。在该实施例中，实施形式的所述各部件分别表明本发明的可视为彼此独立的单个特征，这些特征也分别彼此独立地改进本发明。因此公开内容还应包括与实施形式的特征的所示组合不同的组合。所述实施形式也可以通过本发明的其它已经说明的特征被加以补充。
在附图中相同的附图标记表示功能相同的元件。
图1中示出壳体10，该壳体包括两个彼此平行地布置的壳体壁20。这两个彼此平行地布置的壳体壁20分别在外侧提供壳体10的壳体壁表面22。两个壳体壁表面22可以在此区分为壳体10的前侧24和壳体10的后侧26。在图1中针对前侧24还示出，前侧24包括两个同样大的半部28。这两个半部通过镜面对称轴彼此分开，该镜面对称轴被表示为虚线29。
壳体10还包括壳体盖30，该壳体盖被设计成U形并包括中间部分34以及两个侧面部分36。U形的构型在此或者是指具有圆角的壳体盖30或者是指弯折的壳体盖30。该U形的壳体盖30在两个壳体壁20侧面延伸至平行于壳体盖30的中间部分34布置的壳体底部38。壳体盖30还包括两个连接端32，所述连接端分别用于被壳体10框围的棱柱形电池单体12(见图2中的附图标记12)的各一个电极。
包括中间部分34和侧面部分36的壳体盖30以及两个壳体壁20和壳体底部38材料锁合地彼此连接并例如由铝制成。壳体壁20本身由铝板制成，该铝板优选具有小于1毫米的壁厚。壳体10还是流体密封的，就是说，壳体包围的是气体和流体密封的空间，在该空间中布置电池单体12。
两个壳体壁表面22分别具有规定的浮雕结构40，其中前侧24的两个半部28和后侧26的两个半部28的相应的浮雕结构40被设计成，使得不仅前侧24对应于后侧26，而且一个壳体壁表面22的两个半部28彼此对应。
在图2中示出在图1中示出的壳体10的内部视图。在壳体10内部布置真正的电池单体12、也即电池单体的单体绕组。壳体10的内部还具有接触件13，该接触件使电池单体12的至少一个正电极和负电极与壳体盖30的两个连接端32连接。在图2中还可特别清楚地看出包括中间部分34和两个侧面部分26的壳体盖30的U形构型。
在图3中示出电池模块14，该电池模块包括多个壳体10。单个壳体10在此又仅包括一个单个棱柱形电池单体12，如在图2中所示。在电池模块14中多个壳体10一个接一个地布置成，使得一个壳体10的外侧的壳体壁表面22中的至少一个贴靠在另一壳体10的外侧的壳体壁表面22之一上。在此，彼此贴靠的壳体壁表面22分别具有彼此对应设计的浮雕结构40并垂直于壳体壁表面22不连接。各个壳体10彼此松脱地布置，但是彼此配合，这是因为从壳体壁表面22突出的结构被设计成，与在与该壳体壁表面贴靠的壳体壁表面22中凹陷的结构相配合，并且反之亦然。由于前侧24的两个半部28和后侧16的两个半部28的相应浮雕结构40还被设计成，使得不仅前侧24对应于后侧26而且一个壳体壁表面22的两个半部28彼此对应，因此当一个壳体10的前侧24与另一壳体10的后侧26彼此贴靠或两个壳体10的相同的壳体壁表面22彼此贴靠时，相应的壳体10的壳体壁20的两个彼此贴靠的浮雕结构40可以彼此对应。
电池模块14的依次先后布置的壳体10还可以被夹紧装置在垂直于壳体壁表面22的方向上保持在一起。该方向借助于坐标系50表示，其中垂直于壳体壁表面22的方向是z方向。
在图3中示出的电池模块14例如适合用作机动车的电池模块14，而且用于驱动机动车的驱动电机。
该实施例整体示出，如何借助于框围一个电池单体12的壳体10的壳体壁表面22的浮雕结构40可特别节省空间地在电池模块14内部相继布置多个壳体10。通过浮雕结构40实现了壳体10的刚性的提高，该提高的刚性一方面可以对抗由于机动车事故造成的变形，另一方面可以对抗由于电池单体12的膨胀、即由于所谓的胀大造成的变形，由此实现了特别鲁棒的电池模块14。

Claims (9)

1.一种用于机动车的电池模块(14)，该电池模块包括多个棱柱形的电池单体(12)，这些电池单体分别被壳体(10)框围，该壳体具有两个彼此平行地布置的壳体壁(20)，该壳体壁分别在外侧提供壳体(10)的壳体壁表面(22)，其中，多个壳体(10)在电池模块(14)中依次先后布置成，使得分别至少两个外侧的壳体壁表面(22)彼此贴靠，
其特征在于，
在每个壳体(10)中，壳体壁表面(22)分别具有规定的浮雕结构(40)，其中，彼此贴靠的相应壳体壁表面(22)具有彼此对应地设计的浮雕结构(40)并且垂直于壳体壁表面(22)是不连接的。
2.根据权利要求1所述的电池模块(14)，其特征在于，在每个壳体(10)中，两个外侧的壳体壁表面(22)之一形成壳体(10)的前侧(24)，另一个外侧的壳体壁表面(22)形成壳体(10)的后侧(26)，两个壳体壁表面(22)分别包括两个同样大的半部(28)，其中，前侧(24)的两个半部(28)和后侧(26)的两个半部(28)的浮雕结构(40)被设计成，使得前侧(24)对应于后侧(26)而且同一壳体壁表面(22)的两个半部(28)彼此对应。
3.根据前述权利要求中任一项所述的电池模块(14)，其特征在于，在每个壳体(10)中，在两个壳体壁(20)之间布置有垂直于壳体壁(20)的壳体盖(30)，该壳体盖具有两个分别用于电池单体(12)的各一个电极的连接端(32)。
4.根据权利要求3所述的电池模块(14)，其特征在于，在每个壳体(10)中，壳体盖(30)被设计成U形的，并且壳体盖在两个壳体壁(20)的侧面延伸至平行于壳体盖(30)的中间部分(34)布置的壳体底部(38)。
5.根据权利要求4所述的电池模块(14)，其特征在于，在每个壳体(10)中，两个壳体壁(20)、壳体盖(30)和壳体底部(38)彼此材料结合地连接。
6.根据前述权利要求中任一项所述的电池模块(14)，其特征在于，在每个壳体(10)中，两个壳体壁(20)分别由金属板制成，特别是，所述金属板具有小于1毫米的壁厚。
7.根据前述权利要求中任一项所述的电池模块(14)，其特征在于，每个壳体(10)都借助于密封材料液密密封。
8.根据前述权利要求中任一项所述的电池模块(14)，其特征在于，依次先后布置的壳体(10)被夹紧装置在垂直于壳体壁表面(22)的方向上保持在一起。
9.一种具有用于驱动机动车的驱动电机的电池模块(14)的机动车，其中，电池模块(14)根据权利要求1至8中任一项设计。
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