DE102018216835A1

DE102018216835A1 - Battery module and motor vehicle

Info

Publication number: DE102018216835A1
Application number: DE102018216835.0A
Authority: DE
Inventors: Wenkun Hu; Wolfgang Beck; Klaus Ternovan; Elisabeth Dino
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2018-10-01
Filing date: 2018-10-01
Publication date: 2020-04-02

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Batteriemodul (12) für ein Kraftfahrzeug, wobei das Batteriemodul (12) mindestens eine Batteriezelle (22) aufweist, die zwei erste gegenüberliegende Seiten (22a) aufweist, wobei das Batteriemodul (12) eine Spanneinrichtung (10) umfasst, die dazu ausgelegt ist, eine Spannkraft auf die beiden ersten Seiten (22a) der Batteriezelle (22) auszuüben. Dabei umfasst die Spanneinrichtung (10) mindestens ein gewelltes Federelement (14), wobei das Batteriemodul (12) mindestens ein erstes Abstützelement (16) mit einer ersten Abstützoberfläche (16a) und ein zweites Abstützelement (18) mit einer zweiten Abstützoberfläche (18a) aufweist, wobei das erste Federelement (14) auf der ersten Abstützoberfläche (16a) derart angeordnet ist, dass eine der ersten Abstützoberfläche (16a) abgewandte und der zweiten Abstützoberfläche (18a) zugewandte erste Seite (14a) des ersten Federelements (14) in ihrem Abstand (A) zur ersten Abstützoberfläche (16a) wellenförmig variiert.

The invention relates to a battery module (12) for a motor vehicle, the battery module (12) having at least one battery cell (22) which has two first opposite sides (22a), the battery module (12) comprising a tensioning device (10) which is designed to exert a clamping force on the first two sides (22a) of the battery cell (22). The tensioning device (10) comprises at least one corrugated spring element (14), the battery module (12) having at least a first support element (16) with a first support surface (16a) and a second support element (18) with a second support surface (18a) , wherein the first spring element (14) is arranged on the first support surface (16a) such that a first side (14a) of the first spring element (14) facing away from the first support surface (16a) and facing the second support surface (18a) is spaced apart (A) to the first support surface (16a) varies in a wave shape.

Description

Die Erfindung betrifft ein Batteriemodul für ein Kraftfahrzeug, wobei das Batteriemodul mindestens eine Batteriezelle aufweist, die zwei erste gegenüberliegende Seiten aufweist, wobei das Batteriemodul eine Spanneinrichtung umfasst, die dazu ausgelegt ist, eine Spannkraft auf die beiden ersten Seiten der Batteriezelle auszuüben. Zur Erfindung gehört auch ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Batteriemodul.The invention relates to a battery module for a motor vehicle, the battery module having at least one battery cell which has two first opposite sides, the battery module comprising a tensioning device which is designed to exert a tensioning force on the two first sides of the battery cell. The invention also includes a motor vehicle with such a battery module.

Um eine möglichst lange Batterielebensdauer erreichen zu können, sollten die Batteriezellen vorgespannt werden. Dabei sollten die Zellen weiterhin elastisch gelagert sein, da die Zellen über die Lebensdauer wachsen können, das heißt sich ausdehnen. Ohne Entlastungsmöglichkeiten werden die Zellen im Laufe der Lebensdauer mechanisch überlastet, was zur beschleunigten Alterung oder gar zur Zellzerstörung führt. Üblicherweise werden die Batteriezellen in einem Zellmodul zu diesem Zweck mit einer Art Spannband umspannt, wie dies beispielsweise auch in der DE 103 43 766 A1 beschrieben ist.In order to achieve the longest possible battery life, the battery cells should be preloaded. The cells should continue to be elastic, since the cells can grow over their lifetime, that is, they expand. Without relief options, the cells are mechanically overloaded in the course of their lifespan, which leads to accelerated aging or even cell destruction. For this purpose, the battery cells in a cell module are usually spanned with a type of tensioning strap, as is also the case in FIG DE 103 43 766 A1 is described.

Batteriesysteme und insbesondere auch einzelne Batteriemodule umfassen typischerweise verschiedene Einzelkomponenten, die zur Bauraumoptimierung aufeinander abgestimmt werden müssen. Zudem muss auch die auf die Batteriezellen wirkende Spannkraft auf die Art der verwendeten Batteriezellen und deren Ausdehnungseigenschaften im Laufe der Lebensdauer abgestimmt sein. Werden zukünftig beispielsweise neue Batteriezellen entwickelt, die veränderte Ausdehnungseigenschaften über die Lebensdauer hinweg aufweisen, so muss entsprechend auch die verwendete Spanneinrichtung angepasst werden. Wenn sich hierbei gleichzeitig auch der erforderliche Bauraum ändert, den diese Spanneinrichtung dann einnimmt, so muss wiederum das Modulgehäuse hinsichtlich seiner Größe angepasst werden und alle damit zusammenhängenden Komponenten, was Zusatzkosten und einen enormen Aufwand bedeutet.Battery systems and in particular also individual battery modules typically comprise different individual components that have to be coordinated with one another in order to optimize installation space. In addition, the clamping force acting on the battery cells must also be matched to the type of battery cells used and their expansion properties over the course of the service life. If, for example, new battery cells are developed in the future that have changed expansion properties over their service life, the clamping device used must also be adapted accordingly. If at the same time the required installation space changes, which this clamping device then occupies, then the module housing must again be adjusted in terms of its size and all the associated components, which means additional costs and enormous effort.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Batteriemodul und ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, welche eine möglichst flexible Verspannung einer oder mehrerer Batteriezellen ermöglichen.It is therefore an object of the present invention to provide a battery module and a motor vehicle which allow one or more battery cells to be braced as flexibly as possible.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Batteriemodul und ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung und der Figuren.This object is achieved by a battery module and a motor vehicle 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 ein Kraftfahrzeug weist mindestens eine Batteriezelle auf, die zwei erste gegenüberliegende Seiten aufweist, wobei das Batteriemodul weiterhin eine Spanneinrichtung umfasst, die dazu ausgelegt ist, eine Spannkraft auf die beiden ersten Seiten der Batteriezelle auszuüben. Dabei weist die Spanneinrichtung mindestens ein gewelltes erstes Federelement auf, wobei das Batteriemodul weiterhin mindestens ein erstes Abstützelement mit einer ersten Abstützoberfläche und ein zweites Abstützelement mit einer zweiten Abstützoberfläche aufweist, und wobei das erste Federelement auf der ersten Abstützoberfläche derart angeordnet ist, dass eine der ersten Abstützoberfläche abgewandte und der zweiten Abstützoberfläche zugewandte erste Seite des ersten Federelements in ihrem Abstand zur ersten Abstützoberfläche wellenförmig variiert, und das erste Federelement auch auf der zweiten Abstützoberfläche derart angeordnet ist, dass eine der zweiten Abstützoberfläche abgewandte und der ersten Abstützoberfläche zugewandte zweite Seite des ersten Federelements in ihrem Abstand zur zweiten Abstützoberfläche wellenförmig variiert.A battery module according to the invention for a motor vehicle has at least one battery cell which has two first opposite sides, the battery module further comprising a tensioning device which is designed to exert a tensioning force on the two first sides of the battery cell. The tensioning device has at least one corrugated first spring element, the battery module further comprising at least one first support element with a first support surface and a second support element with a second support surface, and wherein the first spring element is arranged on the first support surface such that one of the first Support surface facing away and the second support surface facing first side of the first spring element in a wave-like manner in their distance from the first support surface, and the first spring element is also arranged on the second support surface such that a second side of the first spring element facing away from the second support surface and facing the first support surface varies in wave-like distance from the second support surface.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass die Federkonstante eines solchen gewellten Federelements, wie zum Beispiel einer Sinus-Feder, vorteilhafterweise durch verschiedene Faktoren eingestellt werden kann, ohne dabei den dafür erforderlichen Bauraum, insbesondere in Richtung senkrecht zu den ersten Seiten der mindestens einen Batteriezelle, ändern zu müssen. Insbesondere ist es möglich, die Federhärte durch geeignete Ausbildung eines solchen gewellten Federelements zu verändern, ohne dabei zum Beispiel den Abstand zwischen den oben genannten beiden Abstützelementen, die gleichzeitig eine Höhe des Federelements definieren können, ändern zu müssen. Beispielsweise können einfach mehr oder weniger solcher Federelemente vorgesehen sein, wobei mit zunehmender Anzahl gleichartig ausgebildeter Federelemente auch die Federhärte steigt. Weiterhin kann auch die Anzahl an Wellen auf gegebener Länge variiert werden, ohne dabei die Höhe des Federelements zu verändern. Je mehr Wellen, das heißt, je mehr Perioden, das Federelement auf gegebener Strecke aufweist, desto größer ist auch die Federhärte. Weiterhin kann auch die Anzahl der Perioden, das heißt die Anzahl der Wellen, gleich bleiben, jedoch der Abstand zwischen den jeweiligen Maxima beziehungsweise Minima verändert werden, zum Beispiel vergrößert oder verkleinert werden. Auch dies beeinflusst die Federhärte. Mit anderen Worten kann die Federhärte bei gleichbleibender Höhe des Federelements auch durch Variation der Periodenlänge bzw. Wellenlänge eingestellt werden, wobei je größer die Periodenlänge ist, desto geringer ist die Federhärte. Weiterhin kann auch die Periodenlänge konstant sein und die Anzahl an Wellen, das heißt Perioden, erhöht werden, um die Federhärte zu erhöhen. Weiterhin kann auch eine Breite des Federelements in Richtung parallel zu den Abstützoberflächen, d.h. senkrecht zur Höhe des Federelements variiert werden, wobei eine größere Breite wiederum zu einer größeren Federhärte führt. Alle diese Maßnahmen führen zu einer Variation der Federhärte, ohne dabei die Höhe des Federelements verändern zu müssen und entsprechend ohne den für die Anordnung dieses Federelements zwischen den beiden Abstützelementen vorzusehenden Bauraum ändern zu müssen. Damit sind durch das mindestens eine erste Federelement besonders flexible Anpassungsmöglichkeiten der Federhärte und darüber hinaus auch der auf die beiden ersten Seiten der mindestens einen Batteriezelle auszuübende Spannkraft gegeben. Werden also beispielsweise zukünftig andere Batteriezellen in den Batteriemodulen verbaut, so kann die Spanneinrichtung auf diese Batteriezellen auf einfache Weise durch geeignete Wahl der Federelemente bewerkstelligt werden, ohne übrige Komponenten in ihrer Größe ändern zu müssen. Auch für den Fall, dass im Laufe der Lebensdauer eine Anpassung der Spannkraft erforderlich ist, um die Lebensdauer der Batteriezellen zu optimieren, kann dies auf einfache Weise, zum Beispiel durch Austausch der Federelemente oder Vorsehen weiterer Federelemente oder Reduktion der Anzahl der Federelemente, erfolgen. Durch diese enormen Variationsmöglichkeiten des mindestens einen gewählten Federelements kann somit vorteilhafterweise die gewünschte mechanische Spannung über die Gesamtbatterielebensdauer flexibel eingestellt werden, ohne die Gesamtkonstruktion anpassen zu müssen. Zudem sind solche Federelemente besonders einfach und kostengünstig in der Herstellung und können beispielsweise aus jedem beliebigen Material, zum Beispiel Metall oder Kunststoff, gefertigt sein.The invention is based on the knowledge that the spring constant of such a corrugated spring element, such as a sine spring, can advantageously be set by various factors without the required installation space, in particular in the direction perpendicular to the first sides of the at least one battery cell to have to change. In particular, it is possible to change the spring hardness by suitably designing such a corrugated spring element without, for example, having to change the distance between the above-mentioned two support elements, which can simultaneously define a height of the spring element. For example, more or fewer such spring elements can simply be provided, the spring hardness also increasing with an increasing number of spring elements of the same design. Furthermore, the number of shafts can be varied over a given length without changing the height of the spring element. The more waves, that is, the more periods, the spring element has on a given route, the greater the spring hardness. Furthermore, the number of periods, that is to say the number of waves, can also remain the same, but the distance between the respective maxima or minima can be changed, for example enlarged or reduced. This also affects the spring hardness. In other words, the spring hardness can also be set by varying the period length or wavelength while the height of the spring element remains the same, the longer the period, the lower the spring hardness. Furthermore, the period length can also be constant and the number of shafts, that is to say periods, can be increased in order to increase the spring hardness. Furthermore, a width of the spring element in the direction parallel to the support surfaces, ie perpendicular to the height of the Spring element can be varied, with a larger width in turn leads to a greater spring hardness. All of these measures lead to a variation of the spring hardness without having to change the height of the spring element and accordingly without having to change the installation space to be provided for the arrangement of this spring element between the two support elements. The at least one first spring element thus provides particularly flexible adaptation options for the spring hardness and, moreover, also the tensioning force to be exerted on the first two sides of the at least one battery cell. If, for example, other battery cells are installed in the battery modules in the future, the tensioning device on these battery cells can be produced in a simple manner by suitable selection of the spring elements without having to change the size of other components. In the event that an adjustment of the clamping force is required in the course of the service life in order to optimize the service life of the battery cells, this can be done in a simple manner, for example by exchanging the spring elements or providing additional spring elements or reducing the number of spring elements. As a result of these enormous possibilities of variation of the at least one selected spring element, the desired mechanical tension can advantageously be flexibly set over the total battery life without having to adapt the overall construction. In addition, such spring elements are particularly simple and inexpensive to manufacture and can, for example, be made from any material, for example metal or plastic.

Zumindest ein Bereich des ersten Federelements mit maximalem Abstand zur ersten Abstützoberfläche definiert dabei ein Maximum des Federelements und zumindest einen Bereich des Federelements, welches die erste Abstützoberfläche kontaktiert, definiert ein Minimum des Federelements, wobei ein Verlauf von einem Maximum zum nächsten Maximum oder ein Verlauf von einem Minimum zu einem nächsten Minimum des Federelements eine Wellenperiode des Federelements definiert. Vorteilhaft ist es dabei, wenn das Federelement mindestens eine Wellenperiode aufweist. Dadurch ist das Federelement besonders einfach zu montieren und in seiner Position stabil.At least one area of the first spring element at a maximum distance from the first support surface defines a maximum of the spring element and at least one area of the spring element that contacts the first support surface defines a minimum of the spring element, a course from a maximum to the next maximum or a course of a wave period of the spring element defines a minimum to a next minimum of the spring element. It is advantageous if the spring element has at least one wave period. This makes the spring element particularly easy to assemble and stable in its position.

Weiterhin kann eine Höhe des Federelements als der maximale Abstand der ersten Seite des Federelements von der ersten Abstützoberfläche definiert sein. Dabei übt das Federelement zumindest mittelbar zumindest einen Teil der Spannkraft auf die ersten Seiten der mindestens einen Batteriezelle unter Reduktion der Höhe aus. Mit anderen Worten ist die Höhe des Federelements im entspannten Zustand maximal. Das mindestens eine Federelement ist im Batteriemodul zum Vorspannen der mindestens einen Batteriezelle derart angeordnet, dass seine Höhe gegenüber dem entspannten Zustand reduziert ist. Vorzugsweise ist das mindestens eine Federelement derart angeordnet, dass seine Höhe im Wesentlichen senkrecht zu einer ersten Seite der Batteriezelle ausgerichtet ist. Dadurch lässt sich die Spannkraft am effektivsten auf die ersten Seiten der Batteriezellen aufbringen.Furthermore, a height of the spring element can be defined as the maximum distance of the first side of the spring element from the first support surface. At least indirectly, the spring element exerts at least part of the tensioning force on the first sides of the at least one battery cell while reducing the height. In other words, the height of the spring element is maximum in the relaxed state. The at least one spring element is arranged in the battery module for pretensioning the at least one battery cell in such a way that its height is reduced compared to the relaxed state. The at least one spring element is preferably arranged such that its height is oriented essentially perpendicular to a first side of the battery cell. This is the most effective way to apply the clamping force to the first sides of the battery cells.

Für die Anordnung des mindestens einen Federelements und der Abstützelemente gibt es nun mehrere Möglichkeiten, was ebenfalls ein hohes Maß an Flexibilität mit sich bringt. Beispielsweise kann das erste Abstützelement mit einer Gehäusewand eines Modulgehäuses des Batteriemoduls, in welchem die mindestens eine Batteriezelle angeordnet ist, gekoppelt sein oder die Gehäusewand darstellen, und das zweite Abstützelement kann mit einer der ersten Seiten der Batteriezelle gekoppelt sein oder eine der ersten Seiten der Batteriezelle darstellen. In diesem Fall ist also das mindestens eine Federelement zwischen mindestens einer der ersten Seiten der Batteriezelle und einer Gehäusewand des Modulgehäuses angeordnet.There are now several options for the arrangement of the at least one spring element and the support elements, which likewise entails a high degree of flexibility. For example, the first support element can be coupled to a housing wall of a module housing of the battery module, in which the at least one battery cell is arranged, or represent the housing wall, and the second support element can be coupled to one of the first sides of the battery cell or one of the first sides of the battery cell represent. In this case, the at least one spring element is thus arranged between at least one of the first sides of the battery cell and a housing wall of the module housing.

Wenn das Abstützelement beispielsweise gleichzeitig auch eine der ersten Seiten der Batteriezelle, das heißt eine Seite des Zellgehäuses darstellt, so muss das Zellgehäuse dieser Batteriezelle ausreichend robust und dick ausgebildet sein, um eine gute Kraftverteilung auf die gesamte Fläche dieser ersten Seite und einen möglichst gleichmäßigen Krafteintrag in die Batteriezelle zum Spannen dieser zu ermöglichen. Üblicherweise werden jedoch die Zellgehäuse von Batteriezellen, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorzugsweise als prismatische Zellen ausgebildet sind, durch Tiefziehen gebildet, was in relativ dünnen Zellgehäusewänden resultiert. Daher ist es bevorzugt, dass das zweite Abstützelement nicht direkt eine Seite dieses Zellgehäuses darstellt, sondern zum Beispiel als separates Bauteil gefertigt ist, wie zum Beispiel eine Druckplatte, die auf die erste Seite der Batteriezelle drückt und dadurch eine gleichmäßige Kraftverteilung über die gesamte erste Seite der Batteriezelle hinweg ermöglicht, ohne dabei das dünnwandige Zellgehäuse zu beschädigen oder zu deformieren. Die erste Seite beziehungsweise die ersten Seiten der mindestens einen Batteriezelle stellen dabei die flächenmäßig größten Seiten der Batteriezelle dar. Ein Ausdehnen der Batteriezelle im Laufe ihrer Lebensdauer bewirkt üblicherweise ein Ausbeulen gerade dieser flächenmäßig größten Seiten, so dass es vorteilhaft ist, die Spannkraft genau auf diese Seiten auszuüben.If, for example, the support element also simultaneously represents one of the first sides of the battery cell, that is to say one side of the cell housing, then the cell housing of this battery cell must be designed to be sufficiently robust and thick in order to distribute the force well over the entire surface of this first side and to apply force as uniformly as possible into the battery cell to allow tensioning. Usually, however, the cell housing of battery cells, which are preferably designed as prismatic cells in the context of the present invention, are formed by deep drawing, which results in relatively thin cell housing walls. It is therefore preferred that the second support element does not directly represent one side of this cell housing, but instead is manufactured, for example, as a separate component, such as a pressure plate that presses on the first side of the battery cell, and thus a uniform force distribution over the entire first side enables the battery cell away without damaging or deforming the thin-walled cell housing. The first side or the first sides of the at least one battery cell represent the largest sides of the battery cell in terms of area. Extending the battery cell over the course of its service life usually causes bulges in these areas with the largest area, so that it is advantageous to apply the clamping force precisely to them Exercise sides.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das erste und/oder zweite Abstützelement als Druckplatte ausgebildet, die mit einer der Abstützoberfläche gegenüberliegenden Seite an einer der ersten Seiten der mindestens einen Batteriezelle direkt kontaktierend angeordnet ist. Wie beschrieben hat dies den großen Vorteil, dass die Zellgehäusewände selbst sehr dünn und damit kostengünstig ausgebildet werden können und dennoch eine besonders gleichmäßige Druckkraftverteilung auf diese ersten Seiten der Batteriezelle ermöglicht wird. Auch das erste Abstützelement kann optional als solche Druckplatte ausgebildet sein, die das Federelement auf der anderen Seite zum Beispiel gegen eine Gehäusewand oder eine weitere Batteriezelle abstützt.In a further advantageous embodiment of the invention, the first and / or second support element is designed as a pressure plate, which has a side opposite the support surface on one of the first sides of the at least one Battery cell is arranged in direct contact. As described, this has the great advantage that the cell housing walls themselves can be made very thin and thus inexpensive, and yet a particularly uniform distribution of pressure force on these first sides of the battery cell is made possible. The first support element can also optionally be designed as such a pressure plate, which supports the spring element on the other side, for example, against a housing wall or a further battery cell.

Dabei ist es weiterhin vorteilhaft, wenn das Batteriemodul mehrere Batteriezellen aufweist, die mit ihren ersten Seiten einander zugewandt in Form eines Zell-Packs angeordnet sind. Dabei können die ersten Seiten jeweils benachbarter Batteriezellen auch in direktem Kontakt zueinander stehen oder sie können über dazwischen befindliche Koppelelemente, zum Beispiel in Form von Platten, miteinander gekoppelt sein. Die auf eine erste Seite einer ersten Batteriezelle eines solchen Zell-Packs ausgeübte Kraft wird dann automatisch durch den direkten Kontakt bzw. die Kopplung dieser ersten Seiten der jeweiligen Batteriezellen auf alle übrigen Batteriezellen übertragen, sofern die letzte Batteriezelle des Zell-Packs mit ihrer außenliegenden ersten Seite ebenfalls abgestützt ist, zum Beispiel wiederum an einer Wand des Modulgehäuses oder ebenfalls an einem entsprechenden Abstützelement mit einem weiteren Federelement.It is furthermore advantageous if the battery module has a plurality of battery cells which are arranged with their first sides facing one another in the form of a cell pack. The first sides of adjacent battery cells can also be in direct contact with one another or they can be coupled to one another via coupling elements located between them, for example in the form of plates. The force exerted on a first side of a first battery cell of such a cell pack is then automatically transferred to all other battery cells by direct contact or coupling of these first sides of the respective battery cells, provided that the last battery cell of the cell pack with its outer first one Side is also supported, for example again on a wall of the module housing or also on a corresponding support element with a further spring element.

Die beiden Abstützelemente mit dem dazwischen befindlichen mindestens einen wellenförmigen Federelement können sich aber auch zwischen zwei Batteriezellen befinden. Daher stellt es eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung dar, wenn das erste Abstützelement mit einer ersten Seite einer ersten der mehreren Batteriezellen gekoppelt ist oder diese erste Seite der ersten Batteriezelle darstellt und das zweite Abstützelement mit der ersten Seite einer zweiten zur ersten Batteriezelle benachbart angeordneten Batteriezelle der mehreren Batteriezellen gekoppelt ist oder diese erste Seite der zweiten Batteriezelle darstellt. Auch hierdurch lässt sich vorteilhafterweise eine geeignete Spannkraft auf die ersten Seiten aller Batteriezellen ausüben. Dabei sind den Anordnungsmöglichkeiten der beiden Abstützelemente mit dem dazwischen befindlichen mindestens einen Federelement keine Grenzen gesetzt.However, the two support elements with the at least one wave-shaped spring element located between them can also be located between two battery cells. It is therefore a further advantageous embodiment of the invention if the first support element is coupled to a first side of a first of the plurality of battery cells or this first side of the first battery cell and the second support element with the first side of a second battery cell arranged adjacent to the first battery cell of the plurality of battery cells is coupled or represents this first side of the second battery cell. This also advantageously allows a suitable clamping force to be exerted on the first sides of all battery cells. There are no limits to the arrangement options of the two support elements with the at least one spring element located between them.

Weiterhin ist das erste Federelement an dem ersten und/oder zweiten Abstützelement vorzugsweise befestigt, zum Beispiel angeschweißt oder mit diesem verschraubt. Hierbei kann auch nur eine einzelne Befestigungsstelle, zum Beispiel in einem zentralen Bereich des Federelements, insbesondere an einem Minimum, vorgesehen sein, damit unter Spannung des Federelements eine Ausdehnung in seine Längserstreckungsrichtung möglich ist. Ein Schraubverbindung ist dabei zum Beispiel besonders vorteilhaft, da dies, sollte eine andere Federhärte von Nöten sein oder eine Anpassung der Spannkraft, so kann das Federelement auf einfache Weise demontiert werden und gegebenenfalls durch ein anderes ausgetauscht werden. Das Federelement muss dabei nicht notwendigerweise an beiden Abstützelementen befestigt sein, sondern kann beispielsweise auch nur an einem dieser beiden Abstützelemente befestigt sein und das andere lediglich mechanisch kontaktiert, zum Beispiel durch seine Federkraft an dieses angedrückt oder angepresst werden.Furthermore, the first spring element is preferably fastened, for example welded or screwed, to the first and / or second support element. In this case, only a single fastening point can be provided, for example in a central area of the spring element, in particular at a minimum, so that an extension in its longitudinal direction is possible when the spring element is under tension. A screw connection is particularly advantageous, for example, because if a different spring hardness is required or an adjustment of the clamping force is required, the spring element can be easily dismantled and, if necessary, replaced by another. The spring element does not necessarily have to be attached to both support elements, but can, for example, also be attached only to one of these two support elements and the other can only be contacted mechanically, for example pressed or pressed onto it by its spring force.

Des Weiteren betrifft die Erfindung auch ein Kraftfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Batteriemodul oder eines seiner Ausgestaltungen. Die für das erfindungsgemäße Batteriemodul und seine Ausgestaltungen genannten Vorteile gelten in gleicher Weise für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.Furthermore, the invention also relates to a motor vehicle with a battery module according to the invention or one of its configurations. The advantages mentioned for the battery module according to the invention and its configurations apply in the same way to the motor vehicle according to the invention.

Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen.The invention also includes combinations of the features of the described embodiments.

Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:

1 eine schematische Schnittdarstellung einer Spanneinrichtung für ein Batteriemodul gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2 eine schematische und perspektivische Darstellung eines Abstützelements mit zwei darauf angeordneten Sinus-Federn gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
3 eine schematische Querschnittsdarstellung eines Batteriemoduls mit einer Spanneinrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
4 eine schematische Schnittdarstellung eines Batteriemoduls mit einer Spanneinrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
5 eine schematische Schnittdarstellung eines Batteriemoduls mit einer Spanneinrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
6 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Bestimmung des Auslegungspunkts für eine geeignete Federhärte des Federelements der Spanneinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

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

1 is a schematic sectional view of a tensioning device for a battery module according to an embodiment of the invention;
2nd is a schematic and perspective view of a support element with two sine springs arranged thereon according to an embodiment of the invention;
3rd is a schematic cross-sectional view of a battery module with a tensioning device according to a first embodiment of the invention;
4th is a schematic sectional view of a battery module with a tensioning device according to a second embodiment of the invention;
5 is a schematic sectional view of a battery module with a tensioning device according to a third embodiment of the invention; and
6 a diagram illustrating the determination of the design point for a suitable spring hardness of the spring element of the tensioning device according to an 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 specific embodiments each represent individual features of the Invention, which further develop the invention independently of each other. 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 elements that have the same function.

1 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung einer Spanneinrichtung 10 für ein Batteriemodul 12 (vergleiche 3 bis 5) gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Spanneinrichtung 10 umfasst mindestens ein gewelltes Federelement in Form einer Sinus-Feder 14, welche zwischen zwei Abstützelementen 16, 18 angeordnet ist. Ein erstes Abstützelement 16 umfasst dabei eine erste Abstützoberfläche 16a, auf welcher die Sinus-Feder 14 angeordnet ist, und zwar derart, dass eine Seite 14a der Sinus-Feder, welche dem ersten Abstützelement 16 abgewandt ist, einen Abstand A zur ersten Abstützoberfläche 16a aufweist, welcher wellenförmig variiert, und zwar entlang der hier dargestellten x-Richtung. Weiterhin ist das Federelement 14 auch am zweiten Abstützelement 18 angeordnet, und zwar an dessen zweiter Abstützoberfläche 18a, insbesondere ebenfalls derart, dass ein Abstand A' der ersten Seite 14a der Sinus-Feder 14 gegenüberliegenden zweiten Seite 14b ebenfalls wellenförmig variiert, ebenfalls in der dargestellten x-Richtung. Die Sinus-Feder 14 kann weiterhin an einem dieser Abstützelemente 16, 18, wie in diesem Beispiel am ersten Abstützelement 16, befestigt sein, was hier durch eine Schraube 20 veranschaulicht werden soll. Auch eine Befestigung an beiden Abstützelementen 16, 18 ist denkbar, jedoch nicht erforderlich. 1 shows a schematic cross-sectional view of a clamping device 10th for a battery module 12th (compare 3rd to 5 ) according to an embodiment of the invention. The tensioning device 10th comprises at least one corrugated spring element in the form of a sinus spring 14 which between two support elements 16 , 18th is arranged. A first support element 16 includes a first support surface 16a on which the sine feather 14 is arranged in such a way that one side 14a the sine spring, which is the first support element 16 is facing away, a distance A to the first support surface 16a which varies in a wave shape, specifically along the x-direction shown here. Furthermore, the spring element 14 also on the second support element 18th arranged, on its second support surface 18a , in particular also such that a distance A 'of the first side 14a the sine feather 14 opposite second side 14b also varied in waves, also in the x direction shown. The sine feather 14 can continue on one of these support elements 16 , 18th , as in this example on the first support element 16 , what is fastened here by a screw 20th is to be illustrated. Also an attachment to both support elements 16 , 18th is conceivable, but not necessary.

Durch diese wellenförmige Ausbildung der Sinus-Feder 14 lassen sich folgende Parameter definieren: Die am ersten Abstützelement 16 anliegenden Bereiche der Sinus-Feder 14 können als Minima m definiert werden, während die am zweiten Abstützelement 18 anliegenden Bereiche als Maxima M definiert werden können. Der Abstand zwischen zwei Minima m, der gleich dem Abstand zwischen zwei Maxima M ist, kann als Periodenlänge L definiert werden. Entsprechend kann der Verlauf der Sinus-Feder 14 von einem Minimum m zum benachbarten Minimum m als Periode P definiert sein, entsprechend könnte aber auch der Verlauf von einem Maximum M zum benachbarten Maximum M als Periode definiert sein. Weiterhin ist der maximale Abstand zwischen der ersten Abstützoberfläche 16a und der ersten Seite 14a der Sinus-Feder 14 als Höhe H der Sinus-Feder 14 definiert.This wave-shaped design of the sinus spring 14 the following parameters can be defined: those on the first support element 16 adjacent areas of the sinus spring 14 can as minima m be defined while on the second support element 18th adjacent areas can be defined as maxima M. The distance between two minima m , which is equal to the distance between two maxima M, can be used as the period length L To be defined. The course of the sinus spring can be correspondingly 14 from a minimum m to the neighboring minimum m as a period P be defined, but the course from a maximum M to the adjacent maximum M could also be defined as a period. Furthermore, the maximum distance between the first support surface 16a and the first page 14a the sine feather 14 as height H the sine feather 14 Are defined.

Eine solche Sinus-Feder 14 stellt nun vorteilhafterweise vielzählige von der Höhe H verschiedene Parameter bereit, die zur Einstellung der Federhärte dienen können. Beispielsweise kann die Anzahl der Perioden P variiert werden. Je mehr Perioden P die Sinus-Feder 14 aufweist, desto größer ist auch die Federhärte. Weiterhin kann auch die Periodenlänge L variiert werden. Je größer die Periodenlänge L gewählt wird, desto kleiner ist die Federhärte. Zudem lässt sich auch die Anzahl der Sinus-Federn 14 variieren, um die Federhärte des Gesamtsystems beziehungsweise der Spanneinrichtung 10 zu beeinflussen. Je mehr solche Sinus-Federn 14 zwischen zum Beispiel dem ersten und zweiten Abstützelement 16, 18 angeordnet sind, desto größer ist auch die Federhärte. Ein weiterer Parameter stellt zudem auch noch die Breite B (vergleiche 2) einer solchen Sinus-Feder 14 dar, das heißt ihre Ausdehnung in oder entgegen der in 1 dargestellten z-Richtung.Such a sine feather 14 now advantageously represents many of the height H various parameters that can be used to adjust the spring hardness. For example, the number of periods P can be varied. The more periods P the sine feather 14 has, the greater the spring hardness. Furthermore, the period length can also L can be varied. The larger the period length L is selected, the smaller the spring hardness. In addition, the number of sine springs can also be changed 14 vary to the spring hardness of the overall system or the clamping device 10th to influence. The more such sine feathers 14 between, for example, the first and second support elements 16 , 18th are arranged, the greater the spring hardness. Another parameter is also the width B (compare 2nd ) of such a sine spring 14 represents, that is, their expansion in or against that in 1 shown z-direction.

Somit stehen vorteilhafterweise vielzählige Einstellparameter bereit, um die gewünschte mechanische Spannung über die gesamte Lebensdauer der Batteriezellen einzustellen. Zusätzlich ist eine solche Sinus-Feder 14 beziehungsweise deren Federhärte in Abhängigkeit von den jeweiligen Parametern sehr einfach zu berechnen, was besonders vorteilhaft in Bezug auf Transparenz und Nachvollziehbarkeit ist. Diese Parameter lassen die Höhe H vollkommen unberührt und damit den benötigten Bauraum zur Unterbringung einer solchen Sinus-Feder 14. Bei Variation der genannten Parameter bleibt der Bauraum insbesondere in der in 1 dargestellten y-Richtung immer gleich. Beim Einsatz von neuen Zellen kann dann auf besonders einfache Weise einer der oben genannten Parameter oder auch mehrere der oben genannten Parameter angepasst werden, ohne dabei die gesamte Batterie ändern zu müssen. Thus, numerous setting parameters are advantageously available in order to set the desired mechanical tension over the entire service life of the battery cells. In addition, such a sine spring 14 or their spring hardness depending on the respective parameters can be calculated very easily, which is particularly advantageous in terms of transparency and traceability. These parameters leave the height H completely unaffected and thus the space required to accommodate such a sinus spring 14 . When varying the parameters mentioned, the installation space remains in particular in the 1 shown y-direction always the same. When using new cells, one of the above-mentioned parameters or even several of the above-mentioned parameters can then be adapted in a particularly simple manner without having to change the entire battery.

2 zeigt eine schematische und perspektivische Darstellung von nunmehr exemplarisch zwei auf einem Abstützelement 16 angeordneten Sinus-Federn 14. Die Sinus-Federn 14 erstrecken sich insbesondere in einer Draufsicht auf die hier dargestellte x-z-Ebene geradlinig. Zudem verlaufen die beiden Sinus-Federn 14 in diesem Beispiel parallel und in einem Abstand zueinander, was eine besonders gleichmäßige Kraftverteilung erlaubt. Im Allgemeinen können die Sinus-Federn 14 aber auch in beliebiger Weise zueinander angeordnet sein. Besonders vorteilhaft ist es insbesondere, wenn die Spanneinrichtung 10 zumindest zwei Sinus-Federn 14 aufweist, da dies mehr Stabilität hinsichtlich der Positionierung dieser Spanneinrichtung im Batteriemodul 12 erlaubt und ein Wackeln oder Kippen dieser Anordnung verhindert, auch ohne irgendwelche Zusatzbefestigungsmaßnahmen. Exemplarische Anordnungsmöglichkeiten sind in 3, 4 und 5 dargestellt. 2nd shows a schematic and perspective view of two examples now on a support element 16 arranged sine springs 14 . The sine feathers 14 extend in a straight line, in particular in a plan view of the xz plane shown here. The two sinus springs also run 14 in this example parallel and at a distance from each other, which allows a particularly even distribution of force. In general, the sine springs 14 but can also be arranged in any way to each other. It is particularly advantageous if the tensioning device 10th at least two sine springs 14 has, since this is more stable with regard to the positioning of this clamping device in the battery module 12th allowed and prevents this arrangement from wobbling or tipping, even without any additional fastening measures. Exemplary arrangement options are in 3rd , 4th and 5 shown.

3 zeigt eine schematische Darstellung eines Batteriemoduls 12 mit mehreren prismatischen Batteriezellen 22, die in einem Modulgehäuse 24 angeordnet sind. Jede dieser Batteriezellen 22 weist dabei zwei erste Seiten 22a auf, die die flächenmäßig größten Seiten der jeweiligen Batteriezellen 22 darstellen. Dabei sind die Batteriezellen 22, wie zum Beispiel Lithiumionenzellen, nunmehr derart zueinander angeordnet, dass ihre jeweiligen ersten Seiten 22a einander zugewandt sind. In diesem Beispiel kontaktieren sich die jeweiligen ersten Seiten 22a der Batteriezellen 22 gegenseitig, dies muss aber nicht notwendigerweise der Fall sein, sondern es können auch Platten oder ähnliche Elemente zwischen den jeweiligen Batteriezellen 22 angeordnet sein, die eine Kraftübertragung in y-Richtung ermöglichen. Das Batteriemodul 12 umfasst nunmehr auch eine Spanneinrichtung 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Spanneinrichtung 10 umfasst wiederum eine oder mehrere Sinus-Federn 14, die zwischen zwei Abstützelementen 16, 18 angeordnet sind. In diesem Beispiel ist das erste Abstützelement 16 gleichzeitig als Gehäusewand 24a des Modulgehäuses 24 ausgebildet. Das zweite Abstützelement 18 stellt eine Anpressplatte beziehungsweise Druckplatte 26 dar, die über die Federkraft der einen oder mehreren Sinus-Federn 14 gegen den durch die mehreren Batteriezellen 22 gebildeten Zell-Pack 28 gedrückt wird. Auf der anderen Seite wird der Zell-Pack 28 lediglich durch die andere Gehäusewand des Modulgehäuses 24 abgestützt. 3rd shows a schematic representation of a battery module 12th with several prismatic ones Battery cells 22 that in a module housing 24th are arranged. Each of these battery cells 22 shows two first pages 22a on the largest sides of the respective battery cells 22 represent. Here are the battery cells 22 , such as lithium ion cells, are now arranged with respect to one another such that their respective first sides 22a are facing each other. In this example, the respective first pages contact each other 22a the battery cells 22 mutually, but this does not necessarily have to be the case, but also plates or similar elements between the respective battery cells 22 be arranged, which enable a power transmission in the y direction. The battery module 12th now also includes a tensioning device 10th according to an embodiment of the invention. The tensioning device 10th again comprises one or more sine springs 14 between two support elements 16 , 18th are arranged. In this example is the first support element 16 at the same time as a housing wall 24a of the module housing 24th educated. The second support element 18th provides a pressure plate or pressure plate 26 represents the spring force of one or more sine springs 14 against that due to the multiple battery cells 22 formed cell pack 28 is pressed. On the other hand is the cell pack 28 only through the other housing wall of the module housing 24th supported.

Im Beispiel von 4 dagegen ist die Spanneinrichtung 10 beidseitig vom Zell-Pack 28 angeordnet. Auch in diesem Beispiel stellen die jeweiligen ersten Abstützelemente 16 wiederum die Gehäusewände 24a des Modulgehäuses dar und die zweiten Abstützelemente 18 jeweilige Druckplatten 26.In the example of 4th against it is the tensioning device 10th on both sides of the cell pack 28 arranged. In this example, too, the respective first support elements 16 again the housing walls 24a of the module housing and the second support elements 18th respective printing plates 26 .

5 zeigt eine weitere schematische Darstellung eines Batteriemoduls 12, gemäß welcher nun die Spanneinrichtung 10 zwischen zwei durch die Batteriezellen 22 gebildeten Zell-Packs 28 angeordnet ist. Hierbei wird nunmehr sowohl das erste Abstützelement 16 als Druckplatte 26 bereitgestellt sowie auch das zweite Abstützelement 18. Zwischen den beiden Abstützelementen 16, 18 befindet sich wiederum eine oder mehrere Sinus-Federn 14. 5 shows a further schematic representation of a battery module 12th , according to which now the tensioning device 10th between two through the battery cells 22 formed cell packs 28 is arranged. Here, both the first support element 16 as a pressure plate 26 provided as well as the second support element 18th . Between the two support elements 16 , 18th there is again one or more sine springs 14 .

Die beschriebenen Anordnungsmöglichkeiten der Spanneinrichtung können auch in beliebiger Weise miteinander kombiniert werden, und es sind noch vielfältige andere Anordnungsmöglichkeiten denkbar. Die Spanneinrichtung lässt sich somit auf besonders flexible Weise in Batteriemodule 12 integrieren.The arrangement options of the tensioning device described can also be combined with one another in any desired manner, and a variety of other arrangement options are also conceivable. The clamping device can thus be installed in a particularly flexible manner in battery modules 12th integrate.

6 zeigt eine grafische Darstellung zur geeigneten Wahl des Auslegungspunkts 34 für die Bestimmung der Federhärte der Sinus-Feder 14 oder mehrerer Sinus-Federn 14 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dabei ist auf der Abszisse der Entlastungsweg y in Millimetern aufgetragen und auf der Ordinate die Restkraft F in Newton. Mit 30 ist hierbei die Kurve für eine Batteriezelle 22 bezeichnet, die einen mittleren Ladezustand aufweist. Gibt es für eine solche Batteriezelle 22 in y-Richtung beispielsweise keinerlei Entlastungsmöglichkeit, das heißt sie kann sich nicht ausdehnen, dann ist der Entlastungsweg gleich Null, und die auf die Batteriezelle 22 wirkende Restkraft F ist maximal, in diesem Beispiel bei ca. 15.000 N. Je mehr sich die Batteriezelle 22 sich jedoch in y-Richtung ausdehnen kann, umso geringer ist die auf sie wirkende Restkraft F, die diejenige Kraft darstellt, die im Inneren der Batteriezelle 22 wirkt, und dazu führt, dass sich solche Batteriezellen 22 ausdehnen. Der Weg, um den sich die Batteriezelle 22 ausdehnen kann, stellt einen entsprechenden Entlastungsweg y dar. Für jede Batteriezelle 22 beziehungsweise jeden Batteriezellentyp kann die für eine möglichst langsame Alterung optimale Restkraft F empirisch ermittelt werden. Beispielsweise kann ein und derselbe Batteriezellentyp unter verschiedenen Spannungen über Tausende von Zyklen geladen und entladen werden und daraus der Gesundheitszustand am Ende dieser Messzyklen ermittelt werden. Der Alterungszustand beziehungsweise Gesundheitszustand lässt sich zum Beispiel anhand des Innenwiderstands und/oder des Kapazitätsverlusts im Vergleich zur anfänglichen Kapazität der Batteriezellen 22 bestimmen. Wird nun, wie in diesem Beispiel in 6 dargestellt, ermittelt, dass die geringste Alterung für eine Batteriezelle 22 bei einer Restkraft F von etwas unter 5.000 N erreicht werden kann, so stellt dies letztendlich den Auslegungspunkt 34 dar, auf den das Federelement beziehungsweise die Sinus-Feder 14 oder auch mehrere solcher Federn 14, ausgelegt werden sollten. Dies ist exemplarisch anhand einer Federkennlinie 32 illustriert. Dargestellt ist der Einfachheit halber eine lineare Kennlinie. Die beschriebene wellenförmige Feder 14 weist jedoch eine etwas andere Kennlinie auf, was jedoch vorliegend nicht relevant ist. Die Federhärte eines entsprechenden Federelements, um eine Restkraft von unter 5.000 N für die betreffende Batteriezelle 22 bereitzustellen, muss also so bemessen sein, dass eine Kraft von etwa unter 5.000 N erforderlich ist, um dieses Federelement 14 um etwas mehr als 3,5 mm, das heißt den Entlastungsweg y, zusammenzudrücken. So lässt sich also auf einfache Weise die optimale Federhärte für die Sinus-Feder 14 einer einzelnen Batteriezelle 22 bestimmen. Die erforderlichen Verspannkräfte für mehrere Batteriezellen 22 addieren sich einfach. Die Federhärten mehrerer Sinus-Federn 14 verhalten sich bei gleicher Ausbildung ebenfalls einfach additiv, so dass auf besonders einfache und flexible Weise durch Verwendung solcher Sinus-Federn 14 die passende Federhärte bereitgestellt werden kann und damit die für die jeweiligen Batteriezellen 22 optimale Spannkraft. 6 shows a graphic representation of the suitable choice of the design point 34 for determining the spring hardness of the sinus spring 14 or several sine springs 14 according to an embodiment of the invention. The relief path is on the abscissa y plotted in millimeters and the residual force on the ordinate F in Newtons. With 30th is the curve for a battery cell 22 referred to, which has a medium state of charge. There is for such a battery cell 22 In the y direction, for example, there is no possibility of relief, that is, it cannot expand, then the relief path is zero, and that on the battery cell 22 effective residual force F is maximum, in this example around 15,000 N. The more the battery cell 22 however, it can expand in the y direction, the lower the residual force acting on it F which represents the force inside the battery cell 22 acts, and leads to such battery cells 22 expand. The way around the battery cell 22 can expand, provides a corresponding relief path y for each battery cell 22 or each battery cell type can have the optimal residual force for the slowest possible aging F be determined empirically. For example, one and the same type of battery cell can be charged and discharged under different voltages over thousands of cycles and the health status at the end of these measurement cycles can be determined from this. The state of aging or state of health can be determined, for example, on the basis of the internal resistance and / or the loss of capacity in comparison with the initial capacity of the battery cells 22 determine. Now, as in this example in 6 shown determined that the least aging for a battery cell 22 with a residual force F of a little less than 5,000 N can ultimately be the design point 34 represents the spring element or the sine spring 14 or several such feathers 14 should be interpreted. This is exemplarily based on a spring curve 32 illustrated. For the sake of simplicity, a linear characteristic is shown. The wavy spring described 14 However, it has a slightly different characteristic, which is not relevant here. The spring hardness of a corresponding spring element to a residual force of less than 5,000 N for the battery cell in question 22 To provide, must be dimensioned so that a force of about 5,000 N is required to this spring element 14 by a little more than 3.5 mm, i.e. the relief path y to squeeze. So it is easy to find the optimal spring hardness for the sinus spring 14 a single battery cell 22 determine. The necessary clamping forces for several battery cells 22 just add up. The spring hardness of several sinus springs 14 also behave simply additively with the same design, so that in a particularly simple and flexible manner by using such sinus springs 14 the appropriate spring hardness can be provided and thus that for the respective battery cells 22 optimal tension.

Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch die Erfindung ein Batteriemodul mit einer Spanneinrichtung bereitgestellt wird, welches es ermöglicht, durch Variation des Federelements, ohne die Gesamtkonstruktion anpassen zu müssen, die gewünschte mechanische Spannung über die Gesamtbatterielebensdauer flexibel einzustellen. Overall, the examples show how the invention provides a battery module with a tensioning device, which makes it possible to flexibly set the desired mechanical tension over the total battery life by varying the spring element without having to adapt the overall construction.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

DE 10343766 A1 [0002]DE 10343766 A1 [0002]

Claims

Batteriemodul (12) für ein Kraftfahrzeug, wobei das Batteriemodul (12) mindestens eine Batteriezelle (22) aufweist, die zwei erste gegenüberliegende Seiten (22a) aufweist, wobei das Batteriemodul (12) eine Spanneinrichtung (10) umfasst, die dazu ausgelegt ist, eine Spannkraft auf die beiden ersten Seiten (22a) der Batteriezelle (22) auszuüben, dadurch gekennzeichnet, dass die Spanneinrichtung (10) mindestens ein gewelltes erstes Federelement (14) aufweist, wobei das Batteriemodul (12) mindestens ein erstes Abstützelement (16) mit einer ersten Abstützoberfläche (16a) und ein zweites Abstützelement (18) mit einer zweiten Abstützoberfläche (18a) aufweist, wobei das erste Federelement (14) auf der ersten Abstützoberfläche (16a) derart angeordnet ist, dass eine der ersten Abstützoberfläche (16a) abgewandte und der zweiten Abstützoberfläche (18a) zugewandte erste Seite (14a) des ersten Federelements (14) in ihrem Abstand (A) zur ersten Abstützoberfläche (16a) wellenförmig variiert, und das erste Federelement (14) auch auf der zweiten Abstützoberfläche (18a) derart angeordnet ist, dass eine der zweiten Abstützoberfläche (18a) abgewandte und der ersten Abstützoberfläche (16a) zugewandte zweite Seite (14b) des ersten Federelements (14) in ihrem Abstand (A') zur zweiten Abstützoberfläche (18a) wellenförmig variiert.Battery module (12) for a motor vehicle, the battery module (12) having at least one battery cell (22) which has two first opposite sides (22a), the battery module (12) comprising a tensioning device (10) which is designed to to exert a tensioning force on the two first sides (22a) of the battery cell (22), characterized in that the tensioning device (10) has at least one corrugated first spring element (14), the battery module (12) including at least one first support element (16) having a first support surface (16a) and a second support element (18) with a second support surface (18a), the first spring element (14) being arranged on the first support surface (16a) in such a way that one of the first support surface (16a) faces away and the second support surface (18a) facing first side (14a) of the first spring element (14) in its distance (A) to the first support surface (16a) undulating varies, and the first spring element (14) is also arranged on the second support surface (18a) such that a second side (14b) of the first spring element (14) facing away from the second support surface (18a) and facing the first support surface (16a) in their distance (A ') to the second support surface (18a) varies in a wave shape.

Batteriemodul (12) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Bereich des ersten Federelements (14) mit maximalem Abstand (A) zur ersten Abstützoberfläche (16a) ein Maximum (M) des ersten Federelements (14) definiert und zumindest ein Bereich des ersten Federelements (14), welches die erste Abstützoberfläche kontaktiert ein Minimum (m) des ersten Federelements (14) definiert, wobei ein Verlauf von einem Maximum (M) zum nächsten Maximum (M) oder ein Verlauf von einem Minimum (m) zu einem nächsten Minimum (m) eine Wellenperiode (P) des ersten Federelements (14) definiert, wobei das erste Federelement (14) mindestens eine Wellenperiode (P) aufweist.Battery module (12) after Claim 1 , characterized in that at least a region of the first spring element (14) with a maximum distance (A) to the first support surface (16a) defines a maximum (M) of the first spring element (14) and at least a region of the first spring element (14) which the first support surface contacts a minimum (m) of the first spring element (14) in a defined manner, a course from one maximum (M) to the next maximum (M) or a course from a minimum (m) to a next minimum (m) a wave period (P) of the first spring element (14), wherein the first spring element (14) has at least one wave period (P).

Batteriemodul (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Höhe (H) des ersten Federelements (14) als der maximale Abstand (A) der ersten Seite (14a) des ersten Federelements (14) von der ersten Abstützoberfläche (16a) definiert ist, wobei das erste Federelement (14) zumindest mittelbar zumindest einen Teil der Spannkraft auf die ersten Seiten (22a) der mindestens einen Batteriezelle (22) unter Reduktion der Höhe (H) ausübt.Battery module (12) according to one of the preceding claims, characterized in that a height (H) of the first spring element (14) as the maximum distance (A) of the first side (14a) of the first spring element (14) from the first support surface (16a ) is defined, the first spring element (14) at least indirectly exerting at least part of the clamping force on the first sides (22a) of the at least one battery cell (22) while reducing the height (H).

Batteriemodul (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Abstützelement (16) mit einer Gehäusewand (24a) eines Modulgehäuses (24) des Batteriemoduls (12), in welchem die mindestens eine Batteriezelle (22) angeordnet ist, gekoppelt ist oder die Gehäusewand (24a) darstellt, und das zweite Abstützelement (18) mit einer der ersten Seiten (22a) der Batteriezelle (22) gekoppelt ist oder eine der ersten Seiten (22a) der Batteriezelle (22) darstellt.Battery module (12) according to one of the preceding claims, characterized in that the first support element (16) is coupled to a housing wall (24a) of a module housing (24) of the battery module (12) in which the at least one battery cell (22) is arranged or the housing wall (24a), and the second support element (18) is coupled to one of the first sides (22a) of the battery cell (22) or represents one of the first sides (22a) of the battery cell (22).

Batteriemodul (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und/oder zweite Abstützelement (18) als Druckplatte (26) ausgebildet ist, die mit einer der Abstützoberfläche (16a, 18a) gegenüberliegenden Seite an einer der ersten Seiten (22a) der mindestens einen Batteriezelle (22) direkt kontaktierend angeordnet ist.Battery module (12) according to one of the preceding claims, characterized in that the first and / or second support element (18) is designed as a pressure plate (26) which has a side opposite the support surface (16a, 18a) on one of the first sides ( 22a) of the at least one battery cell (22) is arranged in direct contact.

Batteriemodul (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spanneinrichtung (10) mindestens ein gewelltes zweites Federelement (14) aufweist, welches ebenfalls zwischen dem ersten und zweiten Abstützelement (16, 18) angeordnet ist, und an der ersten und zweiten Abstützoberfläche (16a, 18a) angeordnet ist.Battery module (12) according to one of the preceding claims, characterized in that the tensioning device (10) has at least one corrugated second spring element (14), which is also arranged between the first and second support element (16, 18), and on the first and second support surface (16a, 18a) is arranged.

Batteriemodul (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriemodul (12) mehrere Batteriezellen (22) aufweist, die mit ihren ersten Seiten (22a) einander zugewandt in Form eines Zell-Packs (28) angeordnet sind.Battery module (12) according to one of the preceding claims, characterized in that the battery module (12) has a plurality of battery cells (22) which are arranged with their first sides (22a) facing one another in the form of a cell pack (28).

Batteriemodul (12) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Abstützelement (16) mit einer ersten Seite (22a) einer ersten der mehreren Batteriezellen (22) gekoppelt ist oder diese erste Seite (22a) der ersten Batteriezelle (22) darstellt und das zweite Abstützelement (18) mit der ersten Seiten (22a) einer zweiten zur ersten Batteriezelle (22) benachbart angeordneten Batteriezelle (22) der mehreren Batteriezellen (22) gekoppelt ist oder diese erste Seite (22a) der zweiten Batteriezelle (22) darstellt.Battery module (12) after Claim 7 , characterized in that the first support element (16) is coupled to a first side (22a) of a first of the plurality of battery cells (22) or represents this first side (22a) of the first battery cell (22) and the second support element (18) with the first side (22a) of a second battery cell (22) of the plurality of battery cells (22) arranged adjacent to the first battery cell (22) is coupled or this first side (22a) of the second battery cell (22).

Batteriemodul (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine erste Federelement (14) an dem ersten und/oder zweiten Abstützelement (16, 18) befestigt ist.Battery module (12) according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one first spring element (14) is attached to the first and / or second support element (16, 18).

Kraftfahrzeug mit einem Batteriemodul (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Motor vehicle with a battery module (12) according to one of the preceding claims.