用于电池模块的板元件以及电池模块的制作方法

本发明涉及一种用于电池模块的板元件，所述板元件用于容置所述电池模块的电池单元。本发明还涉及一种用于布置在电池壳体中的电池模块。

为了将多个布置在电池包中的电池单元(也称为软包电池)定位在电池模块中，电池单元可以布置在电池模块的相对布置的板元件(也称为端板)之间，具体方式是，电池单元被容置在这两个板元件之间。在此情形下，这种电池模块可以布置在电池的电池壳体中，例如用于驱动混合动力车辆或用于驱动纯电动车辆的电池的电池壳体中。板元件的任务主要是将电池模块以及电池模块的电池单元定位并保持在电池壳体中的期望位置上。板元件可以吸收动态负荷状况。

目前已知由一体成形的铝元件来形成板元件。然而，这类板元件具有非常大的重量，因此，电池模块以及整个电池均具有非常大的重量。此外，由铝元件制成的板元件的制造成本较高且较为复杂。

有鉴于此，本发明的目的是提供一种板元件以及一种电池模块，所述板元件和所述电池模块的特点是在稳定性较高的同时重量有所减轻。

本发明用以达成上述目的的解决方案为独立权利要求的特征。本发明的优选构建方案和有利改进方案参阅从属权利要求。

本发明的板元件的特点在于，其具有第一板元件部分和第二板元件部分，其中第一板元件部分与第二板元件部分连接，其中第一板元件部分具有第一基体和布置在所述第一基体上的第一有机板，且其中第二板元件部分具有第二基体和布置在所述第二基体上的第二有机板。

本发明的板元件不再一体成形，而是具有夹层结构，具体方式是，多个材料层以相互堆叠的方式布置。板元件由两个板元件部分形成，所述板元件部分相互独立地制造，并且在这两个板元件部分制成之后才相互连接在一起以形成板元件。在连接状态下，板元件部分优选地以其纵侧面相互抵靠在一起。这两个板元件部分各具一个基体且各具一个布置在基体上的有机板。有机板各具一个嵌入热塑性塑料基质的纤维织物或纤维基布。有机板的特点是，在强度和刚度较高的同时重量特别小。有机板优选地具有嵌入热塑性塑料基质的碳纤维。有机板的热塑性塑料基质例如可以由聚酰胺，特别是由聚酰胺6形成。通过使用有机板，板元件部分以及板元件可以获得极佳的抗弯强度，而板元件无需由金属材料形成。除了较大的强度和刚度之外，还可以相对于金属材料所制成的传统板元件大幅减小板元件的重量。有机板优选平放在基体上。

第一板元件部分与第二板元件部分优选如此地相连，使得第一有机板形成板元件的第一外表面的至少一个分区，第二有机板形成板元件的与该第一外表面相对的第二外表面的至少一个分区。因此，有机板优选总是布置在板元件的外侧，使得有机板可以对板元件起到极佳的稳定作用。通过将有机板布置在外侧，特别是可以实现板元件的极佳的抗弯强度。在此情形下，在连接状态下，这两个板元件部分的基体优选平面状地抵靠在一起。

为了进一步减小板元件的重量以及进一步改善板元件的可加工性和可制造性，第一基体和/或第二基体可以由热塑性塑料材料形成。热塑性塑料材料例如可以是聚酰胺，特别是聚酰胺6。第一基体和第二基体优选地由热塑性塑料材料形成。在此情形下，第一基体和第二基体特别优选地由相同的热塑性塑料材料形成，这样就能通过这两个基体在这两个板元件部分之间形成特别良好的连接。因由热塑性塑料材料形成，第一基体和/或第二基体可以由注塑法制成，因而可以为注塑件。

第一基体的热塑性塑料材料和/或第二基体的热塑性塑料材料均可以具有纤维增强体。纤维增强体可以通过如下方式形成：纤维，优选短纤维嵌入基体的热塑性塑料材料。例如，玻璃纤维可以用于纤维增强体。基体以及板元件部分和整个板元件的强度和稳定性均可以通过该纤维增强体得到进一步改善。

为了能够进一步减小板元件的重量并且同时获得较大的强度和刚度，第一基体和/或第二基体可以具有肋结构。肋结构优选地既具有横向肋又具有纵向肋。肋结构优选地在整个纵侧面上延伸，从而在第一和/或第二基体的整个长度和宽度上延伸。肋结构优选地构建在相应基体的纵侧面上，该纵侧面与布置有有机板的相应基体的纵侧面相对地布置，从而使得有机板被布置在相应基体的第一纵侧面上，肋结构布置在与该第一纵侧面相对的第二纵侧面上。优选地，肋结构与相应的基体一体成形，使得肋结构可以在形成基体时直接随之一起形成。

特别优选地，第一基体和第二基体各具一个肋结构，其中为将第一板元件部分与第二板元件部分连接在一起，第一基体的肋结构的肋部可以与第二基体的肋结构的肋部连接。如果这两个基体均具有肋结构，则这两个板元件部分优选地通过肋结构连接。其中，优选地，第一基体的肋结构的一个肋部与第二基体的肋结构的肋部连接。在连接状态下，第一基体的肋结构的肋部优选地邻接第二基体的肋结构的肋部，使得第一基体的肋结构的肋部优选地平放在第二基体的肋结构的肋部上。相应肋结构的肋部优选具有相同的壁厚。

第一板元件部分优选地与第二板元件部分材料接合地连接。可以通过该材料接合的连接在板元件部分之间形成特别牢固且特别是不可分离的连接。该材料接合的连接可以例如借助于焊接连接来形成。该焊接连接例如可以借助于红外焊接工艺来形成。如果第一基体和第二基体各具一个肋结构，则第一基体的肋结构的肋部优选与第二基体的肋结构的肋部焊接在一起。

此外，第一基体优选可以与第一有机板材料接合地连接，以及/或者，第二基体与第二有机板材料接合地连接，从而同样在有机板与基体之间形成牢固的，特别是不可分离的连接。

其中，第一基体被注塑到第一有机板上以及/或者第二基体被注塑到第二有机板上。通过将基体注塑到有机板上，可以将有机板位置精确且不可改变地定位在基体上。

功能元件或功能区域优选可以集成到板元件中。

例如，至少一个张紧带导引件可以集成到板元件中，电池模块的张紧带可以在该张紧带导引件中受导引。

在第一有机板上或在第二有机板上优选可以构建有至少一个形式为槽形凹口的张紧带导引件。张紧带导引件优选地构建在有机板上，在板元件安装在电池模块中的状态下，该有机板布置在该电池模块的朝外一侧上。可以将张紧带定位在张紧带导引件的槽形凹口中，从而可靠地防止张紧带滑动。优选地，在第一或第二有机板上构建有两个或两个以上的张紧带导引件，其中这些张紧带导引件优选地被构建成相互平行地延伸。

为了能够实现有机板以及板元件的极佳的刚性，优选地，第一有机板和/或第二有机板中所含的纤维的至少70％，优选地至少80％，特别优选地至少90％沿板元件的主应力方向定向。主应力方向优选是板元件的主受力方向。如果有机板具有张紧带导引件，则优选至少70％的纤维沿与张紧带导引件的槽形凹口相同的方向定向。这样也能因作用于板元件的力增大而特别是在张紧带导引件的区域内实现板元件的极佳的稳定性。此外，有机板的纤维在主应力方向上的这种定向使得有机板的覆盖层中的壁厚更小，从而减少有机板的材料用量，并且还使得有机板的重量减小。

为了能够进一步增强板元件特别是在张紧带导引件的区域内的稳定性，可以在张紧带导引件的区域内增加第一基体的肋结构的肋部的数目和/或第二基体的肋结构的肋部的数目。因此，在张紧带导引件的区域内，肋结构的肋部的密度可以大于相应基体的其余区域内的密度。

功能元件可以直接集成到板元件中。例如，在第一基体和/或第二基体的注射成型过程中，可以将功能元件随之一起直接注入相应的基体。

例如，板元件可以具有集成到第一板元件部分和/或第二板元件部分中的固设元件，该固设元件用于将板元件或电池模块固设在例如电池壳体中。在此情形下，固设元件优选地可以集成到第一基体和/或第二基体中。固设元件例如可以形成固定轴承或支承件。

本发明的目的还通过一种用于布置在电池壳体中的电池模块来达成。根据本发明，所述电池模块具有多个电池单元和相对布置的两个板元件，其中所述多个电池单元被容置在相对布置的所述两个板元件之间，其中这些板元件如上所述地构建和改进。

优选地，设置至少一个张紧带，该张紧带将两个板元件和布置在板元件之间的多个电池单元围住，其中该张紧带可以在板元件的张紧带导引件中受导引。

下面参考附图结合优选实施方式详细地阐释本发明。

其中：

图1为本发明的电池模块单元的示意图，

图2以板元件的第一侧面的俯视图示出本发明的板元件的示意图，

图3以板元件的第二侧面的俯视图示出图2所示板元件的示意图，

图4为图2和图3所示板元件的板元件部分的基体的示意图，

图5为板元件的沿图3所示的线a-a的剖视示意图，

图6为板元件的示意图，以箭头示出有机板的纤维的延伸方向，以及

图7为图1所示电池模块的示意图，其具有设置在板元件上的固设元件。

图1示意性地示出电池模块100，可以将其布置在电池，特别是用于驱动汽车(例如混合动力车辆或纯电动车辆)的电池的电池壳体(在此未示出)中。

电池模块100具有多个电池单元10，在此处所示技术方案中，这些电池单元相继布置。

此外，电池模块100具有两个板元件200，电池单元10布置在两个板元件之间。这两个板元件200彼此相对地布置，从而将电池单元10容置在这两个板元件之间。板元件200形成电池模块100的所谓的端板。

为了能够将电池单元10牢固地保持在板元件200之间，电池模块100还具有多个张紧带11。在此处所示技术方案中，设有三个张紧带11，其以相互平行地延伸的方式布置。张紧带11将两个板元件200和布置在两个板元件200之间的电池单元10围住。在板元件200上，针对每个张紧带11各构建有一个形式为槽形凹口的张紧带导引件20，张紧带11在该张紧带导引件中受导引。

图2以板元件200的第一侧面21的俯视图示出图1所示板元件200。如图1所示，作为板元件200的纵侧面的该第一侧面21在电池模块的组装状态下形成电池模块100的外侧。

板元件200具有相连的，特别是材料接合地相连的第一板元件部分22和第二板元件部分23。

第一板元件部分22具有第一基体24和布置在第一基体24上的第一有机板25。

特别是在图3中也可以看出，第二板元件部分23具有第二基体26和布置在第二基体26上的第二有机板27。图3示出板元件200的与第一侧面21相对的第二侧面28的俯视图。如图1所示，在电池模块100的组装状态下，第二侧面28朝向电池单元10布置。

如图2和图3所示，这两个板元件部分22、23以某种方式相连，使得第一有机板25形成板元件200的第一外表面的一个分区，第二有机板27形成板元件200的第二外表面的一个分区，该第一外表面相当于板元件200的第一侧面21，该第二外表面相当于板元件200的第二侧面28。因此，这两个有机板25、27布置在板元件200的外侧。

图2和图3所示的有机板25、27分别在板元件200的相应外表面或侧面21、28的一个分区上延伸，因而这些有机板同样仅在相应基体24、26的分区上延伸。如图2和图3所示，有机板25、27分别在相应的基体24、26的整个宽度b上延伸，但是不在整个长度l上延伸，从而仅在相应基体24、26的一部分长度上延伸。优选地，如此地选择有机板25、27的尺寸，使得有机板25、27覆盖板元件200的某个区域，电池单元10在该区域上被板元件200容置，从而使得板元件20因有机板25、27而在电池单元10的区域内具有极佳的稳定性。

有机板25、27各具一个嵌入热塑性塑料基质的纤维织物或纤维基布。纤维织物或纤维基布例如由碳纤维形成。热塑性塑料基质例如由聚酰胺，特别是聚酰胺6制成。

基体24、26可以分别构建为由热塑性塑料材料制成的注塑件。正如有机板24、26的塑料基质那样，热塑性塑料材料可以由聚酰胺，特别是由聚酰胺6形成。为了增强基体24、26的稳定性，这些基体可以具有纤维增强体，具体方式例如为，将玻璃纤维引入基体24、26的热塑性塑料材料。

在制造板元件200期间，首先制造和构建这两个板元件部分22、23，随后将这两个板元件部分相互连接在一起，以形成成品的板元件200。

为了制造和构建板元件部分22、23，首先成形和构建有机板25、27。随后，将有机板25、27嵌入注模，并且用热塑性塑料材料在一侧注塑包封有机板25、27，该热塑性塑料材料形成基体24、26。因此，将基体24、26注塑到有机板25、27上，以形成相应的板元件部分22、23。当这两个板元件部分22、23构建完毕时，这两个板元件部分通过这两个基体24、26相连。因此，在这两个板元件部分22、23的连接状态下，这两个基体24、26相连。

优选地通过形成材料接合的连接来使得这两个板元件部分22、23以及这两个基体24、26相连，例如具体方式是，将这两个板元件部分22、23相互焊接在一起。但同样可以将这两个板元件部分22、23相互粘合在一起，以便在这两个板元件部分22、23之间形成材料接合的连接。

从图4和图5中可以看出，这两个基体24、26具有肋结构29、30，该肋结构分别由多个肋部31、32形成，其中肋部31、32构建为横肋和纵肋。肋结构29、30分别在相应基体24、26的整个长度l和整个宽度b上延伸。

通过基体24、26的肋结构29，30来将这两个板元件部分22、23连接在一起，如图5所示，具体方式是，第一基体24的肋结构29的肋部31与第二基体26的肋结构30的肋部32连接。因此，如图5所示，在连接状态下，第一基体24的肋结构29的肋部31邻接第二基体26的肋结构30的肋部32，使得第一基体24的肋结构29的肋部31平放在第二基体26的肋结构30的肋部32上。

例如从图2、图5和图6可以看出，在第一板元件部分22的第一有机板25中构建有张紧带导引件20，因为这个第一有机板25在组装状态下朝向外部。因此，张紧带导引件20的槽形凹口构建在第一有机板25中。

在此处所示技术方案中，构建有三个张紧带导引件20。从图5可以看出，在张紧带导引件20的区域内，第一基体24的肋结构29的肋部31的数目和第二基体26的肋结构30的肋部32的数目均有所增加，因此，在张紧带导引件20的区域内，肋部31、32更紧密地布置在一起。

有机板25、27的纤维织物或纤维基布的纤维大部分沿板元件200的主应力方向r上定向，使得如图6中的箭头所示，有机板25、27的纤维的80％以上沿主应力方向r延伸，其中主应力方向r沿板元件部分22、23的宽度b从而沿板元件200的宽度延伸。因此，主应力方向r与张紧带导引件20的槽形凹口的纵向延伸度的方向相同。

通过由热塑性塑料材料形成板元件部分22、23的基体24、26，可以在制造期间将功能元件，例如用于模块单元(在此未示出)的连接元件33直接一起集成到基体24、26中，从而集成到板元件部分22、23和板元件200中。功能元件，如连接元件33，例如可以与基体24、26一体成形，或者也可以将这些功能元件作为嵌入件一起嵌入注模，并且在注射成型基体24、26时用基体24、26的材料注塑包封这些功能元件。

如图7所示，固设元件34、35、36也可以作为功能元件一起集成到板元件部分22、23，特别是板元件部分22、23的基体24、26中，这些固设元件可以用于在组装过程中固设板元件200，从而用于固设整个电池模块100。此外，如图7所示，支承件37也可以作为功能元件一起集成到板元件部分22和/或23中。

固设元件34形成固定轴承且固设元件35形成支承件，使得两个这固设元件35、36可以防止电池模块100在电池壳体中发生旋转运动。

附图标记表

100电池模块

200板元件

10电池单元

11张紧带

20张紧带导引件

21第一侧面

22第一板元件部分

23第二板元件部分

24第一基体

25第一有机板

26第二基体

27第二有机板

28第二侧面

29肋结构

30肋结构

31肋部

32肋部

33连接元件

34固设元件

35固设元件

36固设元件

37支承件

l长度

b宽度

r主应力方向