电池模块的用于容纳电池单池的壳体和电池模块的制作方法

1.本实用新型涉及一种电池模块的用于容纳电池单池的壳体。本实用新型还涉及一种用于机动车辆的牵引电池，优选用于客车、公共汽车和/或卡车。


背景技术：

2.在车辆电气化的过程中，优化装在车辆中的牵引电池的壳体是非常重要的。在此应实现牵引电池的尽可能高的容量，以便提供长的行程距离。
3.在此，电池单池通常组装在电池模块的壳体中。通常，多个电池单池安装在壳体中并且彼此电连接。
4.此外致力于，改进装在电池模块中的电池单池的功能性、功率和使用寿命。在此已知的是，在电池单池充电/放电时产生膨胀力，所述膨胀力导致所谓的“单池呼吸”。换言之，电池单池在充电和放电过程中会膨胀和消退。此外，在单池的寿命内会引起尺寸的持续增加。
5.这尤其会在棱柱形单池和袋式单池的情况下观察到。在棱柱形单池中，同时还需注意膨胀力不破坏单池的薄的外壳。因此，棱柱形单池通常装入坚固的壳体中，所述壳体限制电池的膨胀从而抵抗单池膜的撕裂。
6.相应已知的是，给壳体中的电池单池分别设置坚硬的端板，以便夹紧电池模块的电池单池。然而，这具有如下缺点：电池单池的膨胀力未被最佳地吸收，因为电池单池不能膨胀或“呼吸”。由此，在寿命内电池模块的电池单池中的力变得越来越大。这会导致电池单池的功能性受损，尤其导致容量和/或使用寿命的降低。


技术实现要素：

7.基于已知的现有技术，本实用新型的目的是提出一种用于电池模块的壳体的改进的解决方案，所述电池模块改进电池单池的功率和使用寿命。
8.该目的通过具有本实用新型的特征的电池模块的用于容纳电池单池的壳体来实现。有利的改进形式由说明书和附图中得出。
9.相应地，提出一种电池模块的用于容纳电池单池的壳体，所述壳体包括至少一个端板，所述端板包括内部的轮廓元件和外部的轮廓元件，其中内部的轮廓元件成形和构成为，使得其在第一变形路程内提供作用到设置在壳体中的电池单池上的第一弹性预应力，并且其中内部的轮廓元件和外部的轮廓元件成形和构成为，使得内部的轮廓元件在超过第一变形路程时与外部的轮廓元件共同作用以将第二弹性预应力施加到设置在壳体中的电池单池上。
10.通过由至少一个端板的内部的轮廓元件和外部的轮廓元件构成的两件式的解决方案，端板的刚性从而作用到电池单池上的所期望的预应力能够与电池单池的膨胀相关地更好地设定。作用到电池单池上的预应力相应地经由内部的轮廓元件设定，直至到达第一变形路程。
11.在超过第一变形路程后，内部的和外部的轮廓元件共同作用，使得提高端板的刚性。相应地，在该区域中第二预应力作用到电池单池上。因此，至少通过两件式的解决方案以优化的方式两级地设定作用到电池单池上的预应力。换言之，电池单池能够在保持预应力的条件下膨胀。由此改进电池单池的功能性并且提高电池模块的使用寿命。
12.此外，通过两件式的解决方案能够限定预应力与电池单池的膨胀的个体的和所期望的比，所述比能够与专门制定的单池需求相配合。
13.优选地，壳体在相对置地构成的两个端侧上具有根据本实用新型的端板。换言之，电池单池被夹在这两个端板之间。电池单池因此通过相对置的端板以所期望的预应力预紧或夹紧，以便确保改进的功能性。
14.变形路程在此描述了内部的轮廓元件和外部的轮廓元件在垂直于由端板限定的平面的方向上的膨胀。在运行时，变形路程在此相应地对应于电池单池在电池模块的纵向方向上朝向端板的膨胀。
15.预应力表示端板施加到电池单池上的预应力。在此，电池单池在初始状态中，即在首次装入壳体中的状态中，优选以预应力f0预紧。在进一步的过程中，电池单池的在电池模块运行时出现的、引起电池单池在电池模块的纵向方向上膨胀的膨胀力由端板接收，使得电池单池的膨胀被吸收，但是在此所期望的预应力继续作用到电池单池上，其中不超过对于电池单池的功率而言临界的预应力。
16.通过端板的形状和设计方案，尤其内部的轮廓元件和外部的轮廓元件的形状和设计方案，能够根据电池单池的膨胀限定所期望的预应力曲线。由于端板的两件式的造型，即具有内部的轮廓元件和外部的轮廓元件，能够配置不同的预应力变化曲线。因此能够以简单且灵活的方式分别提供用于各种各样的电池模块配置的壳体。
17.根据一个优选的实施方式，内部的轮廓元件和外部的轮廓元件共同作用为，使得在超过第一变形路程时，内部的轮廓元件与外部的轮廓元件基本上在端板的中间接触并且提高端板的刚性并且将相对于第一预应力提高的第二预应力施加到电池单池上。
18.通过在超过第一变形路程之后“接入”外部的轮廓元件，由此能够实现端板的不同的、尤其更高的刚性。这种接入引起：作用到电池单池上的预应力与膨胀相关地根据变化的比来表现。换言之，预应力与电池单池在第一变形路程内的膨胀相关地沿着第一预应力-膨胀-曲线变化。自超过第一变形路程起，即对于第二变形路程，预应力与电池单池在第二变形路程内的膨胀相关地沿着第二预应力-膨胀-曲线变化。这是有利的，因为自超过第一变形路程起，作用到电池单池上的第二预应力变化曲线，与第一变形路程内的膨胀相关的第一预应力变化曲线相比，不成比例地 (
ü
berproportional)提高，这改善或提高了电池模块的功能性和使用寿命。
19.根据另一实施方式，内部的轮廓元件具有第一弹性模量并且外部的轮廓元件具有第二弹性模量，其中内部的轮廓元件的第一弹性模量设定在第一变形路程内作用到电池单池上的所期望的预应力。内部的轮廓元件的第一弹性模量与第二弹性模量相结合地确定在第二变形路程内，即在第一变形路程之外作用到电池单池上的所期望的预应力。
20.通过选择内部的和外部的轮廓元件的弹性模量，由此能够配置与膨胀相关的各种各样的预应力变化曲线。在一个示例中，第一弹性模量能够小于第二弹性模量。在另一示例中，第一弹性模量和第二弹性模量能够是相等的。
21.根据电池模块配置，膨胀力会有所不同，使得电池单池的膨胀可能会不同。借助于在此提出的端板，内部的轮廓元件和外部的轮廓元件能够经由其弹性模量调整，以便满足电池模块配置的不同要求。
22.根据一个实施方式，内部的轮廓元件和/或外部的轮廓元件可通过调整内部的轮廓元件和外部的轮廓元件的弹性模量，尤其通过调整壁厚和/ 或材料和/或第一变形路程的尺寸和/或形状来匹配于不同的电池模块配置和/或所期望的预应力。
23.在一个示例中，第一变形路程的范围能够经由内部的轮廓元件的形状来调整。在另一示例中，刚性能够借助于壁厚的改变来提高从而与所述膨胀相关地调整预应力变化曲线。
24.轮廓元件的形状和设计方案的这种结构上的调整可行性是有利的，因为其允许快速、灵活和简单地匹配于对预应力或膨胀具有不同的要求的不同的电池配置。
25.根据一个实施方式，内部的轮廓元件和/或外部的轮廓元件是滚轧成型的金属板。
26.内部的轮廓元件和外部的轮廓元件的通过滚轧成型引起的造型和设计方案是有利的，因为内部的和外部的轮廓元件能够以这种方式快速、灵活、可靠且低成本地设计。此外，能够以低成本的方式提供大量件数。
27.优选地，外部的轮廓元件一件式地设计并且尤其优选地以板簧的形式设计。因此，能够与电池单池的膨胀相关地限定所期望的第一预应力变化曲线。在此，板簧被配置为，用于在初始状态中将预应力施加到电池单池上并且在电池模块的运行期间确保膨胀，其中电池单池继续通过外部的轮廓元件夹紧。因此，在第二变形路程内，第二预应力变化曲线与电池单池的通过板簧引起的膨胀相关地来限定。
28.根据另一实施方式，内部的轮廓元件一件式地设计并且设计为弓形的或u形的结构。由此提供更硬的轮廓元件，即具有更高的弹性模量。在第一变形路程内，第一预应力变化曲线与电池单池的膨胀相关地通过内部的轮廓元件的接入来限定。
29.根据另一实施方式，内部的轮廓元件的外侧部分地与外部的轮廓元件的内侧连接，其中内部的轮廓元件部分地包套外部的轮廓元件，并且其中外部的轮廓元件的外侧是壳体的外侧。
30.根据另一实施方式，内部的轮廓元件和外部的轮廓元件通过材料配合或者力配合的连接彼此连接。因此，至少一个端板能够由内部的轮廓元件和外部的轮廓元件形成，而无需另外的固定元件。
31.根据另一实施方式，壳体基本上匹配于用于安置多个电池单池的结构空间。
32.根据另一实施方式，壳体相对于端板具有两个基本上垂直的侧壁。
33.端板能够经由力配合的连接例如卡扣或旋拧连接与侧壁连接。这具有如下优点：能够与电池模块配置相关地根据模块化原理来组装壳体。因此，例如能够根据在电池模块中所使用的电池单池的数量和尺寸来形成具有不同长度的侧壁和不同宽度的端板的壳体。由此能够快速且简单地组装不同的壳体内部空间体积。
34.在另一示例中，壳体能够具有基本上平坦的下侧，其中下侧的平面垂直于侧壁的平面并且垂直于端板的平面从而将壳体内部空间向下形成。
35.在另一示例中，壳体能够具有基本上平坦的上侧，其中上侧的平面垂直于侧壁的平面并且垂直于端板的平面从而将壳体内部空间向上覆盖。
36.根据另一方面，提出一种用于机动车辆的牵引电池，所述牵引电池包括具有上述壳体的至少一个电池模块。
37.通过上述可柔性地使用的壳体，能够以灵活且有效的方式构成具有不同规格和针对不同的使用目的的牵引电池。
38.根据一个实施方式，至少一个电池模块经由壳体与车辆结构连接。
39.在一个示例中，安置区域集成在壳体中，以便将电池模块安置到车辆结构上。由此电池模块也能够以预安装的形式提供，使得能够有效地并且在空间和时间上均衡的方式执行牵引电池的构造。此外，由此能够实现由电池模块构成的牵引电池的有效且安全的安装。
附图说明
40.通过以下对附图的描述详细阐述本实用新型的优选的另外的实施方式。在此示出：
41.图1示出电池模块的用于容纳电池单池的壳体的示意图，所述电池单池根据一个实施例夹在壳体的两个相对置的端板之间；
42.图2示出根据一个实施方式的端板的示意性剖视图；
43.图3示出根据一个实施例的图2中的端板的示意性立体视图；并且
44.图4示出根据一个实施方式的与电池单池的膨胀相关的示例性的、指数的应力变化曲线。
具体实施方式
45.下面根据附图描述优选的实施例。在此，相同的、相似的或起相同作用的元件在不同的附图中设有相同的附图标记，并且部分地省去对这些元件的重复描述，以便避免冗余。
46.在图1中，示意性地示出电池模块10的用于容纳电池单池10a、10b、 10c、10d、10e、10f、10g和10n的壳体12。多个电池单池10a、10b、10c、 10d、10e、10f、10g和10n能够在壳体12内并排沿着壳体的纵向方向l 设置。
47.电池单池10a、10b、10c、10d、10e、10f、10g和10n能够相应地优选是棱柱形单池或袋式单池，所述电池单池能够实现电池模块10的尤其节省空间从而有效的构造。
48.棱柱形单池通常具有坚固的立方体壳体，而袋式单池通常封入到柔性的金属箔中。
49.如在此示例性示出的那样，壳体12包括至少一个端板，在此即两个彼此相对置的端板12a、12b，电池单池10a、10b、10c、10d、10e、10f、 10g和10n设置在所述端板之间。
50.在所示出的实施例中，端板12a、12b中的每一个包括内部的轮廓元件122和外部的轮廓元件120(参见图2)。端板12a、12b被配置为，使得所述端板相对电池单池10a、10b、10c、10d、10e、10f、10g和10n的垂直于由端板12a、12b构成的平面，即在壳体的纵向方向l上(参见沿着纵向方向l的箭头)的膨胀，带来预应力。
51.优选地，壳体12基本上匹配于用于安置多个电池单池10a、10b、10c、 10d、10e、10f、10g和10n的结构空间。在此，壳体12相对于端板12a、 12b具有至少两个基本上垂直的侧壁12c、12d。
52.如在图2中端板12a的剖视图中所示出的那样，内部的轮廓元件122 成形和构成
为，使得所述内部的轮廓元件在第一变形路程s1内将第一弹性预应力(参见箭头)施加到设置在壳体12中的电池单池10a、10b、10c、 10d、10e、10f、10g和10n上，在此例如施加到设置在端板12a上的电池单池10a上。
53.如示例性地所示出的那样，外部的轮廓元件120的内侧经由内部的轮廓元件122与电池单池的外侧压力接触，即在初始状态中，外部的轮廓元件120设置为，使得预应力直接和/或间接地作用到电池单池10a、10b、 10c、10d、10e、10f、10g和10n上，在此直接经由电池单池10a作用。
54.内部的轮廓元件122和外部的轮廓元件120成形和构成为，使得内部的轮廓元件122在超过第一变形路程s1时与外部的轮廓元件120共同作用以将第二弹性预应力施加到设置在壳体12中的电池单池10a、10b、10c、 10d、10e、10f、10g和10n上。
55.通过由至少一个端板12a、12b的内部的轮廓元件122和外部的轮廓元件120构成的两件式的解决方案，能够与电池单池的所期望的膨胀相关地更好地设定端板的刚性从而更好地设定作用到电池单池上的所期望的预应力。弹性的预应力经由内部的轮廓元件122来控制，直到达到第一变形路程s1(如通过内部的轮廓元件的虚线区域所表明的那样)。在超过第一变形路程s1之后，内部的轮廓元件122与外部的轮廓元件120基本上在其中间接触，使得在进一步的变形路程上内部的轮廓元件122与外部的轮廓元件120共同作用从而相应地提供组合的预应力。因此，在第一变形路程s1内施加到电池单池10a、10b、10c、10d、10e、10f、10g和10n 上的预应力，与在超过第一变形路程s1时施加到电池单池10a、10b、10c、 10d、10e、10f、10g和10n上的预应力相比，能够具有更低的值。
56.换言之，内部的轮廓元件122和外部的轮廓元件120共同作用，使得在超过第一变形路程s1之后提高刚性。电池单池的膨胀和由此作用到电池单池上的预应力因此至少通过两件式的解决方案以优化的方式两级地控制。换言之，电池单池能够在保持预应力的条件下膨胀。因此改进电池单池的功能性并且提高电池模块的使用寿命。
57.换言之，电池单池能够膨胀，其中所期望的预应力总是作用到电池单池上，以便改进电池单池的功能性并且提高其使用寿命。
58.如在图2中所示出的那样，内部的轮廓元件122和外部的轮廓元件 120能够共同作用，使得在超过第一变形路程s1时(如也通过图2中的内部的轮廓元件的虚线区域所表明的那样)内部的轮廓元件122和外部的轮廓元件120基本上在端板12a的中间接触。
59.在接触之后，轮廓元件120、122共同作用从而端板12a的刚性提高。因此将相对于第一预应力提高的第二预应力施加到电池单池10a上。同时，经由内部的轮廓元件122和外部的轮廓元件120的组合确定沿着第二变形路程s2的膨胀(如也通过外部的轮廓元件120的虚线区域所表明的那样)。
60.优选地，内部的轮廓元件122具有第一弹性模量并且外部的轮廓元件 120具有第二弹性模量，其中内部的轮廓元件122的第一弹性模量设定在第一变形路程s1内作用到电池单池10a、10b、10c、10d、10e、10f、10g 和10n上的所期望的预应力，并且其中外部的轮廓元件120的第一弹性模量与内部的轮廓元件122的第二弹性模量组合地设定在第二变形路程s2 内作用到电池单池10a、10b、10c、10d、10e、10f、10g和10n上的所期望的预应力。
61.在图2所示出的示例性的设计方案中，外部的轮廓元件120一件式地设计并且在一定程度上以板簧的形式设计。在此，外部的轮廓元件122具有两个隆起部，所述隆起部相对
于端板12a的中线m镜像对称地设置。
62.此外示例性地，外部的轮廓元件120在外侧上被卷边。卷边引起更硬的结构。
63.此外，如在图2中所示出的示例性的设计方案中那样，内部的轮廓元件122能够一件式地设计并且设计为弓形或u形的结构。因此相对于外部的轮廓元件120提供更硬的构造，即具有更高的弹性模量的构造。因此，在第一变形路程内，第一预应力变化曲线与电池单池的膨胀相关地通过内部的轮廓元件122的接入来限定。
64.图3在局部剖视的立体视图中示出至少一个端板12a和内部的轮廓元件122以及外部的轮廓元件120。在此，内部的轮廓元件122和外部的轮廓元件120作为滚轧成型的金属板示出，所述金属板沿着基本上对应于电池单池10a、10b、10c、10d、10e、10f、10g和10n的高度的端板12的高度方向h和横向方向q延伸，以便在壳体或电池模块10的纵向方向l上夹紧电池单池10a、10b、10c、10d、10e、10f、10g和10n。
65.在此，内部的轮廓元件122和/或外部的轮廓元件120可通过调整内部的轮廓元件122和外部的轮廓元件120的弹性模量，尤其通过调整壁厚和/或材料和/或第一变形路程s1、s2的尺寸和/或形状来匹配于不同的电池模块配置和/或所期望的预应力。
66.如在图2和3中示例性地所示出的那样，内部的轮廓元件122的外侧部分地与外部的轮廓元件120的内侧连接，其中内部的轮廓元件122包套外部的轮廓元件120，并且其中外部的轮廓元件120的外侧是或构成壳体 12的外侧。
67.优选地，内部的轮廓元件122和外部的轮廓元件120通过材料配合的或者力配合的连接彼此连接。
68.用于容纳多个电池单池10a、10b、10c、10d、10e、10f、10g和10n 的所提出的壳体12形成电池模块10。
69.图4示例性地示出预应力f关于变形路程s从而也关于电池单池的变形或扩张的变化曲线。
70.在初始状态中，电池单池能够通过预应力f0夹紧。在运行期间电池单池膨胀。内部的轮廓元件122确保在电池单池的第一变形路程s1内电池单池在具有第一预应力的情况下膨胀。在此，在第一变形路程s1内仅经由内部的轮廓元件122来控制施加到电池单池上的预应力。
71.在到达第一变形路程s1的终点时，通过内部的轮廓元件122将力f1 施加到电池单池上，所述力大于f0。在超过第一变形路程s1之后，预应力f的变化曲线经由内部的轮廓元件122和外部的轮廓元件120的共同作用来确定。
72.例如，内部的轮廓元件122和外部的轮廓元件120共同引起作用到电池单池上的预应力f2，所述预应力f2大于f1。在s2上，由内部的和外部的轮廓元件施加的预应力大至使得电池单池的继续膨胀几乎不是可能的。
73.通过在超过第一变形路程s1之后“接入”外部的轮廓元件120，由此能够实现端板12a的不同的、尤其更高的刚性。
74.所述接入引起：作用到电池单池上的预应力与膨胀相关地根据变化的比来表现。换言之，预应力与电池单池的在第一变形路程内的膨胀相关地沿着第一预应力(f)-膨胀(s)-曲线变化。
75.自超过第一变形路程s1起，即对于第二变形路程s2，预应力与电池单池的第二变
形路程s2内的膨胀相关地沿着第二预应力-膨胀-曲线变化。这是有利的，因为自超过第一变形路程s1起，作用到电池单池上的第二预应力变化曲线(f1至f2)能够与第一变形路程内的膨胀相关地相对于第一预应力变化曲线(f0-f1)不成比例地提高，这改善或提高了电池模块的功能性和使用寿命。
76.如在图4中所示出的那样，内部的轮廓元件122和外部的轮廓元件120因此能够成形和设计为，使得作用到电池单池上的预应力f相对于变形路程s或膨胀沿着非线性的、优选指数的函数伸展。基于端板的两件式的设计，即具有内部的轮廓元件122和外部的轮廓元件120，也能够替选地配置其他预应力变化曲线。
77.根据一个未示出的方面，用于机动车辆的牵引电池能够具有至少一个电池模块，所述电池模块具有用于容纳电池单池的这种壳体12。
78.只要是可应用的，在实施例中示出的所有单独特征能够彼此组合和/或被替换，而不脱离本实用新型的范围。
79.附图标记列表
80.10电池模块
81.10a、10b、10c、10d、10e、10f、10g、10n电池单池
82.12壳体
83.12a、12b端板
84.12c、12d侧壁
85.120外部的轮廓元件
86.122内部的轮廓元件
87.s1第一变形路程
88.s2第二变形路程
89.f预应力