电池模块的上紧装置，电池模块以及上紧电芯组的方法与流程

本发明涉及一种用于电池模块的上紧装置，该上紧装置用于容纳并紧包住电芯组，电芯组具有电池模块的多个沿堆垛方向并排布置的电芯。此外，本发明也涉及一种具有这种上紧装置的电池模块以及一种用于上紧电池模块电芯组的方法。

背景技术：

1、已知地，电池模块可以具有多个沿堆垛方向并排布置的电芯。此外，如此提供的电池模块电芯组可以布置在模块壳体中。这种模块壳体也可以仅仅构造成紧包住电芯组的框架。这种框架又可以具有两个沿堆垛方向在两侧限制电芯组的端板、以及将端板相连接的侧板。通过这种框架，保证在时间进程中电池模块不沿堆垛方向膨胀并且因此要求并提供比初始估计的更多的结构空间。而在这种框架内通常允许电芯组沿堆垛方向的一定的膨胀，这例如可以通过在电芯之间部分弹性的元件实现。

2、就此而言，de 10 2019 125 382 a1阐述了一种电池，该电池具有借助于相应的上紧装置机械地上紧成电芯组的电芯。由上紧力和膨胀压力得到的总压力作用到电芯上，膨胀压力通过运行引起的电芯的体积增大产生并且加剧。电池具有压力限制装置以用于将总压力限制在最大允许的极限压力上，其中，压力发生装置具有至少一个压力限制元件，压力限制元件布置在电芯中的至少两个、或者几个、或者每个与上紧装置的如下的上紧板之间，即，该上紧板布置成与电芯组的相应的末端的电芯相邻并且与其相配属。除了布置在末端的上紧板之外，电池，尤其是上紧装置包括侧向的拉力元件。

3、为了能够承受在电池模块的使用寿命的进程中增大的典型的高拉力，用于上紧电芯组的上紧装置通常由金属材料制成。相应地，也需要附加的用于绝缘的元件，这提高了电池模块的复杂度。此外，在电芯的热失控的情况中(也就是说电芯的热扩散)，金属材料的高热传导性起到不利作用，因为由此来自热扩散的电芯的热可以非常快速地传递到其它电芯上，这可能引起其它电芯的热扩散。

技术实现思路

1、因此本发明的目的是，提供一种上紧装置、一种电池模块以及一种方法，其实现以尽可能简单且不复杂的方式上紧电芯组，并且在此尽可能提高安全性。

2、该目的通过具有根据相应的独立权利要求所述的特征的上紧装置、电池模块以及方法实现。从属权利要求、说明书以及附图的主题是本发明的有利的设计方案。

3、根据本发明的用于电池模块的上紧装置具有用于沿着环绕方向围绕电芯组环形布置的上紧带，上紧装置用于容纳并紧包住电池模块的电芯组，电芯组具有多个沿堆垛方向并排布置的电芯，其中，上紧带构造成，在围绕电芯组布置的状态中，上紧带具有在垂直于堆垛方向的第一方向上的高度和在垂直于第一方向的环绕方向上的长度。此外，上紧带由纤维加强的塑料构成，纤维加强的塑料具有沿着上紧带的长度方向伸延的纤维。

4、在此，本发明基于的认识是，由纤维加强的塑料制成的上紧带在纵向上可以提供充分的抗拉强度，条件是该纤维加强的塑料的纤维沿着上紧带的纵向伸延。由此，纤维的伸延方向平行于拉力负载定向，当借助于上紧装置按规定地/常规地上紧电芯组时，出现该拉力负载。由此，例如也可行的是，上紧带构造成，上紧带在纵向上也就是说在其长度方向上可以设计成硬的，优选地极硬的并且因此不是弹性的。这是尤其有利的，因为由此可以保证，借助于这种上紧装置提供的电池模块在时间进程中不会由于电芯组沿堆垛方向的膨胀而在该堆垛方向上膨胀并变长。即由此可以保证，这种电池模块在时间进程中不会需要比初始时为电池模块设置的更多结构空间。这种由具有沿着上紧带的纵向伸延的纤维的如此构造的纤维加强的塑料制成的上紧带也可以承受在时间进程中增大的拉应力。通过现在将这种纤维加强的塑料用作上紧装置的上紧带的方案，还得到很多其它优点。一方面，由此上紧带自身构造成电绝缘的，从而可以部分地取消通常所需的附加的绝缘元件，这又降低了这种电池模块的结构复杂度。此外，典型的塑料通常具有比金属材料显著更低的热传导性。在电芯热扩散的情况下，这又起到非常有利的作用，因为由该电芯输出的热通过由纤维加强的塑料构成的上紧带显著更慢地传递到其它电芯上。有利地，通过如此构造的上紧带可以显著降低电芯组的电芯的热耦合。这又提高了在电池模块方面的安全性，主要在可能的电芯的热扩散方面。此外，与金属材料相比，通过由纤维加强的塑料制成的上紧带又可以实现显著的重量优势。恰好在提供高压电池方面，这是巨大的优势，因为这种高压电池通常可以具有这种电池模块中的多个，这些电池模块可以通过借助于这种上紧装置上紧的电芯组提供。附加地，这种上紧带也可以非常成本适宜地制造。

5、原则上，为了构造纤维，可以考虑不同的材料，例如玻璃、碳等。但尤其优选地，纤维构造成玻璃纤维，因为刚好玻璃纤维具有非常好的抗拉强度，并且此外可非常成本适宜地提供玻璃纤维加强的塑料。为了提供这种纤维加强的塑料，此时将纤维嵌入塑料材料中。该塑料材料例如可以是热固性塑料或热塑性塑料或者不同塑料的混合物。此外，上紧带可以构造成，虽然上紧带具有一定的结构刚性，但还是柔性的。这实现了，上紧带在上紧时与被容纳的电芯组的几何外形相匹配。可以通过相应薄地构造上紧带提供上紧带的弹性。上紧带的厚度例如可以在最大几毫米的范围内，并且优选地为最大1毫米。例如，上紧带可以具有最小0.45毫米并且最大1毫米的厚度。被嵌入塑料材料中的纤维层，尤其是玻璃纤维层例如可以具有0.15毫米的厚度。于是，上紧带的总厚度例如也与在为了构造上紧带所用的纤维加强的塑料中所使用的纤维层的数量相关。优选地，上紧带具有至少3个纤维层，尤其是玻璃纤维层。

6、尤其是，为了提供上紧带，也可以将多个纤维层彼此相叠，并且嵌入相应的塑料材料中。在此，纤维层是由纤维加强的塑料的纤维组成的层。在此，垂直于上紧带的高度并且垂直于上紧带的长度定义厚度。此外，上紧带的长度大于其高度，尤其是大多倍。如果上紧带按规定地围绕电芯组布置，则环绕方向典型地平行于堆垛方向指向并且部分地也垂直于堆垛方向。换句话说，上紧带部分地沿着电芯组的长度的方向并且部分地沿着电芯组的宽度的方向伸延，其中，沿堆垛方向定义电芯组的长度，垂直于堆垛方向并且垂直于电芯组和上紧带的指向第一方向的高度定义电芯组的宽度。电芯组可以具有基本上正方形的几何形状。即，上紧装置设计成用于容纳并且紧包住这种正方形的电芯组。

7、在本发明的另一有利的设计方案中，由纤维加强的塑料所包含的纤维中的大部分或者所有都沿着上紧带的长度方向伸延。由此，可在纵向上提供尤其高程度的抗拉强度。尽管如此也可设想，上紧带包括一些相对于纵向成角度地伸延的、即也就是说构造成不平行于纵向的纤维。这用于在上紧带的高度方向上更好的上紧带稳定性，并且防止例如上紧带纵向开裂，并且降低横向于纵向的上紧带的脆性。作为纤维加强的塑料，例如也可以使用单向的纤维加强的塑料。这是这样的纤维加强的塑料，即，其纤维仅仅彼此平行并且沿着给定的方向，在此上紧带的纵向伸延。但尽管如此，如所述那样，在该纤维加强的塑料的塑料材料中可以嵌入其它不平行于纵向定向的纤维。但该纤维当然不是与沿着纵向伸延的纤维编织在一起，也就是说，不是以编织或类似的形式提供。即，不应以编织或类似的形式提供被嵌入塑料材料中的纤维，因为这可能损害上紧带的抗拉强度。此外也可设想，除了单向纤维的层之外，在纤维加强的塑料的塑料材料中设置附加的纤维层，尤其是在上紧带的厚度的方向上，该纤维层构造成纤维织物或者包括纤维织物。因为在这种情况中，仍然可通过具有仅仅单向伸延的纤维的附加层提供尤其高的抗拉强度和相对于在上紧带的纵向上的拉力负载的稳定性。即，换句话说优选的是，纤维加强的塑料包括至少一个具有单向伸延的纤维的纤维层。由此，也可在上紧带的长度方向上提供上紧带的硬的、尤其是极硬的构造方案。

8、在本发明的另一有利的设计方案中，上紧带构造成连续带，并且由纤维加强的塑料所包含的纤维构造成连续纤维，该纤维沿着上紧带的长度方向伸延。如果上紧带构造成连续带，则上紧带因此在纵向上不具有两个开放的端部，而是相反地实施成环或封闭的环带。相应的也适用于纤维加强的塑料的沿着上紧带的纵向伸延的纤维。在此，构造成连续带是尤其有利的，因为不需要以合适的方式将这种带的开放的端部彼此固定，确切的说不需要能够承受高的拉力的固定方案。尽管如此原则上也可设想，上紧带不是实施成连续带，而是具有开放的端部，以合适的方式固定该端部以上紧电芯组。但恰好具有实施成连续带的上紧装置的实施方案与现在接下来还将详细解释的用于将上紧带上紧的上紧装置的组合具有特别大的优势，条件是上紧带按规定地围绕电芯组布置。

9、根据本发明的另一非常有利的设计方案，上紧装置具有至少一个用于布置在电芯组沿堆垛方向的第一端部处的第一端板，其中，在上紧装置按规定地围绕电芯组布置的状态中，上紧带沿环绕方向包围第一端板。这种端板具有的很大优势是，通过端板实现将尤其均匀的压力引入被上紧带包围的电芯组上。此外，通过这种端板还可以实现其它功能，并且例如可以提供在整个电池壳体上的连结可能性，或者可以将其它组件，例如电芯模块控制器容纳在这种端板中。此外，这种端板也可以实施成多件式。换句话说，端板也应可以理解成多组件的端板单元，该端板单元包括多个布置在彼此处的单个组件。原则上，端板可以由任意材料制成，也可以由不同材料制成，例如由金属或塑料的组合。但尤其有利的是，端板同样由纤维加强的塑料构成，例如由玻璃纤维加强的塑料构成，或具有至少一个由这种纤维加强的塑料制成的组件。由此，可实现以上已经参考上紧带阐述的优点，例如重量和成本降低、取消附加的绝缘的元件和更低的热传导性。

10、在本发明的另一有利的设计方案中，端板具有在第一方向上的高度和在垂直于第一方向的第二方向上的宽度、以及用于贴靠在电芯组的第一端部处的第一侧和与第一侧相对置的第二侧，第二侧具有用于贴靠在上紧带的第一区段处的第一贴靠区域，其中，第二侧至少在贴靠区域中具有两个相对置的、在其宽度上限制端板的、圆整的棱边，尤其是使得第二侧的表面在第一贴靠区域中无弯折地沿着第二方向伸延。换句话说，有利的是，端板在其棱边的区域中构造成圆整的/倒圆角的，在按规定的状态中上紧带贴靠在该棱边处。由此，可以避免上紧带在该棱边的区域中的过度弯折。因此，通过端板的圆整的棱边，提供了在表面曲率方面一定的最小半径，即，最小曲率半径，该曲率半径防止了由于在该棱边区域中的过度弯折而引起的可能的上紧带损坏。在此，这种最小半径优选地至少在1位数的毫米范围内，例如为至少5毫米，但是原则上可以选择成任意更大，并且例如也在2位数的毫米范围内。在此，最小半径越大，上紧带刚好在非常高的拉力复负载下在该区域中由于过度弯折而断裂的概率越低。

11、设置成用于布置在电芯组处的端板的第一侧可以任意构造，并且例如具有平的贴靠面。而端板的第二侧尤其是已经由于圆整的棱边而不是构造成平的。在此，在端板的第二侧上的第一贴靠区域不是必须提供端板的整个第二侧，而是也可以仅仅提供该第二端板的部分区域。例如，上紧带可以在其第一方向上的高度方面构造成小于端板在第一方向上的高度。但有利的是，上紧带的高度基本上与端板的高度一样，因为由此待由上紧带承受的拉力可以分布在上紧带的最大的面上。

12、在本发明的另一非常有利的设计方案中，第一端板的第二侧至少在第一贴靠区域中具有在第二方向上布置在两个圆整的棱边之间的凹部。即，这种凹部是在端板的第二侧中的凹处。因此，在该第一端板按规定地布置在电芯组处的状态中，该凹处面向电芯组的方向。这种凹部例如可以通过以下方式提供，即，在该凹部的区域中减小端板的厚度，例如相对于在端板的圆整的边缘的区域的或端板的其它这样的区域中的端板厚度，即，该区域在端板的宽度的方向上联接在具有凹部的区域上。于是，相应地垂直于其高度并且垂直于其宽度定义板的厚度。在此，凹部附加地优选地至少相对于在端板的宽度方向上表面走向具有无弯折的表面几何形状。因此可实现，上紧带可以无弯折地与通过凹部提供的表面贴靠。如以下详细阐述的那样，上紧带或上紧带的第一区段可以借助于压板被压入凹部中，由此可以有利地使上紧带上紧。由此，通过这种在端板中的凹部提供了尤其简单的且有利的上紧方案，尤其条件是上紧带构造成连续带。

13、因此，本发明的另一非常有利的设计方案是，上紧装置具有第一压板，第一压板具有第一压板侧，第一压板侧具有第二贴靠区域，第二贴靠区域构造成具有凸形的、尤其是与第一端板的凹部对应的表面几何形状，其用于将上紧带的第一区段夹紧在第一压板和第一端板之间，尤其是使得，当上紧带的该第一区段布置在第一端板和压板之间时，上紧带的第一区段面式地接触第一和第二贴靠区域并且通过压板被压入端板的凹部中。因此，为了组装电池模块，例如可以首先提供电芯组，并且紧接着将第一端板布置在电芯组的第一端部处。在电芯组的另一相对的端部处，同样可以布置另一可选的端板，如稍后将详细解释的那样。此外，优选地可以将构造成连续带的上紧带绕上由电芯组和端板组成的组件，从而端板与电芯组一起在环绕方向上完全被上紧带包围。在其沿环绕方向的长度方面，上紧带可以设计成，实现简单地绕上电芯组与至少一个端板，但最终在上紧带和该至少一个端板与电芯组之间没有过大的间隙。紧接着，可以将压板在端板的区域中压向电芯组的方向，由此尤其是借助于压板将上紧带的第一区段压入端板的凹部中。由此使带上紧。根据凹部的深度，相应地可以作用更强或更弱的上紧。凹部例如可以构造成具有凹形的拱形部，并且压板相应地具有互补的凸形的拱形部。由此可实现，在上紧的最终状态中，上紧带面式地不仅贴靠在压板处，尤其是压板的第二贴靠区域处，并且另一方面贴靠在端板的第一贴靠区域处。在向着第一方向观察的俯视图中，可以说被夹在这两个贴靠区域之间的第一区段也在电芯组的方向上弯曲地伸延，例如半圆形地或正弦形地伸延。通过凹部或压板的圆整，又可以防止由于有过度弯折而引起的上紧带损坏。

14、原则上也可设想的是，压板和端板设计成，带局部地并不贴在端板上和/或压板上，例如在端板的凹部的或压板的拱形部的表面的区域中有表面凹处情况中。但是在这种情况中，端板和/或压板的几何形状也设计成，被夹住的带在其纵向上的走向中不弯折，并且始终保证一定的最小半径或最小曲率半径，例如如以上已经定义的那样。

15、在本发明的另一有利的设计方案中，上紧装置具有用于布置在电芯组沿堆垛方向的第二端部处的第二端板。这是尤其有利的，因为通过这种另一第二端板也可以在电芯组的另一端部处实现在电芯组中均匀的力引入。该第二端板在上紧带的贴靠区域的区域中也具有至少圆整的棱边。原则上，第二端板也可以构造成与第一端板相同，或至少具有与对第一端板所述的相同的基础构造特征。换句话说，第二端板同样可以构造成具有相应的凹部。由此，可以通过第二端板提供附加的上紧方案。这具有的优点是，由此可以整体实现显著更大的上紧力，或者反过来上紧带可以构造成具有更大的初始长度，以实现非常简单且方便地在未上紧的状态中绕上电芯组。由于对称性，也可优化力分布。尽管如此也可设想的是，仅仅通过两个端板中的一个提供上紧方案，如这已经对第一端板结合第一压板进行了阐述。此外，上紧装置构造成，在上紧装置按规定地围绕电芯组布置的状态中，上紧带在环绕方向上也包围第二端板。此外有利的是，上紧装置具有用于将上紧带的第二区段夹紧在第二压板和第二端板之间的第二压板。即在这种情况中同样有利的是，第二端板也具有凹部，如已经参考第一端板阐述的那样。

16、第二压板也可以如已经对第一压板阐述的那样构造。相应的压板此外可以固定在相关的端板上，例如与端板螺接。但是也可设想其它固定机构。

17、此外，本发明也涉及一种具有根据本发明上紧装置或其设计方案之一的电池模块。由此，对根据本发明的上紧装置及其设计方案所述的优点以相同的方式适用于根据本发明的电池模块。

18、此外，电池模块也可以包括电芯组，电芯组具有多个沿堆垛方向并排布置的电芯。电芯例如可以构造成锂离子电芯。此外，电芯优选地构造成棱柱形电芯。但原则上，本发明也可以应用在构造成其它形式的电芯中。在分别两个相邻地布置的电芯之间，可以布置其它可选的元件，例如膨胀板等。

19、此外，具有根据本发明的电池模块的电池，尤其是高压电池也应视为属于本发明。这种高压电池此外可以具这种电池模块中的多个。电池模块例如可以布置在共同的整个电池壳体中。电池模块例如可以通过其端板与电池壳体螺接或者以其它方式固定在电池壳体处。

20、此外，具有这种电池模块或这种高压电池的机动车也应视为属于本发明。根据本发明的机动车优选地设计成汽车，尤其是乘用车或载重货车，或者公共汽车或摩托车。

21、此外，本发明也涉及一种用于上紧电池模块的电芯组的方法，其中，提供具有多个沿堆垛方向并排布置的电芯的电芯组，并且提供用于容纳并紧包住电芯组的上紧装置。在此，作为上紧装置的一部分提供上紧带，上紧带由纤维加强的塑料构成，纤维加强的塑料具有沿着上紧带的长度方向伸延的纤维，其中，沿着环绕方向将上紧带布置在电芯组处，从而上紧带在围绕电芯组布置的状态中具有在垂直于堆垛方向的第一方向上的高度，并且上紧带的长度沿着垂直于第一方向的环绕方向伸延。

22、在此，已经对于根据本发明的上紧装置及其设计方案阐述的优点也以相同的方式适用于根据本发明的方法。

23、在方法的另一有利的设计方案中，此外提供至少一个第一端板，第一端板布置在电芯组沿堆垛方向的第一端部处，从而在围绕电芯组布置的状态中，上紧带沿环绕方向包围布置在第一端部处的第一端板。同样，在此也可以再次与以上已经阐述的相似地附加地将第二端板布置在电芯组的另一端部处。此外非常有利的是，此外如此将第一压板布置在第一端板处，使得通过布置压板将上紧带的一区段压入凹部中，上紧带布置成至少部分地覆盖通过端板提供的凹部。由此可有利地绕电芯组将上紧带上紧。

24、本发明也包括根据本发明的方法的这样的改进方案，即，该改进方案具有已经结合根据本发明的上紧装置的改进方案阐述的特征。出于这一原因，在此不再次阐述根据本发明的方法的相应的改进方案。

25、本发明也包括所阐述的实施方式的特征的组合。因此，本发明也包括分别具有所阐述的实施方式中的多个的特征的组合的实现方案，只要没有以彼此排除的方式阐述这些实施方式。

26、接下来阐述本发明的实施例。以下解释的实施例是本发明的优选的实施方式。在实施例中，所阐述的实施方式的组件分别表示单独的、应视为彼此独立的本发明的特征，这些特征也分别彼此独立地改进本发明。因此，公开内容也应包括与所阐明的实施方式的特征的组合不同的组合。此外，也可通过已经阐述的本发明的特征中的其它特征补充所阐述的实施方式。