具有电芯分隔元件的电池模块和用于制造电池模块的方法与流程

本发明涉及一种具有电芯堆的电池模块，电芯堆具有多个在堆垛方向上并排布置的电池电芯，其中，电池电芯包括在堆垛方向上彼此相邻地布置的第一电池电芯和第二电池电芯。此外，至少在第一电池电芯和第二电池电芯之间布置有用于将第一电池电芯和第二电池电芯彼此电绝缘且热隔绝的电芯分隔元件，其中，电芯分隔元件面式地贴靠在第一、第二电池电芯处。此外，本发明也涉及一种用于制造电池模块的方法。

背景技术：

1、在制造电芯模块(在此也称为电池模块)时，将单个电芯合并成堆，所谓的组。在此，电芯壳体独立于所谓的电芯分隔元件。电芯壳体具有一系列任务，例如将电芯稳定地保持在一起，将电芯彼此热隔离，以及也将电芯彼此电绝缘，等。原则上，电池电芯应稳定地被保持在一起，从而在负载下、例如在以高达50g(也就是说50倍的重力加速度)进行碰撞的情况中，电池电芯也不滑脱并且电芯模块或电芯堆不由此变形。为此，通常通过以下方式堆垛电芯，即，从一个电芯开始，然后在单侧粘上电芯分隔元件，接着同样使电芯分隔元件的另一侧设有粘合剂或者撕下可转移胶带的保护膜并且粘上下一个电芯。然后，在该下一个电芯上继续粘上分隔元件并且在分隔元件上继续粘上一个电芯，直至完成整个电芯堆。紧接着，压紧电芯堆并且检查，电芯堆是否好了。此时，尤其是检查，在单个电芯之间不存在绝缘电阻故障，因为这种绝缘电阻故障稍后可能导致危险的短路或者缓慢的自放电至寿命结束并返厂或者甚至在电芯模块内部发生反应。例如，当污物例如颗粒、碎屑等到达电芯之间时，就可能出现这种情况。虽然可以识别这种故障，但电芯堆已经不能返修，因为电芯已经相互不可分离地粘在一起。现在如果尝试分开粘接部，则会损坏敏感的电芯绝缘层并且使损失变得更大。具有例如15个大容量电芯的这种电芯堆具有约1000.00欧的价值，这是由于小颗粒引起的巨大经济损失，此外，如果由于这种事情而仅仅因为不可能返修而必须报废新的高价值的电芯，这是不可持续且对环境不友好的做法。

2、因此期望的是，使得在探测到绝缘故障或电池模块的其它故障的情况下易于返修。

3、wo 2010/031857 a2阐述了一种用于具有多个布置成堆的扁平电芯的蓄能器单元的冷却单元。冷却单元包括至少一个基板，该基板与基本上平面的且彼此平行布置的、彼此间隔开的冷却元件导热地相连接。此外，冷却单元包括为基板配设的热交换器，该热交换器具有面对基板的装配面。在此，冷却元件与扁平电芯面式地接触，以便在这些部件之间建立良好的热耦合。为了防止扁平电芯侧向地从冷却模块中被推出，在冷却单元的与基板相对的侧上设置有封闭板。

4、为了将电芯保持在位置中，需要板形式的附加构件。

技术实现思路

1、因此本发明的目的是，提供一种电池模块以及一种方法，其允许以尽可能简单的方式提供尽可能稳定的电池模块，并且此外能以尽可能简单的方式在探测到故障的情况下实现返修。

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电池模块以及方法实现。本发明的有利的设计方案是从属权利要求、说明书以及附图的主题。

3、根据本发明的电池模块具有电芯堆，电芯堆包括多个在堆垛方向上并排布置的电池电芯，其中，电池电芯包括在堆垛方向上彼此相邻地布置的第一电池电芯和第二电池电芯。在此，至少在第一电池电芯和第二电池电芯之间布置有用于使第一电池电芯和第二电池电芯彼此电绝缘且热隔绝的电芯分隔元件，其中，电芯分隔元件面式地贴靠在第一电池电芯和第二电池电芯上。在此，在电芯分隔元件和至少第一电池电芯之间存在有摩擦锁合的连接，该摩擦锁合的连接反作用于至少一个第一电池电芯和电芯分隔元件的垂直于堆垛方向的相对运动，此外，在第一电池电芯和电芯分隔元件之间不存在材料锁合的连接。

4、因此，电芯分隔元件和第一电池电芯既不通过粘接连接也不通过焊接连接也不通过其它材料锁合的连接相互连接，而是借助于摩擦锁合的连接、尤其是仅仅借助于摩擦锁合的连接相互连接。有利地，这实现了在探测到故障的情况中简单地返修，因为在这种情况中，电芯分隔元件和第一电池电芯之间的连接可以简单地再次拆松。尤其是，可以无破坏地拆松该连接，并且在拆松该连接时的损失相应地不还扩大。在此，本发明基于的认知是，如开头阐述的那样，电芯堆借助于夹紧装置夹紧，以便尽管单个电池电芯膨胀(这也称为鼓胀(swelling))但在电芯堆的使用寿命的进程中仍然将电芯堆在堆垛方向上保持在限定的结构空间中。由此，也使第一和第二电池电芯因此在两侧非常紧地压抵在电芯分隔元件上，或者说将电芯分隔元件卡紧在第一和第二电池电芯之间。由此，提高了在电芯分隔元件和至少第一电池电芯之间的摩擦力，并且此外，该摩擦力在电池模块的使用寿命的进程中附加地增大，这能够越发有效地反作用于在第一电池电芯和电芯分隔元件之间的垂直于堆垛方向的相对运动。此外，本发明基于的认知是，存在大量提高电芯分隔元件与第一电池电芯之间的摩擦值或在这些构件之间提供尽可能高的摩擦值的可行方案，例如高摩擦值覆层、表面结构、表面的橡胶涂层，等。这些措施不需要或者几乎不需要附加的结构空间，并且全都能够在不需要附加的支架或保持板等来将电芯在电芯堆中保持在其位置上的情况下提供稳定的电池模块。有利地，这可仅仅通过在电芯分隔元件与邻接的电池电芯之间的摩擦锁合的连接来提供，并且此外实现非常简单的返修，因为在探测到故障的情况中，可以毫无问题地且在电芯或电芯分隔元件无损坏的情况下再次将电芯堆拆成其单个的组成部分、尤其是电芯和电芯分隔元件。

5、为了电芯分隔元件可以在两个邻接的电池电芯之间提供电绝缘和热隔绝，电芯分隔元件优选地由电绝缘的材料构成，或者具有至少一个由电绝缘材料制成的外部层。为了提供尽可能好的热隔绝，完全由热隔绝的材料、尤其是塑料制成的设计是非常有利的，因为塑料通常非常好地隔热。但是也可考虑其它材料，例如云母等。至少优选的是，电芯分隔元件不由金属材料构成并且尤其是也不包括金属材料。

6、例如，电池电芯可以构造成棱柱形的电池电芯和/或软包电芯，并且例如是锂离子电芯。此外优选的是，在每两个在堆垛方向上相邻地布置的电池电芯之间设置有一个这种电芯分隔元件，电芯分隔元件用于这两个邻接电芯分隔元件的电池电芯的电绝缘和热隔绝。此外，其它的电芯分隔元件可以如对此处的电芯分隔元件阐述的那样构造。电池电芯也可以构造成相同形式，尤其是电池电芯在邻接的电芯分隔元件处的连结也可以构造成相同形式。

7、通过电芯分隔元件此外也应在邻接的电芯之间提供良好的电绝缘所具有的背景是，刚好在一个电池电芯热失控的情况中这种热绝缘是非常有利的，因为通过在电池电芯之间存在的由电芯分隔元件提供的热隔绝，使得一个电池电芯的这种热失控难以热蔓延到相邻的电池电芯上，并且由此可以显著延迟或者甚至可以防止这种热蔓延。由此，可以特别有效地反作用于热传播。

8、尽管不是优选的，但原则上可设想，在电芯分隔元件和邻接电芯分隔元件和/或同样贴靠在电芯分隔元件处的第二电池电芯之间存在有粘接形式的材料锁合的连接。这样也能够将电池模块、尤其是电芯堆例如为了返修而拆分成单个的电池单元，该电池单元分别通过单个的电池电芯连同粘着的电芯分隔元件来提供。因此，至少这种电池单元可以单独更换，这同样使在故障情况中的经济损失显著降到最低，尤其是与分选出/剔除并报废整个电池模块相比。

9、但由于通过在电池电芯和电芯分隔元件之间的摩擦锁合的连接可以提供与通过粘接实现的同样稳定的电池模块，因此优选的是，在电池模块中在电芯分隔元件和电池电芯之间完全不设置粘接连接。相应地，本发明的另一非常有利的设计方案是，在电芯分隔元件和第二电池电芯之间也存在摩擦锁合的连接，该连接反作用于至少一个电池电芯与电芯分隔元件之间的垂直于堆垛方向的相对运动，并且在第二电池电芯和电芯分隔元件之间不存在材料锁合的连接。亦即，在电芯分隔元件和第二电池电芯之间也不应设置粘接连接或焊接连接或类似连接。由此，在修理情况中或者为了电池模块的返修，可以无破坏地且无损坏地将每个电池电芯与邻接该电池电芯的电芯分隔元件拆松，并且反之亦然。

10、在本发明的另一有利的设计方案中，电池模块具有夹紧装置，借助于夹紧装置在堆垛方向上夹紧电芯堆，从而通过夹紧装置，在堆垛方向上以及与堆垛方向相反地将压紧电芯堆的夹紧力施加到电池电芯上。夹紧装置具有的优点是，通过该夹紧装置，尤其是在使用寿命的进程中，可以有效地反作用于由于单个电池电芯的鼓胀而引起的电芯堆的膨胀。附加地，现在有利地也可以通过夹紧装置在堆垛方向上以及与堆垛方向相反地将压紧电芯堆的足够大的力施加到电池电芯上，并因此还附加地增大了在电芯和电芯分隔元件之间的摩擦力。此外，通过在使用寿命的进程中由于电芯的膨胀而引起的逐渐增大的夹紧力，电芯和电芯分隔元件之间的摩擦力也增大。因此，在使用寿命的进程中，电池模块和电芯堆变得还越发稳定。例如，夹紧装置可以构造成包围电池模块的夹紧框或张紧带，等。电池模块例如可以具有两个端板，这两个端板在堆垛方向上以及与堆垛方向相反地在两侧限制电芯堆，并且这两个端板借助于夹紧装置、例如两个侧板或一个环绕的张紧带彼此夹紧并由此朝向堆中心的方向压到电芯堆上。该附加的夹紧装置例如可以在垂直于堆垛方向的第二方向上以及与第二方向相反地限制电池模块，如果例如在垂直于第二方向且垂直于堆垛方向的第三方向上以及在与第三方向相反的方向上不需要另外的模块壳体构件的话。例如，可以将电池模块插入总电池壳体中，从而基于该第三方向定义的电池模块的下侧放在总电池壳体的壳体底部上。通过在电芯分隔元件和电池电芯之间的摩擦锁合的连接，相应地防止电芯或电芯分隔元件关于第三方向在与壳体底部相对的侧上从电芯复合体中滑出。

11、在本发明的另一有利的设计方案中，第一电池电芯具有第一接触面并且电芯分隔元件具有第二接触面，其中，第一和第二接触面完全彼此贴靠，尤其是其中，第一接触面是第一电池电芯的接触电芯分隔元件的整个面，并且第二接触面是电芯分隔元件的接触第一电池电芯的整个面。通过在第一电池电芯和电芯分隔元件之间的这种整面接触，可以提供特别大的摩擦面。电池电芯、尤其是第一电池电芯以及所有其余的电池电芯例如可以具有以堆垛方向为基准的前侧和后侧。前侧和后侧例如也可以是电池电芯的面积最大的侧。在此优选的是，这种前侧以及尤其是还有后侧的大部分，只要相关的电池电芯不是电芯堆的边缘电芯(该边缘电芯是电芯堆的第一个或最后一个电池电芯)的话，大部分地或完全形成第一接触面。因此，第一电池电芯例如可以利用其前侧作为接触面完全贴靠在电芯分隔元件上。此外，电芯分隔元件可以构造成具有与第一电池电芯的前侧相似的或相同的尺寸。因此，电芯分隔元件可以具有关于以上定义的第二方向的、与电池电芯的前侧的长度相对应的长度和关于第三方向的、与电池电芯的在该第三方向上的宽度相对应的宽度。

12、在本发明的另一有利的设计方案中，第一和/或第二接触面具有增大摩擦值的薄膜。在此，使用薄膜来提供尽可能大的摩擦值是非常有利的，因为这种薄膜可非常灵活地施加到任意面上。例如，可以将这种增大摩擦值的薄膜粘接到电芯分隔元件的一侧上，和/或以相应的方式粘接到第一电池电芯的一侧、尤其是其前侧上。当然，当在电池电芯的后侧上同样邻接了另一电芯分隔元件时，也可以将相应的薄膜施加在与第一电池电芯的前侧相对的后侧上。电芯分隔元件也可以在两侧设有这种薄膜。原则上，电池电芯和电芯分隔元件之间的两个接触面中的仅仅一个接触面构造有这种增大摩擦值的薄膜就足够了。如果两个接触面都设有这种薄膜，整体上可提供还更大的摩擦值。将这种薄膜施加在电池电芯的提供第一接触面的侧上此外具有的优点是，尤其是也构造成电绝缘的这种增大摩擦值的薄膜可以为第一电池电芯提供电绝缘，并且以相应的方式也为所有其余的电池电芯提供电绝缘。如开头已经阐述的那样，电池电芯通常具有电绝缘的薄膜，用以使电池电芯相对于外部电绝缘。现在，可以省去这种电绝缘的薄膜，确切的说这种电绝缘的薄膜可以通过增大摩擦值的薄膜替代。由此，尤其可以在堆垛方向上节省结构空间，或者换句话说，当代替地省去了通常的绝缘薄膜时，通过增大摩擦值的薄膜不增加在堆垛方向所需的结构空间。

13、在本发明的另一非常有利的设计方案中，增大摩擦值的薄膜构造有橡胶覆层、尤其是由天然或人工橡胶制成的橡胶覆层，和/或构造有硅酮/有机硅覆层或类似物。刚好橡胶覆层或橡胶状的覆层，或者概言之由弹性体或其它至少部分弹性的塑料制成的覆层，非常好地适用于提供尽可能高的摩擦值。此外，这种橡胶覆层也是电绝缘的，由此有利地，通过该薄膜同时又可以提供电绝缘。这种被涂覆的薄膜然后可以施加到、例如粘接到电芯分隔元件和/或相关电池电芯的期望的接触面或侧上，以提供相应的接触面。通过涂橡胶层，例如可以提供与相应的电池电芯的通常使用的电芯绝缘薄膜相比非常高的摩擦值。

14、代替将这种覆层施加到载体薄膜上并且随后将该薄膜相应地布置在电芯分隔元件和/或电池电芯的侧上，也可以将这种覆层或橡胶涂层直接施加到相应的侧上以提供第一和/或第二接触面。

15、相应地，本发明的另一有利的设计方案是，第一和/或第二接触面构造有增大摩擦值的覆层、尤其是橡胶覆层和/或硅酮覆层。即，该覆层例如可以以橡胶涂层的形式来提供。在此，不是首先将该覆层布置在载体薄膜上并且然后通过载体薄膜的施覆而被施加到相应的接触面上，而是直接将该覆层施加到提供接触面的相应的侧上。

16、在电池电芯的情况中，通常本就存在的绝缘薄膜可以用作这种覆层的载体薄膜。

17、尤其有利的特别是，第二接触面而不是第一接触面要么构造有这种增大摩擦值的覆层，要么通过具有这种增大摩擦值的覆层的薄膜来提供。因此，这有利地实现，保持如目前为止常见的那样的电池电芯构造，并且仅仅相应的电芯分隔元件设有薄膜和/或覆层，或者甚至由具有相对于电芯接触面高的摩擦值的实心材料构成，如稍后对其进行阐述的。

18、在本发明的另一有利的设计方案中，通过勾毛搭扣连接(例如粘扣带或尼龙搭扣连接)来提供摩擦锁合的连接，尤其是其中，第一接触面构造有第一勾毛搭扣连接件，并且第二接触面构造有与第一勾毛搭扣连接件相对应的第二勾毛搭扣连接件。因此，如果要通过勾毛搭扣连接提供摩擦锁合的连接，则优选的是，两个接触面具有相应的勾毛搭扣连接件。通过勾毛搭扣连接，可以提供垂直于堆垛方向的极高的摩擦锁合。例如，两个勾毛搭扣连接件中的一个可以构造成钩带，并且另一个可以构造成长毛厚粗呢带或毛毡带。相应的带构造有与相应的接触面相对应的面。但是除了钩带和长毛厚粗呢带的组合以外，也还存在多种其它的勾毛搭扣连接技术，例如蘑菇头钩带和丝绒带、蘑菇头钩带和长毛厚粗呢带、蘑菇头钩带上的蘑菇头钩带和针织物上的挤出的钩部或蘑菇钩。

19、此外，这种类型的勾毛搭扣也可以作为微勾毛搭扣连接提供。微勾毛搭扣连接结构非常薄，并且相应地由此可以将在堆垛方向上所需的结构空间进一步减小到最小。

20、以上阐述的用于构造第一电池电芯的第一接触面的方案也可以完全相似地转用到或以相同的方式应用在电池模块的所有电池电芯的所有与电芯分隔元件的对应的第二接触面接触的接触面上。相应地，针对电芯分隔元件的第二接触面阐述的构造方案也可以以相同的方式应用和转用于电芯分隔元件的相对的侧，以及尤其是也用于所有其余的可选的其它电芯分隔元件及其与相邻布置的电池电芯接触的接触侧或接触面。即使当电芯堆的边缘电芯未邻接电芯分隔元件，而是邻接到以上阐述的端板上时，该边缘电芯例如也可以设有这种增大摩擦值的薄膜或覆层，以便相应地提高与端板的摩擦。由此，也进一步提高了电池模块的稳定性。

21、但尤其是，电芯分隔元件不仅可以提供有在其接触侧或接触面上特殊地构造的表面，而且电芯分隔元件也可以由相应的实心材料构成，该实心材料实现了相对于邻接的电池电芯的第一接触面的尽可能高的摩擦值。

22、在此，一般来说，高的摩擦值应可以理解成最小0.3、尤其是最小0.4、优选地最小0.5、尤其优选地最小0.6的摩擦值。

23、相应地，本发明的另一有利的设计方案是，电芯分隔元件由形状稳定的、电绝缘的、至少部分地弹性的实心材料构成，尤其是由橡胶或硅酮构成。刚好橡胶或硅酮具有非常好的摩擦性能，此外电绝缘并且尤其是也非常好地隔热。通过部分弹性的性能，实现了在通过以上阐述的夹紧装置压紧电池模块时在电芯上特别均匀的压力分布。此外，由此可以使接触面最大化，因为弹性的材料可以非常好地适配小的微观的不平度。

24、以上阐述的用于提供具有尽可能高的摩擦值的连接的方案也可以以任意方式相互组合。

25、此外，本发明也涉及一种电池、尤其是高压电池，其具有根据本发明的电池模块或其设计方案之一。具有根据本发明的电池模块或根据本发明的高压电池或其设计方案之一的机动车也应视为属于本发明的内容。

26、这种高压电池尤其是可以包括多个所阐述的电池模块。这些电池模块可以布置在共同的电池壳体中。每个电池模块又可以包括多个电池电芯，其中，在每两个彼此相邻地布置的电池电芯之间如所阐述的那样布置并且以摩擦锁合的方式固定有电芯分隔元件。

27、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。

28、此外，本发明也涉及一种用于制造电池模块的方法，其中，提供具有多个在堆垛方向上并排布置的电池电芯的电芯堆，其中，电池电芯包括在堆垛方向上彼此相邻地布置的第一和第二电池电芯。在此，在提供电芯堆时，在第一电池电芯和第二电池电芯之间布置用于使第一电池电芯和第二电池电芯彼此电绝缘和热隔绝的电芯分隔元件，从而电芯分隔元件面式地贴靠在第一和第二电池电芯上。在此，电芯分隔元件布置成，使得在电芯分隔元件和至少第一电池电芯之间存在有摩擦锁合的连接，该摩擦锁合的连接反作用于至少一个第一电池电芯和电芯分隔元件之间的垂直于堆垛方向的相对运动，并且此外使得在第一电池电芯和电芯分隔元件之间不建立材料锁合的连接。

29、对于根据本发明的电池模块及其实施方式阐述的优点以相同的方式适用于根据本发明的方法。

30、本发明也包括根据本发明的方法的改进方案，这些改进方案具有已经结合根据本发明的电池模块的改进方案阐述过的特征。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。

31、本发明也包括所阐述的实施方式的特征的组合。即，本发明也包括分别具有所阐述的实施方式中的多个实施方式的特征的组合的实现方案，只要这些实施方式不是以互斥的方式描述的。