用于机动车的蓄能器、机动车和用于制造蓄能器的方法与流程

本发明涉及一种用于机动车的蓄能器，其包括用于保护蓄能器的至少一个电芯的保护装置，其中，蓄能器包括由塑料材料制成的至少一个构件。此外，本发明还涉及一种具有这种蓄能器的机动车和用于制造蓄能器的方法。

背景技术：

1、用于机动车的蓄能器、特别是高压电池在理想情况下应被很好地保护以防止液体进入电池壳体中，否则可能会发生短路。为了提高与这种蓄能器相关的安全性，还已知将超吸收性材料引入这种高压电池中以结合水。

2、例如de 10 2020 104 650 a1描述了一种蓄能器装置，其具有布置在由壳体元件限定的容积中的蓄能器部件，在其中还布置有具有吸收剂的吸收元件，其设计为用于在所述容积中存在能导电的液体的情况下吸收液体。吸收剂可以包括超吸收体。

3、设置这种吸收元件需要额外的结构空间。也可以考虑，通过填充空腔将超吸收性材料引入特定部件中。这一点的前提条件是一定的空间需求。此外，与设置这种吸收元件相应地总是与附加的重量相关。通常，超吸收性材料可以作为细颗粒提供和引入，但其缺点是颗粒会滴落，因此很难保持在特定位置。

4、此外如在de 10 2012 220 400 a1中公开的那样，吸水性聚合物产物也可以集成到复合物中。为此纤维无纺织物可以用吸水性聚合物产物涂层，然后用另一种纤维无纺织物遮盖。这种复合物可以作为附加的外皮层被设置用于缆线。这也需要附加的结构空间并且产生额外的重量。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种用于机动车的蓄能器、机动车和方法，其使得以尽可能节省空间和节省重量的方式提高蓄能器的保护。

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蓄能器、机动车和方法来实现。本发明的有利的设计方案是从属权利要求、说明书和附图的主题。

3、根据本发明的用于机动车的蓄能器包括用于保护蓄能器的至少一个电芯的保护装置，其中，蓄能器包括由塑料材料制成的至少一个构件。在此，构件是保护装置的一部分，塑料材料包括超吸收性材料，使得至少一个构件设计为用于吸收液体，其中，为构件还分配有与吸收液体不同的附加功能。

4、本发明基于下述认识，即，超吸收性材料——其在下文中部分地也简单地称为超吸收体——在没有水的情况下通常是“硬”塑料结构。只有在与水接触的情况下，超吸收体才开始膨胀并且失去其机械稳定性。这有利地能够实现将这种超吸收性材料用作结构塑料的一部分，或者由超吸收体形成这种结构塑料，并且由此制造蓄能器内的任意塑料构件。因此，在蓄能器的正常运行状态中，即当超吸收性材料不与液体接触且未被浸湿时，这种构件可以相应地承担不同于液体吸收的特定功能。换句话说，到目前为止通常在蓄能器中应用或布置的塑料构件可以像以前一样制造或使用，只是它们现在不是由传统的塑料材料制成，而是至少按比例包括超吸收性材料。在正常状态中，即当没有液体被构件吸收时，这些构件的正常功能——其在这种情况下称为附加功能——也不会被超吸收性材料部分影响。附加地，“至少由超吸收性材料按比例构造这种构件”然而具有如下主要优点，即，在例如液体进入蓄能器中的故障情况下，该构件可以至少部分地吸收该液体。通过该构件还可以降低空气湿度。因此，本发明有利地使得在不引起附加的重量或不需要附加的结构空间的情况下将超吸收性材料引入蓄能器中，因为这种超吸收性材料可以通过塑料结构材料协同地引入，而不是作为在构件中单独的附加部件。这意味着巨大的重量节省和包装节省。另一个优点是，引入的超吸收性材料如所述的那样可以降低蓄能器内的空气湿度，并且还可以在发生泄漏时必要时吸收渗入的水。因此可以以结构空间特别有效且节省重量的方式显著提高与蓄能器相关的安全性。

5、超吸收性材料特别可以被理解成超吸收体聚合物或超吸收性聚合物。一般来说，超吸收体是不溶于水的交联聚合物，其能够在膨胀和形成水凝胶的情况下接收并且在压力下挡住大量的水、水溶液等。在此，超吸收体例如可以吸收其自身重量的至少100倍的水。

6、蓄能器优选地设计为高压蓄能器、特别是高压电池。通常，这种蓄能器可以包括具有布置在其中的多个电芯的电池壳体。这些电芯也可以可选地组合成电池模块。因此，蓄能器还可以包括例如多个电池模块，每个电池模块具有多个电芯。例如，电芯可以设计为锂离子电芯。模块也可以具有自己的模块壳体。原则上，包括作为结构材料的超吸收体的构件可以形成为这些构件的一部分，或者形成为存在于这种蓄能器中的由塑料材料制成的许多其他构件的一部分。对此的示例例如是盖、缆线引导件、设计结构、缆线扎带、护套等。后面还更详细地阐述其他构件。

7、在本发明的另一个有利的设计方案中，作为超吸收性材料与至少一种不同于超吸收性材料的塑料的材料结合的化合物、特别是以均匀的材料混合物的形式提供塑料材料。在这种情况下，与至少一种另外的塑料的组合是非常有利的，因为这使得以简单的方式提供具有所需性能的构件成为可能。例如，这些性能与构件的导热性、构件的导电性、构件的机械性能、构件的温度稳定性、构件的蠕变行为、与水接触时的膨胀行为等有关。所有这些性能都可以通过与至少一种另外的塑料的塑料混合物进行有针对性的调节。因此，可以提供具有适合于执行附加功能的性能的构件，同时还提供额外的吸水性或通常的吸液性，而不需要额外的结构空间或重量。根据塑料混合物的不同，构件可以设计为例如形状稳定的刚性构件，或者也可以设计为可弯曲的或可弹性变形的或可压缩的或类似的。

8、在此，塑料材料可以包括至少一种不同于超吸收性材料的塑料并且可以是聚合物共混物或聚合物合金。由此可以有利地在包括超吸收性材料的各种塑料材料之间提供材料结合的化合物。由此，塑料材料可以以特别简单的方式提供，例如具有均匀的材料性能，这对于许多构件是有利的。然而，还可以设想各种塑料部件的形结合的混合物，以提供包括超吸收性材料的塑料材料。

9、原则上，超吸收性材料和至少一种另外的塑料可以以不同的方式混合或在微观层面上建立连接。特别地，超吸收性材料的聚合物链和至少一种另外的塑料的聚合物链可以相互扭曲或缠绕，而没有在微观层面上建立材料结合的连接，或者其可以材料结合地连接成共同的聚合物链，使得例如构件的塑料材料的单个聚合物链具有由超吸收性材料的聚合物链提供的部段和由另外的塑料材料的聚合物链提供的部段。例如，共聚物就是这种情况。

10、此外也可以规定，塑料材料包括纤维增强塑料，特别是包括作为玻璃纤维和/或碳纤维提供的增强纤维。由此可以提供具有特别高的强度性能、例如具有特别高的抗拉强度的塑料材料，由此塑料材料特别适合于提供例如张紧带，以用于张紧作为构件的蓄能器的电芯堆。然而，作为纤维增强塑料的结构对于蓄能器中的许多其他构件也是非常有利的。

11、在本发明的另一个有利的设计方案中，塑料材料完全由超吸收性材料提供。尽管不太优选，但仍然可以用超吸收性材料制造或提供整个构件。由此可以提供具有非常大的液体吸收能力的构件。如果对构件要满足的附加功能没有很大的要求，并且构件例如仅用作盖等，则这是有利的。

12、在本发明的另一个有利的设计方案中，至少一个构件设计为注塑构件和/或深拉构件和/或3d打印构件和/或冲压构件。换句话说，在使用超吸收性材料时所提供的结构塑料可以有利地用于以注塑方法或借助于深拉方法或借助于3d打印或借助于冲压、特别是热流冲压，或也借助于任意的其他制造方法来形成或制造任意的构件。因此，几乎每个任意的塑料构件都可以以特别简单的方式制造，并具有液体吸收性能。

13、在本发明的另一个有利的设计方案中，蓄能器包括多个电芯，其中，构件作为电芯分隔元件布置在至少两个电芯之间，特别是其中，电芯并排布置以在堆叠方向上形成电芯堆，蓄能器包括多个构件，其中，在堆叠方向上相邻布置的电芯中的每两个电芯之间布置有构件之一作为电芯分隔元件。

14、这种设计方案是特别有利的，因为作为电芯分隔元件的构件可以通过构件的附加液体吸收性能实现特别大的保护功能。在此，电芯分隔元件通常可以执行多种功能。特别地，这种电芯分隔元件例如设计为用于，使电芯——电芯分隔元件布置在电芯之间——电绝缘和热绝缘。此外，这种电芯分隔元件可以至少部分变形或压缩，特别是弹性变形，以便能够吸收电芯的张力和膨胀力。如果这样的电芯分隔元件现在与该液体接触，例如当液体以不期望的方式进入蓄能器中时，则包含超吸收体的电芯分隔元件现在可以至少部分地吸收该液体，并在此过程中膨胀。由于膨胀，电芯分隔元件相应地失去其结构刚度，并可能被压入最小的裂缝和间隙中。然后，电芯之间的这种“水垫”可以相应地用作电芯之间的附加热障，这特别在电芯热失控的情况下是非常有利的。恰好在发生故障的情况下，这种具有超吸收性材料的电芯分隔元件确保可以阻止蓄能器内的可能的热传播。

15、在本发明的另一个有利的设计方案中，蓄能器具有以下部件中的至少一个部件，构件设计为以下部件中的至少一个部件的至少一部分：电池壳体，在该电池壳体中布置有多个电芯、特别是分别具有多个电芯的多个电池模块；电池模块的模块壳体，在该模块壳体中布置有由蓄能器包括的多个电芯；用于张紧在堆叠方向上堆叠的多个电芯的由电池模块包括的电芯堆的张紧装置；张紧装置的两个端板中的至少一个端板和/或张紧装置的张紧带，其将端板与电芯堆一起张紧；布置在模块壳体的端板之一处的电子部件的壳体；另一个电子部件的壳体；部件壳体，其特别是不同于电池壳体和模块壳体；特别是传感器的、电气和/或其他电子构件的部件壳体；支架或把手，特别是在一个或多个电池模块处；缆线支架或缆线扎带和/或缆线引导部件和/或包围多根缆线的缆线外皮；固定元件；接触保护装置，特别是在带电压的构件、例如将电芯彼此电连接的电芯连接器和/或电芯的极端子和/或用于将两个电池模块电连接的模块连接器处的接触保护装置；盖、特别是保护盖；间隔垫片；外罩构件；电池开关单元或电池接线盒；或者用于使第一部件相对于环境或相对于第二部件电绝缘的绝缘元件，特别是其中，第一部件是电芯极或电芯连接器或模块连接器，第二部件是能导电的部件、特别是电池壳体或冷却装置的一部分，等等。

16、因此有利地提供了多种可行性方案，以将超吸收性材料作为结构塑料集成到一个或多个或所有这些提到的部件中或者也集成到与在此未明确提到的部件不同的构件中。这提供了多种使用可行性。

17、相应地，本发明的另一个有利的设计方案提出，被分配给至少一个构件的附加功能是以下附加功能中的至少一种：电绝缘功能；保护功能；容纳功能；保持或稳定功能；提供蓄能器的两个部件彼此间的最小距离；两个电芯的电芯隔离功能，特别是在空间、电和热方面的隔离功能；固定和/或紧固功能；遮盖功能。

18、原则上，这些附加功能也可以称为构件的主要功能，而液体吸收功能也可以称为附加功能。因此，该构件主要用于与在蓄能器中吸收液体不同的目的。除了可能地吸收或降低蓄能器中的空气湿度之外，该构件仅在特殊情况或紧急情况下承担这种液体吸收功能。通常，该构件用于其他主要目的。这使得将超吸收体集成到该构件的结构材料中特别有效，因为不需要附加的结构空间或附加的重量来将这种液体吸收附加功能集成到构件中，这种附加功能原本很少使用，但可以显著提高蓄能器的安全性。

19、此外，本发明还涉及一种具有根据本发明的蓄能器的机动车或其设计方案之一。

20、此外，本发明还涉及一种用于制造蓄能器的方法，该蓄能器包括用于蓄能器的至少一个电芯的保护装置，其中，蓄能器与至少一个构件由塑料材料制成。在此，作为保护装置的一部分的至少一个构件由包括超吸收性材料的塑料材料制成，使得至少一个构件设计为用于吸收液体，其中，为构件还分配有不同于吸收液体的附加功能。

21、针对根据本发明的蓄能器和其设计方案所述的优点同样适用于根据本发明的方法。

22、本发明还包括根据本发明的方法的改进方案，其具有已经结合根据本发明的蓄能器的改进方案所描述的特征。出于这个原因，此处不再描述根据本发明的方法的相应的改进方案。

23、根据本发明的机动车优选地设计为汽车，特别设计为乘用汽车或商用汽车，或者设计为大客车或摩托车。

24、本发明还包括所述实施方式的特征组合。因此，本发明还包括以下实现方案，这些实现方案分别具有多个所述实施方式的特征组合，只要这些实施方式没有被描述为相互排斥的。