具有形状记忆功能的压缩垫及其制造方法与流程

本发明涉及一种具有形状记忆功能的压缩垫，特别是用在电池单元堆(电池单元包)中的压缩垫。此外，本发明涉及一种制造这种压缩垫的方法，此外还涉及一种制造包括具有形状记忆功能的压缩垫的电池单元堆的方法。

背景技术：

1、电动车辆的行驶里程很大程度上取决于安装在该电动车辆中的牵引用电池。如今，使用适当尺寸的高压电池以便推进现代电动车辆，该高压电池由电池单元模组(也称为电池模组)组成，每个电池单元模组中又包含多个电池单元，每个电池单元代表最小的独立能量储存单元。例如，在保时捷taycan(porsche taycan)的某些车型中使用的双层高性能电池包括33个电池单元模组，每个电池单元模组包括十二个单独的电池单元。因此，牵引用电池包括总共396个电池单元，其中锂离子蓄电池用作电池单元。牵引用电池的系统电压为800伏，并且总容量为93.4kwh。

2、通常，为了构造电池，使用电池模组，多个电池单元并联布置在该电池模组中，其中压缩垫(也称为压缩插入件)分别布置在两个电池单元之间。布置在电池单元之间的压缩垫执行另一重要任务，即为不断增加的电池单元厚度(膨胀)提供平衡。膨胀是电池单元，特别是锂离子电池单元的体积变化，该体积变化一方面会在充电和放电期间出现，另一方面会在较慢的时间尺度内由于电池单元老化而出现。膨胀是由电池单元内的活性层的结构变化引起的，该结构变化是由该电池单元中发生的锂离子的重新排布引起的。膨胀在软包电池(一种广泛使用的电池单元设计)的情况下尤其明显。通过如上所述在叠堆方向上在电池单元之间放置压缩垫，该压缩垫可以压缩地补偿电池模组内的电池单元的体积变化。

3、另外，借助于可压缩垫，可以在电池单元包中积聚力，这可以导致该电池单元包在壳体(电池壳体或模组壳体)中夹紧。为了实现良好的预加载，电池单元包的外部尺寸通常与壳体的内部尺寸仅略有不同。目前，可以高度压缩的纯泡沫垫用作压缩垫。因此，在安装期间，电池单元包被叠置以便暂时减小其尺寸，并且在该叠置状态下被插入壳体中，这使得插入电池单元堆的操作变得复杂，并且因此在工艺方面变得相对复杂。然后，插入过程在一定的插入力下进行，因为当从内部插入时，电池单元包按压抵靠在壳体的内部上，并且因此产生摩擦力，在某些情况下，该摩擦力可能会损坏电池单元或压缩垫。

4、公开文本us2014/141307a1公开了一种电池，该电池具有电池外壳和彼此相邻布置的多个电池单元，其中泡沫压缩垫布置在两个相邻电池单元之间，该泡沫压缩垫在组装过程期间被压缩并且在组装之后膨胀。

5、公开文本ep3893291a1公开了一种电池，该电池具有多个电池单元和布置在两个相邻电池单元之间的多个压缩垫和热保护垫，其中压缩垫随着温度升高而收缩。

6、从公开文本ep2475040a1中已知一种电池单元包，多个电池单元按压在两个端接元件之间，并且其中压力垫被布置在端接元件与电池单元之间。

7、从现有技术中已知的壳体中的电池单元堆的压缩垫和组装方法出发，本发明所解决的问题可以看作是提供压缩垫以及便于组装过程的对应制造方法。

技术实现思路

1、这个问题通过具有下文所述的特征的具有形状记忆功能的压缩垫、制造用于电池单元堆的具有形状记忆功能的压缩垫的方法及用于制造电池单元模组的方法来解决。在可选实施方案中可以找到进一步的优选实施方案。

2、本发明基于在形成电池单元堆之前，将压缩垫压缩到限定程度。该压缩程度由附加介质或材料的保持力来固定，并且特别地，在形成电池单元堆及其在壳体中的组装期间维持该压缩程度。选择压缩的压缩垫的限定程度，使得形成的电池单元堆相对于在壳体中为其提供的安装空间而言尺寸较小，并且因此可以更容易地插入壳体中。随后，压缩垫在壳体中膨胀或展开，并且在电池单元上积聚期望的压缩力，以便将这些电池单元固定在壳体中的适当位置。

3、通过用介质填充或浸泡压缩垫或通过将介质作为添加剂结合到压缩垫的填充材料中来实现稳定或“固定(einfrieren)”压缩垫的压缩状态。在第一种情况下，该介质可以是电池(特别是直接冷却电池)的液冷系统的冷却介质，在该电池中电池模组被壳体内的冷却介质直接灌注。该介质在一定温度变得坚硬或非常坚韧，该温度低于电池单元堆在电池中预期使用期间的操作温度。另一方面，在较高温度，并且尤其是在电池单元堆的操作温度范围内的温度，介质是柔软的或液态的。换句话说，在该温度，该介质的强度较低。

4、为了给压缩垫提供形状记忆功能，将压缩垫与介质一起压缩到预定厚度(例如最小厚度)，并且在该状态下冷却，使得由此硬化或韧化的介质将压缩垫保持在该状态。在此经过自主(即无需进一步外力)压缩的状态下，压缩垫被安装在电池单元堆中。因此，电池单元堆的尺寸较小，可以更容易地插入到电池模组或电池壳体中，特别是不需要对电池单元堆施加压力的工具。

5、在该情况下，根据所选择的介质，可以从高于室温的温度(例如电池单元堆的操作温度范围内的温度)到室温或者到更低的温度，或者也可以从室温范围内的温度到低于室温的温度，来执行所需的温度行程。

6、当将已经被介质稳定在压缩状态的压缩垫加热到介质软化或液化并且其保持力降低的温度时，根据本发明的压缩垫的形状记忆功能得以实现。从一定温度开始，压缩垫中的填充材料的膨胀力变得更大，从而导致该压缩垫根据其形状记忆再次膨胀。膨胀的压缩垫压缩电池模组或电池壳体中的电池单元，从而完成组装步骤。

7、本发明的作用机制可以基于海绵(作为压缩垫)和水(作为介质)来说明。为了制造具有形状记忆功能的海绵，首先用水填充/浸泡该海绵，压缩并冷冻该海绵。在冷冻过程完成之后，只要在海绵中冷冻的水是稀少的，压缩的海绵就会保持其形状。然后，将冷冻的海绵推入壳体中到达其安装位置。因为海绵的尺寸较小，所以很容易将该海绵插入壳体中，并且在海绵的左右两侧，相对于壳体的内壁存在间隙。海绵由于较高的环境室温而解冻并且试图恢复其原始形状。因此，该海绵膨胀并且从内部向壳体的内壁施加压力。

8、根据本发明，首先提供一种用于电池单元堆的具有形状记忆功能的压缩垫，该压缩垫包括内部空间，填充材料存在于该内部空间中，其中内部空间另外填充有介质或者介质被结合到填充材料中，其中由于该介质的强度，与压缩垫在没有介质的情况下将呈现的形状相比，该介质将压缩垫保持在压缩形状。因此，本文所述的压缩垫的状态对应于压缩状态，可以说，该压缩状态借助于已经冷却的介质来固定。

9、根据压缩垫的另外的实施方案，填充材料可以是弹性的。例如，填充材料可以包括塑料，诸如泡沫塑料。

10、根据压缩垫的另外的实施方案，介质可以包括电池的液冷系统的冷却介质。冷却介质可以是具有其他适合于冷却介质的性质(热容量、粘度、闪点)的非导电液体。当使用冷却介质作为介质时，该冷却介质可以有利地是电动车辆冷却系统中使用的同一冷却介质，因为该冷却介质在安装和随后压缩之后从填充材料释放到其环境中，并且因此释放到电池的冷却介质中。因此，可以避免在电动车辆的冷却回路中循环的冷却介质被其他液体不期望地污染，例如，如果压缩垫的内部空间中存在偏离该内部空间的冷却介质，则可能发生这种污染。

11、根据本发明，还提供了一种制造用于电池单元堆的具有形状记忆功能的压缩垫的方法。该方法首先包括将介质插入压缩垫中。介质的插入可以包括将介质填充到压缩垫中或者用介质浸泡压缩垫。替代地，该步骤还可以包括将呈添加剂形式的介质结合到压缩垫中，例如结合到其填充材料中。

12、在下一步骤中，根据本发明的制造方法包括压缩填充有介质的压缩垫。例如就压缩垫沿着电池单元堆中的电池单元的堆叠方向的膨胀而言，使压缩垫达到目标尺寸。

13、在进一步的步骤中，根据本发明的方法包括将压缩的压缩垫冷却到使冷却介质能够在没有外力作用在压缩垫上的情况下将该压缩垫保持在其压缩形状的温度。换句话说，对位于压缩垫中的介质的冷却导致其材料性质朝向增加的保持力变化。介质可能会变得非常坚硬或坚韧，以至于其保持力超过压缩垫的填充材料的膨胀力，从而将压缩垫保持在压缩形状。

14、介质还可以用作冷藏装置，从而允许压缩垫更缓慢地升温，因此延长压缩垫膨胀之前的时间。例如，压缩垫可以被压缩和冷冻，但是由于热质量低，在可以被安装在最终位置之前，该压缩垫可以通过环境温度快速地升温和膨胀。如果该压缩垫现在在冷却介质中被预浸泡，则因此可以增加其热质量。同样，这可能会增加压缩垫加热并且膨胀之前的时间。

15、根据本发明的制造方法的另外的实施方案，介质可以包括电池的液冷系统的冷却介质。

16、根据本发明的制造方法的另外的实施方案，介质可以是结合到压缩垫的内部中的添加剂。因此，可以在压缩垫的填充材料或压缩垫本身的制造过程中结合添加剂。

17、根据本发明的制造方法的另外的实施方案，压缩垫被冷却到的温度可以低于电池单元堆的操作温度。

18、根据本发明，还提供了一种用于基于电池单元堆制造电池单元模组的方法，根据本发明的压缩垫安装在该电池单元堆中。该方法最初包括提供带有电池单元的布置的电池单元包，其中相应的压缩垫布置在两个电池单元之间，该压缩垫已经根据先前描述的用于制造根据本发明的压缩垫的方法的实施方案生产。

19、该方法还包括将电池单元包插入壳体中，其中电池单元包相对于在壳体中为其提供的安装空间而言尺寸较小。

20、根据本发明的制造方法的另外的实施方案，该方法还可以包括将压缩垫加热到使介质不再能够将压缩垫保持在其压缩形状的温度。换句话说，根据本发明的方法可以包括通过供应热量来膨胀压缩垫，从而降低介质的强度。

21、根据本发明的制造方法的另外的实施方案，对压缩垫的加热可以借助于流经电池单元模组的流体(液体或气体)来引起。例如，当电池单元组装在电池单元模组中时，这可以借助于穿过电池单元模组的暖空气来实现。

22、总体上，本发明在此公开下述方案1、4和8的技术方案，下述方案2-3、5-7和9-10为优选技术方案：

23、方案1.一种用于电池单元堆的具有形状记忆功能的压缩垫，包括：

24、内部空间，填充材料存在于所述内部空间中，

25、其中所述内部空间另外填充有介质或者所述介质被结合到所述填充材料中，其中由于所述介质的强度，与所述压缩垫在没有所述介质的情况下将呈现的形状相比，所述介质将所述压缩垫保持在压缩形状。

26、方案2.根据方案1所述的压缩垫，

27、其中所述填充材料是弹性的。

28、方案3.根据方案1或2所述的压缩垫，

29、其中所述介质包括电池的液冷系统的冷却介质。

30、方案4.一种制造用于电池单元堆的具有形状记忆功能的压缩垫的方法，包括以下步骤：

31、将介质引入压缩垫中；

32、压缩填充有所述介质的所述压缩垫；

33、将已压缩的压缩垫冷却到使所冷却的介质能够在没有外力作用在所述压缩垫上的情况下将所述压缩垫保持在其压缩形状的温度。

34、方案5.根据方案4所述的方法，

35、其中所述介质包括电池的液冷系统的冷却介质。

36、方案6.根据方案4所述的方法，

37、其中所述介质是被结合到所述压缩垫的内部中的添加剂。

38、方案7.根据方案4至6中的一项所述的方法，

39、其中所述温度低于所述电池单元堆的操作温度。

40、方案8.一种用于制造电池单元模组的方法，包括以下步骤：

41、提供包括电池单元的布置的电池单元包，其中相应的压缩垫布置在两个电池单元之间，所述压缩垫已经按照根据前述方案4-7中的一项所述的方法生产；

42、将所述电池单元包插入壳体中，其中所述电池单元包相对于在所述壳体中为其提供的安装空间而言尺寸较小。

43、方案9.根据方案8所述的方法，还包括：

44、将所述压缩垫加热到使所述介质不再能够将所述压缩垫保持在其压缩形状的温度。

45、方案10.根据方案8或9所述的方法，

46、其中对所述压缩垫的加热由流经所述电池单元模组的流体引起。

47、不言而喻，上述特征和下面将要解释的特征不仅可以以各自指定的组合使用，而且可以以其他组合或它们自身使用，而不脱离本发明的范围。