電池系統的制作方法

本發明涉及根據權利要求1前序部分的電池系統，特別是用于混合動力驅動器的電池系統。本發明還涉及包括這種類型電池系統的機動交通工具和制造方法。例如根據可追溯到申請人的文獻ep2744034a，開始所提及類型的電池系統是已知的。

背景技術：

上述文獻ep2744034a1描述了一種電池系統，包括布置在殼體內的由電池單元形成的多個單元模塊。壓力袋布置在單元模塊與殼體之間，并且可填充空氣或氮氣。一般而言，因此提供具有可變內部體積的容器，為了相對于殼體支撐單元模塊，容器填充有可壓縮介質。雖然電池系統各個組件的這種類型的支撐是完全有利的，但是在進一步發展電池系統的過程中發現，對于電池系統的連續制造而言存在風險。作為示例，存在這樣的風險：壓力袋中的壓力將由于溫度波動而變化，因此不同的支撐力將作用于單元模塊。此外存在這樣的風險：例如因為老化效應的結果，壓力袋會失去其密封，因此失去其壓迫功能。總體而言，因此不能長期保證穩定的電池系統內的支撐。

技術實現要素：

本發明的一個目的是詳細說明一種電池系統，該電池系統設置有各個組件的永久穩定支撐。本發明的另一個目的是詳細說明一種包括這種電池系統的機動交通工具，以及用于組裝電池系統和用于制造用于電池系統的壓力袋的方法。

根據本發明，通過權利要求1的主題實現關于電池系統的目的，通過權利要求11的主題實現關于機動交通工具的目的，通過權利要求12的主題實現關于電池系統的裝配方法的目的，且通過權利要求15的主題實現關于電池系統的壓力袋的制造方法的目的。

本發明基于以下概念，其詳細說明一種電池系統，特別用于混合動力驅動器，其中電池系統包括殼體和布置在殼體內的多個電池單元。電池單元被組合以形成單元模塊。具有可變內部體積的容器被布置在所述單元模塊與殼體的至少一個殼體壁之間。借助于所述容器，所述單元模塊能夠相對于所述殼體而被支撐。根據本發明，所述容器被填充有可固化介質或固化介質。

隨著引言中所述電池系統的發展，用可以固化的介質來填充具有可變內部體積的容器。這優選在壓力下進行，從而在電池系統的組裝期間對單元模塊施加預支撐。特別地，相對于殼體壁來支撐單元模塊。因為使用可固化介質，所以一旦介質固化，預支撐就一直作用于單元模塊。固化介質優選為不可壓縮，例如使得溫度變化幾乎不影響單元模塊的壓力負載。最后，還消除了泄漏的風險，因為固化介質在尺寸上是穩定的。即使在對容器造成損壞的情況下，也可以因此保持預支撐壓力。

容器優選為壓力袋。特別地，壓力袋可通過在其邊緣相互焊接的兩個膜形成。容器可以特別容易和經濟地以壓力袋的形式制造。

在根據本發明的電池系統的特別優選變型中，所述殼體壁向外變形，特別是彎曲的。這里，所述殼體壁將引導到殼體內部的支撐力施加到單元模塊上。支撐力特別經由容器或經由壓力袋施加到單元模塊上。因此，永久作用于單元模塊的預支撐力不是從容器或可固化介質發出，而是由殼體永久施加。在壓力下填充到容器或壓力袋中的可固化介質使殼體壁彈性變形，其中殼體壁的恢復力產生支撐力，支撐力被引導到殼體內部。支撐力從容器或壓力袋傳遞到單元模塊，容器或壓力袋用固化介質按照在尺寸上穩定的形式填充。向單元模塊施加預支撐力的這個原理特別持久。向外變形的殼體壁基本上按照板簧的方式起作用，并推向裝有固化介質的容器，容器將這個支撐力轉移到單元模塊。

容器，特別是壓力袋，可以封裝單元模塊的四個側面。特別地，可以假設容器或壓力袋封裝單元模塊的上側、下側、橫向側和端側。容器或壓力袋的這種布置一方面為了從所有側面實現單元模塊的預支撐特別有效，另一方面使得容器或壓力袋的設計盡可能簡單。特別地，容器或壓力袋在單元模塊的相對上下側的布置產生關于電池組件的組裝的優點。由于容器或壓力袋的雙側布置，保證了用可固化介質填充容器或壓力袋時，單元模塊不會在殼體中移動。

容器或壓力袋優選具有至少1.5巴的耐壓強度。特別優選的是，容器或壓力袋的耐壓強度至少對應于2巴，特別是至少2.5巴。因此，保證容器或壓力袋承受由于可固化介質施加的壓力，直到介質完全固化。

因為通過在邊緣相互焊接的兩個復合膜形成容器，所以實現了容器，特別是壓力袋的特別簡單的制造。為了進一步簡化制造方法，兩個復合膜可以具有基本上相同的層結構或者可以相同地形成。

復合膜有利地各自具有連接層和支撐層，連接層特別由聚丙烯制成，支撐層特別由聚酰胺制成。有利的是如果可以焊接連接層，其中聚丙烯特別適合于此目的。支撐層特別用于穩定或形成復合膜的結構。在制造容器或壓力袋時，兩個復合膜優選布置為它們的連接層相互面對并通過激光束相互焊接。這里，可以使用特別迅速的掃描儀激光焊接方法，從而加快容器或壓力袋的制造過程。

容器或壓力袋優選包括供給閥。供給閥可以布置在單元模塊的端側，或者布置在單元模塊的端側。供給閥可以是夾管閥或止回閥。供給閥在單元模塊端側的布置對于制造而言是有利的。因此，單元模塊可以與未填充的容器或壓力袋一起插入電池系統的殼體中。然后，可以經由殼體端側的開口將可固化介質填充到容器中。在這樣做時，容器膨脹并拉伸殼體的殼體壁，使其向外彎曲并且被預支撐。只要有足量的可固化介質填充到容器中，就可以從供給閥去除用于可固化介質的供給管。如果供給閥形成為止回閥，則可自動防止介質逸出。然后可通過端蓋在端側封閉殼體，從而完全組裝電池系統。

可固化介質或固化介質優選為塑料。特別地，介質可以是泡沫(優選為高強度泡沫)、樹脂(優選為環氧樹脂)、或凝膠。泡沫的使用具有特別的優點，一旦填充介質，它就會自動膨脹并在殼體壁上施加附加壓力，以便預支撐它。相比之下，樹脂在防止泄漏方面具有優勢。即使容器或壓力袋損壞或變為可滲透(例如由于老化原因)，樹脂也會形成固體塊，在殼體壁上保持預支撐。

殼體可由壁厚在2mm與5mm之間的鋼板形成。特別地，鋼板的壁厚可以在2.5mm與4mm之間。使用壁厚為3mm的鋼板是特別有利的。鋼板優選由彈簧鋼制成，從而能夠對單元模塊施加彈性預支撐力。特別地，可以想到使用高強度細晶粒結構鋼作為殼體的材料。一般而言，用于殼體的鋼板應當具有大于500的最小屈服點rp0.2。拉伸強度應至少為400。根據dinen10027-2：2013-09標準，材料編號為1.0060的鋼擁有適用于預支撐單元模塊的特別良好的彈性性質。這種類型的鋼也以st60-2和e335的短名稱為人所知。

根據協同方案，本發明基于以下概念，其詳細說明一種機動交通工具，特別是混合動力交通工具，包括至少一個先前所述的電池系統。

本發明的其他協同方案涉及一種用于組裝前述電池系統的方法。在根據本發明的方法中進行以下步驟：

a)在單元模塊的橫向側上布置容器，特別是壓力袋的中間區域；

b)折疊所述容器，特別是所述壓力袋的邊緣區域，使其突出超過所述上側，以及將一個邊緣區域放置在所述單元模塊的上側，并將一個邊緣區域放置在所述單元模塊的下側；

c)折疊所述容器，特別是所述壓力袋的前部區域，突出超過所述中間區域，并將所述前部區域放置為抵靠所述單元模塊的端側；

d)將所述容器封裝的、特別是所述壓力袋封裝的所述單元模塊布置在所述單元模塊中；

e)在壓力下將可固化介質填充到所述容器，特別是所述壓力袋中；以及

f)固化介質。

根據本發明的方法使得能夠以特別簡單的方式制造電池系統，其中殼體內的單元模塊得到支撐。這里，作用于電池單元的支撐力由殼體永久性施加。填充可固化介質確實導致由介質引起的容器中的臨時壓力增加。此外，可經由介質的固化過程進一步施加壓力。容器內的壓力導致殼體的膨脹，通過這種方式彈性地預支撐殼體。殼體或殼體壁推回初始狀態，從而對單元模塊施加支撐力。

優選以處于0.3巴與2巴之間的壓力填充可固化介質。特別地，假設填充可固化介質時的壓力是在0.35巴與1.5巴之間，特別是在0.4巴與1巴之間，優選是在0.45巴與0.7巴之間，特別有利的是對應于0.5巴的填充壓力。

在填充和/或固化可固化介質時，殼體有利地彈性變形。彈性變形特別發生在與容器或壓力袋的邊緣區域相關聯的殼體壁處。具體而言，因此假設殼體的上下側彈性變形，從而觸發在殼體內部起作用的支撐力。

在本發明的范圍內，還公開并要求保護一種用于制造在引言中描述的壓力袋或電池系統的方法，其中將兩個復合膜在彼此之上被基本上一致地布置并在其邊緣相互焊接。優選通過激光束進行焊接。該制造方法可以按照特別簡單和經濟的方式實現，因此很適合于連續生產。

復合膜的邊緣可通過掃描儀激光焊接方法焊接。這里，還可以假設用兩個焊縫來連接復合膜，其中焊縫以相互恒定的距離行進。這樣形成對泄漏的附加保護。特別地，因此產生冗余，使得即使其中一個焊縫泄漏也能保證壓力袋的密封。

附圖說明

下面參考附圖，基于示例性實施例更詳細地描述本發明，其中：

圖1示出用于根據本發明的電池系統的容器，特別是壓力袋的立體圖；

圖2示出根據本發明的具有根據圖1的容器或壓力袋的電池系統的單元模塊的立體圖；

圖3示出根據圖2的單元模塊的前視圖；

圖4a示出具有根據圖2的單元模塊的電池系統的殼體在將可固化介質填充到壓力袋之前的剖視圖；

圖4b示出具有根據圖2的單元模塊的電池系統的殼體在將可固化介質填充到壓力袋之后的剖視圖；以及

圖5示出根據圖2的電池系統的單元模塊的立體分解圖。

具體實施方式

在圖1中作為示例示出具有可變內部體積并且優選形成為壓力袋30的容器。壓力袋30基本上是袋子狀或墊子狀，并且由兩個復合膜形成，在其邊緣它們彼此焊接。壓力袋30的幾何形狀可以分成中間區域31、兩個邊緣區域32和前部區域33。前部區域33始于邊緣區域32的其中一個。邊緣區域32通過中間區域31相互分離。供給閥34布置在前部區域33中。供給閥34基本上形成為止回閥，并且固定連接(例如粘合或焊接)于壓力袋30。

壓力袋可以填充可固化介質35，優選為塑料。特別地，使用泡沫或樹脂(例如環氧樹脂)作為可固化介質35。這里，壓力袋30膨脹并以預支撐力的形式將介質35的填充壓力傳遞給周圍組件。特別地，由于介質35的填充壓力，壓力袋30可以對電池系統10的殼體11施加預支撐力。

在圖2中可以清楚地看到壓力袋30在電池系統10中的布置。圖2示出電池系統10的單元模塊20的立體圖，電池系統10還包括殼體11，殼體11具有殼體壁12。圖2示出布置在單元模塊20周圍的壓力袋30。根據圖2的壓力袋30對應于圖1所示的壓力袋。特別地，壓力袋30包括兩個邊緣區域32、中間區域31和前部區域33。

在電池系統10的組裝狀態下，壓力袋30的中間區域31在單元模塊20的橫向側14上延伸。

兩個邊緣區域32在單元模塊20的上側15和下側16上延伸。在其中一個邊緣區域32上布置的前部區域33按照與單元模塊20的端側17相對放置的方式布置。因此壓力袋30實際上具有圍繞單元模塊20折疊的四個側面，并且可以在殼體11中有效地支撐。

此外從圖2中可以看出，多個流體連接器25布置在電池單元20的端側17上。流體連接器25聯接到在單元模塊20內布置的冷卻元件23，所述冷卻元件用于冷卻電池單元20。電池單元20的內部設計將結合圖5更詳細地說明。

圖3示出前視圖中的單元模塊20，其中可以再次看到單元模塊20被壓力袋30覆蓋。供給閥34布置在前部區域33上，因此布置在同一端側17上，端側17還攜帶流體連接器25。因此，要被供給流體的所有連接和供給閥34都設置在單元模塊20的同一側。優選形成為高壓單元模塊20的單元模塊20的電連接有利地布置在單元模塊20的相對端側。高電壓區域與流體連接器區域之間的有效分離因此成為可能。

根據圖4a和圖4b的剖視圖解釋了在所示示例性實施例中實現的本發明的原理。這里，圖4a示出了具有內部18的殼體11，其中可以布置單元模塊20，并且在上側15、下側16和橫向側14周圍放置未填充的壓力袋30。

一般而言，在本發明的情況下，假設通過可固化介質35來填充壓力袋30，可固化介質35隨時間而固化，優選在幾個小時的時間段內固化，并因此形成固體預支撐層。一旦將壓力袋30布置在單元模塊20周圍并且與單元模塊20一起插入殼體11中，就在壓力下將可固化的、一開始液態的介質35引入壓力袋30。殼體11由于壓力袋30內的壓力而變形。在圖4b中清楚地示出這種情況。圖4b示出與圖4a相同的剖面，其中壓力袋現在被可固化介質填充。殼體壁12現在向外彎曲，特別是在上側15和下側16上。

殼體11具有殼體壁12，優選由鋼板形成。在壓力袋30中的壓力下，鋼板在可復原區域中膨脹或向外彎曲。因此，鋼板或殼體壁12按照彈簧那樣的方式被預支撐。這樣產生恢復力，恢復力充當殼體11的內部18的支撐力。這里，特別地，殼體11的相對較寬的上側和下側15、16向外彎曲。上側和下側15、16的向外彎曲同時產生要施加于橫向側14的拉伸力，壓力袋30的中間區域31沿著橫向側14延伸，拉伸力抵消橫向側14的向外彎曲。如圖4b所示，通過填充可固化介質，殼體11的橫向側14因此不會顯著變形。

因為壓力袋30的基本上體積相同的兩個邊緣區域32沿著上側15和下側16布置，所以當可固化介質35填充到壓力袋30中時，防止了單元模塊20在殼體內移位。上側15和下側16由于壓力袋30中的壓力而向外彎曲，其中相對于上側15或下側16的原始平面定位，在頂點處的彎曲具有的高度至少對應于殼體壁12的壁厚。換言之，在頂點處的彎曲可具有至少3mm的高度。在實踐中已經發現，在頂點處向外彎曲的高度約為5mm，因此在填充可固化介質(圖4b)之后殼體的總高度比填充可固化介質之前(圖4a)約大10mm。

為了清楚起見，在圖10中示出集成到電池系統10的殼體11中的單元模塊20的結構。單元模塊20包括由多個電池單元21組裝的兩個電池層26。電池單元21形成為圓形電池，且通過接觸板22在它們的極處以機械方式和電方式相互連接。這里，電池單元21以并聯和串聯方式相互連接。此外，單元模塊20還具有采用冷卻袋形式的三個冷卻元件23，其中在每種情況下兩個冷卻元件23將電池層26包圍在它們之間。這里，冷卻元件23依靠接觸板22上的熱傳導性接觸。在它們的縱向端部，冷卻元件23分別包括兩個流體連接器25，流體連接器25能夠將冷卻元件23連接到冷卻回路。

通道結構24設置在冷卻元件23內，并保證通過冷卻元件23的均勻流動，從而均勻散熱。冷卻元件23與電池單元21一起形成單元模塊20。在電池系統10的組裝期間，通過壓力袋30在四個側面上封裝它們，并與壓力袋30一起插入殼體11中。然后用可固化介質25填充壓力袋30，其中將填充壓力設定為導致殼體壁12向外彎曲。殼體11由于殼體壁12中的恢復力而產生支撐力，支撐力作用在單元模塊20上，從而保證冷卻元件23與電池層26之間可靠的熱傳導性接觸。

附圖標記的列表

10電池系統

11殼體

12殼體壁

14橫向側

15上側

16下側

17端側

18內部

20單元模塊

21電池單元

22接觸板

23冷卻元件

24通道結構

25流體連接器

26電池層

30壓力袋

31中間區域

32邊緣區域

33前部區域

34供給閥