本發(fā)明涉及根據(jù)權(quán)利要求1前序部分的電池系統(tǒng)，特別是用于混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)器的電池系統(tǒng)。本發(fā)明還涉及包括這種類型電池系統(tǒng)的機(jī)動(dòng)交通工具和制造方法。例如根據(jù)可追溯到申請(qǐng)人的文獻(xiàn)ep2744034a，開始所提及類型的電池系統(tǒng)是已知的。

背景技術(shù)：

上述文獻(xiàn)ep2744034a1描述了一種電池系統(tǒng)，包括布置在殼體內(nèi)的由電池單元形成的多個(gè)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?dú)?。一般而言，因此提供具有可變?nèi)部體積的容器，為了相對(duì)于殼體支撐單元模塊，容器填充有可壓縮介質(zhì)。雖然電池系統(tǒng)各個(gè)組件的這種類型的支撐是完全有利的，但是在進(jìn)一步發(fā)展電池系統(tǒng)的過程中發(fā)現(xiàn)，對(duì)于電池系統(tǒng)的連續(xù)制造而言存在風(fēng)險(xiǎn)。作為示例，存在這樣的風(fēng)險(xiǎn)：壓力袋中的壓力將由于溫度波動(dòng)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(fēng)險(xiǎn)：例如因?yàn)槔匣?yīng)的結(jié)果，壓力袋會(huì)失去其密封，因此失去其壓迫功能。總體而言，因此不能長(zhǎng)期保證穩(wěn)定的電池系統(tǒng)內(nèi)的支撐。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的一個(gè)目的是詳細(xì)說明一種電池系統(tǒng)，該電池系統(tǒng)設(shè)置有各個(gè)組件的永久穩(wěn)定支撐。本發(fā)明的另一個(gè)目的是詳細(xì)說明一種包括這種電池系統(tǒng)的機(jī)動(dòng)交通工具，以及用于組裝電池系統(tǒng)和用于制造用于電池系統(tǒng)的壓力袋的方法。

根據(jù)本發(fā)明，通過權(quán)利要求1的主題實(shí)現(xiàn)關(guān)于電池系統(tǒng)的目的，通過權(quán)利要求11的主題實(shí)現(xiàn)關(guān)于機(jī)動(dòng)交通工具的目的，通過權(quán)利要求12的主題實(shí)現(xiàn)關(guān)于電池系統(tǒng)的裝配方法的目的，且通過權(quán)利要求15的主題實(shí)現(xiàn)關(guān)于電池系統(tǒng)的壓力袋的制造方法的目的。

本發(fā)明基于以下概念，其詳細(xì)說明一種電池系統(tǒng)，特別用于混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)器，其中電池系統(tǒng)包括殼體和布置在殼體內(nèi)的多個(gè)電池單元。電池單元被組合以形成單元模塊。具有可變內(nèi)部體積的容器被布置在所述單元模塊與殼體的至少一個(gè)殼體壁之間。借助于所述容器，所述單元模塊能夠相對(duì)于所述殼體而被支撐。根據(jù)本發(fā)明，所述容器被填充有可固化介質(zhì)或固化介質(zhì)。

隨著引言中所述電池系統(tǒng)的發(fā)展，用可以固化的介質(zhì)來填充具有可變內(nèi)部體積的容器。這優(yōu)選在壓力下進(jìn)行，從而在電池系統(tǒng)的組裝期間對(duì)單元模塊施加預(yù)支撐。特別地，相對(duì)于殼體壁來支撐單元模塊。因?yàn)槭褂每晒袒橘|(zhì)，所以一旦介質(zhì)固化，預(yù)支撐就一直作用于單元模塊。固化介質(zhì)優(yōu)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(fù)載。最后，還消除了泄漏的風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)楣袒橘|(zhì)在尺寸上是穩(wěn)定的。即使在對(duì)容器造成損壞的情況下，也可以因此保持預(yù)支撐壓力。

容器優(yōu)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(gè)膜形成。容器可以特別容易和經(jīng)濟(jì)地以壓力袋的形式制造。

在根據(jù)本發(fā)明的電池系統(tǒng)的特別優(yōu)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(dǎo)到殼體內(nèi)部的支撐力施加到單元模塊上。支撐力特別經(jīng)由容器或經(jīng)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(yù)支撐力不是從容器或可固化介質(zhì)發(fā)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(zhì)使殼體壁彈性變形，其中殼體壁的恢復(fù)力產(chǎn)生支撐力，支撐力被引導(dǎo)到殼體內(nèi)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(zhì)按照在尺寸上穩(wěn)定的形式填充。向單元模塊施加預(yù)支撐力的這個(gè)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(zhì)的容器，容器將這個(gè)支撐力轉(zhuǎn)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(gè)側(cè)面。特別地，可以假設(shè)容器或壓力袋封裝單元模塊的上側(cè)、下側(cè)、橫向側(cè)和端側(cè)。容器或壓力袋的這種布置一方面為了從所有側(cè)面實(shí)現(xiàn)單元模塊的預(yù)支撐特別有效，另一方面使得容器或壓力袋的設(shè)計(jì)盡可能簡(jiǎn)單。特別地，容器或壓力袋在單元模塊的相對(duì)上下側(cè)的布置產(chǎn)生關(guān)于電池組件的組裝的優(yōu)點(diǎn)。由于容器或壓力袋的雙側(cè)布置，保證了用可固化介質(zhì)填充容器或壓力袋時(shí)，單元模塊不會(huì)在殼體中移動(dòng)。

容器或壓力袋優(yōu)選具有至少1.5巴的耐壓強(qiáng)度。特別優(yōu)選的是，容器或壓力袋的耐壓強(qiáng)度至少對(duì)應(yīng)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(zhì)施加的壓力，直到介質(zhì)完全固化。

因?yàn)橥ㄟ^在邊緣相互焊接的兩個(gè)復(fù)合膜形成容器，所以實(shí)現(xiàn)了容器，特別是壓力袋的特別簡(jiǎn)單的制造。為了進(jìn)一步簡(jiǎn)化制造方法，兩個(gè)復(fù)合膜可以具有基本上相同的層結(jié)構(gòu)或者可以相同地形成。

復(fù)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(wěn)定或形成復(fù)合膜的結(jié)構(gòu)。在制造容器或壓力袋時(shí)，兩個(gè)復(fù)合膜優(yōu)選布置為它們的連接層相互面對(duì)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(yōu)選包括供給閥。供給閥可以布置在單元模塊的端側(cè)，或者布置在單元模塊的端側(cè)。供給閥可以是夾管閥或止回閥。供給閥在單元模塊端側(cè)的布置對(duì)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(tǒng)的殼體中。然后，可以經(jīng)由殼體端側(cè)的開口將可固化介質(zhì)填充到容器中。在這樣做時(shí)，容器膨脹并拉伸殼體的殼體壁，使其向外彎曲并且被預(yù)支撐。只要有足量的可固化介質(zhì)填充到容器中，就可以從供給閥去除用于可固化介質(zhì)的供給管。如果供給閥形成為止回閥，則可自動(dòng)防止介質(zhì)逸出。然后可通過端蓋在端側(cè)封閉殼體，從而完全組裝電池系統(tǒng)。

可固化介質(zhì)或固化介質(zhì)優(yōu)選為塑料。特別地，介質(zhì)可以是泡沫(優(yōu)選為高強(qiáng)度泡沫)、樹脂(優(yōu)選為環(huán)氧樹脂)、或凝膠。泡沫的使用具有特別的優(yōu)點(diǎn)，一旦填充介質(zhì)，它就會(huì)自動(dòng)膨脹并在殼體壁上施加附加壓力，以便預(yù)支撐它。相比之下，樹脂在防止泄漏方面具有優(yōu)勢(shì)。即使容器或壓力袋損壞或變?yōu)榭蓾B透(例如由于老化原因)，樹脂也會(huì)形成固體塊，在殼體壁上保持預(yù)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(yōu)選由彈簧鋼制成，從而能夠?qū)卧K施加彈性預(yù)支撐力。特別地，可以想到使用高強(qiáng)度細(xì)晶粒結(jié)構(gòu)鋼作為殼體的材料。一般而言，用于殼體的鋼板應(yīng)當(dāng)具有大于500的最小屈服點(diǎn)rp0.2。拉伸強(qiáng)度應(yīng)至少為400。根據(jù)dinen10027-2：2013-09標(biāo)準(zhǔn)，材料編號(hào)為1.0060的鋼擁有適用于預(yù)支撐單元模塊的特別良好的彈性性質(zhì)。這種類型的鋼也以st60-2和e335的短名稱為人所知。

根據(jù)協(xié)同方案，本發(fā)明基于以下概念，其詳細(xì)說明一種機(jī)動(dòng)交通工具，特別是混合動(dòng)力交通工具，包括至少一個(gè)先前所述的電池系統(tǒng)。

本發(fā)明的其他協(xié)同方案涉及一種用于組裝前述電池系統(tǒng)的方法。在根據(jù)本發(fā)明的方法中進(jìn)行以下步驟：

a)在單元模塊的橫向側(cè)上布置容器，特別是壓力袋的中間區(qū)域；

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

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

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(zhì)填充到所述容器，特別是所述壓力袋中；以及

f)固化介質(zhì)。

根據(jù)本發(fā)明的方法使得能夠以特別簡(jiǎn)單的方式制造電池系統(tǒng)，其中殼體內(nèi)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(zhì)確實(shí)導(dǎo)致由介質(zhì)引起的容器中的臨時(shí)壓力增加。此外，可經(jīng)由介質(zhì)的固化過程進(jìn)一步施加壓力。容器內(nèi)的壓力導(dǎo)致殼體的膨脹，通過這種方式彈性地預(yù)支撐殼體。殼體或殼體壁推回初始狀態(tài)，從而對(duì)單元模塊施加支撐力。

優(yōu)選以處于0.3巴與2巴之間的壓力填充可固化介質(zhì)。特別地，假設(shè)填充可固化介質(zhì)時(shí)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(yōu)選是在0.45巴與0.7巴之間，特別有利的是對(duì)應(yīng)于0.5巴的填充壓力。

在填充和/或固化可固化介質(zhì)時(shí)，殼體有利地彈性變形。彈性變形特別發(fā)生在與容器或壓力袋的邊緣區(qū)域相關(guān)聯(lián)的殼體壁處。具體而言，因此假設(shè)殼體的上下側(cè)彈性變形，從而觸發(fā)在殼體內(nèi)部起作用的支撐力。

在本發(fā)明的范圍內(nèi)，還公開并要求保護(hù)一種用于制造在引言中描述的壓力袋或電池系統(tǒng)的方法，其中將兩個(gè)復(fù)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(yōu)選通過激光束進(jìn)行焊接。該制造方法可以按照特別簡(jiǎn)單和經(jīng)濟(jì)的方式實(shí)現(xiàn)，因此很適合于連續(xù)生產(chǎn)。

復(fù)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(shè)用兩個(gè)焊縫來連接復(fù)合膜，其中焊縫以相互恒定的距離行進(jìn)。這樣形成對(duì)泄漏的附加保護(hù)。特別地，因此產(chǎn)生冗余，使得即使其中一個(gè)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(shí)施例更詳細(xì)地描述本發(fā)明，其中：

圖1示出用于根據(jù)本發(fā)明的電池系統(tǒng)的容器，特別是壓力袋的立體圖；

圖2示出根據(jù)本發(fā)明的具有根據(jù)圖1的容器或壓力袋的電池系統(tǒng)的單元模塊的立體圖；

圖3示出根據(jù)圖2的單元模塊的前視圖；

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

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

圖5示出根據(jù)圖2的電池系統(tǒng)的單元模塊的立體分解圖。

具體實(shí)施方式

在圖1中作為示例示出具有可變內(nèi)部體積并且優(yōu)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(gè)復(fù)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(qū)域31、兩個(gè)邊緣區(qū)域32和前部區(qū)域33。前部區(qū)域33始于邊緣區(qū)域32的其中一個(gè)。邊緣區(qū)域32通過中間區(qū)域31相互分離。供給閥34布置在前部區(qū)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(zhì)35，優(yōu)選為塑料。特別地，使用泡沫或樹脂(例如環(huán)氧樹脂)作為可固化介質(zhì)35。這里，壓力袋30膨脹并以預(yù)支撐力的形式將介質(zhì)35的填充壓力傳遞給周圍組件。特別地，由于介質(zhì)35的填充壓力，壓力袋30可以對(duì)電池系統(tǒng)10的殼體11施加預(yù)支撐力。

在圖2中可以清楚地看到壓力袋30在電池系統(tǒng)10中的布置。圖2示出電池系統(tǒng)10的單元模塊20的立體圖，電池系統(tǒng)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(jù)圖2的壓力袋30對(duì)應(yīng)于圖1所示的壓力袋。特別地，壓力袋30包括兩個(gè)邊緣區(qū)域32、中間區(qū)域31和前部區(qū)域33。

在電池系統(tǒng)10的組裝狀態(tài)下，壓力袋30的中間區(qū)域31在單元模塊20的橫向側(cè)14上延伸。

兩個(gè)邊緣區(qū)域32在單元模塊20的上側(cè)15和下側(cè)16上延伸。在其中一個(gè)邊緣區(qū)域32上布置的前部區(qū)域33按照與單元模塊20的端側(cè)17相對(duì)放置的方式布置。因此壓力袋30實(shí)際上具有圍繞單元模塊20折疊的四個(gè)側(cè)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(gè)流體連接器25布置在電池單元20的端側(cè)17上。流體連接器25聯(lián)接到在單元模塊20內(nèi)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(nèi)部設(shè)計(jì)將結(jié)合圖5更詳細(xì)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(qū)域33上，因此布置在同一端側(cè)17上，端側(cè)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(shè)置在單元模塊20的同一側(cè)。優(yōu)選形成為高壓?jiǎn)卧K20的單元模塊20的電連接有利地布置在單元模塊20的相對(duì)端側(cè)。高電壓區(qū)域與流體連接器區(qū)域之間的有效分離因此成為可能。

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

一般而言，在本發(fā)明的情況下，假設(shè)通過可固化介質(zhì)35來填充壓力袋30，可固化介質(zhì)35隨時(shí)間而固化，優(yōu)選在幾個(gè)小時(shí)的時(shí)間段內(nèi)固化，并因此形成固體預(yù)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(tài)的介質(zhì)35引入壓力袋30。殼體11由于壓力袋30內(nèi)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(xiàn)在被可固化介質(zhì)填充。殼體壁12現(xiàn)在向外彎曲，特別是在上側(cè)15和下側(cè)16上。

殼體11具有殼體壁12，優(yōu)選由鋼板形成。在壓力袋30中的壓力下，鋼板在可復(fù)原區(qū)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(yù)支撐。這樣產(chǎn)生恢復(fù)力，恢復(fù)力充當(dāng)殼體11的內(nèi)部18的支撐力。這里，特別地，殼體11的相對(duì)較寬的上側(cè)和下側(cè)15、16向外彎曲。上側(cè)和下側(cè)15、16的向外彎曲同時(shí)產(chǎn)生要施加于橫向側(cè)14的拉伸力，壓力袋30的中間區(qū)域31沿著橫向側(cè)14延伸，拉伸力抵消橫向側(cè)14的向外彎曲。如圖4b所示，通過填充可固化介質(zhì)，殼體11的橫向側(cè)14因此不會(huì)顯著變形。

因?yàn)閴毫Υ?0的基本上體積相同的兩個(gè)邊緣區(qū)域32沿著上側(cè)15和下側(cè)16布置，所以當(dāng)可固化介質(zhì)35填充到壓力袋30中時(shí)，防止了單元模塊20在殼體內(nèi)移位。上側(cè)15和下側(cè)16由于壓力袋30中的壓力而向外彎曲，其中相對(duì)于上側(cè)15或下側(cè)16的原始平面定位，在頂點(diǎn)處的彎曲具有的高度至少對(duì)應(yīng)于殼體壁12的壁厚。換言之，在頂點(diǎn)處的彎曲可具有至少3mm的高度。在實(shí)踐中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在頂點(diǎn)處向外彎曲的高度約為5mm，因此在填充可固化介質(zhì)(圖4b)之后殼體的總高度比填充可固化介質(zhì)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(tǒng)10的殼體11中的單元模塊20的結(jié)構(gòu)。單元模塊20包括由多個(gè)電池單元21組裝的兩個(gè)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(jī)械方式和電方式相互連接。這里，電池單元21以并聯(lián)和串聯(lián)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(gè)冷卻元件23，其中在每種情況下兩個(gè)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(dǎo)性接觸。在它們的縱向端部，冷卻元件23分別包括兩個(gè)流體連接器25，流體連接器25能夠?qū)⒗鋮s元件23連接到冷卻回路。

通道結(jié)構(gòu)24設(shè)置在冷卻元件23內(nèi)，并保證通過冷卻元件23的均勻流動(dòng)，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(tǒng)10的組裝期間，通過壓力袋30在四個(gè)側(cè)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(zhì)25填充壓力袋30，其中將填充壓力設(shè)定為導(dǎo)致殼體壁12向外彎曲。殼體11由于殼體壁12中的恢復(fù)力而產(chǎn)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(dǎo)性接觸。

附圖標(biāo)記的列表

10電池系統(tǒng)

11殼體

12殼體壁

14橫向側(cè)

15上側(cè)

16下側(cè)

17端側(cè)

18內(nèi)部

20單元模塊

21電池單元

22接觸板

23冷卻元件

24通道結(jié)構(gòu)

25流體連接器

26電池層

30壓力袋

31中間區(qū)域

32邊緣區(qū)域

33前部區(qū)域

34供給閥