电池单元以及制造这样的电池单元的方法与流程

本发明涉及一种电池单元，其由电池壳体、至少一个布置在该电池壳体中的单电池复合结构和至少一个单电池管理控制器组成。尤其，本发明涉及电池单元，其带有至少两个布置在电池壳体中的单电池复合结构和每单电池复合结构各一个单电池管理控制器。此外，本发明涉及一种用于制造这样的电池单元的方法。

背景技术：

从文件de2013201160a1已知一种带有以膨胀破裂区域的形式的功能区域的电池单电池，其具有带有容器和盖板组件的壳体，其中，当壳体内含物的体积在电池单电池的预设的温度运行范围内提高时，壳体此外构造隆出部。膨胀破裂区域构造用于在超过在壳体内部的预设的最大压力的情形中破裂。

从文件de102012216479a1已知一种带有集成在壳体覆盖板中的破裂盘片的电池单电池，其形成功能区域。在覆盖板中构造有理论断裂区域和削弱区域，其可通过应用于覆盖板的金属板材的局部压印生成。该理论断裂区域应在壳体的提高的内部压力的情形中破裂。

从文件de102012217451a1中已知一种带有壳体的电池单电池，其中壳体具有带有开口的金属容器和金属的多件式的盖板组件，其此外包括带有用于有导电能力的接触组件的气密的穿过引导的穿过引导组件的覆盖板。在此，在覆盖板中构造有带有降低的材料厚度的构造为功能区域的压曲弹性区域(knackfederbereich)，其通过金属板材的压印生产。压曲弹性区域在此可占据第一状态，在其中其向内弯曲到壳体中，和第二状态，在其中其向外从壳体弯曲出来，其中在弯曲出来的状态中建立在覆盖板和两个电流消耗器(stromabnehmer，有时称为耗流元件或集电器)中的一个之间的电连接。

在所有上文提到的电池单电池中，两个销状部式的电流消耗器向外穿过盖板组件引导，其中功能区域分别构造成与电流消耗器间隔开。对于该电池单电池不利地，一方面，电池单电池本身具有专用的电池单电池壳体，且另一方面，这样的电池单电池连同电池单电池壳体(以便至少保护电池单电池壳体免于更大的损害电池单电池的机械负载)通常插入到另一电池壳体中。由于制造公差和装配公差，如此出现在电池壳体中的大的未使用的空气体积，其尤其在温度波动和与其相联系的潜在的空气湿度提升的情形中对于插入的电池单电池是不利的。同样不利的是，在相对大的空气体积的情形中必须使用相对更贵的且技术上耗费的膜片技术。

技术实现要素：

本发明基于如下任务，创造一种重量优化的且功能上有利的电池单元以及一种用于制造这样的电池单元的方法，其可简单地且成本适宜地制造、执行和使用。尤其，应创造这样的电池单元，其可有利地结合车辆、尤其结合机动车使用，例如作为机动车的驱动能量存储器。就此而言同样参考带有这样的电池单元或带有多个这样的电池单元的机动车。

该任务的解决方案根据本发明以独立权利要求的特征实现。本发明的另外的实际的实施方式和优点结合从属权利要求描述。

根据本发明的电池单元包括电池壳体基体和至少一个布置在电池壳体基体中的单电池复合结构，其中附加于单电池复合结构至少一个单电池管理控制器布置在电池壳体基体中。在此，在电池壳体基体处设置有至少一个装配开口，以便可将至少一个单电池复合结构在装配电池单元的情形中带入到电池壳体中。在此，电池壳体基体的至少一个装配开口借助于盖板元件如此封闭，使得形成电池壳体。此外，盖板元件作为功能区域如此设计，使得其在电池壳体的体积增大的情形中可作为初级变形元件朝向壳体外侧可逆地隆起和/或可逆地伸出。

电池壳体基体可理解为尤其且优选地单件式地构造的元件，如例如伸长的挤压成型型材或带有装配开口或带有两个尤其在端侧构造的装配开口的其它的元件。电池壳体基体此外但是也理解为多件式地构建的元件，其例如通过焊接或以其它的方式彼此相连接成带有至少一个装配开口的基体。

初级变形元件可理解为如下元件，其在引起体积增大的电池壳体中的压力提高的情形中作为第一个开始变形且由于合适的体积性质实现体积增大，其是可逆的。对此，例如初级变形元件的弯曲刚度和/或表面张力至少部分地相比在电池壳体的其余的元件的情形中更低。如果产生根据本发明的电池单元的内部压力的提高，首先盖板元件向外隆起，以便促使体积增大。如果内部压力稍后又下降，隆起部以相同的程度又恢复原状。

备选地或对此补充地，电池壳体基体可具有合适的例如手风琴式的形状，其实现了盖板元件的可逆的伸出，以便由于内部压力提高临时按需要地增大电池壳体的体积且紧接着在又下降的内部压力的情形中同样又降低电池壳体的体积。

根据本发明的电池单元具有如下优点，即在盖板元件和电池壳体基体的合适的设计的情形中可实现电池单元的完全的和流体密封的封闭，而不必担心，其在电池单元在确定的运行参数内的符合规定的运行的情形中由于体积改变产生电池壳体的爆裂。优选地，最大的体积改变在符合规定的运行的情形中到至少百分之70、进一步优选地至少百分之85且特别优选地到百分之90、百分之95或甚至百分之100通过盖板元件的隆起平衡。在该情况中可省去用于实现空气交换的膜片或其它的技术上和经济上耗费的装置。换而言之表达成，根据本发明的电池单元优选地如此设计，以致于其仅仅通过体积匹配、基本上借助于盖板元件可接受符合规定的压力和体积改变，也就是说电池壳体可“呼吸”。

根据本发明的电池单元的另一优点是，利用描述的结构方式可创造重量优化的且功能上有利的电池单元，其此外可简单地且成本适宜地制造。

在根据本发明的电池单元的一种实际的实施方式中，在至少一个盖板元件处和/或在电池壳体基体处构造有至少一个压印部。这样的压印部可特别简单地且成本适宜地通过合适的改型、尤其在盖板元件和/或由金属材料构成的电池壳体基体处制造。

作为压印部在此尤其理解为沟槽式的材料凹口，由于其有利于盖板元件的隆起，也就是说其相比于不带有相应的压印部的盖板元件降低盖板元件的对于隆起所需的弯曲刚度。

作为压印部在此同样理解为一个环绕的凹口或多个环绕的凹口，其在电池壳体基体处尤其近似平行于盖板元件的延伸平面布置且由此实现了作为端面布置的盖板元件的按需要的可逆的平移的侧向上的伸出。

伸出尤其理解为平移的伸出，其同样可结合弯曲刚性的盖板元件通过以下方式实现，即通过在电池壳体基体处构造有一个环绕的压印部或多个环绕的压印部，其在电池壳体中的内部压力提高的情形中通过以下方式促使作为初级变形的电池壳体的手风琴式的扩张，即盖板元件共同与位于环绕的压印部和在盖板元件和电池壳体基体之间的接合部位之间的区段主要地通过以下方式平移地向外移动，即通过压印部由于电池壳体中的提高的内部压力从压缩的位置带到延伸的位置中。

不仅隆起而且侧向上的伸出可例如通过以下方式实现，即一个或多个闭合的在全部周缘上延伸的凹口在电池壳体基体处且/或在盖板元件处构造。在带有矩形的外轮廓的盖板元件的情况中，例如一个或多个凹口平行地但是与外轮廓间隔开地在盖板元件面内构造。在圆形的盖板元件的情况中，相应地，可构造有一个或多个圆形的压印部，尤其同心于外轮廓布置的压印部。同样可行的是，圆的、椭圆的、星形地布置的或任意另外成型的压印部构造在带有任意外部几何形状的盖板元件处。

在可补充地或备选地实现的另一实际的实施方式中，盖板元件和电池壳体基体由金属材料制造，且盖板元件材料配合地与电池壳体基体相连接。就此而言，焊接连接或钎焊连接是特别有利的，因为该材料配合的连接技术可以以大的节奏频率成本适宜地、自动地以及以恒定高的生产质量执行。对此然而电池壳体基体和盖板元件的金属材料必须实现相应的连接技术，也就是说必须选出用于这些元件的可彼此焊接的和/或可彼此钎焊的金属材料。

由金属材料组成的电池壳体基体可在大多数情况中特别简单地且成本适宜地作为挤压成型型材制造，尤其以带有端侧的、外侧的装配开口或带有两个端侧的、分别外侧的装配开口的伸长的元件的形式。

在另一实际的实施方式中，至少一个盖板元件整个面地封闭电池壳体的装配开口，且功能区域在盖板元件处在盖板元件的大部分上延伸。在此优选的是，盖板元件布置在电池壳体的端侧处，也就是说在相比于伸长的直角平行六面体的电池壳体基体的上侧、下侧和两个纵侧(其在使用在机动车中的情形中可为朝向车辆前侧指向的前侧和朝向车辆后侧指向的后侧)相对小的面处。在盖板元件的大部分上延伸的功能区域的情形中，整个盖板元件在盖板元件的隆起的情形中向外隆起，从而通过内部压力提高促使的体积增大在整个盖板元件面上延伸。在该情况中，整个盖板元件相对于电池壳体基体的相对位置在隆起的情形中改变，也就是说在这两个元件之间的接合部位被强烈地受应力。这就此而言特别有效，因为于是整个盖板元件可用于体积增大。

接合部位的这样的负载可降低，附加地在电池壳体基体处环绕地构造有一个压印部或多个压印部，以便实现盖板元件的附加的侧向上的伸出。在电池壳体基体处的这样的压印部优选地靠近在盖板元件和电池壳体基体之间的接合部位地设置在电池壳体基体处。

根据本发明的电池单元的安全可进一步提高，当在电池壳体基体中布置有单电池管理控制器框架时，其沿至少一个延伸方向匹配于电池壳体基体的内部尺寸或单电池管理控制器自身沿至少一个延伸方向匹配于电池壳体基体的内部尺寸。在该情况中，电池壳体可与单电池管理控制器框架共同形成一维的负荷路径或多个负荷路径，从而同样可实现二维的负荷路径，例如沿车辆纵向方向设置的负荷路径和沿车辆高度方向设置的负荷路径(当电池单元是使用在机动车中的电池单元时)。单电池管理控制器框架也理解为这样的结构，其具有相对于壳体改进的框架且例如仅具有推入开口，但是在其它情况下完全地包围单电池管理控制器。

在该情况中，单电池管理控制器框架和/或单电池管理控制器自身用作用于提高根据本发明的电池单元的碰撞安全的内部的加强结构。

当至少一个电流消耗器从电池壳体基体的进入面出来可进入地布置时，该进入面与电池壳体的借助于盖板元件封闭的侧不同，电池单元在一侧上的联接能够和这样的侧(经由其带入至少一个单电池复合结构)空间上彼此分离。这具有如下优点，即复杂性在根据本发明的电池单元的装配期间降低且误差在装配的情形中避免。

在根据本发明的电池单元的另一实际的实施方式中，至少一个非形状稳定的单电池复合结构布置在电池壳体中。这样的非形状稳定的单电池复合结构例如为袋状单电池，其在出现的外部压力的情形中通常直接变形且在那里特别强烈地屈服，在其处作用有相应的压力。

尤其当非形状稳定的单电池复合结构布置在电池壳体中时，有利的是，电池壳体沿至少一个延伸方向设计成用于接受在至少50kn的高度上的机械负载力。因为那么单电池复合结构即使在使用在机动车(所述机动车可能以部分地高的速度运动且卷入在事故中)中的情形中也足够地被保护。优选地，电池壳体沿车辆横向方向如此设计，以致于其经受住至少50kn、优选地至少75kn且进一步优选地至少100kn，而在此不产生电池壳体的损害包围的非形状稳定的单电池复合结构的变形。电池单元那么可自身为负荷路径的一部分，尤其用于接受横向于机动车的行驶方向作用的力和/或沿车辆纵向方向和/或沿车辆高度方向作用到电池单元上的力。

当至少两个单电池管理控制器布置在电池壳体基体内且每个单电池管理控制器与至少一个单独的单电池复合结构功能上相连接时，得出结构上特别简单的构建，在其中单电池管理控制器可同样有利地用作为起分隔作用的中间壁和/或负荷路径。这尤其适用于如下情况，在其中单电池管理控制器在中间的区域中与相应的盖板元件间隔开地布置。

特别简单地且成本适宜地，根据本发明的电池单元的电池壳体基体作为铝挤压成型型材或其它的金属挤压成型型材制造，其中在至少一个端侧处构造有装配开口且该装配开口借助于盖板元件封闭。封闭在此尤其意指盖板元件在电池壳体基体处的流体密封地封闭的布置。

在另一实际的实施方式中，通过一个或多个盖板元件和/或一个或多个单电池管理控制器和/或相应的单电池管理控制器框架在电池壳体基体内的布置形成用于容纳至少一个非形状稳定的单电池复合结构的单电池复合结构腔。该实施方式与特别有效的体积利用相联系且同时实现非形状稳定的单电池复合结构的良好的机械保护。优选地，根据本发明的电池单元的包围的空气或气体体积小于包围的总体积的百分之5，进一步优选地小于百分之3、小于百分之2或甚至小于百分之1。在此，包围的气体体积尤其通过以下方式减小，即一个或多个非形状稳定的单电池复合结构以压力加载且压缩地被带入到电池壳体基体中且在那里在封闭一个或多个装配开口前又膨胀，从而在一个或多个盖板元件与电池壳体基体固定地相连接之前，空气或气体体积通过一个或多个非形状稳定的单电池复合结构的膨胀受挤压。

进一步优选地，单电池复合结构如此设计，以致于其在盖板元件在其理论位置中的定位时直接在与电池壳体基体的优选地材料配合的连接前至少轻微地以压力加载，从而单电池复合结构尽最大可能地沿所有方向压靠到电池壳体的内壁处且抵抗空气或气体夹杂。

独立于上文，在装配盖板元件的情形中优选地形成流体密封的电池壳体，尤其潜水密封的电池壳体，其仅仅在向外引导的联结接触部、尤其高压连接件处还必须以附加的措施密封。

本发明还涉及一种用于制造电池单元的方法，该电池单元带有电池壳体基体、至少一个布置在电池壳体基体中的单电池复合结构和至少一个布置在电池壳体基体中的单电池管理控制器，其中执行如下方法步骤：

a)将至少一个优选地至少部分地由非形状稳定的元件组成的单电池复合结构通过电池壳体基体的至少一个装配开口引入，

b)将至少一个单电池管理控制器引入到电池壳体基体中，

c)如此建立在至少一个单独的盖板元件和电池壳体基体之间的连接，使得形成电池壳体且盖板元件作为功能区域如此设计，使得其在电池壳体的体积增大的情形中作为初级变形元件可朝向壳体外侧可逆地隆起和/或可逆地伸出。

引入至少一个单电池管理控制器可要么同样经由装配开口要么经由另一开口实现，尤其经由在电池壳体基体的下侧的区域中构造的引入开口。

当设置有单独的单电池管理控制器框架时，优选地单电池管理控制器框架经由装配开口带入到电池壳体基体中且一个或多个单电池管理控制器自身经由在电池壳体基体的下侧的区域中的一个或多个开口带入到电池壳体基体中。

鉴于初级变形元件以及鉴于制造方法的另外的可能的实施方式，参考如下，全部元件可尤其简单地且成本适宜地如此设计，如上文结合装置权利要求已描述。本发明就此而言还延伸到带有单个或多个上文描述的元件的方法上。

附图说明

本发明的另外的实际的实施方式随后结合图纸描述。其中：

图1以分解视图示出了带有选出的元件的根据本发明的电池单元，

图2示出了带有电池壳体基体的透明地呈现的壁的在装配的状态中的来自图1的电池单元，且

图3示出了带有单电池管理控制器框架和单电池管理控制器的布置的细节视图的来自图1和2的电池单元。

参考符号列表

10电池单元

12电池壳体基体

14a第一单电池复合结构

14b第二单电池复合结构

16a第一单电池管理控制器框架

16b第二单电池管理控制器框架

18a第一盖板元件

18b第二盖板元件

20压印部

22上侧

24下侧

26前侧

28后侧

30a端侧的开口

30b端侧的开口

32装配开口

34电池单电池

36a切换连接件

36b切换连接件

38单电池管理控制器

40螺纹紧固件

42高压插接连接件。

具体实施方式

在图1至3中，示出了根据本发明的电池单元10的一个实施例。如在图1中可良好看出的，电池单元10包括沿车辆横向方向(y方向)延伸的、伸长的电池壳体基体12、示意性地呈现的第一单电池复合结构14a、示意性地呈现的第二单电池复合结构14b、第一单电池管理控制器框架16a、第二单电池管理控制器框架16b(仅在图2中呈现)以及第一盖板元件18a和第二盖板元件18b。

如在图1至3中可看出的，在盖板元件18a,18b中分别构造有以压印部20的形式的三个环绕的功能区域。这些压印部20为沟槽式的区域，其相对于相应的盖板元件18a,18b的相邻的表面沿一个方向突出。分别三个在图1至3中示出的实施方式中构造的压印部20如此布置，以致于分别一个压印部20完全地包围相邻的更内部地布置的压印部20，其中总体上设置有三个环绕的压印部20。

在图1至3中呈现的电池壳体基体12当前是由铝构成的挤压成型型材。该挤压成型型材在示出的实施方式中直角平行六面体地构造且包括上侧22、下侧24、在未呈现的机动车中的装入位置中向前指向的前侧26和在机动车中的装入位置中向后指向的后侧28。上侧22、前侧26、下侧24和后侧28包围用于布置在盖板元件18a和18b之间的元件的容纳空间。如从图1可良好看出的，电池壳体基体12的两个端侧30a,30b在装配前敞开且用作用于引入待由电池单元10容纳的元件的装配开口32。

盖板元件18a,18b在示出的实施方式中同样由铝制造且作为面型的元件构造。压印部20可因此以已知的方式简单地且成本适宜地利用合适的压印方法在面型的元件处制造。

盖板元件18a,18b的大小如此协调于端侧的开口30a,30b，使得盖板元件18a,18b的外棱边可分别与上侧22和下侧24、前侧26和后侧28齐平地结束地布置，以便紧接着将盖板元件18a,18b固定地与电池壳体基体12相连接。这样的连接可在所有元件在电池壳体基体12中的装配之后尤其材料配合地实现，优选地通过沿着相应的接合部(stoß)焊接。

如已经提及的那样，单电池复合结构14a,14b在图1中仅示意性地呈现。这些单电池复合结构14a,14b优选地是非形状稳定的电池单电池34，其可经由在图1中示意性地呈现的切换连接件36a,36b彼此联接成单电池复合结构14a,14b。非形状稳定的电池单电池优选地为多个彼此联接的袋状单电池。

如尤其在图3中可良好看出的，两个单电池管理控制器框架16a,16b(在图3中仅示出了第一单电池管理控制器框架16a)在示出的实施方式中壳体式地构造。单电池管理控制器框架16a,16b的在根据本发明的电池单元的装入的状态中沿车辆纵向方向(x方向)延伸的长度iz分别如此协调于电池壳体基体12的沿车辆纵向方向延伸的内部长度ib，使得从外部在单电池管理控制器框架16a,16b的区域中沿纵向方向作用于电池壳体基体12上的力可分别支撑在单电池管理控制器框架16a,16b处。单电池管理控制器框架16a,16b就此而言同样用作所谓的x负荷路径，沿车辆纵向方向(x方向)作用的力可沿着其支撑。

在示出的实施方式中，同样，单电池管理控制器框架16a,16b的沿车辆高度方向(z方向)延伸的高度hz相应地协调于电池壳体基体12的内部尺寸的高度hb，从而单电池管理控制器框架16a,16b分别同样形成z负荷路径。由此，电池单元10的弯曲刚度可明显提高，由此电池单元10保护容纳在其中的电池单电池34在行驶运行期间或在碰撞情况中出现的高的力的情形中非常良好地免于机械负载。

在示出的实施方式中，此外，沿车辆横向方向(y方向)作用的y负荷路径从盖板元件18a,18b出来在电池壳体基体12的壁上延伸且此外经由近似在电池壳体中间固定地与电池壳体基体12相连接的单电池管理控制器框架16a,16b支撑。

如在图1和3中可良好地看出的，单电池管理控制器框架16a,16b构造用于，经由未呈现的在下侧构造在电池壳体基体12中和在单电池管理控制器框架16a,16b中的引入开口容纳单电池管理控制器38。在示出的实施方式中，设置分别两个管理控制器38到单电池管理控制器框架16a,16b中的引入。单电池管理控制器38板式地构造且为了固定在单电池管理控制器框架16a,16b内部以在图3中表明的螺纹紧固件40与电池壳体基体12和单电池管理控制器框架16a,16b旋紧。单电池管理控制器38相对于电池壳体基体12的未更详细地呈现的密封同样被设置。

如在图1中可良好看出的，在单电池复合结构14a,14b上侧分别在往单电池管理控制器框架16a,16b指向的侧上设置有两个高压插接连接件42。

在示出的实施方式中，分别未详细地呈现的无线接口设置在单电池管理控制器38处，其实现单电池管理控制器38与未呈现的电池控制系统的通讯，尤其光学通讯或其它的无线的通讯，例如经由无线电连接。

根据本发明的电池单元10的制造在示出的实施例中通过分别将至少一个单电池复合结构14a,14b和至少一个单电池管理控制器框架16a,16b穿过端侧的开口30a,30b引入到电池壳体基体12中实现。但是同样再次指出，单电池管理控制器框架16a,16b可备选地同样通过在下侧24上的电池壳体基体12中的开口带入。

紧接着，在至少一个单独的盖板元件18a,18b和电池壳体基体12之间的连接如此建立，使得流体密封的、优选地潜水密封的电池壳体形成且盖板元件18a,18b作为功能区域如此设计，使得在电池壳体的体积增大的情形中可作为初级变形元件朝向壳体外侧可逆地隆起且/或可逆地伸出。

在示出的实施方式中，两个盖板元件18a,18b借助于压印部20如此设计，使得其在提高在电池壳体中的内部压力的情形中向外隆起。在此，隆起部在相应的盖板元件18a,18b的整个面上延伸。

在带入单电池复合结构14a,14b后，盖板元件18a,18b与电池壳体基体12焊接，从而形成不可拆卸的流体密封的电池壳体。

由于未呈现的、在电池壳体基体12的下侧24的区域中构造的引入开口，其为修正开口，单电池管理控制器38可更换地布置在电池壳体基体12中。这些单电池管理控制器38同样如此相对于电池壳体基体12密封，使得湿气进入有效地避免。相同的适用于在盖板元件18a,18b和电池壳体基体12之间的连接。

在本说明书中、在图纸中以及在权利要求中公开的本发明的特征可不仅单个地而且以任意的组合对于本发明以其不同的实施方式的实现而言是重要的。本发明可在权利要求的范畴中且在考虑负责的本领域技术人员的知识的情况下变化。