用于保持电池芯的电池座、以及电池模块的制作方法

本发明涉及一种电池座，用于保持至少一个圆柱形电池芯，电池座优选地是用于电动车辆、混合动力车辆或具有燃料电池的车辆的牵引电池，还涉及一种制造电池座的方法。

背景技术：

1、电动车辆、混合动力车辆以及具有燃料电池的车辆的电池系统是当前研究和开发的主题。通常，多个圆柱形电池芯组合成一个电池模块，也称为“电池包”。车辆的牵引电池则由一个或多个电池模块组成。

2、电池模块具有电池座，其目的是以机械方式固定电池芯，从而将它们组合成更大的单元，即电池模块。电池座可以由模制一件或多件制成，也可以在电池芯初始定位后全部或部分由浇铸化合物制成，以便永久固定在电池壳体中。

3、一种已知的设计是使用蜂窝状电池座，例如us2010/0136413a1中所述的蜂窝状电池座。在这种情况下，电池芯相互平行、直立并成排偏移地布置，因此，相对于电池芯的纵向延伸的截面上观察，电池芯形成了密度最大的圆形包装结构。电池芯在轴向两侧分别由一个电池座保持，电池座具有与电池芯相对应的杯状凹部，电池芯被插入其中。

4、图1示出了一个示例性电池座1的截面细节，该电池座具有杯状保持部分10，由底座11和侧壁12构成。保持部分10的布置方式是接收并固定一个相应电池芯2的轴向端部，该端部在平行于底座11的方向并朝向底座11。电池芯2在安装状态下直立，即其轴向方向或电池芯轴线a垂直于底座11。通过使用两个这样的电池座1，每个电池座1固定电池芯2的一个端部，电池芯2以类似三明治的方式被保持，从而形成电池模块或电池包。

5、众所周知，电池座1是用塑料注射成型的。不过，这种注射成型的电池座具有所谓的脱模角度或脱模斜度，以便于从模制工具中脱模。图1以夸张的方式展示了脱模角度α，它表现为侧壁12从底座11开始沿轴向方向逐渐变细。塑料硬化后，沿与电池芯轴线a平行的脱模方向e将电池座1从模制工具(图中未示出)上取下。

6、这种与制造有关的脱模角度影响了侧壁与电池芯的面接触。电池芯往往只能沿着线性轮廓(见图1中的接触区域k)被侧壁支撑，而不是以面的方式支撑，这就妨碍了电池芯的精确定位和定向以及安全固定。这也会对装配产生不利影响，装配时可能会有不小的间隙。电池芯和电池座之间的接口对电池座和电池芯的生产公差也很敏感。电池座的侧壁完全环绕着相应的电池芯，这通常会增加安装空间，但这也特别是由于脱模角度导致底部变厚。

7、在布置电池芯时，必须注意在相邻电池芯之间保持足够的间距，以防止在电池芯发生所谓的“热失控”时，热量传播到相邻的电池芯，并防止短路。为此，通常会将电池座布置成确保电池芯之间具有足够间距。在这种情况下，电池芯形成单元模式，例如正方形或六边形，其中相邻电池芯之间的间距相同。

8、然而，相邻电池芯之间发生短路的概率不仅取决于间距，还取决于其连接方式。因此，相邻串联电池芯之间的间距必须大于相邻并联电池芯之间的间距。不过，一般来说，现在的电池座具有相同的电池芯间距，这是出于安全考虑，必须满足串联连接的两个电池芯间距的要求。如果电池模块内的电连接是已知且不可改变的，则会导致电池芯的堆积密度低于最佳值，从而导致能量密度低于最佳值。然而，如果电池座的布置允许不同的电气连接模式，那么技术上可行的配置的数量就会受到限制，因此在这些情况下，大多数电池芯的间距都会保持不必要的大。除了对能量密度有负面影响外，较大的电池间距还会导致电池座的材料消耗增加和重量增加。

技术实现思路

1、本发明的一个目的是提供一种用于保持至少一个圆柱形电池芯的改进型电池座以及改进型电池模块。

2、具有权利要求1特征的电池座、具有权利要求8特征的电池座和具有权利要求13特征的电池模块可实现上述目标。在从属权利要求、下文对本发明的描述以及优选实施例的描述中可以找到有利的实施例。

3、本发明公开的电池座优选地用于电动车辆或混合动力车辆或具有燃料电池的车辆的牵引电池中。电池模块或电池包一般具有多个电池芯，可以具有一个或两个电池座，用于聚集和保持电池芯。

4、根据本发明，电池座包括多个保持部分，每个保持部分都具有底座和侧壁，从而形成(优选地是凹形)部分，用于接收和固定每个电池芯的轴向端部，即底表面，以及电池芯的至少部分的侧表面。由于电池芯为圆柱形，电池芯确定了电池芯轴线和侧表面，侧表面沿电池芯轴线并在电池芯的周向方向延伸。电池芯至少在一个方向上、但优选地是在多个方向上被电池座固定。因此，底座和侧壁优选地布置成能在平行于底座的所有方向以及朝向底座方向上固定相应的电池芯。

5、各保持部分的侧壁包括至少一个接触表面，该接触表面布置在与电池芯接触的基本垂直于底座的区域内，该接触表面布置成当插入电池芯时与电池芯侧表面的一部分面接触或线接触；侧壁还包括至少一个可变形的接触部分，该接触部分设计成当电池芯插入相应的保持部分时能够变形。在这种情况下，接触表面优选地不会变形。

6、换句话说，接触表面呈凹形弯曲，与电池芯侧面的相应部分重合，从而形成面接触。可变形的接触部分位于另一点，优选地与接触表面相对。接触部分优选地是可弹性变形的，以便以弹簧的方式发挥作用。

7、接触表面优选地是圆柱形或部分圆柱形。需要注意的是，这里的“圆柱形”和“圆形”并不一定是指完整的圆柱形圆周或圆形，而是指相应部分的轮廓，因为接触表面并不完全围绕电池芯，而只是以面的方式贴靠着电池芯圆周的一部分，例如在20°至90°范围内贴靠。

8、以这种方式制造的电池座可以以节约资源和成本的方式生产，因为具有相应侧壁的保持部分的几何形状可以通过注射成型等简单方式制造。保持部分允许精确定位和定向，以及电池芯与电池座的确定机械连接。可变形的接触部分有助于电池的组装。由于插入的电池芯的侧表面可以在接触区域之间保持自由，而不必完全被电池座的材料包围，因此保持部分还允许电池芯直接相邻布置，特别节省空间。所达到的效果对电池座和电池芯的生产公差也相对不敏感。由于对电池芯直径波动的不敏感性，电池座可以容纳来自不同制造商的电池芯而无需改动，从而在可能更换电池芯类型/制造商的情况下节省资源和成本。

9、优选地，接触表面附接于底座，这样，相应保持部分中基本上限定电池芯位置和定向的区域就被配置得特别稳定。底座和接触表面优选地是一体成型。

10、优选地，可变形的接触部分不附接于底座，这样就能以结构简单的方式实现可变形性。

11、优选地，接触表面在平行于底座的截面上呈凹形弯曲、特别是圆形弯曲，从而与相应形状的圆形-圆柱形电池芯产生最佳的相互作用。

12、优选地，在不插入电池的情况下，从垂直于地面的截面上看，接触表面和可变形接触部分形成非零角度。这样，就可以补偿公差并改善电池芯的固定。因此，可变形的接触部分也可用作相应电池芯的插入倒角。

13、优选地在每种情况下，保持部分包括多个可变形的接触部分，特别是恰好两个可变形的接触部分，从而改善相应电池芯的固定和正确定向，并稳定电池座。所述与使用可变形的接触部分有关的特征、技术效果和优点同样适用于任何其它可变形的接触部分。

14、优选地，保持部分的承载接触表面的侧壁具有相邻的保持部分的可变形的接触部分。换句话说，接触表面以及相邻的保持部分的一个或多个可变形接触部分优选地是由一个结构部件整体配置而成。通过这种方式，相邻的保持部分在结构上相互集成，从而使电池座的结构特别紧凑。

15、优选地，电池座由塑料制成，特别是采用注射成型方法。电池座优选地是一体成型。根据上述变型之一的电池座特别适合作为注塑部件，因为其结构性质和制造方法可以协同合作，这一点从方法说明中可以清楚地看出。

16、上述目标还可以通过一种用于保持圆柱形电池芯的电池座来实现，该电池座优选地用于电动车辆、混合动力车辆或燃料电池车辆的牵引电池，其中，电池座包括多个保持部分，每个保持部分都具有底座和侧壁，因此每个保持部分都形成被布置成接收和固定电池芯的底表面以及电池芯的至少部分的侧表面的部分，其中，保持部分被布置成使得插入其中的电池芯与相邻电池芯的间距的至少一部分是不同的。

17、电池座可具有一个或多个上述特征。因此，所述的技术效果、优点和实施例同样适用于上文限定的电池座。

18、在测量间距时，在垂直于电池芯轴线的截面上，相应相邻的电池芯的侧表面之间的间距最短。还应该提到的是，保持部分显然预先确定了电池芯的位置和定向，因此在插入状态下，电池芯、特别是上述限定的间距意味着保持部分的结构定义。在确定相邻的电池芯的间距时，假定电池座被完全占用，这样就排除了由于未占用的保持部分而导致的间距变化。

19、由于电池座的结构使其保持部分允许插入的电池芯之间具有不同的间距，因此与等距的电池芯定位相比，可以优化电池芯的堆积密度，而不会降低安全性。这就降低了材料消耗、成本和电池座的重量。

20、优选地将多个保持部分、例如三个保持部分组合在一起，形成相应的电池组，这样既能实现高密度封装的优点，又能实现电气连接的灵活性。

21、相邻的电池组优选地通过组壁相互间隔开，从而提高电气绝缘性和/或机械安全性。因此，电池组之间优选地用稳定腹板或组壁间隔开。电池组内部不设组壁。根据用途、电池座的材料、对稳定性的要求等因素，可将更多或更少的保持部分组合成电池组。这样的组合反过来又节省了材料和空间，因此，由电池芯构成的电池模块以及其中所示的一个或两个电池座可以配置得特别紧凑。

22、优选地，保持部分布置成使得一电池组内相邻的电池芯的间距小于相邻的电池组的相邻的电池芯的间距。

23、从纯粹的电气角度来看，在极端情况下，电池模块可以由整个电池组(＝逻辑单元，并联的电池组)组成，以获得最大的封装密度。不过，出于机械方面的考虑，这种电池组优选地细分为多个电池组，并配备相应的电池壁，这样也可以灵活地进行电气连接，而不必改变电池座的结构或设计。与传统设计相比，在实现电气连接的灵活性和安全性的同时，还能以较低的材料消耗达到较高的封装密度。

24、优选地，保持部分布置成行，其中相邻行的保持部分特别优选地以彼此偏移的方式布置，例如偏移保持部分的尺寸的一半。这样，从平行于底座的截面上过程，可以形成蜂窝状结构或最密集的圆形填料结构。这样，每个表面单元可容纳的电池芯数量就可以达到最大。

25、出于同样的原因，一个或多个保持部分优选地配置成其侧壁不完全覆盖相应插入的电池芯的侧表面。可以提供或至少协助提供上述保持部分的分组。

26、优选地，一个相应电池组的保持部分在一行中，即在这种情况下，电池组不跨越多行，从而在电气连接的灵活性和机械稳定性之间实现良好的折衷。

27、电池模块也可实现上述目标，该电池模块优选地用于电动车辆、混合动力车辆或具有燃料电池的车辆的牵引电池中，其中，电池模块包括：至少一个符合上述变型之一的电池座；多个电池芯，每个电池芯插入电池座的保持部分并由此固定；以及将电池芯电连接在一起的连接部分。电池模块优选地具有两个电池座，以类似三明治的方式保持电池芯。

28、针对电池座所描述的特征、技术效果、优点和实施方式也适用于配备有电池座的电池模块。

29、优选地，连接部分布置成以并联方式连接电池组内的电池芯，而以串联方式连接不同电池组的电池芯，从而在高密度封装的情况下确保电气和机械安全。

30、并联的电池芯限定出电池模块中的电池组。电池模块中的电池组优选地大小相同，即包括相同数量的电池芯。优选地，电池组中电池芯的数量能够被每个电池组的保持部分的数量除尽，这样就可以将高密度封装的优点与电气连接的灵活性结合起来。

31、例如，根据一个具体的实施例，电池模块共包括297个电池芯位置，定向成11行27列，其中，三个电池芯按行组合成一个相应的电池组。这种结构允许多种连接配置。因此，电池芯可以行中并联，行可以串联成列。这种连接被称为“基础连接”，缩写为“11s27p”，在s-p术语中，“s”代表串联，“p”代表并联。就母线的几何形状和均匀的功率分配而言，基础连接是一种首选配置。不过，考虑到应避免串联间隔较近的电池芯的安全问题，电池芯的分组允许其它的连接模式或配置。

32、电池模块优选地包括多个圆柱形电池芯和两个电池座，每个电池座在电池芯轴线方向的两侧保持电池芯。

33、上述目标还可以通过一种电池座的制造方法来实现，这种电池座优选地用于电动车辆、混合动力车辆或燃料电池车辆的牵引电池，其中电池座布置成保持至少一个圆柱形电池芯，该圆柱形电池芯限定了电池芯轴线。根据该方法，电池座由塑料材料注射而成，使用的注射模具优选地有两个半模。在使用多个工具部件/工具半部的情况下，这些工具部件/工具半部可以相对于彼此以不同的方式移位、枢转或移动，以打开工具。在任何情况下，当塑料在模塑工具中充分硬化后，都可以从模塑工具中取出电池座。

34、根据本发明，电池座沿着脱模方向从模制工具上移除，其中，脱模方向和电池芯轴线并不平行。

35、由于脱模方向和电池芯轴线不平行，电池芯和电池座之间的接触可以得到改善，因为注射成型所需的传统脱模角度不会造成任何质量损失，而是可以直接用于稳定电池芯。

36、根据上述描述，通过上述电池座特别是能达到这种技术效果。针对电池座所描述的特征、技术效果、优点和实施例同样适用于本方法。

37、本发明的更多优点和特征可在以下优选实施例的描述中找到。其中描述的特征可单独实施，也可与上述一个或多个特征组合实施，前提是这些特征不相互矛盾。下面参照附图对优选实施例进行描述。