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特表2024-512527バッテリモジュール及びバッテリモジュールを緊締するための方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-03-19
(54)【発明の名称】バッテリモジュール及びバッテリモジュールを緊締するための方法
(51)【国際特許分類】
H01M 50/262 20210101AFI20240312BHJP
H01M 50/211 20210101ALI20240312BHJP
H01M 50/249 20210101ALI20240312BHJP
H01M 50/289 20210101ALI20240312BHJP
【ＦＩ】
H01M50/262 E
H01M50/211
H01M50/262 S
H01M50/249
H01M50/289
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023557800
(86)(22)【出願日】2022-03-01
(85)【翻訳文提出日】2023-09-20
(86)【国際出願番号】 EP2022055047
(87)【国際公開番号】W WO2022207210
(87)【国際公開日】2022-10-06
(31)【優先権主張番号】102021107991.8
(32)【優先日】2021-03-30
(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】398037767
【氏名又は名称】バイエリシエ・モトーレンウエルケ・アクチエンゲゼルシヤフト
(74)【代理人】
【識別番号】100069556
【弁理士】
【氏名又は名称】江崎 光史
(74)【代理人】
【識別番号】100111486
【弁理士】
【氏名又は名称】鍛冶澤 實
(74)【代理人】
【識別番号】100191835
【弁理士】
【氏名又は名称】中村 真介
(74)【代理人】
【識別番号】100221981
【弁理士】
【氏名又は名称】石田 大成
(74)【代理人】
【識別番号】100191938
【弁理士】
【氏名又は名称】高原 昭典
(72)【発明者】
【氏名】ヴァルコチュ・クリストフ
(72)【発明者】
【氏名】ロッホ・ローベルト
【テーマコード（参考）】
5H040
【Ｆターム（参考）】
5H040AA03
5H040AS07
5H040AT04
5H040AT06
5H040AY04
5H040AY05
5H040AY08
5H040CC26
5H040CC34
5H040NN00
(57)【要約】
【課題】バッテリモジュールの異なる動作状態において、バッテリモジュールの個々のバッテリセルの緊締条件のそれぞれ精確な調整を可能とする。
【解決手段】電気エネルギーを貯蔵するためのバッテリモジュール１１０であって、
－バッテリモジュール１１０が、２つの押圧プレート１１２，１１４の間でバッテリモジュール１１０の横方向軸線に沿って互いに並んで配置されている１つ又は複数のバッテリセルを含んでおり、
－バッテリモジュール１１０が、
－１つ又は複数のバッテリセルの横方向軸線に沿った空間的な拡張の変化が可能であるよう２つの押圧プレート１１２，１１４間の間隔が間隔範囲内で変化可能であるように、及び
－２つの押圧プレート１１２，１１４により、間隔範囲全体内で１つ又は複数のバッテリセルへの押圧力がもたらされるように
形成されている。
【解決手段】電気エネルギーを貯蔵するためのバッテリモジュール１１０であって、
－バッテリモジュール１１０が、２つの押圧プレート１１２，１１４の間でバッテリモジュール１１０の横方向軸線に沿って互いに並んで配置されている１つ又は複数のバッテリセルを含んでおり、
－バッテリモジュール１１０が、
－１つ又は複数のバッテリセルの横方向軸線に沿った空間的な拡張の変化が可能であるよう２つの押圧プレート１１２，１１４間の間隔が間隔範囲内で変化可能であるように、及び
－２つの押圧プレート１１２，１１４により、間隔範囲全体内で１つ又は複数のバッテリセルへの押圧力がもたらされるように
形成されている。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
電気エネルギーを貯蔵するためのバッテリモジュール（１１０）であって、－バッテリモジュール（１１０）が、２つの押圧プレート（１１２，１１４）の間でバッテリモジュール（１１０）の横方向軸線に沿って互いに並んで配置されている１つ又は複数のバッテリセル（１１１）を含んでおり、
－バッテリモジュール（１１０）が、
－１つ又は複数のバッテリセル（１１１）の横方向軸線に沿った空間的な拡張の変化が可能であるよう２つの押圧プレート（１１２，１１４）間の間隔が間隔範囲内で変化可能であるように、及び
－２つの押圧プレート（１１２，１１４）により、間隔範囲全体内で１つ又は複数のバッテリセル（１１１）への押圧力がもたらされるように
形成されていることを特徴とするバッテリモジュール。
【請求項2】
－１つ又は複数のバッテリセル（１１１）が、放電された状態において、横方向軸線に沿って最小の全体拡張を有しており、－１つ又は複数のバッテリセル（１１１）が、充電された状態において、横方向軸線に沿って最大の全体拡張を有しており、
－最大の全体拡張が最小の全体拡張を特に５～１５％超過しており、及び
－下方への間隔範囲が最小の全体拡張によって制限され、上方への間隔範囲が最大の全体拡張によって制限される
ことを特徴とする請求項１に記載のバッテリモジュール（１１０）。
【請求項3】
バッテリモジュール（１１０）が、間隔範囲全体内で最大で２０％、特に最大で１０％だけ変動する押圧力が２つの押圧プレート（１１２，１１４）によって１つ又は複数のバッテリセル（１１１）へもたらされるように形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のバッテリモジュール（１１０）。
【請求項4】
－バッテリモジュール（１１０）が、間隔範囲全体内で１つ又は複数のバッテリセル（１１１）への最小圧力を下回らないよう、及び／又は１つ又は複数のバッテリセル（１１１）への最大圧力を上回らないよう、２つの押圧プレート（１１２，１１４）によって押圧力が１つ又は複数のバッテリセル（１１１）へもたらされるように形成されており、－最小圧力が特に８ｂａｒであり、及び／又は最大圧力が特に１２ｂａｒである
ことを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載のバッテリモジュール（１１０）。
【請求項5】
バッテリモジュール（１１０）が少なくとも１つの押圧要素（３１３）を含んでおり、該押圧要素が、２つの押圧プレート（１１２，１１４）によって１つ又は複数のバッテリセル（１１１）への押圧力がもたらされるよう、２つの押圧プレート（１１２，１１４）のうち第１の押圧プレート（１１２）を２つの押圧プレート（１１２，１１４）のうち第２の押圧プレート（１１４）へ向けて押圧及び／又は引っ張るように形成されていることを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載のバッテリモジュール（１１０）。
【請求項6】
押圧要素（３１３）は、平坦な、又はバンド状のクランプ要素、特にゴムクランプバンド及び／又は蛇行バネを含んでおり、クランプ要素は、第１の押圧プレート（１１２）を第２の押圧プレート（１１４）へ向けて引っ張るように形成されていることを特徴とする請求項５に記載のバッテリモジュール（１１０）。
【請求項7】
押圧要素（３１３）は、少なくとも１つのバネ、特に板バネ、押圧バネ、ねじりバネ及び／又は皿バネを含んでおり、バネは、第１の押圧プレート（１１２）を第２の押圧プレート（１１４）へ向けて押圧するように形成されていることを特徴とする請求項５又は６に記載のバッテリモジュール（１１０）。
【請求項8】
押圧要素（３１３）が、特に横方向軸線に関して傾斜したバネの配置によって、及び／又はレバー（４０３）の使用によって、バネによって第１の押圧プレート（１１２）へもたらされる力が２つの押圧プレート（１１２，１１４）間の間隔に依存して変化するように形成されていることを特徴とする請求項７に記載のバッテリモジュール（１１０）。
【請求項9】
押圧要素（３１３）が、第１の押圧プレート（１１２）に結合されたカム（４０６）へ作用する脚部を有するねじりバネを備えていることを特徴とする請求項７又は８に記載のバッテリモジュール（１１０）。
【請求項10】
押圧要素（３１３）が、ニーレバー（４０３）を介して第１の押圧プレート（１１２）へ作用する押圧バネを含んでいることを特徴とする請求項７～９のいずれか１項に記載のバッテリモジュール（１１０）。
【請求項11】
バッテリモジュール（１１０）が、２つの押圧プレート（１１２，１１４）のうち第１の押圧プレート（１１２）が可動に支持されており、２つの押圧プレート（１１２，１１４）のうち第２の押圧プレート（１１４）が不動に支持されているように形成されていることを特徴とする請求項１～１０のいずれか１項に記載のバッテリモジュール（１１０）。
【請求項12】
バッテリモジュール（１１０）が、直接互いに並んで配置された２つのバッテリセル間に横方向軸線に沿って可動に支持されたそれぞれ１つのフレーム（３１１）を備えていることを特徴とする請求項１～１１のいずれか１項に記載のバッテリモジュール（１１０）。
【請求項13】
－少なくとも１つの支持部（１０１，１０２）と、－支持部（１０１，１０２）において支持された、請求項１～１２のいずれか１項に記載の少なくとも１つのバッテリモジュール（１１０）と
を含む車両（１００）。
【請求項14】
－車両（１００）が、第１のバッテリモジュール（１１０）及び第２のバッテリモジュール（１１０）を含み、－第１のバッテリモジュール（１１０）及び第２のバッテリモジュール（１１０）が、第１のバッテリモジュール（１１０）及び／又は第２のバッテリモジュール（１１０）において各バッテリモジュール（１１０）の２つの押圧プレート（１１２，１１４）間の間隔が増大するときに、第１のバッテリモジュール（１１０）の可動に支持された押圧プレート（１１２）と第２のバッテリモジュール（１１０）の可動に支持された押圧プレート（１１２）の間の間隔が低減されるように、車両（１００）に配置されている
ことを特徴とする請求項１３に記載の車両（１００）。
【請求項15】
第１のバッテリモジュール（１１０）及び第２のバッテリモジュール（１１０）が共通の押圧要素（３１３）を備えており、押圧要素は、第１のバッテリモジュール（１１０）の１つ又は複数のバッテリセル（１１１）への押圧力と、第２のバッテリモジュール（１１０）の１つ又は複数のバッテリセル（１１１）への押圧力とをもたらすために、第１のバッテリモジュール（１１０）の可動に支持された押圧プレート（１１２）と、第２のバッテリモジュール（１１０）の可動に支持された押圧プレート（１１２）とに作用することを特徴とする請求項１４に記載の車両（１００）。
【請求項16】
バッテリモジュール（１１０）を緊締するための方法（５００）であって、バッテリモジュール（１１０）が１つ又は複数のバッテリセル（１１１）を含んでおり、方法（５００）が、－横方向軸線に沿った１つ又は複数のバッテリセル（１１１）の空間的な拡張の変化により２つの押圧プレート（１１２，１１４）間の間隔が間隔範囲内で変化可能であるように、バッテリモジュール（１１０）の横方向軸線に沿って１つ又は複数のバッテリセル（１１１）を互いに並んで２つの押圧プレート（１１２，１１４）間に配置すること（５０１）、及び
－２つの押圧プレート（１１２，１１４）によって、間隔範囲全体内で１つ又は複数のバッテリセル（１１１）へ押圧力をもたらすこと（５０２）
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、バッテリモジュール及びバッテリモジュール、特に、例えば固体電解質を有するリチウムイオンバッテリのような固体バッテリを緊締するための方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
少なくとも部分的に電気式に駆動される車両は、車両の電気駆動モータを動作させるための電気エネルギーを貯蔵するためのバッテリあるいはバッテリモジュールを備えている。バッテリモジュールは、典型的には多数の個別のバッテリセル、特に多数のパウチセルを備えており、当該バッテリセルは、バッテリモジュールのハウジングに互いに並んで配置されている。バッテリモジュールは車両の動作中に繰り返し充電及び放電され、個々のバッテリセルは、放電された状態あるいは充電された状態ではそれぞれ異なる空間的な拡張（拡がり）を有し得る。バッテリモジュールの信頼性のある動作のために、バッテリモジュールの異なる動作状態においても、個々のバッテリセルの緊締についての所定の、特に一定の条件が遵守されるべきである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
本明細書は、特に高い性能を有するバッテリモジュールを提供するために、バッテリモジュールの異なる動作状態において、バッテリモジュールの個々のバッテリセルの緊締条件のそれぞれ精確な調整を可能とするという技術的な課題に関するものである。
【課題を解決するための手段】
【0004】
当該課題は、各独立請求項によって解決される。有利な実施形態は、とりわけ従属請求項に記載されている。独立請求項に従属する請求項の追加的な特徴は、独立請求項の特徴なしに、又は独立請求項の特徴の一部との組合せにおいてのみでも、固有の、及び独立請求項の全ての特徴の組合せから独立した発明を形成することができ、当該発明は、独立請求項、分割出願又は後出願の対象に対して行われ得ることを指摘しておく。このことは、独立請求項の特徴のうち１つから独立した発明を形成し得る、明細書に記載された技術的な示唆についても同様に当てはまる。
【0005】
一態様では、電気エネルギーを貯蔵するためのバッテリモジュールが記述される。バッテリモジュールは、６０Ｖ以上の定格電圧、３００Ｖ以上の定格電圧又は８００Ｖ以上の定格電圧を有し得る。バッテリモジュールは、原動機付き車両の駆動モータを動作させるための電気エネルギーを貯蔵するように形成されることが可能である。原動機付き車両は、場合によっては、共に原動機付き車両のバッテリを形成する複数のバッテリモジュールを含むことができる。個々のバッテリモジュールは、少なくとも部分的に直列に及び／又は少なくとも部分的に互いに並列に接続されることが可能である。例えば、大きな総定格電圧を有する車両バッテリを提供するために、複数のバッテリモジュールを直列に接続することが可能である。
【0006】
バッテリモジュールは、バッテリモジュールの横方向軸線に沿って互いに並んで２つの押圧プレート間に配置された１つ又は複数のバッテリセル（特に１０以上又は５０以上のバッテリセル）を含んでいる。バッテリセルはパウチセルであってよく、横方向軸線は、パウチセルの面及び／又は層に対して垂直となっている。バッテリモジュールの横方向軸線は、バッテリモジュールが配置された車両の横方向軸線と一致し得る。
【0007】
バッテリモジュールは、横方向軸線に沿った１つ又は複数のバッテリセルの空間的な拡張の変化（特に膨張及び／又は縮小）が可能であるよう所定の間隔範囲内で２つの押圧プレート間の間隔が変化可能であるように形成されている。特に、バッテリモジュールは、横方向軸線に沿った１つ又は複数のバッテリセルの空間的な拡張の変化（拡大又は縮小）によって２つの押圧プレート間の間隔の相応の変化（拡大又は縮小）がもたらされるように形成されることが可能である。
【0008】
バッテリモジュールは、２つの押圧プレートのうち第１の押圧プレートが（車両の１つの支持部において）可動に支持され、２つの押圧プレートのうち第２の押圧プレートが（車両の他の支持部において）不動に支持されるように形成されることが可能である。したがって、信頼性をもって両押圧プレート間の間隔の変化が可能となり得る。
【0009】
１つ又は複数のバッテリセルは、放電された状態において、横方向軸線に沿って最小の全体拡張を有することができる。また、１つ又は複数のバッテリセルは、充電された状態において、横方向軸線に沿って最大の全体拡張を有することができる。したがって、１つ又は複数のバッテリセルは、１つ又は複数のバッテリセルが充電過程において（横方向軸線に沿って）膨張し、及び／又は放電過程において（横方向軸線に沿って）収縮するように形成されることが可能である。膨張は、例えば全体膨張の１０％の範囲にあり得る。１つ又は複数のバッテリセルの最大の全体拡張は、１つ又は複数のバッテリセルの最小の全体拡張を５～１５％上回ることができる。このような膨張は、特に、固体電解質を有する電気化学的なバッテリセル（いわゆるＡｌｌ Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｂａｔｔｅｒｙ；ＡＳＳＢ（全固体バッテリ））において、特に固体電解質を有するリチウムイオンセルにおいてあり得る。
【0010】
２つの押圧プレート間の間隔が変化する間隔範囲は、下方へは最小の全体拡張によって制限され、上方へは最大の全体拡張によって制限されることが可能である。
【0011】
また、バッテリモジュールは、間隔範囲全体内で２つの押圧プレートによって１つ又は複数のバッテリセルへの押圧力がもたらされるように形成されることが可能である。バッテリモジュールは、特に、間隔範囲全体内で最大で２０％、特に最大で１０％だけ変動する押圧力が２つの押圧プレートによって１つ又は複数のバッテリセルへもたらされるように形成されることが可能である。これに代えて、又はこれに補足して、バッテリモジュールは、間隔範囲全体内で１つ又は複数のバッテリセルへの最小圧力を下回らないよう、及び／又は１つ又は複数のバッテリセルへの最大圧力を上回らないよう、２つの押圧プレートによって押圧力が１つ又は複数のバッテリセルへもたらされるように形成されることが可能である。例えば、最小圧力が８ｂａｒ以上であってよく、及び／又は最大圧力が１２ｂａｒ以下であってよい。
【0012】
したがって、バッテリモジュールの１つ又は複数のバッテリセルの相応の膨張及び／又は収縮を可能とするために、及びこのとき１つ又は複数のバッテリセルへの常に所定の（場合によっては本質的に一定の）圧力をもたらすために、横方向軸線に沿って膨張及び／又は収縮するように形成されたバッテリモジュールが記述される。したがって、信頼性をもってバッテリモジュールの高い性能が可能となり得る。
【0013】
バッテリモジュールは、直接互いに並んで配置された２つのバッテリセル間にそれぞれ１つの横方向軸線に沿って可動に支持されたフレームを備えることが可能である。バッテリセルは、バッテリセルのできる限り穏やかな動作を可能とするために、膨張時あるいは収縮時に個々のフレームによってガイドされることが可能である。
【0014】
バッテリモジュールが少なくとも１つの押圧要素を含むことができ、当該押圧要素は、２つの押圧プレートによって１つ又は２つのバッテリセルへの押圧力がもたらされるよう、押圧プレートのうち第１の（可動に支持された）押圧プレートを２つの押圧プレートのうち第２の（不動に支持された）押圧プレートへ向けて押圧及び／又は引っ張るように形成されている。このとき、押圧要素は、少なくとも１つの弾性要素（例えばバネ）を含むことができる。したがって、特に効率的かつ信頼性をもって押圧力を１つ又は複数のバッテリセルへもたらすことが可能である。
【0015】
押圧要素は、平坦な、又はバンド状のクランプ要素、特にゴムクランプバンド及び／又は蛇行バネを含むことができ、クランプ要素は、第１の押圧プレートを第２の押圧プレートへ向けて引っ張るように形成されている。平坦な、又はバンド上のクランプ要素は、例えば、両押圧プレートを互いに結合及び緊締する弾性的なアンカを形成することが可能である。したがって、特に効率的かつ信頼性をもって押圧力を１つ又は複数のバッテリセルへもたらすことが可能である。
【0016】
これに代えて、又はこれに補足して、押圧要素は、少なくとも１つのバネ、特に板バネ、押圧バネ、ねじりバネ及び／又は皿バネを含むことができ、バネは、第１の押圧プレートを第２の押圧プレートへ向けて押圧するように形成されている。このとき、バネは、バッテリモジュール用の支持部と第１の押圧プレートの間に配置されることが可能である。したがって、特に効率的かつ信頼性をもって押圧力を１つ又は複数のバッテリセルへもたらすことが可能である。
【0017】
押圧要素は、横方向軸線に関して傾斜したバネの配置によって、及び／又はレバーの使用によって、バネによって第１の押圧プレートへもたらされる力が２つの押圧プレート間の間隔に依存して変化するように形成されることが可能である。例えば、押圧要素は、第１の押圧プレートに結合されたカムへ作用する脚部を有するねじりバネを備えることが可能である。これに代えて、又はこれに補足して、押圧要素は、ニーレバーを介して第１の押圧プレートに作用する押圧バネ（圧縮バネ）を含むことができる。したがって、バッテリモジュールの性能を更に高めるために、１つ又は複数のバッテリセルの膨張に応じて押圧要素から第１の押圧プレートを介して１つ又は複数のバッテリセルに作用する力の推移を特に精確に調整することが可能である。
【0018】
別の一態様によれば、本明細書で記載されるバッテリモジュールのうち少なくとも１つを含む（道路車両）原動機付き車両（特に自家用車又は貨物自動車又はバス又は自動二輪車）が記載される。車両は、例えば部分的に互いに直列及び／又は並列に配置されることが可能な特に複数のバッテリモジュールを含むことができる。さらに、車両は、１つ又は複数のバッテリモジュールが固定された少なくとも１つの支持部を含むことが可能である。
【0019】
車両は、第１のバッテリモジュール及び第２のバッテリモジュールを含むことが可能である。第１のバッテリモジュール及び第２のバッテリモジュールは、第１のバッテリモジュール及び／又は第２のバッテリモジュールにおいて各バッテリモジュールの２つの押圧プレート間の間隔が増大するときに、第１のバッテリモジュールの可動に支持された押圧プレートと第２のバッテリモジュールの可動に支持された押圧プレートの間の間隔が低減されるように、車両に配置されることが可能である。
【0020】
第１のバッテリモジュール及び第２のバッテリモジュールが共通の押圧要素を備えることができ、押圧要素は、第１のバッテリモジュールの１つ又は複数のバッテリセルへの押圧力と、第２のバッテリモジュールの１つ又は複数のバッテリセルへの押圧力とをもたらすために、第１のバッテリモジュールの可動に支持された押圧プレートと、第２のバッテリモジュールの可動に支持された押圧プレートとに作用する。したがって、車両において特に効率的に複数のバッテリモジュールを提供することが可能である。
【0021】
別の一態様によれば、１つ又は複数のバッテリセルを含むバッテリモジュールを緊締するための方法が記述される。方法は、横方向軸線に沿った１つ又は複数のバッテリセルの空間的な拡がりの変化により２つの押圧プレート間の間隔が間隔範囲内で変化可能であるように、バッテリモジュールの横方向軸線に沿って１つ又は複数のバッテリセルを互いに並んで２つの押圧プレート間に配置することを含む。方法は、間隔範囲全体内で１つ又は複数のバッテリセルへ押圧力をもたらすことを更に含む。このとき、押圧力は、２つの押圧プレートによって（及び１つ又は複数の押圧要素に基づき）もたらされることが可能である。換言すれば、方法においては、間隔範囲全体内で１つ又は複数のバッテリセルへの押圧力をもたらすことが可能である。このとき、押圧力は、１つ又は複数の押圧要素に基づき、押圧プレートを介して１つ又は複数のバッテリセルへもたらされることが可能である。
【0022】
本明細書に記載される方法、装置及びシステムは、単独でも、また本明細書に記載される他の方法、装置及びシステムとの組合せにおいても用いられることができることに留意すべきである。さらに、本明細書に記載される方法、装置及びシステムの各態様は、様々に互いに組み合わせられることが可能である。特に、請求項の特徴を様々に組み合わせることが可能である。
【0023】
以下に、実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【0024】
【図1a】電気エネルギーを貯蔵するためのバッテリあるいはバッテリモジュールを有する例示的な車両を示す図である。
【図1b】車両におけるバッテリモジュールの例示的な格納を示す図である。
【図2】バッテリモジュールのバッテリセルの空間的な膨張を可能とするバッテリモジュールの例示的な格納を示す図である。
【図3a】例示的な弾性的な押圧要素を有するバッテリモジュールの異なる視点を示す図である。
【図3b】例示的な弾性的な押圧要素を有するバッテリモジュールの異なる視点を示す図である。
【図3c】例示的な弾性的な押圧要素を有するバッテリモジュールの異なる視点を示す図である。
【図4a】異なるように形成された弾性的な押圧要素を示す図である。
【図4b】異なるように形成された弾性的な押圧要素を示す図である。
【図4c】異なるように形成された弾性的な押圧要素を示す図である。
【図4d】異なるように形成された弾性的な押圧要素を示す図である。
【図4e】異なるように形成された弾性的な押圧要素を示す図である。
【図5】バッテリモジュールを緊締するための例示的な方法のフローチャートを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0025】
冒頭で説明したように、本明細書は、バッテリモジュールの異なる動作状態における、電気的なバッテリモジュール、特に固体バッテリ（固体電池）のバッテリセルの機械的な応力についての条件の効果的で精確な調整（設定）に関するものである。これに関連して、図１ａには、電気エネルギーを貯蔵するためのバッテリモジュール１１０と、バッテリモジュール１１０からの電気エネルギーで動作される電気的な駆動モータ１０５とを有する例示的な車両１００が示されている。ここで、バッテリモジュール１１０は、典型的には、車両１００において、（場合によっては複数のバッテリモジュール１１０を包囲する）バッテリハウジング内に取り付けられている。
【0026】
図１ｂには、車両１００におけるバッテリモジュール１１０の例示的な格納が図示されている。車両１００は（少なくとも、又はちょうど）２つの長手支持部１０１を備えることができ、当該長手支持部は、車両１００の長手軸線に沿って向き調整されている。長手支持部１０１の間には横方向支持部１０２を配置することができ、当該横方向支持部は、車両１００の横軸線に沿って向き調整されている。バッテリモジュール１１０は、車両１００の、１つ若しくは複数の長手支持部１０１及び／又は１つ若しくは複数の横方向支持部１０２において支持されることが可能である。
【0027】
バッテリモジュール１１０は、１つ又は複数のバッテリセル１１１、特にパウチセルを含んでいる。個々の平坦なバッテリセル１１１は、車両１００において、バッテリセル１１１の面、特にバッテリセル１１１の個々の層が車両１００の長手軸線及び高さ方向軸線で描かれる平面内に配置されるように配置されることが可能である。そして、個々のバッテリセル１１１は、車両１００の横方向軸線に沿って互いに並んで配置されている。したがって、バッテリセル１１１の厚さは、車両１００の横方向軸線に沿って延在している。
【0028】
バッテリモジュール１１０は２つの押圧プレート１１２，１１４を備えており、これら押圧プレートの間には、１つ又は複数のバッテリセル１１１が配置されている。このとき、個々の押圧プレート１１２，１１４は、それぞれ、車両１００の長手軸線と高さ方向軸線で描かれる平面に配置されている。両押圧プレート１１２，１１４はアンカ１１３を介して互いに結合されており、個々のアンカ１１３は、車両１００の横方向軸線に沿って延在している。押圧プレート１１２，１１４は、その間に位置する１つ又は複数のバッテリセル１１１へ圧力をもたらすために、アンカ１１３を介して緊締され得る。例えば、アンカ１１３によって、約１０ｂａｒの圧力を個々のバッテリセル１１１へもたらすことが可能である。個々のバッテリセル１１１への圧力は、バッテリセル１１１の信頼性のある動作のために必要であり得る。
【0029】
個々のバッテリセル１１１は、特に固体電解質を有するリチウムイオンセル（リチウムイオン電池）の場合のように、充電過程中に膨張するように、及び／又は放電過程中に収縮するように形成されることが可能である。このとき、膨張及び／又は収縮は、特に（車両１００あるいはバッテリモジュール１１０の横方向軸線に沿った）個々のバッテリセル１１１の厚さの変化をもたらし得る。例えば、個々のバッテリセル１１１の厚さは、放電された状態と充電された状態で約１０％程度変化し得る。
【0030】
厚さの変化により、押圧プレート１１２，１１４を介して個々のバッテリセル１１１へ、あるいは個々のバッテリセル１１１においてもたらされる圧力あるいは応力が相応に変化することとなる。特に、バッテリモジュール１１０の充電時の圧力あるいは応力が高められ得る一方、バッテリモジュール１１０の放電時には圧力あるいは応力が低減される。したがって、個々のバッテリセル１１１の機械的な応力条件は、バッテリモジュール１１０の動作状態に依存して変化し、これにより、バッテリモジュール１１０の性能の低減につながることがある。
【0031】
図２には、バッテリモジュール１１０の動作中にバッテリモジュール１１０の体積の変化を可能とするバッテリモジュール１１０の例示的な格納が示されている。特に、図２に図示された格納により、（車両１００あるいはバッテリモジュール１１０の横方向軸線に沿った）バッテリモジュール１１０の個々のバッテリセル１１１の厚さの変化が可能となる。図２に図示された例では、バッテリモジュール１１０の第２の押圧プレート１１４は、１つ又は複数の固定支持部を介して支持部１０１，１０２に固結されている。他方で、バッテリモジュール１１０の対向する第１の押圧プレート１１２は、１つ又は複数の浮動支持部を介して、支持部１０２、特に横方向支持部において可動に支持されているため、可動に支持された第１の押圧プレート１１２は、固定支持された第２の押圧プレート１１４へ向けて、及び／又は固定支持された第２の押圧プレート１１４から離れるように移動することができる（したがって、個々のバッテリセル１１１の厚さの変化が可能となる）。
【0032】
両押圧プレート１１２，１１４はアンカ１１３を介して互いに結合されることができ、当該アンカは、バッテリセル１１０の全体の厚さの（横方向軸線に沿った）変化を可能とするために、変化可能な長さを有している。特に、アンカ１１３は、バッテリモジュール１１０の膨張に合わせて膨張するように、及びこのとき場合によっては（理想的にはアンカ１１３の膨張とは無関係な）本質的に一定の圧力を個々のバッテリセル１１１へ加えるように形成されることが可能である。個々のアンカ１１３は、この目的のために、１つ又は複数の弾性的なクランプ要素を備えることができる（あるいはそのようなクランプ要素として形成されることができる）。
【0033】
図３ａ～図３ｃにはバッテリモジュール１１０の異なる視点が示されており、当該バッテリモジュールでは、両押圧プレート１１２，１１４が、互いに対向する２つのエッジ部において、それぞれ１つのクランプ要素３１３、例えばそれぞれ１つの弾性的な（ゴム）バンドを介して互いに結合されている。クランプ要素３１３は、バッテリセル１１１の膨張を可能とするために、膨張し、あるいは収縮するように形成されている。図３ａ～図３ｃに図示された例では、個々のバッテリセル１１１はそれぞれセルフレーム３１１に配置されており、セルフレーム３１１は、個々のバッテリセル１１１の膨張時に互いに離れるように移動することができ、個々のバッテリセル１１１の収縮時には互いへ向けて移動することが可能である。個々のバッテリセル１１１は、セルコンタクト部３１５を介して（例えば個々のバッテリセル１１１の直列接続のために）互いに導電的に接続されている。
【0034】
図３ａには、一方側からバッテリモジュール１１０への視点が示されている（すなわち、高さ方向軸線は図３ａにおける垂直軸線に対応し、横方向軸線は図３ａにおける水平軸線に対応する。）。図３ｂには、図３ａにおける矢印によって示されるバッテリモジュール１１０を通る断面が示されている。図３ｃには、垂直軸線が高さ方向軸線に対応し、水平軸線が長手軸線に対応するバッテリモジュール１１０を通る断面が示されている。図３ｃには、横方向軸線に沿ったバッテリモジュール１１０の膨張及び／又は収縮を可能とするために、バッテリモジュール１１０が車両１００の横方向支持部１０２においてどのように可動に支持されているかが図示されている。
【0035】
したがって、適切な材料（例えばゴム）から成る平坦なクランプ要素３１３を用いることができ、当該クランプ要素は、（場合によってはほぼ）一定の力（例えばセル面に対して１０ｂａｒの圧力）において１０％のセル長さ変化あるいはセル厚さ変化を可能とする。クランプ要素３１３は、例えば、１０％のセル長さ変化あるいはセル厚さ変化において生じる力が力の平均値から最大で１０％又は最大で２０％だけ異なるように形成されることが可能である。クランプ要素３１３は、バッテリモジュール１１０に配置された押圧プレート１１２，１１４に係合式及び／又は嵌合式に結合されることが可能である。１０％のセル長さ変化あるいはセル厚さ変化は、バッテリモジュール１１０の固定支持配置構造／浮動支持配置構造によって可能となり得る。
【0036】
セル１１１はフレーム３１１において支持されることができ、個々のフレーム３１１は、互いに対してガイドを形成するように積層されることが可能である。２つのフレーム３１１の間には、それぞれ１つのセル１１１を配置することが可能である。したがって、モジュール１１０ごとのフレーム３１１の数は、セル１１１の数よりも１つだけ少なくてよい。両押圧プレート１１２，１１４は、それぞれ始部フレーム及び終部フレームを形成することが可能である。場合によっては、個々のセル１１１の間にそれぞれ１つの（例えば接着剤又は緩い中間層として）中間層を配置することができ、当該中間層は、セル１１１の相対運動に基づくせん断応力を受容するように、及び／又はできる限り均等な圧力分配を可能とするように形成されている。このとき、せん断応力は、特に、個々のセル１１１の膨張が全ての空間的な方向へなされることで生じ得る。
【0037】
【0038】
図４ａ～図４ｅには、バッテリモジュール１１０あるいは個々のバッテリセル１１１への（少なくともほぼ）一定の圧力におけるバッテリセル１１０の膨張を可能とする押圧要素３１３の異なる形態が図示されている。図４ａには、クランプ要素３１３としての１つ又は複数の蛇行バネの使用が示されている。ここで、蛇行バネは、力をバッテリセル１１１へもたらすために、バッテリモジュール１１０の非膨張状態では所定の予負荷（例えば５０％の延び）を有している。
【0039】
図４ｂには、バッテリセル１１１内で応力をもたらすための押圧要素３１３としての板バネの使用が示されている。板バネは、緩く支持された第１の押圧プレート１１２へ圧力を加えるために、例えば、バッテリモジュール１１０の（長手）支持部１０１と緩く支持された第１の押圧プレート１１２の間に配置されることが可能である。したがって、板バネは、支持部１０１に対して一方側で支持され、第１の押圧プレート１１２に対して他方側で支持される。図４ｂに図示された例では、バッテリモジュール１１０を支持するための、特に第２の押圧プレート１１４を支持するための固定支持部３１４を車両中心４０１に配置することが可能である。図４ｂに図示されたバッテリ配置構造は、車両１００の他の半部において鏡面対称状に配置されることが可能である。板バネに代えて、又はこれに補足して、皿バネを用いることが可能である。
【0040】
図４ｃには、第１の押圧プレート１１２へ圧力を加えるために、（長手）支持部１０１と緩く支持された第１の押圧プレート１１２の間に配置された（押圧要素３１３としての）押圧バネ４０２の使用が示されている。図４ｃに図示されているように、押圧バネ４０２は、横方向軸線に対して傾斜して対状に配置されることができるため、バッテリモジュール１１０の膨張時に力ベクトルが変化し、場合によっては累減する力推移が可能となる（バッテリモジュール１１１の膨張時に一方側へ押圧バネ４０２が傾動するため、バッテリモジュール１１０の膨張へのストローク方向における押圧バネ４０２の力割合が小さくなる）。したがって、押圧バネ４０２の角度によって、第１の押圧プレート１１２にもたらされる力の推移を調整することが可能である。
【0041】
図４ｄには、車両中心４０１に関して両側におけるバッテリモジュール１１０の配置構造が図示されている。図４ｄに示されたバッテリモジュール１１０では、バッテリモジュール１１０の膨張は車両中心４０１へ向けてなされる。したがって、両バッテリモジュール１１０の緩く支持された第１の押圧プレート１１２は、車両中心４０１へ向いている。両バッテリモジュール１１０間には（共通の）押圧バネ４０２が配置されており、当該押圧バネは、ニーレバー４０３を介してそれぞれ両バッテリモジュール１１０の緩く支持された第１の押圧プレート１１２へ力を加えるように形成されている。特に膨張の規模が増大に伴い累減的な力推移を提供するために、バッテリモジュール１１０の膨張のストローク方向における力ベクトルは、膨張の規模に依存して、ニーレバー４０３を介して変化することが可能である。
【0042】
図４ｅには、バッテリモジュール１１０の膨張を可能とするとともに、その際、緩く支持された第１の押圧プレート１１２へ力を加えるために（押圧要素３１３としての）ねじりバネ４０５が用いられる一例が示されている。図４ｅには、バッテリモジュール１１０の膨張した状態における第１の押圧プレート１１２の位置（破線で図示された押圧プレート１１２）が例示的に示されている。ねじりバネ４０５の脚部は、押圧プレートに固定された、押圧プレート１１２のカム４０６において支持されている。バッテリモジュール１１０の膨張時に変化する１つ又は複数のねじりバネ４０５のレバー長さを介して、バッテリモジュール１１０の膨張の規模が増大するときに累減的な力推移をもたらすことが可能である。
【0043】
図５にはバッテリモジュール１１０を緊締するための例示的な一方法のフローチャートが示されており、バッテリモジュール１１０は、１つ又は複数（例えば１０以上又は５０以上）のバッテリセル１１１を含んでいる。
【0044】
方法５００は、横方向軸線に沿った１つ又は複数のバッテリセル１１１の空間的な拡張の変化により２つの押圧プレート１１２，１１４間の間隔が間隔範囲内で変化可能であるように、バッテリモジュール１１０の横方向軸線に沿って１つ又は複数のバッテリセル１１１を互いに並んで２つの押圧プレート１１２，１１４間に配置すること５０１を含む。１つ又は複数のバッテリセル１１１の拡張は、（充電過程における）１つ又は複数のバッテリセルの膨張によって増大されることができ、及び／又は（放電過程における）１つ又は複数のバッテリセル１１１の収縮によって低減されることが可能である。間隔範囲は、１つ又は複数のバッテリセル１１１の（放電状態における）最小拡張と（充電状態における）最大拡張の間で延在し得る。
【0045】
方法５００は、２つの押圧プレート１１２，１１４によって、あるいは２つの押圧プレート１１２，１１４を介して、間隔範囲全体内で１つ又は複数のバッテリセル１１１へ押圧力をもたらすこと５０２を更に含む。したがって、間隔範囲全体にわたって、１つ又は複数のバッテリセル１１１へ（場合によっては本質的に一定の）圧力をもたらすことが可能である。
【0046】
本明細書において記載する措置により、個々のバッテリセル１１１の調整可能な圧力特性あるいは応力特性によるバッテリモジュール１１０の膨張を可能とすることができる。したがって、バッテリモジュール１１０の性能を向上させることが可能である。
【0047】
本発明は、示された実施例に限定されているものではない。特に、明細書及び図面は、提案される方法、装置及びシステムの原理を例示的にのみ説明するものとなっていることに留意すべきである。
【図1a】
【図1b】
【図2】
【図3a】
【図3b】
【図3c】
【図4a】
【図4b】
【図4c】
【図4d】
【図4e】
【図5】
【国際調査報告】