(57)【要約】  本発明は、電気エネルギーを貯蔵するための複数のバッテリーセル（２）と、モジュールフレーム（３）とを備える車両のバッテリーのためのセルモジュール（１）に関し、モジュールフレームは、少なくとも二つの押圧部材（４，５）であって、押圧部材同士の間にバッテリーセル（２）が配置されている押圧部材と、引張力を受けるとともに一の材料から形成された少なくとも一つの引張り具（６，７）であって、引張り具を用いて押圧部材（４，５）は、バッテリーセル（２）を介在させた状態で互いに締め付けられており、それによりバッテリーセル（２）は押圧力をかけられている引張り具と、を含み、押圧プレート（４，５）は引張り具（６，７）を用いて、引張り具（６，７）の材料の降伏強度または０．２％耐力が達成されているように、互いに締め付けられている。
2019512153.tif 000002
【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複数のバッテリーセル（２）と、モジュールフレーム（３）とを備える車両のバッテリーのためのセルモジュール（１）であって、
モジュールフレームは、少なくとも二つの押圧部材（４，５）であって、押圧部材同士の間にバッテリーセル（２）が配置されている押圧部材と、
引張力を受けるとともに一の材料から形成された少なくとも一つの引張り具（６，７）であって、引張り具を用いて押圧部材（４，５）がバッテリーセル（２）を介在させた状態で互いに締め付けられており、それによりバッテリーセル（２）が押圧力をかけられている、引張り具とを含み、
押圧プレート（４，５）は、引張り具（６，７）を用いて、引張り具（６，７）の材料の降伏強度または０．２％耐力が達成されているように互いに締め付けられている、セルモジュール。  
【請求項２】
降伏強度は、材料の上降伏点（ＲｅＨ）であることを特徴とする請求項１に記載のセルモジュール（１）。
【請求項３】
押圧部材（４，５）の一つは固定マウント（９）として形成されており、固定マウントはバッテリーの構成部材、特にバッテリーのハウジングに固定可能であることを特徴とする請求項１または２に記載のセルモジュール（１）。
【請求項４】
他方の押圧部材（５）は自由マウント（１０）として形成されており、自由マウントは他方の押圧部材（５）の構成部材に対する移動を許容することを特徴とする請求項３に記載のセルモジュール（１）。
【請求項５】
降伏強度または０．２％耐力は、バッテリーセル（２）が完全に充電された状態において達成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のセルモジュール（１）。
【請求項６】
引張り具（６，７）は材料結合的に押圧部材（４，５）と接続されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のセルモジュール（１）。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一項に記載の少なくとも一つのセルモジュール（１）を有する、車両のためのバッテリー。
【請求項８】
車両のバッテリーのためのセルモジュール（１）を製造するための方法であって、
電気エネルギーを貯蔵するための複数のバッテリーセル（２）を準備するステップと、
少なくとも二つの押圧部材（４，５）と、一の材料から形成された少なくとも一つの引張り具（６，７）とを含むモジュールフレーム（３）を準備するステップと、
バッテリーセル（２）を押圧部材（４，５）同士の間に配置するステップと、
押圧部材（４，５）を、バッテリーセル（２）を介在させた状態で引張り具（６，７）を用いて互いに締め付け、それにより引張り具（６，７）は引張力を受け、押圧プレート（４，５）は引張り具（６，７）を用いて、引張り具（６，７）の材料が降伏強度または０．２％耐力を達成するように、互いに締め付けられるステップと、を有する方法。
【請求項９】
バッテリーセル（２）は、モジュールフレーム（３）とは異なる押圧装置を用いて押圧力をかけられ、バッテリーセルが押圧装置を用いて押圧力をかけられている状態で、バッテリーセルにモジュールフレーム（３）が設けられ、引張り具（６，７）の材料は、押圧装置によって生じさせられる押圧の終了後、降伏強度または０．２％耐力を達成することを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
引張り具（６，７）は、押圧装置を用いてバッテリーセル（２）に押圧力がかけられている状態で、押圧部材（４，５）と接続されることを特徴とする請求項８または９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両のバッテリーのためのセルモジュールと、そのようなセルモジュールを製造するための方法とに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な従来技術から、および特に車両の量産から、例えば自動車のような車両に電力供給式パワートレインを装備することが知られている。このような電力供給式パワートレインは、代替的パワートレインまたは代替的駆動部とも称され、個々の車両を駆動するための電気モータとして作動させることができる少なくとも一つの電気機械を含む。これにより車両は、純粋に電気的に駆動することができる。代替的に、または付加的に、このようなパワートレインが車両を駆動するための内燃機関を含むことが想定でき、電気機械は例えば、車両を駆動する際に内燃機関を支援することができる。車両はこれにより、例えば電気車両またはハイブリッド車両として形成されている。
【０００３】
電気機械を電気機械の原動機運転（モータ動作）で作動させることができるためには、電気機械に電流もしくは電気エネルギーが供給されなければならない。そのために通常、バッテリーの形で少なくとも一つの電気エネルギー貯蔵装置が用いられ、電気エネルギー貯蔵装置を用いて電気エネルギーを貯蔵することができる。電気機械には、電気機械の原動機運転時に、電気エネルギー貯蔵装置に貯蔵された電気エネルギーを供給することができる。このような電力供給式パワートレインは通常、大きな重量と大きなコストを有する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
したがって本発明は、セルモジュールと、そのようなセルモジュールを製造するための方法とを創出し、それにより車両のための電力供給式パワートレインの重量およびコストを特に小さく保てるようにすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題は本発明により、請求項１の特徴を備えるセルモジュールによって、および請求項８の特徴を備える方法によって解決される。本発明の有利な構成は、従属請求項の対象となっている。
【０００６】
本発明の第一の態様は、車両、特に例えば乗用車のような自動車のバッテリーのためのセルモジュールに関する。セルモジュールは、電気エネルギーもしくは電流を貯蔵するための複数のバッテリーセルを含む。セルモジュールはこれにより、電力供給式パワートレインにおいて用いることができ、電力供給式パワートレインは例えば完全に製造された状態で、少なくとも一つの電気機械を含む。電気機械は例えば、原動機運転において作動可能、従って電気モータとして作動可能であり、車両は電気モータを用いて駆動可能である。
電気機械を原動機運転で作動させるために、バッテリー内に、およびそれとともにセルモジュールもしくはバッテリーセル内に貯蔵された電気エネルギーが、電気機械に供給される。
【０００７】
セルモジュールはさらに、モジュールフレームを含み、モジュールフレームは、少なくとも二つの押圧部材と、引張力を受けるとともに一の材料から形成された少なくとも一つの引張り具とを含む。このときバッテリーセルは、押圧部材同士の間に配置されている。押圧部材は例えば、一の方向に沿って互いに離間して配置されており、バッテリーセルは例えば、その方向に沿って上下に、もしくは前後に連続的に配置され、その際、押圧部材同士の間に配置されている。押圧部材は引張り具を用いて、バッテリーセルを介在させた状態で互いに締め付けられ、それによりバッテリーセルは押圧力をかけられている。押圧部材は例えば、引張力を受けている引張り具を介して互いに接続されており、それにより押圧部材同士の間に配置されているバッテリーセルは押圧力をかけられている。引張り具が引張力を受けていることにより、バッテリーセルは押圧部材を用いて押し付けられ、もしくは締め付けられる。
【０００８】
ここでセルモジュール、ひいてはバッテリー並びに電力供給式パワートレインの重量およびコストを、全体として特に小さく保てるように、押圧プレートは引張り具を用いて、引張り具の材料の降伏強度または０．２％耐力が達成されているように、互いに締め付けられている。言い換えれば、押圧部材を互いに締め付け、それによりバッテリーセルに押圧力をかけるために引張り具は、引張り具の材料の降伏強度もしくは０．２％耐力が達成されているように引張力を受けている。モジュールフレームを用いることにより、セルモジュールおよびそれとともにバッテリーが必要とする組立スペースは、全体として小さく保つことができる。さらに個々のバッテリーセルをコンパクトにまとめることが可能であり、それによりセルモジュールは予め組み立て可能な、もしくは予め組み立てられた構成ユニットとして扱うことができる。これによりバッテリーは特に容易に、およびそれとともに時間とコストの点で有利に製造することができ、それによりバッテリーおよびそれとともに電力供給式パワートレインのコストを小さく保つことができる。
【０００９】
さらに、引張り具を用いて引き起こされるバッテリーセルの上記の締め付けにより、引張り具のため、および特にモジュールフレーム全体のために、特にコストおよび重量の点で有利な材料を用いることが可能であり、それによりセルモジュールおよびそれとともに電力供給式パワートレインの重量およびコストは、特に小さく保つことができる。
【００１０】
引張り具の材料は、例えば金属材料、特にアルミニウムもしくはアルミニウム合金のような軽金属もしくは軽金属合金であり、それによりバッテリーセルは特に良好に押圧力をかけることができ、重量およびコストは、特に小さく保つことができる。
【００１１】
本発明は特に、例えばセルモジュールの寿命中に現れる周期的な負荷が、純粋に引張弾性的に、すなわち材料の純粋に引張弾性的な特質により緩和され、もしくは受容（吸収）され、または補償される一方、セルモジュールの経年劣化による長さの増大は、意図的に引張り具の塑性変形によって対応されるように材料の弾性特性を利用し尽くす、もしくは選択するという思想に基づいている。
【００１２】
好ましくは、押圧プレートは引張り具を用いて、引張り具の材料の降伏強度もしくは０．２％耐力が正確に達成されているように、すなわち引張り具もしくは引張り具の材料が精確に降伏強度まで、もしくは０．２％耐力まで負荷を受けているように、互いに締め付けられている。セルモジュールの寿命中に例えばバッテリーセルの伸びが、特に上記の方向であって、その方向に沿って押圧部材が互いに離間されている方向に沿って生じると、引張り具のひずみが増大する。降伏強度もしくは０．２％耐力がセルモジュールの寿命の初めにすでに、特に精確もしくは正確に達成されているので、引張り具の個々のさらなる逐次的なひずみの増加は、引張り具の塑性変形を生じさせるが、この塑性変形は寿命の終わりまで引張り具の材料にくびれを生じさせてはならない、もしくはくびれを生じさせるべきではない。これにより、寿命中にバッテリーセルに押圧力をかけるために引張り具を用いて及ぼされる締め付け力は、少なくともほぼ一定に保たれることが保証されている。言い換えれば、寿命中ずっと、バッテリーセルの少なくとも近似的に均質な負荷を保証することができる。これによりバッテリーセルの変化し得る機械的負荷を、寿命にわたって回避することができる。さらに引張り具の材料もしくは素材の特性は、少なくともほぼ完全に利用し尽くすことができ、それにより引張り具およびそれとともにモジュールフレーム全体は、重量およびコストをかけて過剰な大きさに構成することを回避できる。結果として重量およびコストは、小さく保つことができる。
【００１３】
降伏強度は通常、Ｒｅにより表され、一つの材料特性値である。そして、降伏強度は、応力であり、一軸性でトルクが働かない引張力を材料が受けるとき、その応力までは材料が持続的な塑性変形を示さないような応力を表す。これは降伏価である。押圧部材の間に配置されるとともに、例えば前後に、もしくは上下に連続的に配置されるバッテリーセルは、バッテリーパックを形成し、その長さは例えば経年劣化のために増大する可能性がある。この長さの増大ゆえに、降伏強度もしくは０．２％耐力を起点として、引張り具に作用する負荷もしくは引張り具のひずみは増大し、それにより引張り具の塑性変形が生じる。
【００１４】
一の有利な構成において降伏強度は、上降伏点であり、上降伏点は通常、ＲｅＨによっても記載される。引張り具の材料が例えば上降伏点ＲｅＨおよび下降伏点ＲｅＬを有するとき、前記の降伏強度は好ましくは上降伏点ＲｅＨであり、それによりバッテリーパックの長さが増大し、それとともに引張り具のひずみが増大するとき、上降伏点を起点として引張り具の塑性変形が生じる。
【００１５】
押圧部材の一つが固定マウントとして形成されており、固定マウントは或る構成部材に固定可能、特にバッテリーのハウジングに固定可能であると、特に有利であることが判明している。これによりバッテリーは、バッテリーが完全に製造された状態において、例えばハウジングとして形成されている、少なくとも一つのさらなる構成部材を含む。このときセルモジュールは、そのさらなる構成部材に保持されている。このとき好ましくは、押圧部材の一つが固定マウントとして形成されており、固定マウントはさらなる構成部材、特にバッテリーのハウジングに固定可能であるか、もしくは固定されているように構成されている。これによりセルモジュールを規定された状態でかつ確実に保持するとともに、重量とコストの点で有利に保持することを保証することができ、過剰な数の、重量およびコストのかかる付加的な保持部材を設けることはなく、その必要もない。
【００１６】
セルモジュールのコストと重量を特に小さく保つために、本発明のさらなる実施の形態では、他方の押圧部材が自由マウントとして形成されており、これが、この他方の押圧部材がバッテリーの構成部材に対して相対的に移動するのを許容する。言い換えれば、他方の押圧部材は、好ましくは自由マウントとして形成され、それにより意図したとおりに移動自在に支持された状態で形成されている。これによりセルモジュールを締め付けること、およびそれとともにセルモジュールに過剰な負荷をかけることは回避することができるので、セルモジュールは、特に重量とコストの点で有利に形成することができるようになる。
【００１７】
本発明のさらなる実施の形態では、降伏強度または０．２％耐力は、バッテリーセルが完全に充電された状態において達成されている。これにより、特にセルモジュールの寿命の初めに所定の状態が作り出され、バッテリーパックの長さが増大するとき、この所定の状態を起点として引張り具の所望の塑性変形が生じる。特にこの実施の形態により、周期的な負荷を純粋に引張弾性的に緩和し、もしくは受容し、または補償することが可能である。例えばバッテリーセルが完全に充電された状態を起点として、バッテリーパックの長さの減少もしくは長さの縮小が生じ、続いて再び、降伏強度または０．２％耐力を上回らないようにバッテリーパックの長さが増大すると、これらの長さの変化は弾性的に、特に引張弾性的に、すなわち引張り具の弾性変形によって受容することができる。しかしながら降伏強度もしくは０．２％耐力を起点として、経年劣化によって長さが増大するとき、降伏強度もしくは０．２％耐力を上回るので、このような長さの増大は引張り具の塑性変形によって受容されるようになる。
【００１８】
セルモジュールの重量とコストを特に小さく保つために、本発明のさらなる実施の形態では、引張り具が材料結合的に押圧部材と接続されていることが行われる。このために引張り具は例えば、押圧部材と溶接されている。押圧部材は例えば金属材料から形成されている。さらに押圧部材が押圧プレートとして形成されていることも考えられ得る。
【００１９】
車両、特に例えば乗用車のような自動車のためのバッテリーも本発明に属し、バッテリーは少なくとも一つの本発明に係るセルモジュールを有する。本発明に係るセルモジュールの有利点および有利な構成は、本発明に係るバッテリーの有利点および有利な構成であると見なされ、その逆も成り立つ。
【００２０】
本発明の第二の態様は、車両のバッテリーのためのセルモジュール、特に本発明の第一の態様に応じた、本発明に係るセルモジュールを製造するための方法に関する。方法の第一のステップにおいて、電気エネルギーもしくは電流を貯蔵するための複数のバッテリーセルが準備される。方法の第二のステップにおいて、モジュールフレームが準備され、モジュールフレームは、少なくとも二つの押圧部材と、一の材料、特に金属材料から形成された少なくとも一つの引張り具とを含む。方法の第三のステップにおいて、バッテリーセルは押圧部材同士の間に配置される。押圧部材は例えば、一の方向に沿って互いに離間されているように配置される。このときバッテリーセルは例えば、バッテリーセルが上記の方向に沿って前後に、もしくは上下に連続的に配置されているように押圧部材同士の間に配置される。方法の第四のステップにおいて、押圧部材は引張り具を用いて、バッテリーセルを介在させた状態で互いに締め付けられ、それにより引張り具は引張力を受けている。このとき押圧プレートは引張り具を用いて、引張り具の材料が降伏強度または０．２％耐力を特に正確もしくは精確に達成するように、互いに締め付けられる。本発明の第一の態様の有利点および有利な構成は、本発明の第二の態様の有利点および有利な構成であると見なされ、その逆も成り立つ。
【００２１】
引張り具の材料の降伏強度もしくは０．２％耐力は好ましくは、セルモジュールの製造の直後、従ってセルモジュールの寿命の初めに精確に達成されている。これにより周期的な負荷は、特に降伏強度もしくは０．２％耐力を起点として、引張り具の弾性変形によって受容することができ、経年劣化による長さの増大は、引張り具の塑性変形によって対応がなされる。これは例えば、セルモジュールの寿命の初めに、モジュールフレームが、好ましくは満充電されたバッテリーセルにより、精確に降伏強度、特にＲｅＨまで、もしくは０．２％耐力（Ｒｐ，０．２）まで負荷されることを意味する。引張り具の個々の逐次的なさらなるひずみの増加は、引張り具の塑性変形を生じさせ、これにより、バッテリーセルを押さえつけるためにモジュールフレームにより生じさせられ且つバッテリーセルに作用する締め付け力は、少なくともほぼ一定のレベルに保たれることが保証されている。
【００２２】
本発明の第二の態様の一の有利な実施の形態では、バッテリーセルがモジュールフレームとは異なる押圧装置を用いて押圧力をかけられることが行われている。バッテリーセルには、バッテリーセルが押圧装置を用いて押圧力をかけられている状態で、モジュールフレームが設けられる。特に例えばまず、押圧装置を用いて、押圧部材と押圧部材同士の間に配置されたバッテリーセルに押圧力がかけられることが行われ、それにより押圧部材同士の間に配置されたバッテリーセルには、押圧装置を用い、押圧部材を介して押圧力がかけられ、バッテリーセルはそれにより押し付けられ、もしくは締め付けられる。この状態において引張り具は押圧部材と連結され、特に接続され、続いて例えばセルモジュールは、押圧装置から解除され、もしくは続いて押圧装置によって生じさせられる押圧が終了する。このとき引張り具の材料は、押圧装置によって生じさせられる押圧の終了後、好ましくはダイレクトに、または直接的に、降伏強度または０．２％耐力を、特に正確または精確に達成する。これにより、セルモジュールの寿命の初めに、所定の初期状態が生じさせられ、この初期状態を起点として、周期的な負荷は弾性変形によって受容することができるが、経年劣化によるバッテリーパックの長さの増大は、塑性変形によって受容することができる。これにより、引張り具に対して、重量とコストの点で特に有利な材料を使用することができる。
【００２３】
最終的に、押圧装置を用いてバッテリーセルに押圧力がかけられている状態で、引張り具が押圧部材と接続されると特に有利であることが判明している。これにより引張り具は例えば、押圧装置によって生じさせられる押圧が終了する、すなわち押圧装置がセルモジュールから解除されるとき、そのとき初めて引張力を受ける。引張り具はこれにより、押圧装置によって及ぼされるバッテリーセルへの押圧が終了した後、バッテリーセルに押圧力をかけることを提供する、もしくは生じさせるために用いられ、それにより引張り具は引張力を受ける。引張り具をこのように押圧部材に接続することにより、一つの規定された状態、および特に一つの規定された初期状態と、特にセルモジュールの寿命の初めにおける引張り具の一つの規定された負荷とを実現することができる。結果として、周期的な負荷もしくは長さの変化を、引張り具の弾性変形によって補償し、バッテリーパックの経年劣化による長さの増大を引張り具の塑性変形によって提供することが規定された状態で可能となる。結果としてセルモジュールのコストと重量は特に小さく保つことができる。
【００２４】
本発明のさらなる詳細は以下において、付属の図面を用いた一の好適な実施の形態の詳細な説明に記載されている。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】一の材料から形成された少なくとも一つの引張り具を備える、車両のバッテリーのためのセルモジュールの概略的な平面図であり、引張り具はセルモジュールのバッテリーセルに押圧力をかけるために、引張り具の材料の降伏強度または０．２％耐力が達成されているように引張力を受けていることを表す図である。
【図２】セルモジュールの概略的な側面図である。
【図３】特にセルモジュールの寿命にわたる引張り具の挙動を明らかにするための応力ひずみ曲線である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
図において同一の要素、または機能が同一である要素には同一の参照番号が付されている。
【００２７】
図１は、車両、特に例えば乗用車のような自動車のバッテリーのための、全体として１で表されるセルモジュールを概略的な平面図で示している。車両は、その完成された状態で、電力供給式パワートレインを有し、電力供給式パワートレインは、少なくとも一つの電気機械と、セルモジュール１を備える上記のバッテリーとを有する。バッテリーは、その完成された状態で、例えば複数のセルモジュールを有しており、図１では複数のセルモジュールのうち、１で表されるセルモジュールが代表的に示されている。
【００２８】
電気機械は原動機運転において、従って電気モータとして作動可能であり、それにより車両は電気モータを用いて駆動することができる。電気機械を原動機運転において作動させるために、電気機械には電流もしくは電気エネルギーが供給されなければならない。バッテリーは電気エネルギー貯蔵装置であり、電気エネルギー貯蔵装置を用いて、もしくは電気エネルギー貯蔵装置内に、電気エネルギーもしくは電流を貯蔵することができる。電気機械には、バッテリー内に貯蔵された電気エネルギーを供給することができ、それにより電気機械をその原動機運転において作動させる。
【００２９】
セルモジュール１はそのために複数のバッテリーセル２を含み、バッテリーセルを用いて電気エネルギーを貯蔵することができる。個々のバッテリーセル２は例えばセルハウジングを含み、セルハウジング内には例えば個々のバッテリーセル２の電解質が収容されている。セルモジュール１はさらに、全体として３で表されるモジュールフレームを含み、モジュールフレームは、押圧プレート４および５の形態の少なくとも二つの押圧部材を有する。モジュールフレーム３はさらに、引張力を受けている引張り具６および７を含み、引張り具はそれぞれ、一の材料、特に金属材料から形成されている。
【００３０】
図１から、押圧プレート４および５は、図１において二重矢印８によって表される方向に沿って、互いに離間して配置されていることが看取できる。このときバッテリーセル２は、上記の方向に沿って、押圧プレート４および５の間に配置されており、バッテリーセル２は上記の方向に沿って、上下に、もしくは前後に並べて配置されている。押圧プレート４および５は引張り具６および７を用いて、バッテリーセル２を介在させた状態で互いに締め付けられ、それによりバッテリーセル２は押圧力をかけられている。言い換えれば、引張力を受けている引張り具６および７は、押圧プレート４および５と連結され、特に接続され、それにより引張力を受けている引張り具６および７は、押圧プレート４および５を互いに接続し、それによりバッテリーセル２は押圧力をかけられている。バッテリーセル２は、バッテリーパックを形成し、バッテリーパックは、上記の方向に沿って延びる長さを有する。このとき図１にはバッテリーパックの初期長さが示されており、図１にはさらにセルモジュール１の初期長さＬ０が示されている。
【００３１】
セルモジュール１を製造するための方法では、例えば凸状および／または角柱状のバッテリーセル２が上下に積み重ねられる。積み重ねられたバッテリーセル２は例えば、セルモジュール１とは異なる押圧装置を用いて、所定の名目寸法になるように押圧力をかけられ、続いて、もしくは押圧装置を用いて押圧力をかけられた状態において、モジュールフレーム３によって包囲されて締め付けられる。その後、押圧装置は解除される。それは押圧装置を用いて生じさせられる押圧が終了することを意味する。押圧装置が解除される結果、バッテリーセル２の復元力は、特に押圧プレート４および５を介して、押圧プレート４および５と接続された、特に溶接された引張り具６および７に作用し、それにより例えば、引張り具６および７もしくはセルモジュール１全体の最初の、特に弾性的な伸びが、製造の直後に生じる。引張り具６および７もしくはセルモジュール１全体の伸びは、伸長とも称される。上記の最初の、特に弾性的な伸びは、εＭｏｎｔａｇｅとも称される。これにより引張り具６および７にわたって、恒常的かつほぼ静的な応力が及ぼされる。
【００３２】
図３は引張り具６および７の個々の材料の応力ひずみ曲線を示している。一般的に知られているように、応力ひずみ曲線は引張強さＲｍ、上降伏点ＲｅＨ、下降伏点ＲｅＬ、リューダース伸びＡＬ、均一伸びＡｇ、破断伸びＡを示し、破断伸び以降は破断が生じる。くびれ開始はＥで表されている。上降伏点ＲｅＨの左には、個々の引張り具６もしくは７の弾性領域Ｂ、言い換えれば個々の引張り具６もしくは７を形成する個々の材料の弾性領域Ｂがある。モジュールフレーム３、特に引張り具６および７は、例えばほぼ静的かつ周期的な全ての負荷が、用いられる材料の純粋に弾性的な領域Ｂを上回らないように寸法取りされていてよい。また、両方の押圧プレート４および５が固定マウントとして設計され、それにより例えば押圧プレート４および５は、例えばバッテリーのハウジングのようなさらなる構成部材に、特に移動しないように固定されているようにして設けられていることが可能である。しかしながら、モジュールフレーム３および押圧プレート４および５をこのように固定マウントとして設計することは、以下においてさらに詳しく説明するように、不利である。
【００３３】
バッテリーセル２は作動中に充放電による周期的な負荷を生じさせ、この周期的な負荷は、周期的なひずみもしくは長さの変化、特に伸長を生じさせる。この周期的なひずみは、εＳＯＣで表される。バッテリーセル２、従ってバッテリーに負荷をかける、または充電するとは、電気エネルギーがバッテリーセル２内に貯蔵されることであり、すなわち、バッテリーが電気エネルギーを充填されることである。放電とは、バッテリーセル２もしくはバッテリー内に貯蔵された電気エネルギーがバッテリーから取り出される、もしくはバッテリーから放出されることである。
【００３４】
さらに機械的なモジュール構成部材であって、これを用いてバッテリーセル２が締め付けられた状態で保持される機械的なモジュール構成部材に対して、温度勾配が作用する。
これらの機械的なモジュール構成部材は例えば、引張り具６および７と、押圧プレート４および５とである。これらの温度勾配は温度による長さの変化、もしくは伸びの変化またはひずみを生じさせ、これはεＴとも表される。これらの周期的な伸びもしくは長さの変化は、セルモジュールの古さもしくは寿命（例えばバッテリーの残容量によって測定される。）に依存した、セルモジュール１の長さの少なくとも近似的に線形の増加と重なり、この少なくとも近似的に線形の増加が、伸びまたは伸長とも称され、εＳＯＨとも表される。
全ての伸びが一緒になって、モジュールフレーム３に対して作用する力を生じさせ、この力は膨張力（Ｓｃｈｗｅｌｌｋｒａｆｔ）とも称され、図１において力ベクトルＦで表されている。
膨張力は図１においてΔｘで表される伸び、すなわちセルモジュール１、従って引張り具６および７の伸長をもたらす。これによりセルモジュール１の伸びΔｘは、時間ｔの関数として、およびそれとともにセルモジュール１の寿命の関数として、以下の数式により記載される。
【００３５】
【数１】
2019512153.tif 000003
【００３６】
上記の式においてｔは時間、Ｃは貯蔵装置の状態、Ｔは温度もしくは上記の温度勾配を表す。セルモジュール１の上記の有利でない設計から、寿命にわたって変化するバッテリーセル２の機械的負荷、過剰に重くかつ不要な重量、不要に高いコスト、および材料特性が完全に使い尽くされないこと、という不利点が生じる。さらに動作特性は部分的にしか対応がなされない。
【００３７】
これらの不利点を回避するために、特に押圧装置が解除された後、引張り具６および７の材料の上降伏点ＲｅＨまたは０．２％耐力Ｒｐ，０．２が精確もしくは正確に達成されているように、バッテリーセル２が押圧力をかけられていること、もしくは押圧プレート４および５が引張り具６および７を用いて互いに締め付けられているように構成されている。
言い換えれば引張り具６および７は、バッテリーセル２を締め付けることにより、材料の降伏強度もしくは０．２％耐力が精確もしくは正確に達成されているように、負荷をかけられている。図３において、セルモジュール１の寿命の初めはＢＯＬで表され、寿命の終わりはＥＯＬで表されている。これにより、Δｘ（ｔ＝ＢＯＬ）は寿命の初め、特に押圧装置が解除された直後の伸長もしくはセルモジュール１の長さを表す。さらにΔｘ（ｔ＝ＥＯＬ）は、寿命の終わりのセルモジュール１の伸びもしくは伸長を表す。さらに図３における矢印Ｌは寿命を表し、その際、寿命中の、もしくはひずみに対する引張り具６および７の挙動を示す。
【００３８】
このようにセルモジュール１において、周期的な負荷が純粋に引張弾性的に緩和されるように、引張り具６および７の材料の弾性特性を利用し尽くす、もしくは選択することが行われている。言い換えれば周期的な負荷は、引張り具６および７の弾性変形およびそれとともに弾性領域Ｂによって、緩和もしくは補償される。これに対して経年劣化によるセルモジュール１の伸長Δｘは、意図的に引張り具６および７の塑性変形によって対応がなされる。寿命の初めに引張り具６および７は、バッテリーセル２が完全に充電されている状態で、引張り具６および７の個々の材料の降伏強度もしくは０．２％耐力が、押圧装置が解除された直後に、精確に達成されているように、精確に降伏強度もしくは０．２％耐力まで負荷を受ける。これにより例えば、上降伏点ＲｅＨを起点として、引張り具６および７の個々のさらなる逐次的なひずみの増大は、引張り具６および７の塑性変形を生じさせることになるが、この塑性変形は寿命の終わりまで材料にくびれを生じさせることはないはずのものである。これにより、バッテリーセル２に押圧力をかけるために引張り具６および７を用いて生じさせられる締め付け力は、少なくとも近似的に一定のレベルに保たれることが保証されている。
【００３９】
図２からさらに好ましくは、押圧プレート４を固定マウント９として形成するように構成されていることが看取でき、固定マウントは上記の構成部材、特にバッテリーのハウジングに固定されている。他方の押圧プレート５は好ましくは自由マウント１０として形成されており、自由マウントは押圧プレート５がバッテリーの構成部材、特にバッテリーのハウジングに対して移動することを許容する。これにより押圧プレート４が固定マウント９として用いられる一方、押圧プレート５は意図的に移動式に支持された状態で実施されている。そのとき伸びに対する相応の許容度（Ｖｏｒｈａｌｔｅ）は、例えば高電圧バッテリー（ＨＶバッテリー）として形成されたバッテリーにおいて目標を定めて設けることができる。ＨＶバッテリーとして形成されることにより、バッテリーは例えば５０ボルトより大きい、特に６０ボルトより大きい動作電圧を有する。バッテリーは特に、数百ボルトの動作電圧を有する。図１および図２において、セルモジュール１はその初期長さＬ０において実線で表され、伸びΔｘは点線で表されている。
【００４０】
上記のように、押圧装置が解除された直後に、降伏強度もしくは０．２％耐力が精確に達成されているように、引張り具６および７に意図的に負荷をかけることにより、モジュールフレーム３を過剰な大きさに構成することを回避することができ、それによりモジュールフレーム３およびそれとともにセルモジュール１は、全体として特に重量およびコストの点で有利に形成することができる。さらにバッテリーセル２に、寿命にわたって少なくとも近似的に均質な負荷をかけることを保証することができる。
【符号の説明】
【００４１】
１  セルモジュール
２  バッテリーセル
３  モジュールフレーム
４  押圧プレート
５  押圧プレート
６  引張り具
７  引張り具
８  二重矢印
９  固定マウント
１０  自由マウント
Ｂ  弾性領域
Ｅ  くびれ
Ｆ  力ベクトル
Ｌ  矢印
Ｒｍ  引張強さ
ＲｅＨ  上降伏点
ＲｅＬ  下降伏点
ＡＬ  リューダース伸び
Ａｇ  均一伸び
Ａ  破断伸び
Δｘ  伸び
Ｌ０  初期長さ
ＢＯＬ  寿命の初め
ＥＯＬ  寿命の終わり
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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