(57)【要約】  本発明は、セルスタック（３０２）を収容するためのハウジング（１００）に関する。ハウジング（１００）は、側壁（１０２）とフレーム構造体（１０４）とを有している。側壁（１０２）は、プラスチック構成部材として形成されている。側壁（１０２）は、第１の取付部及び第２の取付部を有している。フレーム構造体（１０４）は、セルスタック（３０２）を緊締するように形成されている。フレーム構造体（１０４）は、第１の取付部（１０８）に固定された第１のレール（１１６）、及び、第２の取付部に固定された第２のレール（１１８）を有している。第１のレール（１１６）及び第２のレール（１１８）は、側壁（１０２）を横切る方向に整列されている。
2016516265.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリ用のセルスタック（３０２）を収容するためのハウジング（１００）において、
前記ハウジング（１００）は、
プラスチック構成部材として形成されており、且つ、第１の取付部（１０８）及び第２の取付部（１１０）を有している側壁（１０２）と、
前記側壁（１０２）を横切る方向に整列され、前記第１の取付部（１０８）に固定されている第１のレール（１１６）と、前記側壁（１０２）を横切る方向に整列され、前記第２の取付部（１１０）に固定されている第２のレール（１１８）とを有し、且つ、前記セルスタック（３０２）に予荷重を加える、金属製のフレーム構造体（１０４）と、
を備えていることを特徴とする、ハウジング（１００）。
【請求項２】
前記プラスチック構成部材は、３次元の輪郭及び補強リブ構造体（１０６）を備えている繊維強化プラスチック構成部材として形成されている、請求項１に記載のハウジング（１００）。
【請求項３】
前記側壁は、第３の取付部（１１２）及び第４の取付部（１１４）を有しており、
前記フレーム構造体（１０４）は、前記側壁（１０２）を横切る方向に整列され、前記第３の取付部（１１２）に固定されている第３のレール（１２０）と、前記側壁（１０２）を横切る方向に整列され、前記第４の取付部（１１４）に固定されている第４のレール（１２２）とを有している、請求項１又は２に記載のハウジング（１００）。
【請求項４】
前記レール（１１６，１１８，１２０，１２２）は、前記セルスタック（３０２）の各長辺側縁部を収容するための軸方向凹部をそれぞれ有している、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のハウジング（１００）。
【請求項５】
前記フレーム構造体（１０４）の前記第１のレール（１１６）及び前記第２のレール（１１８）は、冷却プレート（３０４）用の軸方向収容部（２０２）をそれぞれ有している、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のハウジング（１００）。
【請求項６】
前記レール（１１６，１１８，１２０，１２２）は、ねじ結合を介して前記側壁（１０２）にそれぞれ結合されている、請求項１乃至５のいずれか一項に記載のハウジング（１００）。
【請求項７】
第１の面と、該第１の面を横切る方向に整列されている第２の面と、該第２の面を横切る方向に整列されている第３の面とから成るＵ字形の横断面を備えたケーシングパーツ（４００）を有しており、
前記ケーシングパーツ（４００）は、前記側壁（１０２）に当接しており、前記第１のレール（１１６）は、前記第１の面と前記第２の面との間の第１の突き合わせ縁部に配置されており、且つ、前記第２のレール（１１８）は、前記第２の面と前記第３の面との間の第２の突き合わせ縁部に配置されている、請求項１乃至６のいずれか一項に記載のハウジング（１００）。
【請求項８】
前記ケーシングパーツ（４００）は、第１の区画及び少なくとも一つの第２の区画から構成されており、
前記第１の区画及び前記第２の区画は、前記ケーシングパーツ（４００）のＵ字形の横断面をそれぞれ有しており、且つ、境界面において相互に結合されており、
異なる長さの区画を組み合わせることによって、異なる長さのケーシングパーツ（４００）を作製可能である、請求項７に記載のハウジング（１００）。
【請求項９】
前記ハウジング（１００）は、蓋（４０４）を有しており、該蓋（４０４）は、前記ケーシングパーツ（４００）の開放されている側を閉鎖し、且つ、前記第１の面、前記側壁（１０２）及び前記第３の面に当接している、請求項７又は８に記載のハウジング（１００）。
【請求項１０】
前記ハウジング（１００）は、前記側壁（１０２）と構造的に等しい別の側壁（４０２）を有しており、該別の側壁（４０２）は、前記フレーム構造体（１０４）の、前記側壁（１０２）側とは反対側の端部において、前記フレーム構造体（１０４）に結合されており、
前記第１のレール（１１６）は、別の第１の取付部に固定されており、且つ、前記第２のレール（１１８）は、別の第２の取付部に固定されている、請求項１乃至９のいずれか一項に記載のハウジング（１００）。
【請求項１１】
バッテリ（３００）において、
角柱状の基体を備えている少なくとも二つのセル（３０２）から成る直方体状のセルスタック（３０２）であって、第１の長辺側縁部、第２の長辺側縁部、第３の長辺側縁部、第４の長辺側縁部、第１の端面、及び、該第１の端面とは反対側に位置する第２の端面を有しており、前記第１の長辺側縁部、前記第２の長辺側縁部、前記第３の長辺側縁部及び前記第４の長辺側縁部は相互に平行に整列されており、且つ、前記第１の端面及び前記第２の端面を横切る方向に整列されている、セルスタックと、
請求項１乃至１０のいずれか一項に記載のハウジング（１００）であって、前記側壁（１０２）は、前記セルスタック（３０２）の前記第１の端面に当接しており、前記セルスタック（３０２）の前記第１の長辺側縁部は、前記第１のレール（１１６）に当接しており、且つ、前記セルスタック（３０２）の前記第２の長辺側縁部は、前記第２のレール（１１８）に当接している、ハウジング（１００）と、
を有していることを特徴とする、バッテリ（３００）。
【請求項１２】
前記バッテリ（３００）は、冷却プレート（３０４）を有しており、該冷却プレート（３０４）は、前記第１のレール（１１６）の軸方向収容部及び前記第２のレール（１１８）の軸方向収容部に配置されており、且つ、前記セルスタック（３０２）に熱的に接触している、請求項１１に記載のバッテリ（３００）。
【請求項１３】
バッテリ（３００）を製造するための方法（７００）において、
該方法（７００）は、
請求項１乃至６のいずれか一項に記載のハウジング（１００）を準備するステップ（７０１）と、
角柱状の基体を備えている少なくとも二つのセル（３０２）から成る直方体状のセルスタック（３０２）を準備するステップ（７０３）であって、前記セルスタック（３０２）は、第１の長辺側縁部、第２の長辺側縁部、第３の長辺側縁部、第４の長辺側縁部、第１の端面、及び、該第１の端面とは反対側に位置する第２の端面を有しており、前記第１の長辺側縁部、前記第２の長辺側縁部、前記第３の長辺側縁部及び前記第４の長辺側縁部は相互に平行に整列されており、且つ、前記第１の端面及び前記第２の端面を横切る方向に整列されている、ステップ（７０３）と、
前記ハウジング（１００）内に前記セルスタック（３０２）を配置し、前記側壁（１０２）を前記セルスタック（３０２）の前記第１の端面に当接させ、前記セルスタック（３０２）の前記第１の長辺側縁部を前記第１のレール（１１６）に当接させ、且つ、前記セルスタック（３０２）の前記第２の長辺側縁部を前記第２のレール（１１８）に当接させるステップ（７０５）と、
第１の面と、該第１の面を横切る方向に整列されている第２の面と、該第２の面を横切る方向に整列されている第３の面とから成るＵ字形の横断面を備えたケーシングパーツ（４００）を準備するステップ（７０７）と、
前記ケーシングパーツ（４００）を前記ハウジング（１００）に配置し、前記ケーシングパーツ（４００）を前記側壁（１０２）に当接させ、前記第１のレール（１１６）を、前記ケーシングパーツ（４００）の前記第１の面と前記第２の面との間の第１の突き合わせ縁部に配置し、且つ、前記第２のレール（１１８）を、前記ケーシングパーツ（４００）の前記第２の面と前記第３の面との間の第２の突き合わせ縁部に配置するステップ（７０９）と、
を備えていることを特徴とする、バッテリ（３００）を製造するための方法（７００）。
【請求項１４】
三次元の輪郭及び補強リブ構造体（１０６）を備えている繊維強化プラスチック構成部材（１０２）、特に請求項１乃至１０のいずれか一項に記載のハウジング（１００）の側壁（１０２）を製造するための方法（８００）において、
該方法（８００）は、
熱可塑性のマトリクスを有する繊維強化半材料から成るプレートを準備するステップ（８０２）と、
変形可能なプレートを得るために、緊張フレーム内に固定されている前記プレートを、前記マトリクスの変形温度へと温度調整するステップ（８０４）と、
前記プラスチック構成部材（１０２）の前記輪郭及び前記リブ構造体（１０６）を雌型として写し取る金型キャビティを二つの金型半部間において形成している、開放されている射出成形機に、変形の準備が整った前記プレートを前記緊張フレームと共に挿入するステップ（８０６）と、
前記射出成形機を閉鎖し、変形の準備が整った前記プレートの縁部を前記緊張フレームによって保持し、前記プレートを緊張状態にし、三次元の変形が行われている間のしわ形成を回避し、前記リブ構造体（１０６）に残余容積を残すステップ（８０８）と、
射出の準備が整った前記射出成形機の前記残存容積を、可塑化された熱可塑性材料で充填し、前記輪郭に前記リブ構造体（１０６）を固着させ、融解物の圧力によって、前記射出成形機の金型の輪郭を、変形されたプレート半製品によって完全に写し取るステップ（８１０）と、
を備えていることを特徴とする、繊維強化プラスチック構成部材（１０２）を製造するための方法（８００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セルスタックを収容するためのハウジング、バッテリ、バッテリの製造方法、並びに、バッテリのハウジング用の繊維強化プラスチック構成部材の製造方法に関する。
【０００２】
車両用バッテリはケーシングを有することができ、そのケーシングによってバッテリのセルを例えば周囲環境の影響から保護することができる。
【背景技術】
【０００３】
独国特許出願公開第１０２０１００１３００２号明細書には、複数の金属プレートから成るケーシング内に配置されているセルスタックを備えているバッテリが開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この従来技術を背景として、本発明によれば、各独立請求項に記載されている、セルスタックを収容するためのハウジング、更には、バッテリ、バッテリの製造方法、並びに、繊維強化プラスチック構成部材の製造方法が提案される。有利な実施の形態は、各従属請求項及び下記に記載されている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
バッテリ用のセルスタックを収容するためのハウジングは、以下の特徴を備えている：
プラスチック構成部材として形成されており、且つ、第１の取付部及び第２の取付部を有している側壁；
側壁を横切る方向に整列され、第１の取付部に取り付けられている第１のレールと、側壁を横切る方向に整列され、第２の取付部に取り付けられている第２のレールとを有し、且つ、セルスタックに予荷重を加える、金属製のフレーム構造体。
【０００６】
側壁は例えば矩形の輪郭を有することができる。第１の取付部を、側壁の第１の角領域に配置することができ、また第２の取付部を、側壁の第２の角領域に配置することができる。
【０００７】
ハウジングとは、ケーシング構造体、例えばケーシング又はケーシングの一部であると解することができる。ハウジングによって、セルスタックを周囲に対して遮蔽することができる。セルスタックとは、例えば矩形の底面を有している、例えば角柱形の複数のバッテリセルであると解することができる。セルスタックにおいては、バッテリセルの底面を共通の平面に整列することができる。各バッテリセルの長辺側を相互に突き合わせて配置し、またバッテリセルの短辺側を一つの平面において整列することができる。複数のバッテリセルのうちの第１のバッテリセル及び複数のバッテリセルのうちの最後のバッテリセルにおいては、それぞれ一方の長辺側が覆われておらず、セルスタックの各端面を表している。バッテリセルの上側面には、それぞれ少なくとも二つの電気的な端子を設けることができる。セルスタックにおいて、バッテリセルが直列回路を成している場合には、個々の端子間の短い区間をブリッジするために、セル間の端子は交互に形成されている。バッテリセルが並列回路を成している場合には、隣接するセルの端子を同一方向に整列させることができる。各バッテリセルは固有のバッテリセルケーシングを有することができる。側壁の輪郭とは、側壁本体の縁部であると解することができる。取付部は例えば空所を有することができる。取付部は一つ又は複数のガイド面を有することもできる。取付部は輪郭に対して所定の距離を有することができる。フレーム構造体は、特に引っ張り力を受け止めるように構成することができる。レールは例えばＬ字型の横断面を有することができる。レールは例えば押出形材でよい。レールを軽金属、例えばアルミニウム又はアルミニウム合金から形成することができる。レールを、例えば形状結合又は力結合によって側壁に結合させることができる。レールと側壁の結合を解除可能に実施することができる。
【０００８】
プラスチック構成部材を、繊維強化プラスチック構成部材として形成することができる。繊維強化プラスチック構成部材は、強化繊維を有する熱可塑性ポリマー又は熱硬化性ポリマーから形成することができる。繊維強化プラスチック、特に繊維強化熱可塑性ポリマー又は繊維強化熱硬化性ポリマーは、金属材料よりも軽量でありながら、金属材料と同等の負荷耐性を有することができ、また付加的な浸食保護を要さない。負荷に即した構造によって、予荷重が加えられるべきコンポーネントに力を伝達するために、プラスチック構成部材を使用することができる。面状の繊維強化プラスチック構成部材と、ほぼ棒状の金属製構成部材とを組み合わせることによって、純粋なプラスチック構造を用いる場合よりも遙かに高い押圧力をセルスタックに伝達することができ、また、純粋な金属製の構造を用いるヴァリエーションとは異なり、強くて軽量化された、腐食耐性があるバッテリセル用の廉価なハウジングを提供することができる。
【０００９】
プラスチック構成部材は、三次元の輪郭及び補強リブ構造を有することができる。プラスチック構成部材において、第１の部分領域には強化繊維を、織物、繊維シート、多軸繊維シート、緯編、経編、編組及び／又は不織布として設けることができる。プラスチック構成部材の第２の部分領域には、短繊維及び／又は長繊維としての強化繊維が存在する。第１の部分領域を、変形していない半製品として提供することができる。第１の部分領域を、熱作用によって変形可能な状態にし、押圧及び／又は張引によって変形させることができる。第２の部分領域を、射出成形によって第１の部分領域に成形することができ、また素材結合によって第１の部分領域と結合させることができる。第１の部分領域は三次元の輪郭を有することができる。第１の部分領域においては、半製品を、その半製品の本来の平面から外側に向かって変形させることができる。第２の部分領域をリブとして形成することができる。リブは例えば星形、蜂の巣形、三角形又は菱形に第１の部分領域から突出するように形成することができる。リブは、攻撃的な力に対する半製品の剛性を改善することができる。特に、半製品の曲げ剛性を突出したリブによって改善することができる。
【００１０】
一つの実施の形態によれば、側壁が第３の取付部及び第４の取付部を有することができる。フレーム構造体は、第３の取付部に取り付けられた第３のレール、及び、第４の取付部に取り付けられた第４のレールを有することができる。この場合、第３のレール及び第４のレールは、側壁を横切る方向に整列されている。第３の取付部を、側壁の第３の角領域に配置することができ、また第４の取付部を、側壁の第４の角の領域に配置することができる。それらの付加的な第３及び第４のレールによって、セルスタックを良好に保持することができる。
【００１１】
金属製のフレーム構造体の各レールは、セルスタックの各長辺側縁部を取り付けるための軸方向凹部を有することができる。それらの取付部は、レールを確実に案内するために、レールの横断面を雌型として写し取ることができる。
【００１２】
フレーム構造体の第１のレール及び第２のレールはそれぞれ、冷却プレート用の軸方向収容部を有することができる。軸方向収容部はレールに沿って延在することができ、また、実質的に一定の横断面を有することができる。例えば、冷却プレートが軸方向に挿入され、それによって冷却プレートが収容部に確実に保持されるように収容部を形成することができる。このために、冷却プレートは、収容部が係合される凹部を有することができるか、又は収容部は、冷却プレートを挿入することができる凹部を有することができる。冷却プレート用の収容部によって、バッテリセルを効率的に冷却することができるか、又はバッテリセルの温度調整を効率的に行うことができる。
【００１３】
各レールをねじ結合によって側壁に結合させることができる。その種のねじ結合は、レールと側壁との間の確実で扱いやすい結合を実現することができる。
【００１４】
各レールをねじアダプタ及びナットを介して側壁に結合させることができる。ねじアダプタは側壁を貫通することができ、またナットを、側壁のフレーム構造体側とは反対側において、ねじアダプタにねじ締めすることができる。ねじアダプタは、レール用の接続部であると考えられる。これによって、レールには、横断面積が一貫しているにもかかわらず、軸方向においてねじ山を設けることができる。ねじアダプタは、レールに結合されて固定される。ねじアダプタはレールの凹部に係合させるための嵌合部を有することができる。ねじアダプタは軸方向のボルトを有することができる。ねじアダプタは軸方向のねじ穴を有することもできる。その場合には、ねじを、側壁を貫通させて、側壁に結合させることができる。
【００１５】
ハウジングは、第１の面と、その第１の面を横切る方向に整列されている第２の面と、その第２の面を横切る方向に整列されている第３の面とから成るＵ字形の横断面を備えたケーシングパーツを有することができる。この場合、ケーシングパーツを側壁に当接させることができる。第１のレールを、第１の面と第２の面との間の第１の突き合わせ縁部に配置することができる。第２のレールを、第２の面と第３の面との間の第２の突き合わせ縁部に配置することができる。第３のレールを、第１の突き合わせ縁部とは反対側に位置する、第１の面の縁部に配置することができる。第４のレールを、第２の突き合わせ縁部とは反対側に位置する、第３の面の縁部に配置することができる。ケーシングパーツを繊維強化プラスチック材料から形成することができる。ケーシングパーツは、レールに対して所定の距離を有することができる。ケーシングパーツをレールに直接的に当接させることもできる。ケーシングパーツをレールに結合させることもできる。ケーシングパーツは対向する二つの縁部においてそれぞれシールを有することができ、それによって、側壁及び別の側壁を流体密にシールすることができる。側壁は、ケーシングパーツの形状に対応する凹部又は凸部、及び／又は、ケーシングパーツを支持するための凹部又は凸部を有することができる。
【００１６】
ケーシングパーツは、第１の区画及び少なくとも一つの第２の区画から構成されている。第１の区画及び第２の区画は、ケーシングパーツのＵ字形の横断面をそれぞれ有しており、また境界面において相互に結合されている。異なる長さの区画を組み合わせることによって、異なる長さのケーシングパーツを作製することができる。少なくとも二つの区画によって、ハウジングのモジュール構造を提供することができる。例えば、第１の区画は、第１の数のバッテリセル分の深さ、例えばバッテリセル二つ分の深さを有することができる。第２のセクションは例えば、第２の数のバッテリセル分の深さ、例えばバッテリセル三つ分の深さを有することができる。それらの区画の種々の組み合わせによって、セルの数が異なる種々のバッテリのための任意の長さのハウジングを提供することができる。この場合、同型の側壁を使用することができるが、その一方でレールの長さをケーシングパーツの長さに適合させることができる。各セクションを相互に形状結合及び／又は素材結合によって結合させ、バッテリセルを保護することができる。
【００１７】
ハウジングは蓋を有することができ、この蓋はケーシングパーツの開放されている面を閉鎖し、第１の面、側壁及び第３の面に当接している。蓋によって、バッテリセルの周囲のハウジングを完全なものにすることができる。蓋は複数の貫通孔を有することができ、それらの貫通孔内にバッテリの端子を配置し、端子にアクセスできるようにすることができる。蓋は排気通路を有することができ、この排気通路は、バッテリセルから流れ出る気体を収集して排出するように構成されている。蓋はセルコネクタ用の複数の空所を有することができ、それらのコネクタを介して、バッテリセルを端子に導電的に相互に接続することができる。同様に、信号流、例えば温度測定部及び電圧測定部からの信号流を、システム全体の制御及び監視を行う装置へと供給するように形成されている導体路を蓋に統合することができる。蓋はその周囲を包囲するシールを有することができ、このシールをケーシングパーツ及び側壁に取り外し可能又は取り外し不可能に結合させることができる。
【００１８】
ハウジングは、上記において説明した側壁と構造的に等しい別の側壁を有することができる。この別の側壁を、上記において説明した側壁とは反対側に位置する、フレーム構造体の端部において、フレーム構造体に結合させることができる。第１のレールを、別の第１の取付部に固定することができる。第２のレールを、別の第２の取付部に固定することができる。第３のレールを、別の第３の取付部に固定することができる。第４のレールを、別の第４の取付部に固定することができる。別の側壁を、別のねじアダプタを介してレールに結合させることができる。バッテリを高効率で機能させるために、別の側壁を、レールを通してセルスタックへと引き寄せ、またセルスタックを側壁に押し付けることができる。
【００１９】
更に、以下の特徴を備えているバッテリが提供される：
角柱状の基体を備えている少なくとも二つのセルから成る直方体状のセルスタックであって、第１の長辺側縁部、第２の長辺側縁部、第３の長辺側縁部、第４の長辺側縁部、第１の端面、それとは反対側に位置する第２の端面を有しており、第１の長辺側縁部、第２の長辺側縁部、第３の長辺側縁部及び第４の長辺側縁部は相互に平行に整列されており、且つ、第１の端面及び第２の端面を横切る方向に整列されている、セルスタック；
本明細書において紹介するアプローチに応じたハウジングであって、側壁はセルスタックの第１の端面に当接しており、セルスタックの第１の長辺側縁部は第１のレールに当接しており、且つ、セルスタックの第２の長辺側縁部は第２のレールに当接している、ハウジング。
【００２０】
セルスタックの第３の長辺側縁部を第３のレールに当接させ、且つ、セルスタックの第４の長辺側縁部を第４のレールに当接させることができる。
【００２１】
バッテリは冷却プレートを有することができ、この冷却プレートは、第１のレールの軸方向収容部及び第２のレールの軸方向収容部に配置されており、且つ、セルスタックに熱的に接触している。冷却プレートをケーシングパーツ内に配置することができる。
【００２２】
更に、本明細書において紹介するアプローチに応じたバッテリを製造するための方法が提供され、この製造方法は以下のステップを備えている：
上述のハウジングを準備するステップ；
角柱状の基体を備えている少なくとも二つのセルから成る直方体状のセルスタックを準備するステップであって、セルスタックは、第１の長辺側縁部、第２の長辺側縁部、第３の長辺側縁部、第４の長辺側縁部、第１の端面、それとは反対側に位置する第２の端面を有しており、第１の長辺側縁部、第２の長辺側縁部、第３の長辺側縁部及び第４の長辺側縁部は相互に平行に整列されており、且つ、第１の端面及び第２の端面を横切る方向に整列されている、ステップ；
ハウジング内にセルスタックを配置し、側壁をセルスタックの第１の端面に当接させ、セルスタックの第１の長辺側縁部を第１のレールに当接させ、且つ、セルスタックの第２の長辺側縁部を第２のレールに当接させるステップ；
第１の面と、その第１の面を横切る方向に整列されている第２の面と、その第２の面を横切る方向に整列されている第３の面とから成るＵ字形の横断面を備えたケーシングパーツを準備するステップ；
ケーシングパーツをハウジングに配置し、ケーシングパーツを側壁に当接させ、第１のレールを、ケーシングパーツの第１の面と第２の面との間の第１の突き合わせ縁部に配置し、且つ、第２のレールを、ケーシングパーツの第２の面と第３の面との間の第２の突き合わせ縁部に配置するステップ。
【００２３】
更に、三次元の輪郭及び補強リブ構造体を備えている、繊維強化プラスチック構成部材、特に本明細書において紹介するアプローチに応じたハウジングの側壁を製造するための方法が提供され、この方法は以下のステップを備えている：
熱可塑性マトリクスを有する繊維強化半材料から成るプレートを準備するステップ；プレートを緊張フレームに収容することができる。緊張フレームはプレートの取り扱いを改善するために使用される。
変形可能なプレートを得るために、マトリクスの変形温度へとプレートを加熱又は温度調整するステップ；
プラスチック構成部材の輪郭及びリブ構造体を雌型として写し取る金型キャビティを二つの金型半部間において形成している、開放されている射出成形機に、緊張フレームにある変形の準備が整ったプレートを挿入するステップ；
射出成形機を閉鎖し、変形の準備が整ったプレートの縁部を緊張フレームによって保持し、プレートを緊張状態にし、二つの金型半部間において三次元の変形が行われている間のプレートのしわ形成を回避し、リブ構造体に残余容積を残すステップ；
射出の準備が整った射出成形機の残存容積を、可塑化された熱可塑性材料で充填し、輪郭にリブ構造体を固着させ、それと同時に、射出された融解物によって、二つの金型半部の輪郭を、熱可塑性マトリクスを有する繊維強化半製品によって完全に写し取るステップ。
【００２４】
プレートは既に、プラスチック構成部材の寸法を実質的に有することができる。プレートは変形中の移動に対する張り出し部を有することができる。変形温度は、熱可塑性ポリマーの融解温度よりも低くて良い。熱可塑性材料が変形温度に達すると、材料はペースト状になる。例えば、プレートを炉内での赤外線加熱によって温度調整することができる。緊張フレームは、所定のクランプ力をプレートに加えるように構成されているクランプ装置でよい。緊張フレームをプレートの周囲に沿って配置することができる。変形時には、緊張フレーム内のプレートの材料が移動し、それによって、変形による長さ変化を補償することができる。金型キャビティは輪郭の領域において、実質的に、プレートの厚さに相当する高さを有することができる。射出成形機を閉鎖する際に、例えば取付部を成形するために、プレートに貫通孔を設けることができ、その際に、プレートが変形できることに基づき、材料を弱体化させることなく、強化繊維を側方に押し出すことができる。プレートが閉鎖された射出成形機内に配置されている場合、残存容積は残りの金型キャビティであると考えられる。残存容積を実質的にリブ構造体の領域に配置することができる。残存容積は複数の部分領域を有することができ、それらの部分領域には充填の際に、別個に熱可塑性材料を供給することができ、それによって金型キャビティを完全に充填することができる。充填の際に、熱可塑性材料をプレートの熱可塑性材料と混合させることができる。二つの材料は同一のポリマーをベースとすることができる。二つの材料が異なるポリマーをベースとしていても良い。充填のステップにおける熱可塑性材料を、短繊維及び／又は長繊維によって強化することができる。本発明による方法は、プラスチック構成部材が硬化すると、プラスチック構成部材を射出成形型から取り出す取り出しステップを有することができる。更に、本発明による方法は、縁部をプラスチック構成部材の輪郭に合わせて切断する切断ステップを有することができる。
【００２５】
例えば角柱状のリチウムイオンセルのためのバッテリモジュールケーシングを、溶接された金属薄板から作製することができる。複数の金属薄板から成るこの構造によって、バッテリモジュールケーシングの質量は大きくなる。しかしながら、電気自動車の質量は、バッテリシステムの所要容量の決定に関与し、また電気自動車の質量はバッテリシステムに基づき、いずれにせよ、一般的な駆動部を備えている車両の質量よりも大きくなることから、高圧接続システム、冷却システム、電子装置、ケーシング及び充電システムから成り、バッテリシステムの制御下での安全な動作を担うバッテリ周辺装置の質量は、可能な限り小さくあるべきである。
【００２６】
本明細書において紹介するプラスチックケーシングは、電気自動車又はハイブリッド車両のためのあらゆるリチウムイオンバッテリモジュール又はＮｉＭＨバッテリモジュールにおいて使用することができるハウジングを有している。バッテリモジュールを所望のセル数に応じてスケーリングできるようにするために、プラスチックケーシングを分割可能に形成することができる。本明細書において紹介するアプローチにおいては、主として、セルコネクタを介して接続される角柱状のセルが使用される。
【００２７】
以下では、添付の図面を参照しながら本発明を例示的に詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一つの実施例による、ハウジングの概略図を示す。
【図２】本発明の一つの実施例による、ハウジングを示す。
【図３】本発明の一つの実施例による、バッテリの一部を示す。
【図４】本発明の一つの実施例による、バッテリの立体分解図を示す。
【図５】本発明の一つの別の実施例による、組み立てられたバッテリを示す。
【図６】本発明の一つの実施例による、バッテリにおける力の影響を示す。
【図７】本発明の一つの実施例による、バッテリを製造するための方法のフローチャートを示す。
【図８】本発明の一つの実施例による、側壁を作製するための方法のフローチャートを示す。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
本発明の種々の有利な実施例に関する以下の説明において、複数の図面に示されており且つ同様の機能を有する構成要素に対しては、同一又は類似の参照番号を使用する。また、それらの構成要素について繰り返しの説明は行わない。
【００３０】
図１には、本発明の一つの実施例による、セルスタックを収容するためのハウジング１００が概略的に示されている。ハウジング１００は、側壁１０２及びフレーム構造体１０４を有している。側壁１０２は、プラスチック構成部材として形成されている。オプションとして、側壁１０２を、三次元の輪郭及び補強リブ構造体１０６を備えている繊維強化プラスチック構成部材として形成することができる。
【００３１】
側壁１０２は、有利には矩形の輪郭を有している。側壁１０２は、第１の角領域において第１の取付部１０８を有しており、且つ、第２の角領域において第２の取付部１１０を有している。側壁１０２は、第３の角領域及び第４の角領域において、第３の取付部１１２及び第４の取付部１１４を有することができる。
【００３２】
フレーム構造体１０４は金属製であり、且つ、セルスタックに予荷重を加えるように形成されている。フレーム構造体１０４は、第１のレール１１６及び第２のレール１１８を有している。更に、フレーム構造体１０４は、第３のレール１２０及び第４のレール１２２を有することができる。
【００３３】
図示されている実施例によれば、第１のレール１１６は第１の取付部１０８に固定されている。第２のレール１１８は、第２の取付部１１０に固定されている。第３のレール１２０は第３の取付部１１２に固定されている。第４のレール１２２は、第４の取付部１１４に固定されている。第１のレール１１６、第２のレール１１８、第３のレール１２０及び第４のレール１２２は、側壁１０２を横切る方向に整列されており、また各レールは、セルスタックの各長辺側縁部を収容するための軸方向凹部を有している。
【００３４】
ハウジング１００は種々の役割を担っている。ハウジング１００は、組み立て工程中にリチウムイオンセルを固定し、バッテリシステムの欠陥のない機能にとって必要とされる、セルの緊締を保証する。本明細書において紹介するアプローチによれば、セルを正確に位置決めすることができるフレーム構造体１０４を用いることによって、この緊締を実現することができる。
【００３５】
図２には、本発明の一つの実施例による、セルスタックを収容するためのハウジング１００が示されている。ハウジングは、図１に示したハウジングの原理的な構造に対応している。図２には、側壁１０２がレールシステム１０４と共に示されている。側壁１０２は、プラスチック・プラスチック・ハイブリッド構成部材として形成されている。側壁１０２は、本発明の一つの実施例による、三次元の輪郭及び補強リブ構造体を備えている繊維強化プラスチック構成部材を作製するための方法を使用して作製されている。側壁１０２を作製するために、熱可塑性マトリクスを有している繊維強化半製品から成るプレートが準備され、そのプレートが緊張フレームに収容され、変形の準備が整ったプレートを得るために、マトリクスの変形温度へと温度調整される。緊張フレームに保持されている、変形の準備が整ったプレートが、開放されている射出成形機に挿入される。射出成形機は、二つの金型半部間において金型キャビティを形成し、この金型キャビティは、側壁１０２の輪郭及びリブ構造体１０６を雌型として写し取る。射出成形機を射出の準備が整った状態に移行させるために射出成形機が閉鎖されると、変形の準備が整ったプレートの縁部は緊張フレームにおいて所定のクランプ力でクランプされ、それによってプレートには張力が維持される。閉鎖中に、変形の準備が整ったプレートには、二つの金型半部間において、側壁１０２の輪郭が生じる。金型キャビティのリブ構造体１０６には、残余容積が残される。射出の準備が整った射出成形機の残存容積には、可塑化された熱可塑性材料が射出され、リブ構造１０６が上述の輪郭に形成される。流入する融解物の圧力でもって、金型の輪郭は、事前に変形された半製品によって完全に模られる。ここではリブ構造１０６が星形に形成されている。リブ構造体１０６の節点は、注型技術的な最適化のために、リングリブとして形成されている。四つの取付部１０８，１１０，１１２，１１４は、側壁１０２を通り抜ける貫通孔として形成されている。レール側とは反対側において、各取付部１０８，１１０，１１２，１１４は、ねじ又はナットの当接面を有している。取付部１０８，１１０，１１２，１１４にはねじアダプタ２００が配置されており、それらのねじアダプタ２００はレール１１６，１１８，１２０，１２２に固く結合されている。レール１１６，１１８，１２０，１２２はアルミニウムから成る押出形材として形成されている。第１のレール１１６及び第２のレール１１８は、冷却プレート用の軸方向収容部２０２をそれぞれ付加的に有している。従って、第１のレール１１６及び第２のレール１１８は、Ｆ字形の断面を有しており、その場合、セルスタックを収容するための軸方向の凹部は、断面の開かれたＬ字形の角によって形成されている。軸方向収容部２０２は、断面のＵ字形の部分によって形成されている。第３のレール１２０及び第４のレール１２２は、単純にＬ字形の断面を有しており、この断面によって、セルスタックを収容するための軸方向凹部が形成されている。各ねじアダプタ２００は、Ｌ字形の断面部分又はＬ字形の断面部分の一部を取り囲んでおり、また抗張性を有するようにレール１１６，１１８，１２０，１２２に結合されている。
【００３６】
図３には、本発明の一つの実施例によるバッテリ３００が示されている。図３においては、複数のセル３０２及び冷却プレート３０４がレールシステム１０４に挿入されている。換言すれば、図３には、図１及び図２に示されているような、フレーム構造体１０４を備えているエネルギ蓄積セル３０２用のハウジング１００が示されている。
【００３７】
セル３０２は、矩形の底面及び角柱状のセルボディを有している。各セル３０２の長辺側が隣接するセル３０２の長辺側と接するように、複数のセル３０２が相互に並んで配置されている。それらのセル３０２は結合されて一つのセルスタックを形成し、このセルスタックを以下においても同様に参照番号３０２で表す場合もある。セル３０２はレール１１６，１１８，１２０，１２２の軸方向凹部に挿入されているので、セル３０２の長辺側縁部はレール１１６，１１８，１２０，１２２によって取り囲まれている。この実施例においては構造の等しい五つのセル３０２から成るセルスタックの一方の端面は側壁１０２に当接している。この実施例において、セルスタック３０２はリブ構造に当接している。別の四つのねじアダプタ２００が、各レール１１６，１１８，１２０，１２２の露出されている端部に配置されている。この実施例において、各ねじアダプタ２００は軸方向のボルトを有しており、このボルトが側壁１０２の各取付部に係合される。ねじアダプタ２００は、例えばねじ穴を有することもでき、その場合には、取付部にそれぞれねじが配置されることになる。この図においては、第１のレール１１６及び第２のレール１１８が下側に配置されており、それに対し、第３のレール１２０及び第４のレール１２２は上側に配置されている。セル３０２の電気的な接触接続部が上面に設けられ、且つ、第３のレール１２０と第４のレール１２２との間に配置されるように、セル３０２はフレーム構造体１０４に挿入されている。電気的な端子は、ここで図示されている実施例においては、交互に配置されている。各正極には負極が続いており、従って各負極には正極が続いている。冷却プレート３０４は、下側のレール１１６，１１８の収容部に挿入されており、バッテリ３００の温度調整のために、セル３０２の下面に当接している。
【００３８】
以下では、セル３０２が例示的にリチウムイオンセルとして形成されている実施例を説明する。セル端子における接触接続個所を除いて、リチウムイオンセル３０２は電気的に絶縁されている。このために、金属製のセルカップに手動でラッカを塗ることができる。セルの絶縁を（深絞りされた）シートによって実現することもできる。セル３０２間の絶縁のために、本明細書において紹介するアプローチによれば、特に要求に応じて、簡単なプラスチックプレート、プラスチックシート又は絶縁紙を使用することができる。プラスチックプレート又はプラスチックシートによって、安全性及び環境保護に関する基準を満たすための高いコスト、並びに、ラッカを塗る際の長時間のラッカ塗布プロセス及び乾燥プロセスを回避することができる。更に、シート又はプレートが均一な厚さを有しているので、それによって、手動でラッカを塗ることに起因するセル寸法の変動を回避することができる。そのようなセル寸法の変動が生じると、後の組み立て時に問題が発生する虞がある。深絞りされたシートは、そこにおいて必要とされる抜き勾配に起因して、あらゆるサイズのセルにおいて使用できるものではない。更に、プレート又はシートが介在することによって、セル３０２間の熱的な接触が低減される。確かに、深絞りされた角柱状のセルカップはそれ自体によって、既にある程度の機械的安定性を提供するが、しかしながらバッテリモジュールケーシング１００は、衝突時のバッテリシステム３００の機械的な安定性を高める。
【００３９】
図４には、本発明の一つの実施例によるモジュールの形態のバッテリ３００が分解立体図で示されている。バッテリ３００は、図３に示したバッテリに対応する。従って図４には、本明細書において紹介するアプローチによるモジュール３００が、フレームシステム１０４、バッテリハウジング１００及び五つのリチウムイオンセル３０２と共に、立体分解図で示されている。バッテリ３００は更にケーシングパーツ４００及び別の側壁４０２を有している。また、バッテリ３００は、セルコネクタ４０６及び端子４０８を備えている蓋４０４を有している。ケーシングパーツ４００は、Ｕ字型の横断面を有している。ケーシングパーツ４００はプラスチック構成部材である。三つの面が相互に直角を成すように配置されている。ケーシングパーツ４００の横断面は、内部にセルスタック３０２が配置されているフレーム構造体がケーシングパーツ４００によって完全に包囲される程度の大きさを有している。ケーシングパーツ４００は一つの開放されている側面を有している。この開放されている側面は、セル３０２の上面と一致する。別の側壁４０２は側壁１０２に対応する。別の側壁４０２は、側壁１０２側とは反対側に位置する、セルスタック３０２の端面に配置されている。別の側壁４０２は、側壁１０２の鏡像を成すように整列されている。側壁１０２及び別の側壁４０２は、ナット４１０によってねじアダプタ２００に結合されている。上面には蓋４０４が配置されている。蓋４０４もプラスチック構成部材である。蓋４０４は、大きい貫通孔及び小さい貫通孔を有している。大きい貫通孔は、隣接しているバッテリセル３０２の二つの電気端子の上にそれぞれ配置されている。大きい貫通孔にはセルコネクタ４０６がそれぞれ配置されている。セルコネクタ４０６は、セル３０２の二つの電気的な接触接続部を接続する。この実施例において、セル３０２は直列に結線されている。直列回路の最初の電気的な接触接続部及び最後の電気的な接触接続部には、図示していない後続のモジュールに対する端子４０８が配置されている。端子４０８は蓋の小さい貫通孔に配置されている。セルコネクタ４０６にはセルコネクタ４０６用のカバーキャップ４１２が、また端子４０８には極用のカバーキャップ４１４がそれぞれ被せられており、従って、セルコネクタ４０６及び端子４０８は周囲環境の影響並びに不所望な接触から保護されている。
【００４０】
一つの実施例によれば、フレームシステム１０４が金属製のレールシステム１０４として形成されており、このレールシステム１０４を介してセル３０２が緊締され、それと同時に、このレールシステム１０４によって、組み立て中にセルスタック及び冷却プレート３０４が固定される。セル３０２の緊締並びに動作中の突沸に起因するセル３０２の体積変化から生じるあらゆる運動力は、このレールシステム１０４と、有利には射出成形によって作製される二つの側壁１０２，４０２とによって受け止められる。別のハウジング４００は被覆のためにのみ使用されるので、別の力を受け止める必要はない。モジュールの大きさに応じて、レールシステム１０４の長さを適合させることができる。更には、セルスタック３０２全体を覆い、また有利には射出成形によって作製される、プラスチック製被覆パーツ４００，４０４が提案される。それらのプラスチック製被覆パーツ４００を合理的なパーツサイズに分割することによって、例えば二つ又は三つのセル結合体のための共通のハウジング１００に分割することによって、あらゆるモジュールサイズを、僅か二つの異なる構成部材サイズによって形成することができる。もっとも図４においては、ハウジング４００が単一の構成部材として示されている。それらの被覆セグメント４００間のシールを、射出成形により固着されたシールリップによって、又は形状結合若しくは素材結合によって、例えば接着若しくは溶接によって実現することができる。プラスチックハウジング４００は、モジュール３００を熱的にも電気的にも絶縁し、媒質に対するシールとしても機能する。あらゆる力の受容、並びに、セル３０２の固定は、レールシステム１０４及び側壁１０２，４０２を介して行われる。
【００４１】
バッテリモジュール３００において種々の数のセル３０２を使用することができるので、従って、ケーシングが金属薄板から形成される場合には、各サイズのモジュールに対して、固有のハウジングが必要になる。これによって、パーツの多様性が高くなり、ヴァリエーションの数も多くなり、また組み立て時の手作業の割合も高くなる。本明細書において紹介するケーシングのモジュール構造によって、バッテリ３００を、好適に、また論理的に僅かなコストで作製することができる。
【００４２】
本明細書において紹介するアプローチにおいては、バッテリモジュール３００が、モジュール式に構成された、プラスチック製被覆パーツ１０２，４００，４０２，４０４及び金属製レール１１６，１１８，１２０，１２２から成るシステムを有している。レールシステム１０４を用いることによって、組み立て中にセル３０２を非常に精確に位置決めすることができ、また装置を使用せずともセル３０２を緊締することができる。
【００４３】
セル３０２二つ分及び三つ分の構造サイズのプラスチック製被覆パーツ４００によって、合理的な構成要素システムを作製することができ、これによってあらゆるサイズのモジュールの少数の構成部材で覆うことができる。
【００４４】
このコンセプトによって、パーツ数及びパーツの多様性を低減できるのと同時に、更にはバッテリモジュール３００のハウジング１００に関するコスト及び重量も低減することができる。
【００４５】
本明細書に記載されたアプローチは、金属製レール１１６，１１８，１２０，１２２及びプラスチック製被覆パーツ１０２，４００，４０２，４０４から成るバッテリシステム３００のハウジング１００についての、簡単な組み立てプロセスを実現するコンセプトを表す。
【００４６】
図５には、本発明の一つの別の実施例によるバッテリ３００が示されている。バッテリ３００は、図４に示したバッテリに対応する。図５には、図４に示したモジュール３００が組み立てられた状態で示されている。バッテリ３００は、側壁１０２，４０２、ケーシングパーツ４００及び蓋４０４によって完全に包囲されている。ケーシングパーツ４００は側壁１０２，４０２をシールする。蓋４０４は側壁１０２，４０２並びにケーシングパーツ４００をシールする。側壁１０２，４０２はレールによって抗張性を有するように相互に結合されている。ナット４１０を介して側壁１０２，４０２は相互に緊締されている。バッテリセルは、側壁１０２，４０２間にクランプ止めされており、それによって予荷重が加えられている。セルコネクタ４０６のためのカバーキャップ４１２及び極４０８のためのカバーキャップ４１４は、蓋４０４の大きい貫通孔及び小さい貫通孔に配置されており、それによって、バッテリ３００の電気的な端子が周囲環境の影響及び意図しない接触から保護されている。
【００４７】
ここでは、構成部材１０２，４００，４０２，４０４から成るバッテリモジュールケーシングとして示されているハウジングは、塩水のような媒体の外部からの侵入を阻止するが、障害時のリチウムイオンセルの反応生成物の流出も阻止する。リチウムイオンセルの最適な動作温度を保証するために、バッテリモジュールケーシング１０２，４００，４０２，４０４は、本来の温度調整システムの他に、セルの温度調整の一部も担う。
【００４８】
本発明のコンセプトによるバッテリモジュール３００用のハウジング１００では、他のハウジングとは異なり、機械的な機能がハウジング機能から分離されている。機械的な機能は、金属製のコンポーネントが担う。ハウジング機能はプラスチック構成部材１０２，４００，４０２，４０４によって満たされる。このようにして、バッテリモジュールハウジング１００の重量を、金属製のケーシングに比べて遙かに低減することができる。プラスチック製被覆素子４００が合理的な複数の素子に分割される場合には、あらゆるモジュールサイズ及びスタックサイズを表すために、少数の異なるコンポーネントしか必要とされないので、これによって構成部品のコスト及び組み立てコストが著しく低減される。
【００４９】
モジュール３００の蓋４０４は一つの構成部材として形成されている。カバーキャップ４１２，４１４は、接触接続後のセルコネクタへの意図しない接触を阻止することができる。
【００５０】
組み立て時間を短縮するために、蓋４０４を２ピースの構成部材として形成することができ、有利には、それらの構成部材は射出成形によって作製される。蓋４０４に多数の機能を統合することができる。セルコネクタ及びリードフレームを射出成形によって包囲することによって、射出成形において既に、信号伝送部を統合することができ、またセルの接触接続のための準備段階を提供することができる。択一的に、蓋４０４内の信号伝送部をＭＩＤ（Molded Interconnect Devices、三次元の電子構成部材群）によって実現することができる。導体路を事後的に被着させることによって、その導体路に接続される装置の再プログラミングを行うだけで、回路を変更することができるという利点が得られる。これに対して、射出成形によって周囲が包囲されているリードフレームを用いて実現される回路の変更が行われている場合には、リードフレームの変更及び相応のツールの他に、射出成形機の変更も必要になる。蓋４０４は更に、一貫した排気通路（ガス抜き通路）を有している。後続の処理ステップにおいて、蓋４０４に対して射出成形を行い（ガス抜きベント及びセルハウジング１０２，４００，４０２に対する）シールを行うことができるか、又は、二要素金型及び二要素射出成形機を用いて、蓋４０４が射出成形される間にトランスファ成形によって直接的にシールを成形することができる。蓋４０４を１ピースの構成部材として作製することができるが、しかしながら有利には２ピースの構成部材として作製することができる。１ピースの蓋４０４では、ガス抜き通路から例えばガス抜きを行うことができる。２ピースの蓋４０４では、ガス抜き通路を、蓋４０４の下部パーツと上部パーツとの接合によって、有利には溶接によって形成することができる。
【００５１】
セルの接触接続後にセルコネクタの上に差し込まれるカバーキャップ４１２，４１４は、接触に対する保護部としてのみ使用される。この保護部を例えば射出成形部材、有利にはＰＰから成る射出成形部材として作製することができる。正極端子と負極端子を視覚的に判別できるようにするために、カバーキャップ４１２，４１４を着色することによって目印を付けることが提案される。
【００５２】
換言すれば、図５には、角柱状の基体を備えている少なくとも二つのセルから成る、直方体状のセルスタックを有するバッテリ３００が示されている。セルスタックは、第１の長辺側縁部、第２の長辺側縁部、第３の長辺側縁部、第４の長辺側縁部、第１の端面、それとは反対側に位置する第２の端面を有しており、第１の長辺側縁部、第２の長辺側縁部、第３の長辺側縁部及び第４の長辺側縁部は相互に平行に整列されており、且つ、第１の端面及び第２の端面を横切る方向に整列されている。更に、バッテリ３００はセルスタックに予荷重を加えるためのフレーム構造体を有している。フレーム構造体は、金属製の第１の支持レール、金属製の第２の支持レール、金属製の第１のガイドレール及び金属製の第２のガイドレールを有している。第１の支持レールは、冷却プレートのための第１の軸方向収容部と、セルスタックの第１の長辺側縁部が配置される第１の軸方向凹部とを有している。第２の支持レールは、冷却プレートのための第２の軸方向収容部と、セルスタックの第２の長辺側縁部が配置される第２の軸方向凹部とを有している。第１のガイドレールは、セルスタックの第３の長辺側縁部が配置される第３の軸方向凹を有しており、また第２のガイドレールは、セルスタックの第４の長辺側縁部が配置される第４の軸方向凹部を有している。更に、バッテリ３００は、セルスタックを収容するように構成されている、プラスチック材料から成るハウジング１００を有している。ハウジング１００は、第１の側壁１０２、第２の側壁４０２、ケーシングパーツ４００及び蓋４０４を有している。第１の側壁１０２は、セルスタックの第１の端面に当接している。第２の側壁４０２は、セルスタックの第２の端面に当接している。第１の側壁１０２及び第２の側壁４０２は、抗張性を有するようにフレーム構造に結合されており、且つ、三次元の輪郭及び補強リブ構造体を備えている繊維強化プラスチック構成部材として形成されている。ケーシングパーツ４００は、第１の側壁１０２と第２の側壁４０２との間に配置されており、且つ、第１の側壁１０２及び第２の側壁４０２をシールする。ケーシングパーツ４００は、第１の面と、その第１の面を横切る方向に整列されている第２の面と、その第２の面を横切る方向に整列されている第３の面とから成るＵ字形の横断面を有している。第１の支持レールは、第１の面と第２の面との間の第１の突き合わせ縁部に配置されている。第２の支持レールは、第２の面と第３の面との間の第２の突き合わせ縁部に配置されている。第１のガイドレールは、第１の突き合わせ縁部とは反対側に位置する、第１の面の縁部に配置されており、また第２のガイドレールは、第２の突き合わせ縁部とは反対側に位置する、第３の面の縁部に配置されている。蓋４０４はケーシングパーツ４００の開放されている面を閉じ、第１の面、第１の側壁１０２、第３の面及び第２の側壁４０２をシールする。
【００５３】
セルスタックを収容するためのハウジング１００は、ケーシングパーツ４００を有しており、このケーシングパーツは第１の面と、その第１の面を横切る方向に整列されている第２の面と、その第２の面を横切る方向に整列されている第３の面とを有している。ケーシングパーツ４００は、Ｕ字型の横断面を有している。第１の面は、第１の突き合わせ縁部において第２の面に接合されている。第２の面は、第２の突き合わせ縁部において第３の面に接合されている。ケーシングパーツ４００はプラスチック材料から形成されている。ハウジング１００は更に、第１の側壁１０２を有しており、この第１の側壁は、三次元の輪郭及び補強リブ構造体を備えている繊維強化プラスチック構成部材として形成されており、ケーシングパーツ４００の第１の開放されている面において、第１の面、第２の面及び第３の面に当接する。第１の側壁１０２の主延在平面は、第１の面、第２の面及び第３の面を横切る方向に整列されている。ハウジング１００は更に、第１の側壁１０２と構造的に等しい第２の側壁４０２を有している。第２の側壁１０２は第１の側壁１０２に合同であり、ケーシングパーツ４００の第２の開放されている面に配置されており、且つ、第１の面、第２の面及び第３の面に当接している。第２の側壁４０２の主延在平面は、第１の面、第２の面及び第３の面を横切る方向に整列されている。更に、ハウジングは、セルスタックの第１の長辺側縁部を収容するための第１の軸方向凹部と、冷却プレート用の第１の軸方向収容部と、を備えている、金属製の第１の支持レールを有している。第１の支持レールは、第１の突き合わせ位置に配置されており、第１の側壁１０２から第２の側壁４０２に向かって延在している。第１の支持レールは抗張力を有するように、第１の側壁１０２及び第２の側壁４０２に結合されている。更に、ハウジング１００は、セルスタックの第２の長辺側縁部を収容するための第２の軸方向凹部と、冷却プレート用の第２の軸方向収容部と、を備えている、金属製の第２の支持レールを有している。第２の支持レールは、第２の突き合わせ位置に配置されており、第１の側壁１０２から第２の側壁４０２に向かって延在している。第２の支持レールは抗張力を有するように、第１の側壁１０２及び第２の側壁４０２に結合されている。更に、ハウジング１００は、セルスタックの第３の長辺側縁部を収容するための第３の軸方向凹部を備えている、金属製の第１のガイドレールを有している。第１のガイドレールは、第１の支持レールに平行に、第１の突き合わせ位置とは反対側に位置する、第１の面の縁部に配置されており、且つ、第１の側壁１０２から第２の側壁４０２に向かって延在している。第１のガイドレールは抗張力を有するように第１の側壁１０２及び第２の側壁４０２に結合されている。更に、ハウジング１００は、セルスタックの第４の長辺側縁部を収容するための第４の軸方向凹部を備えている、金属製の第２のガイドレールを有している。第２のガイドレールは、第２の支持レールに平行に、第２の突き合わせ位置とは反対側に位置する、第３の面の縁部に配置されており、且つ、第１の側壁１０２から第２の側壁４０２に向かって延在している。第２のガイドレールは抗張力を有するように第１の側壁１０２及び第２の側壁４０２に結合されている。最後に、ハウジング１００は蓋を有しており、この蓋はケーシングパーツ４００の第３の開放されている面において、第１の面、第１の側壁１０２、第３の面及び第２の側壁４０２に当接しており、またプラスチック材料から形成されている。
【００５４】
図６には、本発明の一つの実施例によるバッテリ３００における力の影響が示されている。バッテリは、図５に示したバッテリに対応する。図５とは異なり、ここでは蓋は図示していない。カバーキャップ、セルコネクタ及び端子も同様に図示していない。図６には、バッテリ３００の上面が平面図で示されている。五つのバッテリセル３０２の電気的な端子が露出されている。第３のレール１２０による引っ張り力６００（張引）及び第４のレールによる引っ張り力６００が図示されている。相応の引っ張り力が、バッテリ３００の下面における第１のレール及び第２のレールによって伝達される。それらの引っ張り力６００は、側壁１０２及び別の側壁４０２に支持される各ナット４１０によってもたらされる。引っ張り力６００によって、側壁１０２，４０２は曲げ負荷６０２（湾曲）に晒され、この曲げ負荷はレール間において最大値を有している。リブ構造体は側壁１０２，４０２を補強する。これによって、側壁１０２，４０２は、大きく変位することなく、曲げ負荷６０２に耐えることができる。即ち、側壁１０２，４０２は極僅かにしか湾曲しない。従って、側壁１０２，４０２は表面圧としての引っ張り力６００をセルスタック３０２の両側壁に伝達する。セル３０２には、この表面圧によって圧縮負荷６０４（押圧）が生じる。この圧縮負荷６０４は、いわゆる突沸に起因する動作中のセルの体積変化を抑制するために必要とされる。
【００５５】
図７には、本発明の一つの実施例によるバッテリを製造するための方法７００のフローチャートが示されている。ここで説明する方法によって、例えば、図４に示されているようなバッテリを製造することができる。
【００５６】
ステップ７０１においては、例えば図１に示されているようなハウジングが準備され、またステップ７０３においては、少なくとも二つのセルから成る直方体状のセルスタックが準備される。ステップ７０５においては、セルスタックがハウジングに配置される。ステップ７０７においては、Ｕ字形の横断面を有しているケーシングパーツが準備される。ステップ７０９においては、このケーシングパーツがハウジングに結合される。
【００５７】
一つの実施例によれば、ハウジングの側壁には四つのねじアダプタを備え付けることができる。それらのねじアダプタはボルトを有しているので、各ねじアダプタを、それぞれナットを用いてねじ締めすることによって側壁に固定することができる。ねじアダプタには上側及び下側においてレール（有利にはアルミニウムから形成されており、必要に応じてコーティングされている）がそれぞれ二つずつ取り付けられる。このフレーム構造体の事前組み立ての後に、モジュールの大きさに依存する数のセルから成る全体のセルスタックがフレームに押し込まれ、フレームによって固定される。冷却プレートも簡単にフレームに押し込むことができる。セル間の絶縁のために、例えば、簡単なプラスチックプレート、プラスチックシート又は絶縁紙を使用することができる。冷却プレートが金属から形成されている場合には、セルの底部においても絶縁部が必要になる。冷却プレートがプラスチックから形成されている場合には、そのような絶縁部を省略することができる。
【００５８】
ステップ７０５においてセルスタックが挿入された後に、構造の等しい四つのねじアダプタを、レール端部に固定することができ、また図４に示されているように、別の側壁又は完全なケーシングパーツを第１の側壁、レール及びセルから成るシステムに押し込むことができる。続いて、各ナットがねじアダプタのボルトにねじ込まれる。ナットが引き締められることによって、側壁がセルスタックへと引き寄せられ、セルはレール、側壁、特に射出成形によって側壁に固着された側壁のリブ、ねじアダプタ及びナットから成るシステムを介して緊締される。図６には力の影響が概略的に示されている。
【００５９】
図８には、本発明の一つの実施例による、三次元の輪郭及び補強リブ構造体を備えている繊維強化プラスチック構成部材を作製するための方法８００のフローチャートが示されている。ここで説明する方法８００によって、図２において説明したような側壁を作製することができる。この方法８００は、準備ステップ８０２、温度調整ステップ８０４、挿入ステップ８０６、閉鎖ステップ８０８及び充填ステップ８１０を備えている。準備ステップ８０２においては、熱可塑性マトリクスを有している繊維強化半製品から成るプレートが準備される。温度調整ステップ８０４においては、プレートが温度調整されてマトリクスの変形温度にされ、それにより変形の準備が整ったプレートが得られる。プレートの取り扱いを簡単にするために、プレートは予め緊張フレームに固定される。挿入ステップ８０６においては、緊張フレームに固定されている、変形の準備が整ったプレートが、開放されている射出成形機に挿入される。射出成形機は、二つの金型半部間に金型キャビティを形成し、この金型キャビティはプラスチック構成部材の輪郭及びリブ構造体を雌型として写し取る。閉鎖ステップ８０８においては、射出成形機が閉鎖される。その際、変形の準備が整ったプレートの縁部が緊張フレームによってクランプされ、プレートの緊張が維持され、三次元の変形が行われている間のしわ形成が回避される。この閉鎖によって、射出成形機は射出の準備が整った状態に移行され、それと同時に、変形の準備が整ったプレートには、二つの金型半部の間において輪郭が形成される。リブ構造体には残余容積が残される。充填ステップ８１０においては、射出の準備が整った射出成形機の残余容積には、可塑化された熱可塑性材料が充填され、それによって輪郭にリブ構造体が固着され、また流入する融解物の圧力によって、金型の輪郭形状は完全に、変形された半製品に写し取られる。
【００６０】
図８において説明した方法８００によって、図１から図６において説明したような側壁を、プラスチック・プラスチックハイブリッド構成部材として作製することができる。このために、既に含浸されて固結された、熱可塑性マトリクスを有する織物半製品（有機シート）を、射出成形機の閉鎖８０８の際に変形させ、それに続いて、射出成形８１０によって包囲するか、又は、射出成形によってねじアダプタの取付部のような機能素子を固着させることができる。
【００６１】
バッテリモジュールのハウジングのための（ファイバ結合体）プラスチック構成部材を使用することによって、このハウジングの質量を金属製ハウジングに比べて著しく低減することができる。プラスチック構成部材の作製は、有利には射出成形によって行われる。考えられる補強部は有利には、熱可塑性マトリクスを有する既に含浸されて固結された織物半製品（有機シート）から成る挿入体であるか、金属製の挿入体である。射出成形でのプラスチック構成部材の作製は、低価格での大量生産を実現し、また高集積コンポーネントの生産を実現する。
【００６２】
金属製のフレーム構造体は機械的な安定性を保証し、セル及び冷却プレートの固定並びにセルの確実な緊締を提供する。
【００６３】
図面に示した上述の実施例は例示的なものとして選択されたに過ぎない。種々の実施例を完全に、又は個々の特徴に関して、相互に組み合わせることができる。また、ある実施例を別の実施例の特徴によって補完することもできる。更には、本発明による方法のステップを繰り返し実施すること、並びに上述した順序とは異なる順序で実施することも可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【手続補正書】
【提出日】平成27年11月11日(2015.11.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリ用のセルスタック（３０２）を収容するためのハウジング（１００）において、
前記ハウジング（１００）は、
プラスチック構成部材として形成されており、且つ、第１の取付部（１０８）及び第２の取付部（１１０）を有している側壁（１０２）と、
前記側壁（１０２）を横切る方向に整列され、前記第１の取付部（１０８）に固定されている第１のレール（１１６）と、前記側壁（１０２）を横切る方向に整列され、前記第２の取付部（１１０）に固定されている第２のレール（１１８）とを有し、且つ、前記セルスタック（３０２）に予荷重を加える、金属製のフレーム構造体（１０４）と、
を備えていることを特徴とする、ハウジング（１００）。
【請求項２】
前記プラスチック構成部材は、３次元の輪郭及び補強リブ構造体（１０６）を備えている繊維強化プラスチック構成部材として形成されている、請求項１に記載のハウジング（１００）。
【請求項３】
前記側壁は、第３の取付部（１１２）及び第４の取付部（１１４）を有しており、
前記フレーム構造体（１０４）は、前記側壁（１０２）を横切る方向に整列され、前記第３の取付部（１１２）に固定されている第３のレール（１２０）と、前記側壁（１０２）を横切る方向に整列され、前記第４の取付部（１１４）に固定されている第４のレール（１２２）とを有している、請求項１又は２に記載のハウジング（１００）。
【請求項４】
前記第１のレール（１１６）、前記第２のレール（１１８）、前記第３のレール（１２０）及び前記第４のレール（１２２）は、前記セルスタック（３０２）の各長辺側縁部を収容するための軸方向凹部をそれぞれ有している、請求項３に記載のハウジング（１００）。
【請求項５】
前記第１のレール（１１６）、前記第２のレール（１１８）、前記第３のレール（１２０）及び前記第４のレール（１２２）は、ねじ結合を介して前記側壁（１０２）にそれぞれ結合されている、請求項４に記載のハウジング（１００）。
【請求項６】
前記フレーム構造体（１０４）の前記第１のレール（１１６）及び前記第２のレール（１１８）は、冷却プレート（３０４）用の軸方向収容部（２０２）をそれぞれ有している、請求項１乃至５のいずれか一項に記載のハウジング（１００）。
【請求項７】
第１の面と、該第１の面を横切る方向に整列されている第２の面と、該第２の面を横切る方向に整列されている第３の面とから成るＵ字形の横断面を備えたケーシングパーツ（４００）を有しており、
前記ケーシングパーツ（４００）は、前記側壁（１０２）に当接しており、前記第１のレール（１１６）は、前記第１の面と前記第２の面との間の第１の突き合わせ縁部に配置されており、且つ、前記第２のレール（１１８）は、前記第２の面と前記第３の面との間の第２の突き合わせ縁部に配置されている、請求項１乃至６のいずれか一項に記載のハウジング（１００）。
【請求項８】
前記ケーシングパーツ（４００）は、第１の区画及び少なくとも一つの第２の区画から構成されており、
前記第１の区画及び前記第２の区画は、前記ケーシングパーツ（４００）のＵ字形の横断面をそれぞれ有しており、且つ、境界面において相互に結合されており、
異なる長さの区画を組み合わせることによって、異なる長さのケーシングパーツ（４００）を作製可能である、請求項７に記載のハウジング（１００）。
【請求項９】
前記ハウジング（１００）は、蓋（４０４）を有しており、該蓋（４０４）は、前記ケーシングパーツ（４００）の開放されている側を閉鎖し、且つ、前記第１の面、前記側壁（１０２）及び前記第３の面に当接している、請求項７又は８に記載のハウジング（１００）。
【請求項１０】
前記ハウジング（１００）は、前記側壁（１０２）と構造的に等しい別の側壁（４０２）を有しており、該別の側壁（４０２）は、前記フレーム構造体（１０４）の、前記側壁（１０２）側とは反対側の端部において、前記フレーム構造体（１０４）に結合されており、
前記第１のレール（１１６）は、別の第１の取付部に固定されており、且つ、前記第２のレール（１１８）は、別の第２の取付部に固定されている、請求項１乃至９のいずれか一項に記載のハウジング（１００）。
【請求項１１】
バッテリ（３００）において、
角柱状の基体を備えている少なくとも二つのセル（３０２）から成る直方体状のセルスタック（３０２）であって、第１の長辺側縁部、第２の長辺側縁部、第３の長辺側縁部、第４の長辺側縁部、第１の端面、及び、該第１の端面とは反対側に位置する第２の端面を有しており、前記第１の長辺側縁部、前記第２の長辺側縁部、前記第３の長辺側縁部及び前記第４の長辺側縁部は相互に平行に整列されており、且つ、前記第１の端面及び前記第２の端面を横切る方向に整列されている、セルスタックと、
請求項１乃至１０のいずれか一項に記載のハウジング（１００）であって、前記側壁（１０２）は、前記セルスタック（３０２）の前記第１の端面に当接しており、前記セルスタック（３０２）の前記第１の長辺側縁部は、前記第１のレール（１１６）に当接しており、且つ、前記セルスタック（３０２）の前記第２の長辺側縁部は、前記第２のレール（１１８）に当接している、ハウジング（１００）と、
を有していることを特徴とする、バッテリ（３００）。
【請求項１２】
前記バッテリ（３００）は、冷却プレート（３０４）を有しており、該冷却プレート（３０４）は、前記第１のレール（１１６）の軸方向収容部及び前記第２のレール（１１８）の軸方向収容部に配置されており、且つ、前記セルスタック（３０２）に熱的に接触している、請求項１１に記載のバッテリ（３００）。
【請求項１３】
バッテリ（３００）を製造するための方法（７００）において、
該方法（７００）は、
請求項１乃至６のいずれか一項に記載のハウジング（１００）を準備するステップ（７０１）と、
角柱状の基体を備えている少なくとも二つのセル（３０２）から成る直方体状のセルスタック（３０２）を準備するステップ（７０３）であって、前記セルスタック（３０２）は、第１の長辺側縁部、第２の長辺側縁部、第３の長辺側縁部、第４の長辺側縁部、第１の端面、及び、該第１の端面とは反対側に位置する第２の端面を有しており、前記第１の長辺側縁部、前記第２の長辺側縁部、前記第３の長辺側縁部及び前記第４の長辺側縁部は相互に平行に整列されており、且つ、前記第１の端面及び前記第２の端面を横切る方向に整列されている、ステップ（７０３）と、
前記ハウジング（１００）内に前記セルスタック（３０２）を配置し、前記側壁（１０２）を前記セルスタック（３０２）の前記第１の端面に当接させ、前記セルスタック（３０２）の前記第１の長辺側縁部を前記第１のレール（１１６）に当接させ、且つ、前記セルスタック（３０２）の前記第２の長辺側縁部を前記第２のレール（１１８）に当接させるステップ（７０５）と、
第１の面と、該第１の面を横切る方向に整列されている第２の面と、該第２の面を横切る方向に整列されている第３の面とから成るＵ字形の横断面を備えたケーシングパーツ（４００）を準備するステップ（７０７）と、
前記ケーシングパーツ（４００）を前記ハウジング（１００）に配置し、前記ケーシングパーツ（４００）を前記側壁（１０２）に当接させ、前記第１のレール（１１６）を、前記ケーシングパーツ（４００）の前記第１の面と前記第２の面との間の第１の突き合わせ縁部に配置し、且つ、前記第２のレール（１１８）を、前記ケーシングパーツ（４００）の前記第２の面と前記第３の面との間の第２の突き合わせ縁部に配置するステップ（７０９）と、
を備えていることを特徴とする、バッテリ（３００）を製造するための方法（７００）。
【請求項１４】
三次元の輪郭及び補強リブ構造体（１０６）を備えている繊維強化プラスチック構成部材（１０２）としての、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載のハウジング（１００）の側壁（１０２）を製造するための方法（８００）において、
該方法（８００）は、
熱可塑性のマトリクスを有する繊維強化半材料から成るプレートを準備するステップ（８０２）と、
前記プレートを変形可能とするために、緊張フレーム内に固定されている前記プレートを、前記マトリクスの変形温度へと温度調整するステップ（８０４）と、
前記プラスチック構成部材（１０２）の前記輪郭及び前記リブ構造体（１０６）を雌型として写し取る金型キャビティを二つの金型半部間において形成している、開放されている射出成形機に、前記変形温度に温度調整された前記プレートを前記緊張フレームと共に挿入するステップ（８０６）と、
前記射出成形機を閉鎖し、前記変形温度に温度調整された前記プレートの縁部を前記緊張フレームによって保持し、前記プレートを緊張状態にし、三次元の変形が行われている間のしわ形成を回避し、前記リブ構造体（１０６）に残余容積を残すステップ（８０８）と、
前記射出成形機の前記残存容積を、融解された熱可塑性材料で充填し、前記輪郭に前記リブ構造体（１０６）を固着させ、融解物の圧力によって、前記射出成形機の金型の輪郭を、変形されたプレート半製品によって完全に写し取るステップ（８１０）と、
を備えていることを特徴とする、繊維強化プラスチック構成部材（１０２）を製造するための方法（８００）。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５３】
セルスタックを収容するためのハウジング１００は、ケーシングパーツ４００を有しており、このケーシングパーツは第１の面と、その第１の面を横切る方向に整列されている第２の面と、その第２の面を横切る方向に整列されている第３の面とを有している。ケーシングパーツ４００は、Ｕ字型の横断面を有している。第１の面は、第１の突き合わせ縁部において第２の面に接合されている。第２の面は、第２の突き合わせ縁部において第３の面に接合されている。ケーシングパーツ４００はプラスチック材料から形成されている。ハウジング１００は更に、第１の側壁１０２を有しており、この第１の側壁は、三次元の輪郭及び補強リブ構造体を備えている繊維強化プラスチック構成部材として形成されており、ケーシングパーツ４００の第１の開放されている面において、第１の面、第２の面及び第３の面に当接する。第１の側壁１０２の主延在平面は、第１の面、第２の面及び第３の面を横切る方向に整列されている。ハウジング１００は更に、第１の側壁１０２と構造的に等しい第２の側壁４０２を有している。第２の側壁４０２は第１の側壁１０２に合同であり、ケーシングパーツ４００の第２の開放されている面に配置されており、且つ、第１の面、第２の面及び第３の面に当接している。第２の側壁４０２の主延在平面は、第１の面、第２の面及び第３の面を横切る方向に整列されている。更に、ハウジングは、セルスタックの第１の長辺側縁部を収容するための第１の軸方向凹部と、冷却プレート用の第１の軸方向収容部と、を備えている、金属製の第１の支持レールを有している。第１の支持レールは、第１の突き合わせ位置に配置されており、第１の側壁１０２から第２の側壁４０２に向かって延在している。第１の支持レールは抗張力を有するように、第１の側壁１０２及び第２の側壁４０２に結合されている。更に、ハウジング１００は、セルスタックの第２の長辺側縁部を収容するための第２の軸方向凹部と、冷却プレート用の第２の軸方向収容部と、を備えている、金属製の第２の支持レールを有している。第２の支持レールは、第２の突き合わせ位置に配置されており、第１の側壁１０２から第２の側壁４０２に向かって延在している。第２の支持レールは抗張力を有するように、第１の側壁１０２及び第２の側壁４０２に結合されている。更に、ハウジング１００は、セルスタックの第３の長辺側縁部を収容するための第３の軸方向凹部を備えている、金属製の第１のガイドレールを有している。第１のガイドレールは、第１の支持レールに平行に、第１の突き合わせ位置とは反対側に位置する、第１の面の縁部に配置されており、且つ、第１の側壁１０２から第２の側壁４０２に向かって延在している。第１のガイドレールは抗張力を有するように第１の側壁１０２及び第２の側壁４０２に結合されている。更に、ハウジング１００は、セルスタックの第４の長辺側縁部を収容するための第４の軸方向凹部を備えている、金属製の第２のガイドレールを有している。第２のガイドレールは、第２の支持レールに平行に、第２の突き合わせ位置とは反対側に位置する、第３の面の縁部に配置されており、且つ、第１の側壁１０２から第２の側壁４０２に向かって延在している。第２のガイドレールは抗張力を有するように第１の側壁１０２及び第２の側壁４０２に結合されている。最後に、ハウジング１００は蓋を有しており、この蓋はケーシングパーツ４００の第３の開放されている面において、第１の面、第１の側壁１０２、第３の面及び第２の側壁４０２に当接しており、またプラスチック材料から形成されている。
【国際調査報告】
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