CN101390232B - 电池叠层装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及包括至少一个双极电池的电池叠层装置(50)。各双极电池包括安排在端板(22、23)之间的多个蓄电池单元。各蓄电池单元设有绕着各蓄电池单元周边安排的密封件(24)，密封压力(F密封)加到密封件上以防止相邻的蓄电池单元之间的电解质泄漏。电池叠层装置还包括：包括至少两个安装单元(58，59)和把安装单元固定在一起的至少一个拉紧单元(60，60′，60″)。双极电池安排在安装单元(58，59)之间，并且电池叠层组件还包括安排在安装单元(58，59)之间的至少一个间隔元件(61)，而各间隔元件(61)靠着至少一个端板(22，23)并被安装框架(57)固定在位以产生与密封压力(F密封)无关的叠层压力(F叠层)。叠层压力由拉紧单元控制。

Description

电池叠层装置
技术领域
本发明涉及一种电池叠层装置，特别用于混合式车辆的双极电池。
背景技术
国际专利申请WO 2005/048390公开而得到的类型的双极电池的好的性能的一个实质的特点是端子之间的低的内电阻。这通过使用绕着每个蓄电池单元的整个周边的憎水密封件以防止在相邻的蓄电池单元之间形成电解质桥，而在多个蓄电池单元上施加压力来达到。现有技术的电池的一个缺点是加到密封垫上的压力量会或多或少加在蓄电池单元的被电池叠层元件上。另外，内电阻取决于电池元件之间存在的接触水平，因此取决于在电池叠层上的机械负载的大小。增加的压力将导致低的内电阻，但是在不加入其它不需要的效果的情况下(如在壳体上的高的机械应力)可以增加的压力程度存在限制。
双极电池是现有技术上已知的，特别叠层的双极电池，如公开在US 5,374,490及EP 1 424 744中。但是，所有公开的现有技术电池的一个问题是操作中每个蓄电池单元内的电极的厚度会改变，并反过来会在壳体上产生压力。由于加在壳体上的应力和增加的内电阻，壳体随后会开裂，以及电池工作不正常。
在转让给本申请人的、公开的国际专利申请WO 2006/104442中已解决这个问题，并建议了一种壳体，在这种电池壳体中有力顺从装置以减小操作中电池厚度变化引起的加在电池叠层上的力。但是加到绕着各蓄电池单元周边的密封垫的压力仍取决于加到叠层的内元件以保持良好的接触以得到低的内电阻的压力。
因此需要一种电池叠层装置，这种电池叠层装置允许与制造密封的双极电池需要的压力无关地而在正常操作下可把内电阻保持在可接收的水平。
发明内容
本发明的目的是提供用于双极电池的叠层装置，其中可与产生密封的双极电池需要的压力无关地形成电池中的内电阻。
本发明的一个技术方案是提供一种叠层装置，其中通过使用靠着双极电池的叠层元件的间隔元件，叠层的双极电池的密封压力与叠层压力被分离。
本发明的一个优点是可以很好地控制密封压力以便产生双极电池中蓄电池单元的密封结构。
本发明的另一个优点是甚至在双极电池已经装配后，双极内池的内电池可设在一个可接收的值，因为叠层压力由外面设置的安装框施加到蓄电池单元的叠层元件上。
在优选实施例中的另一个优点是冷却介质可安排流过电池叠层之间，因为在相邻的电池之间产生一个距离。
通过下面的详细说明，本专业技术人员会明白其它的优点。
附图说明
图1示现有技术的双电极电池的剖面图；
图2a和2b示出适用于本发明的电池叠层装置中的双极电池的第二实施例；
图3a和3b示出适用于本发明的电池叠层装置中的双极电池的第一实施例；
图4示出本发明电池叠层装置的第一实施例；
图5示出本发明电池叠层装置的第二实施例；
图6示出本发明电池叠层装置的第三实施例；
图7示出本发明电池叠层装置的第四实施例。
具体实施方式
在双极电池中的每个蓄电池单元包括中间有隔开装置的负极和正极。每个电极包括一个非金属基片，这使得电极不昂贵。每个蓄电池单元被导电的双板互相隔开，并且正端板和负端板分别安排在电池叠层的每侧。在转让给本申请人的公开的国际专利申请WO 03/026042中公开，电池优选地设有公共气体空间，以在出气时分布电池中的压力，但本发明可以在有至少一个分开布置的蓄电池单元的双极电池中来实施。
在开始双电极的电周期时，电池不可逆地膨胀。当装在一个硬的壳体中时，电极的膨胀会产生巨大的力，因为电极本身的弹性模量很高。这导致隔开装置破裂和低成本的壳体材料(如热塑性塑料)产生断裂。
公开在结合作为本发明参考的、公开的国际专利申请WO2006/104442中的现有技术的壳体试图结合在双极电池中的电池叠层元件上的两个压力而没有在密封的双极电池的正常操作中发生的内部气体造成壳体开裂的危险。这里称作“密封压力”的第一压力(图中标为F密封)是保持电池的整体性和因而防止电极产生在相邻的电池之间的电解质桥所需要的。这里称为“叠层压力”的第二压力(图中标为F叠层)是产生在叠层的电池元件也就是在电池中的端板、双板、电极和隔开装置之间的接触以得到低的内部电阻所需要的。
图1示出加到现有技术的装配的密封的双极电池10的壳体的力，双极电池10有壳体1，壳体1包括两部件，即盒2和盖3。电池叠层包括四个蓄电池单元4，每个蓄电池单元4被双板5相互隔开，电池叠层与正端板6及负端板7一起设在壳体1中。一个公共的气体空间优选地按现有技术已知的那样设置。电极设有非金属基体，如公开的国际专利申请WO 2004/042846所公开。盖3插进盒2中，并用箭头F密封表示的力固定就位，力F密封大于上面限定的要求的密封压力，因为在电池叠层4的上方需要类似的力F叠层以抵抗操作中电池内产生的力。
在现有技术设计中，盖3偏移一些，如为箭头8所示，当电池叠层的高度改变时，在壳体材料中所得到的应力小于壳体是更硬的情形。但是，盖3具有它可以如何刚性的上限，以便确保叠层力低于最大允许的力，还有盖的刚性的下限，最可能是由在由蓄电池单元的出气产生的附加的气体压力负载下盖的允许的偏移来设定。
本发明的目的是提供一种电池，其中密封压力，也就是加在绕着电池的整个周边的密封垫上的压力和叠层压力，也就是加在电池叠层上的力可以独立地控制。
图2a格2b示出适宜用于本发明的电池叠层装置的一电池20的第一实施例的透视图及剖面图。壳体包括两个部件，一盒27和一盖26，其中盒27及盖26的底部设有开口21。开口21沿电流方向设在壳体中在电池20的每一侧，因此，盖26成框的形状，而边缘28设在绕着盒27底部的周边。通过设在每一侧的开口21可触到正端板22和负端板23，因此不需要连接到每一端板的普通的端子，但是普通的端子可自然地按如下所示设置。一个密封元件，如密封垫24设在绕着每个电池25的整个周边。密封垫24装在盖26(也就是框)和盒27的边缘28之间，并且通过压缩密封垫及把盖26固定到盒27，建立和保持了保证电池密封结构需要的必要的密封压力F密封。叠层压力F叠层通过开口21加到电池的中央。当外力加到间隔元件的第一实施例(下面示出为折叠的金属板形状)上，叠层压力可以被调节。
图3a和3b示出适宜用于本发明的电池叠层装置的一电池30的第二实施例的透视图和剖面图。壳体包括两个部件，一盒37和一盖36，其中盒37和盖36设有成孔31的形状的多个开口。孔31沿电流方向设在壳体中在电池30的每侧，并且设成离盖36的周边和盒37的底部的周边至少一预定的距离“d”。正端板32和负端板33可通过设在每侧的孔31接近，因此不需要连接到各端板的普通端子，但普通的端子自然地可按如下所示设置。密封元件，如密封垫34设成绕着各电池35的整个周边。密封垫34装在盖36和盒37的底部之间，并且通过压缩密封垫34及把盖36固定到盒37，建立和保持了保证电池的密封结构需要的密封压力F密封。叠层压力F叠层通过孔31提供到电池的一些中心部分。当外力加到间隔元件的第二实施例(以虚线38示出的优选地为导电材料制成的销的形状)上，叠层压力可以被调节。
图4示出电池叠层装置40的第一实施例，电池叠层装置40包括双极电池41、和安排成绕着双极电池的安装框42。双极电池类似于结合图2a和2b说明的电池，除了只一个开口21设在盖26中。因此没有开口设在盒43中。通过压缩密封垫24和把盖26固定到盒43上，建立和保持了在密封垫24上的密封压力，使用间隔元件提供了叠层压力，间隔元件成折叠板44的形状，优选地由金属制造。折叠板设成通过开口21靠着正端板21。安装框包括第一安装单元45及第二安装单元46，使用成连接杆47和螺帽47′形式的一些连接元件把第一安装单元45和第二安装单元46连接在一起。电池盒43的底部放在第二安装单元46的顶部，而折叠板44设置在正端板22和第一安装单元45之间。通过把螺帽47′拧在拉杆47上，可独立于密封压力F密封控制叠层压力F叠层。安装单元45和46在这个实例中是绝缘的，并且优选地是弹性的以适应在电池的正常操作中会发生的电池厚度的任何变化。在本实施例中设置一个正端子48和一个负端子49，分别连接到正端板22和负端板23上。
另外，作为附加的特点，由于折叠板44的尺寸，得到了双极电池41和第一安装单元45之间的距离“D”，通过该距离，如空气、水等的冷却介质可以流动以提高操作时电池44的冷却。
图5示出具有两个各包括四个蓄电池单元的双极电池51a、51b的电池叠层装置的第二实施例的剖面图。每个电池具有结合图2a和2b说明的设计的双极电池，其中密封垫24设在每个蓄电池单元中产生在蓄电池单元之间的疏水阻挡层以防止在它们之间产生电解质桥。为得到这些功能，压力必须绕各电池51a，51b的壳体的整个周边加在叠层密封垫24上。壳体包括两个部件，盒27和盖26，其中盒27的底部设有一个开口21，而绕着底部的周边设有边缘28。密封垫24装在盖的框26和边缘28之间，通过压缩密封垫及把框26连到盒27上，可建立及保持密封压力F密封。
安装框57也设成绕着叠置以串联连接的电池51a、51b，安装框57包括第一安装单元58、第二安装单元59及弹簧偏压拉紧单元60，拉紧单元60包括优选地是绝缘的拉杆60′和成偏压的弹簧的形状的自调节装置60″。一间隔元件(如折叠板61)靠着两个是池51a、51b，而类似的间隔元件61分别靠着每个电池和第一及第二安装单元。因此，建立了距离D以允许冷却介质绕每个电池51a、51b自由通过。间隔元件61在本实施例中是导电的，并放在框26和壳体的边缘28内与电池内的端板22、23接触，因而把电池串联。应注意。每个电池51a、51b没有设端子，由于使用框26和边缘28的壳体结构而可以外面触及的端板22、23起到内装的端子的作用。
第一安装单元58包括一正端子64，正端子64覆盖着电绝缘材料66以防止非故意地碰到正端子64。第二安装单元59包括一负端子65，负端子65也覆盖着电绝缘材料67以防止非故意地碰到负端子65。间隔元件61保证建立具有两个电池串联连接的电池叠层的内部的电连接。
通过调节螺帽68以达到所需的张力而把与上述的垫圈压力F密封分离的叠层压力F叠层加到电池51a、51b上。在各蓄电池单元内的电极在操作中改变了形状，依次又使端板22、23偏移，因为产生了会影响安装单元58、59的内压。拉紧单元60的自调节装置60″设置成吸收被施加的内压而没有例如由于壳体开裂而使电池不正常工作的危险。
图6示出电池叠层装置70的第三实施例的剖面图，电池叠层装置70有结合图3a和3b说明的两个电池71a、71b。销38设在每个孔31中以在电池71a、71b的每一侧产生距离D，以允许冷却介质通过，并且同时靠着壳体内部中的端板32、33。为清楚起见，每个电池中未示出电极和隔开装置。
安装框77设成在电池71a、71b周围，并带有第一安装单元78和第二安装单元79。框使用如连杆之类的连接单元82固定就位，但也可使用其它的夹紧装置。在本实施例中，第一和第二安装单元由绝缘材料制成，并且是弹性的以适应操作中电极中的厚度的变化。每个电池的垫34上的密封压力F密封如上所述那样建立和保持，而独立于密封压力F密封的叠层压力F叠层由紧固螺帽83建立。
每个电池71a、71b设有正端子75和负端子76。如果电池要串联连接，销38可由导电材料制成，因而省去接线连接(如图6中由虚线表示的连接)。绝缘销38自然也可用，只要销的长度提供必要的力以产生叠层压力而不影响每个电池的壳体。
图7示出本发明的电池叠层装置90的第四实施例的示意的剖面图。三个电池91a、91b、91c安排成第一电池叠层中并串联连接，其方式类似结合图5说明的实施例。另外，三个附加的电池92a、92b、92c安排成第二电池叠层也串接连接，其方式类似于结合图5说明的实施例。包括第一、第二和第三安装单元93、94、95的安装框被设置以在操作中保持间隔元件61就位。第一和第二安装单元93、94用于相应的电池叠层，而第三安装单元95用于该两个电池叠层。连接单元便安装单元相互连接以形成安装框。另外，电池叠层如图所示以连接件96并联连接。
在本发明的一个优选实施例中，如果折叠板或销通过在壳体中的一个或多个孔，被带到与每个电池的端板中至少一个直接接触时，所述的间隔元件，也就是折叠板或销将提供从叠层压力分离密封压力所需要的部件。但是，间隔元件必须能与壳体设有开口的部分相独立地进行运动。

Claims (9)

1.一种电池叠层装置，包括至少一个双极电池，所述的双极电池包括布置在正端板和负端板之间的多个蓄电池单元，每个蓄电池单元设置有绕着每个蓄电池单元的整个周边布置的密封件，其中，密封压力(F密封)施加到所述的密封件上以防止相邻的蓄电池单元之间的电解质泄漏，所述的电池叠层装置还包括：
包括至少两个安装单元和将所述的安装单元保持在一起的至少一个连接单元的安装框，
至少一个所述的双极电池设置在第一安装单元与第二安装单元之间，和
至少一个间隔元件，其设置在所述的第一安装单元和所述的第二安装单元之间，
其特征在于：
所述的至少一个间隔元件靠着所述的双极电池的所述的正端板和所述的负端板中的至少一个，并且被所述的安装框固定在适当位置上以产生与所述的密封压力(F密封)分离的叠层压力(F叠层)，所述的叠层压力(F叠层)由所述的连接单元控制，所述的电池叠层装置还包括适应操作过程中发生的蓄电池单元厚度的改变的装置，所述的适应厚度的改变的装置包括柔性的安装单元、弹簧偏压的连接单元、或弹性的安装单元。
2.按照权利要求1所述的电池叠层装置，其特征在于，所述的间隔元件是折叠板。
3.按照权利要求1所述的电池叠层装置，其特征在于，所述的间隔元件是销。
4.按照权利要求1所述的电池叠层装置，其特征在于，所述的间隔元件由导电材料制成。
5.按照权利要求1所述的电池叠层装置，其特征在于，每个所述的双极电池设有用于每个间隔元件的开口，每个间隔元件通过所述的开口靠着所述正端板和所述负端板中的至少一个。
6.按照权利要求1所述的电池叠层装置，其特征在于，所述的双极电池中的至少两个串联连接。
7.按照权利要求1所述的电池叠层装置，其特征在于，所述的双极电池中的至少两个并联连接。
8.按照权利要求1所述的电池叠层装置，其特征在于，至少在每个双极电池的一侧产生一个距离(D)，冷却介质可经过每个双极电池。
9.按照权利要求1所述的电池叠层装置，其特征在于，所述的连接单元设有当被转动时控制所述的叠层压力(F叠层)的调节螺帽。
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