CN101627501B - 用于电池的电化学单体以及电池 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于电池的电化学单体以及由所述单体构成的电池。所述单体具有一围绕导热棒卷绕的和/或在导热棒上层叠的极堆。为了对所述单体进行温度控制，导热棒在其朝向极堆的表面上至少局部由导热材料制成并设计成实心体。为了确保成本经济和简单的电池温度管理，在所述电池中，导热棒与一温度控制单元导热连接。

Description

用于电池的电化学单体以及电池
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的用于电池/蓄电池的电化学单体以及一种根据权利要求9的前序部分所述的、由这种单体构成的电池，二者例如由作为相关基础的DE 103 58 582 A1已知。
背景技术
在DE 103 58 582 A1中公开了一种用于电池的电化学单体，所述单体特别是用于制造大功率/高效电池。这种类型的电池优选用于至少部分地驱动乘用型机动车，如轿车或客车。优选的电池系统特别是锂离子电池和/或镍氢电池，其中多个单体彼此并联或串联。在已知的单体中，围绕一冷却管卷绕一由膜片——两层中间设有隔膜的极片膜，优选铝/隔膜/铜——制成的多层极堆/极片组(Elektrodenpaket)，其中冷却管另外用作安装辅助件。代替围绕冷却管卷绕极堆，也可以围绕冷却管层叠极堆。为了与极片膜导电接触，冷却管的朝向极堆的表面至少局部地由导电性好的材料制成。为了此后导热接触，在空心柱形的冷却管内设置有冷却通道。所述冷却通道以有利的方式填充有依赖于温度发生相变——特别是蒸发——的材料，并以排热的方式与单体的外部区域连接。
在US 2002 0064 707 A1中已知一种电池，其单体具有优选规则的六角形横截面。在每六个单体内设置一个冷却通道。在此所述冷却通道通过单体的壁部形成，所述壁部以直接接触的方式彼此围绕冷却通道布置。由此，冷却通道的横截面的形状和尺寸相当于单体的横截面。通过冷却通道的这种设计方案，邻接每个冷却通道的六个单体分别以其外侧面中的一个贴靠在冷却通道上。温度控制、特别是对单体的冷却通过冷却通道来实现。
在这两种情况下，温度控制装置要求冷却通道具有复杂的布置结构或者否则可以以不同方式使用的空间需求。因此已知设计方案至少是成本密集的。
发明内容
本发明的目的在于，尽可能成本经济、尽可能节约空间地实现电池温度控制。
所述目的利用具有权利要求1的特征的单体或者利用具有权利要求9的特征的电池来实现。根据本发明，在用于电池的电化学单体中应用由实心体/实心材料制成的导热棒。通过提高导热棒材料的导热横截面积确保有效、节省空间地从单体中导出热。极堆由两层中间设有隔膜的极片膜形成，围绕由导热的实心体制成的导热棒卷绕和/或在导热棒上层叠该极堆。在导热棒朝向极堆的表面上，导热棒至少局部由导电和/或导热良好的材料制成。
以有利的方式，在单体外、优选仍在相应的电池箱内，导热棒与一集热单元和/或一温度控制单元导热连接。在由多个彼此并联和/或串联的单体组成的电池中，所述集热单元收集从导热棒向其传递的热量。必要时利用其它组件将所述热量从该集热单元输出。在使用温度控制单元时，温度控制单元通过吸收并输出导热棒的当前待输出的热量和/或将所需热量输送至导热棒的方式，确定一温度。
在另一设计方案中，温度控制单元具有一蒸发器板，所述蒸发器板本身以有利的方式与一冷却盘管连接。
在另一设计方案中，导热棒的材料是可简单获取的金属或金属合金，特别是铝或铝合金和/或铜或铜合金。
在本发明的另一设计方案中，为了紧密地堆叠各单体，导热棒的横截面是三角形至八角形，优选是等边的三角形至八角形。然而原则上可以考虑所有的多边形/棱柱形或椭圆形横截面。
在另一设计方案中，极堆设置在优选由金属制成的单体壳中。由此还实现了通过单体壳电接触单体和/或还额外地通过单体壳进行温度控制。
在另一设计方案中，极堆设置在一导电的单体壳中，导热棒与极堆的唯一一种极片导电连接。此外，单体壳与另一种极片导电连接，单体壳和导热棒彼此电绝缘。由此单体的两个极柱由导热棒和单体的单体壳形成。
根据本发明，所述单体特别是可以用于大功率电池、特别是用于至少部分地驱动乘用型机动车。
附图说明
其它有利的设计方案可以在从属权利要求中得到。此外借助在附图中示出的实施例进一步描述本发明。其中：
图1示出由圆形单体形成的、具有蒸发器板和冷却盘管的电池，
图2示出根据图1的单体的纵剖视图，
图3示出具有规则的六角形横截面的单体的纵剖视图，
图4示出根据图3的多个单体组的俯视图，
图5示出根据图3的单体的横剖视图，以及
图6示出带有多个无壳单体的整体电池。
具体实施方式
在图1中示出了一电池8，所述电池还包括多个彼此电连接的单体7。单体7设置在一特别是完全封闭的电池壳体11中。单体7设置在一设计成金属板的导热单元2上。单体7以其纵轴彼此平行的方式布置在导热单元2上，其中各单体7的导热棒1与导热单元2导热连接。
导热单元2与基板9和布置在这两个板2、9之间的冷却盘管10一起，形成一用于电池8的单体7的至少一部分的温度控制单元3。利用温度控制单元3以简单和成本有效的方式实现了，有利地影响与其导热连接的单体7内的温度。
此外以适合的方式，冷却盘管10还可以附加地通过其连接部12、13连接到车辆已有的空调设备(未示出)上，该冷却盘管的热至少部分地由所述空调设备管理/供给(versorgen)。这种热管理可以直接地——例如通过公共的导热介质特别是流体——与空调设备连接，也可以间接地——例如通过换热器——与空调设备共同作用。以优选的方式，导热介质还可以是由车辆的经空气调节的内室溢出的空气，和/或通过这种空气提供导热介质。
在图2中示出了根据图1的单体7的纵剖视图。根据本发明的单体7在其中部具有一横截面为圆形的导热棒1，围绕所述导热棒卷绕有一极堆4，该极堆由多层电化学活化的薄膜制成。导热棒1由导热良好的实心体制成，其中这不仅应理解为整体紧凑地、连续形成的体部，而且应理解为多孔的体部，例如铸造或烧结的体部。优选地选择金属、特别优选铝和/或铜或者这种类型的合金作为导热棒1的材料。
卷绕的极堆4连同作为芯的导热棒1设置在封闭的单体壳5内。极堆4的两个极片以已知的方式通过导流片/极耳分别与其相应的极柱14连接以导出电流。在这个实施例中，导热棒1和单体壳5都与极堆4的两个极片电绝缘。合适地同时形成单体壳5的底部的导热棒1导热地、优选位置固定地确定并固定地设置在设计为蒸发器板6的温度控制单元上。
代替通过极柱14导出电流，极堆4的极片也可以与单体壳5和/或与导热棒1连接。为此单体壳5和导热棒1都必须至少局部地由导电材料制成。此外，所述单体壳5和导热棒1必须彼此绝缘，可能还必须采取传统已知的、或显而易见的、明显的措施。
这种类型的、属于现有技术的蒸发器板6具有一布置在单体7的区域中的蒸发器部段和一处于电池壳体11外的冷凝部段。冷凝区域与蒸发区域通过一通道15相连接。所述通道整体上形成闭合的通道系统，所述通道系统填充有一定体积的导热介质的流体。通道15的壁部被加衬有具有毛细管作用的织物，所述织物用于将液态导热介质从冷凝区域输送至蒸发区域。
通过经导热棒1从每个单体7内导出热，对单体7从而对电池8进行冷却，所述导热棒本身将待导出的热传递到蒸发器板6上。液态的导热介质通过所传递的热在蒸发部段中蒸发并流到冷凝区域中，在此导热介质通过冷凝将所述热向外排出。这时重现液态的导热介质被起毛细管作用的织物重新朝向蒸发部段的方向输送，在此冷却介质再一次蒸发。
图3示出了单体7的纵剖视图，所述单体在很大程度上构造成类似于根据图2的单体7。然而与图2的单体不同的是，图3的单体7和导热棒1具有六角形横截面，其中该横截面的六角形(参见图5)特别是具有相同长度的边。此外，所述横截面特别有利于堆叠，如由在图4中示出的、多个彼此贴靠的根据图3的单体7的俯视图可见。
在图6中示出一具有多个无壳单体7的整体电池。在本实施例中，极堆4围绕导热棒1卷绕。然而与前述实施例的单体1相比，所述极堆不带有单体壳。因此在这种类型的布置结构中，例如在运动中极堆4不会电短路，导热棒1固定地与导热单元2连接，特别是粘接和/或螺纹连接。所述布置结构被放入电池壳体中，极堆根据其电荷与相应的极柱连接。通过电池的这种类型的设计方案可以减少其重量。

Claims (15)

1.一种用于电池的电化学单体，所述单体具有围绕一冷却管卷绕的和/或在所述冷却管上层叠的极堆，其中冷却管在其朝向极堆的表面上至少局部由导热材料制成，其特征在于，所述冷却管设计成导热棒(1)，所述导热棒(1)是一由导热的材料制成的实心体。
2.根据权利要求1所述的单体，其特征在于，所述导热棒(1)的材料是金属。
3.根据权利要求2所述的单体，其特征在于，所述导热棒(1)的材料是铝和/或铜。
4.根据权利要求1所述的单体，其特征在于，所述导热棒(1)的横截面是圆形的。
5.根据权利要求1所述的单体，其特征在于，所述导热棒(1)的横截面是三角形至八角形。
6.根据权利要求1所述的单体，其特征在于，所述导热棒(1)用于随后与一导热单元(2)和/或一温度控制单元(3)导热连接。
7.根据权利要求1所述的单体，其特征在于，所述卷绕/层叠的极堆(4)设置在一单体壳(5)中。
8.根据权利要求7所述的单体，其特征在于，所述卷绕/层叠的极堆(4)设置在一导电的单体壳(5)中；所述导热棒(1)与所述极堆(4)的一种单一极片导电连接；所述单体壳(5)与另一种极片导电连接；所述单体壳(5)和导热棒(1)彼此电绝缘。
9.根据权利要求5所述的单体，其特征在于，所述导热棒(1)的横截面是等边的三角形至八角形。
10.一种电池，所述电池具有多个彼此串联和/或并联的电化学单体，所述单体分别具有一冷却管以及一围绕所述冷却管卷绕的和/或在所述冷却管上层叠的多层极堆，其中每个冷却管至少局部由导热材料制成，其特征在于，所述冷却管设计成导热棒(1)，所述导热棒(1)是由导热的材料制成的实心体，所述导热棒(1)与一导热单元(2)和/或一温度控制单元(3)导热连接。
11.根据权利要求10所述的电池，其特征在于，所述温度控制单元(3)具有一蒸发器板(6)。
12.根据权利要求1至9中任一项所述的单体作为大功率电池的单体(7)的应用。
13.根据权利要求12所述的应用，其特征在于，所述大功率电池用于至少部分地驱动乘用型机动车。
14.根据权利要求10或11所述电池作为大功率电池的应用。
15.根据权利要求14所述的应用，其特征在于，所述大功率电池用于至少部分地驱动乘用型机动车。
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