CN101682019B - 具有防错接功能的储能组件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有若干扁平电化学电池(2)的储能组件(1)，每个扁平电化学电池(2)包含一对通过外向电极端子(3A、3K)使所述电化学电池相互电连接的电极(A、K)，其中每个电化学电池(2)包含作为一对外向端子(3A、3K)的直外向端子和弯曲外向端子，所述电化学电池(2)互相连接，其中一个电化学电池(2)的直外向端子与相邻电化学电池(2)的弯曲外向端子连接。

Description

具有防错接功能的储能组件
优先权申明 
本申请要求于2007年4月24申请、申请号为102007019625.5的德国专利申请的优先权，其内容通过引用结合在本申请中。 
技术领域
本发明涉及一种储能组件以及使用所述组件的一种电动汽车或混合动力电动汽车。所述储能组件(也称电池组)包含若干扁平电化学电池(也称蓄电池组电池)，每个扁平电化学电池包含一对电极，该电极通过外向端子使所述电化学电池相互之间实现电连接。 
背景技术
为了满足例如电动汽车、混合动力汽车、电动工具等应用中诸如高输入-输出电源的要求，已开发了新的储能组件，例如铅酸电池、锂离子电池、镍-金属氢化物电池、镍镉电池、双电层电容器等。 
所述新的储能组件向电驱动电机以及车载电气系统提供动力。为控制所述储能组件的充放电程序，集成了管理充放电程序以及将制动能转化为电能(＝可再生制动能)等的控制器，以便在车辆运行时，可对所述储能组件充电。 
所述储能组件或各单一电化学电池应表现出良好的特性，诸如电流400A时以及极端条件(例如高温)下电流达500A时，最大电压范围为100V-450V。根据应用情况，持续电流在80A-100A范围内或甚至更高。 
所述极端条件下，储能组件的电化学电池连接受到极大应力。 
通常，通过压接件、螺钉或焊点进行连接。一般情况下，通过热应力以及机械应力建立连接时电化学电池会受损。 
因此，本发明的目的在于提供一种储能组件，这类装置在极端条件下(例如高振动高温车内)，其连接应表现出例如可达15年之久的很高的可靠性。另外，所述储能组件应表现出良好的载流量(即良好的载流容量，但连接电阻应小于电池内阻)以及高耐热应力性以及耐机械应力性。 
发明内容
为满足所述目的，通过所谓的防错接法(即通过具有防故障安全接触设计的接触件使电极不会相互错接)使所述电化学电池成为一种具有防故障安全连接特性的储能组件。 
根据本发明的主要方面，所述储能组件包含若干扁平电化学电池，每个扁平电化学电池包含一对电极，该电极通过外向电极端子使所述电化学电池实现相互之间的电连接，其中每个电化学电池包含作为一对外向电极端子的一个直外向端子和一个弯曲外向端子，所述电化学电池相互连接时，电化学电池的一个直外向端子与相邻电化学电池的一个弯曲外向端子相连接。 
外向端子的这种设计使电化学电池不会错接。此外，这种设计使电化学电池在分组(例如电池组或储能组)中的布置既高效又节省空间，扁平电化学电池在分组中相互堆叠。这种堆叠布置可简单有效地组分成若干电池模块。 
为实现固定、持久、可靠的连接以及较高的载流量，每个外向端子至少包含一个凸起。作为优选，每个外向端子包含至少两个外向端子内由垂直插槽(腔)水平分离的凸起。在一个可能的实施例中，每个外向端子在两个接片内向外开槽。作为优选，应在每个外向端子的每个接片上设置一个凸起。一个外向端子，尤其是向外开槽的外向端子上，每个接片应设置成两个凸起的双设置，这样能使互连的电化学电池外向端子具有简单的冗余连接。每个外向端子内的每个插槽和每个接片上的凸起可在电阻焊接期间有效地汇集电流，在此，焊接工作应高效进行，并通过每个接片上的凸起(例如焊接凸起)实现焊接电流的 高度集中，由此尽量减小对电化学电池造成的热应力负荷。此外，外向插槽对所述至少两个焊接连接进行分离，这样任何一个连接的机械应力均不会影响到其他连接。 
作为选择，如果通过超声波焊接的方式连接所述外向端子，那么所述外向端子既不开槽也不包含凸起。 
在本发明的另一实施例中，每个电化学电池的所述外向端子设置在电化学电池的相对端。在电池侧(例如在电池上方)以及所述的相对侧如此设置外向端子可简单有效地进行外向端子与附加母线的外部连接，并在节约空间的前提下有效地实现电池组的极对称结构与外向端子的简单连接。此外，开槽的外向端子允许通过例如用于平衡电池的锂离子电池简单连接外接件，诸如电缆的压线件以及线夹件等)。本发明的一个替代实施例中，每个电化学电池的所述外向端子都设置在电化学电池的电池侧。 
根据本发明的另一方面，每个外向端子的厚度至少为1mm。根据特定应用情况，例如根据储能组件的尺寸，尤其是单个电化学电池的尺寸，厚度可相应变化。组件或电池越大，外向端子的厚度越大。例如，厚度应在大约1mm至3mm范围内。由于所需端子截面取决于新的端子厚度，这使得相同电池外表面能够形成不同的活性电极表面。此外，所述的端子厚度可减小内电池和外电池间的过渡面，从而增加了所述过渡面的紧装程度。 
在本发明的一个可能实施例中，每个外向端子至少由铜制成。在本发明的另一个可能实施例中，每个外向端子至少由涂有保护层的铜制成。例如，所述保护层由锡、镍或合金(例如铝锰合金或铝铜合金)制成。 
另外，可通过紧固件(诸如线夹件，尤其是塑料线夹件)覆盖所述的外向端子。每个端子上设置的所述线夹件可简单防腐和绝缘。在一个可能的实施例中，所述线夹件为L形。 
此外，每个电化学电池的所述外向端子与其电化学电池的内部通过耦合件连接。作为优选，耦合件为铆钉、压接件、螺钉或内部通过 焊接(例如超声波焊接)集成的焊点。 
在本发明的又一实施例中，预定数量的电化学电池至少设置在两个模块或组件内。作为优选，若干电池的两个模块或组件由保护部件(尤其是熔断器，例如短路熔断器)隔离。 
根据应用，所述电化学电池可并联、串联或串并联使用。 
本发明可用于电动汽车、混合动力电动汽车，尤其适用于并联式混合动力汽车、串联式混合动力汽车或串并联式混合动力汽车。 
现特结合以下附图中的实施例进一步描述本发明。但是应该理解，所述实施例仅为创新教学中有益使用的实例。 
附图说明
图1显示一种具有若干电化学电池的储能组件视图，其中各电池通过若干对外向端子互连， 
图2显示其中一个电化学电池的视图， 
图3显示与图2所示电化学电池相邻的电化学电池视图， 
图4显示一种带若干电化学电池的储能组件视图，这种储能组件被分组为两个或多个模块，不带电池组或转换电池模块， 
图5和图6这两张图中每张分别显示另一种带若干电化学电池的储能组件视图，这种储能组件被分组为两个或多个模块，带有电池组或转换电池模块。 
具体实施方式
本发明涉及的是一种储能组件。本发明可用于不同的应用场合，例如，用于混合电动车辆，其中所述混合电动车辆具有驱动电机以及内燃机，所述驱动电机由所述储能组件提供动力驱动。作为选择，所述储能组件也可在带驱动电机的电动汽车中，为驱动电机提供动力驱动。此外，本发明还可用于储存能量，例如风能或太阳能，这种情况下，所述储能组件集成于风能或太阳能设备中。本发明可用于负载平衡。 
图1所示是一种储能组件1的视图，这种组件包含有若干扁平电化学电池2。所述组件1通常称为电池组。每个电化学电池2也称为电池组电池或单个原电池或方形蓄电池。 
每个电化学电池2包含一对电极A和K，其中一个电极A为阳极或负电极，另一个电极K为阴极或正电极。 
为了实现电化学电池2相互之间的电连接，每个电池2的电极A和K连接外向端子3A和3K。根据应用情况，可通过外向端子3A和3K使电化学电池2并联、串联或串并联。 
根据图1所示的实施例展示串联的电化学电池2。 
为进行防故障的安全安装及组装，尤其是电化学电池2相互之间的防故障安全连接，每个电池2的成对外向端子3.A和3K按以下不同方式设计：其中一个外向端子(例如外向阳极端子3.A)为直型；相同电池2的另一个外向端子(例如外向阴极端子3.K)为弯曲型，反之亦然。另外，相邻电化学电池2相互连接的外向端子3.A和3.K也按以下不同方式设计：某一电化学电池2中一个已连接外向端子(例如外向阳极端子3.A)为直型；如果所述电池2互相并联，相邻电化学电池2的外向阳极端子3.A为弯曲型；如果所述电池2互相串联，相邻电化学电池2的外向阴极端子3.K为弯曲型。 
换言之：为了节省空间以及实现整个储能组件1的无故障安全安装和组装，电化学电池2根据连接类型，例如串联、并联或串并联相互连接，其中一个电化学电池2的直外向端子3.A或3.K与相邻电化学电池2的弯曲外向端子3.A或3.K相连。 
每个电化学电池2为扁平电池，包含作为电极A和K的若干未显示内电极薄膜，可由例如非水电解质冲洗的隔离膜对不同电极薄膜进行隔离。作为选择，也可用隔板代替隔离膜。根据电池2的类型，例如锂离子电池；所述电极薄膜分为不同的两组。一组电极薄膜代表阴极或正电极K，例如锂过渡金属氧化物，另一组电极薄膜代表阳极或负电极A，例如金属锂或锂石墨。 
更具体地说，每个电化学电池2的外向端子3.A、3.K与其电化 学电池2的内部相连，尤其是通过未显示的耦合件与各个电极A、K连接。所述耦合件可为铆钉、压接件、螺栓或焊点。 
另外，具有隔离膜的电极薄膜布置由外壳4包裹。外壳4可设为电池2相互绝缘用的薄膜外壳或板状外壳。作为优选，至少对所述电池2实现相互之间的电绝缘。另外，根据使用材料，所述电池2可相互绝热。作为选择，可通过外壳表面对所述电池2实现电连接。在此还可提供另一种替代实施例，该实施例中电池2之间用一种材料(例如树脂)进行充填，以实现电绝缘。 
根据储能组件1的类型和尺寸，每个电化学电池2的所述外向端子3.A、3.K设置在电化学电池2电池一侧2.1的相对侧的端子上。作为选择，每个电化学电池2的外向端子3.A、3.K可设置在所述电池侧2.1(未显示)的端子上。 
为简单安装具有若干电池2(也称为电池组或电池包)的储能组件1，通过底板5内每个电池2的结构或摩擦配件将电池2固定在底板5上。 
也可由未显示的外壳包裹整个储能组件1。 
对于图2和图3，各图分别显示单个电化学电池2，它们在图1显示的储能组件1中相邻并相互串联。 
为了牢固连接相关的待连接外向端子3.A及3.A、3.K及3.K，其中一个外向端子3.K或各个外向端子3.A及3.K至少包含一个凸起6。在图2及图3描述的实施例中，所述电池2的每个外向端子3.K至少包含两个凸起6。 
为了减小焊接所述待连接外向端子3.A和3.K、3.K和3.A时的机械应力，每个外向端子3.A及3.K由垂直插槽7或腔实现水平分离，从而每个外向端子3.A、3.K在两个接片3.A.1和3.A.2或3.K.1及3.K.2内向外开槽。所述插槽7允许提供两个凸起6，用于相邻电池2外向端子3.A、3.K的冗余连接，其中一个凸起6设置在一个外向端子3.A、3.K的每个接片3.A.1、3.A.2、3.K.1以及3.K.2上。另外，外向插槽7允许用减小的机械应力对至少两个焊点进行连接。 
所述插槽7的另一个益处是，开槽的外向端子3.A、3.K可直接把例如平衡电缆、电子元件以及其他设备连接到所述端子3.A、3.K上，尤其是连接到接片3.A.1、3.A.2、3.K.1以及3.K.2上。 
作为选择，诸如温度传感器等传感器元件可直接集成于所述外向端子3.A、3K上。这样就允许非常有效地进行温度测量。 
特别值得指出的是，根据储能组件1的尺寸，每个外向端子3.A和3.K的厚度可在1mm至3mm范围内变化。在一个实施例中，每个外向端子3.A和3.K的厚度至少可为1mm。作为选择，根据可用空间、规定密度和密封性，所述外向端子3.A和3.K可在上述范围内具有不同的厚度。 
此外，可以不同形式构成外向端子3.A和3.K，在此需对各电池2进行有效的电流分布。例如，每个外向端子3.A和3.K的连接端可为锥形。每个外向端子3.A和3.K的连接端为连接端子3.A、3.K与各自内电极A、K的终端。 
作为优选，每个外向端子3.A和3.K至少由铜制成。每个外向端子3.A和3.K由相同的材料制成。这样能允许采用相同的焊接温度。此外，每个外向端子3.A和3.K至少可由涂有保护层的铜制成。作为优选，所述保护层由耐腐蚀的锡或镍制成。所述保护层非常薄。例如，所述保护层的厚度可为几微米。 
另外，图4至6显示分组电化学电池2的其他实施例。 
图4显示无电池块或电池模块M1至M2转换的组件1(也称为电池组)。这会导致母线交叉，母线总长度大幅度加长。 
图5及图6显示带电池块或电池模块180°转换的组件。这些导致母线的钼交叉，减短母线的总长度。 
作为优选，预定数量的电化学电池2(例如6个或12个电池)设置在至少两个模块、M1至Mn的多个模块或组件中。对于电池2的简单短路熔断器，模块M1至M2由保护件P(例如熔断器，尤其是短路熔断器)隔离。 
另外，所述外向端子3.A和3.K可由固定件(例如线夹件L，尤其是塑料线夹或L型塑料线夹)覆盖，用于实施保护和绝缘。
数字符号表
1储能组件 
2电化学电池 
3.A阳极外向端子 
3.A.1、3.A.2阳极外向端子接片 
3.K阴极外向端子 
3.K.1、3.K.2阴极外向端子接片 
4每个电池的外壳 
5底板 
6凸起 
7插槽 
A阳极 
K阴极 

Claims (12)

1.一种具有若干扁平电化学电池(2)的用于电动汽车或混合动力电动汽车的储能组件(1)，每个扁平电化学电池(2)包含一对通过外向端子(3.A、3.K)使所述电化学电池(2)实现相互电连接的电极(A、K)，其中
其中每个外向端子(3.A、3.K)至少包含在所述外向端子(3.A、3.K)内由垂直插槽(7)水平分离的两个凸起(6)，
其中每个外向端子(3.A、3.K)向外开槽以成为两个接片(3.A.1、3.A.2、3.K.1、3.K.2)
其中每个外向端子(3.A、3.K)的每个接片(3.A.1、3.A.2、3.K.1、3.K.2)上设有一个锥形的凸起(6)，
其中每个电化学电池(2)的所述外向端子(3.A、3.K)设置在其电化学电池(2)的一个电池侧(2.1)的相对端，
其中每个外向端子(3.A、3.K)的厚度为1mm至3mm，
其中每个外向端子(3.A、3.K)由铜制成，
-每个电化学电池(2)包含作为一对外向端子(3.A、3.K)的直外向端子和弯曲外向端子，
-所述电化学电池(2)互相连接，其中一个电化学电池(2)的直外向端子与相邻电化学电池(2)的弯曲外向端子通过所述凸起通过电阻焊接而相连。
2.根据权利要求1所述的储能组件，其中每个外向端子涂有保护层，所述保护层由锡、镍或合金制成。
3.根据权利要求2所述的储能组件，其中所述合金为铝锰或铝铜合金。
4.根据权利要求1所述的储能组件，其中每个电化学电池(2)所述外向端子(3.A、3.K)通过耦合件连接其电化学电池(2)的内部。
5.根据权利要求4所述的储能组件，其中所述耦合件为铆钉、压接件、螺栓或集成于所述电池(2)内部的焊点。
6.根据权利要求1所述的储能组件，其中预定数量的电化学电池(2)至少设置在若干模块内。
7.根据权利要求6所述的储能组件，其中所述模块由保护部件(P)隔开。
8.根据权利要求1所述的储能组件，其中所述电化学电池(2)为串联连接。
9.根据权利要求1所述的储能组件，其中所述电化学电池(2)为并联连接。
10.根据权利要求1所述的储能组件，其中所述电化学电池(2)为串并联连接。
11.一种用驱动电机驱动的电动汽车，由根据权利要求1所述的储能组件(1)为驱动电机提供动力驱动。
12.一种具有驱动电机和内燃机的混合动力电动汽车，其中所述驱动电机由根据权利要求1所述的储能组件(1)提供动力驱动。
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