CN101946342A - 具有多个单体的电池 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有多个单体(1)的电池(B)，所述单体的极(P)相互电并联和/或串联并形成一单体组(Z)。根据本发明，至少在相邻单体(1)的极(P)之间在边缘区域中设置一密封件(3)。

Description

具有多个单体的电池
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、具有多个单体的电池。
背景技术
根据现有技术，高伏电池、例如锂离子电池已知用于车辆应用，所述电池特别是由多个电串联和/或并联的单体构成。在此，一方面，从单体的壳体引出的极能借助单体连接件电连接，其中在单体连接件上设置有用于监测功能、例如单体电压监测的连接触点。另一方面，在正极和负极直接置于壳体的相互电绝缘的部件上的双极单体中，壳体的形成电触点的部件直接形状锁合地和/或力锁合地彼此连接。在使用力锁合的连接时不存在对例如用于监测单体电压或用于均衡单体电压的测量连接部的连接可能性。
发明内容
因此本发明的目的是：提出一种改进的电池，所述电池特别是克服了现有技术中存在的缺点并能简单、成本经济地制造。
根据本发明，所述目的通过具有在权利要求1中给出的特征的电池来实现。
本发明的有利的设计方案是从属权利要求的主题。
根据本发明的电池具有多个单体，所述单体的极相互电并联和/或串联并形成一单体组，其中每个单体各自被一单体壳体围绕，该单体壳体包括两个单体壳体侧壁和一单体壳体边框(2.3)，其特征在于，每个单体的所述极中的至少一个具有两个电压连接触点。由此能实现连接部的结构空间和功能最佳的布置、特别是不同的电压连接触点的布置，例如高电压连接触点或低电压连接触点(还称为HV触点或NV触点)。
有利地，在此，不同的电压连接触点在单体内部彼此电连接、特别是并联。为此特别是应用能导电的金属单体壳体侧壁中的一个。由此，不需要附加的连接元件、如传统的单体连接件。因此简化了电池的装配进而节约了成本。
在一种可能的实施形式中，第一电压连接触点形成单体的极中的一个，而第二电压连接触点形成测量连接部。在此，单体的极以简单且节省结构空间的方式和方法通过能导电的、特别是金属的单体壳体侧壁形成，其中每个单体的不同极性的各个极触点分别直接置于相互电绝缘的所述各单体壳体侧壁上。
在另一实施形式中，不同的电压连接触点能相互独立地设置在任意位置处。在一种可能的实施形式中，形成所述极的电压连接触点是单体壳体侧壁之一。设计成测量连接部的另一电压连接触点设计成凸耳状延长部并在径向上沿任意方向从相关的单体壳体侧壁突出。通过这些在使用单个单体壳体侧壁的情况下所形成的不同的电压连接触点，所述电压连接触点能最佳地匹配于电压和电流以及匹配于其功能。
有利地，不同单体的极通过单体的单体壳体侧壁的接触而相互电连接。特别是在由扁平单体形成的单体组中，单体或扁平单体沿轴向方向相互接触。这形成了一种特别紧凑的、节省结构空间的构造。
以优选的方式，每个单体的带两个电压连接触点的单体壳体侧壁具有一测量连接部作为一个电压连接触点。有利地，测量连接部设计成一从单体壳体侧壁突出的凸耳状延长部，所述延长部与电子部件、特别是封装的电子结构单元电连接。电子部件优选具有用于监测单体电压和均衡单体电压的装置，从而总是能确保单体的电压水平相同进而能确保电池的较高的可靠性。
在本发明另一设计方案中，单体和/或不同单体的极以力锁合、形状锁合和/或材料融合的方式相互连接。由此，以简单的方式和方法确保了单体的极之间的持久的电接触。
附加地，单体包括一设置在单体壳体中的电极堆/电极组，其中至少不同极性的电极通过隔离件、优选隔离膜彼此绝缘地分隔开。以特殊的方式，各膜电极的向电极堆的外部引导的边缘区域形成一设计成导电凸耳(Stromableiterfahne)的极触点，由此省略了膜电极和极触点的高成本的接触。同时，这种接触方式非常可靠地防止受到至少多种影响、特别是外部影响，如碰撞或振动。
相同极性的导电凸耳、即极触点导电地相互连接成一极。此外，(同)一个极的极触点导电地彼此压接在一起和/或相互焊接。
通过将电极堆设置在一沿边缘侧环绕的、特别是电绝缘的单体壳体边框中，能以有利的方式省略附加的绝缘布置/结构。此外，还使单体的可操纵性变得容易或者更为可靠。
特别是在双极单体中，以特殊的方式实现了极触点与相互对置的单体壳体侧壁、特别是单体壳体的平面侧的直接接触。这些单体壳体侧壁、特别是平面侧借助单体壳体边框相互电绝缘。以这种方式，相同极性的极触点(＝导电凸耳)直接与特别是扁平单体的一单体壳体侧壁(＝单体外壁)、优选单体壳体的一平面侧电连接，从而使单体壳体侧壁形成单体的电极。因为所述极没有发生接触穿过(Kontaktdurchführung)，所以并没有减弱单体的单体壳体的气密性。因此，还改善了单体壳体内部的密封性以防止湿气穿透。
根据本发明一种有利的改进方案，在单体组的第一个单体的单体壳体侧壁上和最后一个单体的单体壳体侧壁上各设置有至少一个电连接元件，从而能实现电池的简单的电接触。
在本发明的一种设计方案中，单体壳体边框具有两个彼此电绝缘的且彼此间隔开的材料回缩部，在所述材料回缩部中设置有各自为一个极性的、设计成导电凸耳的极触点。以有利的方式，材料回缩部的在膜电极的堆叠方向上测量的净高度小于或等于未受影响地相互堆叠在一起的所属极触点的相应厚度，且材料回缩部的平行于膜电极的扁平侧测量的深度大于或等于所属极触点的相应长度。由此，极触点可靠地保持在材料回缩部中且在单体壳体边框与单体壳体侧壁之间特别紧密地连接时能导电地利用其被压接在一起。
为了排出在电池中形成的损耗热，设置一导热板用于冷却电池。在本发明的一种有利的改进方案中，在导热板和单体组之间插入一能导热的材料，所述能导热的材料优选由灌注材料、涂料和/或导热膜形成。这提高了单体组与导热板之间的热传递，并因此一方面提高了电池的效率、另一方面提高了电池的使用寿命。
以优选的方式，至少单体组和导热板设置在壳体框架中，所述壳体框架特别是设计成至少一个完全围绕单体组和导热板的夹紧元件、特别是张紧带或夹紧框架。
通过所述措施中的一个或多个能够实现，在成本经济的制造的同时能简化电池的构造和单体的接触/触点接通，其中通过使用密封元件，同时可靠地防止所述极受到杂质、特别是湿气的损害，进而防止受到腐蚀。
附图说明
下面借助附图详细阐述本发明的实施例。其中示出了：
图1示意性示出单体的透视图，
图2示意性示出根据图1的单体的剖视图，
图3示意性示出单体的分解图，
图4示意性示出电池的多个单体的电连接的简化电路图，
图5示意性示出电池的分解图，
图6示意性示出根据图5的电池的透视图，和
图7示意性示出根据图6的电池的剖视图。
具体实施方式
在所有附图中，相应的部件具有相同的附图标记。
图1和图2示出一设计成扁平单体的单体1。在此，单体1的单体壳体2由两个单体壳体侧壁2.1、2.2和一个设置在这两个单体壳体侧壁之间的、沿边缘侧环绕的单体壳体边框2.3形成。
单体1的单体壳体侧壁2.1、2.2设计成导电的并形成单体1的极P+、P-。
单体壳体边框2.3设计成电绝缘的，从而不同极性的单体壳体侧壁2.1、2.2彼此电绝缘。
单体壳体边框2.3附加地在上侧上具有一局部的材料增高部2.31，所述材料增高部2.31的功能将在对图5至图7的描述中详细阐述。
在此，单体1具有至少三个电压连接触点K1至K3。根据本发明，形成极P-的单体壳体侧壁2.1具有至少两个电压连接触点K1、K2，所述电压连接触点K1、K2特别是在单体内部相互电连接、特别是相互并联。在此，第一电压连接触点K1由单体1的极P-进而由单体壳体侧壁2.1形成。第二电压连接触点K2设计成测量连接部2.11，所述测量连接部2.11在径向上在单体壳体侧壁2.1的上方在任意位置处作为一凸耳状延长部突出于单体1。
根据本发明，在图5至图7中详细示出的电池B由多个这种单体1组成，所述单体的极P+、P-、特别是设计成平面侧的单体壳体侧壁2.1、2.2根据所希望的电池电压和电池功率而相互并联和/或串联并形成一在图5至图7中示出的单体组Z。
图2以根据图1的单体1的剖视图示出本发明有利的设计方案，其中在单体壳体2中设置有一电极堆4。
在此，在中间区域中，不同极性的膜电极5、特别是铝膜和/或铜膜和/或由金属合金制成的膜相互堆叠并借助隔离件6、特别是隔离膜彼此电绝缘。
在膜电极5的比电极堆4的中间区域突出的边缘区域中，相同极性的膜电极5相互电连接。因此，相同极性的膜电极5的相互连接的端部形成一还称为导电凸耳(Stromableiterfahne)的极触点7。为清楚起见，单体1的不同极性的极触点7以后称为导电凸耳7。详细来说，膜电极5的端部以导电的方式彼此压接在一起和/或相焊接并形成电极堆4的导电凸耳7。
电极堆4设置在沿边缘侧围绕电极堆4的单体壳体边框2.3中。为此，单体壳体边框2.3具有两个彼此间隔开的材料回缩部2.33、2.34，所述材料回缩部2.33、2.34如此设计，使得不同极性的导电凸耳7设置在材料回缩部2.33、2.34中。材料回缩部2.33、2.34的净高度h如此设计，使得所述高度h与未受影响地相互堆叠在一起的导电凸耳7的厚度相等或小于所述厚度。材料回缩部2.33、2.34的深度t与导电凸耳7的长度相等或大于所述长度。
因为单体壳体边框2.3优选由电绝缘材料制成，所以不同极性的导电凸耳7相互电绝缘，从而以有利的方式无需用于电绝缘的附加布置。
在固定单体壳体侧壁2.1、2.2--所述固定例如以未详细示出的方式通过将平面侧8粘接和/或弯边到一在单体壳体边框6中环绕的缺口中来实现--时，不同极性的导电凸耳7压靠在单体壳体侧壁2.1、2.2上，从而将导电凸耳7的相应电势分别施加在单体壳体侧壁2.1、2.2上并使单体壳体侧壁2.1、2.2形成单体1的极P+、P-。
在本发明的一种改进方案中，在例如铜制的导电凸耳7与例如铝制的壳体侧壁2.1、2.2之间能附加地设置一例如镍制的膜(未详细示出)，以便改善在导电凸耳7与单体壳体侧壁2.1、2.2之间的电连接。
此外在本发明的一种设计方案中，能在导电凸耳7与单体壳体侧壁2.1、2.2之间设置一电绝缘膜(未详细示出)，或者单体壳体侧壁2.1、2.2在一侧能设计有电绝缘层，从而使导电凸耳7与单体壳体侧壁2.1、2.2的电接触利用未详细阐述的、由现有技术已知的完全焊透法/通焊法(Durchschweiβverfahren)才从外部穿过单体壳体侧壁2.1、2.2形成。
图3示出在图1至图2中详细示出的单体1的分解图，特别是示出电极堆4在单体壳体边框2.3以及单体壳体侧壁2.1、2.2中的布置。
在本发明的有利的设计方案中，具有凸耳状测量连接部2.11的单体壳体侧壁2.1在下部区域中朝向单体壳体边框2.3的方向弯折了90°，从而在使用图5至图7示出的导热板8时能增大有效的热传递表面，进而改善电池B的冷却。
图4示出一极P-、进而单体壳体侧壁2.1的电压连接触点K1和K2的根据本发明的、单体内部的电连接的电路图。在此，多个单体1彼此电串联并形成电池B。在此，单体1的极P-分别具有两个电压连接触点K1和K2，其中电压连接触点K1形成极P-且电压连接触点K2形成测量连接部2.11，在所述测量连接部2.11上能连接有至少一个电子部件13。在此，电子部件13可以包括用于单体电压监测的装置13.1(例如电压表)和用于均衡单体电压的装置13.2，例如用于使具有最高电压的单体放电的、能开关的电阻。两个电压连接触点K1、K2在单体内部并联。
图5示出具有由多个单体1形成的单体组Z的电池B的分解图。为了形成单体组Z，多个单体1的极P+、P-根据电池B的所希望的电压和功率彼此串联和/或并联地电连接。在本发明的改进方案中，同样根据电池B的所希望的电压和功率，单体组Z可由任意数量的单体1形成。
在图4和图5中示出的、单体1的极P+、P-的电串联通过具有不同电势的相邻单体1的单体壳体侧壁2.1、2.2的电接触来实现。在此，特别是单体1中的一个的单体壳体侧壁2.2力锁合、形状锁合和/或材料融合地与相邻单体1的具有凸耳状测量连接部2.11的单体壳体侧壁2.1电连接。
在图5至图7中以分解图、透视图和截面图示出例如应用在车辆、特别是混合式和/或电驱动的车辆中的电池B。
在所示出的本发明实施例中，电池B由相互电串联的三十个单体1形成。为了从电池B中放出电能和/或将电能输入电池B中，在单体组Z的第一个单体E1的特别是形成该第一个单体E1的正极P+的单体壳体侧壁2.2上设置有一电连接元件9。该连接元件9设计成电连接凸耳并形成电池B的正极端子Ppos。
在单体组Z的最后一个单体E2的特别是形成该最后一个单体E2的负极P-的单体壳体侧壁2.1上也设置有一电连接元件10。该连接元件10同样设计成电连接凸耳并形成电池B的负极端子Pneg。
在所示出的有利的本发明改进方案中，单体组Z与导热板8热连接。在此，单体壳体侧壁2.1利用朝向单体壳体边框2.3的方向弯折90°的下部区域直接或间接地通过能导热的材料、特别是导热膜11热连接到导热板8上，从而实现了电池B的有效冷却。
在本发明的一种改进方案中，所述能导热的材料能附加地或替代地由灌注材料和/或涂料形成。
为了使单体1力锁合地连接成单体组Z且将导热板8和导热膜11力锁合地连接到单体组Z上，单体组Z、导热板8和导热膜11设置在一壳体框架中。
该壳体框架特别是由一个或多个完全围绕单体组Z的夹紧元件12、例如张紧带形成，所述夹紧元件12使单体1或者说单体组Z、导热板8以及导热膜11不仅沿水平方向而且沿竖直方向都力锁合地连接。
为了能可靠地保持夹紧元件12，在导热板8的下侧上优选形成有与夹紧元件12的尺寸相对应的材料凹洼部8.1。
在本发明未详细示出的改进方案中，一些或所有部件，即单体1、导热板8、导热膜11或整个电池B，替代地或附加地能部分地或完全地以封装的方式安装在一电池壳体中。
如果电池B例如是锂离子高伏电池，则通常需要：专门的电子装置，所述电子装置例如监测和校正单体1的单体电压；电池管理系统，所述电池管理系统特别是控制电池B的功率接收(Leistungsaufnahme)和功率输出(＝电池控制系统)；保险元件，所述保险元件在电池B出现故障时将电池B与电网安全地分离。
在所示出的本发明实施例中，设有一电子部件13，所述电子部件13至少包括用于监测单体电压和/或用于均衡单体电压的装置(未详细示出)。在本发明的一种改进方案中，该电子部件13还能设计成封装的电子结构单元。
电子部件13在单体组上在顶侧设置在单体1的单体壳体边框2.3和夹紧元件12上。为了使电子部件13具有尽可能大的支承面且同时使夹紧元件12固定在单体组Z的上侧，在每个单体1的边框2.3的上侧局部地形成有材料增高部2.31，其高度特别是与夹紧元件12的厚度相当。为了将电子部件13固定在单体组Z上和/或夹紧元件12上，使用未详细示出的力锁合、形状锁合和/或材料融合的连接技术。
为了使单体组Z与电子部件13电接触，设置在单体壳体侧壁2.1上的凸耳状测量连接部2.11通过设置在电子部件13中的接触元件13.3来引导，所述接触元件13.3具有与凸耳状测量连接部2.11相对应的形状。
附加地，还可设置其它未示出的电子结构单元，所述电子结构单元例如包括电池管理系统、电池控制系统、保险元件和/或其它用于操作和控制电池B的装置。
附图标记列表：
1         单体
2         单体壳体
2.1       单体壳体侧壁
2.11      测量连接部
2.2       单体壳体侧壁
2.3       单体壳体边框
2.31      材料增高部
2.33      材料回缩部
2.34      材料回缩部
4         电极堆
5         膜电极
6         隔离件
7         极触点(导电凸耳)
8         导热板
8.1       材料凹洼部
9         电连接元件
10        电连接元件
11        导热膜
12           夹紧元件
13           电子部件
13.1         用于监测单体电压的装置
13.2         用于均衡单体电压的装置
13.3         接触元件
B            电池
E1           第一个单体
E2           最后一个单体
h            高度
K1至K3       电压连接触点
P+           正极
P-           负极
Pneg         负极端子
Ppos         正极端子
t            深度
Z            单体组

Claims (25)

1.一种具有多个单体(1)的电池(B)，特别是高伏电池，所述单体的极(P+、P-)相互电并联和/或串联并形成一单体组(Z)，其中每个单体(1)各自被一单体壳体(2)围绕，该单体壳体(2)包括两个单体壳体侧壁(2.1、2.2)和一单体壳体边框(2.3)，其特征在于，每个单体(1)的所述极中的至少一个(P-)具有至少两个电压连接触点(K1、K2)。
2.根据权利要求1所述的电池(B)，其特征在于，所述极中的一个(P-)的所述电压连接触点(K1、K2)在单体内部彼此电连接、特别是并联。
3.根据权利要求1所述的电池(B)，其特征在于，第一电压连接触点(K1)形成所述单体(1)的所述极中的一个(P-)，第二电压连接触点(K2)形成测量连接部(2.11)。
4.根据权利要求1所述的电池(B)，其特征在于，所述单体(1)的所述极(P+、P-)由单体壳体侧壁(2.1、2.2)形成，其中每个单体(1)的所述极触点(7)分别直接置于相互电绝缘的所述单体壳体侧壁(2.1、2.2)上。
5.根据权利要求1所述的电池(B)，其特征在于，不同单体(1)的极(P+、P-)通过这些单体(1)的单体壳体侧壁(2.1、2.2)的接触而相互电连接。
6.根据权利要求2所述的电池(B)，其特征在于，所述单体(1)的各测量连接部(2.11)与一电子部件(13)电连接。
7.根据权利要求6所述的电池(B)，其特征在于，所述电子部件(13)是一封装的电子结构单元。
8.根据权利要求6所述的电池(B)，其特征在于，所述电子部件(13)包括用于单体电压监测和/或单体电压均衡的装置。
9.根据权利要求1所述的电池(B)，其特征在于，所述单体(1)力锁合地、形状锁合地和/或材料融合地相互连接。
10.根据权利要求1所述的电池(B)，其特征在于，不同单体(1)的所述极(P-、P+)力锁合地、形状锁合地和/或材料融合地相互连接。
11.根据权利要求1所述的电池(B)，其特征在于，在单体壳体(2)中设置有电极堆(4)，所述电极堆的各个电极、优选膜电极(5)与设计成导电凸耳的所述极触点(7)导电连接。
12.根据权利要求11所述的电池(B)，其特征在于，至少不同极性的电极通过一隔离件(6)、优选隔离膜彼此绝缘。
13.根据权利要求11所述的电池(B)，其特征在于，相同极性(+、-)的极触点(7)导电地相互连接。
14.根据权利要求11所述的电池(B)，其特征在于，相同极性(+、-)的极触点(7)导电地彼此压接在一起和/或相互焊接。
15.根据权利要求1所述的电池(B)，其特征在于，所述单体壳体(2)具有两个单体壳体侧壁(2.1、2.2)和一设置在这两个单体壳体侧壁之间的、沿边缘侧环绕的且使所述单体壳体侧壁(2.1、2.2)相互电绝缘的单体壳体边框(2.3)。
16.根据权利要求1所述的电池(B)，其特征在于，所述单体壳体侧壁(2.1、2.2)设计成导电的，而所述单体壳体边框(2.3)设计成电绝缘的。
17.根据权利要求11所述的电池(B)，其特征在于，每个极性(+、-)的极触点(7)与各一个单体壳体侧壁(2.1、2.2)导电连接，相关的两个不同极性(+、-)的单体壳体侧壁(2.1、2.2)借助单体壳体边框(2.3)彼此电绝缘。
18.根据权利要求1所述的电池(B)，其特征在于，所述单体壳体侧壁(2.1、2.2)设计成平面侧。
19.根据权利要求1所述的电池(B)，其特征在于，在所述单体组(Z)的第一个单体(E1)的单体壳体侧壁(2.2)上和最后一个单体(E2)的单体壳体侧壁(2.1)上设置有至少各一个电连接元件(9、10)。
20.根据权利要求10所述的电池(B)，其特征在于，所述单体壳体边框(2.3)具有两个彼此电绝缘的且彼此间隔开的材料回缩部(2.33、2.34)，在所述材料回缩部中设置有各一个极性(+、-)的极触点(7)，其中材料回缩部(2.33、2.34)的在膜电极(5)的堆叠方向上测量的净高度(h)小于或等于未受影响地相互堆叠在一起的所属极触点(7)的相应厚度，而其平行于膜电极(5)的扁平侧测量的深度(t)大于或等于所属极触点(7)的相应长度。
21.根据权利要求1所述的电池(B)，其特征在于，设置有一用于冷却电池(B)的导热板(8)。
22.根据权利要求21所述的电池(B)，其特征在于，在所述导热板(8)与所述单体组(Z)之间装入有能导热的材料。
23.根据权利要求22所述的电池(B)，其特征在于，所述能导热的材料是灌注材料、涂料和/或导热膜(11)。
24.根据权利要求1所述的电池(B)，其特征在于，所述单体组(Z)和一导热板(8)设置在一壳体框架中。
25.根据权利要求24所述的电池(B)，其特征在于，所述壳体框架由至少一个完全围绕所述单体组(Z)和所述导热板(8)的夹紧元件(12)、特别是张紧带或夹紧框架形成。
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