CN102326276A - 具有带有可伸缩连接缝的多部件壳体的原电池 - Google Patents

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Abstract

根据本发明的基本为棱柱形构造的原电池(1)具有带有至少一个阳极(3、3a)、阴极(4、4a)和隔板(5)的电极堆叠(2)。隔板(5)设置为至少部分地接收电解质。此外，原电池具有至少两个壳体部分(6、7)，所述壳体部分至少部分地包围电极堆叠。至少一个连接缝(8、8a)将至少两个壳体部分至少逐段连接。该原电池的特征在于，至少一个连接缝构造为可伸缩的。

Description

具有带有可伸缩连接缝的多部件壳体的原电池
技术领域
本发明涉及用于电池的原电池。结合用于为机动车驱动器供电的可充电的锂离子电池描述本发明。在此应指出的是，本发明也可与原电池的结构类型、化学特性无关地使用，且可与其为之供电的驱动器的类型无关地使用。
背景技术
从现有技术中已知用于为机动车驱动器供电的带有多个原电池的可充电电池。在可充电电池在机动车中运行期间，原电池发生老化。机械载荷可能导致损坏原电池的一些结构组合，且降低所述原电池的使用寿命。
发明内容
本发明的任务在于提高原电池的使用寿命。
此任务根据本发明通过独立权利要求的主题解决。本发明的优选的改进方案是从属权利要求的主题。
根据本发明的基本为棱柱形构造的原电池具有电极堆叠，所述电极堆叠带有至少一个阳极、阴极和隔板。隔板设置为至少部分地接收电解质。此外，原电池具有至少两个壳体部分，所述壳体部分至少部分地包围电极堆叠。至少一个连接缝将所述至少两个壳体部分至少逐段连接。原电池的特征在于，至少一个连接缝构造为可伸缩的。
在本发明的意义中，原电池理解为也用于存储化学能和输出电能的设备。为此，根据本发明的原电池具有至少一个电极堆叠，所述电极堆叠由多部件的壳体所包围。
原电池也构造为在充电时接收电能。这也称为二次电池或蓄电池。
多个原电池可尤其电串联和/或电并联地连接为电池。在此，多个原电池尤其是相互接触地布置。
在本发明的意义中，电极堆叠理解为作为原电池的组件的装置，该装置也用于存储化学能和输出电能。为此，电极堆叠具有至少两个电极，即阳极和阴极，且具有隔板，所述隔板至少部分地接收电解质。优选地，至少一个阳极、隔板和阴极相互叠置或堆叠，其中隔板至少部分地布置在阳极和阴极之间。此次序可在电极堆叠内任意重复。优选地，将所述层卷绕为卷绕电极(Elektrodenwickel)。在下文中，“电极堆叠”的概念也用于卷绕电极。
在电能输出前将所存储的化学能转化为电能。此转化是有损失的。在充电期间，向电极堆叠或原电池提供的电能被转化且存储为化学能。
在提取或供给电能时，在电极堆叠内流过电流，所述电流导致发热。此发热可导致电极堆叠或原电池的温度升高。作为温度升高的结果，电极堆叠可能膨胀。
优选地，电极堆叠具有多个电极对和隔板。特别优选地，将一些电极特别地相互电连接。优选地，电极堆叠的最外部的电极具有不同的极性。优选地，电极堆叠是方形的。优选地，板形电极及其所属的电极堆叠的具有最大值的法向量被平行布置。
在本发明的意义中，阳极理解为在充电时例如在中间栅格板上充以带正电荷的离子的装置。在此阳极可能膨胀。也由于加热，阳极可能膨胀。优选地，阳极具有活性的阳极质(Anodenmasse)和电源引线。优选地，阳极的电源引线形成为薄壁，特别优选地形成为金属薄膜。优选地，电源引线形成为基本上矩形。
在本发明的意义中，阴极理解为在放电时或在输出电能期间也接收电子和带有正电荷的离子的装置。优选地，阴极具有活性的阴极质(Kathodenmasse)和电源引线。优选地，阴极的电源引线形成为薄壁，特别优选地形成为金属薄膜。优选地，阴极的构造基本上对应于电极堆叠的阳极的构造。
在本发明的意义中，隔板理解为将阳极和阴极或者其活性的电极质分开和间隔开的装置。隔板也至少部分地接收电解质。优选地，隔板形成为薄壁形，特别地优选地形成为聚合物薄膜。优选地，隔板的构造基本上对应于电极堆叠的阳极的构造。优选地，隔板具有陶瓷材料。
在本发明的意义中，壳体部分理解为至少部分地包围电极堆叠的装置。优选地，尤其为薄壁的壳体部分具有三维构造和/或至少限定边缘。壳体部分的构造也适应于电极堆叠的构造。优选地，壳体部分至少局部地具有导电材料。优选地，壳体部分具有铜、铝、不锈钢和/或可硬化的聚合物。
优选地，壳体部分局部地以尤其为电绝缘的涂层覆盖。优选地，多个壳体部分，特别是两个壳体部分构造为共同地大部分包围电极堆叠。优选地，两个壳体部分的至少每个限定边缘至少逐段平行地走向。优选地，不同的壳体部分的逐段平行走向的限定边缘被窄的缝隙分开。优选地，至少两个壳体部分相互电绝缘。
在本发明的意义中，可伸缩连接缝理解为尤其是材料接合(stoffschlüssig)地连接多个壳体部分的装置。优选地，可伸缩连接缝弹性地形成。多个壳体部分可通过多个分开的连接缝连接。优选地，至少一个连接缝也通过粘合、铆接或焊接形成。优选地，使用产生可伸缩连接缝的接缝方法。至少一个连接缝的材料的弹性模量优选地低于壳体部分的材料的弹性模量。特别地，在至少一个可伸缩连接缝内作用的弹性回复力也导致电极堆叠通过至少两个壳体部分紧密包围电极堆叠。
至少一个连接缝的材料的导电性能优选地明显低于壳体部分的材料的导电性能。优选地，至少一个连接缝具有至少一种可硬化的聚合物。特别地优选地，至少一个连接缝具有合成橡胶或生胶。
如果原电池的电极堆叠由于在电极内充以离子、温度升高和/或电极上的材料的分离而膨胀时，原电池的壳体特别是连接缝的至少一个区域由于此膨胀而至少暂时地松弛。因此，在电极堆叠的层上作用的力降低。因此，由于压力而导致的电极堆叠的层的可能的损坏得以降低。因此，尽可能地获得了电极堆叠的电流效应(galvanischeWirksamkeit)，且解决了本发明的基本任务。
下文将描述本发明的优选改进方案。
有利地，电极堆叠的至少一个阳极和阴极至少局部地与不同的壳体部分特别地以力配合(kraftschlüssig)和/或形配合(formschlüssig)的方式导电和导热地连接。因此，阳极以及阴极可与各壳体部分交换电能和/或热能。
原电池的电极可与所谓的电极贯通件(Poldurchführung)接触。此电极贯通件在此通常贯通原电池的壳体。贯通的位置相对于环境被密封。但可使用电极和壳体部分之间的导电接触而省却电极贯通件。因此，有利地避免了壳体的可能的泄漏位置。
使用电极和壳体部分之间的导热的接触，可从外部与电极或与电极堆叠进行热能交换。因此，可影响原电池的电极或电极堆叠的温度。特别地，当电极和壳体部分的导热接触的区域形成为大面积时，也可与电极或与电极堆叠进行更大的热功率交换。
有利地，电极堆叠的至少一个阳极和阴极形成为壳体部分。优选地，电极堆叠的两个外部的电极形成为壳体部分。优选地，这两个外部电极具有不同的极性。以所述两个电极的此设计，可有利地省却附加的壳体部分。在此实施方式中，至少一个可伸缩连接缝将阳极与阴极连接成包围电极堆叠的剩余的层的封闭壳体。在此，可伸缩连接缝将所连接的壳体部分与电极相互绝缘。
有利地，至少一个连接缝构造为以预先确定的方式失效。在至少一个连接缝的相应的设计中，也可在原电池内影响使得连接缝失效而要求的过压高度。另外，连接缝优选地形成有薄弱位置或预定折断位置，使得可影响至少一个连接缝的失效的位置。此外，可在至少一个连接缝的相应的设计中，在薄弱位置或预定折断范围上，在至少一个连接缝失效之后，影响开口面积的尺寸。
有利地，第一接触区域布置在壳体部分的限定面上。第一接触区域是导电和/或导热的。涉及与电极堆叠的电能或热能的交换方面，壳体也作为另外的阻碍。使用所述的两个电极作为壳体部分的设计，相对于原电池的传统构造，电阻和热阻可降低。以此原电池构造，可有利地通过更多和/或更大的第一接触区域进行导电和/或导热接触。可有利地省却壳体部分的贯通或断开。
有利地，至少两个壳体部分在接合或包围电极堆叠之后相互张紧。至少两个壳体部分特别地形配合地包围了电极堆叠。在此，至少两个壳体部分紧贴在电极堆叠上。优选地，至少两个壳体部分在电极堆叠上施加了预先确定的压力。此压力也导致电极堆叠的不同的层相互固定且与壳体部分具有良好的电接触和热接触。壳体部分的压力也导致电极堆叠的不同的层相互施加摩擦力。此摩擦力降低了单独层的特别是由于振动导致的所不期望的相对运动。因此，在原电池运行期间出现的振动可更小地损害电极堆叠的牢固性。至少两个壳体部分的张紧导致此至少两个壳体部分之间的缝隙在可伸缩连接缝去除或失效之后扩大。特别地，在至少一个可伸缩连接缝内的弹性回复力也导致电极堆叠由至少两个壳体部分紧密包围电极堆叠。
有利地，壳体部分的至少一个构造为使其必须变形以贴靠电极堆叠或封闭壳体。变形也导致此壳体部分内的机械应力和弹性回复力。此应力和回复力也导致与剩余壳体连接的壳体部分可在电极堆叠上施加力。此力优选地垂直作用在电极堆叠的限定面的至少一个上，且在此将电极堆叠的不同的层相互压紧。在此，电极堆叠尤其是支承在剩余壳体上。单独层之间的摩擦力优选地降低了单独层的滑动，特别是降低了由于振动导致的滑动。此壳体部分优选地也可通过提高弹性回复力的卷边或肋片进行强化。
有利地，原电池配备有至少一个测量装置，特别是热电偶。至少一个测量装置特别是确定原电池在预先确定的位置处的温度，且提供所属的测量值以供使用。优选地，至少一个测量装置布置在至少两个壳体部分内。优选地，至少一个测量装置确定电极堆叠的参数，所述参数可说明不希望的运行状态，特别是过热。压力和温度是这种参数。
有利地，至少一个通向壳体部分内的此测量装置的引线与至少一个第二接触区域连接。优选地，第二接触区域是壳体部分的壁的部分。多个第二接触区域优选地相互绝缘且相对于至少一个壳体部分的剩余区域绝缘，但自身导电。因此，通过接触至少一个壳体部分的第二接触区域可获取确定的测量值。有利地，可特别地省却连接电缆的实施。
有利地，根据本发明的原电池制造为，使其至少两个壳体部分在接合后相互张紧。为此，至少两个壳体部分在其围绕电极堆叠布置之后被压在一起。为此，优选地使用允许接近至少两个壳体部分的待连接的限定边缘的制造装置。优选地，至少一个可伸缩连接缝可通过粘合、焊接或熔接而生成。但将至少两个壳体部分可伸缩连接的另外的接缝方法也是合适的。
有利地，由至少两个壳体部分包围的空间在产生至少一个连接缝前被抽成真空。优选地，对根据本发明的原电池的制造至少临时地在抽成真空的空间内进行。在此，概念“抽成真空”也意味着相对于正常大气压明显地降低的空气压力。优选地，前述制造装置在产生至少一个连接缝前被转移到抽成真空的区域内。仅在连接缝制造完成后，才将封闭的原电池从抽成真空的区域内取出。
有利地，为包围电极堆叠使用至少一个壳体部分，所述壳体部分可转换到张紧的状态。仅在张紧的状态下，此壳体部分的构造对应于电极堆叠的构造。优选地，壳体部分在张紧的状态下至少部分地靠在电极堆叠上。优选地，为制造根据本发明的原电池使用制造辅助装置，所述制造辅助装置可导致至少一个壳体部分转换到张紧的状态。优选地，至少两个壳体部分的压紧以及至少一个壳体部分到张紧的状态的转换借助于此制造辅助装置进行。在此，至少两个壳体部分首先围绕电极堆叠压紧还是至少一个壳体部分先转换到其张紧状态不是重要的。
有利地，根据本发明的原电池运行为，使得特别是在原电池内的预先确定的过压下使至少一个连接缝的区域失效。为此，至少一个连接缝优选地具有至少一个薄弱位置。薄弱位置特别地布置在至少一个连接缝的防止较大量的电解质溢出的区域内。特别地，此薄弱位置被布置在原电池的在运行期间布置在所属电池上部区域中的区域内。在此，薄弱位置的长度优选为使得过压不会突然降低。当然，可根据所属的电池的运行情况实现，尽可能顺畅地消除可能的过压。在此情况中，至少一个薄弱位置更长，且可能的话也沿至少两个壳体部分的多个限定边缘形成。优选地，可伸缩连接缝在过载时至少部分地撕开或断开。
有利地，根据本发明的原电池运行为，使得至少一个壳体部分，特别是在超过原电池的预先给定的最大运行温度时进行散热。为此，根据本发明的原电池优选地与散热装置导热地接触。此散热装置可以是上级(übergeordneten)电池的部分。优选地，为将此可接通的散热装置接通，使用由原电池的测量装置提供的测量值，特别是原电池的温度。
附图说明
本发明的另外的优点、特点和使用可能性从如下结合附图的描述中得到。其中：
图1在截面中示出了根据本发明的原电池的构造。
图2在截面中示出了根据本发明的原电池的改进方案。
图3在截面中使出了根据本发明的原电池的第二改进方案。
图4在截面中示出了用于根据本发明的原电池的壳体部分的改进方案。
图5示出了根据本发明的原电池的改进方案的局部，所述原电池的连接缝具有薄弱位置或预定折断位置。
图6示出了根据本发明的带有测量装置的原电池的改进方案的透视图。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的原电池1，所述原电池1的电极堆叠2由两个壳体部分6、7包围。这两个壳体部分6、7通过可伸缩连接缝8、8a相互连接。根据壳体部分6、7的布置方式，所述壳体部分6、7也可通过单独的贯通的连接缝连接。电极堆叠2由多个阳极3、3a，多个阴极4、4a和多个隔板5堆叠而成。在此，电极3、3a、4、4a和隔板5形成为矩形薄膜，其中隔板薄膜5的尺寸略大于电极薄膜。电极堆叠2由阳极3a且在另一侧由阴极4限制。虽然在图中未图示，但壳体部分6、7围绕电极堆叠2封闭，使得此限制阳极3a和此限制阴极4导电且导热地接触不同的壳体部分6、7。可伸缩连接缝8、8a形成为，其使得两个壳体部分6、7由于弹性回复力而围绕电极堆叠2固定地收紧。两个壳体部分6、7相互张紧，使得它们通过连接缝8、8a的失效或在连接缝8、8a缺失时从其关于电极堆叠2的预先确定的位置离开。壳体部分6、7形成为形状全等，且基本上互补成为平行六面体构造。在此，壳体部分6、7的尺寸使得由其封闭的空间小于电极堆叠2的空间容积。即使在考虑到非可伸缩连接缝8、8a的尺寸的情况下，由壳体部分6、7封闭的空间小于电极堆叠2的空间容积。因此，壳体部分6、7在封闭之后在电极堆叠2上施加力，所述力也将电极堆叠2的单独的层相互压紧。
图2在截面图中示出了根据本发明的原电池的另一个实施方式。在此，阳极3和阴极4构造为使其作为壳体部分6、7形成，且也完成其任务。有利地，在此设计中，可省却用于壳体部分的另外的组件。由电极3、4形成的壳体部分6、7通过隔板层5分开，且以可伸缩连接缝8、8a连接。在可伸缩连接缝8、8a内的弹性回复力导致电极3、4以一定的压力包围隔板5。因此，在单独的层之间给出了良好的导电且导热的接触。由此，电极3、4可包围多个隔板5和另外的电极。
图3示出了根据本发明的原电池1的第二改进方案。在此，电极3、4也同时形成了两个壳体部分6、7。在此，阳极3和阴极4形成为多层的。特别地，另外的电极3a、4a通过焊接与形成壳体的电极3、4导电且导热地连接。阳极3、3a或阴极4、4a的单独的层通过隔板5分开且具有间距。阳极3或阴极4的尺寸使得它们一起在电极堆叠2上施加压紧的压力。可伸缩连接缝8、8a由于弹性回复力而承担此压力。可伸缩连接缝8、8a将壳体部分6、7或者电极3、4相互电绝缘。
图4在截面图中示出了处于松弛状态的壳体部分6。壳体6的边62是弯曲的，且提供有加强肋片。为更好地图示而夸大地示出弯曲半径。随着延伸，在边62内产生了拉应力和压应力，所述拉应力和压应力迫使边62回复到其原来的构造。弯曲边62的这一努力随着贴靠在未图示的电极堆叠上而产生了力，所述力将电极堆叠的层相互压紧。
图5示出了根据本发明的原电池1的局部图，其中原电池的连接缝8具有薄弱位置或预定折断位置81。此薄弱位置81的尺寸使得存在大的开口，通过所述开口可将电池内部内的过压消除。薄弱位置81布置在原电池1的上部区域上，使得可排出大多数气体。
图6示出了根据本发明的带有测量装置的原电池1。在此，作为热电偶的测量装置布置在原电池1的壳体内且在此未图示。壳体部分6与壳体部分7通过可伸缩连接缝8材料接合地连接。连接缝8形成为粘合连接。壳体部分6具有多个接触区域10、10a、12、12a。第一接触区域10用于传输电能。第一接触区域10a用于传输热能。第二接触区域12和12a用于未图示的热电偶的接触。根据本发明的原电池1的图示的实施方式通过避免发生贯通的不密封性而实现了其耐久的运行。

Claims (14)

1.一种基本为棱柱形构造的原电池(1)，具有：
电极堆叠(2)，其具有至少一个阳极(3、3a)、阴极(4、4a)和隔板(5)，其中所述隔板设置为至少部分地接收电解质，
至少两个壳体部分(6、7)，其设置为至少部分地包围所述电极堆叠(2)，
至少一个连接缝(8、8a)，其设置为将所述至少两个壳体部分(6、7)至少逐段连接，
所述原电池的特征在于，所述至少一个连接缝(8、8a)构造为可伸缩的。
2.根据权利要求1所述的原电池(1)，其特征在于，至少一个阳极(3)至少局部地导电且导热地接触所述至少两个壳体部分(6、7)的一个，且至少一个阴极(4)至少局部地导电且导热地接触所述至少两个壳体部分(6、7)的另一个。
3.根据权利要求1所述的原电池(1)，其特征在于，至少一个阳极(3)形成为所述至少两个壳体部分(6、7)的一个，且至少一个阴极(4)形成为所述至少两个壳体部分(6、7)的另一个。
4.根据前述权利要求中至少一项所述的原电池(1)，其特征在于，所述至少一个连接缝(8、8a)构造为以预先确定的方式失效。
5.根据前述权利要求中至少一项所述的原电池(1)，其特征在于，所述至少两个壳体部分(6、7)的至少一个具有至少一个限定面(9)和至少一个第一接触区域(10、10a)，其中该至少一个第一接触区域(10、10a)特别地布置在所述至少一个限定面(9)上。
6.根据前述权利要求中至少一项所述的原电池(1)，其特征在于，所述至少两个壳体部分(6、7)设置为用于接合且所述至少两个壳体部分(6、7)在接合后相互张紧。
7.根据前述权利要求中至少一项所述的原电池(1)，其特征在于，所述至少两个壳体部分(6、7)的至少一个设置为从松弛的状态转换到张紧的状态。
8.根据前述权利要求中至少一项所述的原电池(1)，其特征在于，所述原电池(1)还配置至少一个测量装置(11)，特别是温度测量装置(11a)。
9.根据权利要求8所述的原电池(1)，其特征在于，所述至少一个测量装置(11)与至少一个第二接触区域(12、12a)特别地导电地连接。
10.一种用于制造根据前述权利要求中至少一项所述的原电池(1)的方法，具有如下步骤：
a)生成所述电极堆叠(2)，
b)将所述至少两个壳体部分(6、7)围绕所述电极堆叠(2)布置，
c)将所述至少两个壳体部分(6、7)压紧，
d)生成所述至少一个连接缝(8、8a)。
11.根据权利要求10所述的用于制造根据权利要求1至9中至少一项所述的原电池(1)的方法，其特征在于，在步骤d)之前在由所述至少两个壳体部分(6、7)包围的空间内产生负压。
12.根据权利要求10或11所述的用于制造根据权利要求7所述的原电池(1)的方法，其特征在于，在步骤d)之前将所述至少两个壳体部分(6、7)的至少一个从松弛的状态转换到张紧的状态。
13.一种用于操作根据权利要求1至9中至少一项所述的原电池(1)的方法，使得至少一个所述连接缝(8、8a)在预先确定的条件下以预先确定的方式失效，且特别地部分地允许所述原电池(1)的内容物离开。
14.一种用于操作根据权利要求1至9中至少一项所述的原电池(1)的方法，使得所述至少两个壳体部分(6、7)的至少一个在预先确定的条件下释放热能。
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