CN102473864A - 具有过压保护部的原电池 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电池单体(2)，具有由第一壳体侧部件(1)、第二壳体侧部件(7)和壳体框架(10)形成的壳体，在壳体内布置有电解液和电化学活性的电极薄片单元(14)，其中，壳体具有过压保护部(4)。根据本发明，第一壳体侧部件(1)具有一至少分段地沿着电池单体(2)长度延伸的壳体侧部件部段(3)，该壳体侧部件部段相对于第一壳体侧部件(1)朝向电池内部弯折，所述过压保护部(4)布置在该壳体侧部件部段内，在壳体框架(10)内在过压保护部(4)的区域内布置有通风孔(11)。
Description
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1前序部分所述特征的用于电池组的电池单体、一种根据权利要求13前序部分所述特征的电池组和一种根据权利要求14前序部分所述特征的用于制造具有通风孔的、用于电池单体的壳体框架的方法。
背景技术
如EP 0266541A1中所述的，从现有技术已知了一种用于非水电化学电池组的防爆装置及其制造方法。在非水电化学电池组内，电池组容器的底部上形成多个槽，在槽内电池组容器底部的材料厚度减小。槽在至少一个点上相交且槽的底部区域形成为平的，从而防爆装置可以在电池组的预定的内部压力下被触发。
EP 1321993A2介绍了一种电池组的电池单体/单电池(Batteriezelle)的安全阀和一种装备有该安全阀的电池组。电池组的电池单体包括正电极、负电极、电解溶液和外罩。该外罩包括阀板、在该阀板上的环形预定断裂部位和一个或多个在由所述环形预定断裂部位包围的区域内的辅助预定断裂部位。辅助预定断裂部位形成为使得阀板在辅助预定断裂部位的区域内的剩余厚度大于在环形预定断裂部位区域内的剩余厚度。辅助预定断裂部位的至少一端与环形预定断裂部位连接。如果这种类型的阀板作为安全阀集成在电池组电池单体内，那么安全阀平稳地(易操作地)工作且允许在电池组电池单体内形成的气体迅速流出。
从US 5688615已知了一种双极式电池组及其制造方法。双极式电池组包括壳体，该壳体具有用于填充电解液的填充孔，这些填充孔布置在例如壳体的壳体框架内。壳体可以完全封闭或者是能通风的。
US 7122276B2中描述了一种具有安全阀的扁平电池。该扁平电池具有安全阀，该安全阀在由于过度充电、过度放电或过热而使内部温度上升时通过触发扁平电池壳体上的开口机构来防止由于电池内部压力过高而造成的爆炸或起火。为此，在扁平电池的封闭部位上布置至少一个开口部件，其中，由环氧树脂制成的该开口部件具有低于扁平电池封闭部位的熔点。
从WO 94/10708已知了一种包括阀门的电池组装置。单向阀集成在防护外罩中，该防护外罩环绕一叠薄片(Folienstapel)。在防护外罩被封闭以后，电池组装置通过阀门被抽真空。如果防护外罩内部的压力高于防护外罩外部的压力，那么气体和液体从防护外罩通过阀门向外流出。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种用于电池组的改进的电池单体、一种相对于现有技术被改进的电池组和一种制造用于电池单体的壳体框架的方法。
根据本发明，该目的通过一种具有权利要求1所述特征的电池单体得以实现。该目的在电池组方面通过权利要求13给出的特征得以实现，以及在所述方法方面通过权利要求14给出的特征得以实现。
本发明的优选实施例和改进方案在从属权利要求中予以说明。
电池单体，特别是扁平电池，包括由第一壳体侧部件、第二壳体侧部件和壳体框架形成的壳体，在该壳体内布置有电解液和电化学活性的电极薄片单元，其中，该壳体具有过压保护部。
根据本发明，第一壳体侧部件具有一至少分段地沿着电池单体长度延伸的壳体侧部件部段，该壳体侧部件部段相对于第一壳体侧部件朝向电池内部弯折，过压保护部设置在该壳体侧部件部段内，以及在壳体框架内在过压保护部的区域内装有通风孔。
在电池组的、特别是锂离子电池组的电池单体内，温度和电池内部压力在电池单体功能失效时、例如在短路或过度充电时明显上升，因为电池单体内所含有的电化学活性物质、例如镍氧化物具有热不稳定性并在高于规定温度的情况下在一放热反应中不可逆地分解。通过这种分解过程，电池单体进一步被加热且电池内部压力进一步上升。这会导致这种电池单体或装备有这些电池单体的电池组爆炸和/或起火。
为了防止上述情况，借助根据本发明的解决方案确保在超过最大允许的电池内部压力时过压保护部打开，从而气体和/或液体可以从电池内部以受控的方式排出。通过根据本发明的解决方案，过压保护部可布置在电池单体的壳体框架的区域内。这特别是在实施为电池单体的扁平电池中是具有重要意义的，因为这些电池单体利用其壳体侧部件彼此压靠地布置在电池组内，从而过压保护部不能布置在侧部。但如果该壳体框架由热塑性材料制成，则过压保护部不能直接集成到壳体框架中，因为否则过压保护部在不同的电池内部压力状态的情况下与温度有关地被触发。通过根据本发明的解决方案，对于过压保护部设置在壳体框架区域内的情况，上述情况可防止发生，因为过压保护部布置在壳体侧部件部段内——该壳体侧部件部段并非由对温度敏感的材料制成。由此确保了过压保护部与电池单体的温度无关地在预定的电池内部压力下被触发。通过壳体框架内的通风孔，确保了在过压保护部被触发的情况下气体和/或液体可以从电池内部通过壳体框架以受控的方式排出。
优选经过预定断裂部位(的位置)通过对壳体侧部件部段的材料进行预定地削弱来有利地形成过压保护部。按照这种方式，以简单实现和成本低廉的方式确保了在超出最大允许的电池内部压力情况下，壳体在预定的部位以预定的方式断裂，从而气体和/或液体可以从电池内部以受控的方式排出。由此可以有效防止电池单体的爆炸和/或起火以及预防由此引发的危险。
在—有利的实施方式中，壳体侧部件部段以直角弯折。在一特别有利的实施方式中，壳体侧部件部段朝向第一壳体侧部件的内表面弯折多次。特别是通过该多次弯折，壳体侧部件部段也能用于将第一壳体侧部件固定在壳体框架内，从而即使在电池内部压力增加时仍保持壳体的形状和稳定性。此外，按照这种方式，确保了过压保护部的位置和取向保持不变，从而确保了过压保护部的准确触发以及气体和/或液体从电池内部以受控方式排出。
壳体侧部件部段优选具有空隙。这特别是在所述壳体侧部件部段弯折多次的情况下是有利的，因为在过压保护部被打开时，气体和/或液体可以经过该空隙从电池内部以受控方式排出。由此确保了即使在壳体侧部件部段弯折多次时，也不会阻碍或阻塞气体和/或液体通过壳体侧部件部段的排出。
在一优选实施方式中，过压保护部布置在壳体框架的朝向电池内部的一侧上，从而壳体框架内的通风孔可以用作通风室，因为气体和/或液体首先流动通过过压保护部并且随后流动通过壳体框架内沿流动方向布置在该过压保护部下游的通风孔。通过这种布置方式，还确保了即使在电池单体安装到例如电池组壳体内之后安全阀也不会被阻塞，因为通过壳体框架内的通风孔形成一自由空间，从而确保在超出最大允许的电池内部压力情况下，在过压保护部的区域内壳体以受控方式断裂。此外，通过该通风孔的适当构型，可预定一流动方向，例如在电池组壳体内一朝向通风室的方向。由此可防止这些气体和/或液体以失控方式分布。
在另一实施方式中，过压保护部布置在壳体框架的电池外侧。这种实施方式使得更易于制造，因为为此无需壳体侧部件部段的多次弯折。但在这种实施方式中，需要确保在电池单体例如装入电池组壳体内之后过压保护部不被阻塞。
壳体侧部件部段有利地与壳体框架以形锁合的、材料锁合的和/或力锁合的方式连接。在一特别优选的实施方式中，壳体侧部件部段至少部分地由壳体框架的材料包围。由此确保了即使在电池内部压力升高时也保持壳体的形状和稳定性，从而防止在电池内部压力升高时壳体过早地以失控方式受损。此外，由此确保了过压保护部的位置和取向保持不变，从而确保了过压保护部的准确触发以及气体和/或液体从电池内部以受控方式排出。
为确保壳体的稳定性和耐压强度，壳体侧部件优选与壳体框架铆接。在另一有利的实施方式中，壳体侧部件的边缘区域弯折成，使得该壳体侧部件至少一部分地包围壳体框架。通过这种制造变型方案，确保了壳体的牢固和耐压的封闭。
电池组包括多个以串联和/或并联方式相互电连接的电池单体，其中，所述电池单体特别是扁平电池优选紧密地一个接着一个布置并且彼此平行/并行取向。由此实现了电池单体的优化的节省结构空间的布置方式。因为电池单体的电池极处于壳体的壳体侧部件上，所以电池单体优选布置成其壳体侧部件彼此压靠——其中每两个相互接触的壳体侧部件具有不同的极性并可以串联方式相互电连接。按照这种方式，可以实现电池单体的最优接触并且使电池组的制造显著容易。
在一根据本发明的用于制造具有通风孔的壳体框架——该壳体框架用于电池单体——的方法中，在注塑模内布置第一壳体侧部件，该注塑模随后被封闭并浇注塑料，其中，在过压保护部区域内将注塑模的一活动的模具部件布置在弯折的壳体侧部件部段上。按照这种方式，可以在批量生产中以简单和成本低廉的方式制造用于电池单体的壳体框架并将该壳体框架固定在第一壳体侧部件上。通过将第一壳体侧部件、特别是壳体侧部件部段至少部分地浇注入壳体框架内，产生一非常牢固的形锁合式连接，由此壳体可以耐压的方式进行连接并在电池内部压力升高时也确保了过压保护部的精确定位。借助所述活动的模具部件在壳体框架内产生精确定位在过压保护部的区域内的通风孔。因为该模具部件是可活动的，所以在壳体框架硬化后该模具部件能移出并因此第一壳体侧部件连同注塑成的壳体框架可毫无问题地从注塑模中取出。
模具部件优选弹簧加载地压靠在弯折的壳体侧部件部段上。通过这种弹簧加载式的接触/压靠，可以补偿第一壳体侧部件和壳体侧部件部段的制造公差。由此，确保了模具部件始终最佳地压靠在壳体侧部件部段上，从而确保了通风孔在壳体框架内的精确定位。由此确保了壳体框架的材料不会遮盖和阻塞过压保护部。
附图说明
借助附图对本发明的实施例进行详细说明，附图中：
图1示出第一壳体侧部件的第一透视图；
图2示出第一壳体侧部件的第二透视图；
图3示出第一壳体侧部件连同壳体框架在模具内的示意图；
图4示出第一壳体侧部件连同壳体框架的第一透视图；
图5示出第一壳体侧部件连同壳体框架的第二透视图；
图6示出电池单体的分解图；
图7示出在过压保护部区域经过电池单体剖得的垂直剖视图；以及
图8示出电池组的透视图。
具体实施方式
彼此对应的部件在全部的附图中具有相同的附图标记。
图1和图2示出电池单体2的第一壳体侧部件1的透视图。第一壳体侧部件1具有分段地/局部地沿着电池单体2长度延伸的壳体侧部件部段3，该壳体侧部件部段3在这里所示的实施方式中朝向第一壳体侧部件1的内表面侧弯折三次。该壳体侧部件部段3在朝向电池内部取向的面上具有通过预定地削弱壳体侧部件部段3的材料而构成的过压保护部4。在这里所示的实施例中，壳体侧部件部段3的材料通过环形连续的预定断裂部位5(的位置)而被削弱。此外，壳体侧部件部段3具有空隙6，从而过压保护部4不被壳体侧部件部段3遮盖。因此，在过压保护部4被触发后，气体和/或液体可以从电池内部通过过压保护部4以及通过壳体侧部件部段3内的空隙6排出。
此外，电池单体2的第一壳体侧部件1以及第二壳体侧部件7在朝向冷却板8的一侧上各自具有一至少分段地沿着电池单体2长度延伸的壳体侧部件元件9，该壳体侧部件元件相对于相应的壳体侧部件1、7沿朝向电池内部的方向弯折。按照这种方式，电池单体2可最优地热联接到冷却板8上，因为电池单体2的损耗热量可从壳体侧部件1、7通过弯折的壳体侧部件元件9传递到冷却板8上。
在用于制造具有通风孔11的、在电池单体2内使用的壳体框架10的方法中，如图3中所示，将第一壳体侧部件1放置在注塑模12内，以便由塑料、优选由热塑性塑料制成壳体框架10并且使该壳体框架与第一壳体侧部件1、特别是与壳体侧部件部段3形锁合连接。为了避免过压保护部4被壳体框架10封闭，在将塑料注入注塑模12内之前，将注塑模12的活动的模具部件13在过压保护部4的区域内优选以弹簧加载的方式压靠在弯折的壳体侧部件部段3上。通过该弹簧加载式的接触/压靠，确保了例如也在第一壳体侧部件1或壳体侧部件部段3出现制造公差的情况下，模具部件13在过压保护部4区域中也紧贴在壳体侧部件部段3上。
通过该模具部件13，防止了过压保护部4被塑料遮盖或被壳体框架10覆盖并由此导致不适宜发挥其功效。通过封闭注塑模12和将塑料注入注塑模12内构成壳体框架10，其中，在这里所示的实施方式中，壳体侧部件部段3至少部分地铸入壳体框架10内并因此形锁合地固定/锚固在壳体框架10内。此后，打开注塑模12，去掉模具部件13并将第一壳体侧部件1连同注塑成的壳体框架10从注塑模12取出。
这种具有由塑料注塑成的壳体框架10的第一壳体侧部件1在图4和5中以第一和第二透视图示出。通过在过压保护部4的区域内压靠在壳体侧部件部段3上的模具部件13，在壳体框架10中在过压保护部4的区域内形成通风孔11，通过该通风孔11确保在过压保护部4被触发后气体和/或液体从电池内部以受控的方式排出。
图6示出电池单体2的分解图。电池单体2包括电化学活性的电极薄片单元/电极膜片单元14、未示出的电解液和壳体，该壳体由具有注塑成的壳体框架10的第一壳体侧部件1和第二壳体侧部件7形成。电极薄片单元14的电池极P1、P2在电池单体2与各一个壳体侧部件1、7接合后相接触，由此这些形成电池单体2的极触点。因为在电池组15内为了优化利用结构空间而优选紧密地一个接着一个地布置多个这种电池单体2并且这些电池单体彼此平行取向，所以这些电池单体2通过其壳体侧部件1、7的彼此压靠而可以以串联方式相互电连接，其中，每两个相互接触的壳体侧部件1、7具有不同的极性。按照这种方式，可以实现这些电池单体2的最优接触并使电池组15的制造明显变得容易。
图7示出过压保护部4的区域内电池单体2的垂直剖视图。电池单体2的壳体通过两个壳体侧部件1、7与壳体框架10例如借助热压法相接合而被封闭。为了提高壳体的耐压强度，例如可选地或附加地，壳体侧部件1、7也可例如通过由壳体框架材料形成的塑料铆接件而铆接在壳体框架10上。在另一这里未示出的实施方式中，将壳体侧部件1、7的边缘区域弯折成，使得所述壳体侧部件至少部分地包围壳体框架10，由此也可提高壳体的耐压强度。电极薄片单元14的第一电池极P1与第一壳体侧部件1电接触，电极薄片单元14的(这里未示出的)另一电池极P2与第二壳体侧部件7电接触。
通过沿朝向第一壳体侧部件1的内表面方向弯折三次的壳体侧部件部段3，过压保护部4——所述过压保护部通过经过环形环绕/连续的预定断裂部位5对壳体侧部件部段3的材料进行预定的削弱而形成——布置在壳体框架10的朝向电池内部取向的一侧的区域内。壳体侧部件部段3部分铸入壳体框架10的材料内并由此与所述壳体框架形锁合连接。壳体框架10内的通风孔11定位在过压保护部4的区域内。如果在功能失常时、例如在短路或过度充电时电池单体2的电池内部压力大幅上升并超过最大允许的电池内部压力，那么壳体沿预定断裂部位5断裂，由此气体和/或液体可以从电池内部以受控的方式排出。
通过壳体框架10内的通风孔11和壳体侧部件部段3内的空隙6，这些气体和/或液体可以不受阻碍地从电池单体2流出，由此可避免电池单体2爆炸和/或起火。通过壳体框架10与壳体侧部件部段3的形锁合连接，确保了电池单体2即使在电池内部压力升高时也不变形，从而过压保护部4的与壳体框架10内的通风孔11有关的位置和取向保持不变，从而在过压保护部4被触发时，气体和/或液体可以不受阻碍地经由通风孔11通过壳体框架10向外流动。通过该通风孔11的适当构成，可以预先给定一流动方向，例如在电池组壳体内朝向通风室的方向。由此能够避免气体和/或液体以失控的方式分布。
图8示出电池组15的透视图。在电池组15内为了确保优化利用结构空间，多个电池单体2一个接着一个紧密地布置并且这些电池单体彼此平行/并行取向。这些电池单体2通过其壳体侧部件1、7的彼此压靠而以串联方式相互电连接，因为每两个相互接触的壳体侧部件1、7具有不同的极性。按照这种方式，可以实现电池单体2的最优接触并使得电池组15的制造明显变得容易。
这些电池单体2布置在冷却板8上，冷却剂流动经过该冷却板并通过冷却剂接口16例如与车辆的冷却回路连接。为了电气绝缘和改进的热传递，电池单体2与冷却板8之间布置有这里未示出的导热膜/导热板。按照这种方式，能将电池单体2的损耗热量传递到冷却板8上并通过冷却剂从电池组15传递出去。
通过过压保护部4以及通过在每个电池单体2的壳体框架10内布置在过压保护部4的区域内的通风孔11，在例如由于功能失常而引发的过压期间，气体和/或液体可以从缺陷电池单体2的电池内部以受控的方式排出，例如进入(这里未示出的)电池组壳体内。按照这种方式，可以避免电池单体2爆炸和/或起火和由此引发的危险。
附图标记
1第一侧部件
2电池单体
3侧部件部段
4过压保护部
5预定断裂部位
6空隙
7第二侧部件
8冷却板
9侧部件元件
10框架
11通风孔
12注塑模
13模具部件
14电极薄片单元
15电池组
16冷却剂接口
P1、P2电池极
Claims (15)
1.一种电池单体(2)，具有由第一壳体侧部件(1)、第二壳体侧部件(7)和壳体框架(10)形成的壳体，在所述壳体内布置有电解液和电化学活性的电极薄片单元(14)，其中，所述壳体具有过压保护部(4)，其特征在于，所述第一壳体侧部件(1)具有一至少分段地沿着所述电池单体(2)长度延伸的壳体侧部件部段(3)，所述壳体侧部件部段(3)相对于所述第一壳体侧部件(1)朝向电池单体内部弯折并且所述过压保护部(4)布置在所述壳体侧部件部段中，在所述壳体框架(10)内在所述过压保护部(4)的区域内装有通风孔(11)。
2.根据权利要求1所述的电池单体(2)，其特征在于，所述过压保护部(4)通过对所述壳体侧部件部段(3)的材料进行预定的削弱而形成。
3.根据权利要求1所述的电池单体(2)，其特征在于，所述过压保护部(4)由一预定断裂部位(5)形成。
4.根据权利要求1所述的电池单体(2)，其特征在于，所述壳体侧部件部段(3)以直角弯折。
5.根据权利要求1所述的电池单体(2)，其特征在于，所述壳体侧部件部段(3)在朝向所述第一壳体侧部件(1)的内表面侧的方向上弯折多次。
6.根据权利要求1所述的电池单体(2)，其特征在于，所述壳体侧部件部段(3)具有空隙(6)。
7.根据权利要求1所述的电池单体(2)，其特征在于，所述过压保护部(4)布置在所述壳体框架(10)的朝向电池单体内部的一侧上。
8.根据权利要求1所述的电池单体(2)，其特征在于，所述过压保护部(4)布置在所述壳体框架(10)的电池单体外侧上。
9.根据权利要求1所述的电池单体(2)，其特征在于，所述壳体侧部件部段(3)与所述壳体框架(10)以形锁合、材料锁合和/或力锁合的方式相连接。
10.根据权利要求1所述的电池单体(2)，其特征在于，所述壳体侧部件部段(3)至少部分地由所述壳体框架(10)的材料包围。
11.根据权利要求1所述的电池单体(2)，其特征在于，所述壳体侧部件(1、7)铆接到所述壳体框架(10)上。
12.根据权利要求1所述的电池单体(2)，其特征在于，所述壳体侧部件(1、7)的边缘区域弯折成使得所述壳体侧部件至少部分地包围所述壳体框架(10)。
13.一种电池组(15)，具有多个以串联和/或并联的方式相互电连接的根据权利要求1至12中任一项所述的电池单体(2)。
14.一种用于制造具有通风孔(11)的壳体框架(10)的方法，所述壳体框架用于根据权利要求1-12中任一项所述的电池单体(2)，其特征在于，将第一壳体侧部件(1)布置在一注塑模(12)内，所述注塑模随后被封闭并利用塑料来浇注，其中，将所述注塑模(12)的活动的模具部件(13)布置在弯折的壳体侧部件部段(3)上位于过压保护部(4)的区域内。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述模具部件(13)以弹簧加载的方式压靠在所述弯折的壳体侧部件部段(3)上。
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