CN102823023A - 具有多个电池单体的电池 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电池（1），具有多个相互串联和/或并联的电池单体（2）和至少一个在电极侧设置在电池单体（2）上的冷却板（3），其中，电池单体（2）的电极的电流导出片（2.2、2.3）与冷却板（3）热耦合并弯曲成与冷却板（3）并行延伸。根据本发明，借助夹紧元件（4）使相邻电池单体（2）的电流导出片（2.2、2.3）力锁合和/或形状锁合地电连接并且力锁合和/或形状锁合地与冷却板（3）相压紧。

Description

具有多个电池单体的电池
技术领域
本发明涉及一种电池，具有多个相互串联和/或并联的电池单体和至少一个在电极侧设置在电池单体上的冷却板，其中，电池单体电极的电流导出片（Stromableiterfahnen）与冷却板热耦合并弯曲成与该冷却板并行/平行地延伸。
背景技术
为应用于汽车上，特别是具有混合动力装置、电驱动装置的汽车或燃料电池汽车上，电池通常具有由多个串联和/或并联的电池单体——例如锂离子电池单体——组成的电池组。
为排出所产生的损耗热，电池单体必须被冷却。为此使用与电池单体热连接的冷却装置。
由本申请人的尚未公开的专利申请DE 10 2008 034 847.8已知一种电池，特别是锂离子电池，其具有多个相互串联和/或并联的电池单体以及在电极侧设置在电池单体上的冷却板。在此，也被称为电流导出片的集电片从电池单体的电极热连接到冷却板上。此外集电片弯曲成形状锁合（formschluessig）和/或力锁合（kraftschluessig）地设置成与冷却板并行，其中，电池单体通过焊接相邻电池单体的集电片而相互电连接。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种冷却得以改善并且对电气故障、特别是短路的防护得到提高的电池，该电池可以简单地制造。
依据本发明该目的利用具有权利要求1特征的电池得以实现。
本发明具有优点的构造方案是从属权利要求的主题。
电池具有多个相互串联和/或并联的电池单体和一在电极侧设置在电池单体上的冷却板，其中，电池单体的电极的电流导出片与冷却板热耦合并弯曲成与冷却板并行延伸。
根据本发明，借助夹紧元件使相邻电池单体的电流导出片力锁合和/或形状锁合地电连接并且力锁合和/或形状锁合地与冷却板相压紧。通过这种利用夹紧元件使相邻电池单体电连接并且同时使电流导出片与冷却板相压紧的方案，以特别具有优点的方式实现了电池安装方面的简化，由此也节省了成本。此外以特殊的方式改进了电流导出片向冷却板的散热，这是因为由于不存在与电触点的材料结合的连接、例如焊接而使电流导出片具有平整的表面并因此具有大传热面积。此外，在使用在电流导出片与冷却板之间安装的导热膜时，由于电流导出片的平整表面可以避免损坏导热膜、进而避免短路。
以符合目的的方式，为简化电连接和压紧，（同）一个电池单体的（两个）电流导出片在相反的方向上弯曲90°，使得相邻电池单体的电流导出片相叠置。
为固定夹紧元件，电流导出片和/或冷却板优选具有与夹紧元件对应的空隙。
依据本发明的一改进方案，夹紧元件各自包括螺钉、铆钉和/或弹性元件，从而可以实现电流导出片与冷却板的可靠夹紧以及电池单体的可靠导电连接。
优选地，夹紧元件各自由压紧板条和螺钉形成，其中，压紧板条具有与螺钉对应的螺孔。在此方案中，螺钉优选穿过冷却板的空隙和叠置电流导出片的空隙进入设置在电流导出片下面的压紧板条的螺孔内。由于夹紧元件的这种实施方式，通过均匀的、面状的力导入确保了对电流导出片与冷却板的同样均匀和面状的压紧，其中，电流导出片的压紧和电连接可以特别简单地在一个工序中实现。此外，由于夹紧元件能被再打开，所以也能实现电池的简单拆卸、进而实现简单的电池单体更换和/或清除。在安装电池之前，特别是在将电流导出片固定和压紧在冷却板上之前，通过电流导出片的这种实施方式还可以实现电池单体的定向、进而实现公差补偿。
为改善电流导出片与——特别是由金属形成的——冷却板之间的传热并且为了使电流导出片与冷却板电绝缘，在电流导出片与冷却板之间设有一电绝缘的导热体或电绝缘的导热膜。
为了在电流导出片与冷却板之间的螺钉区域内避免由于压紧而使导热膜变形和损坏，附加地以具有优点的方式在电流导出片与冷却板之间设有分隔件/定距件。分隔件符合目的地具有与螺钉、冷却板的空隙和电流导出片的空隙对应的空隙。此外，分隔件特别是由机械稳定（mechanisch fest）的材料形成并且其尺寸引起对设置在电流导出片与冷却板之间的导热膜的确定的压紧。
为了另外避免夹紧元件与电流导出片之间和/或夹紧元件与冷却板之间的电接触、进而避免短路，依据本发明的一改进方案，在夹紧元件与电流导出片之间和/或在夹紧元件与冷却板之间设有电绝缘元件。
在电池的一种具有优点的构造方案中，电流导出片至少在叠置区内具有防腐层，从而可以避免腐蚀，由此可以在电池的整个使用寿命内实现电流导出片之间的恒定接触电阻。
此外为防止同样会导致接触电阻提高和短路的异物、特别是污物颗粒和潮气侵入，电流导出片至少在叠置区内被密封以防止异物进入。为此特别是设有电绝缘的密封件、漆、硅树脂和/或填料。
优选地，各电池单体彼此并行设置，从而电池单体的电流导出片设置在至少两列中。为使电池的重量最小化并同时确保电池单体的有效冷却，为每列电流导出片各自分配一冷却板，该冷却板特别是分别在由叠置并成列设置的电流导出片形成的表面上延伸。
依据本发明的一种构造方案，所述电池是汽车电池，特别是具有电驱动装置、混合动力装置的汽车或燃料电池汽车的电池。电池优选是锂离子电池。由于重量轻、可靠性高和成本低，这种电池适合优选地应用在汽车中。
附图说明
下面借助附图对本发明的实施例进行详细说明。其中：
图1以透视图示意示出具有多个电池单体的电池；
图2示意示出图1电池的分解图；
图3示意示出图1电池的单体组；
图4示意示出图1电池的两个相邻设置的电池单体的第一分解图；
图5示意示出图1电池的两个相邻设置的电池单体的第二分解图；
图6示意示出图1电池在冷却板的区域内并且在夹紧元件平面中的纵剖面；
图7示意示出图1电池在冷却板的区域内并且在夹紧元件平面外的纵剖面；
图8示意示出图1电池在冷却板的区域内并且在夹紧元件平面中的横剖面；
图9示意示出具有设置在冷却板与电流导出片之间的分隔件的电池的分解图；以及
图10示意示出图9电池在冷却板的区域中并且在夹紧元件的平面中的横剖面。
彼此相应的部件在所有附图中都具有相同的附图标记。
具体实施方式
图1和2以不同的视图示出电池1。该电池1在此包括由多个电池单体2形成的并由图3示出的单体组Z，其中，该单体组Z由电池单体2串联和/或并联而成。
电池单体2作为板式单体（Flachzellen）构成，其以未详细示出的方式在单体内部各自具有一由叠置的电化学活性膜组成的单体芯。电池单体2的单体芯分别至少部分地被单体壳2.1包围。
在这里所示的实施例中，电池单体2是所谓的咖啡袋式或烟草袋式电池，其中电池壳2.1由薄的电绝缘薄膜形成，其包封单体芯。绝缘薄膜在抽真空后在环绕的边缘处通过薄膜熔接被封闭。
在电池单体2的一上棱边处，两个电流导出片2.2、2.3穿过电池壳2.1并在电池内部各自与电池单体1单体芯的一个电极连接。电流导出片2.2、2.3由具有导热和导电能力的材料、例如铜形成，使得这些电流导出片同时用于电池单体1的导电连接和将在电池单体2工作期间产生的损耗热从电池内部散出。为避免电流导出片2.2、2.3腐蚀，这些电流导出片至少部分具有防腐层、例如镍、锡或金。
为形成所示的单体组Z，多个电池单体2依次并行布置，其中，用于串联结构的电池单体2的纵轴线交替地转过180°。也就是说，各电池单体2的负电极分别与其后一个电池单体2的正电极借助电流导出片2.2、2.3导电连接。在并联结构中，电池单体2各自以相同的取向依次设置，从而借助电流导出片2.2、2.3使各电池单体2的负电极分别与其后一个电池单体2的负电极连接并且使各电池单体2的正电极分别与其后电池单体2的正电极电连接。
由于电池单体2的这种布置结构，相同类型的电池单体2可用于电池2，因为相邻电池单体2的分别并行设置的电流导出片2.2、2.3相互不仅可以串联也可以并联。因为电池单体2依次并行设置，所以电池单体2的电流导出片2.2、2.3在所形成的单体组Z内设置成两列。
为了电连接，电池单体2的电流导出片2.2、2.3在相反的方向上弯曲90°，从而相邻电池单体2的电流导出片2.2、2.3叠置。单体组Z的第一电池单体2的自由/露出的电流导出片2.3和单体组Z的最后的电池单体2的自由的电流导出片2.2分别用作电池1的高压触点，其中，为此目的这些电池单体2的各自一个电流导出片2.2、2.3被加长。高压触点被设置用于使电池1与未详细示出的汽车耗电器和/或车载网络电连接。
为了使电池单体2力锁合和/或形状锁合地导电连接并且同时通过电流导出片2.2、2.3在面对这些电流导出片的一侧上力锁合和/或形状锁合地与两个冷却板3热连接，依据本发明设有夹紧元件4。在此，为每列电流导出片2.2、2.3分别分配一冷却板3，该冷却板的宽度尺寸相当于电流导出片2.2、2.3的宽度，而冷却板的长度至少相当于单体组Z的长度或如所示的实施例中大于该单体组Z的长度。
冷却板3特别是由金属和有良好导热能力的材料形成。为避免电流导出片2.2、2.3与冷却板3之间电接触致使电池单体2短路，在电流导出片2.2、2.3的列与冷却板3之间分别设置由电绝缘材料制成的导热膜5，该导热膜使冷却板3与电流导出片2.2、2.3电绝缘并优化在电池单体1与各自的冷却板3之间的传热。
为将电流导出片2.2、2.3夹紧在冷却板3上并为了使相邻电池单体2的电流导出片2.2、2.3导电连接，夹紧元件4在本实施例中包括各自的设置在叠置的电流导出片2.2、2.3下方的压紧板条4.1。
夹紧元件4附加包括各自两个螺钉4.2，这些螺钉穿过图4详细示出的冷却板3的空隙3.1经过导热膜5的空隙5.1并经过叠置的电流导出片2.2、2.3的空隙2.2.1、2.3.1进入图5详细示出的设置在电流导出片2.2、2.3下面的压紧板条4.2的螺孔4.1.1。螺钉4.2这样固定在这些螺孔4.1.1中，使电流导出片2.2、2.3相互力锁合和形状锁合地电连接并且被力锁合和形状锁合地压紧在各自的冷却板3上。
这种电连接和热连接的构造方案的一个特殊优点是，在拧紧螺钉4.2之前使电流导出片2.2、2.3能相对彼此沿侧向可动，从而可以补偿电池单体2的或其部件的可能的公差。
为避免异物、特别是潮气和污物颗粒进入在电流导出片2.2、2.3本身之间的接合区以及在电流导出片2.2、2.3与各自的冷却板3之间的接合区，以未详细示出的方式附加于这些接合区还通过加入填料、涂漆和/或设置密封件来防止异物进入。
为有效冷却电池单体2，冷却板3各自具有用于输送冷却剂的冷却通道K。冷却剂既可以是气态的冷却剂，也可以是液态的冷却剂。因为电池1特别是汽车电池，最好是用于具有电驱动装置、混合动力装置的汽车或燃料电池汽车的电池1，所以特别具有优点的是，电池1的冷却板3集成在汽车的冷却剂回路内，特别是汽车空调设备的制冷剂回路内。替代地或附加地，也可以采用空气冷却。
图4和5分别以不同的分解图示出电池1的两个相邻设置的电池单体2。为避免螺钉4.2电接触以及避免异物进入电流导出片2.2、2.3的空隙2.2.1、2.3.1、冷却板3的空隙3.1、导热膜5的空隙5.1和螺孔4.1内，在螺钉头与相应的冷却板3的表面之间分别设有绝缘元件6。
图6示出电池1在冷却板3的区域内并且在夹紧元件4平面中的纵剖面，用以图示说明电流导出片2.2、2.3与冷却板3的压紧、电流导出片2.2、2.3的电连接和夹紧元件4的结构。
如图示实施例所示，绝缘元件6这样构造并借助螺钉4.2压入冷却板3的空隙内，使螺钉4.2与冷却板3之间不能电接触。
图7示出电池1在冷却板3区域内、但在夹紧元件4平面外的另一纵剖面。该剖面图示说明电流导出片2.2、2.3本身之间以及电流导出片2.2、2.3与冷却板3之间的形状锁合的连接，从而既可以在电流导出片2.2、2.3之间产生很小的接触电阻，又可以在电流导出片2.2、2.3与冷却板3之间产生很低的接触热阻。此外，在电流导出片2.2、2.3之间实现了大载流面积并在电流导出片2.2、2.3与冷却板3之间实现了大传递面积。由此，以具有优点的方式产生高的电效率和高的冷却效率。
图8以详图示出图1电池在冷却板3之一的区域内并且在夹紧元件4平面中的横剖面，其中，冷却板3的宽度与电流导出片2.2、2.3的宽度一样大。
图9和图10以不同的视图示出具有多个电池单体2的电池1。
为避免在电流导出片2.2、2.3与冷却板3之间的螺钉4.2区域内由于压紧而使导热膜5变形和损坏，在电流导出片2.2、2.3与冷却板3之间设置分隔件7。分隔件7由机械稳定的和电绝缘的材料形成。此外，分隔件7具有与螺钉4.2、冷却板3的空隙3.1和电流导出片2.2、2.3的空隙2.2.1、2.3.1对应的空隙7.1，使螺钉4.2可以穿过这些空隙。
分隔件7的厚度选择成，使设置在电流导出片2.2、2.3与冷却板3之间的导热膜5被以确定方式压紧，也就是说，该导热膜不被损坏。在使用分隔件7时，导热膜5在这些分隔件之间的区域内延伸。

Claims (15)

1.一种电池（1），具有多个相互串联和/或并联的电池单体（2）和至少一个在电极侧设置在电池单体（2）上的冷却板（3），其中，电池单体（2）的电极的电流导出片（2.2、2.3）与冷却板（3）热耦合并弯曲成与冷却板（3）并行延伸，其特征在于，借助夹紧元件（4）使相邻电池单体（2）的电流导出片（2.2、2.3）力锁合和/或形状锁合地电连接并且力锁合和/或形状锁合地与冷却板（3）相压紧。
2.按权利要求1所述的电池（1），其特征在于，一个电池单体（2）的电流导出片（2.2、2.3）在相反的方向上弯曲90°，使得相邻电池单体（2）的电流导出片（2.2、2.3）相叠置。
3.按权利要求1所述的电池（1），其特征在于，电流导出片（2.2、2.3）具有与夹紧元件（4）对应的空隙（2.2.1、2.3.1）。
4.按权利要求1所述的电池（1），其特征在于，冷却板（3）具有与夹紧元件（4）对应的空隙（3.1）。
5.按权利要求1所述的电池（1），其特征在于，夹紧元件（4）各自包括螺钉（4.2）、铆钉和/或弹性元件。
6.按权利要求1所述的电池（1），其特征在于，夹紧元件（4）各自由压紧板条（4.1）和螺钉（4.2）形成，其中，压紧板条（4.1）具有与螺钉（4.2）对应的螺孔（4.1.1）。
7.按权利要求6所述的电池（1），其特征在于，螺钉（4.2）穿过冷却板（3）的空隙（3.1）和叠置的电流导出片（2.2、2.3）的空隙（2.2.1、2.3.1）进入到设置在电流导出片（2.2、2.3）下面的压紧板条（4.1）的螺孔（4.1.1）中。
8.按权利要求6所述的电池（1），其特征在于，至少在螺钉（4.2）的区域内在电流导出片（2.2、2.3）与冷却板（3）之间设置分隔件（7）。
9.按权利要求8所述的电池（1），其特征在于，分隔件（7）具有与螺钉（4.2）、冷却板（3）的空隙（3.1）和电流导出片（2.2、2.3）的空隙（2.2.1、2.3.1）对应的空隙（7.1）。
10.按权利要求1所述的电池（1），其特征在于，在夹紧元件（4）与电流导出片（2.2、2.3）之间和/或在夹紧元件（4）与冷却板（3）之间设置电绝缘元件（6）。
11.按权利要求1所述的电池（1），其特征在于，电流导出片（2.2、2.3）至少在叠置区内具有防腐层。
12.按权利要求1所述的电池（1），其特征在于，电流导出片（2.2、2.3）至少在叠置区内被密封以防止异物进入。
13.按权利要求1所述的电池（1），其特征在于，在电流导出片（2.2、2.3）与冷却板（3）之间设置电绝缘的导热体或电绝缘的导热膜（5）。
14.按权利要求1所述的电池（1），其特征在于，电池单体（2）彼此并行设置，从而电池单体（2）的电流导出片（2.2、2.3）设置在至少两列中，其中，为每列电流导出片（2.2、2.3）分别分配一冷却板（3）。
15.按权利要求1所述的电池（1），其特征在于，电池（1）是汽车电池，特别是用于具有电驱动装置、混合动力装置的汽车或燃料电池汽车的电池（1）。
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