CN103597629A - 储能器布置和储能器装置 - Google Patents

Abstract

一种储能器布置（5），其具有多个子储能器（1）和用于使多个子储能器（1）互连的接触设备（6）。每个所述子储能器（1）具有框架结构（2），其支持带有电极布置和至少两个连接端的储能器部分（4），其中所述子储能器具有压力部分（2.2）和接触部分（3），其中所述储能器部分（4）的连接端与所述接触部分（3）连接并且其中所述压力部分（2.2）被设计和布置成，所述接触设备（6）弹性地压靠所述接触部分（3）。本发明还针对在这种储能器布置（5）中可特别应用为子储能器（1）的储能器装置（1）。

Description

储能器布置和储能器装置

在此将优先权申请DE102011016017的全部内容通过引用并入到本申请中。

本发明涉及一种储能器布置和一种储能器装置。

已知的是，多个电能存储器单元或单电池（例如基于锂离子的平板单电池）堆叠成电池并且彼此互连。这种电池的安装往往是费力的。往往不可能的是，更换个别组件（单电池或子模块），而不拆卸整个电池。特别地，在某些类型的已知电池的单电池发生故障后，为了更换单电池，负载的供电有必要至少暂时被中断。

本发明的目的是，特别是在单电池发生故障的情况下改善对所连接的负载的供电。

该目的通过独立权利要求的特征实现。本发明的有益改进方案形成从属权利要求的对象。

根据本发明的一个观点，提出一种储能器布置，其具有多个子储能器以及用于使多个子储能器互连的接触设备。每个子储能器具有框架结构，其支持具有电极布置和至少两个连接端的储能器部分。子储能器具有压力部分和接触部分。储能器部分的连接端与接触部分连接。压力部分被设计和布置成，将接触设备弹性地压靠接触部分。

在本发明的范畴中，储能器布置被理解为特别是一种布置，其提供特别是对电能的吸收、存储和输出，优选是将电能转换成化学能和反方向转换。

在本发明的范畴中，子储能器被理解为特别是储能器布置的封闭的功能单元，其本身提供特别是对电能的吸收、存储和输出，优选是将电能转换成化学能和反方向转换。

在本发明的范畴中，存储器单元被理解为特别是伽伐尼初级单电池或伽伐尼二次单电池（在本申请的框架中，初级或二次单电池被无差别地称为单电池，并且由其构造的储能器装置被称为电池）。燃料电池、高能电容器（例如超级电容器）或类似物、或其他种储能器单元在本发明的范畴中也被理解为存储器单元。作为单电池来构造的存储器单元特别是具有活性区域或活性部分（在其中发生电能到化学能的转换或反方向转换）、用于封装活性部分以将其从周围环境分隔开的外壳、以及至少两个电极。活性部分特别具有电极布置，其优选设计为电极堆、大致圆柱状的电极线圈或扁平线圈。该电极布置以集电极箔、活性层和分隔物层构成。活性层被设计为集电极箔的涂层。电极与集电极箔电连接或与其一体地构成。

根据本发明的在子储能器中构成的压力部分被设计和布置成，将接触设备弹性地压靠子储能器的接触部分。特别有利的是，子储能器在储能器布置中的安装被简化。此外有利的是，子储能器的互连被可靠地确保。在本发明的范畴中，此外接触设备压靠子储能器的接触部分也能被理解为子储能器的接触部分压靠接触设备。优选地，子储能器的压力部分紧靠其接触部分夹紧，特别是当子储能器被插入储能器布置时夹紧。

根据本发明的具有压力部分和接触部分的子储能器的构造，该子储能器能够不依赖于邻近的储能器布置的子储能器而被移出储能器布置或插入储能器布置。通过压力部分在接触部分的方向上推压接触设备的方法，在工作期间能够将特别是损坏的子储能器从储能器布置中移除。进一步地，在工作期间子储能器能被插入储能器布置。因此，对于根据本发明的子储能器的结构，没有必要为了更换子储能器而中断对负载的供电。因此，根本的任务就得以解决。

优选地，储能器被设计成，使得接触设备具有至少两个导体汇流排。在本发明的范畴中，导体汇流排被理解为大致连贯的、特别是导电的组件。接触设备的至少两个导体汇流排被互相电绝缘。

优选地，压力部分可通过框架结构的弹力部分弹性地移动。有利的是，通过子储能器的内在属性或其框架结构而不用其他组件，实现接触设备与子储能器的接触部分互相压紧。弹力部分的材料最好设计成，使弹力部分能有弹性和变形。有利的是，由弹力部分的变形产生的恢复力导致子储能器在安装状态下，接触设备的导体汇流排被特别是力配合地由压力部分和接触部分所包围。进一步有利地导致，在接触部分和导电汇流排间存在电接触。

优选地，框架结构具有容纳部分，其用于容纳接触设备被分配给子储能器的部分。有利的是，在为负载供电期间使更换子储能器被简化。优选地，还能够实现接触设备的被封装的、因此不可从外部接触到的导向器（Führung）。此外，与接触设备的接触也能在子储能器内部被实现。

优选地，容纳部分是单侧开放的。有利的是，特别是在为负载供电期间容易安装和解除子储能器。

优选地，容纳部分具有至少一个用于接合接触设备的卡槽部分。有利的是，无意地解除子储能器是困难的。

根据本发明的另一观点，提出了一种具有框架结构的储能器装置，该框架结构支持具有电极布置和至少两个连接端的储能器部分，其中该框架结构具有用于容纳接触设备的至少一部分的容纳部分，所述接触设备用于互连多个储能器装置，其中储能器装置具有压力部分和接触部分，其中储能器部分的连接端与接触部分连接，并且其中该压力部分被设计和布置成，接触设备弹性地压靠接触部分。

在上述的本发明的观点范畴中，储能器装置能够是子储能器。

在本发明的另一设计方案中，储能器部分被集成在储能器装置的框架部分中或者被可解除地与框架部分连接，特别是可卡入该框架部分。

根据本发明的储能器布置，根据本发明的储能单元和根据本发明的导热体元件被特别设计成用于机动交通工具，其中该机动交通工具特别是混合动力交通工具或电动交通工具。

本发明特别但不只是可应用于具有电极布置的储能器，其包括锂或锂化合物作为电化学活性组分。

参照附图，根据下面的描述，本发明上述的和其它的特征、目的和优点将变得更加明显。

附图说明

图1以示意性空间视图示出了单个电池；

图2以示意性截面视图示出了在图1中的单个电池的内部结构；

图3示出了沿图2中的虚线III-III的、在箭头所属视线方向上看去的单个电池的剖面图；

图4以示意性空间视图示出了具有多个单个电池的电池布置；以及

图5以示意性空间视图示出了具有控制器和多个导体汇流排的电池箱。

应指出的是，附图中所示的图示至少基本上限于用来再现在对理解本发明有益的特征。还应指出的是，在图中再现的尺寸和比例主要是为了清晰地显示并且除非另有说明否则不必被理解为是限制性的。

相互对应的部件在所有图中用相同的参考标记。

具有框架2的单个电池1作为本发明的优选实施例在下文中根据图1至图3进行说明。对此，图1为单个电池1的示意性空间视图；图2为单个电池1在一平面上的示意性截面图，所述平面通过单个电池1的高方向H和宽方向W确定；以及，图3为沿图2中的虚线III-III的、在箭头所属视线方向上看去的单个电池1的剖面图。

按图1所示，单个电池1具有带有三个嵌入的接触元件3的框架2和被框架2容纳的单电池4。

框架2具有平的方形的（片状）基本形状，其具有高度H、宽度W和厚度T，该基本形状被划分成主体2.1、柄2.2和连接部分2.3（其连接柄2.2与主体2.1）。在柄2.2和主体2.1间构成间隙2.4，该间隙的上平面2.4.1向下限制柄2.2并且其下平面2.4.2向上限制主体2.1。间隙2.4具有间隙高度h。

主体2.1具有窗形的、截面为矩形的开口2.1.1，其用于容纳单电池4。接触元件3嵌入主体2.1的上横杆2.1.2中，该上横杆在间隙2.4的下表面2.4.2和开口2.1.1的上分界面间延伸。

接触元件3由铜制成并且构成至少基本上方形的导体元件，其浇铸在框架2中。接触元件3具有：下接触面3.1，其对准主体2.1的开口2.1.1的上分界面；以及，上接触面3.2，其对准间隙2.4的下表面2.4.2。接线端3.3在接触元件3的上接触面3.2和下接触面3.1之间延伸，其紧贴（anschmiegen）框架2的材料。

单电池4具有单电池体4.1和三个接触接头4.2。

单电池体4.1包括未详示出的电极布置，其构成单电池或充电单电池（单电池）。在该电极布置中，在通常不同极性的电极箔中，尤其铝和/或铜箔和/或金属合金箔中，具有电化学活性材料的涂层（其中包括至少锂或锂合金）相互堆叠并且借助分隔物（未详示出），特别是分隔物箔互相电绝缘。因此，电极箔和分隔物形成伽伐尼布置，特别地，锂离子二次电池，其可用于吸收电能、对该电能进行电化学转换以进行存储、电化学反向转换和输出电能。相同极性的电极箔的边缘区域互相电连接，例如但不强制是导电地互相挤压和/或焊接，并且构成电极布置的极接触部。电极布置被气密地和液密地密封在未详示出的壳中，以便构成单电池体4.1。

三个球状构成的接触接头4.2从单电池体4.1的上侧（上窄面）4.1.1突出。这些接触接头构成单电池接触部K1、K2、K3；其延伸穿过单电池体4.1的壳并且在其内部与电极布置的接触区域相同地连接。特别地，构成第一单电池接触部K1的接触接头4.2与电极布置的正极接触部连接，并且构成单电池4的正单电池极P+。另外，构成第二单电池接触部K2的接触接头4.2与单电池4内的测量接触部（Messkontakt）连接，并且构成单电池4的测量接头（Messanschluss）。最后，构成第三单电池接触部K3的接触接头4.2与电极布置的负极接触部连接，并且构成单电池4的负单电池极P-。

单电池4和框架2，特别是开口2.1的开口2.1.1，相对于彼此确定尺寸，使得在单电池4插入框架2时，接触接头4.2压紧接触元件3的下接触面3.1。在这种情况下，单电池体4.1的下窄面4.1.2支撑在框架2的主体2.1的下横杆2.1.3上。

在柄2.2的面向间隙2.4的平面中（就是说间隙2.4的上平面2.4.1）构成三个槽2.5，其在框架2的厚度方向上平行地延伸经过框架2的总厚度T。槽2.5具有弓形截面并且与接触元件3相对设置。具有直径d的圆形形状在槽2.5的中间以虚线勾画；该直径相应于槽2.5（槽底）与间隙2.4的下平面2.4.2的最大距离或与相对设置的接触元件3的上接触面3.2的最大距离。此外，柄2.2在弹力方向F上是可摆动的，其中连接部分2.3作为弹簧弹性的摆动关节（Schwenkgelenk）。该布置的功能，关联参照图4的电池布置的说明将变得明显。

图4是用于示出作为本发明的另一实施例的电池布置5的示意性空间视图。

电池布置5具有多个根据图1至图3的单个电池1和三个导体汇流排6。

单个电池1在堆方向s上彼此重叠依次布置。根据图4所示，将单个电池1从联合体（Verbund）中取出，由此在电池布置5中留下空缺。

三个导体汇流排6互相平行地在堆方向s上延伸。导体汇流排的直径d相对于图2所示的槽2.5的弓形直径d具有过大的尺寸；导体汇流排6的间隔相应于槽2.5在单个电池1的宽度W方向上的间隔。在该实施例中，导体汇流排6用作正集电汇流排（Stromsammelschiene）S+、负集电汇流排S-和信号传输汇流排或信号汇流排S0。

根据图4所示，单个电池1通过间隙2.4在导体汇流排6上穿成串，导体汇流排6停在槽2.5中。通过柄2.2相对于框架2的主体2.1可弹性摆动（图2中弹力方向F），导体汇流排6被可靠地压在接触元件3上，并且确保电接触。单独的单个电池1在安装方向M上可从联合体中解除和取出，其中只需克服作为阻力的连接部分2.3的弹力。

以这种方式，在整个电池布置5中，正集电汇流排S+与单电池4的构成正单电池极P+的接触接头4.2的电接触，负集电汇流排S-与单电池4的构成负单电池极P-的接触接头4.2的电接触，以及信号汇流排S0与单电池4中间的接触接头4.2的电接触被建立。

因此，电池布置5特别形成单个电池1的并联。这样，具有规定单电压（电池电压）的大量单个电池能容易地被连接到期望容量的电池布置。

图5以示意性空间视图示出了具有导体汇流排6和控制器8的储能器箱7。

根据图5所示，储能器箱7被作为开放的长方体构成，其具有底壁7.1、背壁7.2和两个侧壁7.3。因此，储能器箱7上面和前面是开放的。

在侧壁7.3外部被装上控制器8。在侧壁7.3之间并且通过其中延伸三个导体汇流排6。自由端6.1从侧壁7.3伸出储能器箱7以外，并且终止于控制器8中的一侧。

图5中的导体汇流排6相应于图4中的导体汇流排6。因此，根据图1至图3的多个单个电池1可在电池箱7中（在侧壁7.3之间）钩在导体汇流排6上，以便形成像图4中的电池布置5的电池布置。该电池布置5在电池箱7中也能被称为电池联合体。单个电池1是可单独替换的，而不用解开储能器箱7中的整个电池联合体；因此在工作期间也可替换。

控制器8被设计和布置成，用于识别和处理在导体汇流排6上连接的电池联合体的状态。例如但不只是，控制器8识别电池联合体的以及在电池联合体中单个电池1的电压状态和容量。测量数据和控制数据能通过信号汇流排S0在控制器8和单个电池1间被交换。在这种情况下，信号汇流排S0能例如但不只是作为串行总线工作。在控制器8的一侧设置极接触部（未详示出），其被应用为整个电池布置的极。

通过未详示出的方法，多个储能器箱7可耦合到导体汇流排6的自由端6.1上。在这种情况下，能够每个电池箱7分配一控制器8，或唯一的控制器8服务于所有被连接的电池箱7或其中布置的电池联合体。

以下阐述本发明的一些优选的变化。

虽然参照上述具体的实施例以其基本特征描述了本发明，要理解的是，本发明不限于这些实施例，而是能够在权利要求中所规定的框架和范围中进行变化和扩展，例如但不只是如下所示。

虽然接触元件3在该实施例中被浇铸在框架2上，但是该接触元件也能粘在、干缩（eingeschrumpft）或以类似方式固定在框架2中。接触元件3，其被描述为具有平行侧面（Flanke）的长方体，也能具有圆锥形的、例如从下接触面3.1通向上接触面3.2的侧面3.3，以便避免接触元件3在间隙2.4中无意的移动。在浇铸情况下也能提供其他形式配合的方法，以便避免接触元件3的无意的移动。在另一变体中，接触元件3能具有完全不同的基本形式，例如具有圆形或椭圆截面的圆柱形或圆台形。

除铜之外，接触元件3能用任何好的电导体材料如用铝、铁或类似材料或具有一或多种以上材料的合金、也用铜合金、用导电塑料或导电陶瓷制造。为了减少表面电阻，导体元件3的接触面3.1、3.2能被接触中间材料例如金、银或类似材料或具有一或多种以上材料的合金涂覆。

接触元件3的下接触面3.1能具有凹腔（Mulde），单电池4的接触接头4.2插入其中，以便防止单电池4从框架2中无意的脱出。

接触元件3的上接触面3.2能具有槽，其相应于槽2.4的上表面2.4.1中的槽2.5，其中接触元件3的槽以槽2.4的下表面2.4.2续延，以便实现导体汇流排6的两点锁定。

框架2的主体2.1中的开口2.1.1被描述为窗形缺口。在一变体中，该开口2.1.1也能在框架2的主体2.1的平侧面上被封闭。此外，该框架2的主体2.1的平侧面（上述变体中：能为开放的平侧面）可通过盖来封闭。

框架2的连接部分2.3的弹性能通过刻槽、凿空或分区域地选择较软的材料来提高。可选地，如果需要的话，弹性能通过分区域地选择较硬的材料来减少。这种分区域可变的材料特性，对塑料件来说比较容易实现。

框架2的柄2.2的刚性同样能够通过材料选择、纤维加固或如使用金属型材加强来提高。

虽然单电池4在该实施例中被描述为单个单电池，但是该单电池4也能具有多个单电池，其内部并联和/或串联，以便获得单电池4期望的极电压和期望的容量。在另一变体中，多个单电池4能被容纳在框架2中。在这种情况下，能够但不必是，多个单电池4通过额外的组件实现互连，所述额外的组件设置在多个单电池4和上横杆2.1.2间。例如但不只是，多个单电池4的单电池极能通过额外的组件连接成串联电路，并且该串联电路的自由端能与相应的接触元件3连接。在这种情况下，能够但不必是，多个单电池4布置有交替的极支架（Pollage），由此能够简化额外的组件的内部的结构，特别是内部布线。

在该实施例中，单电池4可容纳在框架2中并且可从框架2移除。在一变体中，框架2自身形成电极布置的壳体，并且因此单个电池1能构成为单电池（单个单电池或多个单电池），并且电极箔（导体凸起）的自由端能直接与接触元件3连接。

另一变体中，接触元件布置在柄2.2的槽2.5的区域中，其中通过导线连接，其特别通过连接部分2.3引导，单电池4的电极布置的极接触部或在框架1的主体2.1中集成的电极布置与接触元件连接。在本设计方案的改进方案中，间隙高度h至少跟导体汇流排直径d一样大，并且在间隙2.4的下表面2.4.2中，对着槽2.5设置弹性的压力元件，在导体汇流排6插入表面2.4.2时该压力元件回退，然后当导体汇流排6插入槽2.5时，从下朝导体汇流排6推压；对于该改进方案，能放弃柄2.2的可弹性摆动的设计。对于该变体，单独通过重力效果能阻碍从接触元件无意地取下导体汇流排6。

可理解，导体汇流排6的数量能与所示数量不同。例如两个导体汇流排足够作为正负导体汇流排，以便获取单个电池1的电池电压。另一方面，但不只是，能或可以设置额外的导体汇流排用于获取单个电池1的不同的中间电压，或满足其他的信号传输任务。

导体汇流排6（特别但不只是信号汇流排S0）能多芯地构成，并且接触元件3能多极地构成。特别但不只是，接触元件3能具有多个在堆方向s上或在厚方向T上平行延伸的并且互相绝缘的接触区，其与相应的导体汇流排6的接触区相关，当所属的导体汇流排6扭转止动地安置在储能器箱7中时，因此保证了明确的定位。另外，接触元件3既能设置在上表面2.4.1上又能设置在下表面2.4.2上，并且在上部和下部区域中能具有分开所属导体汇流排的导体区域；在这种情况下也必需扭转止动地安置。

单个电池1能具有夹紧设备用于夹紧单个电池1。单个电池1也能具有去激活设备用于分开单个电池1内部的导线连接，以便在移除时避免不期望的电流接触。这种去激活设备能与夹紧设备可操作地耦合。此外还能设置闭锁设备，其在当夹紧设备被释放时，通过手动操作或自动地将柄2.2与主体2.1闭锁。

在本发明的范畴中，电池布置5为储能器布置。在本发明的范畴中，每个单个电池1为子储能器以及储能器装置。在本发明的范畴中，导体汇流排6形成接触设备。在本发明的范畴中，框架2为框架结构。在本发明的范畴中，单电池4或在框架2中集成的电极布置为储能器部分。在本发明的范畴中，接触接头4.2为连接端。在本发明的范畴中，当单个电池1被构成为集成的单电池或多个单电池时，电极布置的导体凸起或其他极接触能被理解为连接端。在本发明的范畴中，接触元件3的上接触面3.2形成接触部分。在本发明的范畴中，柄2.2为压力部分。此外，在本发明的范畴中，提出但未详述的压力元件能够为压力部分。在本发明的范畴中，连接部分2.3为弹力部分。在本发明的范畴中，间隙2.4为容纳部分。在本发明的范畴中，槽2.5为卡槽部分。

附图标记列表：

1           单个电池

2           框架

2.1         主体

2.1.1       开口

2.1.2       上横杆

2.1.3       下横杆

2.2         柄

2.3         连接部分

2.4         间隙

2.4.1       上平面

2.4.2       下平面

2.5         槽

3           接触元件

3.1         下接触面

3.2         上接触面

3.3         侧面

4           单电池

4.1         单电池体

4.2         接触接头

5           电池布置

6           导体汇流排

6.1         自由端

7           电池箱

8           控制器

d           直径

h           间隙高度

s           堆方向

F           弹力方向

H           高度

K1、K2、K3  单电池接触部

M           装配方向（安装方向）

P+          正单电池极

P-          负单电池极

S+          正集电汇流排

S-          负集电汇流排

S0          信号汇流排

T           厚度

W           宽度

需要指出，上述附图标记列表为说明书的组成部分。

Claims (10)

1.一种储能器布置（5），其具有多个子储能器（1）和用于使多个子储能器（1）互连的接触设备（6），其特征在于，

每个子储能器（1）具有框架结构（2），所述框架结构支持带有电极布置和至少两个连接端（4.2）的储能器部分（4），其中所述子储能器（1）具有压力部分（2.2）和接触部分（3），其中所述储能器部分（4）的连接端（4.2）与所述接触部分（3）连接并且其中所述压力部分（2.2）被设计和布置成使得所述接触设备（6）弹性地压靠所述接触部分（3）。

2.如权利要求1所述的储能器布置（5），其特征在于，所述接触设备（6）具有至少两个导体汇流排（6）。

3.如权利要求1或2所述的储能器布置（5），其特征在于，所述子储能器（1）的压力部分（2.2）能够通过所述框架结构（2）的弹力部分（2.3）弹性移动。

4.如上述权利要求中任一项所述的储能器布置（5），其特征在于，所述框架结构（2）具有容纳部分（2.4），所述容纳部分用于容纳接触设备（6）的被分配给所述子储能器的部分。

5.如上述权利要求中任一项所述的储能器布置（5），其特征在于，所述容纳部分（2.4）是单侧开放的。

6.如上述权利要求中任一项所述的储能器布置（5），其特征在于，所述容纳部分（2.4）具有用于接合所述接触设备（6）的至少一个卡槽部分（2.5）。

7.一种储能器装置（1），特别是用于布置作为如上述权利要求中任一项所述的储能器布置（5）中的子储能器（1）的储能器装置，其具有框架结构（2），所述框架结构支持带有电极布置和至少两个连接端（4.2）的储能器部分（4），其中所述框架结构（2）具有用于容纳接触设备（6）的至少一部分的容纳部分（2.4），所述接触设备用于使多个储能器装置（1）互连，其中所述储能器装置（1）具有压力部分（2.2）和接触部分（3），其中所述储能器部分（4）的连接端（4.2）与所述接触部分（3）连接并且其中所述压力部分（2.2）被设计和布置成使得所述接触设备（6）弹性地压靠所述接触部分（3）。

8.如权利要求7所述的储能器装置（1），其特征在于，储能器部分集成在框架结构中。

9.如权利要求7所述的储能器装置（1），其特征在于，所述储能器部分（4）能够被可解除地与所述框架结构（2）连接，特别是可卡入所述框架结构。

10.一种用于使如权利要求1至6中任一项所述的储能器布置（5）工作的方法，其特征在于以下步骤：

·从所述储能器布置（5）特别是以电能给负载供电，

·在所述负载通过所述储能器布置（5）供电的情况下，从所述储能器布置（5）移除子储能器（1），

·在所述负载通过所述储能器布置（5）供电的情况下，在所述储能器布置（5）中装入子储能器（1）。

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