CN103733376A - 电池单体以及由多个电池单体组成的蓄电池 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于蓄电池的电池单体（1），具有布置在单体壳体内的电极堆垛（7），其中所述单体壳体由两个导电的壳体侧壁（2、3）成形，所述壳体侧壁基本平行对置地布置并且构造成外壳状地并具有在边缘侧环绕的外壳凸缘（5），其中外壳凸缘（5）在形成凸缘区域（12）的情况下材料锁合地彼此连接并且彼此电绝缘，其中电极堆垛（7）的电极触点接线片（11）导电地与壳体侧壁（2、3）连接。根据本发明，壳体侧壁（2、3）中的至少一个构造得至少逐段地突出于所述单体壳体的至少一个壳体边缘的凸缘区域（12），其中壳体侧壁（2、3）的突出于凸缘区域（12）的部段（13）沿单体内部（9）的方向并且沿壳体侧壁（2、3）的外壳底部（10）的方向弯曲，同时在弯曲状态下以可预设的值突出于相应的外壳底部（10）。此外，本发明涉及一种由多个电池单体（1）组成的蓄电池。

Description

电池单体以及由多个电池单体组成的蓄电池
技术领域
本发明涉及一种按权利要求1的前序部分的特征的、用于蓄电池的电池单体。此外，本发明涉及一种按权利要求5的前序部分的特征的、具有多个电池单体的蓄电池。
背景技术
由现有技术已知蓄电池，尤其是应用于车辆中的高压蓄电池，所述蓄电池具有大量串联和/或并联连接的电池单体。在此，所述电池单体通常与控制电子系统和/或监控电子系统以及冷却装置一起布置在共用的蓄单体壳体中。对于所述电池单体而言，已知和常用不同的构造形式。
优选使用传统的双极的框式扁平电池（Rahmenflachzelle）作为电池单体。这样的电池由两个平面金属覆盖板所包围。在一个有利的实施例中，可以将所述覆盖板中的至少一个以外壳形式实施。壳体侧壁通过电绝缘的框架彼此分隔并且同时起到电池单体的极的作用，用以导入或导出电能。电池单体的损耗热量经由相应加厚的覆盖板或壳体侧壁传导到电池单体的窄面上并且输出到冷却板上，冷却剂或冷却液穿流该冷却板。为了实现覆盖板或壳体侧壁以及金属冷却板（其优选设置有用于冷却剂的通道）的电绝缘，在其间布置了热导箔。为了改善热传递，覆盖板或壳体侧壁在冷却板的区域中与其平行地以90°卷边形成冷却接线片（Kühlfahne）。此外，经由该热导路径还根据需要实现了对电池单体的加热，例如在外部温度低的情况下。为此，例如经加热的冷却剂穿流所述金属冷却板。
优选采用热压工艺来封闭电池单体。为此，框架或部件本身至少在密封缝的区域中由热塑性材料构成。
电池单体的电化学活性部分是电极堆垛或电极线圈，其由阴极箔和阳极箔组成的层构成，所述阴极箔和阳极箔分别由隔板层分隔开。例如在锂离子电池中应用经镀层的铝箔或铜箔。阴极箔和阳极箔在至少一个边缘上未镀层并且从电极堆垛中接线片状地突出，并且共同连接成电流导出接线片。该电流导出接线片与覆盖板的内侧或与壳体侧壁的内侧连接，以实现电耦合。为此，采用了传统的冲压或熔焊工艺，例如电阻点焊接、超声波焊接或激光焊接。备选地或附加地，可以设置力锁合连接，例如铆接。
在一种可能的实施中，通过对电池单体的覆盖板或壳体侧壁的焊接而串联地电接通双极的框式扁平电池，所述电池单体并排地布置在单体组中。为此，覆盖板或壳体侧壁的顶面设置有舌状的延长部，该延长部突出到电池单体的覆盖轮廓上并且例如通过压焊工艺得以连接。
发明内容
本发明尤其基于下述任务，即提出一种经优化的用于蓄电池的电池单体以及一种相比于现有技术经优化的由多个电池单体组成的蓄电池。
根据本发明，所述任务通过具有权利要求1所述特征的电池单体来解决。关于所述蓄电池的任务通过权利要求5中所提出的特征来解决。
本发明的优选实施方式和改进方案在从属权利要求中提出。
在用于蓄电池的电池单体中，具有布置在单体壳体内的电极堆垛，其中该单体壳体由两个导电的壳体侧壁成形，所述壳体侧壁基本平行对置地布置并且构造成外壳状地并具有边缘侧环绕的外壳凸缘，其中外壳凸缘在形成凸缘区域的情况下材料锁合地彼此连接并且彼此电绝缘，其中电极堆垛的极触点接线片导电地与壳体侧壁连接，根据本发明，壳体侧壁中的至少一个构造得至少逐段地突出于所述单体壳体的至少一个壳体边缘的凸缘区域，其中壳体侧壁的突出于凸缘区域的部段沿单体内部的方向并且沿壳体侧壁的外壳底部的方向弯曲，同时在弯曲状态下以可预设的值突出于相应的外壳底部。为了实现尽可能高的从电池单体向冷却板的热传递和/或为了在单体组中实现相邻电池单体的简便的电耦合及热耦合，所述单体壳体的至少一个壳体侧壁逐段地具有突出于所述凸缘区域的部段，该部段沿朝着单体内部的方向弯曲。通过由此产生的、相比于传统电池单体有所增大的壳体表面，热传递面同样有所增大并且由此优化了对电池单体的冷却。
在本发明的一种可能的实施方式中，壳体侧壁在单体壳体的两个对置的壳体边缘上构造得至少逐段地突出于凸缘区域，其中突出的部段相互沿朝着单体内部的方向弯曲。由此将两个对置的壳体边缘应用于热传递，以及由此更好地从电池单体中导出热量。
有利的是，壳体侧壁的突出于凸缘区域的部段相对于外壳底部成直角地或近似成直角地弯曲。这实现了平的或近似平的面，在该面上可以以简便的方式和方法布置传统的冷却板。
尤其优选的是，不同极性的相邻的壳体侧壁的突出于凸缘区域的部段彼此对应地构成。由此，并排布置在单体组中的电池单体可以简便地进行电接触。
根据本发明的蓄电池具有多个彼此串联地和/或并联地电连接的电池单体，其中电池单体（尤其是扁平电池）优选紧密地一个接一个地布置并且相互平行地对齐。由此实现了电池单体的最佳地节省结构空间的布置。由于所述电池单体的电池极处于单体壳体的壳体侧壁上，所以所述电池单体优选可以通过壳体侧壁的耦合串联地彼此电连接，所述壳体侧壁具有不同的极性。以此方式可以实现单体组中电池单体的最佳接触并且显著简化了蓄电池的制造。
尤其优选的是，电池单体这样并排地布置在单体组中，即相邻地布置在单体组中的电池单体的壳体侧壁的突出于凸缘区域的、弯曲的部段至少逐段地彼此重叠地布置。由此，壳体侧壁的突出于凸缘区域的、弯曲的部段既可以用作固定元件也可以用作接触元件。由于将固定元件和接触元件构成为具有相应电池单体的一个成形件，所以以尤其有利的方式无需额外的、单独的构件作为固定元件和接触元件。由此，除了在安装蓄电池的过程中简化了对于蓄电池的手工操作性以外，而且还节约了重量和成本。也能实现缩短蓄电池的安装时间。
相邻地布置在单体组中的电池单体的壳体侧壁的突出于凸缘区域的、弯曲的部段在其重叠区域中有利地形锁合地、材料锁合地和/或力锁合地彼此连接。弯曲部段的连接可以例如借助超声波焊接来进行。在此，由高频运动焊头（Sonotrode）和静止的铁砧组成的焊接工具包围相邻的壳体侧壁的两个待连接的弯曲部段。
为了将围绕着单体组的夹紧装置的机械压力均匀地从正面导入到该单体组中，优选在该单体组的端侧分别布置传统的压紧架（Druckbrille）。
单体组与至少一个冷却板热耦合，其中该冷却板与单体组相对应地成形并在相邻的壳体侧壁的重叠布置的部段的区域中形锁合地和/或力锁合地布置在该单体组上。相邻的壳体侧壁的弯曲的且重叠布置的部段优选与冷却板平行地布置。由此，热量可以简便且高效地经由相邻的、具有大的热传递面的冷却板得以导出，从而可以对电池单体并且由此对蓄电池进行良好的温度调节。为了将冷却板固定在单体组上，可以例如使用形锁合的夹紧。
根据本发明的蓄电池、尤其是车辆蓄电池可以在具有混合动力驱动装置的车辆中和/或在借助燃料电池进行驱动的车辆中得到应用，尤其可以应用于客运机动车。
附图说明
下面参照附图对本发明的实施例进行详细阐述。
其中：
图1示意性地示出了电池单体的分解图，该电池单体具有两个壳体侧壁以及一个布置在其间的框架；
图2示意性地示出了按图1的电池单体的剖视图；
图3示意性地示出了在材料锁合连接之前的两个电池单体。
图4示意性地示出了对两个电池单体进行焊接的透视图；
图5示意性地示出了对两个电池单体进行焊接的侧视图；
图6示意性地示出了单体组和高压触点的分解图；
图7示意性地示出了单体组上的正面布置以及对高压触点进行焊接的透视图；
图8示意性地示出了单体组、正面压紧架以及夹紧装置的分解图；
图9示意性地示出了单体组、热导箔和冷却板的分解图，该单体组具有布置在其上的压紧架和夹紧装置；
图10示意性地示出了单体组、热导箔和冷却板的侧视图，该单体组具有布置在其上的压紧架和夹紧装置；
图11示意性地示出了单体组的分解图，该单体组具有布置在其上的冷却板和夹紧夹钳；以及
图12示意性地示出了单体组的透视图，该单体组具有借助多个夹紧夹钳布置在其上的冷却板。
所有附图中彼此相符的部件均设置有相同的附图标记。
具体实施方式
图1示意性地示出了电池单体1的分解图，该电池单体具有两个壳体侧壁2、3以及一个布置在其间的框架4。电池单体1的单体壳体包括两个壳体侧壁2、3，即第一壳体侧壁2和第二壳体侧壁3。壳体侧壁2、3中的至少一个构成为半壳，壳体侧壁2、3中的另一个可以构成为传统的、未示出的覆盖板，例如构成为平板。在按图1的图示示例中，两个壳体侧壁2、3构成为外壳状。两个壳体侧壁2、3分别具有在边缘侧环绕的外壳凸缘5。
为了电绝缘，在两个壳体侧壁2、3之间布置框架4。框架4与外壳凸缘5相对应地设置。
在每个壳体侧壁2、3上在电池单体1的内侧布置有绝缘装置6，该绝缘装置与相应的壳体侧壁2、3相对应地构成。也就是说，绝缘装置6同样构成为外壳状并且具有与壳体侧壁2、3的尺寸相对应的尺寸，其中绝缘装置6在电池单体1的内侧进一步完全覆盖相应的壳体侧壁2、3。为了使电极堆垛7与壳体侧壁2、3电接触，绝缘装置6具有留空8。
通过两个壳体侧壁2、3的外壳状结构以及由此产生的壳体侧壁2、3的外壳底部10的间隔，形成了单体内部9。电极堆垛7布置在单体内部9内。在此，两个外壳底部10之间的间距优选与电极堆垛7的高度相对应，从而实现电池单体1的紧凑构造。
传统的电极堆垛7由不同极性的电极箔构成。所述电极箔借助未详细示出的隔板、尤其借助隔板箔彼此电绝缘。按照本发明的一种优选设计，电极堆垛7由彼此堆垛的铝箔和/或铜箔和/或金属合金箔构成。
一种极性的电极堆垛7的电极箔与具有导电能力的电流导出接线片接触，该电流导出接线片借助压合和/或焊接组装成极触点接线片11。一种极性的极触点接线片11尤其借助焊接分别与一个壳体侧壁2、3导电地连接，从而使两个壳体侧壁2、3起到电池单体1的电极的作用。
为了使极触点接线片11与相应的壳体侧壁2、3接触，相应的绝缘装置6具有留空8。在此,留空8的尺寸与极触点接线片11的尺寸相对应。
此外，壳体侧壁2、3起到所谓的热导板的作用，尤其在充电和/或放电过程中产生的热量可以借助该热导板在电池单体1内导出。
在电池单体1的安装过程中，壳体侧壁2、3的外壳凸缘5在构成凸缘区域12的情况下材料锁合地彼此连接，并且借助框架4彼此电绝缘。两个壳体侧壁2、3的连接优选通过热封操作进行。这里，布置在凸缘区域12中的塑料框架4以低熔化温度在热压机中部分地熔化而成。当框架4在温度下降过程中和/或在压力下凝固时，两个壳体侧壁2、3彼此连接。
根据本发明，壳体侧壁2、3中的至少一个构造得至少逐段地突出于单体壳体的至少一个壳体边缘的凸缘区域12。在此，壳体侧壁2、3的突出于凸缘区域12的部段13沿单体内部9的方向并且沿相应的壳体侧壁2、3的外壳底部10的方向弯曲。在此，部段13在弯曲状态下以预设的值突出于外壳底部10。
相应的壳体侧壁2、3优选在单体壳体的两个对置的壳体边缘上构造得至少逐段地突出于凸缘区域12。
尤其优选的是，相应的壳体侧壁2、3的突出于凸缘区域12的部段13相对于外壳底部10成直角地或近似成直角地弯曲。
在一种有利实施形式中，不同极性的相邻的壳体侧壁2、3的突出于凸缘区域12的、弯曲的部段13彼此对应地构成。例如，部段13与相应的外壳底部10具有不同的间距，从而实现了不同极性的相邻的壳体侧壁2、3的部段13的重叠布置。
图2示意性地示出了按图1的电池单体1的剖视图。
图3示意性地示出了在材料锁合连接之前的两个并排布置的电池单体1，并且图4示意性地示出了在弯曲的部段13的区域中对两个电池单体1进行焊接的透视图。
在图5中示意性地示出了对两个电池单体1进行焊接的侧视图。
为了制造图7中所示的单体组14，电池单体1在所示实施例中彼此串联地电连接，其中在该串联电路中电池单体1的电连接通过直接相邻的电池单体1的部段13的接触来实现。
电池单体1这样并排地布置在单体组14中，即相邻地布置在单体组14中的电池单体1的壳体侧壁2、3的突出于凸缘区域12的、弯曲的部段13至少逐段地彼此重叠地布置。在相邻地布置在单体组14中的电池单体1的壳体侧壁2、3的弯曲的部段13重叠布置之后，所述部段在其重叠区域中形锁合地、材料锁合地和/或力锁合地彼此连接，如图4和图5中所述。
弯曲的部段13的连接优选材料锁合地、优选通过传统的压焊工艺进行。在备选的实施形式中，该连接可以形锁合地（例如通过传统的咬合连接或无孔铆合）和/或力锁合地（例如通过传统的铆接或螺接）进行。
相邻的电池单体1的这种连接实现了电池单体1之间的电接触，并且实现了由多个电池单体1机械地构成了单体组14。为了优化机械载荷能力，弯曲的部段13的连接可以附加地在单体壳体的相对置的壳体边缘上进行。
弯曲的部段13的连接尤其优选地借助传统的超声波焊接进行。这里，由高频运动焊头15和静止的铁砧16组成的焊接工具从侧面夹紧处于外壳凸缘5下方的缝隙。之后，高频振动的焊头15压向铁砧16，重叠布置的弯曲的部段13彼此挤压，从而使弯曲的部段13在此处通过摩擦热量得以熔化或熔焊并且得以压合，其中构成了材料锁合连接。
在焊接过程中，可以产生一个或多个焊缝和/或焊点17。各焊点17尤其优选地在相邻的电池单体1的每侧上产生。
沿单体组14的纵向重叠布置的且弯曲的部段13以有利的方式实现了对不同电池厚度的电池单体1的简便的公差补偿。这样，尽管例如由制造公差引起了电池厚度的不同，仍可以对单体组14中统一的网格大小进行调节。
图6示意性地示出了单体组14和高压触点18的分解图。
图7示意性地示出了单体组14上的正面布置以及对高压触点18进行焊接的透视图。
为了机械地构成由电池单体1组成的单体组14，电池单体1在串联电路中并排布置。高压触点18分别布置在边缘侧，也就是说布置在单体组14的第一个和最后一个电池单体1上，所述高压触点构成为蓄电池的高压接头，尤其用于其与未详细示出的车辆用电器和汽车电路的耦合。为了进行所述耦合，高压触点18分别具有突出于电池单体1上的接线片状的延长部19，该延长部起到电接头触点的作用。
高压触点18构成为钣金冲压件并且具有弯曲的部段20，所述部段与电池单体1的弯曲的部段13相对应地成形。在高压触点18布置在单体组14的端侧上时，高压触点18的部段20与电池单体1的部段13重叠地布置并且以所述的方式和方法进行材料锁合连接。
图8示意性地示出了单体组14、正面压紧架21以及夹紧装置22的分解图。为了提高单体组14的机械稳定性，尤其是为了在电池单体1的单体内部9中压力上升的情况下（例如由短路和/或过载所引起）避免单体组14损坏，将单体组14借助传统的压紧架21和至少一个环绕该单体组和压紧架21的夹紧装置22来压合。夹紧装置22优选构成为传统的夹紧箍。布置在单体组14端侧的以及与其相对应地成形的压紧架21使由夹紧装置22施加的机械压力均匀地引导到单体组14中。
图9示意性地示出了单体组14、热导箔23和冷却板24的分解图，该单体组具有布置在其上的压紧架21和夹紧装置22。为了导出在单体组14工作过程中所产生的损耗热量，单体组14热导地与冷却板24耦合，所述损耗热量尤其在充电和放电过程中产生。
由于冷却板24优选由热导能力非常好的并且因此尤其是金属的材料构成，所以在单体组14与冷却板24之间优选插入电绝缘的且具有热导能力的材料，在所示实施例中为热导箔23。
冷却板24在未示出的内部具有通道，冷却介质穿流所述通道。在此，为了高效地排出热量，优选是冷却介质、例如是车辆空调的冷却剂可以穿流冷却板24，其中冷却板24具有用于接入这种冷却循环的连接元件25。
冷却板24在电池单体1的弯曲部段13的区域中布置在单体组14上并且与部段13热耦合。在所示的实施例中，冷却板24布置在单体组14的底面上。
在一种未示出的实施形式中，可以将第二冷却板24布置在单体组14的顶面上。
图10示意性地示出了单体组14、热导箔23和冷却板24的侧视图，该单体组具有布置在其上的压紧架21和夹紧装置22。
图11示意性地示出了单体组14的分解图，该单体组具有布置在其上的冷却板24和夹紧夹钳26。
图12示意性地示出了单体组14的透视图，该单体组具有借助多个夹紧夹钳26布置在其上的冷却板24。为了实现单体组14与冷却板24的可逆的机械耦合和热耦合，冷却板24借助多个传统的夹紧夹钳26固定在单体组14上。在此，夹紧夹钳26嵌接到冷却板24的和单体组14的相应地成形的、未详细示出的留空和/或凹槽中，并且压合冷却板24和单体组14。
附图标记列表：
1  电池单体
2  第一壳体侧壁
3  第二壳体侧壁
4  框架
5  外壳凸缘
6  绝缘装置
7  电极堆垛
8  留空
9  单体内部
10 外壳底部
11 极触点接线片
12 凸缘区域
13 部段
14 单体组
15 焊头
16 铁砧
17 焊点
18 高压触点
19 延长部
20 弯曲的部段
21 压紧架
22 夹紧装置
23 热导箔
24 冷却板
25 连接元件
26 夹紧夹钳

Claims (10)

1.一种用于蓄电池的电池单体（1），具有布置在单体壳体内的电极堆垛（7），其中所述单体壳体由两个导电的壳体侧壁（2、3）成形，所述壳体侧壁基本平行对置地布置并且构造成外壳状地并具有在边缘侧环绕的外壳凸缘（5），其中外壳凸缘（5）在形成凸缘区域（12）的情况下材料锁合地彼此连接并且彼此电绝缘，其中电极堆垛（7）的极触点接线片（11）导电地与壳体侧壁（2、3）连接，
其特征在于，
壳体侧壁（2、3）中的至少一个构造得至少逐段地突出于所述单体壳体的至少一个壳体边缘的凸缘区域（12），其中，壳体侧壁（2、3）的突出于凸缘区域（12）的部段（13）沿单体内部（9）的方向并且沿壳体侧壁（2、3）的外壳底部（10）的方向弯曲，同时在弯曲状态下以可预设的值突出于相应的外壳底部（10）。
2.根据权利要求1所述的电池单体（1），
其特征在于，
壳体侧壁（2、3）在所述单体壳体的两个对置的壳体边缘上构造得至少逐段地突出于凸缘区域（12）。
3.根据权利要求1或2所述的电池单体（1），
其特征在于，
壳体侧壁（2、3）的突出于凸缘区域（12）的、弯曲的部段（13）相对于外壳底部（10）成直角地或近似成直角地弯曲。
4.根据上述权利要求中任一项所述的电池单体（1），
其特征在于，
不同极性的相邻的壳体侧壁（2、3）的突出于凸缘区域（12）的、弯曲的部段（13）彼此对应地构成。
5.一种蓄电池，具有多个彼此串联地和/或并联地电连接的按权利要求1至4中任一项所述的电池单体（1）。
6.根据权利要求5所述的蓄电池，
其特征在于，
电池单体（1）这样并排地布置在单体组（14）中，即相邻地布置在单体组（14）中的电池单体（1）的壳体侧壁（2、3）的突出于凸缘区域（12）的、弯曲的部段（13）至少逐段地彼此重叠地布置。
7.根据权利要求6所述的蓄电池，
其特征在于，
相邻地布置在单体组（14）中的电池单体（1）的壳体侧壁（2、3）的突出于凸缘区域（12）的、弯曲的部段（13）在其重叠区域中形锁合地、材料锁合地和/或力锁合地彼此连接。
8.根据上述权利要求中任一项所述的蓄电池，
其特征在于，
在单体组（14）的端侧分别布置有压紧架（21）。
9.根据上述权利要求中任一项所述的蓄电池，
其特征在于，
在具有压紧架（21）的单体组（14）上布置有至少一个环绕的夹紧装置（22）。
10.根据上述权利要求中任一项所述的蓄电池，
其特征在于，
单体组（14）与至少一个冷却板（24）热耦合，其中冷却板（24）与单体组（14）相对应地成形并在相邻的壳体侧壁（2、3）的重叠布置的部段（13）的区域中形锁合地和/或力锁合地布置在单体组（14）上。
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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