CN103733410A - 用于蓄电池的电池单体以及蓄电池 - 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），包括两个壳体部件（2.1、2.2）、单体框架（3）、设置在壳体部件（2.1、2.2）之间的电极箔堆垛（4）以及至少一个设置在壳体部件（2.1、2.2）之间的绝缘元件（5），壳体部件（2.1、2.2）借助所述绝缘元件彼此电分离，其中绝缘元件（5）具有这样的尺寸，即绝缘元件在电池单体（1）的组装状态下在形成突出部（A）的情况下至少逐段地在边缘侧突出于第一壳体部件（2.1）。根据本发明，第一壳体部件（2.1、2.2）由绝缘元件（5）在边缘侧至少逐段地包围。

Description

用于蓄电池的电池单体以及蓄电池
技术领域
本发明涉及一种用于蓄电池的电池单体，包括两个壳体部件、单体框架、设置在壳体部件之间的电极箔堆垛以及至少一个设置在壳体部件之间的绝缘元件，这些壳体部件借助该绝缘元件彼此电分离，其中该绝缘元件具有这样的尺寸，即绝缘元件在电池单体的组装状态下在形成突出部的情况下至少逐段地在边缘侧突出于壳体部件中的一个。此外，本发明还涉及一种具有一定数量的电池单体的蓄电池。
背景技术
用于机动车、尤其用于电动车辆或用于用燃料电池运行的车辆的高压电池由一定数量的串联和/或并联连接的电池单体、电子设备和冷却装置/加热装置构成，其中这些组成部件设置在壳体中。在设计成框式扁平电池（Rahmenflachzelle）的电池单体中，电极箔堆垛由两个平面的覆盖板包围，或由一个平面的覆盖板和一个壳状的覆盖板包围，或由两个壳状的覆盖板包围。该覆盖板通过壳体框架和/或通过绝缘元件彼此电分离，并且构成电池单体的极。在电池单体充电和放电时产生的损失热量能够通过相应加厚的覆盖板传导到电池单体的窄侧上，并且能够传输到导热板上，该导热板可被环境冷却剂和/或冷却液穿流。为了实现覆盖板和冷却板的电绝缘，在其间布置了导热箔。为了改善热传递，这些覆盖板在冷却板的区域中与之平行地以90°的角度卷边。为了从机械方面形成单体组合结构，并且为了电串联，这些电池单体并排堆垛在一起并且通过极板在轴向方向上（即垂直于电极堆垛）挤压。
为了封闭电池单体，优选应用热压工艺（=密封）。为此，壳体框架和/或绝缘元件至少在密封接缝区域中由热塑性材料构成。绝缘元件通常构成为箔状，因为由绝缘元件的电绝缘材料达到的封闭效果较低，因此可能引起不期望的扩散过程，即水渗入电池单体中并且电解质从电池单体中漏出。
绝缘元件的箔状结构在此不能在覆盖板之间确保足够的电绝缘。例如由于污染和湿气可能会在覆盖板之间出现漏泄电流，结果是使电池单体出现不期望的放电并且导致短路。为了解决该问题，已知的是，通过覆盖板中的一个的边缘得以扩大绝缘元件，其中覆盖板中的另一个具有与绝缘元件相一致的尺寸。根据在蓄电池使用寿命内出现的污染和可能的湿气量，该绝缘元件以1毫米至3毫米（优选1.5毫米）的环形突出部得以扩大。由于绝缘元件的机械灵敏性，绝缘元件的突出部通常封在壳状覆盖板上，或封在置于壳状覆盖板上的保持框架上。
发明内容
本发明基于下述任务，即提出一种比现有技术更好的、用于蓄电池的电池单体以及一种蓄电池。
根据本发明，关于电池单体的任务通过在权利要求1中提出的特征来解决，而关于蓄电池的任务通过权利要求8中提出的特征来解决。
本发明的有利的构造方案是从属权利要求的内容。
用于蓄电池的电池单体包括两个壳体部件、单体框架、设置在壳体部件之间的电极箔堆垛以及至少一个设置在壳体部件之间的绝缘元件，这些壳体部件借助该绝缘元件彼此电分离。该绝缘元件在此用来使壳体部件彼此电绝缘，并且使电极箔堆垛与壳体部件电绝缘。为了降低会缩短使用寿命的扩散过程，该扩散过程例如会导致电池单体的电解质损失，所以该绝缘元件优选构成为箔状。因为在壳体部件之间由于污染或湿气可能会出现所谓的漏泄电流，所以绝缘元件具有这样的尺寸，即该绝缘元件在电池单体的组装状态下在形成突出部的情况下至少逐段地在边缘侧突出于第一壳体部件。
由于绝缘元件的机械灵敏性，绝缘元件的突出部通常在边缘侧封在壳体部件中的另一个上，即封在第二壳体部件上。第二壳体部件在此具有这样的尺寸，即该绝缘元件在电池单体的组装状态下在形成突出部的情况下在边缘侧突出于第一壳体部件。在此，第二壳体部件的突出部构造得与绝缘元件的突出部相一致，因此绝缘元件借助第二壳体部件在电池单体的组装状态下在边缘侧封闭。因此沿着绝缘元件的自由表面产生了漏泄路径，该漏泄路径对于壳体部件相互间的电绝缘来说是必要的，因此当然电池单体的构造空间也得到升高。在此，该漏泄路径定义为沿着壳体部件之间的绝缘元件的表面的最短距离。
因此按本发明，壳体部件中的至少一个由绝缘元件在边缘侧至少逐段地包围。
在边缘侧至少逐段地包围第一壳体部件能够在构造空间方面最佳地实现漏泄路径，该漏泄路径对于壳体部件相互间的电绝缘来说是必要的。在此，该绝缘元件在边缘侧围绕至少一个边棱从第一壳体部件的内侧被引导到外侧上。因此，能够制造具有这种尺寸的第二壳体部件，即第二壳体部件在电池单体的组装状态下借助第一壳体部件在边缘侧封闭，这可以减少电池单体的构造空间和制造成本。在此，壳体部件的内侧是壳体部件的面向电池单体的单体内部的侧面，而外侧是壳体部件的背向单体内部的侧面。该绝缘元件优选能够与壳体部件材料锁合地（例如借助热压方法）连接，其中绝缘元件与壳体部件的连接尤其优选这样设计，即该连接在电池单体的整个使用寿命期间都保持有效。第一壳体部件优选构成为平面的，第二壳体部件构成为壳状的。备选地，这两个壳体部件都构成为壳状的，其中绝缘元件与平面构成的壳体部件相一致地在边缘侧至少逐段地包围壳状壳体部件的边缘区域。
在第一优选的实施例中，绝缘元件一体地成形。为此，绝缘元件构成为箔状并且具有这样的尺寸，即绝缘元件在边缘侧优选环绕地突出于第一壳体部件。该绝缘元件的边缘侧突出部以几乎180度的角度从第一壳体部件的内侧弯曲到外侧上，也就是说，从内侧通过至少一个边棱弯曲到第一壳体部件的外侧的边缘上，因此该突出部与第一壳体部件的边缘区域相一致地成形，并因此在边缘侧至少逐段地具有横截面呈u形的轮廓。该突出部被固定密封，以用来固定在第一壳体部件的外侧的边缘上。绝缘元件的一体成形可实现它的简单制造。此外，在封闭电池单体时，减少了不密封的连接位置的危险。
在第二优选的实施例中，绝缘元件包括至少两个部件，其中第一部件至少逐段地构成为平面的，而第二部件构成为框架状。
在此，与按现有技术和第一实施例的绝缘元件类似地，第一部件以其外侧完全设置在第一壳体部件的内侧上，而第二部件以其内侧设置在第一壳体部件的外侧的边缘区域上。在封闭电池单体时，这些突出部至少材料锁合地这样彼此相连，即第一壳体部件的边缘区域完全地或至少几乎完全地由绝缘元件包围。电池单体的制造借助第二实施例得到简化并且是成本高效的，这是因为不需要额外的密封过程。
该绝缘元件优选由电绝缘的材料构成或至少涂覆有电绝缘的材料，由此确保了壳体部件相互间的足够的电绝缘。
此外，本发明还涉及一种具有一定数量的电池单体的蓄电池，它们按上述描述构成。由于极触点设置在电极箔堆垛的各极侧的中间区域中并且与极侧平行地弯曲，所以还能缩小蓄电池的尺寸，因此能够减少用来布置蓄电池的构造空间需求，并且同样还能降低蓄电池的重量。
该蓄电池优选是车辆蓄电池，尤其是电动车辆、混合动力车辆或用燃料电池运行的车辆的牵引电池。
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在分解图中示意性地示出了按现有技术的电池单体；
图2在透视图中示意性地示出了按图1的在组装状态下的电池单体；
图3A在剖面图中示意性地示出了电池单体在封闭之前的经放大的局部；
图3B在剖面图中示意性地示出了电池单体在封闭之后的经放大的局部；
图4在透视图中示意性地示出了电池单体的经放大的局部；
图5在剖面图中示意性地示出了按本发明的第一实施例的电池单体的经放大的局部；
图6在透视图中示意性地示出了第一壳体部件的经放大的局部，其具有按图5的电池单体的绝缘元件；
图7在透视图中示意性地示出了按图5的电池单体在组装状态下的经放大的局部；
图8A在剖面图中示意性地示出了按本发明的第二实施例的电池单体在封闭之前的经放大的局部；
图8B在剖面图中示意性地示出了按图8A的电池单体在封闭之后的经放大的局部。
彼此相符的部件在所有附图中都设置有相同的附图标记。
具体实施方式
分别在图1至8A中示出的电池单体1是蓄电池、尤其是车辆蓄电池的组成部分，其形式是用于电动车辆、混合动力车辆或用燃料电池运行的车辆的牵引电池。
图1至4示出了按现有技术的电池单体1，其中图1示出了电池单体1的分解图，图2示出了在组装状态下的电池单体1，图3A和3B分别示出了电池单体1在封闭之前或之后的纵向剖面图，图4透视地示出了电池单体1的经放大的局部。
按现有技术的电池单体1具有第一壳体部件2.1、第二壳体部件2.2和单体框架3。
为了在很大程度上避免电池单体1以外的物质（例如氢气）扩散到电池单体1的内部，并且为了避免电解质从电池单体1中扩散出来，大部分壳体部件2.1、2.2尽量设计成金属的。
此外，在第二壳体部件2.2中所有侧面都在边缘侧以至少90°的角度弯曲。第二壳体部件2.2因此以壳状的形式（=壳状的壳体部件）设计，而第一壳体部件2.1平面地以板状的形式（=板状的壳体部件）设计，其中第一壳体部件2.1例如作为阴极来使用，而第二壳体部件2.2作为阳极来使用。此外，第二壳体部件2.2相比于第一壳体部件2.1具有更大的尺寸，因此第二壳体部件2.2在电池单体1的组装状态下在形成可预设突出部A的情况下在边缘侧突出于第一壳体部件2.1。这一点尤其在图3A和3B中进行详细阐述。
在壳体部件2.1、2.2之间设置有电极箔堆垛4，其由电极箔、优选是经涂覆的铜箔和经涂覆的铝箔构成，其中在铜箔和铝箔之间分别设置有分隔箔，该分隔箔用来在空间上将电极箔分隔开来。优选在电极箔堆垛4两侧分别布置有对其进行封闭的分隔箔，因此电极箔堆垛4相对于壳体部件分隔开。
在电极箔堆垛4的极侧上，分别有电极箔部段未经涂覆地从电极箔堆垛4引出，其中电极箔的该突出区域被称为电流导出接线片。
为了形成极触点4.1，同一种极性的电极箔的电流导出接线片彼此相连，即这些电流导出接线片相互联结在一起。为了形成极，电极箔堆垛4的极侧的极触点4.1与各壳体部件2.1、2.2的各内侧相连。为此，当以压制工艺和/或熔焊工艺（例如电阻电焊、超声波焊接和/或激光焊接）制造电池单体1时，极触点4.1固定在各壳体部件2.1、2.2上。
还可能的是，各极触点4.1附加地或备选地例如能够借助铆钉力锁合地固定在相应的壳体部件2.1、2.2上。
为了使两个壳体部件2.1、2.2（它们作为电池单体1的极在运行时引导同一电压）在空间上相互分离，并为了使电极箔堆垛4与第一壳体部件2.1在空间上相互分离，并为了由此实现相互电绝缘，在第一壳体部件2.1和电极箔堆垛4之间设置绝缘元件5。在电池单体1的组装状态下，该绝缘元件5以其整个外侧（即面向第一壳体部件2.1的侧面）设置在第一壳体部件2.1的内侧上，并且以其内侧（即面向电极箔堆垛4的侧面）与第二壳体部件2.2的内侧的边缘区域在边缘侧设置。
为了使电极箔堆垛4与第二壳体部件2.2电绝缘，在它们之间设置有绝缘壳6。
为此，绝缘元件5和绝缘壳6由电绝缘材料（例如塑料）构成，或至少用不导电的材料涂覆，其中绝缘元件至少在与第一和第二壳体部件2.1、2.2接触的区域中由热塑性材料构成。该绝缘元件5和绝缘壳6优选能够通过深冲制成。因为塑料的扩散阻拦效果通常不高，该扩散过程例如会导致电池单体1的电解质损失，所以该绝缘元件5优选构成为箔状。
在此，绝缘元件5的箔状结构不能在壳体部件2.1、2.2之间确保足够的电绝缘。例如由于污染和湿气可能会在壳体部件2.1、2.2之间出现电流，结果是使电池单体1出现不期望的放电并且导致短路。
因此在第一壳体部件2.1的实施例中，绝缘元件5通过壳体部件2.1、2.2中的一个的边缘得到扩大。也就是说，该绝缘元件5具有这样的尺寸，即绝缘元件在电池单体1的组装状态下在形成突出部A的情况下至少逐段地突出于第一壳体部件2.1，如同在图3A和3B中示例性示出的一样。在此，绝缘元件5的突出部A与第二壳体部件2.2的突出部A相一致。
根据在蓄电池使用寿命内出现的污染和可能的湿气渗入，该绝缘元件5以例如1.5毫米的突出部A得以扩大。由于绝缘元件5的机械灵敏性，绝缘元件5的突出部A封在第二壳体部件2.2的突出部A上。绝缘元件5的突出部A在此构成所谓的漏泄路径，它定义为两个壳体部件2.1、2.2之间的沿着绝缘元件5的自由表面（即面向电池单体1的外圆周的侧面）的最短距离。在此由于污染或湿气，沿着漏泄路径可能会出现所谓的漏泄电流，因此必须要有足够大的漏泄路径，以确保壳体部件2.1、2.2相互间的电绝缘。
绝缘元件5和绝缘壳6在其面积最大的侧面5.1、6.1上分别具有长方形的留空5.2、6.2，电极箔堆垛4的极触点4.1在安装电池单体1时能够通过它们来引导。如果电极箔堆垛4设置在绝缘元件5和绝缘壳6中，并且极触点4.1引导通过留空5.2、6.2，则这样构成的组件设置在第二壳体部件2.2中。在此，电极箔堆垛4的极触点4.1贴靠在第二壳体部件2.2的内侧上，并优选至少材料锁合地与它相连。
优选应用热压方法来封闭电池单体1，在该方法中第一和第二壳体部件2.1、2.2例如借助热压的加热压板挤压在绝缘元件5和绝缘壳6上。
图5在纵向剖面图中示出了在按本发明的第一实施例的电池单体1的经放大的局部。
电池单体1具有两个壳体部件2.1、2.2、绝缘元件5和单体框架3，以及以未详细示出的方式和方法还具有电极箔堆垛4和绝缘壳6。
为了构造空间优化地设计电池单体1，并且为了借助相对较小的构造空间需求来实现漏泄路径，该漏泄路径对于壳体部件2.1、2.2相互间的电绝缘来说是必要的，根据本发明设计为，构成为平面的第一壳体部件2.1至少逐段地在边缘侧由绝缘元件5包围。第一壳体部件2.1优选在边缘侧环绕地由绝缘元件5包围。
在此，绝缘元件5按现有技术构成为箔状，其中，绝缘元件5的突出部A1围绕至少一个边棱从第一壳体部件2.1的内侧引导到外侧上。
因此如同在本视图中可看到的一样，绝缘元件5在电池单体1的组装状态下在边缘侧具有横截面呈u形的轮廓。
换言之，该绝缘元件5的边缘侧突出部A1以几乎180度的角度从第一壳体部件2.1的内侧弯曲到外侧上，因此该突出部A1成形得与第一壳体2.1的边缘区域相一致。
图6示出了绝缘元件5在密封之前在第一壳体部件2.1的外侧上的突出部A1。该突出部A1在此具有材料回缩部（Materialrücknahme），它与第一壳体部件2.1的两个边棱的拐角相交。突出部A1优选具有四个材料回缩部，它们分别与第一壳体部件2.1的拐角相交。该突出部A1随后通过边棱安放或翻转到第一壳体部件2.1的外侧上，并且在利用其粘贴效果的情况下牢固地封在上面。
图7示出了电池单体1在组装状态下的经放大的局部，其具有绝缘元件5的折合的突出部A1。
因此，第一壳体部件2.1在边缘侧环绕地由绝缘元件5包围。
通过电池单体1的第一实施例，能够简单地制造绝缘元件5并继而简单地制造电池单体1。此外，减少了不密封的连接位置的危险。
此外，能够因此制造具有这种尺寸的第二壳体部件2.2，即它在电池单体1的组装状态下借助第一壳体部件2.1在边缘侧封闭，这可减少电池单体1的构造空间和制造成本。
图8A和8B示出了按本发明的第二实施例的电池单体1的纵向剖面图，其中图8A示出了封闭之前的电池单体1，图8B示出了封闭之后的电池单体1。
在此实施例中，绝缘元件5由两个部件7、8构成，其中第一部件7构成为平面的，而第二部件8构成为框架状。
在此，第一部件7与电池单体1的按现有技术和第一实施例的绝缘元件5类似，并且设置在第一壳体部件2.1和电极箔堆垛4之间。
此外，该第一部件7在此具有这样的尺寸，即它在电池单体1的组装状态下在形成突出部A2的情况下突出于第一和第二壳体部件2.1、2.2。在本实施例中，突出部A2以小于90度的角度在第一壳体部件2.1的方向上弯曲。
第二部件8这样设置在第一壳体部件2.1的外侧的边缘区域上，即它在形成突出部A2的情况下在边缘侧突出于第一和第二壳体部件2.1、2.2，其中第二部件8的突出部A2的尺寸与第一部件7的突出部A2的尺寸相一致。在本实施例中，第二部件8的突出部A2以小于90度的角度在第二壳体部件2.2的方向上弯曲。
绝缘元件5的部件7、8的突出部A2具有比按电池单体1的第一实施例的绝缘元件5的突出部A1更小的尺寸。
在优选通过热压来封闭电池单体1时，突出部A2至少材料锁合地这样彼此相连，即第一壳体部件2.1的边缘区域完全地或至少几乎完全地由绝缘元件5包围。因此不需要额外的密封过程，因此简化了电池单体1的制造，并且对成本有利。
绝缘元件5的部件7、8优选在材料方面是相同的，或者在材料中具有相同的电绝缘涂层。备选地还可能的是，为部件7、8应用不同的材料或涂层。
在本发明的备选的、未示出的实施例中，壳体部件2.1、2.2分别构成为壳状，其中绝缘元件5与平面构成的第一壳体部件2.1类似地在边缘侧包围壳状壳体部件2.1、2.2中的一个的边缘区域。还可考虑的是，这两个壳体部件2.1、2.2构成为平面的。
由于第一壳体部件2.1相比于现有技术是从边缘由绝缘元件5包围，所以能够减小第二壳体部件2.2以及单体框架3的尺寸。所以电池单体1是可缩小的，因此能够在制造壳体部件2.1、2.2时减少材料使用。此外由于减少了材料使用，所以可降低电池单体1的重量。
如果该电池单体1是蓄电池、尤其是车辆蓄电池的组成部分，所述蓄电池包括可预设数量的以此方式构成的电池单体1，则则其自身、也就是蓄电池壳体可以与电池单体1的尺寸相对应地得到减小，由此减小了用来布置蓄电池的构造空间需求以及蓄电池的重量。
附图标记列表：
1   电池单体
2.1  第一壳体部件
2.2  第二壳体部件
3   单体框架
4   电极箔堆垛
4.1  极触点
5   绝缘元件
5.1  面积最大的侧面
5.2  留空
6   绝缘壳
6.1  面积最大的侧面
6.2  留空
7    第一部件
8    第二部件
A、A1、A2  突出部

Claims (9)

1.一种用于蓄电池的电池单体（1），包括两个壳体部件（2.1、2.2）、单体框架（3）、设置在壳体部件（2.1、2.2）之间的电极箔堆垛（4）以及至少一个设置在壳体部件（2.1、2.2）之间的绝缘元件（5），壳体部件（2.1、2.2）借助所述绝缘元件彼此电分离，其中绝缘元件（5）具有这样的尺寸，即绝缘元件在电池单体（1）的组装状态下在形成突出部（A）的情况下至少逐段地在边缘侧突出于第一壳体部件（2.1），
其特征在于，
第一壳体部件（2.1、2.2）由绝缘元件（5）在边缘侧至少逐段地包围。
2.根据权利要求1所述的电池单体（1），
其特征在于，
所述绝缘元件（5）在边缘侧围绕至少一个边棱从第一壳体部件（2.1）的内侧延伸到外侧上。
3.根据权利要求1所述的电池单体（1），
其特征在于，
所述绝缘元件（5）一体地成形。
4.根据权利要求3所述的电池单体（1），
其特征在于，
所述绝缘元件（5）在边缘侧至少逐段地具有横截面呈u形的轮廓。
5.根据权利要求1所述的电池单体（1），
其特征在于，
所述绝缘元件（5）包括至少两个部件（7、8），其中第一部件（7）至少逐段地构成为平面的，而第二部件（8）构成为框架状。
6.根据权利要求5所述的电池单体（1），
其特征在于，
第一部件（7）以其外侧设置在第一壳体部件（2.1）的内侧上，而第二部件（8）以其内侧设置在第一壳体部件（2.1）的外侧上，其中这些部件（7、8）的突出部（A2）至少材料锁合地彼此相连。
7.根据权利要求1所述的电池单体（1），
其特征在于，
所述绝缘元件（5）由电绝缘的材料构成或至少涂覆有电绝缘的材料。
8.一种蓄电池，具有一定数量的根据权利要求1至7中任一项所述的电池单体（1）。
9.根据权利要求8所述的蓄电池，
其特征在于，
所述蓄电池是车辆蓄电池，尤其是电动车辆、混合动力车辆或用燃料电池运行的车辆的牵引电池。
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