CN104641488B - 具有带提高的中央区域的壳体盖板的电池单元 - Google Patents

Abstract

提出一种电池单元、尤其是锂离子电池单元，其中修改了形成电池单元壳体的一部分的、常规地实施为平面板材的盖板（23），以便例如避免电池单元的极之间的由湿气造成的短路。为此，所述盖板（23）具有一中央区域（33）和一围住所述中央区域（33）的边缘区域（35），其中，中央区域（33）处在形成电池单元壳体的一部分的容器（13）的由盖板（23）待封闭的开口（14）之上，与之相反，所述边缘区域（35）在该开口（14）之内延伸。出现的湿气由此可以从平台式突出的中央区域（33）侧向朝向边缘区域（35）中的沟道（37）流出并且从那里出去地蒸发。

Description

具有带提高的中央区域的壳体盖板的电池单元

技术领域

本发明涉及一种电池单元，尤其是锂离子电池单元。本发明还涉及一种具有这种电池单元的机动车。

背景技术

电池单元，有时也叫做蓄电池单元，用于化学地存储可供使用的电能。如今已经使用电池单元用于大量移动设备的能量供给。电池单元未来应该主要用于陆上和水上的移动的电动运输工具或混合动力运输工具的能量供给，或用于固定地中间存储来自可选的能量源的电能。

为此大多情况下将大量电池单元组合成电池组。为了在此情况下尽可能高效地利用可供使用的组容积，尤其针对这种目的使用具有棱柱形的、例如立方体形状的电池单元。

由于其可能很高的能量密度、热稳定性以及缺少的记忆效应，对于要求严格的应用，例如用于机动车的存储器解决方案，大多采用一种锂离子蓄电池技术，其由于未来电动交通的高的经济意义目前正在紧锣密鼓地改进。

已经存在很多不同类型的电池单元，尤其是锂离子电池单元，以及尤其是具有棱柱形形状的电池单元。在此，电池单元的部件大多密闭密封地接收在壳体内部中。所述壳体一般包括向上敞开的容器和盖组件，盖组件上部密封地关闭所述容器。盖组件的部件大多是一盖板，该盖板在它的边缘上与容器密封连接，例如通过将盖板焊接到容器边缘上。在盖板中设置有多个开口，穿过这些开口，例如从外达到能接近的并且与内置部件电连接的接触组件。

被观察到的是：在电池单元中，尤其在湿的运行条件下会出现不希望的短路。

发明内容

借助于本发明的实施方式可以尤其减小在电池单元中短路的危险。

提出一种电池单元、尤其是锂离子电池单元，其具有一卷绕元件、一电解质、两个集电器和一壳体。所述卷绕元件由卷绕的堆叠件组成，该堆叠件由一以阳极材料覆层的例如由铜制成的第一箔、一以阴极材料覆层的、例如由铝制成的第二箔以及两个用作隔膜的塑料膜形成。所述集电器中的一个与所述卷绕元件的第一箔导电连接，例如焊接。第二集电器与所述卷绕元件的第二箔导电连接。所述壳体具有一金属性的容器和一金属性的盖组件。所述容器具有一开口，通过该开口，能够在制造所述电池单元期间将所述卷绕元件和所述两个集电器置入到壳体中。所述盖组件构造用于气密地且压力密封地关闭所述容器的开口。为此，所述盖组件尤其具有一盖板，其可以很大程度地封闭容器中的开口并且其可以用于将壳体与容器例如通过焊缝来密闭地封闭。在所述盖组件上构造有一贯通引导组件，以便使能导电的接触组件通过所述盖组件贯通引导出所述壳体，所述能导电的接触组件分别与所述集电器中的一个集电器在壳体内部中接触。所提出的电池单元的特征在于：所述盖板具有一中央区域和一围住所述中央区域的边缘区域，其中，所述中央区域在所述容器的开口之上延伸，与之相反，所述边缘区域在所述容器的开口之内延伸。

根据本发明的电池单元的实施方式尤其基于下列构思和认识：

在用于常规的电池单元的壳体中一般平面地构造封闭所述容器开口的盖板。该盖板可以为此从一金属板材中以如下方式冲制出，即，被冲制出的盖板的外轮廓基本上相应于在所述开口区域中的容器内横截面。由此可以将所述盖板的外边缘简单和密闭密封地焊接在所述容器的壁的内表面上。在所述盖板中还冲制出贯通孔，能导电的接触组件穿过所述贯通孔分别从壳体内部向外引导出所述壳体，在壳体内部，这些接触组件与集电器连接，在壳体内部，这些接触组件可以形成电池单元的极触点。

现在被观察到的是：尤其在电池单元在湿的环境中使用的那些电池单元，例如在船舶中或湿气候中使用时在电池单元的那些极接口之间会出现短路。较准确的试验已得出：这些短路可以归因于薄的水膜，该水膜例如可以通过凝结的水蒸气或通过溅水形成。在此，水会聚集在电池单元壳体的盖板上并且在最糟的情况下产生两个接触极之间的电连接。

因此提出：不将盖板平面地构造，而是构造有一中央区域和一围住该中央区域的边缘区域，该中央区域在容器开口之上延伸，所述边缘区域在容器开口之内延伸。换句话说，中央区域可以就像一平台那样伸出所述盖板的边缘区域，从而使得较高的中央区域与较低的边缘区域相比从容器内部延伸离开更远。在此情况下，中央区域可以在由容器围住的容积之外延伸，与之相反，边缘区域可以在这样的容积之内或在该容积的边界面上延伸。

所述中央区域可以至少在盖板的一部分区域上延伸，其中，该部分区域从形成正极的接触组件朝向形成负极的接触组件延伸。换句话说，中央区域应当至少在盖板的这样的部分区域中延伸，在该部分区域中，聚集的水否则会导致两个接触组件之间的短路。通过中央区域相对于边缘区域突出可以避免水在那里聚集。替代于此地，水可以从平台式突出的中央区域侧向朝向较低的边缘区域流出，在那里不会造成短路。

具有在不同水平上延伸的中央区域和边缘区域的盖板例如可以通过金属板材的冲制来制造。在此，中央区域本身可以是平面的并且必要时倒圆地设计一朝向较低的边缘区域的过渡部，以便使得从中央区域朝向边缘区域的湿气流出变得容易。替换地，中央区域也可以向外凸地构造，从而使得中央区域的中心比中央区域的边缘更远向外伸出所述边缘区域。以这种方式可以进一步支持水从中央区域向边缘区域流出。作为辅助流出，中央区域与边缘区域之间的倒圆过渡部尤其可以起作用。

所述边缘区域可以形成一向内达到容器开口中的沟道，该沟道可以作为水收集沟道起作用。由此，从中央区域流出的水可以流动到该沟道中并且在那里随时间蒸发。由此可以阻止水例如朝向相邻的电池单元流动并在那里造成损害或者水涌入围住一电池单元的壳体中，由此在那里会出现腐蚀。

所述可以具有U形横截面。该沟道的内置的侧面（Flanke），也就是该沟道的过渡到内置的中央区域中的侧面在此可以比外置的侧面更高。因此可以实现：在沟道中收集的水不会达到中央区域，这是因为其可以之前经由较低的外置侧面流出。

所述边缘区域可以在外邻接所述沟道地具有一侧向伸出的边界区域。利用该边界区域，所述盖板可以侧向邻接容器的内表面并且在那里与该内表面焊接。

电池单元的被描述的特征以及电池单元的部件、尤其盖板的设计方案尤其适合于在电池单元中使用，其壳体具有棱柱形状。

要指出的是，根据本发明的电池单元的可能的特征和优点在此参照不同的实施方式进行描述。本领域技术人员可以理解，单个的特征可以以适当的方式相互组合或替换，以便以这种方式实现其它的实施方式和可能的协同效应。

附图说明

下面参照附图描述本发明的实施方式，其中，说明书和附图不视为限制本发明。

图1示出了一锂离子电池单元的分解示图；

图2示出了根据本发明的一种实施方式用于电池单元的盖板的立体子视图；

图3示出了根据本发明的一种实施方式穿过用于电池单元的盖板的横截面；

图4示出了根据本发明的一种实施方式具有特殊构造的盖板的电池单元的立体视图；

图5示出了根据本发明的一种实施方式具有一电池的车辆。

附图仅是示意性的并且不是按照比例绘制的。相同的附图标记在附图中表示相同的或相同作用的特征。

具体实施方式

图1示出了一传统的锂离子电池单元的分解示图。能够识别出：电池单元包括多个单个的部件，这些部件必须被独立地来提供并且必须在制造期间耗费地组装。这里仅描述针对理解本发明的实施方式所需的构件和它们的特征，对于所述电池单元的其余构件不作描述。

电池单元1具有卷绕元件3，其具有一卷绕的堆叠件5，该堆叠件由一以阳极材料覆层的铜箔和一以阴极材料覆层的铝箔以及位于它们之间的塑料膜制成，所述塑料膜用作隔膜。

为了电接触，所述铜箔和所述铝箔沿着卷绕轴线在相反的方向上略微错开地相互堆叠，从而所述铜箔在一个窄侧并且所述铝箔在对置的窄侧很小地超出所述卷绕元件的相应的边缘。在所述铜箔的超出区域4处焊接一由铜制成的集电器7，从而该集电器与所述卷绕元件的阳极电连接。一由铝制成的第二集电器9焊接到所述铝箔的一对置的伸出区域上，用以建立一与所述卷绕元件3的阴极的电接触。

然后，将具有所述两个集电器7、9的卷绕元件3通过一开口14装配到一向上敞开的立方体形的容器13中。所述容器13的开口14接下来利用一盖板23封闭。为此，所述盖板23在它的边缘上在开口14的区域中与容器13的内表面焊接。接下来，将液体电解质通过盖板23中的小开口26填入到所述容器13中，该液体电解质由此与设置在卷绕元件的金属箔上的阳极材料和阴极材料接触，从而使得可以在边界面上出现在这些材料与电解质之间的预期的化学反应且相应地出现化学能到电能以及反过来的转换。所述容器13由金属板制成，以便能够尤其耐受住化学腐蚀性的电解质。

所述盖板23具有一些开口，这些开口设置用于不同的目的并且它们在组装电池单元1期间气密地封闭。例如设置两个圆形的开口25，设置在内置的集电器7、9上的连接销轴27可以通过这些开口向外引导出所述壳体，从而使得它们可以作为接触组件19的部件构成与外置的接口21的电接触。此外设置有一开口26，电解液可以通过该开口填入到所述容器13的内部中。两个另外的开口28、29用于接收爆裂片30或所谓的OSD膜31。

在图1中所示的常规的电池单元1中，盖板23是平的。该盖板可以通过简单的冲制工艺由一金属板材构成。

但是，基于该平面的设计方案以及盖板在它的边缘上焊接在容器13的内表面上，从而使得焊珠可以伸出所述盖板23的事实，会出现例如通过凝结的水蒸气在所述盖板23上聚集液体膜。这样的液体膜在最糟糕的情况下会在贯穿伸过所述开口25的销轴27之间进而在电池单元1的两个极之间造成电连接，由此出现电池单元的短路。

在图2中示出了盖板23的立体子视图，示出了该盖板可以如何被用于根据本发明的一实施方式的电池单元。图3中示出了穿过一这样的盖板23的横截面。图4示出了具有以该方式设计的盖板23的电池单元1。

就像尤其在图2和图3中明显能够识别的那样，所述盖板23具有一中央区域33和一环形围住该中央区域33的边缘区域35。所述中央区域33平台式地伸出所述边缘区域35。

就像图3中示出的那样，盖板23由此可以以如下方式布置在所述容器13的开口14中，即，所述边缘区域35虽然处在开口14之内并且边缘区域35由此可以与容器13的内表面通过焊缝39连接，但是中央区域33在所述容器13的开口14之上延伸。

所述盖板23的中央区域33可以就像这些图中示出的那样是平面的。但是也可以的是：所述中央区域向外拱曲，也就是凸地构造。中央区域与邻接的边缘区域之间的过渡部应当设计成倒圆。

所述边缘区域35可以构成向内达到所述开口14中的沟道37。该沟道37可以具有U形横截面，其中，内置的侧面38，也就是U形沟道的邻接所述内置的中央区域33的侧面可以比外置的侧面36构造得更高。在外邻接所述沟道37地设置一侧向伸出的边界区域40，该边界区域类似地就像中央区域33那样基本上竖直地，也就是平行于限界所述容器13的开口14的平面地延伸。在所述边界区域40上，所述盖板23可以与所述容器13焊接。

所述盖板23的中央区域33尤其也包含开口25，接触组件19（在图2和图3中未示出）延伸穿过所述开口。就像图4中示出的那样，由此，构成正极43的接触组件19和构成负极41的接触组件19之间的整个区域处在所述盖板23的中央区域33之内。

因为所述中央区域33比周围的边缘区域35平台式地更高，所以出现的湿气可以从所述中央区域33经由该中央区域的倒圆的过渡部流向在所述边缘区域35中构造的沟道37。湿气可以在那里聚集并且随时间蒸发。由此，正极43和负极41之间的短路的危险可以显著减少。

图4示出了一具有一电池102的机动车100，该电池由多个上述的电池单元1组成。

Claims (7)

1.电池单元（1），具有：

一卷绕元件（3），所述卷绕元件包括一卷绕的堆叠件（5），所述堆叠件由一以阳极材料覆层的第一箔、一以阴极材料覆层的第二箔以及两个用作隔膜的塑料膜形成，

一电解质，

两个集电器（7、9），在这两个集电器中，一个集电器与所述第一箔导电连接并且另一个集电器与所述第二箔导电连接，

一壳体（11），所述壳体具有一金属性容器（13）和一金属性盖组件（15），

其中，所述容器（13）具有一开口（14），通过所述开口能够在制造所述电池单元（1）期间将所述卷绕元件（3）和所述两个集电器（7、9）置入到所述壳体（11）中，

其中，所述盖组件（15）具有一盖板（23）并且将所述容器（13）的开口（14）气密地并且压力密封地关闭，

其中，在所述盖组件（15）上构造有一贯通引导组件（25），所述贯通引导组件用于气密地贯通引导能导电的接触组件（19）穿过所述盖板（23）从所述壳体（11）中出来，所述能导电的接触组件分别与所述集电器（7、9）中的一个集电器在所述壳体（11）内部中接触，

其特征在于，

所述盖板（23）具有一中央区域（33）和一围住所述中央区域（33）的边缘区域（35），其中，所述中央区域（33）在所述容器（13）的开口（14）之上延伸，与之相反，所述边缘区域（35）在所述容器（13）的开口（14）之内延伸，其中，所述中央区域（33）是向外凸的，其中，所述中央区域（33）至少在所述盖板（23）的这样的部分区域上延伸，该部分区域从形成正极（43）的接触组件（19）延伸直至形成负极（41）的接触组件（19），其中，所述边缘区域（35）构成向内达到所述开口（14）中的沟道（37）。

2.根据权利要求1所述的电池单元，其中，所述电池单元（1）是锂离子电池单元。

3.根据权利要求1或2所述的电池单元，其中，所述中央区域（33）倒圆地过渡到所述边缘区域（35）中。

4.根据权利要求1所述的电池单元，其中，所述沟道（37）具有U形横截面。

5.根据权利要求4所述的电池单元，其中，所述沟道（37）的内置的侧面（38）比外置的侧面（36）更高。

6.根据权利要求4或5所述的电池单元，其中，所述边缘区域（35）在外侧邻接所述沟道（37）具有一侧向伸出的边界区域（40）。

7.机动车（100），其具有一根据权利要求1至6之一所述的电池单元（1）。