CN104662696B - 具有用于简单变换壳体电位的组件的电池单元 - Google Patents

Abstract

提出一种电池单元，尤其锂离子电池单元，在一壳体中接收一卷绕元件和两个集电器（9）。壳体通过盖组件（15）密闭封闭。盖组件（15）的顶盖（23）具有开口（25），接触组件（19）借助于贯通引导组件（31）气密地向外引导穿过开口。设置以圆环形片（35a、35b）为形式的简单构件，其不仅与接触组件（19）而且与盖板（23）接触。圆环形片（35a、35b）针对电池元件的两个接触组件（19）设计有相同的几何形状，但是一个由能导电的材料制成且一个由电绝缘的材料制成。通过交换能从外接近的圆环形片（35a、35b）可简单和快速地确定，电池单元的壳体应当与电池单元的集电器（9）中的哪个电连接。圆环形的片（35a、35b）可以提供为非常简单的构件，类似于垫片。

Description

具有用于简单变换壳体电位的组件的电池单元

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。当然，这种传统的电池单元大多具有复杂的结构，其中，为了组装整个电池单元使用大量的不同的单个件。这样大量的具有不同形状、功能且由不同材料制成的单个件要求使用不同的制造技术和设备。此外必须在制造电池单元时始终在它们的总体性上提供大量不同的单个构件，这要求这些单个构件的制造的协调以及适当的储藏。所有这些会导致在制造电池单元时的提高的成本。

发明内容

借助于本发明的实施方式可以尤其减少用于组装电池单元所需的单个构件的数目。

提出一种电池单元、尤其锂离子电池单元，其至少具有一卷绕元件、一电解质、两个集电器和一壳体。卷绕元件具有一卷绕的堆叠件，所述堆叠件包括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。两个集电器中的每个与两个箔中的一个能导电地连接，例如焊接到其上。所述壳体具有一金属性的容器和一盖组件。所述容器上设置有一开口，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所述壳体中。所述盖组件构造用于气密地且压力密封地封闭所述容器的开口。为此，所述盖组件尤其具有一盖板。在所述盖板中设置有开口，这些开口在组装所述盖组件期间借助于其它的结构元件被封闭。尤其在所述盖组件上构造有两个贯通引导组件，以便分别使一能导电的接触组件穿过所述盖板气密地贯通引导出所述壳体。接触组件中的每个在此与集电器中的一个集电器在壳体内部中接触。电池单元的特征在于：在所述两个贯通引导组件中的每个上布置一圆环形的片，该圆环形的片不仅机械式接触所属的接触组件而且机械式接触所述盖板。在此情况下，两个圆环形的片具有相同的几何形状，也就是说，它们基本上具有相同形状和相同尺寸。所述两个圆环形的片中的第一圆环形的片例如可以由能导电的材料制成，与之相反，所述两个圆环形的片中的第二圆环形的片可以由电绝缘的材料制成。替换地，两个圆环形的片也可以都由电绝缘的材料制成。

此外描述了一种用于测试根据本发明的电池单元的壳体的不同电位状态的方法。在此情况下使所述两个圆环形的片彼此交换，在所述两个圆环形的片中，一个圆环形的片由电绝缘的材料制成并且另一个圆环形的片由能导电的材料制成。根据本发明的电池单元的以及根据本发明的测试方法的实施方式尤其基于下列构思和认识。

在电池单元的情况下可以经常是有利的是：电池单元的金属性壳体可以置于一预先限定的电位上，其方式是，该金属性壳体与接收在所述壳体内部中的两个集电器中的一个集电器电连接。为了建立这样的电连接，在常规的电池单元中大多使用大量的最大不同的构件，以便一方面建立两个集电器中的一个集电器与电池元件的壳体或该壳体的容器或电池单元的盖组件之间的电连接，并且以便另一方面使两个集电器中的另一个集电器关于所述壳体电绝缘。在此情况下，构件中的每个构造用于满足确定的功能，从而使得使用了大量具有最大不同的形状且由不同材料制成的构件。

现在提出：所述电池单元以如下方式进一步地构造，即，尤其可以最小化为所述电池单元的盖组件所需的构件的数目。

在此情况下，为了使所述两个能导电的接触组件通过所述盖板引导出而使用的贯通引导组件和/或接触组件本身以如下方式修改，即，在所述两个贯通引导组件的情况下，在接触组件的部件与盖板之间放置一圆环形的片，类似于一垫片，该圆环形的片不仅机械式接触所述接触组件而且机械式接触所述盖板。

因为为所述两个贯通引导组件所设置的两个圆环形的片应当具有相同几何形状，所以在此情况下，在邻接所述圆环形的片的区域中的贯通引导组件和接触组件的几何形状以及在接触组件与盖板之间的间隙应当是对应相同的。因为两个圆环形的片具有相同的几何形状，所以它们可以任意地彼此交换，而不必修改或交换电池单元的另外的构件，尤其是该电池单元的盖组件的另外的构件。

所述两个圆环形的片虽然在它们的几何形状方面没有区别，但是可以具有不同的能导电性。所述两个圆环形的片中的一个例如可以由一能导电的材料制成。因为该圆环形的片不仅机械式贴靠在接触组件上而且机械式贴靠在盖板上，所以由此通过所述圆环形的片提供了所述两个构件之间的电连接。所述两个圆环形的片中的第二圆环形的片可以由电绝缘的材料制成，从而使得在接触组件和盖板之间不出现电连接，而是这两个构件彼此电绝缘。所述两个圆环形的片中的第一圆环形的片例如可以由金属制成，与之相反，这两个圆环形的片中的第二圆环形的片可以由塑料制成。

因为所述两个圆环形的片在几何形状上是一致的并且由此可以简单地彼此交换，所以以简单的方式建立了盖板与两个集电器中的任意一个之间的电连接。如果所述盖板与容器电接触，那么可以以该方式使整个壳体置于处于连接中的集电器的电位上。例如为了可以快速修改和测试电池的特性，可以将两个圆环形的片彼此交换并且以该方式使所述壳体被置于所述一个集电器或另一集电器的电位上。

替换地，两个圆环形的片可以由电绝缘的材料制成，从而使得所述壳体不被置于由电池单元的部件所预先给定的电位上。

有利地，所述圆环形的片中的两个能够从壳体之外接近。由此也可以在组装完成的电池单元情况下将两个处在所述壳体之外的圆环形的片交换并且以该方式将壳体上的电位关系简单和快速地修改，其中，在组装完成的电池单元的情况下，例如盖板已经与容器焊接成一闭合的壳体。

所述两个接触组件可以除了由不同材料制成的圆环形的片之外包括相同的构件。以这种方式可以很小地保持为了所述电池单元所使用的不同构件的数目。

在一特殊的设计方案中，两个接触组件中的每个可以具有一能导电的连接销轴和一能导电的上板。所述连接销轴在所述壳体内部中贴靠在所述集电器中的一个集电器上并且由此与该集电器处于能导电的接触中。所述连接销轴穿过盖板中的一开口经由所述盖板向外伸出。所述上板在所述盖板之外贴靠在所述连接销轴上并且由此与该连接销轴建立了能导电的连接。在此情况下，两个圆环形的片中的每个分别与对应的接触组件的上板且与盖板处于机械式接触中。根据圆环形的片是由能导电的材料还是由电绝缘的材料制成的不同，通过所述圆环形的片由此提供了在上板与盖板之间的能导电的连接或使这两个构件彼此电绝缘。

在所述连接销轴和盖板之间可以在所述盖板的开口的区域中中间存放一电绝缘的环。该环可以避免直接从连接销轴朝向盖板的电连接，从而使得必要时间接经由与连接销轴处于接触中的上板和中间存放在所述上板和所述盖板之间的圆环形的片可以建立连接销轴与盖板之间的电连接。

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组件的立体视图；

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组件的横截面视图；

图4示出了根据本发明的一种实施方式的具有一电池的机动车。

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。在一稍后的时间点上，将液体电解质填入到所述容器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并且相应地出现化学能到电能及反过来的转换。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。

所述容器13的开口14借助于盖组件15被气密和压力密封地封闭。所述盖组件15在此具有多个构件，以便一方面能够实现接触组件19能够穿过所述盖组件15的盖板23并且另一方面能够实现该盖组件15包括设置在其中的接触组件19足够密封地关闭所述容器13的开口14，以便可靠阻止电解质流出或湿气进入。

接触组件19中的每个包括至少一个外置的并且用作接触面的上板21以及至少一个与所述集电器7、9中的一个处于连接中的连接销轴27。因为这些构件分别是金属性的，所以上板21中的每个通过一连接销轴27处在分别与集电器7、9中的一个的电连接中。

为了能够使接触组件19从所述壳体11内部出来地穿过所述盖板23向外贯穿引导，在盖板23中设置有开口25并且邻接所述开口地布置密封装置29和隔离装置30，从而使得通过由此形成的贯通引导组件31，接触组件19中的一个可以密闭密封地从所述壳体11内部出来地向外引导。

为了在一与第一集电器7接触的接触组件19（图1中左边）和所述盖板23之间提供一电连接，在所属的上板21和盖板23之间布置一所谓的电位板17。该电位板17常规地提供为由金属性材料制成的复杂冷锻件。

与另外的集电器9处于连接中的第二上板21通过同样复杂设计的隔离板33与盖板23分开。

替代贯通引导组件31的在图1中示出的非对称设计和在所述一个接触组件19上的所属的电位板或在所述第二接触组件19上的隔离板33，现在提出：如图2中示出的那样，用于电池单元的一盖组件15以如下方式构造，即，与所述两个集电器7、9处于连接中的接触组件19和所属的贯通引导组件31仅在用于圆环形片35a、35b的材料方面不同。

在此，所述两个圆环形片35a、35b接管这样的任务，这些任务在常规的电池单元的情况下由实施为复杂冷锻件的电位板21以及隔离板33接管。在此，两个圆环形片35a、35b实施为非常简单的构件，类似于常规的垫片并且基本上具有相同几何形状，也就是说，它们具有相同的外直径、中央开口的相同直径以及相同厚度。

如图3中细节示出的那样，在所示的实施方式中，所述盖组件15具有接触组件19以及所述贯通引导组件31。在此，所述接触组件19包括一连接销轴27，该连接销栓在它的下侧面上与集电器9接触，并且在它的外置的上端部上接合一上板21。

所述接触组件19穿过盖板23中的一开口25向外引导出。在此，在连接销轴27和盖板23之间在所述开口25的区域中中间存放一电绝缘的环37。该电绝缘的环37一方面用于连接销栓27相对于盖板23电绝缘。另一方面，该环37用于绕所述连接销栓27周围保持一环形的密封装置39，以便使所述壳体内部相对于盖板23密封并且阻止电解质会通过所述开口25向外或湿气会进入电池单元内部中。隔离装置的部件41、43用于接触组件19的和所述壳体11的部件的电分开。

所述接触组件19的构件27、21以及所述贯通引导组件31的构件37、39可以在电池单元的两个极上一致地实施。在上板21和盖板23之间中间存放一圆环形的片35a。在图3中示出的例子中，该圆环形的片35a由金属制成，从而使得产生盖板23与集电器9之间的电连接。因为该盖板23在它的边缘上与所述容器13焊接，所以以该方式使整个壳体11置于所述集电器9的电位上。

在所述电池单元的另外的极上的与另外的集电器7连接的上板21通过一电绝缘的圆环形的片35b相对于所述盖板23绝缘。

所述两个圆环形的片35a、35b可以基于它们的一致的几何形状例如在电池单元的检验阶段期间简单和快速地更换并且因此将壳体11置于所述一个集电器7或所述另外的集电器9的不同电位上。在此，所述圆环形的片35a、35b具有一简单的几何形状，类似于垫片并且因此可以与常规的电池单元的隔离板33或复杂的电位板21相比明显更简单和更成本低廉地制造。

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 (10)

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）并且使所述容器（13）的开口（14）气密和压力密封地关闭，其中，在所述盖组件（15）上构造有两个贯通引导组件（31），所述两个贯通引导组件用于气密地贯穿引导各一个能导电的接触组件（19）穿过所述盖板（23）从所述壳体（11）中出来其中，各一个能导电的接触组件与集电器（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，

在所述两个贯通引导组件（31）中的每个上布置一圆环形的片（35a、35b），所述圆环形的片不仅机械式接触对应的接触组件（19）而且机械式接触所述盖板（23），其中，两个圆环形的片（35a、35b）具有相同的几何形状，其中，所述两个圆环形的片（35a、35b）中的第一圆环形的片由能导电的材料制成并且所述两个圆环形的片（35a、35b）中的第二圆环形的片由电绝缘的材料制成。

2.根据权利要求1所述的电池单元，其中，所述电池单元是锂离子电池单元。

3.根据权利要求1或2所述的电池单元，其中，所述圆环形的片（35a、35b）中的每个能够从所述壳体（11）之外接近。

4.根据权利要求1或2所述的电池单元，其中，所述接触组件（19）中的每个具有一能导电的连接销轴（27）和一能导电的上板（21），

其中，所述连接销轴（27）在所述壳体（11）内部中贴靠在所述集电器（7、9）中的一个集电器上并且穿过所述盖板（23）中的一开口（25）经由所述盖板（23）向外伸出，并且

其中，所述上板（21）在所述盖板（23）之外贴靠在所述连接销轴（27）上，并且

其中，所述圆环形的片（35a、35b）中的每个分别与一接触组件（19）的一上板（21）并且与所述盖板（23）处于机械式接触中。

5.根据权利要求1或2所述的电池单元，其中，在所述连接销轴（27）与所述盖板（23）之间，在所述盖板（23）中的开口（25）的区域中中间存放一电绝缘的环（37）。

6.根据权利要求1或2所述的电池单元，其中，所述两个圆环形的片（35a、35b）中的第一圆环形的片由金属制成并且所述两个圆环形的片（35a、35b）中的第二圆环形的片由塑料制成。

7.根据权利要1或2所述的电池单元，其中，所述两个接触组件（19）和贯通引导组件（31）除了由不同材料制成的所述圆环形的片（35a、35b）之外由相同构件制成。

8.根据权利要求1或2所述的电池单元，其中，所述壳体（11）具有棱柱形状。

9.用于测试根据权利要求1至8之一所述的电池单元（1）的壳体（11）的不同电位状态的方法，所述方法具有：彼此交换所述两个圆环形的片（35a、35b），在所述两个圆环形的片中，一个圆环形的片由电绝缘的材料制成并且另一个圆环形的片由能导电的材料制成。

10.机动车（100），其具有一根据权利要求1至8之一所述的电池单元（1）。