CN104662708A - 具有用于壳体接触的集电器的电池单元 - Google Patents

Abstract

描述了一种电池单元，尤其是锂离子电池单元，其中，与常规的电池单元相比可以减少构件数目。该电池单元至少具有一卷绕元件、两个分别与卷绕元件的电极中的一个电极电连接的集电器以及一金属性壳体。为了能够建立卷绕元件的电极中的一个电极与所述壳体之间的电接触，集电器之一特殊地以如下方式构造和布置，即，该集电器直接与所述壳体处于机械式的以及能导电的接触中。为此，壳体接触集电器（29）可以具有一适当宽度的板形区域（35），该板形区域可以在呈直角弯曲的边缘区域（37）中面式地贴靠在电池单元的壳体的内壁上并且可以与该壳体建立电接触。

Description

具有用于壳体接触的集电器的电池单元

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的电池单元组合成多个电池组。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状的电池单元。但是，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不同的单个件。这样大量的具有不同形状、功能和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。此外必须在制作电池单元时始终在它们的整体性上提供大量不同的单个构件，这要求这些单个构件制作的协作以及适当的储藏。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小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。卷绕元件包括一被卷绕的堆叠件，所述堆叠件由一以阳极材料覆层的铜箔、一以阴极材料覆层的铝箔以及两个用作隔膜的塑料膜形成。集电器中的一个集电器由铜制成并且与卷绕元件的铜箔能导电地连接，例如焊接。第二集电器由铝制成并且与卷绕元件的铝箔能导电地连接。所述壳体具有一金属性容器和一金属性盖组件。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。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集电器中的一个集电器在壳体内部中接触。在此，所提出的电池单元的特征在于：集电器中的一个集电器以如下方式构造和布置，即，该集电器直接与所述壳体处于机械式的以及能导电的接触中。该集电器表示为壳体接触集电器。

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：

在电池单元中，卷绕元件以它的由不同金属箔和处于这些金属箔之间的隔膜构成的堆叠件与润湿该堆叠件的电解质一起用于能量的化学存储，其中，所述化学存储的能量可以通过电极上的适当的化学反应以电能的形式提供。

集电器用于：在卷绕元件的电极与引导出电池单元壳体的并且能从外部接触的接触组件之间建立电接触。为此分别将一集电器安置、优选焊接在卷绕元件的金属箔中的一个金属箔上。为了避免在一集电器与卷绕元件的一安置在该集电器上的金属箔之间的接触应力和由此产生地避免电池单元效率的减少，一集电器应当优选由与它接触的金属箔那样的相同金属制成。因为在卷绕元件中使用的金属箔必须由不同的金属制成，以便能够满足它们的对于电池单元而言的作为阳极或作为阴极的功能，所以设置在电池单元中的两个集电器由此也应当由不同的金属制成。由此，在制作电池单元时必须或至少有利的是提供集电器的两个不同的形式，这两个不同的形式至少在所使用的材料方面是不同的。

还观察到在电池单元的情况下可以是有利的是：所述金属性壳体被置于就像其中接收的卷绕元件的电极之一那样的相同的电位上。为了实现该目的，在常规的电池单元中大多使用附加的构件，这些附加的构件应当引起贯穿引导穿过所述盖组件的接触组件与所述金属性盖组件之间的电连接。在此因为必须确保朝向所述盖组件进而朝向与该盖组件处于电接触中的壳体地仅仅建立与卷绕元件的电极中的仅一个电极的电接触，以便避免电池单元的短路，所以必须涉及适当的预备。尤其地，分别与接收在壳体内部中的集电器中的一个集电器处于接触中的两个接触组件必须要么以不同方式构建，要么必须提供不同的附加构件，以便确保两个接触组件中的仅一个接触组件与盖组件或壳体电接触。这意味着必须提供大量不同的构件。

现在从前面阐释的出发会认识到：电池单元的两个集电器无论如何都必须以两个不同的设计方案来提供，与之相反，电池单元的尤其就像它们的接触组件那样的、不与电解质直接接触的另外的部件原理上可以由相同的材料制成，从而使得对于这些部件而言不是绝对必须提供不同的构件。

因此提出：电池单元的集电器适当地设计，从而使得借助于所述集电器中的一个集电器创立了壳体与电极中的一个电极之间的电接触。为此，所述集电器中的一个集电器构造为壳体接触集电器并且在它的形状上以如下方式适配，即，在组装完成的电池单元中产生该集电器和壳体之间的机械式的并且能导电的接触。另外的集电器以如下方式构造，即，不产生与壳体的这样的机械式的以及能导电的接触。与之相应，利用两个待提供作为不同构件的集电器已经可以实现：将电池单元的壳体置于卷绕元件的电极之一的电位上，而为该目的不必提供其他的构件。

优选地，所述壳体接触集电器以如下方式构造，即，它直接与容器机械式地并且能导电地接触。此外，所述壳体接触集电器优选以如下方式构造，即，它不与盖组件机械式地并且能导电地接触。因为所述容器和所述盖组件在电池单元组装完成时无论如何有规律地彼此处于电接触中，所以足够的是：与这两个部件中的一个部件建立与卷绕元件的内置电极中的一个的接触。在此，借助于所述壳体接触集电器的电接触相对于容器与相对于盖组件相比可以大多较简单地实现。此外可以在容器还打开的情况下可视地检查壳体接触集电器是否正确地装配并且与容器建立了预期的接触，与之相反，在会建立与盖组件的接触的壳体接触集电器的情况下，这样的检查至少在视觉上不再可行，如果所述盖组件闭合了所述壳体。

在一有利的设计方案中，所述壳体接触集电器具有一板形区域，所述板形区域平行于所述盖组件延伸并且所述板形区域以它的边缘与所述容器的内表面处于机械式的以及能导电的接触中。一般性地，电池单元的集电器经常具有L形状，其中，长腿沿电池单元的纵向方向，也就是平行于所述电池单元的壳体的侧壁延伸并且与卷绕元件的金属箔中的一个金属箔焊接，与之相反，较短的腿横向于此地并且平行于所述盖组件延伸。较短的腿在此大多被向外去地贯穿引导穿过所述盖组件的接触组件接触。集电器在此可以以简单的方式例如由一板材弯出并且由此是一件式的。集电器的较短的腿在此情况下可以简单地以适当的方式构造有板形区域，从而使得该较短的腿在电池单元组装好的情况下机械式地碰到壳体上、优选容器上并且与其建立一电接触。

在此，壳体接触集电器的板形区域的宽度可以优选地以如下方式定尺寸，即，该宽度相应于容器的两个相对置的内壁之间的宽度。由此，所述壳体接触集电器在装入所述壳体中时以它的边缘与壳体的内壁接触并且在此支撑在容器的两个相对置的内壁上。

在此，所述壳体接触集电器的板形区域的边缘区域可以朝平行于容器的侧壁的方向弯曲。这样的弯曲例如可以以90°的角度进行。通过弯曲的边缘区域可以实现：壳体接触集电器的板形区域不以构成该板形区域的板材的锐利棱边碰到所述壳体上，而是以弯曲的边缘区域大面积地贴靠在所述壳体上。由此可以避免局部的、过量的面挤压。尤其当不仅壳体而且集电器由金属板材构成并且所述壳体接触集电器的金属板材具有与壳体的金属板材不同的厚度并且由此也具有不同的机械稳定性时，于是可以通过所述壳体接触集电器的板形区域的边缘区域的适当构造来避免由于过量面挤压的在所述壳体接触集电器和/或壳体上的损坏。

电池单元的被描述的特征以及电池单元的部件的设计方案、尤其所述集电器尤其适合于在电池单元中使用，这些电池单元的壳体具有棱柱形状。

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壳体接触集电器的立体视图；

图3示出了穿过根据本发明的一种实施方式的电池单元的截面视图；

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置入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和相应地出现化学能到电能以及反过来的转换。所述容器13由金属板材制成，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。

所述接触组件19在此用于建立外置的接口21与布置在所述壳体11内部中的集电器7、9之间的电接触。在此情况下，为了能够将壳体11置于就像集电器7、9之一那样的相同的电位上，在常规的电池单元中，两个接触组件19配备有多个彼此不同的单个构件。例如在接触组件19中的一个接触组件上设置一能导电的电位板17，该电位板建立所述接触元件21与一与容器13焊接的金属性盖板23之间的电接触。在另外的接触组件19上替代于此地设置一电绝缘的构件28，以便阻止在所配属的集电器9或者说因此处于接触中的接触组件19一侧与所述盖板23另一侧之间的电接触。

为了能够避免用于接触组件的多个单个构件的所描述的必要性，现在提出：两个集电器7、9中的一个集电器特殊地构造为壳体接触集电器29，就像它例如在图2中示出的那样。附加于可以利用设置在卷绕元件3中的金属箔被焊接的两个腿31，L形的壳体接触集电器29在一为此呈直角伸出的第二腿33上具有一板形区域35。该板形区域35具有这样的宽度d，该宽度例如相应于容器13的内几何尺寸的宽度。板形区域35的边缘区域37例如以90°向上弯角。

如图3中示出的那样，置入容器13中的壳体接触集电器29以板形区域35的向上弯角的边缘区域37面式地与容器13的内壁接触。在此情况下，所述边缘区域37可以在容器13的相对置的壁41之间夹住并且由此使与所述容器13的机械式的和电的接触稳定化。

通过边缘区域37平行于所述容器13的内壁41延伸并且可以紧靠到所述内壁上，避免了壳体接触集电器29与接触该壳体接触集电器的容器13之间的过量面挤压，从而使得可以很大程度上阻止局部损坏。

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），尤其锂离子电池单元，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铜箔、一以阴极材料覆层的铝箔以及两个用作隔膜的塑料膜形成，

一电解质，

一由铜制成的集电器（7），该集电器能导电地与所述铜箔连接，

一由铝制成的集电器（9），该集电器能导电地与所述铝箔连接，

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）和两个所述集电器（7、9）置入到所述壳体（11）中，

其中，所述盖组件（15）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，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）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，

所述集电器中的一个集电器（7）作为壳体接触集电器（29）以如下方式构造和布置，即，该集电器直接处在与所述壳体（11）的机械式的以及能导电的接触中。

2. 根据权利要求1所述的电池单元，其中，所述壳体接触集电器（29）直接处在与所述容器（13）的机械式的以及能导电的接触中。

3. 根据权利要求1或2所述的电池单元，其中，所述壳体接触集电器（29）不直接与所述盖组件（15）处于机械式的以及能导电的接触中。

4. 根据权利要求1至3之一所述的电池单元，其中，所述壳体接触集电器（29）具有一板形区域（35），所述板形区域平行于所述盖组件（15）延伸并且所述板形区域以它的边缘与所述容器（13）的内表面处于机械式的以及能导电的接触中。

5. 根据权利要求4所述的电池单元，其中，所述板形区域（35）具有这样的宽度（d），该宽度相应于所述容器（13）的两个相对置的壁（41）之间的宽度。

6. 根据权利要求4或5所述的电池单元，其中，所述壳体接触集电器（29）的板形区域（35）的一边缘区域（37）朝一平行于所述容器（13）的侧壁（41）的方向弯曲。

7. 根据权利要求1至6之一所述的电池单元，其中，不仅所述壳体（11）而且所述集电器（7、9）由金属板材构成，并且其中，所述壳体接触集电器（29）的金属板材具有与所述容器（13）的金属板材不同的厚度。

8. 根据权利要求1至7之一所述的电池单元，其中，所述集电器（7、9）是一体式的。

9. 根据权利要求1至8之一所述的电池单元，其中，所述壳体（11）具有棱柱形状。

10. 机动车（100），其具有一根据权利要求1至9之一所述的电池单元（1）。