CN104810523B - 具有至少一个电极集合的蓄电池单池 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有至少一个电极集合(12)的蓄电池单池(10)，所述电极集合通过集流体(14；16、18)电触通。所述集流体(14；16、18)在插入到所述至少一个电极集合(12)中的状态下具有相当于所述电极集合(12)的一小部分厚度(54)的偏移(52)。

Description

具有至少一个电极集合的蓄电池单池
技术领域
本发明涉及一种具有至少一个电极集合的蓄电池单池，所述电极集合通过集流体电触通。本发明此外涉及一种用于将电极集合与集流体接合起来以制造蓄电池单池的方法。
背景技术
US 2008/0107961公开了一种具有构造成绕组的电极集合的蓄电池单池。在电极集合上，电池绕组上的无涂层部位与集流体材料锁合地连接、尤其焊接，其中集流体使蓄电池单池的接线端子触通。电极集合通过从侧面插入到绕组内的支承件支承在壳体内。
DE 10 2012 217 605涉及一种具有用于电极集合的集流体的至少一个保持件的系统以及一种用于制造这种系统的方法。
通过对锂离子蓄电池单池的机械作用，例如在发生故障时通过振动和诸如此类的现象出现机械冲击的情况下，会导致蓄电池单池的内部出现内部短路。这还会造成以下后果，即由于短路使蓄电池单池明显受热并且由于蓄电池单池内部的温度上升而引发连续反应，导致出现气态的破坏性产物。蓄电池单池内部的受热和气体产生会导致蓄电池单池通过一般设计成防爆阀的、规定的安全阀排气。
发明内容
依据本发明提出一种具有至少一个电极集合的蓄电池单池，所述电极集合通过集流体电触通，其中所述集流体在插入到蓄电池单池的至少一个电极集合中的状态下具有相当于所述电极集合的一小部分厚度的偏移。
通过依据本发明提出的一种设计方案说明了，通过集流体的偏移更好地防止蓄电池单池出现短路。其中尤其无需安装附加的材料或附加的零件。
在基于本发明构思的另一设计方案中，集流体包括第一和第二集流体部分。所述集流体部分也被称为集流体尖。集流体的所述两个集流体部分由不同的材料制成，其中第一集流体部分例如能够由铜制成，并且另一第二集流体部分由铝或铝合金制成。
在基于本发明构思的另一设计方案中，集流体的偏移优选相当于至少一个电极集合的厚度的25％到50％。由此确保集流体的偏移的末端保留在所述至少一个电极集合的材料内或者在该材料内在与蓄电池单池的壳体壁的间距方面存在足够的缓冲，在蓄电池单池的壳体机械变形的情况下，所述缓冲避免了集流体的偏移的末端与金属壳体的内壁触通。
在依据本发明提出的解决方案的另一设计方案中，集流体或者说第一和第二集流体部分的偏移设置在弯曲区域内部并且通过在集流体或者说相应的集流体部分的材料中构造凹口得以支持。所述凹口在集流体或者说这两个集流体部分的材料内形成集流体的材料薄弱部位，从而使得所述集流体能够很容易弯曲。因此能够简单地制造集流体的伸入到电极集合内的末端的偏移。所述凹口在集流体或者说所述两个集流体部分的材料内以相当于集流体或者说所述集流体部分的材料厚度的例如50％到65％的凹口深度构造。
作为替代方案也存在下述可行方案，即在没有构造凹口的情况下，集流体或者说所述集流体部分的末端简单地以优选在10°到45°之间的范围内、优选25°的角度弯曲。
依据本发明提出的解决方案，提供一种用于将电极集合与集流体接合起来的方法，由此能够将集流体与蓄电池单池连接起来并实施以下方法步骤。首先，在弯曲区域内将凹口引入到集流体或者说多部分集流体的各部分的材料内。随后，在集流体或者说所述集流体部分的末端与其不弯曲的部分之间形成第一错移的情况下，在集流体或者说所述集流体部分的弯曲区域内形成S形的弯曲或单一的弯曲。此后，将如此制造的、具有偏移的末端的集流体或者说集流体部分预先沿接合方向插入到所述至少一个电极集合内。随后，在集流体与电极集合之间制造材料锁合的连接。此前提到的、集流体或者说所述集流体部分与电极集合之间材料锁合的连接例如通过超声波焊接制造。电极集合与集流体或者说所述集流体部分之间材料锁合的接合部位处于集流体或者说所述集流体部分材料内所述偏移上方的直线段内。随后，将集流体的具有第一错移的末端弯回到被弯回的第二偏移上。
集流体或者说所述集流体部分的末端区域的较小的第二偏移尤其相当于电极集合的厚度的33％到50％。
通过依据本发明提出的解决方案能够以有利的方式实现了，在振动的情况下或则在发生故障时出现机械冲击的情况下防止蓄电池单池内部出现内部短路，因为集流体或者说所述集流体部分的偏移的末端与蓄电池单池的环绕至少一个电极集合的壳体保持了足够的间距。这通过以下方式实现，即集流体或者说所述集流体部分的末端所显示出的偏移仅仅相当于所述至少一个电极集合的一小部分厚度，从而使得集流体或者说所述集流体部分的偏移的末端与蓄电池单池的壳体的内侧之间保留有电极集合的材料区，该材料区是集流体的偏移的末端与壳体内侧之间的安全间距。例如在发生故障的情况下蓄电池单池机械变形时，蓄电池壳体的内侧与集流体或者说所述集流体部分的偏移的末端之间的间距用于避免集流体或者说所述集流体部分的末端与蓄电池单池的壳体内侧之间触通。
附图说明
下面借助附图对本发明进行详细说明。其中：
图1示出带有两个具有S形弯曲的集流体部分的集流体；
图2示出其末端以一种角度弯曲的集流体；
图3示出插入电极集合内的集流体；
图4示出具有凹口和材料薄弱部位的集流体；
图5示出在与电极集合接合之前设有偏移的集流体；并且
图6示出在插入到电极集合内的状态下弯回的集流体末端。
具体实施方式
根据图1的示图示出了带有两个分别具有S形弯曲的集流体部分或集流体尖的集流体。
图1以简化的示图示出集流体14，其包括第一集流体部分16以及第二集流体部分18。第一集流体部分16也被称为第一集流体尖，第二集流体部分18也被称为第二集流体尖。图1示出集流体14的两个集流体部分16、18在根据图1的示图平面上、也就是Z/X平面上具有S形的弯曲22。所述S形的弯曲22分别在弯曲区域内具有第一弯曲24以及第二弯曲26。由此在第一集流体部分16或者说第二集流体部分18的直线段21与两个集流体部分16、18的具有错移28的末端20之间形成采用附图标记28标注的错移。图2示出其末端以一种角度弯曲构造的集流体。
由根据图2的俯视图中能够看出，在这里所示的、同样具有第一集流体部分16和第二集流体部分18的集流体14中，集流体部分16、18的相应的末端20以角度32弯曲。在集流体14的第一集流体部分16以及第二集流体部分18的没有被削弱的材料内形成单一的弯曲30。从示出在Z/X示图平面中的集流体部分16、18的、根据图2的视图中能够看出，在该实施变型方案中，所述两个集流体部分16、18的末端20与这两个集流体部分16、18的保留在单一的弯曲30上方的直线段21之间也形成错移28。图3示出插入到蓄电池单池的电极集合内的集流体。
图3以示意的方式示出作为蓄电池单池10的一部分的电极集合12。蓄电池单池10是锂离子电池的蓄电池模块或蓄电池组的一部分，所述锂离子电池作为混合动力车或电动车的牵引电池使用。从根据图3的示图中能够看出，包括第一集流体部分16以及第二集流体部分18的、变形的集流体14部分地插入到蓄电池单池10的电极集合12内。图3示出，所示的集流体部分16、18具有包括第一弯曲24和第二弯曲26的S形弯曲22。此外，图3还示出集流体部分16、18的直线段21分别在接合部位34上与电极集合12连接。图4示出在Z/X平面中具有凹口或材料薄弱部位的集流体。
集流体14的集流体部分16、18一般情况下由不同的材料制成。作为所述材料一般情况下考虑铜或铝或者说铝合金。图4示出第一集流体部分16或者说第二集流体部分18的材料具有材料厚度36。材料厚度36通常处于0.4mm到3mm之间。集流体14的阳极一般情况下由铜制成，而集流体14的阴极则通常由铝制成。图4示出，在集流体部分16、18的下部区域内在弯曲区域38的内部，将凹口40引入到集流体部分16、18的材料内。通过引入凹口40，在集流体部分16或者说18的材料内形成通过附图标记44标注的材料薄弱部位。材料薄弱部位44相当于在集流体部分16、18的材料内构成凹口40所用的凹口深度42。通常凹口40在集流体部分16或者说18的材料内的凹口深度42最大为集流体部分16或者说18的材料厚度36的65％。
图5示出在与电极集合接合之前设有偏移的集流体。
由根据图5的示图中能够看出，集流体14的在图4中尚未变形地示出的、但在这里已经设有凹口40的第一集流体部分16以角度32弯曲，从而在第一集流体部分16的直线段21与其末端20之间形成第一错移50。在图5中能够清楚看出，凹口40在所示的第一集流体部分16的材料内受到挤压并且有利于第一集流体部分16的末端20相应地在弯曲区域内的偏移。取决于凹口40的凹口深度42的、保留的材料薄弱部位44如图5中所示在第一集流体部分16的偏移状态下保持不变。
这样变形的第一集流体部分16沿接合方向46基本上沿着至少一个电极集合12的对称轴线48插入。在图5中，那条对称轴线采用附图标记48标注，电极集合12的厚度通过附图标记54标注。
图6示出在弯回并且插入到电极集合内的状态下的集流体部分的末端区域。
根据图6的示图在Z/X平面中示出，第一集流体16的末端20从原本在其上形成的第一错移50弯回到被弯回的第二错移52、也就是较小的第二偏移52。所述被弯回的第二错移52在图6所示的状态下仍最大相当于根据图6示图所示电极集合12的厚度54的三分之一。电极集合12的深度通过附图标记56标注。第一集流体部分16的末端20的被弯回的第二错移52与电极集合12的厚度54的对照表明，电极集合12与第一集流体部分16的被弯回的末端20之间保留有间距，该间距相当于图6示图所示电极集合12的厚度54的三分之一。
由根据图6的示图能够看出，在也被称为集流体尖的第一集流体部分16上形成被弯回的第二错移52的情况下，与集流体部分16、18的、图5所示的状态相比，凹口40进一步加大，其中在图5所示的状态下，在末端20与集流体部分16或者说18的未弯曲的、基本上直线延伸的段21之间形成第一错移50。在图5和6中所示的、分别相应于第一错移50和被弯曲的第二错移52的这两种状态下，材料薄弱部位44相对于凹口40的基部是一致的。附图标记48表示电极集合12的对称轴线，位置42表示与图5所示的那个凹口深度相同的凹口深度。第一集流体部分16的偏移的部分在接合之后、也就是在直线段21内通过焊接制造材料锁合的接合部位34之后也能够例如通过多次弯曲折断或切断。
本发明并不局限于所述实施例和其中所强调的方面。实际上在通过权利要求所提供的范围内，能够产生多种在本领域技术人员所涉及的范围内的变化方案。

Claims (12)

1.具有至少一个电极集合（12）的蓄电池单池（10），所述电极集合通过集流体（14；16、18）电触通，其特征在于，所述集流体（14；16、18）在插入到所述至少一个电极集合（12）中的状态下在所述电极集合（12）内具有相当于所述至少一个电极集合（12）的一小部分厚度（54）的偏移（52），从而使得所述集流体的偏移的末端与蓄电池单池的壳体的内侧之间保留有电极集合的材料区。
2.按权利要求1所述的蓄电池单池（10），其特征在于，所述集流体（14）具有分别由不同材料制成的第一或第二集流体部分（16、18）。
3.按权利要求1或2所述的蓄电池单池（10），其特征在于，所述集流体（14；16、18）的偏移（52）相当于所述至少一个电极集合（12）的厚度（54）的25%到50%。
4.按权利要求1或2所述的蓄电池单池（10），其特征在于，所述集流体（14；16、18）在弯曲区域（38）内具有凹口（40）。
5.按权利要求4所述的蓄电池单池（10），其特征在于，所述凹口（40）在所述集流体（14；16、18）的材料中形成材料薄弱部位（44）。
6.按权利要求5所述的蓄电池单池（10），其特征在于，所述凹口（40）以相当于所述集流体（14；16、18）的材料厚度（36）的50%到65%的凹口深度（42）构成。
7.按权利要求1或2所述的蓄电池单池（10），其特征在于，所述集流体（14；16、18）的末端（20）以在10º到45º之间的角度（32）弯曲。
8.按权利要求7所述的蓄电池单池（10），其特征在于，所述集流体（14；16、18）的末端（20）以25º的角度（32）弯曲。
9.用于将电极集合（12）与集流体（14；16、18）接合起来以制造蓄电池单池（10）的方法，所述方法具有以下方法步骤：
a) 在所述集流体（14；16、18）的末端（20）与所述集流体（14；16、18）的直线段（21）之间形成第一错移（50）的情况下，在弯曲区域（38）内形成S形的弯曲（22）或单一的弯曲（30），
b) 将带有末端（20）的第一错移（50）的集流体（14；16、18）沿接合方向（46）插入到所述至少一个电极集合（12）中，
c) 在所述集流体（14；16、18）与所述至少一个电极集合（12）之间制造接合部位（34），并且随后
d) 将所述集流体（14；16、18）的具有所述第一错移（50）的末端（20）在所述电极集合（12）内弯回至被弯回的第二错移（52），从而使得所述集流体的偏移的末端保留在所述至少一个电极集合的材料内。
10.按权利要求9所述的方法，其特征在于，所述被弯回的第二错移（52）相当于所述电极集合（12）的厚度（54）的33%到50%。
11.按权利要求9或10所述的方法，其特征在于，在所述集流体（14；16、18）的弯曲区域（38）中引入凹口（40）。
12.按权利要求1到8中任一项所述的蓄电池单池（10）的用途，用于混合动力车或电动车。
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