CN105378966A - 容纳装置、电池以及机动车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于至少一个电极组件(20)的容纳装置。在这里，所述容纳装置包括金属壳体(130)和金属盖子，它们分别呈棱柱形状，该棱柱形状具有底面、侧壁和与底面对置的开口。在这里，所述盖子的底面比所述壳体(130)的底面大，大的程度至少相当于所述盖子的侧壁的壁厚。所述容纳装置的特征在于，在所述壳体(130)或者所述盖子的开口的边缘上设有用于测量至少一个测量参数的装置(180)，其中，所述测量参数是电压和/或电流强度和/或温度。

Description

容纳装置、电池以及机动车辆
技术领域
本发明涉及一种用于电池电芯的电极组件的容纳装置、一种电池以及一种机动车辆。所述电池电芯优选是锂离子电池电芯。
背景技术
用于电池电芯的电极的容纳装置在使用中的形式为所谓的硬壳(＝Hardcase)。这样的容纳装置可以包括壳体(＝Can)，该壳体由金属制成并且呈棱柱形，该棱柱形具有底面、侧壁和与底面对置的开口。位于棱柱形壳体中的电池电芯也被称作棱柱形电池电芯。
与壳体相匹配，硬壳具有盖子(＝CapPlate)。该盖子在制造过程中与壳体焊接，例如通过激光焊接。壳体的侧壁的壁厚在这里通常在0.4mm到1.5mm之间，该盖子一般具有0.6mm到2mm的厚度。
在硬壳中，电池电芯的电极被实施为电极卷包，其中，电极通过设置在电极之间的隔离物隔开。电极卷包在这里被实施成使得阳极的一部分在一边伸出而阴极的一部分在另一边伸出，并且伸出部分用作集流体的连接片。集流体与绝缘地被引导穿过盖子中的开口的端子连接。
硬壳提供良好的保护免受外部影响(特别是、但不仅仅是锂离子电芯对于该外部影响是敏感的)，比如湿气、冲击、渗透或者空气。
作为硬壳的替代实施方式，已知这样的电池电芯，它们的电极被具有涂层的金属薄膜包裹。具有被金属薄膜包裹的电极的电池电芯也被称作软包电芯(PouchCell)。电极可以是由电极对构成的电极堆栈或者电极卷包。相对于硬壳，软包电芯使得电池电芯所占体积的更大部分能够用活性材料填充。
公开文献DE102008010837A1和要求所述公开文献优先权的国际申请WO2009/103522A1描述了一种具有电池壳体的锂离子高压电池。电池壳体包括壳体下部和壳体上部，壳体上部可以外领式地套装到壳体下部上。在这里，在壳体下部与壳体上部之间可设有密封件，该密封件将壳体密封并且用于将各壳体部分相互固定。设置在电子结构单元上并且通过壳体下部中的切口向外伸出的高压插头允许受控地从电池提取或者向电池供给能量。该电子结构单元在这里用于电芯电压监测、电池控制和/或用作保险元件。
用于产生交变电压的高功率电池系统常常包括也称作逆变器的反向换流器，该反向换流器具有在并联电流支路上串联设置的功率开关。如果这种电池系统的逆变器包括三个或更多的并联电流路径，那么电池系统可以被设计成直接用于向适合于产生扭矩的机器馈电以驱动混合动力汽车或者电动汽车。这样的电池系统也被称作牵引电池系统或者简称为牵引电池。
在这里，在功率开关中，以寄生电感形式储存在电池中的能量的一部分在开断过程中被转换成热量。这通过冷却作用来抵制。
发明内容
根据本发明，提供一种容纳装置、一种电池以及一种机动车辆。该容纳装置适合用于至少一个电极组件，其中，该容纳装置包括金属壳体和盖子，它们分别具有棱柱形状，该棱柱形状具有底面、侧壁和与底面对置的开口。在这里，盖子的底面比壳体的底面大，大的程度至少相当于壳体的侧壁的壁厚。该容纳装置的特征是，在壳体或者盖子的开口的边缘上设有用于测量至少一个测量参数的装置，其中，测量参数是电压和/或电流强度和/或温度。
通过盖子和壳体的相应的棱柱形状以及盖子的相对于壳体底面相应更大的底面，可以将盖子外领式地套装在壳体上。因此，在将电极组件设置在壳体中之后，可以通过套上盖子并且然后密封来容易地封闭壳体，其中，电极组件的端子可以在盖子与壳体之间在测量装置的两侧被绝缘地向外引出，从而可以简单地将测量装置与端子连接。
在一种实施方式中，在测量装置的两侧，在所述边缘上可以设有切口，以便能够更加容易地将电极组件的端子向外引出。
在切口中可以设有绝缘件，该绝缘件适合于使通过切口被向外引出的端子与壳体和/或盖子电绝缘。于是可以容易地使端子与容纳装置绝缘。
根据本发明介绍的电池包括位于根据本发明介绍的容纳装置中的至少一个电极组件。在这里，壳体借助于盖子被密封，并且电极组件的端子在盖子与壳体之间被绝缘地向外引出。
在电池的一种实施方式中，电极组件的每个电极可以具有条状极耳(＝Tab)，其中，相同极性的电极的条状极耳分别可以被连接成一个端子。这是一种特别简单的实现电池端子的方式。
附加地或者替代地，电极组件可被卷绕成多层式包装薄膜。包装薄膜有利地用作一个电池层。
壳体可以借助于激光焊接或者借助于纳米成型技术(＝NanoMouldingTechnology，“NMT”)与盖子连接。这些是简单且有效的封闭形式。
此外，密封装置可以包括密封凸缘，该密封凸缘包括实心金属玻璃和/或金属合金。密封凸缘允许在功率较低的情况下进行激光焊接。
密封装置还可以包括膏，其中，膏是陶瓷膏或者玻璃膏。这是一种简单且有效的替代封闭形式。
根据本发明介绍的机动车辆包括至少一个根据本发明介绍的电池。
优选地，电极组件包括锂离子电池电芯的电极。
本发明的有利的改进方案在从属权利要求中给出并且在说明书中进行描述。
附图说明
根据附图和随后的描述对本发明的实施例进行详细说明。在附图中：
图1示出了根据现有技术的软包电芯，
图2示出了根据现有技术的棱柱形电芯，
图3示出了根据现有技术的棱柱形电芯的壳体，
图4示出了根据现有技术的棱柱形电芯的盖子，
图5示出了根据现有技术的棱柱形电芯的带有端子和集流体的盖子，
图6示出了根据现有技术的电极堆栈，
图7示出了根据本发明的具有电极堆栈的容纳装置的壳体的示例性实施方式，
图8示出了根据本发明的具有电极卷包的容纳装置的壳体的示例性实施方式，以及
图9示出了根据本发明的示例性地安装有盖子的容纳装置的壳体的示例性实施方式。
具体实施方式
在图1中示出了根据现有技术的电极组件10，形式为电极堆栈20，该电极堆栈多层地被包装在金属薄膜30中。电极堆栈20包括阳极薄膜和阴极薄膜。每个阴极薄膜和每个阳极薄膜具有未被绝缘的条状极耳(＝Tab)41、51。同一极性的极耳41、51被连接成电极堆栈的端子。
在图2中示出了根据现有技术的电极组件110，形式为电极卷包120，该电极卷包设置在带有盖子160的壳体130中。电极卷包120由阳极薄膜150、阴极薄膜140和设置在阳极150与阴极140之间的隔离薄膜构成。阳极150和阴极150在这里通过集流体与负端子151或者说壳体130连接。在盖子中设有用于负端子151的开口161，其中，密封凸缘162使盖子160相对于负端子151绝缘。另外，在盖子中设有用于安全阀的开口。
图3示出了根据现有技术的棱柱形电芯的壳体。这样的壳体130也被称作“Can”并且由金属制成。它的形状是棱柱形，在所示例子中为具有圆角的矩形。与底面对置的是一开口，该开口通过具有壁厚131的侧壁的上边缘形成，这些侧壁的下边缘与底面邻接。
图4示出了根据现有技术的棱柱形电芯的盖子160，该盖子具有用于阀162的开口，通过该阀，在超过极限值的情况下在容纳装置中产生的压力可以被泄放。其他的开口供电极端子贯穿。
图5示出了根据现有技术的棱柱形电芯的盖子160，该盖子带有端子141、151。端子141、151通过密封绝缘件170与盖子电隔离并且与集流体163电连接。集流体本身可以与电极卷包110的电极140、150连接。
图6详细地示出了根据现有技术的电极堆栈。电极堆栈20由单个电芯15构成，这些单个电芯本身各由一个阳极薄膜、一个阴极薄膜和设置在阳极50与阴极40之间的隔离薄膜45构成。每个阴极薄膜和每个阳极薄膜具有未被绝缘的条状极耳(＝Tab)41、51。同一极性的极耳41、51被连接成电极堆栈的端子。
图7示出了根据本发明的容纳装置的壳体130的一种示例性实施方式，在壳体130中具有电极堆栈20。壳体130具有鞋盒(＝Shoebox)的棱柱形状，该棱柱形状具有底面、与底面垂直的侧壁以及与底面对置的开口。在所示例子中，底面大于侧面，从而具有与底面相当的尺寸的电极可以在底面中堆叠。此时，堆叠方向与底面的法线平行。具有平行侧面的配置也是可行的，从而由尺寸与平行侧壁相当的电极构成且堆叠方向与底面的法线垂直的电极堆栈可以被插入壳体中。
壳体130在所述开口的边缘上或者在该边缘附近具有用于测量至少一个测量参数(例如电芯电压)的测量装置180，该测量装置通过接触件181、182与电极堆栈20的电极的极耳41、51电连接，例如通过(比如利用超声波的)钎焊、或者熔焊或者另外的方法。其他的例如对温度和/或电流强度的测量也是可行的。极耳41、51经过壳体130的开口的边缘尽可能靠近所述装置180并且在所述装置180的两侧被向外引出。壳体在极耳41、51被向外引出的区域中具有(未示出的)绝缘涂层。替代地或者附加地，极耳41、51具有绝缘涂层。同样未示出的是信号接头，由所述装置180确定的测量值可以通过该信号接头进行通信。
图8示出了根据本发明的容纳装置的壳体130的一种示例性实施方式，在壳体130中具有电极卷包120。壳体130在壳体130的开口的边缘上具有用于测量至少一个测量参数的装置180。长的极耳41、51与电极卷包120的电极的连接片连接。极耳41、51又是经过壳体130的开口的边缘尽可能靠近装置180并且在装置180的两侧在具有绝缘涂层的位置上被向外引出。替代地或者附加地，极耳41、51具有绝缘涂层。用于测量温度和/或电流强度的其他装置也是可行的。通过信号接头183，由装置180确定的测量值可以与未示出的上级控制单元通信。
在实施例中，接触件181、182与极耳41、51的距离非常短并且极耳41、51之间的距离同样很短。后者使得在与例如在机动车辆中的逆变器一起使用的情况下寄生电感变得更小并且进而使得热量损失变得更少。
图9示出了根据本发明的容纳装置的壳体130的示例性实施方式，该壳体示例性地具有外领式地套装的盖子160。从外面可触及极耳41、51和信号接头183。在这里，极耳41、51在容纳装置的内部中是与电极堆栈或者还是与电极卷包电连接，这是无关紧要的。
容纳装置在这里是持久封闭的。它可以例如借助于将盖子160通过激光焊接或者纳米成型技术(＝NanoMouldingTechnology，“NMT”)与壳体130连接来封闭。壳体130借助于盖子160的密封装置也可以包括密封凸缘，该密封凸缘包括实心金属玻璃和/或金属合金。或者，容纳装置借助于膏密封，其中膏是陶瓷膏或者玻璃膏。
容纳装置可以包括至少一个装置，该至少一个装置可以是保险装置、过载保护装置或者用于排放气体的阀。
根据本发明的用于电池电芯的容纳装置的一种示例性实施方式包括壳体和盖子。壳体具有棱柱形状，该棱柱形状具有底面和与底面对置的开口。盖子适合于将该开口封闭。盖子在这里具有棱柱形状，其中，盖子的底面的尺寸不同于壳体的底面的尺寸，使得盖子可以通过形状配合连接的方式套在开口上。

Claims (10)

1.用于至少一个电极组件(20、120)的容纳装置，其中，所述容纳装置包括金属壳体(130)和金属盖子(160)，它们分别呈棱柱形状，该棱柱形状具有底面、侧壁和与所述底面对置的开口，其中，所述盖子(160)的底面比所述壳体(130)的底面大，大的程度至少相当于所述盖子(160)的侧壁的壁厚(131)，其特征在于，在所述壳体(130)或者所述盖子(160)的开口的边缘上设有用于测量至少一个测量参数的测量装置(180)，其中，所述测量参数是电压和/或电流强度和/或温度。
2.如权利要求1所述的容纳装置，其特征在于，在所述边缘上在所述测量装置(180)的两侧设有切口，通过这些切口，所述电极组件(20、120)的端子(41、51)能够被向外引出。
3.如权利要求2所述的容纳装置，其特征在于，在所述切口中设有电绝缘装置，所述电绝缘装置能够使通过所述切口被向外引出的端子与壳体(130)和/或盖子(160)电绝缘。
4.电池，所述电池具有位于如前述权利要求中任一项所述的容纳装置中的至少一个电极组件(20、120)，其中，所述壳体(130)借助于所述盖子(160)密封，并且所述电极组件(20、120)的端子(41、51)在盖子(160)与壳体(130)之间被绝缘地向外引出。
5.如权利要求4所述的电池，其特征在于，所述电极组件是电极堆栈(20)，并且所述电极组件的每个电极具有一个条状极耳(＝Tab)，并且相同极性的电极的条状极耳分别被连接成一个端子(41、51)。
6.如权利要求4或5所述的电池，其特征在于，所述电极组件被卷绕在多层式包装薄膜(30)中。
7.如权利要求4至6中任一项所述的电池，其特征在于，所述壳体(130)借助于激光焊接或者借助于纳米成型技术(＝NanoMouldingTechnology，“NMT”)与所述盖子(160)连接。
8.如权利要求4至6中任一项所述的电池，其特征在于，密封装置还包括密封凸缘，所述密封凸缘包括实心金属玻璃和/或金属合金。
9.如权利要求4至6中任一项所述的电池，其特征在于，密封装置还包括膏，其中，所述膏是陶瓷膏或者玻璃膏。
10.机动车辆，所述机动车辆具有至少一个如权利要求4至9中任一项所述的电池。
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