CN105552480A - 用于电池的绝缘结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于电池（2）的绝缘结构（1），其中所述绝缘结构（1）具有多个相叠布置的分别具有层厚（S）的绝缘层（3）。所述绝缘层（3）具有拥有多个腔（4）的腔结构，其中所述腔（4）通过壁（5）与相应绝缘层（3）的相邻腔（4）分隔。所述多个绝缘层（3）具有至少一个第一层（3a）、第二层（3b）以及第三层（3c），其中绝缘层（3）相叠地布置，使得不同绝缘层（3）的相邻腔（4）垂直于层厚（S）彼此相对偏移。

Description

用于电池的绝缘结构

技术领域

本发明涉及一种用于电池、特别是锂离子电池的绝缘结构，其中绝缘结构具有多个相叠布置的分别具有层厚的绝缘层。

背景技术

为了提供电能，电池在多个不同领域中用作电流源。相对于替代的电流源，电池具有以下优点，电池几乎可以以每个大小和形状来提供并且因此特别好地适用于要求相应电流源的移动性的应用。在机动车中特别是使用可重复充电的锂离子（Li离子）电池，因为锂离子电池具有特别高的能量密度并且具有相较于其他电池低的密度和相对低的记忆效应。

特别是在移动应用中、诸如在机动车中，电池的容量与质量的比值是重要的。该比值也称为能量密度。具有较大能量密度的电池因此比具有较小能量密度的相同容量的电池更轻。因此新型电池研究中的目标是，增大电池单元的能量密度。

用于机动车的通常的锂离子电池具有直至300Wh/kg的能量密度。为了进一步提高能量密度，研究基于硫的锂离子电池或固体电池。这样的电池通常具有纯锂构成的阳极。固体电池具有以下缺点，固体电解质中的离子运输在室温下仅很缓慢地运行。因此负面地影响固体电池的总功率。为了改进离子运输因此有利的是，将固体电解质加热到60和120℃之间的温度上。为此适宜的是，电池配备壳体，该壳体除了电绝缘和对外部影响、诸如机械应力或湿气的保护之外还保证了足够的绝热。

从US2013/0288100中已知一种用于电池的壳体，该壳体保护电池单元以免机械应力以及电池周围环境中的杂质。壳体具有多层结构，其中结构的层特别是具有拥有特别高的导热系数的材料。壳体在一些位置处具有拥有低的导热系数的材料。为了提高机械强度，至少一层具有蜂窝状的结构。这样的壳体具有以下缺点，多层结构仅保证不充分的绝热，因为一些层具有特别好的导热能力并且层基本上杂乱相叠地布置。

US2012/0282496示出一种用于电池的壳体，该壳体具有用于保护电池以免机械的外部影响的框架层以及多个具有蜂窝结构的压力分布层。至少压力分布层相互连接。根据US2012/0282496的壳体具有以下缺点，其保证相对差的绝热，特别是因为框架层和压力分布层基本上杂乱相叠地布置。

发明内容

因此本发明的任务是提供一种用于电池的壳体的绝缘结构，该绝缘结构至少部分地不具有上述缺点。本发明的任务特别是提供一种用于电池的绝缘结构，该绝缘结构具有改进的绝热并且在此保护在壳体的内部中布置的电池单元以免外部的影响、诸如机械影响或湿气。

根据本发明，该任务通过根据权利要求1的、特别是特征部分中的绝缘结构以及根据权利要求10的电池壳体来解决。在从属的装置权利要求中列举本发明的优选的改进方案。在此，结合根据本发明的绝缘结构公开的全部特征也适于结合电池壳体，以及反之亦然。

根据本发明的第一方面，该任务通过用于电池的绝缘结构来解决，其中绝缘结构具有多个相叠布置的分别具有层厚的绝缘层。绝缘层具有拥有多个腔的腔结构，其中腔通过壁与相应绝缘层的相邻腔分隔。多个绝缘层至少具有第一层以及第二层，其中绝缘层相叠地布置，使得不同绝缘层的相邻腔垂直于层厚相对于彼此偏移。

绝缘结构在本发明的意义上是阻止通过其的直接的热交换并且因此也可以被称为热绝缘的结构。此外，绝缘结构优选地被构造用于承受住机械负荷。进一步优选地，该结构也是电绝缘的。同样优选地，绝缘结构是防水的。

各个绝缘层优选地已经部分地具有绝缘结构的特性。通过至少两个、最好至少三个被布置成绝缘结构的绝缘层的协作，绝缘结构具有比各个绝缘层更好的绝热。

绝缘层基本上平坦地或片状地利用底面来构造并且具有在底面的面法线方向上构造的层厚。绝缘层的底面优选地对应于绝缘结构的底面。

腔结构是具有多个壁的结构，所述壁相互连接成一个结构并且因此形成多个腔。因此相邻腔通过共同的壁彼此相隔。腔优选地是其中例如布置有周围环境中的空气的空腔。腔结构优选地通过绝缘层基本上恒定或反复地来构造，使得绝缘层具有相同形状、大小和对齐的多个腔。

绝缘结构具有至少两个、最好三个相叠布置的绝缘层。在此，相邻层的相邻腔在垂直于层厚的方向上彼此相对偏移。优选地，相邻层不具有全等相叠布置的腔。

绝缘结构的底面具有以下位置，在所述位置上两个相邻的绝缘层具有壁并且因此形成共同的壁区段。因为腔包含空气，所以从一个绝缘层到下个绝缘层的热运输通过共同的壁区段是特别高的。因此有利的是，绝缘层相叠地布置，使得两个绝缘层具有尽可能少的共同的壁区段，所述壁区段在层厚的方向上穿过两个绝缘层延伸。在此优选的是，相邻绝缘层的壁分别仅相交于点并且因此形成共同的壁区段。

这样的绝缘结构具有以下优点，通过相邻层的腔或壁的偏移，仅仅两个相邻层的壁的交点具有仅仅少的共同的壁区段，所述壁区段穿过两个层延伸。因此，通过相邻绝缘层的壁的直接的热交换在层厚的方向上仅仅在绝缘结构的少的位置处是可以的。

优选的是，多个绝缘层具有至少一个第三层，其中绝缘层相叠地布置，使得不同绝缘层的相邻腔垂直于层厚相对于彼此偏移。在该特别优选的实施方式中，绝缘结构具有至少三层，所述层相叠布置。在此，相邻层的相邻腔在垂直于层厚的方向上相对于彼此偏移。优选地，相邻层不具有全等相叠布置的腔。

绝缘结构的底面具有以下位置，在所述位置上至少两个相邻的绝缘层具有壁并且因此形成共同的壁区段。因为腔包含空气，所以从一个绝缘层到下个绝缘层的热运输通过共同的壁区段是特别高的。因此有利的是，绝缘层相叠地布置，使得三个绝缘层不具有在层厚的方向上穿过三个层延伸的共同的壁区段。

这样的绝缘结构具有以下优点，通过相邻层的腔或壁的偏移，仅仅两个相邻层的壁的交点具有穿过两个层延伸的共同的壁区段。因此，通过相邻绝缘层的壁的直接的热交换在层厚的方向上仅仅在绝缘结构的少的位置处是可以的。在三层的情况下可以进一步减少共同壁区段的数量，使得不存在共同的壁区段。因此可以选择一种布置，使得在绝缘层的底和顶之间不存在连续的垂直的热路径。

优选地，不同绝缘层的两个相叠布置的以及相邻的腔彼此偏移，使得所述腔的壁根据面具有尽可能少的共同壁区段，所述壁区段在层厚的方向上穿过第一层和第二层延伸。在此优选的是，相邻绝缘层的壁分别仅相交于点。这样的布置具有以下的优点，进一步改进绝热，因为相对大的热传输仅通过共同的壁区段是可以的并且该布置仅具有两个层的少的共同的壁区段。

进一步优选地，不同绝缘层的至少三个相叠布置的以及相邻的腔彼此偏移，使得所述腔的壁不具有在层厚的方向上穿过第一层、第二层和第三层延伸的共同的壁区段。这样的布置具有以下优点，进一步改进绝热，因为相对大的热传输仅通过共同的壁区段是可以的并且该布置不具有三层的共同的壁区段。

此外，在本发明的范围内可设想的是，至少两个绝缘层的腔结构基本上相同地构造。腔因此优选地具有相同的大小、形状和对齐。多个层的这样的腔能够特别轻微地相对于彼此偏移，使得于是仅仅形成少的共同的壁区段。在具有基本上相同的腔结构的三层的情况下，因此容易可行的是，相叠偏移地布置层，使得三个层不在任何位置处具有共同的壁区段。

进一步优选地，至少一个绝缘层的壁具有拥有相对低的导热系数的材料。这具有以下优点，通过该层的热传输是特别低的。进一步优选地，多个绝缘层具有这样的具有相对低的导热系数的材料。因此进一步降低通过绝缘结构的热传输。

根据本发明同样可设想的是，至少一个绝缘层的壁具有拥有低于1.5g/cm²的密度的材料。优选地，多个绝缘层的壁具有拥有这样的厚度的材料。这样的绝缘层在腔的相应的构造中除了有利的热绝缘之外还具有好的机械负荷能力。

优选的是，至少一个绝缘层的腔具有多角的横截面。在此，腔的横截面优选地是三角的、四角的、五角的或六角的。这样的绝缘层具有好的机械负荷能力。此外，这样的绝缘层具有以规则间距重复的结构。因此可以更好的是，相叠地布置多个绝缘层，使得相邻的绝缘层具有尽可能少的共同的壁区段，所述壁区段在层厚的方向上穿过所有绝缘层延伸。此外，可以更好的是，相叠地布置多个绝缘层，使得绝缘层不形成在层厚的方向上穿过所有绝缘层延伸的共同的壁区段。

特别有利地，第一绝缘层具有外壁，其中在外壁上布置有基本上平坦的以及连续的保护层。绝缘层的外壁在绝缘结构的常规的应用中背向电池的电池单元堆并且指向电池的外部。外壁上的保护层具有以下优点，第一绝缘层的腔通过保护层朝外被封闭并且因此被保护以免外部的影响。

进一步优选地构造保护层，使得第一绝缘层被保护以免水和/或外部的机械作用。这具有以下优点，通过外壁保护绝缘层以免湿气和机械负荷、特别是基本上机械负荷。

可以在本发明的范围内有利地规定，与第一绝缘层不同的绝缘层、优选地第三绝缘层具有内壁，其中在内壁上布置有基本上平坦的以及连续的具有相对高的导热系数的导热层。第三绝缘层的内壁在绝缘结构的常规应用中朝向电池的电池单元堆。这样的导热层具有以下优点，因此可以实现电池的电池单元的热的均匀分布。因为导热层仅布置在第三绝缘层的内壁上，所以因此基本上不影响绝缘结构的热绝缘。

优选地，绝缘层具有定心装置，该定心装置使绝缘层组成为根据本发明的绝缘结构简化。

此外，任务根据本发明通过一种用于电池的电池壳体来解决，该电池壳体具有多个壳体壁，其中壳体壁被构造为底并且壳体壁被构造为顶。至少一个壳体壁具有根据本发明的绝缘结构。这样的电池壳体保护电池的电池单元以免外部的、特别是热的影响。此外，根据本发明的电池壳体减少热电流，该热电流从电池壳体的内部从电池壳体中流出来。

附图说明

下面应该借助附图详细解释本发明。在附图中示意性地：

图1以俯视图示出根据本发明的绝缘结构的第一实施方式的一个区段；

图2以俯视图示出根据本发明的绝缘结构的第二实施方式的一个区段；

图3以切割的侧视图示出图1中的绝缘结构的一个区段；

图4以侧视图示出具有共同的壁区段的两个绝缘层；以及

图5以俯视图示出具有电池壳体以及根据本发明的绝缘结构的电池。

具体实施方式

绝缘结构1的在图中以俯视图示出的第一实施方式具有三个绝缘层3。第一绝缘层3a以实线示出，第二绝缘层3b以粗虚线示出并且第三绝缘层3c以细虚线示出。绝缘层3具有拥有蜂窝状或六角形横截面的腔4，所述腔通过壁5彼此分隔。壁5在层厚S（参见图3）的方向上从绝缘层3的一侧延伸至另一侧。三个绝缘层3彼此重叠地布置并且垂直于层厚S彼此偏移，使得在层厚S的方向上在绝缘结构1的任何位置处所有绝缘层3不同样地具有壁5。

在图2中以俯视图示出绝缘结构1的第二实施方式。绝缘结构1同样具有三个绝缘层3，其中第一绝缘层3a以实线示出，第二绝缘层3b以粗虚线示出并且第三绝缘层3c以细虚线示出。绝缘层3具有拥有正方形横截面的腔4，所述腔通过壁5彼此分隔。壁5在层厚S（参见图3）的方向上从绝缘层3的一侧延伸至另一侧。三个绝缘层3彼此重叠地布置并且垂直于层厚S彼此偏移，使得在层厚S的方向上在绝缘结构1的任何位置处所有绝缘层3不同样地具有壁5。

图3以沿着图1中的线III切割的侧视图示出图1中的绝缘结构1的第一实施方式。第一绝缘层3a在该视图中被布置为最下面的绝缘层3。因为切割线III直接经过第一绝缘层3a的壁5伸展，所以该壁5加阴影地被示出。与第一绝缘层3a轻微偏移地，在该第一绝缘层上布置有第二绝缘层3b。进一步与第一绝缘层3a偏移地并且与第二绝缘层3b偏移地，第三绝缘层3c被布置在第二绝缘层3b上。布置绝缘层3的壁5，使得在所有三个绝缘层3中沿着层厚S不在绝缘结构1的任何位置处布置有壁区段。因此绝缘结构不具有共同的壁区段6（参见图4）。

在图4中，为了阐明示出两个绝缘层3、即第一绝缘层3a和第二绝缘层3b。第一绝缘层3a和第二绝缘层3b在该视图中具有以下位置，在该位置处分别布置有壁5的区段。。所述区段在层厚S的方向上形成共同的壁区段6。

图5示出具有电池壳体11的电池2。电池壳体11在该图中具有五个侧壁12，其中一个侧壁12被构造为底13。顶在该视图中未被示出。底13具有基本上正方形的底面，四个侧壁12从该底面从图平面中延伸出来并且因此形成空心长方体。侧壁具有根据本发明的具有指向电池壳体11的内部的导热层10以及指向电池壳体11的外部的保护层8的绝缘结构1。在电池壳体11的内部中布置有电池单元堆14，该电池单元堆具有多个相互电连接的电池单元，所述电池单元从图平面中出来相叠地堆叠并且具有基本上正方形的底面。电池单元基本上片状地利用四个窄的侧面来构造。

在一种替代的实施方式中，在电池壳体11中布置电池单元，使得从图5的透视图中可以看到电池单元的窄的侧面，其中电池单元并排地布置并且从图平面中凸出来。

Claims (10)

1.用于电池（2）的绝缘结构（1），其中所述绝缘结构（1）具有多个相叠布置的分别具有层厚（S）的绝缘层（3），其中所述绝缘层（3）具有拥有多个腔（4）的腔结构，其中所述腔（4）通过壁（5）与相应绝缘层（3）的相邻腔（4）分隔，

其特征在于，

所述多个绝缘层（3）至少具有第一层（3a）以及第二层（3b），其中绝缘层（3）相叠地布置，使得绝缘层（3）的腔（4）的壁（5）基本上不具有在层厚（S）的方向上穿过第一层（3a）和第二层（3b）延伸的共同的壁区段（6）。

2.根据权利要求1所述的绝缘结构（1），

其特征在于，

所述多个绝缘层（3）具有至少一个第三层（3c），其中绝缘层（3）相叠地布置，使得绝缘层（3）的腔（4）的壁（5）基本上不具有在层厚（S）的方向上穿过第一层（3a）、第二层（3b）和第三层（3c）延伸的共同的壁区段（6）。

3.根据权利要求1或2所述的绝缘结构（1），

其特征在于，

所述绝缘层（3）相叠地布置，使得一个绝缘层（3）的腔（4）的壁（5）分别与另一绝缘层（3）的腔（4）的壁（5）仅相交于点。

4.根据上述权利要求之一所述的绝缘结构（1），

其特征在于，

至少两个绝缘层（3）的腔结构基本上相同地构造。

5.根据上述权利要求之一所述的绝缘结构（1），

其特征在于，

至少一个绝缘层（3）的壁（5）具有拥有相对低的导热系数的材料。

6.根据上述权利要求之一所述的绝缘结构（1），

其特征在于，

至少一个绝缘层（3）的壁（5）具有拥有低于1.5g/cm²的密度的材料。

7.根据上述权利要求之一所述的绝缘结构（1），

其特征在于，

第一绝缘层（3a）具有外壁（7），其中在所述外壁（7）上布置有基本上平坦的以及连续的保护层（8）。

8.根据权利要求7所述的绝缘结构（1），

其特征在于，

构造所述绝缘层（8），使得第一绝缘层（3a）被保护以免水和/或外部的机械作用。

9.根据上述权利要求之一所述的绝缘结构（1），

其特征在于，

与第一绝缘层（3a）不同的绝缘层（3）具有内壁（9），其中在所述内壁（9）上布置有基本上平坦的以及连续的具有相对高的导热系数的导热层（10）。

10.用于电池（2）的电池壳体（11），具有多个壳体壁（12），其中壳体壁（12）被构造为底（13）并且壳体壁（12）被构造为顶，

其特征在于，

至少一个壳体壁（12）具有根据上述权利要求之一的绝缘结构（1）。