CN106463653B - 具有多个电化学电池的电池组单元以及具有多个电池组单元的电池组模块 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电池组单元（1），所述电池组单元包括相互电连接的多个电化学电池（2）并且包括包围机构空间（6）的外套筒（7），所述多个电化学电池分别具有电极机构（3）、尤其是基于锂的电极机构（3），所述电极机构具有阴极接触元件（4）和阳极接触元件（5），在所述外套筒中布置有电化学电池（2）。所述外套筒（7）在此被构造为湿气屏障以及化学屏障。所述电池组单元（1）的各个电化学电池（2）分别包括电绝缘的绝缘套筒（8），所述绝缘套筒包围相应的电极机构（3）。此外，本发明涉及一种电池组模块，所述电池组模块具有根据本发明构造的相互电连接的多个电池组单元（1）。
Description
技术领域
本发明涉及一种电池组单元，所述电池组单元包括相互电连接的多个电化学电池并且包括包围机构空间的外套筒，所述多个电化学电池分别具有电极机构，所述电极机构具有阴极接触元件和阳极接触元件，在所述外套筒中布置有电化学电池。
此外，本发明涉及一种电池组模块，所述电池组模块具有相互电连接的多个电池组单元。
背景技术
具有相互电连接的多个电化学电池的电池组电池在现有技术中以不同的构型已知。此外，已知具有相互连接的作为电化学电池的多个电池组电池的电池组模块。尤其基于高的能量密度，作为电池组电池优选使用锂离子电池。
锂离子电池尤其可以构造为所谓的圆形电池、棱柱形电池或者所谓的袋状电池。在此，锂离子电池具有带有阴极接触元件和阳极接触元件的电极机构。作为电极机构，在此尤其已知用于圆形电池的圆柱形的电池卷绕、用于棱柱形电池的棱柱形面卷绕和所谓的电池堆叠（cell Stack）。这样的电极机构在此包括阴极材料、阳极材料、分离装置和电解质。
在现有技术中已知的电池组单元和电池组模块的缺点尤其关于电化学电池的连接、关于电池组单元和电池组模块的大小、主要鉴于可以在混合动力车辆、插电式混合动力车辆或者电动车辆中使用的电池组单元或者电池组模块，并且关于电池组单元和电池组模块鉴于对不同要求的匹配的变化性而存在，所述要求应是对电池组单元或者电池组模块例如关于待提供的容量和/或功率而提出的。
在此背景下，本发明的任务是，提供关于前面提到的缺点改善的电池组单元和改善的电池组模块。尤其应提供以下电池组单元，所述电池组单元具有更高的能量密度，也即在与常规电池组单元相同的容量和功率的情况下具有较小的尺寸和因此占用较少的空间。
发明内容
为了解决所述任务，提出一种电池组单元，所述电池组单元包括相互电连接的多个电化学电池并且包括包围机构空间的外套筒，所述多个电化学电池分别具有电极机构，所述电极机构具有阴极接触元件和阳极接触元件，在所述外套筒中布置有电化学电池，其中所述外套筒构造为湿气屏障以及化学屏障并且各个电化学电池分别包括电绝缘的绝缘套筒，所述绝缘套筒包围相应的电极机构。优选地，所述电极机构是基于锂的电极机构。通过所述绝缘套筒，所述电化学电池的电极机构有利地相互电绝缘。在此，绝缘套筒自身尤其不承担湿气屏障和/或化学屏障的功能，而是有利地用于离子绝缘，使得不会无意地短接电极机构。
电化学电池的连接有利地通过电极机构的阴极接触元件以及阳极接触元件实现。尤其规定，电池组单元自身具有从外套筒向外引导的用于接触电池组单元的接触元件。
作为电化学单元，在根据本发明的电池组单元中尤其设置二次电池组电池、特别优选地锂离子电池，其中电化学电池借助包围所述电化学电池的外套筒具有共同的湿气屏障和化学屏障并且并非每个电化学电池分别自身具有这样的湿气屏障和/或化学屏障。由此有利地减小根据本发明的电池组单元的重量，这有利地有助于更高的能量密度。
也即，本发明的一个重要的方面是，电极机构自身没有被基于金属的套筒包围，其中绝缘套筒自身不是湿气屏障和化学屏障，因此湿气和/或电解质可以通过绝缘套筒扩散。包围所述电化学电池的绝缘套筒有利地是塑料薄膜，尤其是由聚乙烯（PE）或者由聚醚醚酮（PEEK）制成的薄膜。在根据本发明的电池组单元中，湿气屏障和化学屏障有利地仅仅通过外套筒提供。通过并非所述绝缘套筒中的每一个都基于金属的方式，在此有利地可节省重量。此外，可有利地实现更高的能量密度。
尤其规定，电池组单元的外套筒具有提供湿气屏障和化学屏障的金属化部，作为构型尤其设置从外部金属化的塑料薄膜作为外套筒。此外，根据一种有利的构型，外套筒是金属薄膜。尤其在此规定，外套筒由两个半壳构成，其中所述半壳优选分别借助深冲方法由金属薄膜制成，优选地，所述一个半壳是由基于铝的金属薄膜制成，另一个半壳是由基于铜或基于钢的半壳制成。在此，第一半壳优选地用作电池组单元的第一接触元件，并且第二半壳用作电池组单元的第二接触元件，通过所述第一和第二接触元件，电池组单元可以有利地通过并排布置与其他电池组单元连接。
根据本发明的电池组单元的另一个特别优选的构型规定，将溶剂、优选无导电盐的溶剂引入到由所述外套筒包围的机构空间中。由此有利地将各个电化学电池的电解质浓度保持恒定，尤其因为电解质不从电化学电池扩散出来，溶剂不会扩散到电化学电池中。由此有利地防止电化学电池的脱水。尤其规定，外套筒具有可封闭的填充开口，通过填充开口可以将溶剂引入到机构空间中。
按照根据本发明的电池组单元的另一个有利的构型，将惰性气体引入到由所述外套筒包围的机构空间中。通过惰性气体有利地提供爆炸防护。
在根据本发明的电池组单元的另一个有利的构型中，所述外套筒还构造为机械屏障。在此，外套筒优选构造为硬壳，尤其构造为金属壳体。有利地，外套筒在此保护电化学电池以防机械影响、尤其变形和/或碰撞。
根据本发明的电池组单元的另一个特别有利的构型规定，外套筒具有至少一个第一导电连接元件和至少一个第二导电连接元件，其中所述电化学电池中的至少一些通过所述连接元件相互连接。根据本发明的一个特别有利的构型规定，第一数目的电化学电池电并联并且第二数目的电化学电池电并联。第一数目的电化学电池在此有利地与第二数目的电化学电池电串联。为了使电化学电池并联，在此规定，第一数目或者第二数目的电化学电池的阴极接触元件和阳极接触元件分别相互接触。为了所述第一数目的电化学电池与所述第二数目的电化学电池的串联，尤其规定，所述第一数目的电化学电池的相互连接的阴极接触元件与第一连接元件连接并且所述第二数目的电化学电池的阳极接触元件与第一连接元件连接。所述第一数目的电化学电池的阳极接触元件在此有利地与第二连接元件连接并且所述第二数目的电化学电池的阴极接触元件同样与第二连接元件连接，使得第一数目的电化学电池与第二数目的电化学电池电串联。通过连接的类型，在此有利地确定电池组单元的容量和/或功率。
按照根据本发明的电池组单元的另一个有利的构型，在所述机构空间中在至少第一数目的电化学电池和至少第二数目的电化学电池之间布置有至少一个安全屏障，其中所述安全屏障被构造用于防止所述第一数目的电化学电池和所述第二数目的电化学电池之间的热学链式反应。安全屏障在此尤其防止在电化学电池之一热穿通（英语：thermalrunaway，热失控）的情况下的热学链式反应。安全屏障在此有利地包括导热差的填充材料，所述填充材料在最大程度上减小电化学电池之间的热交换。填充材料优选构造为温度吸收装置，优选借助所谓的相变材料（pcm）构造。
根据本发明的电池组单元的另一个有利的构型规定，将至少一个冷却装置布置到所述机构空间中，其中至少一个电化学电池与所述至少一个冷却装置热接触。尤其规定，冷却装置被构造为冷却板。冷却板在此有利地包括至少一个冷却剂引导通道，所述至少一个冷却剂引导通道可以由冷却剂穿流以用于对电化学电池进行调温。尤其规定，确定数目的电化学电池分别由两个冷却装置包围，使得有利地能够实现电化学电池的均匀调温。根据本发明的一个特别有利的构型，安全屏障还被构造为冷却装置。
本发明的另一个有利的构型规定，所述电池组单元的电化学电池的电极机构构造为电池卷绕（英语：Jelly Roll极组）。作为电解质，在此尤其设置固体电解质。
根据本发明的电池组单元的另一个有利的构型规定，所述外套筒包括用于减少所述外套筒内的过压的至少一个安全阀。安全阀在此有利地被构造用于在外套筒内预先确定的过压的情况下打开。安全阀因此有利地被构造用于防止电池组单元的爆炸，尤其当在由外套筒包围的机构空间中的内压例如由于电池组单元的电化学电池的强变热而增加时。尤其规定，通过安全阀或者通过由安全阀封闭的开口在电池组单元的制造的范围内将溶剂引入到机构空间中以及必要时将惰性气体引入到机构空间中。尤其规定，安全阀被构造为破裂膜片或者构造为回弹阀。
为了解决一开始提到的任务，此外提出一种电池组模块，所述电池组模块具有相互电连接的多个电池组单元，其中所述电池组单元被构造为根据本发明的电池组单元。有利地，这样的电池组模块具有高的能量密度。此外，由此有利地可以进一步更好地匹配能量存储单元。尤其规定，电池组模块包括电池组管理系统，所述电池组管理系统尤其被构造用于调节运行和/或用于监视电池组模块的电池组单元的运行。
附图说明
与在附图中示出的实施例相结合地详细阐述本发明的其他有利的细节、特征和构型细节。在此：
图1以示意图示出根据本发明的电池组单元的一个实施例；以及
图2以示意图示出根据本发明的电池组单元的电化学电池的一个实施例。
具体实施方式
在图1中示出的电池组单元1包括总共8个电化学电池2。电化学电池2在此是可再充电的锂离子电池。电化学电池2分别具有电极机构3，所述电极机构在此被构造为电池卷绕。电化学电池2的电极机构3此外具有阴极接触元件4和阳极接触元件5。
在图1中左边示出的四个电化学电池2在此电并联，其方式是，电化学电池2借助其阴极接触元件4和其阳极接触元件5相互接触。同样的适用于在右边示出的另外四个电化学电池2。
电池组单元1的电化学电池2在此还包括电绝缘的绝缘套筒8，所述绝缘套筒包围电极机构3。电化学电池2的电极机构3通过绝缘套筒8相互电绝缘。绝缘套筒8在该实施例中是塑料薄膜。绝缘套筒8在此不基于金属，也即绝缘套筒8是湿气可穿透的并且也允许电化学电池2的电解质的包围绝缘套筒8的溶剂的扩散。
在图1中示出的电池组单元1的八个电化学电池2由外套筒7包围。外套筒7在此包围机构空间6，在所述机构空间中布置有电化学电池2。外套筒8在此被构造为湿气屏障并且被构造为化学屏障并且因此尤其防止湿气侵入到机构空间6中并且因此防止湿气进入到电化学电池2中以及溶剂从机构空间6逸出。外套筒7为此被构造为具有所施加的金属化部的塑料壳体。
将无导电盐的溶剂（在图1中未明确示出）引入到电池组单元1的机构空间6中。该溶剂有利地防止电化学电池2的脱水。此外有利地，惰性气体（在图1中未明确示出）被引入到机构空间中。惰性气体在此有利地用作爆炸防护。
此外，在图1中示出的电池组单元1的外套筒7具有第一导电连接元件9和第二导电连接元件10。电化学电池2在此通过阴极接触元件4和阳极接触元件5与第一连接元件9和第二连接元件10接触，使得前四个并联的电化学电池2与后四个并联的电化学电池2电串联。通过第一连接元件9和第二连接元件10，电池组单元1还能够有利地被接触，尤其是使得可以将耗电装置或者充电装置连接到电池组单元1上。此外，电池组单元1能够有利地通过连接元件9、10与其他的电池组单元电连接，尤其连接成电池组模块。对此尤其规定，具有相应的连接元件的电池组单元并排布置。
在图1中示出的实施例中，在前四个电并联的电化学电池2和后四个电并联的电化学电池2之间布置有安全屏障11，所述安全屏障有利地在电化学电池2之一热穿通的情况下防止热学链式反应，所述热学链式反应会导致，全部布置在机构空间6中的电化学电池2将被损坏。安全屏障11在此有利地还被构造为冷却装置12。尤其被构造为能够以冷却剂穿流的冷却装置。为此，冷却装置12有利地具有至少一个冷却剂引导通道（在图1中未明确示出）。
在图2中示出用于根据本发明的电池组单元的电化学电池2的一个实施例。电化学电池2在此包括电极机构3，所述电极机构具有阴极接触元件4和阳极接触元件5。电极机构3在此被构造为具有固体电解质的电池卷绕或者电池堆叠或者电极堆叠。电极机构3由绝缘套筒8包围，所述绝缘套筒向外部电绝缘电极机构3。绝缘套筒8因此有利地是离子绝缘部。电化学电池2的化学隔离在此有利地首先在电池组单元的层面上通过外套筒实现。如与图1相结合地阐述的那样，外套筒在此包围多个电化学电池，所述多个电化学电池有利地相互连接。
在附图中示出的并且与附图相结合地阐述的实施例用于阐述本发明并且因此对于本发明不进行限制。
Claims (10)
1.一种电池组单元（1），所述电池组单元包括相互电连接的多个电化学电池（2）并且包括包围机构空间（6）的外套筒（7），所述多个电化学电池分别具有电极机构（3），所述电极机构具有阴极接触元件（4）和阳极接触元件（5），在所述外套筒中布置有电化学电池（2），其特征在于，所述外套筒（7）被构造为湿气屏障以及化学屏障并且各个电化学电池（2）分别包括电绝缘的绝缘套筒（8），所述绝缘套筒包围相应的电极机构（3）， 其中在所述机构空间（6）中在至少第一数目的分别彼此电并联的电化学电池（2）和至少第二数目的分别彼此电并联的电化学电池（2）之间布置有至少一个安全屏障（11），其中所述安全屏障被构造用于防止所述第一数目的电化学电池（2）和所述第二数目的电化学电池（2）之间的热学链式反应。
2.根据权利要求1所述的电池组单元（1），其特征在于，所述外套筒（7）具有提供湿气屏障和化学屏障的金属化部。
3.根据以上权利要求中任一项所述的电池组单元（1），其特征在于，将无导电盐的溶剂引入到由所述外套筒（7）包围的机构空间（6）中。
4.根据权利要求1或2所述的电池组单元（1），其特征在于，将惰性气体引入到由所述外套筒（7）包围的机构空间（6）中。
5.根据权利要求1或2所述的电池组单元（1），其特征在于，所述外套筒（7）还被构造为机械屏障。
6.根据权利要求1或2所述的电池组单元（1），其特征在于，所述外套筒（7）具有至少一个第一导电连接元件（9）和至少一个第二导电连接元件（10），其中所述电化学电池中的至少一些通过所述连接元件（9，10）相互连接。
7.根据权利要求1或2所述的电池组单元（1），其特征在于，在所述机构空间（6）中布置有至少一个冷却装置（12），其中至少一个电化学电池（2）与所述至少一个冷却装置（12）热接触。
8.根据权利要求1或2所述的电池组单元（1），其特征在于，所述电极机构（3）被构造为电池卷绕或电池堆叠。
9.根据权利要求1或2所述的电池组单元（1），其特征在于，所述外套筒（7）包括用于减少所述外套筒（7）内的过压的至少一个安全阀。
10.一种电池组模块，其具有相互电连接的多个电池组单元（1），其特征在于，所述电池组单元（1）被构造为根据权利要求1至9中任一项所述的电池组单元。
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