CN106997932A - 具有能够部分地柔性地成形的墙壁的电池组电池 - Google Patents

Abstract

本发明涉及具有能够部分地柔性地成形的墙壁的电池组电池。本发明涉及一种具有至少一个电池组电池外壳和至少一个能够至少部分地柔性地成形的墙壁的电池组电池，其中所述墙壁被布置在所述电池组电池外壳上。在此，所述墙壁至少部分地具有仿生材料。除此之外，本发明涉及一种具有至少一个按照本发明的电池组电池的电池组模块。

Description

具有能够部分地柔性地成形的墙壁的电池组电池

技术领域

本发明涉及一种按照独立权利要求的前序部分所述的具有至少一个电池组电池外壳和至少一个能够至少部分地柔性地成形的墙壁的电池组电池，所述墙壁被布置在电池组电池外壳上。除此之外，本发明涉及一种按照另一独立权利要求所述的具有至少一个电池组电池的电池组模块。

背景技术

尤其锂离子电池组的电池组电池通常被建造在模块中，其中通常5至20个电池被布置成一个电池组模块。随着时间的推移，电池组电池、尤其电池组电池外壳发生老化造成的改变。在此，电池组电池由于老化和与此相关的气体形成或者由于温度升高而膨胀，使得所述电池组电池的体积相对于原始状态增大。在不同的充电状态（State of Charge）下，在被充电的状态中的电池组电池也发生膨胀，使得由此如下力作用到电池组电池外壳上，所述力可以使外壳变形。迄今，通过所谓的尤其由金属的原料制造的电池带（Zellbänder）来尝试阻碍或者至少在一定程度上抵制电池组电池的不期望的体积变化。这些电池带大多围绕电池组电池来布置或者被布置在电池组电池外壳上，并且因此构成针对电池组电池的墙壁，使得电池组电池通过电池带来压合并且因此抵制膨胀。电池带大多围绕电池组电池外壳来布置并且在所述电池带的端部处焊接或者螺栓固紧。将复合体中的电池组电池布置并且压合成一个电池组模块的另一可能性在于：电池组电池被定位在外壳中并且彼此间相互被固定。此外，螺丝或者螺栓在此作为连接装置投入使用。对此，可能需要的冷却板也被固定在电池组电池上或者被固定在电池组模块上。

发明内容

按照独立权利要求所述的电池组电池和电池组模块具有能够至少部分地柔性地成形的墙壁，所述墙壁至少部分地具有仿生材料。在此，在本发明的意义上的电池组电池是电能存储器、尤其是电化学能量存储器和/或静电能量存储器。

本发明的另外的特征和细节自从属权利要求、说明书和附图中得出。在此，已与按照本发明的电池组电池相关联地被描述的特征和细节当然也与按照本发明的电池组模块相关联地适用，而且分别反之亦然，使得关于各个发明方面的公开内容始终彼此参考或者可以彼此参考。

按照本发明的墙壁至少部分地具有仿生材料，并且抵制由于电池组电池或者电池组外壳的膨胀而形成的压力，而不是在电池组电池的在其中不存在体积增大的初始状态中将反作用力施加到电池组电池上，所述反作用力会导致电池组电池的变形。与此相应地，电池组电池在初始状态中未被压紧或者挤压，由此有效地阻止由此形成的缺点、例如在电池组电池外壳上的损坏或容量损失。因此，采用将电池组电池结合成一个模块的螺丝或者螺栓是过时的。与此相应地，也可以至少部分地省去相应地被构建的外壳。在将电池组电池制造和/或装配成电池组模块或者电池组时的安全性通过如下方式被提高：所述电池组电池因此不再必须彼此被螺栓固紧，其中该过程迄今在现有技术中是危险的并且与此相应地是耗费的。

仿生材料优选地是合成材料，这传递来自自然的现象（这里：来自壁虎；也参见文章：“Gecko toe and lamellar shear adhesion on macroscopic, engineered roughsurfaces”；Andrew G. Gillies，Amy Henry，Hauwen Lin，Angela Ren，Kevin Shiuan，Ronald S. Fearing和Robert J. Full 在The Journal of Experimental Biology中（2014）217，283－289，doi：10.1242/jeb.092015）并且有利地将所述现象转换成技术特征。在本发明的意义上，利用墙壁的仿生材料来制造在墙壁和电池组电池外壳之间的粘结、尤其机械粘结。作用在边界层上、即在墙壁和电池组电池外壳之间的粘结力或者粘附力仅仅与墙壁或者电池组电池外壳的表面平行地传递力。因此，首先通过电池组电池或者电池组电池外壳的膨胀将与此相关的压力传递到墙壁上，使得通过粘结力来抵制电池组电池或者电池组电池外壳的体积变化。仿生材料的首先通过膨胀引起的机械粘结的另一优点通过如下方式得出：在正常状态中、即在电池组外壳的未膨胀的状态中，可以以简单的方式将电池组电池从墙壁中移除，而不必用大的机械力量来断开例如金属的电池带和/或螺丝。由此实现被损坏的电池组电池的简单的更换。墙壁的另一优点通过如下方式得出：所述墙壁可以用作电池组电池或者电池组模块的电绝缘和/或热绝缘。制造过程和/或装配过程也通过如下方式被改进：去掉螺栓固紧或焊接的步骤，使得节约成本并且提高在制造和/或装配时的安全性。

按照本发明的墙壁尤其是可以被布置在电池组电池外壳的内侧和/或外侧上，尤其至少部分地构成电池组电池外壳。由仿生材料构成的墙壁可以相应地柔性地被构建，并且可以被布置在电池组电池外壳的内侧上并且因此被布置在电池组电池的内部中，以及可以被布置在电池组电池外壳的外侧上。在此，机械粘结作用在墙壁和电池组电池外壳的内侧和/或外侧之间的边界层处。与此相应地，可设想的是：墙壁不仅被布置在电池组电池外壳的内侧上而且被布置在电池组电池外壳的外侧上，使得可以抵制电池组电池的膨胀。此外可设想的是：电池组电池外壳至少部分地由仿生材料构成或者具有该仿生材料，并且因此构成电池组电池的外壳。

由此可以节省材料成本，因为电池组电池外壳不需要附加的墙壁，而是通过所述墙壁来构成，由此在装配所述墙壁时也可以节约相应的方法步骤并且因此节约成本。

有利地，所述墙壁可以皮带形地和/或网状地和/或薄膜状地来构造。墙壁尤其可以被构造为使得电池组电池至少部分地被墙壁包围。在此，墙壁从至少四个侧包围棱柱形的电池组电池或者完全地包围圆柱形的电池组电池。在此，皮带形的墙壁可以仅仅逐段地被布置在电池组电池或电池组电池外壳上，使得仅仅逐段地抵制电池组电池的体积变化。如果出于成本原因仅仅电池组电池的特别地被要求的部位配备有相应的墙壁，那么这可以是有利的。墙壁的网状的和/或薄膜状的构建方案实现在墙壁和电池组电池或者电池组电池外壳之间的大面上的机械粘结。有利地，墙壁至少部分地包围电池组电池或者电池组电池外壳，使得在电池组电池和墙壁之间的尽可能大的边界层是能够实现的，由此，较大的粘结力阻止或者至少限制电池组电池的膨胀。在这种情况下可设想的是：墙壁包围电池组电池或者电池组电池外壳的表面达到例如10％至90％的份额。也可设想的是：仅仅电池组电池的极端子和/或脱气开口没有墙壁，而其余的电池组电池被该墙壁包围。因此可以在多个方向上抵制电池组电池的膨胀。

按照本发明的墙壁可以以多部分的方式来构建。在此，墙壁可以由材料混合物构成，所述材料混合物由仿生材料和另一原料组成，使得所述仿生材料仅逐段地与电池组电池或者电池组电池外壳接触。在此，与仿生材料组合的原料可以具有抵制电池组电池的膨胀或者阻止或者限制所述膨胀的另外的属性。这样，在电池组电池的被要求的部位上、例如在边缘上可以将具有较高的弹性或者抗拉强度的材料投入使用。由此例如可以实现：例如由于异物而从外部对电池组电池的机械的力作用不能引起电池组电池或者电池组电池外壳的损坏或者将所述损坏限制到可以继续确保电池组电池的功能或者安全性的程度上。所述材料也可以是特别耐热的或者防止可能对电池组电池的功能有消极影响的低温。此外，被构造并且被编结为纤维的尼龙聚合物在此是可设想的，由此形成极其牢固的、耐热的并且不太能够延伸的纤维复合体。由增强纤维和塑料基质构成的另外的纤维复合体塑料在这种情况下也是可设想的。此外，在纤维复合体塑料的情况下，与方向有关的弹性特性、高的刚度和强度以及低的重量是有利的。

有利地，墙壁具有聚合物纤维、尤其聚合物超细纤维，其中所述聚合物纤维和/或聚合物超细纤维尤其是至少逐段地匙形地（spatelförmig）来构造。所述聚合物纤维以及尤其所述聚合物超细纤维提高边界层的大小并且因此提高由此引起的抵制电池组电池的压力的粘结力。因此，在大量聚合物纤维、尤其聚合物超细纤维的情况下，可以实现墙壁与电池组电池或者电池组电池外壳的尽可能大的表面，使得所述边界层增大并且因此所述机械粘结增大。特别有利地，聚合物纤维和/或聚合物超细纤维丝状地被构造，使得能够由于被增大的表面尤其通过范德瓦尔斯力来制造机械粘结。在此，聚合物纤维和/或聚合物超细纤维被布置成墙壁的一大部分，使得丝状的纤维在最狭窄的空间上都可以实现大的表面并且以通过范德瓦尔斯力引起的机械粘结为形式的大的力因此可以作用在边界层上。聚合物纤维和/或聚合物超细纤维至少逐段地匙形地来构造是特别有利的。在此匙形地来构造尤其聚合物纤维和/或聚合物超细纤维的端部，所述端部构成在墙壁和电池组电池或者电池组电池外壳之间的边界面。与此相应地，聚合物纤维和/或聚合物超细纤维在位于边界面上的端部比在处在墙壁上的端部处将更宽、尤其是在与电池组电池外壳或者电池组电池接触的区域。由此，作用在边界层上的范德瓦尔斯力由于被增大的表面而被提高。

有利地，墙壁的聚合物纤维和/或聚合物超细纤维由聚氨酯或聚二甲基硅氧烷来构造或者具有所述原料中的至少一种。在此，另外的原料、诸如高弹体（Elastomere）也可被设想作为材料，其中所述原料的柔性属性对于制造范德瓦尔斯力来说是特别有利的。所述范德瓦尔斯力通过在电池组电池或者电池组电池外壳的分子和聚合物纤维或者聚合物超细纤维、尤其匙形的区段之间的微小的引力来形成。

此外可设想的是：所述墙壁具有至少一个载体层，聚合物纤维和/或聚合物超细纤维被布置在所述载体层上；尤其所述载体层具有芳纶纤维和/或碳纤维和/或纤维复合体塑料。有利地，用于聚合物纤维和/或聚合物超细纤维的载体层在此具有比所述聚合物纤维和/或所述聚合物超细纤维更硬的原料。所述载体层导致：聚合物纤维和/或聚合物超细纤维构成用于墙壁的稳定的安装面，而且可以与电池组电池或者电池组电池外壳的几何结构相适配。与此相应地，载体层可以皮带形地和/或网状地和/或薄膜状地来构造，而且可以或者部分地或者完全地配备聚合物纤维和/或聚合物超细纤维。在此，墙壁的载体层本身同样可以接收机械力并且尤其是被构建，使得能够实现小的长度变化或者几乎不能实现长度变化。载体层具有芳纶纤维（开普勒（Kepler））和/或碳纤维（碳（Carbon））和/或纤维复合体塑料（FVK）是特别有利的。这些材料的特征尤其在于：所述材料具有与方向有关的弹性特性，而且与此相应地几乎不容许在所期望的方向上的长度变化。除此之外，这些原料是不导电的并且同时可以简单地被成形或者能够以所期望的形式来制造。在此，芳纶纤维和/或碳纤维也可以以编织的方式来制造，由此再次可以抵制由于电池组电池的体积变化引起的机械负载。不仅墙壁的仿生材料而且载体层和/或聚合物纤维和/或聚合物超细纤维具有如下优点：所述墙壁的仿生材料和所述载体层和/或所述聚合物纤维和/或所述聚合物超细纤维相对污染、另外的环境影响和高以及低的温度是不敏感的。因此，所述材料不能氧化或者腐蚀，使得按照本发明的墙壁相对于迄今所使用的由金属的原料构成的电池带是更不敏感的以及更牢固的。

在本发明的范围中，聚合物超细纤维可以是0.5mm至1mm长、优选地0.4mm至0.1mm长、特别优选地0.09mm至0.03mm长。聚合物超细纤维的长度也与所述聚合物超细纤维的匙形的区段被构建得多大有关。通过较短的聚合物超细纤维可以节约材料并且因此节约成本。较长的聚合物超细纤维能够更简单地被制造并且被布置在载体层上。

有利地，聚合物超细纤维至少逐段地或者完全地具有在0.1mm和0.05mm之间的直径、优选地在0.01mm和900nm之间的直径、特别优选地在500nm和100nm之间的直径。具有较大的直径的聚合物超细纤维能够更简单地和因此成本更低地被制造并且被布置到载体层的表面上。较小的或者配备有较小的直径的聚合物超细纤维具有如下优点：所述聚合物超细纤维的、尤其是在所述聚合物超细纤维的端部处的表面增大了电池组电池或者电池组电池外壳的和墙壁的边界层。尤其是在聚合物超细纤维的匙形的构建方案中，纤维的较小的直径是有利的，因为墙壁的较大的表面由此通过所述纤维来制造，而且同时可以将大量纤维施加在墙壁或者墙壁的载体层上。另外的优点通过所述纤维的长度和直径的小的尺寸来得出，使得所述纤维的自净化是可制造的。所述纤维越小、即越短并且配备越小的直径，在能量上越有利的是：污垢颗粒不能附着在所述纤维上，而是黏附在如下物体的表面上，在所述物体上放有墙壁并且因此放有聚合物纤维和/或聚合物超细纤维，这导致：在按照本发明的具有仿生材料的墙壁从表面被取下并且重新被布置在另一部位上或者后来被布置在同一部位上之后，可以重新使用所述墙壁，由此粘结力或者范德瓦尔斯力未被污垢破坏。

在本发明的范围中，电池组电池可以被构造为棱柱形的电池组电池或者被构造为圆柱形的电池组电池或者被构造为纽扣电池组电池或者被构造为袋式电池组电池。在棱柱形的电池组电池的情况下，按照本发明的墙壁围绕所述棱柱形的电池组电池的至少四个侧被布置，使得可以抵制所述电池组电池的至少所述四个侧上的膨胀。在圆柱形的电池组电池的情况下，所述按照本发明的墙壁例如可以完全地被布置在所述电池组电池处，该墙壁尤其是可以被补充到所述电池组电池的缠绕中。与此相应地，按照本发明的墙壁抵制所述圆柱形的电池组电池的沿着电池组电池的或者电池组电池外壳的由墙壁包围的圆周的体积膨胀。在纽扣电池组电池的情况下，按照本发明的墙壁可以被布置在所述纽扣电池组电池的内侧和/或外侧上，尤其是按照本发明的墙壁被布置在所述纽扣电池组电池的具有最大的表面的一个或多个侧上，因为所述纽扣电池组电池的体积变化最容易在该面上发生。相同的情况适用于袋式电池组电池（咖啡袋（Coffeebag）），在所述袋式电池组电池的情况下布置到具有最大的面的一个或多个侧上同样是特别优选的。因为所述圆柱形的电池组电池、纽扣电池组电池和袋式电池组电池尤其是在移动应用中投入使用，所以按照本发明的墙壁由于常常微小的结构空间而是有利的。

按照本发明的另一方面，要求一种具有至少一个按照本发明的电池组电池的电池组模块。电池组模块优选地由多个按照本发明的电池组电池、尤其是由2到20个电池组电池构成。电池组电池在所述电池组模块中串联或并联成复合体，其中所述电池组电池尽可能被布置在紧凑的结构空间上。在这种情况下，按照本发明可设想的是：不仅按照本发明的电池组电池而且按照本发明的电池组模块利用按照本发明的墙壁来构造。在此，所述墙壁可以以所期望的布置来包围仅仅一部分和/或全部的电池组电池和/或一个电池组电池的一部分或者整个电池组电池。在采用尤其是以冷却板的形式的冷却设备时，所述墙壁可以至少限制或者完全阻止所述电池组电池或者所述电池组模块的移动。为此，所述墙壁可以至少部分地被布置在冷却设备处或上和/或将所述冷却设备与电池组电池和/或电池组模块连接。在这种情况下得出已经与按照本发明的电池组电池相关联地被解释了的全部优点。与此相应地，电池组模块中的电池组电池通过按照本发明的墙壁在没有较大的力加载的情况下以所期望的形式被保持在所述电池组电池的标准状态中。只有在电池组电池的体积膨胀的情况下，所述墙壁的粘结力或者范德瓦尔斯力才作用到所述电池组电池上，并且抵制电池组模块的体积变化并且因此抵制电池组模块的几何结构变化。按照本发明的由仿生材料构成的墙壁是特别有利的，因为所述墙壁可以可逆地被安置在所述电池组电池和/或所述冷却设备上。与此相应地，各个电池组电池可以以简单并且成本低的方式从按照本发明的电池组模块中被移除并且由新的电池组电池替换。因此，与由金属的原料构成的电池带和/或螺丝相比得到如下优点：松开焊接连接和或螺丝连接因此不再是必需的，因为能够至少部分地柔性地成形的墙壁实现更换。在此，按照本发明的墙壁围绕大量电池组电池在整体上和/或围绕各个电池组电池被布置，例如围绕所述电池组电池被敷设或缠绕，使得几乎没有力压合所述各个电池组电池。只有在一个或多个电池组电池膨胀的情况下，所述粘结力或者范德瓦尔斯力才作用在所述墙壁和电池组电池或者电池组电池外壳之间的边界层上，使得所述电池组电池或者外壳的膨胀被抵制。

按照本发明的另一方面，要求一种电池组、尤其是锂离子电池组。在此，按照本发明的电池组具有至少一个按照本发明的电池组模块，所述电池组模块具有至少一个电池组电池、尤其是具有至少一个按照本发明的电池组电池。在按照本发明的电池组的情况下也得出已经与按照本发明的电池组电池以及与按照本发明的电池组模块相关联地被列举的全部优点。在此，按照本发明的至少部分地具有仿生材料的墙壁可以包围各个和/或多个电池组电池和/或电池组模块。

附图说明

下图仅仅具有描述性的特性并且不被认为以任何形式来限制本发明。

图1示意性地示出按照本发明的具有按照本发明的电池组电池的电池组模块的一种可能的实施方式。

具体实施方式

在图1中显示了按照本发明的具有六个按照本发明的电池组电池100的电池组模块200。在此，电池组电池100具有各一个电池组电池外壳110，其中按照本发明的墙壁10被布置在电池组电池100的电池组电池外壳110上。在图1中，按照本发明的墙壁10被布置在按照本发明的电池组模块200的五个侧上。仅仅电池组电池100的在其上布置有电池组电池100的极端子120的侧未被墙壁10包围。因此，墙壁10构成用于电池组电池100的容纳部（Aufnahme），电池组电池100可以被布置到所述容纳部中。该容纳部实现从电池组模块200中简单地更换电池组电池100，使得在损坏的电池组电池100的情况下可以将该电池组电池从模块中简单地取出并且由新的电池组电池100替换。在此，仅须将电池连接器从电池组电池100的极端子120松开，使得电池组电池100可以在电池组电池100的极端子120的方向上从电池组模块200中并且因此从墙壁10中被取出。由此可以实现：在电池组模块200中的在所期望的位置上的电池组电池100仅可以在电池组电池100的极端子120的方向上被移动。在所有其它的方向上，电池组电池100通过墙壁10被保持在所述电池组电池100的位置上。在图1中，墙壁10被布置在所述电池组电池100或者所述电池组外壳110的具有最大的表面的整个侧上。与此相应地，两个最外面的电池组电池100的向外指着的侧完全地或全面地由墙壁10覆盖。在所述电池组电池100的其余的侧上，所述墙壁仅仅部分地被布置在电池组电池外壳110上，使得在这种情况下可以实现材料节约。在此，作用在电池组电池100的具有最大的表面的外部的侧上的力大于作用在所述电池组电池100的短的侧上的力。与此相应地，在电池组电池100的具有最大的表面的侧上的体积变化是最大的。与此相应地，墙壁10优选地大面积地被布置在电池组电池100的所述面和特别地要求的部位上。

Claims (10)

1.电池组电池（100），其具有至少一个电池组电池外壳（110）和至少一个能够至少部分地柔性地成形的墙壁（10），其中所述墙壁（10）被布置在所述电池组电池外壳（110）上，

其特征在于，

所述墙壁（10）至少部分地具有仿生材料。

2.根据权利要求1所述的电池组电池（100），

其特征在于，

所述墙壁（10）被布置在所述电池组电池外壳（110）的内侧和/或外侧上、尤其是至少部分地构成所述电池组电池外壳（110）。

3.根据权利要求1或2所述的电池组电池（100），

其特征在于，

所述墙壁（10）皮带形地和/或网状地和/或薄膜状地被构造，尤其是被构造为使得所述电池组电池（100）至少部分地由所述墙壁（10）包围。

4.根据上述权利要求之一所述的电池组电池（100），

其特征在于，

所述墙壁（10）以多部分的方式被构建。

5.根据上述权利要求之一所述的电池组电池（100），

其特征在于，

所述墙壁（10）具有聚合物纤维、尤其是具有聚合物超细纤维，其中所述聚合物纤维和/或聚合物超细纤维尤其是至少逐段地匙形地被构造。

6.根据上述权利要求之一所述的电池组电池（100），

其特征在于，

所述墙壁（10）具有至少一个载体层，在所述载体层上布置有所述聚合物纤维和/或聚合物超细纤维；

尤其是所述载体层具有芳纶纤维和/或碳纤维和/或纤维复合体塑料。

7.根据上述权利要求之一所述的电池组电池（100），

其特征在于，

所述聚合物超细纤维为0.5mm至1mm长、优选地0.3mm至0.1mm长、特别优选地0.08至0.03mm长。

8.根据上述权利要求之一所述的电池组电池（100），

其特征在于，

所述聚合物超细纤维至少逐段地具有在0.1mm和0.05mm之间的直径、优选地在0.01mm和900nm之间的直径、特别优选地在500nm和100nm之间的直径。

9.根据上述权利要求之一所述的电池组电池（100），

其特征在于，

所述电池组电池（100）被构造为棱柱形的电池组电池（100）或者被构造为圆柱形的电池组电池（100）或者被构造为纽扣电池组电池（100）或者被构造为袋式电池组电池（100）。

10.具有至少一个尤其是根据上述权利要求之一所述的电池组电池（100）的电池组模块（200），所述电池组电池具有能够至少部分地柔性地成形的墙壁（10），其中所述墙壁（10）被布置在所述电池组电池外壳（110）上，

其特征在于，

所述墙壁（10）至少部分地具有仿生材料。