CN107278339B

CN107278339B - 电池单池和电池系统

Info

Publication number: CN107278339B
Application number: CN201680007863.9A
Authority: CN
Inventors: M.格拉赫; H.赖因沙根
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2015-01-30
Filing date: 2016-01-20
Publication date: 2020-10-09
Anticipated expiration: 2036-01-20
Also published as: WO2016120129A1; DE102015201646A1; CN107278339A

Abstract

本发明涉及一种电池单池（2），该电池单池包括：棱柱形构造的、具有盖罩面的单池壳体，在所述盖罩面上布置了负端子（11）和正端子（12）；以及至少一个布置在所述单池壳体内部的电极绕组（10），该电极绕组具有拥有阴极连接区域的阴极并且具有拥有阳极连接区域的阳极。所述至少一个电极绕组（10）的阴极连接区域和阳极连接区域并排地从所述电极绕组（10）朝所述单池壳体的准确地一个端面延伸，所述端面直角于所述单池壳体的盖罩面（31）地延伸。本发明也涉及一种电池系统，该电池系统包括至少一个根据本发明的电池单池（2）。

Description

电池单池和电池系统

本发明涉及一种电池单池，该电池单池包括：构造成棱柱形的、具有盖罩面的单池壳体，在所述盖罩面上布置了负端子和正端子；以及至少一个布置在所述单池壳体内部的电极绕组，该电极绕组具有拥有阴极连接区域的阴极，并且具有拥有阳极连接区域的阳极。本发明也涉及一种电池系统，该电池系统包括至少一个根据本发明的电池单池。

背景技术

表明的是，在将来，不仅在静止的应用情况（比如风力涡轮机，在被设计为混合动力车辆或者电动车辆的机动车中）而且在电子设备中（比如笔记本电脑或者移动电话）都使用新的电池系统，在可靠性、安全性、效率和使用寿命方面对所述新的电池系统提出很高的要求。

在此，尤其使用所谓的锂-离子-电池单池。这些锂离子-电池单池的突出之处除其他外在于高的能量密度、热稳定性和极低的自动放电。锂-离子-电池单池具有正电极和负电极，在充电过程中并且在放电过程中，锂-离子能够在所述正电极和负电极处可逆地移入并且重又移出。这样的过程也被称为嵌入或者脱嵌。

电池单池通常包括一个或者多个电极单元，所述电极单元以绕组的形式来构造。电极单元具有两个薄片状构造的电极、也就是一个阳极和一个阴极。所述电极在中间放置分隔件的情况下被卷成也被称为胶质-卷（Jelly-Roll）的电极绕组。所述电极绕组的两个电极借助于收集器与所述电池单池的、也被称为端子的极进行电连接。

此外，电池单池具有比如由铝制成的单池壳体。该单池壳体通常棱柱形地、尤其是矩形地构造，并且耐压地构造。在将所述电极与所述端子连接之后，将电解质溶液填充到所述单池壳体中。

由EP 2 675 000 A1公开了一种所述类型的、具有多个电极绕组的电池单池。阳极和阴极在此分别在相反的侧面处平行于绕组轴线从所述电极绕组中伸出来，并且被连接到收集器处。所述收集器基本上垂直于所述电极绕组的绕组轴线地延伸，并且将所述阳极和阴极与所述电池单池的端子连接。

锂-离子-电池单池对于环境影响、尤其对于空气和潮湿相对来说敏感。所提到的单池壳体提供了针对所提到的环境影响的保护。这样的电池单池中的多个电池单池能够合并成也被称为电池包的电池系统。

发明内容

提出一种电池单池，该电池单池包括棱柱形构造的、具有盖罩面的单池壳体，在所述盖罩面上布置了正端子和负端子。此外，所述电池单池包括至少一个布置在所述单池壳体内部的电极绕组，该电极绕组具有拥有阳极连接区域的阳极并且具有拥有阴极连接区域的阴极。

根据本发明，所述至少一个电极绕组的阴极连接区域和阳极连接区域并排地从所述电极绕组朝所述单池壳体的准确地一个端面延伸，所述端面直角于所述盖罩面地延伸。

也能够考虑，将至少两个电极绕组布置在所述单池壳体的内部，所述至少两个电极绕组分别具有拥有阳极连接区域的阳极并且分别具有拥有阴极连接区域的阴极。在此，所述至少两个电极绕组的阴极连接区域和阳极连接区域并排地由所述电极绕组朝所述单池壳体的准确地一个端面延伸，所述端面直角于所述盖罩面地延伸。

所述至少两个电极绕组在此有利地如此布置在所述单池壳体的内部，使得所述两个电极绕组的阳极连接区域朝向彼此，或者所述两个电极绕组的阴极连接区域朝向彼此。

优选所述至少一个电极绕组的阴极连接区域或者阳极连接区域与第一收集器进行电连接，所述第一收集器在所述电极绕组与所述单池壳体的端面之间朝所述单池壳体的盖罩面延伸，并且与所述端子之一相连接。

如果在所述单池壳体的内部布置了至少两个电极绕组，那么所述至少两个电极绕组的阴极连接区域或者阳极连接区域优选分别与第一收集器进行电连接，其中所述第一收集器在所述电极绕组与所述单池壳体的端面之间朝所述单池壳体的盖罩面延伸。

优选所述第一收集器至少主要由铜制成。尤其所述第一收集器在此与所述阳极的阳极连接区域并且与所述负端子相连接。

优选所述单池壳体矩形地构造，并且具有六个拥有三个不一样大的面积的面，其中所述六个面中的两个具有一样大的面积的面分别彼此对置。所述阳极连接区域和所述阴极连接区域朝下述端面延伸，所述端面在此与所述盖罩面邻接，并且就像对置的端面一样具有所述单池壳体的面的最小面积。

按照本发明的一种有利的设计方案，所述至少一个电极绕组的阳极连接区域或者阴极连接区域与第二收集器进行电连接，所述第二收集器在所述电极绕组与所述单池壳体的正面之间延伸。所述正面在此具有所述单池壳体的面的最大的面积。所述第二收集器在此也与所述端子之一进行电连接。

如果在所述单池壳体的内部布置了至少两个电极绕组，那么所述至少两个电极绕组的阳极连接区域或者阴极连接区域优选分别与第二收集器进行电连接，其中所述第二收集器在所述电极绕组与所述单池壳体的相应一个正面之间延伸。所述正面在此具有所述单池壳体的面的最大的面积。

优选所述第二收集器至少主要由铝制成。尤其所述第二收集器在此与所述阴极的阴极连接区域相连接并且与所述正端子相连接。

按照本发明的另一种设计方案，在所述至少一个电极绕组的阴极连接区域与阳极连接区域之间设置了隔片，所述隔片朝所述单池壳体的端面延伸。

所述阴极和所述阳极在中间放置至少一个分隔件的情况下被卷绕成所述电极绕组。所述隔片在此有利地通过所述至少一个分隔件来构成。

也提出一种电池系统，该电池系统包括至少一个根据本发明的电池单池。

根据本发明的电池单池有利地用在电动车辆（EV）、混合动力车辆（HEV）或者在插电式混合动力车辆（PHEV）中。

发明优点

根据本发明的电池单池在其单池壳体的内部需要更小的、用于所述收集器的空间需求。所述单池壳体内部的、所节省的空间能够用于扩大所述电极绕组的体积。由此在所述单池壳体的尺寸不变的情况下提高了所述电池单池的容量。

有利地也在单池壳体中布置两个电极绕组。所述阳极的收集器在此从所述阳极的连接区域沿着同一个端面朝所述负端子延伸，所述端面具有矩形的单池壳体的面的最小的面积。由此这两个收集器需要最小可能的空间。所述阴极的收集器围绕着所述两个电极绕组被导引到另一个端子。在此，这些收集器构造得相对薄并且由此同样仅仅占用小的空间。

附图说明

本发明的实施方式借助于附图和以下说明进行详细解释。附图中：

图1示出了用于电池单池的电极绕组的示意性的透视图；

图2示出了具有用于电池单池的收集器的盖板的示意性的透视图；

图3示出了无单池壳体的电池单池的示意性的透视图；

图4示出了出自图3的电池单池的示意性的正视图；并且

图5示出了无收集器的电池单池的、示意性的透视的半透明的图示。

具体实施方式

在图5中示出的电池单池2包括单池壳体3，该单池壳体构造为棱柱形、当前构造为矩形。所述单池壳体3当前导电地实施并且比如由铝制成。也能够考虑，所述单池壳体3不导电地、尤其是由电绝缘的材料、比如塑料制成，或者用电绝缘的材料来涂覆。

所述电池单池2包括负端子11和正端子12。通过所述端子11、12能够截取由所述电池单池2提供的电压。此外，所述电池单池2也能够通过所述端子11、12来充电。

所述电池单池2的、矩形地构造的单池壳体3具有六个面，所述六个面具有三种不一样大的面积，其中两个具有一样大的面积的面分别彼此对置。具有最大的面积的面接下来被称为第一正面33和第二正面34。具有最小的面积的面接下来被称为第一端面35和第二端面36。余下的、具有中等大小的面积的面接下来被称为盖罩面31和底面32。

所述单池壳体3的盖罩面31由盖板23所构成。所述端子11、12彼此隔开地布置在所述单池壳体3的盖板23上。在此，所述负端子11与所述第一端面35相邻，并且所述正端子12与所述第二端面36相邻。所述底面32与所述盖罩面31对置地布置。

在图1中示意性地示出了用于电池单池2的电极绕组10。在所述电池单池2的单池壳体3的内部，当前布置了两个这样的电极绕组10，所述电极绕组10分别具有两个电极、也就是阴极14和阳极16。但是也能够考虑，在所述单池壳体3中仅仅布置一个电极绕组10。所述电极绕组10的阴极14和阳极16分别薄片状地实施，并且在中间放置分隔件的情况下围绕着未示出的绕组轴线分别被卷成所述电极绕组10。此外，在所述单池壳体3的内部存在着电解质。

所述电极绕组10的薄片状构造的阴极14包括薄片状构造的电流导体，所述电流导体用阴极的活性材料来涂覆。所述阴极14的薄片状构造的电流导体当前由铝制成。

从所述电极绕组10中伸出所述阴极14的电流导体的、未经涂覆的边缘。所述阴极14的电流导体的、未经涂覆的边缘形成阴极连接区域24，该阴极连接区域与所述电池单池2的正端子12电连接。

所述电极绕组10的薄片状构造的阳极16包括薄片状构造的电流导体，所述电流导体用阳极的活性材料来涂覆。所述阳极16的薄片状构造的电流导体当前由铜制成。

从所述电极绕组10中伸出所述阳极16的电流导体的、未经涂覆的边缘。所述阳极16的电流导体的、这个未经涂覆的边缘形成阳极连接区域26，该阳极连接区域与所述电池单池2的负端子11进行电连接。

所述阳极连接区域26和所述阴极连接区域24由此并排地在同一个端侧处从所述电极绕组10中伸出来。在所述单池壳体3的内部，所述阳极连接区域26和所述阴极连接区域24从所述电极绕组10朝所述单池壳体3的第一端面35延伸。

在所述电极绕组10的阳极连接区域26与阴极连接区域24之间布置了隔片21，该隔片使所述阳极连接区域26与所述阴极连接区域24电绝缘。当前，所述隔片21是在所述电极绕组10的阳极16与阴极14之间设置的分隔件的一部分。

在图2中示出了具有用于电池单池2的收集器41、51的盖板23的示意性的透视图。在图2中示出的单元用于接纳两个电极绕组10。

在图3中透视地示出了无单池壳体3的电池单池2。所述电池单池2当前包括两个电极绕组10，但是也能够考虑，仅仅设置了一个电极绕组10。

为了将所述阳极16与所述负端子11电连接，设置了两个第一收集器41。在此，所述两个电极绕组10的阳极16的每个阳极连接区域26分别与所述第一收集器41之一连接、当前焊接。所述第一收集器41当前由铜制成。

所述第一收集器41从所述阳极连接区域26首先平行于所述第一端面35地延伸，并且在所述第一端面35的附近朝所述盖板23延伸。所述第一收集器41与所述负端子11相连接。所述第一收集器41当前由铜制成。

所述第一收集器41当前构造为单独的部件。所述第一收集器41也能够一体地构造。在这种情况下，所述两个电极绕组10的阳极连接区域26与相同的唯一的第一收集器41相连接。

为了将所述阴极14与所述正端子12电连接而设置了两个第二收集器51。在此所述两个电极绕组10的阴极14的每个阴极连接区域24分别与所述第二收集器51之一相连接、当前焊接。所述第二收集器51当前由铝制成。

所述第二收集器51分别具有第一区域52，该第一区域平行于所述第一端面35在所述第一端面35的附近延伸，并且该第一区域分别与所述电极绕组10的阴极连接区域24之一相连接。此外，每个第二收集器51都具有第二区域53，该第二区域与所述正端子12相连接。

所述第二收集器51也分别具有中间的区域55，该中间的区域与所述第一区域52并且与所述第二区域53相连接。所述第二收集器51的中间的区域55在此平行于所述正面33、34延伸。在此，所述第二收集器51之一的中间的区域55布置在所述电极绕组10之一与所述第一正面33之间，所述另外的第二收集器51的中间的区域55布置在所述另外的电极绕组10与所述第二正面34之间。由此所述第二收集器51的中间的区域55因此布置在所述两个电极绕组10的两侧。

所述第二收集器51当前构造为单独的部件。所述第二收集器51也能够一体地构造。为此，所述两个第二收集器51的第二区域53分别彼此连接。

所述电池单池2的两个电极绕组10当前在电方面并联。在所述电池单池2的第一收集器41与单池壳体3之间设置了未示出的绝缘体，所述绝缘体使所述阳极16以及第一收集器41与所述单池壳体3电绝缘。在所述电池单池2的第二收集器51与单池壳体3之间同样设置了未示出的电绝缘体，所述电绝缘体使所述阴极14以及第二收集器51与所述单池壳体3电绝缘。

在图4中示出了出自图3的、无单池壳体3的电池单池2的正视图。

所述电池单池2的单池壳体3也能够由电绝缘的材料、比如塑料制成。同样，所述电池单池2的单池壳体3能够用电绝缘的材料来涂覆。在这些情况中，在所述第一收集器41与所述单池壳体3之间并且在所述第二收集器51与所述单池壳体3之间不需要绝缘体。

本发明不局限于所描述的实施例和在其中所强调的方面。更确切地说，在通过权利要求所说明的范围之内大量的、处于本领域技术人员的技术手段的范围内的变化是可能的。

Claims

1.电池单池（2），包括：棱柱形构造的、具有盖罩面（31）的单池壳体（3），在所述盖罩面上布置了负端子（11）和正端子（12）；以及至少一个布置在所述单池壳体（3）内部的电极绕组（10），该电极绕组具有拥有阴极连接区域（24）的阴极（14）并且具有拥有阳极连接区域（26）的阳极（16），

其特征在于，

所述至少一个电极绕组（10）的阴极连接区域（24）和阳极连接区域（26）并排地从所述电极绕组（10）朝所述单池壳体（3）的准确地一端面（35、36）延伸，所述端面直角于所述盖罩面（31）地延伸，

其中，所述单池壳体（3）矩形地构造并且具有六个拥有三种不一样大的面积的面（31、32、33、34、35、36），其中两个具有一样大的面积的面（31、32、33、34、35、36）分别彼此对置，并且其中所述端面（35、36）具有所述单池壳体（3）的面（31、32、33、34、35、36）的最小面积，

其中所述至少一个电极绕组（10）的阴极连接区域（24）或者阳极连接区域（26）与第一收集器（41）进行电连接，所述第一收集器在所述电极绕组（10）与所述端面（35、36）之间朝所述盖罩面（31）地延伸，

其中，所述至少一个电极绕组（10）的阴极连接区域（24）或者阳极连接区域（26）与第二收集器（51）进行电连接，所述第二收集器在所述电极绕组（10）与正面（33、34）之间延伸，其中所述正面（33、34）具有所述单池壳体（3）的面（31、32、33、34、35、36）的最大的面积。

2.按权利要求1所述的电池单池（2），其特征在于，所述至少两个电极绕组（10）如此布置在所述单池壳体（3）的内部，使得所述阳极连接区域（26）朝向彼此或者使得所述阴极连接区域（24）朝向彼此。

3.按权利要求1所述的电池单池（2），其特征在于，在所述单池壳体（3）的内部布置了至少两个电极绕组（10），并且所述至少两个电极绕组（10）的阴极连接区域（24）或者阳极连接区域（26）分别与第一收集器（41）进行电连接，其中所述第一收集器（41）在所述电极绕组（10）与所述端面（35、36）之间朝所述盖罩面（31）地延伸。

4.按权利要求1所述的电池单池（2），其特征在于，所述第一收集器（41）至少主要由铜制成。

5.按权利要求1所述的电池单池（2），其特征在于，在所述单池壳体（3）的内部布置了至少两个电极绕组（10），并且所述至少两个电极绕组（10）的阴极连接区域（24）或者阳极连接区域（26）分别与第二收集器（51）进行电连接，其中所述第二收集器（51）在所述电极绕组（10）与相应的正面（33、34）之间延伸，其中所述正面（33、34）具有所述单池壳体（3）的面（31、32、33、34、35、36）的最大的面积。

6.按权利要求1所述的电池单池（2），其特征在于，所述第二收集器（51）至少主要由铝制成。

7.按前述权利要求中任一项所述的电池单池（2），其特征在于，在所述至少一个电极绕组（10）的阴极连接区域（24）与阳极连接区域（26）之间设置了隔片（21），所述隔片朝所述单池壳体（3）的端面（35、36）延伸。

8.电池系统，包括至少一个按前述权利要求中任一项所述的电池单池（2）。

9.按权利要求1到6中任一项所述的电池单池（2）在电动车辆（EV）、混合动力车辆（HEV）中的使用。