CN107820641A - 用于将电池元件固定在电池子模块中的压紧装置和电池子模块 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于将电池元件（2）固定在电池子模块（70）中的压紧装置（100），其包括用于相对于所述电池元件（2）定位所述压紧装置（100）的定位元件以及用于导向连接所述电池元件（2）的元件连接件（80）的导向元件，其中，在所述压紧装置（100）的中央区域（102）中设置有从顶侧贯穿到底侧的脱气开口，并且其中，在所述压紧装置（100）的底侧处设置有密封元件，所述密封元件包围所述脱气开口。本发明还涉及一种电池子模块（70），其包括多个电池元件（2）和连接所述电池元件（2）的元件连接件（80），以及至少一个用于固定所述电池元件（2）的压紧装置（100）。

Description

用于将电池元件固定在电池子模块中的压紧装置和电池子 模块

本发明涉及一种用于将电池元件固定在电池子模块中的压紧装置以及一种包括根据本发明的压紧装置的电池子模块。

背景技术

电能能够借助电池储存。电池将化学反应能量转化为电能。在这种情况下区分初级电池和次级电池。初级电池只能使用一次，而也被称为蓄电池的次级电池能够被再次充电。电池在此包括一个或者多个电池元件。

在蓄电池中尤其使用所谓的锂离子电池元件。此外，这些锂离子电池还以高能量密度、热稳定性和极低的自放电等特点而出众。此外，锂离子电池还被用在机动车中，尤其是电动车辆（Electric Vehicle，EV）、混合动力车辆（Hybride Electric Vehicle，HEV）以及插电式混合动力车辆（Plug-In-Hybride Electric Vehicle，PHEV）中。

例如DE 10 2012 217 451 A1公开了一种这种类型的电池元件。所述电池元件具有例如由金属制成的元件壳体。所述元件壳体构型为棱柱形、尤其是立方体形并且构造为耐压的。所述电池元件在此具有用于电接触的正极端子和负极端子。

多个电池元件被组合成电池子模块并且相互电连接。为此，所述电池元件布置在共同的壳体或者箱体中，并且所述电池元件的端子借助元件连接件相互连接。多个电池子模块形成电池。

为了防止电池元件由于例如在运输中发生的碰撞而相对于彼此运动，这能够导致所述元件连接件的脱落，已知压紧装置，该压紧装置将在所述电池子模块中的电池元件固定在其位置中。

US 2012/0244397 A1公开了一种具有多个电池元件的电池模块。所述电池模块包括用于容纳所述电池元件的栅格形的框架和用于将所述电池元件固定在所述框架中的保持带。

US 2012/0177970 A1也公开了一种电池模块，所述电池模块具有多个电池元件，所述电池元件布置并且固定在栅格形的框架中。

US 02014/0255750 A1同样公开了一种具有多个电池元件的电池模块，所述电池元件借助元件连接件相互连接。

在US 2014/0349152 A1中公开了一种具有金属壳体的电池元件。该电池元件的端子在此借助绝缘体与所述金属壳体相隔离。

发明内容

建议一种用于将电池元件固定在电池子模块中的压紧装置，该压紧装置包括用于相对于所述电池元件定位该压紧装置的定位元件以及用于导向连接所述电池元件的元件连接件的导向元件。由此防止各个电池元件相对于彼此的竖直运动和元件连接件的脱落。

根据本发明，在该压紧装置的中央区域中设置有从顶侧贯穿到底侧的脱气开口，其中，在该压紧装置的底侧处设置有密封元件，所述密封元件包围所述脱气开口。这样的密封元件在贴靠在电池元件处时用于侧面地密封该脱气开口。

根据本发明的一种有利的改型方案，在该压紧装置的顶侧处设置有公差补偿元件。所述公差补偿元件确保在所述电池元件与布置在其上的另外的电池子模块之间的公差补偿。

根据本发明的另一种有利的改型方案，设置有用于导向电缆的电缆导向件。

优选地，所述导向元件构型为从所述顶侧贯穿到所述底侧的导向开口。所述导向开口在此用于容纳所述元件连接件。

有利地，所述导向元件包括至少一个第一级和第二级，所述第一级用于放置所述元件连接件。通过所述第二级扩大了在相邻的元件连接件之间的电气间隙。

还建议一种电池子模块，其包括多个电池元件和连接所述电池元件的元件连接件，以及至少一个根据本发明的、用于固定所述电池元件的压紧装置。

优选地，该压紧装置的密封元件放置在所述电池元件上。

有利地，所述电池元件具有破裂开口，所述破裂开口被该压紧装置的密封元件包围。

所述元件连接件优选接合到该压紧装置的导向元件中。

有利地，根据本发明的电池子模块被应用在电动车辆（EV）、混合动力车辆（HEV）、插电式混合动力车辆（PHEV）、固定式电池或者在海洋应用中的电池中。

本发明的优点

根据本发明的压紧装置允许将所述电池元件浇铸在该电池子模块的子模块箱体内，而不用浇铸材料浸湿所述电池元件的破裂开口。因此，使从所述电池元件中逸出的气体穿过所述脱气开口进行排出是可能的。

通过将所述第二级引入到该压紧装置的导向开口中，扩大了相邻的元件连接件之间的电气间隙。由此减小了短路的危险，尤其是当所述端子之间发生结露或者积水时。

附图说明

根据附图和下文的说明书详细阐述本发明的实施方式。

附图示出：

图1：电池元件的爆炸图，

图2：电池子模块的爆炸图，

图3：该压紧装置的从其底侧视角的立体图，

图4：图3中的压紧装置的从其顶侧视角的立体图，

图5：电池子模块的立体图，

图6：图5中的电池子模块的局部放大视图，

图7：根据一种变型方案的压紧装置的局部放大视图，和

图8：根据图7的变型方案的、具有元件连接件的压紧装置的局部放大视图。

具体实施方式

图1所示的电池元件2包括元件壳体11，该元件壳体构造为棱柱形、在本发明中为立方体形。所述元件壳体11在本发明中导电地实施并且例如由铝制成。所述元件壳体11包括立方体形的容器13，该容器在一侧具有容器开口14。所述容器开口14由盖组件15封闭，该该组件此外还包括盖板23。所述立方体形的容器13和该元件壳体11的盖板23在此分别导电地实施并且例如由铝制成。

所述电池元件2包括负极端子21和正极端子22。通过所述端子21、22能够截取由所述电池元件2提供的电压。此外，所述电池元件2也能够通过所述端子21、22被充电。所述端子21、22相互间隔开地布置在棱柱形的元件壳体11的盖板23上。

在该电池元件2的元件壳体11内布置有电极线圈3，该电极线圈具有两个电极，即阳极5和在这个视图中不能够被看到的阴极。所述阳极5和所述阴极分别实施为箔状，并且在在这个视图中不能够被看到的分隔部的中间层下方被缠绕成所述电极线圈3。所述分隔部在此构造为电绝缘的，但是能够传导锂离子，即对于锂离子是可穿透的。

所述阳极5包括阳极的活性材料，该活性材料实施为箔状。所述阳极的活性材料具有硅或者包含硅的合金作为基础材料。此外，所述阳极5还包括电流导出器4，该电流导出器同样构造为箔状。所述阳极的活性材料和该阳极5的电流导出器4平坦地相互贴靠并且相互连接。该阳极5的电流导出器4导电地实施并且由金属、例如铜制成。该阳极5的电流导出器4在第一窄侧上从该电极线圈3的边缘上突出并且与第一集电器7连接。所述阳极5的电流导出器4通过所述第一集电器7与该电池元件2的负极端子21电连接。

所述阴极包括阴极的活性材料，该活性材料实施为箔状。所述阴极的活性材料具有金属氧化物、例如锂钴氧化物（LiCoO₂）作为基础材料。此外，所述阴极还包括电流导出器，该电流导出器同样构造为箔状。所述阴极的活性材料和所述电流导出器平坦地相互贴靠并且相互连接。该阴极的电流导出器导电地实施并且由金属、例如铝制成。该阴极的电流导出器在与所述第一窄侧对置的第二窄侧上从该电极线圈3的边缘上突出并且与第二集电器9连接。该阴极的电流导出器通过所述第二集电器9与该电池元件2的正极端子22电连接。

位于该元件壳体11内的第一集电器7借助第一接触组件18与位于该元件壳体11之外的负极端子21连接。位于该元件壳体11内的第二集电器9借助第二接触组件19与位于该元件壳体11外的正极端子22连接。

该电池元件2的元件壳体11填充有液态的电解质。所述电解质包围所述阳极5、所述阴极和所述分隔部。所述电解质也能够传导锂离子。在装配该元件壳体11之后，所述电解质通过在所述盖板23中的填充开口26被填充到所述元件壳体11中。然后，借助未示出的密封塞封闭所述填充开口26。

所述第一集电器7与第一连接螺栓61连接，该第一连接螺栓在背向所述电极线圈3的一侧上远离所述第一集电器7地凸出。所述第一连接螺栓61在此穿过在该盖组件15的盖板23中的第一盖开口24凸出，并且在它的背向所述第一集电器7的端部处与所述负极端子21连接。

所述第二集电器9与第二连接螺栓62连接，该第二连接螺栓在背向所述电极线圈3的一侧上远离所述第二集电器9地凸出。所述第二连接螺栓62在此穿过在该盖组件15的盖板23中的第二盖开口25地凸出，并且在它的背向所述第二集电器9的端部处与所述正极端子22连接。

所述盖组件15在本发明中包括电势板17，该电势板导电地实施并且布置在所述盖板23与所述负极端子21之间。所述电势板17使所述盖板23与所述负极端子21电连接。因此，所述元件壳体11与所述负极端子21位于相同的电势上。

此外，所述盖组件15还包括连接板32，该连接板同样导电地实施并且布置在所述盖板23与所述正极端子22之间。所述连接板32与所述正极端子22电连接。此外，在该连接板32的背向所述盖板23的一侧上，与所述正极端子22横向相邻地，安装有、在本发明中是粘贴有连接板绝缘件35。

在所述盖板23与所述连接板32之间设置有间距绝缘体40，该间距绝缘体使所述盖板23与所述连接板32和所述正极端子22电绝缘。所述间距绝缘体40具有穿透开口44，所述第二连接螺栓62穿过该穿透开口凸出。

所述盖组件15也包括盖板绝缘箔36，该盖板绝缘箔粘贴在该盖板23的背向所述容器13的一侧上。所述盖板绝缘箔36具有第一箔开口37，所述负极端子21和所述电势板17穿过该第一箔开口凸出。所述盖板绝缘箔36也具有第二箔开口38，稍后会讨论它的功能。所述盖板绝缘箔36也具有第三箔开口39，所述正极端子22、所述连接板32、所述连接板绝缘件35和所述间距绝缘体40穿过该第三箔开口凸出。

在所述盖板23与所述第一集电器7之间设置有第一连接绝缘体46，该第一连接绝缘体使所述盖板23与所述第一集电器7电绝缘。所述第一连接绝缘体46具有第一绝缘体开口56，所述第一连接螺栓61穿透该第一绝缘体开口。在所述盖板23与所述第二集电器9之间设置有第二连接绝缘体47，该第二连接绝缘体使所述盖板23与所述第二集电器9电绝缘。所述第二连接绝缘体47具有第二绝缘体开口57，所述第二连接螺栓62穿透该第二绝缘体开口。

第一密封环51布置在所述第一连接螺栓61与所述盖板23之间。所述第一密封环51在此围绕所述第一连接螺栓61被放置并且处在该盖板23的第一盖开口24中。所述第一密封环51使所述第一连接螺栓61与所述盖板23电绝缘。附加地，所述第一密封环51气密地并且液密地密封所述第一盖开口24。因此，尤其阻止了湿气通过所述第一盖开口24侵入到所述元件壳体11中，以及阻止了电解质通过所述第一盖开口24从所述元件壳体11中溢出。

第二密封环52布置在所述第二连接螺栓62与所述盖板23之间。所述第二密封环52在此围绕所述第二连接螺栓62被放置并且处在该盖板23的第二盖开口25中。所述第二密封环52使所述第二连接螺栓62与所述盖板23电绝缘。附加地，所述第二密封环52气密地并且液密地密封所述第二盖开口25。因此，尤其阻止了湿气通过所述第二盖开口25侵入到所述元件壳体11中，以及阻止了电解质通过所述第二盖开口25从所述元件壳体11中溢出。

此外，该元件壳体11的盖板23还包括破裂开口33，该破裂开口由破裂盘34封闭。当在该元件壳体11内出现过压时，所述破裂盘34打开，由此所述过压能够通过所述破裂开口33向外泄漏。由此阻止该元件壳体11的破裂。在所述盖板23中的破裂开口33在此与在所述盖板绝缘箔36中的第二箔开口38对齐。

所述电池元件2在本发明中也具有过充保护装置（Over Charge Safety Device，OSD）。该过充保护装置包括设置在该元件壳体11的盖板23中的OSD开口29，该OSD开口由OSD薄膜28封闭。该OSD薄膜28实施为薄的金属箔。当在该元件壳体11内出现过压时，该过压能够例如通过由于该电池元件2的过充而导致的温度上升而出现，所述OSD薄膜28变形并且在此碰触所述连接板32。所述间距绝缘体40为此具有短路开口42，该短路开口能够在所述OSD薄膜28发生变形时穿透该OSD薄膜。由此产生在所述元件壳体11与所述第二集电器9之间的短路，由此中断该电池元件2的充电过程。

在图2中示出了电池子模块70的爆炸图。

所述电池子模块70包括多个、在本发明中包括十二个电池元件2，所述电池元件布置在子模块箱体72内。在将所述电池元件2放置到所述子模块箱体72中后，用浇铸材料78浇铸这个子模块箱体，然后所述浇铸材料包围所述电池元件2。

所述电池元件2的端子21、22借助元件连接件80相互电连接。电流轨道73用于该电池子模块70的电连接，所述电流轨道与电池元件2的负极端子21和另一个电池元件2的正极端子22连接。

借助两个压紧装置100将所述电池元件2固定在该电池子模块70的子模块箱体72中。护板71放置在所述压紧装置100上。电缆束154敷设在所述护板71与所述压紧装置100之间。所述电缆束154包括单个的电缆152，所述电缆连接到所述元件连接件80上。

图3中示出了压紧装置100的从其底侧106视角的立体图。所述压紧装置100包括用于相对于所述电池元件2定位该压紧装置100的定位元件110。此外，所述压紧装置100还包括用于导向连接所述元件连接件80的导向元件120。所述导向元件120在此构型为从所述底侧106贯穿到对置的顶侧104的导向开口。

在中央区域102中设置有从所述底侧106贯穿到所述顶侧104的脱气开口130。在所述底侧106上安装有密封元件132，所述密封元件包围所述脱气开口130。

在图4中示出了图3中的压紧装置100的从其顶侧104视角的立体图。在所述顶侧104上布置有公差补偿元件140。所述公差补偿元件140在此柔性地或者可压缩地构造，并且至少近似直角地从该压紧装置100的顶侧104突出。

在图5中示出了装配在一起的电池子模块70的立体图。所述电池子模块70在此包括在图2中已经示出并且说明的部件，其中，所述护板71未示出。

两个压紧装置100被这样放置到所述电池元件2上，使得所述脱气开口130包围所述破裂开口33。在这里不能够被看到的密封元件132在此放置在所述电池元件2的盖板23上。

电缆152与每个元件连接件80相连。所述电缆152被集拢成电缆束154，并且该电缆束154被从所述子模块箱体72中导向出来。在所述压紧装置100处安装有电缆导向件150，所述电缆导向件用于导向所述电缆152以及该电缆束154。

在图6中示出了图5中的电池子模块70的局部放大视图。所示出的压紧装置100的脱气开口130包围位于下方的电池元件2的破裂开口33。所述密封元件132放置在所述电池元件2的盖板23上。当用所述浇铸材料78将浇铸在该子模块箱体72内的所述电池元件2时，所述密封元件132阻止浇铸材料78浸湿并且封闭所述电池元件2的破裂开口33。

在图7中示出了根据一种变型方案的压紧装置100的局部放大视图。构造为导向开口的导向元件120在此分别包括第一级121，所述第一级用于放置所述元件连接件80。所述导向元件120此外还各包括第二级122，所述第二级布置在所述第一级121与所述顶侧104之间。

在图8中示出了根据图7中的变型方案的具有元件连接件80的压紧装置100的局部放大视图。所述元件连接件80分别放置在所述导向元件120的第一级121上。所述第一级121在此由所述元件连接件80遮盖。因此，所述元件连接件80接合到的该压紧装置100的导向元件120中。

本发明不限于这里所说明的实施例和其中所强调的方面。更确切地说，在通过权利要求给出的范围内可能有大量变型方案，所述变型方案在本领域技术人员的技术手段的范围中。

Claims (10)

1. 用于将电池元件（2）固定在电池子模块（70）中的压紧装置（100），其包括：

用于相对于所述电池元件（2）定位所述压紧装置（100）的定位元件（110），以及

用于导向连接所述电池元件（2）的元件连接件（80）的导向元件（120），

其特征在于，

在所述压紧装置（100）的中央区域（102）中设置有从顶侧（104）贯穿到底侧（106）的脱气开口（130），其中，

在所述压紧装置（100）的底侧（106）处设置有密封元件（132），所述密封元件包围所述脱气开口（130）。

2.根据权利要求1所述的压紧装置（100），其特征在于，在所述压紧装置（100）的顶侧（104）处设置有公差补偿元件（140）。

3.根据上述权利要求中任一项所述的压紧装置（100），其特征在于，设置有用于导向电缆（152）的电缆导向件（150）。

4.根据上述权利要求中任一项所述的压紧装置（100），其特征在于，所述导向元件（120）构型为从所述顶侧（104）贯穿到所述底侧（106）的导向开口。

5.根据权利要求1所述的压紧装置（100），其特征在于，所述导向元件（120）包括至少一个第一级（121）和第二级（122），所述第一级用于放置所述元件连接件（80）。

6.电池子模块（70），其包括多个电池元件（2）和连接所述电池元件（2）的元件连接件（80），以及至少一个根据上述权利要求中任一项所述的、用于固定所述电池元件（2）的压紧装置（100）。

7.根据权利要求6所述的电池子模块（70），其特征在于，所述压紧装置（100）的密封元件（132）放置在所述电池元件（2）上。

8.根据权利要求7所述的电池子模块（70），其特征在于，所述电池元件（2）具有破裂开口（33），所述破裂开口被所述压紧装置（100）的密封元件（132）包围。

9.根据权利要求6至8中任一项所述的电池子模块（70），其特征在于，所述元件连接件（80）接合到所述压紧装置（100）的导向元件（120）中。

10.根据权利要求6至9中任一项所述的电池子模块（70）的应用，所述电池子模块被应用在电动车辆（EV）、混合动力车辆（HEV）、插电式混合动力车辆（PHEV）、固定式电池或者在海洋应用中的电池中。