CN108023042A - 用于接收袋装电池的电池框架 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于接收确定数量的袋装电池（14）的电池框架（8），所述电池框架具有集成的电池连接器（10），其中，所述电池连接器（10）提供了用于贯穿接合的接触面。此外说明了一种电池组和一种用于制造电池组的方法。

Description

用于接收袋装电池的电池框架

技术领域

本发明涉及一种用于接收确定数量的袋装电池的电池框架。此外说明了一种电池组和一种用于制造电池组的方法。

背景技术

已知用于具有不同电压范围的锂离子袋装电池的电池模块和电池组。除了尽可能高的单位功率重量之外，在实践中提出了对于这种能量存储器的可靠性的严格要求。对于电的能量存储器来说制造-和材料成本同样是挑战。因此在大多数的系统中始终使用圆形电池（Rundzelle），这些系统当前被使用在电动汽车和混动汽车中。由此，虽然可以实现能量含量和成本上的要求，但是为此必须接受更低的单位功率密度。

由US 2011/0210954 A1已知的是，“果冻卷”类型的电池单元首先被接收在一金属袋中并然后被接收在一电池框架中。电池框架在此具有用于板条（Leiste）的分格（Fach），在所述板条中提供用于接触该果冻卷的电池连接器。

为了获得更高的单位功率密度和还有在结构形式上的更大变化，在汽车中针对能量存储器来说袋装电池的使用是有意义的。

由US 2014/0356672 A1已知具有框架元件的电池组，所述框架元件用于定位和机械地紧固确定数量的袋装电池。在该解决方案中不利的是，为了所述电池单元的电接触而需要附加的构件。

本发明的任务是提供袋装电池在一电池组中的机械的捆扎并同时简化地制造这些袋装电池之间的电接触部。

发明内容

在根据本发明的用于接收确定数量的袋装电池的电池框架中设置有集成的电池连接器，其中，所述电池连接器提供了用于贯穿接合的接触面。

以“集成的电池连接器”来表示电池框架作为一构件或一半成品被提供，其中牢固地加入电池连接器。例如可以设置：电池连接器力锁合、形状锁合和/或材料锁合地被电池框架固定保持、例如粘贴、夹住和/或重铸（umgießen）。

有利地，电池框架与电池连接器一件式地实施，从而使得在所提出的解决方案中相对于已知的解决方案减少了单个部件的数量。

用袋装电池来表示具有由软性材料制成的用于电化学的活性材料的膜包套的电池单元。袋装电池具有导电体（Stromableiter），这些导电体电接触该包套的内部的电化学的活性材料并作为旗状件（Fähnchen）被引导出电池。这些旗状件在本公开的范畴内也被称作电池接触部。这些电池接触部用于袋装电池与另外的袋装电池在并联和串联成电池条和电池模块中的互联。

袋装电池不仅可以是一次电池单元，而且也可以是二次电池单元，其被设置用于存储电能并将化学反应能转换成电能并反之亦然。二次电池单元也被称作蓄电池单元。尤其地，袋装电池可以是所谓的锂离子电池，其特征典型地在于特别高的能量密度、热稳定性和小的自放电。

电化学的活性材料在此处于膜包套的内部中并配属给两个电极，即，也被称作阴极的正极和也被称作阳极的负极。在放电过程的电化学反应中，电子在外部电流回路中从阳极流向阴极。在电池单元内部，锂离子从阳极移向阴极。在充电过程中，锂离子与之相反从阴极移向阳极。

电池单元的电极例如可以膜式地（folienartig）构造并在分离器的中间衬层的情况下由液态的电解质围住。电解质对于锂离子是能传导的并且能够实现锂离子在两个电极之间的运输。

阴极的电化学的活性材料例如可以是金属氧化物。阳极的电化学的活性材料例如可以是石墨或硅。

膜包套由软性和/或柔性材料制成。作为用于膜包套的材料例如考虑铝-塑料复合膜。该铝-塑料复合膜例如可以由厚度10至100μm、优选30至80μm的铝层和一个或多个塑料层、例如由聚丙烯制成。在此，塑料层能够通过例如热压黏合的热方法实现多个膜元件的材料锁合的连接。膜包套的厚度为50至500μm、优选100至300μm。膜包套的优点在于任意的可成型性、接合-和闭合过程的小的复杂性、例如通过热压黏合，以及在于电池壳体的薄的设计方案。

虽然膜包套由软性和/或柔性材料制成，但是该膜包套可以基本上以棱柱形的形状存在，也就是说，该膜包套具有六个侧面，其中典型地，六个侧面中的两个侧面构造了主表面并且六个侧面中的四个侧面构造了副表面。在这里用“基本上”来表示角和棱边在此可以是被倒圆的。主侧面在此是比副侧面按照面积（flächenmäßig）更大的侧面。

在优选实施方式中，电池连接器可以被用于电压监控和温度监控。

电池框架优选由能注塑的材料来制成，例如由像PET（聚对苯二甲酸乙二酯）、PE（聚乙烯）那样的塑料，像PA6（聚酰亚胺6）、PA6/6T（聚酰亚胺6/6T）、PPA（聚邻苯二酰胺）、PBT（聚丁烯-对苯二甲酸脂）或PPS（硫化聚苯醚）那样的热塑性塑料制成，其中，塑料可以纯加工地或以填充材料来存在，例如用以机械的加强。

电池框架优选具有至少一个贴靠肩，所述至少一个贴靠肩被尺寸设定为支撑一袋装电池。支撑袋装电池例如可以在袋装电池的两个相对置的侧面上进行或在周边上进行。

优选地，电池框架具有至少一个接片，电池连接器被接收在该至少一个接片中。进一步优选地，电池框架具有至少一个接片，电池连接器被嵌入在该至少一个接片中。在此，用“嵌入”来表示，电池连接器至少部分地由接片材料这样围住，从而该电池连接器被固定保持在其中。

带有被接收的电池连接器的接片的位置在本公开的范畴内也被称作为电池框架的前侧面。

根据一优选实施方式，电池框架在袋装电池的大致大小上具有一中央窗口。在此，电池框架在中央窗口的区域内形成留空部，至少一个袋装电池可以被接收在该留空部中。

所述电池框架优选被构造用于接收偶数数量的袋装电池，尤其是例如用于接收四个袋装电池。例如可以设置：在中央窗口的区域内可以彼此贴靠地布置两个袋装电池。也可以设置：在两个彼此贴靠布置的袋装电池之间存在冷却板或间隔元件。

根据本发明的电池组包括一框架装置和被接收在其中的袋装电池，其中，所述框架装置包括所描述的电池框架中的至少一个电池框架。用于电池组的使用领域可以是机动车、尤其是电动车辆、混动车辆和插入式混动车辆。

袋装电池优选以两种不同的变型方案存在，其中，这点可以涉及电池接触部的形式、形状和位态。每个袋装电池尤其可以这样地构造，即该袋装电池具有主表面，电池接触部从该主表面伸出。电池接触部在此处于主表面的平面内。袋装电池的该侧面在本公开的范畴内被称作袋装电池的下侧面。因为典型地两个电池接触部从袋装电池中伸出，所以极化（Bepolung）可以原则上以两种不同的形式进行，其中，在这两种形式中交换了正极和负极。袋装电池例如可以具有扁平的电池接触部和弯曲的电池接触部，例如具有扁平的电池接触部的正极和具有弯曲的电池接触部的负极，或反之亦然。

根据一优选实施方式，袋装电池以刚好两个彼此镜面对称的变型方案存在于这样的电池组中。以所述方式提供了特别节省空间的解决方案。

根据另一优选实施方式设置：在一框架装置中接收的袋装电池彼此串联。在此，袋装电池可以形成一电池条，该电池条是电池组的能特殊互联的单元。

用于制造电池组的根据本发明的方法包括下列的步骤：

a)提供用于接收确定数量的袋装电池的至少一个电池框架，所述至少一个电池框架具有集成的电池连接器，其中，所述电池连接器提供了用于贯穿接合的接触面，

b)利用所述电池框架来布置确定数量的袋装电池，

c)使至少一个袋装电池的至少一个导电体与电池框架的被集成的电池连接器的一接触面贯穿接合。

在也被称作Tox-咬合连接的受保护商标名称的贯穿接合中，所述制造技术的接合挤压过程根据2016年8月19日生效的文本的DIN 8593来表示。在本方法中，不仅电池连接器和电池接触部可以借助于贯穿接合来彼此连接，而且电池接触部可以彼此连接。贯穿接合例如在2016年8月19日报告的网站www.tox-de.com/verfahren/clinchen/tox-verbindungstechnologie上被描述。

优选地设置：在多个电池被使用在电池组中的情况下，在两个电池框架之间分别能够间接或直接向后相互贴靠地布置两个袋装电池，其中，这些袋装电池的导电体直接彼此接触。

电池组此外优选地包括一起始框架，该起始框架同样优选具有被集成的电池连接器，这些电池连接器具有用于贯穿接合的接触面。布置在起始框架中的袋装电池的接触同样优选地借助于贯穿接合来进行。

电池组此外优选包括一结束框架，该结束框架被构造用于接收袋装电池。结束框架优选具有留空部和/或被集成的金属元件，以便提供电池组向外的接口。

为了电接触，袋装电池的导电体彼此连接。没有处于底元件中或盖元件中的袋装电池中的每个袋装电池在此通过电池框架的接触面与另外的袋装电池接触。

发明优点

利用带有集成的电池连接器的电池框架的根据本发明的提供，减少了用于制造电池组的单个部件的数量。附加的优点由于隔离电池连接器时的自由度并由于接触面对于制作技术的工具的可能的良好可接触性而获得。

附图说明

下面借助于附图进一步示出本发明，其中，这些附图仅仅能够被直观地理解且不限定本发明。

其中：

图1示出了根据本发明一实施方式的框架装置的等距视图，

图2示出了根据本发明另一实施方式的框架装置的翻转等距视图，

图3示出了具有电流路径的示图的来自图1的框架装置的正视图，

图4示出了沿着来自图3的框架装置的截线C-C的截面视图，

图5示出了根据本发明一实施方式的电池框架的等距视图，

图6示出了来自图5的电池框架的正视图，

图7示出了沿着来自图6的电池框架的截线A-A的截面视图，

图8示出了根据本发明一实施方式的起始框架的等距视图，

图9示出了来自图8的起始框架的正视图以及

图10示出了沿着来自图9的起始框架的截线B-B的截面视图。

在这些附图中，类似的或相同的特征以类似的或相同的附图标记被示出。在个别情况下，省去了重复的描述。

具体实施方式

图1示出了根据本发明一实施方式的框架装置100的立体视图。框架装置100可以形成电池组的一部分。

框架装置100包括一布置，该布置具有一盖板2、结束框架22、两个电池框架8、起始框架20和底板4，它们在所示的实施例中以该序列由六个夹紧螺栓6牢固地保持在一起。在框架装置100中，在所示的实施例中接收有十二个袋装电池14，这些袋装电池在该立体视图中不能看到。

盖板2在前侧上具有两个留空部3，以便提供用于袋装电池14的外部的接触的接口12。

图2示出了框架装置100的翻转视图，该框架装置包括两个叠置布置的电池框架8，以及八个被接收在框架装置100中的袋装电池14。所示的电池框架8相应配备有四个袋装电池14并且是该框架装置100的一部分。

每个袋装电池14包括两个主侧面11，其中，这些主侧面11中的一个主侧面形成上侧面13并且另一个主侧面11形成袋装电池14的下侧面17。袋装电池14具有电池接触部16、18，其中，这些电池接触部16、18从袋装电池14的下侧面17伸出。电池接触部16、18被不同地构造，其中，每个袋装电池14具有直线的电池接触部16和弯曲的电池接触部18，它们形成正极和负极。在袋装电池14的内部中，电池接触部16、18接触对应的电极的电化学的活性材料。

电池框架8具有集成的电池连接器10，所述电池连接器尤其参考图7和10来进一步描述。在所示的袋装电池14中的四个袋装电池的情况下，弯曲的电池接触部18被引导到集成在电池框架8中的电池连接器10上并接触所述电池连接器。直线的电池接触部16与左后（rücklinks）贴靠的下一袋装电池14连接。

就像由图2能够看到的那样，存在两种不同形式的袋装电池14，即这样的袋装电池，其中弯曲的电池接触部18在左边在前侧面7处突出和这样的袋装电池，其中弯曲的电池接触部18在右边在前侧面7处突出。电池接触部16、18的极化（Bepolung）镜面对称地实施，从而使得总共存在两种不同类型的袋装电池14。

图3中示出了参考图1所描述的框架装置100的正视图。

图3中此外示出了电流路径24，该电流路径明示了袋装电池14的串联电路。在接口12上施加正极和负极。电流在这里例如从正极首先通过弯曲的电池接触部18进入到第一袋装电池14的内部，从那里通过直线的电池接触部16进入到相邻的袋装电池14中，该直线的电池接触部与所述相邻的袋装电池14的另一直线的电池接触部16直接接触。因此，当在第一袋装电池14的直线的电池接触部16上例如施加正极时，那么为了串联电路在相邻的袋装电池14的直接与之接触的直线的电池接触部16上施加负电位。

电流路径24通过起始框架20离开袋装电池14的左堆叠43并被引导向右堆叠43，在那里，该电流路径通过相对于第一堆叠43镜面对称布置的袋装电池14被引导向第二接口12。

图4示出了穿过按照图3的框架装置100的侧视图，其中，该视图是穿过图3的C-C的截面。

图4中明显能够看出总共六个袋装电池14，它们形成了第二堆叠43。具有根据本发明的电池框架8和被接收在其中的袋装电池14的布置也被称作为电池组15。所示的实施例包括两个电池组15。

冷却板26处在所述电池组15之间，这些冷却板大面积地接触袋装电池14，以便提供有效的冷却。

在每个电池组15内部，两个以它们的上侧面13相互对接的袋装电池14通过间隔保持件28彼此间隔开。

就像在截面视图中能够识别的那样，起始框架20、结束框架22和电池框架8的前侧面7和背侧面9没有构造成相同。相应地接片34处在前侧面7上，在该接片中集成了电池连接器10。接片34没有设置在这些构件的背侧面9上。

在所示的截面视图中，电池框架8因此在它的前侧面7上具有十字形轮廓，而电池框架在它的背侧面9上具有T轮廓。

在所示的截面视图中，起始框架20和结束框架22在它们的前侧面7上具有T轮廓并在它们的背侧面9上具有L轮廓。

图5示出了根据本发明的一实施方式的电池框架8的立体视图。电池框架8具有两个并排布置的中央窗口36，这些中央窗口在其尺寸上大致对应于袋装电池14的大小，从而使得通过中央窗口36所限定的空穴被构造用于接收袋装电池14。

中央窗口36彼此通过中间接片38分开。

电池框架8具有贴靠肩（Anlegeschulter）32，所述贴靠肩在所示的实施例中环绕地绕中央窗口36被构造。在所述侧面上还设置有侧向的闭合壁40。

电池连接器10被集成在电池框架8中并处于电池框架8的前侧面7上的接片34上。

图6示出了穿过来自图5的电池框架8的截面视图。

能够识别出的是，侧向的闭合壁40构造得略高于贴靠肩32。同样的情况适用于中间接片38。由此产生的空间由冷却板26占据。

图7示出了电池框架8的俯视图，所述电池框架参考图5和6被描述。电池连接器10被集成到电池框架8的接片34中。在制造时应用了注塑法，其中，电池连接器10被插入到电池框架8的浇注模具（Gussform）中。电池连接器10在所示的实施方式中被嵌入在电池框架8中，其中，该电池框架具有如下的区域44，该区域完全被电池框架8的塑料围住，并具有如下的敞开区域46，在该敞开区域上可以进行对电池接触部16、18的接触。

图8示出了根据本发明的一实施方式的起始框架20的立体视图。起始框架20基本上就像参考图5-7所描述的电池框架8那样构造，但是尤其在电池连接器10的实施方案上与之不同并在于该起始框架仅被构造用于接收这么多中的一半、即在这里两个袋装电池14，因为起始框架20的下方不接收袋装电池14。起始框架20此外具有脚部42，所述脚部被设置用于稳定性。

图9示出了起始框架20的正视图，其中示出了该起始框架尤其在高度上与电池框架8不同。

图10在俯视图中示出了起始框架20。起始框架20的电池连接器10又被嵌入到起始框架本体的塑料中，从而使得其具有敞开区域46和被遮盖的区域44。但是，在这里一体式地构造电池连接器10，从而使得给出了从左边的电池连接器10到右边的电池连接器10的贯穿接触。

本发明不被限制到这里所描述的实施例和从中被强调的方面上。确切地说，在通过权利要求记载的范围内可以有很多变型方案，它们处于本领域技术人员的处理的范围内。

Claims (10)

1.用于接收确定数量的袋装电池（14）的电池框架（8），所述电池框架具有集成的电池连接器（10），其中，所述电池连接器（10）提供了用于贯穿接合的接触面。

2.根据权利要求1所述的电池框架（8），其特征在于，所述电池框架（8）具有贴靠肩（32），所述贴靠肩被尺寸设定为支撑一袋装电池（14）。

3.根据前述权利要求中任一项所述的电池框架（8），其特征在于，所述电池框架（8）具有接片（34），在所述接片中接收、尤其是嵌入所述电池连接器（10）。

4.根据前述权利要求中任一项所述的电池框架（8），其特征在于，所述电池框架（8）大致在袋装电池（14）的大小上具有一中央窗口（36）。

5.根据前述权利要求中任一项所述的电池框架（8），其特征在于，所述电池框架（8）被构造用于接收偶数数量的袋装电池（14），尤其是用于接收四个袋装电池（14）。

6.电池组，其具有框架装置（100）和被接收在所述框架装置中的袋装电池（14），其中，所述框架装置（100）包括至少一个根据权利要求1至5中任一项所述的电池框架（8）。

7.根据权利要求6所述的电池组，其特征在于，所述袋装电池（14）以两个彼此镜面对称的变型方案存在。

8.根据权利要求6或7所述的电池组，其特征在于，在所述框架装置（100）中被接收的袋装电池（14）彼此串联。

9.用于制造电池组的方法，所述方法具有下列的步骤：

a)提供用于接收确定数量的袋装电池（14）的至少一个电池框架（8），所述至少一个电池框架具有集成的电池连接器（10），其中，所述电池连接器（10）提供了用于贯穿接合的接触面，

b)利用所述电池框架（8）来布置确定数量的袋装电池（14），

c)使至少一个袋装电池（14）的至少一个电池接触部（16、18）与所述电池框架（8）的被集成的电池连接器（10）的接触面贯穿接合。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，多个电池框架（8）使用在所述电池组中并且在两个电池框架（8）之间分别间接或直接向后相互贴靠地布置两个袋装电池（14）并且它们的电池接触部（16）直接彼此接触。