CN110785870B

CN110785870B - 电池单元

Info

Publication number: CN110785870B
Application number: CN201880040963.0A
Authority: CN
Inventors: P.德安德雷德鲁斯; M.科尔贝格尔; M.诺伊曼; T.库梅尔
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2017-06-20
Filing date: 2018-05-15
Publication date: 2022-08-19
Anticipated expiration: 2038-05-15
Also published as: WO2018233930A1; CN110785870A; DE102017210259A1

Abstract

本发明涉及一种电池单元，具有电极装置，所述电极装置具有用于接触活性材料的至少一个导体（26）和用于外部接触所述电极装置的集电器（28），其中所述电池单元还具有至少一个铆钉（10），并且其中所述集电器（28）和所述导体（26）分别具有至少一个开口（27、29），其中所述集电器（28）的开口（27）和所述导体（26）的开口（29）至少部分彼此重合地定位，并且其中所述铆钉（10）穿过所述导体（26）的开口（29）和所述集电器（28）的开口（27）延伸，所述铆钉将所述导体（26）与所述集电器（28）固定在一起。

Description

电池单元

技术领域

本发明涉及一种具有改善的可制造性的电池单元。

背景技术

显而易见的是，当前和将来既在固定应用（例如风力发电站）的情况下、在移动应用（例如车辆，例如混合动力车辆或电动车辆）的情况下又在消费品领域中（例如在膝上型电脑和移动电话的情况下）都会越来越多地使用必须满足很高要求的新电池系统。这种要求包括例如高可靠性、高性能和长寿命。性能的重要参数是比能量。比能量以每千克瓦特小时（Wh/kg）为单位加以测量，并说明一千克电池中可以存储多少能量。因此，致力于减轻电池的重量以增加该值。

混合动力车辆、插电式混合动力车辆和电动车辆中的驱动电池以通常的方式被构建为模块化的。在此情况下，由至少两个串联或并联连接的单个电池单元形成模块，这些模块又组合成更大的子单元，即所谓的Subunit（子单元）。这种子单元通常共享公共的冷却装置。于是电池由这些子单元中的两个或更多个子单元构建而成。在此情况下，可以依据在多个层级中的构造空间将这些子单元上下叠置地布置。

KR 101327767描述了一种电池，其中正电极板的连接区域分别通过铆钉与负电极板的连接区域连接。

发明内容

本发明涉及一种电池单元，具有电极装置，所述电极装置具有用于接触活性材料的至少一个导体和用于外部接触所述电极装置的集电器，其中所述电池单元还具有至少一个铆钉，并且其中所述集电器和所述导体分别具有至少一个开口，其中所述集电器的开口和所述导体的开口至少部分彼此重合地定位，并且其中所述铆钉穿过所述导体的开口和所述集电器的开口延伸，所述铆钉将所述导体与所述集电器固定在一起。

先前描述的电池单元使得所述至少一个导体与集电器能够特别有利地接触，并且此外使得电池模块的多个电池单元能够以简单的方式连接。

因此，这种电池单元具有至少一个电极装置，所述电极装置具有用于接触活性材料的导体。特别地，所述电池单元具有多个电极装置，每个电极装置具有与一层或多层活性材料接触的导体。因此，所述电池单元特别是具有多个也称为电极组件的电极装置，并因此具有多个导体。

在此情况下，原则上可以按照原则上已知的方式来设计所述电极装置。特别地，可以存在如对于锂离子电池单元的制造已知的活性材料。

此外，所述电极装置包括用于外部接触所述至少一个电极装置的集电器。因此，所述集电器用于使所述一个导体或特别是所述多个导体可用于外部接触，并且此外，特别是当存在多个导体时，所述集电器用于使多个导体彼此电连接。

在上述的电池单元情况下进一步规定，所述集电器和所述一个导体或所述多个导体具有至少一个开口，其中所述集电器的开口与所述一个导体或所述多个导体的开口至少部分彼此重合地定位。因此，所述集电器和所述一个或多个导体具有由这些开口形成的公共通道。

在此情况下规定，所述通道或所述开口用于所述铆钉穿过所述开口或穿过所述通道地延伸。所述铆钉用于将所述一个导体或特别是所述多个导体机械地固定在所述集电器上，并且必要时还用于至少部分地电连接所述导体。

可以设置一个铆钉或可以设置多个铆钉，以将所述一个或多个导体与所述集电器连接。在此情况下，铆钉的数量取决于所述电池单元的尺寸。例如，可以使用两到六个铆钉。

在使用铆钉的情况下所述一个导体或优选地所述多个导体与所述集电器的这种连接相对于现有技术的解决方案可以提供明显的优点。

因为通过使用铆钉，可以省去设置用于将所述一个或多个导体与所述集电器连接的焊接连接。这首先在制造方法方面具有优点，因为可以省去构造出焊接连接所必需的周边。

此外，由此不会出现在焊接过程中常常无法完全避免的飞溅。由此可以减少或消除由此引起的损坏的风险。

最后，可以省去热供应，而热供应是焊接过程中原则上所必需的。由此可以实现特别温和的制造方法。

最后，铆钉可以实现所述集电器与所述一个导体或所述多个导体的牢固连接，这可以对长期稳定性产生积极影响。

特别优选地可以规定，所述导体被设计为薄膜状的并且所述集电器被设计为刚性的。特别是在该设计方案中，由于可以实现折叠的电极配置，因此可以实现电池的特别高的性能。此外，所述导体可以具有相对较小的厚度，从而即使是大量导体也具有较小的厚度，并且从而可以在重量较小的同时实现高性能。此外，通过所述集电器被构造为刚性的，可以实现所述电极装置的机械稳定的电外部连接。

在此情况下，薄膜状设计与刚性设计之间的差异可以从以下事实看出：当仅一个区域的薄膜固定时，非固定区域趋向于由于重力而弯曲，而在刚性设计的情况下则不是这种情况。

例如，所述集电器可以被设计为金属板，以便将良好的导电性与高稳定性统一起来。

可以依据所述电池单元中的极性来选择所述导体，例如导体薄膜。例如，如果所述导体或所述电极装置作为阳极连接，则所述一个或多个导体可以由铜制成。替代地，如果所述导体或所述电极装置作为阴极连接，则所述一个或多个导体可以由铝制成。

可以进一步规定，一个或多个导体分别存在于所述集电器的相对的侧上或存在于所述集电器的开口上，并因此与所述集电器连接。

进一步优选的可能是，所述铆钉具有至少一个带有粗糙的固定表面的头部。在此情况下，固定表面特别是可以理解为一种这样的表面，其作用或压在待固定的器件上。特别地，固定表面是一种这样的表面，其存在于所述铆钉的头上并且指向待连接的部件的方向。在此情况下，粗糙的表面特别是可以理解为，所述固定表面的粗糙度大于所述铆钉的至少一个其他表面的粗糙度，特别是大于所述铆钉的所有其他表面的粗糙度。例如，所述固定表面可以设计为波浪状或锯齿状的。

该设计可以构造出机械上特别稳定的连接，从而给出高的长期稳定性。此外，可以给出安全及有效的电接触，这对于所述电池单元的有效和强大的工作是有利的。此外，这对于所述电极装置的连接可以是有利的，下面将对此进行描述。

还可以规定，所述集电器被粗糙化，也就是特别是在所述铆钉的位置处或在所述开口周围具有粗糙的表面。由此可以构造出特别牢固的机械连接。

集电器和铆钉都可以例如在使用激光的情况下被粗糙化。

还可能优选的是，所述铆钉是双金属铆钉。在本发明的含义下，双金属铆钉特别是可以理解为由两种金属构建而成的铆钉。特别地，双金属铆钉可以将如上所述的一个或多个导体在集电器上的特别优选的固定与不同电极装置的简单和有效连接相结合。特别地，从而一个或多个例如并联的正极性电极装置可以与一个或多个例如并联的负极性电极装置串联连接。

特别是对于这种应用、但又不限于此地可以规定，所述铆钉、特别是双金属铆钉具有第一头部、第二头部和连接第一头部和第二头部的杆，其中所述第一头部由第一金属材料形成，并且其中所述第二头部由第二金属材料形成。在此情况下可以规定，在所述杆中在第一金属材料和第二金属材料之间存在边界区域，所述边界区域例如在第一头部和第二头部之间居中延伸和/或在径向方向上延伸。

在该设计中，例如所述第一头部可以将阳极导体固定在阳极集电器上，而所述第二头部可以将阴极导体固定在阴极集电器上。为此，例如两个集电器可以彼此平行并彼此接触。替代地，所述集电器可以由双金属集电器构造而成。由于所述双金属铆钉以及必要时所述双金属集电器或不同集电器的材料不同，它们可以例如分别具有与例如所述导体相同的材料。由此，串联连接可以是特别有效的，并且没有或仅有可忽略的线路损耗。因此这可以支持或实现高性能。

因此可以规定，所述第一头部将至少一个阳极导体固定在阳极集电器上，并且所述第二头部将至少一个阴极导体固定在阴极集电器上，特别是其中所述阳极集电器和所述阴极集电器被设计成公共的双金属集电器。

可能进一步优选的是，所述第一金属材料包括铝，并且所述第二金属材料选自由铜、镀镍的铜和Hilumin组成的组。在此情况下，铝对于阴极可能是有利的，而铜、镀镍的铜和Hilumin对于阳极可能是有利的。特别是在该设计中，可以有利地使得所述电极装置的有利连接成为可能，因为这些电极装置具有良好的导电性能并且对于相应的电极是稳定的。此外，这些金属连接具有很高的机械稳定性，从而所述双金属铆钉可以实现机械稳定的固定。

在此情况下，可以将Hilumin理解为特别是镀镍的钢。在此情况下，特别是镀镍的钢可以实现高耐腐蚀性和低接触电阻。

因此，例如可以存在一种双金属铆钉，该双金属铆钉具有由铝制成的第一头部，所述第一头部与一个或多个由铝制成的导体接触并且将所述导体压靠在由铝制成的集电器（例如双金属集电器）上，其中在相反的一侧上设置例如由铜或另一种例如前面描述的阳极材料制成的第二头部，所述第二头部与由所述阳极材料制成的一个或多个导体接触并将所述导体压靠在由所述阳极材料制成的集电器（例如双金属集电器）上。因此，所述集电器或例如双金属集电器的相应区域可以由与相应导体和所述双金属铆钉的区域相同的材料制成。

此外可能优选的是，所述第一金属材料和所述第二金属材料之间的边界区域由包封物包围。特别是在该设计中，可以防止两个金属连接件中较不贵重的连接件的腐蚀，否则为此原则上可能在边界区域中存在这种危险。例如，所述包封物可以由电绝缘材料制成。作为非限制性示例，所述包封物可以由橡胶制成。

此外可能有利的是，所述电池单元还具有冷却元件，所述冷却元件通过所述铆钉与所述至少一个导体和所述集电器固定在一起。在该设计中，通过例如可以设计为冷却板的所述冷却元件与所述一个或多个导体和所述集电器的紧密热接触，可以通过紧密热接触实现特别有效的冷却。此外，在该设计中，可以以简单的方式将所述电极装置机械固定在所述冷却元件上。为此，所述冷却元件可以具有用于所述铆钉的开口，该开口与所述集电器和所述一个或多个导体的开口重合。

以此方式提供的电池单元可以彼此并联和/或串联连接成一个或多个电池模块。在此情况下，特别是可以依据所述一个或多个电池模块的期望规格来选择所述电池单元的数量和相应的连接。

所提供的电池单元的类型在本发明的范围中是不受限的。例如，可以提供相同或不同的电池单元。在此，锂离子电池单元可以作为示例性的电池单元。

此外可以规定，所述电池模块的至少一个电池单元是袋式电池单元，并且因此至少一个导体是袋式电池单元的一部分。在提供一个或多个袋式电池单元的情况下，相应的优点可以是特别有效的。这特别是可以归因于以下事实，即袋式电池单元由于其结构而具有柔性导体，并且与所谓的硬壳电池单元相比具有相对平坦的壳体。这些几何特性可以在此处建议的结构和方法中被最佳使用。

附图说明

根据本发明的主题的其他优点和有利的设计通过附图示出并且在下面的描述中加以解释，其中只要在上下文中没有明确表明相反的情况，所描述的特征就可以单独地或者以任意组合成为本发明的主题。在此情况下应当注意，附图仅具有描述性的特性，而无意以任何形式限制本发明。

图1示出了用于电池单元的铆钉的设计的示意性剖视图；

图2示出了用于电池单元的铆钉的另一设计的示意性剖视图；

图3示出了电池单元的设计的示意性剖视图；

图4示出了电池单元的另一设计的示意性剖视图；以及

图5示出了电池单元的另一设计的示意性剖视图。

具体实施方式

在图1中示出了适用于电池单元的铆钉10的一部分。特别地，铆钉10用于将电极装置的一个或多个导体26固定在集电器28上。铆钉10例如可以由均匀的材料形成。

铆钉10包括第一头部16，所述第一头部固定在杆18上或与所述杆一体地构造。第二头部20未示出，第二头部20布置在杆18的与第一头部16相对的侧上。

还示出，铆钉10至少在其第一头部16上具有粗糙的固定表面22。

在图2中示出了铆钉10的另一设计。在此情况下示出，铆钉10是双金属铆钉，并且铆钉10在其第一头部16上由第一金属材料形成并且在其第二头部20上由第二金属材料形成。还示出了第一金属材料和第二金属材料之间的边界24在杆18中延伸。原则上，可以例如通过摩擦焊接来例如焊接不同的材料。

在边界24处还可以设置包封物25，所述包封物覆盖边界区域，以从而防止腐蚀。

图3示出了电池单元的第一设计。在此情况下示出了多个导体26通过铆钉10与集电器28固定在一起。为此规定，集电器28和导体26分别具有开口27、29，其中集电器28的开口27和导体26的开口29彼此重合地定位，并且其中铆钉10穿过开口27、29地延伸，所述铆钉将导体26与集电器28固定在一起。

特别地，相同极性的导体26可以与集电器28连接。还示出，不仅所述铆钉具有粗糙的固定表面，而且集电器28也被粗糙化，也就是说，集电器28特别是在铆钉10的位置处具有粗糙的表面30。

图4示出了电池单元的另一设计。在此情况下特别是将双金属铆钉用作铆钉10，以实现第一头部16将例如由铜制成的至少一个阳极导体26'固定在例如同样由铜制成的阳极集电器28'上，并且第二头部20将至少一个例如由铝制成的阴极导体26''固定在例如同样由铝制成的阴极集电器28''上。在此情况下，集电器28可以被设计为双金属集电器，具有铝层作为阴极集电器28''和铜层作为阳极集电器28'。还示出了，铆钉10通过包封物25与集电器28绝缘，但不是与导体26绝缘。包封物25例如可以被引导到集电器28中，接着定位特别是薄膜状的导体26并且通过铆钉10固定该导体。

图5示出了电池单元的另一设计。在此情况下规定，所述电池单元还具有冷却元件32，所述冷却元件通过铆钉10与至少一个导体26和集电器28固定在一起。特别有利的可以是，冷却元件32与至少一个导体26接触，因为它们例如在短路的情况下承受相对大的散热，从而在此冷却特别有效。但是，冷却元件32（例如冷却板）可以通过电绝缘体34与集电器28绝缘。

Claims

1.一种电池单元，具有电极装置，所述电极装置具有用于接触活性材料的至少一个导体（26）和用于外部接触所述电极装置的集电器（28），其中所述电池单元还具有至少一个铆钉（10），并且所述集电器（28）和所述导体（26）分别具有至少一个开口（27、29），其中所述集电器（28）的开口（27）和所述导体（26）的开口（29）至少部分彼此重合地定位，并且其中所述铆钉（10）穿过所述导体（26）的开口（29）和所述集电器（28）的开口（27）延伸，所述铆钉将所述导体（26）与所述集电器（28）固定在一起，

其特征在于，所述铆钉（10）具有第一头部（16）、第二头部（20）和连接所述第一头部（16）和所述第二头部（20）的杆（18），以及所述第一头部（16）将至少一个阳极导体（26'）固定在阳极集电器（28'）上，并且所述第二头部将至少一个阴极导体（26''）固定在阴极集电器（28''）上，其中所述阳极集电器（28'）和所述阴极集电器（28''）被设计为公共的双金属集电器，其中所述铆钉（10）是双金属铆钉。

2.根据权利要求1所述的电池单元，其特征在于，所述导体（26）被设计为薄膜状，并且所述集电器（28）被设计为刚性的。

3.根据权利要求1或2所述的电池单元，其特征在于，所述铆钉（10）具有至少一个头部，所述至少一个头部具有粗糙的固定表面（22）。

4.根据权利要求1所述的电池单元，其特征在于，所述第一头部（16）由第一金属材料形成，并且其中所述第二头部（20）由第二金属材料形成。

5.根据权利要求4所述的电池单元，其特征在于，所述第一金属材料和所述第二金属材料之间的边界（24）在所述杆（18）中延伸。

6.根据权利要求4至5中任一项所述的电池单元，其特征在于，所述第一金属材料包括铝，并且所述第二金属材料选自由铜、镀镍的铜和Hilumin组成的组。

7.根据权利要求4至5中任一项所述的电池单元，其特征在于，所述第一金属材料与所述第二金属材料之间的边界（24）被包封物（25）包围。

8.根据权利要求1至2中任一项所述的电池单元，其特征在于，所述电池单元还具有冷却元件（32），所述冷却元件通过所述铆钉（10）与所述至少一个导体（26）和所述集电器（28）固定在一起。