CN113206331B - 电池 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电池（100）、尤其锂离子电池，其具有：多个电池单池（10），所述多个电池单池（10）被相互连接成单池组且被容纳在壳体（20）中，其中所述电池单池（10）通过能够导热的粘接剂（TIM）被粘接在单池壳体（20）的底部（21）处；多个间隔元件（11），其中在所述多个电池单池（10）中的两个相邻的电池单池（10）之间各布置所述多个间隔元件（11）中的一个间隔元件（11）；两个端板（22），所述两个端板（22）在端侧限制单池组，其中所述端板（22）通过至少一个张紧带（23）被连接，其中所述至少一个张紧带（23）在周侧至少部分地包围单池组。对此按照本发明规定：所述至少一个张紧带（23）与所述电池单池（10）的侧壁通过粘接剂被粘接。

Description

电池

技术领域

本发明涉及一种按照独立的设备权利要求的前序部分所述的电池、尤其锂离子电池。

背景技术

在模块化地构造的电池中，各个电池单池被相互连接成单池组，所述单池组被容纳在壳体中。锂离子电池单池、例如锂聚合物电池单池由于化学的变化过程而变热。这经常在快速的能量释放或者能量吸收时发生。电池功率性能越强，其变热就越多。与此相应地，热管理系统必须是有效的。除了将电池单池有效地冷却到有利的运行温度上之外，在温度低于10°C（摄氏度）时对电池单池进行加热也是必要的，因为电池单池在这样的温度的情况下仅允许受限地被充电。

对电池单池的冷却在当今的电池中主要通过液体调温、例如利用水/乙二醇混合物来实现。冷却液被引导穿过布置在单池组下方的冷却元件的通道。所述冷却元件大多借助于在带有相应的其他的组件的冷却回路处的软管来实现。

根据现有技术，在冷却电池单池时在单池底部处使用例如形式为导热膏的热界面材料（TIM，Thermisches Interface-Material）以用于与冷却元件热接触。就此有两种可行方案。一方面，能够使用间隙垫或者间隙填充物用于热接触，其中在此单池的机械的固定不借助于热界面材料来实现并且额外的元件对于机械的负荷传递是必要的。另一方面，能够导热的粘接剂能够被用于热接触，所述粘接剂额外地承担了单池组在单池壳体中的机械的固定。在此，所述粘接剂完全地承担了机械的负荷传递的功能。所述单池组在单池壳体中与所述单池壳体的底部粘接。

所述单池组大多被如此构造，使得在两个相邻的电池单池之间各有一个间隔元件，所述间隔元件阻止电池单池与电池单池直接的接触并且调设所述电池单池之间的规定的间隔。所述单池组借助于端板和张紧带被初始地预挤压。当电池单池在运行中膨胀时，所述粘接剂必须能够沿单池组的纵向方向传递力。这样的力从“寿命开始”（BoL，Begin ofLife）到“寿命结束”（EoL, End of Life）变大，由此所述粘接剂中的应力特别是在第一个和最后一个电池单池处剧烈地增加。在此存在下述风险：临近“寿命结束”粘接剂中的应力变得如此高，以使得粘接机械地失效并且因此也不再保证电池单池的冷却。

发明内容

本发明提供了一种电池、尤其锂离子电池，其具有：多个电池单池，所述多个电池单池被相互连接成单池组并且被容纳在壳体中，其中所述电池单池通过能够导热的粘接剂被粘接在单池壳体的底部处；多个间隔元件，其中在所述多个电池单池中的两个相邻的电池单池之间各布置所述多个间隔元件中的一个间隔元件；两个端板，所述两个端板在端侧限制所述单池组，其中所述端板通过至少一个张紧带被连接并且尤其被张紧，其中所述至少一个张紧带在周侧至少部分地包围所述单池组。对此按照本发明规定：所述至少一个张紧带与所述电池单池的侧壁通过粘接剂粘接。

为了与所述电池单池的侧壁粘接，所述粘接剂能够要么被施用到所述电池单池的侧壁上要么被施用到所述至少一个张紧带上。

在本发明的框架下能够设想到的是：在所述单池组的每个纵侧处各有至少一个张紧带被粘接在所述电池单池的侧壁处。在此，所述张紧带的端部能够材料锁合地、例如通过焊接被固定在所述端板处。此外，形状锁合和/或传力锁合的连接或者由材料锁合和形状锁合和/或传力锁合的连接构成的组合也是能够设想到的。但是同时也能够设想到：连续的张紧带能够整个地和/或环状方式地包围所述单池组。在此，所述张紧带的端部能够彼此材料锁合地、例如通过焊接固定。在此，形状锁合和/或传力锁合的连接或者由材料锁合和形状锁合和/或传力锁合的连接构成的组合也是能够设想到的。由此，所述电池单池能够在所述端板之间以均匀的方式被张紧。

在此本发明的构思在于：所述电池单池除了粘接在所述单池壳体的底部处之外还与所述至少一个张紧带粘接。由此提供了用于传递膨胀力的第二负荷路径。由此，在第一负荷路径中的能够导热的粘接剂中的应力显著地下降，并且所述能够导热的粘接剂的失效的风险被最小化。所述能够导热的粘接剂的寿命借助于本发明被显著地提高。所述电池单池由于所述能够导热的粘接剂的失效而不再被冷却的风险在此能够被最小化，由此得到可靠性优点。因为在所述电池单池与所述单池壳体的底部之间的能够导热的粘接剂中的应力被降低，因此所述粘接剂的特性——强度相对于断裂伸长度——能够被调设在更大的范围中。也许能够使用具有更低的强度值和更好的导热性能的能够导热的粘接剂，因为这样的两种特性相互依赖。

此外，本发明就所述电池能够规定：所述粘接剂在所述张紧带处具有能够导热的添加物。以这种方式能够通过所述至少一个张紧带提供用于传递热量的第二引导路径。但是原则上在本发明的框架下能够设想到：能够实施带有或者没有能够导热的添加物的粘接剂。

此外，本发明就所述电池能够规定：所述粘接剂被实施为相同的能够导热的粘接剂，所述电池单池利用所述相同的能够导热的粘接剂被粘接在所述单池壳体的底部处。这能够带来成本优点还有加工中的优点，因为不必处理两种不同的粘接剂。

此外，本发明就所述电池能够规定：在所述至少一个张紧带与所述电池单池的侧壁之间的粘接剂具有下述层厚，所述层厚被调设得比所述电池中的残留污垢要求中最大允许的颗粒尺寸更大。由此使得所述粘接剂的最小的层厚与残留污垢要求的最大允许的颗粒尺寸相协调，以便在出现颗粒的情况下保证所述电池单池与所述至少一个张紧带之间的电气绝缘。

此外，本发明就所述电池能够规定：所述至少一个张紧带具有电气绝缘的涂层。在此，所述张紧带能够至少在宽侧处、但是优选整个地设有电气绝缘的涂层。所述电气绝缘的涂层能够例如借助于阴极浸涂（KTL，kathodischen Tauchlackierung）或者阳极浸涂（ATL，anodischen Tauchlackierung）借助于阳极氧化法作为绝缘薄膜等被提供。

在本发明的框架下，所述至少一个张紧带能够与所述端板材料锁合地连接。由此能够所述张紧带与所述端板之间传递大的力。优选所述至少一个张紧带能够与所述端板焊接。此外，形状锁合的连接或者由材料锁合和形状锁合和/或传力锁合的连接构成的组合也是能够设想到的。

此外，本发明就所述电池能够规定：所述至少一个张紧带在与所述端板连接的区域中（分别）具有缝隙，所述缝隙沿所述至少一个张紧带的宽度方向延伸，并且所述缝隙的端部被所述至少一个张紧带的侧边界间隔开。换言之，所述缝隙不是连续的，而是从所述至少一个张紧带的端侧终止。由于所述电池单池的膨胀，所述端板向外弯曲。这样的弯曲能够通过与所述张紧带的材料锁合的连接而引起作用到在外部的两个电池单池处的粘接剂上的剥离应力。这样的应力会导致所述粘接剂中的高应力。通过所述缝隙能够使得负荷传递经由在该缝隙上方和下方的接片来实现，其通过对所述接片的材料厚度和/或高度的相应的设计胜任于此。借助于所述缝隙能够显著地降低作用到所述粘接剂上的剥离应力，这保证了粘接连接的可靠性。

此外能够设想到：所述一个或者多个缝隙在端部处能够具有倒圆。所述张紧带中的机械应力在所述缝隙处能够通过所述倒圆分布在两个端部处并且由此被均匀化。

此外，本发明就所述电池能够规定：所述至少一个张紧带和/或所述端板由金属的材料尤其钢、不锈钢或者铝合金制作。钢、尤其不锈钢具有高的拉伸强度、高的断裂伸长度和高的弹性模量，以便能够可靠地传递机械的力以及单池膨胀力。将所述端板和/或所述至少一个张紧带制作为铝合金也是能够设想到的，因为铝合金在抗拉强度、断裂伸长度和弹性模量方面也具有适当的值。

此外，本发明提供了一种用于制造所述电池、尤其锂离子电子的方法，其具有以下步骤：提供多个电池单池，所述多个电池单池被相互连接成单池组并且被容纳在壳体中，其中所述电池单池通过能够导热的粘接剂被粘接在单池壳体的底部处；提供多个间隔元件，其中在所述多个电池单池中的两个相邻的电池单池之间各布置所述多个所述间隔元件中的一个间隔元件；提供两个端板，所述两个端板在端侧限制所述单池组，其中所述端板通过至少一个张紧带被连接，其中所述至少一个张紧带在周侧至少部分地包围所述单池组，其中所述至少一个张紧带与所述电池单池的侧壁通过粘接剂粘接。借助于按照本发明的方法得到了相同的优点，所述优点已经在上面结合按照本发明的电池被说明。在此完全参照这些优点。

附图说明

此外，本发明借助于附图被进一步阐述。在此应当注意：附图仅具有所说明的特点并且不应被认为以任何形式限制本发明。

其中：

图1示出了被相互连接成组的在本发明的意义上的电池单池的示例性的示图；

图2示出了被相互连接成组的在本发明的意义上的电池单池的示例性的示图；

图3以相应的侧视图示出了带有侧面敞开的壳体的在本发明的意义上的电池的示例性的示图；

图4以相应的俯视图示出了带有从上面敞开的壳体的在本发明的意义上的电池的示例性的示图；并且

图5示出了在本发明的意义上的张紧带的部分区段。

在不同的附图中，相同的部件始终设有相同的附图标记，因此该相同的附图标记通常仅被说明一次。

具体实施方式

图1至图4示出了电池100、尤其锂离子电池，其具有：多个电池单池10，所述多个电池单池10被相互连接成单池组（参见图1和图2）并且被容纳在壳体20中（参见图3和图4）。根据图3，所述电池单池10通过能够导热的粘接剂TIM被粘接在单池壳体20的底部21处。如从图1和图2能够看出的那样，设置多个间隔元件11，其中在两个相邻的电池单池10之间各布置一个间隔元件11。选择性地，也能够在端侧的电池单池10与两个端板22之间各设置一个间隔元件11。

所述端板22在端侧限制所述单池组。所述端板22通过至少一个张紧带23被连接并且尤其被彼此张紧，以使得所述电池单池10在所述端板22之间同样被张紧。所述至少一个张紧带23在周侧至少部分地包围所述单池组。

在此能够设想到：在所述单池组的每个纵侧处各有至少一个张紧带23能够被粘接在所述电池单池10的侧壁处。所述张紧带23的端部在图1、图2和图4的视图中从前面和后面能够在此材料锁合地、优选通过焊接被固定在所述端板22处。

但是同时也能够设想到：能够设置一个连续的张紧带23，所述连续的张紧带23能够整个地和/或环状方式地包围所述单池组。在此，所述张紧带23的端部能够彼此并且优选与所述端板22的一个端板材料锁合地、例如通过焊接固定。

按照本发明规定：所述至少一个张紧带23与所述电池单池10的侧壁通过粘接剂被粘接。

为了与所述电池单池的侧壁粘接，所述粘接剂能够要么被施用到所述电池单池10的侧壁上要么被施用到所述至少一个张紧带23上。

由此，所述电池单池10除了粘接在所述单池壳体20的底部21处之外还与所述至少一个张紧带23粘接。由此在所述壳体20内部提供了用于传递膨胀力F的第二负荷路径。由此能够显著地降低在第一负荷路径中的能够导热的粘接剂TIM中的应力并且最小化所述能够导热的粘接剂TIM的失效的风险。由此能够显著地提高通过能够导热的粘接剂TIM实现的粘接连接的寿命。在此能够显著地降低所述电池单池10不再被可靠地冷却的风险。由此提供了具有延长的寿命并且具有提高了的可靠性的电池100。

因此在所述电池单池10与所述单池壳体20的底部21之间的能够导热的粘接剂TIM中的应力被降低，因此所述能够导热的粘接剂TIM的特性——强度相对于断裂伸长度——能够被调设在更大的范围中。由此能够使用成本低廉的能够导热的粘接剂TIM。

在本发明的框架下，用于将所述电池单池10的侧壁与所述至少一个张紧带23粘接的粘接剂能够具有能够导热的添加物。以这种方式能够经由所述至少一个张紧带23提供用于传递热量的第二引导路径。但是原则上在本发明的框架下能够设想到：能够实施带有或者不带有能够导热的添加物的粘接剂。

用于将所述电池单池10的侧壁与所述至少一个张紧带23粘接的粘接剂能够以有利的方式被实施为相同的能够导热的粘接剂TIM，所述电池单池10利用所述相同的能够导热的粘接剂TIM被粘接在所述单池壳体20的底部21处。由此无需使用两种不同的粘接剂。

在本发明的框架下，所述粘接剂的最小的层厚能够与残留污垢要求的最大允许的颗粒尺寸相协调，以便在有污垢的情况下保证在所述电池单池10与所述至少一个张紧带之间23之间的电气绝缘。

此外能够设想到：所述至少一个张紧带23能够例如在所述至少一个张紧带23的宽侧或者说上侧和下侧上或者整个地具有电气绝缘的涂层（出于简化原因未被示出），所述电气绝缘的涂层能够例如借助于阴极浸涂（KTL）或者阳极浸涂（ATL）借助于阳极氧化法作为绝缘薄膜或诸如此类被提供。

如上面已经提到的那样，所述至少一个张紧带23能够与所述端板22材料锁合地连接。由此能够在所述张紧带23与所述端板22之间传递大的力。优选所述至少一个张紧带23能够与所述端板22焊接。

在图3和图4中示出了从所述电池单池10到所述单池组的边界处的机械的负荷路径（参见用于膨胀力F的箭头）。由于所述电池单池10的膨胀，被挤压的电池单池10沿纵向方向x的膨胀力F在所述电池100的寿命内增大。这样的膨胀力F一方面经由在所述壳体20的底部21处的能够导热的粘接剂TIM被传递到邻近的构件处而且还经由所述单池组的包括所述端板22和所述张紧带23在内的张紧元件被吸收。通过各个电池单池10与所述至少一个张紧带23的粘接，所述至少一个张紧带23的纵向伸长度被显著地降低，因为所述至少一个张紧带23的自由行程长度被剧烈地降低。由此导致所述单池组的纵向伸长度被降低并且作用到所述壳体20的底部21处的能够导热的粘接剂TIM上的力被减小。

由于所述电池单池10的膨胀，所述端板22会向外弯曲。这样的弯曲会通过与所述张紧带23的材料锁合的连接引起作用到在外部的两个电池单池10处的粘接剂上的剥离应力，所述剥离应力此外会导致所述粘接剂中的高应力。

如图5示出的那样，所述张紧带23能够垂直地在与所述端板22的材料锁合的连接部旁边设有缝隙24。由此，负荷传递能够经由在所述缝隙24上方和下方的接片实现，其能够通过对所述接片的横截面面积和/或横截面厚度的相应的设计来可靠地完成。

在所述张紧带23中的机械应力在所述缝隙24处能够通过在所述缝隙24的两个端部处的倒圆25被均匀化。借助于所述缝隙24、优选利用端侧的倒圆25能够显著地降低作用到所述粘接剂上的剥离应力，这能够保证粘接连接的可靠性。

对附图的上述说明仅在实施例的框架下对本发明进行说明。不言而喻，只要在技术上有意义，所述实施方式的各个特征能够在不脱离本发明的框架的情况下被自由地相互组合。

Claims (14)

1.一种电池（100），其具有：

多个电池单池（10），所述多个电池单池（10）被相互连接成单池组并且被容纳在壳体（20）中，

其中所述电池单池（10）通过能够导热的粘接剂（TIM）被粘接在单池壳体（20）的底部（21）处，

多个间隔元件（11），

其中在所述多个电池单池（10）中的两个相邻的电池单池（10）之间各布置所述多个间隔元件（11）中的一个间隔元件（11），

两个端板（22），所述两个端板（22）在端侧限制所述单池组，其中所述端板（22）通过至少一个张紧带（23）被连接并且被张紧，

其中所述至少一个张紧带（23）在周侧至少部分地包围所述单池组，

其特征在于，

所述至少一个张紧带（23）与所述电池单池（10）的侧壁通过粘接剂被粘接，

其中，所述至少一个张紧带（23）在与所述端板（22）连接的区域中具有缝隙（24），所述缝隙（24）沿所述至少一个张紧带（23）的宽度方向延伸并且所述缝隙（24）的端部被所述至少一个张紧带（23）的侧边界间隔开。

2.按照权利要求1所述的电池（100），

其特征在于，

所述粘接剂具有能够导热的添加物。

3.按照权利要求1或2所述的电池（100），

其特征在于，

所述粘接剂被实施为相同的能够导热的粘接剂（TIM），所述电池单池（10）利用所述相同的能够导热的粘接剂（TIM）被粘接在单池壳体（20）的底部（21）处。

4.按照权利要求1或2所述的电池（100），

其特征在于，

在所述至少一个张紧带（23）与所述电池单池（10）的侧壁之间的粘接剂具有下述层厚，所述层厚被调设得比在所述电池（100）中的残留污垢要求中的最大允许的颗粒尺寸更大。

5.按照权利要求1或2所述的电池（100），

其特征在于，

所述至少一个张紧带（23）具有电气绝缘的涂层。

6.按照权利要求1或2所述的电池（100），

其特征在于，

所述至少一个张紧带（23）材料锁合地或者形状锁合地或者由材料锁合和形状锁合构成的组合与所述端板（22）连接。

7.按照权利要求1或2所述的电池（100），

其特征在于，

所述缝隙（24）在端部处具有倒圆（25）。

8.按照权利要求1或2所述的电池（100），

其特征在于，

所述至少一个张紧带（23）和/或所述端板（22）由金属的材料制作。

9.按照权利要求1所述的电池（100），

其特征在于，

所述电池（100）是锂离子电池。

10.按照权利要求6所述的电池（100），

其特征在于，

所述至少一个张紧带（23）材料锁合地通过焊接与所述端板（22）连接。

11.按照权利要求8所述的电池（100），

其特征在于，

所述至少一个张紧带（23）和/或所述端板（22）由钢或者铝合金制作。

12.按照权利要求11所述的电池（100），

其特征在于，

所述至少一个张紧带（23）和/或所述端板（22）由不锈钢制作。

13.一种用于制造电池（100）的方法，其具有以下步骤：

提供多个电池单池（10），所述多个电池单池（10）被相互连接成单池组并且被容纳在壳体（20）中，

其中所述电池单池（10）通过能够导热的粘接剂（TIM）被粘接在单池壳体（20）的底部（21）处，

提供多个间隔元件（11），

其中在所述多个电池单池（10）中的两个相邻的电池单池（10）之间各布置所述多个间隔元件（11）中的一个间隔元件（11），

提供两个端板（22），所述两个端板（22）在端侧限制所述单池组，

其中所述端板（22）通过至少一个张紧带（23）被连接并且被张紧，

其中所述至少一个张紧带（23）在周侧至少部分地包围所述单池组，

其特征在于，

所述至少一个张紧带（23）与所述电池单池（10）的侧壁通过粘接剂被粘接，

其中，所述至少一个张紧带（23）在与所述端板（22）连接的区域中具有缝隙（24），所述缝隙（24）沿所述至少一个张紧带（23）的宽度方向延伸并且所述缝隙（24）的端部被所述至少一个张紧带（23）的侧边界间隔开。

14.按照权利要求13所述的方法，

其特征在于，

所述电池（100）是锂离子电池。