CN115917847A - 用于至少一个电池单池的单池架以及单池模块 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于至少一个电池单池(12)的单池架(10)，该单池架提供容座(22)，至少一个电池单池(12)可容置在容座中，并且该单池架与其它单池架(10)可以在一模块框架内堆叠，由此可以提供包括多个电池单池(12)的电池，其中，该单池架(10)具有导向机构(26)，借助导向机构可以在模块框架内相对于模块框架引导该单池架(10)。

Description

用于至少一个电池单池的单池架以及单池模块

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的用于至少一个电池单池的单池架以及一种单池模块。

背景技术

DE 10 2014 019 092 A1公开一种单池架，用于容纳单个单池，其具有设于平坦侧的单池导体。在单池架的外侧面中设置用于接触弯曲的单池导体的接触件。单个单池是呈所谓的软包电池(咖啡袋)或软壳电池构型的扁平单池。在此情况下，电化学活性的单池内部被电绝缘的、作为单池壳体的复合膜包围。为了机械固定因复合膜而具有比较不稳固的单池壳体的单个单池，设置有单池架。该单池架布置在两个单个单池之间并且在边缘侧包围它们，其中，单个单池和单池架形成一个单池块，其是电池的组成部分。

发明内容

本发明的任务是提供一种用于至少一个电池单池/电芯的单池架/电芯架以及一种单池模块/电芯模块，其允许很有利地保护所容纳的电池单池。

根据本发明，该任务通过一种具有权利要求1的特征的用于至少一个电池单池的单池架以及一种具有权利要求7的特征的单池模块完成。在从各自的属权利要求以及以下说明中指明具有适当的发明改进方案的有利设计。

本发明涉及一种用于至少一个电池单池的单池架，其提供容座，在容座中可容纳该至少一个电池单池。该容座设计成至少朝一个方向敞开，由此允许容置于容座中的电池单池的体积变化。此外，单池架可以与其它单池架在模块框架内堆叠，由此可以提供包含多个电池单池的电池。电池尤其是能驱动电运行的机动车的车辆电池。电池单池尤其是所谓的软壳单池。在此情况下，名称“软壳单池”仅描述单池的技术结构。在软壳单池情况下，堆叠的或折叠的活性层被柔性/弹性的外膜包围。多个单独的软壳单池可以堆叠以便按串联电路或并联电路相连。单池导体作为连接电极从各自软壳单池的外膜突出。为了保持电池单池且尤其是其外膜的很小损伤危险而规定，单池应该承受很小的机械应力。为了一方面实现很有利的各自电池单池保护且另一方面允许电池单池在其使用寿命周期或其充电周期内的体积变化，本发明规定，单池架具有导向机构，借此可以在模块框架内相对于模块框架引导单池架。由于单池架能够通过导向机构相对于模块框架被引导，借助单池架所容纳的至少一个电池单池的体积变化能够通过单池架相对于模块框架的相对运动而被补偿，由此可以保持电池单池在体积变化时很小的机械应力负荷。尤其在堆叠布置多个分别容纳有至少一个电池单池的单池架时，单池架可以通过其导向机构彼此无关地相对于模块框架运动，由此该单池架可彼此相对运动。在此情况下，容置于第一单池架的第一容座中的电池单池贴靠在堆叠于第一单池架上的第二单池架的一壁上。第二单池架的该壁遮盖第一单池架的容座的敞开侧。因此，安置在容座中的电池单池沿单池架的堆叠方向沿第一方向被第一单池架覆盖并在第二方向上被第二单池架覆盖。如果电池单池的容置于单池架的至少一个中的至少一个电池单池膨胀，则可以因电池单池膨胀而将容纳电池单池的单池架和另一贴靠电池单池的单池架彼此受压分开。由于单池架彼此受压分开，进行单池架的各自导向机构所允许的单池架的彼此相对运动，通过导向机构，该单池架分别相对于模块框架可运动。因体积增大而在电池单池内形成的压力可以通过单池架的彼此相对运动而被禁止或至少削弱。容置于单池架中的至少一个电池单池的压力负荷因此可以保持很小。由此可以使至少一个容置于单池架中的电池单池保持很低的损伤危险。

在本发明的一个改进方案中设置弯曲边缘，在弯曲边缘中可弯曲所容置的电池单池的单池导体。弯曲的单池导体可连接至另一电池单池的单池导体，其中，该电池单池可以串联或并联。通过弯曲该单池导体可获得包括多个单池架和多个电池单池的电池的很紧凑的构型。

与此相关地表明很有利的是，在弯曲边缘处设置金属嵌件，单池导体可贴靠金属嵌件且借此以材料锁合的方式可将单池导体连接至单池架。这意味着，金属嵌件布置在弯曲边缘处，至少一个单池导体在绕弯曲边缘弯曲时可贴靠该金属嵌件。为了保证至少一个电池单池很可靠地保持在单池架上，单池导体可以通过材料锁合方式连接、尤其焊接至金属嵌件。通过材料锁合连接，可以保证将单池导体位置准确地固定在单池架上。由此可以进行容置于不同的单池架中的多个电池单池的很简单的可靠连接。

在本发明的另一设计中已表明有利的是，该导向机构被设计成燕尾导向机构。燕尾导向机构设计用于与模块框架共同构成滑动引导。为了滑动引导，燕尾导向机构设计用于与模块框架共同形成燕尾连接。通过燕尾连接，可以提供在所述单池架与模块框架之间的形锁合连接。因此可以通过燕尾导向机构一方面将单池架很可靠地保持在模块框架上，另一方面燕尾导向机构允许很精确地引导该单池架相对于模块框架的相对运动。

在本发明的另一个设计中已经表明有利的是，至少一个界定容座的壁由金属件提供，该电池单池在其容置于容座中的状态下可贴靠该金属件。容置于容座中的电池单池因此可以接触金属件。金属件具有很高的导热性并且允许从容置于单池架的容座中的至少一个电池单池很有利地散热。由此，容置于单池架的容座中的至少一个电池单池可以很简单地借助金属件被冷却。此外，可以借助金属件来至少基本禁止至少一个容置于容座中的电池单池的过热。借助金属件，例如可以将容置于相互堆叠的单池架中的多个电池单池的各自温度相互均衡和/或从至少一个容置于单池架的容座中的电池单池散热并且将热送向冷却装置。该至少一个金属件因此允许容置于单池架的容座中的电池单池的很有利的温度调节。

在本发明的一个改进方案中表明有利的是，在至少一个界定容座的壁上设置加热件、尤其是帕尔贴元件，电池单池在其容置于容座中的状态下可贴靠加热件。借助加热件，电池单池在其安置于容座中的状态下可被加热。由此可以很简单地调节安置于容座中的电池单池的最低温度，由此可以保持很低的电池单池损伤危险。此外，加热件在电池单池投入使用时允许很快速地出现电池单池工作温度，由此能特别高能效地快速使用电池单池。通过快速出现工作温度，可以借助单池架的加热件保持很低的电池单池损伤危险，由此能获得很长的电池单池使用寿命，还可以实现容置于容座中的至少一个电池单池的很有利的运行。

本发明还涉及一种单池模块，其具有带至少一个导向容槽的模块框架以及至少两个单池架，如已经关于本发明的单池架所描述的那样。单池架在一个堆叠方向上相互堆叠并且被保持在模块框架上。沿着堆叠方向，单池架借助其导向机构可以在模块框架的至少一个导向容槽中相对于模块框架被引导。在单池架的容座中分别可容置至少一个电池单池。因为在模块框架内堆叠布置单池架，容置于第一单池架中的电池单池贴靠沿堆叠方向堆叠在第一单池架上的第二单池架的后壁。因此，至少一个电池单池安置在第一单池架的容座中并且在堆叠方向上被第二单池架的后壁遮盖。因此，至少一个电池单池在其布置在第一单池架的容座中时至少基本被第一单池架和第二单池架包围，至少沿堆叠方向向上和向下被遮盖。

该导向机构与导向容槽一起例如形成滑动引导、尤其是燕尾型连接。作为导向容槽，模块框架可以具有至少一个导向槽，单池架的导向机构的各自导向件可接合、尤其以形锁合方式接合到导向槽中。单池架通过导向机构沿堆叠方向相对于模块框架可单独运动，由此可调节单池架之间的距离。在堆叠方向上的各自单池架之间的距离可以依据容置于单池架中的电池单池的各自体积被调节，由此可以保持电池单池的很小压力负荷。尤其是，单池架沿堆叠方向的彼此相对运动允许单池架在至少其中一个电池单池体积增大时避开/偏移，由此可以保持容置于单池架中的电池单池的很低的损伤危险。单池模块因此允许很长的单池使用寿命，这是因为单池模块允许电池单池在电池单池承受很小的机械应力的情况下发生体积变化。

事实表明特别有利的是，该金属件贴靠第一单池架的后壁的第一侧，其中，容置于第二单池架中的电池单池可贴靠于后壁的与第一侧相对的第二侧。这意味着，金属件在堆叠方向上与单池架的至少一个容座重叠布置，由此安置在单池架的容座中的电池单池在堆叠方向上与金属件重叠并可贴靠该金属件布置。该金属件允许从容置于由金属件界定的容座中且贴靠金属件的电池单池导走热。借助金属件所吸收的热可以通过后壁在堆叠方向上从容座或电池单池被散走。如果在多个沿堆叠方向并排安置的单池架中分别安置至少一个电池单池，则可以通过至少一个在堆叠方向上布置在各自电池单池之间的金属件进行电池单池之间的温度平衡。由此可以至少基本上避免或很快速地补偿和平衡单池模块内的温度高峰。因此能很有利地预防单池模块的过热。由此可以保持很低的单池模块损伤危险。

在本发明的另一设计中已表明有利的是设有冷却装置，其贴靠堆叠的单池架并且借此可从单池架吸收热。冷却装置尤其同时贴靠所有在堆叠方向上堆叠的单池架。为此，冷却装置可以在外侧贴靠各自垂直于堆叠方向界定单池架的容座底壁。借助冷却装置可以很有利地冷却单池模块，做法是直接从各自单池架吸收热。冷却装置允许单池模块的很有利的均匀冷却，由此在单池模块内的过热以及温度高峰可以至少基本得以避免。作为冷却装置的替代或补充，可以将可加热单池架的加热装置同时贴靠至所有堆叠的单池架，由此，容置于单池架的相应容座中的电池单池可被加热。由此，容置于单池架的容座中的电池单池可被加热到工作温度和/或最低温度，由此能针对容纳在单池模块中的电池单池保持很低的损伤风险。

事实表明特别有利的是，该金属件安置在单池架的至少一个的朝向冷却装置的底壁上。在此情况下，金属件贴靠底壁的朝向容座的第一侧。在底壁的与第一侧相对的、靠外的第二侧，冷却装置贴靠单池架。或者该底壁可以由该金属件构成。该金属件允许很有利地将热从至少一个容置于容座中的电池单池导走至冷却装置，由此可以达成至少一个容置于容座中的电池单池的很高效的冷却。

附图说明

从以下对优选实施例的说明中以及结合附图得到本发明的其它优点、特征和细节。以上在说明书中提到的特征和特征组合以及以下在附图说明中提到的和/或在图中被单独示出的特征和特征组合不仅在各自所指明的组合中、也在其它组合中或单独地可采用，而没有脱离本发明范围，其中：

图1示出用于至少一个电池单池的单池架的透视示意图，电池单池可以与其它单池架堆叠并连接成单池模块；

图2示出多个堆叠的单池架的透视示意图，在单池架中分别容纳至少一个电池单池，其中，堆叠的单池架作为单池块可容纳在与之共同形成一个单池模块的模块框架中。

具体实施方式

图1示出单池架10，借此可以容纳至少一个电池单池12。单池架10因此提供用于至少一个电池单池12的单池壳且设立用于固定该至少一个电池单池12。单池架10在此由聚合物构成且因此也可以被称为聚合物单池壳。在此，单池架10通过注塑方法来制造，因此单池架10是注塑件。单池架10具有后壁14、底壁16、顶壁18以及两个侧壁20，它们共同界定容座22。底壁16和顶壁18在彼此相向的相应侧界定容座22。另外，所述侧壁20在彼此相向的侧界定容座22。容座22设计成在与后壁14相对的一侧敞开。在容座22中可以容纳至少一个电池单池12，其中，该至少一个电池单池12通过壁14、16、18、20被稳定化和防损伤保护。

为了能提供单池模块，多个单池架10如图2所示地在堆叠方向24上可相互堆叠。在每个单池架10中能容纳至少一个电池单池12。通过在堆叠方向24上堆叠单池架10，可以在与第一单池架10的第一后壁14相对的一侧由第二单池架10的第二后壁14界定第一单池架10的各自容座22，第二单池架在堆叠方向24上堆叠在第一单池架10上。由此可以在单池架10的堆叠状态中特别有利地由第一单池架10和第二单池架10包围容置于第一单池架10的第一容座22中的电池单池12。为了能相互堆叠地保持单池架10，单池模块除了多个单池架10外还包括在图中未示出的模块框架，单池架10被保持在该模块框架中。模块框架尤其由金属构成。单池架10负责将容置于容座22中的电池单池12相对于模块框架进行引导。多个单池架10能与模块框架连接而形成单池模块，其中，又能将多个单池模块连接成电池。为此，单池模块内的多个电池单池12可以相互连接并且多个单池模块又相互连接。

可容纳在单池架10中的电池单池12在此是锂离子单池。位于电池单池12内的电化学活性电极材料随其荷电状态和使用寿命而改变其厚度。在从荷电状态0％充电到100％时，在具有锂金属阳极的电池单池12充电时的厚度增大的典型值约为15％。在其整个使用寿命期间，在电池单池12按固体单池化学或传统的锂离子单池化学老化时的厚度增长的典型值约为5％。因此，总体上待补偿的电池单池12的厚度变化例如约为20％。

为了这样补偿电池单池12的厚度变化，在现有技术中在电池单池12中和/或在电池单池之间设置弹性的弹簧件、如泡沫垫或螺旋弹簧。此时不利的是由弹簧件的弹簧特性曲线的原理决定了压紧力在电池单池12膨胀时增大，因此应该针对在厚度变化方向上的很大的轴向力来设计电池单池12或整个单池模块。

为了允许由单池架10容纳的电池单池12的厚度变化且同时可以保持在堆叠方向24上作用于电池单池12和/或整个单池模块的力很小，每个单池架10具有导向机构26。借助导向机构26，单池架10可相对于模块框架在堆叠方向24上运动地保持在模块框架上。此外，单池架10的导向机构26允许单池架10在堆叠方向24上彼此相对运动，由此通过容座22的与各自单池架10的后壁14对置的相应敞开侧实现容置于容座22中的电池单池12的厚度变化。在此，各自导向机构26分别包括两个设于单池架10的每一侧壁20上的导向件28。安置在一侧面20上的相应导向件28共同提供燕尾形状，其允许导向机构26在模块框架的导向容槽内的燕尾式引导。燕尾式引导使得导向机构26在热胀时不会卡死在模块框架的导向容槽内，而是在热胀时在卡死前上滑，因此导向机构26从导向容槽脱出。

因为电池单池12容置在各自单池架10中，电池单池12在其例如因充放电而改变体积时发生仅相对于单池架10的接触式相对运动。由此，包围电化学活性电极材料的软壳膜可以被防损伤地保护。

为了能很有利地将单池模块中的各电池单池12相互连接，每个单池架10具有至少一个弯曲边缘30，安置在容座22中的电池单池12的至少一个单池导体32可绕弯曲边缘被弯曲。通过绕弯曲边缘30弯曲单池导体32，可以将容置于彼此不同的单池架10中的不同电池单池12的各单池导体32相互重叠，以便相互电接触。由此可以对在一个单池模块中容置于各自单池架10内的电池单池12进行连接。为了实现各自容置于容座22中的电池单池12在单池架10上的很可靠固定，在弯曲边缘30处设置侧向金属嵌件34。电池单池12的至少一个电池导体32可以与单池架10的金属嵌件34焊接，由此，单池导体32可被固定在弯曲边缘30上。通过各自单池导体32，容置于堆叠的单池架10中的电池单池12可以很简单地相互连接和电路相连，其中，电池单池12能以串联或并联的方式相连。

为了实现很有利的容置于单池架10的容座22中的电池单池12的温度调节，在朝向容座22的一侧在后壁14上安置第一金属件36。在此，第一金属件36朝向容座22遮盖整个后壁14。因此，第一金属件36界定容座22。借助第一金属件36，可以从安置在容座22中且贴靠第一金属件36的电池单池12吸收热或者向其散发热。借助安置在第一单池架10的第一容座22中的电池单池12的第一金属件36，热经由第一单池架10的第一后壁14被散发至贴靠于第一后壁14的、安置在第二单池架10的第二容座22中的另一电池单池12，第二单池架在堆叠方向24上堆叠在第一单池架10上。由此可以通过第一金属件36进行在由第一单池架10和第二单池架10容纳的电池单池12之间的换热。作为第一金属件36的替代或补充，可以朝向容座22地在后壁14上设置带有至少一个、尤其是多个加热件且在此是帕尔贴元件的膜。在此情况下，该膜可以朝向容座22完全覆盖后壁14。借助加热件、容座22和进而容纳在容座22中的电池单池12可被加热。帕尔贴元件因此允许加热功能，其允许加热容置于容座22中的电池单池12，由此，安置在容座22中的电池单池12能被置入传导能力特别有利的范围中。

单池架10在此包括第二金属件38，其朝向容座22地安置在底壁16上。在此，第二金属件38朝向容座22完全遮盖底壁16。借助第二金属件38，因为各自金属件的很高的传导性而可以很有利地从安置在容座22中的电池单池12吸收热并可通过底壁16散热。单池模块尤其可以包括冷却装置，其在底壁16的背对容座22的一侧贴靠到单池架10。尤其是，冷却装置在其各自底壁16贴靠所有堆叠的单池架10。第二金属件38允许很有利地将热从容置于容座22中的电池单池12经由底壁16散发至冷却装置。借助冷却装置可以尤其均匀地冷却单池模块。借助第二金属件38，可以达成在容置于容座22中的电池单池12与底壁16之间的特别有利的传热连接。由此，第二金属件38允许在容置于容座22中的电池单池12与冷却装置之间的很有利的热接触，其中，冷却装置尤其是底部冷却装置。

单池架10允许拦截电池单池12的由电池单池12的体积变化引起的相对运动，由此能保护各自电池单池12的软壳膜。由此，电池单池12的软壳膜的可能导致软壳膜穿孔的磨损可至少基本得以避免。因此，借助单池架10来保护容置于容座22中的电池单池12的各自软壳膜以免摩擦和材料磨损。通过金属件36、38能确保电池单池12传热连接至冷却装置。通过包括加热件的薄膜，可以将单池加热装置集成到单池架10中，这尤其在需要最低工作温度的电池单池12的电池化学中是有利的。各自单池架10的弯曲边缘30允许单池导体32可直接在单池架10处弯曲，由此，弯曲需要很少的安装步骤。各自容置于容座22中的电池单池12的单池导体32可以直接焊接至被嵌入侧壁20内的、在此是金属片的金属嵌件34。由此，单池导体32可直接连接至单池架10并被固定于此。单池夹由此可以被省掉。单池架10允许很简单且成本有利地将一个单池模块的多个单池12相互连接并且还能很简单且成本有利地固定在各自对应所属的单池架10上。

总体上，本发明示出可以如何提供具有导向机构、导体固定机构、热应用功能和加热功能的单池壳。

附图标记列表：

10                  单池架

12                  单池

14                  后壁

16                  底壁

18                  顶壁

20                  侧壁

22                  容座

24                  堆叠方向

26                  导向机构

28                  导向件

30                  弯曲边缘

32                  单池导体

34                  金属嵌件

36                  第一金属件

38                  第二金属件

Claims (10)

1.一种用于至少一个电池单池(12)的单池架(10)，该单池架提供能容置所述至少一个电池单池(12)的容座(22)并能够与其它单池架(10)堆叠在一模块框架中，由此能提供包括多个电池单池(12)的电池，

其特征在于，

该单池架(10)具有能在该模块框架内相对于该模块框架引导该单池架(10)的导向机构(26)。

2.根据权利要求1所述的单池架(10)，其特征在于，设有弯曲边缘(30)，所容纳的电池单池(12)的单池导体(32)在该弯曲边缘处能被弯曲。

3.根据权利要求2所述的单池架(10)，其特征在于，在该弯曲边缘(30)处设置金属嵌件(34)，该单池导体(32)能贴靠到该金属嵌件上，并且通过该金属嵌件能以材料锁合方式将该单池导体(32)连接至该单池架(10)。

4.根据前述权利要求之一所述的单池架(10)，其特征在于，该导向机构(26)被设计成燕尾导向机构。

5.根据前述权利要求之一所述的单池架(10)，其特征在于，至少一个界定该容座(22)的壁由金属件(36、38)提供，该电池单池(12)在其容置于该容座(22)内的状态下能贴靠该金属件。

6.根据前述权利要求之一所述的单池架(10)，其特征在于，在至少一个界定该容座(22)的壁处设有加热件，该电池单池(12)在其容置于该容座(22)内的状态下能贴靠该加热件。

7.一种单池模块，其具有带有至少一个导向容槽(26)的模块框架和至少两个根据前述权利要求之一所述的单池架(10)，所述单池架按照在堆叠方向(24)上相互堆叠的方式保持在该模块框架上，沿该堆叠方向所述单池架(10)能借助其导向机构(26)在该至少一个导向容槽内相对于该模块框架被引导，并且在所述单池架中能分别容纳至少一个电池单池(12)。

8.根据援引权利要求5的权利要求7所述的单池模块，其特征在于，该金属件(36)贴靠第一单池架(10)的后壁(14)的第一侧，其中，该后壁(14)的与该第一侧对置的第二侧能供容置于第二单池架(10)内的电池单池(12)贴靠。

9.根据权利要求7或8所述的单池架，其特征在于，冷却装置贴靠到所述堆叠的单池架(10)上，借助于该冷却装置能够从所述单池架(10)吸收热。

10.根据援引权利要求5的权利要求9所述的单池模块，其特征在于，该金属件(38)布置在所述单池架(10)的朝向该冷却装置的底壁(16)上。

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