CN116941081A - 柱形的能量存储单体 - Google Patents

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Abstract

一种柱形的能量存储单体(100、100’、100”)，尤其是作为能量供应者用于电动车辆或者混合动力车辆的驱动装置，该能量存储单体具有：柱形的壳体(10)，该壳体包括盖子(11)、底部(12)和处于它们之间的环绕的周部(13)；电极卷(20、20’、20”)，其具有带状的阴极(30)、带状的阳极(40、40’)和设置在它们之间的带状的隔离件(50)，并且该电极卷设置在壳体(10)中；所述阴极(30)具有第一集电器(31)，其局部地用第一活性材料(32)涂布；所述阳极(40、40’)具有第二集电器(41、41’)，其局部地用第二活性材料(42)涂布；并且第二集电器(41)的未用第二活性材料(42)涂布的区段(41‑1、41’‑1)的至少一个圈围绕电极卷(20、20’、20”)设置，并且设置成与所述底部(12)和/或所述周部(13)导电接触。

Description

柱形的能量存储单体
技术领域
本发明涉及：一种柱形的能量存储单体，该能量存储单体尤其是设置成用于，作为能量供应者被用于电动车辆或混合动力车辆的驱动装置；一种能量存储模块，其包括至少一个柱形的能量存储单体；以及一种车辆，其具有能量存储模块和驱动马达。
背景技术
柱形的能量存储单体、尤其是电化学的能量存储单体、例如锂离子电池通常具有钢制的壳体，以便保证能量存储单体的安全性，在壳体中设置电极卷和电解质，所述电极卷具有带状的阴极、带状的阳极和设置在它们之间的隔离件。
在这种类型的单体的系统集成中，能量存储单体的两个电极的接触导通部通常设置在壳体的一侧、尤其是上侧，电流从电极卷的阳极流动经过壳体，尤其是流动经过阳极与壳体底部的导电触点、例如焊接触点以及壳体周部至相应电极的导电触点、例如焊接触点。
发明内容
本发明的目的是，提供一种改进的柱形的能量存储单体。
所述目的通过权利要求1的特征达到。本发明的其他的优选的实施方式是从属权利要求的内容。
按照一种实施方式的柱形的能量存储单体尤其是作为能量供应者用于电动车辆或者混合动力车辆的驱动装置，该能量存储单体具有：
柱形的壳体，该壳体包括盖子、底部和处于盖子与底部之间的环绕的周部；
电极卷，该电极卷具有带状的阴极、带状的阳极和设置在阴极与阳极之间的带状的隔离件，并且该电极卷设置在壳体中；
所述阴极具有第一集电器，该第一集电器局部地用第一活性材料涂布；
所述阳极具有第二集电器，该第二集电器局部地用第二活性材料涂布；并且
所述第二集电器的未用第二活性材料涂布的区段的至少一个圈围绕电极卷设置，并且设置成与所述底部和/或所述周部导电接触。
在此，柱形的能量存储单体可以尤其是构成为锂离子能量存储单体，其中，第一集电器可以具有铝和/或可以构成为铝箔，并且第一活性材料可以被相应地选择。另外，第二集电器可以尤其是具有铜和/或可以构成为铜箔，该铜箔具有厚度，该厚度例如处于4μm至6μm的范围内，并且第二活性材料可以具有石墨。按照一种实施方式，所述第二集电器的未用第二活性材料涂布的区段的围绕电极卷的所述至少一个圈设置成多个圈，例如5～30个圈，它们设置成与所述底部和/或所述周部导电接触。
优选地，柱形的能量存储单体的高度处于大约60mm至400mm的范围内，特别优选处于60mm至150mm的范围内。
电流的引导在能量存储单体中从阳极到能量存储单体的相应的(例如设置在上侧上的)负极至少部分地经过第二集电器的未用第二活性材料涂布的区段的围绕电极卷的、设置成与所述底部和/或所述周部导电接触的所述至少一个圈。由于用于第二集电器的铜与通常用于壳体的钢相比具有明显更高的导电性，在阳极与相应的负极之间的电流相同的情况下，壳体的底部和/或周部可以与传统的柱形的能量存储单体相比具有较小的厚度，因此，在柱形的能量存储单体的通常被标准化的外部尺寸相同的情况下，更多的活性材料可以安置在壳体中，并且因此可以提高柱形的能量存储单体的工作能力、尤其是按重量测定的和按体积测定的能量密度。在此，尤其是可以将柱形的能量存储单体的周部和/或底部的厚度从在传统的柱形的能量存储单体中的处于大约0.5mm至1.5mm范围内减小到直至大约0.2mm。
另外，由于铜与通常用于壳体的钢相比具有明显较高的导热性，可以明显改进在能量存储单体之内的传热。因此，通过例如具有多个能量存储单体的能量存储模块的(底部)冷却装置的被冷流体流过的底板，可以实现能量存储单体的更有效的冷却。尤其是，因此，通过采用从能量存储单体的仅仅一侧、而不是从能量存储单体的两侧的侧面冷却，或者甚至通过采用仅仅底部冷却装置，也就是说在完全不采用侧面冷却的情况下，可以实现能量存储单体的有效冷却。因此可以提高能量存储模块的能量密度，而同时可以降低制造成本。
按照一种实施方式，所述电极卷具有第一端侧、第二端侧和环绕的外侧，所述第一端侧朝向所述盖子，并且所述第二端侧朝向所述底部，第二集电器的未用第二活性材料涂布的区段的围绕电极卷的所述至少一个圈的第一区段在所述盖子的方向上延伸越过所述第一端侧，并且与所述周部导电地连接；和/或第二集电器的未用第二活性材料涂布的区段的围绕电极卷的所述至少一个圈的第二区段在所述底部的方向上延伸越过所述第二端侧，并且与所述周部导电地连接。
按照一种实施方式，所述第二集电器的未用第二活性材料涂布的区段的围绕电极卷的所述至少一个圈的、在所述盖子的方向上延伸越过所述第一端侧的第一区段通过焊接连接、尤其是通过径向焊缝与所述周部导电地连接；和/或所述第二集电器的未用第二活性材料涂布的区段的围绕电极卷的所述至少一个圈的、在所述底部的方向上延伸越过所述第二端侧的第二区段通过焊接连接、尤其是通过径向焊缝与所述周部导电地连接。
按照一种实施方式，所述第二端侧的至少一个区段通过第二集电器的未用第二活性材料涂布的区段构成，所述电极卷的第二端侧的所述至少一个区段与所述壳体的底部导电地连接。
在此，所述第二端侧的所述至少一个区段可以通过第二集电器的在卷绕电极卷之后伸出的并且未用第二活性材料涂布的区段的成型、例如扁轧而构成。
按照一种实施方式，所述第一端侧的至少一个区段通过第一集电器的未用第一活性材料涂布的区段构成，所述电极卷的第一端侧的所述至少一个区段与壳体的盖子导电地连接。
在此，所述第一端侧的所述至少一个区段可以通过第一集电器的在卷绕电极卷之后伸出的并且未用第一活性材料涂布的区段的成型、例如扁轧而构成。
按照一种实施方式的能量存储模块具有：
能量存储模块壳体；和
至少一个上述的柱形的能量存储单体，所述能量存储单体设置在能量存储模块壳体中。
按照一种实施方式，所述能量存储模块还具有冷却装置，该冷却装置具有冷却板，该冷却板设置在能量存储模块壳体中，并且在该冷却板上设置所述至少一个柱形的能量存储单体。
按照一种实施方式，一种车辆、尤其是混合动力车辆或者电动车辆具有：
上述的能量存储模块；和
驱动马达，该驱动马达能够在使用由所述能量存储模块的所述至少一个柱形的能量存储单体提供的电能的情况下被驱动。
附图说明
其他有利的扩展方案由优选实施方式的后续说明得到。为此，部分示意性的附图如下：
图1显示按一种实施方式的柱形的能量存储单体；
图2显示按一种实施方式在未卷绕状态中的柱形的能量存储单体的电极卷的阴极；
图3显示按该实施方式在未卷绕状态中的柱形的能量存储单体的电极卷的阳极；
图4显示按另一种实施方式在未卷绕状态中的柱形的能量存储单体的电极卷的阴极；
图5显示按该另一种实施方式在未卷绕状态中的柱形的能量存储单体的电极卷的阳极；
图6显示按一些实施方式的柱形的能量存储单体的电极卷；
图7显示按一种实施方式的柱形的能量存储单体；
图8显示按另一种实施方式的柱形的能量存储单体；
图9显示按再另一种实施方式的柱形的能量存储单体；
图10显示按一种实施方式的能量存储模块；并且
图11显示按一种实施方式的车辆。
具体实施方式
图1显示按一种实施方式的柱形的能量存储单体。
该柱形的能量存储单体100尤其是构造成用于给电动车辆或者混合动力车辆的驱动马达供应能量，该能量存储单体例如构成为锂离子能量存储单体并且具有壳体10，该壳体具有盖子11、底部12和处于盖子与底部之间的环绕的周部13。在壳体10中设置电极卷20以及未在图1中显示的电解质，该电极卷具有卷核60、带状的阴极30、带状的阳极40以及设置在阴极与阳极之间的隔离件50。
带状的阴极30具有第一集电器31，该第一集电器可以包含铝和/或可以构成为铝箔，并且局部地用第一活性材料32涂布。带状的阳极40具有第二集电器41，该第二集电器可以包含铜和/或可以构成为铜箔，并且局部地用第二活性材料42涂布。在此，第二集电器41的未用第二活性材料42涂布的区段41-1的至少一个圈——在图1显示的情况下为两个圈——围绕电极卷20设置，并且设置成与所述底部12和/或所述周部13导电接触。
图2显示按一种实施方式的在未卷绕状态中的柱形的能量存储单体100”的电极卷的阴极，该能量存储单体在图9中描述。
该阴极30具有第一集电器31，该第一集电器局部地用第一活性材料32涂布并且具有宽度b。在此，第一集电器31尤其是在宽度a的区域中用第一活性材料32涂布，该宽度a基本上等于壳体10的内室的高度，使得第一集电器31的在高度方向上伸出的区段31-2未用第一活性材料32涂布。
图3显示按该实施方式的在未卷绕状态中的柱形的能量存储单体100”的电极卷的阳极。
该阳极40具有第二集电器41，该第二集电器局部地用第二活性材料42涂布并且也具有所述宽度b。在此，第二集电器41尤其是在宽度a(该宽度a等于在图2中描述的宽度a)的区域中局部地用第二活性材料42涂布，使得第二集电器41的在高度方向或者说深度方向上伸出的区段41-2未用第二活性材料42涂布。此外，第二集电器41的在纵向方向上与用第二活性材料42涂布的区段紧接着的区段41-1也未用第二活性材料42涂布，通过该区段，在柱形的能量存储单体100”的完成状态中，第二集电器的未用第二活性材料42涂布的区段41-1的所述至少一个圈被构成，所述至少一个圈围绕电极卷20设置，并且设置成与壳体10的底部和/或周部13导电接触。
在制造柱形的能量存储单体100”时，在图2中显示的阴极30、在图3中显示的阳极40以及设置在阴极与阳极之间的隔离件50在卷核60上卷绕，使得仅仅第二集电器41的未用第二活性材料42涂布的区段41-1构成多个最外部的圈。
图4显示按另一种实施方式的在未卷绕状态中的柱形的能量存储单体100’的电极卷的阴极，该能量存储单体在图8中描述。
在图4中显示的阴极30对应于在图2中显示的阴极30。因此，关于图4的说明，参考图2的相应的说明。
图5显示按所述另一种实施方式的在未卷绕状态中的柱形的能量存储单体100’的电极卷的阳极。
所述阳极40’具有第二集电器41’，该第二集电器局部地用第二活性材料42涂布并且也具有宽度b。在此，第二集电器41’尤其是在宽度a(该宽度a等于在图4中描述的宽度a)的区域中局部地用第二活性材料42涂布，使得第二集电器41’的在高度方向上伸出的区段41’-2未用第二活性材料42涂布。此外，第二集电器41’的在纵向方向上与用第二活性材料42涂布的区段紧接着的区段41’-1也未用第二活性材料42涂布。通过该区段41’-1，在柱形的能量存储单体100’的完成状态中，第二集电器的所述至少一个圈被构成，所述至少一个圈围绕电极卷20设置并且设置成与壳体10的底部和/或周部13导电接触。
与在图3中显示的阳极40不同，第二集电器41’在区段41’-1中附加地具有在高度方向上伸出的区段41’-4，使得区段41’-1的至少一部分所具有的宽度大于宽度b。
在制造柱形的能量存储单体100’时，在图4中显示的阴极30、在图5中显示的阳极40’以及设置在阴极与阳极之间的隔离件50在卷核60上卷绕，使得仅仅第二集电器41’的区段41’-1构成多个最外部的圈。
图6显示按一些实施方式的柱形的能量存储单体的电极卷。
电极卷20、20’、20”具有第一端侧21、21’、21”、第二端侧22、22’、22”和环绕的外侧23、23’、23”，在柱形的能量存储单体100、100’、100”的完成状态中，第一端侧21、21’、21”朝向壳体10的盖子11，并且第二端侧22、22’、22”朝向壳体10的底部12。
图7显示按一种实施方式的柱形的能量存储单体。
该柱形的能量存储单体100具有壳体，该壳体具有盖子11、底部12和处于盖子与底部之间的环绕的周部13，在盖子上存在或者说设置能量存储单体100的正极，如在图7中通过“(+)”描述的，并且在周部13上存在或者说设置能量存储单体100的负极，如在图7中通过“(-)”描述的。
在壳体中设置电极卷20，该电极卷在使用在图4中描述的阴极30和在图5中描述的阳极40’的情况下被卷绕。
在此，电极卷20的第一端侧21的朝向盖子11的区段21-1通过第一集电器31的、未用第一活性材料32涂布的、在图4中显示的区段31-2构成，该区段21-1借助于连接元件70与盖子11导电地连接。在制造柱形的能量存储单体100时，在卷绕电极卷20之后伸出的区段31-2被成型，例如被扁轧，以便构成电极卷20的第一端侧21的区段21-1。
另外，电极卷20的第二端侧22的朝向底部12的区段22-1通过第二集电器41’的、未用第二活性材料22涂布的、在图5中显示的区段41’-2、尤其是区段41’-5构成，该区段22-1与底部12导电地连接，例如通过焊接方式。在制造柱形的能量存储单体100时，在卷绕电极卷20之后伸出的区段41’-5被成型，例如被扁轧，以便构成电极卷20的第二端侧22的区段22-1。
第二集电器41’的在图5中显示的区段41’-4在完成的柱形的能量存储单体100中在盖子11的方向上延伸越过电极卷20的第一端侧21，如在图7中所描述的，并且与周部13导电地连接。在此，在区段41’-4与周部13之间的连接可以例如通过焊接实现，如通过具有附图标记S的箭头所描述的，使得径向焊缝被构成，该径向焊缝在周部13的环周方向上延伸。
为了防止电短路，在周部13与盖子11之间设置(环形的)第一电绝缘件72，并且在周部13与电极卷20的第一端侧21的区段21-1之间设置(环形的)第二电绝缘件71。
图8显示按另一种实施方式的柱形的能量存储单体。
在图8中显示的柱形的能量存储单体100’的结构基本上对应于在图7中显示的能量存储单体100的结构。
不同于在图7中显示的柱形的能量存储单体100，在图8中显示的柱形的能量存储单体100’中，区段41’-1的在图5中显示的区段41’-3在底部12的方向上延伸越过第二端侧22’，并且与周部13导电地连接。在此，在区段41’-3与周部13之间的连接可以例如通过焊接实现，如通过具有附图标记S的箭头所描述的，使得径向焊缝被构成，该径向焊缝在周部13的环周方向上延伸。
图9显示按再另外一种实施方式的柱形的能量存储单体。
在图9中显示的柱形的能量存储单体100”的结构基本上对应于在图8中显示的柱形的能量存储单体100’的结构。
不同于在图8中显示的柱形的能量存储单体100’，在图9中显示的柱形的能量存储单体100”中，在图5和8中显示的区段41’-1的区段41’-4要么如在图3中那样不被设置，要么被扁轧，在任何情况下不与周部13通过焊接而连接。
图10显示按一种实施方式的能量存储模块。
该能量存储模块200具有能量存储模块壳体201，在其中设置多个柱形的能量存储单体100、100’、100”。为了冷却柱形的能量存储单体100、100’、100”，另外在能量存储模块壳体201中设置冷却装置202，如在图10中描述的，该冷却装置可以例如具有冷却板，该冷却板被冷却流体通流，并且在该冷却板上设置柱形的能量存储单体100、100’、100”。
图11显示按一种实施方式的车辆。
车辆300、尤其是混合动力车辆或者电动车辆具有能量存储模块200和驱动马达301，该驱动马达能在使用由能量存储模块200的柱形的能量存储单体100、100’、100”提供的电能的情况下被驱动。

Claims (10)

1.一种柱形的能量存储单体(100、100’、100”)，尤其是作为能量供应者用于电动车辆或者混合动力车辆的驱动装置，该能量存储单体具有：
柱形的壳体(10)，该壳体包括盖子(11)、底部(12)和处于盖子与底部之间的环绕的周部(13)；
电极卷(20、20’、20”)，该电极卷具有带状的阴极(30)、带状的阳极(40、40’)和设置在阴极与阳极之间的带状的隔离件(50)，并且该电极卷设置在所述壳体(10)中；
所述阴极(30)具有第一集电器(31)，该第一集电器局部地用第一活性材料(32)涂布；
所述阳极(40、40’)具有第二集电器(41、41’)，该第二集电器局部地用第二活性材料(42)涂布；并且
所述第二集电器(41)的未用第二活性材料(42)涂布的区段(41-1、41’-1)的至少一个圈围绕电极卷(20、20’、20”)设置，并且设置成与所述底部(12)和/或所述周部(13)导电接触。
2.根据权利要求1所述的柱形的能量存储单体(100、100’、100”)，其中，所述电极卷(20、20’、20”)具有第一端侧(21、21’、21”)、第二端侧(22、22’、22”)和环绕的外侧(23、23’、23”)，所述第一端侧(21、21’、21”)朝向所述盖子(11)，并且所述第二端侧(22、22’、22”)朝向所述底部(12)；其中，
第二集电器(41’)的未用第二活性材料(42)涂布的区段(41’-1)的、围绕电极卷(20、20’)的所述至少一个圈的第一区段(41’-4)在所述盖子(11)的方向上延伸越过所述第一端侧(21、21’)，并且与所述周部(13)导电地连接；和/或
第二集电器(41)的未用第二活性材料(42)涂布的区段(41-1、41’-1)的、围绕电极卷(20’、20”)的所述至少一个圈的第二区段(41-3、41-3’)在所述底部(12)的方向上延伸越过所述第二端侧(22’、22”)，并且与所述周部(13)导电地连接。
3.根据权利要求2所述的柱形的能量存储单体(100、100’、100”)，其中，
第二集电器(41’)的未用第二活性材料(42)涂布的区段(41’-1)的围绕电极卷(20、20’)的所述至少一个圈的、在所述盖子(11)的方向上延伸越过所述第一端侧(21、21’)的第一区段(41’-4)通过焊接连接、尤其是通过径向焊缝与所述周部(13)导电地连接；和/或
第二集电器(41)的未用第二活性材料(42)涂布的区段(41-1、41’-1)的围绕电极卷(20’、20”)的所述至少一个圈的、在所述底部(12)的方向上延伸越过所述第二端侧(22’、22”)的第二区段(41-3、41-3’)通过焊接连接、尤其是通过径向焊缝与所述周部(13)导电地连接。
4.根据权利要求2或3所述的柱形的能量存储单体(100、100’、100”)，其中，所述第二端侧(22、22’、22”)的至少一个区段(22-1、22-1’、22-1”)通过第二集电器(41)的未用第二活性材料(42)涂布的区段(41-5、41’-5)构成，并且所述电极卷(20、20’、20”)的第二端侧(22、22’、22”)的所述至少一个区段(22-1、22-1’、22-1”)与所述壳体(10)的底部(12)导电地连接。
5.根据权利要求4所述的柱形的能量存储单体(100、100’、100”)，其中，所述第二端侧(22、22’、22”)的所述至少一个区段(22-1、22-1’、22-1”)通过第二集电器(41)的在卷绕电极卷(20、20’、20”)之后伸出的并且未用第二活性材料(42)涂布的区段(41-5、41’-5)的成型而构成。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的柱形的能量存储单体(100、100’、100”)，其中，所述第一端侧(21、21’、21”)的至少一个区段(21-1、21-1’、21-1”)通过第一集电器(31)的未用第一活性材料(32)涂布的区段(31-2)构成，并且所述电极卷(20、20’、20”)的第一端侧(21、21’、21”)的所述至少一个区段(21-1、21-1’、21-1”)与所述壳体(10)的盖子(11)导电地连接。
7.根据权利要求6所述的柱形的能量存储单体(100、100’、100”)，其中，所述第一端侧(21、21’、21”)的所述至少一个区段(21-1、21-1’、21-1”)通过第一集电器(31)的在卷绕电极卷(20、20’、20”)之后伸出的并且未用第一活性材料(32)涂布的区段(31-2)的成型而构成。
8.一种能量存储模块(200)，其具有：
能量存储模块壳体(201)；和
至少一个根据权利要求1至6中任一项所述的柱形的能量存储单体(100、100’、100”)，所述能量存储单体设置在能量存储模块壳体(201)中。
9.根据权利要求8所述的能量存储模块(200)，所述能量存储模块还具有冷却装置(202)，该冷却装置具有冷却板，该冷却板设置在能量存储模块壳体(201)中，并且在该冷却板上设置所述至少一个柱形的能量存储单体(100、100’、100”)。
10.一种车辆、尤其是混合动力车辆或者电动车辆，所述车辆具有：
根据权利要求8或9所述的能量存储模块(200)；和
驱动马达(301)，该驱动马达能够在使用由所述能量存储模块(200)的所述至少一个柱形的能量存储单体(100、100’、100”)提供的电能的情况下被驱动。
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