CN103718329A - 用于蓄电池的电池单体以及蓄电池 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于蓄电池的电池单体(1),包括布置在由两个覆盖板(2、3、6、7)形成的壳体中的电极箔堆垛(4)和边框(5),这两个覆盖板(2、3、6、7)借助所述边框彼此电绝缘,其中,同一种极性的电极箔的电流导出接线片彼此连接以形成一极触点(4.1、4.2),并且各个极触点(4.1、4.2)与相应的覆盖板(2、3、6、7)连接并且每个覆盖板(2、3、6、7)分别形成电池单体(1)的一个电极。根据本发明,相同极性的电流导出接线片各自在电极箔堆垛(4)的一极侧(P1、P2)上引出并且在极侧(P1、P2)的中间区域中彼此连接成极触点(4.1、4.2),其中,极触点(4.1、4.2)与极侧(P1、P2)平行地弯曲,尤其是与相应的极侧(P1、P2)的一半平行地弯曲并且与覆盖板(2、3、6、7)连接。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于蓄电池的电池单体,包括布置在由两个覆盖板形成的壳体中的电极箔堆垛和边框,这两个覆盖板借助该边框彼此电绝缘,其中,同一种极性的电极箔的电流导出接线片彼此连接以形成一极触点,并且各个极触点与相应的覆盖板连接并且每个覆盖板分别形成电池单体的一个电极。此外,本发明涉及一种具有一定数量的电池单体的蓄电池。
背景技术
用于车辆,尤其是用于电动车辆、用于混合动力车辆或用于借助燃料电池运行的车辆的高压蓄电池由一定数量的彼此并联和/或串联地连接的电池单体、电子部件以及冷却装置/加热装置组成,其中,这些组成构件布置在壳体中。在设计为框式扁平电池(Rahmenflachzelle)的电池单体中,电极箔堆垛由两个平面的或一个平面的和一个壳状的或两个壳状的覆盖板所围绕。该电极箔堆垛由阳极箔和阴极箔组成,它们借助隔板彼此电绝缘。在该电极箔堆垛的至少一个边缘上,电极箔是未加涂层的并且作为电流导出接线片从所述电极箔堆垛中突出,其中所述电流导出接线片彼此连接以形成极触点。在此,极触点分别与所述覆盖板的内侧连接。所述覆盖板借助电绝缘边框在空间上彼此分隔开并且形成电池单体的极。在电池单体的充电和放电过程中所产生的热量损失可以通过相应加厚的覆盖板传导到电池单体的窄边上并且可以输送给导热板,环境冷却剂和/或冷却液可以穿流该导热板。为了实现电池单体和金属导热板的电绝缘,在电池单体和导热板之间布置有电绝缘的导热箔,其中,在导热板区域中的覆盖板与该导热板平行地弯曲90°。为了封闭电池单体,优选可以采用热压工艺。为此,所述边框至少在密封缝的区域中由热塑性材料构成。
发明内容
本发明基于下述任务,即提出一种相比于现有技术经优化的用于蓄电池的电池单体以及一种蓄电池。
根据本发明,关于电池单体的任务通过权利要求1所提出的特征来解决,而关于蓄电池的任务通过权利要求9所提出的特征来解决。
本发明的优选设计方案是从属权利要求的内容。
用于蓄电池的电池单体包括布置在由两个覆盖板形成的壳体中的电极箔堆垛和边框,这两个覆盖板借助该边框彼此电绝缘,其中,同一种极性的电极箔的电流导出接线片彼此连接以形成一极触点,并且各个极触点与相应的覆盖板连接并且每个覆盖板分别形成电池单体的一个电极。根据本发明,相同极性的电流导出接线片各自在电极箔堆垛的一极侧上引出并且在极侧的中间区域中彼此连接成极触点,其中,极触点与极侧平行地、尤其是与半极侧平行地弯曲并且与覆盖板连接。
在此,电流导出接线片从其中引出的极侧的中间区域尤其理解为电极箔堆垛的、大致布置在电极箔堆垛中间的那个平面。
极触点与电极箔堆垛的极侧平行地弯曲,由此可以在其尺寸方面、尤其在其纵向扩展方面将所述覆盖板设计得更小,由此以尤其有利的方式减小了为布置电池单体所需的结构空间。此外通过减小覆盖板纵向扩展,实现了材料的节约,由此电池单体可以以相对更低的成本进行制造并且具有更小的重量。
此外,借助极触点的弯曲可以以更小的结构空间需求来实施所述极触点与相应的覆盖板的接触。
优选地,覆盖板构造成壳状地,并且极触点分别与相应的覆盖板的端侧壁连接。在此,电极箔堆垛的极侧尤其有利地沿壳状的覆盖板的端侧壁的方向布置。借助极触点与覆盖板的连接,相应的覆盖板是传导电压的并且由此表现为电池单体的电极。
为了在相应的极触点与壳状覆盖板的端侧之间保证持续的接触,各个极触点至少材料锁合地紧固在相应的覆盖板的端侧壁上。超声波焊接工艺尤其适用于生成所述材料锁合连接。
在一种备选实施形式中,覆盖板构造成平面地,并且电极箔堆垛的相应的极触点借助导电的接触元件与覆盖板连接。通过覆盖板的平面设计方式,相比于壳状的实施形式减少了制造覆盖板的花费,由此在电池单体制造过程中的成本和时间耗费可以得到减少。在此,接触元件分别布置在电极箔堆垛的极侧上,以便在极触点和覆盖板之间建立电连接,从而使得相应的覆盖板在电池单体的运行过程中传导电压。
优选地,接触元件至少材料锁合地与覆盖板连接,其中超声波焊接工艺对此也尤其适用。接触元件与相应的覆盖板的连接尤其有利地这样实施,即在电极箔堆垛的极触点与覆盖板之间借助接触元件所实现的接触在电池单体的整个使用寿命期间都持续存在。
在一种优选的设计方案中,接触元件是布置在极触点和覆盖板之间的板,并且如上所述至少与覆盖板材料锁合地连接。在此,所述板由金属制成,所述金属以尤其有利的方式具有非常良好的导电能力,并且此外还具有高耐热性,这是因为电池单体在充电和放电过程中、也就是在其自身的运行中会产生热量损失。
为了可以优化结构空间地实现在相应的覆盖板和电极箔堆垛的相应的极触点之间的接触,所述板优选是弯曲的并且由此具有两个腿部。优选的是,一个腿部与极触点连接,而另一个腿部与覆盖板连接。所述板的腿部尤其以90°彼此弯曲,从而使得相应的极触点在结构空间优化方面平面地放置在一个腿部上,其中另一个腿部以最大可能的面积与覆盖板连接。
在电池单体的一种优选实施形式中,各个极触点至少材料锁合地紧固在作为接触元件的相应的板的腿部上。
此外可以规定,用于形成电池单体壳体的覆盖板构造成壳状地,而其他覆盖板构造成平面地,其中配属于所述壳状覆盖板的极触点与覆盖板的端侧壁连接,而配属于平面覆盖板的极触点借助接触元件、尤其以弯曲的板的形式的接触元件与覆盖板连接。
此外,本发明涉及一种具有一定数量的电池单体的蓄电池,所述电池单体按照上文所述地构成。极触点布置在电极箔堆垛的相应的极侧的中间区域中并且平行于极侧弯曲,由此可以减小蓄电池尺寸,借此同样减小了用于布置蓄电池的结构空间需求以及蓄电池的重量。
优选地,蓄电池是车辆蓄电池,尤其是电动车辆、混合动力车辆或借助燃料电池运行的车辆的牵引电池。
电池单体以及借助电池单体构成的车辆蓄电池可以减小结构空间地加以实施,由此如上所述还可以减小车辆中用于布置(作为车辆蓄电池的)蓄电池的结构空间。此外由此也可以减小车辆蓄电池的重量以及车辆的总重。
附图说明
下面参照附图对本发明的实施例进行详细阐述。
其中:
图1根据现有技术以分解图示意性地示出了具有用于构成壳体的平面覆盖板的电池单体;
图2示意性地示出了电池单体的透视图,所述电池单体具有处于组合状态的平面覆盖板;
图3以剖面图示意性地示出了具有平面覆盖板的电池单体;
图4按现有技术以分解图示意性地示出了具有壳状覆盖板的电池单体;
图5以剖面图示意性地示出了具有壳状覆盖板的电池单体;
图6以剖面图示意性地示出了根据本发明的具有壳状覆盖板的电池单体的第一实施形式;
图7示意性地示出了按图6处于组合状态的电池单体的透视图;
图8示意性地示出了电池单体的剖面图;
图9示意性地示出了电池单体的经放大的局部的剖面图;
图10以透视图示意性地示出了具有彼此翻转的覆盖板的电池单体;
图11示意性地示出了制造步骤中具有彼此翻转的覆盖板的电池单体;
图12以分解图示意性地示出了根据本发明的电池单体的第二实施形式,所述电池单体具有平面覆盖板和接触元件;
图13示意性地示出了电池单体的剖面图;以及
图14示意性地示出了电池单体的经放大的局部的剖面图。
所有附图中彼此相符的部件均设置有相同的附图标记。
具体实施方式
图1至图14中分别示出的电池单体1是蓄电池的组成构件,尤其是车辆蓄电池的组成构件,所述蓄电池以牵引电池的形式用于电池车辆、混合动力车辆或借助燃料电池运行的车辆。
图1至图3示出了按现有技术的电池单体1,其具有两个平面的覆盖板2、3,用以形成壳体,其中图1中示出了电池单体1的分解图,图2中示出了处于组合状态下的电池单体1,而图3中示出了电池单体1的纵向剖面。
按现有技术,电池单体1具有电极箔堆垛4、边框5和两个平面覆盖板2、3。
电极箔堆垛4由多个单个的电极箔构成,尤其由经涂覆的铜箔和经涂覆的铝箔构成,其中在铜箔和铝箔之间分别布置有分隔箔,用以对不同极性的电极箔在空间上进行分隔。在此,在电极箔堆垛4两侧分别布置有对其进行封闭的分隔箔,由此电极箔堆垛4与覆盖板2、3分隔开并且由此实现电绝缘。
在电极箔堆垛4的极侧P1、P2上,分别有电极箔部段未经涂覆地从电极箔堆垛4引出,其中电极箔的该突出区域被称为电流导出接线片。
所述电流导出接线片关于极侧P1、P2的纵向扩展在中间由电极箔堆垛4引出。
为了构成极触点4.1、4.2,同一种极性的电极箔的电流导出接线片彼此连接,也就是说所述电流导出接线片彼此焊接。此外,为了构成电池单体1的电极,电极箔堆垛4的极侧P1、P2的极触点4.1、4.2分别与相应的覆盖板2、3的内侧连接。为此,极触点4.1、4.2在电池单体1的制造过程中以压制工艺和/或熔焊工艺(例如电阻电焊、超声波焊接和/或激光焊接)紧固在相应的覆盖板2、3上。
还可以想到的是,相应的极触点4.1、4.2附加地或备选地例如借助铆钉力锁合地紧固在相应的覆盖板2、3上。
为了使两个覆盖板2、3在空间上彼此分隔开并且由此彼此电绝缘,在两个覆盖板2、3之间布置有在边缘侧环绕电极箔堆垛4的边框5,所述覆盖板作为电池单体1的电极在其自身运行中传导电压。边框5优选至少在某些部段上由热塑性材料构成,从而使得边框5优选在热压工艺中在两侧上都可以与覆盖板2、3连接。
在此,电池单体1在组合状态下具有长方形的形状,如图2和图3中更详细地示出的。
在图4和图5中示出了根据现有技术的电池单体1的另一实施形式,其中为了形成壳体而设置壳状覆盖板6、7。
在该实施形式中,电池单体1额外具有两个绝缘壳8、9,电极箔堆垛4在电池单体1的组合状态下布置在所述绝缘壳中。电极箔堆垛4借助绝缘壳8、9与壳状覆盖板6、7电绝缘,其中绝缘壳8、9为此由非导电材料构成或者至少涂覆有非导电材料。此外,壳状覆盖板6、7借助绝缘壳8、9彼此电绝缘。
绝缘壳8、9在其面积最大的侧面8.1、9.1上分别具有矩形留空9.2,电极箔堆垛4的极触点4.1、4.2可以通过该留空在电池单体1的安装过程中进行引导。如果电极箔堆垛4布置在绝缘壳8、9中并且极触点4.1、4.2通过留空9.2进行引导,则由此构成的组件布置在壳状覆盖板6、7中。在此,电极箔堆垛4的极触点4.1、4.2放置在壳状覆盖板6、7的内侧上并且优选至少材料锁合地与其连接。
用于形成壳体的壳状覆盖板6、7在其边缘区域内弯曲,从而使相应的壳状覆盖板6、7具有边缘6.1、7.1,所述边缘与其面积最大的侧面6.2、7.2平行地延伸。
此外,垂直于边缘6.1、7.1突出的弯曲部6.3、7.3构成和成型在壳状覆盖板6、7的与电极箔堆垛4的纵向扩展相对应的并且与壳状覆盖板6、7的纵向扩展相对应的边缘6.1、7.1上,其中第一壳状覆盖板6的弯曲部6.3在图10中示出。
壳状覆盖板6、7上的弯曲部6.3、7.3起到下述作用,即优化对充电和放电过程中在电池单体1中所产生的热量损失的导出,其中所述热量损失可以输送给属于蓄电池的导热板。
边框5布置在壳状覆盖板6、7的所述边缘6.1、7.1之间,该边框起到使壳状覆盖板6、7彼此电绝缘的作用并且起到例如借助热压工艺对电池单体1实施封闭的作用。
图6中示出了根据本发明的电池单体1的第一实施形式的分解图。
电池单体1具有两个壳状覆盖板6、7,两个绝缘壳8、9,边框5和电极箔堆垛4。
为了优化结构空间地设计电池单体1,并且为了以相对较小的结构空间需求来实现极触点4.1、4.2与壳状覆盖板6、7的接触,根据本发明规定,同一种极性的电极箔的电流导出接线片关于相应的极侧P1、P2的宽度在中间从电极箔堆垛4引出,并且与极侧P1、P2平行地弯曲,尤其与相应的极侧P1、P2的一半平行地弯曲。
在此,极触点4.1、4.2的相应的弯曲部段4.1.1、4.2.1具有可预设的间隔,以与电极箔堆垛4的相应的极侧P1、P2电绝缘。
相应的弯曲部段4.1.1、4.2.1与壳状覆盖板6、7连接以构成电池单体1的电极,其中电极箔堆垛4的极触点4.1、4.2为此分别沿相背的方向弯曲。
换句话说,弯曲部段4.1.1的顶端沿壳状覆盖板6的方向进行布置,而另一弯曲部段4.2.1的顶端沿另一壳状覆盖板7的方向进行布置,如图8中更详细地所示的一样。
为了使极触点4.1、4.2与相应的壳状覆盖板6、7的端侧壁6.4、7.4接触,绝缘壳8、9分别在配属于相应极触点4.1、4.2的端侧壁8.2、9.3上具有材料空隙8.3、9.4。
在此,材料空隙8.3、9.4所选择的尺寸至少大于极触点4.1、4.2的弯曲部段4.1.1、4.2.1的长度,如图8和图9中更详细地所示。
图7中示出了组合状态下的电池单体1,其中根据本发明的电池单体1在组合状态下从外部看与图4和图5中所示的电池单体1基本没有区别。
图8和图9以纵向剖面示出了电池单体1的第一实施形式,其中图9中示出了电极箔堆垛4的极侧P1的经放大的局部,所述电极箔堆垛具有弯曲的极触点4.1。
弯曲部段4.1.1与第一壳状覆盖板6的端侧壁6.4连接,其中,极触点4.1沿该端侧壁6.4的方向弯曲。
为了在极触点4.1、4.2与相应的壳状覆盖板6、7之间建立持续的连接并且由此建立电接触,相应的弯曲部段4.1.1、4.2.1优选借助超声波焊接工艺紧固在相应的壳状覆盖板6、7的端侧壁6.4、7.4上。
相应的极触点4.1、4.2的弯曲部段4.1.1、4.2.1以其最大可能的面积放置在相应的壳状覆盖板6、7的端侧壁6.4、7.4上,借此建立了电接触并且相应的覆盖板6、7在电池单体1的运行过程中引导电压。
图10示出了壳状覆盖板6、7的翻转状态下的电池单体1,以便使各个极触点4.1、4.2与相应的覆盖板6、7的端侧壁6.4、7.4进行连接,这在图11中以剖面图更详细地示出。
在制造电池单体1的过程中,也就是在极触点4.1、4.2与相应的端侧壁6.4、7.4连接的过程中,电极箔堆垛4关于两个壳状覆盖板6、7对齐地布置,从而将尚未弯曲的极触点4.1、4.2平面地放置在配属于其的端侧壁6.4、7.4上。
电极箔堆垛4借助其纵向扩展与壳状覆盖板6、7中的一个的纵向扩展垂直地进行布置,从而为紧固工具的构件形成关于端侧壁6.4、7.4的两侧的通道。在此,壳状覆盖板6借助端侧壁6.4外侧布置在固定的铁砧10上,极触点4.1应紧固在所述端侧壁外侧上,其中尚未弯曲的极触点4.1借助运动的焊头11焊接在端侧壁6.4上。
相同的工艺步骤借助另一极触点4.2和余下的壳状覆盖板7的相应的端侧壁7.4实施,以便使两个极触点4.1、4.2至少材料锁合地紧固在相应的壳状覆盖板6、7上。
在此之后,相应的壳状覆盖板6、7的自由端沿电极箔堆垛4的方向摇摆,由此极触点4.1、4.2关于其初始位置以90度弯曲,从而与相应的极侧P1、P2平行地布置弯曲部段4.1.1、4.2.1。
在图12至图14中以透视图示出了根据本发明的电池单体1的第二实施形式。
在该实施形式中,如图1至图3所示,覆盖板2、3平面地、也就是平坦地构造,而不是构造成壳状地。
为了使各个极触点4.1、4.2与相应的覆盖板2、3接触,设置有弯曲板形式的接触元件12、13,其具有相对高的导电能力。通过接触元件12、13的弯曲,其具有两个腿部12.1、12.2、13.1、13.2,其中第一腿部12.1、13.1与覆盖板2、3连接,而第二腿部12.2、13.2与极触点4.1、4.2连接,如图13和图14中详细所示。
为了使相应的极触点4.1、4.2与接触元件12、13连接并且通过接触元件12、13与相应的覆盖板2、3连接,可以规定,借助超声波焊接将第一腿部12.1、13.1紧固在相应的覆盖板2、3上。
电极箔堆垛4的相应的极触点4.1、4.2尚未弯曲并且与覆盖板2、3的纵向扩展垂直地且由此与相应的接触元件12、13的第一腿部12.1、13.1垂直地布置在第二腿部12.2、13.2的配属于极触点4.1、4.2的面上。在此之后,极触点4.1、4.2借助超声波焊接紧固在第二腿部12.2、13.2上。
在此之后,借助接触元件12、13紧固到极触点4.1、4.2上的覆盖板2、3沿电极箔堆垛4的方向摇摆,从而使得极触点4.1、4.2关于其初始位置以90度弯曲并且由此与相应的极侧P1、P2平行地布置。
接触元件12、13的第二腿部12.2、13.2借助其远离极触点4.1、4.2的侧面放置在边框5上,电极箔堆垛4布置在所述边框内。
极触点4.1、4.2的相应的弯曲部段4.1.1、4.2.1借助接触元件12、13与相应的覆盖板2、3连接,从而使覆盖板2、3在电池单体1的运行过程中传导电压。
借助接触元件12、13可以实现极触点4.1、4.2与相应的覆盖板2、3的、减小结构空间的接触。
在可能的第三实施形式中,为了形成壳体,电池单体1既具有壳状的覆盖板6、7也具有平面的覆盖板2、3,其中,极触点4.1、4.2与相应的覆盖板2、3、6、7的接触如上文更详细地所阐述地进行。
电极箔堆垛4可以借助单独的电极箔和分隔箔构成,所述电极箔和分隔箔彼此堆垛。
对此备选的是,可以由不同极性的电极箔和分隔箔构成缠绕的、尤其扁平缠绕的箍圈(Band),或者分隔箔z形地进行折叠而电极箔极性交替地从侧面插入到分隔箔的由此构成的切口(Tasche)中。
电极箔堆垛4的极触点4.1、4.2相比于现有技术是弯曲的,由此覆盖板2、3、6、7的尺寸尤其可关于其纵向扩展减小。由此,电池单体1至少关于其纵向扩展是可减小的,由此可以减少覆盖板2、3、6、7制造过程中的材料使用。此外,通过材料使用的减小可以实现电池单体1的重量节约。
如果电池单体1是蓄电池的构件、尤其是车辆蓄电池的构件,所述蓄电池包括可预设数量的以此方式构成的电池单体1,则其自身、也就是蓄电池壳体可以与电池单体1的尺寸相对应地得到减小,由此同样减小了用于布置所述蓄电池的结构空间需求以及所述蓄电池的重量。
附图标记列表:
1 电池单体
2 覆盖板
3 覆盖板
4 电极箔堆垛
4.1 极触点
4.2 极触点
5 边框
6 第一壳状覆盖板
6.1 边缘
6.2 面积最大的侧面
6.3 弯曲部
6.4 端侧壁
7 第二壳状覆盖板
7.1 边缘
7.2 面积最大的侧面
7.3 弯曲部
7.4 端侧壁
8 绝缘壳
8.1 面积最大的侧面
8.2 端侧壁
8.3 材料空隙
9 绝缘壳
9.1 面积最大的侧面
9.2 留空
9.3 端侧壁
9.4 材料空隙
10 铁砧
11 焊头
12 接触元件
12.1 第一腿部
12.2 第二腿部
13 接触元件
13.1 第一腿部
13.2 第二腿部
P1 极侧
P2 极侧
Claims (10)
1.一种用于蓄电池的电池单体(1),包括布置在由两个覆盖板(2、3、6、7)形成的壳体中的电极箔堆垛(4)和边框(5),这两个覆盖板(2、3、6、7)借助所述边框彼此电绝缘,其中,同一种极性的电极箔的电流导出接线片彼此连接以形成一极触点(4.1、4.2),并且各个极触点(4.1、4.2)与相应的覆盖板(2、3、6、7)连接并且每个覆盖板(2、3、6、7)分别形成电池单体(1)的一个电极,
其特征在于,
相同极性的电流导出接线片各自在电极箔堆垛(4)的一极侧(P1、P2)上引出并且在极侧(P1、P2)的中间区域中彼此连接成极触点(4.1、4.2),并且极触点(4.1、4.2)与极侧(P1、P2)平行地弯曲并且与覆盖板(2、3、6、7)连接。
2.根据权利要求1所述的电池单体(1),
其特征在于,
覆盖板(6、7)构造成壳状地,并且极触点(4.1、4.2)分别与相应的覆盖板(6、7)的端侧壁(6.4、7.4)连接。
3.根据权利要求2所述的电池单体(1),
其特征在于,
各个极触点(4.1、4.2)至少材料锁合地紧固在相应的覆盖板(6、7)的端侧壁(6.4、7.4)上。
4.根据权利要求1所述的电池单体(1),
其特征在于,
覆盖板(2、3)构造成平面地,并且相应的极触点(4.1、4.2)借助导电的接触元件(12、13)与覆盖板(2、3)连接。
5.根据权利要求4所述的电池单体(1),
其特征在于,
接触元件(12、13)至少材料锁合地与覆盖板(2、3)连接。
6.根据权利要求4所述的电池单体(1),
其特征在于,
接触元件(12、13)是板。
7.根据权利要求6所述的电池单体(1),
其特征在于,
所述板是弯曲的,并且以一个腿部(12.2、13.2)与极触点(4.1、4.2)连接,而以另一个腿部(12.1、13.1)与覆盖板(2、3)连接。
8.根据权利要求7所述的电池单体(1),
其特征在于,
各个极触点(4.1、4.2)至少材料锁合地紧固在相应的板的腿部(12.2、13.2)上。
9.一种蓄电池,具有一定数量的根据权利要求1至8中任一项所述的电池单体(1)。
10.根据权利要求9所述的蓄电池,
其特征在于,
所述蓄电池是车辆蓄电池,尤其是电动车辆、混合动力车辆或用燃料电池运行的车辆的牵引电池。
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