電池設備及其製造方法

2023-05-01 04:52:16 4

專利名稱：電池設備及其製造方法
技術領域：
本發明涉及一種電池設備以及一種用於製造該電池設備的方法。
背景技術：
由DE 102007031674A1中已知一種包括多個平板電池(Flachzelle)的電化學能量存儲單元。平板電池包括至少兩個集流器(stromableiter)以及一個外殼。相鄰平板電池的集流器通過連接元件彼此電連接。該連接元件與散熱器(warmesenke)導熱接觸。該散熱器藉助於鉚釘與連接元件形鎖合地或力鎖合地連接。該鉚釘由塑料製成。由W02008/016568A2中已知一種電化學電池，其包括正電極、負電極、隔膜以及電解質。這些元件設置在殼中。藉助於釘子形狀的長形物體，在接觸表面和電極中的一個之 間產生電接觸。

發明內容
本發明的任務是，提供一種優化的電池設備。基於本發明的任務將通過以下的電池設備來解決該電池設備包括至少一個、但特別是多個電化學電池，其中至少一個電化學電池包括至少一個集流器，該集流器延伸通過電化學電池的殼，其特徵在於，該至少一個集流器與連接銷導電連接。連接銷優選是與電化學電池分離、且因而與集流器分離的組件，其優選不穿透電化學電池的殼。連接銷特別地理解為特別是包括圓柱軀體的長形物體，其中基本為圓柱形狀的底面可優選為圓形或多邊形。在此該軀體特別地包括關於其軸向長度恆定的橫截面。可選地，橫截面也可以特別是在軸向方向朝頂端稍微逐漸錐形化。軀體的軸向長度優選比軀體的橫截面厚度大很多倍。連接銷優選在軀體的一個末端上包括尖端，從而其可輕易地穿過其他物體。連接銷在軀體的另一個末端特別地包括用作工具作用點的扁平支撐面，連接銷可憑藉該工具在其軸向方向上突然加速。作為扁平位置的替代，也可沿著其軀體對連接銷施加力，或該連接銷包括用於施加衝擊力的其他作用點。軀體可包括均勻的圓周表面，但該表面也可通過單獨的開槽或其他的不平坦而中斷。連接銷在其表面優選為硬化的。其可具有軟芯。連接銷可通過釘子來表示，或實質上包括釘子的外部形狀。至少連接銷的表面、特別是整個連接銷是由導電材料製造，特別是由優選硬化的金屬製造。由於連接銷可優選以簡單的方式通過針對性的力作用而與集流器導電連接，因此可簡化集流器與連接銷的接觸。殼在本發明的範圍內理解為至少部分形成邊界，其將電極堆疊與外界隔離。殼優選為氣體和液體密封的，從而不會發生與環境的物質交換。電極堆疊設置在殼內。至少一個集流器、特別是兩個集流器從殼向外延伸，並且用於連接電極堆疊。向外延伸的集流器在此優選表示電化學電池的正極連接和負極連接。然而，也可以是多個集流器從殼中延伸出來，特別是四個集流器。如果電化學電池在此包括兩個彼此串聯連接的電極堆疊，則不同電極堆疊的兩個電極彼此連接。
本發明意圖將電極堆疊理解為這樣的裝置其作為原電池的組件也用於存儲化學能量和輸出電能。在輸出電能之前，將存儲的化學能量轉換為電能。在充電期間，將供給電極堆疊或原電池的電能轉換為化學能量並且存儲。為此電極堆疊包括多個層，至少一個陽極層、一個陰極層和一個隔膜層。多個層相疊地放置或堆疊，其中隔膜層至少部分地設置在陽極層和陰極層之間。多個層的該順序優選在電極堆疊內多次重複。優選地，幾個電極彼此特別是電連接，特別是並聯連接。優選地，多個層卷繞成電極卷。以下，概念「電極堆疊」也用於電極卷。在此集流器是由導電材料製造的元件。其用於在兩個幾何上彼此分離的點之間傳導電流。在這種情況下，集流器與電極堆疊連接。集流器在此特別是與電極堆疊的所有同類電極連接，即要麼與陰極連接，要麼與陽極連接。顯而易見地，集流器不同時與電極堆疊的陰極和陽極連接，因為這將導致短路。然而集流器可與不同電極堆疊的不同電極連接，例如在兩個電極堆疊串聯時。至少一個集流器從殼中延伸出來，且在此可用於向外連接電化學電池。集流器可與一個或多個電極形成為一體。
優選地，不同地、特別是相鄰的電化學電池的集流器藉助於連接銷彼此導電連接。單個集流器接觸的優點因此適用於兩個集流器的連接，特別是用來實現所屬電化學電池的串聯或並聯。特別地，藉助於針對性的力作用或力衝擊，兩個或更多個電化學電池憑藉單個連接銷的幫助而彼此電連接。這優選在單個步驟中實現。顯而易見地，連接的類型不限於兩個電化學電池，而是可適用於多個可在一個步驟中可彼此導電連接的電化學電池。優選地，在此連接銷至少部分地穿透至少一個集流器。在此連接銷可同時穿透多個集流器。在此集流器沿著連接銷的軀體的軸向方向設置。藉此，由於連接銷至少部分地穿透集流器，可在連接銷和集流器之間產生安全可靠的連接。「至少部分地穿透」在此理解為連接銷不必須、但是可以由集流器完全包圍。更確切地說，連接銷也可僅僅緊抵在集流器的靠近外部的開槽上，且因此僅僅在一側與集流器電連接。但是相反有利的是，連接銷完全穿透集流器，即連接銷至少在軸向位置上由集流器環狀地包圍。這並不意味著，連接銷必須在整個外表面上由集流器包圍。優選地，連接銷在缺口處至少部分地穿透集流器，其中在該缺口周圍特別形成凹穴。可直到通過連接銷穿透通過集流器時，才出現該缺口。集流器在製造過程之前沒有缺口。可選地，在製造過程之前集流器就已經包括缺口，但是該缺口的直徑優選小於連接銷的軀體的直徑。在兩種情況下，連接銷的穿透在製造過程中都導致缺口擴張。通過在穿透期間缺口的擴張，集流器在缺口區域中特別地部分塑性變形，且特別地部分彈性變形。集流器可通過該彈性變形在缺口區域中緊抵在連接銷上，且因此保證這兩個部件之間的穩定的電連接。特別地，通過彈性變形發展為凹穴，其特徵在於，其在缺口的區域中形成集流器的位置，該位置的橫截面具有大於集流器在集流器沒有彈性變形的其他區域的膨脹。通過橫截面厚度在凹穴區域中的擴張，可額外地在集流器和連接銷之間產生優化的電接觸。優選地，集流器至少部分地容納於收集室中。收集室優選設置在電化學電池的殼夕卜，並形成用於集流器的容納空間，集流器可受保護地保持在其中，尤其免受環境影響。在收集室中可進一步設置其他用於接觸的裝置。可單獨地為每個電化學電池設置收集室。但多個電化學電池的收集室也可組合成共同的特別大的收集室。優選地，特別是當多個電化學電池分別包括單獨的收集室時，收集室包括一開口。連接銷特別是在製造過程期間可通過該開口從收集室外在集流器的方向上傳導。在此可在收集室外設置用於安裝連接銷的工具，特別是用於施加衝擊力到連接銷上的工具，從而在收集室外來施加力。優選地，相鄰電化學電池的收集室的開口彼此對齊。優選地，相鄰電化學電池的收集室的開口在此相互重疊。就這方面而言，延伸穿過電化學電池的開口的連接銷可同時也延伸穿過其他電化學電池的開口。也可以設置其他電化學電池，其收集室的開口分別對齊且相互獨立接觸。藉此，連接銷可同時穿透多個收集室，且與設置在那的集流器電連接。優選地，連接銷與金屬泡沫接觸，特別是至少部分地由其包圍。金屬泡沫優選設置在收集室中且完全充滿該收集室。金屬泡沫對於改善集流器和連接銷之間的接觸是有益的。在此金屬泡沫優選理解為多孔導電材料，其特徵特別是在於在良好導電性的同時具有較小的重量。金屬泡沫可為固化的。可選地或與其組合地，連接銷至少間接地與由特別是由導熱材料製成的導熱體接 觸，特別地至少部分地由該導熱體包圍。可在導熱體和連接銷之間設置其他元件，特別是由金屬泡沫組成的層。導熱體優選由無孔材料製成，這可有益於改善導熱性。優選地，可在導熱體上構造散熱片，其特別地適用於從導熱體上更好地散熱。優選地，在此在散熱片區域中設置通風管。導熱體優選設置在收集室中。其可延伸進入多個收集室中。單獨的導熱體可同時配有多個電化學電池。基於本發明的任務進一步通過一種製造電池設備的方法來解決，其特徵在於，使電池設備的集流器與連接銷導電連接。優選地，不同的、特別是相鄰電化學電池的集流器藉助於連接銷而彼此導電連接。在製造電池設備的方法期間，連接銷至少部分地穿過集流器。具體地，可引導連接銷穿過集流器的缺口。優選地，在連接銷穿過集流器時才出現缺口。可選地，可在穿過之前就已經在集流器上設置缺口。這有以下優點缺口可在連接銷穿過集流器期間和/或連接銷穿過集流器之前用作連接銷的定心。此外，還減小了連接銷穿過集流器所需的力消耗。在連接銷穿過集流器時，缺口至少部分地變形，特別是在缺口的區域中塑性和/或彈性地變形。可在連接銷穿過集流器時，在集流器上、特別是在缺口上形成凹穴。優選地，連接銷至少部分地突進穿透集流器。通過該突進穿透優選產生集流器的塑性和/或彈性變形。通過該突進穿透，可進一步在一個步驟中由同樣的連接銷穿透多個集流器。就這方面來說，簡化了多個集流器的接觸。在製造電池設備的方法期間，優選引導連接銷穿過電化學電池的收集室的開口。從而，連接銷可到達收集室，且與設置在那的集流器接觸。如果相鄰電化學電池的收集室的多個開口彼此對齊定向和/或彼此相鄰，則連接銷同時與多個彼此對齊設置的集流器接觸。使連接銷與至少一個集流器導電連接之後，圍繞連接銷的區域至少部分地填充有金屬泡沫。在此金屬泡沫優選與集流器和連接銷接觸。特別地，收集室至少部分地、特別是完全地填充有金屬泡沫。


根據以下附圖進一步說明本發明。其中圖I根據本發明的第一實施方式的電池設備a)橫截面，b)從上方看；圖2根據本發明的第二實施方式的電池設備a)橫截面，
b)從上方看；參考標記列表I電池設備2電化學電池3集流器4 殼5連接銷6收集室7金屬泡沫8 開口9 缺口10 尖端11 凹穴12導熱體13散熱片14電極堆疊15空氣通道16 開口17 正面18 閥頭19正面分界面20 表面21 底面A 縱軸X 膨脹B橫截面厚度
具體實施例方式圖I示出了根據本發明的第一實施方式的電池設備I的示意圖，其包括兩個電化學電池2。除此之外，電池設備I也可包括多個電化學電池2。電化學電池2實質上具有相同的設計。每個電化學電池2包括殼4，其將電極堆疊14與外部隔離。集流器3在電化學電池2的正面17上穿透電化學電池2的殼4，並且因而從電化學電池2的殼4的內部伸入收集室6的內部空間中，其將在以下進一步說明。集流器3由導電材料製造，且與至少電極堆疊14的電極的一部分導電連接。收集室6設置在電化學電池2的殼4的正面17上。在此收集室本身不是殼的部件，因為收集室6的內部空間不必強制性地相對於環境密封，但是也可相對環境密封。
連接銷5伸入到收集室6中，引導該連接銷通過收集室6的邊界上的開口 8。在此連接銷5在缺口 9中穿透電化學電池的集流器3。在此連接銷5突進穿透集流器3，由此使集流器塑性且彈性地變形。在此缺口9直到突進穿透期間才出現。此外這意味著，集流器3在突進穿透之前不包括缺口 9。可選地，可在突進穿透之前在集流器上設置缺口 9，藉此可簡化突進穿透。特別地，可減少用於突進穿透所需的力消耗；此外連接銷5可根據缺口9而定心。通過該突進穿透，在缺口 9上進一步通過變形形成凹穴11。凹穴11的特徵在於，其在在對應於連接銷5的縱軸線A的缺口方向上具有膨脹X，其比在其他的集流器3不變形的位置上的、集流器3的橫截面厚度B更大。在凹穴11上，集流器3的較大部分導電地緊抵連接銷5。為了將力施加到連接銷5，連接銷5包括閥頭18，其設置在連接銷5的軸向遠離尖端10的側面上。連接銷5的構造因而儘可能地對應於釘子的構造。可以看出，電池設備I的兩個電化學電池2彼此接觸。因此電池設備I的兩個電化學電池2的收集室6的開口 8彼此重疊。具體地，開口與連接銷5的縱軸A同軸，從而引導連接銷5穿過電池設備I的電化學電池2的兩個收集室6的開口 8。在此，連接銷5以之前已經提到的方式和方法分別穿過兩個電化學電池2的集流器3。由此，連接銷5至少在其與集流器3接觸的表面部分上導電連接，在兩個電化學電池2的示出的集流器3之間存在電連接。電池設備I的電化學電池2可由此特別地彼此串聯或並聯連接。在連接銷5上連接有未圖示的用電器。收集器6的內部空間整個填充有金屬泡沫7。金屬泡沫7既與集流器3導電連接，也與連接銷5導電連接，其提高了集流器3和連接銷5之間的電連接。顯而易見地，僅示例性地示出了包括兩個電化學電池2的電池設備I。也可容易地使用多個電化學電池，它們以同樣的方式和方法彼此電連接。在此完全有可能的是，連接銷5同時穿透多於兩個的集流器3。圖2示出了根據本發明的第二實施方式的電池設備的示意圖，其是圖I中電池設備的改進方案，並且在很大程度上對應於該電池設備。就這方面而言，將參考相關說明。以下在此僅說明第二實施方式相對第一實施方式的區別。電化學電池2的收集室6僅部分地填充有金屬泡沫7。在此填充有金屬泡沫7的區域僅局限於管狀部分，該部分設置為與連接銷5的縱軸A同軸。就這方面而言，金屬泡沫7僅僅在連接銷5位於收集室6內的區域內包圍連接銷5。為此可選地或附加地，金屬泡沫7也可在收集室6內完全或部分地包圍集流器3。在收集室6的遠離電極堆疊14的區域中還設置有導熱體12，其間接地與連接銷5接觸。在此導熱體12直接地與金屬泡沫7接觸，金屬泡沫轉而直接與連接銷5接觸。散熱片13設置在導熱體12上。在此散熱片13從連接銷5的方向突出到空氣通道15的方向，該空氣通道設置在散熱片13和電化學電池2的正面分界面19之間。在此，空氣通道15平行於縱軸A、從表面20上的開口 16開始一直延伸到底面21上的其他開口 16。同時散熱片同樣分別平行於縱軸A延伸。其產生了已述的優點。
權利要求
1.ー種電池設備(I)，其包括至少ー個、但特別是多個電化學電池(2)，其中此至少一個電化學電池⑵包括至少ー個集流器(3)，其延伸通過電化學電池⑵的殼(4)，其特徵在於，此至少ー個集流器(3)與連接銷(5)導電連接。
2.根據上述權利要求的電池設備(I)，其特徵在於，不同的、特別是相鄰的電化學電池(2)的集流器(3)藉助於連接銷(5)彼此導電連接。
3.根據上述權利要求中至少ー項的電池設備(I)，其特徵在幹，連接銷(5)至少部分地穿透至少ー個、特別是多個集流器(3)。
4.根據上述權利要求的電池設備(I)，其特徵在幹，連接銷(5)在缺ロ(9)中至少部分地穿透集流器(3)，其中圍繞著該缺ロ(9)特別形成凹穴(11)。
5.根據上述權利要求中至少ー項的電池設備(I)，其特徵在於，集流器(3)至少部分地容納於收集室(6)中。
6.根據上述權利要求的電池設備(1)，其特徵在於，收集室(6)設置在電化學電池(2)的殼⑷之外。
7.根據權利要求5或6中至少ー項的電池設備(1)，其特徵在於，收集室(6)包括開ロ⑶。
8.根據權利要求5-7中至少ー項的電池設備(I)，其特徵在於，相鄰電化學電池(2)的收集室(6)的開ロ⑶彼此對齊。
9.根據上述權利要求中至少ー項的電池設備(I)，其特徵在幹，連接銷(5)至少部分地被金屬泡沫(7)包圍。
10.根據上述權利要求中至少ー項的電池設備(I)，其特徵在幹，連接銷(5)至少間接地、特別是直接地與特別是由導熱材料製成的導熱體(12)接觸。
11.根據上述權利要求中至少ー項的電池設備(I)，其特徵在於，在導熱體(12)上形成有散熱片(13)。
12.一種用於製造電池設備的方法，其特徵在於，使電池設備(I)的集流器(3)與連接銷(5)導電連接。
13.根據上述權利要求的方法，其特徵在於，不同的、特別是相鄰的電化學電池(2)的收集室(3)藉助於連接銷(5)彼此導電連接。
14.根據權利要求12或13中至少ー項的方法，其特徵在於，引導連接銷(5)至少部分地穿過集流器(3)，特別是穿過集流器(3)的缺ロ(9)。
15.根據上述權利要求的方法，其特徵在於，在引導連接銷(5)穿過集流器(3)時，此集流器至少部分地、特別是在缺ロ(9)的區域中塑性和/或弾性地變形。
16.根據權利要求12至15中至少ー項的方法，其特徵在於，在連接銷(5)穿過集流器(3)時，在集流器(3)上、特別是在缺ロ(9)上形成凹穴。
17.根據權利要求12至16中至少ー項的方法，其特徵在幹，連接銷(5)至少部分地突進穿透集流器(3)。
18.根據權利要求12至17中至少ー項的方法，其特徵在於，引導連接銷(5)穿過電化學電池⑵的收集室(6)的開ロ(8)。
全文摘要
一種電池設備(1)，其包括至少一個、但特別是多個電化學電池(2)，其中此至少一個電化學電池(2)包括至少一個集流器(3)，其延伸通過電化學電池(2)的殼(4)，其特徵在於，此至少一個集流器(3)與連接銷(5)導電連接。
文檔編號H01M2/20GK102804451SQ201080027309
公開日2012年11月28日 申請日期2010年5月20日 優先權日2009年6月19日
發明者安德列亞斯·古奇, 蒂姆·舍費爾, 克勞斯-魯珀特·洪門塔勒, 安德裡亞斯·福克斯, 沃爾特·拉赫邁爾 申請人:鋰電池科技有限公司