专利名称：电池设备及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种电池设备以及一种用于制造该电池设备的方法。
背景技术：
由DE 102007031674A1中已知一种包括多个平板电池(Flachzelle)的电化学能量存储单元。平板电池包括至少两个集流器(stromableiter)以及一个外壳。相邻平板电池的集流器通过连接元件彼此电连接。该连接元件与散热器(warmesenke)导热接触。该散热器借助于铆钉与连接元件形锁合地或力锁合地连接。该铆钉由塑料制成。由W02008/016568A2中已知一种电化学电池，其包括正电极、负电极、隔膜以及电解质。这些元件设置在壳中。借助于钉子形状的长形物体，在接触表面和电极中的一个之 间产生电接触。
发明内容
本发明的任务是，提供一种优化的电池设备。基于本发明的任务将通过以下的电池设备来解决该电池设备包括至少一个、但特别是多个电化学电池，其中至少一个电化学电池包括至少一个集流器，该集流器延伸通过电化学电池的壳，其特征在于，该至少一个集流器与连接销导电连接。连接销优选是与电化学电池分离、且因而与集流器分离的组件，其优选不穿透电化学电池的壳。连接销特别地理解为特别是包括圆柱躯体的长形物体，其中基本为圆柱形状的底面可优选为圆形或多边形。在此该躯体特别地包括关于其轴向长度恒定的横截面。可选地，横截面也可以特别是在轴向方向朝顶端稍微逐渐锥形化。躯体的轴向长度优选比躯体的横截面厚度大很多倍。连接销优选在躯体的一个末端上包括尖端，从而其可轻易地穿过其他物体。连接销在躯体的另一个末端特别地包括用作工具作用点的扁平支撑面，连接销可凭借该工具在其轴向方向上突然加速。作为扁平位置的替代，也可沿着其躯体对连接销施加力，或该连接销包括用于施加冲击力的其他作用点。躯体可包括均匀的圆周表面，但该表面也可通过单独的开槽或其他的不平坦而中断。连接销在其表面优选为硬化的。其可具有软芯。连接销可通过钉子来表示，或实质上包括钉子的外部形状。至少连接销的表面、特别是整个连接销是由导电材料制造，特别是由优选硬化的金属制造。由于连接销可优选以简单的方式通过针对性的力作用而与集流器导电连接，因此可简化集流器与连接销的接触。壳在本发明的范围内理解为至少部分形成边界，其将电极堆叠与外界隔离。壳优选为气体和液体密封的，从而不会发生与环境的物质交换。电极堆叠设置在壳内。至少一个集流器、特别是两个集流器从壳向外延伸，并且用于连接电极堆叠。向外延伸的集流器在此优选表示电化学电池的正极连接和负极连接。然而，也可以是多个集流器从壳中延伸出来，特别是四个集流器。如果电化学电池在此包括两个彼此串联连接的电极堆叠，则不同电极堆叠的两个电极彼此连接。
本发明意图将电极堆叠理解为这样的装置其作为原电池的组件也用于存储化学能量和输出电能。在输出电能之前，将存储的化学能量转换为电能。在充电期间，将供给电极堆叠或原电池的电能转换为化学能量并且存储。为此电极堆叠包括多个层，至少一个阳极层、一个阴极层和一个隔膜层。多个层相叠地放置或堆叠，其中隔膜层至少部分地设置在阳极层和阴极层之间。多个层的该顺序优选在电极堆叠内多次重复。优选地，几个电极彼此特别是电连接，特别是并联连接。优选地，多个层卷绕成电极卷。以下，概念“电极堆叠”也用于电极卷。在此集流器是由导电材料制造的元件。其用于在两个几何上彼此分离的点之间传导电流。在这种情况下，集流器与电极堆叠连接。集流器在此特别是与电极堆叠的所有同类电极连接，即要么与阴极连接，要么与阳极连接。显而易见地，集流器不同时与电极堆叠的阴极和阳极连接，因为这将导致短路。然而集流器可与不同电极堆叠的不同电极连接，例如在两个电极堆叠串联时。至少一个集流器从壳中延伸出来，且在此可用于向外连接电化学电池。集流器可与一个或多个电极形成为一体。
优选地，不同地、特别是相邻的电化学电池的集流器借助于连接销彼此导电连接。单个集流器接触的优点因此适用于两个集流器的连接，特别是用来实现所属电化学电池的串联或并联。特别地，借助于针对性的力作用或力冲击，两个或更多个电化学电池凭借单个连接销的帮助而彼此电连接。这优选在单个步骤中实现。显而易见地，连接的类型不限于两个电化学电池，而是可适用于多个可在一个步骤中可彼此导电连接的电化学电池。优选地，在此连接销至少部分地穿透至少一个集流器。在此连接销可同时穿透多个集流器。在此集流器沿着连接销的躯体的轴向方向设置。借此，由于连接销至少部分地穿透集流器，可在连接销和集流器之间产生安全可靠的连接。“至少部分地穿透”在此理解为连接销不必须、但是可以由集流器完全包围。更确切地说，连接销也可仅仅紧抵在集流器的靠近外部的开槽上，且因此仅仅在一侧与集流器电连接。但是相反有利的是，连接销完全穿透集流器，即连接销至少在轴向位置上由集流器环状地包围。这并不意味着，连接销必须在整个外表面上由集流器包围。优选地，连接销在缺口处至少部分地穿透集流器，其中在该缺口周围特别形成凹穴。可直到通过连接销穿透通过集流器时，才出现该缺口。集流器在制造过程之前没有缺口。可选地，在制造过程之前集流器就已经包括缺口，但是该缺口的直径优选小于连接销的躯体的直径。在两种情况下，连接销的穿透在制造过程中都导致缺口扩张。通过在穿透期间缺口的扩张，集流器在缺口区域中特别地部分塑性变形，且特别地部分弹性变形。集流器可通过该弹性变形在缺口区域中紧抵在连接销上，且因此保证这两个部件之间的稳定的电连接。特别地，通过弹性变形发展为凹穴，其特征在于，其在缺口的区域中形成集流器的位置，该位置的横截面具有大于集流器在集流器没有弹性变形的其他区域的膨胀。通过横截面厚度在凹穴区域中的扩张，可额外地在集流器和连接销之间产生优化的电接触。优选地，集流器至少部分地容纳于收集室中。收集室优选设置在电化学电池的壳夕卜，并形成用于集流器的容纳空间，集流器可受保护地保持在其中，尤其免受环境影响。在收集室中可进一步设置其他用于接触的装置。可单独地为每个电化学电池设置收集室。但多个电化学电池的收集室也可组合成共同的特别大的收集室。优选地，特别是当多个电化学电池分别包括单独的收集室时，收集室包括一开口。连接销特别是在制造过程期间可通过该开口从收集室外在集流器的方向上传导。在此可在收集室外设置用于安装连接销的工具，特别是用于施加冲击力到连接销上的工具，从而在收集室外来施加力。优选地，相邻电化学电池的收集室的开口彼此对齐。优选地，相邻电化学电池的收集室的开口在此相互重叠。就这方面而言，延伸穿过电化学电池的开口的连接销可同时也延伸穿过其他电化学电池的开口。也可以设置其他电化学电池，其收集室的开口分别对齐且相互独立接触。借此，连接销可同时穿透多个收集室，且与设置在那的集流器电连接。优选地，连接销与金属泡沫接触，特别是至少部分地由其包围。金属泡沫优选设置在收集室中且完全充满该收集室。金属泡沫对于改善集流器和连接销之间的接触是有益的。在此金属泡沫优选理解为多孔导电材料，其特征特别是在于在良好导电性的同时具有较小的重量。金属泡沫可为固化的。可选地或与其组合地，连接销至少间接地与由特别是由导热材料制成的导热体接 触，特别地至少部分地由该导热体包围。可在导热体和连接销之间设置其他元件，特别是由金属泡沫组成的层。导热体优选由无孔材料制成，这可有益于改善导热性。优选地，可在导热体上构造散热片，其特别地适用于从导热体上更好地散热。优选地，在此在散热片区域中设置通风管。导热体优选设置在收集室中。其可延伸进入多个收集室中。单独的导热体可同时配有多个电化学电池。基于本发明的任务进一步通过一种制造电池设备的方法来解决，其特征在于，使电池设备的集流器与连接销导电连接。优选地，不同的、特别是相邻电化学电池的集流器借助于连接销而彼此导电连接。在制造电池设备的方法期间，连接销至少部分地穿过集流器。具体地，可引导连接销穿过集流器的缺口。优选地，在连接销穿过集流器时才出现缺口。可选地，可在穿过之前就已经在集流器上设置缺口。这有以下优点缺口可在连接销穿过集流器期间和/或连接销穿过集流器之前用作连接销的定心。此外，还减小了连接销穿过集流器所需的力消耗。在连接销穿过集流器时，缺口至少部分地变形，特别是在缺口的区域中塑性和/或弹性地变形。可在连接销穿过集流器时，在集流器上、特别是在缺口上形成凹穴。优选地，连接销至少部分地突进穿透集流器。通过该突进穿透优选产生集流器的塑性和/或弹性变形。通过该突进穿透，可进一步在一个步骤中由同样的连接销穿透多个集流器。就这方面来说，简化了多个集流器的接触。在制造电池设备的方法期间，优选引导连接销穿过电化学电池的收集室的开口。从而，连接销可到达收集室，且与设置在那的集流器接触。如果相邻电化学电池的收集室的多个开口彼此对齐定向和/或彼此相邻，则连接销同时与多个彼此对齐设置的集流器接触。使连接销与至少一个集流器导电连接之后，围绕连接销的区域至少部分地填充有金属泡沫。在此金属泡沫优选与集流器和连接销接触。特别地，收集室至少部分地、特别是完全地填充有金属泡沫。
根据以下附图进一步说明本发明。其中图I根据本发明的第一实施方式的电池设备a)横截面，b)从上方看；图2根据本发明的第二实施方式的电池设备a)横截面，
b)从上方看；参考标记列表I电池设备2电化学电池3集流器4 壳5连接销6收集室7金属泡沫8 开口9 缺口10 尖端11 凹穴12导热体13散热片14电极堆叠15空气通道16 开口17 正面18 阀头19正面分界面20 表面21 底面A 纵轴X 膨胀B横截面厚度
具体实施例方式图I示出了根据本发明的第一实施方式的电池设备I的示意图，其包括两个电化学电池2。除此之外，电池设备I也可包括多个电化学电池2。电化学电池2实质上具有相同的设计。每个电化学电池2包括壳4，其将电极堆叠14与外部隔离。集流器3在电化学电池2的正面17上穿透电化学电池2的壳4，并且因而从电化学电池2的壳4的内部伸入收集室6的内部空间中，其将在以下进一步说明。集流器3由导电材料制造，且与至少电极堆叠14的电极的一部分导电连接。收集室6设置在电化学电池2的壳4的正面17上。在此收集室本身不是壳的部件，因为收集室6的内部空间不必强制性地相对于环境密封，但是也可相对环境密封。
连接销5伸入到收集室6中，引导该连接销通过收集室6的边界上的开口 8。在此连接销5在缺口 9中穿透电化学电池的集流器3。在此连接销5突进穿透集流器3，由此使集流器塑性且弹性地变形。在此缺口9直到突进穿透期间才出现。此外这意味着，集流器3在突进穿透之前不包括缺口 9。可选地，可在突进穿透之前在集流器上设置缺口 9，借此可简化突进穿透。特别地，可减少用于突进穿透所需的力消耗；此外连接销5可根据缺口9而定心。通过该突进穿透，在缺口 9上进一步通过变形形成凹穴11。凹穴11的特征在于，其在在对应于连接销5的纵轴线A的缺口方向上具有膨胀X，其比在其他的集流器3不变形的位置上的、集流器3的横截面厚度B更大。在凹穴11上，集流器3的较大部分导电地紧抵连接销5。为了将力施加到连接销5，连接销5包括阀头18，其设置在连接销5的轴向远离尖端10的侧面上。连接销5的构造因而尽可能地对应于钉子的构造。可以看出，电池设备I的两个电化学电池2彼此接触。因此电池设备I的两个电化学电池2的收集室6的开口 8彼此重叠。具体地，开口与连接销5的纵轴A同轴，从而引导连接销5穿过电池设备I的电化学电池2的两个收集室6的开口 8。在此，连接销5以之前已经提到的方式和方法分别穿过两个电化学电池2的集流器3。由此，连接销5至少在其与集流器3接触的表面部分上导电连接，在两个电化学电池2的示出的集流器3之间存在电连接。电池设备I的电化学电池2可由此特别地彼此串联或并联连接。在连接销5上连接有未图示的用电器。收集器6的内部空间整个填充有金属泡沫7。金属泡沫7既与集流器3导电连接，也与连接销5导电连接，其提高了集流器3和连接销5之间的电连接。显而易见地，仅示例性地示出了包括两个电化学电池2的电池设备I。也可容易地使用多个电化学电池，它们以同样的方式和方法彼此电连接。在此完全有可能的是，连接销5同时穿透多于两个的集流器3。图2示出了根据本发明的第二实施方式的电池设备的示意图，其是图I中电池设备的改进方案，并且在很大程度上对应于该电池设备。就这方面而言，将参考相关说明。以下在此仅说明第二实施方式相对第一实施方式的区别。电化学电池2的收集室6仅部分地填充有金属泡沫7。在此填充有金属泡沫7的区域仅局限于管状部分，该部分设置为与连接销5的纵轴A同轴。就这方面而言，金属泡沫7仅仅在连接销5位于收集室6内的区域内包围连接销5。为此可选地或附加地，金属泡沫7也可在收集室6内完全或部分地包围集流器3。在收集室6的远离电极堆叠14的区域中还设置有导热体12，其间接地与连接销5接触。在此导热体12直接地与金属泡沫7接触，金属泡沫转而直接与连接销5接触。散热片13设置在导热体12上。在此散热片13从连接销5的方向突出到空气通道15的方向，该空气通道设置在散热片13和电化学电池2的正面分界面19之间。在此，空气通道15平行于纵轴A、从表面20上的开口 16开始一直延伸到底面21上的其他开口 16。同时散热片同样分别平行于纵轴A延伸。其产生了已述的优点。
权利要求
1.ー种电池设备(I)，其包括至少ー个、但特别是多个电化学电池(2)，其中此至少一个电化学电池⑵包括至少ー个集流器(3)，其延伸通过电化学电池⑵的壳(4)，其特征在于，此至少ー个集流器(3)与连接销(5)导电连接。
2.根据上述权利要求的电池设备(I)，其特征在于，不同的、特别是相邻的电化学电池(2)的集流器(3)借助于连接销(5)彼此导电连接。
3.根据上述权利要求中至少ー项的电池设备(I)，其特征在干，连接销(5)至少部分地穿透至少ー个、特别是多个集流器(3)。
4.根据上述权利要求的电池设备(I)，其特征在干，连接销(5)在缺ロ(9)中至少部分地穿透集流器(3)，其中围绕着该缺ロ(9)特别形成凹穴(11)。
5.根据上述权利要求中至少ー项的电池设备(I)，其特征在于，集流器(3)至少部分地容纳于收集室(6)中。
6.根据上述权利要求的电池设备(1)，其特征在于，收集室(6)设置在电化学电池(2)的壳⑷之外。
7.根据权利要求5或6中至少ー项的电池设备(1)，其特征在于，收集室(6)包括开ロ⑶。
8.根据权利要求5-7中至少ー项的电池设备(I)，其特征在于，相邻电化学电池(2)的收集室(6)的开ロ⑶彼此对齐。
9.根据上述权利要求中至少ー项的电池设备(I)，其特征在干，连接销(5)至少部分地被金属泡沫(7)包围。
10.根据上述权利要求中至少ー项的电池设备(I)，其特征在干，连接销(5)至少间接地、特别是直接地与特别是由导热材料制成的导热体(12)接触。
11.根据上述权利要求中至少ー项的电池设备(I)，其特征在于，在导热体(12)上形成有散热片(13)。
12.一种用于制造电池设备的方法，其特征在于，使电池设备(I)的集流器(3)与连接销(5)导电连接。
13.根据上述权利要求的方法，其特征在于，不同的、特别是相邻的电化学电池(2)的收集室(3)借助于连接销(5)彼此导电连接。
14.根据权利要求12或13中至少ー项的方法，其特征在于，引导连接销(5)至少部分地穿过集流器(3)，特别是穿过集流器(3)的缺ロ(9)。
15.根据上述权利要求的方法，其特征在于，在引导连接销(5)穿过集流器(3)时，此集流器至少部分地、特别是在缺ロ(9)的区域中塑性和/或弾性地变形。
16.根据权利要求12至15中至少ー项的方法，其特征在于，在连接销(5)穿过集流器(3)时，在集流器(3)上、特别是在缺ロ(9)上形成凹穴。
17.根据权利要求12至16中至少ー项的方法，其特征在干，连接销(5)至少部分地突进穿透集流器(3)。
18.根据权利要求12至17中至少ー项的方法，其特征在于，引导连接销(5)穿过电化学电池⑵的收集室(6)的开ロ(8)。
全文摘要
一种电池设备(1)，其包括至少一个、但特别是多个电化学电池(2)，其中此至少一个电化学电池(2)包括至少一个集流器(3)，其延伸通过电化学电池(2)的壳(4)，其特征在于，此至少一个集流器(3)与连接销(5)导电连接。
文档编号H01M2/20GK102804451SQ201080027309
公开日2012年11月28日 申请日期2010年5月20日 优先权日2009年6月19日
发明者安德列亚斯·古奇, 蒂姆·舍费尔, 克劳斯-鲁珀特·洪门塔勒, 安德里亚斯·福克斯, 沃尔特·拉赫迈尔 申请人:锂电池科技有限公司