可充电电池的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种优选用于电动汽车的可充电电池(1)，尤其是一种高电压电池，包括在堆叠方向(y)上串联在一起的电池单元(5)的至少两个堆叠(3，4)，其中该堆叠(3，4)设置成彼此邻近并垂直于堆叠方向，其中设置成彼此邻近的至少两个堆(3，4)在堆叠方向(y)上彼此偏移。为了增加体积能量密度，一个堆叠(3，4)的至少一个电池单元(5)设置成与相邻堆叠(4，3)的至少一个电池单元(5)至少部分重叠。
【专利说明】可充电电池
[0001 ] 本发明涉及一种优选用于电动汽车的可充电电池，尤其是一种高电压电池，该电池具有在堆叠方向上并排设置的至少两个电池单元堆叠，所述并排设置的至少两个电池单元堆叠在堆叠方向上彼此偏移。
[0002]由多个锂离子电池单元组成的电池组另外还包含一系列子系统，例如电池紧固系统、电池冷却系统、电池监视系统、电池连接系统等。这些子系统的集成需要额外的安装空间，该安装空间远远超过了由化学电池所包围的体积。这对于已经低于化石燃料的体积能量密度来说是一个负面影响。
[0003]在多个电池单元并排设置时产生了空闲空间，这是因为各种已知锂离子袋状电池的结构形式导致的，其中通过围绕活性化学电池的连续横向密封接缝来密封塑料电池外壳。这些被包围的空间在技术上难以被利用，这是因为电池单元的生产公差导致这些被包围的空间的尺寸非常不规整，有时候会由于突出的密封接缝而分成多个分立空间。
[0004]DE102009035463A1公开了一种电池，其具有多个平坦的、基本上板状的分立电池单元。该分立电池单元被堆叠以形成一个电池堆叠并由电池外壳包围。该电池的分立单元是以平坦的、具有金属片以及绝缘材料框架的框架方式形成的。
[0005]W02008 / 048751A2还公开了一种电池模块，其具有多个容纳于外壳中的板状电池，该多个板状电池并排排列在堆叠中。
[0006]W02010 / 053689A2说明了一种电池装置，其具有外壳以及并排设置的多个锂离子电池单元。导热、绝缘的液体流过该外壳以用于冷却目的。
[0007]W02010 / 067944A1公开了一种电池，其具有并排设置的电池单元堆叠，其中电池
单元由冷却气体冷却。
[0008]公开文本JP2007-109546A描述了一种可充电电池，其具有在堆叠方向上彼此偏移且并排设置的两个电池模块。
[0009]本发明的目的是避免上述缺点并提高上文提及的电池类型的体积能量密度。
[0010]根据本发明，本发明的目的是通过以下方式来实现的:一个电池单元堆叠中的至少一个电池单元至少与相邻电池单元堆叠中的至少一个电池单元部分重叠。
[0011]该两个堆叠的偏移大概是电池单元厚度的一半。这有利于更密集的封装。
[0012]为了利用剩余的空腔，至少第一冷却空气通道可被设置在相邻堆叠的电池单元的至少一个重叠区域之间。
[0013]至少一个电池单兀由塑料电池外壳包封,其中该塑料电池外壳具有突出的、优选位于电池单元中部平面的区域中的密封接缝，该密封接缝设置成沿着电池单元的窄侧延伸。一个堆叠中的相邻电池单元的密封接缝之间限定了一个空间。这个空间可形成第一和/或第二冷却空气通道。在本文中，至少一个第一冷却空气通道设置在电池的竖轴方向上并且至少一个第二冷却空气通道设置在该电池的横轴方向上，该横轴与竖轴和堆叠方向呈直角。
[0014]为了便于生产，有利地，具有部分重叠的电池单元的两个堆叠形成一个电池模块，每个电池模块优选设置在两个优选热绝缘和/或电绝缘的板之间。[0015]空气经第一冷却空气通道流过并冷却两个相邻堆叠之间的区域。传导该冷却空气流的第二冷却空气通道设置在电池的上侧并用于冷却电池端子和/或电池连接器。尤其后者可以在至少一个优选具有U型或Y型剖面的用于电连接两个相邻电池单元的电池连接器突出进入第二冷却空气通道时被很好地冷却。该第一和/或第二冷却空气通道可以是用于冷却电池的封闭冷却空气回路的一部分，该冷却空气回路优选具有至少一个冷却空气风扇以及至少一个换热器。该封闭冷却空气回路允许电池很大程度上冷却，而不受不利环境的影响，例如温度和湿度的波动、空气污染等。这为电池确保了恒定的最佳工作条件并利于其较长的工作寿命。
[0016]第一堆叠的一个电池单元的至少一个密封接缝可以突出进入由第二堆叠的两个相邻电池单元的密封接缝限定的空间内。作为该空间的边界的或突出进入该空间的密封接缝形成用于冷却空气流的导引面。以此方式，在一方面，冷却空气的输运被改善，并且另一方面，冷却区域接触的表面被扩大。
[0017]为了尽可能地防止相邻电池单元过热，规定热和电绝缘层设置在至少一个堆叠的两个相邻电池单元之间，其中该绝缘层优选由绝缘薄片形成。
[0018]作为上述措施的结果，可以减少必要的安装空间并且增加了体积能量密度。
[0019]下面将结合附图对本发明作更详细的描述。
[0020]图1示出了根据本发明的电池的上斜视图；
[0021]图2示出了相应于图1中线I1-1I的电池的截面图；
[0022]图3示出了电池的前视图；
[0023]图4示出了电池的下斜视图；
[0024]图5示出了电池的电池模块的斜视图；
[0025]图6示出了这个电池模块的下斜视图；
[0026]图7示出了电池单元堆叠的斜视图；
[0027]图8示出了这个堆叠的侧视图；
[0028]图9示出了电池模块的电池单元堆叠的斜视图；
[0029]图10示出了相应于图9中线X-X的电池模块的截面图；
[0030]图11详细示出了与图10相似的这个电池模块的截面图。
[0031]实施例中的可充电电池I设置有七个电池模块2，其中每个电池模块2具有并排设置的经紧固电池单元5的两个堆叠3、4。每个电池模块2的堆叠3、4设置在两个刚性结构波纹板6之间，该波纹板例如由铝或塑料制成，其中该板6可由压铸件制成。该板6自身固定在位于电池I的前侧和后侧的两个支承板7、8之间，其中前侧的支承板7通过锁紧螺钉9牢牢连接到后侧的支承板8。该锁紧螺钉9设置在板6的区域内。该板6与支承板7、8 —起形成用于电池模块2的保持框10。该支承板7、8设置有开口，用于使重量尽可能的小。从堆叠方向I看到的限定在锁紧螺钉9之间的间隙确保电池单元5安装在正确的位置并具有指定的预拉伸力，该预拉伸力对于电池I的使用寿命来说基本上是恒定的。例如由泡沫材料制成的弹性绝缘层6a设置在每个板6和相邻的电池单元5之间，从而使得压力分布均匀且平缓。
[0032]通过底板11从下方密封该电池I。
[0033]包括安装框10的电池I设置在外壳12中，在外壳12和电池I之间设置有冷却空气流路径。为了引导冷却空气流,将导流面13集成到外壳底面12a内，如图2和4所示。
[0034]每个电池单元5由塑料外壳14包封，该塑料外壳14具有突出的、大致在电池单元中间平面15的区域中沿着窄侧5a的、用于密封的密封接缝16。空间17限定在堆叠3、4的相邻电池单元5的密封接缝16之间。
[0035]为了节省安装空间，并排设置的每个电池模块2的两个堆叠3、4彼此重叠且彼此偏移。偏移V大约是电池单元5厚度D的一半。一个堆叠3、4的电池单元5的密封接缝16突出进入由另一个堆叠4、3的两个相邻电池单元5的密封接缝16限定的空间17。以此方式，通过容纳密封接缝16的一部分至少可以部分利用该空间17。这对于构建空间和体积能量密度有非常好的好处。两个堆叠3、4之间的偏移V表示板6在电池I的纵向中心平面Ia的区域中形成阶梯24。
[0036]通过U型和Y型电池连接器19、20彼此连接的电池端子18从上部窄侧5a上的塑料外壳14突出来。电池连接器19、20和电池端子18之间的连接可为铆钉连接21，铆钉连接21在铆接过程中具有一个或多个铆接点21a。由于采用了多个连接点，和因气密连接点实现的长期防腐蚀连接，以及具有不同材料(铜与铝，以及铝与铜)的电池端子18的简单连接，而没有额外的结构元件，因此促成了特别高的电流输运能力。可使用相同的工具通过铆接方法使二至四个薄板彼此电连接，其中材料铜、招和钢特别适用于0.1mm至0.5mm的壁厚。因此，如果需要的话，在铆接过程中，可以在另一操作中同时使用电池连接器19、20将电池电压监视电缆22连接到电池端子18。由于铆钉连接21的铆接点21a的位置相对于例如激光焊接连接而言允许改变更多，因而得到相对较大的公差补偿能力。类似且多功能工具的使用为较大的生产运行实现更简单且成本有效的生产，其中仅涉及少数几个容易控制的输入变量，例如材料壁厚、压力等。突出进入冷却空气通道27的铆接点21a增加了电池I的散热表面，这对于电池端子18的直接空气冷却具有特别重要的意义。该突出的铆接点21a还有助于增加涡流，这尤其在空气冷却的情况下会提高热传导。因此，由于安装空间的有效利用，铆接点21a对冷却的有利影响还有助于增加体积能量密度。
[0037]为了实现极好的体积能量密度，有必要使电池单元5尽可能的彼此接近。另外，尽可能薄的热和电绝缘层23 (例如绝缘薄片)，设置在电池单元5之间，以在相邻电池单元5热过载的情况下防止“多米诺效应”的发生。
[0038]同时，空间17产生了冷却空气通道26、27。该空间17在两个堆叠3、4的重叠区域25中(即，在电池I的纵向中心平面Ia的区域中)形成了第一冷却空气通道26，所述通道设置在电池I的竖轴z的方向上。密封接缝16形成用于空气流的导流面以及散热面。在与竖轴z和堆叠方向y呈直角的横轴X的方向上，通过电池单元5上侧的空间17在电池端子18的区域中形成第二冷却空气通道27。
[0039]第一和第二冷却空气通道26、27是用于冷却电池I的封闭冷却空气回路28的一部分，该冷却空气回路28具有至少一个冷却空气风扇29以及至少一个换热器30。来自冷却空气风扇29和换热器30的冷却空气在电池I的后部和/或顶部的支承板9的区域中或在电池端子18的区域中被送至外壳12中。该冷却空气流经第二冷却空气通道27并冷却电池端子18和电池连接器19、20。此后，至少一部分冷却空气到达第一冷却空气通道26，该第一冷却空气通道在竖轴z的方向上向下传导冷却空气。空气流经电池I的所有的空腔和空间17并释放所积聚的热。剩余的冷却空气在电池I前侧的支承板8和外壳12之间流动到外壳12的外壳底面12a，在外壳底面12a处冷却空气通过导流面13引导至车辆的纵向中心平面ε并收集起来。此后，在冷却空气再次进入电池I的封闭冷却回路28之前，该冷却空气再一次通过冷却空气风扇吹起并在换热器30中冷却。
【权利要求】
1.优选用于电动汽车的可充电电池(1)，尤其是高电压电池，所述可充电电池具有在堆叠方向(y)上并排设置的电池单元(5)的至少两个堆叠(3，4)，所述堆叠(3，4)并排设置并与所述堆叠方向垂直，所述并排设置的至少两个堆叠(3，4)在所述堆叠方向(y)上彼此偏移，其特征在于，一个堆叠(3，4)的至少一个电池单元(5)设置成与相邻堆叠(4，3)的至少一个电池单元(5)至少部分重叠。
2.根据权利要求1所述的电池(1)，其特征在于，所述两个堆叠(3，4)的偏移(V)大约为电池单元(5)厚度⑶的一半。
3.根据权利要求1或2所述的电池(1)，其特征在于，至少一个第一冷却空气通道(26)设置在重叠区域(25)中。
4.根据权利要求1至3中任意一个所述的电池(1)，其特征在于，至少一个电池单元(5)被塑料电池外壳(14)包封，所述塑料电池外壳(14)优选具有突出的、位于电池单元中心平面(15)的区域中的密封接缝(16)，所述密封接缝设置成沿着所述电池单元(5)的窄侧(5a)延伸，其中在堆叠(3，4)的相邻电池单元(5)的每个密封接缝(16)之间限定空间(17)。
5.根据权利要求4所述的电池(1)，其特征在于，至少一个空间(17)构成第一和/或第二冷却空气通道(26，27)。
6.根据权利要求5所述的电池(1)，其特征在于，至少一个第一冷却空气通道(26)设置在所述电池(1)的竖轴(z)的方向上并且至少一个第二冷却空气通道(27)设置在所述电池(1)的横轴(X)的方向上，所述横轴与所述竖轴(z)和所述堆叠方向(y)呈直角。
7.根据权利要求4至6中任意一个所述的电池(1),其特征在于,一个堆叠(3,4)的电池单元(5)的至少一个密封接缝(16)突出进入由另一堆叠(4，3)的两个相邻电池单元(5)的密封接缝(16)限定的空间(17)内。
8.根据权利要求1至7中任意一个所述的电池(1)，其特征在于，热和电绝缘层(23)设置在至少一个堆叠(3，4)的两个相邻电池单元(5)之间，其中所述绝缘层(23)优选由绝缘薄片形成。
9.根据权利要求4至8中任意一个所述的电池(1)，其特征在于，至少一个空间(17)形成冷却空气通道(26，27)，其中作为所述空间(17)的边界或突出进入所述空间(17)的密封接缝(16)形成用于冷却空气流的导引面。
10.根据权利要求5至9中任意一个所述的电池(1)，其特征在于，至少一个优选具有U型或Y型剖面的、用于电连接两个相邻电池单元(5)的电池连接器(19，20)突出进入第二冷却空气通道(27)。
11.根据权利要求3至10中任意一个所述的电池(1)，其特征在于，所述第一和/或第二冷却空气通道(26，27)是用于冷却所述电池⑴的封闭冷却空气回路(28)的一部分，其中所述冷却空气回路(28)优选具有至少一个冷却空气风扇(29)以及至少一个换热器(30)。
12.根据权利要求1至11中任意一个所述的电池(1)，其特征在于，具有部分重叠的电池单元(5)的每两个堆叠(3，4)形成一个电池模块(2)，其中每个电池模块(2)优选设置在两个优选热和/或电绝缘的板(6)之间。
13.根据权利要求12所述的电池(1)，其特征在于，所述板(6)设置有位于所述重叠区域(25)中的阶梯(24) 。
【文档编号】H01M2/10GK103918102SQ201280032756
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2012年6月26日 优先权日:2011年6月30日
【发明者】M·米切利兹 申请人:Avl里斯脱有限公司