专利名称：具有焊点连接的电化学电池和储能组件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电化学电池、一种包含若干所述电化学电池的储 能组件以及一种使用所述储能组件的电动汽车或混合动力电动汽车。 所述储能组件(也称为电池组)包含若干扁平电化学电池(也称为蓄电 池组电池)，每个扁平电化学电池包含一对电极，该电极通过外向端子 使所述电化学电池相互之间实现电连接。
背景技术：
为满足电动汽车、混合动力汽车、电动工具等应用中较高的输入 —输出电源要求，已开发出新的储能组件，例如铅酸电池、锂离子电 池、镍一金属氢化物电池、镍镉电池、双电层电容器等。所述新的储 能组件向电驱动电机以及车载电气系统提供动力。为控制所述储能組 件的充电一力文电程序，集成了管理充电一》文电程序以及将制动能转化 为电能(=可再生制动能)等的控制器，以便在车辆运行时，可对所述储 能组件充电。所述储能组件或各电化学电池应表现出良好的特性，电 流400A时以及在高温等极端条件下电流达500A时最高电压介于 100V与450V之间。根据应用情况，持续电流的范围介于80A与100A 之间甚至更高。所述极端条件下，储能組件的电化学电池连接受到极 大的应力。通常，通过压接件、螺钉或焊点进行连接。 一般情况下， 通过热应力和机械应力建立连接时电化学电池会受损。因此，本发明的目的在于提供一种电化学电池以及一种储能组件，在极端条件下(例
如高振动高温车内)，该装置的连接应表现出如长达15年之久的很高 的可靠性。另外，所述储能組件应表现出良好的载流量(即良好的载流
容量，但是连接电阻应小于电池内阻)以及具有较高的耐热应力性和耐 机械应力性。
发明内容
为满足所述目的，通过电极的新型连接方式提供一种具有高栽流 量以及良好电流和热分布特性的电化学电池。另外，根据所述新型连 接形式牢固固定分离器。根据本发明的主要方面，电化学电池包含设 置为一叠扁平电极薄膜的一对电极，所述扁平电极薄膜至少由一种隔 离膜隔开，其中
-每个电极的电极薄膜通过内电极导体相互电连接；
-不同电极的所述内电极导体设置在所述电极薄膜的无电极材料 区内所述电化学电池的相对侧；
-每个内电极导体通过各电极无电极材料区内预定数量的焊点与 各个电极薄膜相连；
每个内电极导体包含预定数量的开口 ，在所迷开口内设置耦合件 来连接所述内电极导体与各自电极的外向电极导体。这样的组合式焊 点布置使电池具有良好的载流量以及良好的电流和热分布特性，其中 所述焊点用于相互连接各电极的内电极薄膜，并将所述内电极薄膜连 接至具有耦合件的内电极导体，所述耦合件设置在开口内，用于连接 所述内电极导体与各电极的外向电极导体。作为优选，所述外向电极 导体设置为导体棒。在一个可能的实施例中，所述外向电极导体至少 由铜制成。另夕卜，所述外向电极导体也可至少由涂有保护层的铜制成。 为达到良好的耐腐蚀性，所述保护层由锡、镍或合金(例如铝锰合金或 铝铜合金)制成。作为选择，所述外向电极导体至少可由经表面处理(例 如表面经电子束处理)的铜制成。根据本发明的另一方面，每个外向电 极导体的厚度至少为1 mm。根据特定应用情况，例如电化学电池的尺寸变化，厚度可有不同。电池越大，外向电极导体的厚度越大。例
如，厚度应介于大约1 mm至大约3mm之间。由于所需导体截面由 新的导体厚度确定，这样相同的电池外表面可形成不同的活性电极表 面。此外，这样的导体厚度使内电池与外电池之间的过渡表面减少， 因此过渡表面的紧装程度增加。为实现内电极导体与外向电极导体之 间牢固的固定连接，所述耦合件为铆钉、压接件或螺栓，也可是通过 焊接(尤其是通过超声波焊接)对集成于内电极导体(尤其是内电极薄 膜)的凸起或旋钮进行连接。作为本发明的另一方面，焊点的数量大于 开口或耦合件的数量。所述布置使所述内电极薄膜通过大量的固定点 实现牢固固定，其中所述隔离膜牢固地固定在所述固定电极薄膜之 间。作为优选，焊点的数量与开口或耦合件数量之间的关系介于2.0 和3.0之间。例如，如果预先确定6个焊点，那么，3个开口或耦合 件就足够了。另外，作为优选，将开口或耦合件对称设置在焊点之间， 例如，交替地设置两个焊点和一个开口或耦合件。为了连接所述电化 学电池和其他电化学电池，每个外向电极导体与相应的外向端子连 接。作为本发明的另一方面，通过所谓的防错法(即通过经防故障安全 接触设计的接触件，使其不能相互错接)提供具有所述电化学电池牢固 的防故障安全连接的一种储能组件。根据本发明的主要方面，所述储 能组件包含若干扁平电化学电池，每个扁平电化学电池包含一对电
接，其中每个电化学电池包含作为一对外向端子的直外向端子和弯曲 外向端子，所述电化学电池相互连接时， 一个电化学电池的直外向端 子与相邻电化学电池的弯曲外向端子相连接。所述外向端子的这种设 计使所述电化学电池不会发生错接。另外，这种设计使所述电化学电 池在分组(例如电池组或储能组)中的布置既高效又节省空间，扁平电 化学电池相互堆叠在分组中。这种堆叠布置使电池堆简单高效地分为 许多电池模块。
为实现具有高载流量的固定、永久、可靠连接，每个外向端子至 少包含一个凸起。根据本发明的另一方面，每个外向端子的厚度至少为lmm。根 据特定应用情况，例如储能组件的尺寸变化，尤其是单个电化学电池 的尺寸变化，厚度可有不同。组件或电池越大，外向端子的厚度越大， 例如，厚度应介于大约1 mm与大约3 mm之间。由于所需端子截面 由新端子厚度规定，使得相同电池外表面会形成不同的活性电极表 面。另外，这样的端子厚度使内电池与外电池之间的过渡表面减少， 因此过渡表面的紧装程度增加。
在本发明的一个可能的实施例中，每个外向端子至少由铜制成。 在另一个可能的实施例中，每个外向端子至少由涂有保护层的铜制 成。所述保护层由锡、镍或合金(例如铝锰合金或铝铜合金)等制成。
根据应用情况，所述电化学电池可串联连接、并联连接或串并联连接。
本发明可用于电动车辆和混合动力电动车辆，尤其适用于并联式 混合动力电动车辆、串联式混合动力电动车辆或串并联式混合动力电 动车辆。另外，本发明还可用于储存风能或太阳能等其他形式的能量。
下面特别结合附图中的实施例来进 一 步说明本发明。但应理解， 所述实施例仅为创新教学中有益使用的实例。
图1 显示一种具有若干电化学电池的储能组件视图，所述电化 学电池通过每个电池的成对外向端子相互连接； 图2 显示其中一个电化学电池的视图。
具体实施例方式
本发明涉及一种电化学电池和一种包含若干所述电化学电池的 储能组件。本发明具有不同应用领域，例如具有驱动电机和内燃机的 混合动力电动车辆，其中驱动电机由所述储能组件提供动力驱动。作 为选择，所述储能组件也可用于具有驱动电机的电动车辆，其中驱动 电机由所述储能组件提供动力驱动。另外，所述储能组件还可用于储存风能或太阳能，在这种应用中，须将所述组件集成于风能或太阳能 装置中。
图1显示一种具有若干扁平电化学电池2(也称为蓄电池组电池 或单个原电池或方形蓄电池)的储能组件l(也称为电池组)的视图。
每个电化学电池2包含一对电极A和K，其中一个电极A为阳 极或负极，另一个电极K为阴极或正极。
为实现所述电化学电池2的相互电连接时，每个电池2的所述电 极A、 K与外向端子3.A、 3.K相连。根据应用，所述电化学电池2 可通过所述外向端子3.A、 3.K并联、串联或串并联。
根据图1所示的实施例展示串联连接的电化学电池2。
图2更详细地显示其中一个电化学电池2。
每个电化学电池2为一扁平电池，它包含(例如)作为电极A、 K 的若干内电极薄膜A1至An、 Kl至Kn，其中隔离膜(未显示)分隔不 同的电极薄膜Al至An、 Kl至Kn。用(例如)非水电解质冲洗所述隔 离膜。作为选择，可用隔板代替所述电极A和K的薄膜。
根据电池2的类型，例如锂离子电池，将所述电极膜Al至An、 Kl至Kn分成两个不同的组。 一组电极膜A1至An代表阴极K，例 如金属锂，另一组电极膜Kl至Kn代表阳极A，例如锂石墨。
为连接所述外向端子3.A、 3.K与每个电化学电池2的相应电极 A、 K，所迷电池2包含内电极导体4.A、 4.K。更详细地说，各个电 极A、 K的所述内电极薄膜Al至An、 Kl至Kn通过所述内电极导 体4.A、 4.K相互电连接，其中不同电极A、 K的所述内电极导体4.A、 4.K设置在相应电极薄膜Al至An以及K1至Kn的无电极材料区内 电化学电池2的相对侧。
为实现每个电极A、 K的所述内电极薄膜Al至An、 Kl至Kn 的固定连接，每个内电极导体4.A、 4.K在各电极A、 K相应的电极 薄膜Al至An、 Kl至Kn的无电极材料区内设置预定数量的焊点5.1 至5.z。所述内电极薄膜Al至An、 Kl至Kn的固定连接也使设置在 所述电极薄膜Al至An、 Kl至Kn之间的所述隔离膜固定连接。另外，每个内电极导体4.A、4.K包含预定数量的开口 6.1至6.m, 耦合件(未显示)通过所述内电极薄膜Al至An和Kl至Kn设置在所 述开口内，用于所述内电极导体4.A、 4.K(尤其是所述内电极薄膜Al 至An和Kl至Kn)与相应电极A、 K的外向电极导体7.A、 7.K(隐蔽 导体以虛线显示)进行连接。
所述外向电极导体7.A、 7.K设置为(例如)导体棒。作为优选， 所述外向电极导体7.A、 7.K至少由铜制成。另外，所述外向电极导 体7.A、 7.K至少可由涂有保护层的铜制成，所述保护层由锡、镍或 合金(例如铝锰合金或铝铜合金)等制成。
作为选择，所述外向电极导体7.A、 7.K至少可由经表面处理(例 如表面经电子束处理)的铜制成。另外，每个外向电极导体7.A、 7.K 的厚度至少为1 mm。在特定应用中，例如根据电化学电池2的尺寸 变化，厚度可有不同。电池2越大，外向电极导体7.A、 7.K的厚度 越大。例如，厚度应介于大约1 mm与大约3 mm之间。
作为一个可能的实施例，；殳置在所述开口 6.1至6.m内的所述耦 合件可为任意焊接的铆钉、压接件或螺栓。作为选择也可通过焊接集 成于所述内电极薄膜Al至An和Kl至Kn的凸起或旋钮进行耦合连 接。
在一个优选实施例中，所述各内电极导体7.A、 7.K中连接内电 极薄膜Al至An和Kl至Kn的焊点5.1至5.z的数量大于所述各个 内电极导体7.A、 7.K中开口 6.1至6.m或耦合件的数量。作为优选， 焊点5.1至5.z的数量与开口 6.1至6.m或耦合件数量之间的关系介于 2.0与3.0之间。
如图2所示，每个外向电极导体7.A、 7.K连接各自的外向端子 3.A、 3.K。
另外，可用外壳4包裹具有隔离膜的电极膜Al至An和Kl至 Kn的布置。所述外壳4可设置为绝缘所述电池2与其他电池的薄膜 外壳或板状外壳。
作为优选，所述电池2至少相互电绝缘。另外，所述电池2可根据使用材料相互绝热。作为选择，所述电池2可通过外壳表面实现电 连接。也可提供其他替代实施例，在所述替代实施例中，可在所述电 池2之间充填一种材料，例如树脂，用于实现电绝缘。
也可用外壳(未显示)，例如板状外壳或薄膜外壳(也称为"软包") 包裹整个储能組件1。
作为选择，可直接将如温度传感器等传感元件集成于所述外向端 子3.A、 3.K中。这样可非常有效地测量温度。
尤其是根据所述储能组件1的尺寸，每个外向端子3.A、 3.K的 厚度可在lmm至3mm的范围内变化。在一个实施例中，各外向端子 3.A、 3.K的厚度至少为1 mm。或者，根据可用空间、规定密度和密 封性，所述外向端子3.A、 3.K可在上述范围内具有不同厚度。
另外，可以不同的方式构成外向端子3.A、 3.K，其中可有效地 进行各个电池2的电流分布。例如，每个外向端子3.A、 3,K的连接 端可呈圆锥形。每个外向端子3.A、3.K的所述连接端是所述端子3.A、 3.K由其连接相应内电极导体7.A、 7.K的终端。
作为优选，每个外向端子3.A、 3.K至少由铜制成。每个外向端 子3.A、 3.K由相同材料制成。这样可^f吏用相同的焊接温度。另外， 每个外向端子3.A、 3.K至少可由涂有保护层的铜制成。作为优选， 所述 护层由耐腐蚀锡或镍制成，而且所述保护层非常薄，例如，所 述厚度仅为几微米。数字符号表
1. 储能组件
2. 电化学电池
3. A阳极的外向端子
3. K阴极的外向端子
4. A内电极导体(阳极导体) 4.K内电极导体(阴极导体) 5.1至5.z焊点
6.1至6.m开口
7.A外向电极导体(阳极导体) 7.K外向电极导体(阴极导体)
A 阳极 K 阴极
权利要求
1.一种电化学电池(2)具有设置为一叠扁平电极薄膜(A1至An、K1至Kn)的一对电极(A、K)，所述扁平电极薄膜(A1至An、K1至Kn)由隔离膜隔开，其中-每个电极(A，K)的电极薄膜(A1至An、K1至Kn)通过内电极导体(4.A、4.K)相互电连接；-不同电极(A，K)的所述内电极导体(4.A、4.K)设置在所述电极薄膜(A1至An、K1至Kn)无电极材料区内所述电化学电池(2)的相对侧；--每个内电极导体(4.A、4.K)通过各自电极(A、K)的无电极材料区内预定数量的焊点(5.1至5.z)与相应的电极薄膜(A1至An、K1至Kn)相连；每个内电极导体(4.A、4.K)包含预定数量的开口(6.1至6.m)，在所述开口内设置耦合元件来连接所述内电极导体(4.A、4.K)与相应电极(A、K)的外向电极导体(7.A、7.K)。
2. 根据权利要求1所述的电化学电池，其中所述外向电极导体 (7.A、 7.K)设计为导体棒。
3. 根据权利要求1所述的电化学电池，其中所述外向电极导体 (7.A、 7.K)至少由铜制成。
4. 根据权利要求1所述的电化学电池，其中所述外向电极导体 (7.A、 7.K)至少由涂有保护层的铜制成。
5. 根据权利要求4所述的电化学电池，其中所述保护层由锡、 镍或合金(例如铝锰合金或铝铜合金)制成。
6. 根据权利要求1所述的电化学电池，其中所述外向电极导体 (7.A、 7.K)至少由经表面处理(例如经电子束表面处理)的铜制成。
7. 根据权利要求l所述的电化学电池，其中所述耦合件为集成 于所述内电极导体(4.A、 4.K)的铆钉、压接件、螺栓、凸起或旋钮。
8. 根据权利要求1所述的电化学电池，其中焊点(5.1至5.z)的数量大于开口(6.1至6.m)的数量。
9. 根据权利要求1所述的电化学电池，其中焊点(5.1至5.z)数 量与开口(6.1至6.m)数量之间的关系介于2.0与3.0之间。
10. 根据权利要求1所述的电化学电池，其中每个外向电极导体 (7.A、 7.K)连接相应的外向端子(3.A、 3.K)。
11. 一种储能组件(l),具有根据权利要求1所述的若干扁平电化 学电池(2)。
12. 根据权利要求11所述的储能组件(l)，其中每个电池(2)包含 一对电极(A、 K)，所述电极(A、 K)通过所述外向端子(3.A、 3.K)使所 述电化学电池(2)相互电连接。
13. 根据权利要求11所述的储能组件(l)，其中所述电化学电池 (2)为串联连接。
14. 根据权利要求11所述的储能组件(l)，其中所述电化学电池 ("为并联连接。
15. 根据权利要求11所述的储能组件(l),其中所述电化学电池 (2)为串并联连接。
16. —种具有驱动电机的电动汽车，所述驱动电机由根据权利要 求11所述的储能组件(l)提供动力驱动。
17. —种具有驱动电机和内燃机的混合动力电动汽车，其中所述 驱动电机由根据权利要求11所述的储能組件(l)提供动力驱动。
全文摘要
本发明涉及一种电化学电池(2)，它具有设置为一叠扁平电极薄膜(A1至An、K1至Kn)的一对电极(A、K)，所述扁平电极薄膜(A1至An、K1至Kn)由隔离膜隔开，其中每个电极(A、K)的电极薄膜(A1至An、K1至Kn)通过内电极导体(4.A、4.K)相互电连接；不同电极(A、K)的所述内电极导体(4.A、4.K)设置在所述电极薄膜(A1至An、K1至Kn)无电极材料区内电化学电池(2)的相对侧；每个内电极导体(4.A、4.K)通过各电极(A、K)的无电极材料区内预定数量的焊点(5.1至5.z)与相应的电极薄膜(A1至An、K1至Kn)相连；每个内电极导体(4.A、4.K)包含预定数量的开口(6.1至6.m)，在所述开口(6.1至6.m)内设置耦合件来连接所述内电极导体(4.A、4.K)与各电极(A、K)的外向电极导体(7.A、7.K)。
文档编号H01M2/26GK101682020SQ200880013351
公开日2010年3月24日 申请日期2008年4月23日 优先权日2007年4月24日
发明者M·凯勒, P·伯科, 小泽和典, 阿部圣子, 阿部秀夫, 高桥一博 申请人:Temic汽车电机有限公司;英耐时有限公司