用于蓄电池的电池单体的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于蓄电池的电池单体（1)，所述电池单体（1)包括第一壳体部分（1.1)和第二壳体部分（1.2)，所述第一壳体部分和第二壳体部分通过绝缘的壳体框架（1.3)互相电隔离，其中在壳体部分（1.1,1.2)之间在壳体框架(1.3)内布置有电化学活性材料，其中，所述第一壳体部分（1.1)和第二壳体部分（1.2)构造成板形，其中至少一个壳体部分（1.1)具有向内弯折的第一边缘区域（4)并且第一壳体部分（1.1)和第二壳体部分（1.2)形锁合式固定在一体式构造的壳体框架（1.3)上。
【专利说明】用于蓄电池的电池单体
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于蓄电池的电池单体/单电池，该电池单体包括第一壳体部分 和第二壳体部分，第一壳体部分和第二壳体部分通过绝缘的壳体框架互相电隔离，其中，在 所述壳体部分之间在壳体框架内布置有电化学活性材料。
【背景技术】
[0002] 从W0 01 37353 A1公知一种用于电子设备的呈电池单体形式的能重复充电的高 密度能量供应器。在此，电池单体包括第一、第二金属盖件以及一围绕该第一、第二金属盖 件的框架，该框架由塑料制成。第一、第二盖件的相应的边缘区域被弯折，其中第一、第二盖 件的相应的角区域不具有弯折部（Abwinklung)。该框架具有凹部，借助该凹部第一和第二 盖件的弯折部形锁合地相对应/相关联。在组装所述能量供应器时，将增附剂添加入所述 凹部中，由此第一、第二盖件能以材料结合的方式固定在框架上。
[0003] 此外，从DE 20 2004 019 262 U1公知一种用于蓄能器的保护壳体的结构。该保 护壳体包括各自由金属板构成的上盖件和下盖件。在此，上盖件和下盖件通过注塑方法各 自与构成塑料边缘的塑料部分相连。蓄能器布置在上盖件和下盖件之间，其中上盖件和下 盖件借助超声波互相固定。金属板能够以冲压方法来被制造并且金属板的侧部形成为弯曲 的边缘。这些弯曲的边缘在一表面上具有多个夹件，其中所述夹件的一侧固定到弯曲的边 缘上。夹件朝向相应的方向制成齿形的并且在所述夹件上固定有塑料部分，在该塑料部分 中在注塑时夹件嵌入塑料边缘中。
[0004] EP 1 071 147 A1描述了一种包括扁平的蓄电池单体（Batteriezelle)的蓄能 器，其中蓄电池单体具有产生电能的扁平的元件。为了对产生电能的元件进行密封，涂覆至 少一层作为保护材料的层压膜。从该产生电能的元件中导出一个正极和一个负极。一电路 板与该正极和负极相连。此外，设有一壳体，该壳体具有两个沿着蓄电池单体的两个表面延 伸的支承侧壁。壳体的至少一个支承侧壁至少部分地由金属构成。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于，提供一种蓄电池的电池单体，其中在高温情况下使用寿命得 到提高并且电池单体的机械稳定性得到改善。
[0006] 按照本发明，所述目的通过权利要求1中给出的特征而实现。本发明的有利的改 进方案是从属权利要求的主题。
[0007] 用于蓄电池的、特别是高压蓄电池的电池单体包括第一壳体部分和第二壳体部 分，该第一壳体部分和第二壳体部分通过绝缘的壳体框架互相电隔离，其中在壳体部分之 间在壳体框架内布置有电化学活性材料。按照本发明，第一壳体部分和第二壳体部分构造 成板形，其中至少一个壳体部分具有向内弯折的第一边缘区域并且第一壳体部分和第二壳 体部分形锁合地固定在一体式构造的壳体框架上。
[0008] 适宜的是，在第一壳体部分上构造弯折的第一边缘区域。在此，第一壳体部分的弯 折的第一边缘区域以有益的方式起到扩散阻隔（Diffusionssperre)的作用并从而防止电 解质损耗。此外，可减小布置在壳体部分之间的壳体框架、特别是该壳体框架的厚度，这是 因为至少第一壳体部分的弯折的第一边缘区域起到稳定/稳固作用。在此，壳体框架的厚 度称为第一、第二壳体部分之间的间距。
[0009] 此外，通过至少弯折第一边缘区域可以实现散热功能，因为第一壳体部分的弯折 的第一边缘区域可以朝向导热板的方向布置，其中在电池单体中通过充电和放电产生的热 能够传导至导热板。
[0010] 在一有利的构造方案中，第一壳体部分的弯折的第一边缘区域可以弯折多次，其 中弯折部--即第一边缘区域--的第一段弯折至少90°。该弯折的第一边缘区域的第 二段相对于第一段弯折至少90°并且以与第一壳体部分的内表面几乎平行的方式延伸。
[0011] 在一可能的实施形式中，第一边缘区域的第二段具有例如以一有规律的间距布置 的齿形构型。由此，在制造第一壳体部分时可以有利地节省材料。
[0012] 在此，将由弯折第一壳体部分的至少第一边缘区域而产生的边缘的尺寸确定成， 使得在组装电池单体之后至少第一壳体部分的第一边缘区域除了与第二壳体部分相距的 一给定的间距未覆盖之外覆盖壳体框架。换言之：两个壳体部分除了一呈缺口形式的剩余 间距之外基本完全包围电池单体内部和侧向围绕该电池单体内部的壳体框架。由此，既可 以减小壳体框架的宽度又可以减小壳体框架的厚度。另外，通过弯折的第一边缘区域提高 了电池单体的机械稳定性。
[0013] 此外，通过将壳体框架经由浇注方法、优选注塑成型方法添加入第一壳体部分中， 可以简化电池单体的制造过程。为此壳体框架可被注塑/注射到第一壳体部分上和/或注 塑入第一壳体部分中。
[0014] 此外，在弯折的第一边缘区域上（在电池单体的侧向）可以例如通过力锁合和/ 或形锁合的连接方式布置一用于电池电压监测单元的连接元件。
[0015] 另外，第一壳体部分的弯折的第一边缘区域可以有利地封闭位于壳体框架侧向 的、用于电化学活性材料的装填开口。
[0016] 在按照本发明的电池单体的另一可能的构造方案中，在第二壳体部分上构造有弯 折的第二边缘区域。例如第二壳体部分具有在第二壳体部分的纵向延伸长度的一半上延伸 的、弯折的第二边缘区域。在此，弯折的第二边缘区域优选构造在第二壳体部分的一长侧部 上。
[0017] 在此，为了从电池单体至导热板实现有效率的热传导，朝向导热板的方向布置的 弯折的第二边缘区域弯折一基本精确的90°的角度。
[0018] 此外，第一、第二壳体部分由金属构成并且从而实现良好导热。此外，这种金属的 壳体部分可构成电池单体的一个极。对此，壳体部分与一个极性的布置在电池单体内部的 电化学活性材料导电相连。由此，电池单体的壳体部分构造为携带电压。
[0019] 壳体框架优选由塑料构成、特别是由热塑性塑料构成，由此第一壳体部分和第二 壳体部分互相电隔离以及在空间上互相分离。
[0020] 就用于蓄电池的电池组（Zellenverbund)来说，电池组包括多个、特别是给定数 量的互相电并联和/或串联的电池单体，所述电池单体可以通过压板和张紧带互相压紧。
[0021] 所述蓄电池特别适用作为车载蓄电池、特别是作为用于具有混合动力驱动系统的 车辆的或用于燃料电池车辆的高压蓄电池。
【专利附图】
【附图说明】
[0022] 借助附图更详细阐明本发明。
[0023] 其中，
[0024] 图1示意性示出了按照本发明的电池单体的分解图；
[0025] 图2示意性示出了按照本发明的电池单体的第一壳体部分和第二壳体部分的透 视图；
[0026] 图3示意性示出了处于组装状态下的按照本发明的电池单体的透视图；
[0027] 图4示意性示出了按照本发明的电池单体的具有弯折的边缘区域的第一壳体部 分和板形的第二壳体部分；
[0028] 图5示意性示出了按照图1至图4的本发明的电池单体的局部放大剖视图，其中 第一壳体部分的边缘区域弯折一次；
[0029] 图6示意性示出了具有多次弯折的边缘区域的第一壳体部分；
[0030] 图7示意性示出了具有多次弯折的边缘区域的第一壳体部分，其中所述弯折部的 第二部分具有齿形构型；
[0031] 图8示意性示出了按照本发明的电池单体的局部放大的剖图，其中第一壳体部分 的边缘区域多次弯折。
【具体实施方式】
[0032] 相互对应的部件在图中具有相同的附图标记。
[0033] 图1至图4中示出了按照本发明的电池单体、特别是框架扁平电池 (Rahmenflachzelle)的一种可能的实施形式，在下文中标记为框架扁平电池1。
[0034] 图1详细示出了按照本发明的框架扁平电池1的分解图，其中透视性地示出该框 架扁平电池。特别是，框架扁平电池1的视图是以从斜上方观察的方式示出的。
[0035] 框架扁平电池1特别是用于蓄电池一一特别是锂-离子蓄电池--的框架扁平电 池1，其中所述蓄电池特别是用于具有混合动力驱动系统的车辆或燃料电池车辆的车载蓄 电池。
[0036] 对此，在蓄电池中布置有未详细示出的电池组，该电池组具有多个、即给定数量的 互相串联和/或并联的框架扁平电池1。
[0037] 按照本发明的框架扁平电池1具有第一壳体部分1. 1、第二壳体部分1. 2、以及一 体式构造的壳体框架1. 3。在此，壳体部分1. 1、1. 2借助壳体框架1. 3互相电隔离以及在空 间上互相分离。壳体框架1. 3由热塑性塑料构成，其中壳体部分1. 1、1. 2由金属构造。
[0038] 在壳体部分1. 1、1. 2之间在壳体框架1. 3中布置有例如呈膜电极组 (Elektrodenfolienstapel)2形式的电化学活性材料，其中膜电极组2由膜电极2. 1构成， 如图5中更详细示出地。
[0039] 在此，膜电极2. 1通过其电流引导接线片/电流导出凸肩2. 1. 1例如通过焊接导 电地连接到极3。此外，一个极性的这些联合在一起作为极3的电流引导接线片2. 1. 1与所 属极性的对应的金属壳体部分1. 1、1. 2导电相连，由此壳体部分1. 1、1. 2被构造成携带电 压。
[0040] 按照本发明，第一壳体部分1. 1和第二壳体部分1. 2构造成板形，其中至少一个 壳体部分1. 1具有向内--即朝向电池单体内部的方向--弯折的第一边缘区域4,并且 第一壳体部分1. 1和第二壳体部分1. 2以形锁合的方式固定在一体式构造的壳体框架1. 3 上。
[0041] 在按照图1的本实施例中，在第一壳体部分1. 1上构造第一边缘区域4。在此，第 一边缘区域4以在第一长侧部S1上、在两个相对的短侧部S2上和在第二长侧部S3的一半 长度上向内弯折的方式布置。
[0042] 在此，第一边缘区域4弯折一次，其中第一边缘区域4特别是在第一长侧部S1上 并且在两个短侧部S2上弯折至少90°。
[0043] 例如按照冲压方法制造第一壳体部分1. 1，其中被冲压的第一壳体部分1. 1特别 优选具有这样的轮廓，使得第一壳体部分1. 1的第一边缘区域4可以简单并且成本不高地 被弯折。特别是将弯折的第一边缘区域4构造成，使得其对应于第一壳体部分1. 1的侧部 S1至S3在角区域E中被切缝/开槽，由此边缘区域4被分成区段。
[0044] 第二长侧部S3的弯折的第一边缘区域4优选基本精确地弯折90°，因为当在蓄电 池中使用框架扁平电池1的情况下第二长侧部S3能朝向未详细示出的导热板的方向布置。 在此，在充电和放电时在框架扁平电池1中产生的热量能传导至导热板。导热板优选具有 由冷却介质和/或制冷剂流动经过的通道结构，由此传导至导热板的热量能排出。因此，通 过弯折的第一边缘区域4促进了热传导。
[0045] 对应于第一壳体部分1. 1的第一边缘区域4的弯折部，在构造成基本为板形的第 二壳体部分1. 2上弯折有第二边缘区域5。在此，弯折的第二边缘区域5在第二壳体部分 1. 2的下长侧部S4的一半长度上延伸。
[0046] 在此，弯折的第二边缘区域5在板形的壳体部分1. 2上布置成，使得弯折的第二边 缘区域5在组装框架扁平电池1时补充第一壳体部分1. 1的缺失弯折的边缘区域4. 1，如图 2和图3中详细示出地。由此，如图2和3中示出地，特别有利地制造了框架扁平电池1的 整个壳体。在此，根据规定，可以替换地设置弯折的边缘区域4和5。
[0047] 在此，当在蓄电池中使用框架扁平电池1的情况下，如上所述，第一壳体部分1. 1 的第一边缘区域4的弯折部和第二壳体部分1. 2的弯折的第二边缘区域5能布置成与导热 板平行。
[0048] 通过弯折特别是在第一壳体部分1. 1的第二长侧部S3上的第一边缘区域4和第 二壳体部分1. 2的第二边缘区域5,能够借助导热板有效并且均匀地冷却框架扁平电池1。 在此，在框架扁平电池1中产生的热量能够有利地通过壳体部分1. 1、1. 2、特别是通过纯金 属的导热线路导出到导热板上。
[0049] 在制造框架扁平电池1时，特别有利地可以将壳体框架1. 3借助注塑成型方法例 如注塑到第二壳体部分1. 2上或者围绕弯折的第一边缘区域4注塑入第一壳体部分1. 1 中。对此，在第一壳体部分1. 1的第一长侧部S1上的和两个相对的短侧部S2上的第一边 缘区域4的弯折部的角度可以选择为大于90°，由此对应的侧部S1、S2的弯折的第一边缘 区域4按照注塑成型方法嵌入壳体框架1. 3中。由此，壳体框架1. 3以有利的方式形锁合 地至少固定在第一壳体部分1. 1上。
[0050] 如果在制造框架扁平电池1时将壳体框架1. 3以围绕弯折的第一边缘区域4的方 式注塑入第一壳体部分1. 1中，则然后将第二壳体部分1. 2按照热压方法形锁合地固定在 壳体框架1.3上。
[0051] 图2透视性地示出了框架扁平电池1的第一、第二壳体部分1. 1、1. 2。在此示出的 是，第一壳体部分1. 1的第一内表面1. 1. 1的尺寸对应于第二壳体部分1. 2的第二内表面 1. 2. 1的尺寸。
[0052] 图3示出了处于组装状态下的图1中以分解图示出的框架扁平电池1。
[0053] 图4示出了按照本发明的框架扁平电池1的壳体部分1. 1、1. 2的第二可能的实施 形式的分解图。
[0054] 在此，第一壳体部分1. 1的第一边缘区域4全部向内弯折，其中第二壳体部分1. 2 构造成板形的并且特别是矩形的。
[0055] 特别的是，朝向导热板的第一长侧部S1或第二长侧部S3延伸至导热板并且弯折 成与导热板平行、特别是弯折90°，以确保特别是通过弯折的第一边缘区域4从框架扁平 电池1至导热板的热传导。
[0056] 在制造按照本实施例的框架扁平电池1时，壳体框架1. 3例如按照注塑成型方法 注塑到板形的壳体部分1. 2上。另选地，壳体框架1. 3按照注塑成型方法围绕向内弯折的 边缘区域4注塑入第一壳体部分1. 1中。
[0057] 图5示出了按照图1至图4的框架扁平电池1的局部放大剖视图。图5详细示出 了布置在电池单体内部的膜电极组2。在此，相同极性的膜电极2. 1的端部、即所谓的电流 引导接线片2. 1. 1彼此连接至极3。特别是，示出的极3与第二壳体部分1. 2导电相连，由 此至少所述第二壳体部分1. 2被构造成携带电压。
[0058] 在膜电极组2的各个膜电极2. 1之间布置有分隔件6,由此膜电极2. 1互相电隔 离。
[0059] 在本实施例中，第一壳体部分1. 1的第一边缘区域4向内弯折。在此，将弯折的第 一边缘区域4的尺寸确定成、特别是其厚度7确定成，使得该弯折的第一边缘区域除了与构 造成基本为板形的第二壳体部分1. 2相距的一给定的间距a未包围之外包围框架扁平电池 1的壳体框架1. 3。也就是说，两个壳体部分1. 1、1. 2除了一呈缺口形式的剩余的给定间距 a之外基本完全包围电池单体内部和侧向围绕该电池单体内部的壳体框架1. 3。由此既可 以减小壳体框架1. 3的宽度也可以减小壳体框架1. 3的厚度。在此，壳体框架1. 3的厚度 表示为壳体部分1. 1、1. 2之间的间距。
[0060] 此外，至少通过弯折的第一边缘区域4有利地改善了框架扁平电池1的机械稳定 性。
[0061] 通过使壳体部分1. 1、1. 2形锁合地固定在一体式构造的壳体框架1. 3上并且使壳 体部分1. 1、1. 2附加地还在壳体框架区域中形成为框架扁平电池1的几乎闭合的金属套， 以特别有利的方式实现了扩散阻隔，通过该扩散阻隔，即使时间再久，也能防止框架扁平电 池1中的电解质损耗。
[0062] 根据第一壳体部分1. 1的弯折的第一边缘区域4,能够在第一边缘区域4上安 置--例如压制--接头元件，以便能够截取用于监测电池的电压/电流和/或截取在相 应的框架扁平电池1上的所谓的补偿/差额（Ausgleich)。
[0063] 此外，能够例如借助第一边缘区域4来封闭在壳体框架1. 3上侧向构造的电解质 装填开口，因为壳体部分1. 1、1. 2按照热压方法形锁合地固定在壳体框架1. 3上。
[0064] 优选地，将被冲压的和/或被剪切的第一壳体部分1. 1卷边、即弯折一次， 由此可减小制造框架扁平电池1的制造成本和装置成本。因为在不考虑刀具半径 (Werkzeugradien)和/或制造壳体部分1. 1、1. 2所使用的材料的流动性能的情况下可以 将框架扁平电池1构造成锐边的，所以优化利用了在框架扁平电池1的角区域E中的结构 空间。
[0065] 图6示出了第一壳体部分1. 1的另一可能的实施形式，特别是弯折的第一边缘区 域4的另一可能的实施形式。
[0066] 在此，弯折的第一边缘区域4弯折多次、特别是两次。
[0067] 弯折部的第一段A1例如向内弯折90°，其中第一边缘区域4的弯折部的第二段 A2被弯折成，使得该第二段以与第一壳体部分1. 1的内表面1. 1. 1几乎平行的方式延伸。 [0068] 在制造具有第一壳体部分1. 1的多次弯折的边缘区域4的框架扁平电池1时，将 壳体框架1. 3优选按照注塑成型方法这样注塑到第一边缘区域4上，使得弯折部的第二段 A2插入壳体框架1. 3中并且与壳体框架1. 3接合，如图8中在剖视图中更详细示出地。 [0069] 图7示出了也具有多次弯折的第一边缘区域4的第一壳体部分1. 1。在此特别的 是，弯折部的第二段A2具有齿形构型8并且从而构造成冠状的。在此，特别是至少与第一 壳体部分1. 1的一相应的侧部S1至S3有关地以一有规律的间距来布置齿形构型8。在壳 体框架1. 3被注塑入时齿形构型8优选被嵌入该壳体框架中，由此提高了第一壳体部分1. 1 在壳体框架1. 3上的形锁合的固定。
[0070] 图8示出了按照图6和图7的框架扁平电池1的局部放大剖视图。
[0071]在此特别示出，将第一边缘区域4的多次弯折的弯折部的第一段A1的尺寸确 定成，使得弯折的第一边缘区域4的第一段A1也除了与构造成基本为板形的第二壳体部分 1. 2相距的一给定的间距a未包围之外包围框架扁平电池1的壳体框架1. 3。 附图标记列表： 1框架扁平电池 1. 1第一壳体部分 1. 1. 1第一内表面 1. 2第二壳体部分 1. 2. 1第二内表面 1.3 壳体框架 2 膜电极组 2. 1 膜电极 2. 1.1电流引导接线片 3 极 4 第一边缘区域 4. 1 缺失的边缘区域 5 第二边缘区域 6 分隔件 7 厚度 E 角区域 A1 第一段 A2 第二段 51 第一长侧部 52 短侧部 53 第二长侧部 54 下长侧部 a 预先给定的间距
【权利要求】
1. 一种用于蓄电池的电池单体（1)，其中，所述电池单体（1)包括第一壳体部分（1. 1) 和第二壳体部分（1.2)，所述第一壳体部分和第二壳体部分通过绝缘的壳体框架（1.3))互 相电隔离，其中，在所述壳体部分（1. 1、1. 2)之间在所述壳体框架（1. 3)内布置有电化学活 性材料， 其特征在于，所述第一壳体部分（1. 1)和第二壳体部分（1. 2)构造成板形的，其中，所 述壳体部分中的至少一个具有向内弯折的第一边缘区域（4)并且所述第一壳体部分（1. 1) 和第二壳体部分（1.2)形锁合地固定在一体式构造的所述壳体框架（1.3)上。
2. 根据权利要求1所述的电池单体，其特征在于，所述第一边缘区域（4)构造在所述第 一壳体部分（1. 1)上并且被弯折多次。
3. 根据权利要求1所述的电池单体，其特征在于，所述第一边缘区域⑷的弯折部的第 一段（A1)弯折至少90°。
4. 根据权利要求2所述的电池单体，其特征在于，所述第一边缘区域（4)的弯折部的第 二段（A2)相对于所述第一段（A1)弯折至少90°。
5. 根据权利要求4所述的电池单体，其特征在于，所述第一边缘区域（4)的所述第二段 (A2)具有齿形构型（8)或者构成一冠形的边缘。
6. 根据权利要求5所述的电池单体，其特征在于，所述齿形构型（8)以一有规律的间距 被布置。
7. 根据权利要求1所述的电池单体，其特征在于，由于弯折而产生的所述第一边缘区 域（4)的尺寸被确定成、特别是所述第一边缘区域的厚度的尺寸被确定成，使得在组装所 述电池单体（1)之后所述第一壳体部分（1. 1)除了一给定的间距（a)未覆盖之外覆盖所述 壳体框架（1. 3)。
8. 根据权利要求7所述的电池单体，其特征在于，所述第一边缘区域（4)的所述第一段 (A1)除了所述给定的间距（a)未覆盖之外覆盖所述壳体框架（1.3)。
9. 根据权利要求1所述的电池单体，其特征在于，在所述第二壳体部分（1. 2)上构造有 第二边缘区域（5)，其中，所述第二边缘区域（5)在所述第二壳体部分（1.2)的一半长度上 延伸并且弯折至少一次。
10. 根据权利要求9所述的电池单体，其特征在于，带有弯折的第二边缘区域（5)的下 长侧部（S4)被布置成朝向导热板的方向。
11. 根据权利要求9所述的电池单体，其特征在于，所述弯折的第二边缘区域（5)基本 精确地弯折90°。
12. 根据权利要求1所述的电池单体，其特征在于，所述第一壳体部分（1. 1)和第二壳 体部分（1.2)由金属构成。
13. 根据权利要求1所述的电池单体，其特征在于，所述壳体框架（1.3)由塑料构成。
14. 一种用于蓄电池的、例如用于锂-离子蓄电池的电池组，所述电池组包括多个互相 电并联和/或串联的根据上述权利要求1至13中任一项所述的电池单体（1)。
15. -种具有根据权利要求14所述的电池组的蓄电池，所述电池组包括根据权利要求 1至13中任一项所述的电池单体（1)，其特征在于，所述蓄电池是车载蓄电池、特别是用于 具有混合动力驱动系统的车辆或燃料电池车辆的蓄电池。
【文档编号】H01M2/02GK104221181SQ201080034097
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2010年7月3日 优先权日:2009年7月31日
【发明者】D·施勒特尔, W·沃斯曼, R·考夫曼, J·迈因斯歇尔, C-R·霍恩塔纳, C·布拉塞, G·艾兴格, A·古奇, M·格南 申请人:戴姆勒股份公司