制造用于存储电能的单元的方法

制造用于存储电能的单元的方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于制造包括盖和外套的用于存储电能的单元的方法，所述方法包括封闭步骤(400)，所述封闭步骤(400)包括非接触地将压缩力施加到形成所述存储单元的一部分，以使所述盖和外套在机械地彼此符合，以通过其形状的接合而应用所述盖封闭所述外套。
【专利说明】制造用于存储电能的单元的方法

【技术领域】
[0001] 本发明涉及电能存储单元的【技术领域】。
[0002] 更具体而言，本发明涉及一种用于该存储单元的制造的装置和方法以及得到的存 储单元。
[0003] 在本发明的范围内，"电能存储单元"是指电容器（也即，包括两个电极和绝缘体的 无源系统），或超级电容器（也即，包括至少两个电极、电解质以及至少一个分隔部分的无 源系统），或电池（也即，包括阳极、阴极以及阳极和阴极之间的电解质溶液的系统），例如 锂电池类型的电池。

【背景技术】
[0004] 图1示出了管形超级电容器类型的电能存储单元的实例。
[0005] 该电能存储单元10包括如下元件：
[0006] ?管形封套20,管形封套20在其两端部开口，
[0007] ?卷绕元件30,比如用液体电解质浸透的电容性绕组，以及
[0008] ?两个盖40,两个盖40设计为冠盖管形封套20的开口端部。
[0009] 此类存储单元的不同的制造方法是已知的。这些不同的方法的每个都包括由使用 盖来封闭管形封套组成的步骤。该封闭步骤可以基于三种技术：
[0010] ?机械折曲
[0011] ?密封焊接，或
[0012] ?粘附。
[0013] 机械折曲
[0014] 文献EP 2 104 122描述了一种机械折曲或封固（bouterollage)步骤，其包括使 管形封套20变形以使管形封套20对盖40折叠。橡胶类型的密封件，比如连接件45,被压 缩以便确保对液体和气体密封。
[0015] 该折曲技术的缺点与使用橡胶类型的密封件的需求有关。事实上，泄漏的风险与 难以控制的该密封件的压缩有关，在折曲期间在该密封件上产生的应力之后能够分配不 均。
[0016] 另一个缺点与折曲操作的持续时间有关。事实上，用于执行折曲的工具必须绕过 管形封套，这增加了封闭步骤的持续时间。作为一个变化，可以使用在存储单元的整个圆周 上同时施加接触压力，以便折曲管形封套和盖的工具。然而，在这种情况下，有必要对于管 形封套和盖的每个直径拥有不同的工具，并且这需要昂贵的投资。
[0017] 另一个缺点与通过执行机械折曲步骤制成的存储单元的有限的寿命期限有关。在 存储单元的老化期间，存储单元的内部压力上升。压力的增加可能导致折曲的打开，这大大 降低了存储单元的使用寿命。
[0018] 最后，折曲操作可以产生在卷绕元件30上的应力，降低所得到的存储单元的初始 性能。
[0019] 密封焊接
[0020] 可以通过钨极惰性气体焊接（TIG)，通过激光或其他传统的焊接技术来完成焊接。 在焊接的情况下，在管形封套和盖之间的弹性类型的密封件不再是必要的，而这延长了存 储单元的使用寿命。
[0021] 然而，密封焊接具有许多缺点。
[0022] 实际上，焊接步骤会导致管形封套的加热，其可能使构成卷绕元件30的热塑性绝 缘体、分隔部分或粘合剂薄膜烧毁。另外，由于电解液是易燃的，因此不能够在焊接之前执 行卷绕元件30的浸透。
[0023] 使用焊接步骤也意味着执行待焊接的表面的准备步骤-比如管形封套和/或盖的 清洁、洗涤和干燥-以便确保适当的密封水平。因为其难以执行，因此该操作是昂贵的。
[0024] 此外，在通过激光或TIG焊接的情况下，有必要旁通管形封套以便在其整个圆周 上焊接，而这延长了封闭步骤。
[0025] 最后，进行焊接步骤涉及较高的制造成本（可消耗的气体、添加的金属、…）。
[0026] 粘附
[0027] 在粘附步骤期间，在管形封套上的盖的组装通过使用粘合剂（通常为环氧树脂， 有时使用金属填充）实现。
[0028] 基于粘附步骤的组装技术是繁琐的，原因如下。首先，粘附步骤是指对待粘附的表 面执行前述的准备步骤-比如去油和干燥-以确保密封水平和足够的机械阻力。还可以执 行预备磨损步骤以使待粘附的表面变粗糙，从而改进附着性和粘合性。因为其难以执行，所 以这些预备步骤是昂贵的。并且，具有连接功能的粘合剂也具有电绝缘功能。因而，沉积的 粘合剂的体积相对较大，并且对剪切的抵抗力更不可靠（粘合剂的细小焊珠比厚的焊珠抵 抗力更强）。为了弥补该缺陷，通常使用特定的并且非常昂贵的粘合剂。同时，粘合剂溶剂 蒸汽必须得到处理，以免使生产操作员过敏，并且其产生了额外的成本。最后，较长的聚合 时间（大约30分钟）限制了该方法的生产产量。
[0029] 基于粘附步骤的组装技术还可能降低所得到的存储单元的质量，原因如下。粘合 剂的聚合作用一般在高温中完成（环氧树脂粘合剂）。在粘合剂和铝之间的热震动和相对 膨胀可以导致盖和卷绕元件的电断开。
[0030] 本发明的目的是提出一种电能存储单元的制造方法，尤其是一种比现有方法更简 单并且成本更低的方法，该方法消除了以上缺点的至少一个。


【发明内容】

[0031] 为此，提供了一种电能存储单元（比如电容器或超级电容器）的制造方法，所述存 储单元包括：
[0032] -外部封套，所述外部封套包括联接区域，所述外部封套在其端部的至少一个开 Π,
[0033] -至少一个盖，所述至少一个盖包括联接区域，盖需要定位在所述外部封套的开口 端部的水平，以使联接区域彼此相对，
[0034] -至少一个联接区域包括至少一个缓冲部分，比如突出部或凹部，
[0035] 所述方法包括封闭步骤，所述封闭步骤由将非接触式压缩力施加到组成所述存储 单元的至少一个部件构成，以使所述盖和外部封套在缓冲的部分或多个部分的水平彼此接 触，尤其是机械地彼此接触，以通过形式的配合来应用所述盖封闭所述外部封套的开口端 部。
[0036] 应当指出的是，"缓冲部分"为相对于元件的参考表面至少部分地突出和/或凹陷 的部分。位于元件的侧壁上的该缓冲部分导致元件在其轴向方向的直径的改变（增加或减 小）。
[0037] 优选地，所述封闭步骤由将非接触式磁-机械力施加到组成所述存储单元的至少 一个部件构成（例如，通过应用电感器），以使所述盖和外部封套在缓冲的一个或多个部分 的水平彼此接触，以通过形式的配合应用所述盖封闭所述封套的开口端部。
[0038] 作为在制造期间使用的参数的函数，该方法：
[0039] ?折曲所述盖和所述外部封套，或
[0040] ?焊接所述外部封套和所述盖，其中存在两个部件的材料连续并且原子从一个部 件到另一个部件扩散的情况。
[0041] 因此，该方法尤其能够使由具有不同熔点的导电材料制成的部件组装，这对于传 统的焊接装置是不可能的。
[0042] 根据本发明的方法优点如下：
[0043] ?封闭步骤的持续时间非常短（典型地小于一秒），其允许该方法适应于大量生 产；
[0044] ?构成的存储单元的块的发热非常低，其在一方面不损坏位于外部封套内部的卷 绕元件或多个卷绕元件，并且在另一方面保留采取某些步骤的选择，比如先于封闭步骤的 浸透，其避免了单元的额外的封闭步骤。
[0045] ?在封闭步骤的执行期间，在盖和外部封套之间的界面产生的弛豫使得其导致气 体射流（可与等离子体相比较）其磨光（escape) 了待组装的表面：因此，没有必要在封闭 步骤之前而准备外部封套和盖的表面；
[0046] ?与执行该方法相关的成本很低，因为一方面用于执行封闭步骤的工具可以用于 不同的直径的外部封套和盖，另一方面该工具的维护操作有限，因为工具不包括活动部件， 限制了其磨损。
[0047] 优选地，非限制性地，根据本发明的方法的方面如下：
[0048]-通过磁脉冲的发生装置的手段来应用磁-机械力，所述方法包括所述封套和所 述盖的定位步骤，从而所述封套和所述盖至少部分地由发生装置尤其是装置的电感器所围 绕。优选地，所述盖和所述封套得以定位，从而非接触式压缩力仅在联接区域的水平上施加 到所述盖和所述封套；这限制了包含在封套中的卷绕元件由于封套的壁到卷绕元件上的压 缩而退化的风险。电感器尤其包括线圈，其布置为在所述盖和所述封套的联接区域的水平 部分地围绕存储单元；
[0049] -优选地，脉冲在5和20kJ之间的能量产生。电感器特别地由5和6kV之间的电 压和电流供电，所述电流如下：
[0050] 〇在150A和250A之间以执行折曲，
[0051] 〇在450A和600A之间以执行焊接。
[0052] -所述方法包括，先于所述封闭步骤的，盖和封套的定位步骤。尤其是第一元件 (尤其是封套）定位为围绕其他元件（尤其是盖），从而第一元件的联接区域围绕其他元件 的联接区域，缓冲部分布置在其他元件的联接区域中；
[0053] -缓冲的一个部分或多个部分配置成使得元件显示出在相对的方向上朝向的至少 两个肩部。元件还定位在电感器中，以使压缩力在基本上垂直于肩部的法线的方向上。两 个肩部具有基本上轴向的法线（或基本上垂直于封套的开口平面），而压缩力基本上指向 径向。这样，可以防止盖相对于外部封套根据两个方向的轴向运动，不仅防止单元在单元 的寿命期间在经受内部压缩力时打开，而且防止在制造方法期间，电容元件在施加到盖和/ 或封套的压缩力的影响下损坏；
[0054] -在优选的实施方案中，缓冲的多个部分布置在盖中，所述盖包括至少一个侧壁和 两个端壁，缓冲的部分包括至少一个第一凹部以及至少一个第二凹部，所述至少一个第一 凹部在侧壁和端壁上开口，所述至少一个第二凹部在侧壁和另一个端壁上开口。然后，第一 凹部或多个第一凹部可以在所述侧壁的第一部分或多个第一部分上开口，并且第二凹部或 多个第二凹部在侧壁的第二部分或多个第二部分上开口，所述侧壁的多个第一部分和多个 第二部分是分隔的。换言之，凹部是交错的。凹部可以占超过盖的高度的一半。例如，盖可 以具有大体圆柱的形状，端壁形成圆柱的底。盖也可以为平行六面体形状。该实施方案是 特别地有利的，因为其由于在盖上缓冲的部分的存在使得该实施方案不过度增加盖的体积 (轴向或径向）。另外，由于凹部的每个在端壁上开口，因此该盖可以更易于制造，尤其是通 过模塑。同样清楚的是，根据该实施方案的盖不会使得（通常通过激光焊接的）盖和电容元 件的组装比相关技术更复杂，因为没有凹部的端面部分具有与根据相关技术相同的构造并 且延伸到卷绕元件的端部。最后，这样的构造更好的适应相对于单元的操作的需求。事实 上，作为可能施加在单元上的力的函数的位于端壁上的凹部的大小和数量可以不对称。因 此，外部端面可以设置有比在内端面上的凹部更多的凹部，因为在单元的寿命期间由于单 元的过压而引起的力可能相当大；
[0055] -至少一个缓冲部分也可以包括或替换地包括：
[0056] -外围凸部，例如环形，和/或
[0057] -多个齿，和/或
[0058] -凹槽，比如具有如下尺寸的凹槽：
[0059] 〇深度大于一毫米，优选地大于三毫米，其在提高了在外部封套上的盖的机械阻 力，
[0060] 〇宽度小于三毫米，优选地小于两毫米，其减小盖的厚度并因此减小存储单元的 体积；
[0061] 〇应当清楚的是，即使凹槽由于通过磁脉冲生成的材料的特殊构造（超塑性）而 具有这样的尺寸，也可以使部件之间接触。该尺寸一般也减小了盖和单元的体积。
[0062]-在另一个实施方案中，第一元件由封套构成而另一个元件由盖构成，盖包括在其 端部的外围凸缘以便位于封装在封套内部的电容元件附近，联接区域至少部分地位于凸缘 的水平上。电容元件可以先于封闭步骤被切断，以使该元件具有符合凸缘的与盖的端部互 补的形状。盖可以包括倾斜表面，并且电容元件可以被去角。该构造减小了单元的体积； [0063]-该方法包括，先于封闭步骤的，由在所述盖和所述外部封套的联接区域之间放置 连接件构成的步骤，所述连接件由例如塑料材料（例如，聚合物或弹性体或聚合物和弹性 体的混合）制成：该连接件确保下面两个功能中的至少一个：
[0064] 〇在盖和外部封套之间的界面密封，
[0065] 〇盖和外部封套之间的电绝缘，尤其是当外部封套和盖两者包括导电材料时。
[0066] 用于放置的步骤可以尤其是从盖和外部封套分隔的部件的定位步骤或用于在盖 和外部封套的一个部件上沉积材料（比如在上文中所引用的材料）以形成整合到所述部件 的连接件的步骤。
[0067] 当盖和外部封套是导电的时，尤其需要连接件的存在。
[0068]-所述方法包括，先于所述封闭步骤的，由在所述联接区域周围定位导电环构成的 步骤，所述封闭步骤由施加非接触式磁-机械力到环（例如应用电感器）构成，以使所述盖 和所述外部封套在缓冲部分的水平机械地彼此接触，以通过形式的配合来应用所述盖封闭 所述封套的开口端部。当待通过磁脉冲手段来变形的部件为不导电的部件时（其因此不能 直接通过磁力变形），该实施方案尤其有益；
[0069]-所述方法包括，先于所述封闭步骤的，由沉积导电材料层（比如导电漆）到所述 封套和所述盖的至少一个元件（尤其是围绕另一个元件的元件）的外部外围面上构成，所 述层至少沉积在与所述元件的联接区域相对的区域上。优选地，该元件为封套，封套由电绝 缘材料制成，其电隔离单元的两个终端而不需连接件的帮助。另外，通过使用多层材料而避 免连接件的存在，可以省略该步骤，所述多层材料包括至少一个电绝缘内部层和另一个导 电层；
[0070] -所述存储单元包括内部核心，所述内部核心在电容元件内纵向延伸并且从边到 边地经过单元，所述方法还包括，在封闭步骤期间，在所述单元的至少一个部件上的非接触 式压缩力的施加步骤，以使所述盖和/或所述封套变形以与所述内部核心接触，从而在核 心的水平封闭能量存储单元；
[0071] -所述方法包括，先于所述封闭步骤的，需要封装在所述外部封套中的电容元件的 浸透步骤；
[0072] 本发明还涉及一种电能存储单元，包括：
[0073] -外部封套，所述外部封套包括联接区域，所述外部封套在其端部的至少一个开 Π,
[0074] -至少一个盖，所述至少一个盖包括联接区域，盖需要定位在所述外部封套的开口 端部的水平，以使联接区域彼此相对，至少一个连接面包括缓冲部分，
[0075] -两个联接区域的每个包括至少一个缓冲部分，每个缓冲部分与其他元件的缓冲 部分相接触，以使所述外部封套和所述盖通过形式的配合而至少根据一个方向（尤其是轴 向）相对于彼此固定。
[0076] 特别地，所述电能存储单元能够通过上述方法获得。其也可以通过用于接合盖和 外部封套的另一种方法获得（例如，可以通过机械折曲进行连接）。存储单元也可以包括或 者替换地包括与其相关的且在上文中描述的一个或多个特征。
[0077] 优选地，通过非限制性方案，根据本发明的存储单元的方面如下：
[0078] -电能存储单元包括在盖和外部封套之间的界面的起伏；
[0079] -在盖和外部封套之间的界面没有使用用于折曲工具的痕迹。
[0080] 本发明的另一个目标是用于能量存储单元的盖，所述盖包括至少一个侧壁和两个 端壁，盖也包括多个缓冲的部分，这些缓冲的部分包括至少一个第一凹部以及至少一个第 二凹部，所述至少一个第一凹部在侧壁或侧壁和端壁中的至少一个上开口，所述至少一个 第二凹部在侧壁或侧壁和另一个端壁中的至少一个上开口。
[0081] 这样的盖还可以包括在上文描述的一个或多个特征，关于这些特征：例如，凹部是 交错的，并且/或者延长超过盖的侧壁高度的一半，而且盖由金属制成等。

【专利附图】

【附图说明】
[0082] 将会从以下描述呈现本发明的其他特点、目的和优点，这些描述是说明性的且为 非限制性的，并且必须结合所附附图进行考虑，其中：
[0083]-图1为一种电能存储单元的实例的框图，
[0084] -图2为从相关技术的折曲方法获得的能量存储单元的局部示意性表示，
[0085] -图3示意性地示出了根据本发明的方法的步骤，
[0086] -图4示出了从根据本发明的方法的实施方案获得的存储单元的实例，
[0087]-图5示意性地示出了用于执行根据本发明的方法的制造的装置的实例，
[0088] -图6、图7和图9示出了从根据本发明的方法的变化获得的能量存储单元的实 例，
[0089] -图8部分地示出了用于不同类型的存储单元的制造的图5的装置，
[0090] -图10为根据本发明的另一个实施方案的单元的盖的透视表示，
[0091] -图11为在应用根据本发明的方法从图9的盖组装的单元的一方面的横截面表 /_J、1 〇

【具体实施方式】
[0092] 现在将参考附图而更详细地描述根据本发明的用于制造的方法和装置。在这些不 同的附图中，方法和装置的等效元素由相同的附图标记表示。
[0093] 参考图3,其示出了根据本发明的方法的实施方案。该方法制作电能存储单元，电 能存储单元包括卷绕元件30、在其一个端部开口的外部封套20,以及盖40。
[0094] 第一步骤（标记为100)由连接盖40和卷绕元件30构成。盖40放置在卷绕元件 30上并且焊接-比如通过透明的激光焊接-在盖40和卷绕元件30之间的界面处得以执 行。
[0095] 第二步骤（标记为200)由将连接到盖的卷绕元件浸透在电解质中构成。
[0096] 第三步骤（标记为300)由将连接到盖的卷绕元件放置在外部封套中构成。
[0097] 第四步骤（标记为400)由使用盖封闭外部封套的开口端部构成。该方法可以包 括封闭步骤的不同变化，例如作为构成盖和外部封套的材料的函数。
[0098] 下面将描述这些不同的变形，并且在所有情况下，包括应用非接触式压缩力到组 成存储单元的一个部件以使盖和外部封套机械地彼此符合。例如，压缩力的应用可以通过 生成磁脉冲获得。
[0099] 本领域技术人员将意识到，可以先于封闭步骤执行浸透步骤。事实上，封闭步骤 (差不多）较冷地执行，从而电解质燃烧的风险受到限制。然而，浸透步骤也可以在封闭步 骤之后执行。
[0100] 参考图4,其示出了通过执行根据本发明的方法的实施方案制成的能量存储单元。
[0101] 该存储单元包括外部封套20、卷绕元件30以及两个盖40。
[0102] 外部封套20为在其两端部开口的管。
[0103] 每个盖40具有完整的盘的形式。其可以包括形成支架41的凹陷面，支架41设计 为接收卷绕元件30。换言之，转向单元内部的盖的端面包括外围凸缘，该凸缘限定支架以接 收卷绕元件。凸缘可以包括倾斜壁。卷绕元件可以被去角（chanfreiner)以使其插入到支 架中。如图9所示，相对于存储单元81，凹陷表面41在盖40中的存在限制了存储单元80 的轴向和径向体积，在存储单元81中的盖40不包括凹陷部分。
[0104] 与凹陷面41相对的面42包括稍43,其用于与两个相邻的存储单元串联或并联电 连接。盖40的外围面包括凹槽44。凹槽的存在在单元的老化和单元的压缩力上升期间强 化了外部封套和盖之间的连接。凹槽配置成基本上为U形并且U的两个臂形成相对肩部， 为此目的该相对肩部用于盖和封套的轴向固定。有利地，凹槽可以具有如下尺寸：
[0105] 〇深度大于一毫米，优选地大于三毫米，其在封闭步骤之后提高了在外部封套上 的盖的机械阻力，
[0106] 〇宽度小于三毫米，优选地小于两毫米，其减小盖的厚度并因此减小存储单元的 体积。
[0107] 盖40和外部封套20由导电材料制成，例如金属。
[0108] 如图4所示的实例中，外部封套的两端部并不同样地封闭。事实上，该存储单元包 括在盖40和外部封套20的上端部21之间的环形连接件45,然而其不包括在盖40和外部 封套20的下端部22之间的连接件。
[0109] 执行以生产在图4中示出的存储单元的方法如下：
[0110] -在卷绕元件30上连接（定位和焊接）盖40，
[0111] -在电解质中浸透连接到盖40的卷绕元件30，
[0112] -在外部封套20中布置连接到盖40的卷绕元件30,然后
[0113] -对于外部封套20的上端部21 :
[0114] 〇在盖40的凹槽44中（或在外部封套和盖之间）定位环形连接件45，
[0115] 〇在外部封套20的上端部21的水平生成脉冲磁力以使上端部21变形，从而其匹 配盖40的外围面的形状，并且机械地符合盖40的外围表面，
[0116] -对于外部封套20的下端部22 :
[0117] 〇在下端部22的水平生成脉冲磁力以使下端部22变形，从而其匹配盖40的外围 面的形状，并且焊接到盖40的外表面。
[0118] 在上端部21的水平处完成的盖/封套结合是通过磁脉冲进行的折曲，而在下端部 22的水平处完成的盖/封套结合是通过磁脉冲进行的焊接。本领域技术人员将意识到，即 使没有连接件的存在，在下端部22的水平处完成的盖/封套结合也可以是通过磁脉冲进行 的折曲。事实上，焊接或折曲类型结合的制作取决于用于建立联系的能量。应当注意到，只 有封套被变形，因为由于力施加在所有单元之上并且盖为固体部件，因此与封套相反，盖不 经受大量的变形，该封套具有中心缺口并从而可以在该缺口的水平上收缩。
[0119] 参考图5,其示出了用于执行先前描述的方法的装置的实施方案。该装置包括压缩 机，该压缩机用于将非接触式压缩力施加到构成能量存储单元的部件中的一个。这创建了 盖和外部封套的机械符合，以便通过在外部封套和盖之间的形式的配合来封闭存储单元。
[0120] 在如图5所示实施方案中，压缩机包括能够施加非接触式磁-机械力的电感器，t匕 如线圈。例如，电感器为线圈。
[0121] 该装置包括连接到线圈50的发生器（未示出）。待封闭的存储单元需要放置在线 圈50的中心，以便线圈的绕组部分地围绕存储单元。
[0122] 现在将参考存储单元描述该装置的操作原理，该装置包括：
[0123] -包括联接面23的外部封套20,外部封套20在其一个端部开口，
[0124] -包括联接面46的盖40,联接面46包括凹部44,盖40需要放置在外部封盖的开 口端部的水平处。
[0125] 联接面23、46放置为彼此相对以产生存储单元的封闭。
[0126] 盖40和外部封套20临时相对于彼此固定。该固定可以通过临时固定的各种方法 来执行，比如，例如参考图4所描述的连接件，且其允许在外部封套20上的盖40的适当粘 附。
[0127] 盖40和外部封套20定位在线圈50的中心。有利地，仅相对的联接面23、46可以 放置在线圈的中心。换言之，可以布置为在线圈中仅具有外部封套的外围表面与盖的重叠 的封套区域。事实上，这阻止了外部封套20朝向卷绕元件30压缩，该压缩可能损坏卷绕元 件30。
[0128] 一旦存储单元得以放置，则发生器（已充电）在很短的时间内在线圈50中放出大 量能量。线圈朝向以使力具有基本上径向的方向。
[0129] 外部封套20的联接区域23在盖40的联接面46的方向上以相当快的速度突出。 外部封套20的联接面23与布置在盖40的联接面46上的凹部44的形状相符。
[0130] 参考图5所描述的装置使外部部件以150至600m/s的速度突出到内部部件上。
[0131] 关于脉冲发生装置的操作的一般信息如下：
[0132] -最大能量：25kJ，
[0133] _ 频率：15kHz，
[0134] -电容：300 至 800 μ F，
[0135] -电压：5_6kV。
[0136] 作为磁-机械脉冲的使用的参数的函数，磁-机械脉冲的发生装置可以用于折曲 或焊接：
[0137] -能量：
[0138] 〇折曲：8kJ，
[0139] 〇焊接：15 至 18kJ，
[0140] -电流：
[0141] 〇折曲：150A-250A，
[0142] 〇焊接：450 至 600A。
[0143] 该装置可以用于组装电能存储单元的不同的部件，如图6所示。该能量存储单元 包括：
[0144] -外部管形封套20,外部管形封套20在其一个端部开口，
[0145] -盖30,盘形状的盖30需要被放置在开口端部的水平处，以及
[0146] -核心60,杆形状的核心需要同轴地定位到外部管形封套20的对称轴线。
[0147] 盖40、核心60以及外部封套20可以由导电材料制成，比如金属。在该情况下，核 心60通过电绝缘体与盖40和外部封套20绝缘，以避免短路的风险。作为变化，核心可以 包括电绝缘材料，比如塑料。外部封套20和盖40可以每个包括的凸缘，该凸缘用于接收核 心，尤其是允许分别在盖40和外部管形封套20的背部上的卷绕元件30的焊接。
[0148] 根据本发明的装置和制造方法可以用于：
[0149] -组装，尤其是焊接61核心/盖。
[0150] -组装，尤其是焊接62盖/外部封套，以及
[0151] -组装，尤其是焊接63核心/外部封套。
[0152] 参考图7,其示出了通过使用根据本发明的方法的另一个变化的实施方案获得的 另一种类型的存储单元。该存储单元包括：
[0153] -卷绕元件30，
[0154] -外部管形封套20,外部管形封套20由电绝缘材料制成，比如塑料，封套包括在其 开口的上端部21和下端部22的水平上的两个联接面，
[0155] -两个盖40,两个盖40由导电材料制成，每个盖包括具有环形凹槽44的联接面，
[0156] -折曲环70 (或折曲线），折曲环70在外部封套20的上端部21的水平上，
[0157] -层71，导电材料的层71在外部封套的下端部22的水平上。
[0158] 折曲环70确保动态位移能量的封闭步骤期间生成的磁场能量的传输，以便引起 外部封套和盖之间的冲压。导电环的变形导致了绝缘封套的变形，磁力不会作用于该绝缘 封套。
[0159] 执行以获得在图7中示出的存储单元的方法如下：
[0160] -在卷绕元件30上连接（定位和焊接）盖40，
[0161] -在电解质中浸透连接到盖40的卷绕元件30，
[0162] -在外部封套20中放置连接到盖40的卷绕元件30,然后
[0163] -对于外部封套20的上端部21 :
[0164] 〇将折曲环定位为环绕外部封套的联接面，
[0165] 〇在外部封套20的上端部21的水平处产生脉冲磁力以使折曲环对外部封套突 出，以使折曲环机械地符合盖40，
[0166] -对于外部封套20的下端部22 :
[0167] 〇在外部封套的接触面的水平上沉积导电材料的层，
[0168] 〇在下端部21的水平上产生电磁脉冲，以便在导电材料的层的水平上将磁-机械 力施加到外部封套20,从而通过使外部封套变形而使得盖与外部封套紧密接触。
[0169] 该方法也可以在其他类型的存储单元上执行。
[0170] 例如，该方法可用于制造非圆柱形存储单元，比如六角形、三角形、八角形、矩形横 截面等的存储单元。
[0171] 同样，盖可以具有形成联接面的在其外围面上的环形凸部47 (如图8b中所示）而 不是环形凹槽（如图8a中所示）。作为变化，盖的外围面可以包括锯齿形状（如图8c中所 示）。
[0172] 同样，盖可以包括在其外围的翻转边缘48,如图1中所示。设置外围的翻转边缘 48以在盖40冠盖外部封套时围绕外部封套的端部。在该情况下，通常是外部封套可以包括 缓冲部分，比如突出部或凹部。
[0173] 盖40也可以不具有相等的截面。例如，盖可以为圆筒，其包括在其外围的形成肩 部的一个或多个凹进部分；该凹进部分能够有角度地偏移，并且交替地在盖的一个或另一 个脊部上延伸。如图10所示，特别地，盖可以具有有两个端壁141、142以及侧壁143的大 体圆柱形状。该盖包括同时在侧壁上和在端壁141上开口的凹部146的第一系列，以及同 时在侧壁143上和在端壁142上开口的凹部148的第二系列。如从图10所显而易见的，这 些凹部不在盖的整个圆周上延伸，而是有角度地交错或偏移，尤其是凹部的第一系列在侧 壁的第一部分中延伸，而凹部的第二系列在侧壁的第二部分中延伸，第二系列与第一系列 分离而不重叠。这样，凹部46的第一系列的底壁147形成第一轴向肩部，而凹部48的第二 系列的底壁149形成第二相对轴向肩部，如图11中所示，当单元已经历在下面详细描述的 根据本发明的方法时并且当封套20已变形以匹配盖的形状时，这些肩部使外部封套和盖 至少在轴向相对于彼此固定。该实施方案是有利的，因为其减少了盖的体积并且简化了盖 的制造。
[0174] 执行根据本发明的方法允许具有特定技术特性的存储单元的制造，该技术特性在 从基于焊接、折曲或粘附的现有制造方法获得的存储单元中是无法找到的。特别地，利用根 据本发明的方法和装置获得的存储单元没有与用于执行机械折曲的工具接触的痕迹。事实 上，通过磁脉冲的折曲是不使用工具地完成的（与轧制相反）并且不改变金属的状态（与 焊接和钎焊相反）。
[0175] 同样，使用磁-机械力执行封闭步骤所产生的存储单元的金属学精密分析观察到 了在焊接或折曲的界面处的冲击波的传播中固有的小波。
[0176] 同样，在焊接或折曲的界面的水平上不存在纹理（grain)方向的修改，与应用机 械折曲的相关技术相反。
[0177] 前面描述的用于制造存储单元的方法和装置具有很多优点。
[0178] 该方法和装置减小了所产生的存储单元的体积。事实上，应用盖来冠盖外部封套 不再是必要的，该盖包括翻转边缘以保证良好的机械阻力。由于根据本发明的方法和装置， 因此可以使用直径小于外部封套的直径的盖，从而外部封套的侧壁围绕盖的外围面。
[0179] 根据本发明的方法和装置也更好地控制可能被使用的中间绝缘部件的压缩。事实 上，施加到外部封套以使得其变形的压缩力在外围的每个点均匀且相等地分布。因此，当连 接件放置在外部封套和盖之间时，连接件的压缩得以更好的控制并且确保密封更好。
[0180] 该方法和装置还提高了所产生的存储单元的密封。事实上，磁脉冲的产生创建了 外部封套和盖的原子粘附，其比传统化学粘合剂（环氧树脂……）更好。有利地，该原子粘 附可以应用于异质材料比如塑料/铝或陶瓷/铝或弹性体/铝。因此该方法更加灵活。
[0181] 本领域技术人员将会理解，可以对上述装置和方法做出很多修改，而实质上不脱 离本文所提出的新的理念。因此，应当清楚，上面给出的实例仅是特定的说明而不是限制。 因此，该类型的所有修改意在包含在所附权利要求的范围内。
【权利要求】
1. 一直用于制造电能存储单元的方法，所述电能存储单元至少包括： -外部封套（20)，所述外部封套（20)包括联接区域（23)，所述外部封套（20)在其端部 的至少一个（21)开口， -至少一个盖（40)，所述至少一个盖（40)包括联接区域（46)，所述盖需要定位在所述 外部封套的开口端部的水平，以使联接区域（23、46)彼此相对， -所述联接区域（46)中的至少一个包括至少一个缓冲部分（44、47 ; 146、148)， 所述方法的特征在于，所述方法包括封闭步骤（400)，所述封闭步骤（400)由将非接触 式压缩力施加到所述存储单元的至少一个部件（20、40、70)构成，以使所述盖（40)和外部 封套（20)在缓冲的一个部分或多个部分的水平彼此接触，以通过形式的配合应用所述盖 封闭所述外部封套的开口端部。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中所述封闭步骤由将非接触式磁-机械力施加到构 成所述存储单元的至少一个部件构成，从而所述盖和所述外部封套在缓冲部分的水平彼此 接触以通过形式的配合应用所述盖封闭封套的开口端部，所述部件至少部分地由导电材料 制成。
3. 根据之前一项权利要求所述的方法，其中通过用于磁脉冲的发生的装置（50)施加 磁-机械力，所述方法包括所述封套（20)和所述盖（40)的定位步骤（300)，从而所述封套 (20)和所述盖（40)至少部分地由发生装置尤其是所述装置的电感器所围绕，脉冲优选地 以5和20kJ之间的能量发生。
4. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，所述方法包括，先于所述封闭步骤的，所述 盖和所述封套的定位步骤（300)，所述盖（40)和所述封套（20)定位在所述发生装置中，从 而非接触式压缩力仅在联接区域（23、46)的水平上施加到所述盖和所述封套。
5. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，先于所述封闭步骤的，第一元件，尤 其是外部封套（20)，定位在其他元件周围，特别是盖（40)周围，使得第一元件的联接区域 (23)围绕其他元件的联接区域（46)，所述缓冲部分布置在其他元件的联接区域中。
6. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中缓冲的一个部分或多个部分配置成使 得元件具有朝向相对的方向并且定位在电感器中的至少两个肩部（147、149)，以使压缩力 在实质上垂直于肩部的法线的方向上。
7. 根据之前一项权利要求所述的方法，其中多个缓冲的部分布置在所述盖中，所述盖 包括至少一个侧壁（143)和两个端壁（141、142)，缓冲的部分包括至少一个第一凹部（146) 以及至少一个第二凹部（148)，所述至少一个第一凹部（146)在侧壁或侧壁和端壁中的至 少一个上开口，所述至少一个第二凹部（148)在侧壁或侧壁和另一个端壁中的至少一个上 开口。
8. 根据之前一项权利要求所述的方法，其中凹部或所述第一凹部（146)在所述侧壁或 所述侧壁中的至少一个（143)的第一部分或多个第一部分上开口，并且所述第二凹部或多 个第二凹部（148)在所述侧壁或所述侧壁中的至少一个的第二部分和多个第二部分上开 口，所述侧壁或所述侧壁的至少一个的第一部分和第二部分分隔。
9. 根据前述权利要求的任一项所述的方法，其中至少一个缓冲部分包括： -凸部外围（47)，和/或 -多个齿，和/或 -凹槽（44)，优选地具有大于1mm的深度，尤其是大于3mm的深度。
10. 根据前述权利要求的任一项所述的方法，所述方法包括，先于所述封闭步骤的，由 在所述盖和所述外部封套的联接区域之间定位连接件（45)构成的步骤。
11. 根据前述权利要求的任一项所述的方法，所述方法包括，先于所述封闭步骤的，由 在所述联接区域周围定位导电环（70)构成的步骤，所述封闭步骤由施加非接触式磁-机械 力到环构成，以使所述盖和所述外部封套在缓冲部分的水平机械地彼此符合，以通过形式 的配合应用所述盖封闭所述封套的开口端部。
12. 根据前述权利要求的任一项所述的方法，所述方法包括，先于所述封闭步骤的，由 沉积导电材料层（71)到所述外部封套和所述盖的至少一个元件的外部外围面构成，所述 层至少沉积在所述部件的联接区域上。
13. 根据前述权利要求的任一项所述的方法，所述方法包括，先于所述封闭步骤的，需 要封装在所述外部封套中的电容元件（30)的浸透步骤（200)。
14. 根据前述权利要求的任一项所述的方法，其中所述存储单元包括内部核心（60)， 所述内部核心（60)在电容元件内纵向延伸并且从边到边地经过单元，所述方法还包括，在 封闭步骤期间，非接触式压缩力到所述单元的至少一个部件的施加步骤，以使所述盖（40) 和/或所述封套（20)变形以与所述内部核心接触，从而在核心的水平封闭能量存储单元。
15. -种电能存储单元，包括： -外部封套（20)，所述外部封套（20)包括联接区域（23)，所述外部封套在其端部（21、 22)的至少一个（21)开口， -至少一个盖（40)，所述至少一个盖（40)包括联接区域（46)，所述盖需要定位在所述 外部封套的开口端部的水平，以使联接区域（23、46)彼此相对， -两个联接区域的每个包括至少一个缓冲部分（44、47 ; 146、148)，每个缓冲部分与其 他元件的缓冲部分相接触，以使所述外部封套和所述盖通过形式的配合至少根据一个方向 相对于彼此固定，尤其是根据轴向相对于彼此固定。
16. 根据之前一项权利要求所述的单元，其特征在于，多个缓冲的部分（146、148)布置 在所述盖中，所述盖包括至少一个侧壁（143)和两个端壁，缓冲的部分包括至少一个第一 凹部（146)以及至少一个第二凹部（148)，所述至少一个第一凹部（146)在侧壁或侧壁和端 壁中的至少一个上开口，所述至少一个第二凹部（148)在侧壁或侧壁和另一个端壁中的至 少一个上开口，所述封套通过符合所述盖的轮廓而至少在缓冲的部分的水平围绕所述盖。
17. 根据权利要求15或16的任一项所述的组件，其特征在于，所述电能存储单元能够 通过根据权利要求1至14中的任一项所述的方法获得。
【文档编号】H01G11/80GK104094442SQ201380008314
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2013年2月7日 优先权日:2012年2月7日
【发明者】E·维涅拉斯 申请人:布鲁技术公司