牵引电池的二次电池单元和制造二次电池单元的方法与流程

本发明涉及用于交通工具的牵引电池的二次电池单元以及用于制造用于交通工具的牵引电池的二次电池单元的方法。

近来，诸如锂离子电池单元的二次电池单元用在不同的应用中。例如，二次电池单元安装在电动交通工具和混合动力电动交通工具中，以向这样的交通工具的电驱动单元供电。几个二次电池单元可以彼此组合以形成模块化电池的电池模块。这种电池模块的二次电池单元串联或并联连接。电池模块串联连接成一个或多个串，以形成模块化电池。

二次电池单元的高能量密度旨在增加交通工具的续航里程和/或降低成本。但通常，在出现错误的情况下，具有高能量密度的锂离子二次电池单元会建立较高的反应动力学。为了防止错误事件，例如在出现错误的情况下所谓的二次电池单元的热失控，例如二次电池单元的内部短路或钉刺穿和/或二次电池单元的外部短路和/或二次电池单元的过充电和/或二次电池单元的碰撞/挤压事件，可以通过快速放电装置和/或快速关闭装置使二次电池单元进入安全状态，由于高放电电流，这两种情况都通过使电池单元均匀地发热而使二次电池单元的关闭功能化分离器进入关闭状态。对于二次电池单元的这种快速放电的主要要求是沿着二次电池单元的阳极和阴极之间的整个外部快速放电短路路径的电阻非常小。优选地，这样的快速放电路径的电阻小于100μω。

us2016/056444a1公开了一种电池保护电路模块封装，其能够容易地实现高集成度和尺寸减小。电池保护电路模块封装包括端子引线框架和器件封装，端子引线框架包括第一内部连接端子引线和第二内部连接端子引线和多个外部连接端子引线，第一内部连接端子引线和第二内部连接端子引线设置在端子引线框架的两个边缘处并且电连接至电池裸露电池单元的电极端子，多个外部连接端子引线设置在第一内部连接端子引线和第二内部连接端子引线之间并用作多个外部连接端子，器件封装包括基板，该基板安装在端子引线框架上以电连接至端子引线框架，并在其上提供电池保护电路装置。

kr2015/0038932a公开了一种用于制造二次电池的方法，其中电极组件嵌入方形罐中。该方法包括以下步骤：(a)在方形罐的上侧打开的情况下，将电极组件插入方形罐中并将顶罐与电解质入口组合；(b)将方形罐插入具有与方形罐的外观相对应的内部形状的保护壳体中；(c)通过电解质入口注入电解质并执行用于第一预成形的充电操作；(d)在输出第一预成形中产生的气体之后密封电解质入口，并执行用于第二预成形的完全充电操作、完全放电操作和老化操作；以及(e)输出在第二预成形中产生的气体并移除保护壳体。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种用于交通工具的牵引电池的二次电池单元，其具有在出现错误的情况下可以建立具有非常低的电阻的快速放电路径的电池单元设计。

上述目的通过独立权利要求解决。在以下描述、从属权利要求和附图中公开了有利的实施方式，其中单独考虑或至少两个实施方式彼此的任何结合考虑的这些实施方式可能涉及本发明的优选或有利的方面。尽管下面没有明确公开，二次电池单元的实施方式可以是方法的实施方式，反之亦然。

根据本发明的用于交通工具的牵引电池的二次电池单元包括：棱柱形的壳体，其包括壳体部分和盖部分，壳体部分在一侧具有孔，盖部分与壳体部分的这一侧至少间接地连接；以及至少一个电化学电池单元，其容纳在壳体内并包括至少一个阳极集电体和至少一个阴极集电体，阳极集电体与二次电池单元的阳极端子电连接，阴极集电体与二次电池单元的阴极端子电连接。阳极集电体和阴极集电体都设置在电化学电池单元的面向盖部分的一侧上。至少一个集电体焊接到相应的端子上或焊接到至少一个导电元件上，该导电元件焊接到相应的端子上。

由于根据本发明，二次电池单元的一个集电体或两个集电体焊接到二次电池单元的相应的端子上或焊接到相应的导电元件上并且该导电元件焊接到相应的端子上，因此集电体与相应的二次电池单元端子之间的电阻非常小。这可以通过二次电池单元端子在二次电池单元的电极之间建立具有非常低的电阻的快速放电短路路径，使得根据本发明的二次电池单元在出现错误的情况下可以非常快速地进入安全状态。可以通过激光焊接、压力焊接、点焊等将至少一个集电体焊接到相应的端子或相应的导电元件上。可以通过激光焊接、压力焊接、点焊等将相应的导电元件焊接到相应的二次电池单元端子上。

此外，由于根据本发明的二次电池单元的集电体设置在电化学电池单元的同一侧，因此二次电池单元的体积占有率非常高，并因此二次电池单元的能量密度非常高。由此，由根据本发明的二次电池单元构成的电池模块的能量密度也非常高。

棱柱形的壳体可以是方石形的，或者可以具有三角形或其他多边形的基部和顶部表面区域。壳体的壳体部分的孔设置在壳体部分的端面处。壳体部分可以通过深拉等制造。壳体部分可包括或构成二次电池单元的端子，至少一个导电元件或至少一个集电体焊接到该端子上。盖部分可以间接地或直接地与壳体部分的包括孔的一侧连接。盖部分可以包括或构成二次电池单元的另一个端子，至少一个导电元件或至少一个集电体焊接到该端子上。

电化学电池单元可以是具有层叠电极的电池单元或卷芯(jellyroll)电池单元。根据本发明的二次电池单元可以可选地包括容纳在壳体内的两个或更多个电化学电池单元，其中各个电化学电池单元的单极集电体可以彼此组合以形成公共的集电体，其可以焊接到相应的二次电池单元端子或相应的导电元件上。阳极集电体可以直接或间接地与二次电池单元的阳极端子连接。阴极集电体可以直接或间接地与二次电池单元的阴极端子连接，而电池外壳也可以用作端子。当二次电池单元放电时，与电化学电池单元的阴极电连接的阴极集电体形成正极化的(positivepolarized)集电体，并且与电化学电池单元的阳极电连接的阳极集电体形成负极化的(negativepolarized)集电体。当二次电池单元充电时，阴极集电体形成负极化的集电体，并且阳极集电体形成正极化集电体。

交通工具可以是陆上交通工具、水上交通工具或空中交通工具的形式的电动交通工具或混合动力电动交通工具。

根据有利的实施方式，一个集电体经由第一导电元件电连接至壳体部分，壳体部分是至少部分导电的，另一个集电体经由第二导电元件与盖部分电连接，盖部分是至少部分导电的。在这种情况下，壳体部分和盖部分均形成二次电池单元的端子。例如，阴极集电体可以经由第一导电元件电连接至壳体部分，并且阳极集电体可以经由第二导电元件电连接至盖部分。阴极集电体可以焊接到第一导电元件上，并且第一导电元件可以焊接到壳体部分的导电部分上。此外，阳极集电体可以焊接到第二导电元件上，第二导电元件可以焊接到盖部分的导电部分上。由此，通过冷却壳体部分和盖部分，可以有效地冷却电化学电池单元，壳体部分和盖部分各自与二次电池单元的一个电极导热地连接。替代地，整个壳体部分和/或整个盖部分可以是导电的。二次电池单元的所提及的部件之间的焊接接触可以在二次电池单元的电极之间建立具有非常低的电阻的快速放电短路路径，使得二次电池单元可以在出现错误的情况下非常快速地进入安全状态。在任何情况下，二次电池单元的所提及的部件之间的各焊接可以使用激光焊接、压力焊接、点焊等进行。

根据另外有利的实施方式，二次电池单元还包括至少一个不导电的隔离元件，其中第一导电元件形成为沿着电化学电池单元的面向盖部分的一侧延伸的板，并且具有至少一个通孔，另一个集电体在不接触第一导电元件的情况下被引导通过该通孔，隔离元件沿着第一导电元件的面向盖部分的一侧延伸，并包括与第一导电元件的通孔对准的至少一个通孔，并且第二导电元件形成为沿着隔离元件的面向盖部分的一侧延伸的板。隔离元件设置在第一导电元件和第二导电元件之间，使得导电元件通过隔离元件彼此电隔离，并因此二次电池单元的电极通过隔离元件彼此电隔离。如果壳体部分和盖部分用作二次电池单元的端子，则壳体部分和盖部分可以通过隔离元件彼此电隔离。由于导电元件是板状的，因此在相应的导电元件和相应的集电体之间以及在相应的导电元件和盖部分或壳体部分之间给出相对较大的接触区域，使得在相应的导电元件和相应的集电体之间以及在相应的导电元件和盖部分或壳体部分之间的接触电阻非常小。而且，这些大的接触区域各自在相应的导电元件和相应的集电体之间形成大的焊接接触区域，从而增强了这些连接的强度。此外，在二次电池单元的组装期间，二次电池单元的各个部件彼此压缩更容易，因为压缩更均匀，因为在不同的部件层中不存在材料强度的差异，每个部件层由一个部件构成，即二次电池单元的第一导电元件、隔离元件和第二导电元件。该实施方式的另外的优点是不会出现由于每层内的不同膨胀系数引起的问题。

根据另外有利的实施方式，二次电池单元还包括至少一个不导电的隔离元件，其中第一导电元件形成为沿着电化学电池单元的面向盖部分的一侧的一部分延伸而不接触另一个集电体的板，隔离元件具有第一部分和第二部分，第一部分沿着第一导电元件的面向盖部分的一侧延伸，第二部分沿着电化学电池单元的面向盖部分的一侧的一部分延伸，并且包括至少一个通孔，另一个集电体被引导通过该通孔，隔离元件的第一部分相对于隔离元件的第二部分朝向盖部分移位至少与第一导电元件的厚度相对应的量，并且第二导电元件形成为沿着隔离元件的第二部分面向盖部分的一侧延伸的板。隔离元件设置在第一导电元件和第二导电元件之间，使得导电元件通过隔离元件彼此电隔离，并因此二次电池单元的电极通过隔离元件彼此电隔离。如果壳体部分和盖部分用作二次电池单元的端子，则壳体部分和盖部分可以通过隔离元件彼此电隔离。由于导电元件是板状的，因此在相应的导电元件和相应的集电体之间以及相应的导电元件和盖部件或壳体部件之间给出相对较大的接触区域，使得在相应的导电元件和相应的集电体之间以及在相应的导电元件和盖部分或壳体部分之间的接触电阻非常小。而且，这些大的接触区域各自在相应的导电元件和相应的集电体之间形成大的焊接接触区域，从而增强了这些连接的强度。由于隔离元件的第一部分相对于隔离元件的第二部分朝向盖部分移位至少与第一导电元件的厚度相对应的量，因此与根据前述最新实施方式的二次电池单元相比，该二次电池单元的体积占用率更高，其中导电元件至少近似沿着整个电化学电池单元延伸。

根据另外有利的实施方式，第一导电元件是铝板和/或第二导电元件是铜板。铝板可以与铝阴极集电体连接，铝阴极集电体与二次电池单元的阴极电连接。铜板可以与铜阳极集电体连接，铜阳极集电体与二次电池单元的阳极电连接。

根据另外有利的实施方式，一方面壳体部分和隔离元件彼此粘接，另一方面隔离元件和盖部分彼此粘接。由此，二次电池单元的组装被简化并且在没有机械固定元件的情况下实现。

根据另外有利的实施方式，盖部分包括至少两个彼此电隔离的二次电池单元端子，并且一个集电体直接焊接到一个端子上，另一个集电体直接焊接到另一个端子上。二次电池单元可以另外包括二次电池单元的上述部件中的至少一个，例如将壳体部分与盖部分连接的隔离元件。由于二次电池单元端子设置在盖部分处，因此它们彼此非常靠近。这可以减小端子之间的快速放电短路电流路径的长度，从而进一步改善二次电池单元的快速放电。

根据另外有利的实施方式，二次电池单元包括至少一个安全装置，用于在电化学电池单元处于异常状态时使电化学电池单元放电和/或关闭电化学电池单元的关闭功能化分离器，其中安全装置与集电体电连接。利用安全装置，可以使二次电池单元非常快速地进入安全放电状态。在电化学电池单元的异常状态的情况下，安全装置在电化学电池单元的电极之间建立至少一个快速放电短路路径。

根据另外有利的实施方式，安全装置设置在壳体的内部或外部。在第一种情况下，可以提供安全的二次电池单元。在第二种情况下，安全装置可以集成在模块级中，其中安全装置例如可以由两个或更多个二次电池单元共享。

根据本发明的用于制造用于交通工具的牵引电池的二次电池单元的方法，包括以下步骤：提供棱柱形的壳体，该壳体包括壳体部分和盖部分，壳体部分在一侧具有孔，盖部分与壳体部分的这一侧至少间接地连接；以及提供至少一个电化学电池单元，其包括至少一个阳极集电体和至少一个阴极集电体，其中阳极集电体和阴极集电体都设置在电化学电池单元的一侧上；将电化学电池单元插入壳体部分中，使得集电体可通过壳体部分的孔访问；以及将至少一个集电体焊接到二次电池单元的端子上，或者将至少一个集电体焊接到至少一个导电元件上，并将导电元件焊接到二次电池单元的端子上。

二次电池单元的上述优点与该方法的优点对应。可以使用该方法制造根据任何一个上述实施方式或这些实施方式中的至少两个的组合的二次电池单元。

附图说明

在以下描述和附图中公开了本发明的另外的细节、特征和优点：

图1是根据本发明的二次电池单元的实施方式的示意性立体分解图；

图2是根据本发明的二次电池单元的另外的实施方式的示意性立体分解图；以及

图3是根据本发明的二次电池单元的另外的实施方式的示意性剖视图。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的用于交通工具(未被示出)的牵引电池(未被示出)的二次电池单元1的实施方式的示意性立体分解图。

二次电池单元1包括棱柱形的壳体2，壳体2包括壳体部分3和盖部分5，壳体部分3在一侧具有孔4，盖部分5与壳体部分3的这一侧间接连接。壳体部分3和盖部分5是导电的，并且构成二次电池单元1的端子，用于使二次电池单元1与外部电接触。

此外，二次电池单元1包括电化学电池单元6，电化学电池单元6容纳在壳体2内并且包括阳极集电体7和阴极集电体8，阳极集电体7由铜制成并且与二次电池单元1的阳极端子(这里是盖部分5)电连接，阴极集电体8由铝制成并且与二次电池单元1的阴极端子(这里是壳体部分3)电连接。阳极集电体7和阴极集电体8都设置在电化学电池单元6的面向盖部分5的一侧(即，图1中的上侧)上。

将阴极集电体8焊接到第一导电元件9上，第一导电元件9焊接(例如，点焊)到二次电池单元1的阴极端子(即，壳体部分3)上。因此，阴极集电体8经由第一导电元件9与壳体部分3电连接。由此，壳体部分3具有防止二次电池单元1内的锂沉积和腐蚀的正电位。第一导电元件9形成为沿着电化学电池单元6的面向盖部分5的上侧延伸的板，并且具有通孔10，阳极集电体7被引导通过该通孔10，而不接触第一导电元件9。第一导电元件9是铝板。

二次电池单元1还包括不导电的隔离元件11。隔离元件11沿着第一导电元件9的面向盖部分5的一侧延伸，并且包括与第一导电元件9的通孔10对准的通孔12。

阳极集电体7焊接到第二导电元件13上，第二导电元件13焊接到二次电池单元1的阳极端子(即，盖部分5)上。因此，阳极集电体7经由第二导电元件13与盖部分5电连接。第二导电元件13形成为沿着隔离元件11的面向盖部分5的一侧延伸的板。第二导电元件13是铜板。

一方面壳体部分3和隔离元件11彼此粘接，另一方面隔离元件11和盖部分5彼此粘接。

二次电池单元1可包括安全装置14，用于在电化学电池单元6处于异常状态时使电化学电池单元6放电。安全装置14可以经由盖部分5和壳体部分3与集电体7和8电连接。安全装置14可以设置在壳体2的内部或外部。

图2示出了根据本发明的用于交通工具(未被示出)的牵引电池(未被示出)的二次电池单元15的另外的实施方式的示意性的立体分解图。

二次电池单元15包括棱柱形的壳体16，壳体16包括壳体部分3和盖部分5，壳体部分3在一侧具有孔4，盖部分5与壳体部分3的这一侧间接连接。壳体部分3和盖部分5是导电的，并且构成二次电池单元15的端子，用于使二次电池单元15与外部电接触。

此外，二次电池单元15包括电化学电池单元6，电化学电池单元6容纳在壳体16内并且包括阳极集电体7和阴极集电体8，阳极集电体7由铜制成并且与二次电池单元15的阳极端子(这里是盖部分5)电连接，阴极集电体8由铝制成并且与二次电池单元15的阴极端子(这里是壳体部分3)电连接。阳极集电体7和阴极集电体8都设置在电化学电池单元6的面向盖部分5的一侧(即，图2中的上侧)上。

将阴极集电体8焊接到第一导电元件17上，第一导电元件17焊接(例如点焊)到二次电池单元15的阴极端子(即，壳体部分3)上。因此，阴极集电体8经由第一导电元件17与壳体部分3电连接。由此，壳体部分3具有防止二次电池单元15内的锂沉积和腐蚀的正电势。第一导电元件17形成为沿着电化学电池单元6的面向盖部分5的一侧的一部分(例如，小于一半)延伸而不接触阳极集电体7的板。第一导电元件17是铝板。

二次电池单元1还包括不导电的隔离元件18。隔离元件18具有第一部分19和第二部分20，第一部分19沿着第一导电元件17的面向盖部分5的一侧延伸，第二部分20沿着电化学电池单元6的面向盖部分5的一侧的一部分延伸，并包括通孔21，阳极集电体7被引导通过通孔21。隔离元件18的第一部分19相对于隔离元件18的第二部分20朝向盖部分5移位至少与第一导电元件17的厚度相对应的量。

阳极集电体7焊接到第二导电元件22上，第二导电元件22焊接到二次电池单元15的阳极端子(即，盖部分5)上。因此，阳极集电体7经由第二导电元件22与盖部分5电连接。第二导电元件22形成为沿着隔离元件18的第二部分20的面向盖部分5的一侧延伸的板。第二导电元件22是铜板。

一方面壳体部分3和隔离元件18彼此粘接，另一方面隔离元件18和盖部分5彼此粘接。

二次电池单元15可包括安全装置14，用于在电化学电池单元6处于异常状态时使电化学电池单元6放电。安全装置14可以经由盖部分5和壳体部分3与集电体7和8电连接。安全装置14可以设置在壳体2的内部或外部。

图3示出了根据本发明的用于交通工具(未被示出)的牵引电池(未被示出)的二次电池单元23的另外的实施方式的示意图。

二次电池单元23包括棱柱形的壳体24，壳体24包括壳体部分3和盖部分28，壳体部分3在一侧具有孔4，并且盖部分28与壳体部分3的这一侧间接连接。

此外，二次电池单元23包括电化学电池单元6，电化学电池单元6容纳在壳体24内并且包括阳极集电体7和阴极集电体8，阳极集电体7由铜制成并且与二次电池单元23的阳极端子30电连接，阴极集电体8由铝制成的并且与二次电池单元23的阴极端子31电连接。阳极集电体7和阴极集电体8都设置在电化学电池单元6的面向盖部分28的一侧(即，图3中的上侧)上。

二次电池单元23还包括不导电的隔离元件25。隔离元件25具有第一通孔26和第二通孔27，阳极集电体7被引导通过第一通孔26，阴极集电体8被引导通过第二通孔27。

盖部分28包括不导电的构件29和用于使二次电池单元23与外部电接触的二次电池单元端子30和31，其中二次电池单元端子30和31通过不导电的构件29彼此电隔离。阳极集电体7直接焊接到端子30上，并且阴极集电体8直接焊接到端子31上。

一方面壳体部分3和隔离元件25彼此粘接，另一方面隔离元件25和盖部分28彼此粘接。

二次电池单元23可包括安全装置14，用于在电化学电池单元6处于异常状态时使电化学电池单元6放电。安全装置14可以经由端子30和31与集电体7和8电连接。安全装置14可以设置在壳体24的内部或外部。