用于二次電池的電化學(xué)電池單元的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于二次電池以及這樣的二次電極模塊的電池單元。電池單元包括：由第一盒(13)所圍封著的第一電池(12)；由第二盒(15)所圍封著的第二電池(14)，其中至少第一和第二盒(13、15)的其中之一包括沿其側(cè)邊緣(11)延伸的凹部(16、18)以形成插座(30)，其適于接收至少一個(gè)熱傳遞元件(28)。
【專利說(shuō)明】用于二次電池的電化學(xué)電池單元
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及二次、即充電電池領(lǐng)域，并且特別指的是對(duì)于這種電池的節(jié)省空間的熱管理，也是指用于這種電池的空間和重量?jī)?yōu)化的殼體概念。
【背景技術(shù)】
[0002]可由二次電池提供電能存儲(chǔ)，如鋰離子電池。這樣的電池，但幾乎所有類型的二次電池應(yīng)該在一種預(yù)定溫度范圍內(nèi)操作。例如，在非常低的溫度，如低于-10°c，電池性能衰退并且效率可顯著地降低。在更高的操作溫度，例如大約40°C及以上，這種電池的經(jīng)濟(jì)壽命和性能以及容量典型地減少。
[0003]這些熱條件要求這些電池組以及電池模塊必須被適當(dāng)?shù)募訜峄蚶鋮s。因此，有需要對(duì)電池組進(jìn)行足夠的熱管理。
[0004]電化學(xué)電池形狀通常被歸類為棱柱形或圓柱形。圓柱形的電池具有圓柱形的外殼。棱柱形的電池具有棱柱形的外殼形狀，諸如平行六面體。棱柱形電池的普通示例包括標(biāo)準(zhǔn)12V汽車電池。一個(gè)電化學(xué)電池可以是，例如鋰離子電池。
[0005]鋰離子電池經(jīng)常被打包成所謂的“袋裝電池”。袋裝電池的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是傳統(tǒng)的金屬圓筒和玻璃-金屬電引線被替換為相對(duì)便宜的金屬薄膜/箔包裝，其類似于用于食品工業(yè)中的那種。金屬箔常常為由鋁制成的層壓薄膜。電接觸通常由焊接在電極上并密封在袋裝材料中的導(dǎo)電片構(gòu)成。
[0006]專利文獻(xiàn)W02010/071463A1描述了置于與珀?duì)柼姵爻蔁峤佑|的外殼內(nèi)的電化學(xué)電池。珀?duì)柼姵靥峁┝讼螂姵亟M內(nèi)或外的熱傳遞，然而與至少一個(gè)側(cè)壁接觸的熱傳導(dǎo)分隔板被放置在所述外殼內(nèi)，且電化學(xué)電池被置于板之間。在那里，外殼的一個(gè)側(cè)壁與所述分隔板接觸，并且進(jìn)一步與珀?duì)柼姵責(zé)峤佑|。
[0007]此外，夾入多個(gè)電化學(xué)電池中的分隔板具有與側(cè)壁相接觸成90°彎折的后緣。這些后緣進(jìn)一步和所述側(cè)壁鉚接在一起。
[0008]由于分隔板從電化學(xué)電池的側(cè)面邊緣突出，電池不得不被定位和組裝在與殼體側(cè)壁相距特定距離處。因此，殼體的內(nèi)部空間不能被電化學(xué)電池完全地填充。
[0009]因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是為電池提供空間優(yōu)化的殼體，其提供了改進(jìn)的熱管理。進(jìn)一步的目的是優(yōu)化二次電池的尺寸和重量以及電池有效的冷卻或熱管理。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]在第一方面，本發(fā)明提供用于二次電池的電化學(xué)電池單元。電化學(xué)電池單元包括:
[0011]-一第一棱柱袋裝電池包括一種被由柔性箔制成的第一棱柱袋封入的第一電化學(xué)電池，
[0012]-一第二棱柱袋裝電池包括一種被由柔性箔制成的第二棱柱袋封入的第二電化學(xué)電池，[0013]每個(gè)棱柱袋裝電池進(jìn)一步包括附在電化學(xué)電池的電極上的電流收集片，穿過(guò)沿著棱柱袋側(cè)邊延伸的凹部而留出袋，并且電流收集片被密封在柔性箔的層之間，
[0014]其中，第一和第二棱柱袋裝電池被堆疊以便維持介于其凹部之間的空白空間，以便在第一和第二棱柱袋裝電池之間形成以一種插座，該插座適用于接收至少一個(gè)熱傳遞元件，
[0015]特征在于電化學(xué)電池單元進(jìn)一步包括一種框架，其至少部分地側(cè)面地封入第一和第二棱柱袋裝電池、并且包括一種跨越過(guò)該框架而延伸的支柱，沿第一和第二棱柱袋裝電池之一的凹部外表面，外表面背對(duì)該插座。
[0016]通過(guò)在第一和第二棱柱袋裝電池的側(cè)邊處提供一種凹部，熱傳遞元件可以以這樣一種方式設(shè)置，即至少部分地與第一和/或第二棱柱袋裝電池相重疊。熱傳遞元件典型地沿凹部并由此沿第一和第二棱柱袋的邊緣延伸。其可被嵌入至少一個(gè)凹部，或被至少一個(gè)凹部環(huán)繞。
[0017]該至少一個(gè)熱傳遞元件可包括通過(guò)循環(huán)一種熱交換媒質(zhì)，如氣態(tài)或液態(tài)流體的方式來(lái)提供熱能量傳遞的管道系統(tǒng)。該熱傳遞元件可以備擇地包括一般地提供充足熱傳遞或傳遞熱能量的材料的條帶。例如，熱傳遞元件可包括一種金屬片，如用銅、鋁或用類似的金屬或合金以提供充足的熱能量傳遞。
[0018]通過(guò)提供包括相互堆疊的第一和第二棱柱袋裝電池的結(jié)構(gòu)的一種插座，包括多個(gè)棱柱電池或電化學(xué)電池單元的電池的總體積可被減少。同時(shí)，熱傳遞元件可被布置呈一種與電池重疊的構(gòu)造，由此當(dāng)二次電池在運(yùn)行模式時(shí)提供一種與各自的熱能量可從其中發(fā)源并擴(kuò)散的第一和/或第二袋裝電池的那些部分直接接觸或直接鄰近的熱傳遞裝置。
[0019]第一和/或第二袋裝電池的凹部典型地由具有沿棱柱袋側(cè)邊緣的減小厚度的第一和/或第二袋裝電池的區(qū)域來(lái)獲得。典型地，插座可由第一和第二棱柱袋的凹部形成。凹部特點(diǎn)在于與各自棱柱袋的剩余部分相比減小的厚度。通過(guò)堆疊具有或相同或不同幾何形狀但至少覆蓋著凹部的各自相應(yīng)棱柱袋與另一個(gè)棱柱袋，插座可被形成在例如可從第一和/或第二棱柱袋的一側(cè)邊緣達(dá)到的各自的第一和第二袋之間。
[0020]在另一優(yōu)選的方面，棱柱袋裝電池的其中任一個(gè)的凹部延伸成與袋的主表面之一齊平。這里，第一和第二棱柱袋裝電池被布置成使得:第一和第二電池各自相應(yīng)的凹部互相面對(duì)以形成在那其間的插座。在第一和第二電池的第一和第二凹部位于或形成具有減小厚度的各自電池的側(cè)邊緣的情況下，那么當(dāng)?shù)谝缓偷诙姵氐牡牡谝缓偷诙疾炕旧弦灾丿B方式布置時(shí)，一種U形插座可被提供。
[0021]第一和/或第二盒的凹部可包括向下臺(tái)階的剖面，從而使得由兩個(gè)重疊的凹部所形成的凹部或插座基本為矩形。可選擇地，從朝向凹部的盒的剩余或有源部分的轉(zhuǎn)換也可是圓錐形或?yàn)榱颂峁┫鄳?yīng)形狀的插座而被傾斜的。
[0022]在進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施例中，與至少一個(gè)熱傳遞元件熱耦合的至少一個(gè)熱耦合元件被布置成在第一和第二電化學(xué)電池之間的插座中以各自填充介于第一和第二盒和/或介于第一和第二插座之間的間隙。
[0023]借助于至少一個(gè)熱耦合元件，在第一和/或第二盒的至少一個(gè)凹部和穿過(guò)插座延伸的熱傳遞元件之間有效的熱能量傳遞可被提供。借助于至少一個(gè)熱耦合元件，面對(duì)插座表面部分的內(nèi)部可以被有效地與熱傳遞元件熱耦合。[0024]在熱傳遞元件與第一和/或第二電化學(xué)電池的至少一個(gè)凹部之間的熱交換可以因此被改善。優(yōu)選地，該至少一個(gè)熱耦合元件提供位于插座的幾何結(jié)構(gòu)與熱傳遞元件的幾何結(jié)構(gòu)之間的的幾何界面。該至少一個(gè)熱耦合元件或多個(gè)熱耦合元件被設(shè)計(jì)成用以填充介于第一和第二盒的凹部之間的整個(gè)間隙，由此幾乎完個(gè)地填充著在第一和第二凹部間所形成的插座。
[0025]在進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施例中，電化學(xué)電池單元的第一和第二電池包括基本上相同的幾何形狀。優(yōu)選地，第一和第二電化學(xué)電池包括一種基本上為平面的幾何結(jié)構(gòu)，其允許將第一和第二電池組裝成堆疊/堆棧以形成包括一對(duì)電化學(xué)電池的電化學(xué)電池單元。其具有特別的好處，當(dāng)具有基本相同幾何形狀的第一和第二電池被布置成面對(duì)面，即第一和第二電化學(xué)電池的凹部在堆疊方向(Z)上互相面對(duì)，從而使得與各自電池單元的有源部分一體地形成的側(cè)面突起部分關(guān)于堆疊方向(Z)而被彼此分隔開(kāi)，從而使插座被形成在其間以接收至少一個(gè)熱傳遞元件。
[0026]根據(jù)另一優(yōu)選方面，框架優(yōu)選地由塑料材料制成，尤其是可注射模塑的塑料材料?？蚣懿牧弦虼丝砂崴苄圆牧希淇杀唤Y(jié)構(gòu)性加強(qiáng)或加固，例如，通過(guò)纖維方式。側(cè)面地圍封著第一和第二電化學(xué)電池中的至少一個(gè)的該框架可直接地形成二次電池的模塊化外殼的部分。優(yōu)選地，每個(gè)電化學(xué)電池可在各自相應(yīng)的框架中被預(yù)先組裝以提供一種相應(yīng)的框架-電化學(xué)電池-預(yù)組件。電化學(xué)電池可被正向地或摩擦地與周圍的/環(huán)繞的框架相接
口 o
[0027]該至少一個(gè)熱傳遞元件典型地與該框架相交以便穿過(guò)框架提供充足的熱能量傳送。
[0028]在進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施例中，框架包括至少一個(gè)框架元件來(lái)接收第一和第二電化學(xué)電池的其中一個(gè)。優(yōu)選地，框架包括兩個(gè)框架元件，每個(gè)都適于接收和組裝其中的第一和第二電化學(xué)電池的一個(gè)。因此，一種第一框架元件適于接收和安裝第一電化學(xué)電池，而一種第二框架元件適于接收和安裝電化學(xué)電池單元的第二電化學(xué)電池元件。
[0029]框架，特別是其框架元件包括共同地接合的框架部分，通過(guò)該方式一系列框架可以用一種明確限定、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和持久的方式而被互相堆疊。因?yàn)槊總€(gè)框架元件典型地提供一種底座和一種用于電化學(xué)電池的機(jī)械支撐，可僅通過(guò)在各自第一和第二框架兀件中布置第一和第二電化學(xué)電池、并且通過(guò)共同地組裝第一和第二框架元件來(lái)建立和提供電化學(xué)電池單元，來(lái)共同地組裝電化學(xué)電池單元的各個(gè)相應(yīng)第一和第二電化學(xué)電池。
[0030]在該組裝期間，第一和第二電池的凹部可與至少一個(gè)熱傳遞元件并且可選地與至少一個(gè)熱耦合元件進(jìn)行熱耦合。
[0031]在進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施例中，框架元件的厚度(D)超過(guò)了其中所組裝的電化學(xué)電池的厚度(d)至少3%、5%、8%、10%或甚至15%?？蚣艿暮穸鹊湫偷嘏c各種框架元件的堆疊方向(z) —致。因此框架元件在堆疊方向(Z)上比其中所組裝的電化學(xué)電池更厚，紙鄰地位于框架-電化學(xué)電池預(yù)組裝的堆疊/堆棧中的各種電化學(xué)電池被定位在那其間的一種預(yù)定間隙尺寸處。這樣，電化學(xué)電池可在厚度上延伸，由此在堆疊方向上不用相互轉(zhuǎn)移機(jī)械張力，至周圍的框架結(jié)構(gòu)和/或至二次電池的外殼的各自相應(yīng)端結(jié)構(gòu)。
[0032]因此，在框架元件的堆疊上所組裝的電化學(xué)電池可“呼吸”并且可自由地在堆疊方向(Z)上延伸而不在堆疊/堆棧中施加機(jī)械應(yīng)力。[0033]典型地，僅僅是電化學(xué)電池的電性有源部分與圍繞的框架元件在厚度上不同、并且其包括涂覆的金屬電極和非導(dǎo)電分隔器。在提供有電化學(xué)電池的電接觸部分(電流收集片)的區(qū)域中，當(dāng)圍繞的框架元件互相堆疊時(shí)毗鄰地定位的電化學(xué)電池優(yōu)選地在堆疊方向上密集地并且緊湊地被打包/填塞或受擠壓。
[0034]因此第一和第二電化學(xué)電池的電接觸部分經(jīng)受幾何變形或膨脹至與電化學(xué)電池的有源部分相比相當(dāng)少的延伸，凹部的相對(duì)松的裝配是既不必需，也不是想要的。此外，通過(guò)建立起凹部與在各自相應(yīng)插座中受擠壓的熱傳遞元件的相當(dāng)緊的裝配/配合，則可以建立和維持充足的熱耦合。
[0035]根據(jù)本發(fā)明框架包括至少一個(gè)跨越所述框架而延伸的支柱。該支柱用于結(jié)構(gòu)上加強(qiáng)或加固框架。此外，由于電極以及至少一個(gè)熱傳遞元件必須與框架元件相交，則框架本身或包括一種沿其外圓周被中斷的結(jié)構(gòu)或框架可包括凹部來(lái)引導(dǎo)電接觸電極和/或至少一個(gè)在那穿過(guò)的熱傳遞元件。這種自然地施加機(jī)械衰弱的框架結(jié)構(gòu)的凹口或中斷可被機(jī)械地和/或結(jié)構(gòu)地借助該至少一個(gè)支柱來(lái)補(bǔ)償。
[0036]在一種優(yōu)選的實(shí)施例中，至少一個(gè)支柱如在第一和第二電化學(xué)電池的堆疊方向(Z)看去基本上和框架元件齊平。因此，如在堆疊方向和垂直于框架元件圓周上看去，支柱沒(méi)有從框架元件突出。此外，支柱如在堆疊方向(Z)看去向內(nèi)延伸來(lái)提供一種墊片以用于支持著電化學(xué)電池的凹部和它們至少一個(gè)布置在那之間的熱傳遞元件的緊密裝配。
[0037]根據(jù)本發(fā)明，在布置在所述框架內(nèi)的電化學(xué)電池的各自相應(yīng)棱柱袋上，框架元件的支柱沿凹部的外取向部分而延伸。因此，支柱典型地沿電化學(xué)電池盒的凹部的后側(cè)延伸，電化學(xué)電池盒背對(duì)著位于電化學(xué)電池單元的成對(duì)布置的電化學(xué)電池之間的熱傳遞元件。
[0038]其具有特別的益處，當(dāng)根據(jù)另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例所述支柱基本上平行于插座和/或基本上平行于熱傳遞元件來(lái)延伸。這樣，在面對(duì)面定向的電化學(xué)電池和成對(duì)的凹部之間的熱傳遞元件的預(yù)裝配或擠壓可在結(jié)構(gòu)上被增強(qiáng)和加固。
[0039]此外，借助于至少一個(gè)支柱，電化學(xué)電池可被容易地且直觀地牢固束縛和固定在框架內(nèi)。這樣，多個(gè)框架-電化學(xué)電池-預(yù)組件可以被預(yù)先組裝來(lái)形成多個(gè)電化學(xué)電池單元，其中每一個(gè)包括了被預(yù)先組裝在對(duì)應(yīng)的框架元件對(duì)之中的一對(duì)電化學(xué)電池。
[0040]至于支柱，其關(guān)于框架的位置和尺寸，根據(jù)另一優(yōu)選實(shí)施例，當(dāng)至少一個(gè)熱傳遞元件是在與第一和/或第二棱柱袋裝電池的至少一個(gè)凹部呈緊密熱接觸時(shí)，當(dāng)包含第一電化學(xué)電池的第一框架元件與包含第二電化學(xué)電池的第二框架元件相堆疊時(shí)，其具有特別的益處。
[0041]即使第一和第二電化學(xué)電池的凹部隨后在堆疊方向上借助于至少一個(gè)支柱而被緊密裝配或緊密擠壓，由于與各自相應(yīng)的框架元件相比有所減小的厚度，電化學(xué)電池的剩余且電化學(xué)有源區(qū)域可仍然以堆疊方向(Z)上的一種特定間隙尺寸為特點(diǎn)。
[0042]這樣，取決于負(fù)載或取決于運(yùn)行條件而定的電化學(xué)電池的幾何膨脹可對(duì)二次電池外殼具有減小的或甚至消除的影響。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0043]在下文中，本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施例將通過(guò)參考附圖來(lái)進(jìn)行描述，其中:
[0044]圖1圖解地闡示了兩個(gè)相隔絕的電化學(xué)電池具有被布置在其間的一種熱傳遞元件，
[0045]圖2顯示了圖1中的電化學(xué)電池的側(cè)視圖，
[0046]圖3顯示了根據(jù)第一透視角度而組裝在框架中的根據(jù)圖1的電化學(xué)電池，
[0047]圖4顯示了呈一種不同透視視角的根據(jù)圖3的電化學(xué)電池單元，
[0048]圖5圖示了根據(jù)圖3和圖4如從頂上看的電化學(xué)電池單元，
[0049]圖6顯示了根據(jù)圖5的A-A橫截面，
[0050]圖7圖示了如從第一透視視角看的電化學(xué)電池單元的堆疊以及
[0051]圖8顯示了從另一透視視角的圖7中的堆疊。
[0052]附圖標(biāo)記清單
[0053]10電化學(xué)電池單元
[0054]11側(cè)邊緣
[0055]12棱柱袋裝電池
[0056]13棱柱袋
[0057]14棱柱袋裝電池
[0058]15棱柱袋
[0059]16 凹部
[0060]18 凹部
[0061]20有源部分
[0062]22有源部分
[0063]24熱耦合元件
[0064]26熱耦合元件
[0065]28熱耦合元件
[0066]30 插座
[0067]32電流收集片
[0068]34電流收集片
[0069]36電流收集片
[0070]38電流收集片
[0071]40 框架
[0072]41分隔構(gòu)件
[0073]42框架元件
[0074]43分隔構(gòu)件
[0075]44框架元件
[0076]45分隔構(gòu)件
[0077]46 支柱
[0078]50 堆棧
【具體實(shí)施方式】
[0079]在圖1和圖2中電化學(xué)電池單元10的第一和第二電池12、14分別被顯示在各自透視圖以及側(cè)視圖中。第一電化學(xué)電池12包括一種朝向上部電流收集片32的凹部16。因此，第二電化學(xué)電池14也包括一種相應(yīng)形狀的凹部18在其上端處。在如圖1和圖2中所示的下部部分中，電化學(xué)電池12、14各自包括一種有源區(qū)域20、22，在那里被非導(dǎo)電分隔器所分隔開(kāi)的金屬涂層電極的的各層被布置。
[0080]每個(gè)電化學(xué)電池12、14被圍繞著上部凹部16、18的棱柱袋13、15以及各個(gè)相應(yīng)電化學(xué)電池12、14的下部電性有源區(qū)域20、22所封閉。
[0081]電化學(xué)電池12、14和它們各自的棱柱袋13、15包括基本相同的幾何形狀。如圖1和圖2中所示，棱柱袋裝電池12、14被布置成面對(duì)面，從而使得插座30被設(shè)置在第一和第二電化學(xué)電池12、14的各自第一凹部16和第二凹部18之間。因而形成在電化學(xué)電池單元10的上側(cè)邊緣11處的插座30適于接收至少一個(gè)熱傳遞元件28，其根據(jù)圖1至圖8所示的實(shí)施例可包括一種管子以用于循環(huán)熱交換媒質(zhì)，比如像冷卻劑。
[0082]因?yàn)闊醾鬟f元件28與介于向下臺(tái)階凹部16、18之間的間隙相比具有較小尺寸，凹部16、18之間的剩余空間被填充并填塞滿熱耦合元件24、26，其在凹部16、18與熱傳遞元件28之間提供充足、恒定且持久的熱能量交換。
[0083]如圖1和圖2中所闡示，各自的袋13、15的凹部16、18提供電池12、14的電接觸部。相應(yīng)地，在凹部16、18的自由且上部端處，各種電流收集片32、34、36、38從電化學(xué)電池12,14的側(cè)邊緣11延伸出來(lái)。除了各種電流收集片32、34、36、38的設(shè)計(jì)和形狀以外，這里第一和第二電化學(xué)電池12、14是相當(dāng)同等的。
[0084]電化學(xué)電池12、14進(jìn)一步是具有平面且甚至棱柱幾何形狀。因此，電性有源部分20、22基本上在橫向平面上延伸，如根據(jù)圖1由X軸和Y軸所圖示。
[0085]為了提供例如在圖7和圖8中所示的二次電池模組50，很多的電化學(xué)電池單元10，其中每個(gè)包括了第一和第二電化學(xué)電池12、14如從圖7和圖8的略圖上變得非常明顯的堆疊方向(z)上被組裝呈堆疊配置。
[0086]根據(jù)圖示的示例，相同的電化學(xué)電池是電性串聯(lián)的。因?yàn)槊總€(gè)電池單元10被形成為相互面對(duì)著的一對(duì)電化學(xué)電池12、14，每對(duì)中的第一電池的正極片面對(duì)第二電池的負(fù)極片。再參考圖1，可以觀察到電池12和14的L形電流收集片36和38互相重疊以便相接觸。相反，電化學(xué)電池12的電流收集片32以一定角度遠(yuǎn)離開(kāi)電化學(xué)電池14的電流收集片
34。片32和34因此沒(méi)有互相接觸。如圖7和圖8中可見(jiàn)，片32朝向堆疊/堆棧中的下一個(gè)電化學(xué)電池延伸，以便使得與下一對(duì)電池保持接觸。
[0087]為了提供電池模組50的普遍通用和可適應(yīng)性的設(shè)計(jì)，電化學(xué)電池單元10的單個(gè)電化學(xué)電池12、14都各自布置在如圖3至6中所示的各個(gè)相應(yīng)框架元件42、44中。這里，一對(duì)框架元件42、44形成電化學(xué)電池單元10的框架40，其可被如圖3和圖4中所示來(lái)預(yù)先組裝?？蚣茉?2、44優(yōu)選地由塑料材料制成。它們可包括一種熱塑注射模塑材料以允許有成本效益的大量生產(chǎn)。
[0088]框架元件42、44將要被第一和第二電化學(xué)電池12、14的各種接觸片32、34、36、38插入。此外，第一和第二框架元件42、44被熱傳遞元件28所插入，從圖3中所示框架40的左側(cè)延伸穿過(guò)并突出?？蚣?0，尤其是它的兩個(gè)框架元件42、44適于接收并且保持/容納各個(gè)相應(yīng)電化學(xué)電池12、14，通過(guò)在圓周橫向(X，y)上基本上圍封住所述電化學(xué)電池12、14，電化學(xué)電池12、14可關(guān)于橫向平面(x，y)而被充分地固定和安裝。
[0089]在堆疊方向(Z)上，框架元件42、44是開(kāi)放的。這里，第一框架元件42包括一種適于接收第一和第二電化學(xué)電池12、14的整體的貫穿開(kāi)口，然而第二框架元件44包括跨越過(guò)各自框架元件44延伸的一種支柱46。支柱46基本上平行于側(cè)邊緣11延伸，并且因此基本上平行于熱傳遞元件28的延長(zhǎng)方向。
[0090]進(jìn)而，如從圖3和圖6可見(jiàn)，支柱46沒(méi)有從圓周框架元件44突出，但與圖3中所示的框架元件44的平面齊平。這里，支柱46提供了在該區(qū)域中的框架元件44的機(jī)械增強(qiáng)，在這里框架元件42、44由電流收集片32、34、36、38和/或由熱傳遞元件28相交。由于相交，而導(dǎo)致的無(wú)法避免的框架元件42、44的結(jié)構(gòu)減弱可借助于支柱46而被結(jié)構(gòu)性地補(bǔ)償。
[0091]此外，支柱46也用于提供熱插座30內(nèi)部的熱耦合元件24、26以及傳遞元件28的擠壓或緊密裝配。進(jìn)一步，支柱46也可用于補(bǔ)償與電化學(xué)電池12、14相比的框架元件42、44厚度的輕微幾何形變。在典型的配置中，第一和第二電池12、14的有源部分20、22的厚度(d)與如在堆疊方向(Z)上看去的第一和第二框架元件42、44的相應(yīng)厚度(D)相比較小。這些幾何形狀差別允許組裝電化學(xué)電池單元10的堆疊/堆棧50，其中相鄰的和毗鄰地布置的電化學(xué)電池12、14由一種特定間隙所分隔，至少在它們的有源部分20、22的區(qū)域中。
[0092]如圖5和圖6中示意性地闡述，至少所述框架元件44包括了在堆疊方向(Z)上的厚度(D)。與之相對(duì)比，電化學(xué)電池14的有源部分22的厚度(d)至少稍微減少，從而使得在堆疊方向上在各個(gè)相應(yīng)框架元件44的邊界和有源部分22表面的平面之間的至少一個(gè)小間隙產(chǎn)生。
[0093]這樣，在運(yùn)行條件和/或在變化的熱條件下，電性有源部分20、22可在堆疊方向(Z)上膨脹。在堆疊方向上在周圍框架元件42、44和電化學(xué)電池12、14的有源部分20、22之間的變化的厚度和間隙允許有源部分20、22至少在預(yù)定程度上“呼吸”。
[0094]通過(guò)在堆疊方向(Z)上提供一種具有預(yù)定厚度的支柱46，這種“呼吸”以及凹部16,18的松裝配可以被有效地阻止。這樣，支柱46也用作一種墊片，借助該墊片，則被布置在那里的凹部16、18、熱耦合元件24、26以及熱傳遞元件28可在堆疊方向(Z)上被緊密裝配和擠壓而不用考慮電化學(xué)電池單元的運(yùn)行模式和運(yùn)行條件，當(dāng)多個(gè)電池單元如圖7和圖8中所示而被布置在堆疊/堆棧50中。
[0095]從圖4可得出，第一框架元件42是無(wú)支柱的。然而，一旦圖4中所示的框架40與基本相同的框架以這樣一種方式被堆疊，即毗鄰地定位的框架40的支柱46也鄰接著一種毗鄰地布置的電化學(xué)電池單元10的相鄰電化學(xué)電池12，則第一和第二電池12、14與熱耦合元件24、26以及相對(duì)于堆疊方向(Z)上的框架40而被夾入其間的一種熱傳遞元件28的組裝而被固定。
[0096]進(jìn)一步,如圖3-6中所不,框架兀件42、44包括了分隔構(gòu)件41、43、45，分隔構(gòu)件從框架結(jié)構(gòu)向外突出但基本上與由框架元件42、44所限定的平面平行。這種分隔構(gòu)件41、43、45為各種穿過(guò)各自框架元件42、44延伸的電流收集片34、36、38提供了機(jī)械支撐。此外，分隔構(gòu)件41、43、45為片34、36、38提供電性絕緣，并幫助阻止毗鄰地布置的電化學(xué)電池單元10的相鄰片36、38互相直接接觸，例如在堆疊/堆棧50的組裝期間。
[0097]這樣，在組裝期間以及還如果在例如沖擊導(dǎo)致變形的情況下電性捷徑的風(fēng)險(xiǎn)可被有效地減少或甚至消除。分隔構(gòu)件41、43、45優(yōu)選地與框架元件42、44 一體地形成，并且可進(jìn)一步加強(qiáng)它們的機(jī)械穩(wěn)定性、剛性和/或硬度。
[0098]實(shí)際上，通過(guò)在被互相折疊成面對(duì)面配置的第一和第二電化學(xué)電池12、14的側(cè)邊緣11處提供凹部16、18，改善的熱管理可被直接地引入到電化學(xué)電池接觸的區(qū)域，由此允許減少二次電池模組的殼體的總尺寸。此外，借助于塑料框架40，一種相當(dāng)簡(jiǎn)便、重量輕且模塊化的堆疊系統(tǒng)可被提供，以允許普遍地組裝各種電化學(xué)電池單元來(lái)提供不同地配置的二次電池模組50。
【權(quán)利要求】
1.一種用于二次電池模塊的電化學(xué)電池單元，包括: ——第一棱柱袋裝電池(12)，包括一種由柔性箔所制成的第一棱柱袋(13)圍封著的第一電化學(xué)電池， ——第二棱柱袋裝電池(14)，包括一種由柔性箔所制成的第二棱柱袋(15)圍封著的第二電化學(xué)電池， 每個(gè)棱柱袋裝電池進(jìn)一步包括附在電化學(xué)電池的電極上的電流收集片(32、34、36、38)，穿過(guò)沿著棱柱袋側(cè)邊緣(11)延伸的凹部(16、18)而離開(kāi)棱柱袋(13，15)，并且其密封在柔性箔的層之間， 其中，第一和第二棱柱袋裝電池(12、14)以維持住介于其凹部(16、18)之間的空白空間的方式而堆疊，以便在第一和第二棱柱袋裝電池之間形成一種插座(30)，該插座適于接收至少一個(gè)熱傳遞元件(28), 其特征在于，電化學(xué)電池單元進(jìn)一步包括一種框架(40)，所述框架至少部分地側(cè)面地圍封著第一和第二棱柱袋裝電池(12、14);并且包括一種跨越過(guò)所述框架(40)而延伸的支柱(46),沿第一和第二棱柱袋裝電池之一(14)的凹部(18)的外表面,夕卜表面背對(duì)該插座(30)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的電化學(xué)電池單元，其中與至少一個(gè)熱傳遞元件(28)熱耦合的至少一個(gè)熱耦合元件(24、26)布置在插座(30)中以填充介于第一和第二凹部(16、18)的間隙空間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的電化學(xué)電池單元，其中第一和第二棱柱袋裝電池(12、14)包括基本上相同的幾何結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的電化學(xué)電池單元,其中框架(40)包括至少一個(gè)框架元件(42、44)來(lái)接收第一和第二棱柱袋裝電池(12、14)中的一個(gè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的電池單元，其中框架元件(42、44)的厚度⑶超出其中所組裝的電池(12、14)厚度(d)至少3%、5%、8%、10%或甚至15%。
6.根據(jù)權(quán)利要求4的電化學(xué)電池單元，其中支柱(46)基本上在第一和第二棱柱袋裝電池(12、14)的堆疊方向(Z)與框架元件(44)齊平。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的電化學(xué)電池單元，其中支柱(46)基本上平行于插座(30)和/或基本上平行于熱傳遞元件(28)來(lái)延伸。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的電化學(xué)電池單元，其中當(dāng)一種包含第一棱柱袋裝電池(12)的第一框架元件(42)與一種包含第二棱柱袋裝電池(14)的第二框架元件(44)相堆疊時(shí)，至少一個(gè)熱傳遞元件(28)與第一和/或第二棱柱袋裝電池(13、15)的至少一個(gè)凹部(16、18)成緊密的熱接觸。
9.一種包括根據(jù)前述任一權(quán)利要求的至少兩個(gè)電化學(xué)電池單元(10)的互相堆疊的二次電極模塊。
【文檔編號(hào)】H01M10/64GK103779517SQ201310355689
【公開(kāi)日】2014年5月7日 申請(qǐng)日期:2013年5月28日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月29日
【發(fā)明者】D·科森 申請(qǐng)人:貝倫諾斯清潔電力控股有限公司