CN106605318A - 用于电化学能量存储装置的集流器 - Google Patents
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Abstract
电化学能量存储装置、尤其是锂离子蓄电池,具有:至少一个集流器装置,所述集流器装置具有至少一个导流臂;至少一个能量存储单元,所述能量存储单元具有至少一个阳极、阴极和分离器,所述分离器至少局部在各一个分离器接触面中接触阳极和阴极,所述导流臂能通过电流导出器接触面分别与至少一个阳极或阴极导电地连接,其特征在于,所述电流导出器接触面的面法线与所述分离器接触面的面法线形成锐角α,所述角α选自大于5°、优选大于15°、最好大于25°、尤其最好大于35°的范围,并且进一步所述角α小于或等于90°、优选小于75°、最好小于65°、尤其最好小于45°。
Description
技术领域
本发明涉及一种根据第一权利要求的前序部分的电化学能量存储装置。这种能量存储装置由EP 2 595 219 A1已知。
背景技术
下文借助用于机动车的为驱动马达提供电功率(牵引电池)的电化学能量存储器来描述本发明,这不可理解为将本发明限于这种应用。
机动车中通常使用具有高反应活性的内部材料的蓄电池。这些蓄电池的保护因此具有重要意义。由于外部的负荷,在事故情况下会产生蓄电池的变形。通常可认为有利的是,蓄电池承受大的变形而不会产生失控的反应。
蓄电池的不可控的反应的一个原因能通过阳极与阴极的短路产生,在这里蓄电池的内部材料可能通过受热或火花而点燃并进一步反应。这种短路可能通过电导体的入侵而引起,如所述电导体例如为用作蓄电池内部的所谓的集流器。集流器或电流导出器一方面应能成本有利地制造,但也必须在常规运行中(承担)将电流从阳极/阴极(电极)导出到蓄电池的电接口的功能,并且应该在碰撞情况下不或仅在很小的程度上导致蓄电池中或能量存储单元中的短路,所述电接口尤其是能实现能量存储单元向外的电接触导通。
由EP 2 595 219 A1公开了具有两个对称成形的导流臂的电流导出器装置,其中导流臂平行于分离器接触面、即平行于电极之间的分隔面定向。
发明内容
本发明的目的是提高电化学能量存储装置的运行安全性,尤其是本发明的另一目的是提高蓄电池的存储密度。该目的通过根据权利要求1的技术方案来实现,从属权利要求的技术方案是本发明的优选的进一步改进方案。
在电化学能量存储装置中设有至少一个或多个电化学的能量存储单元。在这种电化学的能量存储单元中,阳极和阴极是分层的、卷绕的或堆叠的并且分别通过分离器彼此分隔开。这种单元叠堆或卷绕体尤其可以理解为能量存储单元的电化学活性部分。优选地,阳极或阴极至少局部通过集流器装置而被导电接触导通。集流器装置优选具有一个或多个导流臂。所述导流臂在电流导出器接触面之内接触导通阳极或阴极。分离器和阳极或阴极之间的接触面以及所述电流导出器接触面在已知的现有技术中通常彼此平行定向。优选地,能量存储单元具有长度、宽度和厚度。在此,储存单元的厚度基本上由层(阳极、阴极、分离器)的数量确定。由现有技术已知,所述电流导出器接触面至少局部沿长度方向和宽度方向延伸。
根据本发明,所述电流导出器接触面的或者优选地所述接触面上的切平面的面法线与所述分离器接触面的面法线形成锐角α。进一步优选地,所述锐角α选自大于5°、优选大于15°、最好大于25°、尤其是最好大于35°的范围。进一步地,所述角α小于或等于90°、优选小于75°、最好小于65°、尤其是最好小于45°。
在本发明的意义上,电化学的能量存储单元可理解为一种装置,在该装置中电能能以化学结合的形式被存储并且所述装置为了所述存储而具有至少两个、优选多个层。优选地,电化学的能量存储单元具有至少一个阳极和一个阴极,其中所述阳极和阴极优选是分层的或优选是堆叠的,这种结构形式在锂离子存储单元中作为所谓的卷绕(Jelly-Roll)单元、口袋单元或咖啡包单元是已知的。进一步优选的是,这种存储单元可理解为锂离子能量存储单元或锂-空气能量存储单元。进一步优选地,这种单元至少基本上具有棱柱形的基本几何形状,尤其是与圆柱形或棒形的存储单元不同。
进一步优选地,所述存储单元构造成所谓的咖啡包单元、口袋单元或卷绕单元。这样的单元尤其是具有如下共同点:他们具有长度延伸尺寸、宽度延伸尺寸和厚度延伸尺寸,其中所述厚度延伸尺寸小于、尤其是显著小于(最大50%)另外两个延伸尺寸中的至少一个。在此,厚度延伸尺寸基本上由分层的阳极、阴极和分离器的数量来确定,而宽度延伸尺寸和长度延伸尺寸或多或少能自由确定。
在本发明的意义上,集流器装置可理解为用于导电地连接所述能量存储单元的电化学活性部分与其他用于电接触导通所述能量存储单元的电接口的装置,尤其是与所述能量存储单元的极连接。优选地,所述集流器装置能与所述能量存储单元的电极(阳极或阴极)连接。优选地,所述集流器装置具有至少一个导流臂。
在本发明的意义上,导流臂可理解为集流器装置的如下部段,所述部段设置用于与至少一个电极电接触导通。进一步优选地,所述导流臂在电流导出器接触面中接触导通所述电极。优选地,所述导流臂沿着或者说在所述能量存储单元的侧边缘的方向上延伸,优选地在所述长度延伸尺寸的方向上或者优选地在所述宽度延伸尺寸的方向上。进一步优选地,所述存储器臂围绕所述延伸方向倾斜,尤其是由此所述电流导出器接触面和所述分离器接触面彼此不平行地定向。与此相反地,在由现有技术已知的电流导出器装置中所述电流导出器接触面和所述分离器接触面彼此平行地定向。
在本发明的意义上,分离器接触面可理解为两个相邻设置的电极(阳极/阴极)之间的分隔面,其中,所述电极至少局部通过分离器彼此分隔开并且通过该分离器相接触导通。此外,所述分离器接触面可理解为分离器与所述电极之一之间的至少基本上平的接触面。进一步优选地,作为分离器接触面可理解为一个电极与所述分离器之间的面部段,所述分离器至少基本上在所述电化学的能量存储单元的纵向延伸尺寸和宽度延伸尺寸中延伸。形象地说,所述分离器接触面尤其可理解为电极叠堆的叠堆平面。
尤其是通过所述电流导出器接触面的面法线与所述分离器接触面的面法线之间的根据本发明的角度α,在相同的结构空间之内可实现更大的电流导出器接触面。通常,连接部的电阻尤其是与接触面的大小有关并且在较大的面积时有减小趋势。因此,借助增大的电流导出器接触面一方面能改善能量存储装置的效率,另一方面能提高该能量存储装置的运行安全性。
在一个优选的实施方式中,集流器装置具有第二导流臂。优选地,所述第二导流臂在基本上与第一导流臂平行的延伸中延伸。优选地,所述平行性不涉及所述导流臂的斜率。进一步优选地,所述第二导流臂在一个第二电流导出器接触面中接触导通至少一个电极。进一步优选地,所述分离器接触面的面法线与所述第二电流导出器接触面的面法线形成锐角β。优选地,所述锐角β选自大于5°、优选大于15°、最好大于25°、尤其最好大于35°的范围。进一步优选地,所述角β小于或等于90°、优选小于75°、最好小于65°、尤其最好小于45°。尤其是,通过两个导流臂能进一步增大所述电流导出器接触面,或者借助所述导流臂,电极能与不同的电位相连接,尤其是由此能进一步改善所述能量存储装置的效率和运行安全性。
在一个优选的实施方式中,所述第一和第二导流臂彼此镜像相同地(gegengleich)倾斜(角α,β)。尤其是,通过导流臂的这种镜像相同的倾斜在与所述导流臂的倾斜轴线(α,β)正交的平面中产生V形或屋顶形的轮廓。进一步优选地,这种V形轮廓这样定向,使得所述第一和第二导流臂的具有最小间距的部段面向所述能量存储单元。研究已表明,两个彼此镜像相同地倾斜的导流臂尤其是对所述能量存储单元的运行安全性起到积极作用。
在一个优选的实施方式中,所述导流臂至少局部或全部地彼此镜像对称地设置。优选地,所述导流臂至少在所述电流导出器接触面的区域中局部或优选全部地彼此镜像对称地设置。尤其是通过导流臂的这种布置能实现尤其简单并且成本低地制造导流臂。
在一个优选的实施方式中,所述能量存储装置具有至少一个第一和第二能量存储单元。优选地,所述第一和第二能量存储单元的分离器接触面至少局部彼此平行设置。进一步优选地,所述第一导流臂能与所述第一能量存储单元导电连接,所述第二导流臂优选能与所述第二能量存储单元导电连接。尤其是通过提高所述电化学的能量存储单元的数量,能扩大能量存储装置的存储容量,并进而能实现改善的能量存储装置。
在一个优选的实施方式中,在所述第一能量存储单元和所述第二能量存储单元之间设置一个假想的分隔面。优选地,所述分隔面至少局部或全部地具有平面的延伸走向。进一步优选地,所述分隔面可理解为与一个或多个分离器接触面平行的平面。
优选地,所述第一导流臂这样设置,使得在所述第一能量存储单元那侧的至少所述电流导出器接触面一直延伸到所述分隔面或者局部或全部地与所述分隔面通过间距t1间隔开。进一步优选地,所述第二导流臂这样设置,使得该第二导流臂或在所述第二能量存储单元那侧的所述第二电流导出器接触面一直延伸到所述分隔面或者优选地通过间距t.2局部或全部地与所述分隔面间隔开。尤其是在所述电化学能量存储装置的不符合计划的变形情况(碰撞情况)下,被证明尤其有利的是,各所述导流臂如所述的那样尤其是以一个斜率设置。
附图说明
本发明优选的实施方式和进一步改进方案示出在下文中阐述的、部分地示意性附图中。附图示出:
图1为如由现有技术已知的能量存储装置,
图2为根据本发明的电流导出器的俯视图和透视图,
图3为本发明的另一实施方式。
具体实施方式
图1a表示如由现有技术已知的能量存储装置的局部视图。该能量存储装置具有两个能量存储单元1、2。这些能量存储单元1、2的电极(未示出)能与电流导出装置5连接。为此,电流导出装置5具有有一个第一导流臂3和第二导流臂4。在这些导流臂上分别设置电流导出器接触面,这里仅对于导流臂3作为面3a示出。
所述能量存储单元具有宽度延伸尺寸B、长度延伸尺寸L和厚度延伸尺寸D。在此没有示出所述能量存储单元的整个长度延伸尺寸L。
在图1b的俯视图中可看到,能量存储单元1的单元叠堆或分离器接触面(未示出)上的面法线指向方向1.n。该面法线1.n平行于面法线3.n。面法线3.n是设置在电流导出器3上的面3a的面法线,并且该面设置用于接触导通第一能量存储单元1的电极(未示出)。同样地,面法线4.n应当理解为第二导流臂4的接触面4a的法线。在沿方向F变形的情况下,导流臂3、4会***能量存储单元1、2中并且在这些能量存储单元中引起短路。通过能量存储单元1、2中的短路会出现所述能量存储单元中的其他损坏。
图2示出根据本发明的能量存储装置。在此,图2a示出能量存储装置的部分透视图,并且图2b示出该根据本发明的该能量存储装置的俯视图。能量存储单元1、2通过分隔面T彼此分隔开。可以看到,导流臂3、4与由现有技术已知的方案相比绕沿宽度方向B的轴线进行了转动。面法线4.n与分离器接触面8的法线2.n形成锐角β。同样的情况适用于第一能量存储单元1。这里,第一电流导出器3的在电流导出器接触面3a上的法线3.n与能量存储单元1的分离器接触面7的法线形成锐角α。
第一电流导出器3设置在第一能量存储单元1的厚度延伸尺寸D的区域中并且延伸直至离分隔面T的间距t.1处。第二导流臂4设置在第二能量存储单元2的厚度区域中并且延伸直至离分隔面T的间距t.2处。在该实施方式中,两个导流臂3、4以电流导出器接触面3a、4a关于分隔面T镜像对称地设置。所述导流臂沿变形方向F作为犁或楔的形式***能量存储单元1、2中,并且在能量存储单元中的短路的倾向通过该几何形状而减小或避免。
图3示出能量存储装置的俯视图和局部透视图。第一储存单元1的分离器接触面7的面法线1.n与第一电流导出器3的电流导出器接触面3a的面法线3.n形成锐角α。在沿方向F变形的情况下,通过电流导出装置5的根据本发明的导流臂3,与已知的现有技术相比减小了产生短路的倾向。
Claims (6)
1.电化学能量存储装置、尤其是锂离子蓄电池,具有:
至少一个集流器装置(5),所述集流器装置具有至少一个导流臂(3),
至少一个能量存储单元(1、2),所述能量存储单元具有至少一个阳极、阴极和分离器,
所述分离器至少局部在各一个分离器接触面中接触所述阳极和阴极,
所述导流臂(3)能通过电流导出器接触面(3a、4a)分别与至少一个阳极或阴极导电地连接,
其特征在于,
所述电流导出器接触面的面法线(3.n、4.n)与所述分离器接触面的面法线(1.n、2.n)形成锐角α,和
所述角α选自大于5°、优选大于15°、最好大于25°、尤其最好大于35°的范围,并且
进一步所述角α小于或等于90°、优选小于75°、最好小于65°、尤其最好小于45°。
2.根据权利要求1所述的电化学能量存储装置,其特征在于,
所述集流器装置(5)具有第二电流导出器臂(4),
第二电流导出器接触面(4.n)的面法线(4.n)与所述分离器接触面的面法线(2.n)具有锐角β,所述角β选自大于5°、优选大于15°、最好大于25°、尤其最好大于35°的范围,并且
进一步所述角β小于或等于90°、优选小于75°、最好小于65°、尤其最好小于45°。
3.根据权利要求2所述的电化学能量存储装置,其特征在于,
所述第一和第二导流臂(3、4)彼此镜像相同地倾斜。
4.根据权利要求2或3之一所述的电化学能量存储装置,其特征在于,
所述导流臂(3、4)至少局部或全部地彼此镜像对称地设置。
5.根据上述权利要求中任一项所述的电化学能量存储装置,其特征在于,
所述电化学能量存储装置具有至少一个第二能量存储单元(2),
所述第一导流臂(3)能与所述第一能量存储单元(1)导电连接,
所述第二导流臂(4)能与所述第二能量存储单元(2)导电连接。
6.根据权利要求5所述的电化学能量存储装置,其特征在于,
在所述第一能量存储单元(1)和所述第二能量存储单元(2)之间设置有分隔面T,
在所述第一能量存储单元(1)侧的所述第一导流臂(3)一直延伸到所述分隔面(T)或者通过间距t.1与所述分隔面间隔开,
在所述第二能量存储单元(2)侧的所述第二导流臂(4)一直延伸到所述分隔面T或者通过间距t.2与所述分隔面间隔开。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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