CN109565002A - 电池 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有电池单格结构(1)的电池(2)，其中该电池单格结构(1)具有多个电池单格(5)，其中该电池单格结构(1)具有至少两个电池区段(6)，并且每个电池区段(6)由多个电池单格(5)组成。根据本发明，在至少两个相邻电池区段(6)之间安置有至少部分导电并且导热的接触区段元件(7)，其具有第一侧面和第二侧面，该接触区段元件在第一侧面和第二侧面上分别具有至少一个导电和导热的接触区段，其中朝向接触区段元件(7)的第一侧面的端部接头与该第一侧面至少一个的接触区段导电并且导热连接，并且其中朝向该接触区段元件(7)的第二侧面的端部接头与该第二侧面至少一个的接触区段(21)导电并且导热连接，并且其中电池单格(5)的端部接头通过该接触区段元件(7)彼此导电并且导热地相连，由此将电流和热流分布在整个电池单格结构(1)上。

Description

电池
技术领域
本发明涉及一种具有电池单格结构的电池，其中该电池单格结构具有多个电池单格，其中该电池单格结构具有至少两个电池区段，并且每个电池区段由多个电池单格构成，其中每个电池单格具有第一和第二端部接头，并且其中在每个电池单格的第一和第二端部接头之间延伸有电池单格纵轴，其中每个电池区段的电池单格纵轴分别彼此平行定向，并且其中电池区段彼此相邻安置。
背景技术
这种电池在现有技术中充分已知并且用于多种目的。由现有技术中已知不同大小并且具有不同数量并联或串联的电池单格的电池，由此，由电池所提供的容量和由电池所提供的电压可以匹配于相应的应用目的。尤其也对于本发明来说重要的应用目的是电池在电动车辆中的使用。但这种电池也可以用于多种其它应用领域。
电池单格可以是初级电池单格或者次级电池单格，其中在使用次级电池单格时，电池通常也被称作电池组。由现有技术中已知不同的电池单格类型，其不同之处主要在于用于电池单格的电极材料和电解质。目前，具有锂离子电池单格和镍金属混合电池单格的电池组用在许多应用中。通常将一种电池单格类型的电池单格用于一种电池。
但对于一些应用来说，使用不同电池单格类型的电池单格也是可能并且有利的。
尤其在大电池中，例如用于驱动电动车辆，其中使用大量的电池单格，在该电池的内部，在以相对高的电流强度充电时会出现高温区域，通过这种高温，安置在高温区域中的电池单格的充电过程或放电过程以及其使用寿命都会受到影响。温度升高的或高温区域也叫做温度热区。电池单格结构内部的温度分布受多种因素的影响，例如所使用的电池单格的类型、电池单格彼此间的相对位置、流过电池单格的充电电流或放电电流以及各个电池单格的老化状态等。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种电池，其避免了电池内部温度热区的出现。
根据本发明，该目的这样解决，即，在至少两个相邻电池区段之间安置有至少部分导电并且导热的接触区段元件，其具有第一侧面和第二侧面，该接触区段元件在第一侧面和第二侧面上分别具有至少一个导电和导热的接触区段，其中电池区段这样相对于彼此布置，使得每个电池区段能够对应于一个平面，该平面垂直于电池区段电池单格的电池单格纵轴延伸通过该电池区段的至少一个电池单格，并且其中通过该平面与该电池区段相邻的电池区段不会被切割，其中朝向此接触区段元件的第一侧面的端部接头与该第一侧面至少一个的接触区段导电并且导热连接，并且其中朝向该接触区段元件的第二侧面的端部接头与该第二侧面至少一个的接触区段导电并且导热连接，并且其中电池单格的端部接头通过该接触区段元件彼此导电并且导热地相连，由此将电流和热流分布在整个电池单格结构上。
不同电池区段的电池单格这样排布，使得其永远不会完全并排排布。不同电池区段的单个电池单格可以部分地在侧面与相邻电池区段的电池单格交错地布置。相邻电池区段的电池单格却不能完全并排布置，因为否则不再有垂直于电池区段电池单格纵轴延伸通过该电池区段的至少一个电池单格，并且不会切割相邻电池区段电池单格的平面。
在根据本发明的结构中，在电池单格中激发的热能的大部分经由电池单格的端部接头引导通过整个电池单格结构。这里，电能和热能在电池单格之间通过接触区段元件分布。电池单格的端部接头尤其适用于传递热能，因为其与电池单格的内部导热相连并且本身由电和热的良导体材料制成。与此相对，通过电池单格的单格外套进行的冷却和散热却通常效率更低，因为单格外套通常由热和电的不良导体材料制成。
假设电池单格在其导电性和导热性方面均匀设计，那么在电池单格内部得到了电流和热流的均匀分布。如果一个或者多个电池单格的导热性和/或电阻变小，那么通过该结构实现了至少通过剩余的电池单格将电流和热流在电池内部均匀分布。电流和热流均匀的分布有利于避免电池内部的热区。
根据本发明实现了将热能从电池单格经由各个电池区段在电池区段和各个电池单格之间分布。此外，通过根据本发明的电池单格结构实现了将电流均匀地分布至电池单格上。电流的均匀分布有利于电池内部热量的均匀分布，因为电池单格通过较大的电流更强烈地被加热。如果电池单格的温度发生变化，那么其电阻也会变化。由此电池单格的电阻和温度在电池内部相互影响。由此导致了在电池内部将电流和热能都均匀分布至电池单格上是特别重要的。
根据本发明，在两个电池区段之间分别安置接触区段元件。这里其为至少部分导电和导热的物体。该物体至少区段性具有适用于接触区段的区域。电池的电池单格与接触区段导电且导热地连接。这里，接触区段元件可以具有不同的几何构型。通过该接触区段元件实现了电池单格的电接触以及电流和热流通过此接触区段元件在与该接触区段元件导电和导热连接的电池单格之间的分布。该接触区段元件优选设计为刚性的。
每个电池区段内部的电池单格可以在其电极方面一致地定向。由此电池区段内部的所有电池单格可以这样定向，使得其分别以其构成了正电池电极的第一端部接头接触第一接触区段元件并且以其构成了负电池电极的第二端部接头接触第二接触区段元件。但电池单格不必在其电池电极方面一定一致地定向。由此，在接触区段元件处在一侧上也可以既贴靠有电池正极，也贴靠有电池负极。
有利的是，与第一侧面的至少一个接触区段相连的端部接头彼此间通过接触区段元件导电且导热连接，其中与第二侧面的至少一个接触区段相连的端部接头彼此间通过接触区段元件导电且导热相连，其中与第一侧面的至少一个接触区段相连的端部接头导电且导热地与和第二侧面的至少一个接触区段相连的端部接头通过接触区段元件相连，由此电池单格以电气串联和并联的方式彼此导电相连并且此外彼此导热地相连。已经证实，在这种连接方式中实现了热和电流在电池所有电池单格上特别均匀的分布。
相邻的电池区段优选在相邻电池区段中的一个的电池单格纵轴方向中彼此间隔安置。电池区段之间的距离可以通过接触区段元件产生。根据该空间设计形式，不同电池区段的电池单格可以不在垂直于电池单格纵轴的方向中彼此并排安置，而是总是在相邻电池区段中的一个的电池单格纵轴的方向中彼此交错间隔。
此外根据本发明还实现了，相邻电池区段的电池单格这样安置，使得至少一个延伸穿过一个电池区段的电池单格的、平行于该电池单格的电池单格纵轴延伸的轴切割相邻电池区段的电池单格。由此，相邻电池区段的电池单格这样彼此排布，使得当一个电池单格的横截面在该电池单格的电池单格纵轴方向中推移时，这些电池单格的横截面至少部分重叠。
此外可以根据本发明设定，相邻电池区段的电池单格彼此相对地贴靠在接触区段元件上。这样的前提是相邻电池区段中的电池单格排布一致。但根据本发明，相邻电池区段中的电池单格彼此不同地排布也是可能的。由此也可以使一些或者所有电池单格这样贴靠在接触区段元件上，使得分别在接触区段元件相对的一侧上没有相邻电池区段的电池单格贴靠。
当电池所有电池区段的电池单格具有彼此平行定向的电池单格纵轴时是特别有利的。由此电池中的所有电池单格具有在电池轴方向中一致的朝向。这样构造的电池可由于这种结构而特别良好地接收在电池轴方向中作用在电池上的力。当相邻电池区段的电池单格全部相对地安置在接触区段元件上时，这种结构时特别有利的。由此可以将电池单格在电池轴方向中的力通过接触区段元件以有利的方式转移到相邻电池区段中相对的电池单格处。
当电池所有的电池单格都具有平行定向的电池单格纵轴时，那么在电池的电池区段沿着平行于这些电池单格纵轴延伸的电池轴顺次排布时是有利的。这些电池区段由此不是彼此沿着垂直于该电池轴的方向排布。电池内部的力可以特别良好地沿着电池单格的电池单格纵轴通过整个电池单格结构传递。
当电池所有的电池区段位于电池腔中时是特别有利的，其中电池腔与电池轴垂直的电池腔横截面对应于电池区段的电池区段外套件垂直于电池轴的最大电池区段横截面，其中最大电池区段横截面为电池区段包围沿着电池轴的所有电池区段的全部电池区段横截面的电池区段横截面。电池区段外套件通过各个相应电池区段相应位于外部的电池单格的外表面构成。通过电池区段由此限定出电池区段这样的横截面，其面积与电池所有其它电池区段的横截面的面积恰好一样大或更大。
电池单格的第一端部接头优选构成电池正极并且电池单格的第二端部接头构成电池负极，其中电池区段的电池单格与接触区段元件分别仅通过电池正极或仅通过电池负极相连。这里，接触区段元件优选在第一侧面上仅通过电池正极、并且在第二侧面上仅通过电池负极接触。这实现了经过电池内部所有电池单格和电池内部所有接触区段元件的导电和导热的并联和串联。接下来将电池单格构成电池正极的第一端部接头称作正端部接头。电池单格构成电池负极的第二端部接头接下来被称作负端部接头。
根据本发明一个特别的实施形式，接触区段元件形成为板形。板形的接触区段元件的特征在于相比较于其高度和宽度来说小的厚度。板形接触区段元件可特别简单地安置在相邻的电池区段之间，以将其导电和导热地彼此连接。板形接触区段元件的在该接触区段元件的一侧上的所有接触区段在一个平面内延伸。替代性地，接触区段元件可以不形成为板形的，而是仅具有平面区段，其呈阶梯状彼此交错安置在接触区段元件上。这里，在两面上都具有呈阶梯状彼此交错安置的接触区段的接触区段元件是有利的。这种接触区段元件可以这样形成，使得将设置在其上位于一侧上的接触区段安置在两个不同的平面中或者多于两个的不同的平面中。
优选在电池单格结构的电池起始区域和电池终止区域上分别安置压板，其中该压板通过紧固元件彼此连接并且由此将贴靠在至少一个接触区段元件上的电池单格压向该至少一个的接触区段元件，并且其中电池起始区域和电池终止区域通过电池单格结构的第一端部和第二端部上的端部接头限定。电池单格结构内部的组件由此彼此压紧。这里，压板在电池单格上施加挤压力。根据本发明，压板可以在电池起始区域或电池终止区域上直接在电池单格上施加挤压力。由此压板可以直接贴靠在电池单格的端部接头上。压板由此可以直接贴靠在电池单格的端部接头上。但压板选择性可以在电池起始区域或在电池终止区域上间接在电池单格上施加压紧力。由此根据本发明可以在压板和电池单格之间设置额外的层。该额外的层可以实施为不导电和/或弹性的。此外可以设定，在压板和电池起始区域或电池终止区域之间安置接触区段元件。
根据本发明可以将压板形成为平面的，但是压板其它不同的构造形式也是可能的。紧固元件分别与压板相连。这里，将紧固元件紧固在压板之间使得其在压板上施加拉力。由于拉力，压板又可以在电池单格结构上施加前述挤压力。挤压力经由电池单格结构所有的电池区段在电池内部传递。由此将电池单格在电池单格结构内部特别良好地与至少一个接触区段元件接触，因为通过高的挤压力扩大了接触区段元件和电池单格的端部接头之间的接触面积。
紧固元件可以形成为棒、管或者其它长形元件。棒优选由金属，特别优选由钢制成。但棒也可以替代性地由特别稳定的塑料或者复合材料制成。
通过挤压可以将电流和热流非常良好地在电池内部分布。此外，由此将电池进行了特别程度的稳定，由此其也可以承受强烈的机械负载。当电池经常性经受这种机械负载时，这是特别有利的。
电池区段中的电池单格优选安置在第一和第二电池单格平面中，其中第一和第二电池单格平面交替地安置在电池区段内部，其中沿着每个电池单格平面安置有至少两个电池单格，其中在第一电池单格平面中的相邻电池单格和第二电池单格平面中的相邻电池单格之间设定相同的间距，其中第一电池单格平面中的电池单格与第二电池单格平面中的电池单格交错安置，并且其中所有电池区段中的电池单格以相同的方式安置，由此在外表面内部构成了至少一个外部通道区段，紧固元件中的一个引导通过该外部通道区段。这里，第一电池单格平面中的电池单格或者第二电池单格平面中的电池单格可以彼此任意间隔。其可以以使得电池单格结构中出现其中可引导通过紧固元件的内部通道区段的距离彼此间隔。
根据本发明的另一个实施形式，电池区段角区域中的电池单格与两个其它的电池单格贴靠，并且在电池区段的边缘区域中的电池单格与三个或者四个其它电池单格贴靠，其中所有没有安置在角区域或者边缘区域中的电池单格与六个其它电池单格贴靠并且其中每个电池区段具有一致的电池单格结构，由此在外表面内部构成了至少一个其中引导通过有紧固元件中的一个的外部通道区段。根据该结构，电池单格在侧面彼此直接贴靠，由此其特别良好地彼此捆扎在一起。由此可以在每个电池区段中安置特别大量的电池单格。这里在电池单格和包围电池单格的外表面之间出现了外部通道区段。但根据本发明，电池区段中不同的电池单格排布形式也是可能的。
根据本发明，可以在电池区段内部分别取出至少一个电池单格，使得在外表面内部形成至少一个其中引导通过有紧固元件中的一个的内部通道区段。取出额外的电池单格在电池内部电池单格的交错排布方式中以及在电池单格的其它排布形式中都是可能的。由此在电池内部得到了额外的空间，其可以用作通道区段。
当压板形成为金属板时是有利的。金属板足够稳定，使得可以通过其将拉力从紧固元件转移到电池单格结构上。这里，金属板可以根据所希望的拉力实施为具有不同厚度的。如果希望高拉力，则金属板必须实施得特别厚。金属板优选实施为3至20mm厚，特别优选将其实施为5mm厚。根据本发明，金属板可以由铜、由铝或者由其它导热性非常好的材料构成。替代性地，压板由非金属制成也是可能的。由此，根据本发明，压板可以由硬塑料制成。
紧固元件优选引导通过压板中的缺口，其中紧固元件旋拧在压板中和/或借助于螺母拧紧在压板上。螺纹连接允许精确调整由紧固元件施加在压板上的拉力。但根据本发明，其它固定装置也是可用于将紧固元件固定在缺口处，由此使得紧固元件在压板上施加拉力。根据本发明，紧固元件由不导电的材料制成是可能的。由此可以防止电流经由紧固元件传导。这尤其在本发明的设计变体方案中是重要的，在这些设计方案中压板传导电流。作为替代可能的是，将紧固元件以不导电的材料涂层，以将紧固元件电绝缘。
紧固元件优选这样与压板相连，使得每个压板上施加有来自与其相连的紧固元件在电池区段方向上至少50N，优选至少100N并且别特优选至少200N的压力。由此使得电池单格和接触区段元件在电池内部特别良好地彼此导电且导热接触。此外，当有相应高的拉力施加在电池单格结构上时，该电池单格结构特别稳定。
优选至少一个压板具有冷却肋形件。通过冷却肋形件增大了压板的表面积，由此压板可更好地散热。由此可以将热量以有利的方式通过压板从电池的端面上，从电池单格结构上引出。冷却肋形件在压板由如铜或者铝的金属制成时特别适用。
电池区段的端部接头优选直接导电且导热地贴靠在相邻电池区段的端部接头上。这里，正端部接头特别优选直接贴靠在相邻电池区段的负端部接头上。由此，两个或者多个电池单格串联，而不会在此将直接邻接的电池单格通过接触区段元件彼此分离。当利用电池单格结构内部少量接触区段元件也可实现电池内部电流和热流的充足分布时，可设定这种结构。是否是这种情况，通过电池单格的容量特性和其它特性来决定。
根据本发明的一个特别的实施形式，电池单格实施为圆形单格。圆形单格具有圆柱形基体，其具有安置在彼此相对而置的端面上的端部接头。与传统方形咖啡包电池单格(Coffee-Bag-Zel le)相比，圆形单格在电池结构内部具有的优势是，在电池单格结构内部，圆形单格之间由于其几何形状存在空腔。当电池内部出现一个或多个电池单格爆裂或者甚至***的功能障碍时，这些空腔特别有利。在具有一个或者多个咖啡袋电池单格的传统电池结构中，电池内部不留有可供爆裂或***的电池单格膨胀的空间。过量的能量无法导出，由此在这种具有很多电池单格的电池结构中，最坏情况下有整个电池***的危险。在基于圆形单格的电池单格结构中显著减小了这种危险。
根据本发明的一个特别的实施形式，在电池单格结构中安置至少一个定位板，将电池区段的电池单格引导通过该定位板，其中该定位板具有缺口，将电池单格引导通过该缺口，并且其中该缺口通过围绕电池区段的电池单格的包络曲线限定，由此该缺口形状配合地围绕电池单格，以将电池单格在电池内部定位并且稳定。这里，该缺口的边缘面不一定接触所有引导通过该缺口的电池单格。在不被缺口边缘面接触的电池单格上也通过相邻的、直接贴靠在缺口边缘面上的电池单格而间接施加有稳定作用。定位板可由金属、塑料、木材或者其它材料制成。选择性地，定位板可以不仅仅具有一个缺口，还可以具有有着多个缺口的连贯面，其中每个缺口中都引导通过至少一个电池单格，并且其中每个缺口通过围绕着至少一个引导通过其中的电池单格的包络曲线限定，由此该缺口形状配合地围绕该至少一个电池单格，以将该至少一个电池单格在电池内部定位并且稳定。
当每个接触区段元件上两面分别安置有一个定位板时是有利的。由此在电池单格与接触区段元件接触的电池区域中特别好地稳定了电池单格。尤其地，当接触区段元件具有特别构型的、用于接触这些接触区段元件的接触区域时，定位板的这种布置形式是有利的。正端部接头和负端部接头可以在接触区段元件区域中特别精准地定位。
优选至少一个接触区段元件与散热装置通过散热元件导热连接。散热装置在此位于电池外部，但也可以构成电池的一部分。通过相应安置的散热元件，可以将热流从电池单格结构中引出。
根据本发明，电池单格结构可以由导热壳体包围。因为该壳体是导热的，其适用于作为散热装置将热量从电池单格结构中吸收并选择性地传递到其他与其导热相连的散热装置上。前述散热元件可以与该壳体导热连接。该壳体优选由金属制成，尤其优选由铁、铝或者金属合金制成。这种壳体适用于保护电池单格结构不受外部影响。该壳体优选具有两个开口，其上放置有压板。根据本发明，该壳体可具有长形缺口作为通风槽。
根据本发明，接触区段元件形成为金属物体。这里，当该金属物体由铜或者铝制成时是特别优选的。金属物体具有杰出的导电和导热性。通过金属物体可以将大量电池单格并联或者串联。金属物体上的接触区段不必具有特殊的构造形式。但根据本发明，其可以实施为凸起或者具有凸起。该金属物体可以实施为板形或者具有形成为阶梯状的表面。根据本发明，金属物体其它不同的几何构型方式也是可能的。
根据本发明的一个特别的实施形式，接触区段元件形成为导体类元件，其部分由不导电材料构成，其中该导体类元件在第一侧面和第二侧面上分别具有至少一个导电且导热的接触区段，并且其中每个接触区段与每一个其它的接触区段导电且导热相连。根据本发明，为此可以在接触区段元件不导电的材料中嵌入导电和导热的材料。该导体类元件允许产生电池单格的电连接和热连接。在实施为导体类元件的接触区段元件中，当电池的电池单格被以相对高的力压向该接触区段元件，由此在电池单格和该接触区段元件之间产生了特别好的导电和导热连接时是特别有利的。导体类元件可以是板。但也可以是在空间上不同地形成的元件。由此，根据本发明，该导体类元件可以具有方形或者其它形状。
根据本发明，在导体类元件的不导电材料中平面安置由导电和导热材料制成的核芯，其中在不导电材料远离该核芯的一侧上分别安置有至少一个的接触区段，并且其中至少一个导电且导热的贯穿元件延伸通过该核芯以及安置在该核芯两面上的不导电材料，其中该贯穿元件相对于该核芯电绝缘，并且与第一侧面上的至少一个的接触区段和第二侧面上的至少一个的接触区段导电相连，由此通过该贯穿元件建立了第一侧面上的接触区段与第二侧面上的接触区段的导电和导热连接，并且该核芯能够吸收热流并且将其从该导体类元件中引出。由此在具有这种导体类元件的电池中，不仅可以在电池的电池单格结构中分配电流和热流，还可以通过核芯将其吸收。由此实现了通过核芯将热流从导体类元件中引出并由此也从电池单格结构中引出。根据本发明，该核芯可以从该导体类元件中突出并且与散热装置导热连接。替代性地，该导热核芯可以与散热元件相连，该散热元件与散热装置导热相连。
此外，电池可这样设计，即，在其中所设置的导体类元件的第一侧面上安置有至少两个接触区段和一个导电且导热的连接区段，该连接区段将第一侧面上的接触区段彼此导电且导热连接；第一侧面上的每个接触区段配有一个电气保险件；并且连接区段与每个接触区段通过对应于该接触区段的电气保险件连接，其中该连接区段与第二侧面上的至少一个接触区段经过板的不导电的材料通过导电的贯穿元件相连，由此导体类元件第一侧面上的每个接触区段相对于第一侧面上的每个其它接触区段以及相对于导体类元件的第二侧面上的每一个接触区段通过至少一个电气保险件得以保险。由此可借助于导体类元件将电池单格彼此电气保险。当电池单格的电阻由于故障而消失，由此电池单格中流过过高电流时，这是特别有利的。在这种情况下触发电气保险，其对应于导体类元件的一个接触区段，该接触区段与该电池单格的正端部接头或负端部接头导电且导热连接。由此将发生故障的电池单格与电池单格结构绝缘。
优选在导体类元件的每个接触区段下面都安置弹性材料，其在施加在接触区段上的挤压力的作用下可弹性变形。根据本发明，弹性材料可以在该导体类元件不导电的材料中安置在接触区段下方。如果在接触区段上施加挤压力，那么接触区段和弹性材料均会变形。由此实现了在接触区段和电池单格之间建立特别良好的导电和导热连接。由于导体类元件的局部変形，在将电池单格挤压向接触区段时，可以避免其在其它区段中不希望的变形甚至导体类元件的损伤。根据一个替代性的实施形式，可以将构成接触区段的材料实施为弹性的。由此可以由导电且导热的弹性材料制成导体类元件的接触区段。
此外，当接触区段元件在其接触区段上具有弹簧元件时，尤其当接触区段元件实施为导体类元件时是优选的。弹簧元件可以由导电且导热的材料构成，例如由金属构成。这些弹簧元件与接触区段元件的接触区段导电且导热地连接。由于所选的材料和其结构，弹簧元件可弹性变形。根据本发明可能的实施形式，这些弹簧元件可以是盘簧或者由海绵状材料或者弹性织物制成的弹性件。其作用为在电池的电池单格和接触区段元件之间建立更好的连接。此外其允许将电池内部电池单格和接触区段元件之间的挤压力平衡，由此预防了接触区段元件不希望的区段性变形。此外，当挤压电池单格结构时，在一个电池区段的所有的电池单格上都产生了更加均匀的挤压力。这是所希望的，因为由此降低了电池单格和接触区段元件之间的电和热的过渡阻力。
附图说明
本发明其它的实施形式在图中示出，这里：
图1示出了根据本发明的电池的电池单格结构的示意性视图，
图2示出了根据图1的电池的电池单格结构区段的示意性截面图，
图3示出了实施为板的接触区段元件的朝向该接触区段元件第一侧面的示意性俯视图，
图4示出了根据图3的接触区段元件的朝向该接触区段元件第二侧面的示意性俯视图，
图5示出了带有贯穿缺口的、实施为板的接触区段元件的横截面示意图，
图6示出了平面形成的接触区段元件与贴靠在其上的电池单格的示意性侧视图，
图7示出了具有形成为阶梯状的表面的接触区段元件与贴靠在其上的电池单格的示意性侧视图，
图8示出了具有壳体的根据本发明的电池的示意性视图，
图9示出了实施为板的、具有圆形排布的紧固元件缺口的接触区段元件的朝向该接触区段元件第一侧面的示意性俯视图，并且
图10示出了实施为板的、具有分布排布的紧固元件缺口的接触区段元件的朝向该接触区段元件第一侧面的示意性俯视图。
具体实施方式
图1示出了电池2的电池单格结构1的示意性视图。电池2具有压板3和紧固元件4。在该电池单格结构中安置有多个分别并排安置在电池区段6中的电池单格5。安置在一个电池区段6中的电池单格5彼此并联。电池单格5的并联通过接触区段元件7实现。为此将电池单格5的端部接头与接触区段元件7导电并且导热相连。电池单格结构1的结构使得能够将电流和热流非常良好地分布在整个电池单格结构1上。
接触区段元件7分别安置在两个电池区段6之间。每个电池区段6具有七个电池单格5的高度。相邻电池区段6的电池单格5通过布置在其间的接触区段元件7而串联。电池单格结构1中的电池单格5由此彼此既并联也串联。
电池起始区域8和电池终止区域9通过电池2中电池单格5未示出的正端部接头或通过未示出的负端部接头构成。电池起始区域8和电池终止区域9与外部的接触区段元件7相连。外部接触区段元件7将电池单格5的端部接头导电和导热地连接。在外部接触区段元件7远离电池起始区域8或电池终止区域9的一侧上分别安置有压板3。压板3由铜制成。由此其导热性特别良好。
压板3借助于紧固元件4彼此连接。紧固元件4在此这样与压板3相连，使得其在压板3上施加牵引力。由此将电池单格结构1压在一起。尤其将电池单格5压至接触区段元件7上。由此增大了电池单格5的端部接头和接触区段元件7之间的接触面积，由此电流和热流在电池单格5和接触区段元件7之间能够更好地流动并且由此也可以更好地分布到整个电池单格结构1上。这有利于避免电池2内部的热区。此外，由于根据本发明的、通过紧固元件4和压板3而产生的对电池单格结构1的挤压，根据本发明的电池2特别抗机械负载。
为了保证电池单格5可靠地保持在电池单格结构1内部，电池单格5由多个定位板10包围。定位板10形状配合地包围电池区段6中的电池单格5。因为在接触区段元件7上需要电池单格5的端部接头与接触区段元件7的精准接触，定位板10在此安置在接触区段元件7的附近。
接触区段元件7为导体类元件，其在此形成为平面板。这些板具有核芯11，其在侧方从板上引出。
核芯11在板的外部构成了散热元件12。通过该散热元件12可以将热量从电池单格结构1中引出。散热元件12具有第一平面区段13，其位于接触区段元件7的平面内，并且具有第二平面区段14，其位于与接触区段元件7的平面呈直角定向的另一平面内。第二平面区段14适用于与壳体(未示出)或者与散热装置(未示出)导热相连，由此可以将热流从接触区段元件7中引导至壳体或散热装置上。
图2示出了根据图1的电池2的电池单格结构1的区段的示意性截面图。这里，电池单格5安置在第一电池单格平面15和第二电池单格平面16内。这里，电池单格5彼此直接邻接。第二电池单格平面16分别比第一电池单格平面15少一个电池单格5。由此出现了外部通道区段17。通过这些外部通道区段17可以引导通过紧固元件4。外部通道区段17实现了在电池单格结构1尽可能小的横截面上安置尽可能多的电池单格5。通过这种方式在第二电池单格平面16中构成了两个通道区段17，其中第二电池单格平面16仅比相邻的第一电池单格平面15少一个电池单格5。通过从第二电池单格平面16中移除一个电池单格5产生了两个外部通道区段17。每个外部通道区段17中都可以引导通过一个或者多个紧固元件4。本发明中，在每个外部通道区段17中引导通过有一个紧固元件4。但为了达到电池单格结构1的均匀稳定，本发明中设置有一个内部通道区段18，其中不放置电池单格5。该内部通道区段18中引导通过有一个紧固元件4。
电池单格5在电池区段6中被定位板10围绕。在定位板10中设置有紧固元件缺口19，通过其将紧固元件4引导进入外部通道区段17。
图3示出了实施为板的接触区段元件7的朝向该接触区段元件7第一侧面20的示意性俯视图。在此为用于具有在第一电池单格平面和第二电池单格平面中交错安置的电池单格的电池单格结构的接触区段元件7。接触区段元件7在此适用于具有四个第一电池单格平面和三个第二电池单格平面的电池单格结构，其中在第一电池单格平面和第二电池单格平面中分别安置有八个或七个电池单格。接触区段元件7具有紧固元件缺口19，其中可以引导通过紧固元件。
接触区段元件7部分由不导电的材料形成。在接触区段元件7的第一侧面上，在不导电的材料上平面施加铜作为导电和导热的材料。铜材料在此具有多个接触区段21。这些接触区段适用于与电池单格的端部接头相连接。为此目的将接触区段21实施为凸起的。接触区段21通过由不导电的材料制成的绝缘区段22与连接区段23分离。连接区段23形成为平面的。其将接触区段21导电并且导热地彼此连接。每个绝缘区段22中都引导通过有导电且导热的导体带24，其构型为保险件。由此将接触区段21相对于彼此进行了电保险。
围绕着每个绝缘区段22并且由此也围绕着每个接触区段21以圆形设置有多个贯穿缺口25。在每个贯穿缺口25中安置有贯穿元件(未示出)，其施加在该贯穿缺口25上。该贯穿元件由铜制成并且将接触区段元件7的第一侧面20的连接区段23与该接触区段元件7的第二侧面(未示出)导电且导热相连。从电池单格流入接触区段21中的电流可以由此通过导体带24和接触区段元件引导至接触区段元件7的第二侧面上。
在接触区段元件7中有着铝制核芯11。该核芯11与接触区段21和贯穿元件电绝缘。该核芯部分地在侧面在接触区段元件7的外部延伸。在该接触区段元件7外部的区域中，该核芯11构成散热元件12。这里示出了四个分别具有第一平面区段13的散热元件12。在接触区段元件7的第二侧面上也可以看到前述紧固元件缺口19，其中可以引导通过紧固元件4。
图4示出了根据图3的接触区段元件7的朝向该接触区段元件7第二侧面26的示意性俯视图。在接触区段元件7的第二侧面26上有形成为连接和接触区域27的铜层。在该连接和接触区域27中安置有接触区段21，其适用于与电池单格的端部接头相接触。围绕着每个接触区段21圆形安置有多个贯穿缺口25。这些贯穿缺口25在接触区段元件7中如前所述地形成。
这里还示出了四个分别具有第一平面区段13的散热元件12。。在接触区段元件7的第二侧面上也可以看到前述紧固元件缺口19，其中可以引导通过紧固元件4。
图5示出了带有贯穿缺口25的、实施为板的接触区段元件7的横截面示意图。接触区段元件7仅区段性地示出。接触区段元件7具有不导电的基板材料28。该基板材料28围绕铜制核心11。在接触区段元件7的第一侧面20上，铜层构成了连接区段23。在接触区段元件7的第二侧面26上，铜层构成了连接和接触区域27。贯穿缺口25引导通过该接触区段元件7。在此，其贯穿连接区段23和连接和接触区域27。在贯穿缺口25的边缘上以薄层形式平面施加有铜制贯穿元件29。贯穿元件29在此通过基板材料28与核芯11电绝缘。但热流可以穿过基板材料28并通过核芯11从接触区段元件7中导出。
图6示出了平面形成的接触区段元件7与贴靠在其上的电池单格5的示意性侧视图。电池单格5具有正端部接头31和负端部接头32。电池单格5的正端部接头31和负端部接头32与接触区段元件7导电且导热地连接。为此，其与位于接触区段元件7的第一侧面和第二侧面上未示出的接触区段相接触。根据接触区段元件7所示出的实施形式，与正端部接头31相连的接触区段位于共同的平面中，与负端部接头32相连的接触区段同样位于共同的平面中。
图7示出了具有形成为阶梯状的表面的接触区段元件与贴靠在其上的电池单格的示意性侧视图。电池单格5具有正端部接头31和负端部接头32。电池单格5的正端部接头31和负端部接头32与接触区段元件7导电且导热地连接。为此，其与位于接触区段元件7的第一侧面和第二侧面上未示出的接触区段相接触。根据接触区段元件7所示出的实施形式，与正端部接头31相连的接触区段位于两个不同的平面中，因为接触区段元件7的第一侧面形成为阶梯状的。接触区段元件7的与负端部接头32相连的接触区段同样位于两个不同的平面中，因为接触区段元件7的第二侧面形也成为阶梯状的。
图8示出了具有壳体33的根据本发明的电池2的示意性视图。该壳体33由铝制成并且包围具有接触区段元件的、根据本发明的电池单格结构。这里，在壳体33的内部，散热元件与该壳体33相连，由此可以将热流从电池单格结构中引出至壳体33上。壳体33与作为散热装置的保持板34牢固连接。壳体33在两个端面上通过压板3封闭。该压板3具有冷却肋形件35，由此压板3有利于冷却壳体35内部的电池单格结构。将未示出的紧固元件引导穿过压板3并且借助于螺母36与压板3拧紧在一起。压板3与紧固元件电绝缘。
图9示出了实施为板的、具有圆形排布的紧固元件缺口19的接触区段元件7的朝向该接触区段元件7第一侧面的示意性俯视图。接触区段元件7具有接触区段21、绝缘区段22、连接区段23和贯穿缺口25，其如在图3中所示的接触区段元件7中那样形成。接触区段元件7此外还具有紧固元件缺口19。紧固元件缺口19基本呈圆形安置在接触区段元件7中。已经证实，在这种排布形式下，施加在接触区段元件7上的力比当紧固元件缺口19仅安置在接触区段元件7的边缘区域中时更加均匀地分布。通过所示紧固元件缺口19的排布避免了接触区段元件7在挤压电池单格结构时弯曲。弯曲可能会导致在一些情况下电池单格结构内部的各个电池单格只能更差地电接触或完全不再能够电接触。所示紧固元件缺口19排布由此是特别有利的。
图10示出了实施为板的、具有分布排布的紧固元件缺口19的接触区段元件7的朝向该接触区段元件7第一侧面的示意性俯视图。接触区段元件7具有接触区段21、绝缘区段22、连接区段23和贯穿缺口25，其如在图3中所示的接触区段元件7中那样形成。接触区段元件7此外还具有紧固元件缺口19。紧固元件缺口19分布地安置在接触区段元件7中。已经证实，在这种排布形式下，施加在接触区段元件7上的力比当紧固元件缺口19仅安置在接触区段元件7的边缘区域中时更加均匀地分布。通过所示紧固元件缺口19的排布避免了接触区段元件7在挤压电池单格结构时弯曲。弯曲可能会导致在一些情况下电池单格结构内部的各个电池单格只能更差地电接触或完全不再能够电接触。所示紧固元件缺口19排布由此证明是特别有利的。
附图标记说明
1 电池单格结构
2 电池
3 压板
4 紧固元件
5 电池单格
6 电池区段
7 接触区段元件
8 电池起始区域
9 电池终止区段
10 定位板
11 核芯
12 散热元件
13 散热元件的第一平面区段
14 散热元件的第二平面区段
15 第一电池单格平面
16 第二电池单格平面
17 外部通道区段
18 内部通道区段
19 紧固元件缺口
20 接触区段元件的第一侧面
21 接触区段
22 绝缘区段
23 连接区段
24 导体带
25 贯穿缺口
26 接触区段元件的第二侧面
27 连接和接触区域
28 基板材料
29 贯穿元件
30 弹性材料
31 正端部接头
32 负端部接头
33 壳体
34 保持板
35 冷却肋形件
36 螺母

Claims (24)

1.具有电池单格结构(1)的电池(2)，其中所述电池单格结构(1)具有多个电池单格(5)，其中所述电池单格结构(1)具有至少两个电池区段(6)，并且每个电池区段(6)由多个电池单格(5)组成，其中每个电池单格(5)具有第一端部接头和第二端部接头，并且其中在每个电池单格(5)的第一端部接头和第二端部接头之间延伸有电池单格纵轴，其中每个电池区段(6)的电池单格纵轴分别彼此平行定向，并且其中所述电池区段(6)彼此相邻安置，其特征在于，在至少两个相邻的所述电池区段(6)之间安置有至少部分导电并且导热的接触区段元件(7)，该接触区段元件具有第一侧面(20)和第二侧面(26)，所述接触区段元件在所述第一侧面(20)和所述第二侧面(26)上分别具有至少一个导电和导热的接触区段(21)，其中所述电池区段(6)这样相对于彼此布置，使得每个电池区段(6)对应于一个平面，所述平面垂直于所述电池区段(6)电池单格(5)的电池单格纵轴延伸通过所述电池区段(6)的至少一个电池单格(5)，并且其中与所述电池区段(6)相邻的电池区段(6)不会被所述平面切割，其中朝向所述接触区段元件(7)的第一侧面(20)的端部接头与所述第一侧面(20)至少一个的接触区段(21)导电并且导热连接，并且其中朝向所述接触区段元件(7)的第二侧面(26)的端部接头与所述第二侧面(26)至少一个的接触区段(21)导电并且导热连接，并且其中电池单格(5)的端部接头通过该接触区段元件(7)彼此导电并且导热地相连，由此将电流和热流分布在整个电池单格结构(1)上。
2.根据权利要求1所述的电池(2)，其特征在于，与所述第一侧面(20)的至少一个接触区段(21)相连的端部接头彼此间通过所述接触区段元件(7)导电且导热连接，其中与所述第二侧面(26)的至少一个接触区段(21)相连的端部接头彼此间通过所述接触区段元件(7)导电且导热相连，其中与所述第一侧面(20)的至少一个接触区段(21)相连的端部接头导电且导热地与和所述第二侧面(26)的至少一个接触区段(21)相连的端部接头通过所述接触区段元件(7)相连，由此所述电池单格(5)以电气串联和并联的方式彼此导电相连并且此外彼此导热地相连。
3.根据前述权利要求中任意一项所述的电池(2)，其特征在于，相邻的电池区段(6)在相邻电池区段(6)中的一个的电池单格纵轴方向中彼此间隔安置。
4.根据前述权利要求中任意一项所述的电池(2)，其特征在于，相邻电池区段(6)的电池单格(5)这样安置，使得至少一个延伸穿过一个电池区段(6)的电池单格(5)的、平行于所述电池单格(5)的电池单格纵轴延伸的轴切割相邻电池区段(6)的电池单格(5)。
5.根据前述权利要求中任意一项所述的电池(2)，其特征在于，相邻电池区段(6)的电池单格(5)彼此相对地贴靠在所述接触区段元件(7)上。
6.根据前述权利要求中任意一项所述的电池(2)，其特征在于，所述电池(2)所有电池区段(6)的电池单格(5)具有彼此平行定向的电池单格纵轴。
7.根据权利要求6所述的电池(2)，其特征在于，所述电池(2)的电池区段(6)沿着平行于所述电池单格纵轴延伸的电池轴顺次排布。
8.根据权利要求7所述的电池(2)，其特征在于，所述电池所有的电池区段位于电池腔中，其中所述电池腔与电池轴垂直的电池腔横截面对应于电池区段的电池区段外套件垂直于电池轴的最大电池区段横截面，其中最大电池区段横截面为电池区段包围沿着电池轴的所有电池区段的全部电池区段横截面的电池区段横截面。
9.根据前述权利要求中任意一项所述的电池(2)，其特征在于，所述电池单格(5)的第一端部接头构成电池正极，并且所述电池单格(5)的第二端部接头构成电池负极，其中电池区段(6)的所述电池单格(5)与接触区段元件(7)分别仅通过电池正极或仅通过电池负极相连。
10.根据前述权利要求中任意一项所述的电池(2)，其特征在于，所述接触区段元件(7)形成为板形。
11.根据前述权利要求中任意一项所述的电池(2)，其特征在于，所述接触区段元件(7)具有呈阶梯状彼此交错安置在所述接触区段元件(7)上的平面区段。
12.根据前述权利要求中任意一项所述的电池(2)，其特征在于，在所述电池单格结构(1)的电池起始区域(8)和电池终止区域(9)上分别安置压板(3)，其中所述压板(3)通过紧固元件(4)彼此连接并且由此将贴靠在所述至少一个接触区段元件(7)上的电池单格(5)压向至少一个的所述接触区段元件(7)，并且其中所述电池起始区域(8)和所述电池终止区域(9)通过所述电池单格结构(1)的第一端部和第二端部上的端部接头限定。
13.根据前述权利要求中任意一项和权利要求7所述的电池(2)，其特征在于，所述电池区段(6)中的电池单格(5)安置在第一和第二电池单格平面(15，16)中，其中所述第一和第二电池单格平面(15,16)交替地安置在电池区段(6)内部，其中沿着每个电池单格平面安置有至少两个电池单格(5)，其中在第一电池单格平面(15)中的相邻电池单格(5)和第二电池单格平面(16)中的相邻电池单格(5)之间设定相同的间距，其中第一电池单格平面(15)中的电池单格(5)与第二电池单格平面(16)中的电池单格(5)交错安置，并且其中所有电池区段(6)中的电池单格(5)以相同的方式安置，由此在外表面内部构成了至少一个外部通道区段(17)，紧固元件(4)中的一个引导通过该外部通道区段。
14.根据权利要求1至12中的任意一项所述的电池(2)，其特征在于，所述电池区段(6)角区域中的电池单格(5)与两个其它的电池单格(5)贴靠，并且在所述电池区段(6)的边缘区域中的电池单格(5)与三个其它电池单格(5)贴靠，并且所有没有安置在角区域或者边缘区域中的电池单格(5)与六个其它电池单格(5)贴靠。
15.根据前述权利要求中任意一项所述的电池(2)，其特征在于，电池区段(6)的端部接头直接导电且导热地贴靠在相邻电池区段(6)的端部接头上。
16.根据前述权利要求中任意一项所述的电池(2)，其特征在于，在所述电池单格结构(1)中安置至少一个定位板(10)，将电池区段(6)的电池单格(5)引导通过所述定位板，其中所述定位板(10)具有至少一个缺口用于将至少一个电池单格(5)引导通过，并且所述缺口通过围绕所述电池区段(6)的电池单格(5)的包络曲线限定，其中所述缺口形状配合地围绕所述至少一个电池单格(5)，以将所述至少一个的电池单格(5)在所述电池(2)内部定位并且稳定。
17.根据权利要求16所述的电池(2)，其特征在于，每个接触区段元件(7)上两面分别安置有一个定位板(10)。
18.根据前述权利要求中任意一项所述的电池(2)，其特征在于，至少一个接触区段元件(7)与散热装置通过散热元件(12)导热连接。
19.根据前述权利要求中任意一项所述的电池(2)，其特征在于，所述电池格结构(1)由导热的壳体(33)包围。
20.根据权利要求18和19所述的电池(2)，其特征在于，所述散热元件(12)与所述壳体(33)连接。
21.根据前述权利要求中任意一项所述的电池(2)，其特征在于，所述接触区段元件(7)形成为金属物体。
22.根据权利要求1至20中的任意一项所述的电池(2)，其特征在于，所述接触区段元件(7)形成为导体类元件，所述导体类元件部分由不导电材料构成，其中所述导体类元件在第一侧面(20)和第二侧面(26)上分别具有至少一个导电且导热的接触区段(21)，并且其中每个接触区段(21)与每一个其它的接触区段(21)导电且导热相连。
23.根据权利要求22所述的电池(2)，其特征在于，在导体类元件的不导电材料中安置由导电和导热材料制成的核芯(11)，其中在不导电材料远离所述核芯(11)的侧面上分别安置有至少一个的接触区段(21)，并且其中至少一个导电且导热的贯穿元件(29)延伸通过所述核芯(11)以及安置在所述核芯(11)两面上的不导电材料，其中所述贯穿元件(29)相对于所述核芯(11)电绝缘，并且与第一侧面(20)上的至少一个的接触区段(21)和第二侧面(26)上的至少一个的接触区段(21)导电相连，由此通过所述贯穿元件(29)建立了所述第一侧面(20)上的接触区段(21)与所述第二侧面(26)上的接触区段(21)的导电和导热连接，并且所述核芯(11)能够吸收热流并且将其从所述导体类元件中引出。
24.根据权利要求22或23所述的电池(2)，其特征在于，在所述导体类元件的第一侧面(20)上安置有至少两个接触区段(21)和一个导电且导热的连接区段(23)，所述连接区段将第一侧面(20)上的接触区段(21)彼此导电且导热连接；第一侧面(20)上的每个接触区段(21)配有一个电气保险件(24)；并且所述连接区段(23)与每个接触区段(21)通过对应于所述接触区段(21)的电气保险件(24)连接，其中所述连接区段(23)与第二侧面(26)上的至少一个接触区段(21)经过所述导体类元件的不导电的材料通过导电的贯穿元件(29)导电地相连，由此所述导体类元件第一侧面(20)上的每个接触区段(21)相对于所述导体类元件第一侧面(20)上的每一个其它接触区段(21)以及相对于所述导体类元件的第二侧面(26)上的每一个接触区段(21)通过至少一个电气保险件得以保险。
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