CN110612615A - 电池单元、含有该电池单元的电池模块及其应用 - Google Patents

电池单元、含有该电池单元的电池模块及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明描述了一种电池单元，所述电池单元包括至少一个第一电极(33)和至少一个第二电极(34)、和位于所述第一电极(33)与所述第二电极(34)之间的隔膜、以及包括第一半壳体(31)和第二半壳体(31')的电池单元壳体(12)，其中所述第一半壳体(31)与所述第二半壳体(31')电绝缘，并且所述第一电极(33)与所述第一半壳体(31)电接触连接，所述第二电极(34)与所述第二半壳体(31')电接触连接，其中所述第一电极(33)和所述第二电极(34)沿平行于所述电池单元(20)的底表面或盖表面取向，并且所述底表面和所述盖表面被设计成六边形。

Description

电池单元、含有该电池单元的电池模块及其应用
技术领域
本发明涉及根据独立权利要求的前序部分的电池单元、含有该电池单元的电池模块及其应用。
背景技术
从汽车工业中例如以各种设计出现的电池组中得知具有矩形底区域的棱柱形锂离子电池单元。此外，所谓的袋式电池或咖啡袋式电池以及各种形式的圆形电池是已知的。所谓的坚果壳(nut shell)或坚果壳单元是特殊形式，其中，彼此电隔离的两个半壳体充当电池单元的负极或正极。在电池壳体内部，负极箔和正极箔、隔膜和固体电解质的各层在彼此之上相互叠置。这种电池单元的特殊形式例如是所谓的纽扣电池。例如，多个电池单元形成电池模块，该电池模块又形成多个电池组。这种电池组适合于待装备的车辆内的多种设计，例如，适合于车辆中用于备用轮胎的凹部。
在这方面，DE 10 2012 018 339 B4例如涉及具有六角形底部的棱柱形电池单元的应用。此外，DE 10 2011 076 919 A1还包含有关所谓的坚果壳电池的应用的信息。此外，DE 10 2007 063 194 A1公开了一种由多个并联或串联连接的电池单元构成的电池网络。各个单元布置成以蜂窝结构彼此相邻，并且似乎具有六边形结构。
此外，DE 10 2014 210 570 A1还公开了一种具有温度控制装置和多个电池单元的电池。温度控制装置包括流体管线，在流体管线的外部施加绝缘层。电池单元布置在所述绝缘层上。绝缘层本身也可以具有正六边形形式的结构。
发明内容
根据本发明，提供了具有独立权利要求的特征的电池单元、含有该电池单元的电池模块及其应用。
本发明的优点
本发明的电池单元包括至少一个负极和至少一个正极，以及位于所述至少一个负极与所述至少一个正极之间的隔膜。该电池单元还包括电池单元壳体，该电池单元壳体被分成第一半壳体和第二半壳体。第一半壳体与第二半壳体电绝缘。在此，第一半壳体与电池单元的所述至少一个负极接触，而第二半壳体与电池单元的所述至少一个正极接触。这样，电池单元壳体的第一半壳体和第二半壳体用作电池单元的电池单元端子或电压抽头。所述至少一个负极和所述至少一个正极排列成平行于电池单元的底表面和盖表面。此外，电池单元的底区域和盖区域具有六边形的轨迹(foot print)。
该措施的具体优点在于，由于电池单元的六边形布局，可以以在电池单元之间没有明显间隙的节省空间的方式组合多个电池单元，以形成电池模块。电池模块可以容易地沿任何方向水平延伸。另一个优点是，基于电池单元的六边形布局，电池单元中产生的热能可以容易地朝着电池单元的侧壁传递，从而确保了电池单元的有效冷却。通过各层如电池单元内的负极、正极和隔膜的水平对齐，可以进一步增强这种效果。总体而言，这使得该电池单元内的散热量是具有正方形轨迹的类似棱柱形坚果壳电池的二十倍。
本发明的其他有利实施方式被列出于从属权利要求中。
例如，如果电池单元具有正六边形形式的底面轨迹(floor print)是有利的，因为这允许各个电池单元特别节省空间地布置在电池模块内。
如果电池单元包括多个负极和正极，它们交替地堆叠设置并且在每个负极与正极之间具有隔膜，则这也是有利的。以这种方式，可以设置具有较高电池单元电压的电池单元。
根据本发明，还提供了一种电池模块，其包括多个电池单元，例如本发明类型的电池单元。所述电池模块包括电池模块壳体，该电池模块壳体包括侧壁以及底表面和盖表面。电池模块的电池单元在电池模块的底表面的区域和盖表面的区域中接触。这种接触的特别优点是，例如，可以使大量的坚果壳电池单元以简单的方式电接触。
根据本发明的电池模块的有利实施方式，电池模块的电池单元布置成在水平面中彼此隔开一定距离，使得在相邻的电池单元的侧壁之间形成适当通道形式的流通可能性，通过所述通道可以通过温度控制介质。例如，这可以是空气，也可以是来自汽车空调***的制冷剂。这些措施的具体优点在于，在没有形成单独的温度控制介质通道的情况下，通过适当定位电池单元来单独设置用于温度控制介质的引导设施。
优选地，在水平方向上引导温度控制介质，由此容纳在电池模块中的电池单元被沿着侧面流动的温度控制介质(也被称为回火介质)围绕。
本发明的电池单元和本发明的电池模块分别可以优选用于移动应用(特别是电动车辆、混动车辆或电动自行车)的电能存储装置，用于便携式数据处理和电信设备、用于电气手动工具和厨房机器、以及用于存储电能(尤其是来自可再生资源)的固定式***。
附图说明
在附图中，下面的附图说明中更详细地描述并且解释了本发明的有利实施方式。在这些附图中：
图1示出了通过含有根据本发明的电池单元的根据本发明的电池模块的示意性横截面，
图2示出了通过根据第一实施方式的根据本发明的电池单元的示意性纵截面；以及
图3示出了根据本发明的第二实施方式的电池模块的示意性纵截面。
具体实施方式
图1示意性地示出了根据本发明的电池模块10。电池模块10包括多个电池单元20，其具有带有六边形接地平面(轨迹)的棱柱形。此外，电池模块10具有电池模块壳体12，其形状适合于电池模块的相应安装的空间要求。电池模块10可以含有相应数量的电池单元20，其在图1中用虚线表示。此外，电池模块10包括用于温度控制介质的输送装置14。温度控制介质可以是例如空气或在汽车空调***中使用的制冷剂。例如，通过输送装置14，将温度控制流体供应到电池模块10的内部。
温度控制介质穿过温度控制介质入口16进入电池模块10或电池模块壳体12的内部，并且经由温度控制介质出口18离开电池模块10的内部。为了在电池单元20附近获得足够高的冷却能力，这些电池单元布置成例如在电池模块10内彼此间隔一定距离，使得在电池单元20的侧壁之间创建用作温度控制介质通道19的空间。取决于电池单元20彼此之间的横向距离，可以根据电池单元20的温度控制要求来调节温度控制介质通道19的尺寸。
图2示出了根据本发明的电池单元20的详细的纵截面。本发明的电池单元20包括由上半壳体31'和下半壳体31组成的电池壳体。两个半壳体31、31'例如由导电材料，例如金属材料制成。两个半壳体31、31'同时用作电池单元20的电池端子或电压抽头。
因此，上半壳体31'和下半壳体31通过电绝缘体30而彼此分离。另外，下半壳体31经由触点32连接到电池单元20的第一电极33。除了多个第一电极33之外，电池单元20还含有相应数量的第二电极34。它们与第一电极33一起形成原电池元件，其在电池单元20内部串联连接。第二电极34中的至少一个经由第二触点35电连接至电池单元20的上半壳体31'。
原则上，可以仅给电池单元20提供包含第一电极33和第二电34的原电池元件。然而，优选两个或更多个原电池单元，每个原电池单元包括第一电极33和第二电极34。各个电极33、34设置成堆叠的组件的形式，并且例如根据电池单元20的六边形布局也是六边形的。电池单元20的六边形布局可以是正六边形或不对称六边形。
图3示出了根据本发明第二形式的电池模块10。在图1和图2中，相同的附图标记表示相同的组件部件。
与图1所示的电池模块10相反，图3所示的电池模块10包括在竖直方向上彼此堆叠的至少两个电池单元20。如已在图1中所描述的，它们被在其周围流动的温度控制介质围绕，温度控制介质的流动方向在图3中例如由箭头38示出。原则上，还可以在竖直方向上彼此之上堆叠多个或多重电池单元20。由于各个半壳体31'、31同时用作电池单元端子，因此在每种情况下堆叠的电池单元20也彼此电接触。取决于所需的安装空间，电池单元20的竖直堆叠可以在电池模块10的不同区域中具有不同的高度。

Claims (9)

1.电池单元，包括至少一个第一电极(33)和至少一个第二电极(34)、和位于所述第一电极(33)与所述第二电极(34)之间的隔膜、以及包括第一半壳体(31)和第二半壳体(31')的电池单元壳体(12)，所述第一半壳体(31)与所述第二半壳体(31')电绝缘，并且所述第一电极(33)与所述第一半壳体(31)电接触，所述第二电极(34)与所述第二半壳体(31')电接触，其特征在于，所述第一电极(33)和所述第二电极(34)排列成平行于所述电池单元(20)的底表面或盖表面，并且所述底表面和所述盖表面都被设计成六边形。
2.根据权利要求1所述的电池单元，其特征在于，所述电池单元壳体(20)的底表面和盖表面都被设计成正六边形。
3.根据权利要求1或2所述的电池单元，其特征在于，设置多个第一电极(33)和第二电极(34)，所述第一电极(33)和所述第二电极(34)以叠层体的形式彼此交替设置，并且在第一电极(33)与第二电极(34)之间分别设置有隔膜。
4.电池模块，包括多个电池单元，尤其是根据权利要求1至3中任一项所述的电池单元(20)，并且具有电池模块壳体(12)，该电池模块壳体(12)具有侧壁以及盖表面和底表面，其特征在于，所述电池单元(20)在电池模块壳体(12)的底表面的区域和盖表面的区域中均接触。
5.根据权利要求4所述的电池模块，其特征在于，设置具有温度控制介质的温度控制装置(14、16、18、19)，所述温度控制介质在水平方向上流过所述电池模块壳体(12)。
6.根据权利要求4和5中任一项所述的电池模块，其特征在于，所述电池单元(20)布置成彼此间隔一定距离，使得在相邻的电池单元(20)的侧面之间创建用于温度控制介质的流通可能性(19)。
7.根据权利要求5或6所述的电池模块，其特征在于，所述温度控制介质是空气或机动车辆空调***的制冷剂。
8.根据权利要求4至7中任一项所述的电池模块，其特征在于，至少两个根据权利要求1至3中的一项所述的电池单元(20)被布置成在竖直方向上一个叠置在另一个上并且彼此电接触。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的电池单元或根据权利要求4至8中任一项所述的电池模块在电动车辆、混动车辆的电能存储装置中；在数据处理或电信的便携式装置中；在电气手工业者用具或厨房用具中；以及在用于存储电能，尤其是再生产生的电能的固定式存储装置中的应用。
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