專利名稱：具有至少一個(gè)減壓設(shè)備的電化學(xué)單元的制作方法
具有至少一個(gè)減壓設(shè)備的電化學(xué)單元
描述
本發(fā)明涉及用于電池裝備的電化學(xué)單元，特別是涉及具有至少一個(gè)減壓設(shè)備的電化學(xué)單元。
由一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)單元構(gòu)成的、作為電化學(xué)能量存儲(chǔ)設(shè)備的電池(初級(jí)存儲(chǔ)器)和蓄電池(二級(jí)存儲(chǔ)器)是已知的，通過在其中施加充電電流，電能在電解質(zhì)中的或在電解質(zhì)之間的陰電極和陽電極之間的電化學(xué)充電反應(yīng)中被轉(zhuǎn)換為化學(xué)能并因此被存儲(chǔ)，并通過在其中施加電負(fù)荷，化學(xué)能在電化學(xué)放電反應(yīng)中被轉(zhuǎn)化為電能。其中，二級(jí)存儲(chǔ)器容許多次(從幾百次到超過10000個(gè)周期)充電和放電，而初級(jí)存儲(chǔ)器通常僅充電一次并在放電之后被處理掉。應(yīng)注意的是，特別是在交通工具領(lǐng)域，蓄電池也被稱為電池。
在本發(fā)明中，關(guān)于鋰離子電池，其被描述為用于驅(qū)動(dòng)交通工具。但是要指出的是，本發(fā)明可以不依賴于化學(xué)和電化學(xué)單元和電池的類型，以及也不依賴于要供電的驅(qū)動(dòng)類型來應(yīng)用。
從現(xiàn)有技術(shù)已知了一種電化學(xué)單元，其具有至少部分地由殼體包封的電極堆。殼體應(yīng)一方面防止化學(xué)品從電極堆逸出到環(huán)境中，并且另一方面保護(hù)單元的組件不與周圍環(huán)境發(fā)生不希望的相互作用，例如，防水或防水蒸汽。
此外，從現(xiàn)有技術(shù)已知了一種電化學(xué)單元，其中該類型的能量單元至少部分地容納在至少一個(gè)框架元件中。其相應(yīng)地可例如參照申請(qǐng)人之后公開的DE102009010794A1和DE102010022217A1。這樣的框架元件特別是在具有多個(gè)電化學(xué)單元的電池裝備的制造過程期間，特別用于能量單元的機(jī)械穩(wěn)定。
電化學(xué)單元或存儲(chǔ)設(shè)備可以在高負(fù)載或過載時(shí)(例如在過載或短路的情況下，在有損傷的情況下，或還在從外部強(qiáng)加熱時(shí)的正常操作中處于熱的過加熱狀態(tài)下)產(chǎn)生升高的單元內(nèi)部壓力，這可能導(dǎo)致單元和外殼的破裂、燃燒或爆炸。特別是在鋰或鋰離子電池領(lǐng)域中存在特別的危險(xiǎn)，因?yàn)檫@樣的電池中含有流動(dòng)的、易燃的、有機(jī)的電解質(zhì)，其因此能夠逃逸。
另外還已知的是各種電化學(xué)單元，其中設(shè)有用于減少在能量單元內(nèi)的此類過壓的減壓設(shè)備。該減壓設(shè)備例如借助具有低熔點(diǎn)的嵌入元件形成為密封接縫的局部弱化。其相應(yīng)地可例如參考 KR1020090076343A、US2003/0148173A1、US7122276B2、US2010/0112436A1和 TO2009/078604A2。
由DE102007063193A1已知了扁平構(gòu)造類型的鋰離子電池，其具有按照破裂區(qū)域形式的側(cè)面減壓設(shè)備的殼體框架，以便實(shí)現(xiàn)在臨界過壓狀態(tài)下在側(cè)面向外的壓力釋放和氣體釋放。
本發(fā)明的基本目的在于，實(shí)現(xiàn)改進(jìn)的電化學(xué)單元，其實(shí)現(xiàn)在了在需要的情況下安全地釋放能量單元內(nèi)部的壓力。
根據(jù)本發(fā)明，通過獨(dú)立權(quán)利要求的指導(dǎo)來實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)。從屬權(quán)利要求的主題是本發(fā)明的優(yōu)選的改進(jìn)方案。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種電化學(xué)單元，其具有:能量單元、部分地容納了能量單元的至少一個(gè)框架元件和用來減小能量單元內(nèi)的過壓的至少一個(gè)減壓設(shè)備。能量單元具有:電極堆、與電極堆相連接的至少一個(gè)電流導(dǎo)體，和至少部分地包圍電極堆的殼體。在另一方面，能量單元的殼體在電化學(xué)能量單元的環(huán)形窄側(cè)上具有多個(gè)邊緣部分，其中至少一個(gè)電流導(dǎo)體在第一邊緣部分中至少部分地從殼體延伸出來，以及殼體的第一邊緣部分具有實(shí)質(zhì)上流體密封的密封接縫。此外,在殼體的第一邊緣部分的區(qū)域中的至少一個(gè)框架元件具有至少一個(gè)第一支撐條，其距離殼體的第一密封接縫最大約1mm。
根據(jù)本發(fā)明，還提供了具有至少一個(gè)此類電化學(xué)單元的電化學(xué)能量存儲(chǔ)設(shè)備或電池裝置。
根據(jù)本發(fā)明，至少一個(gè)電流導(dǎo)體在第一邊緣部分中至少部分地從殼體延伸出來，并且至少一個(gè)框架單元在殼體的第一邊緣部分的區(qū)域中具有至少一個(gè)第一支撐條，其距離殼體的第一邊緣部分中的殼體的第一密封接縫最大約1mm。由于殼體的第一邊緣部分的區(qū)域中的該第一支撐條，框架元件避免了在電流導(dǎo)體的區(qū)域(其在常規(guī)的單元中經(jīng)常表現(xiàn)為密封接縫的薄弱點(diǎn))中的能量單元的內(nèi)部過壓的情況下的撕裂和斷裂，并因此可最終通過為此特別設(shè)置的減壓設(shè)備來實(shí)現(xiàn)壓力釋放(該過程也稱為“泄壓”)。
通過在框架元件的支撐條和在殼體的第一邊緣部分中的密封接縫之間設(shè)有提供剩余間隙(Restspalte)可有利地實(shí)現(xiàn)的是，將不同的、特別是不同厚度的電流導(dǎo)體插入用于電化學(xué)單元的框架元件。在本發(fā)明的框架中，當(dāng)然還有可能的是，將框架元件的支撐條引入到密封接縫，即與密封接縫實(shí)質(zhì)上沒有形成距離。
特別地，在交通工具領(lǐng)域中的鋰離子電池存在問題，即在單元的電流導(dǎo)體的范圍內(nèi)的電池外殼中還容納有電池管理系統(tǒng)和/或另外的電組件。此處,根據(jù)本發(fā)明的電化學(xué)單元將實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)是，在能量單元內(nèi)部具有升高的壓力和/或升高的溫度時(shí)，通過至少一個(gè)減壓設(shè)備在電流導(dǎo)體和電池管理系統(tǒng)的區(qū)域以外實(shí)現(xiàn)壓力釋放和材料排出。以這種方式，在電化學(xué)單元的能量單元的內(nèi)部出現(xiàn)臨界壓力狀態(tài)或臨界溫度狀態(tài)時(shí)，電池的運(yùn)行安全性和乘客的安全性被提高。因此，特別是可以避免通過導(dǎo)電的排出氣體或電解質(zhì)引起的電流導(dǎo)體區(qū)域內(nèi)的短路。
關(guān)于“電化學(xué)能量存儲(chǔ)設(shè)備”應(yīng)被理解為可從其獲取電能量的現(xiàn)有的任何類型的能量存儲(chǔ)器，其中在能量存儲(chǔ)器的內(nèi)部進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)。這個(gè)術(shù)語包括所有類型的能量存儲(chǔ)器，特別是初級(jí)電池和二次電池。電化學(xué)能量存儲(chǔ)設(shè)備具有至少一個(gè)電化學(xué)單元，優(yōu)選為具有多個(gè)電化學(xué)單元。多個(gè)電化學(xué)單元可例如為了存儲(chǔ)更大的電荷量而被并聯(lián)，或?yàn)榱诉_(dá)至烯望的操作電壓而被串聯(lián)，或由形成并聯(lián)和串聯(lián)電路的組合。
對(duì)于“電化學(xué)單元”或“電化學(xué)能量存儲(chǔ)單元”應(yīng)被理解為用于輸出電能量的設(shè)備，在其中能量以化學(xué)的形式被存儲(chǔ)。在可充電的二次電池的情況下，還構(gòu)建了電化學(xué)單元以獲取電能量，將其轉(zhuǎn)換為化學(xué)能量并加以存儲(chǔ)。電化學(xué)單元的形狀(即特別是尺寸和幾何形狀)能夠依賴于可用空間而被選擇。優(yōu)選的是，電化學(xué)單元被構(gòu)建為實(shí)質(zhì)上為棱柱形和圓柱形。本發(fā)明以有利的方式可特別應(yīng)用于被稱為袋狀單元或咖啡帶單元的電化學(xué)單元，而不應(yīng)限制本發(fā)明的電化學(xué)單元的應(yīng)用。
此處，“電極堆”應(yīng)被理解為由至少兩個(gè)電極和設(shè)在其中間的電解質(zhì)所構(gòu)成的裝置。電解質(zhì)可以部分地由分隔物所容納，其中分隔物可因此將電極分隔開。優(yōu)選的是，電極堆具有多個(gè)電極層和分隔物層，其中相同極性的電極優(yōu)選為相互電連接，特別是并聯(lián)連接。這些電極例如是被構(gòu)建為板狀或箔狀，并優(yōu)選為實(shí)質(zhì)上彼此平行地排列(棱柱形能量存儲(chǔ)單元)。電極堆也可以是卷繞的，并具有實(shí)質(zhì)上圓柱形的形狀(圓柱形能量存儲(chǔ)單元)。術(shù)語的“電極堆”還應(yīng)包括該類型的電極卷。電極堆還可以具有鋰或者其他也以離子形態(tài)存在的堿金屬。
關(guān)于“電流導(dǎo)體”根據(jù)本發(fā)明應(yīng)被理解為電化學(xué)單元中的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)元件，其用于向電化學(xué)單元中傳送電能量或從電化學(xué)單元向外傳送電能量。電化學(xué)單元通常具有兩種類型的電流導(dǎo)體，其在單元內(nèi)部分別導(dǎo)電連接兩個(gè)電極或電極組(陽極或陰極)中的一個(gè)。換句話說，單元的電極堆的每個(gè)電極都具有其自身的電流導(dǎo)體，或電極堆的相同極性的電極連接到共同的電流導(dǎo)體。電流導(dǎo)體的形狀適合于電化學(xué)單元或其電極堆的形狀。
術(shù)語“殼體”包含任何形式的設(shè)備，其適合于避免化學(xué)品從電極堆逸出到環(huán)境中并保護(hù)電極堆的組成部分免受外界的影響。殼體由一個(gè)或多個(gè)的成型體所構(gòu)成和/或被構(gòu)成為箔狀。此外，殼體可以被構(gòu)建為單層或多層。此外，殼體可以由實(shí)質(zhì)上是剛性的材料或由彈性的材料所形成。殼體可優(yōu)選地由氣密并且電絕緣的材料或?qū)訝顝?fù)合物構(gòu)建。殼體優(yōu)選為盡可能沒有堆疊并且沒有氣墊地包圍電極堆，以實(shí)現(xiàn)殼體和電化學(xué)單元內(nèi)部之間的良好的熱傳導(dǎo)。
此處，關(guān)于術(shù)語“能量單元”被理解為封閉的組件，其滿足了能量儲(chǔ)存和能量輸出的特性。能量單元特別包括但不限于電極堆、電流導(dǎo)體和殼體。
關(guān)于“減壓設(shè)備”在本發(fā)明的框架內(nèi)應(yīng)被理解為，適合于在電化學(xué)單元內(nèi)部壓力升高或溫度升高的情況下(例如，由于過載或類似情況)，實(shí)現(xiàn)從單元向外釋放壓力同時(shí)伴有或不伴有材料排出的所有類型的設(shè)備。因此，要明確指出的是，本發(fā)明并不限于特定類型的減壓設(shè)備。在電化學(xué)單元處具有兩個(gè)或者更多個(gè)減壓設(shè)備的情況下，這些減壓設(shè)備可以是相同的類型，或也可以彼此不同。
關(guān)于“框架元件”在本發(fā)明的含義內(nèi)是指適合于在機(jī)械上穩(wěn)定電化學(xué)單元的能量單元的任何結(jié)構(gòu)的設(shè)備。在具有多個(gè)電化學(xué)單元的電池裝置的制造過程期間，這樣的穩(wěn)定是特別有利的，但不是排他的。術(shù)語“框架元件”特別地應(yīng)包括實(shí)質(zhì)上將能量單元完全包圍在其窄側(cè)的設(shè)備(在傳統(tǒng)意義上對(duì)應(yīng)于框架)，還包括僅在窄側(cè)、在窄側(cè)的一部分或在一個(gè)或多個(gè)窄側(cè)的一部分處(對(duì)應(yīng)于框架側(cè)邊或框架側(cè)邊排列)支撐能量單元的設(shè)備。至少一個(gè)框架元件可以優(yōu)選地被構(gòu)建為一體的或多個(gè)部分的。另外，框架元件可以想象為，其僅從主側(cè)(單面)支撐能量單元或從其兩個(gè)主側(cè)(雙面)支撐能量單元。
環(huán)形的、能量單元的四個(gè)窄側(cè)結(jié)合本發(fā)明將被分段考慮(殼體的“邊緣部分”)。殼體的第一邊緣部分被定義在至少一個(gè)電流導(dǎo)體的區(qū)域中。即殼體通常具有兩個(gè)第一邊緣部分，其用于到負(fù)極接口和正極接口的兩個(gè)電流導(dǎo)體。
關(guān)于“密封接縫”在本發(fā)明的含義內(nèi)被理解為指殼體部分與其他組件(特別是例如另外的殼體部分或電流導(dǎo)體)的流體密封的(即液體和氣體密封的)連接。優(yōu)選的是，殼體在其連接側(cè)具有可以至少部分地熔化并在壓力下被接合(所謂的熱密封)的材料或材料層。
術(shù)語“支撐條”結(jié)合本發(fā)明應(yīng)被理解為安裝和/或設(shè)置在框架元件處，并在朝向殼體的邊緣部分的方向上的任何的結(jié)構(gòu)元件。支撐條優(yōu)選為適合于接觸殼體的邊緣部分或存在于該處的密封接縫，而對(duì)其沒有損害或影響。有利的是，支撐條為了該目的在其朝向殼體的每個(gè)邊緣部分的側(cè)面可以被涂覆、處理或設(shè)有額外的元件。支持條優(yōu)選地被構(gòu)建和布置為，使得其將殼體的位置固定在或至少限制在相應(yīng)的邊緣部分中或支持殼體的密封接縫。優(yōu)選的是，至少一個(gè)框架元件的支撐條的支持作用阻止了由能量單元內(nèi)的過壓造成的剝離應(yīng)力導(dǎo)致的密封接縫的破裂。
下面將描述本發(fā)明的優(yōu)選的改進(jìn)方案。
優(yōu)選的是，至少一個(gè)框架元件的至少一個(gè)第一支撐條距離殼體的第一密封接縫最大為約0.75mm,優(yōu)選為最大約0.5mm,更優(yōu)選為最大約0.3mm。
優(yōu)選的是，至少一個(gè)框架元件的至少一個(gè)第一支撐條具有在與第一邊緣部分成橫向的方向上的寬度，該寬度為至少約1.5mm,優(yōu)選為至少約2.5mm,更優(yōu)選為至少約3_。以這種方式，為在殼體的第一邊緣區(qū)域處的第一密封接縫提供了足夠大的支撐表面或邊界表面。
在優(yōu)選的實(shí)施方案中，至少一個(gè)減壓設(shè)備具有殼體的實(shí)質(zhì)上流體密封的另外的密封接縫或至少一個(gè)另外的殼體部分的薄弱部分，其中該另外的密封接縫或該另外的殼體部分被設(shè)在與所述至少一個(gè)第一邊緣部分不同的、殼體的另外的邊緣部分處。所述另外的密封接縫或另外的殼體部分的薄弱部分的作用是，在能量單元內(nèi)部出現(xiàn)過壓時(shí)，殼體優(yōu)選為在該位置裂開/破裂/破開。
殼體的密封接縫或殼體部分的“薄弱區(qū)”可有利地通過材料或材料結(jié)構(gòu)的局部薄弱部分，通過殼體在該位置的特定的整形，通過將具有特定的物理和/或化學(xué)特性(例如低熔點(diǎn)等等)的額外元件引入該材料或材料結(jié)構(gòu)，或通過在該位置處的密封接縫的被減小的強(qiáng)度來實(shí)現(xiàn)。
在本發(fā)明另外優(yōu)選的實(shí)施方案中，至少一個(gè)減壓設(shè)備額外地或可替換地具有至少一個(gè)框架元件中的凹部，其中該凹部被設(shè)在與所述至少一個(gè)第一邊緣部分不同的、殼體的另外的邊緣部分的區(qū)域中，以及在該凹部的區(qū)域中的框架元件與殼體的另外的密封接縫或與另外的殼體部分具有距離。在框架元件中的該類型的凹部允許在能量單元內(nèi)部出現(xiàn)過壓時(shí)所述殼體或殼體材料移位(Ausweichen),以使殼體或密封接縫在該位置容易裂開/破裂/破開。
優(yōu)選的是，至少一個(gè)減壓設(shè)備具有另外的密封接縫或殼體部分的薄弱部分以及在框架元件中的凹部。優(yōu)選的是，在至少一個(gè)框架元件中的凹部，然后實(shí)質(zhì)上被設(shè)在殼體的另外的密封接縫或另外的殼體部分的薄弱部分的區(qū)域中。
在本實(shí)施方案中，殼體的另外的密封接縫或另外的殼體部分的薄弱部分在殼體的另外的邊緣部分的長度方向上的尺寸至少要和在至少一個(gè)框架元件中的凹部的尺寸一樣大。
在本發(fā)明的另外的優(yōu)選的設(shè)計(jì)方案中，在框架元件的凹部中還設(shè)有至少一個(gè)開口設(shè)備以便為了釋放壓力而打開殼體的另外的密封接縫或打開另外的殼體部分。因此，術(shù)語“開口設(shè)備”包括支持了在框架元件的凹部的區(qū)域中的另外的密封接縫或另外的殼體部分的開口 /裂開/破裂/破開的所有結(jié)構(gòu)元件。開口設(shè)備優(yōu)選地具有一個(gè)或多個(gè)齒、銷釘、葉片、切削元件或類似物。
在以上所述的至少一個(gè)減壓設(shè)備的實(shí)施方案中，允許在電流導(dǎo)體的區(qū)域外的殼體的預(yù)定位置處受控地泄壓。
在本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施方案中，殼體的第一邊緣部分以外的區(qū)域中的至少一個(gè)框架元件具有至少一個(gè)其它的支撐條，其至少部分地設(shè)置在殼體的另外的密封接縫上或在另外的殼體部分上。在電化學(xué)單元的該實(shí)施方案中，殼體或其密封接縫并不僅被維持在電流導(dǎo)體的第一邊緣的區(qū)域內(nèi)，而是也被維持在另外的位置，以便在能量單元的內(nèi)部發(fā)生過壓時(shí)在該處防止不期望出現(xiàn)的裂開/破裂/破開，并最終實(shí)現(xiàn)在至少一個(gè)減壓設(shè)備處受控地泄壓。
在本發(fā)明的其它優(yōu)選的實(shí)施方案中，至少一個(gè)減壓設(shè)備被設(shè)在電化學(xué)單元的窄偵牝其與殼體的第一邊緣部分相對(duì)放置。以這種方式，實(shí)現(xiàn)了在能量單元的內(nèi)部出現(xiàn)過壓時(shí)，在(盡可能遠(yuǎn)地)遠(yuǎn)離電流導(dǎo)體處釋放壓力。
在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，整個(gè)密封接縫被設(shè)在位于第一邊緣部分或與電流導(dǎo)體相對(duì)的窄側(cè)的殼體的另外的邊緣部分，如上述設(shè)有薄弱部分。在另外一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，位于與第一邊緣部分成橫向的、能量單元的窄側(cè)處的殼體的另外的邊緣部分處的密封接縫全部地或部分地設(shè)有這樣的薄弱部分。
在本發(fā)明另外一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，至少一個(gè)減壓設(shè)備被實(shí)質(zhì)上被設(shè)在電化學(xué)單元的窄側(cè)，其在電化學(xué)單元的已安裝的狀態(tài)下被實(shí)質(zhì)上設(shè)在下部。以這樣方式，實(shí)現(xiàn)了在能量單元內(nèi)部發(fā)生過壓時(shí)，朝下方而不是在例如朝交通工具的乘客艙(其下面設(shè)有具有電化學(xué)單元的電池排列)的方向上釋放壓力。
如果在電化學(xué)能量存儲(chǔ)設(shè)備中存在有多個(gè)這樣的電化學(xué)單元，優(yōu)選地以如下方式設(shè)有交替排列的能量單元和框架元件的堆，使得每個(gè)能量單元被維持在兩個(gè)框架元件之間，以及每個(gè)框架元件被分配到兩個(gè)相鄰的能量單元。以這種方式，用于多個(gè)電化學(xué)單元的總共需要的框架元件的數(shù)量被減少。使用框架元件的兩側(cè)自然只適用于在堆的內(nèi)部，而在堆的邊緣不再適用，至少不再適用于最外部的框架元件。對(duì)于框架元件的兩側(cè)使用，其優(yōu)選為被構(gòu)建為在堆的方向上實(shí)質(zhì)上是對(duì)稱的。此處，框架元件的兩側(cè)使用適用于堆內(nèi)的所有的電化學(xué)單元或僅適用于一部分電化學(xué)單元。
本發(fā)明其它的優(yōu)點(diǎn)、特征和應(yīng)用可能性由下面所述的優(yōu)選的實(shí)施例參考附圖給出。其中，附圖示出了:


圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的電化學(xué)單元的示意性的分解透視圖2是用于根據(jù)本發(fā)明的電化學(xué)單元的能量單元的第一優(yōu)選實(shí)施方案的示意性透視圖3是用于根據(jù)本發(fā)明的電化學(xué)單元的能量單元的第二優(yōu)選實(shí)施方案的示意性透視圖4是用于根據(jù)本發(fā)明的電化學(xué)單元的框架元件的優(yōu)選實(shí)施方案的示意性透視圖5是根據(jù)本發(fā)明的電化學(xué)單元的示意性的局部剖視圖，其用于解釋根據(jù)本發(fā)明的工作原理；以及
圖6是根據(jù)本發(fā)明的電化學(xué)單元的示意性的局部剖視圖，其用于解釋根據(jù)本發(fā)明的工作原理。
圖1示出了具有能量單元10和兩個(gè)框架元件16的電化學(xué)單元的分解圖，其中在電池裝置中的由多個(gè)電化學(xué)單元的堆中，兩個(gè)框架元件16能分配到每兩個(gè)相鄰的能量單元10。
能量單元10示出了同樣的結(jié)構(gòu)單元并包含電極堆(未示出)、與電極堆的陽極相連接的第一電流導(dǎo)體12、與電極堆的陰極相連接的第二電流導(dǎo)體14，以及例如多層箔的形式的包圍電極堆的殼體18。兩個(gè)電流導(dǎo)體12、14從能量單元10的殼體18部分地伸出，以便能夠從外部接觸。
在本實(shí)施方案中，該能量單元10在其四個(gè)窄側(cè)處被完全包含在兩個(gè)框架元件16之間?？蛇x的是，可以設(shè)想多部分的框架元件或者僅通過其周長的一部分保持所述能量單元的框架元件。
圖2和圖3示出了用于該類型的電化學(xué)單元的能量單元的兩個(gè)可能的實(shí)施例。
在本實(shí)施例中，殼體18每個(gè)都由兩個(gè)大致一致的殼體部分所構(gòu)建，所述殼體部分將在其之間所容納的電極堆流體密封地(即液體和氣體密封地)相互連接，特別被密閉，使得形成環(huán)形的密封接縫。在可選的實(shí)施例中，殼體18也可以由被折疊和密閉的殼體部分所構(gòu)建，使得在能量單元10的至少一個(gè)窄側(cè)處省去一個(gè)密封接縫。
沿著能量單元10的四個(gè)窄側(cè)，殼體18具有多個(gè)整體完全圍繞能量單元10延伸的邊緣部分。環(huán)形的密封接縫(理論上的)能夠被相應(yīng)地分割為多個(gè)密封接縫。在其中兩個(gè)電流導(dǎo)體12、14由殼體向外伸出的、殼體18的兩個(gè)第一邊緣部分中，分別存在有第一密封接縫20或22。多個(gè)第二密封接縫24被定義在殼體18的邊緣部分，其位于能量單元10的相同的窄側(cè)上的第一邊緣部分以外。
第三密封接縫26被構(gòu)建在與第一邊緣部分相對(duì)的能量單元10的窄側(cè)上的殼體18的邊緣部分處(圖2和圖3中的右側(cè))。第四和第五的密封接縫28和30位于殼體18的在與能量單元10的、具有電流導(dǎo)體12、14的窄側(cè)成橫向的殼體18的邊緣部分(圖2和3中的上部或下部)。
在圖2所述的實(shí)施例中，殼體18的第三密封接縫26具有薄弱部分32，其在能量單元10的相應(yīng)的窄側(cè)的一部分上延伸。
與之相對(duì)地，在圖3所示的實(shí)施例中，殼體18的第三密封接縫26的殼體18具有薄弱部分32，其實(shí)質(zhì)上在能量單元10的整個(gè)窄側(cè)上延伸。
在電化學(xué)單元的另外一個(gè)實(shí)施方案中，多個(gè)薄弱部分32可以被設(shè)在第三密封接縫26上，和/或第四和/或第五密封接縫28、30還能夠具有一個(gè)或多個(gè)薄弱區(qū)。如果在與殼體18的第一邊緣部分相對(duì)的、能量單元10的窄側(cè)上不存在密封接縫26，而是例如存在卷曲的殼體部分，所謂的薄弱部分32被相應(yīng)地設(shè)在該殼體部分中。
圖3更詳細(xì)地示出了圖1的電化學(xué)單元的框架元件16。
本實(shí)施例的框架元件16由四個(gè)一體的或多個(gè)部分的框架側(cè)邊所組成，使得其完全包圍能量單元10的四個(gè)窄側(cè)，并且能夠在該位置處支撐殼體18的各個(gè)邊緣部分。
如圖3中所示，框架元件16被設(shè)計(jì)為具有多個(gè)支撐條34到44，這些支撐條從框架元件16的側(cè)面開始在向著相鄰的能量單元10的殼體18的邊緣部分延伸。在圖3中不可見的朝向的側(cè)面上，框架元件16同樣具有這些支撐條34到44?？蚣茉?6因此在電池裝置中的多個(gè)電化學(xué)電池的堆方向上被構(gòu)建為實(shí)質(zhì)上對(duì)稱的。支撐條34至44例如到被形成在框架元件16上，或被構(gòu)建為分離的組件，并與框架元件16穩(wěn)固相連。
框架元件16的支撐條34至44被相應(yīng)地固定到框架元件16上的殼體18的邊緣部分。特別地，第一支撐條34被設(shè)在第一邊緣部分中的第一密封接縫20的區(qū)域內(nèi)，其中第一電流導(dǎo)體12從殼體18中延伸出來，以及第一支撐條36被設(shè)在第一邊緣部分中的第一密封接縫22的區(qū)域中，其中第二電流導(dǎo)體14從殼體18延伸出來。另外，第二支撐條38被設(shè)在第二密封接縫24的區(qū)域中，第三支撐條40被設(shè)在第三密封接縫26的區(qū)域中，第四支撐條42被設(shè)在第四密封接縫28的區(qū)域中，以及第五支撐條44被設(shè)在殼體18的第五密封接縫30的區(qū)域中。
第一至第五支撐條34至44幾乎完全沿著能量單元10的四個(gè)窄側(cè)被設(shè)在框架元件16上。在本實(shí)施例中，支撐條34至44具有不同的寬度(橫向于各自的長度方向)，也可以被定為具有實(shí)質(zhì)上彼此相同的尺寸。支撐條34至44在到各自的邊緣部分的橫向方向上的寬度至少約1.5mm,優(yōu)選為至少約2.5mm,更優(yōu)選為至少約3mm,以實(shí)現(xiàn)對(duì)于密封接縫20到30的足夠的支撐。
在第二至第五支撐條38至44分別到達(dá)第二至第五密封接縫24到30時(shí)，當(dāng)電化學(xué)單元被組裝，即當(dāng)框架元件16保持或支持能量單元10時(shí)，第一支撐條34和36被構(gòu)建為較薄弱，以使其遠(yuǎn)離在電流導(dǎo)體12或14處的第一密封接縫20或22。
在圖5中，示出了在第一密封接縫20、22處的第一支撐條34、36。在圖4中可以特別地看出，與電極堆相連接的電流導(dǎo)體12、14從殼體18引出。殼體18的第一邊緣部分，分別借助密封接縫20、22與電流導(dǎo)體12、14流體密封地相連。
在單元或能量單元10內(nèi)出現(xiàn)過壓，因此該過壓在圖5中所示的殼體18的薄弱位置的區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生剝離力或剝離壓力(見箭頭48)，其嘗試將殼體18的邊緣部分相互拉開，并遠(yuǎn)離電流導(dǎo)體12、14。在傳統(tǒng)的電化學(xué)單元16的可比較的框架元件中所欠缺的、在框架元件16處的上述第一支撐條34、36抵消了第一密封接縫20、22的裂開/破裂。正如圖5中由箭頭50所示出的，框架元件16的第一支撐條34、36限制了殼體18的第一邊緣部分向旁側(cè)移動(dòng)的可能性，并因此支持第一密封接縫20、22。從而可以有效地防止殼體18或密封接縫20、22在能量單元10的內(nèi)部過壓時(shí)，在電流導(dǎo)體12、14的區(qū)域內(nèi)打開，并在此處泄漏氣體。
再次參照?qǐng)D4，可以看出，框架元件16在其配置有第三支撐條40的框架側(cè)邊上還包括凹部46。該凹部46實(shí)質(zhì)上對(duì)應(yīng)于在一個(gè)部分中缺少第三支撐條40。該凹部46還對(duì)應(yīng)于圖2中的殼體18的第三密封接縫26的薄弱部分32，或被定位在對(duì)應(yīng)于圖3中的殼體18的第三密封接縫26的薄弱部分32的任意位置處，優(yōu)選為中心位置處。
框架元件16的凹部46和第三密封接縫26的薄弱區(qū)32 —起形成了電化學(xué)單元的減壓設(shè)備。
正如圖6A示出的，在單元的正常(即特別是在單元內(nèi)沒有過壓的)狀態(tài)下，框架元件16在其凹部46的區(qū)域中與具有其薄弱部分32的第三密封接縫26保持距離。除了凹部46之外，在兩個(gè)相鄰的框架元件16之間所容納的能量單元10的殼體18的密封接縫26處，相對(duì)地放置有兩個(gè)相鄰的框架元件16的第三支撐條40，并使這兩個(gè)支撐條40保持在一起。
如果在能量單元10的內(nèi)部出現(xiàn)過壓，在根據(jù)本發(fā)明的電化學(xué)單元中的這種過壓將最終借助減壓設(shè)備32、46從能量單元10的電流導(dǎo)體12、14移除，并盡可能引導(dǎo)到電化學(xué)單元的下部區(qū)域。如圖6B中所示出的，能量單元10的內(nèi)部的過壓在殼體18的密封接縫20到30處產(chǎn)生剝離壓力，該剝離壓力在框架元件16的凹部46的區(qū)域中將第三密封接縫26撕裂。
通過第三密封接縫26的薄弱部分32至少確保了，在能量單元10的內(nèi)部過壓時(shí)，在遠(yuǎn)離第一密封接縫20、22以及電流導(dǎo)體12、14的第一支撐條34、36之處，在該區(qū)域中的殼體的密封接縫，被最先由減壓設(shè)備撕裂。
為了增加電化學(xué)單元的機(jī)械穩(wěn)定性，特別是用于電池裝置的多個(gè)電化學(xué)單元的堆的穩(wěn)定性，框架元件16優(yōu)選為被配置有固定設(shè)備52 (參照?qǐng)D4)，其中電池堆的兩個(gè)相鄰的框架元件16或所有的框架元件16可以被相互對(duì)齊和/或固定地連接(例如，通過螺釘，鉚釘，夾緊銷或類似物)。此外，該連接對(duì)于支撐條34-44相對(duì)殼體18的密封接縫20-30的支持作用也是有利的。
權(quán)利要求
1.一種電化學(xué)單元，其具有 能量單元(10)，其具有電極堆、與所述電極堆相連的至少一個(gè)電流導(dǎo)體(12、14)和至少部分地圍繞所述電極堆的殼體(18)； 至少一個(gè)框架元件(16)，其至少部分地容納所述能量單元(10);以及 至少一個(gè)減壓設(shè)備(32、46 )，其用于釋放所述能量單元(10 )中的過壓， 其中所述能量單元(10)的殼體(18)在所述電化學(xué)單元的環(huán)形窄側(cè)處具有多個(gè)邊緣部分，其中所述至少一個(gè)電流導(dǎo)體(12，14)在第一邊緣部分中至少部分地從所述殼體(18)中延伸出來，并且所述殼體(18)的第一邊緣部分具有實(shí)質(zhì)上流體密封的第一密封接縫(20、22)， 其特征在于， 在所述殼體(18)的第一邊緣部分的區(qū)域中的所述至少一個(gè)框架元件(16)至少具有一個(gè)第一支撐條(34、36)，所述第一支撐條(34、36)距離所述殼體(18)的第一密封接縫(20、22)最大約1mm。
2.如權(quán)利要求1所述的電化學(xué)單元， 其特征在于， 所述至少一個(gè)框架元件(16)的至少一個(gè)第一支撐條(34、36)距離所述殼體的第一密封接縫(20、22)最大約0.75mm,優(yōu)選為最大約0.5mm,更優(yōu)選為最大約0.3mm。
3.如前述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)所述的電化學(xué)單元， 其特征在于， 所述至少一個(gè)框架元件(16)的至少一個(gè)第一支撐條(34，36)具有在與所述第一邊緣部分成橫向的方向上的寬度，所述寬度為至少約1.5mm,優(yōu)選為至少約2.5mm,更優(yōu)選為至少約3mm。
4.如前述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)所述的電化學(xué)單元， 其特征在于， 所述至少一個(gè)減壓設(shè)備(32、46)具有所述殼體(18)的實(shí)質(zhì)上流體密封的另外的密封接縫(26)或至少一個(gè)另外的殼體部分的薄弱部分(32)，其中所述另外的密封接縫(26)或所述另外的殼體部分被設(shè)在與所述至少一個(gè)第一邊緣部分不同的、所述殼體(18)的另外的邊緣部分處。
5.如前述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)所述的電化學(xué)單元， 其特征在于， 所述至少一個(gè)減壓設(shè)備(32、46)具有在所述至少一個(gè)框架元件(16)中的凹部(46)，其中所述凹部(46)被設(shè)在與所述至少一個(gè)第一邊緣部分不同的、所述殼體(18)的另外的邊緣部分處，以及所述框架元件(16)在所述凹部(46)的區(qū)域中與所述殼體(18)的另外的密封接縫(26)或者與所述另外的殼體部分具有距離。
6.如權(quán)利要求4和5所述的電化學(xué)單元， 其特征在于， 在所述至少一個(gè)框架元件(16)中的凹部(46)實(shí)質(zhì)上被設(shè)在所述殼體(18)的另外的密封接縫(26)或者所述另外的殼體部分的所述薄弱部分(32)的區(qū)域中。
7.如權(quán)利要求6所述的電化學(xué)單元，其特征在于， 所述殼體(18)的密封接縫(26)或所述另外的殼體部分的所述薄弱區(qū)(32)在所述殼體(18)的所述另外的邊緣部分的長度方向上的尺寸至少要和在所述至少一個(gè)框架元件(16)中的凹部(46)的尺寸一樣大。
8.如權(quán)利要求5至7中至少一項(xiàng)所述的電化學(xué)單元， 其特征在于 在所述框架元件(16)的凹部(46)中設(shè)有至少一個(gè)開口設(shè)備，所述開口設(shè)備用于打開所述殼體(18)的另外的密封接縫(26)或所述另外的殼體部分。
9.如前述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)所述的電化學(xué)單元， 其特征在于， 在所述殼體(18)的第一邊緣部分以外的區(qū)域中的所述至少一個(gè)框架元件(16 )具有至少一個(gè)另外的支撐條(38、40、42、44)，所述至少一個(gè)另外的支撐條(38、40、42、44)至少部分地位于所述殼體(18)的另外的密封接縫(24、26、28、30)處或另外的殼體部分處。
10.如前述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)所述的電化學(xué)單元， 其特征在于， 所述至少一個(gè)減壓設(shè)備(32、46)被設(shè)在相對(duì)于所述殼體(18)的第一邊緣部分的所述電化學(xué)單元的窄側(cè)處。
11.如前述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)所述的電化學(xué)單元， 其特征在于， 所述至少一個(gè)減壓設(shè)備(32、46)被設(shè)在所述電化學(xué)單元的窄側(cè)處，所述至少一個(gè)減壓設(shè)備(32、46)在所述電化學(xué)單元的已安裝的狀態(tài)下被實(shí)質(zhì)上設(shè)在下部。
12.一種電化學(xué)能量存儲(chǔ)設(shè)備，其具有至少一個(gè)根據(jù)前述權(quán)利要求中的至少一項(xiàng)所述的電化學(xué)單元。
13.如權(quán)利要求12所述的電化學(xué)能量存儲(chǔ)設(shè)備， 其特征在于， 所述電化學(xué)能量存儲(chǔ)設(shè)備具有多個(gè)電化學(xué)單元，其中被交替排列的能量單元(10)和框架元件(16)的堆以如下方式被設(shè)置，即每個(gè)能量單元(10)被保持在兩個(gè)框架元件(16)之間，并且每個(gè)框架元 件(16 )被分配到兩個(gè)相鄰的能量單元(10 )。
全文摘要
一種電化學(xué)單元，其具有能量單元(10)，其具有電極堆、至少一個(gè)與電極堆相連的電流導(dǎo)體(12、14)，和至少部分地圍繞電極堆的殼體(18)；至少一個(gè)框架元件(16)，其至少部分地容納能量單元(10)；以及，至少一個(gè)減壓設(shè)備(32、46)。殼體(18)在電化學(xué)單元的環(huán)形窄側(cè)處具有多個(gè)邊緣部分，其中至少一個(gè)電流導(dǎo)體(12，14)在第一邊緣部分中至少部分地從殼體(18)中延伸出來，并且殼體(18)的第一邊緣部分具有實(shí)質(zhì)上流體密封的第一密封接縫(20、22)。此外，在殼體(18)的第一邊緣部分中的至少一個(gè)框架元件(16)至少具有一個(gè)第一支撐條(34、36)，其距離殼體(18)的第一密封接縫(20、22)最大約1mm，從而在單元的內(nèi)部的壓力和/或溫度升高時(shí)防止至少一個(gè)電流導(dǎo)體(12、14)的區(qū)域內(nèi)的第一密封接縫(20、22)的撕裂，或至少增加撕裂的難度。
文檔編號(hào)H01M2/12GK103140956SQ201180047666
公開日2013年6月5日 申請(qǐng)日期2011年8月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月17日
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