專(zhuān)利名稱(chēng)：電池疊層裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電池疊層裝置，特別用于混合式車(chē)輛的雙極電池。
背景技術(shù)：
國(guó)際專(zhuān)利申請(qǐng)WO 2005/048390公開(kāi)而得到的類(lèi)型的雙極電池的 好的性能的一個(gè)實(shí)質(zhì)的特點(diǎn)是端子之間的低的內(nèi)電阻。這通過(guò)使用繞 著每個(gè)蓄電池單元的整個(gè)周邊的憎水密封件以防止在相鄰的蓄電池單 元之間形成電解質(zhì)橋，而在多個(gè)蓄電池單元上施加壓力來(lái)達(dá)到。現(xiàn)有 技術(shù)的電池的一個(gè)缺點(diǎn)是加到密封墊上的壓力量會(huì)或多或少加在蓄電 池單元的被電池疊層元件上。另外，內(nèi)電阻取決于電池元件之間存在 的接觸水平，因此取決于在電池疊層上的機(jī)械負(fù)載的大小。增加的壓 力將導(dǎo)致低的內(nèi)電阻，但是在不加入其它不需要的效果的情況下(如 在殼體上的高的機(jī)械應(yīng)力)可以增加的壓力程度存在限制。
雙極電池是現(xiàn)有技術(shù)上已知的，特別疊層的雙極電池，如公開(kāi)在 US 5， 374,490及EP 1 424 744中。但是，所有公開(kāi)的現(xiàn)有技術(shù)電池的 一個(gè)問(wèn)題是操作中每個(gè)蓄電池單元內(nèi)的電極的厚度會(huì)改變，并反過(guò)來(lái) 會(huì)在殼體上產(chǎn)生壓力。由于加在殼體上的應(yīng)力和增加的內(nèi)電阻，殼體 隨后會(huì)開(kāi)裂，以及電池工作不正常。
在轉(zhuǎn)讓給本申請(qǐng)人的、公開(kāi)的國(guó)際專(zhuān)利申請(qǐng)WO 2006/104442中
已解決這個(gè)問(wèn)題，并建議了一種殼體，在這種電池殼體中有力順從裝
置以減小操作中電池厚度變化引起的加在電池疊層上的力。但是加到 繞著各蓄電池單元周邊的密封墊的壓力仍取決于加到疊層的內(nèi)元件以
保持良好的接觸以得到低的內(nèi)電阻的壓力。
因此需要一種電池疊層裝置，這種電池疊層裝置允許與制造密封 的雙極電池需要的壓力無(wú)關(guān)地而在正常操作下可把內(nèi)電阻保持在可接 收的水平。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供用于雙極電池的疊層裝置，其中可與產(chǎn)生密 封的雙極電池需要的壓力無(wú)關(guān)地形成電池中的內(nèi)電阻。
本發(fā)明的一個(gè)技術(shù)方案是提供一種疊層裝置，其中通過(guò)使用靠著 雙極電池的疊層元件的間隔元件，疊層的雙極電池的密封壓力與疊層 壓力凈皮分離。
本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可以很好地控制密封壓力以便產(chǎn)生雙極電池 中蓄電池單元的密封結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是甚至在雙極電池已經(jīng)裝配后，雙極內(nèi)池的 內(nèi)電池可設(shè)在一個(gè)可接收的值，因?yàn)榀B層壓力由外面設(shè)置的安裝框施 加到蓄電池單元的疊層元件上。
在優(yōu)選實(shí)施例中的另 一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是冷卻介質(zhì)可安排流過(guò)電池疊層之 間，因?yàn)樵谙噜彽碾姵刂g產(chǎn)生一個(gè)距離。
通過(guò)下面的詳細(xì)說(shuō)明，本專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員會(huì)明白其它的優(yōu)點(diǎn)。


圖1示現(xiàn)有技術(shù)的雙電極電池的剖面圖2a和2b示出適用于本發(fā)明的電池疊層裝置中的雙極電池的第
二實(shí)施例；
圖3a和3b示出適用于本發(fā)明的電池疊層裝置中的雙極電池的第 一實(shí)施例；
圖4示出本發(fā)明電池疊層裝置的第一實(shí)施例； 圖5示出本發(fā)明電池疊層裝置的第二實(shí)施例； 圖6示出本發(fā)明電池疊層裝置的第三實(shí)施例； 圖7示出本發(fā)明電池疊層裝置的第四實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式
在雙極電池中的每個(gè)蓄電池單元包括中間有隔開(kāi)裝置的負(fù)極和正 極。每個(gè)電極包括一個(gè)非金屬基片，這使得電極不昂貴。每個(gè)蓄電池 單元被導(dǎo)電的雙板互相隔開(kāi)，并且正端板和負(fù)端板分別安排在電池疊
層的每側(cè)。在轉(zhuǎn)讓給本申請(qǐng)人的公開(kāi)的國(guó)際專(zhuān)利申請(qǐng)WO 03/026042
中公開(kāi)，電池優(yōu)選地設(shè)有公共氣體空間，以在出氣時(shí)分布電池中的壓 力，但本發(fā)明可以在有至少一個(gè)分開(kāi)布置的蓄電池單元的雙極電池中 來(lái)實(shí)施。
在開(kāi)始雙電極的電周期時(shí)，電池不可逆地膨脹。當(dāng)裝在一個(gè)硬的 殼體中時(shí)，電極的膨脹會(huì)產(chǎn)生巨大的力，因?yàn)殡姌O本身的彈性模量很 高。這導(dǎo)致隔開(kāi)裝置破裂和低成本的殼體材料(如熱塑性塑料)產(chǎn)生 斷裂。
公開(kāi)在結(jié)合作為本發(fā)明參考的、公開(kāi)的國(guó)際專(zhuān)利申請(qǐng)wo
2006/104442中的現(xiàn)有技術(shù)的殼體試圖結(jié)合在雙極電池中的電池疊層 元件上的兩個(gè)壓力而沒(méi)有在密封的雙極電池的正常操作中發(fā)生的內(nèi)部 氣體造成殼體開(kāi)裂的危險(xiǎn)。這里稱(chēng)作"密封壓力"的第一壓力(圖中 標(biāo)為是保持電池的整體性和因而防止電極產(chǎn)生在相鄰的電池之 間的電解質(zhì)橋所需要的。這里稱(chēng)為"疊層壓力"的第二壓力(圖中標(biāo) 為F^)是產(chǎn)生在疊層的電池元件也就是在電池中的端板、雙板、電 極和隔開(kāi)裝置之間的接觸以得到低的內(nèi)部電阻所需要的。
圖1示出加到現(xiàn)有技術(shù)的裝配的密封的雙極電池10的殼體的力， 雙極電池10有殼體1，殼體l包括兩部件，即盒2和蓋3。電池疊層 包括四個(gè)蓄電池單元4，每個(gè)蓄電池單元4被雙板5相互隔開(kāi)，電池 疊層與正端板6及負(fù)端板7—起設(shè)在殼體1中。 一個(gè)公共的氣體空間 優(yōu)選地按現(xiàn)有技術(shù)已知的那樣設(shè)置。電極設(shè)有非金屬基體，如公開(kāi)的 國(guó)際專(zhuān)利申請(qǐng)WO 2004/042846所公開(kāi)。蓋3插進(jìn)盒2中，并用箭頭 F密封表示的力固定就位，力F密封大于上面限定的要求的密封壓力，因 為在電池疊層4的上方需要類(lèi)似的力F疊層以抵抗操作中電池內(nèi)產(chǎn)生的 力。
在現(xiàn)有技術(shù)設(shè)計(jì)中，蓋3偏移一些，如為箭頭8所示，當(dāng)電池疊 層的高度改變時(shí)，在殼體材料中所得到的應(yīng)力小于殼體是更硬的情形。 但是，蓋3具有它可以如何剛性的上限，以便確保疊層力低于最大允 許的力，還有蓋的剛性的下限，最可能是由在由蓄電池單元的出氣產(chǎn) 生的附加的氣體壓力負(fù)載下蓋的允許的偏移來(lái)設(shè)定。
本發(fā)明的目的是提供一種電池，其中密封壓力，也就是加在繞著 電池的整個(gè)周邊的密封墊上的壓力和疊層壓力，也就是加在電池疊層 上的力可以獨(dú)立地控制。
圖2a格2b示出適宜用于本發(fā)明的電池疊層裝置的一電池20的第 一實(shí)施例的透視圖及剖面圖。殼體包括兩個(gè)部件， 一盒27和一蓋26， 其中盒27及蓋26的底部設(shè)有開(kāi)口 21。開(kāi)口 21沿電流方向設(shè)在殼體 中在電池20的每一側(cè)，因此，蓋26成框的形狀，而邊緣28設(shè)在繞著 盒27底部的周邊。通過(guò)設(shè)在每一側(cè)的開(kāi)口 21可觸到正端板22和負(fù)端 板23，因此不需要連接到每一端板的普通的端子，但是普通的端子可 自然地按如下所示設(shè)置。 一個(gè)密封元件，如密封墊24設(shè)在繞著每個(gè)電 池25的整個(gè)周邊。密封墊24裝在蓋26 (也就是框)和盒27的邊緣 28之間，并且通過(guò)壓縮密封墊及把蓋26固定到盒27，建立和保持了 保證電池密封結(jié)構(gòu)需要的必要的密封壓力F密封。疊層壓力F 疊層通過(guò)開(kāi) 口 21加到電池的中央。當(dāng)外力加到間隔元件的第一實(shí)施例(下面示出 為折疊的金屬板形狀)上，疊層壓力可以被調(diào)節(jié)。
圖3a和3b示出適宜用于本發(fā)明的電池疊層裝置的一電池30的第 二實(shí)施例的透視圖和剖面圖。殼體包括兩個(gè)部件， 一盒37和一蓋36， 其中盒37和蓋36設(shè)有成孔31的形狀的多個(gè)開(kāi)口。孔31沿電流方向 設(shè)在殼體中在電池30的每側(cè)，并且設(shè)成離蓋36的周邊和盒37的底部 的周邊至少一預(yù)定的距離"d"。正端板32和負(fù)端板"可通過(guò)設(shè)在每 側(cè)的孔31接近，因此不需要連接到各端板的普通端子，但普通的端子 自然地可按如下所示設(shè)置。密封元件，如密封墊34設(shè)成繞著各電池 35的整個(gè)周邊。密封墊34裝在蓋36和盒37的底部之間，并且通過(guò) 壓縮密封墊34及把蓋36固定到盒37，建立和保持了保證電池的密封 結(jié)構(gòu)需要的密封壓力F轉(zhuǎn)。疊層壓力Fw通過(guò)孔31提供到電池的一 些中心部分。當(dāng)外力加到間隔元件的第二實(shí)施例(以虛線38示出的優(yōu)
選地為導(dǎo)電材料制成的銷(xiāo)的形狀)上，疊層壓力可以被調(diào)節(jié)。
圖4示出電池疊層裝置40的笫一實(shí)施例，電池疊層裝置40包括 雙極電池41、和安排成繞著雙極電池的安裝框42。雙極電池類(lèi)似于結(jié)
合圖2a和2b說(shuō)明的電池，除了只一個(gè)開(kāi)口 21設(shè)在蓋26中。因此沒(méi) 有開(kāi)口設(shè)在盒43中。通過(guò)壓縮密封墊24和把蓋26固定到盒43上， 建立和保持了在密封墊24上的密封壓力，使用間隔元件提供了疊層壓 力，間隔元件成折疊板44的形狀，優(yōu)選地由金屬制造。折疊板設(shè)成通 過(guò)開(kāi)口 21靠著正端板21。安裝框包括第一安裝單元45及第二安裝單 元46，使用成連接桿47和螺帽47'形式的一些連接元件把第一安裝單 元45和第二安裝單元46連接在一起。電池盒43的底部放在第二安裝 單元46的頂部，而折疊板44設(shè)置在正端板22和第一安裝單元45之 間。通過(guò)把螺帽47'擰在拉桿47上，可獨(dú)立于密封壓力F密封控制疊層 壓力F^。安裝單元45和46在這個(gè)實(shí)例中是絕緣的，并且優(yōu)選地是 彈性的以適應(yīng)在電池的正常操作中會(huì)發(fā)生的電池厚度的任何變化。在 本實(shí)施例中設(shè)置一個(gè)正端子48和一個(gè)負(fù)端子49，分別連接到正端板 22和負(fù)端板23上。
另外，作為附加的特點(diǎn)，由于折疊板44的尺寸，得到了雙極電池 41和第一安裝單元45之間的距離"D"，通過(guò)該距離，如空氣、水等 的冷卻介質(zhì)可以流動(dòng)以提高操作時(shí)電池44的冷卻。
圖5示出具有兩個(gè)各包括四個(gè)蓄電池單元的雙極電池51a、 51b 的電池疊層裝置的第二實(shí)施例的剖面圖。每個(gè)電池具有結(jié)合圖2a和 2b說(shuō)明的設(shè)計(jì)的雙極電池，其中密封墊24設(shè)在每個(gè)蓄電池單元中產(chǎn) 生在蓄電池單元之間的疏水阻擋層以防止在它們之間產(chǎn)生電解質(zhì)橋。 為得到這些功能，壓力必須繞各電池51a， 51b的殼體的整個(gè)周邊加在 疊層密封墊24上。殼體包括兩個(gè)部件，盒27和蓋26，其中盒27的 底部設(shè)有一個(gè)開(kāi)口21，而繞著底部的周邊設(shè)有邊緣28。密封墊24裝 在蓋的框26和邊緣28之間，通過(guò)壓縮密封墊及把框26連到盒27上， 可建立及保持密封壓力F 密封o
安裝框57也設(shè)成繞著疊置以串聯(lián)連接的電池51a、 51b,安裝框 57包括第一安裝單元58、第二安裝單元59及彈簧偏壓拉緊單元60, 拉緊單元60包括優(yōu)選地是絕緣的拉桿60'和成偏壓的彈簧的形狀的自 調(diào)節(jié)裝置60〃。 一間隔元件(如折疊板61)靠著兩個(gè)是池51a、 51b，
而類(lèi)似的間隔元件61分別靠著每個(gè)電池和第一及第二安裝單元。因 此，建立了距離D以允許冷卻介質(zhì)繞每個(gè)電池51a、 51b自由通過(guò)。 間隔元件61在本實(shí)施例中是導(dǎo)電的，并放在框26和殼體的邊緣28 內(nèi)與電池內(nèi)的端板22、 23接觸，因而把電池串聯(lián)。應(yīng)注意。每個(gè)電池 51a、 51b沒(méi)有設(shè)端子，由于使用框26和邊緣28的殼體結(jié)構(gòu)而可以外 面觸及的端板22、 23起到內(nèi)裝的端子的作用。
第一安裝單元58包括一正端子64，正端子64覆蓋著電絕緣材料 66以防止非故意地碰到正端子64。第二安裝單元59包括一負(fù)端子65， 負(fù)端子65也覆蓋著電絕緣材料67以防止非故意地碰到負(fù)端子65。間 隔元件61保證建立具有兩個(gè)電池串聯(lián)連接的電池疊層的內(nèi)部的電連 接。
通過(guò)調(diào)節(jié)螺帽68以達(dá)到所需的張力而把與上述的墊圏壓力F密封 分離的疊層壓力F 4層加到電池51a、 51b上。在各蓄電池單元內(nèi)的電 極在操作中改變了形狀，依次又使端板22、 23偏移，因?yàn)楫a(chǎn)生了會(huì)影 響安裝單元58、 59的內(nèi)壓。拉緊單元60的自調(diào)節(jié)裝置60〃設(shè)置成吸 收被施加的內(nèi)壓而沒(méi)有例如由于殼體開(kāi)裂而使電池不正常工作的危 險(xiǎn)。
圖6示出電池疊層裝置70的第三實(shí)施例的剖面圖，電池疊層裝置 70有結(jié)合圖3a和3b說(shuō)明的兩個(gè)電池71a、 71b。銷(xiāo)38設(shè)在每個(gè)孔31 中以在電池71a、 71b的每一側(cè)產(chǎn)生距離D，以允許冷卻介質(zhì)通過(guò)，并 且同時(shí)靠著殼體內(nèi)部中的端板32、 33。為清楚起見(jiàn)，每個(gè)電池中未示 出電極和隔開(kāi)裝置。
安裝框77設(shè)成在電池71a、 71b周?chē)?，并帶有第一安裝單元78 和第二安裝單元79?？蚴褂萌邕B桿之類(lèi)的連接單元82固定就位，但 也可使用其它的夾緊裝置。在本實(shí)施例中，第一和第二安裝單元由絕 緣材料制成，并且是彈性的以適應(yīng)操作中電極中的厚度的變化。每個(gè) 電池的墊34上的密封壓力F轉(zhuǎn)如上所述那樣建立和保持，而獨(dú)立于 密封壓力F密封的疊層壓力F疊層由緊固螺帽83建立。
每個(gè)電池71a、 71b設(shè)有正端子75和負(fù)端子76。如果電池要串聯(lián)
連接，銷(xiāo)38可由導(dǎo)電材料制成，因而省去接線連接(如圖6中由虛線 表示的連接)。絕緣銷(xiāo)38自然也可用，只要銷(xiāo)的長(zhǎng)度提供必要的力以 產(chǎn)生疊層壓力而不影響每個(gè)電池的殼體。
圖7示出本發(fā)明的電池疊層裝置90的第四實(shí)施例的示意的剖面 圖。三個(gè)電池91a、 91b、 91c安排成第一電池疊層中并串聯(lián)連接，其 方式類(lèi)似結(jié)合圖5說(shuō)明的實(shí)施例。另外，三個(gè)附加的電池92a、 92b、 92c安排成第二電池疊層也串接連接，其方式類(lèi)似于結(jié)合圖5說(shuō)明的 實(shí)施例。包括第一、第二和第三安裝單元93、 94、 95的安裝框被設(shè)置 以在操作中保持間隔元件61就位。第一和第二安裝單元93、 94用于 相應(yīng)的電池疊層，而第三安裝單元95用于該兩個(gè)電池疊層。連接單元 便安裝單元相互連接以形成安裝框。另外，電池疊層如圖所示以連接 件96并聯(lián)連接。
在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，如果折疊板或銷(xiāo)通過(guò)在殼體中的 一個(gè)或多個(gè)孔，被帶到與每個(gè)電池的端板中至少一個(gè)直接接觸時(shí)，所 述的間隔元件，也就是折疊板或銷(xiāo)將提供從疊層壓力分離密封壓力所 需要的部件。但是，間隔元件必須能與殼體設(shè)有開(kāi)口的部分相獨(dú)立地 進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。
權(quán)利要求
1. 一種電池疊層裝置(40；50；70；90)，包括至少一個(gè)雙極電池(41；51a、51b；71a、71b；91a-c、92a-c)，所述的雙極電池包括布置在正端板(22)和負(fù)端板(23)之間的多個(gè)蓄電池單元，每個(gè)蓄電池單元設(shè)置有繞著每個(gè)電池的整個(gè)周邊布置的密封件(24)，其中，密封壓力(F密封)施加到所述的密封件上方以防止相鄰的蓄電池單元之間的電解質(zhì)泄漏，所述的電池疊層裝置還包括:包括至少兩個(gè)安裝單元(45、46；58、59；78、79)和將所述的安裝單元保持在一起的至少一個(gè)連接單元(47、47′；60、60′、60″；82、83)的安裝框(42；57；77)，所述的至少一個(gè)雙極電池(41；51a、51b；71a、71b；91a-c、92a-c)設(shè)置在一第一安裝單元(45；58；78)與一第二安裝單元(46；59；79)之間，其特征在于:所述的電池疊層裝置(40；50；70；90)還包括布置在所述的第一安裝單元(45；58；78)與所述的第二安裝單元(46；59；79)之間的至少一個(gè)間隔元件(44；61；38)，所述的至少一個(gè)間隔元件(44；61；38)靠著所述的雙極電池(41；51a，51b；71a，71b)的至少一個(gè)端板(22、23)，并且由所述的安裝框(42；57；77)固定在應(yīng)有的位置以產(chǎn)生與所述的密封壓力(F密封)無(wú)關(guān)的疊層壓力(F疊層)，所述的疊層壓力(F疊層)由所述的連接單元(47，47′；60，60′，60″；82，83)控制。
2. 按照權(quán)利要求1所述的電池疊層裝置，其特征在于，所述的間 隔元件是折疊板(44; 61)。
3. 按照權(quán)利要求1所述的電池疊層裝置，其特征在于，所述的間 隔元件是銷(xiāo)(38)。
4. 按照權(quán)利要求l-3中任一項(xiàng)所述的電池疊層裝置，其特征在于， 所述的間隔元件是由導(dǎo)電材料制成的。
5. 按照權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的電池疊層裝置，其特征在于, 每個(gè)所述的電池設(shè)有用于每個(gè)間隔元件(44; 61; 38)的開(kāi)口 (21; 31)，每個(gè)間隔元件通過(guò)所述的開(kāi)口靠著所述的至少一個(gè)端板(22,23)。
6. 按照權(quán)利要求l-5中任一項(xiàng)所述的電池疊層裝置，其特征在于， 所述的電池(51a， 51b; 71a， 71b)中的至少兩個(gè)串聯(lián)連接。
7. 按照權(quán)利要求l-6中任一項(xiàng)所述的電池疊層裝置，其特征在于， 所述的電池(91a-c， 92a-c)中的至少兩個(gè)并聯(lián)連接。
8. 按照權(quán)利要求l-7中任一項(xiàng)所述的電池疊層裝置，其特征在于， 至少在每個(gè)電池的一側(cè)產(chǎn)生一個(gè)距離(D)，冷卻介質(zhì)可經(jīng)過(guò)每個(gè)電池。
全文摘要
本發(fā)明涉及包括至少一個(gè)雙極電池的電池疊層裝置(50)。各雙極電池包括安排在端板(22、23)之間的多個(gè)蓄電池單元。各蓄電池單元設(shè)有繞著各蓄電池單元周邊安排的密封件(24)，密封壓力(F_密封)加到密封件上以防止相鄰的蓄電池單元之間的電解質(zhì)泄漏。電池疊層裝置還包括包括至少兩個(gè)安裝單元(58，59)和把安裝單元固定在一起的至少一個(gè)拉緊單元(60，60′，60″)。雙極電池安排在安裝單元(58，59)之間，并且電池疊層組件還包括安排在安裝單元(58，59)之間的至少一個(gè)間隔元件(61)，而各間隔元件(61)靠著至少一個(gè)端板(22，23)并被安裝框架(57)固定在位以產(chǎn)生與密封壓力(F_密封)無(wú)關(guān)的疊層壓力(F_疊層)。疊層壓力由拉緊單元控制。
文檔編號(hào)H01M10/02GK101390232SQ200780006229
公開(kāi)日2009年3月18日 申請(qǐng)日期2007年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月17日
發(fā)明者L·弗雷德里克森, N·H·皮斯特, R·豪利特 申請(qǐng)人:尼拉國(guó)際股份公司