專利名稱：儲能單元的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種儲存電能的儲能單元，包括多個堆疊的扁平電池(stacked flat cells)，每個具有突出的電極。
背景技術：
包括有堆疊的扁平電池(所謂的方形電池(prismatic cells)或袋狀電池(pouch cells))的儲能單元被用在諸如電驅機動車輛中。由于運行期間產生的高電壓和電流強度， 就會生出大量的熱量，這些熱量務必被驅散以避免儲能單元過熱。但是傳統(tǒng)用于散熱的冷卻設備是昂貴的并且要求有相對較大的結構空間，這尤其在汽車工程領域是非常有限的。

發(fā)明內容
因此，本發(fā)明的一個目標是通過一種盡可能有效和緊湊的方式為上述類型的儲能單元提供散熱。該目標是通過包括權利要求1特征的儲能單元實現(xiàn)的。根據本發(fā)明，儲能單元包括至少一個冷卻主體，所述冷卻主體至少一個或若干區(qū)段被導熱地連接到扁平電池上，其中冷卻主體至少部分地由塑料材料組成，并具有使電極延伸穿過其中的開口。冷卻主體可驅散扁平電池中出現(xiàn)的熱逸散，由此增加了儲能單元的可靠性和使用壽命。用塑料材料制成的構造使得制造簡單便宜，此外還有利于減重。開口特別地可以是適合于電極形狀和尺寸的槽。由于所述開口，將冷卻主體布置在扁平電池的電極一側是有可能的，其中冷卻主體被放置得盡可能靠近工作電池區(qū) (active cell region)，由此能夠特別有效的冷卻。由于電極被引導通過開口，額外地還可以實現(xiàn)尤其節(jié)省空間的冷卻主體裝置。根據各自需求的不同，可提供單件式冷卻主體，或可組合多個冷卻主體形成冷卻主體裝置。本發(fā)明進一步的實施方式在從屬權利要求、說明書和附圖中被提到。根據一個實施方式，冷卻主體至少部分地由電絕緣材料組成。因此冷卻主體除散熱以外還可以實現(xiàn)電絕緣功能。由此，對應的單獨絕緣元件可被省略，進而節(jié)約成本同時節(jié)約了結構空間。儲能單元可包括使扁平電池至少電互連的連接單元，其中冷卻主體至少在區(qū)段上被導熱地連接到連接單元上。所述連接單元通常包括使單個扁平電池串聯(lián)和/或并聯(lián)式互連的元件。進一步說，連接單元可包括用于電接觸扁平電池和用于分接電能的各種互連元件和接觸元件。在儲能單元運行期間，這些電互連元件和接觸元件產生焦耳熱(尤其在高壓連接的情況下)，使得加熱連接單元的部件。由于連接單元和冷卻主體之間存在的導熱接觸，該熱量可被可靠地驅散。根據有利的實施方式，冷卻主體可被布置在扁平電池和連接單元之間。在該實施方式的情況下，儲能單元因此具有夾層式(sandwich-like)結構，其中扁平電池、冷卻主體和連接單元一個堆疊在另一個上。電極被引入通過冷卻主體開口，使得這樣的結構是可能的。因此冷卻主體能夠帶走并驅散從扁平電池輻射的和在互連單元(即，諸如條形導體、接觸或互連元件)中出現(xiàn)的熱逸散，由此增加了儲能單元的使用壽命。因為冷卻主體被布置在扁平電池和連接單元的堆疊之間，即被整體化在儲能單元中，因此通過尤其節(jié)省許多結構空間的方式來構造散熱是有可能的。另一個優(yōu)點來自于冷卻主體可被用于增加儲能單元的機械穩(wěn)定性。優(yōu)選地，連接單元和/或冷卻主體被實施為板狀并在與扁平電池的各延伸平面垂直的平面中延伸。例如，連接單元和冷卻主體可被布置在扁平電池堆疊的端面上并覆蓋扁平電池堆疊。這特別有利于冷卻主體與堆疊的所有扁平電池的導熱連接。連接單元和冷卻主體可以至少在區(qū)段上使它們的表面彼此相互鄰接以通過這種方式保證在兩部件之間進行有效的熱傳遞。根據另一實施方式，冷卻主體被實施為用于連接單元和/或儲能單元蓋元件的載體元件。在該構造中，冷卻主體通過增加整體裝置的機械穩(wěn)定性實現(xiàn)額外的有利功能。冷卻主體可包括用于固定連接單元和/或儲能單元蓋元件的固定元件，從而尤其有利于組裝。根據一個實施方式，連接單元也可具有開口，特別是槽，所述開口與冷卻主體的開口對齊并且所述電極延伸穿過其中，其中電極被連接到連接單元，尤其是連接單元背離扁平電池的一側。為了避免兩電極之間發(fā)生短路，開口可被絕緣材料包圍。例如，絕緣套可被引進到開口中。如果冷卻主體本身是由非傳導材料制成的話，那么在冷卻主體的區(qū)域中可以省略這樣的考慮。冷卻元件可被布置在扁平電池之間，所述冷卻元件被導熱地連接到扁平電池和冷卻主體上。由此達到了對扁平電池更有效的冷卻。冷卻元件可被構造成板狀，其中板狀冷卻元件之一被布置在每對相鄰的扁平電池之間。特別地，板狀冷卻元件在其整體表面之上可鄰接于各自的相鄰扁平電池上從而確保均勻有效的散熱。扁平電池可被膠粘于冷卻元件上。為了使能從扁平電池到冷卻元件上進行最優(yōu)熱傳遞，導熱粘合劑特別地可被用于此目的。根據有利的實施方式，冷卻元件被插入冷卻主體的凹進中，并特別地被膠粘至冷卻主體。通過這種方式，有利于組裝并同時增加了整體系統(tǒng)的機械穩(wěn)定性，這是由于冷卻元件與冷卻主體形成了連貫整體。為了為補償冷卻主體和扁平電池堆疊之間的相對移動(例如由于熱膨脹)留有充足空隙或保留區(qū)，冷卻元件中每一個都可具有至少一個凹部，特別地所述凹部基本平行于冷卻主體的延伸平面延伸。凹部可以是具有C形或S形橫截面并在冷卻元件全長之上延伸的突起。根據另一實施方式，形成于冷卻主體中并且能夠讓冷卻劑流動穿過其中的至少一個中空空間被分派給每個冷卻元件，其中中空空間特別地平行于扁平電池延伸。通過這種方式，冷卻容量可被顯著地提高。根據各個實施方式不同，單獨供給的中空空間可被分派給冷卻元件的每一個或者單個的中空空間可被互連從而最終獲得用于對應儲能單元的具有諸如迂曲形狀的連續(xù)的整體中空空間。各個中空空間也可因冷卻主體具有被連接單元以不漏流體的方式覆蓋的凹部或凹進而被形成。中空空間可具有U形橫截面，其具有指向分派的冷卻元件的兩個支腳部分，其中所述冷卻元件延伸到支腳部分之間的區(qū)域中。冷卻劑可流動通過其中的中空空間進而包圍了相關冷卻元件的一端，通過這種方式使其上能夠發(fā)生尤其有效的散熱。根據各個應用需求的不同，每個冷卻元件可分派多個中空空間。根據另一實施方式，儲能單元具有用于向中空空間供應冷卻劑的至少一條冷卻劑管道，其中冷卻劑管道在儲能單元第一端面處開口進入冷卻劑入口和在儲能單元第二端面處開口進入冷卻劑出口。因此，與儲能單元相關聯(lián)的所有中空空間能夠通過簡便的方式被連接到公共的冷卻劑供應源上。冷卻劑入口 /出口可被構造成用于連接到另外儲能單元的冷卻劑出口 /入口上。 在模塊化概念(modular concept)的框架內，多個儲能單元因而可被組合形成整體儲能單元(例如車輛電池)并可被連接到公共的冷卻劑供應源上，其中在每種情況下，一個儲能單元的冷卻劑出口都被連接到隨后的儲能單元的冷卻劑入口上以便最終使得供應的冷卻劑流動通過所有的中空空間。根據本發(fā)明的特定實施方式，本發(fā)明不僅適合鋰離子蓄能器/電池的應用，還可被用于其他儲能裝置，比如NiMH(金屬氫化物鎳)的儲能裝置/電池和/或電容器儲存電池，特別是雙層電容器電池(超級電容器(supercaps))。


此后，本發(fā)明將通過參見附圖利用有利實施方式以示例方式進行解釋，其中圖1顯示的是根據本發(fā)明兩個儲能單元的透視圖；圖2顯示的是根據圖1儲能單元其中之一的一部分的剖視圖。
具體實施例方式圖1顯示的是兩個儲能單元10，10’的透視圖。兩個儲能單元10，10’被結合在一起形成上位的單元。在模塊化概念的框架內，因此根據應用需求的不同，任何數(shù)量的儲能單元都可被排成一行地結合在一起或被組合形成二維或三維矩陣以便例如最終構成車輛電池。儲能單元10，10’中的每一個包括在堆疊中彼此平行地布置的多個方形電池/扁平電池12。電池12例如可以是鋰離子蓄能器電池或雙層電容器電池(“超級電容器”)。 每個單個電池12都具有從其窄側部突出的兩個電極片(electrode tabs) 14a, 14b。板狀互連板18為電池12提供電穿通連接。在介紹的示例性實施方式中，電池12是串聯(lián)互連的。 根據需求的情況，可以選用任何其他方式進行電池12的互連，例如并聯(lián)或串并聯(lián)混合形式的互連。各個堆疊的電池12被兩塊加壓板15以及張力彈簧16彼此拉緊。緣于此，電池12 被緊緊地保持住，但同時又由于諸如熱膨脹的緣由而可以進行“呼吸”。存儲在電池12中的電能可經柱桿19被分接，所述柱桿被布置在互連板18對置的側部上?；ミB板18與電池12成直角對齊并完全地覆蓋了電池堆疊的一個端面。如圖2剖視圖中可見到的那樣，由塑料材料制成的板狀冷卻主體20被布置在互連板18和扁平電池12之間，其中板狀冷卻主體20基本上具有與互連板18相同的表面延伸部?；ミB板18具有引導電極片1 , 14b通過的槽22。同理地，冷卻主體20具有槽M，所述槽與互連板18的槽22對正(in registry)并對齊。電極片14a，14b被引導通過冷卻主體20的槽24和互連板18的槽22并在它們的上端折彎。進一步說，電極片14a，14b以導電方式，優(yōu)選通過焊接被連接到接觸元件40上。接觸元件40具有雙金屬結構以保證腐蝕減少。在所示實施方式中，冷卻主體20被形成為單件式的，并形成了用于互連板18的載體，所述互連板通過未示出的固定元件(例如壓力圓頂(pressure domes)和彈簧圈)以下述方式裝配到冷卻主體20的頂側部26，即，互連板18在其整個表面上永久地與冷卻主體 20接觸。因此，冷卻主體20被導熱地連接到互連板18上，這意味著接觸元件40的區(qū)域中產生出的熱量可被有效地傳遞到冷卻主體20上。通常，冷卻主體20形成了產生熱逸散的電池12和接觸元件40之間的壁障，由于電流的原因接觸元件40也放出熱逸散。該結構使得能夠進行特別有效的散熱。從圖2中可見到的是板狀冷卻元件46被設在相鄰的電池12之間，其作用是冷卻電池12并額外地起到隔離塊的作用。它們優(yōu)選被形成的方式是使它們能夠分別在充電和放電操作期間占用/補償電池12的“呼吸”和在電池12工作壽命期間占據/補償尺寸的變化。為了穩(wěn)定整個結構并改善導熱效果，冷卻元件46可基本地在其整個表面上被膠粘到各個相鄰電池12上。冷卻主體20在其面向電池12的底側部28上具有凹進32，冷卻元件46被插入并膠粘于所述凹進中。如圖2中可進一步見到的那樣，中空空間34被形成在冷卻主體20中，冷卻劑可流動通過其中從而通過這種方式而增加冷卻容量。冷卻元件46中的每一個具有其本身被分派給的中空空間34，所述中空空間平行于電池12延伸并因此也平行于相關聯(lián)的冷卻元件 46。中空空間34具有U形橫截面，其包括指向各冷卻元件46的兩個支腳部分36a，36b，所述中空空間被布置成使得它們包圍了對應冷卻元件46的上端。中空空間34被彼此連接起來，使得因此冷卻劑依次地流動通過所有中空空間34。 冷卻劑經由管形冷卻劑管道37 (圖1)被再次供應和排放。為每個儲能單元10，10’提供兩個冷卻劑管道37，其中冷卻劑管道37被布置在互連板18背離電池12的側部并從冷卻主體20頂側部沈與中空空間34相連通。在所示的示例性實施方式中，冷卻劑管道37平行于電池12對齊并且每個被定位在互連板18外邊際區(qū)域。備選地，冷卻劑管道37也可與電池12成直角對齊。每個冷卻劑管道37在一端具有冷卻劑入口 38而在另一端具有冷卻劑出口 39。這種構造使得一個儲能單元10’的冷卻劑出口 39可被插入到另一個儲能單元10 的冷卻劑入口 38中。在儲能單元10，10’工作期間，一方面，由于產生熱逸散而出現(xiàn)熱張力，另一方面， 電池12由于充電和放電操作而分別進行“呼吸”。為了補償電池12在豎直和/或水平方向上相對于互連板18發(fā)生的相關聯(lián)移動，電極片14a，14b具有凹部48，其在橫截面上導致各電極片14a，14b的一部分的C形突起。如果應用需要的話，冷卻元件46也可具有對應的凹部。附圖標記列表
10,10' 儲能單元12 電池14a, 14b 電極片15加壓板16張力彈簧18互連板19 柱桿20冷卻主體22 槽24 槽26頂側部28底側部32 凹進34中空空間36a, 36b 支腳部分37冷卻劑管道38冷卻劑入口39冷卻劑出口40接觸元件46冷卻元件48 凹部
權利要求
1.一種用于儲存電能的儲能單元(10，10')，包括多個堆疊的扁平電池(12)，每個具有突出的電極(14a，14b)；其特征在于，儲能單元(10，10')包括至少一個冷卻主體(20)，所述至少一個冷卻主體被至少局部地導熱連接至扁平電池(12)，其中，冷卻主體00)至少部分地由塑料材料組成，并具有電極(14a, 14b)延伸穿過其中的開口 (24) 0
2.根據權利要求1的儲能單元， 其特征在于，冷卻主體00)至少部分地由電絕緣材料組成。
3.根據權利要求1或2的儲能單元， 其特征在于，儲能單元(10，10')包括連接單元(18)，連接單元(18)使扁平電池(1 至少電互連， 其中，冷卻主體00)被至少局部地導熱連接至連接單元(18)。
4.根據權利要求3的儲能單元， 其特征在于，冷卻主體00)被布置在扁平電池(1 和連接單元(18)之間。
5.根據權利要求3或4的儲能單元， 其特征在于，連接單元(18)和/或冷卻主體00)被實施為板狀并在與扁平電池(12)的各延伸平面垂直的平面中延伸。
6.根據權利要求3至5中任一項的儲能單元， 其特征在于，連接單元(18)和冷卻主體00)至少局部的表面彼此相互鄰接。
7.根據權利要求3至6中任一項的儲能單元， 其特征在于，冷卻主體00)被實施為用于連接單元(18)和/或用于儲能單元(10，10')蓋元件的載體元件。
8.根據權利要求3至7中任一項的儲能單元， 其特征在于，冷卻主體00)包括用于固定連接單元(18)和/或儲能單元(10，10')蓋元件的固定元件。
9.根據權利要求3至8之一的儲能單元， 其特征在于，連接單元(18)具有開口(22)，特別是槽，所述開口與冷卻主體00)的開口 04)對齊并且所述電極(14a，14b)延伸穿過所述開口，其中，電極(14a，14b)被連接到連接單元 (18)，特別是連接單元(18)背離扁平電池(12)的一側。
10.根據上述權利要求中任一項的儲能單元， 其特征在于，冷卻元件G6)被布置在扁平電池(1 之間，所述冷卻元件G6)被導熱地連接至扁平電池(12)和冷卻主體(20)。
11.根據權利要求10的儲能單元， 其特征在于，冷卻元件G6)被構造成板狀，在每對相鄰的扁平電池(1 之間布置一個冷卻元件 06)。
12.根據權利要求10或11的儲能單元， 其特征在于，扁平電池(12)被膠粘于冷卻元件G6)上。
13.根據權利要求10至12中任一項的儲能單元， 其特征在于，冷卻元件G6)被插入冷卻主體00)的凹進(32)中，并特別地被膠粘于冷卻主體00)上。
14.根據權利要求10至13中任一項的儲能單元， 其特征在于，每個所述冷卻元件G6)都具有至少一個凹部，所述凹部特別地基本平行于冷卻主體 (20)的延伸平面延伸。
15.根據權利要求10至14中任一項的儲能單元， 其特征在于，形成于冷卻主體00)中的至少一個中空空間(34)，冷卻劑能夠流動穿過所述中空空間(34)，所述至少一個中空空間(34)與冷卻元件06)的每一個相關聯(lián)，其中，中空空間 (34)特別地平行于扁平電池(12)延伸。
16.根據權利要求15的儲能單元， 其特征在于，中空空間(34)具有U形橫截面，其具有指向相關聯(lián)的冷卻元件06)的兩個支腳部分 (36a，36b)，其中，所述冷卻元件06)延伸入支腳部分(36a，36b)之間的區(qū)域中。
17.根據權利要求15或16的儲能單元， 其特征在于，儲能單元(10，10')具有用于向中空空間(34)供應冷卻劑的至少一條冷卻劑管道 (37)，其中，冷卻劑管道(37)在儲能單元(10，10')第一端面處開口進入冷卻劑入口(38) 并且在儲能單元(10，10')第二端面處開口進入冷卻劑出口(39)。
18.根據權利要求17的儲能單元， 其特征在于，冷卻劑入口 /出口(38，39)被構造成用于連接至另外儲能單元(10，10')的冷卻劑出口 / 入口(39，38)。
全文摘要
一種用于儲存電能的儲能單元包括多個堆疊的扁平電池，每個具有突出的電極。儲能單元的冷卻主體至少在區(qū)段上被導熱地連接到扁平電池上。冷卻主體至少部分地由塑料材料組成，并具有使電極延伸于其中的開口。
文檔編號H01M10/50GK102204006SQ200980143507
公開日2011年9月28日 申請日期2009年9月30日 優(yōu)先權日2008年9月30日
發(fā)明者M·米歇利奇, R·溫舍 申請人:瑪格納E-汽車系統(tǒng)有限兩合公司