專利名稱：用于制造具有多個電池電芯的電池模塊或電池系統(tǒng)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于制造具有多個電池電芯的電池模塊或電池系統(tǒng)的方法，以及涉及根據(jù)此方法制造的電池模塊或電池系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
電池模塊或電池系統(tǒng)包括可再充電的電蓄能器，該蓄能器在便攜式消費電子設(shè)備和其它應(yīng)用中的用途廣泛，例如在部分或全部電驅(qū)動的機(jī)動車輛中。在汽車應(yīng)用中，電池模塊和電池系統(tǒng)以及特別是鋰離子電池模塊或電池系統(tǒng)被視為車輛驅(qū)動系統(tǒng)的電氣化的關(guān)鍵技術(shù)。為此，需要具有高容量的電池模塊和電池系統(tǒng)，優(yōu)選具有不小于2或3Ah的容量。為此，這種高容量的電池模塊和電池系統(tǒng)以及特別是鋰離子電池模塊和電池系統(tǒng)根據(jù)應(yīng)用具體情況模塊化地構(gòu)造并且包括多個串聯(lián)或并聯(lián)地電連接的電池電芯。對于這種技術(shù)的成功建立的一個重要的方面特別是在于，這些電池模塊或電池系統(tǒng)能夠經(jīng)濟(jì)且高效地制造。另一方面在于，此電池模塊或電池系統(tǒng)盡可能地輕，使得裝備有這些電池模塊或電池系統(tǒng)和/或由這些電池模塊或電池系統(tǒng)驅(qū)動的機(jī)動車輛在其效能方面受到的限制盡可能少。在現(xiàn)有技術(shù)中描述的電池模塊或電池系統(tǒng)、特別是高容量的鋰離子電池模塊或電池系統(tǒng)由復(fù)雜的方法制造，其中各個元件在大多數(shù)情況下以多重封裝的方式存在，以實現(xiàn)組成部分的充分的固定、密封和/或絕緣。由此，所得到的電池模塊和電池系統(tǒng)的制造昂貴、低效并且相對較重。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，提供一種用于制造具有多個電池電芯的電池模塊或電池系統(tǒng)、特別是高容量電池模塊或電池系統(tǒng)的方法，其避免或克服了所述現(xiàn)有技術(shù)的一個或多個缺點。根據(jù)本發(fā)明的方法原則上包括以下步驟:-提供多個電池電芯；-借助電芯連接件將電池電芯互連以及在必要時進(jìn)行布置，成為電池模塊結(jié)構(gòu)或電池系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；-設(shè)置電池模塊-端子或電池系統(tǒng)-端子；-通過包覆模制將電池模塊或電池系統(tǒng)的所有電池電芯封裝在一個共同的、必要時為單件式的合成材料護(hù)套中，使得電池模塊或電池系統(tǒng)的電池電芯和電芯連接件基本上完全地被合成材料護(hù)套包圍，其中電池模塊-端子或電池系統(tǒng)-端子保持可從外部接觸。根據(jù)本發(fā)明的方法使得，電池模塊或電池系統(tǒng)的電池電芯嵌入在一個共同的合成材料護(hù)套中，從而合成材料護(hù)套用作電池模塊或電池系統(tǒng)的共同殼體并且不再需要將元件額外封裝在在其它單獨殼體(例如鋁制殼體)中。通過電池電芯嵌入在一個共同的、必要時為單件式的合成材料護(hù)套中，減小了由生產(chǎn)決定的非密封部位或泄漏的發(fā)生幾率。要檢查泄漏的零件和位置的數(shù)量也減少，因為不存在接合位置、焊縫或粘結(jié)位置。由此，總體上減小了待裝配部件的數(shù)量，降低了加工成本并減小了過程中的錯誤幾率。通過將各個電池電芯以及電芯連接件都完全地包含在共同的合成材料護(hù)套中，也實現(xiàn)了簡化且改進(jìn)的電芯電位的絕緣。根據(jù)本發(fā)明的方法涉及具有多個電池電芯的電池模塊或電池系統(tǒng)的制造。在此處，電池模塊或電池系統(tǒng)理解為對電網(wǎng)或負(fù)載供給電能的裝置，其包括具有至少一個電化學(xué)蓄能器的電池。蓄能器可以理解為用于本發(fā)明目的的通過電化學(xué)過程存儲能量的任何蓄能器。蓄能器特別是如下地理解:其包含多個串聯(lián)連接和/或必要時也并聯(lián)連接的蓄電池電芯和/或電池電芯。電池模塊或電池系統(tǒng)優(yōu)選包括鋰離子電芯類型的電池電芯，特別是如下類型:L1-1on-鋰離子蓄電池、LiPo-鋰聚合物蓄電池、LiFe-鋰金屬蓄電池、L1-Mn-鋰錳蓄電池、LiFePO4-磷酸鐵鋰蓄電池、LiT1-鈦酸鋰蓄電池。電池模塊或電池系統(tǒng)總是具有多個電池電芯，這些電池電芯聯(lián)合成功能單元。為此，電池模塊或電池系統(tǒng)的各個電池電芯借助設(shè)置在端子上的電芯連接件導(dǎo)電地彼此連接，從而實現(xiàn)期望的電池模塊或電池系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。一個電池系統(tǒng)可以具有一個或多個電池模塊。除了多個電池電芯之外，電池系統(tǒng)可以包括其它組成部分，例如冷卻系統(tǒng)、用于關(guān)斷電池系統(tǒng)或用于將電池系統(tǒng)與電網(wǎng)的其余部分分離的安全裝置、和/或可以包括調(diào)節(jié)及控制單元的電池管理系統(tǒng)，這些調(diào)節(jié)及控制單元用于操作、用于受控地充電和放電以及用于監(jiān)控電池的安全。電池模塊或電池系統(tǒng)優(yōu)選為鋰離子電池模塊或系統(tǒng)，特別是標(biāo)稱容量> 2Ah、優(yōu)選^ 3Ah的鋰離子電池模塊或系統(tǒng)。在根據(jù)本發(fā)明的方法中，首先提供多個電池電芯。電池電芯在大多數(shù)情況下具有卷包，該卷包包括被分隔層分開的兩個電極。兩個電極分別與從外部可接觸的端子導(dǎo)電地連接。電池電芯可以分別單獨地涂覆。為此，電池電芯例如可以分別密封在合成材料中、用鋁箔包圍和/或焊封在箔中，并提供這種電池電芯。此外，一種可用的電池電芯具有電解質(zhì)。出于制造和安全技術(shù)上的原因，在根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的方法中大部分情 況下需要首先安裝沒有電解質(zhì)的電池電芯，在完成裝配后才將電解質(zhì)填充到電池電芯中。相反地，在根據(jù)本發(fā)明的方法中可以提供和安裝已經(jīng)裝有電解質(zhì)的電池電芯。特別的是，在封裝電池模塊或電池系統(tǒng)之前為電池模塊或電池系統(tǒng)的電池電芯填充電解質(zhì)。這是可行的，因為電池電芯在完成封裝之后被密封的合成材料護(hù)套包圍，因此不再有可能釋放電解質(zhì)的風(fēng)險。因此，也不需要單獨焊接電池電芯的電解質(zhì)注入孔。在提供電池電芯之后，將電池電芯互連并在必要時進(jìn)行相應(yīng)的布置，成為期望的電池模塊結(jié)構(gòu)或電池系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。為此，各電池電芯的端子借助電芯連接件導(dǎo)電地彼此連接，使得電池電芯以期望的方式方法構(gòu)成功能單元。在此處，電芯連接件的功能是實現(xiàn)電池電芯的端子之間的適當(dāng)?shù)膶?dǎo)電連接。電芯連接件還可以實施成，借助電芯連接件不僅可以實現(xiàn)各電池電芯的互連，還可以實現(xiàn)它們的空間相對布置。在此處，電芯連接件不需要確保電池電芯的特別牢固且可承載的空間固定，因為電池電芯通過用合成材料包覆模制成為電池模塊或電池系統(tǒng)的隨后的封裝提供了電池模塊或電池系統(tǒng)所需的穩(wěn)固性。合成材料在注射過程之后的收縮提供了電池電芯上的預(yù)緊，從而進(jìn)一步抑制并基本上阻止了電池電芯相對于彼此的移動。由此實現(xiàn)了不再需要額外的將電池電芯保持在預(yù)定的相對空間布置中的固定件，例如螺栓或保持帶。因此可以省去這種固定件。由此可以大幅度降低電池模塊或電池系統(tǒng)的整體重量。在將電池電芯互連且必要時進(jìn)行布置之后，設(shè)置電池模塊-端子或電池系統(tǒng)-端子。這些端子建立向外的導(dǎo)電連接，經(jīng)由所述連接可以將電池模塊或電池系統(tǒng)充電和/或放電。所述端子為通至負(fù)載或負(fù)載網(wǎng)的連接點并且在通過包覆模制封裝之后仍可從外部接觸。在此處，電池模塊-端子或電池系統(tǒng)-端子與電池電芯的端子連接，使得電池模塊或電池系統(tǒng)的電池電芯可以通過該連接充電和/或放電。隨后執(zhí)行將電池模塊或電池系統(tǒng)的所有電池電芯封裝在一個共同的、優(yōu)選單件式的合成材料護(hù)套中。通過用合成材料來包覆模制實現(xiàn)所述封裝。包覆模制優(yōu)選通過注塑過程實現(xiàn)并且實施成，電池模塊或電池系統(tǒng)的所有電池電芯和電芯連接件基本上完全地被合成材料護(hù)套包圍，進(jìn)而在所有方向上與周圍環(huán)境隔開。在此確保電池模塊-端子或電池系統(tǒng)-端子保持從外部可接觸。在根據(jù)本發(fā)明的方法的一個優(yōu)選變型中，電池模塊或電池系統(tǒng)的封裝通過在一個唯一的注塑過程中進(jìn)行完全包覆模制而實現(xiàn)，從而形成一個共同的、單件式的合成材料護(hù)套，該合成材料護(hù)套作為殼體將電池模塊或電池系統(tǒng)與外界隔開。通過這種實施方式實現(xiàn)了電池模塊或電池系統(tǒng)的各元件的密封性的增強(qiáng)和絕緣性的改善。對于包覆模制使用合成材料。此合成材料優(yōu)選具有極小的比重，其比重(在正常條件下相對于水)特別是小于在電池殼體或電池電芯殼體的制造中經(jīng)常使用的鋁或鋁合金的比重。由此可以顯著減小電池模塊或電池系統(tǒng)的總重量。特別是使用具有相對于鋁更優(yōu)的化學(xué)抵抗性和耐腐蝕性的合成材料。對于包覆模制優(yōu)選使用合成材料或合成材料混合物，所述合成材料在此優(yōu)選為聚合物。特別是可以使用包含聚合物或由聚合物構(gòu)成的合成材料或合成材料混合物，所述聚合物選自聚酰胺(PA)、PA6、PA66、PA66/6、PA66/67、聚丙烯(PP)、聚對苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚酯(PES)、聚芳砜(PSU、PESU、PPSU)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚甲醛(POM)和/或聚氨酯(PU/PUR)。聚合物可以例如通過玻璃纖維增強(qiáng)。作為熱熔膠粘劑(所謂的“熱熔膠”)例如可以使用基于聚丙烯(PP)和/或聚乙烯(PE)的熱塑性的熱熔膠粘劑，和/或例如為聚氨酯(PU)、環(huán)氧樹脂和/或聚酯樹脂(UP)的反應(yīng)性的熱熔膠粘劑。熱熔膠粘劑可以必要時與玻璃纖維和/或碳纖維組合地使用。對于包覆模制優(yōu)選使用包含填料的合成材料或合成材料混合物，填料的混入增強(qiáng)了合成材料或合成材料混合物的導(dǎo)熱性。作為填料，例如可以使用氮化硼(BN)、氮化鋁(AlN)、氧化鋁(AL2O3)，和/或氧化鈹(BeO)以及由它們組成的混合物或包含一種或多種所述填料的混合物。所述填料的特征在于有利的導(dǎo)熱性并且通過使用這樣的填料可以提高整個系統(tǒng)的導(dǎo)熱性。氮化硼的特征在于特別有利的導(dǎo)熱性，同時在此種填料中保留了合成材料典型的特性，例如極小的重量以及很好的電絕緣性能。此外，混入氮化硼提高了由此形成的合成材料護(hù)套的耐磨性和耐溫性。優(yōu)選使用粉末形式的氮化硼。從ESK CeramicsGmbH&C0.KG公司以商標(biāo)Boronid丨 可得到合適的氮化硼。由于氮化硼的化學(xué)惰性，這種填料與幾乎所有的商業(yè)可得的合成材料的相容性十分好。通過氮化硼的極小的密度本質(zhì)上實現(xiàn)了在混合時合成材料或合成材料混合物的很小的密度。填料在合成材料護(hù)套的總混合物中的含量可以與所選的合成材料、填料以及電池模塊或電池系統(tǒng)的具體規(guī)格有關(guān)。技術(shù)人員能夠在日?；顒拥姆秶鷥?nèi)確定填料在總混合物中的適當(dāng)?shù)臐舛取?br> 除了電池電芯和電芯連接件之外，電池模塊或電池系統(tǒng)的其它組成部分也可以被合成材料護(hù)套包圍。在此處，所述其它組成部分可以是冷卻裝置的組成部分。在合成材料護(hù)套中可以集成地設(shè)有其它組成部分。由此，在合成材料護(hù)套中可以例如集成有或設(shè)有固定點和/或連接點以及例如用于夾緊板或夾緊帶的支架或?qū)б?。在合成材料護(hù)套中可以集成有至少一個安全閥，從而例如可以將在電池模塊或電池系統(tǒng)的內(nèi)部中的過壓釋放到周圍環(huán)境。此安全閥可以構(gòu)造為規(guī)定斷裂點的形式，特別是此安全閥可以設(shè)計為防爆裝置。在根據(jù)本發(fā)明的方法中，電池模塊或電池系統(tǒng)的密封能夠以多種方式實現(xiàn)。首先通過以下方式已經(jīng)實現(xiàn)了端子處的密封作用，即在包覆模制之后根據(jù)所謂的“軟管(Hosen) ”技術(shù)充分利用合成材料的收縮，該技術(shù)用在電氣插頭的密封或絕緣中。代替地或額外地，電池模塊-端子或電池系統(tǒng)-端子可以在封裝之前分別設(shè)有密封元件，該密封元件隨后一同被包覆模制。通過在注射時的壓力以及隨后合成材料的收縮，密封件被壓縮并被介質(zhì)密封。這種密封元件可以例如實施為嵌入部件并且被附加，相當(dāng)于O形環(huán)密封件。然而，這種密封件也可以借助用彈性體的單獨的注塑過程直接附加在電池模塊-端子或電池系統(tǒng)-端子上。本發(fā)明還涉及一種電池模塊或電池系統(tǒng)，其按照根據(jù)本發(fā)明的方法制造或者可按照根據(jù)本發(fā)明的方法制造。本發(fā)明還包括一種機(jī)動車輛，其包含根據(jù)本發(fā)明的電池模塊或電池系統(tǒng)。在此處重要的是，機(jī)動車輛和電池模塊或電池系統(tǒng)并非構(gòu)成一個結(jié)構(gòu)單元，而是機(jī)動車輛和根據(jù)本發(fā)明的電池模塊或電池系統(tǒng)處于功能性接觸中，使得電池模塊或電池系統(tǒng)可以在機(jī)動車輛的工作中執(zhí)行其功能。在此處，術(shù)語“機(jī)動車輛”理解為所有被驅(qū)動的車輛，其具有用于對機(jī)動車輛的至少一個元件提供能量的電池模塊或電池系統(tǒng)，與該機(jī)動車輛具有何種驅(qū)動裝置無關(guān)。特別地，術(shù)語“機(jī)動車輛”包括HEV(混合電動車輛)、PHEV(插電式混合動力車輛)、EV(電動車輛)、燃料電池車輛以及使用電池系統(tǒng)來至少部分地供應(yīng)電能的所有車輛。


參照附圖及以下的說明對本發(fā)明的實施例進(jìn)行詳細(xì)說明。附圖中:圖1示出了按照本發(fā)明的方法制造的電池模塊的端子區(qū)域的縱向剖視示意圖，圖2示出了按照本發(fā)明的方法制造的電池模塊的水平剖切面的俯視圖。
具體實施例方式在圖1中示出了按照本發(fā)明的方法制造的電池模塊的端子區(qū)域的縱向剖視示意圖。在此處，示出的電池模塊-端子I由密封元件2包圍。端子I與電池模塊的一個電池電芯3導(dǎo)電地連接。在通過包覆模制封裝之后，電池模塊的電池電芯3及密封元件2都被共同的單件式的合成材料護(hù)套4包圍且與環(huán)境絕緣。在圖2中示出了按照本發(fā)明的方法制造的電池模塊的多個電池電芯3在封裝之后如何布置。在此處可見，電池模塊的所有電池電芯3被共同的單件式的合成材料護(hù)套4包圍且固定在一起。僅有電池模塊-端子I從合成材料護(hù)套4伸出，使得其可從外部接觸。
權(quán)利要求
1.用于制造具有多個電池電芯的電池模塊或電池系統(tǒng)的方法，包括以下步驟: -提供多個電池電芯⑶； -借助電芯連接件將所述電池電芯(3)互連以及在必要時進(jìn)行布置，成為電池模塊結(jié)構(gòu)或電池系統(tǒng)結(jié)構(gòu)； -設(shè)置電池模塊-端子或電池系統(tǒng)-端子(I)； -通過包覆模制將所述電池模塊或電池系統(tǒng)的所有電池電芯(3)封裝在一個共同的合成材料護(hù)套(4)中，使得所述電池模塊或電池系統(tǒng)的電池電芯(3)和電芯連接件基本上完全地被合成材料護(hù)套(4)包圍，其中所述電池模塊-端子或電池系統(tǒng)-端子(I)保持能夠從外部接觸。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其中對于包覆模制使用合成材料，該合成材料包含以下物質(zhì)或由以下物質(zhì)構(gòu)成，即聚酰胺、聚丙烯、聚對苯二甲酸丁二醇酯、聚酯、聚芳砜、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚甲醛和/或聚氨酯。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的方法，其中所述電池模塊或電池系統(tǒng)的一個、多個或所有電池電芯(3)是鋰離子電池電芯。
4.按照前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中所述電池模塊或電池系統(tǒng)的一個、多個或所有電池電芯(3)在互連之前以單獨包覆的形式提供，優(yōu)選的是所述電池電芯(3)在互連之前單獨地由合成材料密封、焊封在箔中和/或由Al箔包圍。
5.按照前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中所述電池模塊或電池系統(tǒng)的電池電芯(3)在所述電池模塊或電池系統(tǒng)的封裝之前填充電解質(zhì)。
6.按照前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中所述電池模塊-端子或電池系統(tǒng)-端子(I)在所述電池模塊或電池系統(tǒng)的封裝之前分別設(shè)有密封元件(2)。
7.按照權(quán)利要求6所述的方法，其中所述密封元件(2)是嵌入部件并被嵌入。
8.按照權(quán)利要求6所述的方法，其中所述密封元件(2)借助用彈性體注塑直接附加在所述電池模塊-端子或電池系統(tǒng)-端子(I)上。
9.按照前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中所述電池模塊或電池系統(tǒng)的封裝通過在一個唯一的注塑過程中進(jìn)行的完全包覆模制而實現(xiàn)。
10.按照前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中在所述電池模塊或電池系統(tǒng)的封裝中集成有至少一個安全閥，該安全閥優(yōu)選為規(guī)定斷裂點，必要時為防爆裝置。
11.按照前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中用于包覆模制所述電池模塊或電池系統(tǒng)的合成材料混有填料，所述填料提高導(dǎo)熱性并且優(yōu)選使用氮化硼，特別是粉末形式的氮化硼。
12.能夠根據(jù)按照前述權(quán)利要求1至11中任一項所述的方法制造的電池模塊或電池系統(tǒng)。
13.機(jī)動車輛，包括按照權(quán)利要求12所述的電池模塊或電池系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于制造具有多個電池電芯(3)的電池模塊或電池系統(tǒng)的方法。該方法包括以下步驟提供多個電池電芯(3)；借助電芯連接件將所述電池電芯互連以及在必要時進(jìn)行布置，成為電池模塊結(jié)構(gòu)或電池系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；設(shè)置電池模塊-端子或電池系統(tǒng)-端子(1)；以及通過包覆模制將所述電池模塊或電池系統(tǒng)的所有電池電芯(3)封裝在一個共同的合成材料護(hù)套(4)中，使得所述電池模塊或電池系統(tǒng)的電池電芯(3)和電芯連接件基本上完全地被合成材料護(hù)套(4)包圍，其中所述電池模塊-端子或電池系統(tǒng)-端子(1)保持可從外部接觸。本發(fā)明還涉及一種可按照根據(jù)本發(fā)明的方法制造的電池模塊或電池系統(tǒng)。
文檔編號H01M2/22GK103155221SQ201180037921
公開日2013年6月12日 申請日期2011年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月4日
發(fā)明者M·格勒斯, R·安格鮑爾 申請人:羅伯特·博世有限公司, 三星Sdi株式會社