申请/专利权人：罗伯特·博世有限公司

申请日：2016-09-28

公开（公告）日：2021-05-07

公开（公告）号：CN108140752B

主分类号：H01M50/105(20210101)

分类号：H01M50/105(20210101);H01M50/148(20210101);H01M50/15(20210101);H01M10/04(20060101);H01M10/0585(20100101)

优先权：["20151016 US 62/242362"]

专利状态码：有效-授权

法律状态：2021.05.07#授权;2018.07.03#实质审查的生效;2018.06.08#公开

摘要：一种袋型电池单元，包括大体矩形的电池单元壳体，其由金属层压膜形成；电极组件，其被密封在电池单元壳体内；以及弹性约束件，其环绕电极组件的板堆叠。

主权项：1.一种用于约束袋型电池单元的电极板堆叠的约束装置，包括：第一端帽；第二端帽；以及弹性构件，其通过桥接所述第一端帽和所述第二端帽之间的间隙将所述第一端帽连结到所述第二端帽；其中，所述约束装置被设定，使得压缩力足以在准许所述电极板堆叠的生长的同时维持所述电极板堆叠处于期望的堆叠和对齐构型；其中，所述第一端帽具有由以下两者限定的“U”形状：第一封闭端部，其面向所述电极堆叠的第一端部；以及平行的第一腿部，其沿平行于所述堆叠轴线的方向从所述第一封闭端部突出，并且所述第一端帽包括与所述第一封闭端部相对的第一开放端部，并且所述第二端帽具有由以下两者限定的“U”形状：第二封闭端部，其面向所述电极堆叠的第二端部；以及平行的第二腿部，其沿平行于所述堆叠轴线的方向从所述第二封闭端部突出，并且所述第二端帽包括与所述第二封闭端部相对的第二开放端部。

全文数据：电极堆叠约束件技术领域[0001]本发明涉及袋型电池单元，其包括电极板的堆叠布置；以及弹性约束件，其环绕电极板以提供促进制造和安装的结构完整性。背景技术[0002]电池组为范围从便携式电子设备到可再生能源系统和环境友好车辆的各种技术提供功率。例如，混合动力车辆HEV结合内燃发动机使用电池组和电动马达以提高燃料效率。电池组由多个电池模块形成，其中每个电池模块包括若干电化学电池单元。这些电池单元布置成二维或三维阵列，并被串联或并联地电连接。同样地，电池组内的电池模块被串联或并联地电连接。[0003]已出现不同的电池单元类型以便应对非常广泛的多种安装情形的空间需求，并且汽车中所使用的最常见的类型是圆柱形电池单元、棱柱形电池单元和袋型电池单元。关于电池单元壳体，例如，圆柱形电池单元和棱柱形电池单元中的每一种均具有通常由金属或塑料制成的刚性壳体，而袋型电池单元由层压膜材料制成的柔性外包件环绕，所述柔性外包件密封实际电池空间以与环境隔绝。[0004]一些常规袋型电池单元的厚度受到许多因素的限制。这些因素中的一个与使用金属层压膜以形成袋有关。例如，金属层压膜提供具有最小结构稳定性的稍许柔性的密封容器。结果，一些常规袋型电池单元不能够适应将提供大电极板堆叠的高电极板数目。发明内容[0005]一种袋型电池单元包括：电极组件，其连同电解液一起密封在袋型金属层压膜电池单元壳体内以形成功率生成和存储单元。电极组件是“堆叠式”电极组件，其包括一系列堆叠的正电极板，所述正电极板与负电极板交错并且通过中间隔板分离。袋型电池单元还包括环绕板堆叠的弹性约束件。所述弹性约束件作用以维持堆叠的板呈期望的对齐并处于堆叠构型，以及沿堆叠方向（例如，垂直于板的作用表面的方向）施加压缩力。由于板堆叠受到约束，因此降低了形成包括大量板对例如，大于1〇〇个板对）的高的电极板堆叠的复杂性。这能够与一些常规袋型电池单元相比较，其中在常规袋型电池单元中，堆叠的板不被束缚并且电极板堆叠包括近似6〇个板对并达到约20mm的最大高度。另外，由于约束件是弹性的，因此约束件在保持堆叠处于期望的构型的同时适应在电池单元充电和放电期间发生的板堆叠沿堆叠方向的生长。[0006]在一些实施例中，弹性约束件包括一对非传导性端帽，其环绕板堆叠的相对端部并且经由一个或多个非传导性弹性构件连接在一起。约束件弹性地束缚电极堆叠以便易于处理、操纵和增加结构完整性，同时根据需要准许板堆叠生长。[0007]约束件辅助制造袋型电池单元并向袋型电池单元提供增加的整体结构完整性。增加的结构完整性相应地增加电池单元的耐撞性crashworthiness，促进电池组或模块内的安装和密堆积，并消除对于单独的外框架的需求。约束件束缚电池单元电极堆叠，同时仍允许在充电和放电事件期间电极堆叠的扩张。采用约束件的另外的优点包括适应相比于一些常规袋型电池单元更大数量的板对的能力，由此能够相对于一些常规袋型电池单元的高度增加所述袋型电池单元高度。这导致电池单元、模块和电池组的增大的能量密度。另外，包括约束件的袋型电池单元需要用于电池组和电池模块的更少的结构材料，这相应地减少电池组和电池模块的质量和成本。附图说明[0008]图1是包括袋型电池单元的阵列的电池组的分解透视图。[0009]图2是袋型电池单元的透视图。[0010]图3是如跨越图2的线3_3所见的图2A的袋型电池单元的示意性横截面视图。[0011]图4是与弹性约束件组装在一起的电极组件的透视图。[0012]图5是图4的电极组件的透视图。[0013]图6是图4的弹性约束件的透视图。[0014]图7是与替代性弹性约束件组装在一起的电极组件的透视图。具体实施方式[0015]参考图1到图3,用于提供电功率的电池组1包括电化学电池单元20,其电互连并且以有条理的方式存储在电池组壳体2内。电池组壳体2包括容器部分3和可拆卸盖4。电池单元20是锂离子袋型电池单元，其包括电极组件60,所述电极组件60连同电解液一起密封在电池单元壳体21内以形成功率生成和存储单元。在一些实施例中，几组电池单元20可被束在一起以形成电池模块未示出），这些电池模块相应地被存储在电池组壳体2内。然而，在所图示的实施例中，电池单元20未被束成模块，且代替地直接电连接到电池组壳体端子6、7。在电池组壳体2内，电池单元20串联或并联地电连接。[0016]每个电池单元20均包括由金属层压膜形成的袋型电池单元壳体21。电池单元壳体21具有矩形形状。在所图示的实施例中，电池单元壳体21是立方形，并且包括六个正交表面。这些表面包括第一端部22;第二端部23，其与第一端部22相对;第一侧面24;第二侧面25,其邻接第一侧面24;第三侧面26,其邻接第二侧面25并与第一侧面24相对；以及第四侧面27,其邻接第三侧面26和第一侧面24,第四侧面27与第二侧面25相对。第一侧面24、第二侧面25、第三侧面26和第四侧面27中的每一者在第一端部22与第二端部23之间延伸，并且这六个表面一起限定由电极组件60占据的密封的内部空间。[0017]安置在电池单元20中的电极组件60包括一系列堆叠的正电极板61，这些正电极板与负电极板62交错并且通过中间隔板未示出）分离。所述一系列堆叠的电极板和隔板在本文中将被称为“板堆叠”64,并且板堆叠64的堆叠轴线66沿平行于堆叠方向的方向延伸穿过板堆叠64的中心。相比于总电池单元厚度例如，具有大约数十或数百毫米的厚度），电极板6〇、61非常薄例如，具有大约〇.〇95mm到0.145mm的厚度），且因此在图3中示意性地图示。[0018]参考图4到图6,每个电池单元20也包括弹性约束件40,其被用于维持板堆叠64的板60、61呈期望的对齐和处于堆叠构型，以及沿平行于堆叠轴线66的方向施加压缩力。约束件40具有第一端帽41;第二端帽犯；以及弹性构件50,其安置在第一端帽41与第二端帽42之间并且将第一端帽41连结到第二端帽42。[0019]第一端帽41和第二端帽42中的每一者均具有“U”形状。具体地，第一端帽41包括第一封闭端部似，其对应于“U”的基部；以及平行的第一腿部43、44,其从第一封闭端部42突出。第一腿部42、43沿垂直于第一封闭端部42的方向延伸。第一端帽41的开放端部49被限定在第一腿部43、44的自由端部之间，并且与第一封闭端部42相对。同样地，第二端帽45包括第二封闭端部46,其对应于“U”的基底；以及平行的第二腿部47、48,其从第二封闭端部46突出。第二腿部47、你沿垂直于第二封闭端部妨的方向延伸。第二端帽45的开放端部52被限定在第二腿部47、48的自由端部之间，并且与第二封闭端部46相对。[0020]第一封闭端部42和第二封闭端部46具有大体符合其安置于其上的电极板61、62的形状和大小的形状和大小。在所图示的实施例中，第一封闭端部42和第二封闭端部46具有矩形形状，例如方形形状以符合电极板61、62的方形形状。第一腿部43、44和第二腿部47、48其从相应的封闭端部42、妨的相对边缘突出）具有对应于电极板61、62的宽度w2的宽度尺寸wl。第一腿部43、44和第二腿部47、4S具有高度hi例如，沿垂直于相应的封闭端部42、46的方向的尺寸），所述高度hi小于板堆叠M的高度h2例如，沿平行于堆叠轴线66的方向的尺寸）的一半，由此在第一腿部43、44与第二腿部47、48之间存在间隙g。[0021]第一端帽41和第二端帽42由与电池单元壳体21内所使用的电解液相容的材料形成，并且具有高介电强度。例如，在所图示的实施例中，端帽41、42由塑料诸如Formex™形成。[0022]弹性构件50是一对弹性条带54、56,其用于将第一端帽41连结到第二端帽42。弹性条带54、56的形状是矩形，并且具有高度h3,其足以桥接间隙g并且也安置在腿部的部分上；以及宽度w3，其为腿部的宽度wl的至少3〇%。例如，在所图示的实施例中，条带54、56的宽度w3是腿部的宽度wl的大约80%。[0023]弹性条带54、56是不导电的，并且由与电池单元壳体21内所使用的电解液相容的弹性材料形成，所述弹性材料诸如三元乙丙橡胶EPDM，其是合成橡胶膜或含氟弹性体。使用已知的方法包括例如粘合剂将弹性条带54、56连结到相应的腿部43、44、47、48。在所图示的示例中，第一弹性条带54被用于将第一端帽41的一个腿部43连结到第二端帽45的一个腿部47,并且第二弹性条带56被用于将第一端帽41的另一个腿部44连结到第二端帽45的另一个腿部48。[0024]在使用中，约束件40沿垂直于封闭端部42、46的方向扩张，使得其能够与电极组件6〇组装在一起。第一端帽41放置在板堆叠第一端部67上，使得第一封闭端部42面向堆叠第一端部并安置于其上，同时第二端帽4f5放置在板堆叠第二端部68上，使得第二封闭端部46面向堆叠第二端部68并安置于其上。在该构型中，第一腿部43、44和第二腿部47、48平行于堆叠轴线66延伸并安置于板堆叠M的相对侧面上，从而向板堆叠64提供侧向稳定性。第一端帽41的第一开放端部49面向第二端帽45的第二开放端部52并与其间隔开。另外，约束件40环绕板堆叠64的外周，并且板堆叠M安置在第一端帽41与第二端帽42之间。一旦约束件40与电极组件60组装在一起，条带54、57的弹性性质就沿堆叠轴线66将第一端帽41拉向第二端帽45,由此通过约束件沿平行于堆叠轴线66的方向向电极堆叠64施加压缩力。设定腿部43、44、47、48的长度尺寸和间隙，使得压缩力足以在准许板堆叠的生长的同时维持板堆叠处于期望的堆叠和对齐构型，但不足以损坏板的离子交换性质。[0025]参考图7,替代性实施例弹性约束件140可以被用于维持板堆叠64的板60、61处于期望的对齐和堆叠构型，以及沿平行于堆叠轴线66的方向施加压缩力。约束件140具有第一端帽41;第二端帽42;以及弹性构件150,其安置在第一端帽40与第二端帽42之间并且将第一端帽40连结到第二端帽42。替代性实施例约束件140的第一端帽41和第二端帽42与上文关于图3到图6所描述的约束件40的第一端帽41和第二端帽42等同，且因此使用共同的附图标记来指代共同的元件。[0026]弹性构件150是弹性环状带152,其环绕第一端帽41、第二端帽42使得当在使用中时，板堆叠64安置在第一端帽41与第二端帽42之间，并且带152沿平行于堆叠轴线66的方向向板堆叠64施加压缩力。带152可由与条带52、54的材料相同的材料形成，并且具有相对宽的宽度w4。例如，宽度w4可在腿部的宽度wl的25%到100%的范围中。在一些实施例中，使用单个、相对宽的带15〇以环绕板堆叠M的外周（图7，同时在其他实施例未示出）中，可以使用具有相对更小的宽度的多个带152以环绕板堆叠的外周。[0027]在图3到图7中所图示的实施例中，第一端帽41和第二端帽45是U形。然而，第一端帽41和第二端帽45不限于具有U形状，且可具有其他适当形状。例如，在一些实施例中，第一端帽41和第二端帽45可以呈具有符合板堆叠64的周边形状的周边形状（g卩，具有矩形周边形状的板的形式。[0028]在图3到图7中所图示的实施例中，第一端帽41具有与第二端帽45相同的大小和形状。然而，约束件40不限于该构型。例如，在一些实施例中，第一端帽41可以是U形，并且第二端帽45可以呈矩形板的形式。[0029]虽然本文中将电池单元壳体21描述为由金属层压膜形成的袋型电池单元壳体，但是电池单元壳体21不限于该材料或构型。例如，电池单元壳体21可由其他材料形成和或可形成为具有棱柱形、圆柱形或其他构型。[0030]虽然本文中将电极组件60描述为包括一系列堆叠的板61、62的“堆叠式”电极组件，但是电极组件60不限于该构型。例如，在一些实施例中，电极组件60可包括卷绕式电极组件例如，卷芯式（je11yro11组件）、折叠式电极组件（即，Z型折叠组件或其他电极布置。[0031]上文相当详细地描述了电池单元和电池单元壳体的选择性说明性实施例。应理解的是，本文中仅描述了被认为对于阐明这些装置而言必要的结构。其他常规结构及关于电池系统的附属和辅助部件的那些结构被认为己为本领域技术人员所知晓和理解。此外，虽然上文己描述电池单元和电池单元壳体的工作示例，但电池单元和或电池单元壳体不限于上述工作示例，而是可在不脱离如权利要求中阐述的装置的情况下执行各种设计变更。

权利要求：1.一种约束装置，包括：第一端帽；第二端帽；以及弹性构件，其将所述第一端帽连结到所述第二端帽。2.根据权利要求1所述的约束装置，其中，所述第一端帽和所述第二端帽具有相同的大小和形状。3.根据权利要求1所述的约束装置，其中，所述第一端帽具有由第一封闭端部和从所述第一封闭端部突出的平行的第一腿部限定的“U”形状，并且所述第一端帽包括与所述第一封闭端部相对的第一开放端部;并且所述第二端帽具有由第二封闭端部和从所述第二封闭端部突出的平行的第二腿部限定的“U”形状，并且所述第二端帽包括与所述第二封闭端部相对的第二开放端部。4.根据权利要求3所述的约束装置，其中，所述第一开放端部面向所述第二开放端部并与其间隔开。5.根据权利要求3所述的约束装置，其中，所述弹性构件包括第一弹性条带和第二弹性条带，所述第一弹性条带将所述第一腿部中的第一个连结到所述第二腿部中的第一个，并且所述第二弹性条带将所述第一腿部中的第二个连结到所述第二腿部中的第二个。6.根据权利要求5所述的约束装置，其中，所述第一腿部中的第一个与所述第二腿部中的第一个间隔开，并且所述第一腿部中的第二个与所述第二腿部中的第二个间隔开。7.根据权利要求3所述的约束装置，其中，所述弹性构件是环绕所述第一端帽和所述第二端帽的弹性环状带。8.—种电池单元，包括：电池单元壳体；安置在所述壳体中的电极板堆叠，所述电极板堆叠包括正电极板，所述正电极板与负电极板交错并且通过中间隔板分离，所述电极板堆叠包括第一端部;第二端部，其与所述第一端部相对;以及堆叠轴线，其对应于所述正电极板和所述负电极板的堆叠方向；以及弹性约束件，其环绕所述电极板堆叠。9.根据权利要求8所述的电池单元，其中，所述弹性约束件包括：第一端帽，其安置于所述电极板堆叠的第一端部上；第二端帽，其安置于所述电极板堆叠的第二端部上；以及弹性构件，其将所述第一端帽连结到所述第二端帽。10.根据权利要求9所述的电池单元，其中，所述第一端帽具有由以下两者限定的“U”形状:第一封闭端部，其面向所述电极堆叠的第一端部；以及平行的第一腿部，其沿平行于所述堆叠轴线的方向从所述第一封闭端部突出，并且所述第一端帽包括与所述第一封闭端部相对的第一开放端部，并且所述第二端帽具有由以下两者限定的“U”形状:第二封闭端部，其面向所述电极堆叠的第二端部；以及平行的第二腿部，其沿平行于所述堆叠轴线的方向从所述第二封闭端部突出，并且所述第二端帽包括与所述第二封闭端部相对的第二开放端部。11.根据权利要求10所述的电池单元，其中，所述第一腿部沿平行于所述堆叠轴线的方向与所述第二腿部间隔开。12.根据权利要求10所述的电池单元，其中，所述弹性构件包括第一弹性条带和第二弹性条带，所述第一弹性条带将所述第一腿部中的第一个连结到所述第二腿部中的第一个，并且所述第二弹性条带将所述第一腿部中的第二个连结到所述第二腿部中的第二个。13.根据权利要求10所述的电池单元，其中，所述弹性构件是环绕所述第一端帽和所述第二端帽的弹性环状带。14.一种形成电池单元的方法，所述方法包括：提供电极板堆叠，所述电极板堆叠包括正电极板，所述正电极板与负电极板交错并且通过中间隔板分离，所述电极板堆叠包括第一端部;第二端部，其与所述第一端部相对；以及堆叠轴线，其对应于板的堆叠方向；提供约束装置，所述约束装置包括：第一端帽；第二端帽；以及弹性构件，其将所述第一端帽连结到所述第二端帽，将所述约束装置与所述电极堆叠组装在一起以形成堆叠组件，其中所述第一端帽安置于所述电极板堆叠的第一端部上，所述第二端帽安置于所述电极板堆叠的第二端部上，并且所述弹性构件将所述第一端帽连结到所述第二端帽。15.根据权利要求14所述的方法，包括提供电池单元壳体；以及将所述堆叠组件插入所述电池单元壳体中。16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述电池单元壳体是袋型电池单元壳体。

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