專(zhuān)利名稱(chēng)：用于制造具有多個(gè)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(gè)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(fèi)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(dòng)的機(jī)動(dòng)車(chē)輛中。在汽車(chē)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(chē)輛驅(qū)動(dòng)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(gè)串聯(lián)或并聯(lián)地電連接的電池電芯。對(duì)于這種技術(shù)的成功建立的一個(gè)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(dòng)的機(jī)動(dòng)車(chē)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(gè)元件在大多數(shù)情況下以多重封裝的方式存在，以實(shí)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(duì)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(gè)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(gè)或多個(gè)缺點(diǎn)。根據(jù)本發(fā)明的方法原則上包括以下步驟:-提供多個(gè)電池電芯；-借助電芯連接件將電池電芯互連以及在必要時(shí)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(guò)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(gè)共同的、必要時(shí)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(gè)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(dú)殼體(例如鋁制殼體)中。通過(guò)電池電芯嵌入在一個(gè)共同的、必要時(shí)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?yàn)椴淮嬖诮雍衔恢谩⒑缚p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(guò)程中的錯(cuò)誤幾率。通過(guò)將各個(gè)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(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)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(gè)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(duì)電網(wǎng)或負(fù)載供給電能的裝置，其包括具有至少一個(gè)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(guò)電化學(xué)過(guò)程存儲(chǔ)能量的任何蓄能器。蓄能器特別是如下地理解:其包含多個(gè)串聯(lián)連接和/或必要時(shí)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(lèi)型的電池電芯，特別是如下類(lèi)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(gè)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(gè)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(shí)現(xiàn)期望的電池模塊或電池系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。一個(gè)電池系統(tǒng)可以具有一個(gè)或多個(gè)電池模塊。除了多個(gè)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(chēng)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(gè)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(kāi)的兩個(gè)電極。兩個(gè)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(dú)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(méi)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?yàn)殡姵仉娦驹谕瓿煞庋b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(xiǎn)。因此，也不需要單獨(dú)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(shí)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(shí)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(shí)施成，借助電芯連接件不僅可以實(shí)現(xiàn)各電池電芯的互連，還可以實(shí)現(xiàn)它們的空間相對(duì)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?yàn)殡姵仉娦就ㄟ^(guò)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(guò)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(duì)于彼此的移動(dòng)。由此實(shí)現(xiàn)了不再需要額外的將電池電芯保持在預(yù)定的相對(duì)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(shí)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(diǎn)并且在通過(guò)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(guò)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(gè)共同的、優(yōu)選單件式的合成材料護(hù)套中。通過(guò)用合成材料來(lái)包覆模制實(shí)現(xiàn)所述封裝。包覆模制優(yōu)選通過(guò)注塑過(guò)程實(shí)現(xiàn)并且實(shí)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?chē)h(huán)境隔開(kāi)。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(gè)優(yōu)選變型中，電池模塊或電池系統(tǒng)的封裝通過(guò)在一個(gè)唯一的注塑過(guò)程中進(jìn)行完全包覆模制而實(shí)現(xiàn)，從而形成一個(gè)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(kāi)。通過(guò)這種實(shí)施方式實(shí)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(duì)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(duì)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(duì)于鋁更優(yōu)的化學(xué)抵抗性和耐腐蝕性的合成材料。對(duì)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(duì)苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚酯(PES)、聚芳砜(PSU、PESU、PPSU)、聚對(duì)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(guò)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(shù)脂和/或聚酯樹(shù)脂(UP)的反應(yīng)性的熱熔膠粘劑。熱熔膠粘劑可以必要時(shí)與玻璃纖維和/或碳纖維組合地使用。對(duì)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(guò)使用這樣的填料可以提高整個(gè)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(shí)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(guò)氮化硼的極小的密度本質(zhì)上實(shí)現(xiàn)了在混合時(shí)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?dòng)的范圍內(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(diǎn)和/或連接點(diǎn)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(gè)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(guò)壓釋放到周?chē)h(huán)境。此安全閥可以構(gòu)造為規(guī)定斷裂點(diǎn)的形式，特別是此安全閥可以設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)。首先通過(guò)以下方式已經(jīng)實(shí)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(guò)在注射時(shí)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(shí)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(dú)的注塑過(guò)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(dòng)車(chē)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(dòng)車(chē)輛和電池模塊或電池系統(tǒng)并非構(gòu)成一個(gè)結(jié)構(gòu)單元，而是機(jī)動(dòng)車(chē)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(dòng)車(chē)輛的工作中執(zhí)行其功能。在此處，術(shù)語(yǔ)“機(jī)動(dòng)車(chē)輛”理解為所有被驅(qū)動(dòng)的車(chē)輛，其具有用于對(duì)機(jī)動(dòng)車(chē)輛的至少一個(gè)元件提供能量的電池模塊或電池系統(tǒng)，與該機(jī)動(dòng)車(chē)輛具有何種驅(qū)動(dòng)裝置無(wú)關(guān)。特別地，術(shù)語(yǔ)“機(jī)動(dòng)車(chē)輛”包括HEV(混合電動(dòng)車(chē)輛)、PHEV(插電式混合動(dòng)力車(chē)輛)、EV(電動(dòng)車(chē)輛)、燃料電池車(chē)輛以及使用電池系統(tǒng)來(lái)至少部分地供應(yīng)電能的所有車(chē)輛。


參照附圖及以下的說(shuō)明對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)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(shí)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(gè)電池電芯3導(dǎo)電地連接。在通過(guò)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(gè)電池電芯3在封裝之后如何布置。在此處可見(jiàn)，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(gè)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(gè)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(shí)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(guò)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(gè)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(duì)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(duì)苯二甲酸丁二醇酯、聚酯、聚芳砜、聚對(duì)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(gè)、多個(gè)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(xiàng)所述的方法，其中所述電池模塊或電池系統(tǒng)的一個(gè)、多個(gè)或所有電池電芯(3)在互連之前以單獨(dú)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(dú)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(xiàng)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(xiàng)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(xiàng)所述的方法，其中所述電池模塊或電池系統(tǒng)的封裝通過(guò)在一個(gè)唯一的注塑過(guò)程中進(jìn)行的完全包覆模制而實(shí)現(xiàn)。
10.按照前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)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(gè)安全閥，該安全閥優(yōu)選為規(guī)定斷裂點(diǎn)，必要時(shí)為防爆裝置。
11.按照前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)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(xiàng)所述的方法制造的電池模塊或電池系統(tǒng)。
13.機(jī)動(dòng)車(chē)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(gè)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(gè)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(shí)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(guò)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(gè)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(hào)H01M2/22GK103155221SQ201180037921
公開(kāi)日2013年6月12日 申請(qǐng)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(qǐng)人:羅伯特·博世有限公司, 三星Sdi株式會(huì)社