用于蓄能器的集電器和具有這種類型的集電器的蓄能器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于電化學的蓄能器的集電器（240），它具有至少一個第一腿（242）和至少一個第二腿（244），其中，所述至少一個第一腿（242）和所述至少一個第二腿（244）至少部分地通過至少一個設(shè)置在所述至少一個第一腿（242）和所述至少一個第二腿（244）之間的連接裝置（246）彼此連接起來。這種類型的集電器（240）允許蓄能器（10）有擴大的穩(wěn)定性和更有效的運行。此外，本發(fā)明還涉及一種蓄能器（10），例如特別是具有這種類型的集電器（240）的鋰-離子-電池。
【專利說明】用于蓄能器的集電器和具有這種類型的集電器的蓄能器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于電化學的蓄能器的集電器。此外，本發(fā)明還涉及一種具有這種類型的集電器的電化學的蓄能器，特別是如鋰-離子-電池。
【背景技術(shù)】
[0002]電化學蓄能器、例如鋰-離子-電池在許多日常生活中已廣泛使用。例如它們在計算機一例如便攜式電腦(Laptops )、移動電話、智能手機(Smartphone )中和其它的用途中得到應用。這種類型的電池也在當前迅速發(fā)展的車輛的、例如汽車的電氣化方面顯示出它的優(yōu)點。
[0003]為了能接取通過這種類型的電化學的蓄能器所產(chǎn)生的電流，通常這種蓄能器分別具有可以機械地和電地接觸的正的和負的觸點或者說極。在這種情況中，所述觸點或者說極通過集電器與陽極或者與陰極相連接，為的是能以合適的方式從電化學的蓄能器中截取供使用的電流。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的主題是一種用于電化學的蓄能器的集電器，它具有至少一個第一腿和至少一個第二腿，其中，所述至少一個第一腿和所述至少一個第二腿至少部分地通過至少一個設(shè)置在所述至少一個第一腿和所述至少一個第二腿之間的連接裝置彼此連接起來。
[0005]在本發(fā)明的意義上，集電器可以特別是一種導電的結(jié)構(gòu)部件，它能在蓄能器的陽極或者陰極或者與其相連接的導電元件、例如電流輸出器與觸點或者說極之間提供導電連接，以便分接電能。
[0006]此外，在本發(fā)明的意義上，電化學的蓄能器特別可以是一種電池，例如一種可再次充電的蓄電池。例如電化學的蓄能器可以是一種鋰基的蓄能器，例如是鋰-離子-電池。
[0007]此外，在本發(fā)明的意義上，連接裝置可理解為這樣一種不導電的、或者優(yōu)選地導電的元件，即該原件至少部分地、優(yōu)選地完全地設(shè)置在所述至少一個第一腿和所述至少一個第二腿之間，并且與這些腿相連接，或者固定在這些腿上。因此，所述的連接裝置或者多個連接裝置主要用于這些相應腿的彼此固定。
[0008]前述的集電器可以產(chǎn)生一種特別穩(wěn)定的蓄能器，它能特別可靠和高效地運行。
[0009]為此，所述集電器具有至少一個第一腿和至少一個第二腿。在這種情況中，所述第一腿和第二腿可以至少部分地平行地設(shè)置。在這種情況中，可以只設(shè)置一個第一腿和一個第二腿，或者設(shè)置多個第一和第二腿。
[0010]在這種情況中，所述至少一個第一腿和所述至少一個第二腿至少部分地通過至少一個設(shè)置在所述第一腿和所述第二腿之間的連接裝置彼此相連接起來。例如設(shè)置多個第一腿，這些第一腿分別與多個第二腿中的一個第二腿至少部分地通過至少一個設(shè)置在相應的第一腿和相應的第二腿之間的連接裝置彼此連接起來。
[0011]集電器的上述方案可以允許設(shè)計一種具有第一腿和與該第一腿相連接的第二腿的、且特別能抗彎曲并因此特別穩(wěn)定的腿輪廓或者單元。通過這一措施可以明顯更好地補償那些可能作用到蓄能器或者電池單元上的、并且在這種情況中例如作用到集電器上的力。這導致了:與由現(xiàn)有技術(shù)已知的一些方案相比，裝配有前述集電器的蓄能器具有更大的穩(wěn)定性，并且可允許蓄能器特別可靠地運行。因此，通過使用前述的集電器可以明顯地降低故障運行狀態(tài)的或者損壞的機率。
[0012]此外，集電器的或者它的腿的增大的穩(wěn)定性或者增大的抗彎曲剛度也允許將所述腿與根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的集電器相比設(shè)置在明顯擴大的區(qū)域中，或者使得所述腿具有明顯更大的長度。通過這一措施可以改進集電器與電極的接觸，這導致了電流更好地流通，并且因此改進了蓄能器的運行，此外也導致了改進在電極和集電器之間的接觸的穩(wěn)定性。
[0013]此外也可以明顯地擴大腿的橫截面積。通過這一措施，在由導電材料形成所述連接裝置時，可以減小整個集電器的電阻，這附加地允許蓄能器能特別有效地或者以特別高的功率來運行。
[0014]總之，前述的集電器可以更加穩(wěn)定地制造蓄能器，并且在這種情況中使所述蓄能器具有特別高的效率。
[0015]在一種方案的框架中，所述至少一個第一腿和所述至少一個第二腿形成一個腿對。因此在這個方案中，總是兩個腿通過所述連接裝置連接成一個腿對。在這種情況中可以設(shè)置一個腿對，或者優(yōu)選地設(shè)置多個腿對。因此，在這個方案中，集電器可特別簡單地與通常的蓄能器的外圍設(shè)備相匹配，通過這一措施可特別簡單地將前述的集電器集成到多個現(xiàn)有的蓄能器中。在這種情況中，也可將所述腿對叫做接觸叉。
[0016]在另一方案的框架中，所述至少一個第一腿和所述至少一個第二腿可以通過所述至少一個連接裝置U形地彼此連接起來。在這個方案中，可實現(xiàn)相應腿的特別穩(wěn)定的連接，其中，此外還可以特別簡單地實現(xiàn)與已有的蓄能器的匹配。特別是在這一方案中可以充分利用這種情況，即當例如在一種棱柱形的方案中有多個常規(guī)的蓄能器的情況下，這些電極常常為薄膜式設(shè)計，并且彼此上下重疊，其中，薄膜端部可以分別從蓄能器殼體中伸出，為的是電接觸這些薄膜端部。現(xiàn)在所述集電器可以固定在這些薄膜端部上，這一點在這個方案中可以是特別有利的。在這種情況中特別是可以規(guī)定，可如此地設(shè)計所述U形狀或者所形成的U輪廓，即U輪廓向外敞開，連接表面或者連接裝置因此特別平地貼靠在蓄能器上。通過這一措施可以得到另一優(yōu)點，即依然能良好地接近用于固定在電極的伸出的薄膜帶上的接觸叉。
[0017]在另一方案的框架中，可以板形地設(shè)計所述連接裝置。因此在這一方案中，所述連接裝置在它的邊緣區(qū)域處可以與相應的腿連接，并且在這些腿之間具有板形的延伸部。在這種情況中，按照本發(fā)明的規(guī)定，這種板形的構(gòu)造可以具有特別的意義，即所述連接裝置在它的長度和寬度方面具有小的數(shù)額。例如連接裝置可以薄膜式地設(shè)計。在這個方案中，相應腿或者接觸叉的特別大的區(qū)域可以彼此連接，這使得特別高的穩(wěn)定性或者特別大的抗彎曲性成為可能。此外，在這個方案中還可以特別明顯地增大所述腿上的橫截面積，通過這一措施可以特別有效地減小電阻，并且因此可以特別有效地改進蓄能器的效率。在只使用一個連接裝置時后者可以特別有利。
[0018]在另一方案的框架中，可以設(shè)置多個連接裝置。在這個方案中可以有選擇性地加強例如所述腿對，然而其中需要使用的材料卻特別地少。因此，在這個方案中在制造所述集電器時材料成本可以特別低。此外，也可以節(jié)省重量，這特別是在移動地使用時對于集電器或者是對于裝配有這種集電器的蓄能器來說是很有利的。此外，在合適的穩(wěn)定性方面規(guī)定，特別是在需要的地方進行加強，而在不需要加強的區(qū)域中不需要進行加強。
[0019]在另一種方案的框架中，所述至少一個第一腿和所述至少一個第二腿可以由銅或者鋁制成。在這一方案中，一方面，生產(chǎn)所述集電器的成本特別有利，因為前述的用于生產(chǎn)的材料在成本上不是過高。此外，特別是當規(guī)定前面所述的材料也用于電極或者用于電極的電流分流器(Stromableiter)時,可以規(guī)定使用一種統(tǒng)一的材料,通過這一措施，在從集電器過渡到電極或者電流分流器時，不會出現(xiàn)電勢，這可以允許蓄能器特別是按規(guī)定地和可靠地運行。此外，特別是前述材料可以容易加工，并且加工成本有利，并且在這種情況中這些材料具有良好的導電性能，這可以使蓄能器能特別高效率地運行。
[0020]在另一方案的框架中，所述至少一個第一腿、所述至少一個第二腿和所述至少一個連接裝置可以整體地設(shè)計。這種方案可以使加工方法簡單且成本有利，這可以使集電器或者裝配有集電器的蓄能器的構(gòu)造成本特別有利。
[0021]在另一方案的框架中，所述至少一個第一腿、所述至少一個第二腿分別具有接觸端部和絕緣端部，其中，絕緣端部是如此地彎曲柔軟的，即第一腿的絕緣端部和第二腿的絕緣端部可以接觸地設(shè)置。因此在這個方案中可以達到:第一腿的絕緣端部和第二腿的絕緣端部既可以有間距地設(shè)置，也可以接觸地設(shè)置。在這個方案中可以取得這樣的優(yōu)點，即可以簡化將蓄能器或者集電器安裝到特別是絕緣的支架上的安裝工作。這可以通過下述措施達至IJ，即這兩個腿至少部分地由能彎曲的、特別是彈性的材料制成。此外，這也可以辦到，其做法是，特別是在絕緣端部上不設(shè)置用于固定第一腿和第二腿的連接裝置。在這個方案中增大的抗彎曲剛度因此可以特別是設(shè)置與絕緣端部有間距的區(qū)域。
[0022]關(guān)于根據(jù)本發(fā)明的集電器的其它技術(shù)特征和優(yōu)點請詳細地參閱涉及到根據(jù)本發(fā)明的蓄能器、附圖以及附圖描述的一些說明。
[0023]此外，本發(fā)明的主題也是一種蓄能器，特別是一種鋰-離子-蓄電池，它具有至少一個如前面所描述地設(shè)計的集電器。
[0024]這種類型的蓄能器可以具有特別穩(wěn)定的和可靠的集電器。在這種集電器中，可以明顯地更好補償那些可能作用到蓄能器或者電池單元上的力。此外這可以允許將接觸電纜制造得明顯地更大，或者與根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的集電器相比，具有明顯更大的長度。通過這一措施可以使集電器與電極有更好的接觸，這可以導致蓄能器更好的運行，此外也可以導致有更好的穩(wěn)定性。此外，也可以明顯地增大所述腿上的或者接觸叉上的橫截面積。通過這一措施就減小了整個集電器的電阻，這也附加地允許蓄能器的特別高效率地運行，或者以特別聞的功率運行。
[0025]總之可以特別穩(wěn)定地制造這種類型的蓄能器，并且在這種情況下具有特別高的效率。
[0026]例如可以將蓄能器設(shè)計為棱柱形的電池。在這種方案中，與其它類型的電池相比較，可以使電池體積最小化，因此，當體積為可以比較時就能生產(chǎn)功率更大的蓄能器，或者當功率相同時就需要明顯更小的位置或者結(jié)構(gòu)空間。這特別是對于移動使用是有利的。
[0027]在一種方案的框架中，可以將所述至少一個集電器焊接到蓄能器的陽極或者陰極上。在這個方案中，集電器可以和所述陽極或者陰極實現(xiàn)特別穩(wěn)定的連接，并且在這種情況中可以使制造方法特別簡單且成本有利。因此，在這種方案中，蓄能器可以特別安全和可靠地運行。在這種情況中，所謂焊接到陽極或者陰極上的焊接在本發(fā)明的意義上也包括焊接到與陽極或者陰極導電連接的導線部件、例如特別是電流分流器(Stromableiter)上的焊接，因為這些部件分別處于與陽極或者陰極相同的電位上，并且因此在本發(fā)明的意義上通常將這些部件看作為同屬于相應的電極。
[0028]關(guān)于根據(jù)本發(fā)明的蓄能器的其它技術(shù)特征和優(yōu)點請詳細地參閱有關(guān)根據(jù)本發(fā)明的集電器、附圖以及附圖描述的說明。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]通過這些附圖示出了根據(jù)本發(fā)明的主題的其它優(yōu)點和一些有利的方案，并且在下面的說明中對這些進行描述。其中需要注意的是，這些附圖只具有描述的性質(zhì)，并且不要認為對本發(fā)明有某種形式的限制。
[0030]這些附圖是:
圖1:用于本發(fā)明的蓄能器的結(jié)構(gòu)的簡圖；
圖2:按照現(xiàn)有技術(shù)的集電器的簡圖；
圖3:在蓄能器上的按照圖2的集電器的簡圖；
圖4:按照本發(fā)明的集電器的簡圖；
圖5:在蓄能器上的按照圖4的集電器的簡圖。
【具體實施方式】
[0031]在圖1中示出了一種蓄能器10的部分地示例性的、并且不構(gòu)成限制的結(jié)構(gòu)。在這種情況中，按照圖1所述蓄能器10特別是一種鋰-離子蓄電池，它具有棱柱形形狀的電池單元。在按照圖1的方案中，一種為了獲得能量直接必需的元件是一種繞組元件12，在這種繞組元件中，涂有陽極材料的銅膜、涂有陰極材料的陰極膜和例如兩個塑料膜一它們用作為間隔器或者隔膜一重疊地進行設(shè)置或者纏繞，并且被壓平。為了進行電接觸，在這種情況下所述銅膜和鋁膜沿著纏繞軸線沿相反方向輕微錯位地進行設(shè)置。這樣，所述銅膜在其中一個窄邊伸出，并且鋁膜在另一窄邊伸出。在這種情況中，如此出現(xiàn)的伸出的薄膜帶14用于陽極或者陰極的電接觸，正如這一點在后面特別是參考圖3還要加以說明的那樣。在這種情況中，為了明顯起見，在圖中只示出了極的伸出的薄膜帶14。以技術(shù)人員明白的方式，為每個極、也就是在殼體18的與薄膜帶14相對置的一側(cè)并且與相反的極相鄰地也設(shè)置伸出的薄膜帶14，為的是也接觸這些薄膜帶。
[0032]此外，按照圖1的蓄能器10也具有稱作NSD (英文:Nail Penetration SafetyDevice (釘子穿透安全裝置))的安全裝置16。此外，還設(shè)置用于容納所述繞組元件12或者用于容納一些繞組元件12的容器18，所述容器在外側(cè)可以具有電絕緣裝置20，如收縮軟管或者說熱縮塑性套管。在所述容器中，在容器底部處也設(shè)置電絕緣裝置22。此外所述容器18特別是裝有液態(tài)的電解質(zhì)。
[0033]此外，為了進行電接觸，所述蓄能器IO還具有在此僅簡圖示出的、并且在圖4和圖5中詳細描述的集電器240，正如該集電器在后面要詳細地描述的那樣。所述集電器240與用于機械地并且電地接觸所述蓄能器10的連接螺栓26進行電連接。此外，還設(shè)置用于繞組元件12的絕緣裝置28和用于集電器的絕緣裝置30。
[0034]此外，所述容器18在上方至少部分地、特別是安全地通過一蓋板32覆蓋，在所述蓋板和集電器240之間、并且特別是與連接螺栓26之間，環(huán)繞地設(shè)置密封裝置34和密封絕緣體36。此外，為了例如在有故障時能從容器18中排放出過量的壓力，在蓋板32中還設(shè)置保險片或者說裂開板38。此外，蓄能器10還包括薄膜，例如OSD薄膜40，將所述薄膜嵌入到蓋板32中。此外，還可以在蓋板32上設(shè)置蓋板絕緣膜42，所述蓋板絕緣膜具有一些凹坑44。在凹坑42的內(nèi)部、并且在蓋板32上、特別是與連接螺栓26相鄰地還設(shè)置一電位板46以及設(shè)置在其上的上板48。所述上板和絕緣裝置50—起設(shè)置在連接板52上。此外，正如從圖1中看到的那樣，在連接板52的下方設(shè)置有間隔絕緣體54。此外，還設(shè)置一嵌入到蓋板32中的柱塞56。
[0035]此外，在圖2中示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的集電器200。這種類型的集電器200包括兩個接觸叉202，所述接觸叉分別包括兩個腿204。所述接觸叉與設(shè)置在上部的、并且因此不是設(shè)置在腿204之間的連接區(qū)域206相連接，所述連接區(qū)域又與基本上與所述連接區(qū)域206垂直設(shè)置的平臺208相連接。所述平臺可以通過孔210環(huán)繞所述連接螺栓26地固定在蓄能器10上，正如在圖3中示出的那樣。關(guān)于圖3，與根據(jù)圖1的蓄能器10相同的、或者可比較的結(jié)構(gòu)部件基本上使用相同的附圖標記表示，因此，關(guān)于這方面的詳細描述請參閱前述的圖1的說明。
[0036]在圖4中示出了根據(jù)本發(fā)明的集電器240。這種類型的集電器240包括至少一個第一腿242和至少一個第二腿244，其中，所述至少一個第一腿242與所述至少一個第二腿244至少部分地通過至少一個設(shè)置在第一腿242和第二腿244之間的連接裝置246彼此相連接起來。在根據(jù)圖4的這個方案中，所述至少一個第一腿242和所述至少一個第二腿244形成一個腿對，所述腿對也叫作接觸叉。此外，所述至少一個第一腿242與所述至少一個第二腿244通過按照圖4板狀形成的連接裝置246彼此U形地連接起來。在這種情況中，所述至少一個第一腿242和所述至少一個第二腿244以及所述至少一個連接裝置246整體地形成。此外，所述至少一個第一腿242和所述至少一個第二腿244由銅或者鋁構(gòu)成。在這種情況中，特別是可以根據(jù)定位來選擇所述材料，其中，與陽極連接的集電器240特別是可以完全由銅制成，而與陰極連接的集電器240特別是可以完全由鋁制成。正如從圖4中可以看到的那樣，在這個方案中設(shè)置有兩個腿對。
[0037]此外，還可以看到所述集電器240具有這樣一個連接區(qū)域248，即這個連接區(qū)域可以與腿242、244相連接，或者從這個連接區(qū)域開始形成所述腿242、244，此外，它還與平臺250相連接，所述平臺基本上垂直于腿242、244地對準。所述平臺250具有用于一種連接螺栓26或者例如用于容納或設(shè)置所述連接螺栓26的定心銷252。
[0038]在圖5中很簡化地示出了裝配有根據(jù)圖4的集電器240的蓄能器10?？梢钥吹剿鲞B接螺栓26或者所述定心銷252，所述定心銷與集電器240的平臺250接觸。此外也示出了具有腿242、244的腿對，它們固定在伸出的區(qū)域14上。此外也示出了連接裝置246，所述連接裝置將腿242、244 U形地連接起來。
[0039]此外在圖5中還可以看到，所述至少一個第一腿242和所述至少一個第二腿244分別具有接觸端部254和絕緣端部256，其中，絕緣端部256如此地柔軟彎曲，即所述第一腿242的絕緣端部256和所述第二腿244的絕緣端部256可以接觸地設(shè)置。通過這一措施例如可以使絕緣裝置的安裝變得容易。
[0040]此外還可以看出，由于這些腿對具有更大的穩(wěn)定性，所以這些腿對可以設(shè)置得與現(xiàn)有技術(shù)的方案相比較一正如圖3所示出的那樣一長度明顯更大。這可以明顯地改進導電特性。
【權(quán)利要求】
1.用于電化學蓄能器的集電器，具有至少一個第一腿(242)和至少一個第二腿(244)，其中，所述至少一個第一腿(242)和所述至少一個第二腿(244)至少部分地通過至少一個設(shè)置在所述至少一個第一腿(242)和所述至少一個第二腿(244)之間的連接裝置(246)彼此相連接起來。
2.按照權(quán)利要求1所述的集電器，其中，所述至少一個第一腿(242)和所述至少一個第二腿(244)構(gòu)成為腿對。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的集電器，其中，所述至少一個第一腿(242)和所述至少一個第二腿(244)通過所述至少一個連接裝置(246)彼此U形地連接。
4.按照權(quán)利要求1至3中的任一項所述的集電器，其中，連接裝置(246)板形地構(gòu)成。
5.按照權(quán)利要求1至4中的任一項所述的集電器，其中，設(shè)置多個連接裝置(246)。
6.按照權(quán)利要求1至5中的任一項所述的集電器，其中，所述至少一個第一腿(242)和所述至少一個第二腿(244)由銅或者鋁制成。
7.按照權(quán)利要求1至6中的任一項所述的集電器，其中，所述至少一個第一腿(242)和所述至少一個第二腿(244)、以及所述至少一個連接裝置(246)整體地構(gòu)成。
8.按照權(quán)利要求1至7中的任一項所述的集電器，其中，所述至少一個第一腿(242)和所述至少一個第二腿(244)分別具有接觸端部(254)和絕緣端部(256)，其中，這些絕緣端部(256)是如此地柔性的，即所述第一腿(242)的絕緣端部(256)和第二腿(244)的絕緣端部(256)能接觸地設(shè)置。
9.蓄能器，特別是鋰-離子-蓄電池，具有按照權(quán)利要求1至8中的任一項所述的至少一個集電器(240)。
10.按照權(quán)利要求9所述的蓄能器，其中，所述至少一個集電器(240)焊接在蓄能器(10)的陽極或者陰極上。
【文檔編號】H01M4/70GK103872338SQ201310657481
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2013年12月9日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月11日
【發(fā)明者】O.格倫特, A.艾興多夫, M.法伊格爾, R.德龐特 申請人:羅伯特·博世有限公司