本公開(kāi)涉及電池單元、車(chē)輛和制造電池單元的方法。

背景技術(shù)：

1、電池電動(dòng)車(chē)輛(bev)依靠電池單元中儲(chǔ)存的電力運(yùn)行，電池單元被配置在車(chē)輛的各種設(shè)置中，例如模組、無(wú)模組電池包(cell?to?pack)或車(chē)身電池(cell?to?body)。一旦電量耗盡，電池單元必須重新充電。許多車(chē)主和駕駛員希望盡可能快地到達(dá)目的地，并且重視短暫的充電停留，以便重新上路并快速到達(dá)目的地。

2、給汽油汽車(chē)加油很簡(jiǎn)單，包括將燃料手柄和噴嘴插入車(chē)輛加油管。隨后的泵送動(dòng)作將移動(dòng)汽油，并在一兩分鐘內(nèi)填滿常規(guī)大小的汽車(chē)油箱。除了運(yùn)行電泵來(lái)移動(dòng)汽油之外，在液體移動(dòng)過(guò)程中幾乎沒(méi)有能量損失。總而言之，通過(guò)管道轉(zhuǎn)移汽油本身可以被認(rèn)為是一個(gè)無(wú)損的過(guò)程。

3、與轉(zhuǎn)移以可燃液體形式儲(chǔ)存的化學(xué)能相比，為電池電動(dòng)車(chē)輛充電的過(guò)程涉及傳輸電子(即電流)，因此具有根本的不同。當(dāng)通過(guò)導(dǎo)線傳輸大電流時(shí)，傳輸損耗會(huì)顯著增加，因?yàn)閾p耗與導(dǎo)線中的電阻有關(guān)，并與電阻成比例。這種現(xiàn)象是bev獨(dú)有的，在傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)中沒(méi)有對(duì)等物。因此，對(duì)bev進(jìn)行再充電需要仔細(xì)的設(shè)計(jì)考慮和減輕與例如電阻熱損失、冷卻功率、電池電解質(zhì)溫度和可能的退化相關(guān)的多個(gè)參數(shù)的系統(tǒng)選擇，同時(shí)旨在提供能夠匹配內(nèi)燃機(jī)車(chē)輛的快速充電體驗(yàn)。

4、除了與bev再充電相關(guān)的所有技術(shù)設(shè)計(jì)和系統(tǒng)挑戰(zhàn)外，電池單元的生產(chǎn)是非常復(fù)雜的制造過(guò)程。具體地，對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用，例如車(chē)輛，電池單元應(yīng)該以單位重量高能量密度制造。因此，制造過(guò)程是復(fù)雜的，并且涉及許多不同的制造步驟。例如，全自動(dòng)制造需要大量投資來(lái)采購(gòu)和微調(diào)生產(chǎn)設(shè)備，以達(dá)到所需的質(zhì)量、產(chǎn)量和成本目標(biāo)。小的工藝改進(jìn)，如減少時(shí)間或?qū)蓚€(gè)或多個(gè)工藝步驟整合為一個(gè)步驟，可以快速實(shí)現(xiàn)大規(guī)模節(jié)約、提高盈利能力和產(chǎn)量。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本公開(kāi)的獨(dú)立權(quán)利要求的主題至少部分解決或緩解了上述問(wèn)題，其中從屬權(quán)利要求中包含了更多示例。

2、根據(jù)本公開(kāi)的第一方面，提供了一種電池單元，包括具有壁和至少一個(gè)電池端子的外殼。該電池單元包括具有電極片的電極材料，該電極材料的至少部分在外殼里面沿著壁延伸。電極片電連接到至少一個(gè)電池端子。該電池單元還包括偏轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，該偏轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)被配置為使至少一些電極片偏轉(zhuǎn)遠(yuǎn)離壁。

3、通過(guò)偏轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)將至少部分電極片偏轉(zhuǎn)遠(yuǎn)離壁，組裝電池單元時(shí)，在將具有電極片的電極材料插入外殼之前，無(wú)需進(jìn)行電極片的有利偏轉(zhuǎn)。因此，偏轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)可以被理解為每個(gè)電池單元的內(nèi)置特征，其在組裝電池單元時(shí)提供有利的片偏轉(zhuǎn)。這省去了另外的耗時(shí)制造步驟以及在相應(yīng)制造步驟中為此目的所需的任何機(jī)器或工具。這反過(guò)來(lái)又節(jié)省了制造電池單元的成本?？紤]到不同應(yīng)用中使用了多少個(gè)電池單元，尤其是在車(chē)輛中，這些成本節(jié)約累積起來(lái)變得非常顯著。

4、所述偏轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)被配置為將電極片偏轉(zhuǎn)遠(yuǎn)離壁，這可能意味著偏轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)被布置和/或設(shè)計(jì)為使電極材料的至少一些電極片偏轉(zhuǎn)遠(yuǎn)離壁。特別地，電極片可以偏離電極材料的一部分，特別是沿著壁和/或平行于壁在其延伸方向上延伸的第一部分。例如，電極片通過(guò)偏轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的偏轉(zhuǎn)可以是一次性效果和/或永久效果。當(dāng)具有電極片的電極材料被插入外殼中時(shí)，可以在電池單元的制造或組裝期間實(shí)現(xiàn)一次性效果。在這種情況下，電極片可以偏轉(zhuǎn)，特別是相對(duì)于電極材料的第一部分彎曲。電極片然后可以保持彎曲。永久效果可能是當(dāng)偏轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)即使在制造之后仍向至少一些電極片施加力并因此保持向上彎曲。

5、被配置為使至少部分電極片偏轉(zhuǎn)遠(yuǎn)離壁的偏轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)可替換地表述為通過(guò)其使至少部分電極片偏轉(zhuǎn)遠(yuǎn)離壁的偏轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。偏轉(zhuǎn)遠(yuǎn)離壁的至少一些電極片可以包括大部分或全部電極片。

6、特別是，電極片可以被偏轉(zhuǎn)，使至少部分、大部分或基本上所有電極片相互接觸，特別是通過(guò)物理接觸的電接觸。這有利于各個(gè)電極片之間的電接觸，以改進(jìn)從電極片到電池端子的導(dǎo)電性。

7、偏轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)和/或電極材料可被配置為彎曲至少部分電極片。這意味著電極材料被彎曲，特別是沿著垂直于電極材料沿著壁的延伸方向延展(run)的線彎曲。這種彎曲線可以在片部分和電極材料的另一部分之間延展。另一部分在本文中可稱(chēng)為第一部分，而片部分在本文中可稱(chēng)為第二部分，用于區(qū)分這兩個(gè)部分。電極材料的彎曲可以具有彎曲角度，該彎曲角度可以通過(guò)偏轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，特別是其配置，例如尺寸、取向等來(lái)提供。

8、特別地，電池單元可以包括兩個(gè)電池端子，具體為第一電池端子和第二電池端子。第一電池端子可以連接到電極片。電池單元可以進(jìn)一步包括至少一種，特別地，兩個(gè)電極材料，具體是第一電極材料和第二電極材料。具有電極片的電極材料在本文中可被稱(chēng)為第一電極材料。電池單元還可以包括可設(shè)置在兩個(gè)電極材料之間的隔板材料。電極材料和隔板材料可以是外殼內(nèi)的電極組件的一部分，其可以是例如卷筒(jelly?roll)類(lèi)型。

9、電極片可為多個(gè)電極材料之一的一部分。特別地，電極片可以設(shè)置在電極材料的末端或形成電極材料的末端。電極材料可具有第一部分和第二部分，例如，如上所述。第一部分可以是與第二部分不同的部分，其可以具有電極片。第一部分和/或第二部分可以至少部分地沿著外殼的壁延伸。例如，第一部分的延伸方向，特別是縱向延伸方向，可以平行于壁。偏轉(zhuǎn)可以使得電極材料的第一部分和電極材料的第二部分的延伸方向，特別是縱向延伸方向彼此不同。特別地，第二部分可以沿著其(縱向延伸)遠(yuǎn)離壁延伸。特別地，在這兩個(gè)部分之間可能存在由偏轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的偏轉(zhuǎn)提供的彎曲，例如沿著上述彎曲線。同樣，或者換句話說(shuō)，這兩個(gè)部分的延伸方向之間可以有一個(gè)角度。

10、在一個(gè)示例中，外殼可包括至少部分偏轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。特別地，外殼可以包括偏轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的大部分或全部。此外，外殼和偏轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)可以被設(shè)計(jì)成單件或彼此一體。偏轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)到外殼中這種結(jié)合簡(jiǎn)化了電池單元制造過(guò)程中的偏轉(zhuǎn)工藝的提供。

11、在一個(gè)示例中，偏轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)可至少部分由壁的壁部分形成。該壁部分可以是內(nèi)壁部分或內(nèi)壁和外壁部分。對(duì)于內(nèi)壁部分，至少部分形成偏轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的壁部分可以僅設(shè)置在外殼的內(nèi)部或者設(shè)置在外殼里面。對(duì)于內(nèi)壁和外壁部分的變型，偏轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)設(shè)置在外殼的內(nèi)部和外部。至少部分地形成偏轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)(這可能意味著大部分或全部由壁的壁部分形成)允許結(jié)合有偏轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的外殼的簡(jiǎn)單且成本有效的設(shè)計(jì)。

12、在一個(gè)示例中，壁部分可為壁的倒角(chamfered)部分。倒角部分可以從外殼的外面看到。對(duì)壁進(jìn)行倒角允許結(jié)合偏轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的外殼的特別簡(jiǎn)單和成本有效的設(shè)計(jì)。因?yàn)榈菇遣糠值某叽缈赡苁芟抻陔姌O片的縱向延伸和/或位置，所以倒角不會(huì)負(fù)面地限制電池單元的內(nèi)部體積，從而不會(huì)負(fù)面地限制通常與電極組件的尺寸相關(guān)的電池單元的電池容量。

13、在一個(gè)示例中，至少部分形成偏轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的壁部分可布置在外殼的兩個(gè)相對(duì)的末端部分之一。相對(duì)的末端部分可以位于外殼的縱向末端。通過(guò)布置至少部分形成偏轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的壁部分，電池單元的內(nèi)部體積不會(huì)負(fù)面地受到偏轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的影響。此外，可以確保電極材料僅在需要時(shí)偏轉(zhuǎn)，特別是彎曲，例如在其末端，特別是對(duì)應(yīng)于上述電極片部分。

14、在一個(gè)示例中，至少部分電極片可相互重疊。特別地，電極片，特別是大多數(shù)電極片，可以與其他電極片重疊。特別地，電極片的類(lèi)花狀圖案可以由偏轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)提供，特別是當(dāng)外殼是圓柱形時(shí)。當(dāng)從下面看時(shí)，即從外殼的末端看時(shí)，可能出現(xiàn)類(lèi)花狀圖案。通過(guò)各個(gè)電極片的重疊，電極片通過(guò)直接接觸彼此電連接。由此，用于通過(guò)相應(yīng)的電池端子充電的電導(dǎo)率顯著增加。

15、在一個(gè)示例中，外殼可為圓柱形。此外，外殼可具有電極組件，該電極組件包括電極片并且是卷筒型的。外殼和電極組件的這種設(shè)計(jì)是非限制性的有利示例?？蛇x地，例如，外殼可以是矩形形狀。

16、在一個(gè)示例中，至少部分外殼可被配置為至少一個(gè)電池端子。具體地，外殼的至少一個(gè)末端部分或板可以被配置為至少一個(gè)電池端子。此外，大部分或全部外殼可以被配置為至少一個(gè)電池端子。該末端部分或板可以與電極材料的電極片電接觸。例如，整個(gè)外殼可以用作電池端子，特別是負(fù)電池端子。

17、在一個(gè)示例中，外殼可包括橋接材料，在結(jié)構(gòu)上連接電極片與至少一個(gè)電池端子。因此，橋接材料可以至少為相對(duì)于電池端子偏轉(zhuǎn)、特別是彎曲的電極片提供結(jié)構(gòu)支撐。

18、在一個(gè)示例中，橋接材料可導(dǎo)熱和/或?qū)щ姟＿@可以允許熱量從電極片經(jīng)由橋接材料熱傳導(dǎo)到電池端子，特別是外殼。此外，或可選地，這可允許通過(guò)橋接材料傳導(dǎo)電流，有效地改進(jìn)電池端子和電極片之間的電性能。具體地，電極片(尤其是由于它們的偏轉(zhuǎn)形狀)和電池端子之間的內(nèi)部電阻，可以通過(guò)導(dǎo)熱和/或?qū)щ姌蚪硬牧隙@著降低。雖然電極片和電池端子之間的連接通?？赡苁浅潆?，特別是快速充電的瓶頸，但是這個(gè)問(wèn)題可以通過(guò)本文提出的橋接材料來(lái)克服。

19、在一個(gè)示例中，橋接材料可為糊狀物和/或粘合物。糊狀物或粘合物的黏性的優(yōu)點(diǎn)在于，橋接材料對(duì)于被橋接材料包圍的電極片來(lái)說(shuō)有些柔性，以獲得更好的導(dǎo)電性能。作為粘合物，橋接材料可以進(jìn)一步增強(qiáng)結(jié)構(gòu)性能。一旦電極片由此被封閉，粘合物可以硬化，或者換句話說(shuō)，變成固體，這加強(qiáng)了結(jié)構(gòu)，并且可以確保電池單元中的電解質(zhì)(可以是液體類(lèi)型)不會(huì)與橋接材料混合。

20、通過(guò)本文提出的橋接材料，提供了改進(jìn)的電極片至電池端子的設(shè)計(jì)，有可能解決由于本說(shuō)明書(shū)引言部分所述的回退而導(dǎo)致的充電電流受限的問(wèn)題。橋接材料允許更高的電流和更好地從電池單元里面的電極組件散熱。這可以降低所需的冷卻功率，甚至允許包括如本文公開(kāi)的電池單元的電池元件的冷卻系統(tǒng)的尺寸減小。因此，通過(guò)本文公開(kāi)的電池單元，可以實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的益處，例如降低車(chē)輛成本和重量。

21、在一個(gè)示例中，外殼里面的另一電極材料和/或隔板材料可與橋接材料間隔開(kāi)。因此，另一電極材料和/或隔板材料可以與具有電極片的電極材料電隔離，以防止短路。

22、根據(jù)第二方面，提供了一種包括電池元件的車(chē)輛，該電池元件具有根據(jù)本公開(kāi)第一方面的至少一個(gè)電池單元。

23、車(chē)輛可為任何類(lèi)型，例如混合動(dòng)力電動(dòng)車(chē)輛或電池電動(dòng)車(chē)輛。電池元件可以是任何類(lèi)型，例如牽引電池元件。

24、根據(jù)本公開(kāi)的第三方面，提供了一種制造電池單元的方法，該方法包括：

25、提供具有壁和至少一個(gè)電池端子的外殼，

26、提供至少一個(gè)電極材料，該電極材料具有用于電連接到至少一個(gè)電池端子的電極片，

27、將該至少一個(gè)電極材料插入外殼中，使得至少部分電極材料沿著外殼里面的壁延伸，并且電池單元的偏轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，特別是外殼，將至少一些電極片偏轉(zhuǎn)，特別是彎曲遠(yuǎn)離壁。

28、在一個(gè)示例中，該方法可包括進(jìn)一步的步驟，例如在外殼中提供橋接材料，特別是直接在電池端子處，進(jìn)一步特別是在將至少一個(gè)電極材料插入外殼之前。

29、在一個(gè)示例中，電極材料可作為完整電極組件或與完整電極組件一起插入外殼中，如本文所述，完整電極組件可具有另一電極材料和隔板材料，且可為例如卷筒型。

30、在一個(gè)示例中，該方法還可以包括加熱外殼的第一末端，第一末端是電極片，尤其是電池端子所在的位置，以將電極片接合到至少一個(gè)電池端子。可以使用包括提供熱量的任何接合方法，例如但不限于銅焊。因此，外殼的第一末端的內(nèi)側(cè)可以涂有預(yù)焊劑，例如錫。通過(guò)將熱量施加到第一末端，可以形成第一末端和電極片之間的連接，第一末端可以是外殼的底板或側(cè)面。

31、應(yīng)注意的是，上述方面、示例和特征可相互結(jié)合，與所涉及的方面無(wú)關(guān)。

32、參考下文描述的示例，本公開(kāi)的上述和其他方面將變得顯而易見(jiàn)。