用于電池的電池單元以及用于制造電池單元的方法
【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種用于電池的電池單元以及一種用于制造電池單元的方法。
【背景技術】
[0002] 用電化學的單元的串聯(lián)連接來產(chǎn)生具有較大的容量的、比如用于電動車用的驅動 裝置的高壓蓄能器。目前，鋰離子電池由于其較高的能量密度而代表著優(yōu)先解決方案。鋰 離子電池的不利之處是其在過度放電或者深度放電時可能會起火和/或爆炸。一種危及安 全的狀態(tài)典型地由于內部的短路而產(chǎn)生，所述內部的短路在超過130°C _170°C的極限溫度 時導致-通常用英語的概念"Thermal Runaway (熱逸散)"來表示的-放熱反應。在這過 程中活性材料及電解質被氧化。典型的熱功率處于kW范圍內，而所述反應通常在小于三十 秒（t< 30s)的時間間隔里進行。因此，可能通過所述反應熱來"影響"其它的單元。在外 表上，在所述電池單元上除了 T > 200°C的溫度變化之外還會出現(xiàn)起煙或者起火情況，在單 個情況中也記錄了爆炸情況。為了防止上面所描述的"Thermal Runaway (熱逸散)"，已知 不同的安全措施。因此，在運行中強制規(guī)定了對于電池電壓的監(jiān)控。此外，所述電池單元比 如可以設有熔融分離器（Schmelzseparator)，所述熔融分離器在所定義的溫度之上阻礙離 子流和電流。在此放棄對于所有已知的安全機制及機構的完整的列舉。
[0003] 根據(jù)普遍的知識水平，所有在出現(xiàn)內部的短路之后所采取的措施的共同點是，它 們沒有在量方面防止熱逸散。

【發(fā)明內容】

[0004] 在這種背景前面，用本發(fā)明來介紹按獨立權利要求所述的、一種用于電池的電池 單元以及一種用于制造電池單元的方法。有利的設計方案從從屬權利要求及以下說明中獲 得。
[0005] 如果在相應的時間里可以將相應的熱量從所述電池單元的繞組中排出，就可以避 免電池單元的一個繞組的放熱反應蔓延到相鄰的繞組上，從而相鄰的繞組不超過預先確定 的極限溫度并且由此不會進入到危及安全的狀態(tài)中。
[0006] 用于電池的電池單元，其中所述電池單元布置在一個殼體中，包括： 具有第一接頭的繞組； 處于所述繞組的第二接頭與所述殼體之間的接觸元件，其中所述接觸元件構造為用于 將所述繞組連接到所述殼體上的、電的導體和熱的導體或者電的絕緣體和熱的導體，其中 所述接觸元件具有一種橫截面，該橫截面大于所述第一接頭的橫截面并且/或者該橫截面 構造用于：將取決于所述繞組的蓄能密度的熱量流在預先確定的時間里從所述繞組通過所 述接觸元件來傳導給所述殼體，其中所述第二接頭與所述第一接頭電絕緣。
[0007] 此外，介紹一種用于制造用于電池的電池單元的方法，其中所述電池單元布置在 一個殼體中，其中所述方法包括以下步驟： 提供一個具有第一接頭的繞組；并且 在所述繞組的第二接頭與所述殼體之間布置一個接觸元件，其中所述接觸元件構造 為用于將所述繞組連接到所述殼體上的電的和熱的導體，其中所述接觸元件具有一種橫截 面，該橫截面大于所述第一接頭的橫截面并且/或者該橫截面構造用于：將取決于所述繞 組的蓄能密度的熱量流在預先確定的時間里從所述繞組通過所述接觸元件來傳導給所述 殼體，其中所述第二接頭與所述第一接頭電絕緣。
[0008] 車輛可以具有電池。所述車輛可以是汽車，尤其可以是客車或者載貨車。"電池" 可以是指蓄電池。所述電池可以具有至少一個電池單元。如果將多個電池單元裝入在一個 電池中，那么所述電池單元就可以并聯(lián)和/或串聯(lián)。"所述電池單元"可以是像比如可以用 作為電極材料、尤其是陰極材料的NCM或者錳-尖晶石來實現(xiàn)的一樣的、具有較高的能量密 度的鋰離子電池單元。此外，所述至少一個電池單元可以具有至少一個繞組。所述電池單 元可以在所述繞組中具有電極。功能上的構造可以類似于三明治，也就是可以將一個正的 放電器、一個陰極、一個分離器、一個陽極和一個負的放電器堆疊起來。從中產(chǎn)生的疊片可 以按單元的所期望的結構形式來卷繞、堆放或者進行類似處理。然后，所述放電器應該向外 與所述單元的極接頭（Polanschluss)相連接。陽極和陰極通過所述分離器電絕緣。所述 分離器多細孔并且被電解質從中穿過，離子被溶解在所述電解質中。陽極和陰極因而通過 離子傳導相連接，因此又名鋰離子電池。在所述電池的極點上從負載中流過的電流通過被 充電的電極的電位差來誘發(fā)。相反，在加載充電電壓時離子流被倒轉并且再次擴大陽極與 陰極之間的電位差。所述電池的這種電位差或者端子電壓取決于所儲存的電荷并且由此取 決于在所述電極中所儲存的離子的數(shù)目。這可以被稱為繞組，如果從中產(chǎn)生的疊片被卷繞 起來。一個電池單元可以具有多個繞組。安全元件可以在短路和/或過度充電和/或深度 放電和/或達到臨界的溫度時將所述繞組與所述電池單元和/或所述電池分開。因此，所 述安全標準可以意味著超過和/或低于閾值。為此，比如可以對溫度、電流強度或者電壓強 度進行監(jiān)控并且將其與相應的閾值進行比較。"繞組的分開"可以是指繞組的接頭與電池單 元的連接觸點之間的、電的連接的中斷。所述繞組的第一接頭和所述繞組的第二接頭可以 具有不同的極性。所述繞組的接頭、也就是所述第一接頭和/或所述第二接頭可以構造為 金屬的結構。所述第二接頭通過接觸元件與所述電池單元的殼體相連接。所述接觸元件可 以是所述第二接頭的一部分。所述接觸元件可以是所述殼體的一部分。通過所述接觸元件 和/或所述第二接頭可以將熱量流從所述繞組傳導給所述殼體。所述殼體可以構造用于： 具有作為散熱體的功能并且/或者將熱能散發(fā)給環(huán)境。所述電池單元的殼體可以將熱量流 傳導給所述電池的殼體。
[0009] 特別有利的是本發(fā)明的一種實施方式，在該實施方式中額外地在所述第一接頭上 設置了一個導熱的但是電絕緣的、具有一種橫截面的接觸元件，并且所述第一接頭構造用 于：將取決于所述繞組的蓄能密度的熱量流在預先確定的時間里從所述繞組通過所述接觸 元件來傳導給所述殼體，其中所述第二接頭與所述第一接頭電絕緣。本發(fā)明的這樣的實施 方式提供了可以特別快地將在所述繞組中產(chǎn)生的熱量排出的優(yōu)點。
[0010] 按照本發(fā)明的一種特殊的實施方式，可以設置一個被分配給所述繞組的安全元 件，該安全元件構造用于：在滿足預先確定的安全標準時將所述繞組的第一接頭在電方面 與所述電池單元分開。本發(fā)明的這樣的實施方式提供一種特別安全的電池單元的優(yōu)點，因 為在故障情況中、尤其是在滿足所述安全標準時保證將電壓與所述第一接頭在電方面分 開，從而比如可以防止短路。
[0011] 此外，所述至少一個電池單元可以具有至少一個第二繞組。所述至少兩個繞組可 以在電方面彼此并聯(lián)。
[0012] 在一種實施方式中，所述至少一個電池單元可以構造為棱柱形的電池單元并且/ 或者所述繞組可以構造為棱柱形的繞組。所述電池單元的電極和分離器可以被卷繞成棱柱 形。所述電池單元的至少一個繞組可以被卷繞成棱柱形。由此可以將繞組與棱柱形的結構 形式的優(yōu)點組合起來。
[0013] 根據(jù)一種實施方式，所述繞組的第一接頭可以由第一種材料構成并且所述繞組的 第二接頭可以由與所述第一種材料不同的第二種材料構成。在所述繞組疊片中或者在所述 繞組中，在所述電極之間產(chǎn)生離子流。
[0014] 此外，所述繞組的第二接頭和所述電池單元的殼體可以具有相同的材料特性，尤 其至少可以部分地由相同的材料構成。所述第二接頭和所述殼體可以由相同的材料制成。 所述第二接頭的和所述殼體的材料可以具有相同的電的和/或熱的特性。因此，所述處于 第二接頭與殼體之間的接觸元件可以由相同的材料構成。通過相同的材料的使用，可以產(chǎn) 生從所述第二接頭通過所述接觸元件朝所述殼體進行連續(xù)的或者保持相同的熱傳導的效 果。
[0015] 也有利的是，所述電池單元的殼體以及同時或者作為替代方案所述至少一個繞組 的第二接頭具有鋁或者鋁合金，并且同時或者作為替代方案所述至少一個繞組的第一接頭 具有銅或者銅合金。鋁可以具有合適的熱傳導力。
[0016] 此外，有利的是本發(fā)明的一種實施方式，在該實施方式中在預先定義的時間里能 夠通過所述接觸元件來傳導的熱量流至少在公差范圍之內與在所述電池單元的內含物質 氧化時所釋放的能量相對應。所述電池單元的至少一個繞組可以具有蓄能容量。在所述繞 組中所儲存的能量容量尤其可以在正常遠行中作為電能來加以調用。"所述繞組的額定電 容"可以是指以額定電壓所儲存的電能