专利名称：包括柔性产生元件与机械和热调节所述元件的系统的电池的利记博彩app
包括柔性产生元件与机械和热调节所itit件的系统的电池 絲领域
本发明涉及一种M用于电动或混合机动车辆牵引的电池，也lbi说包括 驱动从动轮的电动马达，该电动马达与驱动这些轮或其它可能的从动轮的热发 动她组合。
背景M
特别地，本发明适用于高度混合的热车辆，该车辆可以实现牵引链的完全 电气化。在这种情况下，电池不仅仅用于在加速阶段辅助车辆，i^较M较 近的距离上提供车辆的自发运动。
为保证所关注应用需要的动力和能量7JC平，需凌4J造包括多个电能产生元 件的电池。
然而，当这些元件充电和放电时，其结果是产生热量，如果热量不受到控 制，将产生斷^t/fff^I寿命的影响，或者甚^M2L端糾下引^t件的特定 化学成分热失控的风险，导致电池的退化。
因此，为了优化电池的性能和^^1寿命，用于元件的热调节系统被^^ 电池内。特别地，热调节系统可包括用于热调节液体的循i^^4圣，所ii^t圣基 本上围绕该产生元件而形成。
另外，在预期的汽车应用中，系统的效率必须要高，因为取决于电流密度 以及电流密度变化的热耗散峰值可能会&'J很高的值，特别是在高加逸复、再
生制动、电池ifei^电或者在电动模式下运行在快车道时。
传统产生元件包括至少一个电化学单电池，例如由相继充当阴旨阳极的 电活性层的叠层构成的锂离子或锂聚合物型电化学单电池，所述电活性层通过 电解质樹目互接触ilki^。
这些电化学单电^t常被封装在刚性、气密'錄器中以保护它们不受到外 界沖击。特别地，这些容器可由^ii^金属片制成以形^f^，在引^4^叠
层后，可通iikf^盖子而封闭^^。
这种类型的封絲特定的缺陷，这些缺陷包^^狄本高，以及需要电绝
4缘金属沐本的至少一个电极和需要增加泄压阀以在元件^t^电或过热的情况 下#^￡力。
为了 ^JMt些缺陷，已经提出通过将电活性层的平坦叠层封装在密封柔性 封套中以形成产生元件。另外，这种类型的产生元件典型地具有增加与热调节
'液体的交M面的^^;w可形状。
然而，对于这种封套，元件的才械强^^剩氐，itii^了当前汽车工业
中的限制，特别是与撞击有关的限制。
另外，叠层于是容易变形，特别是在电活性层tobf目对运动时。特别地， 这种变形可能由充当阳M阴极的活'^N"料的^ 、按照锂离子插Ai4率;^变 化而引起。
这些运动的结果;l^斤述电活'li^之间接触电阻的变化，所述变化产生附加 的热量，这可导致过早老化、可用能量受P咏触发热失控的风险。
发明内容
本发明目的在于通过提出一种电池以改善I5^"技术，这种电池结合了^^1 具有柔'^L件的产生元件的优点与枳械和热封装系统的优点，该W^热封装 系^考虑到电化学行为和汽车工业中相对的电流约束、特别是与撞击有关的 电流约束的情况下改善了电池的^^寿*^4^生。
为此，本发明提出一种包括多个电能产生元件的电池，所述电能产生元件 由封装在柔性密封封套内的至少一个电化学单电池形成，所述电M包括用于 所iiit件的枳^热调节的系统，所述调节系统形成由导热材料构成的结构体， 所述结构体具有两个纵向构件和多个横向构件，所述横向构件连接所m向构 件以在镜向构件之间形成壳体，在所述壳体中分别布置有产生元件，所述结构 体包括用于热调节流体的循环路径，所述^^圣包括分别形#一个纵向构件中 的两个沟道、以及形^^个横向构件中的通道，所述两个沟道分别为上游 沟道和下游沟道，所Jiifil^^HCbt目对于上游沟ii^下游沟道^^逸。
通过参照附图，本发明其它特'^^优点#^1^后面的说明书中，其中 图1是才娥本发明一个实施例的电池的部分剖开透视图的局部阮图， 体示出了才;i^热封装系统的结构体以及其中的产生元件的配置；
图2是图i中电地逸f见图的局部现图，以分解图示出了产生元件以;M目连的总线#电子卡；
图3是图l中电池的横截面视图，也示出了布置在保护絲中的结构体； 图4是图1中电池的纵截面的部分f见图，也示出了布置在保护容器中的结
构体；
图5是4^图1的电池的电化学单电池的纵截面视图； 图6;i形拟艮悟图1的电池的结构体的一个才臭夹的逸阮图； 图7是示出位于根梧图6的两个^^之间的产生元件的布置的分解逄现图； 图8是根据图7的产生元件的逸见图，通过结构矩阵示出了所iiit件的包 覆的配置；
图9a、 9b和9c分别示出了才娘一个实施例布置在壳体中的产生元件的正 视图(图9a)、以截面AA所见的视图(图9b)、以及才娘一个变型以截面AA所 见的视图(图9c);
图10是示出了与排空通iti^t的g区域的部^^文大视图； 图11 ;U^于才娘本发明一个实施例的电池的单片结构体的透视图； 图12是用于通过交^A形成结构体的两种类型的模块的透视图； 图13是4Nt图12的^的截面浮见图，所i^^^包4舌一对产生it件和一个 结构矩阵；
图14a和14bW别在产生元件(图14a)和上游沟ii(图14b)处的根提图13 的m交^A的截面^L图， M实施方式
在说明书中，术语定^^空间是参照图1中的电池的定位而言的。然而， 电池的密封使得可以根據不同的方向进行定位。
对于附图，下面描述的电池包括多个电能产生元件l，所述电能产生元件l 由至少一^)"装在乘t生密封封套3中的电化学单电池2形成。特别地，电化学 单电池2是锂离子或锂聚合物型。
该电池更*#^用于对机动车辆牵引电动马达提供动力，无论是电动汽车 狄电/热^^型的情况。然而，才娥本发明的电*其它^#^式中也可用于 储存电能，特别是在航空领域中。而且，在例如风力发电的固定应用中，使用 才娘本发明的电地^Rr有优势。
对于图5，电化学单电池2具有棱柱几何图形状并包4封目继充当阴极和阳极的电活'1"^4的平坦叠层，所述电活'l4^通过电解质净iL^目接触i^i^。而且， 两个端子5延伸超出封套3的顶部旨以电连接所述单电池。
封套3包:^^目互热辨^^在-"^的顶部片6和侧部片7两个片、以;sji 4^皮折叠以形成所述封套的底部的底部片8。特别地，这些片由分布在电活'I^i: 4的叠层周围的多层膜形成，所述片围^^斤述叠层，特别棘热:fcf^t前在封套 3内产生真空。
而且，该膜^L优化以4氐抗电解质和溶液的4曼害，热焊^"iM^J氐抗空气和 湿气的侵害以保证电化学单电池2的长的寿命。这是因为锂离子或锂聚合物单 电池的化学特'f树7J^P空气敏感，这导致的过早氧^^引起封套3内的内部电 卩JL^压力的增大。
该电池包括一种用于产生元件的枳械和热封装的系统，所述系统使得可以 首先调节所a件的温度，其次将元^^#在增强的结构中。因此，该系统可 以为电^44^4十对和温度有关风险的电气妙、使电棘优化温度范围内运行 以及提供与撞击风险有关的^4生，这些风险是^M"虑的应用中所固有的。
为了提供才/L^封装，该系统形成由"!^#料构成的结构体9，该"^^[# 别地^i例如铝的4r属，而iL铝具有重量轻的优点。结构意味着结构体9提供产 生元件l的才械强度，该才成强度特别是和汽车工业中当前测鄉击约絲关， 同时和汽车中的电池必须经受的其它形式的积械应力有关。
该结构体9有两个^^JiW置在电池的^-"侧的同时纵向延伸的纵向构
体13之间的同时^延伸的4^构件12，壳体13内分别布置有产生元件1。
另外，为了提微调节，体3包括一个用于热调节;胁的循环>5^圣，所述 5§4圣包括两个沟道，分别是上游沟道14和下游沟道15，这两个沟道分别形# 一个纵向构件IO、 11内，所^ ^￡包4 ^^^—个躺构件12内的通道 16，所iiiiit/^^"H^上分别与上游沟道14和下游沟道15流M通。因》诚 向构件12在产生元件1之间形成热交换器，并JL^目同的通道14、 15中的一个 分别为所有的^^构件12的通道16 ^^应和浙—出^/^。
在所示实施例中，横向构件12是纵向相邻的以在其间形成壳体13，上游沟 道14和下游沟道15分别在纵向构件10、 ll中纵向延伸。另夕卜，单个壳体元件 13形成在两个相邻的横向构件12之间。
7另外，电池可包括;緣密封的絲17，絲17特别地由塑琳'J成， 17布置有结构体9和产生元件1，所ii^被布置^UL许安絲车辆中。另外，
可在容器17中形成真空以增加热绝^a;sjt过限制空气和湿气在所述元件上的
迁移而增加产生元件1的佳月寿命。
该电M包括用于循环所述流体以便提供元件1的热调节的设^未示出)， 例如是将流^^压入闭合回路的泵，也可以是热交换器。
更确切地，该电池包括向上游沟道14提供流体的装置以X^所述^^it过 该横向构件12^从下游沟道15排出流体的装置。特别地，^-个，构件 12的通道16于是可以由单个上游沟道14以平行的方式提供，以使得a^"^— 个横向构件12的流体直^"M游沟道14流出，而不必像以前那样必须通过另 一个横向构件12。因jH^果是4it免与连续的交换器有关的热量聚集时得到优 异的均匀性。
;齡可以是气体(特别是空气)或液体，该液体特别地是具有低的蒸汽张 力的介电液城水，可以;U^乙離。热调节装置,加<^#出热量以便将产 生元件1 ##在优化的温度工作范围内。特别地，该调节系统使得可以快速和 有效i^y^供电池中热量的增加或排出，以不^fM^hM可^P角保热调节。
才娥一^Nt别在图6^7和图12-14中示出的实施例，结构体9可通过^ 18的密封连接形成。这样可以通过调节i 18的数目并因此调节产生元件1 的数目而以特别简单的方式调节电池的功率。
为此，示出的*18包括
纵向构件IO、 11的两转分，在^—个中形成沟道部分14、 15;以及
横向构件12，其ii^上分别连接有纵向构夠分10、 11，所述躺构件的 通道16和所述沟道部分i^i^it。
另夕卜，布置才執18的连接以使得沟道部分14、 15^#*1，从而扭道 16的^H^'J形成上游沟道14和下游沟道15。
在图ll中示出的变型中，结构体9可以是单独的一片，例々彿成构成壳体 13的成形,结构，在壳体13内布置有产生元件1。特别地，纵向构件M向 构件以及H^在其中的沟#^^1道的配置可以类似于下面描述的有关， 体。
片的优点在图&7、 12-14中，该横向构件12包括在^H^固定到形成纵向构件10、 11 一部分的框架19上的空心板21，所述框架是空心的以在其中形成沟道部分 14、 15。更确切地，该板21的^rHW边插入穿过该才錄19ii^的槽20内，以 使得该板21的内部与该框架19的内部i^ii。该框架19的空心部具有矩形截面 并且该板21的空心部设有横向肋条22,树向肋条22之间形成沟道形舰道 16，扭道16内^^可从一个才緣19至另 一框架躺循环。另夕卜，该才錄19的厚度大于该板21的厚度以在两个相邻躺构件12之间 形成该壳体13。另夕卜，该空心板21的厚度被限定，例如为约0.5111111,以提高 与产生元件l的热交换和有助于电池的紧凑。图7示出了才娥图6的才狭18的纵向堆叠的设计，将相々財匡架19的相应 面相互々p^妙，以錄21的^"H^上形成纵向沟道14、 15。另夕卜，通iij^匡 架19的面之间插入密封件23实自夹19之间的流体密封。接下来使微19 tobf目连，特别是在该框架19上形成连接装置。在图7 示出的实施例中，通过穿过i^4瑰19上的孔的螺钉实l ^接。另外，^^缺 19的堆叠的^"^连接有板24以封闭沟道14、 15,所ii^L^别设有:i;;fL^供 #回條置25。在一未示出的变型中，该^:可包括一^!i制的板以具有在^HW皮一开 口围住的中心部分，还包括固^^中心部分的另""fe，从而在所ii^l之间形成根椐图12-14中的一个实施例，模夹18具有阳空心框架19a和阴空心框架 19b，通过将所述阴空心框架^A^斤述阳空心框架实5^斤i^缺的连接'更确切地，阳框架19a的空心部的尺寸等于阴框架19b的夕MP尺寸，以允 许所述阴框架^A^斤述空心部内，使得沟道部分14、 15流^it。特别地，这样制造的体9:-具有对^^汽车震动应力有利的优异刚性，没有螺钉崎时间较长产生松 动的风险；画固有的;鉢密封狄而不需要增加^^r密封件，；0^斤周知密封件长时间抗 '財待改善并站严重的才;*^力期间难以确保密封功效；-紧凑并且^|更而不需要附加^1可螺钉； -其^^时间大大减少。为了允i午拆在I^缺18，可^^)特定的工*(例如卸轮器型)4^且件Ji^足 够的牵引力从而拆开所i^f狭。另夕卜，塑料环41可有利地添加在该框架19之 间的界面处。在^-"次拆卸以后，例^oit过切割去除塑料环41，以用新的塑料 环替换，新的塑料环在重新iEL^能再次保证结构体的枳械质量。示出的实施例提供具有两个阳空心框架19a的第一类型的模块18a以及具 有两个阴空心框架19b的第二类型的模块18b,通过交^A^-种类型的模 块18a、 18b形成该结构体9(参见图14)。在一未示出的变型中，^-"个才狭18可具有一阳空心框架19a和一阴空心 框架19b，通过以相对的定向^A^斤述才狭形成该结构体9。在示出的实施例中，产生元件1包4封艮悟图5的、固定在一^的两个电化 学单电池2，特别皿ii^占附^Mf"H^^合至另一个^JMi行固定，其中相应 的端子5被平行，。另外，产生元件1可结合J^向构件12,特别地，结合可通过热津給剂进中的才;i^寸橫。另夕卜，产生元件1可配I^壳体13内以P艮制电活'^^4相互之 间的运动。如图2中所示，特别舰过提供总线条26实现电池的电子封装，产生元件 1的端子5;l^妄至总线条26，所逸t、线^H皮固^^框架19。而且，产生元件l 的电子卡27可与总线条26连接，特别地，通过提供多个相邻的产生元件l共 用的电子卡27iM^tii接。封装系皿包括由聚^树脂构成的结构矩阵28，所述矩阵至少部分^t真 充壳体13以包復该产生元件1。因此产生元件1通过该矩阵28被##在该结构 体9中，这也有助于整体的积械强度。另外，矩阵28有助于P艮制产生元件1的变形并由此限制它们的内部强度可 能的增加。该矩阵28还M了封套3的^^密封性并由此皿了相对于夕MP环 境(湿气或空气的iiA,电解'液的泄漏)对电活'fi^ 4的保护。另夕卜，该矩阵28可以是导热的以便也实现产生元件1和M径中的循环流 体t间热传递的功能，和/或实现用于所述元件之间电气^功能的电多魄。对 于热传递，重要的棒性是热导，其为矩阵28的导热率与其厚度之间的比率。在 一个示意性实施例中，矩阵28具有约lW/m/°C的导热率和约2mm的厚度。10作为用于矩阵28的聚*树脂，可以^ 1具有结构特性的所有类型的聚合 物材料，并且特别是具有增加电池刚'l"沐在所述电池中保持产生元件1的优点 的粘接剂。粘接剂可以是例如环氧、硅树脂、聚亚安酯或丙烯酸等族，具有导 热性能的无机成分可以添加至该粘接剂，该无机成分例如^203、 A1N、 MgO、 ZnO、 BeO、 BN、 Si3N4、 SiC和/或Si02,在一个示意性实施例中，可以使用 3M />司型号为2605 二元环^#脂。为^f^J树脂，在将产生元件1配置在壳体13中后，将^##脂布置在所述 壳体内，所述树脂B被固化以形成结构矩阵28。为利于电池的可回收性，还 可在产生元件1的表面;^一层包括it^多剂的底漆涂层。这种it^多剂必须肯化 连接界面之一上迁移以产生一^^。这种ii^多是通过热激活实现的，这也使 得可以拆卸所结合的组件。这种迁移剂也可用在底漆中，也可用拟寸脂本身中。 该迁移剂可以是例如聚烯烃或更具体的是PTSH(对曱^t酰肼)，如文献 WO-2004/087829中特别描述的那样，其已知^ifit^^^供^离的功能。另夕卜，该矩阵28可具有在一定温度范围内的相变特性，以改善产生元件l 的温度调节。而且，该矩阵28还可具有自熄特性。在图12至14中的实施例中，^-个模夹18包^""对通过一层^W妄剂42 分别结合，向元件12 —侧上的产生元件1，所述元件至少部分^皮该结构矩阵 28 M。另夕卜，糾的元件1可以串絲并m电连接，例:fet过与包括螺固 在连^LL的连接柱40的中间总线^H^接来实现。对于图8,封套3的至少部分周边具有才;i^^化部分，该;N^I!化部分在封套3内部过压的情况下形M裂区域29。因此，在热失控或^t^的情况下，产 生元件1产生的剩余气^ilii^部^^^被排出所itit件，1^这些气^it过与 #区域29 i^t的排出沟道被排出电';t^卜，所述沟道包^^絲g 17上 的阀30(参见图10)。jtbita的排出PiUii了可能导致电池热失控的额外的过热。另夕卜，这种允许 气M离的可能站产生元件1被约絲刚性环嫂中时变得^口重要，使得可 以减少内部电阻的增加并因jtt提高其^^寿命。在示出的实施例中，封套3的周边的1分未被^^^悄旨中以形成位于 底部8附近侧边7上的魏区域29，该底部通过弯曲净M口固。另夕卜，封套3的 底部没有树脂M。在一个未示出的变型中，g区域可被才;M^形成，例如通过刻划封#^/或树脂，或通过局部减小围绕整^)"套3的包覆树脂的厚度。参照图9,产生元件l包括两个相互固定在一^的电化学单电池2。在图9b 中，产生元件l结合Ji^构件12，并JL^^^期间，矩P车膜28将电化学单电 池2相互固定。在这一实施例中，厚度非常薄的粘翻'M立于该产生元件1和该 横向构件12之间。因此，由于热导^^于厚度，所以可以保证该产生元件 1和该横向构件12之间的热交换，即使津自ij不是非常好的热导本。在图9c中，该电化学单电池2被提前相互结^4f且该矩阵28填充产生元 件1^N黄向构件12之间的空隙。^it个实施例中，由于布置在产生元件l械 向构件12之间的矩阵28具有大的厚度，^i^f^)具有好的热导率的矩阵28。才娥本发明，电池中温度的优异的均匀性使得既可以增加产生元件1之间 的平衡7K平，也可以精确地对电池进行热调节以尽可能多地斷氐该产生元件1 内部电阻而不影响它们的佳月寿命。于是热管理的伏/f^f吏得可以增加电池的能 量和功率，而不必增加额外的产生元件l。另外，调节系鍵提供来自产生元件l热封装的热能的散热，没有多余的热 量以可能导致热失控现l^广散的比例传i!L^邻近的产生元件1。这种热限制的作 用可以防止热失控传播至整个电池的风险，i^j"高能电池是非常关键的。而且，封装系统可以和沸7jC作用而不会有阻塞沟道14、 15或通道16的风 险；辦保护电^*有巨大的优势。狄因为，在产生元件1着火或者热失控 的情况下，7jO蒸发现象;l^吏得可以将电池温度^^在一个固定值，防止广泛扩散的失控现象的出现。这种蒸发温度将絲于^^的流体的'1"錄，无论^/^是 7ML者具有较低沸点的^^。
权利要求
1、一种电池，包括多个电能产生元件(1)，所述电能产生元件(1)由封装在柔性密封封套(3)内的至少一个电化学单电池(2)形成，所述电池还包括用于所述元件的机械和热调节的系统，所述电池的特征在于所述调节系统形成由导热材料构成的结构体(9)，所述结构体具有两个纵向构件(10，11)和多个横向构件(12)，所述横向构件连接所述纵向构件以在所述横向构件之间形成壳体(13)，在所述壳体中分别布置有产生元件(1)，所述结构体包括用于热调节流体的循环路径，所述路径包括分别形成在纵向构件(10，11)中的两个沟道、以及形成在每一个横向构件(12)中的通道(16)，所述两个沟道分别为上游沟道(14)和下游沟道(15)，所述通道在每一侧上分别与上游沟道(14)和下游沟道(15)流体连通。
2、 才娥^^要求1所述的电池，^#棘于所述横向构件(12)纵向^4條 以在其间形成所述壳^(13)，所述上游沟it(14)和下游沟5i(15)分别在一个纵向 构件(10，ll)中纵向Jnk^^伸。
3、 才鹏权利要求1或2所述的电池，^#絲于所述产生元件(1)通:1±*诚 结合至所述躺构件(12)。
4、 才娘^N要求l至3中^"-项所述的电池，*#棘于通过才^:(18)的 密封连接形成所i^构^(9)，所ii^^包拾纵向构件(IO， ll)的两个部分，在^部分中形成一沟道部納14，15);以及 横向构件(12)，在其边缘上分别连接有一纵向构转納IO, 11)，所述横向构件中的通it(16)与所述沟道部分^^t;所述模块的连接配置成使沟道部納14, 15)流减通，从而在所舰it(16)的^—^上形^Ui游沟it(14)和下游沟ii(15)。
5、 才^^M，J要求4所述的电池，^#絲于所述横向构件(12)包括固^ 空心框架(19)的^"H^上的空心;feSL(21)，所述空心框架(19)形錄向构转納10， 11)。
6、 才娘W'j要求5所述的电池，^#絲于所述^^(18)具有阳空心框架 (19a)和阴空心框架(19b)，通过将所述阴空心框架^A^斤述空心框架内实S^斤述 微的连接。
7、 才娘权利要求6所述的电池，^ft征在于其包括具有两个阳空心框架(19a)的第一类型才^^(18a)以及具有两个阴空心框架(19b)的第二类型^(18b)，通过 交^A^"^种类型的^^(18a， 18b)形成所^构W9)。
8、 才N^5U'j要求6所述的电池，^#絲于^-个#^(18)具有一阳空心 框架(19a)和一阴空心框架(19b),通过寸射斤述才缺以相对的定向^/v^形成所述 结构^K9)。
9、 才娥权利要求l至8中^-"项所述的电池，^#絲于所述封#(3)的周 边的至少一^分具有才;L^4f化部分，所ii^^l萄化部分在所述封套内部it^的 情况下形M裂区域(29)。
10、 才M^U'虔求9所述的电池,其特棘于錄区域(29)与排出沟iti^t。
11、 4緣^U'J要求1至10中^-"项所述的电池，^#絲于所述调节系统 还包括由聚^树脂构成的结构矩P^(28)，所述矩阵至少部^k^真充壳^(13)以 娜斤述产生元件(l)。
12、 才N^5^，j要求3、 4和11所述的电池，^tt絲于^-"个^:(18)包括 一对分别来诚结合絲向构件(12)-H^上的产生元件(1)，所i^构矩P4(28)至少 部线^a所a件。
13、 才^^5U'J要求1至12中^-项所述的电池，^#棘于其包括向上游 沟it(14)^应;緣的装置以^fe所述流Mit;斤述^构件(12)以后排出下游沟 it(15)中^^的装置(25)。
14、 才娘^5U'J要求13所述的电池，^#棘于在^-个横向构件(12)中的 通it06)由上游沟ii(14)以平行的方式供应。
15、 才鹏^U'J要求l至14中^-^项所述的电池，*#絲于其包括密封容 器(17)，在所述密封容器中布置有所述结构#<9)和所述产生元件(1)，在所4 器内产生真空。
全文摘要
本发明涉及一种包括多个电能产生元件(1)的电池，所述元件由封装在柔性的密封封套(3)中的至少一个电化学单电池(2)形成，该电池还包括用于所述元件的机械和热调节的系统，该调节系统形成由导热材料构成的结构体(9)，该结构体具有两个纵向构件(10，11)和多个横向构件(12)，横向构件连接纵向构件以在横向构件之间形成壳体(13)，在壳体中分别布置有产生元件(1)，结构体包括热调节流体的循环路径，该路径包括分别形成在纵向构件(10，11)中的两个沟道即上游沟道(14)和下游沟道(15)、和形成在每个横向构件(12)中的通道(16)，该通道在每一侧上分别与上游沟道(14)和下游沟道(15)流体连通。
文档编号H01M2/12GK101557013SQ20091013871
公开日2009年10月14日 申请日期2009年4月7日 优先权日2008年4月8日
发明者F·加邦 申请人:电动汽车公司