CN110462878A - 用于生产蓄能器的方法和蓄能器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于生产电蓄能器的方法和蓄能器，该蓄能器具有至少两个蓄能电池单体(1)，其中，首先将所述蓄能电池单体(1)排列成电池单体堆(2)，并且通过将包裹材料围绕电池单体堆(2)层压形成所述蓄能器(2)的包裹部(7)。

Description

用于生产蓄能器的方法和蓄能器

技术领域

本发明涉及一种用于生产蓄能器的方法和一种蓄能器。

背景技术

自从电蓄能器被使用以来，也存在如下需求：将这些电蓄能器使用在多样的周围环境中。在此，尤其是潮湿构成大的障碍。例如1912年公开的US 1,027,088 A已经示出力求将适当的相应地防水地构造的电池提供用于潜艇中的使用。但是同时，该文献也阐明在生产受保护而免受周围环境影响的电蓄能器时的原则性问题。需要壳体用来保护蓄能器，然而壳体在实践中在大多数情况下不是柔性的并且根据材料选择也是重的。此外，在这种壳体之内可能必须设有特有的设备，用来调节壳体中的温度。此外，在蓄能器的确定的式样的情况下，可能发生电池单体放气。为了将这些气体有针对性地导出或补偿压力提升，这类壳体因此需要其它装置。通常用于压力平衡的这类装置又构成在蓄能器的密封方面的可能的薄弱部位。

发明内容

因此，本发明的基于如下目的，克服上面描述的缺点并且提供一种改善的蓄能器，该蓄能器适用于在不利的条件下使用。

按照本发明，该目的通过一种具有权利要求1的特征的用于生产蓄能器的方法和一种具有权利要求8的特征的蓄能器来实现。

替代如迄今将多个电池单体堆贮藏在一个大的、共同的壳体中(如在现有技术中操作的那样)，将每个电池单体堆本身进行层压处理，其中，将这些电池单体通过层压以机械的方式保持在一起并且同时形成包裹部。与已经将包裹部进行预制的方法相反，按照本发明可确保基本上无间隙的包套。此外，各个电池单体堆不必再强制性地安置在相同的地点和/或相对彼此以预给定的布置结构安置。

按照本发明的或按照本发明的方法的一种优选的设计和实施形式，消除在各个蓄能电池单体和/或包裹部之间的可能的空气夹杂亦或间隙。这可通过安装包裹部的过程和/或在使用填充材料的情况下实现。

通过消除空气夹杂可克服蓄能电池单体的气体释放并且因此可避免使用用于针对大气压力波动进行补偿的器件，所述器件不利地影响包裹部的整体性。

按照本发明制成的蓄能器的另一个大的优点是小的尺寸，该蓄能器可在该小的尺寸下实施。通过省去大的、共同的壳体可使各个蓄能器在其位置方面更自由地分布。这尤其是在所有类型的车辆和飞行器中是有利的。

因此，例如在混合动力汽车或电动汽车中不再需要大的蓄能块(该大的蓄能块例如妨碍行李空间容积)，而是各个蓄能器可有利地分布在车辆中、例如分布在车轮上。

在电动运行的飞行器或无人机的情况下，蓄能器的分布也是特别有利的。通过更自由的重量分布可有利地影响飞行稳定性。

附加的优点在将按照本发明制成的蓄能器使用在水中交通工具中时产生。耐水的且在此同时节省空间的且在很大程度上灵活的结构方式实现蓄能器直接在龙骨中的支承/安装。通常积聚在这里的(例如由于下雨、进水或向下淌的冷凝液引起的)底舱水通常具有高于0℃且低于30℃的温度。因此，蓄能器在支承于底舱水中的情况下被加热或冷却到刚好该温度范围，这对于大部分常见的蓄能电池单体而言构成理想的条件。

如果将填充材料引入到包裹部或电池单体堆中，则该填充材料可附加地具有不同的性能，这些性能有利地作用于蓄能器。这些性能可每个自身是有利的，但是也可以以不同组合的方式是有利的。这些性能的有利的组合可相应于对蓄能器的要求由本领域技术人员选择。下面阐释一些特别优选的和有利的变型方案。

在本发明的优选的第一变型方案中，该填充材料是良好导热的，也就是说，该填充材料具有至少0.7W/mK的导热能力。该实施方式尤其是有利的，用以将热从电池单体堆的内部向外输送。特别有利地，当蓄能器本身处于导热良好的材料、例如在上面列出的底舱水中时，可发挥填充材料的该性能。

在本发明的另一种优选的实施方式中，该填充材料实施为可选地以机械的方式起稳定作用的、一件式或多件式的护套。如果这些蓄能电池单体是对于变形来说是易受影响的电池单体(例如软包电池单体)，则该实施方式例如是特别有利的。当护套由交联的双组分硅酮弹性体制成并且可选地也够到这些电池单体之间时，不同性能的可行的组合可例如在这种情形下实现。例如已知如下硅酮弹性体，所述硅酮弹性体具有高于3W/mK的导热能力。同样能设想将护套和单独的填充材料相组合的实施方式。

在本发明的另一种优选的实施方式中，也可利用填充材料对蓄能电池单体进行灌封。将例如不交联的、单组分的导热膏提供作为填充材料。这首先在具有柱形或棱柱形的蓄能电池单体、例如圆形电池单体或棱柱形电池单体的情况下是有利的，因为相配合的护套(该护套也达到中间空间中)的制造可与高的成本相关联。

当然，所灌封的填充材料也可具有高的导热能力和/或固化成起稳定作用的元件。

按照本发明的另一种优选的进一步改进方案，填充材料的厚度可以是能改变的。因此，可补偿蓄能电池单体的体积在使用期间的可能的改变。

本发明的其它有利且优选的改进能借助包裹部或在包裹部被层压时实现。这些有利且有利的设计和实施形式也能够由本领域技术人员来组合。

按照本发明的有利的第一实施形式，在低于100℃、尤其是低于50℃、优选地低于25℃的温度下进行层压。通过在特别低的温度下的层压避免了蓄能电池单体的损伤，这提高了所完成的蓄能器的使用寿命。针对低于25℃的层压的实施例例如是在使用UV固化的环氧树脂时的层压。

按照另一种优选的实施方式，该包裹部是电绝缘的。这一方面对于运行安全性来说是重要的，并且另一方面例如在碰撞时，电池单体堆可被变形或挤压。在传统的由铝制成的电池单体堆壳体的情况下，这常常导致危险的电池单体短路，所述电池单体短路可引发电池火灾。由于按照本发明在壳体中避免金属材料，在很大程度上消除了该危险。

另一种用于保护蓄能电池单体的措施是，在包裹部中设置有导电能力的层。该有导电能力的层作用为相对于电和电磁干扰影响的屏蔽部、亦即作用为EMV措施。该保护措施可例如通过制入有传导能力的纤维织物(例如碳纤维)、金属格栅网、薄膜或传导漆来实现。为此，或是可使包裹材料多层地制成或是在多个层中进行层压，所述多个层之中的一个层包含有传导能力的材料。

在本发明的一种特别优选的实施方式中，包裹部包含纤维增强塑料、尤其是玻璃纤维塑料、碳纤维塑料、芳纶纤维塑料、硅纤维塑料、大麻纤维塑料、韧皮纤维塑料、硼纤维塑料、陶瓷纤维塑料、石英纤维塑料、硅酸纤维塑料、聚酯纤维塑料、尼龙纤维塑料、PE纤维塑料、PMMA纤维塑料、亚麻纤维，木纤维塑料、西沙尔麻纤维塑料、PPBO纤维塑料或混合纤维塑料。

纤维增强塑料对于按照本发明的方法或按照本发明的蓄能器来说是特别有利的，因为纤维增强塑料能够容易层压并且在此在重量小的情况下具有大的强度。因此，不仅可有利地影响电池的使用寿命而且可有利地影响在电池运行时的安全性。

在另一种优选的实施方式中，该包裹部也可局部隔热地构造。因此，可防止在电池单体堆的边缘上的电池单体比更内部的电池单体明显更好地被冷却。这在如下情况下则可以是有利的，即，不同程度的冷却可导致蓄能电池单体的不均匀的负载或充电和/或放电，这对于该蓄能器的长时间运行来说可能是不利的。

本发明的其它优选的实施方式是其余从属权利要求的主题。

附图说明

下面依据附图详细说明本发明的优选的实施例。在此，不同实施方案中的相同的构件为了清楚起见配设有相同的附图标记。附图中，以部分高度示意性的图示示出：

图1示出本发明的一种实施方式，在该实施方式中，软包电池单体作为蓄能电池单体彼此排列成电池单体堆的第一变型，

图2示出图1的实施方式的一种进一步改进方案，在该进一步改进方案中，附加的填充材料处于软包电池单体之间，

图3示出相应于图1或图2的电池单体堆，该电池单体堆具有围绕电池单体堆放置的护套，

图4示出图3的电池单体堆，该电池单体堆具有电子装置和以符号示出的、多层式的、准备用于层压的包裹材料，

图5示出完成层压的蓄能器的第一实施方式，

图6示出完成层压的蓄能器的第二实施方式，

图7示出本发明的另一种实施方式，在该实施方式中，棱柱形电池单体彼此排列成电池单体堆的第二变型，

图8示出本发明的另一种实施方式，在该实施方式中，圆形电池单体彼此排列成电池单体堆的第三变型，

图9示出图7的如下电池单体堆，该电池单体堆具有电子装置和以符号示出的、多层式的、准备用于层压的包裹材料，

图10示出图7的如下电池单体堆，该电池单体堆具有电子装置、以符号示出的、多层式的、准备用于层压的包裹材料和附加的护套，

图11示出图8的如下电池单体堆，该电池单体堆具有电子装置和以符号示出的、多层式的、准备用于层压的包裹材料，

图12依据流程图示出按照本发明的方法的可行的流程，

图13示出具有多个按照本发明的蓄能器的蓄能器系统，以及

图14示出图13的蓄能器系统的侧视图，在该蓄能器系统中，蓄能器设置在冷却/加热介质中。

具体实施方式

图1示出本发明的一种实施方式，在该实施方式中，将软包电池单体作为蓄能电池单体1彼此排列成电池单体堆2的第一变型。然后接下来可将护套3作为填充材料围绕电池单体堆2放置。

对于护套3的构造来说，考虑到软包电池单体的一些重要的性能。一方面，这些软包电池单体通常具有边缘4，包袋(＝软包)的两个壁薄膜在该边缘上相互焊接，该包袋形成软包电池单体的外壁。另一方面，软包电池单体由于其具有柔性外皮的构造而能够容易变形，这可能导致蓄能电池单体1受损伤。

独立于所选择的蓄能电池单体的类型附加地有利的是，存在良好的热导出，因为否则在蓄能器的运行中可发生所谓的热穿通。

因此，在图1中示出的护套3具有肋条5，在这些肋条之间可设有边缘4。因此，护套3可给予蓄能电池单体1稳定性。此外，护套3作为填充材料是良好导热的，从而可将热从蓄能电池单体中向外输送。

如果如在图2中所示出的那样在蓄能电池单体1之间设有附加的填充材料6，可将在运行时出现的热再更好地运走。为此有利的是，填充材料6同样是良好导热的。“良好导热”在本发明的意义下理解为至少0.7W/mK的导热能力。

图2示出的填充材料6以垫子的形式构成。但是例如也可以膏状形式施加在各个蓄能电池单体1之间。在本发明的意义下，如在图2中所示出的，以中间元件作为填充材料6的彼此排列的蓄能电池单体1也形成电池单体堆2。

对于设置在蓄能电池单体1之间的填充材料6来说另一个有利的可选择的性能是优选弹性的可压缩性。因此，在蓄能器(例如见图5)的包裹部7(例如见图4)不是弹性地制成的情况下可补偿蓄能电池单体1的体积的在运行中出现的波动。在这种情形下，填充材料附加地作用为在蓄能电池单体之间的缓冲器。

图3示出图1或图2的具有围绕电池单体堆放置的护套3的电池单体堆2。可看到，蓄能电池单体1的触点8通过护套3中的空隙从该护套中伸出来。这些触点可之后配设有接头和/或与电子装置9(在图4中以符号示出)连接。

电子装置9不仅可包含如下电路，所述电路与蓄能器的利用直接地相关(例如逆变器或充电控制装置)，而且包含如下电路，所述电路例如监视和/或存储蓄能器的状态(例如用于监视蓄能器的温度或蓄能水平的电子装置)。用于监视蓄能器的电子装置也可具有相应的传感器、例如温度探测器或压力传感器。当然也可设有用于存储相应地出现的数据和/或经由固定的或无线的连接进行读取或传输的器件。在尽可能封闭的包裹部的意义下，无线的传递方法可以是优选的。

此外，图4示出包裹部7(图5)的两个包裹元件7a、7b，这两个包裹元件接下来围绕电池单体堆2被层压。包裹部7可具有多个带有不同性能的层。这可(如示例性地在图4中的包裹元件7a上示出的那样)通过如下方式实现：包裹元件7a、7b具有多个层11至16，和/或，包裹部7依次相叠地由包裹元件的多个层制成。

包裹部7的多层式构造可被用于不同的有利的性能，因为对于不同层来说可选择分别具有本身有利的且彼此互补的性能的不同材料。

因此，例如有利的是，电池单体堆2和可选地电子装置9相对于周围环境电绝缘。但是同时针对电磁场的屏蔽也是值得期望的，以便保护电子装置免受干扰，或以便不发射所进一步导引的电磁干扰场。两者可在包裹部7的多层式构造的情况下，在例如一个处于更内部、亦即离蓄能电池单体更近的层是电绝缘的并且一个处于更外部的层例如包含金属的线材织物(该线材织物作用为法拉第笼)时同时地被引起。

此外，各个层11至16可用于保护包裹部7的稳定性免受不同的影响。因此，最外面的层11例如可由针对UV辐射或盐水特别耐受的材料制成。

处于更内部的层可例如具有如下织物，这些织物保护包裹部7以免被锋利的或尖锐的物件穿破。当蓄能电池单体1是指软包电池单体时，则这尤其是重要的，因为这些软包电池单体不具有针对这类损伤的适当的保护。如果软包电池单体例如被锋利的棱边至少部分地穿破，则可发生软包电池单体之内的分隔层的损伤。这引起在软包电池单体之内的放热反应的加速，接着，所出现的热不能再被充分地导出。接下来发生电池单体的穿通，这可导致爆炸和火灾。

图5示出具有围绕电池单体堆2和电子装置9层压的包裹部7的完成的蓄能器20的第一实施方式。在该蓄能器的上侧上看出例如呈插塞件形式的接头17、18、19。经由接头18、19可给蓄能器供应能量或从中取出能量。此外，存在如下接头17，经由该接头可与电子装置9通讯，以便例如读取蓄能器20的状况或控制蓄能器20的充电和/或放电。在此，所有接头17、18、19密封地层压入包裹部7中。

在图5中示出的实施方式中，在蓄能器20的下部区域中设有装配辅助件21。这些装配辅助件除了所示出的例如用于螺纹连接件得空隙以外也可具有其它形状。因此，例如能设想钩状部或突出部，所述钩状部或突出部接合到在进行装配的这地方的配对件中。这种装配辅助件21的形状和位置的选择可由本领域技术人员相应于蓄能器的应用来选择。如果装配辅助件21如按照本发明的一种优选的进一步改进方案那样设置而层压入到包裹部7中，则装配辅助件21在包裹部7上的位置可完全自由地选择，因为这些装配辅助件不必在包裹部之内的结构上取向或固定。

图6示出完成层压的蓄能器20的第二实施方式。在该第二实施方式中，各接头以线缆22、23、24的形式实施。该实施方式首先在蓄能器20要在对于各接头特别来说有害的周围环境中装配和/或支承、例如在艇的底舱水中装配和/或支承时则是特别有利的。

图7示出本发明的另一种实施方式，在该实施方式中，蓄能电池单体25彼此排列成电池单体堆的第二变型。在该实施方式中，蓄能电池单体25是棱柱形电池单体。

本发明的替代的第三实施方式在图8中示出。在该第三实施方式中，蓄能电池单体26是圆形电池单体。护套27在该实施方式中相应地制成为具有用于圆形电池单体的空隙的块。当然同样能设想将膏状的或液态的、可选地固化的填充材料引入各圆形电池单体之间的实施方式。

图9和图10示出图7的具有电子装置9和准备用于层压的包裹元件7a、7b的实施方式。在此，类似于图1至图4的实施方式，在图10的实施方式中将护套28围绕电池单体堆2放置。

图11示出图8的具有电子装置9和准备用于层压的包裹元件7a、7b的实施方式。

在图12中依据流程图阐明按照本发明的用于生产蓄能器的方法的可行的流程。按照本发明的方法的一些步骤也可以以其它顺序进行并且由本领域技术人员自由选择，而不偏离原本的发明。

在第一步骤31中将蓄能电池单体彼此排列成电池单体堆。在第二步骤32中将填充材料引入各蓄能电池单体之间并且然后在第三步骤33中将护套围绕该电池单体堆放置。如果是指液态的或膏状的填充材料，则也可以是有意义的是，先将护套围绕该电池单体堆放置并然后将该填充材料引入。在这种情形下，该护套可例如用作为用于灌封该填充材料的框架。原则上，这两个步骤是可选的，因为按照本发明也可行的是，生产没有护套和/或填充材料的蓄能器(也参照图9)。

在第四步骤34中将蓄能器的电子装置设置在电池单体堆上和/或设置在护套或填充材料上。该步骤是可选的，因为电子装置也可与蓄能器分离地安置，例如安置在如下控制单元中，该控制单元可选地也监视和/或监控多个蓄能器。

在第五步骤35中布置蓄能电池单体的接头并且准备用于层压。该步骤也可含有与电子装置的连接。

第六步骤36、第七步骤37和第八步骤38包括对包裹部的层压和固化，具有如下可选的中间步骤：引入或施加可行的中间层、装配装置和类似物。这些步骤可根据本领域技术人员的判断而重复。根据选择何种器件、尤其是何种树脂用于层压，可能需要在各个层压过程之间已经进行固化。重要的是，包裹部只有在层压或重复的层压过程期间才形成，并且保证电池单体堆的无间隙的且密封的包围。

图13示出蓄能器系统的等轴视图，在该蓄能器系统中，多个接合成蓄能器20的且被层压的电池单体堆2以适当方式设置并且接头22至24一起引导至电子装置盒29。如果已经将所有对于蓄能器2的运行所需要的电子装置9装入各蓄能器中，则可在电子装置盒29的部位上已经设置有消耗器。

图14示出图13的蓄能器系统的侧视图，在该蓄能器系统中，蓄能器2设置在冷却/加热介质30、例如水中。通过蓄能器的被密封封住的包裹部不仅避免蓄能器由于冷却/加热介质30受损伤，而且防止冷却/加热介质30被蓄能电池单体1的可能的内含物质所污染。因此，对于冷却/加热介质30也可使用如下物质，所述物质(例如艇上的海水或河水)与周围环境处于接触中或与周围环境交换。

附图标记

1 蓄能电池单体(软包电池单体)

2 电池单体堆

3 护套(软包电池单体)

4 边缘

5 肋条

6 填充材料

7 包裹部

7a、7b 包裹元件

8 触点

9 电子装置

10 自由

11-16 层(包裹部)

17-19 接头

20 蓄能器

21 装配辅助件

22-24 (替代的)接头

25 蓄能电池单体(棱柱形电池单体)

26 蓄能电池单体(圆形电池单体)

27 护套(圆形电池单体)

28 护套(棱柱形电池单体)

29 电子装置盒

30 冷却/加热介质(水)

31 将蓄能电池单体排列成电池单体堆并且进行电连接

32 (可选)引入填充材料

33 (可选)围绕放置护套

34 (可选)设置电子装置

35 布置接头

36 层压

37 (可选)施加装配装置/中间层

38 固化

Claims (24)

1.用于生产电蓄能器(20)的方法，该电蓄能器具有至少两个蓄能电池单体(1)，其中，首先将所述蓄能电池单体(1)排列成电池单体堆(2)，其特征在于，通过将包裹材料围绕所述电池单体堆(2)层压形成蓄能器(20)的包裹部(7)。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在层压之前将所述电池单体堆(2)的蓄能电池单体(1)之间的和/或在包裹材料与电池单体堆(2)之间的空气夹杂移去或填充。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在层压之前至少局部地给所述电池单体堆(2)配设填充材料(6)。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，将所述填充材料(6)设计为可选地以机械的方式起稳定作用的或起减振作用的、一件式或多件式的护套(3)。

5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述填充材料(6)具有至少0.7W/(m*K)的导热能力。

6.根据权利要求3至5之一所述的方法，其特征在于，在所述填充材料(6)中对所述蓄能电池单体(1)进行灌封。

7.根据权利要求1至6之一所述的方法，其特征在于，在低于100℃、尤其是低于50℃、优选地低于25℃的温度下进行层压部的层压和固化。

8.蓄能器(20)，其具有由至少两个蓄能电池单体(1)构成的电池单体堆(2)，其中，所述蓄能器(20)由包裹部(7)包围，其特征在于，所述包裹部(7)是围绕所述电池单体堆(2)层压的包裹部(7)。

9.根据权利要求8所述的蓄能器(20)，其特征在于，所述包裹部(7)以空气密封和水密封的方式包围所述电池单体堆(2)。

10.根据权利要求8或9所述的蓄能器(20)，其特征在于，所述蓄能器(20)的接头(17、18、19)被层压到所述包裹部(7)中。

11.根据权利要求8至10之一所述的蓄能器(20)，其特征在于，在包裹层之内至少局部地围绕所述电池单体堆(2)设置有一件式或多件式的热护套(3)。

12.根据权利要求11所述的蓄能器(20)，其特征在于，所述热护套(3)具有至少0.7W/(m*K)的导热能力。

13.根据权利要求11或12所述的蓄能器(20)，其特征在于，所述热护套(3)是电绝缘的。

14.根据权利要求11至13之一所述的蓄能器(20)，其特征在于，所述热护套(3)可弹性压缩。

15.根据权利要求11至14之一所述的蓄能器(20)，其特征在于，所述热护套(3)由疏水材料构成。

16.根据权利要求8至15之一所述的蓄能器(20)，其特征在于，在各蓄能电池单体(1)之间存在导热膏。

17.根据权利要求8至16之一所述的蓄能器(20)，其特征在于，在各蓄能电池单体(1)之间存在缓冲器、尤其是垫子或泡沫材料。

18.根据权利要求8至17之一所述的蓄能器(20)，其特征在于，所述蓄能器的装配装置集成到包裹部(7)中、尤其是层压入包裹部中。

19.根据权利要求8至18之一所述的蓄能器(20)，其特征在于，所述包裹部(7)包含纤维增强塑料、尤其是玻璃纤维塑料、碳纤维塑料、芳纶纤维塑料、硅纤维塑料、大麻纤维塑料、韧皮纤维塑料、硼纤维塑料、陶瓷纤维塑料、石英纤维塑料、硅酸纤维塑料、聚酯纤维塑料、尼龙纤维塑料、PE纤维塑料、PMMA纤维塑料、亚麻纤维塑料、木纤维塑料、西沙尔麻纤维塑料、PPBO纤维塑料或混合纤维塑料。

20.根据权利要求8至19之一所述的蓄能器(20)，其特征在于，所述包裹部(7)包含阻燃材料。

21.根据权利要求8至20之一所述的蓄能器(20)，其特征在于，所述包裹部(7)局部地热绝缘。

22.根据权利要求8至21之一所述的蓄能器(20)，其特征在于，所述包裹部(7)是电绝缘的。

23.根据权利要求8至22之一所述的蓄能器(20)，其特征在于，所述蓄能器具有电子装置(9)，尤其是继电器、保险装置和/或微控制器，尤其是，所述电子装置(9)层压入所述包裹部(7)中。

24.蓄能器(20)，其特征在于，该蓄能器按照根据权利要求1至7之一所述的方法制成。