CN105453303A - 具有多个可移除电池单元的模块、包括这种模块的电池以及包括这种电池的车辆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种包括用于储存电力的多个柔性“小袋”或“软袋”式棱柱形电池单元的模块。各电池单元包括在其至少一个边缘上的一个柔性扁平电力“接片”式端子。这些电池单元彼此抵靠地安排，用以形成一个堆叠。这些电池单元的电端子在堆叠中是对齐的。堆叠中的一对两个相邻电池单元的柔性扁平端子(其中一个是正极端子而另一个是负极端子)在所述的两个电池单元之间是折叠的。两个间隔件分别插入所述的两个柔性端子的折痕中。该模块包括用于施加所安排的电池单元堆叠的压缩力的装置，以便对所述的两个间隔件之间的所述的彼此抵靠的两个端子的至少一部分进行压缩。

Description

具有多个可移除电池单元的模块、包括这种模块的电池以及包括这种电池的车辆

技术领域

本发明涉及具有多个可移除电池单元的模块、包括这种模块的电池以及包括这种电池的车辆。本发明具体地应用于电动车辆或混合动力车辆。

背景技术

在对全球变暖达成共识的情况下，减少二氧化碳(CO₂)排放量是汽车制造商面临的主要挑战，在这个领域中的标准越来越严苛。

除了持续改进常规热力发动机的效率(这伴随着二氧化碳排放量的减少)，电动车辆(“EV”)和混合电动车辆(“HEV”)现在被视为是减少CO₂排放量的最有前途的解决方案。

近年来已经对不同的电能储存技术进行了测试，以便使EV的自主性最大化，其必须经由充电器定期连接而用以对其牵引用蓄电池进行再充电。现在看来，具有锂离子(Li-ion)电池单元的电池使其能够在功率密度(这尤其提升了加速度方面的性能)与能量密度(这提升了自主性)之间获得最好的折衷。然而，使用这种Li离子技术来生产EV的牵引用蓄电池并没有很多困难，尤其是考虑大约等于400伏(V)电压水平以及驱动EV所需的电流水平的情况下。为了达到这些电压水平和电流水平，需要将Li离子电池单元串联和并联地互连以便形成模块、然后将这些模块互连以形成通常超过200公斤的电池。

通过将“小袋”或“软袋”形式的柔性棱柱形电池单元进行堆叠而形成了传统的模块。这些模块是以塑料制成的柔性外壳的形式提供的电池单元，其大体上是平行六面体或是厚板的形式、含有凝胶电解质。各电池单元包括设置在其一个或两个边缘上的两个“接片”式连接件，形成了电池单元的正极和负极。通过在金属片中通过切割量度为几厘米宽的条带而获得的这些“接片”式连接件是柔性的、扁平的、能进行不同的机加工。例如，一个已知的解决方案是通过咬接(clinchage)方法使两个相邻电池单元的正极和负极进行电连接。另一种已知的解决方案是通过钎接方法使其电连接。这类方法的一个缺点是其成本和缺乏可靠性，特别是在如汽车等振动环境中。另一个缺点是，这样获得的模块不能被拆除用于回收或者不能在没有破坏电池单元的情况下进行维修。

出于克服这些缺点的目的，申请FR2959609披露了一种由逐个堆叠起来的柔性棱柱形电池单元形成的模块，各电池单元包括柔性扁平连接件。这些柔性扁平连接件是穿有孔的，并且通过在间隔件之间夹紧而互连，这些间隔件依次穿有孔。拉杆穿过这些连接件和间隔件上的孔，并施加夹紧力。这个解决方案的主要缺点是该模块难以组装和拆卸，这需要旋紧/旋松许多拉杆，还需要对众多元件进行操作，特别是螺钉、螺母、垫圈和间隔件。具体地，已经证明这种类型的模块完全不适合组装线生产。

发明内容

本发明的目的特别是克服上述缺点，具体地是提供一种可易于在组装线上生产的模块。对于形成了本申请人于2012年7月提交的申请号FR1202026的法国专利申请的基础的发明而言，本发明构成了一个极好补充。为此，本发明涉及一种包括用于储存电力的多个“小袋”或“软袋”形式的柔性棱柱形电池单元的模块。各电池单元包括了在其至少一个边缘上的一个“接片”式柔性扁平电端子。这些电池单元彼此抵靠地安排，用以形成一个堆叠。这些电池单元的电端子在堆叠中是对齐的。堆叠中的一对两个相邻电池单元的柔性扁平端子(其中一个是正极端子而另一个是负极端子)在所述的两个电池单元之间是折叠的。两个间隔件分别插入所述的两个柔性端子的折痕中。该模块包括用于对所放置的电池单元堆叠施加压缩力的装置，以便对所述的两个间隔件之间的所述的彼此抵靠的两个端子的至少一部分进行压缩。

在一个优选实施例中，各棱柱形电池单元可包括被放置在所述电池单元的相对边缘上的一个正极端子和一个负极端子，这些电池单元可被堆叠放置，使得各对相邻电池单元具有在两个间隔件之间至少部分地彼此抵靠压缩的一个正极端子和一个负极端子。

该堆叠的第一个电池单元的负极端子可有利地连接到所述模块的负极端子上，该堆叠的最后一个电池单元(16)的正极端子可连接到所述模块的正极端子上。

例如，用于施加压缩力的装置可包括至少一个夹钳、至少一个电绝缘材料制成的间隔件，该至少一个间隔件被放置在两个电池单元之间而用以向作为一个整体的电池单元堆叠传递压缩力。

例如，该夹钳可至少部分地由可变形材料制成，使得由该材料施加的用以使该夹钳回到开始形式的恢复力对该堆叠进行压缩。

这些间隔件可有利地至少部分地由一种具有增强的抗压缩性的材料制成。

在一个实施例中，该压缩装置可包括一个包含电池单元堆叠的插座、所述插座的一个盖子，该盖子能够在所述插座处于闭合构型时在该堆叠上施加压缩力。

本发明还涉及一种包括如上所述的至少一个模块的电池。

本发明还另外涉及一种包括这种牵引用蓄电池的电动车辆或混合动力车辆。

另外，本发明的主要优点是其使得电池单元可简单拆卸而用于回收或维修。

附图说明

借助于以下参见附图给出的说明，将使本发明的其他特征和优点变得清楚，在附图中：

-图1示出了根据本发明的模块的示例性实施例的从上方观看的示意性视图；

-图2示出了根据本发明的模块的电池单元的从下方观看的示意性视图；

-图3示出了根据本发明的模块的容纳外壳的从前面观看的示意性截面视图。

具体实施方式

图1通过在坐标系统(X，Y，Z)中从上方观察的示意性视图展示了表示本发明的一个示例性实施例的模块1。这个实例中的模块包括六个“小袋”或“软袋”形式的、在Z轴线的方向上逐个堆叠的柔性棱柱形电池单元11、12、13、14、15和16。必须理解的是，尽管在单独使用时是相对柔性的，但电池单元11、12、13、14、15和16一旦堆叠就形成了相对刚性的组件。另外，两个元件17和18被放置成以便夹紧电池单元堆叠，从而在Z轴线方向上在该堆叠上、在四个大体上呈直线形的支承表面上在X轴线的方向上施加压缩力。在本申请的以下说明中，元件17和18因此将更简单地特指为“夹钳”。夹钳17和18有利地可以由可变形材料(例如金属或塑料材料)制成，使得压缩力是一种由该材料施加的简单的恢复力而用以使夹钳17和18回到其开始形式。必须理解的是，与电池单元堆叠的相对刚度相结合，夹钳17和18因而至少部分的确保了模块1的机械强度。电池单元11、12、13、14、15和16中的每一个都包括在其一个边缘上的一个正极、以及在其对侧边缘上的一个负极。电池单元11的负极是由“接片”式的柔性扁平连接件111实现的。连接件111在与相邻电池单元12相对的一侧上折叠，间隔件21被放置在连接件111的折痕上。将这个间隔件21预粘在电池单元11的外壳上，以便于组装过程，其方式与下文描述的已经预粘在其相邻电池单元上的所有间隔件是相同的。间隔件21可以同样地由导电材料制成，如由金属或如塑料等电绝缘材料制成，只要是所用的材料对间隔件21提供了增强的抗压缩性。在连接件111的折叠端与夹钳17之间，插有形成了模块1的负极的端子33。这些电池单元被安排成使该堆叠中的两个连续的电池单元的极性相反的电极彼此相对地安排。由柔性扁平连接件112实现的电池单元11的正极因而被放置为与由柔性扁平连接件122实现的电池单元12的负极相对。连接件112和122均在电池单元11与12之间折叠。间隔件22被放置在连接件112的折痕上，所述的间隔件被预粘在电池单元11的外壳上，而间隔件23被放置在连接件122的折痕上，所述的间隔件被预粘在电池单元12的外壳上，使得连接件112和122的折叠端在夹钳18施加的压力作用下电接触地牢牢保持在间隔件22与23之间。为此，在电池单元11与夹钳18之间插入由电绝缘材料制成的间隔件51，以便将由夹钳18施加的压缩力传递给该堆叠的其余电池单元。对于间隔件22和23来说，它们可以同样地由导电材料制成，如由金属或如塑料等电绝缘材料制成，只要是所用的材料对间隔件22和23提供了增强的抗压缩性。由柔性扁平连接件121实现的电池单元12的正极被放置为与由柔性扁平连接件131实现的电池单元13的负极相对。连接件121和131均在电池单元12与13之间折叠。间隔件24被放置在连接件121的折痕上，所述的间隔件被预粘在电池单元12的外壳上，而间隔件25被放置在连接件131的折痕上，所述的间隔件被预粘在电池单元13的外壳上，使得连接件121和131的折叠端在夹钳17施加的压力作用下电接触地牢牢保持在间隔件24与25之间。为此，在分别预粘有所述间隔件的电池单元11和12之间插入由电绝缘材料制成的间隔件52和53，以便将由夹钳17施加的压缩力传递给该堆叠的其余电池单元。对于间隔件24和25来说，它们可以同样地由导电材料制成，如由金属或如塑料等电绝缘材料制成，只要是所用的材料对间隔件24和25提供增强的抗压缩性。图2通过从下方观看展示了连接件111在间隔件21周围折叠之前的电池单元11，在图2中该电池单元随后被间隔件52覆盖。由柔性扁平连接件132实现的电池单元13的正极被放置为与由柔性扁平连接件142实现的电池单元14的负极相对。连接件132和142均在电池单元13和14之间折叠。间隔件26被放置在连接件132的折痕上，所述的间隔件被预粘在电池单元13的外壳上，而间隔件27被放置在连接件142的折痕上，所述的间隔件被预粘在电池单元14的外壳上，使得连接件132和142的折叠端在夹钳18施加的压力作用下电接触地牢牢保持在间隔件26和27之间。为此，在分别预粘有所述间隔件的电池单元12和13之间插入由电绝缘材料制成的间隔件54和55，以便将由夹钳18施加的压缩力传递给该堆叠的其余电池单元。对于间隔件26和27来说，它们可以同样地由导电材料制成，如由金属或如塑料等电绝缘材料制成，只要是所用的材料对间隔件26和27提供增强的抗压缩性。由柔性扁平连接件141实现的电池单元14的正极被放置为与由柔性扁平连接件151实现的电池单元15的负极相对。连接件141和151均在电池单元14和15之间折叠。间隔件28被放置在连接件141的折痕上，所述的间隔件被预粘在电池单元14的外壳上，而间隔件29被放置在连接件151的折痕上，所述的间隔件被预粘在电池单元15的外壳上，使得连接件141和151的折叠端在夹钳17施加的压力作用下电接触地牢牢保持在间隔件28和29之间。为此，在分别预粘有所述间隔件的电池单元13和14之间插入由电绝缘材料制成的间隔件56和57，以便将由夹钳17施加的压缩力传递给该堆叠的其余电池单元。对于间隔件28和29来说，它们可以同样地由导电材料制成，如由金属或如塑料等电绝缘材料制成，只要是所用的材料对间隔件28和29提供增强的抗压缩性。由柔性扁平连接件152实现的电池单元15的正极被放置为与由柔性扁平连接件162实现的电池单元16的负极相对。连接件152和162均在电池单元15和16之间折叠。间隔件30被放置在连接件152的折痕上，所述的间隔件被预粘在电池单元15的外壳上，而间隔件31被放置在连接件162的折痕上，所述的间隔件被预粘在电池单元16的外壳上，使得连接件152和162的折叠端在夹钳18施加的压力作用下电接触地牢牢保持在间隔件30和31之间。为此，在分别预粘有所述间隔件的电池单元14与15之间插入由电绝缘材料制成的间隔件58和59。同样地，在预粘有所述间隔件的电池单元16与夹钳18之间插入由电绝缘材料制成的间隔件72，以便将由夹钳18施加的压缩力传递给该堆叠的其余电池单元。对于间隔件30和31来说，它们可以同样地由导电材料制成，如由金属或如塑料等电绝缘材料制成，只要是所用的材料对间隔件30和31提供增强的抗压缩性。电池单元16该的正极是由柔性扁平连接件161实现的。连接件161在与相邻电池单元15相对的一侧上折叠，间隔件32被放置在连接件161的折痕上、并预粘在电池单元16的外壳上。在连接件161的折叠端与夹钳17之间，插有形成了模块1的负极的端子34。连接件161的折叠端和端子34在夹钳17施加的压力作用下电接触地牢牢保持在间隔件32和夹钳17之间。为此，在分别预粘有间隔件的电池单元15和16之间插入由电绝缘材料制成的间隔件70和71，以便将由夹钳17施加的压缩力传递给该堆叠的其余电池单元。

图3示意性地展示了另一个实施例，其中具有在电池单元11至16的堆叠上施加压缩力的主要功能的夹钳17和18已经被一个外壳所替代。在图3中，出于清晰性的原因，没有单独示出电池单元11至16，只展示了其堆叠，以65表示。这些电池单元是竖直放置的，如间隔件51、22、23、54、55、26、27、58、59、30、31和72的竖直安排以及连接件112、122、132、142、152和162的的竖直安排所指示的。这个外壳是由插座60形成的，其中可插入堆叠65。肋片61和62被放置在插座60中，以便随后向第一位置对堆叠65施以第一压缩力。插座60可由盖子64关闭，该盖子的边缘通过插座60的边缘在堆叠65上施加第二压缩力。例如由泡沫制成的放置在盖子64和堆叠65之间的缓冲元件63使其能够将所述堆叠保持在插座61的底部。

在另一个实施例中，电池单元堆叠有利地可以封闭在外壳中，使得在外壳的插座与其盖子之间对堆叠进行压缩。例如，该外壳可以是一种与申请号为FR1202026的法国专利申请的申请人所描述的电池模块外壳相对应的外壳。

上述发明还具有的主要优点是其提出了一种用于受限的可用容积中的最大数量的电池单元的紧凑模块，因而提高了自主性。本发明的又另一个优点是其实施成本，远远低于通过钎焊或通过咬接的组装成本。

Claims (9)

1.一种包括用于储存电力的多个柔性棱柱形电池单元(11，12，13，14，15，16)的模块(1)，各电池单元包括在其至少一个边缘上的一个柔性扁平电端子(111，112，122，121，131，132，142，141，151，152，162，161)，这些电池单元被彼此抵靠地安排而用以形成堆叠，这些电池单元的电端子在该堆叠中是对齐的，该模块的特征在于：

-在该堆叠中的一对两个相邻电池单元(11，12)的柔性扁平端子(112，122)在所述的两个电池单元之间是折叠的，其中一个端子是正极端子而另一个是负极端子；

-两个间隔件(22，23)分别插入所述的两个柔性端子的折痕中；

-该模块包括用于施加所放置的电池单元堆叠的压缩力的装置，以便对所述的两个间隔件之间的所述的彼此抵靠的两个端子的至少一部分进行压缩。

2.如权利要求1所述的模块(1)，其特征在于，各棱柱形电池单元包括被放置在所述电池单元的相对边缘上的一个正极端子和一个负极端子，这些电池单元是被堆叠放置的，使得各对相邻电池单元具有在两个间隔件之间至少部分地彼此抵靠压缩的一个正极端子和一个负极端子。

3.如权利要求1所述的模块(1)，其特征在于，该堆叠的第一个电池单元(11)的负极端子(111)连接到所述模块的一个负极端子(33)上，并且该堆叠的最后一个电池单元(16)的正极端子(161)连接到所述模块的一个正极端子(34)上。

4.如权利要求2所述的模块(1)，其特征在于，该用于施加压缩力的装置包括：

-至少一个夹钳(17)；

-由电绝缘材料制成的至少一个间隔件(52)，该至少一个间隔件被放置在两个电池单元(11，12)之间而用以向作为一个整体的电池单元堆叠传递压缩力。

5.如权利要求4所述的模块(1)，其特征在于，该夹钳(17，18)至少部分地由可变形材料制成，使得由该材料施加的用以使该夹钳回到开始形式的恢复力对该堆叠进行压缩。

6.如权利要求1所述的模块(1)，其特征在于，这些间隔件至少部分地由一种具有增强的抗压缩性的材料制成。

7.如权利要求1所述的模块(1)，其特征在于，该压缩装置包括一个包含电池单元(11，12，13，14，15，16)堆叠的插座(60)、所述插座的一个盖子(64)，该盖子在所述插座处于闭合构型时在该堆叠上施加压缩力。

8.一种电池，其特征在于，该电池包括如权利要求1所述的至少一个模块。

9.一种包括如权利要求8所述的牵引用蓄电池的电动车辆或混合动力车辆。