用于电池单池的用来在该电池单池与另一个电池单池之间形成间距的间隔支架的制作方法

本发明涉及按独立权利要求的前序部分所述的用于电池单池的用来在该电池单池与另一个电池单池之形成间距的间隔支架、电池以及所述间隔支架或者所述电池的使用。

背景技术：

电池单池是电化学的蓄能器，该电化学的蓄能器在其放电时将所储存的化学能通过电化学反应来转化为电能。日益明显的是，在将来不仅在固定的应用情况、例如风力发电设备中、在作为混合动力机动车或者电动机动车来设计的机动车中，而且在电子设备中都使用新的电池系统，在可靠性、安全性、效率和使用寿命方面对所述电池系统提出了很高的要求。

由于其较大的能量密度以及其较小的自动放电而尤其将锂离子电池作为蓄能器用于用电来驱动的机动车。

对于例如用于使用在机动车中的高功率能量系统来说，将多个电池单池在机械方面组合成模块，并且例如彼此并联或者串联。由这样的电池模块例如构成电池组。一块电池例如包括一个或者多个电池模块或者电池组。

电极之一经常与电池单池壳体导电地连接，因而在电池单池壳体上加载着电位。由此例如可以防止电池单池壳体的腐蚀。于是所述电池单池的壳体例如必须朝向邻接的电池单池或者朝向车辆接地部设有绝缘件，以防止短路的风险。目前，例如通过基于聚合物的材料将电池单池彼此电绝缘。所述材料例如包括胶粘带、收缩管或者绝缘漆。

在de102009035500a1中公开了一种具有多个单个单池的电池。所述单个单池在此布置在包覆板的内部，所述包覆板部分地包围着所述单个单池。所述单个单池在此如此传力连接地来保持和布置，使得由于热膨胀引起的间距变化得到补偿。

de102013015785a1公开了一种用于电池的单池块，所述电池包括多个单个单池。所述单个单池在此被装入到托架中，所述托架对于每个单个单池来说具有一个相应的开口。所述开口通过隔板来彼此隔开。所述隔板在此构造为柔韧的并且能够在各个单池之间进行长度补偿或者公差补偿。

de102012018062a1公开了一种单个的电池单池。单个单池在此被半壳所包围。每两个半壳形成用于所述电池单池的壳体侧壁并且完全包围所述电池单池。

技术实现要素：

按照本发明，提供了具有独立权利要求的特征性特征的用于电池单池的用来在该电池单池与另一个电池单池之形成间距的间隔支架、电池以及所述间隔支架或者所述电池的使用。

所述间隔支架被设计用于接纳具有一个带有至少四个侧面的壳体的电池单池，使得所述电池单池至少部分地在所述壳体的彼此对置的第一和第二侧面上并且至少部分地在至少另一个壳体面上被所述间隔支架所包围。此外，所述间隔支架至少部分地在一个区域中、尤其是在边缘区域中、在空出所述电池单池的壳体的第三侧面的另一个区域、尤其是中心区域的情况下以卷边的形式包围所述电池单池的壳体的第三侧面。

“所述间隔支架至少部分地包围所述电池单池的壳体面”意味着，所述壳体面全面地被所述间隔支架所包围，或者作为替代方案，所述间隔支架包括空隙，使得所述间隔支架仅仅包围所述壳体面的一些区域。

“包围”这个概念是指，所述间隔支架尤其直接地抵靠在所述电池单池的相应的壳体面上或者所述壳体面的相应的区域上，使得所述相应的壳体面或者所述壳体面的相应的区域被所述间隔支架所围住。

对于按照本发明的间隔支架来说有利的是，这个间隔支架在其所包围的电池单池与另一个电池单池之间形成间距，使得所述电池单池通过所述间隔支架彼此保持距离。在电池单池的内部布置了至少两个电极，所述电极通过分离器来彼此隔开。电池单池经常被彼此夹紧。如此产生的经常很大的夹紧力可能导致很强烈的负荷并且由此例如导致所述分离器的孔隙度的减小。此外，例如出现所述电极的局部的超负荷并且例如形成多孔的分枝的锂沉积物，所述锂沉积物可能直至导致内部的短路。所述间隔支架阻止这一点并且保证不超过特定的夹紧值或者表面压力值。由此，在机械地夹紧所述电池单池时被引入到所述电池单池中的、用于将其机械地固定的夹紧力可以受到限制，由此所述电池单池受到的负荷少得多。鉴于此，所述电池单池内部中的构件、例如分离器或者电极能更长时间地发挥功能并且由此寿命更长。此外，所述电池单池的安全性得到提高，因为防止了由于所述电池单池的构件的过高的负荷以及与此伴随的退化而引起的短路。

此外有利的是，所述电池单池通过所述间隔支架得到机械的保护，使得所述电池单池不会如此容易地例如由于从外面作用到所述电池单池上的冲击力而受到损坏。例如在例如由于事故而引起碰撞时或者在不平的行车道上行进时，例如安装在车辆的电池系统中的电池单池遭受到相应的冲击力。借助于所述间隔支架，所述电池单池的内部结构由此得到保护并且电池单池损坏的危险显著得到降低，这为车内的乘员提供了额外的安全性。在此，在一种实施方式中有利的是，所述间隔支架包围着许多壳体面并且这个间隔支架全面地包围着相应的壳体面，因为所述电池单池通过这种方式得到最大可能的机械保护。在一种替代的实施方式中，有利的是，所述间隔支架尽可能仅仅包围对置的第一和第二侧面并且仅仅部分地包围另一个壳体面，因为通过这种方式节省了材料成本和重量。

当前的间隔支架的其他有利的实施方式从从属权利要求中获得。

在一种实施方式中，所述电池单池的壳体的至少另一个壳体面是底面和/或顶盖面。在此有利的是，节省了所述间隔支架的材料，因为这些壳体面在面积方面例如小于棱柱形的电池单池的壳体的较大的侧面。

在一种特别优选的实施方式中，所述电池单池的壳体的至少另一个壳体面是第四侧面。在这种情况下有利的是，所述间隔支架而后在所述电池单池的壳体的第一、第二以及第四侧面上至少部分地包围所述电池单池并且部分地在所述壳体的第三侧面上以卷边的形式包围所述电池单池。由此可以例如在构造电池模块时使多个电池单池与间隔支架彼此排成列，而两个电池单池不会相互接触或者在这些电池单池之间没有分隔的元件。在这种情况下，所述间隔支架全部沿着相同的定向前后相继地布置，使得所述间隔支架的卷边——该卷边布置在位于壳体中的电池单池的壳体的第三侧面上——与另一个间隔支架的表面邻接，所述另一个间隔支架的表面包围着另一个电池单池的第四侧面。通过这种方式，彼此排成列的间隔支架分别在各个电池单池之间形成一个隔开的元件。因此，由于太高的夹紧力而引起的负荷可以特别好地得以减小并且此外为此引起以下结果：所述电池单池基于预先给定的机械框架通过所述间隔支架而变形，但是不会通过例如由于充电和放电过程或者由于老化现象引起的膨胀而变形。

在一种特别有利的并且优选的实施方式中，所述间隔支架构造为电绝缘的。所述间隔支架的材料在此例如包括塑料，优选是聚烯烃，尤其是聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二酯或者聚碳酸酯。

这提供了很大的优点：可以取消各个电池单池的绝缘层。所述间隔支架由此承担了电绝缘的功能以及例如在电池模块中遵守彼此邻接的电池单池之间的必要的间距的功能。通过“所述电池单池由此不再必须例如用收缩管或者漆层来电绝缘并且处于第三侧面上的替代地电绝缘的间隔支架构造为卷边并且不是全面状的结构”这种方式几乎取消了整个的有待绝缘的表面。

由此节省了用于绝缘材料的空间和成本。通过所述间隔支架的、作为绝缘件的功能来实现构件减少和过程减少，通过所述构件减少和过程减少节省另外的成本。取消了用于将绝缘件施加到所述电池单池上的工作步骤，由此节省了时间和工作时间成本并且由此简化了形式为间隔支架的绝缘件的装配。此外有利的是，取消了对冷却板的绝缘，所述冷却板通常直接抵靠在所述电池单池上并且例如在运行过程中对所述电池单池进行冷却。在这种情况下，所述间隔支架的绝缘材料在与所述冷却板邻接的位置处例如加厚地构造。

在另一种实施方式中，所述间隔支架尤其通过注塑法、热成形或者深冲法来一体地制成。借助于注塑法，例如可以在较短的节拍时间内制造具有复杂的几何形状和较高的精度的塑料构件。注塑法尤其在大批量制造时是非常经济的方法。

在另一种优选的实施方式中，力通过所述间隔支架作用到所述电池单池上，使得所述电池单池被机械地夹紧。在电池单池的使用寿命期间，其内压升高并且例如出现电池单池的膨胀，这一点尤其要归因于电极的活性材料例如在充电过程中的膨胀并且/或者归因于在电池单池的内部中的气体形成。这可能导致电池单池的巨大的功率损耗。为了阻止这一点，将例如被组合成模块的电池单池有利地机械地彼此夹紧在一起并且通过这种方式对其进行固定。此外，通过将电池单池彼此夹紧在一起这种方式，实现了所述模块中的电池单池的一定程度的长度公差和机械稳定性。此外，所述电池单池就这样在操作过程中在装配所述电池模块时不会滑动，由此使得装配得以简化并且可以更加精确地进行。由此所述间隔支架承担了遵守所述电池单池之间的间距的功能以及对于所述电池单池夹紧的功能，其中尽管如此没有超过由于所述间隔支架的构造而引起的特定的夹紧值或者表面压力值，使得所述电池单池的组件没有经受超负荷。

此外，介绍了一种具有至少两个电池单池的电池，所述电池单池通过至少一个按本发明的间隔支架彼此保持间距。

在一种有利的实施方式中，至少两个间隔支架例如通过所述卷边来机械地彼此连接。在这种情况下有利的是，取代各个间隔支架而得到一种单池模块盒或者单池堆盒（zellstackbox）。间隔支架通过仅仅在边缘区域中抵靠在所述电池单池的第三侧面上的卷边与另一个间隔支架的间隔支架侧面相连接，其中该间隔支架侧面抵靠在另一个电池单池的第四侧面上。由此在所述壳体的第三侧面上给予所述电池单池某种例如用于进行膨胀的空间，其中所述空间相当于所述间隔支架1的材料厚度。通过这种方式来限制例如在被夹紧的状态中作用到所述电池单池上的压力，从而不会出现电池单池的组件的损坏。

此外，在模块-和包装装配中例如在将各个电池单池或者各个电池模块组装成电池时可以更为容易地操纵单池模块盒或者单池堆盒。此外，在电池模块制造中通过将单池模块盒或者单池堆盒用作运输容器这种做法，可以节省制造及物流成本。

在一种有利的实施方式中，所述机械连接通过焊接法、尤其是通过超声波焊接法来建立。对于焊接法来说有利的是，在有待焊接的构件之间实现密封的并且稳定的并且持久的连接。对于超声波焊接法来说有利的是，通过很快的过程时间来实现较高的经济性以及在相应构件的接合区中的均匀的固化，由此得到具有非常好的质量的精确的焊缝。

此外，有利的是，所述机械连接是环绕连接，使得所述间隔支架在连接线上连续地彼此相连接。在这种情况下有利的是，如此形成的单池模块盒或者单池堆盒构成密封的并且彼此电绝缘的腔室。由此一方面由密封性引起的安全性以及各个腔室的、由此得到保证的电绝缘程度很高，因为由彼此相接触的电池单池引起的短路几乎可以被排除在外。此外，液体例如不会由于所述单池模块盒或者单池堆盒中的泄漏而从一个腔室到达另一个腔室中，而是在其扩散方面得到阻止，由此安全性同样得到了提高。此外，所述单池模块盒或者单池堆盒的形状例如在出现碰撞时或者对所述电池有其他外部或者内部影响时更好地得到保持，因为它通过所述环绕连接而更加稳定。作为替代方案，所述间隔支架仅仅部分地在连接线处彼此相连接，从而没有产生连续的环绕连接，而是所述连接仅仅部分地沿着所述连接线来构成。

在另一种实施方式中规定，所述电池单池除了所述间隔支架之外还通过额外的构件、尤其是中间件来彼此保持间距。在这种情况下有利的是，所述间隔支架的材料厚度由于所述额外的构件而可以构造得很薄，由此节省所述间隔支架的位置和材料成本。

附图说明

本发明的实施方式在附图中示出并且在下面的附图说明中进行详细解释。附图示出：

图1是用于电池单池的按本发明的间隔支架的第一种变型方案的示意图；

图2是棱柱形的电池单池的示意图；

图3是按照图1的按本发明的间隔支架连同按照图2的被所述间隔支架所包围的电池单池的示意图；

图4是按本发明的间隔支架连同按照图2的被所述间隔支架所包围的电池单池的第二种变型方案的示意图；

图5a是未完成的单池模块盒或者单池堆盒连同按照图1的按本发明的间隔支架以及部分地被装入的电池单池的示意图；

图5b是所述单池模块盒或者单池堆盒连同图5a的按本发明的间隔支架的放大的截取部分的示意图；并且

图6是完成的单池模块盒或者单池堆盒连同按照图1、3、5a和5b的彼此排成列的（aneinandergereiht）按本发明的间隔支架的示意图，通过所述间隔支架在被所述间隔支架包围的电池单池之间形成间距。

具体实施方式

图1示出了用于电池单池、尤其是用于锂离子电池单池的间隔支架1的第一种变型方案。所述间隔支架1具有两个相互对置的、较小的间隔支架侧面16a、16b以及一个较大的间隔支架侧面16d和一个间隔支架底面17。在所述较小的间隔支架侧面16a、16b上构造了卷边19，该卷边以所述较小的间隔支架侧面16a、16b为出发点以90°的角度朝相应另一较小的间隔支架侧面16a、16b的方向伸出。此外，以所述间隔支架底面17为出发点构造了卷边19，该卷边以90°的角度从该间隔支架底面处伸出并且转变为以所述较小的间隔支架侧面16a、16b为出发点的卷边19。

作为替代方案，所述间隔支架1仅仅具有较小的带有卷边19的间隔支架侧面16a、16b和无卷边19的间隔支架底面17以及较大的间隔支架侧面16d。此外作为替代方案，所述间隔支架1仅仅具有较小的带有卷边19的间隔支架侧面16a、16b以及较大的间隔支架侧面16d。此外作为替代方案，所述间隔支架1例如在所有所提到的实施方式中都具有未示出的间隔支架顶盖面，该间隔支架顶盖面例如同样构造有卷边19，所述卷边从该间隔支架顶盖面以90°的角度指向所述底面的卷边的方向并且例如转变为以所述较小的间隔支架侧面16a、16b为出发点的卷边19。

所述间隔支架1例如构造为电绝缘的。所述间隔支架1的材料在此例如包括塑料、尤其是聚对苯二甲酸乙二酯、聚碳酸酯或者聚烯烃、优选是聚乙烯和/或聚丙烯。

所述间隔支架1尤其是借助于注塑法例如一体地制成。

在图2中示出了棱柱形的电池单池10，该电池单池具有一壳体，所述壳体则具有第一侧面6a、第二侧面6b、第三侧面6c和第四侧面6d、底面7和顶盖面8。所述壳体例如包含塑料或者金属，例如铝或者金属合金、尤其是钢。

此外，所述电池单池10包括未示出的电极复合结构，该电极复合结构具有阴极、分离器和阳极，它们例如以卷绕到彼此当中或者堆叠到彼此上面的方式而存在。所述阴极例如包括用活性材料来涂覆的阴极薄膜，并且所述阳极例如包括用活性材料来涂覆的阳极薄膜。所述阴极薄膜例如包含铝，并且所述阳极薄膜例如包含铜。所述电池单池10此外包括两个端子3，所述端子直接地或者例如通过电流导体（stromableiter）与所述电池单池10的阴极或者阳极导电地连接。在所述端子3上可以截取所述电池单池10的电流。此外，所述电池单池10例如包括安全阀4，通过该安全阀气体在太大的内部的电池压力的情况下可以逸出。

在图3中示出了按照图1的间隔支架1连同按照图2的、被所述间隔支架1包围的电池单池10。所述间隔支架1被构造用于如此接纳所述电池单池10，使得所述电池单池10的壳体的第一侧面6a和第二侧面6b被所述较小的间隔支架侧面16a、16b所包围，因此在图3中仅仅看得见所述较小的间隔支架侧面16a、16b。此外，所述电池单池10的壳体的第四侧面6d被所述较大的间隔支架侧面16d所包围。在图3中，仅仅看得出所述较大的间隔支架侧面16d超过所述电池单池10的较小的超出部。所述电池单池10的壳体的底面7被所述间隔支架底面17所包围，这在图3中由于透视图而不能看出。此外，所述电池单池10的壳体的第三侧面6c的侧向的边缘区域和下面的边缘区域以所述较小的间隔支架侧面16a、16b和所述间隔支架底面17为出发点、在空出所述电池单池10的壳体的第三侧面6c的中心区域的情况下被所述间隔支架1的卷边19所包围。所述间隔支架1例如直接抵靠在所述电池单池10上，使得所述电池单池固定地被围住并且不会滑动。力优选通过所述间隔支架1作用到所述电池单池10上，使得所述电池单池10被机械地夹紧。

在图4中示出了所述间隔支架1的第二种变型方案。与所述间隔支架1的、在图1和3中示出的第一种变型方案不同的是，在图4中作为以所述较小的间隔支架侧面16a、16b和所述间隔支架底面17为出发点来构成的卷边19的补充也构造了卷边19，该卷边抵靠在所述电池单池10的壳体的第三侧面6c的上面的边缘区域上并且该卷边从所述较小的间隔支架侧面16a的卷边19一直伸展到所述较小的间隔支架侧面16b的卷边19。作为替代方案，将所述电池单池10的壳体的第三侧面6c的上面的边缘区域覆盖的卷边19可以以在附图中未示出的间隔支架顶盖面为出发点来构成。所述间隔支架顶盖面例如在所述电池单池10的端子3以及所述安全阀4的区域中具有空隙。所述卷边19可以是以所述较小的间隔支架侧面16a、16b、所述间隔支架底面17和/或所述间隔支架顶盖面为出发点来构成的连续的卷边19。作为替代方案，所述卷边19仅仅部分地以所提到的间隔支架面为出发点来构成。所述间隔支架1的在图4中示出的第二种变型方案相对于所述间隔支架1的在图1和3中示出的第一种变型方案的另一个区别是，所述间隔支架侧面16a、16b、16d没有形成伸出超过所述电池单池10的顶盖面8的超出部。

此外，也可以考虑所述间隔支架1的一些变型方案，这些变型方案在附图中未示出，但是从在图1-4中示出的间隔支架1的组合及其相关的解释中获得。

在图5a中示出了由按照图1的彼此排成列的间隔支架1a-1m构成的未完成的单池模块盒100或者单池堆盒。所述彼此排成列的间隔支架1a-1m构成所述单池模块盒100中的腔室。电池单池10被装入到这些腔室中，从而通过所述间隔支架1a-1m形成所述电池单池10之间的间距。在图5中，已经将四个电池单池10装入到所述单池模块盒100中。所述电池单池10然后按照图3被间隔支架1a-1m所包围，并且在所述电池单池10的壳体的第三侧面6c上被另一个间隔支架1a-1m所包围。例如按照图3的电池单池10被第十二个间隔支架1l所包围，并且在所述电池单池10的壳体的第三侧面6c上被第十一个间隔支架1k的较大的间隔支架侧面16d所包围。间隔支架1a-1m通过所述卷边19被机械地固定在另一个间隔支架1a-1m的较大的间隔支架侧面16d上。由此，后来在所述壳体的第三侧面上将所述电池单池10包围的间隔支架1a-1m的较大的侧面16d并不是直接地抵靠在所述壳体的第三侧面6c上，从而在该较大的侧面和该第三侧面之间形成气隙。在图5a中有一条连接线13，该连接线表示一种区域，在该区域中所述间隔支架1彼此相连接。所述间隔支架1a-1m可以完全沿着所述连接线13彼此相连接或者仅仅部分地沿着所述连接线13相连接。此外，所述间隔支架1a-1m在有抵靠在所述电池单池10的壳体的第三侧面的上边缘面上的卷边的情况下可以通过这个卷边19彼此相连接。所述电池单池10之间的间距通过所述间隔支架1a-1m的材料厚度来调节，或者例如在将所述间隔支架1a-1m的材料折叠的情况下通过多倍的材料厚度来调节，因而所述间隔支架由多层材料所构成。作为替代方案，所述电池单池10之间的间距除了所述间隔支架1a-1m之外还可以通过额外的、在附图中未示出的构件、尤其是中间件来调节或者扩大。此外，对于电绝缘地构造的间隔支架1a-1m来说，所述电池单池10之间的无意的空气间隙和爬电距离可以通过所述卷边19的面积的大小来调节。如果所述间隔支架1a-1m例如与一个跟车辆接地部相连接的导电的构件、例如金属的冷却板邻接，那么所述爬电距离的长度就相当于从所述电池单池10的例如导电地构造的壳体经过所述间隔支架1a-1m的外表面直至接地的构件的最短距离。如果现在扩大所述卷边19，那么也同时扩大了所述爬电距离的长度。相应的情况也适用于所述空气间隙。

通过这种方式来实现所述电池单池10彼此间的足够的绝缘，而所述彼此排成列的间隔支架1a-1m则不必无间隙地彼此相连接。

图5b示出了图5a的单池模块盒100或者单池堆盒连同间隔支架1a-1d的放大的截取部分。各个间隔支架1a-1d沿着所述连接线13彼此机械地连接。所述机械连接例如通过焊接法、尤其是通过超声波焊接法来建立。所述机械连接例如是环绕连接、尤其是环绕的焊接，使得所述间隔支架1a-1d在所述连接线13上连续地并且无间隙地彼此相连接，由此将所述电池单池10彼此封闭地隔开。作为替代方案，所述间隔支架1a-1d沿着所述连接线13仅仅部分地彼此相连接。

在图6中示出了一个完成的单池模块盒100或者单池堆盒连同彼此排成列的按本发明的间隔支架1a-1m，通过所述间隔支架在所述被间隔支架1a-1m包围的电池单池10之间形成间距。所述单池模块盒100的间隔支架1a-1m在此优选构造为电绝缘的。在这种情况下，例如通过对于所述模块的端板的相应设计或者作为替代方案通过相应单独地制造的、在附图中未示出的绝缘元件来对所述单池模块盒100的第一个或者最后一个电池单池10进行绝缘。所述绝缘元件根据所述间隔支架1a-1m彼此间的连接与所述电池单池10的卷边19尤其连续地或者作为替代方案部分地机械地连接、例如焊接。