[发明专利]用于电池中的密封框架和电池

说明书

技术领域

本发明一般地涉及一种用于电池中的密封框架，尤其是用于保持和封装所谓咖啡袋式电池单元(Coffee-Bag-Zellen)的密封框架。另外，本发明还涉及一种由保持在密封框架之间的电池单元构成的电池。

背景技术

大型电池是由独立的电池单元(Zelle)组成。通常用于混合动力车辆和/或电动车辆或工业应用的电池包含有在二十个至数百个之间的独立的电池单元。在此，各个电池单元可以设置成圆柱形、棱形或所谓的咖啡袋式电池单元。咖啡袋式电池单元包括柔性的、由薄片(Folie)制成的壳体，在该壳体内设置了电池单元的电子器件。

为了在电池中实现最佳的空间利用，优先采用咖啡袋式电池单元。咖啡袋式电池单元的特征在于重量轻并且容量高。咖啡袋式电池单元可以通过壳体的导热薄片良好的冷却。此外，这类设计的电池单元可以容易地扩展，这是因为电池单元的所有组件(包括薄片壳体在内)在生产中可以容易的改变尺寸。另外，这类型电池单元的生产费用不高，因为其不需要昂贵、坚固的外壳以及其他类似器件。由此，这类电池单元对于高成本压力的应用领域尤其有吸引力。

由于存储能量高，在发生故障时，大型电池始终存在安全风险。锂电池被视为尤其危险，这是由于其具有高能量密度、易燃电解质以及薄的隔板。最后，锂电池产生高的电池单元电压，从而使设置在电池单元中的器件受到高的电化学负荷。这对于使用寿命设定为至少8-10年的汽车电池和工业电池尤其重要，其可能导致电池单元器件的严重老化。

安装前述咖啡袋式电池单元可以节省空间。因此在电池内每单位体积能够存储较大的能量。但是其也与严重的结构缺陷相关联。如果咖啡袋式电池单元充电或放电，其尺寸通过柔性外壳而改变。这也会导致体积扩展。体积扩展导致单个电池单元在充电和非充电状态之间的厚度通常变化5％。

因此当组装由多个单个的、串联的电池单元组成的所谓的“堆栈”时，必须考虑的是，独立的电池单元具有可变化的体积。特别是必须注意到，即各电池单元在其具有最大厚度的已充电状态中向相邻电池单元的表面几乎不施加压力或者仅施加极小的压力。此外原则上也需要注意的是，由于制造公差，柔性的电池单元的厚度也不是相同的，而是存在波动的。

此外还需要这样一种装置来缓冲和/或吸收冲击或振动，从而使电池的内部以及机械和电气触点(如电触点或冷凝管)不受到损害。此外，导线电子设备和监控电子设备的接口必须尽可能无机械负荷地与电池连接。在串联电路中导线电子设备的几百个触点中的一个发生松脱就会导致电池故障。当监控电子设备的触点发生故障时，随后不再受监控的电池单元会逐渐到达临界的状态，这可能会在中期导致整个电池的损坏或故障。

另外，通过冷却通道的断裂，冷却介质能够到达电池内部。根据冷却系统的类型(例如空调系统)，冷却介质可能涉及易燃气体物质，后者在与能量产生部件接触时会起火。

前面所述的咖啡袋式电池单元的边缘示为环形的密封接缝。该密封接缝连接一个电池单元的构成壳体的两个薄片。由此在所形成的空腔中封闭电池单元的有效构造部件。这些薄片为此在内侧上涂覆了电绝缘的、增粘的密封-热塑性塑料。这种密封-热塑性塑料可由功能性的聚烯烃构成。

这种密封接缝构成咖啡袋式电池单元的机械薄弱部位。电池单元周围环境的气压是变化的。如果电池壳体严密封闭时，可产生典型地为0.2bar的受温度限制的压力波动。这种压力波动对密封接缝施加额外的负荷。另外，密封接缝也构成一种预定断裂位置，其在电池发生故障情况时应允许电解液排出。从而应避免电池单元在壳体处发生开裂。

此外，电池单元通常位于温度变化很大的环境中。对于汽车电池，通常从-30℃到+70℃是可以接受的常见极值。

如果在故障情况下的可燃电解液或有机分解气体与电极相接触，则其可被点燃并导致着火或爆炸。在咖啡袋式电池单元内部中的最大允许的超压在多数情况远低于1bar，以便阻止密封接缝张开。在咖啡袋式电池单元中导出电流的电极的导通部被认为是特别关键的。所述导通部通常具有约0.1至0.3mm的厚度。在该范围中，可能的泄漏也是特别危险的，这是因为在电极上逸出的电解液可能立刻被点燃。密封接缝通常被视为大型电池单元的薄弱部位，这是因为其常年经受到持续的、由循环工作引起的负荷。