具有殼體中的形狀鎖合地固定的蓋板的電池單元的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種電池單元，尤其是鋰離子電池單元。本發明還涉及一種具有這種電池單元的機動車。
【背景技術】
[0002]電池單元，有時也叫做蓄電池單元，用于化學地存儲可供使用的電能。如今已經使用電池單元用于大量移動設備的能量供給。電池單元未來應該主要用于陸上和水上的移動的電動運輸工具或混合動力運輸工具的能量供給，或用于固定地中間存儲來自可選的能量源的電能。
[0003]為此大多情況下將大量電池單元組合成多個電池組。為了在此情況下盡可能高效地利用可供使用的組容積，尤其針對這種目的使用具有棱柱形的、例如立方體形狀的電池單元。
[0004]由于其可能很高的能量密度、熱穩定性以及缺少的記憶效應，對于要求嚴格的應用，例如用于機動車的存儲器解決方案，大多采用一種鋰離子蓄電池技術，其由于未來電動交通的高的經濟意義目前正在緊鑼密鼓地改進。
[0005]已經存在很多不同類型的電池單元，尤其是鋰離子電池單元，以及尤其是具有棱柱形形狀的電池單元。但是，這些電池單元大多具有復雜的結構，其中，為了組裝整個電池單元使用大量不同的單個件和加工材料的大量方法。
[0006]尤其地在組裝這些單個件時例如使用焊接方法，以便例如電池單元殼體的上方敞開的容器與封閉容器的蓋組件的蓋板材料鎖合并由此密閉密封地連接。
【發明內容】
[0007]借助于本發明的實施方式尤其可以取消在組裝電池單元時的例如焊接那樣的確定的材料鎖合連接方法或它們的使用至少避免了對于電池單元不利的位置。由這樣的連接方法產生的缺點可以由此被阻止。
[0008]提出一種電池單元、尤其鋰離子電池單元，其至少具有一卷繞元件、一電解質、兩個集電器和一棱柱形成形的殼體。卷繞元件具有一被卷繞的堆疊件，所述堆疊件包括一以陽極材料覆層的第一箔、一以陰極材料覆層的第二箔以及兩個用作隔膜的塑料膜。集電器中的每個能導電地與第一箔或第二箔中的一個連接。該殼體包括一容器和一蓋組件。在此情況下，所述容器具有一開口，通過該開口能夠在制造所述電池單元期間將所述卷繞元件和所述兩個集電器置入到殼體中。所述蓋組件構造用于將容器的開口氣密和壓力密封地關閉并且具有布置在所述容器的開口中的蓋板。所述電池單元的特征在于:蓋板和容器的壁部在所述容器的開口區域中以如下方式構造，即，所述壁部通過形狀鎖合阻止所述蓋板從所述開口中出來的運動。在蓋板的朝所述容器的壁部指向的邊緣表面與所述容器的壁部之間布置有一彈性能壓縮的密封元件。
[0009]根據本發明的電池單元的實施方式尤其基于下列構思和認識: 在常規的電池單元中，蓋板大多被引入到所述容器的待封閉的開口中并且然后在它的邊緣上與所述容器的內表面焊接。為此例如可以使用激光焊接過程。在焊接時形成的材料鎖合連接可以造成所述蓋板相對于所述容器的密閉密封。需要這樣的密閉密封來阻止接收在所述容器中的電解質可以從所述電池單元中出來或有害的濕氣可以從外部進入所述電池單元的殼體內部中。
[0010]但是被觀察到的是在焊接過程中一般可以產生所謂的也被稱作焊料堆的焊珠。這些焊珠可以區域地伸出所述電池單元的殼體。當多個電池單元應布置在一個組或一個模塊中時，這樣的焊珠可以阻止相鄰的電池單元以它們的殼體平滑地彼此貼靠。如果相鄰的電池單元的所述殼體的外表面不能全表面地彼此貼靠，那么將這些電池單元正確裝配成一個組或一個單元模塊變得困難。
[0011]此外被觀察到的是:一電池單元的殼體可以由于在焊接過程中釋放的熱作用變形。這類的變形又可以導致電池單元裝配成一個單元模塊時的問題。
[0012]因此提出具有改變的殼體的電池單元，其中，蓋板不與所述容器材料鎖合地連接。替代這樣的材料鎖合連接提出:所述蓋板和/或所述容器的壁部與常規電池單元中不同地以如下方式成形，即，出現這兩個部件之間的形狀鎖合，該形狀鎖合阻止蓋板可以從所述容器的開口運動出來。基于該形狀鎖合，所述蓋板即使在容器內部中建立的內壓提高時也足夠地保持在所述容器上，從而使得內壓不會導致蓋板被擠壓出所述容器。
[0013]在所述蓋板與所述壁部之間的形狀鎖合可以引起足夠的機械保持期間，附加地在所述容器的壁部和所述蓋板的朝所述壁部指向的邊緣表面之間設置一密封元件，該密封元件引起這兩個部件之間的所需的密閉密封。該密封元件可以將所述蓋板在它的邊緣上環形圍住，從而使得可以沿著所述蓋板與容器壁部之間的整個邊界面保證密閉密封。
[0014]所述密封元件可以由相對于所述電解質耐化學腐蝕的材料制成。例如為此可以使用杜邦公司銷售的氟橡膠Viton?。
[0015]優選地，所述蓋板和所述容器的所述壁部在所述開口的區域中以如下方式構造，即，由于所述殼體中的內壓增加而施加一升高的壓力到所述能壓縮的密封元件上。這例如可以通過如下方式來實現，即，作用在所述殼體中的內壓也作用到所述蓋板上并且將該蓋板相對所述容器壁部的形狀鎖合貼靠式的區域擠壓，其中，施加到布置在所述兩個部件之間的密封元件上的壓力隨著內壓增加同樣增加。由此可以實現:密封元件的密封作用隨著殼體中的內壓的增加進一步增加，從而使得即使在內壓高的情況下也可以可靠避免氣體或液體在所述容器壁部和蓋板之間貫通流動并由此可以溢出所述殼體。
[0016]為了實現預期的形狀鎖合，所述容器的壁部可以在所述開口的區域中以如下方式構造，即，所述開口向外去地在橫截面中變細。為此例如可以將所述容器的圍住所述開口的側壁在所述開口的區域中向內彎曲。
[0017]所述電池單元的容器具有棱柱形狀，從而使得容器的側壁中的各兩個彼此平行取向并且優選垂直于容器底取向。在向上敞開的容器中可以在容器的側壁之間置入所述蓋板。在此，所述蓋板具有這樣的外周邊，該外周邊例如相應于所述容器的開口的內周邊，從而使得蓋板容易力鎖合地保持在所述開口中。接下來，側壁可以在它們的上區域中，也就是在之前布置的蓋板之外的區域中向內彎曲，從而使得所述容器的開口在該區域中然后變細。通過在此情況下相應的形狀鎖合可以阻止蓋板又會運動出所述開口。
[0018]在一設計方案中，所述蓋板的外邊緣向內，也就是以多于90°，優選多于130°彎曲并且在所述彎曲的外邊緣的朝所述容器壁部指向的邊緣表面與所述壁部之間布置一澆注的密封膜作為密封元件。所述密封膜例如可以在所述電池單元組裝之前已經施加到適當預成形的蓋板上。
[0019]在一替換的設計方案中，蓋板是平面的并且在所述蓋板的外邊緣上鑄造一密封唇。替換地可以在所述平面的蓋板的外邊緣上裝配一密封環。在此，所述密封唇可以在組裝所述電池單元之前就已經被施加到預制作的蓋板上，其中，例如可以使用注塑方法。替換地可以制造獨立的密封環并且在組裝電池單元之前安置在所述蓋板上。所述密封唇或密封環可以用作使所述蓋板相對于所述容器壁部密封的彈性能壓縮的密封元件。在此，它們尤其可以以如下方式構造并布置，即，由蓋板施加到所述密封唇或密封環上的壓力隨著殼體中的內壓增加而提高并且由此加強了密封作用。
[0020]要指出的是，根據本發明的電池單元的可能的特征和優點在此參照不同的實施方式進行描述。本領域技術人員可以理解，單個的特征可以以適當的方式相互組合或替換，以便以這種方式實現其它的實施方式和可能的協同效應。
【附圖說明】
[0021]下面參照附圖描述本發明的實施方式，其中，說明書和附圖不視為限制本發明。
[0022]圖1示出了一鋰離子電池單元的分解示圖；
圖2示出了包括多個并排布置的電池單元的組；
圖3示出了根據本發明的一種實施方式穿過電池單元殼體的橫截面；
圖4示出了根據本發明的一種替換實施方式穿過電池單元殼體的橫截面；
圖5示出了根據本發明的一種實施方式的具有一電池的機動車。
[0023]附圖僅是示意性的并且不是按照比例繪制的。相同的附圖標記在附圖中表示相同的或相同作用的特征。
【具體實施方式】
[0024]圖1示出了一傳統的鋰離子電池單元的分解示圖。能夠識別出:電池單元包括多個單個的部件，這些部件必須被獨立地來提供并且必須在制作期間耗費地組裝。這里僅描述針對理解本發明的實施方式所需的構件和它們的特征，對于所述電池單元的其余構件不作描述。
[0025]電池單