带有具有端子端帽的袋式电池单体的电池组件、车辆和方法与流程

本公开大体上涉及电化学设备。更具体地，本公开的方面涉及用于可再充电的多单体电池组件的袋式电池单体的电气端子。

背景技术：

1、目前生产的机动车辆(诸如现代汽车)最初配备有动力系，其操作以推进车辆并为车辆的车载电子设备供电。例如，在汽车应用中，车辆动力系通常以原动机为代表，该原动机通过自动或手动换档的动力传动装置将驱动扭矩传递到车辆的最终驱动系统(例如，差速器、车轴、角部模块、负重轮等)。汽车历来由往复活塞式内燃发动机(ice)组件提供动力，因为它容易获得且成本相对低廉、重量轻且整体效率高。作为一些非限制性示例，此类发动机包括压缩点火(ci)柴油发动机、火花点火(si)汽油发动机、二冲程、四冲程和六冲程架构和旋转发动机。另一方面，混合动力车辆和全电动车辆(统称为“电力驱动车辆”)利用替代功率源来推进汽车，并且因此最小化或消除对用于牵引功率的基于化石燃料的发动机的依赖。

2、全电动车辆(fev)——通俗地称为“电动汽车”——是一种电力驱动车辆构型，它从动力系系统中完全省去了内燃发动机和附带的外围部件，而是依靠可再充电能量存储系统(ress)和牵引马达来用于车辆推进。基于ice的车辆的发动机组件、燃料供应系统和排气系统在基于电池的fev中用单个或多个牵引马达、可再充电电池单体和电池冷却和充电硬件代替。相比之下，混合动力电动车辆(hev)动力系采用多种牵引功率源来推进车辆，最常见的是使内燃发动机组件与电池供电或燃料电池供电的牵引马达结合操作。由于混合动力型电驱动车辆能够从除发动机之外的来源获得功率，当车辆由(多个)电动马达推进时，hev发动机可以全部或部分关闭。

3、高压(hv)电气系统管控牵引马达和可再充电电池组之间的电力的传输，该可再充电电池组供应必需的功率以用于操作许多混合电力和全电力动力系。为了提供以期望速度推进车辆期望的里程所需的功率容量和能量密度，现代牵引电池组将多个电池单体(例如，8-16+个电池单体/叠堆)分组成单独的电池模块(例如，10-40+个模块/组)，这些电池模块串联地或并联地电互连并例如通过电池组壳体或支撑托盘安装到车辆底盘上。位于hv电气系统的电池侧上的是前端dc-dc功率转换器，其电连接到(多个)牵引电池组，以便增加到主dc总线和dc-ac功率逆变器模块(pim)的电压供应。高频大容量电容器可以横跨主dc总线的正端子和负端子布置，以提供电稳定性并存储补充电能。专用的电子电池控制模块(ebcm)通过与动力系控制模块(pcm)和每个马达的电力电子封装的协同操作来管控(多个)电池组和(多个)牵引马达的操作。

4、存在用于电驱动车辆中的四种主要类型的电池：锂类电池、镍类电池、铅酸电池和超级电容器电池。根据锂类设计，锂金属电池和锂离子电池构成了商用锂电池(lib)构型的主体，其中锂离子(li-ion)变体由于其增强的稳定性、能量密度和可再充电能力而在汽车应用中被采用。一种标准锂离子电池由至少两个导电电极、电解质材料和可渗透分隔件组成，所有这些都包含在电绝缘封装中。在单体放电期间，一个电极用作正(“阴极”)电极，并且另一个电极用作负(“阳极”)电极。电解质传导锂离子，并且可以是固体形式(例如，固态扩散)、液体形式(例如，液相扩散)或准固体形式(例如，夹带在液体载体中的固体电解质)。分隔件(通常是微孔聚合物膜)设置在两个工作电极之间，以防止电气短路，同时也有利于离子电荷载体的传输。在电池在负载下的放电期间，游离锂离子通过连接的电路从负电极移动到正电极，并且在对电池再充电时在相反方向上移动。

技术实现思路

1、本文中提出了用于袋式电池单体的端子端帽、配备有包含这样的单体的可再充电电池组的机动车辆、以及用于制造这样的帽、单体和/或车辆的方法和用于使用这样的帽、单体和/或车辆的方法。在示例中，多层袋单体包含一对或多对导电工作电极、离子传导电解质材料和可渗透分隔片，所有这些都封闭在电绝缘且流体密封的袋内。分隔片堆叠在每个配对的工作电极对之间，所得到的电极-分隔件叠堆包裹在单个绝缘体片中(例如，对于“果冻卷”设计)或夹在一对绝缘体片之间(例如，对于“千层饼”设计)。单体袋可以具有两个涂有聚合物的柔性金属片的性质，沿着其外边缘密封以形成信封状形状因子，电极、分隔件、绝缘体等被插入其中。

2、电凸片从工作电极的相对两端部(例如，对于“n型”袋单体)或从工作电极的一个端部(例如，对于“p型”袋单体)伸出。就后者而言，单个端子端帽被插入单体袋的开放端部中，袋壁密封(例如，经由粘合剂、焊接等)到帽的外周边。在这种情况下，单独的端帽具有包覆成型在电连接到(多个)正电极凸片的正极端子和电连接到(多个)负电极凸片的负极端子两者上的聚合物本体。对于n型袋单体，端子端帽被插入在单体袋的相对两端部处的开口中，袋壁密封到两个端帽。在这种情况下，一个端帽包含电连接到(多个)正电极凸片的正极端子，并且另一个端帽包含电连接到(多个)负电极凸片的负极端子。

3、所公开的概念中的至少一些的伴随益处包括带有端子端帽的袋式电池单体，该端子端帽增加袋刚性，同时物理地固连和稳定单体凸片，以便减少/防止单体凸片磨损和撕裂。带有端子端帽的袋单体还可以实现更紧凑的电互连板(icb)设计，并且因此有助于降低封装空间要求。除了改进的电池单体坚固性和减小的组件尺寸之外，所公开的特征可以有助于提高单体寿命和效率以及相关联的电池容量的增加，这导致整体电池组性能、行驶里程和燃料经济性的改进。

4、本公开的方面涉及用于多层袋式电池单体的刚性端子端帽，该多层袋式电池单体可以例如在用于汽车和非汽车应用两者的堆叠式单体电池组中使用。在示例中，提出了一种电池单体组件，其制造有具有柔性袋壁的保护且绝缘的单体袋，该柔性袋壁共同限定在袋的一个或两个端部处的一个或多个开口。位于单体袋内的是化学地构造成传导离子的电解质组合物。位于单体袋内与电解质电化学接触的电极叠堆包括与一个或多个第二(例如，阴极)工作电极交错的一个或多个第一(例如，阳极)工作电极。在每个配对的工作电极对之间插置有电绝缘分隔片。每个分隔片物理地分离其相应的电极对，同时在它们之间传输电解质离子。设置在每个袋开口中或附近的是刚性地附接到柔性袋壁的端子端帽。每个端子端帽包括带有嵌入在帽本体中并电连接到工作电极中的至少一个的一个或多个电端子的刚性聚合物帽本体。

5、本公开的附加方面涉及包含带有刚性端子端帽的多层袋单体的可再充电电池组和配备有这样的电池组的机动车辆。如本文中所用，术语“车辆”和“机动车辆”可以互换地和同义地使用，以包括任何相关的车辆平台，诸如乘用车辆(ice、hev、fev、燃料电池、完全和部分自主等)、商用车辆、工业车辆、履带车辆、越野和全地形车辆、摩托车、农业设备、船只、航空器、电动自行车等。对于非汽车应用，所公开的概念可以实现为用于任何逻辑上相关的用途，包括独立的发电站和便携式电源组、光伏系统、风力涡轮发电场、泵送设备、机床、服务器系统等。虽然所公开的概念本身不受限制，但用于以缺少缺乏刚性外部壳体为特征的锂类(二次)袋式电池单体可能特别有利。

6、在示例中，机动车辆包括具有乘客舱室的车辆本体、安装到车辆本体的多个负重轮(例如，经由联接到整体式或本体与框架分离式底盘的角部模块)以及其它标准原始设备。对于电力驱动车辆应用，一个或多个电力牵引马达单独操作(例如，对于fev动力系)或与内燃发动机组件结合操作(例如，对于hev动力系)以选择性地驱动负重轮中的一个或多个以推进车辆。可再充电牵引电池组安装在车辆本体上，并且可操作以为(多个)牵引马达供电。

7、继续前面的讨论，车辆的牵引电池组包含多个袋式电池单体。这些电池单体中的每一个都包括具有多个柔性袋壁的保护性单体袋，这些柔性袋壁协作地在袋的一个或两个纵向端部处限定一个或多个开口。位于单体袋内的是离子传导电解质和电极叠堆，该电极叠堆带有与电解质电化学接触的一对或多对工作电极。电池单体还包括一个或多个电绝缘分隔片，分隔片中的每一个被插置在相应的一对工作电极之间。位于每个袋开口内的是端子端帽，该端子端帽沿着其外周边密封到柔性袋壁。每个端子端帽包括一个或多个电端子，所述电端子被嵌入刚性聚合物帽本体中并电连接到电极叠堆。

8、本公开的方面还涉及用于制造或用于使用所公开的端子端帽、电池单体组件和/或机动车辆中的任何一个的制造工作流程过程、计算机可读介质和控制逻辑。在示例中，提出了一种用于构造电池单体组件的方法。该代表性方法以任何顺序并与以上和以下公开的选项和特征中的任何一个以任意组合包括：形成单体袋，该单体袋包括限定开口的柔性第一和第二袋壁；将构造成传导离子的电解质定位在单体袋内；将与电解质电化学接触的第一和第二工作电极定位在单体袋内；在第一和第二工作电极之间设置分隔片；将端子端帽定位在单体袋的开口处，该端子端帽包括刚性聚合物帽本体，且电端子被嵌入帽本体中；将端子端帽电连接到工作电极；以及将端子端帽附接到第一和第二袋壁。

9、对于所公开的电池单体组件、方法和车辆中的任何一个，帽本体可以包括中心本体部分和渐缩端部部分，渐缩端部部分邻接中心本体部分的对置侧向端部。每个渐缩端部部分包括彼此共端并从中心本体部分倾斜地伸出的多个倾斜表面。在这种情况下，帽本体可以是多面体，其中中心本体部分具有矩形棱柱形状，并且两个渐缩端部部分各自具有三棱柱形状。作为另外的选项，渐缩端部部分中的每一个可以终止于远侧末端，该远侧末端可以是尖的、倒圆的、斜面的、倒角的、截头的等。可能希望包括中心部分和两个渐缩端部部分的帽本体形成为单件构造，该单件构造例如经由包覆成型刚性地附接到电端子上，该电端子可以是单件构造或二分构造。

10、对于所公开的电池单体组件、方法和车辆中的任何一个，电端子可以是由帽本体约束并具有对置的内部和外部块面的金属端子块。内部块面电连接到工作电极中的至少一个，而外部块面电连接到至少一个电导体。例如，对于p型袋单体，可能希望电池单体组件包括单个端子端帽，该端子端帽包含电连接到(多个)第一(例如，正/阴极)电极的第一(例如，正/阴极)端子块和电连接到(多个)第二(例如，负/阳极)电极的第二(例如，负/阳极)端子块。备选地，例如对于n型袋单体，可能期望电池单体组件包括两个端子端帽，端子端帽中的每一个位于相应的袋开口中，并且密封到袋壁。在这种情况下，每个端帽可以包括一个电端子，该电端子被嵌入刚性聚合物帽本体中，并电连接相应的一个/类型的工作电极。为此，每个端帽的电端子可以是由帽本体约束的单个金属端子块；该端子块包括物理地联接到相应的一个/类型的电极的内部块面和电连接到相应的电导体的外部块面。

11、对于所公开的电池单体组件、方法和车辆中的任何一个，电极叠堆可以包含多个配对的工作电极对，每个电极具有从相应的集电器片伸出的相应的电极凸片。在这种情况下，一种类型的工作电极的电极凸片(例如，所有阴极电极凸片)捆绑在一起并连结到一个电端子(例如，阴极端帽端子)，而另一种类型的工作电极的电极凸片(例如，所有阳极电极凸片)捆绑在一起并连结到另一个电端子(例如，阳极端帽端子)。可能希望电端子中的一个全部或部分地由一种金属材料(例如，铝)形成，而另一个电端子全部或部分地由不同的金属材料(例如，铜)形成。

12、对于所公开的电池单体组件、方法和车辆中的任何一个，端子端帽可以位于单体袋开口内，使得端帽由袋壁包围。在这种情况下，柔性袋壁可以例如经由焊接、压接、紧固、粘合剂等密封到帽本体的外周边。作为又一种选项，柔性袋壁可以由单个铝片一体地形成，例如，该铝片被折叠以限定袋壁，或者可以由多个铝片单独地形成，例如，使得每个片限定相应的壁。在任一情况下，袋壁可以沿着其一个或多个外围边缘连结(例如，经由压接、激光焊接、热密封等)，以形成单体袋。

13、本发明提供下列技术方案。

14、技术方案1.一种电池单体组件，包括：

15、单体袋，其包括限定开口的柔性的第一袋壁和第二袋壁；

16、电解质，其位于所述单体袋内并被构造成传导离子；

17、第一工作电极和第二工作电极，其位于所述单体袋内，与所述电解质电化学接触；

18、分隔片，其插置在所述第一工作电极和第二工作电极之间；以及

19、端子端帽，其靠近所述单体袋的所述开口并附接到所述第一袋壁和第二袋壁，所述端子端帽包括刚性聚合物帽本体，其中电端子嵌入所述帽本体中并电连接到所述工作电极。

20、技术方案2.根据技术方案1所述的电池单体组件，其中，所述帽本体包括中心本体部分和分别邻接所述中心本体部分的对置的第一侧向端部和第二侧向端部的第一渐缩端部部分和第二渐缩端部部分，所述渐缩端部部分中的每一个包括从所述中心本体部分倾斜地伸出的倾斜表面。

21、技术方案3.根据技术方案2所述的电池单体组件，其中，所述帽本体是多面体，其中，所述中心本体部分具有矩形棱柱形状，并且所述第一渐缩端部部分和第二渐缩端部部分各自具有三棱柱形状。

22、技术方案4.根据技术方案3所述的电池单体组件，其中，所述渐缩端部部分中的一个或两个终止于远侧末端，所述远侧末端是倒圆的或截头的。

23、技术方案5.根据技术方案1所述的电池单体组件，其中，所述电端子包括由所述帽本体约束并具有对置的内部块面和外部块面的金属端子块，所述内部块面电连接到所述工作电极，并且所述外部块面被构造成电连接到电导体。

24、技术方案6.根据技术方案5所述的电池单体组件，其中，所述金属端子块包括电连接到所述第一工作电极的第一端子块和电连接到所述第二工作电极的第二端子块。

25、技术方案7.根据技术方案1所述的电池单体组件，其中，所述单体袋中的所述开口包括分别位于所述单体袋的对置的第一端部和第二端部处的第一开口和第二开口，并且其中，所述端子端帽包括分别位于所述第一开口和第二开口中并且都密封到所述第一袋壁和第二袋壁的第一端子端帽和第二端子端帽。

26、技术方案8.根据技术方案7所述的电池单体组件，其中，所述第一端子端帽包括第一刚性聚合物帽本体，其中第一电端子嵌入在所述第一帽本体中并电连接到所述第一工作电极，并且所述第二端子端帽包括第二刚性聚合物帽本体，其中第二电端子嵌入在所述第二帽本体中并电连接到所述第二工作电极。

27、技术方案9.根据技术方案8所述的电池单体组件，其中，所述第一电端子和第二电端子分别包括分别由所述第一帽本体和第二帽本体约束的第一金属端子块和第二金属端子块，所述第一金属端子块和第二金属端子块各自具有对置的内部块面和外部块面，所述内部块面电连接到所述工作电极中的相应一个，并且所述外部块面被构造成电连接到相应的电导体。

28、技术方案10.根据技术方案1所述的电池单体组件，其中，所述电端子包括第一电端子和第二电端子，所述第一工作电极包括多个第一电极，所述多个第一电极各自具有从第一集电器伸出的第一电极凸片，所述第一电极凸片捆绑在一起并连结到所述第一电端子，并且所述第二工作电极包括多个第二电极，所述多个第二电极各自具有从第二集电器伸出的第二电极凸片，所述第二电极凸片捆绑在一起并连结到所述第二电端子。

29、技术方案11.根据技术方案10所述的电池单体组件，其中，所述第一电端子包括铝材料，并且所述第二电端子包括铜材料。

30、技术方案12.根据技术方案1所述的电池单体组件，其中，所述端子端帽位于所述单体袋的所述开口中，并且所述单体袋的所述第一袋壁和第二袋壁经由焊接、压接、紧固和/或粘合剂密封到所述帽本体的外周边。

31、技术方案13.根据技术方案1所述的电池单体组件，其中，所述第一袋壁和第二袋壁由单个铝片一体地形成，或者由多个铝片单独地形成并沿着其一个或多个外围边缘连结以形成所述单体袋。

32、技术方案14.一种机动车辆，包括：

33、车辆本体，其具有乘客舱室；

34、多个负重轮，其附接到所述车辆本体；

35、牵引马达，其附接到所述车辆本体，并可操作以驱动所述负重轮中的一个或多个，从而推进所述机动车辆；和

36、牵引电池组，其附接到所述车辆本体并电连接到所述牵引马达，所述牵引电池组包含多个电池单体，所述电池单体中的每一个包括：

37、单体袋，其包括在所述单体袋的一个或多个端部处限定一个或多个开口的柔性的第一袋壁和第二袋壁；

38、电解质，其位于所述单体袋内并被构造成传导离子；

39、电极叠堆，其位于所述单体袋内，并且包括与所述电解质电化学接触的一对或多对工作电极；

40、一个或多个电绝缘分隔片，其各自插置在所述成对的工作电极中的相应一个之间；以及

41、一个或多个端子端帽，其位于所述单体袋的所述一个或多个开口中，并沿着其外周边密封到所述第一袋壁和第二袋壁，所述端子端帽中的每一个包括刚性聚合物帽本体，其中一个或多个电端子被嵌入所述帽本体中并电连接到所述电极叠堆。

42、技术方案15.一种构造电池单体组件的方法，所述方法包括：

43、形成单体袋，所述单体袋包括限定开口的柔性的第一袋壁和第二袋壁；

44、将构造成传导离子的电解质定位在所述单体袋内；

45、将与所述电解质电化学接触的第一工作电极和第二工作电极定位在所述单体袋内；

46、在所述第一工作电极和第二工作电极之间设置分隔片；

47、将端子端帽定位在所述单体袋的所述开口处，所述端子端帽包括刚性聚合物帽本体，其中电端子嵌入在所述帽本体中；

48、将所述端子端帽电连接到所述工作电极；以及

49、将所述端子端帽附接到所述第一袋壁和第二袋壁。

50、技术方案16.根据技术方案15所述的方法，其中，所述帽本体包括中心本体部分和分别邻接所述中心本体部分的对置的第一侧向端部和第二侧向端部的第一渐缩端部部分和第二渐缩端部部分，所述渐缩端部部分中的每一个包括从所述中心本体部分倾斜地伸出的倾斜表面。

51、技术方案17.根据技术方案16所述的方法，其中，所述帽本体是多面体，其中，所述中心本体部分具有矩形棱柱形状，并且所述第一渐缩端部部分和第二渐缩端部部分各自具有三棱柱形状。

52、技术方案18.根据技术方案15所述的方法，其中，所述端子端帽的所述电端子包括由所述帽本体约束并具有对置的内部块面和外部块面的金属端子块，所述内部块面电连接到所述工作电极，并且所述外部块面被构造成电连接到电导体。

53、技术方案19.根据技术方案18所述的方法，其中，所述金属端子块包括电连接到所述第一工作电极的第一端子块和电连接到所述第二工作电极的第二端子块。

54、技术方案20.根据技术方案15所述的方法，其中，所述开口包括分别位于所述单体袋的第一端部和第二端部处的第一开口和第二开口，所述端子端帽包括分别位于所述第一开口和第二开口中的第一端子端帽和第二端子端帽，所述第一端子端帽包括嵌入在第一帽本体中并电连接到所述第一工作电极的第一电端子，并且所述第二端子端帽包括嵌入在第二帽本体中并电连接到所述第二工作电极的第二电端子。

55、以上技术实现要素：并不代表本公开的每个实施例或每个方面。相反，前述发明内容仅仅提供了本文中阐述的一些新颖概念和特征的概要。当结合附图和所附权利要求书时，本公开的上述特征和优点以及其它特征和伴随的优点将从用于执行本公开的图示示例和代表性模式的以下具体实施方式中变得显而易见。此外，本公开明确地包括上面和下面呈现的元素和特征的任何和所有组合和子组合。