热鲁棒的电池单体配置系统和具有这种电池单体配置系统的电池单体模块的制作方法

1.本发明涉及一种用于储存电能的两个或多个电池单体的电池单体配置系统、一种具有这种电池单体配置系统的电池单体模块和一种包括该电池单体模块的高压储存器。


背景技术：

2.图1示出一种电池单体模块100，该电池单体模块具有成一排设置的多个电池单体101。在该排中，两个相邻的电池单体101分别由一个pet塑料膜102和两个可压缩的间隔保持件103彼此分隔开。pet塑料膜102设置在两个相邻电池单体101的两个对置的侧面中的一个侧面上，并且这两个间隔保持件粘接到相应的pet塑料膜102上。由此，电池单体101的侧面彼此电绝缘，并且在每个电池单体101旁边形成一个空间，电池单体101可以在充电/放电循环期间膨胀到该空间中。该排电池单体在两端部各用一个压板115封闭并且用(图中未示出的)框架保持在一起。在制造电池单体模块100时，将间隔保持件103粘接到相应的pet塑料膜102上；将电池单体101以这种方式成排设置，使得每两个相邻的电池单体分别由pet塑料膜102和间隔保持件103分隔开；将所述排的端部分别用一个压板115封闭；将以这种方式形成的排挤压到预定长度；并为挤压到预定长度的排设置一个框架，该框架将排保持在一起。在挤压成排设置的电池单体时，电池单体101的可能的公差波动可以由可压缩的间隔保持件补偿。pet塑料膜102可以具有0.1毫米的厚度，并且间隔保持件103各具有1毫米的厚度。
3.通过使用可压缩的间隔保持件103，在电池单体模块100中一方面在挤压时补偿电池单体101的公差波动，并且另一方面在充/放电循环期间能实现电池单体101的膨胀。包含在由两个对置的侧面界定的中间空间中的空气在两个相邻的电池单体之间提供一定的绝热，以便在一个电池单体热失控的情况下减缓热失控蔓延到相邻的电池单体上并且从而减缓整个电池单体模块100的热失控。然而，随着年龄的增长，电池单体越来越膨胀并且在电池单体的两个对置的侧面(电池单体腹部)之间的距离减小，这减小了相邻电池单体的气隙和相应的绝热。


技术实现要素：

4.因此，本发明的目的是，提供一种具有高能量密度的热鲁棒的用于高压储存器的电池单体配置系统和电池单体模块，其中，相邻电池单体之间的热传导降低到能延迟或防止热失控(英语为thermal runaway)的程度，即使在电池单体年龄增长的情况下也是如此。
5.这个目的的解决方案根据独立权利要求的教导来实现。本发明的不同的实施方式和进一步改进方案是从属权利要求的技术方案。
6.本发明的第一方面涉及一种用于电化学储能器的电池单体配置系统，其具有：
7.用于电化学储存电能的两个电池单体；和
8.用于将所述两个电池单体彼此绝热的第一绝缘体，所述第一绝缘体设置在由所述
两个电池单体的各一个侧面界定的在电池单体之间的中间空间中，所述第一绝缘体具有绝热并且可压缩的第一纤维材料，并且所述第一绝缘体在此如此配置为，使得该第一绝缘体相对于所述两个电池单体的界定所述中间空间的侧面对所述第一绝缘体的分别与它们对置的侧面在该第一绝缘体沿压缩方向压缩的情况下施加的压力具有刚度，所述刚度的值曲线作为压缩率的函数具有第一压缩率值段和紧接在第一压缩率值段之后的第二压缩率值段，
9.作为压缩率的函数的所述刚度的斜率在第二压缩率值段中始终高于作为压缩率的函数的刚度在所述第一压缩率值段中的最大斜率，
10.所述刚度在第二压缩率值段之内的确定的压缩率值处至少具有是在第一压缩率值段中的最大刚度两倍大的值，并且
11.该压缩率值相应于第一绝缘体沿压缩方向的如下厚度，在该厚度时绝缘体沿压缩方向具有为至少5m
·
k/w的比热阻。为5m
·
k/w的比热阻相应于为0.2w/mk的热导率。
12.由此可以延迟或者甚至防止热失控从一个电池单体蔓延到另一个电池单体上。
13.在本发明的意义上，刚度是借以描述物体(例如绝缘体)由于外部作用(例如从外部作用到物体上的力)抵抗变形所能提供什么样的阻力的参量。例如，在挤压电池单体配置系统并将其连接/固定成电池单体模块时，如下的压力作用到绝缘体上，该压力挤压(压缩)绝缘体，并且该绝缘体由于其刚度而吸收该压力，而不被压缩到其厚度在压缩方向上小于最小厚度的程度。除了通过将电池单体配置系统固定成一个电池单体模块而产生的力外，还有由电池单体膨胀引起的压力也可以作用到绝缘体上。在这种情况下，绝缘体具有的刚度使其既能吸收由固定引起的压力、又能吸收由膨胀引起的压力。
14.如果由于外部作用而发生的物体变形是弹性的，则对于横截面的自由横向收缩适用：
15.s＝e
·
a，
16.其中，s是物体的刚度(应变刚度)，e是其在加载方向上的弹性模量，而a是其垂直于加载方向的面积。
17.在本发明的意义上，物体的压缩率可理解为比例|δl|/l0，其中，δl是物体在外部作用下所经历的该物体的长度变化量，而l0是物体在外部作用发生之前的长度。对于弹性变形，适用：
18.δl/lo＝f/s＝(p
·
a)/(e
·
a)＝p/e，
19.其中，f是作用到物体面积a上的力，而p＝f/a是对物体在加载方向上的压力。
20.在本发明的意义上，比热阻可理解成导热系数的倒数。其计量单位是：(m
·
k)/w(米乘开尔文除以瓦特)。具有可压缩材料的绝缘体的导热系数可以随着材料压缩的增加而增大。特别是在纤维材料的情况下，由于纤维材料的压缩，纤维之间的接触部位可能增加并且纤维之间的中间空间可能减少。
21.在本发明的意义上，纤维材料的单位面积重量可理解成包含在1m2大小的绝缘体中的纤维材料的重量。除纤维材料之外，绝缘体还可包含设置在由纤维材料的纤维形成的中间空间中的填料。
22.此处使用的术语“包括”、“包含”、“含有”、“具有”、“有”、“带有”或其任何其他变型应覆盖非排他性的包含。例如，包括或具有一系列元素的方法或设备不一定局限于这些元
素，而是可以含有未明确列出的或这种方法或这种设备所固有的其他元素。
23.此外，除非有明确相反说明，“或”是指包容性的“或”、而不是排他性的“或”。例如，条件a或b由下列条件之一满足：a为真(或存在)，而b为假(或不存在)；a为假(或不存在)，而b为真(或存在)；以及a和b均为真(或存在)。
24.术语冠词“一”，如其在这里所使用的，是在“一个/一个或多个”的意义上定义的。术语“另一”和“另一个”及其任何其他变型都应在“至少另一个”的意义上理解。
25.以下描述根据本发明的电池单体配置系统的优选实施方式及其进一步改进方案，只要没有明确排除或在技术上不可行，则这些实施方式及其进一步改进方案可以任意地相互组合以及与本发明的进一步的描述的其他方面组合。
26.在一种优选的实施方式中，所述确定的压缩率值对应于沿压缩方向对第一绝缘体的对置的侧面的为至少1mpa的压力。
27.由此，第一绝缘体既能吸收对于固定电池单体配置系统(在电池单体配置系统中)所需的压力、又能吸收由于电池单体在电池单体继续老化时膨胀所产生的压力，而不被压缩到其比热阻为低于5m
·
k/w时的厚度。如果第一绝缘体的比热阻具有大于或等于5m
·
k/w的值，则可以延迟或者甚至防止热失控从一个与之贴靠的电池单体蔓延到另一个与之贴靠的电池单体上。
28.在一种优选的实施方式中，所述确定的压缩率值对应于第一绝缘体沿压缩方向压缩的至少为0.3mm的厚度。
29.由此，第一绝缘体的比热阻具有即使在电池单体老化的情况下也延迟或者甚至防止热失控从一个与之贴靠的电池单体蔓延到另一个与之贴靠的电池单体上的值。
30.一种优选的实施方式还具有用于将所述两个电池单体绝热的设置在所述中间空间中的第二绝缘体，其中，所述第二绝缘体具有绝热并且可压缩的第二材料并且在此配置为，使得所述第二绝缘体相对于所述两个电池单体的界定所述中间空间的侧面对所述第二绝缘体的分别与它们对置的侧面在该第二绝缘体沿压缩方向压缩的情况下施加的压力具有刚度，所述刚度的值曲线作为压缩率的函数具有第三压缩率值段和紧接在所述第三压缩率值段之后的第四压缩率值段，
31.所述刚度作为压缩率的函数在第四压缩率值段中的斜率始终高于作为压缩率的函数的刚度在第三压缩率值段中的最大斜率，
32.所述刚度在第四压缩率值段之内的确定的压缩率值处至少具有是在第三压缩率值段中的最大刚度两倍大的值，
33.该压缩率值相应于第二绝缘体沿压缩方向的如下厚度，在该厚度时该绝缘体沿压缩方向具有为至少5m
·
k/w的比热阻，并且所述第二绝缘体在第三压缩率值段中的刚度始终大于第一绝缘体在第一压缩率值段中的最大刚度。绝热并且可压缩的第二材料可以是纤维材料(例如陶瓷纤维或玻璃纤维)或丙烯酸酯泡沫。
34.由此可以将刚度在中间空间的分别由第一绝缘体和第二绝缘体填充的空间区域中选择成不同的。尤其是，第一绝缘体的刚度和/或第二绝缘体的刚度可以适配于为了固定电池单体配置系统而施加到电池单体上并由所述两个绝缘体中的至少一个绝缘体吸收的压力的分布。例如，为了固定而施加的并且由第一绝缘体吸收的压力可以在外边缘区域中大于在中部的空间区域中。
35.在一种优选的实施方式中，所述第二绝缘体至少局部地包围第一绝缘体的不与所述两个电池单体之一的侧面对置的至少一个表面区段。
36.由此可以将在中间空间的外部空间区域中的刚度和在中间空间的中部空间区域中的刚度选择成不同的。特别是，第一绝缘体的刚度和/或第二绝缘体的刚度可以适配于膨胀的电池单体对绝缘体施加的压力的分布。例如，在中间空间的电池单体膨胀较强的中部空间区域中比在电池单体膨胀较小的外部空间区域中期望较小的刚度。
37.一种优选的实施方式还具有用于将所述两个电池单体绝热的设置在所述中间空间中的第三绝缘体，其中，所述第三绝缘体具有绝热并且可压缩的第三材料并且在此配置为，使得所述第三绝缘体相对于所述两个电池单体的界定所述中间空间的侧面对所述第三绝缘体的分别与它们对置的侧面在该第三绝缘体沿压缩方向压缩的情况下施加的压力具有刚度，所述刚度的值曲线作为压缩率的函数具有第五压缩率值段和紧接在所述第五压缩率值段之后的第六压缩率值段，
38.所述刚度作为压缩率的函数在第六压缩率值段中的斜率始终高于刚度作为压缩率的函数在第五压缩率值段中的最大斜率，
39.所述刚度在第六压缩率值段之内的确定的压缩率值处至少具有是在第五压缩率值段中的最大刚度两倍大的值，
40.该压缩率值相应于第二绝缘体沿压缩方向的如下厚度，在该厚度时该绝缘体沿压缩方向具有为至少5m
·
k/w的比热阻，所述第三绝缘体在第五压缩率值段中的刚度始终大于第一绝缘体在第一压缩率值段中的最大刚度，并且
41.所述第二绝缘体、所述第一绝缘体和所述第三绝缘体按这个顺序沿着平行于所述两个电池单体的界定中间空间的侧面中的至少一个侧面彼此堆叠式设置。绝热并且可压缩的第三材料可以是纤维材料(例如陶瓷纤维或玻璃纤维)或丙烯酸酯泡沫。
42.由此可以将刚度在中间空间的分别由第一绝缘体、第二绝缘体和第三绝缘体填充的空间区域中选择成不同的。尤其是，第一绝缘体的刚度和/或第二绝缘体的刚度和/或第三绝缘体的刚度可以适配于为了固定电池单体配置系统和/或由于电池单体膨胀而施加到绝缘体上的压力的分布。
43.例如，第一绝缘体、第二绝缘体和第三绝缘体可以在它们各自具有的纤维材料的类型方面不同。第一、第二和第三纤维材料可以在以下至少一个方面不同：它们各自具有的纤维的类型、纤维的单位面积重量。通过合适地选择纤维和/或其单位面积重量，可以针对不同的电池单体规格调整绝缘体的比热阻和/或其刚度特性曲线。
44.第三绝缘体的刚度可以至少局部地具有与第二绝缘体的刚度相同的与压缩率值的函数相关性。
45.在一种优选的实施方式中，所述第二绝缘体和所述第三绝缘体构成为相同的。
46.由此可以有效地使第一、第二和第三绝缘体的刚度适配于压力的关于第一绝缘体对称的分布。
47.在一种优选的实施方式中，在第四压缩率值段之内的所述确定的压缩率值对应于沿压缩方向对第二绝缘体的对置的侧面的为至少1mpa的压力；和/或在所述第六压缩率值段之内的所述确定的压缩率值对应于沿压缩方向对第三绝缘体的对置的侧面的为至少1mpa的压力。
48.由此，第二绝缘体和/或第三绝缘体既能吸收对于固定电池单体配置系统所需的压力，又能吸收由于电池单体在电池单体继续老化时膨胀所产生的压力，而不被压缩到其比热阻为低于5m
·
k/w的值时的厚度。如果第二绝缘体的比热阻具有大于或等于5m
·
k/w的值，则该第二绝缘体可以延迟或者防止热失控从一个与之贴靠的电池单体蔓延到另一个与之贴靠的电池单体上。这同样适用于第三绝缘体。
49.在一种优选的实施方式中，所述第一绝缘体沿压缩方向在整个第一压缩率值段上能弹性变形。
50.因此，为了固定或连接电池单体而施加到所述电池单体上的压力可以被第一绝缘体吸收。
51.在一种优选的实施方式中，所述第二绝缘体沿压缩方向在整个第三压缩率值段上能弹性变形；或者所述第三绝缘体沿压缩方向在整个第五压缩率值段上能弹性变形。
52.由此，为了固定或连接电池单体而施加到所述电池单体上的压力也可以由第二绝缘体或由第二和第三绝缘体吸收。
53.在一种优选的实施方式中，至少所述第一绝缘体具有位于第一纤维材料的纤维之间的中间空间中的绝热的第一填料。
54.由此，第一绝缘体的比阻和/或其刚度特性曲线可以针对不同的电池规格调整。
55.填料可以抑制热传播、例如气凝胶。如果第二绝缘体具有纤维材料作为绝热并且可压缩的第二材料，则该材料也可以具有位于该纤维材料的纤维之间的中间空间中的抑制热传播的绝热的填料。同样，如果第三绝缘体具有纤维材料作为绝热并且可压缩的第三材料，则该第三绝缘体可以具有抑制热传播的绝热的第三填料，该第三填料位于该纤维材料的纤维之间的中间空间中。第一、第二和第三填料可以是不同的。通过适当选择纤维材料、其单位面积重量和填料，可以针对不同的电池单体规格调整绝缘体的比热阻和/或其刚度特性曲线。
56.一种优选的实施方式还具有至少局部设置在所述两个电池单体之间的用于使所述两个电池单体电绝缘的绝缘膜。
57.由此可以将所述两个电池单体也彼此电绝缘。绝缘体可以与绝缘膜附着连接，例如通过粘接。
58.在一种优选的实施方式中，除了设置在绝缘膜中的一个或多个排气孔之外，所述绝缘膜在所有侧包围设置在所述两个电池单体之间的所述一个或各绝缘体。
59.由此可以进一步改善所述两个电池单体之间的电绝缘。此外，可以通过纤维材料或填料的逸出来避免对制造环境和电池单体配置系统装入其中的高压储存器的污染。此外，空气可以在由于电池单体膨胀引起对绝缘体的压缩时从绝缘膜中逸出，而在电池单体的膨胀消退时重新流入。总之，由此提高了电池单体的和电池单体装入其中的高压储存器的寿命。
60.本发明的第二方面涉及一种具有根据本发明的电池单体配置系统的电池单体模块，在该电池单体模块中各个电池单体相对彼此固定。
61.由此可提供一种电池单体模块，在该电池单体模块中在相邻电池单体之间的热传导即使在电池单体继续老化时也降低到足以延迟或防止热失控的程度。
62.本发明的第三方面涉及一种具有包括至少一个根据本发明的电池单体模块在内
的多个电池单体模块的高压储存器。
63.由此可提高高压储存器的安全性。
附图说明
64.本发明的其他优点、特征和应用可能性从下面的结合附图的详细描述中得到。
65.其中：
66.图1示意性地示出电池单体模块的构造；
67.图2a示意性地示出根据本发明的第一实施方式的电池单体模块的构造；
68.图2b示意性地示出在根据第一实施方式的电池单体模块中的两个相邻电池单体的配置系统；
69.图3a示意性地示出在根据本发明的第二实施方式的电池单体模块中的两个相邻电池单体的配置系统；
70.图3b示意性地示出沿平面a-a的剖视图；
71.图3c示意性地示出沿平面b-b的剖视图；
72.图4a示意性地示出根据本发明第三实施方式的电池单体模块中的两个相邻电池单体的配置系统；
73.图4b示意性地示出沿平面c-c的剖视图；
74.图4c示意性地示出沿平面d-d的剖视图；
75.图5a示意性地示出绝缘体的比热阻作为其压缩率的函数的值曲线；
76.图5b示意性地示出绝缘体的刚度作为压缩率的函数的值曲线；和
77.图5c示意性地示出作用到绝缘体的侧面上的压力作为压缩率的函数的值曲线。
具体实施方式
78.在图中，对于本发明的相同或相互对应的元素，一致地使用相同的附图标记。
79.图2a示出根据本发明的第一实施方式的电池单体模块的透视图，部分以分解图。电池单体模块200可设置用于用来储存电能的高压储存器。它具有：用于电化学储存电能的两个或多个电池单体201、202、203；一个或多个绝缘膜207、208、209；以及一个或多个绝缘体204、205、206。在两个相邻的电池单体之间分别设置有一个绝缘膜和一个绝缘体。电池单体可以是锂电池单体或锂离子电池单体。
80.绝缘膜207、208、209构成为用于使两个相邻的电池单体电绝缘，并且可以分别是一个pet塑料膜。绝缘膜可能含有云母。
81.绝缘体204、205、206构成为用于将两个相邻的电池单体绝热，并且分别具有绝热并且可压缩的第一纤维材料。在位于第一纤维材料的纤维之间的中间空间中可以有填料或气凝胶。
82.在制造图2a所示的电池单体模块200时，将电池单体、绝缘膜和绝缘体沿设置方向214如此设置成一排，使得在由两个相邻电池单体的各一个侧面界定的一个中间空间中分别存在一个绝缘膜和一个绝缘体。给所述排的两个端部分别配备一个压板215，所述压板将以这种方式形成的排挤压到预定长度，并且给被挤压到预定长度的电池单体的排配备一个将各电池单体保持(固定)在一起的框架。在挤压时可以通过压缩绝缘体来补偿电池单体的
公差波动。
83.电池单体在电池单体模块200中的设置沿着一个维度(排)延伸。然而，本发明也覆盖电池单体沿两个或三个维度延伸的设置。在这种设置中，一个电池单体可以被多个绝缘体包围。
84.在电池单体模块200中，用附图标记210标记的电池单体配置系统总是相同的。因此，也对于在电池单体模块中的其他相邻的电池单体有代表性地，进一步说明该电池单体配置系统。
85.电池单体配置系统200在图2b中示意性地示出并且包含：用于电化学储存电能的两个相邻的电池单体201和202；绝缘膜207，用于使所述两个电池单体电隔绝；以及绝缘体204；其中，隔绝膜207和绝缘体204设置在由所述两个电池单体的各一个侧面界定的中间空间中。
86.附图标记211和212标记所述两个电池单体201和202的界定这些电池单体之间的中间空间的侧面。侧面211和212优选地垂直于设置方向214。绝缘膜207可以附着地设置在电池单体201的侧面211上并且完全覆盖该侧面。绝缘体204可以设置在隔绝膜207和电池单体202的侧面212之间。它填充在绝缘膜207和侧面212之间的整个空间。此外，绝缘体204可与绝缘膜207粘合连接。
87.通过在制造电池单体模块时挤压和固定电池单体，形成中间空间的侧面211和212对绝缘体204的分别与它们对置的侧面施加压力，该压力导致沿设置方向214压缩绝缘体204。例如，在挤压和固定电池单体之前具有2-3毫米的初始厚度的绝缘体通过挤压和固定电池单体被压缩到0.8-1.1毫米的厚度；这基本上也相应于在两个侧面211和212之间的距离，因为绝缘膜207可以选择成非常薄的。
88.除了用以固定电池单体模块的电池单体的压力之外，侧面211和212还可以对绝缘体204施加由电池单体的膨胀引起的压力。由于该压力，可能沿设置方向214对绝缘体204进行进一步压缩。由于膨胀随着电池单体的继续老化而增大，绝缘体204的压缩也随着时间而增大。由侧面211和212对绝缘体204施加的压力可高达1mpa(兆帕斯卡)。在图2b中示例性地示出侧面212的膨胀213。
89.在图5a中示意性地示出绝缘体204的比热阻r
λ
作为压缩率|δl|/l0的函数的值曲线，其中，l0是绝缘体204在未压缩状态下的长度，而δl是其由于压缩而在压缩方向上的长度变化量。该图示出：绝缘体204的比热阻随着压缩率的增加而减小，并可从一确定的第一压缩率值(l
0-dm)/l0开始下降低于r
λ,m
。如果绝缘体204的比热阻下降低于值r
λ,m
，则绝缘体204不再能充分延迟热失控从电池单体201蔓延到电池单体202上或者反之亦然，并且可能发生整个电池单体模块的热失控。
90.dm是(压缩的)绝缘体204沿压缩方向的厚度，其中该绝缘体沿压缩方向具有比热阻r
λ,m
。为了使绝缘体204能够充分延迟热失控从电池单体201蔓延到电池单体202上或反之亦然，其比热阻r
λ,m
必须至少具有为5m
·
k/w的值。具有例如陶瓷或玻璃纤维作为纤维材料的绝缘体204为了不低于r
λ,m
＝5m
·
k/w而必须具有的最小厚度dm是0.3mm。
91.为了避免将绝缘体204压缩(挤压)到大于确定的第一压缩率值(l
0-dm)/l0的压缩率值，绝缘体204被配置为，使得该绝缘体相对于侧面211和212对绝缘体204的分别与它们对置的侧面施加的压力具有刚度s，该刚度的值曲线作为压缩率|δl|/l0的函数具有第一
压缩率值段a和紧接在第一压缩率值段之后的第二压缩率值段b，其中：i)刚度在第二压缩率值段中的斜率始终高于刚度在第一压缩率值段中的最大斜率，ii)刚度sm在第二压缩率值段之内的确定的第一压缩率值(l
0-dm)/l0处具有至少是在第一压缩率值段中的最大刚度sa两倍大的值；和(iii)所述确定的第一压缩率值对应于绝缘体204的如下厚度dm，在该厚度时绝缘体204沿压缩方向具有至少为r
λ,m
＝5m
·
k/w的比热阻。绝缘体204的刚度特性曲线作为压缩率的函数在图5b中示意性地示出。
92.在图5b中，在刚度值段a和b中的刚度的斜率是线性的。然而，这只是示例性的。刚度在刚度值段a和b的每一刚度值段中的斜率也可以是非线性的。在第二刚度值段b中，刚度的斜率至少直至确定的第一压缩率值(l
0-dm)/l0始终为正。在第一刚度值段a中，刚度的斜率可以是正、零或者至少局部是零。
93.优选地，绝缘体204沿着压缩方向能弹性变形，特别是在第一压缩率值段上。
94.有利地，绝缘体204在第一刚度值段a中的刚度如此大，使得该绝缘体在位于第一刚度值段a中的压缩率|δl|/l0时补偿对于固定电池单体所需的压力和由于在充/放电循环期间电池单体膨胀所产生的压力。将绝缘体204压缩到第二刚度值段b中、但最高直达确定的第一压缩率值(l
0-dm)/l0，可主要在电池单体继续老化时发生。由此，电池单体的残余的并且随时间增长的膨胀便添加于在充/放电循环期间的膨胀。因此，即使在电池单体继续老化时也能充分延迟电池单体201和202之间的热失控的蔓延。
95.第一刚度值段优选地长于第二刚度值段的位于所述确定的第一压缩率值之前的部分。由此，绝缘体204能吸收电池单体201和202沿设置方向的膨胀，而几乎不过度限制该膨胀。
96.侧面211和212对绝缘体204的分别与它们对置的侧面施加的压力p作为压缩率|δl|/l0的函数在图5c中示意性示出。该图示出：对绝缘体204施加的压力在第二刚度值段的位于确定的第一压缩率值(l
0-dm)/l0之前的部分中比在第一刚度值段中升高得更陡。
97.侧面211和212对绝缘体204的与它们对置的侧面施加的压力可达到1mpa。因此，优选地确定的第一压缩率值(l
0-dm)/l0对应于对绝缘体204的对置的侧面的至少为pm＝1mpa的压力。
98.dm一方面可以被认为是绝缘体204的如下厚度，在该厚度时该绝缘体不能被所述两个侧面211和212进一步压缩，并且另一方面可以被认为是绝缘体204不低于为5m
·
k/w的比热阻时的厚度。dm也被称为绝缘体204的阻塞长度。
99.优选地，所述确定的第一压缩率值(l
0-dm)/l0对应于绝缘体204的被压缩的至少为dm＝0.3毫米的厚度。这可以以有利的方式利用具有陶瓷或玻璃纤维作为纤维材料的绝缘体204来实现。
100.根据第一实施方式的电池单体模块的第一变型(其在图中未示出)与图2a中示出的电池单体模块200的不同之处在于：它具有用于使两个相邻的电池单体电绝缘的两个绝缘膜，其中，这两个绝缘膜中的一个绝缘膜设置在相邻的电池单体之一和绝缘体之间，而这两个绝缘膜中的另一个绝缘膜设置在相邻的电池单体之中的另一个电池单体和绝缘体之间。
101.根据第一实施方式的电池单体模块的第二变型(其在图中未示出)与图2a中示出的电池单体模块200的不同之处在于，它具有一个用于使两个相邻的电池单体电绝缘的绝
缘膜，除了设置在绝缘膜中的一个或多个通气孔外，该绝缘膜在所有侧包围绝缘体。
102.根据第二实施方式的电池单体模块在实现两个相邻的电池单体之间的绝热方面不同于根据第一实施方式的电池单体模块。在根据第二实施方式的电池单体模块中，根据在图3a中示意性示出的电池单体配置系统310设置两个相邻的电池单体。图3b示出通过平面a-a的剖视图，而图3c示出通过平面b-b的剖视图。平面a-a平行于所述两个电池单体201和202的设置方向并且穿过电池单体配置系统310的中心。平面b-b垂直于所述两个电池单体201和202的设置方向，并且位于绝缘膜207和电池单体202之间。
103.电池单体配置系统310与电池单体配置系统210的不同之处在于，它具有两个绝缘体304和305，这两个绝缘体设置在由侧面211和212界定的中间空间中。两个绝缘体具有与侧面211和212对置的侧面。绝缘体304的不与侧面211和212对置的侧面308被绝缘体305贴靠地包围。绝缘体305和绝缘体304填充隔绝膜207和侧面212之间的整个中间空间。
104.代替绝热并且可压缩的纤维材料，绝缘体305可以具有其他的绝热并且可压缩的材料、例如丙烯酸酯泡沫。
105.在图3b和3c中，绝缘体304和305被示例性地作为矩形示出。然而，绝缘体304和305也可以具有其它几何形状。重要的是：每一个都具有两个侧面，这两个侧面之一分别与侧面211和212之一对置，并且绝缘体304的至少一个表面区段308被绝缘体305贴靠地包围。
106.绝缘体304与第一实施方式的绝缘体204的不同之处在于，它仅填充在绝缘膜207和侧面212之间的空间的(中间的)一区域。在其他方面，对于绝缘体204所说的内容也以类似的方式适用于绝缘体304。
107.通过在制造根据第二实施方式的电池单体模块时挤压和固定电池单体，形成中间空间的侧面211和212对绝缘体304和305的分别与它们对置的侧面施加压力，该压力导致沿设置方向214压缩绝缘体。除了用以固定电池单体模块的电池单体的压力之外，侧面211和212还可以对绝缘体304和305施加由电池单体的膨胀而引起的压力。由于该压力，可能沿设置方向214对绝缘体进行进一步压缩。膨胀可随着电池单体的继续老化而增大。由侧面211和212对绝缘体304和305施加的压力可高达1mpa。
108.绝缘体305的比热阻作为压缩率的函数的值曲线与在图5a中示出的内容类似。绝缘体305的比热阻随着压缩率的增加而减小，并可从一确定的第二压缩率值开始下降低于绝缘体305为了充分延迟热失控从电池单体201蔓延到电池单体202上或者反之亦然而必须具有的值5m
·
k/w。
109.为了避免将绝缘体305压缩(挤压)到大于确定的第二压缩率值的压缩率值，绝缘体305被配置为，使得该绝缘体相对于侧面211和212对绝缘体305的分别与它们对置的侧面施加的压力具有刚度，该刚度的值曲线作为压缩率的函数具有第三压缩率值段和紧接在第三压缩率值段之后的第四压缩率值段，其中：i)刚度在第四压缩率值段中的斜率始终高于刚度在第三压缩率值段中的最大斜率，ii)刚度在第四压缩率值段之内的确定的第二压缩率值处具有至少是在第三压缩率值段中的最大刚度两倍大的值；和(iii)所述确定的第二压缩率值对应于绝缘体305的如下厚度，在该厚度时绝缘体305沿压缩方向具有至少为5m
·
k/w的比热阻。绝缘体305的刚度特性曲线与在图5b中示出的内容类似。
110.优选地，绝缘体305沿着压缩方向能弹性变形，特别是在第三压缩率值段上。
111.有利地，绝缘体305在第三刚度值段中的刚度如此大，使得该绝缘体在位于第三刚
度值段中的压缩率时补偿对于固定电池单体所需的压力和由于在充/放电循环期间电池单体膨胀所产生的压力。将绝缘体305压缩到第四刚度值段中、但最高直至确定的第二压缩率值，可主要在电池单体继续老化时发生。由此，即使在电池单体继续老化时也能充分延迟热失控在电池单体201和202之间蔓延。
112.第三刚度值段优选地长于第四刚度值段的位于确定的第二压缩率值之前的部分。由此，绝缘体305可吸收电池单体201和202的膨胀，而几乎不过度限制该膨胀。
113.由于电池单体201和202向由侧面211和212界定的中间空间的外部空间区域中膨胀小于向中间空间的中部空间区域中的膨胀，所以绝缘体305在第三压缩率值段中的刚度始终大于绝缘体304在第一压缩率值段中的最大刚度。第一压缩率值段的长度和第三压缩率值段的长度可以相同或不同。
114.侧面211和212对绝缘体305的分别与它们对置的侧面施加的压力的值曲线作为压缩率的函数类似于图5c中所示的内容。
115.侧面211和212对绝缘体304和305的分别与它们对置的侧面施加的压力可达到1mpa。因此，优选地，确定的第二压缩率值也对应于对绝缘体305的对置的侧面的至少为1mpa的压力。
116.绝缘体305的与确定的第二压缩率值相应的厚度可以被认为是绝缘体305的如下厚度，在该厚度时该绝缘体不能被所述两个侧面211和212进一步压缩。此外，它是在绝缘体305不低于为5m
·
k/w的比热阻时的厚度。
117.优选地，确定的第二压缩率值对应于绝缘体305的被压缩的至少为0.3毫米的厚度。这可以以有利的方式利用具有陶瓷或玻璃纤维作为纤维材料的绝缘体305来实现。
118.图3a所示的电池单体配置系统可以具有用于使两个电池单体201和202电绝缘的两个绝缘膜。在此，在电池单体201和绝缘体304和305之间设置有一个绝缘膜，以及在两个绝缘体与电池单体202之间设置有另一绝缘膜。
119.代替绝缘膜207，图3a所示的电池单体配置系统可以具有用于使两个电池单体201和202电绝缘的绝缘膜，除了设置在绝缘膜中的一个或多个通风孔之外，该绝缘膜在所有侧包围这两个绝缘体304和305。
120.根据第三实施方式的电池单体模块在实现两个相邻的电池单体之间的绝热和电绝缘方面不同于根据第一和第二实施方式的电池单体模块。在根据第三实施方式的电池单体模块中，根据图4a中示意性地示出的电池单体配置系统410设置两个相邻的电池单体。图4b示出通过平面c-c的剖视图，而图4c示出通过平面d-d的剖视图。平面c-c平行于这两个电池单体201和202的设置方向，并穿过电池单体配置系统410的中心。平面d-d垂直于设置方向并穿过用绝缘膜402包裹的绝缘体的中心。
121.电池单体配置系统410与电池单体配置系统310的不同之处在于：它具有三个绝缘体404、405和406，这三个绝缘体设置在由侧面211和212界定的中间空间中；以及用于使电池单体201和202电绝缘的绝缘膜402除了设置在绝缘膜中的一个或多个排气孔之外包围这三个绝缘体。所有三个绝缘体都具有与侧面211和212对置的侧面。如图4c所示，绝缘体404、405和406按这个顺序沿着和平行于侧面211和212中的至少一个侧面并排(或堆叠式)设置。这三个绝缘体可以具有长方体的形状，并且填充侧面211和212之间的整个中间空间。绝缘体的彼此对置的侧面是贴靠的。
122.代替绝热并且可压缩的纤维材料，绝缘体405和/或406可以分别具有其他的绝热并且可压缩的材料、例如丙烯酸酯泡沫。
123.绝缘体404和405与第二实施方式的绝缘体304和305在其形状和设置方面彼此不同。在其他方面，对于绝缘体204所说的内容也适用于绝缘体404，以及对于绝缘体305所说的内容也适用于绝缘体405。
124.有利地，绝缘体405和绝缘体406构成为相同的和/或关于绝缘体404对称地设置。
125.如果绝缘体405和绝缘体406构成为不同的，则绝缘体406具有如下的比热阻，该比热阻的值曲线作为压缩率的函数类似于图5a中所示的内容。
126.此外，绝缘体406被配置为，使得该绝缘体相对于侧面211和212对绝缘体406的分别与它们对置的侧面施加的压力具有刚度，该刚度的值曲线作为压缩率的函数具有第五压缩率值段和紧接在第五压缩率值段之后的第六压缩率值段，其中：i)刚度在第六压缩率值段中的斜率始终高于刚度在第五压缩率值段中的最大斜率，ii)刚度在第六压缩率值段之内的确定的第三压缩率值处具有至少是在第五压缩率值段中的最大刚度两倍大的值；和(iii)所述确定的第三压缩率值相应于绝缘体406的如下厚度，在该厚度时绝缘体406沿压缩方向具有至少为5m
·
k/w的比热阻。绝缘体406的刚度特性曲线与在图5b中示出的内容类似。
127.优选地，绝缘体406沿着压缩方向能弹性变形，特别是在第三压缩率值段上。
128.有利地，绝缘体406在第五刚度值段中的刚度如此大，使得该绝缘体在位于第五刚度值段中的压缩时补偿对于固定电池单体所需的压力和由于在充/放电循环期间电池单体膨胀而产生的压力。将绝缘体406压缩到第六刚度值段中、但最高直至确定的第三压缩率值，可主要在电池单体继续老化时发生。
129.第五刚度值段优选地长于第六刚度值段的位于确定的第三压缩率值之前的部分。
130.优选地，绝缘体406在第五压缩率值段中的刚度始终大于绝缘体404在第一压缩率值段中的最大刚度。第一压缩率值段的长度和第五压缩率值段的长度可以相同或不同。此外，第三压缩率值段的长度和第五压缩率值段的长度可以相同或不同。
131.侧面211和212对绝缘体406的分别与它们对置的侧面施加的压力的值曲线作为压缩率的函数类似于图5c中所示的内容。
132.优选地，确定的第三压缩率值也对应于对绝缘体305的对置的侧面的至少为1mpa的压力。
133.优选地，所述确定的第三压缩率值对应于绝缘体406的被压缩的至少为0.3毫米的厚度。这可以利用具有陶瓷或玻璃纤维作为纤维材料的绝缘体406来实现。
134.有利地，绝缘膜402在不与侧面211和212之一对置的侧面上具有排气孔407。通过排气孔407，在由于电池单体膨胀引起对绝缘体压缩时空气可以从绝缘包裹中逸出，而在电池单体膨胀消退时重新流入。由此，防止了绝缘膜402的破裂并且从而防止了纤维材料或填料向外逸出。
135.由于其可压缩性，在制造按照本发明的电池单体模块时，绝缘体可以补偿电池单体的公差波动，使得即使当电池单体在设置方向214上具有不同的厚度时，电池单体模块也可以被挤压到预定长度。
136.前面描述了至少一个示例性的实施方式，而应注意，对此存在大量的变型。在此还
应注意，所描述的示例性的实施方式仅构成非限制性的实例并且不旨在由此限制这里描述的设备和方法的范围、可应用性或配置。而是上面的描述将为本领域技术人员提供用于实施至少一个示例性实施方式的教导，其中理所当然的是，可以在在示例性实施方式中描述的要素的功能方式和设置方面进行不同的改变，而在此不偏离在所附权利要求书中分别确定的主题及其法律等同方案。
137.附图标记列表
138.100
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电池单体模块
139.101用于储存电能的电池单体
140.102塑料膜(pet)
141.103间隔保持件
142.115压板
143.200根据本发明的电池单体模块
144.201、202、203用于储存电能的电池单体
145.204、205、206第一绝缘体
146.207、208、209绝缘膜
147.210根据本发明的电池单体配置系统
148.211、212电池单体的侧面
149.213电池单体的膨胀
150.214电池单体在一个电池单体模块中的设置方向
151.215压板
152.304第一绝缘体
153.305第二绝缘体
154.308第一绝缘体的表面区段
155.310根据本发明的电池单体配置系统
156.404第一绝缘体
157.402绝缘膜
158.405第二绝缘体
159.406第三绝缘体
160.407排气孔
161.410根据本发明的电池单体配置系统

技术特征：
1.用于电化学能量储存器的电池单体配置系统，具有：用于电化学储存电能的两个电池单体(201、202)；和用于将所述两个电池单体(201、202)彼此绝热的第一绝缘体(204、304、404)，该第一绝缘体设置在由所述两个电池单体的各一个侧面(211、212)界定的在电池单体之间的中间空间中，该第一绝缘体具有绝热并且可压缩的第一纤维材料并且在此被配置为，使得该第一绝缘体相对于所述两个电池单体的界定所述中间空间的侧面对所述第一绝缘体的分别与它们对置的侧面在该第一绝缘体沿压缩方向压缩的情况下施加的压力具有刚度，所述刚度的值曲线作为压缩率的函数具有第一压缩率值段和紧接在该第一压缩率值段之后的第二压缩率值段，所述刚度作为压缩率的函数在第二压缩率值段中的斜率始终高于作为压缩率的函数的刚度在第一压缩率值段中的最大斜率，所述刚度在第二压缩率值段之内的确定的压缩率值处至少具有是在第一压缩率值段中的最大刚度两倍大的值，并且该压缩率值相应于第一绝缘体沿压缩方向的如下厚度，在该厚度时绝缘体沿压缩方向具有至少5m
·
k/w的比热阻。2.根据权利要求1所述的电池单体配置系统，其中，所述确定的压缩率值对应于沿压缩方向对第一绝缘体的对置的侧面的为至少1mpa的压力。3.根据权利要求2所述的电池单体配置系统，其中，所述确定的压缩率值对应于第一绝缘体沿压缩方向压缩的至少为0.3mm的厚度。4.根据前述权利要求之一所述的电池单体配置系统，还具有用于将所述两个电池单体(201、202)绝热的设置在所述中间空间中的第二绝缘体(305、405)，所述第二绝缘体具有绝热并且可压缩的第二材料并且在此配置为，使得所述第二绝缘体相对于所述两个电池单体的界定所述中间空间的侧面对所述第二绝缘体的分别与它们对置的侧面在该第二绝缘体沿压缩方向压缩的情况下施加的压力具有刚度，所述刚度的值曲线作为压缩率的函数具有第三压缩率值段和紧接在该第三压缩率值段之后的第四压缩率值段，所述刚度作为压缩率的函数在第四压缩率值段中的斜率始终高于刚度作为压缩率的函数在第三压缩率值段中的最大斜率，所述刚度在第四压缩率值段之内的确定的压缩率值处至少具有是在第三压缩率值段中的最大刚度两倍大的值，该压缩率值相应于第二绝缘体沿压缩方向的如下厚度，在该厚度时该绝缘体沿压缩方向具有为至少5m
·
k/w的比热阻，并且所述第二绝缘体在第三压缩率值段中的刚度始终大于第一绝缘体在第一压缩率值段中的最大刚度。5.根据权利要求4所述的电池单体配置系统，其中，所述第二绝缘体(305)至少局部地包围第一绝缘体(304)的不与所述两个电池单体(201、202)之一的侧面对置的至少一个表面区段(308)。6.根据权利要求4所述的电池单体配置系统，还具有用于将所述两个电池单体(201、202)绝热的设置在所述中间空间中的第三绝缘体(406)，所述第三绝缘体具有绝热并且可压缩的第三材料并且在此配置为，使得所述第三绝缘体相对于所述两个电池单体的界定所述中间空间的侧面对所述第三绝缘体的分别与它们
对置的侧面在该第三绝缘体沿压缩方向压缩的情况下施加的压力具有刚度，所述刚度的值曲线作为压缩率的函数具有第五压缩率值段和紧接在所述第五压缩率值段之后的第六压缩率值段，所述刚度作为压缩率的函数在第六压缩率值段中的斜率始终高于刚度作为压缩率的函数在第五压缩率值段中的最大斜率，所述刚度在第六压缩率值段之内的确定的压缩率值处至少具有是在第五压缩率值段中的最大刚度两倍大的值，该压缩率值相应于第二绝缘体沿压缩方向的如下厚度，在该厚度时该绝缘体沿压缩方向具有为至少5m
·
k/w的比热阻，所述第三绝缘体在第五压缩率值段中的刚度始终大于第一绝缘体在第一压缩率值段中的最大刚度，并且所述第二绝缘体(405)、所述第一绝缘体(404)和所述第三绝缘体(406)按这个顺序沿着平行于所述两个电池单体(201、202)的界定所述中间空间的侧面中的至少一个侧面彼此堆叠式设置。7.根据权利要求6所述的电池单体配置系统，其中，所述第二绝缘体(405)和所述第三绝缘体(406)构成为相同的。8.根据权利要求4至7之一所述的电池单体配置系统，其中，在第四压缩率值段之内的所述确定的压缩率值对应于沿压缩方向对第二绝缘体的对置的侧面的为至少1mpa的压力；或者在所述第六压缩率值段之内的所述确定的压缩率值对应于沿压缩方向对第三绝缘体的对置的侧面的为至少1mpa的压力。9.根据前述权利要求之一所述的电池单体配置系统，其中，所述第一绝缘体沿压缩方向在整个第一压缩率值段上能弹性变形。10.根据权利要求4至9之一所述的电池单体配置系统，其中，所述第二绝缘体沿压缩方向在整个第三压缩率值段上能弹性变形；或者所述第三绝缘体沿压缩方向在整个第五压缩率值段上能弹性变形。11.根据前述权利要求之一所述的电池单体配置系统，其中，至少所述第一绝缘体具有位于第一纤维材料的纤维之间的中间空间中的绝热的第一填料。12.根据前述权利要求之一所述的电池单体配置系统，还具有至少局部设置在所述两个电池单体之间的用于使所述两个电池单体(201、202)电绝缘的绝缘膜(207、402)。13.根据权利要求12所述的电池单体配置系统，其中，除了设置在绝缘膜(402)中的一个或多个排气孔(407)之外，所述绝缘膜(402)在所有侧包围设置在所述两个电池单体(201、202)之间的所述一个或多个绝缘体。14.电池单体模块(200)，具有根据前述权利要求之一所述的电池单体配置系统(210、310、410)，在该电池单体模块中各个电池单体相对于彼此固定。15.具有包括根据权利要求14所述的至少一个电池单体模块在内的多个电池单体模块的高压储存器。

技术总结
本发明涉及一种用于电化学能量储存器的电池单体配置系统，其具有：用于电化学储存电能的两个电池单体；和用于将所述两个电池单体彼此绝热的第一绝缘体，该第一绝缘体设置在由所述两个电池单体的各一个侧面限定的在电池单体之间的中间空间中，该第一绝缘体具有绝热并且可压缩的第一纤维材料并且在此被配置为，使得该第一绝缘体相对于所述两个电池单体的界定所述中间空间的侧面对所述第一绝缘体的分别与它们相对的侧面在该第一绝缘体沿压缩方向压缩的情况下施加的压力具有刚度，所述刚度的值曲线作为压缩率的函数具有第一压缩率值段和紧接在第一压缩率值段之后的第二压缩率值段，所述刚度的斜率作为压缩率的函数在第二压缩率值段中始终高于刚度作为压缩率的函数在第一压缩率值段中的最大斜率，所述刚度在第二压缩率值段之内的确定的压缩率值处至少具有是在第一压缩率值段中的最大刚度两倍大的值，并且该压缩率值相应于第一绝缘体沿压缩方向的如下厚度，在该厚度时绝缘体沿压缩方向具有至少5m


技术研发人员：C
受保护的技术使用者：宝马股份公司
技术研发日：2021.11.05
技术公布日：2023/8/13