CN101160689A - 液冷式电池及操作该电池的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种液冷式电池，特别是形式为机动车中电力驱动用的能量存储器的液冷式电池。该电池具有多个储能单元(2)和至少一个与储能单元(2)形成导热接触且容许冷却介质流动通过其中的内部空间(4)。每一个储能单元(2)都具有一安全阀(12)，该安全阀(12)在储能单元内超过预定的介质压力时打开，从而使储能单元的内部空间与周围环境连通。本发明的特征在于，所述安全阀(12)设置在储能单元(2)中，所述储能单元(2)相对于冷却介质可流通的内部空间(4)设置成使得在安全阀(2)工作时冷却介质可流通的内部空间(4)与储能单元(2)的内部之间建立连通。

Description

液冷式电池及操作该电池的方法
技术领域
本发明涉及一种具有权利要求1前序部分详细限定的类型的液冷式电池，以及根据权利要求14前序部分详细限定的液冷式电池的操作方法。
背景技术
由JP 2004 178 909 A已知一种电池，该电池中单个电池单元各具有安全阀。当各电池单元内部压力过高时，安全阀打开，从而使从各储能单元(Speicherzelle，蓄电池单元)逸出的气体排放到周围环境中。其缺点在于，高温的和可能具有爆炸性的气体进入电池周围区域中，从而可能导致例如火灾等危害。
另外，从JP 10 241 739 A中已知一种被冷却电池的储能单元，该储能单元同样具有在高于已知的温度阈值时打开的安全阀以及冷却模块。该冷却模块本身也具有安全阀，该安全阀借助于从储能单元的安全阀排出的介质被同样地打开，从而使该冷却模块能被热力致动。这将使排出的介质可被稍微冷却。由于冷却介质的量较少。
此外，由EP 0 476 484 B1已知一种电池的储能单元，其中仅对这些储能单元的至少一个端面进行冷却。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种液冷式电池，特别是用作机动车中电力驱动用的能量存储器的电池，该电池可以用易于实施的紧凑结构实现良好的操作特性，并满足极高的安全性要求。
根据本发明，上述目的通过具有权利要求1特征部分所述特征的电池来实现。
根据本发明，在通过各储能单元内部超压来操作安全阀时，在储能单元与其中冷却介质可流动通过的整个内部空间之间形成连通，这具有显著的安全性优势。逸出各储能单元的任何介质--通常为气体--分散在冷却用的内部空间中，并在此处与冷却介质混合，从而具有安全性。在这种情况下，安全阀的打开足以确保电池处于安全状态。
所述安全阀通常形成为储能单元壳体中的在预定断裂位置打开的薄片/阀(Klappe)；当电池损坏时，该安全阀将作为非常可靠的单一部件确保电池处于安全状态。与必须通过操作一系列多个部件--其中某些很复杂--才能实现安全状态的同类装置相比，按照本发明的方式实现的安全性无疑相当优越。
因此，本发明的电池可确保一种简单、紧凑的结构，并可通过非常简单的被动措施确保极高的安全性。这特别在用于机动车时具有显著的优势。
这里，“被动”一词应理解成，所述措施可在发生临界状态时受状态能驱使而自动作出反应，无需传感器系统以及根据由传感器主动或被动测得的值进行后续操作。
本发明的另一目的在于提供一种操作液冷式电池，特别是用作机动车中电力驱动用的能量存储器的电池的方法，该方法能满足极高的安全要求。
根据本发明，上述目的通过具有权利要求14特征部分所述特征的用于操作电池的方法来实现。
在本发明的方法中，通过一种被动的安全技术使储能单元在受到损坏时与其中可流动通过冷却介质的整个内部空间相连通。从而使从各储能单元逸出的介质--通常为气体--分散在冷却用的内部空间中，并在此处与冷却介质混合，因而使其具有安全性。
附图说明
从从属权利要求及下文参考附图进行详细说明的实施例中可以清楚看到所述电池及操作该电池的方法的其它有利改进。在附图中：
图1是电池的三维示意图；
图2是电池的冷却器的俯视图；
图3是电池的冷却器的纵截面；
图4是带有储能单元的电池冷却器的一部分的横截面；
图5示意性示出与冷却器连接的储能单元的截面图；以及
图6与图5类似，其中安全阀打开。
具体实施方式
图1示意性示出电池1。该电池1包括多个独立的储能单元2，这些储能单元2彼此相邻地布置成多排，在图1中示例性地示出为两排2a、2b。图1所示的两排2a、2b彼此交错布置使得相邻各排2a、2b相对于彼此错开一排中各储能单元2的中心线间距的一半。这使得排2a、2b可相对于彼此非常紧密地挤在一起。总体而言，这使得电池1具有非常紧凑的结构。
另外，利用冷却器3对电池进行冷却，该冷却器3具有冷却介质可流通的内部空间4(图1未示出)，在正常使用期间，冷却介质流动通过该内部空间4。各储能单元2分别在其各个端面5(图1未示出)处与该冷却器3形成导热接触。在电池1的正常使用期间形成储能单元的底部5的所述端面，在该例中，足以可靠地将电池中产生的热量耗散到冷却介质中，该冷却介质通常为水与乙二醇按1∶1混合的混合物。该冷却介质流动通过作为冷却回路的一部分的冷却器3，并随后例如经由例如与周边区域或空调系统结合的冷却换热器将吸收的热量耗散到冷却回路中的其它部位。
由于无须在各储能单元2之间设置其它元件，这种冷却器3与储能单元2的底部5接触的布置方式使得结构特别紧凑。冷却器因而也可以非常小并具有简单的几何形状。从而使得电池1格外紧凑，并可实现低成本生产。另外，即使在储能单元2安装在冷却器3中时，也可随意接近储能单元2的与底部相背的端面6。同时示出为盖6的所述端面通常配有接电元件，因此可确保自电池1的电路简单并易于接近。通常，所述接电元件还配有必要的电子器件、单元监测(器件)、充电状态均衡(器件)(Ladezustandsmittlung)、充电补偿(器件)等。通过使上述器件与储能单元2接触并使这些器件与该储能单元2一同被冷却，尽管如此，即使在可能发生的冷却器3受损的情况下，也无须担心所述电子器件与液体冷却介质之间的任何接触。
图2和图3示出冷却器3的结构以及被该冷却器3包围且冷却介质可流通的内部空间4的结构。在该实施例下，冷却介质可通过输入管线7流入冷却器3，并通过输出管线8从该区域流出。随后，可利用未在此处明确示出的导向肋引导冷却器3中大量流动的冷却介质，从而使冷却介质流过所有的储能单元2，并由此对储能单元2进行冷却。
在图4中以示例的方式示出有一个储能单元2，该储能单元2安装在图2中清楚可见的圆形开口9内。储能单元2的底部5伸入内部空间4中。因此，冷却介质在各储能单元2的底部5的周围流动，从而有效地冷却储能单元2。
图5所示的示意性断面图进一步详细示出储能单元2与冷却介质形成导热接触的实施例。储能单元2具有通常为杯状的壳体10，该壳体10通常由铝制成。在该例中，壳体10自身可用作储能单元2的电极之一。在生产过程中，利用盖6区域中的封闭元件封闭储能单元2，从而使其完全密封。另外，壳体10通过薄层11从其底部5区域部分地电隔离。在该情况下，可选择薄层11的厚度，使其在提供足够的电隔离的同时确保通过该薄层的足够的热传导。
示例性地，薄层11的材料优选为由PP、PVC或PET以及漆制成的膜层11。可通过深拉(Tiefziehverfahren)工艺将这种厚度为50-500μm的膜层11从底部5的侧面拉出并部分地覆盖壳体10。该膜层形状贴合地覆盖壳体10的下部(约1/4至1/3)。此时，使膜层11自身封合，从而该膜层11使与冷却介质接触的底部5相对于该冷却介质完全密封。另外，也可以将膜层11粘结到壳体10上。在该情况下，可将壳体10的侧壁用作涂抹粘合剂的优选位置，因为这种做法意味着粘合剂对壳体10的底部5与位于内部空间4中的冷却介质之间的导热特性不会有不利影响。
然后，可将设有薄层11的壳体10安装在开口9中。优选地，尺寸可设计成使得在所有可能的操作温度下都能实现储能单元2在开口9中的密封的压配合。另外，可使用粘合剂，此时，根据上文所述的原因，仍然可以将薄层11上位于壳体10的侧壁区域中的面用作涂抹粘合剂的优选位置。由此，利用已插入的储能单元2即可实现冷却器相对于周围环境的密封。
众所周知，每一个储能单元2如锂离子蓄电池也具有安全阀12。此时该安全阀12的目的在于防止储能单元2在压力过大而引起爆炸的情况下被损坏。当超过预定的内部压力时，安全阀12打开储能单元2的、在其他情况下严密密封的壳体10。
在所示安全阀12的示例性实施例中，根据上文的描述，通过壳体10中的预定断裂位置13，该安全阀12用作被动部件。当储能单元2中出现超压时，壳体10将沿预定断裂位置13裂开，如图6所示。在该情况下，膜层11并不会显著阻碍壳体10裂开。膜层11同样也将被撕裂开，壳体10的材料在预定断裂位置13区域中形成的锐边可能有助于膜层11的裂开。其结果使得壳体10上形成开口14，特别地，该开口14将允许气体从储能单元2中逸出。从而释放储能单元2中的超压，因此有效地防止已损坏的储能单元2发生爆炸--该爆炸会引起电池1中的其它储能单元2发生连锁反应。
该示例的一个特别有利的特征在于，开口14形成在储能单元2的底部5区域中。从已损坏的储能单元2排出的、通常温度很高并常导致电池着火的气体直接排放至冷却介质中(参见图6中的箭头A)，因而该气体被很快地冷却并具有安全性。
因此，这样使得，可基于被动安全元件获得特别紧凑、更加安全并且成本较低的电池。特别地，机动车中使用的电池必须在占用较小的结构空间的同时满足很高的安全性要求，根据本发明的电池1非常适用于此。由于在机动车领域中的产量较大，相对简单和成本较低的结构同样具有很大优势。

Claims (14)

1.一种液冷式电池，特别是用作机动车中的电力驱动用的能量存储器的液冷式电池，该电池具有多个储能单元和至少一个与储能单元形成导热接触且容许冷却介质流动通过其中的内部空间，每一个储能单元都具有安全阀，当储能单元内超过预定的介质压力时，安全阀打开并使该储能单元的内部空间与周围区域连通，
其特征在于，所述安全阀(12)在储能单元(2)中设置成使得，当安全阀(2)打开时，通过该打开的安全阀(12)，在冷却介质可流通的内部空间(4)与储能单元的内部(29)之间建立连通。
2.根据权利要求1所述的液冷式电池，其特征在于，所述储能单元(2)的安全阀(12)分别设置在特别为柱形的储能单元(2)的端面(5)上，该端面(5)与其中冷却介质可流通的内部空间(4)形成导热接触。
3.根据权利要求2所述的液冷式电池，其特征在于，所述储能单元(2)的接电元件分别设置在特别为柱形的储能单元(2)的端面(6)上，所述安全阀(12)设置在相对的端面(5)上。
4.根据权利要求2或3所述的液冷式电池，其特征在于，至少所述储能单元(2)的具有安全阀(12)的端面(5)与安全阀(12)一起被防液渗的膜层(11)包覆，并至少部分地伸入冷却介质可流通的内部空间(4)。
5.根据权利要求4所述的液冷式电池，其特征在于，所述防液渗的膜层(11)通过深拉被施加到所述储能单元(2)上。
6.根据权利要求4或5所述的液冷式电池，其特征在于，所述防液渗的膜层(11)粘结在储能单元(2)上。
7.根据权利要求6所述的液冷式电池，其特征在于，带有粘结的区域位于与冷却介质可流通的内部空间(4)形成导热接触的区域之外。
8.根据权利要求4至7中任一项所述的液冷式电池，其特征在于，所述防液渗的膜层(11)的层厚为50至500μm。
9.根据权利要求4至8中任一项所述的液冷式电池，其特征在于，所述防液渗的膜层(11)由PP、PVC或PET材料构成。
10.根据权利要求2或3所述的液冷式电池，其特征在于，至少所述储能单元(2)的具有安全阀(12)的端面(5)与安全阀(12)一起被由漆形成的防液渗的薄层(11)包覆，并至少部分地伸入冷却介质可流通的内部空间(4)。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的液冷式电池，其特征在于，所述储能单元(2)设计为柱形，并彼此并排地且彼此交错地布置成至少两排(2a，2b)，通过各储能单元(2)的端面(5)与其中冷却介质可流通的内部空间(4)之间的导热接触来实现冷却。
12.根据权利要求11所述的液冷式电池，其特征在于，所述的冷却介质可流通的内部空间(4)具有导向肋，从而确保冷却介质流过所有与储能单元(2)形成导热接触的区域。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的液冷式电池，其特征在于，所述的冷却介质可流通的内部空间(4)被冷却器(3)包围，该冷却器(3)带有用于冷却介质的输入管线和输出管线(7，8)，并具有开口(9)，储能单元(2)设置在该开口(9)中使得所述内部空间(4)被严密地密封。
14.用于操作液冷式电池，特别是用作机动车中电力驱动用的能量存储器的液冷式电池的方法，该电池具有多个储能单元和至少一个与储能单元形成导热接触且容许冷却介质流动通过其中的内部空间，当基于错误而使任一储能单元中压力升高至高于预定的压力阈值时，安全阀被打开，
其特征在于，当安全阀被打开时，冷却介质流动通过的内部空间与储能单元之间建立连通，从而使得超压能够释放到冷却流体中。
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