CN102017225A - 电化学蓄电池和具有电化学蓄电池的交通工具 - Google Patents

电化学蓄电池和具有电化学蓄电池的交通工具 Download PDF

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Abstract

一种电化学蓄电池，具有：a)多个原电池单元(2)，b)一盖，c)一以该盖封闭的壳体，d)至少一个用于蓄电池(1)的电接触的连接极，该连接极与一组原电池单元(2)电连接，e)处于壳体中的电解质，f)用于接收用于冷却电池单元(2)的冷却空气的冷却空气室，g)用于接收在故障情况下从电池单元(2)中出来的气体的排气室，如果h)该冷却空气室和该排气室气密地相互分开地构造，并且i)该冷却空气室和该排气室相互独立地从壳体中导出，则可改善功率能力和安全性。

Description

电化学蓄电池和具有电化学蓄电池的交通工具
技术领域
本发明涉及一种具有权利要求1前序部分特征的电化学蓄电池。本发明还涉及一种具有电化学蓄电池的交通工具。
背景技术
强力的、在原电池单元中具有高能量密度的蓄电池特别被用在混合动力交通工具(例如具有蓄电池和燃料电池单元的交通工具)中和用在电动交通工具中。
高能量密度导致高的放热。为了保持并且在宽的运行窗(该运行窗例如通过外界温度给出)中确保蓄电池的功率能力，必须有效冷却蓄电池。
蓄电池有效的并且成本有利的冷却通过空气冷却达到。为了空气冷却，在蓄电池中在各个电池单元之间设有冷却空气通道，冷却空气借助风扇通过这些冷却通道导向。
已知供蓄电池的冷却使用的冷却空气从空调乘客室中取出。特别是在年平均温度高的国家中使用外部空气是无效益的。此外在使用外部空气时需要过滤系统，以便在冷却空气通过蓄电池之前使冷却空气除去杂质(例如沙)。由此提高了冷却系统的成本。
强力的、具有高能量密度的蓄电池除了有效的冷却之外还需要用于保护蓄电池防止电池单元中气体过压的安全系统。电池单元中气体过压可以导致电池单元内部突然反应并且导致电池单元点燃。由此可能危害人员和环境。
作为防护电池单元中气体过压的安全系统，例如在电池单元壁中集成破裂口(预定断裂位置)。这些预定断裂位置可以在与电池单元中的气体过压相联系的破坏事件(例如短路，过载，误操作)时防止电池单元爆炸。这些电池单元在确定的条件下(在一定的电池单元内部气体压力下)打开，此时，在电池单元内部产生的气体过压消除。通过打开的预定断裂位置泄漏的气体在此通过冷却空气通道离开蓄电池。从电池单元中出来的气体对健康是有害的。
发明内容
本发明的任务在于，提供一种高性能并且安全的电化学蓄电池，该蓄电池能够尤其适合用在混合动力交通工具和电动交通工具中。此外本发明的任务是，提供一种具有强功率并且对于使用者安全的电化学蓄电池的交通工具。
该任务通过具有权利要求1的特征的电化学蓄电池(下面简称为蓄电池)以及通过具有要求9的特征的交通工具实现。
本发明的蓄电池避免这样的危险：从电池单元出来的气体通过冷却空气室到达乘客室中并且对那里停留的人员产生危险，其方式在于，冷却空气室和排气室相互气密地分开构造并且冷却空气室和排气室相互独立地从壳体导出。
通过给结构设计可排除，气体从电池单元到达冷却循环中并从那里到达乘客室中。
通过冷却系统和排气系统的严格空间分开避免在已知的空气冷却的蓄电池上必要的、费用高的阀机构或者活门机构，冷却系统通过这些机构与乘客室分开。此外，通过省去阀机构或者活门机构提高了空气冷却的效率，因为通过阀机构或者活门机构冷却空气对产生了阻力。此外，本发明的蓄电池避免了相对于排气系统独立的、具有自己的热交换器的冷却系统，这些热交换器将冷却空气的温度调节到要求的输入温度。由于这种独立的冷却系统的高生产成本，本发明的蓄电池是一种成本有利的方案。
优选本发明蓄电池中的电池单元圆柱形地构造。符合目的地，为了电池单元的圆柱形构造，使用薄膜电极，这些薄膜电极被首先堆叠然后卷绕地置入到圆柱形的电池单元中。这样的结构允许在小的空间中安置大的有源电极面，由此提高蓄电池的容量。
在一实施方式中冷却空气室包括在电池单元外部在圆柱形电池单元的壳面上被导向的通道。该实施方式允许冷却系统和电池单元之间直接接触，由此达到有效冷却。此外，可以围绕每个单个电池单元延伸多个引导冷却空气的通道。
在另一实施方式中排气室包括圆柱形的室，这些圆柱形的室在电池单元外部安置在电池单元的底面上或者顶面上。通过这样的结构可以在电池单元的底面或者顶面上设置破裂口。此外，排气室这样设置使得在圆柱形构造的电池单元中能够简单地将冷却室和排气室相互分开。
根据本发明规定，电池单元具有破裂口，通过这些破裂口使电池单元的内腔与排气室这样连接，以致气体能够从电池单元的内腔泄出到排气室中。这些破裂口用作过压阀并且将气体从电池单元的内腔有针对地引出到排气室中。
在特别的实施方式中这些破裂口以破裂薄膜封闭，这些破裂薄膜在电池单元内腔的确定过压下允许从电池单元内腔中的排气。破裂薄膜可以这样构造，使得这些破裂薄膜在一定的过压下破裂。但也可以考虑，这些破裂薄膜起到过压阀的作用，当电池单元内腔中的压力下降到低于预确定的值时，该过压阀又自动关闭。
在特别的实施方式中在壳体中设有支架，电池单元以组装状态固定在该支架中。
如果电池单元构造为锂离子电池单元，获得非常高性能的蓄电池。
根据本发明，提出一种交通工具，该交通工具装备有本发明蓄电池。
符合目的地，冷却空气从乘客室中借助风扇被导入到蓄电池中。该风扇可以这样设置在蓄电池和乘客室之间，使得来自乘客室的冷却空气被挤压穿过蓄电池。但也可以考虑，风扇这样设置在蓄电池后面，使得来自乘客室的冷却空气被从蓄电池中吸出。“后面”意味着：蓄电池设置在风扇和乘客室之间。该风扇产生穿过蓄电池而且也穿过乘客室的抽吸，使得冷却空气被抽吸。
如果本发明交通工具构造成混合动力交通工具或者电动交通工具，该交通工具是特别有利的，因为在这些交通工具上需要高性能的蓄电池。本发明的交通工具可以是车辆、船舶或者飞机。
附图说明
借助一个在附图中示出的实施例详细描述本发明。
附图示出：
图1和2具有多个原电池单元的模块的两个立体视图，
图3、4和5图1和2的模块的一个原电池单元的三个立体视图。
具体实施方式
在图1中示出多个原电池单元2(下面简称为电池单元)的一个模块。
电池单元2是圆柱形卷绕的圆形电池单元。该卷绕组件包括一个正电极(没有示出)和一个负电极(没有示出)，在正电极和负电极之间安置有隔离物以及不含水的电解质。当前的电池单元2是锂离子电池单元。
电池单元2固定在支架3中。该支架3用塑料制成。
支架3具有一单底板4和一双底板5。单底板4和双底板5通过连接条6这样相互连接，使得它们彼此隔开间距并且相互平行。在每两个连接条6之间构成一个通道7。这些通道7形成本发明蓄电池的冷却空气室。用于冷却电池单元2的冷却空气可以通过这些通道7引导，例如借助风扇。
双底板5包括两个相互平行并间隔开地设置的板8件。
在板件8之间安置有圆柱壳9，它们构成圆柱形的室。对每个电池单元2设有一个壳9。
在双底板5中设有用于输入冷却空气的侧面空气进口10。
模块1的边缘上的空气进口10比不设置在该模块的边缘上的空气进口10宽。
在图2中可看到单底板4中的出口缝隙11。通过空气进口10进入并且流过通道7的冷却气体又通过这些出口缝隙11流出。每一个通道7各通到一个出口缝隙11中。在当前情况下围绕每个电池单元分别设有具有六个出口缝隙11的6个通道7。出口缝隙11圆柱形地围绕电池单元2布置并且分别具有相同的长度。当然出口缝隙11和通道7也可以具有不同的长度。
一方面通过连接条6使各个通道相互分开，另一方面这些连接条用于各个电池单元2的固定。
在图3中放大地示出一个单个的电池单元2。
该电池单元2具有正极12和负极13。该负极13与电池单元2的壳14电连接。该正极12通过绝缘环15与壳14电绝缘。该正极12与电池单元2中的正电极电连接。
支架3的围绕图3中示出的电池单元2延伸的部分为了视图更明了只大致示出一半；支架的从图3看的前面部分被去掉。
电池单元2在支架3中这样固定在单底板4和双底板5的、上面的板件8之间，使得电池单元在垂直方向V上不能相对于支架3运动。
在水平方向H上电池单元2被连接条6固定。
通过箭头16表示流入空气进口7中的冷却空气。该冷却空气沿着通道7螺旋形地流到出口缝隙11。在出口缝隙11处该冷却空气离开支架3；这通过箭头17表示。
在图3中可看到圆柱壳9的大约一半。
在图4中可看到：通过圆柱壳9，电池单元2的底部18以及下面的板件8与进口气密地分开。该底部18构造为破裂薄膜。一方面，该破裂薄膜起到排气阀作用，如果电池单元2中的气体内压力提高到超过预确定的值。此外该破裂薄膜中断设置在电池单元2中的负电极与壳14或者负极13之间的电传导。
在电池单元2和圆柱壳9之间设置有一个环形的密封件19，该密封件防止从电池单元2出来的气体20到达出口10的区域中并且因此到达通道7的区域中。
在图5中以分解图示出图3和4中的电池单元2，以便表示清楚密封件19的布置。电池单元2的构造成破裂薄膜的底部18至壳14的边缘的下方延伸一小段。由此使密封件19贴靠在电池单元2上的贴靠区域变大，由此提高密封件的效果。密封件19的直径这样适配底部18，使得密封件19配合精确地围绕底部18贴靠。
密封件19在圆柱壳9上的贴靠由此提高：圆柱壳9的上边缘具有一凹槽21，密封件19配合精确地贴靠在该凹槽中(图4)。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.电化学蓄电池，具有：
a)多个原电池单元(2)，
b)一盖，
c)一以该盖密封的壳体，
d)至少一个用于蓄电池(1)的电接触的连接极，该连接极与一组原电池单元(2)电连接，
e)处于该壳体中的电解质，
f)用于接收用于冷却电池单元(2)的冷却空气的冷却空气室，
g)用于接收在故障情况下从电池单元(2)中出来的气体的排气室，
h)该冷却空气室和该排气室气密地相互分开地构造，并且
i)该冷却空气室和该排气室相互独立地从壳体中导出，
其特征在于，
j)所述冷却空气室包括一些通道(7)，这些通道在电池单元(2)的外部在电池单元(2)的壳(14)上被导向。
2.根据权利要求1的电化学蓄电池，其特征在于，所述电池单元(2)圆柱形地构造。
3.根据权利要求1或2的电化学蓄电池，其特征在于，所述排气室包括一些圆柱形的室，这些室在电池单元(2)的外部设置在电池单元(2)的底面或者顶面上。
4.根据前述权利要求之一的电化学蓄电池，其特征在于，所述电池单元(2)具有一些破裂口，通过这些破裂口，电池单元(2)的内腔与排气室这样连接，使得气体能够从电池单元(2)的内腔泄出到排气室中。
5.根据权利要求4的电化学蓄电池，其特征在于，所述破裂口以破裂薄膜封闭。
6.根据前述权利要求之一的电化学蓄电池，其特征在于，在所述壳体中设有一支架(3)，电池单元(2)在组装状态下被支承在该支架中。
7.根据前述权利要求之一的电化学蓄电池，其特征在于，所述电池单元(2)是锂离子电池单元。
8.交通工具，具有：
a)根据前述权利要求之一的原电池单元，
b)乘客室，以及
c)风扇，该风扇构造得用于将冷却空气(16，17)从乘客室导入到蓄电池中。
9.根据权利要求8的交通工具，其特征在于，所述风扇这样设置在蓄电池和乘客室之间，使得来自乘客室的冷却空气(16，17)被挤压通过该蓄电池。
10.根据权利要求8的交通工具，其特征在于，所述风扇这样设置在蓄电池后面，使得来自乘客室的冷却空气(16，17)被抽吸通过该蓄电池。
11.根据8至10之一的交通工具，其特征在于，所述交通工具构造成混合动力交通工具或者电动交通工具。

Claims (12)

1.电化学蓄电池，具有：
a)多个原电池单元(2)，
b)一盖，
c)一以该盖封闭的壳体，
d)至少一个用于蓄电池(1)的电接触的连接极，该连接极与一组原电池单元(2)电连接，
e)处于该壳体中的电解质，
f)用于接收用于冷却电池单元(2)的冷却空气的冷却空气室，
g)用于接收在故障情况下从电池单元(2)中出来的气体的排气室，
其特征在于，
h)该冷却空气室和该排气室气密地相互分开地构造，并且
i)该冷却空气室和该排气室相互独立地从壳体中导出。
2.根据权利要求1的电化学蓄电池，其特征在于，所述电池单元(2)圆柱形地构造。
3.根据权利要求2的电化学蓄电池，其特征在于，所述冷却空气室包括一些通道(7)，这些通道在电池单元(2)的外部在电池单元(2)的壳(14)上被导向。
4.根据权利要求1或2的电化学蓄电池，其特征在于，所述排气室包括一些圆柱形的室，这些室在电池单元(2)的外部设置在电池单元(2)的底面或者顶面上。
5.根据前述权利要求之一的电化学蓄电池，其特征在于，所述电池单元(2)具有一些破裂口，通过这些破裂口，电池单元(2)的内腔与排气室这样连接，使得气体能够从电池单元(2)的内腔泄出到排气室中。
6.根据权利要求5的电化学蓄电池，其特征在于，所述破裂口以破裂薄膜封闭。
7.根据前述权利要求之一的电化学蓄电池，其特征在于，在所述壳体中设有一支架(3)，电池单元(2)在组装状态下被支承在该支架中。
8.根据前述权利要求之一的电化学蓄电池，其特征在于，所述电池单元(2)是锂离子电池单元。
9.交通工具，具有：
a)根据前述权利要求之一的原电池单元，
b)乘客室，以及
c)风扇，该风扇构造得用于用于将冷却空气(16，17)从乘客室导入蓄电池中。
10.根据权利要求9的交通工具，其特征在于，所述风扇这样设置在蓄电池和乘客室之间，使得来自乘客室的冷却空气(16，17)被挤压穿过蓄电池。
11.根据权利要求9的交通工具，其特征在于，所述风扇这样设置在蓄电池后面，使得来自乘客室的冷却空气(16，17)被抽吸穿过蓄电池。
12.根据9至11之一的交通工具，其特征在于，所述交通工具构造成混合动力交通工具或者电动交通工具。
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