CN102282699A - 具有用于补注电解质的设备的电池 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电池(1),所述电池包括一个壳体(3),所述壳体用于容纳至少一种电解质(4);至少一种电解质(4),所述至少一种电解质由所述壳体(3)容纳;至少一个设备(5),所述至少一个设备用于导出和/或收集出自所述电池(1)中的气体或蒸汽,其中,所述电池(1)设有至少一个用于补注所述至少一种电解质(4)的装置(8)。
Description
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的电池、一种根据权利要求11的前序部分所述的电池模块和一种用于运行至少一个电池的方法。
现有技术
电池、例如锂离子电池向不同的设施——例如机动车、医院或钻机供给电流。一般而言,电池模块的壳体中的多个电池组合成一个较大的电池装置。电池模块具有以下优点:其可以更容易地借助冷却流体进行冷却并且可以通过多个电池组合成一个电池模块来提供更大的电功率。
在这些电池中存在一些电极以及至少一种电解质。借助于电池中的化学过程,电池可以提供电流,并且反过来借助于电流被再次充电。在电池的运行过程中,构成电极的材料和电解质或电解质物质通过不同的氧化反应或其它反应经常在产生气体的情况下以不可逆的方式消耗掉。此外,这些过程造成电池的不可逆的老化,伴随着电池使用寿命的明显缩短。
发明内容
本发明的优点
根据本发明的电池包括用于容纳至少一种电解质的壳体、至少一种由所述壳体容纳的电解质、优选至少一个用于导出和/或收集出自电池中的气体或蒸汽的设备,其中,所述电池设有至少一个用于补注所述至少一种电解质的装置。因此,可以将所述至少一种电解质补注到电池中,从而可以补充电解质的不可逆的消耗并且由此显著地延长电池的使用寿命。
在另一构型中,所述至少一个装置包括至少一个用于所述至少一种电解质的储备容器和/或至少一个用于将所述至少一种电解质尤其是从所述至少一个储备容器导入到电池中的添加装置。在储备容器中保存用于补注到电池中的电解质。一个储备容器可以分别配置给一个电池或者一个储备容器也可以配置给多个电池。例如在多个电池设置在一个电池模块中的情况下,在所述电池模块中可以存在一个用于保存和存储电解质的储备容器,从所述储备容器可以向电池模块的全部电池补注电解质。
尤其是,所述至少一个添加装置包括一个膜片。
在另一构型中,所述至少一个添加装置包括一个阀或一个旋塞。
在一个补充实施方式中,所述至少一种电解质的导入可借助于所述至少一个膜片的破裂或熔化来实现。
在另一构型中,所述至少一种电解质的补注可借助于至少间接地检测气体量的气体量传感器来控制。所述气体量传感器例如可以是用于检测气体收集室中的压力的压力传感器或者借助于流量测量装置检测流出气体或流出蒸汽的量的传感器。所述气体量传感器检测从电池中流出的气体或排出的蒸汽的量。
优选地,所述至少一个膜片的熔化可由半导体芯片来控制。
在一个变型方案中,所述至少一个膜片的熔化可借助于电池的电能实现和/或半导体芯片可由电池的电能供给。所述至少一个膜片是导电的并且电池的电流传导通过所述至少一个膜片,从而膜片由于膜片的电阻而变热并且熔化并且因此所述至少一种电解质可被导入到电池中。
符合目的的是,所述至少一个膜片的破裂可由至少一个储备容器中的过压实现。例如借助泵、例如活塞泵或者由在压力下从电池中排出的气体或蒸汽产生所述至少一个储备容器中的过压。
在另一实施方式中,所述至少一种电解质可借助于至少一个毛细管从储备容器导入到电池中。由于所述至少一种电解质的表面张力,所述至少一种电解质因此自动地从储备容器借助于至少一个毛细管导入到电池中。
在另一构型中,所述电池包括至少一个用于导出和/或收集出自电池中的气体或蒸汽的设备。
尤其是,所述设备包括过压阀和/或放气通道和/或气体收集室。
根据本发明的具有多个电池的电池模块包括用于容纳至少一种电解质的壳体、至少一种由所述壳体容纳的电解质、优选至少一个用于导出和/或收集出自电池中的气体或蒸汽的设备,其中,所述电池模块包括至少一个在本申请中描述的电池和/或所述电池模块设有至少一个用于将所述至少一种电解质补注到至少一个电池中的装置。
所述将至少一种电解质补注到至少一个电池中的装置在此可以通过与在电池中类似的方式构造在电池模块上。例如,在所述电池模块内部可以存在仅仅一个用于至少一种电解质的储备容器,电解质从所述储备容器借助于输入管路单独地补注或导入到这些电池中。此外,仅仅在每个单独的电池上存在一个相应的添加装置,以便可以相应地在需要时将电解质补注到各个电池。在电池模块内部,也单独地对于每个单独的电池借助气体量传感器检测导出的气体或蒸汽的量。基于气体量传感器的相应通知,从一个确定的排出气体量或蒸汽量起,从用于电解质的中央储备容器中将电解质补注到缺少电解质的电池中。
一个电池或一个电池单元尤其是电化学地存储电能的最小单元。多个电池或电池单元可以组合成一个电池模块。
在另一构型中,所述至少一个储备容器中的过压可由活塞产生。在一个变型方案中,所述至少一个储备容器设置在电池的壳体的外部或壳体的内部或者电池模块的壳体的内部。
在一个优选的构型中,电池包括一个可充电的正电极和一个可充电的负电极。
在根据本发明的用于运行至少一个电池的方法中,所述至少一个电池包括一个用于容纳至少一种电解质的壳体、至少一种由所述壳体容纳的电解质、优选至少一个用于导出和/或收集出自电池中的气体或蒸汽的设备,并且优选地借助于所述至少一个设备从所述电池中导出气体或蒸汽,其中,将所述至少一种电解质补注到所述至少一个电池中。
在一个补充变型方案中,将所述至少一种电解质从储备容器中补注到电池中。
在另一变型方案中,通过毛细管将所述至少一种电解质导入到电池中。
在另一构型中,借助于膜片控制所述至少一种电解质到电池中的补注,并且为了补注使所述薄膜片熔化或破裂。
附图说明
以下参照附图详细说明本发明的两个实施例。附图示出:
图1:第一实施方式中的电池的示意横截面图,
图2:第二实施方式中的电池的示意横截面图,
图3:具有多个电池的电池模块的示意横截面图。
具体实施方式
在图1中示出了可充电的、被构造为锂离子电池16的电池1。所述电池1例如用于向混合动力机动车供给电流。电池1的壳体3用于容纳电解质4。在此,电解质4由未示出的电池单元材料容纳。电解质4是不同有机物质——例如碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯和碳酸二甲酯的混合物。因此,在壳体3中容纳了由不同有机电解质构成的混合物。此外,电池1包括一个未示出的、可充电的正电极和一个未示出的、可充电的负电极。
电池1的壳体3是气体密封和液体密封的,其中,在壳体3的上端部上设有一个过压阀6作为用于导出气体或蒸汽的设备5。从壳体3内部的一个确定的压力起,过压阀6打开并且气体或蒸汽可以从壳体3中流出到气体收集室15中。气体收集室15设置在电池1的壳体3的上端部上。具有集成的半导体芯片13的气体量传感器14检测从过压阀6中流出的气体的量。气体量传感器14可以按照不同类型实现。例如,所述气体量传感器14是检测气体收集室15内部的压力的压力传感器。从气体收集室15内部的一个确定的压力和(因此)从电池的壳体3中经过压阀6流出的气体的一个确定量起,在电池1中出现电解质4的临界缺乏。气体量传感器14也可以按照与压力传感器不同的方式制造。例如,也可以直接在过压阀6上例如借助于例如具有叶轮的流量测量装置来检测从过压阀6中流出的气体的量。
在壳体3的下端部上,在电池1上存在储备容器9作为用于补注电解质4的装置8。用于补注到电池1中的电解质4位于储备容器9中。在电池1的具有电解质的未示出的电池单元材料中冲压有一些毛细管11。在此毛细管11终止于储备容器9并且仅仅通过作为用于补注电解质4的装置8的膜片12与储备容器9分隔开。借助于未示出的电导线由电池1向半导体芯片13供给电流。只要气体量传感器14已经检测到流过过压阀6的气体的预给定的临界量,则由半导体芯片13控制以电解质4补注电池1。根据气体量传感器14向半导体芯片13发送的相应信号,由半导体芯片13提高储备容器9中的压力。为此,例如在储备容器9处设置有未示出的活塞,所述活塞由于半导体芯片13的相应控制而进行运动并且由此提高储备容器9内部的压力。取代活塞,也可以例如借助于从电池1中经过压阀6流出的气体来提供储备容器9中的压力。
由于用于电解质4的储备容器9中的压力提高,作为添加装置10的薄膜片12破裂并且由此释放储备容器9与电池1之间的流动路径。电解质4由此可以流入壳体3的内部空间中并且补充通过反应消耗的电解质4。毛细管11实现:储备容器9中的电解质4快速且均匀地分布在壳体3内部的电池单元材料中。由于电解质4的表面张力,电解质4逆着重力流入到毛细管11中。在此,膜片12通常由相应合适的热塑性塑料制成。在此,例如涉及聚苯乙烯(PS)、聚氯乙烯(PVC)、聚酰胺(PA)(例如尼龙)和丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物(ABS)。
因此,可以借助于存储在储备容器9中的电解质4补注由于电池1中的不同化学反应而消耗的电解质4,并且由此显著地延长电池1的使用寿命。在未示出的另一个实施例中,取替一个储备容器9而存在多个储备容器9。在多个储备容器9时,也可以因此将电解质4多次从储备容器补注到电池1中。为此,通常对于这些储备容器9分别需要一个添加装置10,即膜片12。
在图2中示出了第二实施例中的电池2的示意横截面图。以下基本上仅仅示出与根据图1的第一实施例的区别。储备容器9设置在电池1的内部空间的中央。膜片12封闭圆柱形储备容器9的下端部并且此外也封闭毛细管11。在由气体量传感器14检测到流过过压阀6的气体的临界量时,膜片12由半导体芯片13借助于来自电池1的电流熔化。为此,膜片12通过相应的电流导线与电池1的两个未示出的电极连接以及通过控制电路也与半导体芯片13以及相应的开关(未示出)连接。由于传导电流的膜片12的电阻,膜片12加热并且熔化,从而用于电解质4的、从储备容器9到毛细管11的流动路径打开,使得储备容器9中的电解质4可以流入到毛细管11中并且(因此)流入到电池1中。液态的电解质4因此均匀地分布在电池1中。作为膜片12的材料通常使用热塑性塑料,例如低密度的聚乙烯(以105至115℃的熔化温度软化的LDPE或PE),或者聚乙烯PE-LD(熔化温度110℃),PE-HD(熔化温度135℃),PE-LLD(熔化温度115至125℃)或者具有更低熔点的塑料。在其它方面,根据图2的第二实施例的工作原理类似地相应于根据图1的第一实施例。
在图3中示出了具有四个电池1的电池模块2的示意横截面图。这些电池1在下端部上分别设有用于电解质4的储备容器9。在电池1的上端部上存在具有集成的气体量传感器14的过压阀6。在电池1内部过压时,电池1中的气体经过压阀6流入到用于电池模块2的所有电池1的放气通道7中。由用于电池模块2的所有电池1的中央半导体芯片13检测电池1的气体量传感器14的测量数据。在超过从过压阀6流出的气体的一个确定的预给定的临界量时,借助于膜片12将电解质4从储备容器9补注到电池1中。在此,这单独地对于电池模块2的各个电池1彼此无关地由中央半导体芯片13进行控制。在电池模块1的一个未示出的变型方案中,也可以存在用于电池模块2的所有电池1的仅仅一个中央储备容器9。借助于未示出的输入管路,在相应需要时借助于添加装置10将电解质4从中央储备容器9单独地导入到需要电解质4的相应电池1。由此,可以按照特别有利地方式在电池模块2的内部借助电池模块2的所有电池1的仅仅一个储备容器9多次地补注电解质4。
只要没有涉及到相反的内容,不同实施例的细节可彼此结合。
总体上来看,根据本发明的电池1和根据本发明的电池模块2具有本质上的优点。借助于将电解质4简单地补注到电池1中,可以按照简单且成本合理的方式显著地延长电池1的使用寿命,从而由此显著地降低了电池1在电池1的整个使用寿命方面的成本。
Claims (15)
1.电池(1),所述电池包括
一个壳体(3),所述壳体用于容纳至少一种电解质(4),
至少一种电解质(4),所述至少一种电解质由所述壳体(3)容纳,
其特征在于,
所述电池(1)设有至少一个用于补注所述至少一种电解质(4)的装置(8)。
2.根据权利要求1所述的电池,其特征在于,所述至少一个装置(8)包括至少一个储备容器(9)和/或至少一个添加装置(10),其中,所述至少一个储备容器用于所述至少一种电解质(4),所述至少一个添加装置用于将所述至少一种电解质(4)尤其是从所述至少一个储备容器(9)导入到所述电池(1)中。
3.根据权利要求2所述的电池,其特征在于,
所述至少一个添加装置(10)包括一个膜片(12)。
4.根据权利要求3所述的电池,其特征在于,
所述至少一种电解质的导入可借助于所述至少一个膜片(12)的破裂或熔化来实现。
5.根据以上权利要求中任一项或多项所述的电池,其特征在于,
所述至少一种电解质(4)的补注可借助于至少间接地检测气体量的气体量传感器(14)控制和/或所述至少一个膜片(12)的熔化可由半导体芯片(13)控制。
6.根据权利要求4或5所述的电池,其特征在于,
所述至少一个膜片(12)的熔化可借助于所述电池(1)的电能实现和/或所述半导体芯片(13)可由所述电池(1)的电能供给。
7.根据权利要求4、5或6所述的电池,其特征在于,
所述至少一个膜片(12)的破裂可由所述至少一个储备容器(9)中的过压来实现。
8.根据以上权利要求中任一项或多项所述的电池,其特征在于,
所述至少一种电解质(4)可借助于至少一个毛细管(11)从所述储备容器(9)导入到所述电池(1)中。
9.根据以上权利要求中任一项或多项所述的电池,其特征在于,
所述电池(1)包括至少一个用于导出和/或收集出自所述电池(1)中的气体或蒸汽的设备(5)。
10.根据权利要求9所述的电池,其特征在于,
所述设备(5)包括过压阀(6)和/或放气通道(7)和/或气体收集室(15)。
11.具有多个电池(1)的电池模块(2),其包括一个用于容纳至少一种电解质(4)的壳体(3),至少一种由所述壳体(3)容纳的电解质(4),优选至少一个用于导出和/或收集出自所述电池(1)中的气体或蒸汽的设备(5),
其特征在于,
所述电池模块(2)包括根据权利要求1至10中任一项或多项所述的至少一个电池(1)和/或所述电池模块(2)设有至少一个用于将所述至少一种电解质(4)补注到所述至少一个电池(1)中的装置(8)。
12.用于运行至少一个电池(1)的方法,所述至少一个电池包括
一个壳体(3),所述壳体用于容纳至少一种电解质(4),
至少一种电解质(4),所述至少一种电解质由所述壳体(3)容纳,
优选至少一个设备(5),所述至少一个设备用于导出和/或收集出自所述电池(1)中的气体或蒸汽,
并且优选地从所述电池(1)中借助于所述至少一个设备(5)导出气体或蒸汽,
其特征在于,
将所述至少一种电解质(4)补注到所述至少一个电池(1)中。
13.根据权利要求12所述的方法,其特征在于,
将所述至少一种电解质(4)从一个储备容器(9)补注到所述电池(1)中。
14.根据权利要求12或13所述的方法,其特征在于,
将所述至少一种电解质(4)通过毛细管(11)导入到所述电池(1)中。
15.根据权利要求12至14中任一项或多项所述的方法,其特征在于,
借助于一个膜片(12)控制所述至少一种电解质(4)到所述电池(1)中的补注,并且为了所述补注使所述膜片(12)熔化或破裂。
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