CN102823020A - 具有能预定的数量的并联和/或串联电池单体的单体组 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种单体组（1），具有能预定的数量的、相互并联和/或串联的电池单体（3）。依据本发明，在单体组（1）中内置有测力装置（2）。

Description

具有能预定的数量的并联和/或串联电池单体的单体组
技术领域
本发明涉及一种按权利要求1前序部分所述的单体组，其具有能预定的数量的彼此并联和/或串联的电池单体。
背景技术
针对汽车应用、特别是混合动力应用的电池包括多个串联和/或并联的电池单体、也被称为单体组，这种单体组通常与相应的电子装置和冷却装置处于一公共的电池壳内。电池单体的极例如可以直接穿过外壳部件由与外壳部件连接的电流导出片或由极触点——所谓的接线端子——形成。
在强负荷下或在过载时（例如在过充电或放电电流过高时，例如在短路时），传统的电池在损坏情况下（例如事故、电解质分解）或甚至在正常工作状态下在强烈的外部加热时便可能会陷入不可控的热状态。这时电池可能会过热、建立直至导致电池和外壳开裂或爆炸的危险内压（也称为单体内压），由此释放出危险物质。这种危险特别是存在于现在的锂电池或锂离子电池领域，这是因为这些电池含有液态可燃的有机电解质。在不利的状况下这些电池可能燃烧并构成安全问题。因此在传统的电池中集成有安全阀来控制性地释放电池过压并且在触发时防止电池起火或热损毁。由此会使传统的电池被不可逆地损坏并且必须被更换。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种具有能预定的数量的、彼此并联和/或串联的电池单体的改进单体组。
该目的依据本发明通过权利要求1的特征得以实现。
本发明具有优点的改进方案是从属权利要求的主题。
依据本发明的单体组具有能预定的数量的、相互并联和/或串联的电池单体，依据本发明在该单体组中内置/集成有测力装置。
借助内置的测力装置确保了，可靠地检测出由于电池的负荷或过载造成的单体内压的升高。
如果测力装置检测出单体内压升高，那么可以具有优点地将电池与耗电器和/或充电电子装置断开。
由此，电池可以更加安全可靠并持久地接近其功率极限运行。
通过在检测出单体内压升高的情况下使电池与耗电器和/或充电电子装置断开，可靠地避免了电池燃烧或爆炸。电池、特别是锂电池或锂离子电池含有液态可燃的有机电解质，因此这种电池在——例如由于电池内压过高使电池开裂从而致使——电解质泄漏时，可能陷入燃烧。
附图说明
现借助附图对本发明的实施例进行详细说明。其中：
图1示意示出具有测力装置的单体组的透视图；
图2示意示出测力装置端面设置的剖面图；
图3示意示出拉杆/拉紧装置和蝶形弹簧组的剖面图；以及
图4示意示出具有中央测力装置的袋式单体组成的单体组。
彼此相应的部件在所有附图中具有相同的附图标记。
具体实施方式
图1示意示出单体组1的透视图，其具有一设置在端面中央处的测力装置2。
针对汽车应用的高压电池包括多个串联和/或并联的电池单体3，这些电池单体连同相应的电子装置和冷却装置设置在一公共的电池壳内。利用板式电池单体可以实现特别高的结构空间利用率。为形成单体组1，这些板式电池单体例如沿侧向并排设置。
在一种可能的实施方式中，电池单体3之间设有导热板。
电池单体3最好是双极性的框架板式单体。
为以机械方式形成单体组1并且为了形成串联，将双极性的框架板式单体并排设置。在单体组1的两个端面上设置所谓的极板4.1和4.2。
在极板4.1和4.2上分别设有集流片作为单体组1的高压接线端5.1和5.2。
设置在极板4.1与4.2之间的电池单体3通过作用于两个极板4.1和4.2上的相反的力压紧，其中，作用于极板4.1上的力朝向极板4.2的方向，而作用于极板4.2上的力朝向极板4.1的方向。
作为产生所述力的装置，例如环绕单体组1设有至少一个未详细示出的夹紧带。
另一具有优点的实施方式是，在单体组1中设有多个拉杆6。
为此，在例如构造成正方体或长方体的电池单体3的四个角的每个角中在边缘侧设置空隙7。在单体组1的每个电池单体3中空隙7设置在同一位置上，从而当电池单体3被沿侧向并排设置成单体组1时各个电池单体3的相应空隙7都重合。
空隙7相应于拉杆6的外周这样构成，使得在重合设置的空隙7中能插入和设置相应的一拉杆6。
相应于电池单体3的外尺寸构造成正方形或长方形的极板4.1和4.2在边缘侧同样具有空隙8，这些空隙相应于拉杆6的外周构成并与电池单体3的相应空隙7重合。
在单体组1的端面上设有压板12。该压板12相应于电池单体3和极板4.1和4.2构造成正方形或长方形并在边缘侧具有空隙13，这些空隙相应于拉杆6的外周并与电池单体3的相应空隙7以及极板4.1和4.2的空隙8重合。
在一种可能的实施方式中，在空隙7和8中设有套管10。在此，空隙7和8相应于套管10的外周构成并且套管10的内径比拉杆6的外径更大，使得拉杆6能被设置在套管10内。
拉杆6在其一个端部上具有传统的螺栓头11、例如外六方螺栓头或内六方螺栓头。在相对的端部上，拉杆6具有未详细示出的外螺纹。该外螺纹相应于图4中所示的传统螺母17的内螺纹。
在单体组1的组装状态下，电池单体3彼此重叠地排列并且极板4.1和4.2分别设置在单体组1的端面上。压板12设置在极板4.2上。在重合的空隙7、8和13内设置拉杆6。在此，电池单体3和极板4.2被可动地保持在拉杆6上。在拉杆6的螺栓头11与压板12之间设置传统的垫圈14。在将极板4.1和4.2、电池单体3和压板12设置在拉杆6上后，将传统的螺母17旋紧到拉杆6的具有外螺纹的端部上。由此，单体组1被可靠地压紧和保持在这四个拉杆6之间。
分别有多个设置在拉杆6的轴上的蝶形弹簧9使电池单体3能够被沿轴向压紧，这些蝶形弹簧也可以构成蝶形弹簧组。在单体组1的安装状态下，电池单体3和极板4.1及4.2被蝶形弹簧9以确定的力互相压紧，该蝶形弹簧支撑在压板12上。在蝶形弹簧9和/或蝶形弹簧组的上端部和下端部上各自设有一定心装置15。这两个定心装置15一个设置在压板12与蝶形弹簧9朝向压板12的端部之间，另一个设置在极板4.2与蝶形弹簧9朝向极板4.2的端部之间，并对蝶形弹簧9进行定心。定心装置15构造成具有环绕边缘的垫圈，其中，定心装置15的环绕边缘的内径与蝶形弹簧9的外径一致并且定心装置15的环绕边缘指向蝶形弹簧9的方向。
图2示意示出单体组1中的测力装置2在端面上的布置结构的剖面图。
图3示意示出拉杆6和蝶形弹簧9的剖面图。
在本发明的一种替代实施方式中，图4所示的蝶形弹簧9构造成螺旋弹簧16。
在一个电池单体3过载或短路的情况下，在该电池单体3的内部形成过压。为防止也称为热失控（热跑脱）的放热链式反应（exothermeKettenreaktion）和/或电池单体3内部爆炸，必须从电池单体3内的过压超过一确定的限值起可控地通过——例如借助传统的破裂——打开电池单体3来释放该过压，或者必须在超过一确定的压力时中断流向电池单体3和/或单体组1中的电流。
激活对电池单体3的传统破裂打开会导致损坏电池单体3，该电池单体因此不能再被使用。
为防止这样地损坏电池单体3、进而损坏整个单体组1，依据本发明在单体组1的压紧带中集成有中央的测力装置2。在此利用如下效应：单体组1中的轴向压紧力在任何部位处大小相同并且是已知的，而且在单体组1的任何一个电池单体3中的压力升高并由此造成其膨胀时单体组1中的轴向力提高。在力测量中，一未详细示出的电子分析处理装置（还）考虑由蝶形弹簧9产生的、对单体组1的预张紧，因此能够确定出在电池单体3中存在的压力。
测力装置2在端面的中央、例如在中心设置在极板4.2与压板12之间。测力装置2例如作为压力计/力传感器构成。在压板12中设有空隙18，测力装置2的一部分可以设置在该空隙内。由此并通过单体组1中的轴向压力而将测力装置2可靠地保持在单体组1中。
测力装置2以未详细示出的方式与一电子分析处理装置电连接，该电子分析处理装置例如可以集成在电池电子系统中。
在一替代实施方式中，测力装置2以未详细示出的方式作为应变计（应变片）构成。压板12与之相应地构成。
如果单体组1中的电池内压超过一确定值，那么电池在电子分析处理装置的控制下与耗电器和/或充电电子装置断开。由此，单体组1和/或未详细示出的电池更加安全可靠地、持久地接近其功率极限地运行。
也就是说，在单体组1运行期间，一个或多个电池单体3的单体内压的变化引起单体组1中的轴向力改变，这是因为电池单体3的相对较薄的套板由于电池单体3内部的可能过压而膨胀。这样的单体组1中的改变的轴向力借助极板4.2传递给测力装置2，该轴向力由测力装置2测量出并传递给电子分析处理装置。如果单体组1的电池内压超过一可设定的值，那么使电池与耗电器和/或充电电子装置断开。
图4示意示出单体组1的一种替代实施方式的剖面图，该单体组1由所谓的袋式单体组成并具有中心测力装置2。在也称为咖啡袋式单体的袋式单体中，起电化学作用的电池内容物被薄膜包围。

Claims (5)

1.一种单体组（1），具有能预定的数量的、相互并联和/或串联的电池单体（3），其特征在于，在单体组（1）中内置有测力装置（2）。
2.按权利要求1所述的单体组（1），其特征在于，测力装置（2）作为测压计构成。
3.按权利要求1所述的单体组（1），其特征在于，测力装置（2）作为应变计构成。
4.按前述权利要求中任一项所述的单体组（1），其特征在于，测力装置（2）居中设置在单体组（1）端面上。
5.按前述权利要求中任一项所述的单体组（1），其特征在于，测力装置（1）设置在极板（4.2）与压板（12）之间。
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