CN102947970A - 具有由容纳湿气的多孔材料制成的、用于将湿气从电池壳体传输出去的成形体的电池 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电池，该电池带有壳体，在该壳体内布置有至少一个电池电芯和一个用于干燥处于壳体内部空间中的空气的装置。根据本发明的电池的特征在于，电池(1)具有由容纳湿气的多孔材料构成的成形体(7)，该成形体设置成不仅延伸到壳体内部空间(3)中也延伸到壳体(2)的外部空间中并将所述壳体内部空间与所述外部空间以导湿的方式连接。成形体(7)的处于壳体内部空间(3)中的部分与用于干燥处于壳体内部空间(3)中的空气的装置(5)连接，使得收集的水(6)能够从用于干燥空气的装置(5)传输到成形体(7)处。
Description
技术领域
本发明涉及一种电池，特别是锂离子电池，该电池带有成形体，其由容纳湿气的多孔材料制成，用于将湿气从电池壳体传输出去，以及一种带有这种电池的机动车。
背景技术
在包括带有密闭空气体积的壳体(其承受温度变化以及由此引起的体积变化)的仪器中，通常设有压力平衡元件。这种压力平衡元件可以例如构造为微孔膜。这种膜通常具有透气性。
这种微孔膜的一个问题在于，其在多数情况下不能透过液态的水，但是能透过水蒸气。在空气湿度很高的大气中湿空气通过微孔膜到达壳体内部。在壳体的内部能够发生，空气中的湿气凝结成液态的水。这种冷凝水会引起对仪器的影响，在某些情况下甚至导致故障。
人们已经尝试过，通过相应的装置在壳体内部截取这种冷凝水，并将其收集在壳体内合适的不重要的位置。然而，在这种解决方案中，所收集的水保留在壳体内部，使得随着时间的推移可能积累大量的冷凝水。当该仪器温度升高时，所收集的冷凝水在某些情况下能够部分重新蒸发并且增大了壳体内部的空气湿度。当温度又降下来时，重新具有这种风险，即水在壳体内部重要的位置冷凝并造成损害。
在DE 10 2007 011 026 A1中公开了一种电池，该电池没有设有构造为微孔膜的压力平衡部件，而是通过开口和与之相连接的排气管来实现压力平衡。在这种电池中，在壳体内部设有冷却器用于收集水。所收集的冷凝水通过开口和排气管由壳体内部排出到周围环境。这种电池结构形式的一个问题在于，开口和排气管的结构必须设计成液体能够通过，以便将冷凝水从冷却器排出到周围环境。由此，通过所述开口和排气管也可能使水到达电池的内部，特别是当电池在运转中没有激活进而冷却器在运转中没有激活时。因此这种电池结构形式具有这样一种可能，即水从电池内部传输出去，但是由此也增大了容纳周围环境中的水的风险。
发明内容
本发明提供了一种电池，其带有壳体，在该壳体内至少布置有电池电芯和用于干燥处于壳体内部空间中的空气的装置，其特征在于，该电池带有由容纳湿气的多孔材料制成的成形体，该成形体设置成，其不仅延伸到壳体内部空间中而且也延伸到壳体的外部空间中，并且将所述壳体内部空间与所述外部空间以导湿的方式连接，其中成形体的处于壳体内部空间的部分与用于干燥处于壳体内部空间中的空气的装置相连接，所收集的水能该能够从用于干燥空气的装置传输到成形体处。
本发明基于，由容纳湿气的多孔材料制成的成形体集成地设置在电池壳体内，使得壳体的内部空间和外部空间连接。该成形体能够容纳来自电池壳体内部的湿气并借助于毛细作用力将湿气分布在成形体的全部容积中。成形体位于壳体外部的部分能够随后又将湿气排到周围空气中。根据本发明的电池具有这样的优点，即其能够有效地去除壳体内部空间的湿气，而且同时保留了能够通过微孔膜进行压力平衡。
根据本发明的电池包含一个或者多个电池电芯，其能够以适当的方式相互连通。术语“电池”在此处理解为电化学的蓄能器，特别是所有常见的应用蓄电池技术的蓄能器。可用应用的电池或者蓄电池的类型有Pb-铅蓄电池、NiCd-镍镉蓄电池、NiH2-镍氢蓄电池、NiMH-镍金属氢化物蓄电池、Li-Ion-锂离子蓄电池、LiPo-锂聚合物蓄电池、LiFe-锂金属蓄电池、Li-Mn-锂锰蓄电池、LiFePO4-锂-磷酸铁蓄电池、LiTi-锂钛蓄电池、RAM-可充电碱性锰蓄电池、Ni-Fe-镍铁蓄电池、Na/NiCl-钠-氯化镍高温电池、SCiB-超级充电离子电池、银锌蓄电池、硅蓄电池、氧化还原钒蓄电池和/或锌溴蓄电池。可以使用的电池种类特别是锂离子电池、铅酸电池、镍镉电池、镍-金属氢化物电池和/或钠/钠氯化镍电池。特别优先被应用的电池种类是锂离子电池。
根据本发明的电池既可以具有一个电芯，也可以具有由多个电芯构成的模块，以及可以具有包含复杂结构的多个电芯和/或模块。
电芯、模块、系统或蓄电池的类型优选是Li-Ionen(锂离子)或者LiPo(称为锂聚合物或者锂离子聚合物)电池。下面的定义反映了使用锂离子电芯的活性材料的实施例：称为锂锰尖晶石的Li2Mn2O4(LMO)、LiFePO4(LFP)-锂-磷酸铁、Li4Ti5O12(LiTiO)锂钛。
根据本发明的电池具有壳体，在该壳体内至少布置有电池电芯和用于干燥处于壳体内部空间中的空气的装置。因此电池可以具有一个或者多个壳体，其分别包含一个或者多个电池电芯。电池优选具有共同的壳体，在该壳体内设置有电池的所有电芯、系统或者模块。术语“壳体”在此处理解为一种装置，该装置具有适合用于容纳一个或者多个电池电芯的内部空间。壳体优选向内完全确定了所包含的电池电芯在所有方向上相对于周围环境的界限，使得在壳体内部空间中形成一个基本上封闭空间。壳体具有可关闭的入口，例如可通过盖关闭的开口。为此目的，根据本发明的壳体不能理解为直接的电芯外罩，该外罩直接将一个电芯的电化学组成部分与周围环境直接分隔开。壳体可以优选由一种材料加工而成或者具有一种材料，该材料包含金属、金属板材或陶瓷或者由其构成。壳体可以特别优选地由具有铝或者由其构成的材料加工而成。
在根据本发明的电池中，在壳体内布置有用于干燥处于壳体内部空间中的空气的装置。所述用于干燥的装置用于从壳体内部空间中的空气去除湿气并将其收集在壳体内部空间中的某个位置处。通过这种方式确保了，处于壳体内部空间中的空气的湿气不会在电池的重要的部件或组成部分处冷凝并在那里在某些情况下导致损害或破坏。本发明的背景技术描述了适用的用于干燥的装置，并被专业人士所熟知。优选使用借助于冷凝水干燥器来干燥处于壳体内部的空气的装置。用于干燥冷凝水的适合的装置例如是冷却器。这种冷却器例如在DE 10 2007 011 026 A1中公开。
根据本发明的电池，其特征在于，该电池带有由容纳湿气的多孔材料制成的成形体，该成形体设置成，其不仅延伸到壳体内部空间中而且也延伸到壳体的外部空间中，并且由此将电池内部空间与电池外部空间以导湿的方式连接。在此处，成形体的处于壳体内部空间的部分与用于干燥位于壳体内部空间中的空气的装置连接，使得干燥空气装置收集的水可以传输到成形体处并且可以通过成形体从壳体内部传输到电池外部空间。在此处，成形体优选构造成，使由成形体容纳的水基本上分布在成形体的全部容积中。这种在成形体的全部容积中的分布例如由此这样实现，即成形体借助于毛细作用力将在末端容纳的水分布在成形体上。同时成形体优选具容纳湿气的多孔材料或者由其构成，该材料具有对于水具有毛细上升作用。为此目的，根据本发明的成形体理解为一种主体，其具有的宽度、高度和长度(或者深度)使得成形体不仅延伸到根据本发明的电池的壳体的内部空间中而且延伸到其外部空间中，但不限于此。在此处，膜不能理解为根据本发明意义中的成形体。
为了基本上通过毛细效应在成形体的整个长度上从位于壳体内部空间的末端到成形体位于壳体外部区域的末端进行水的传输，成形体可以具有容纳湿气的多孔材料或者由其构成，其具有毛细管，该毛细管优选具有预先确定的平均半径。根据本发明的电池特别是可以具有成形体，该成形体具有容纳湿气的多孔材料或者由多孔材料构成，其毛细管具有这样的平均半径，使水能够借助毛细上升作用从成形体位于壳体内部的末端传输和到成形体位于壳体外部的末端。
成形体由容纳湿气的多孔材料构成。优选包括适合的容纳湿气的多孔材料或者材料复合体(复合材料)，其包含纤维材料、木材、白垩、纸张、聚合物或聚合物混合物、玻璃和/或泡沫，或者由其构成。
在优选的实施方式中，根据本发明的电池在成形体位于壳体外部的末端具有适于通过成形体将湿气从壳体内部输送到外部空间的措施。例如成形体在位于壳体外部的一侧具有适于将湿气从成形体中排出的装置。通过该装置仅仅设置在成形体位于壳体外部的末端，有利地从成形体中排出在该末端处包含的湿气。因此在成形体的容积中产生吸入作用，这会导致，将湿气从成形体的位于壳体内部的末端定向地传输到成形体的位于壳体外部的末端。在优选的实施方式中，用于排出湿气的装置构造为加热元件，该加热元件适于通过温度的改变将成形体位于壳体外部的部分排出湿气。
用于去除成形体中湿气的装置可以通过触发来运行或者可以在电池的充电过程期间被激活。这是特别有利的，因为由此能够使该装置的运行不直接与根据本发明设计的电池的充电状态有关。
成形体基本上是用于从根据本发明的电池壳体内部向外被动地传输湿气，特别是水或者冷凝水的装置，并且将湿气排出到周围环境。原则上这种传输朝着湿度降低的方向进行，因此在相应的情况下也可以反方向朝着壳体内部进行。但是这在正常条件下基本上不可能发生，因为成形体的位于壳体内部的末端与用于干燥处于壳体内部空间中的空气的装置收集的水直接接触，使得在此处末端处水的浓度通常总是高于在成形体的位于壳体外部的末端处的水的浓度。但是可考虑这种情况，其中成形体位于壳体外部的末端可能与液态水接触并存在可能由此使得浓度的降低逆向的风险。为了应对这种风险，根据本发明的电池在壳体外侧具有这样的措施，该措施会导致，保护成形体位于壳体外部的部分避免与液态水直接接触，同时保证了成形体与环境空气之间的水蒸气的交换。这种避免直接与液态水直接接触的保护例如可以通过机械的盖来实现。成形体位于壳体外部的部分例如可以通过微孔膜与环境空气相接触。这种微孔膜的特征在于，其基本上对液态水不可渗透，但是能渗透水蒸气。适合的微孔膜例如可以包含聚四氟乙烯或者由其构成。
本发明还涉及一种包含根据本发明的电池的机动车。术语“机动车”可以理解为所有可以驱动的车辆，该车辆具有电化学蓄能器，其与机动车的驱动不相关。术语“机动车”特别是包含混合电动车辆(HEV)，插电式混合动力车辆(PHEV)，纯电动车辆(EV)，燃料电池汽车，以及所有用电化学蓄能器提供电能和/或至少部分提供给传动系的车辆。
附图说明
借助于下面的图例和相关的阐述进一步的说明本发明的实施例。附图示出了：
图1为根据本发明的电池的第一实施方式的示意图。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的电池的实施方式的示意图。根据本发明的电池1包含壳体2，该壳体包围壳体内部空间3，从而在壳体内部空间3中形成基本上封闭的空气腔室。在壳体内部空间3中布置有一个或者多个电池电芯4和用于干燥处于壳体内部空间3中的空气的装置5。装置5在此处可以特别地构造为冷却器。此外，电池1具有成形体7，该成形体由容纳湿气的多孔材料构成。成形体7这样布置，即，成形体7既延伸到壳体内部空间3中，又延伸到壳体2的外部空间中。由此，成形体7将壳体内部空间3的气氛和壳体2的外部空间的气氛以通过成形体7实现在两个气氛之间的液体传输的方式和方法连接。成形体7定位在壳体2中并且与装置5相连接，使得收集的水6可以从装置5输送到成形体7的位于壳体内部空间3中的部分。为了尽可能有效地将收集的水6从壳体内部空间3经过成形体7传输到壳体2的外部空间中，在成形体7位于壳体2外部的部分上设有加热部件8。加热部件8在此处用作从成形体7排出湿气的装置。为了避免成形体7位于壳体2外部的部分与液态水直接接触，根据本发明的电池具有机械的盖9，在该盖中嵌入微孔膜10。微孔膜10和机械的盖9在此处实施成使液态水无法通过。微孔膜10的特征还在于，虽然液态水无法通过，但是水蒸气能够渗透，因此由成形体7位于壳体2外部的部分排出的水可通过微孔膜10排出到电池1的周围环境。
Claims (11)
1.一种电池，具有壳体，在该壳体内布置有至少一个电池电芯和一个用于干燥处于壳体内部空间中的空气的装置，其特征在于，所述电池(1)具有由容纳湿气的多孔材料制成的成形体(7)，该成形体设置成不仅延伸到壳体内部空间(3)中也延伸到壳体(2)的外部空间中并将所述将壳体内部空间与所述外部空间以导湿的方式连接，其中，所述成形体(7)的处于所述壳体内部空间(3)中的部分与所述用于干燥处于壳体内部空间(3)中的空气的装置(5)连接，使得收集的水(6)能够从所述用于干燥空气的装置(5)传输到所述成形体(7)处。
2.根据权利要求1所述的电池，其中所述成形体(7)构造成，使所容纳的水(6)能够分布在所述成形体(7)的整个容积内。
3.根据前述权利要求之一所述的电池，其中所述容纳湿气的多孔材料具有对水(6)的毛细上升作用。
4.根据前述权利要求之一所述的电池，其中由容纳湿气的多孔材料制成的所述成形体(7)具有毛细管，所述毛细管的平均半径使水能够借助毛细上升作用从所述成形体(7)的位于壳体内部的末端传输到所述成形体(7)的位于壳体(2)外部的末端。
5.根据前述权利要求之一所述的电池，其中容纳湿气的多孔材料包含纤维材料、木材、白垩、纸张、聚合物、玻璃和/或泡沫或者由其构成。
6.根据前述权利要求之一所述的电池，其中所述用于干燥位于壳体内部空间中的空气的装置(5)包含用于干燥冷凝水的装置(5)或者由其构成，特别是冷却器。
7.根据前述权利要求之一所述的电池，其中所述成形体(7)在所述壳体(2)的外侧具有用于将湿气从所述成形体(7)排出的装置(5)，特别是加热元件(8)。
8.根据权利要求7所述的电池，其中所述电池(1)构造成使用于将湿气从所述成形体(7)排出的装置(5)能够通过触发来运行或者在所述电池(1)的充电过程期间被激活。
9.根据前述权利要求之一所述的电池，其中所述成形体(7)设置成，保护所述成形体(7)的位于所述壳体(2)外部的部分避免与液态水直接接触，同时保证了所述成形体(7)与环境空气之间的水蒸气的交换。
10.根据权利要求9所述的电池，其中所述成形体(7)的位于壳体(2)外部的部分通过微孔膜(10)与所述环境空气接触，优选通过包含聚四氟乙烯或者由其构成的膜。
11.一种机动车，包含根据权利要求1至10之一所述的电池。
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