CN102959762B - 在发生故障时对蓄电池组电池的热退耦 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电池模块，该电池模块具有多个彼此相邻安排并且相互电连接的蓄电池组电池，在所述蓄电池组电池之间在所述电池模块和/或各个蓄电池组电池发生故障时可以提高相邻蓄电池组电池之间的热阻，以避免相邻蓄电池组电池的过热。此外本发明还涉及在发生故障时对蓄电池组电池进行热退耦的方法。

Description

在发生故障时对蓄电池组电池的热退耦
技术领域
本发明涉及一种电池模块，所述电池模块带有多个相互相邻地安排并且相互电连接的蓄电池组电池，在所述蓄电池组电池（Batteriezellen）之间在所述电池模块(Batteriemodul)和/或各个蓄电池组电池发生故障时可以提高相邻蓄电池组电池之间的热阻，以避免相邻蓄电池组电池的过热。此外本发明还涉及在发生故障时对蓄电池组电池进行热退耦的方法。
背景技术
汽车的储能器和能量工业中使用的储能器，例如静止的储能器，在将来须具有实质上更大的存储容量和更高的可靠性、实质上更高的使用寿命并且首先要有实质上更高的安全性水准。锂离子/锂金属技术相对其它的储能器具有明显的性能优势和重量优势，然而现在还不能提供所需要的安全性。
锂离子电池的安全性是例如在汽车中的应用时不可忽视的因素。与在移动电子技术中的应用相比较，一个牵引电池（Traktionsbatterie）的化学活性质量实质上更高并且从而发生危险的可能性明显地更大。因为电极仅通过一个钝化的表面薄膜对与有机的、易燃电解质的突然反应加以保护，所以避免促使所述薄膜突然破裂的工作状态（例如高温、过度充电或者过度放电）是有利的。内部短路（例如产品中的杂质）也可以触发由局部过热所造成的电池热烧穿。
一般而言：所述安全性决定性地取决于为电极和电解质实际选取的材料的组合，并且取决于蓄电池组电池的制造质量。典型的是，所述牵引电池由数百乃至数千个单个蓄电池组电池组成，以提供所需要的有效航程（Reichweite）（电池容量）和功率。在实际实施过程中，把这些单个蓄电池组电池安装成一个空间上紧凑的模块。一个模块中的这些蓄电池组电池通常如此紧密地封装造成在一个蓄电池组电池热烧穿的情况下可能还会“点燃”相邻的蓄电池组电池。在此存在由于连锁反应而造成整个电池模块瓦解或损坏的风险。在极端的情况下这还会发生所述电池模块的燃烧，其中尤其要考虑的是：许多电池模块类型（例如锂离子蓄电池）不得与水接触，以避免发生碱金属与水生成氢的典型反应。从这方面来说，在燃烧的情况下必须使用无水的灭火剂。
韩国专利申请KR 2006086120公开了一种电池模块，该电池模块的散热通过改变所述蓄电池组电池安排而得以改善，并且在所述蓄电池组电池上设有冷却槽。
US公开文献US 5456994 A说明了一种电池模块，带有一个温度监测和一个封闭的壳体，用于电动汽车。该文说明的电池模块具有一个在前侧设有空气入口并且在背侧设有空气出口的壳体。所述壳体借助于分隔划分成各个腔室，在所述各个腔室中可以插入各个蓄电池组电池。
国际专利申请WO 2008027343公开了一种汽车用电池模块，在所述电池模块中，蓄电池组电池安排成彼此间隔开的组。多个蓄电池组电池在一个壳体内部安排成两组，这两个组通过一个中间区域相互隔开。这样地安排所述壳体使得：从所述中间区域流出的冷空气可以抵达所述蓄电池组电池。在这种情况下，每组蓄电池组电池安排在两个相互相对间隔开的位置中。
在由现有技术公知的电池模块中，由于各个蓄电池组电池相互接近而可能存在以下风险：在一个单个蓄电池组电池热过载时，相邻蓄电池组电池也会受牵连并且同样也热过载。在此，在极端的情况下一个蓄电池组电池的烧穿会以一种连锁反应引起其它蓄电池组电池的烧穿。另一方面还希望有尽可能高的电池模块能量密度，为此必须把尽可能多的蓄电池组电池紧密地相互间隔开。
发明内容
因此本发明的技术问题是提出一种电池模块以及一种方法，用之可以避免相邻蓄电池组电池的热烧穿。
该技术问题通过根据权利要求1的电池模块以及根据权利要求8的方法得以解决。其它的扩展和优选的实施方式在从属权利要求和下面的说明以及附图中予以说明。
从而，本发明提出一种电池模块，该电池模块具有多个彼此相邻安排并且相互电连接的蓄电池组电池和一个用于监测所述蓄电池组电池和/或所述电池模块的至少一个工作参数的装置，其特征在于，所述电池模块具有一个用于加大相邻蓄电池组电池之间热阻的装置，其中如此地连接所述带有用于监测所述蓄电池组电池和/或所述电池模块至少一个工作参数装置的装置：在超过各个蓄电池组电池和/或所述电池模块的受监测的工作参数的一个阈值时触发所述用于加大所述热阻的装置。
从而，在正常的工作状态中一个根据本发明的电池模块具有电耦连的蓄电池组电池的一种尽可能致密的封装，由此可以实现相对于所述电池模块的空间要求尽可能高的能量密度。此外所述电池模块中的蓄电池组电池因而还可以热耦连，这在一个电池模块中同类蓄电池组电池的情况下导致所述蓄电池组电池的尽可能圴匀的功率输出。
对于可能导致所述蓄电池组电池的烧穿的一个蓄电池组电池的功能缺陷或者过载的情况，根据本发明提出提高相邻蓄电池组电池之间的热阻。由此可以避免从一个有功能缺陷或者过载的蓄电池组电池向相邻蓄电池组电池的热传导并且尤其可以防止相邻蓄电池组电池的损坏。尤其是可以防止由于彼此相邻蓄电池组电池的一种热连锁反应造成的整个电池模块的烧穿。
根据本发明，工作参数可以是能够推断一个蓄电池组电池或者所述电池模块的功能和/或工作状态的电压、电流强度、充电电流、温度或者其它参数。优选的是至少监测各个蓄电池组电池、一组蓄电池组电池和/或整个电池模块的温度。在本发明的另一个优选的扩展中监测各个蓄电池组电池、一组蓄电池组电池和/或整个电池模块的至少两个工作参数并且考虑用作触发加大相邻蓄电池组电池之间热阻的阈值。
在本发明的一个优选的扩展中，其具有一个用于隔断各个蓄电池组电池之间电连接的装置，该装置如此地与所述用于监测至少一个工作参数的装置连接使得：在超过受监测的工作参数的阈值时相互进行所述蓄电池组电池的一个电隔断。
这样一种用于电隔断的装置例如可以通过断路继电器、二极管或者等同物构成。在本发明的一个扩展中所述蓄电池组电池的一种电隔断还可以通过所述电连接中的预设断开位置（Sollbruchstellen）进行，其因所述蓄电池组电池之间间距加大而被分开并且从而导致一种电隔断。这样的预设断开位置例如可以以插塞连接(Steckverbindungen)的形式实施。由此可以在超过一个临界工作状态的情况下避免所述电池模块中的电短路。
在本发明的一个优选的实施方式中提高相邻蓄电池组电池之间的热阻通过只要由于一个单个蓄电池组电池或者整个电池模块超过受监测的工作参数的阈值就立即加大相邻蓄电池组电池之间的间距进行。
在本发明的一个优选的扩展中，所述用于加大相邻蓄电池组电池之间热阻的装置是一种机械地加大各个蓄电池组电池之间的间距的装置，例如一个在所述电池模块正常工作状态下张紧而在超过所述温度阈值时松开的弹簧件，其中所述弹簧件如此地安排在所述电池模块中使得:所述弹簧件的松弛导致至少两个相邻蓄电池组电池之间的间距加大。在此既可以沿水平方向也可以沿竖直方向实施所述间距的加大。从而可以规定：所述弹簧件相互挤压所述彼此相邻安排的蓄电池组电池，以加大所述蓄电池组电池之间的间距，由此加大所述蓄电池组电池之间热阻。同样地根据本发明可以规定：在超过一个阈值温度的情况下所述弹簧件正交于所述蓄电池组电池的排列方向挤压一个蓄电池组电池，由此同样地加大相邻蓄电池组电池之间的间距。
在本发明的另一个扩展中用于加大相邻蓄电池组电池之间热阻的装置是一种烟火装置(pyrotechnische Einrichtung)，其由所述用于监测至少一个工作参数的装置在超过所述受监测的工作参数的阈值时触发，并且其中该烟火反应导致至少两个相邻的蓄电池组电池之间的间距的机械性加大。这样一种烟火装置例如可以以一种气囊的方式实施，其中由一个烟火反应放出的气体流入一个缩瘪的气袋中并且引起其膨胀。然后该膨胀的气袋可以以前面说明的弹簧件的方式引起所希望的热阻加大。
在本发明的另一个扩展中用于加大相邻蓄电池组电池之间热阻的装置由一种由所述用于监测至少一个工作参数的装置在超过所述受监测的工作参数的阈值时触发而在两个相邻蓄电池组电池之间引入绝热泡沫（Isolierschaum）的装置构成。
在此作为绝热泡沫，例如可以采用基于一种聚氨基甲酸乙酯的泡沫，优选的是采用一种不可燃的聚氨基甲酸乙酯。尤其适当的是采用例如在电缆引入套管中用作阻燃泡沫的这样的泡沫。在此引入的绝热泡沫可以实现满足相邻蓄电池组电池之间的一种防火隔壁的功能。
用于在相邻蓄电池组电池之间引入所述绝热泡沫的装置例如可以包含一个供应盒（Vorratskartusche），其含有一个2-组分泡沫的两个反应组分，以及相应的装置譬如阀门和管线，借助于所述阀门和管线把所述反应组分混合成反应混合物并且引入进两个相邻蓄电池组电池之间的中间区。优选的是这两个反应组分的混合无论是在空间上还是在时间上都在刚引入进两个蓄电池组电池之间的中间区前进行。
根据本发明，如此地构成容纳为了构成电池模块所需的蓄电池组电池的所述壳体：使之具有足够空间在超过至少一个工作参数的阈值的情况下加大两个相邻蓄电池组电池之间的间距。这可以通过所述壳体具有一个可以用于加大两个相邻蓄电池组电池之间的间距的闲置空间进行。同样地可以规定，所述壳体具有预设断开位置，其在需要加大所述热阻的情况下撕开并且从而能够加大两个相邻蓄电池组电池之间的间距。根据本发明还可以规定，所述壳体以一种手风琴方式构成，从而例如可以通过一种如上文说明的弹簧件或者一个烟火装置相互牵拉或者相互挤压所述壳体。
本发明此外还提出一种对在一个电池模块中彼此相邻安排的蓄电池组电池热退耦的方法，其中监测所述各个蓄电池组电池和/或所述电池模块的至少一个工作参数并且在超过一个蓄电池组电池和/或所述电池模块的受监测的工作参数的一个阈值时提高两个彼此相邻地安排的蓄电池组电池之间的热阻。
在根据本发明的方法的一个优选的实施方式中相邻蓄电池组电池之间的热阻提高通过加大相邻电池之间的间距进行。这例如可以借助于前述装置使用一个弹簧件和/或一个烟火装置进行。
在根据本发明的方法的一个优选的扩展中，在加大两个相邻蓄电池组电池之间的间距之前进行各个蓄电池组电池的电隔离，例如借助于一个断路继电器。由此可以避免在加大所述蓄电池组电池之间的间距时的电短路或者电弧。
在本发明的另一个优选的扩展中，为加大所述热阻在两个相邻蓄电池组电池之间的中间区中引入一种绝热泡沫。
在此优选的是，借助于适当的装置从一个供应盒向两个相邻蓄电池组电池之间的中间区中引入至少两个反应组分组成的不可燃的反应泡沫。
本发明的其它实施方式在从属权利要求下文的举例、附图和附图说明中阐述。
附图说明
附图中，
图1大致示出一个根据本发明的电池模块的工作方式；
图2大致示出一个根据本发明使用一种绝热泡沫的电池模块的工作方式。
具体实施方式
图1大致示出一个根据本发明的电池模块的工作方式。图B示出电池模块的正常工作状态，其中安排在一个电池壳体7中的蓄电池组电池2、3彼此以一个狭小间距安排。在所述蓄电池组电池2、3之间安排弹簧件4，所述弹簧件4在所述电池模块的正常工作状态下处于张紧的状态。由一个关闭的夹钳6对抗由所述弹簧件作用的力而束紧所述电池模块。该关闭的夹钳6配备有一个热电偶，其在超过一个阈值温度时打开。用附图标记5指代的桥接片起蓄电池组电池2、3的散热片的作用并且在所示电池模块1的正常工作状态构成冷却槽，冷空气可以经所述冷却槽流过。图A示出一个根据本发明的电池模块1，其中在由于所述蓄电池组电池3的过热而超过一个阈值温度之后触发所有的夹钳，并且通过所述弹簧件4的弹力相互挤压安排在所述电池壳体7中的所述蓄电池组电池2、3以加大所述蓄电池组电池2、3之间的热阻。在图C中通过所述蓄电池组电池3的过热只触发抓握在所述蓄电池组电池3上的夹钳，由此在空间上把所述过热的蓄电池组电池3从仍然分别成对安排的蓄电池组电池2分离开。
图2示出一个根据本发明的电池模块1的一个扩展，其中在发生故障的情况下，通过一种绝热泡沫引起加大两个彼此相邻安排的蓄电池组电池2、3之间的热阻。通过一个热传感器9在超过一个阈值温度时打开一个阀门12，通过所述阀门12不可燃的2-组分聚氨基甲酸乙酯从一个供应盒13经收集管线10和分配管线 11流入由散热片5构成的冷却槽8中并在那里自行硬化构成一个热隔离层。

Claims (9)

1.一种电池模块（1），具有多个彼此相邻安排并且相互电连接的蓄电池组电池（2、3）和用于监测所述蓄电池组电池（2、3）和/或所述电池模块（1）的至少一个工作参数的装置（6、9），其特征在于，所述电池模块（1）具有用于加大相邻蓄电池组电池（2、3）之间的热阻的装置（4、8），其中如此地将用于加大相邻蓄电池组电池（2、3）之间的热阻的装置（4、8）与用于监测所述蓄电池组电池（2、3）和/或所述电池模块（1）的至少一个工作参数的装置（6、9）的连接使得：在超过受监测的工作参数的阈值时触发所述用于加大热阻的装置（4、8），
其中，该电池模块具有用于隔断各个蓄电池组电池之间的电连接的装置，该用于隔断各个蓄电池组电池之间的电连接的装置如此地与所述用于监测至少一个工作参数的装置（6、9）连接使得：在超过阈值温度时相互进行所述蓄电池组电池（2、3）的电隔断。
2.如权利要求1所述的电池模块（1），其特征在于，
所述用于加大蓄电池组电池(2、3)之间的热阻的装置（4）是用于机械地加大各个蓄电池组电池（2,3）之间间距的装置。
3.如权利要求2所述的电池模块（1），其中，所述用于加大蓄电池组电池之间的热阻的装置（4）由至少一个弹簧件构成，该弹簧件在所述电池模块（1）正常工作状态下张紧而在超过所述受监测的工作参数的阈值时松驰，其中所述弹簧件如此地安排在所述电池模块（1）中使得：所述弹簧件的松弛导致至少两个相邻蓄电池组电池（2、3）之间的间距加大。
4.如权利要求2所述的电池模块（1），其中，所述用于加大所述蓄电池组电池(2、3)之间的热阻的装置（4）是烟火装置，该烟火装置由所述用于监测至少一个工作参数的装置（6、9）在超过所述受监测的工作参数的阈值时触发，并且其中该烟火反应导致至少两个相邻蓄电池组电池（2、3）之间的间距的机械性加大。
5.如权利要求1所述的电池模块（1），其中，用于加大相邻蓄电池组电池（2、3）之间的热阻的装置（4）由一种由所述用于监测至少一个工作参数的装置（9）在超过所述受监测的工作参数的阈值时触发而在两个相邻蓄电池组电池（2、3）之间的中间区引入绝热泡沫的装置构成。
6.如权利要求5所述的电池模块（1），其中，所述绝热泡沫是基于聚氨基甲酸乙酯的不可燃绝热泡沫。
7.一种对在电池模块(1)中彼此相邻安排的蓄电池组电池(2、3)热退耦的方法，其中监测各个所述蓄电池组电池（2、3）和/或所述电池模块（1）的至少一个工作参数并且在超过蓄电池组电池（2、3）和/或所述电池模块（1）的受监测的工作参数的阈值时提高两个彼此相邻地安排的蓄电池组电池（2、3）之间的热阻，其中隔断各个蓄电池组电池之间的电连接，使得在超过阈值温度时相互进行所述蓄电池组电池（2、3）的电隔断。
8.如权利要求7所述的方法，其中，通过加大相邻蓄电池组电池（2、3）之间的间距提高所述热阻。
9.如权利要求7或8所述的方法，其中，为加大所述热阻而在两个相邻蓄电池组电池（2、3）之间的中间区中引入绝热泡沫。
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