CN103155212A - 具有在电池电芯排气时邻近电芯保护措施的电池 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电池。该电池包括壳体(1)和多个布置在所述壳体(1)中的电池电芯(2)。在此，每个电池电芯(2)具有至少一个排气阀(3)。此外，所述电池包括用于导出从所述电池电芯(2)的一个、多个或所有排气阀(3)释放的气体的导出管系统。在此，所述导出管系统具有多个独立的用于容纳所述释放的气体的连接部(4)以及一个共同的导出引导部(5)，所述独立的连接部(4)通入所述导出引导部(5)中并且所述释放的气体可通过所述导出引导部(5)从所述壳体(2)中被导出。根据本发明的电池的特征在于，在所述电池电芯(2)的排气阀(3)和所述导出管系统的独立的连接部(4)之间布置保护膜(7)，从而禁止所述电池电芯(2)与位于所述导出管系统中的气体的直接接触。

Description

具有在电池电芯排气时邻近电芯保护措施的电池
技术领域
本发明涉及一种电池，其实施成，保护邻近的电池电芯不受在电池电芯排气时所释放的气体的有害影响。
背景技术
通常用在电池中的、特别地用在锂离子电池中的电池电芯具有安全阀或排气阀，在例如由于过热或电解质的蒸发而在电池电芯内部形成过高的压力时，所述安全阀或排气阀打开并且使大多数情况下为气体形式的物质从电芯中逸出。由此，避免了电池电芯体的爆炸。在所谓的电池电芯排气时所释放的气体通过导出管系统从电池壳体中被导出，以防止部分易反应的气体与电池的其它组件接触。为此，在大多数情况下电池的所有电池电芯都连接到一个共同的导出管系统上。
现在，如果在电池的一个电池电芯中进行排气，则被释放的气体首先到达电池的导出管系统中并且可从该处与所有其它连接到电池的导出管系统上的电池电芯接触并且污染和/或损害这些未参与的电池电芯。由此，即使在仅仅唯一的电池电芯排气之后，也必须更换所有电池电芯并且更换电池的导出管系统。产生高的修理成本以及与此相关的高费用。
发明内容
根据本发明，提出一种电池，其包括：
壳体；
多个布置在壳体中的电池电芯，其中，每个电池电芯具有至少一个排气阀；以及
用于导出从电池电芯的一个、多个或所有排气阀释放的气体的导出管系统，其中，该导出管系统具有多个独立的用于容纳释放的气体的连接部以及一个共同的导出引导部，独立的连接部通入该导出引导部中并且释放的气体可通过该导出引导部从壳体中被导出。根据本发明的电池的特征在于，在电池电芯的排气阀和导出管系统的独立的连接部之间布置保护膜，从而基本上禁止电池电芯与位于导出管系统中的气体的直接接触。
根据本发明的电池的优点在于，保护在电池的电池电芯的排气时不直接相关的电池组成部分，使其不与释放的气体接触。在排气时释放到导出管系统中的气体与其它未被排气的电池电芯的接触通过保护膜被禁止。电池的其它未被涉及的电池电芯不会被污染或损害。该保护膜可简单地拆除和替换。由此，可将修理成本限制到对电池的被排气的一个(多个)电池电芯和保护膜的有目的地更换上，而不必更换或清洁电池的其它电池电芯。由此也限制了在克服电池的电池电芯的排气后果时出现的必要时必须承担费用清除的废料的量。这特别地在锂离子电池的情况中并且在该处特别地在应用于机动车领域中的大容量的锂离子电池中是非常有益的。
根据本发明的电池包括多个布置在一个共同的壳体中的电池电芯，这些电池电芯优选地以合适的方式联接。根据本发明的电池具有越来越多的结合成一个功能性单元的电池电芯。该电池可包括多个单个的电池电芯或者一个或多个电池模块，其中，这些模块分别具有多个以合适的方式连接的电池电芯。为此，电池的单个电池电芯可导电地相互连接，使得其以布置成期望的电池模块或电池结构的方式存在。
在此，电池电芯理解为电化学的储能器，其借助于电化学反应储存能量并且可在需要时再次提供能量。原则上，在根据本发明的电池中可使用任一种蓄电池或电池电芯类型的电池电芯。优选地，电池包括锂离子电芯类型的的电池电芯，特别是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-磷酸铁锂蓄电池、LiTi-钛酸锂蓄电池类型的电池电芯。
优选地，根据本发明的电池为锂离子电池、特别地为高容量锂离子电池、特别优选地为额定容量≥2Ah、优选地≥3Ah的电池，例如额定容量≥2Ah、优选地≥3Ah的锂离子电池。
根据本发明的电池可具有附加的组件，例如用于控制或调节电池性能的电池管理系统(BMS)。
根据本发明的电池具有一个共同的壳体，电池的所有电池电芯或模块布置在该壳体中。在此，术语“壳体”理解如下一种装置，即，其具有内部空间，该内部空间能够容纳多个电池电芯。在此，壳体可在一个或两个方向上持续地或暂时地相对于环境敞开。优选地，该壳体向所有方向相对于环境完全地隔开所包含的电池电芯，其中，壳体可具有可封闭的入口、例如门或盖。壳体不可理解为将单个电芯的电化学的组成部分直接与环境分离的直接的电芯罩。优选地，壳体可由这样的材料制成，即，该材料包括金属、金属板或陶瓷或由其组成。特别优选地，壳体可由这样的材料制成，即，该材料具有铝或由铝组成。
在根据本发明的电池中，每个电池电芯具有至少一个排气阀。排气阀理解为这样的阀，即，其在电池的正常运行期间关闭并且相对于环境封闭电池电芯的内部空间。当在电池电芯中超过一定的内压力时，排气阀打开并且物质可从电芯内部中被释放。被释放的物质通常为气态的。因此，排气阀为安全阀，其在电池的正常运行期间以关闭的方式存在并且仅仅在压力状态中打开，例如以防止电池电芯的爆炸。在此，排气阀可构造成过压阀，例如构造成破裂阀或破裂盘。
为了将从电池电芯的一个或多个排气阀释放的气体从电池的壳体中导出，根据本发明的电池具有导出管系统。该导出管系统气密地且以引导的方式将电池电芯的排气阀与壳体的出口部相连接，使得经由此在电池电芯排气时释放的气体可通过排气阀被传输到导出管系统处并且之后可从壳体中被导出。为此，导出管系统具有多个独立的连接部，其用于直接从排气阀容纳经由排气阀释放的气体并且将其输送到共同的导出引导部，通过该导出引导部将释放的气体从壳体中导出。独立的连接部具有两个相对的端部，其中，一个端部被安装在排气阀之上并且由此气密地且以引导的方式与电池电芯相连接，从而由排气阀释放的气体被直接转移到独立的连接部中。另一端部气密地且以引导的方式与共同的导出引导部相连接，从而通过独立的连接部容纳的气体可被输送到共同的导出引导部并且经由该导出引导部从电池的壳体中被导出。导出管系统可为每个电池电芯或甚至为每个排气阀设置一个特有的独立的连接部；或者可构造和布置一个独立的连接部，使得多个电池电芯的释放的气体由唯一的独立的连接部容纳。优选地，根据本发明的电池的所有独立的连接部优选地通入到唯一的共同的导出引导部中。根据本发明的电池的导出管系统也可具有多于一个共同的导出引导部，其中，一部分独立的连接部通入第一共同的导出引导部中并且另一部分独立的连接部通入第二共同的导出引导部中。
由此，根据本发明的电池的特征在于，在电池电芯的排气阀和导出管系统的独立连接部之间布置保护膜。在此，该保护膜被实施和布置成，使得由此基本上禁止电池电芯与位于导出管系统中的气体的直接接触。由此实现，通过电池电芯的排气阀释放到导出管系统中的气体不能够污染或损害电池的其它未被排气的电池电芯的组成部件。释放的气体保留在导出管系统中并且可经由该导出管系统从壳体中逸出而不损害其它电池电芯。
优选地，根据本发明的电池在每个电池模块、每个电池电芯组、每个电池电芯和/或每个排气阀和相应的与其气密连接的导出管系统的独立的连接部之间具有特有的、独立的保护膜。该实施方案的优点特别在于，在电池电芯排气后仅须更换该实际上被污染或损害的保护膜。
优选地，如此布置保护膜，即，该保护膜贴靠在电池电芯的表面上并且基本上气密地将电池电芯与位于导出管系统中的气体分离。在此，该保护膜特别是可基本上完全地位于电池电芯的由导出管系统的相应的独立的容纳部占据的表面上。保护膜与该独立的容纳部的气密封闭可例如通过以下方式实现，即，保护膜通过附接导出管系统的独立的连接部以压到电池电芯的表面处的方式存在。在此，选择压紧力，使得实现基本上气体密封的封闭。通过使保护膜贴靠在电池电芯的表面上，例如由于电池的电池电芯的排气引起的在导出管系统中的压力冲击不会导致，保护膜在电池的其它未排气的电池电芯上被撕开或损坏。
该保护膜被实施并设置尺寸，使得其分别覆盖电池电芯的排气阀。该保护膜具有厚度，其足够用于实现与相应的独立的连接部的基本上气密的封闭并且同时保证，该保护膜在一个电池电芯排气时在其排气阀上撕裂并且允许释放的气体从相应的电池电芯中通过排气阀进入导出管系统中。该保护膜优选地由这样的材料制成，该材料相对于在电池电芯排气时释放到导出管中的气体是基本上耐久的。特别优选地，该保护膜包含聚四氟乙烯或由聚四氟乙烯(PTFE，或者也称为Polytetrafluorethen或Teflon
Figure BPA00001687671200051
)制成。
附加地，根据本发明的电池可具有其它用于保护未被排气的电池电芯的手段。例如，可在导出管系统中附加地布置一个或多个阀。如此实施和布置这些附加的阀，使得在一个或多个排气阀排气时，释放的气体在导出管系统中定向地从参与的电池电芯朝壳体的出口部的方向传输。在此，通过合适的阀和阀的合适的布置方案引导气体流，使得未参与的、未被排气的电池电芯基本上不与位于导出管系统中的释放的气体接触。这些阀阻断该被释放的气体朝未参与的电池电芯的方向的运动，而实现被释放的气体经由导出管系统朝根据本发明的电池的壳体的出口部的方向的运动。为此，这些附加的阀可被构造成方向阀，优选地构造成二位二通阀，其仅仅允许气体在一个方向上通过并且在相反的方向上是基本上气密的。这种附加的阀例如可实施成鸭嘴阀。在此，根据本发明的电池的一个、多个或所有独立的连接部可具有这种附加的阀。替代地或附加地，导出管系统的共同的导出引导部也可具有一个或多个这种附加的阀。
优选地，在导出管系统中的管引导部设计成，使得在电池电芯排气时的压力冲击始终被朝壳体的出口部的方向引导。由此，减小作用到附加的阀上的压力并且由此减小对其密封性的要求。
本发明也包括一种机动车，其包含根据本发明的电池。在此，重要的不是机动车和电池形成一个结构上的单元，而是机动车和根据本发明的电池在功能上相关联，使得电池在机动车的运行期间可实现其功能。在此术语“机动车”理解为所有这样的被驱动的车辆，即，其具有为机动车的至少一个组件供给能量的电池，而与机动车具有何种驱动装置无关。特别地，术语“机动车”包括电的混合动力车(HEV)，Plug-In混合动力车(PHEV)、电动车(EV)、燃料电池车、以及所有至少部分使用电池供给电能的车辆。
附图说明
根据附图和以下描述详细解释本发明的实施例。附图中：
图1示出了根据本发明的带有保护膜的电池的第一实施方式的示意图，其中，在图1中示出了侧视图，
图2示出了根据本发明的带有保护膜的电池的第一实施方式的示意图，其中，在图2中示出了俯视图，
图3示出了根据本发明的电池的第二实施方式的示意图，其中，在导出管系统中布置附加的阀。
具体实施方式
在图1和图2中示意性地示出了根据本发明的电池。在图1中以侧视图示出了该电池，而图2以俯视图示出了相同的实施方式。在壳体1中布置有多个电池电芯2，其中，每个电池电芯2具有至少一个排气阀3。在电池电芯2的排气阀3上分别安装有独立的连接部4，其能够在电池电芯2排气时容纳通过相应的排气阀3释放的气体并且将其引导到导出管系统的共同的导出引导部5。通过导出管系统的该共同的导出引导部5可将被释放的气体输送到在壳体1中的出口部6，并经由此将该气体从电池内部中排出。根据本发明的电池的特征在于，在多个电池电芯2的排气阀3和导出管系统的各个独立的连接部4之间布置有保护膜7。该保护膜禁止排气阀3和位于导出管系统中的气体直接接触并且由此在根据本发明的电池的一个或多个电池电芯排气的情况中保护未被排气的电池电芯2。
在图3中示出了图1和2中的根据本发明的电池的改进方案，其中，现在电池具有附加的阀8，其布置在导出管系统中，使得在电池电芯2a的排气阀排气时被释放的气体定向地(见箭头)从根据本发明的电池的壳体1中朝出口部6的方向被引导出来并且在此基本上不与电池的其它未被排气的电池电芯2的表面接触。通过使用两个独立的系统，明显减小了未参与的电池电芯2被在电池电芯2a排气时释放的气体污染的概率。

Claims (15)

1.一种电池，其包括：
壳体(1)；
多个布置在所述壳体(1)中的电池电芯(2)，其中，每个电池电芯(2)具有至少一个排气阀(3)；以及
用于导出从所述电池电芯(2)的一个、多个或所有排气阀(3)释放的气体的导出管系统，其中，所述导出管系统具有多个独立的用于容纳所述释放的气体的连接部(4)以及一个共同的导出引导部(5)，所述独立的连接部(4)通入所述导出引导部(5)中并且所述释放的气体能够通过所述导出引导部(5)从所述壳体(1)中被导出；
其特征在于，
在所述电池电芯(2)的排气阀(3)和所述导出管系统的独立的连接部(4)之间布置保护膜(7)，从而禁止所述电池电芯(2)与位于所述导出管系统中的气体的直接接触。
2.按照权利要求1所述的电池，其中，所述电池为锂离子电池。
3.按照前述权利要求中任一项所述的电池，其中，所述导出管路系统针对每个电池电芯(2)具有独立的连接部(4)。
4.按照权利要求3所述的电池，其中，在每个电池电芯(2)和所述导出管系统的相应的独立的连接部(4)之间分别布置独立的保护膜(7)。
5.按照前述权利要求中任一项所述的电池，其中，所述保护膜(7)贴靠在所述电池电芯(2)的表面上。
6.按照权利要求5所述的电池，其中，所述保护膜(7)以通过所述导出管系统的独立的连接部(4)压靠到所述电池电芯(2)的表面上的方式存在。
7.按照前述权利要求中任一项所述的电池，其中，所述保护膜(7)相对于在所述电池电芯(2)排气时被释放到所述导出管系统中的气体是基本上耐久的。
8.按照前述权利要求中任一项所述的电池，其中，所述保护膜(7)包含聚四氟乙烯或由聚四氟乙烯构成。
9.按照前述权利要求中任一项所述的电池，其中，所述保护膜(7)被实施成，所述保护膜(7)在一个电池电芯(2)排气时在该电池电芯(2)的排气阀(3)上撕开。
10.按照前述权利要求中任一项所述的电池，其中，在所述导出管系统中附加地布置一个或多个阀(8)，使得在一个或多个排气阀(3)排气时释放的气体定向地朝所述壳体(1)的出口部(6)的方向输送。
11.按照权利要求10所述的电池，其中，所述导出管系统的一个、多个或所有独立的连接部(4)具有附加的阀(8)。
12.按照权利要求10或11所述的电池，其中，所述导出管系统的共同的导出引导部(5)具有一个或多个附加的阀(8)。
13.按照权利要求10至12中任一项所述的电池，其中，所述附加的阀(8)为方向阀。
14.按照权利要求10至13中任一项所述的电池，其中，所述附加的阀(8)被实施和布置在所述导出管系统中，使得在电池电芯(2)的一个或多个排气阀(3)排气时释放到所述导出管系统中的气体不能够与所述电池的其它未被排气的电池电芯(2)的表面接触。
15.一种机动车，包含按照权利要求1至14中任一项所述的电池。
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