CN104037467A - 具有集成的电子装置的蓄电池单池壳体 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有壳体(12)和盖板(14)的蓄电池单池(10)。正端子(16)和负端子(18)位于盖板(14)上。监控电子装置(50)被直接地安置在蓄电池单池(10)的壳体侧面(62、64)或盖板(14)上。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有集成的电子装置的蓄电池单池壳体。
背景技术
当前的蓄电池系统，尤其是锂-离子蓄电池应用在例如风力发电设备的静态的设备中，或者也应用在例如电动车辆或混合动力车辆的车辆中。组合成用于电动车辆或混合动力车辆的蓄电池组的各个蓄电池模块的多个锂-离子蓄电池单池对潮湿的侵入是非常敏感的。由于要求超过10年的使用寿命，对于锂-离子蓄电池单池而言“硬-盒-单池(Hard-Case-Cell)”受到偏爱。“硬-盒-壳体(Hard-Case-)”涉及由盒状的部分和盖板制成的用于多个蓄电池单池的壳体。蓄电池壳体的盒状的部分具有量级为0.4mm-1.5mm的壁厚。此外壁厚在这里与所使用的材料有关。
当前主要使用铝和优质钢作为材料。优质钢壳体能够倾向于以较小的壁厚构造。当前蓄电池壳体的盖状的部分具有在0.6mm和2.0mm之间的范围的壁厚。在制造对应的蓄电池单池时盒状的部分与盖状的部分彼此接合，优选地彼此材料连接地连接，例如被焊接。
为了能够使多个锂-离子蓄电池单池，或由该多个锂-离子-蓄电池单池组成的蓄电池组安全地运行，当前使用蓄电池管理系统。蓄电池管理系统的任务是，阻止各个蓄电池单池的过量充电或深度放电，此外蓄电池管理系统还有一个任务，即避免给各个蓄电池单池加载不允许的高的充电电流或放电电流。对于应用于电动车辆或混合动力车辆的蓄电池系统，基于大量的、以蓄电池组的形式构造的多个蓄电池单池需要复杂的电子装置以用于实现蓄电池管理。
应用于电动车辆或混合动力车辆的蓄电池管理系统的监控电子装置或者在所属的、即被监控的多个蓄电池单池的附近在分散的位置处被安置，或者整个的电子装置是通过中央的电子单元表示。
DE 10 2009 035 469 A1涉及一种具有单池监控装置的蓄电池。锂-离子蓄电池包括多个串联地和／或并联地电连接的单体单池，该多个单体单池具有若干第一接触单元和头部侧地布置在多个单体单池上的单池监控装置。该单池监控装置包括与多个第一接触单元对应的多个第二接触单元。按照DE 10 2009 035 469 A1的单池监控装置是局部地灵活地构造的。
DE 10 2010 10 022 908 A1涉及一种具有温度获取装置的蓄电池以及这种蓄电池的应用可能性。该蓄电池包括多个串联地和／或并联地彼此电连接的扁平单池。该多个扁平单池在其平面侧的横向方向被彼此靠近地排列并且形成基本上为棱柱形的结构。在棱柱形的结构中在多个扁平单池中的多个的至少一个平面侧面上分别设置与该扁平单池热连接的导热板。至少一个温度传感器分别设置到该导热板内。
发明内容
按照本发明提出，监控电子装置热传导良好地被直接安置在被监控的蓄电池单池的壳体上。按照本发明提出的监控电子装置是以印刷电路板的形式构造的，其中这涉及“金属核印刷电路板(Metal-Core-Printed-Circuit-Board：MCPCB)”。其中在一般情况下涉及由多个印刷电路板形成的层结构，该层结构包括薄的介电层，在大多情况下包含电绝缘的但是热传导效果良好的粘合剂以及铝材或铜材或类似材质的金属基底。监控电子装置的这种实施形式具有以下优势，与标准印刷电路板相比较能够实现非常低的热过度电阻。由此存在利用这种监控电子装置来监控多个蓄电池单池的可能性，其中运行具有较大的损耗功率的电子元件或所使用的电子元件的性能随着上升的温度而下降。
优选的，所提出的监控电子装置侧面地安置在壳体上，尤其是安置在短的侧面的壳体面上。如果这样的多个蓄电池单池被组装成一个蓄电池模块，则该多个蓄电池单池通常在大面积的端面上彼此靠近地排列并形成压入配合连接件。当在为了提高其使用寿命通过机械夹紧阻止蓄电池单池在充电和放电过程中机械膨胀的时候，尤其使用这样地配置的蓄电池模块。
在涉及空气冷却的蓄电池模块的情况下，按照本发明提出的监控电子装置能够相反地也被安装在长的一侧，即蓄电池单池的端面。在这种情况下各个蓄电池单池通过掠过或穿过该多个蓄电池单池的空气流冷却。在这种情况下各个蓄电池单池不是被彼此相对地安置在压入配合连接件内，而是通过间隔保持装置彼此之间保持一定的距离，使得冷却的空气流能够在各个蓄电池单池之间穿过。
通过按照本发明的解决方案能够将监控电子装置特别近地、即直接地安置在被监控的单元上，即在本情况中安置在蓄电池单池的壳体上。由此能够一方面非常准确地和另一方面成本非常低地获取各个蓄电池单池的温度。此外通过按照本发明提出的监控电子装置能够节省单独的机械安装，因为监控电子装置相当鲁棒性地与壳体机械地相连接。按照本发明提出的监控电子装置能够直接地与蓄电池单池的壳体相连接，以使得重要的、严重影响蓄电池单池老化的运行数据能够被记录下来。这一方面在质保方面提供优势，另一方面这些信息也能够用于蓄电池单池的之后的“第二生命”。例如在机动车中的多年的使用之后一个并且是相同的一个蓄电池单池能够被应用在风力发电设备中或作为静态的蓄能器使用。通过按照本发明提出的解决方案能够直接地获取信息，该信息提供关于蓄电池状态的信息。
将监控电子装置直接安置在蓄电池单池的壳体上具有以下的优势，电子装置与蓄电池单池之间具有非常良好的、尤其是平面的热耦合。由此通过在印刷电路板上的温度获取装置能够非常准确地和低成本地获取蓄电池单池的温度或壳体的温度。对于当前所使用的蓄电池管理-电子装置这是一个重大的优势。通过在制造蓄电池单池的过程中直接地将蓄电池单池的监控电子装置持久地与蓄电池单池相连接，存在在蓄电池单池的整个使用寿命期间由监控电子装置对重要的运行参数执行监控的可能性。由此存在将用于质保的重要数据记录在电子装置中的可能性。尤其在车辆制造商现今要求蓄电池单池制造商提供10年甚至更长的质保期的背景下，这是一个决定性的优势。
按照本发明建议的解决方案能够在没有显著的改动的情况下被安置在蓄电池模块的壳体上，无论是优质钢单池壳体还是铝单池。
附图说明
下面借助附图对本发明进行更详尽的描述。其中：
图1示出了具有多个接线端子的蓄电池单池的壳体的示图；
图2示出了具有最重要的构件的蓄电池管理系统的电路设置；
图3示出了监控电子装置的实施变型；
图4示出了监控电子装置在蓄电池单池壳体的壳体壁上的第一安置可能性；以及
图5示出了监控电子装置在蓄电池单池壳体的长的侧面上的另一种安置可能性。
具体实施方式
图1示出了一种蓄电池单池，该蓄电池单池具有带有盖板的壳体。
图1示出了，蓄电池单池10具有壳体12，该壳体通过盖板14封盖。正端子16以及负端子18位于蓄电池单池10的壳体12的盖板14上。壳体12具有盒子状的外观并且通过焊缝20与盖板14相连接，该焊缝能够尤其被构造作为激光焊缝。壳体12和盖板14通过焊缝20对外密封。此外焊缝20用于盖板14和壳体12的电连接。
根据图2的图示以示意性的方式示出了蓄电池管理系统的多个部件。
由根据图2的示意图得知，蓄电池管理系统22包括第一蓄电池模块24，第二蓄电池模块26以及第三蓄电池模块28。每个蓄电池模块24、26、28包括若干蓄电池单池。控制装置30、32或34被分配给多个蓄电池模块24、26、28中的每一个。通过多个控制装置30、32或34在运行中对多个蓄电池模块24、26、28的各个蓄电池单池持续地进行监控并记录重要的运行参数。多个控制装置30、32、34通过内部的数据总线36相互通信。每个控制装置30、32、34接收的运行数据或测量数据通过内部的数据总线36被输送给主控制装置38。主控制装置38本身与例如被构造作为CAN-数据总线的车辆内部的数据总线44连接。通过主控制装置38，借助合适的多个电流传感器40、40a持续地对从多个蓄电池模块24、26、28流向接线端子“+”或“-”的电流执行测量。主控制装置38包括两个彼此电流隔离的获取装置46、48，其中第一获取装置46是直接地与多个蓄电池模块24、26、28相连接的。第一电流传感器40被分配给主控制装置38的第一获取装置46。主控制装置38的第二获取装置48与第一获取装置46之间是电流隔离的。第二电流传感器40a被安置在第二获取装置48内。通过第二电流传感器40a的测量是间接的测量。第二电流传感器40a执行独立的电流测量。第二电流传感器40a能够例如是霍尔传感器。两个独立的电流测量满足对于锂离子蓄电池非常重要的安全标准。
由根据图3的示图显现了用于多个蓄电池单池的监控电子装置的实施可能性。
图3示出了，监控电子装置基本上具有板状的外观。监控电子装置50尤其实施为层结构并且包括金属基底52、介电层54以及Cu-层56。缩写Cu在这里代表材料铜。监控电子装置50的各个层52、54、56的厚度能够是不同的。那么尤其是金属基底52的厚度处在0.4mm至3mm的范围，而介电层54具有在75μm和100μm之间的厚度。处于介电层54上面的Cu-层56具有量级为35μm-200μm的厚度。至少一个具有接线脚60的电子元件58被安置在Cu-层56上。
根据图3中的图示，监控电子装置50被优选地实施成“金属核印刷电路板(Metal-Core-Printed-Circuit-Board：MCPCB)”。印刷电路板通常被安置在介电层54上，该介电层在大多情况下是由电绝缘的但是热传导效果良好的粘合材料制成。印刷电路板被安置在金属基底52上，该金属基底通常涉及铝或铜或铝-铜-合金。
监控电子装置50的层结构具有以下的优势，与标准印刷电路板相比较能够实现相当低的热过度电阻。在具有较大的损耗功率的电子元件58运行的应用中或在所使用的电子元件58的性能随着上升的温度而下降的应用中使用MCPCB-技术。
根据图4和图5的图示示出了监控电子装置50在蓄电池单池10的壳体12处的安装位置。
例如图4示出了，监控电子装置50——被实施成板状——热耦合效果相当良好地被安置在蓄电池单池10的壳体12的短的壳体侧面62上。在图4中示出的监控电子装置50的安置可能性适用于例如将蓄电池单池10装入蓄电池模块内，在该蓄电池模块中多个蓄电池单池10通过大面积的长的壳体侧面64相互安装在一个压入配合连接件内。在为了提高其使用寿命通过机械夹紧阻止蓄电池单池10在充电和放电过程中机械膨胀的时候，尤其使用这样的蓄电池模块。由此生成的机械负荷在其它情况下导致多个蓄电池单池10的更快地老化。
由图4得知，类似于根据图1的示图，蓄电池单池10也具有壳体12，该壳体通过盖板14封盖。盖板14借助于焊缝20与被构造为盒状的壳体12密封地连接。
附图标记62代表短的壳体侧面，在根据图4的实施变型中监控电子装置50在该壳体侧面上被安置在大约中心位置。附图标记64代表长的壳体侧面，该壳体侧面是这样的面，即在形成压入配合连接件的过程中每个蓄电池单池10沿着该面彼此接触地安装。此外如图4所示，蓄电池单池10的壳体12除此之外还包括壳体底部66。蓄电池单池的壳体11的壳体边棱68被圆化地构造。
图5示出了被构造为板状的监控电子装置的另一种安置可能性。
在图5所示的监控电子装置50的安置可能性中，在长的、具有良好热耦合的壳体侧面64上的监控电子装置50被直接地安置在长的壳体侧面64上。该安置可能性尤其适合于空气冷却的蓄电池系统，在该蓄电池系统中各个蓄电池单池10通过空气流冷却。在这种情况下每个蓄电池单池不会直接地相互挤压，与之类似地在按照图4的实施变型中是这种情况，而是相反地通过间隔保持装置这样地彼此安装，使得在每个蓄电池单池10之间保留自由空间，用于冷却的空气流过该自由空间。
将监控电子装置50直接安装在蓄电池单池10的壳体12上提供了以下的优势，监控电子装置与蓄电池单池10之间具有非常良好的热耦合。由此通过在监控电子装置50上的温度获取能够非常准确地和低成本地得到蓄电池单池10的温度或壳体12的盒状的部分的温度。通过根据本发明提出的解决方案能够省略监控电子装置50在壳体12上的独立的机械固定。由于在制造蓄电池单池10的时候直接将蓄电池单池10的监控电子装置50持久地与蓄电池单池10或该蓄电池单池的壳体12相连接，存在通过监控电子装置50对蓄电池单池10的整个使用寿命的重要的运行参数执行监控的可能性。从而开启将有关质保责任的重要数据记录在监控电子装置50中的可能性。鉴于所要求的10年甚至更长的质保期这是一个决定性的优势，该优势允许提供关于蓄电池单池10的至今的应用周期的无缺陷的记录。
通过根据本发明提出的在蓄电池单池10的使用寿命期间与该蓄电池单池相连接的监控电子装置50，能够将历史、即应用和与应用相关的老化、蓄电池单池10的剩下的剩余品质无缺陷地记录下来，以使得存在这样的可能性，在另一个应用周期中，例如在车辆中使用之后将蓄电池单池10以静态的应用的方式使用在风力发电设备中或类似设备中，存在可靠的、关于每个蓄电池单池10还具有哪些品质的信息。
Claims (8)
1.一种具有壳体(12)和盖板(14)的蓄电池单池(10)，所述盖板具有正端子(16)和负端子(18)，其特征在于，监控电子装置(50)被安置在壳体侧面(62、64)或所述盖板(14)上。
2.根据权利要求1所述的蓄电池单池(10)，其特征在于，所述监控电子装置(50)以板状的形式实施并且包括至少一个电子元件(58)以用于获取所述蓄电池单池(10)的与运行相关的参数。
3.根据前述权利要求所述的蓄电池单池(10)，其特征在于，所述监控电子装置(50)被设置为层结构，所述监控电子装置具有金属基底(52)、介电层(54)以及铜层(56)。
4.根据前述权利要求所述的蓄电池单池(10)，其特征在于，所述金属基底(52)的厚度在0.4mm和3mm之间。
5.根据前述权利要求中任一项所述的蓄电池单池(10)，其特征在于，所述介电层(54)的厚度在75μm和100μm之间。
6.根据前述权利要求中任一项所述的蓄电池单池(10)，其特征在于，所述铜层(56)的厚度在35μm和200μm之间。
7.根据前述权利要求中任一项所述的蓄电池单池(10)，其特征在于，所述监控电子装置(50)被安置在所述壳体(12)的短的壳体侧面(62)上并且直接地与所述壳体侧面热耦合。
8.根据前述权利要求中任一项所述的蓄电池单池(10)，其特征在于，所述监控电子装置(50)被安置在所述壳体的长的壳体侧面(64)上并且直接地与所述壳体侧面热耦合。
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