CN104051812B - 具有热触发元件的蓄电池 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种蓄电池（60），其包括蓄电池壳体（40）以及两个连接端（21、22），通过该两个连接端蓄电池（60）能够与负载导电地相连接。此外，该蓄电池（60）包括设置在蓄电池壳体（40）中的蓄电池组（20），其将两个连接端（21、22）彼此连接并且具有至少一个以串联和/或并联方式连接到蓄电池组（20）的蓄电池单元（16）。根据本发明的蓄电池（60）具有至少一个设置在蓄电池壳体（40）内的热触发元件（10），其被设置用于，在热触发元件（10）的区域内存在预先确定的第一温度时被触发并且因此表明在热触发元件（10）的区域内存在该预先确定的第一温度。

Description

具有热触发元件的蓄电池
技术领域
本发明涉及一种具有蓄电池壳体的蓄电池，其具有至少一个设置在蓄电池壳体内的热触发元件，该热触发元件被设置用于，在热触发元件的区域内存在预先确定的第一温度时被触发并且因此表明在热触发元件的区域内存在预先确定的第一温度。
背景技术
在电驱动的车辆中蓄电池或者蓄能池作为能量源使用。当前这种蓄电池经常是由许多锂-离子蓄电池单元组合起来的，因为在当前的技术背景下这种组合在最小的重量下具有最大的能量密度，例如相比于镍基蓄电池或铅基蓄电池。此外，由于这种高的能量含量无论在制造还是在应用这种蓄电池时要满足特定的安全标准。不遵守这些规则能够损坏或者甚至毁坏这些蓄电池的蓄电池单元。例如，蓄电池的充电超出规定的电压限制以及蓄电池的放电低于规定的电压限制都会导致蓄电池的毁坏。
此外，特别是在电动车辆内的蓄电池工作期间的过载或者温度过高对蓄电池以及负载的安全来说都是一个危险。例如这里能够导致所谓的“排气”，这涉及一种不受控制的，能自供给的反应，这种反应能够导致包含在蓄电池中的电解质的蒸发或者蓄电池的起火。出于这个原因，在现有技术的蓄电池中，无论蓄电池单元的电压还是蓄电池单元的温度，例如都会通过测量芯片以及微控制器的帮助进行不间断的监控。
发明内容
根据本发明提供了一种蓄电池，该蓄电池包括蓄电池壳体以及两个连接端，通过该两个连接端蓄电池能够与负载导电地相连接。此外，该蓄电池还包括设置在蓄电池壳体内的蓄电池组，该蓄电池组将两个连接端彼此连接并且具有至少一个以串联和/或并联方式连接到该蓄电池组的蓄电池单元。根据本发明该蓄电池具有至少一个设置在蓄电池壳体内的热触发元件，该热触发元件被设置用于，在热触发元件的区域内存在预先确定的第一温度时被触发并且因此表明在该热触发元件的区域内存在预先确定的第一温度。
根据本发明实施的蓄电池的优势在于通过热触发元件给出在蓄电池壳体内的过高温度的指示。例如，如果由于在根据本发明的蓄电池内部或者在根据本发明的蓄电池的蓄电池壳体内部的热失控而发生过热，热触发元件就会在达到预先确定的第一温度时激活并且因此表明该温度在邻近热触发元件的范围内存在。从而能够规定例如在根据本发明的蓄电池的内部的措施，该些措施在该蓄电池壳体的内部存在过高温度时就会切断该蓄电池，从而相对于现有技术背景下的蓄电池根据本发明的蓄电池获得了安全性。
在一个优选的实施方式中，热触发元件被设置用于，在热触发元件的区域内存在预先确定的第一温度时改变热触发元件的状态，其中，热触发元件状态变化对于热触发元件的外部观察者来说是直接可见的和/或向外部观察者展示。根据这个方式，热触发元件能够例如作为用于过高温度的检查元件或者指示元件来使用。
优选地，热触发元件被实施为充满液体的玻璃安瓿，该充满液体的玻璃安瓿被设置用于在热触发元件的区域内存在预先确定的第一温度时破碎。换句话说，热触发元件的状态改变优选地相应于充满液体的玻璃安瓿的破碎。在充满液体的玻璃安瓿内所含有的液体会在加热时或者随着升高的温度一直持续地膨胀。如果发生过热，其导致热触发元件的区域内的温度升高，直到达到预先确定的第一温度，即热触发元件的触发温度，则会激活热触发元件或者打破充满液体的玻璃安瓿。通过这样的充满液体的玻璃安瓿对于过高温度的非常准确和可靠的指示是可能的。此外，充满液体的玻璃安瓿是非常稳定的，耐化学作用的并具有高的耐热冲击性。它们是耐腐蚀的并且仅在非常小的程度内老化。
优选地，该热触发元件还被设置用于通过在热触发元件的区域内存在预先确定的第一温度时的触发引起蓄电池组的断开。换句话说，热触发元件被设置用于通过它的触发引起蓄电池组的断开，其中，蓄电池组的断开在这里是以间接的方式实现，该热触发元件也不与蓄电池组相连接。相对于现有技术如此实施的蓄电池是更安全的，因为在蓄电池内存在过高温度时蓄电池的运行通过热触发元件引起中止。
在一个优选的实施方式中，蓄电池还包括电的互锁电路，该互锁电路的断开会引起蓄电池组的断开并且该互锁电路与热触发元件相连接，其中，热触发元件的触发会引起互锁电路的断开。优选地，互锁电路与在其自身触发时通过热触发元件的其自身的断开基本上同时地直接断开蓄电池组。此外优选地，在热触发元件触发时互锁电路向蓄电池的另外的元件传送这样的信息，即蓄电池组将被断开，然后通过该蓄电池的另外元件实现蓄电池组的断开，例如向一个或者多个在蓄电池组内的安装的保护装置。
此外优选地，该蓄电池还具有热控制电路，该热控制电路与热触发元件相连接并且该热控制电路被设置用于，在热触发元件触发时会引起蓄电池组的断开。利用这样的热控制电路相对于当前技术能够在蓄电池的安全性上实现重要的提升。在热控制电路上还能够连接大量的另外的热触发元件，该些另外的热触发元件能够分布在整个蓄电池中的位置。这里在热触发元件触发时蓄电池组的断开能够以直接的方式和方法进行，这意味着直接通过热控制电路进行，但是或者也能够仅间接地通过热控制电路引起。因此，热控制电路能够例如被设置用于，向蓄电池元件的另一个元件继续传播通过热元件的触发所给出的信息，即蓄电池组将会被断开，然后通过该另一个元件实现蓄电池组的断开。该继续传播能够例如向一个或者多个蓄电池组内部安装的保护装置进行。
在前述的实施方式中的一个优选的改进方案中，该充满液体的玻璃安瓿具有开关功能。通过这样的、充满液体的玻璃安瓿的使用，蓄电池在过热之前或者在运行在过热状态下之前被特别良好地保护。充满液体的玻璃安瓿内所包含的液体会在加热时或者随着不断升高的温度一直不断地膨胀。如果出现过热状态，其导致在热触发元件的区域内的温度上升，直到达到预先确定的第一温度，即热触发元件的触发温度，则会触发热触发元件或者打破充满液体的玻璃安瓿。因此例如通过与热触发元件相连接的互锁电路或者热控制电路会引起蓄电池组的电中断。该蓄电池组会一直处于电中断的状态，直到该热触发元件被更换。另外，充满液体的玻璃安瓿是非常稳定的、耐化学作用的并且具有高的耐热冲击性。它们是耐腐蚀的并且仅在非常小的程度内老化。
在前述的实施方式中的一个优选的改进方案中，该充满液体的玻璃安瓿还包括弹性元件并且热触发元件的触发相应于充满液体的玻璃安瓿的热致爆破并且在热触发元件触发时开关功能通过弹性元件被机械地执行。优选地，弹性元件被实施为机械弹簧，其在充满液体的玻璃安瓿的未受损的状态下机械地产生电接触并且其会在充满液体的玻璃安瓿处于触发或者爆破的状态下断开该电接触。
优选地，蓄电池包括至少一个另外的热触发元件，其被设置在蓄电池壳体内并且被设置用于，在存在另一个预先确定的第一温度时改变其状态。这样的另外的热触发元件，其必须没有开关功能，其能够例如用来与热触发元件的相结合以进行额外的检查。
在该实施方式的一个优选的改进方案中，预先确定的第一温度不等于另一个预先确定的第一温度。如果预先确定的第一温度大于或者小于另一个预先确定的第一温度，热触发元件和另一个热触发元件就会在不同的温度下触发。从而例如能够获知，在蓄电池内部或者蓄电池壳体内部达到了哪个温度值，或者存在哪个温度。
此外优选地，热触发元件和另外的热触发元件是不直接相邻地设置。如果两个热触发元件是直接的，即直接相邻地设置，能够例如确定或者限制最高温度，该最高温度例如在运行期间存在于蓄电池壳体内部的设置的位置。
优选地，蓄电池组包括多个蓄电池模块的蓄电池单元。
优选地，蓄电池被实施为锂-离子蓄电池。这种蓄电池的优势尤其在于它们相对高的能量密度和高的热稳定性。锂-离子蓄电池的另一个优势是它不会受损于记忆效应。
此外提供了一种具有根据本发明的蓄电池的机动车，其中，该蓄电池与机动车的驱动系统相连接。
本发明的有利的改进方案将会在从属权利要求书中给出以及在说明书中说明。
附图说明
根据附图和后续的说明进一步解释本发明的实施例。其中唯一的附图：
图1示出了根据本发明的蓄电池的一个示意性表示的实施例。
具体实施方式
在图1中示出了根据本发明的示意性表示的蓄电池60的一个实施例。该蓄电池60包括蓄电池壳体40，其在图1中仅示意性的描述，以及两个连接端21和22，通过该两个连接端蓄电池60能够与负载或者与高压电网，更确切地说与高压电网的主保护装置导电地相连接。在蓄电池壳体40内设置有蓄电池组20，其将两个连接端21、22彼此连接并且在该实施例中其具有多个蓄电池单元16，其中的一些以串联的方式连到蓄电池组20并且其他的以并联的方式连接到蓄电池组20和另外的蓄电池单元16。蓄电池组20也是在连接端21和22之间的电连接，其在该实施例中具有多个蓄电池单元16，该些蓄电池单元16以串联或者并联的方式连接到该电连接。不过根据本发明的蓄电池60不是必须具备多个蓄电池单元16的。也能够实现具有多个蓄电池组20的蓄电池60，该些蓄电池组只具有单个的蓄电池单元16，也只有单个的蓄电池单元16以串联或并联的方式与该些蓄电池组相连接。换句话说，在该实施例中的根据本发明的蓄电池60仅纯粹示例性地具有多个蓄电池单元16，该些蓄电池单元以串联或并联的方式形成电的线路，通过该电的线路连接端21和22彼此相连接。
正如已经提到的，图1仅仅示出了从蓄电池单元16到蓄电池60的示意性的线路图。根据本发明的绝大多数的蓄电池60都具有非常高的数目的蓄电池单元16，可选择地该些蓄电池单元也能够属于不同的蓄电池模块。在该实施例中六个所描述的蓄电池单元16中的四个设置在并联电路中的蓄电池单元16属于一个蓄电池模块，而剩下的两个蓄电池单元16纯粹示例性地分别属于另一个或者一个其他的蓄电池模块，在该些蓄电池模块中分别只有一个蓄电池单元16被示出了。在该实施例中，蓄电池60纯粹示例性地具有四个热触发元件10，其都被设置在蓄电池壳体40的内部并且被设置用于，当在每个热触发元件10的区域内存在预先确定的第一温度时被激活并且因此表明在每个热触发元件的区域内，即该些热触发元件10被设置的地方存在该预先确定的第一温度。换句话说，热触发元件10分别被设置用于，当在各自的、邻近的周围环境中存在各自的预先确定的第一温度时被激活并且因此表明在各自的邻近的周围环境中存在该各自的、预先确定的第一温度。在该实施例中，热触发元件10中的一个纯粹示例性地局部地被设置在多个蓄电池单元16之间，即被设置在三个蓄电池模块前并且靠近连接端21，而热触发元件10中的另一个被局部地设置在多个蓄电池单元16之间，即被设置在三个蓄电池模块后并且靠近剩余的连接端22。这里热触发元件10没有与蓄电池组20导电地相连接，而是只设置在蓄电池组20的临近的范围之内。在该实施例中两个剩余的热触发元件10纯粹示例性地被设置在中间的蓄电池模块中，其中，每个热触发元件10纯粹示例性地被设置在与并联电路的两个分支中的相应的一个等高的地方，而不与蓄电池组20导电地相连接。换句话说，设置在中间蓄电池模块中的两个热触发元件10纯粹示例性地被设置在其中的多个蓄电池单元16之间。然而根据本发明的蓄电池60也能够被这样地实施，其中，热触发元件10被设置在蓄电池壳体40内的其他地方。热触发元件10也能够纯粹示例性的被设置在局部的两个相邻的蓄电池模块的蓄电池单元16之间。
在该实施例中，多个热触发元件10纯粹示例性地被设置用于，当在各自的热触发元件10的区域内存在各自的预先确定第一温度时改变它们各自的状态，其中，热触发元件10的状态改变对于热触发元件10的外部观察者来说是直接可见的。换句话说，根据本发明的蓄电池60的使用者或者说外部观察者能够在该实施例中纯粹示例性地在打开根据本发明的蓄电池60的蓄电池壳体40之后，用裸眼看到或者识别该热触发元件10的状态改变。然而，根据本发明的蓄电池60也能够被这样地实施，其中外部观察者不需要为了检查热触发元件10的状态而打开蓄电池60，或者替换地向外部观察者展示该或者该些热触发元件10的触发或者状态改变。这能够例如通过光或者其他的警报指示灯来实现。
在该实施例中热触发元件10纯粹示例性地被实施为充满液体的玻璃安瓿，其被设置用于在热触发元件10的相应的区域存在预先确定的第一温度时破碎。然而，也能够实施根据本发明的具有另外的热触发元件10的蓄电池60。这种充满液体的玻璃安瓿在该实施例纯粹示例性地涉及Norbulb公司的充满液体的玻璃安瓿。如果将热触发元件10实施为充满液体的玻璃安瓿，其在其他实施例中也能够由其他的制造商生产并且不同于前面所描述地实施。
在该实施例中，四个热触发元件10纯粹示例性地被设置用于，当在热触发元件10的各自的区域内存在预先确定的第一温度时，通过热触发元件的触发会引起蓄电池组20的断开。换句话说，例如，局部地设置在多个蓄电池单元16之间的，即设置在三个蓄电池模块前的并且邻近连接端21的热触发元件10被设置用于，一旦在热触发元件10的邻近的范围内的温度达到预先确定的温度并且热触发元件10已经被触发，则引起蓄电池组20的断开。为了达到这个目的，热触发元件10在该实施例中纯粹示例性地全都与互锁电路导电地相连接，该互锁电路在该实施例中纯粹示例性地被包括在根据本发明的蓄电池60之中。在该实施例中，互锁电路的断开会引起蓄电池组20的断开，其中，热触发元件10中的一个的触发会引起互锁电路的断开。在该实施例中互锁电路纯粹示例性地被实施为信号回路。然而，根据本发明的蓄电池60也能够被这样地实施，其中，热触发元件10没有与互锁电路，而是与其他的系统或者元件相连接，其在热触发元件10中的一个触发时能够引起蓄电池组20的断开。例如，根据本发明的蓄电池60能够具有热控制电路，其与热触发元件10相连接并且被设置用于，当热触发元件10触发时引起蓄电池组20的断开。
此外，在该实施例中纯粹示例性地被实施为充满液体的玻璃安瓿的热触发元件10纯粹示例性地分别具有开关功能。该开关功能在该实施例中纯粹示例性地通过分别被充满液体的玻璃安瓿所包括的弹性元件来实现。该弹性元件在该实施例中纯粹示例性地被实施为分别设置在充满液体的玻璃安瓿中的机械弹簧，其处于未受损的状态，这意味着充满液体的玻璃安瓿处于完好的状态，纯粹示例性地保持到互锁电路中的接触。如果在充满液体的玻璃安瓿中的一个的邻近范围内温度升高到预先确定的第一温度，即每个充满液体的玻璃安瓿的触发温度，就会导致触发，即断开或者相同的爆裂。通过在每个充满液体的玻璃安瓿之内的弹性元件在该实施例中就会导致互锁电路的断开，由此通过互锁电路会引起蓄电池组20的断开。然而，也能够实现具有被实施为充满液体的玻璃安瓿的热触发元件10的根据本发明的蓄电池60，该热触发元件不包括弹性元件并且在它们触发时，它们能用其他的方式和方法使互锁电路或者热控制电路的断开成为可能。
在该实施例中，根据本发明的蓄电池60纯粹示例性地具有两个另外的热触发元件10，其同样被设置在蓄电池壳体40之内。同样，这两个另外的热触发元件10分别被设置用于，当存在另一个的预先确定的第一温度时改变它们的状态。这里该另一个的预先确定的第一温度在该实施例中纯粹示例性地与预定的第一温度是不一致的。这两个另外的热触发元件10在该实施例中纯粹示例性地同样被实施为充满液体的玻璃安瓿，然而其只承担指示功能，即检查功能。换句话说，该两个另外的热触发元件10中分别纯粹示例性地不具有开关功能。
在该实施例中，在图1中在另外的热触发元件10的上面的热触发元件纯粹示例性地具有另一个预先确定的第一温度65℃，而在图1中在两个另外的热触发元件10的下面的热触发元件纯粹示例性地具有另一个预先确定的第一温度50℃。在该实施例中，该另外的预先确定的第一温度也纯粹示例性地不等于预定的第一温度。然而，根据本发明的蓄电池60也能够被这样地实施，其中，另外的预定的第一温度等于预定的第一温度。此外，也能够实施具有例如两个另外的热触发元件10的根据本发明的蓄电池60，该两个另外的热触发元件被直接相邻地设置并且具有彼此不同的另外的预定的第一温度，当达到该第一温度时，它们分别改变自身的状态。此外，根据本发明的蓄电池60也能够这样地实现，其中安装了多于或少于四个的热触发元件10或者多于或少于两个的另外的热触发元件10。另外，能够实施具有不同于这里所描述的其他预先确定的第一温度和/或另外的预先确定的第一温度的根据本发明的蓄电池60。

Claims (10)

1.一种蓄电池(60)，其包括：
-蓄电池壳体(40)，
-两个连接端(21、22)，通过所述两个连接端所述蓄电池(60)能够与负载导电地连接，
-设置在蓄电池壳体(40)中的蓄电池组(20)，所述蓄电池组将所述两个连接端(21、22)彼此连接并且具有至少一个以串联和/或并联方式连接到所述蓄电池组(20)的蓄电池单元(16)，
其特征在于，
所述蓄电池(60)具有至少一个设置在所述蓄电池壳体(40)内的热触发元件(10)，所述热触发元件被构造用于在所述热触发元件(10)的区域内存在预先确定的第一温度时被触发并且因此表明在所述热触发元件(10)的区域内存在该预先确定的第一温度；
其中，所述热触发元件(10)还被构造用于通过在所述热触发元件(10)的区域内存在所述预先确定的第一温度时的所述触发引起所述蓄电池组(20)的断开；
其中，所述蓄电池(60)还包括电的互锁电路，所述互锁电路的断开会引起所述蓄电池组(20)的断开并且所述互锁电路与所述热触发元件(10)相连接，其中，所述热触发元件(10)的触发会引起所述互锁电路的断开。
2.根据权利要求1所述的蓄电池(60)，其中，所述热触发元件(10)被构造用于，在所述热触发元件(10)的区域内存在所述预先确定的第一温度时改变所述热触发元件的状态，其中，所述热触发元件(10)的状态变化对于所述热触发元件(10)的外部观察者来说是直接可见的和/或向外部观察者示出。
3.根据权利要求1或2所述的蓄电池(60)，其中，所述热触发元件(10)被实施为充满液体的玻璃安瓿，所述充满液体的玻璃安瓿被构造用于在所述热触发元件(10)的区域内存在所述预先确定的第一温度时破碎。
4.根据权利要求1中所述的蓄电池(60)，其中，所述蓄电池(60)还具有热控制电路，所述热控制电路与所述热触发元件(10)相连接并且所述热控制电路被构造用于在所述热触发元件(10)触发时会引起所述蓄电池组(20)的断开。
5.根据权利要求3所述的蓄电池(60)，其中，所述充满液体的玻璃安瓿具有开关功能。
6.根据权利要求5所述的蓄电池，其中，所述充满液体的玻璃安瓿还包括弹性元件，所述热触发元件(10)的触发相应于所述充满液体的玻璃安瓿的热致爆破，并且其中，在所述热触发元件(10)触发时所述开关功能通过所述弹性元件被机械地执行。
7.根据权利要求1或2所述的蓄电池(60)，其具有至少一个另外的热触发元件(10)，所述至少一个另外的热触发元件被设置在所述蓄电池壳体(40)内并且被构造用于在存在另一个预先确定的第一温度时改变其状态。
8.根据权利要求7所述的蓄电池(60)，其中，所述预先确定的第一温度不等于所述另一个预先确定的第一温度。
9.根据权利要求7所述的蓄电池(60)，其中，所述热触发元件(10)和所述另外的热触发元件(10)被直接相邻地设置。
10.一种具有根据权利要求1至9中任一项所述的蓄电池(60)的机动车，其中，所述蓄电池(60)与所述机动车的驱动系统相连接。
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