CN104681750A - 保护蓄电池单池不被击穿 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种蓄电池单池（1）、尤其是锂离子蓄电池，其具有壳体，所述壳体包括底面（3）、顶面（5）以及至少两个侧面（7），并且其中在所述壳体的外侧面上安装有绝缘部（11），所述绝缘部（11）包含隔热多孔材料。

Description

保护蓄电池单池不被击穿

技术领域

本发明涉及一种具有绝缘部的蓄电池单池和一种包括所述蓄电池单池的蓄电池模块，并且本发明涉及一种用于制造这种按照独立权利要求的前序部分所述的蓄电池单池的方法。

背景技术

蓄电池单池是一种电化学的蓄能器，所述蓄能器在其放电时将所存储的化学能通过电化学反应转化成电能。未来的趋势是，不仅可以在例如像风力发电机、设计成混合动力车辆或者电动车辆的机动车的静态应用中，也可以在电动仪器中应用新的蓄电池系统，在可靠性、安全性、效能和使用寿命方面都对所述蓄电池系统提出了非常高的要求。由于锂离子蓄电池的较大的能量密度，尤其使用锂离子蓄电池作为用于电驱动机动车的蓄能器。

在文献DE 102012200871 A1中公开了一种具有壳体的蓄电池模块，在所述壳体中布置有至少一个蓄电池单池。所述蓄电池模块的壳体设有隔热层，通过所述隔热层可以保持蓄电池模块内腔中的温度并且保护蓄电池单池不受环境温度影响。

在文献DE 102008036894 A1中描述了一种用于减少机动车的燃油箱和排气设备之间的热传递的绝缘结构以及一种用于制造这样一种绝缘结构的方法。所述绝缘结构可以包含由纤维类型的、织物类型的、针织品类型的、编织物类型的热隔离材料组成的元件，并且在这些元件之间设有气凝胶。

在文献DE 10211331A1中公开了一种包含气凝胶的、用于外壁/内壁或者说顶罩的、由隔热材料和/或隔音材料构成的隔离部。

发明内容

根据本发明，利用独立权利要求所要求保护的特征提供了一种具有绝缘部的蓄电池单池和一种包括蓄电池单池的蓄电池模块，以及一种用于制造具有绝缘部的蓄电池单池的方法。这尤其是基于，所述蓄电池单池包括具有底面、顶面以及至少两个侧面的壳体，并且在所述壳体的外侧面上安装有由隔热多孔材料制成的绝缘部。

由隔热多孔材料制成的绝缘部的优点在于，保护所述蓄电池单池免受外界温度的影响，并且即使在外界温度和蓄电池单池中的温度存在较大温差时也可以在理想的运行温度下、在较长的时间段中运行。理想的运行温度确保了蓄电池单池的可靠且经济的运行，由此改进了蓄电池单池的效能并且减缓了蓄电池单池的组成部分的老化，这使得蓄电池单池具有更长的使用寿命。

绝缘体不导电，进而避免了电压干涉，由此得出了另一个优点。因此传统的、由镀膜或者涂层形成的绝缘体不再是必要的，由此节省了时间和成本。

由从属权利要求得出了本发明的具有绝缘体的蓄电池单池的其他有利的实施方式。

一种有利的实施方式在于，所述隔热多孔材料是不可燃的。如果在蓄电池单池中起火，则火不会蔓延到可能存在的其他蓄电池单池上或者包含蓄电池单池的系统的另外的部件上。这例如在机动车中提供了广泛的保护以防比如像起火或者蓄电池单池的击穿等危险情况，由此保护了位于车辆中的乘员。

由于空气是非常好的绝热体，通过绝缘材料较高的孔隙率实现了较好的隔热效果。因此在另一种有利的实施方式中为了绝缘而使用孔隙率超过50%的材料。

对于隔热多孔的绝缘部的重量来说，较高的孔隙率也同样是有利的。绝缘部包含的孔隙越多，该绝缘部便越轻。由于较小的重量，一方面利用绝缘部的工作会更加简便和省力，并且另一方面尤其在机动车领域进行应用时尽可能轻地设计蓄电池单池和包围该蓄电池单池的系统是有利的。

在一种特别有利的实施方式中使用气凝胶作为绝缘部。

气凝胶是一种多孔固态的、由相互连接的纳米结构的网络组成的泡沫，其具有极低的密度和高达99.98%的孔隙率，由此气凝胶属于已公开的最轻的材料。气凝胶特别适合作为热隔离部，其具有较高的温度稳定性并且是不可燃的。例如使用金属氧化物或者聚合物作为用于借助溶胶凝胶工艺（Sol-Gel-Prozess）合成气凝胶的原料。除了塑料基底或者碳基底的气凝胶之外，硅酸盐基底的气凝胶是最广泛使用的气凝胶。

由无定型的硅酸（硅土）构成的气凝胶主要用作隔绝材料。这些气凝胶是较好的电绝缘体并且此外具有以下优点，即其相对于液态金属是惰性的。硅土气凝胶的孔直径为大约20nm。此外，通过气凝胶颗粒的疏水的表面使这些气凝胶持久地防潮。

此外，发泡塑料比如像Styropor®、聚氨酯也是合适的绝缘体。也在商标名Styropor®下公开的泡沫聚苯乙烯（Schaumpolystyrol）例如具有较好的隔热能力、较高的抗压强度、较好的减震性，并且也具有较小的重量。此外泡沫聚苯乙烯对于潮湿敏感。聚氨酯能够持久对抗例如气象状况的各种外界条件，并且具有较好的阻尼值和较高的机械强度。

泡沫状的氧化铝也是合适的电绝缘体，其具有较高的抗腐蚀性和较高的温度稳定性。此外，泡沫状的氧化铝是不可燃的。

如果至少两个蓄电池单池布置在蓄电池模块中，那么有利的是：蓄电池单池通过例如由Formex®绝缘片或者其他防火性强化的聚酰胺制成的间隔元件相互隔开。

由ITW Formex公司生产的Formex®绝缘片是成本低廉且防火的、由具有较高化学稳定性的塑料制成的绝缘材料。

通过所述间隔元件形成的、在相邻的蓄电池单池的壳体之间的间隙有利地利用由隔热多孔材料制成的绝缘部来填充。

在使用气凝胶、Styropor®、聚氨酯作为隔热多孔材料时的优点在于，根据另一种实施方式，单池通过气凝胶、Styropor®、聚氨酯相互夹紧，从而使得之后不必再进行夹紧。这节省了时间并且不必制定夹紧功能。隔热层则为壳体的稳定性做出贡献，由此也能够节省原本壳体的材料和重量。

此外有利的是：所述蓄电池单池在生产时在成型的容器中利用绝缘材料进行包覆。所述成型的容器例如可以是铸模或者优选是夹紧装置。所述夹紧装置的优点在于，不必要将具有已经施加绝缘部的蓄电池单池重新从绝缘部中拆出来。

附图说明

在附图中示出了本发明的实施方式，并且在下面对附图的描述中进行详细阐述。附图示出：

图1为根据本发明的蓄电池单池的示意图，所述蓄电池单池具有底面、顶面和四个侧面以及两个电极接头；

图2为根据本发明的、具有绝缘部的蓄电池单池沿从A至A的纵剖面的示意图；

图3为包括根据图1和图2的所示的蓄电池单池的蓄电池模块的的示意图，所述蓄电池单池具有在底面和侧面处的间隔元件；

图4为根据图3所示的蓄电池模块在夹紧装置中的透视图；并且

图5为蓄电池模块的示意性的纵剖面图，在所述蓄电池模块中利用绝缘部填充了蓄电池模块的蓄电池单池之间的间隙。

具体实施方式

在图1中示出了传统的棱柱形的蓄电池单池1，所述蓄电池单池具有由底面3、顶面5和四个侧面7组成的壳体。从顶面5中伸出两个用于使蓄电池单池1彼此电接触的电极接头9。

图2示出了图1所示的蓄电池单池1从A至A的纵剖面图，所述蓄电池单池在壳体外侧面上具有绝缘部11，所述绝缘部包含隔热多孔材料。所述绝缘部11环绕蓄电池单池1布置，从而使得所述绝缘部除了两个电极接头9之外包围蓄电池单池1的壳体。该隔热多孔材料优选是不可燃的，并且具有至少50%的孔隙率。具有这些特性的材料例如是气凝胶或者泡沫状的氧化铝。Styropor®、聚氨酯同样具有较高的孔隙率。

如果使用气凝胶、优选硅酸盐基底的气凝胶作为绝缘部11，则所述蓄电池单池1在成型的容器中利用气凝胶的液态的前驱体（Precursor）进行重铸（umgießen）。例如能够利用已知的溶胶凝胶工艺制造气凝胶。还保持液态的气凝胶前驱体在浇铸后聚合成气凝胶。浇铸材料随后在浇铸蓄电池单池1之后通过常规的、尤其是在蒸发器中的干燥发生时效硬化而成为极多孔的不可燃的固体，其中溶剂通过合适的温度和合适的压力达到临界值。在随后的步骤中焊接蓄电池单池1。替代地，也可以在焊接蓄电池单池1之后利用气凝胶进行浇铸。

在一种替代的、用于制造由气凝胶前驱体组成的浇铸材料的变体方案中能够将气凝胶注入到作为利用粘合剂混合的颗粒材料（Granulat）的浇铸材料中。所述浇铸材料随后在浇铸蓄电池单池1之后通过常规的、尤其是在蒸发器（Autoklav）中的干燥进行硬化。

如果使用Styropor®作为绝缘部11，则例如将发泡的聚苯乙烯珠粒置入到成型的容器中，并且随后通过利用水蒸气进行加热来将聚苯乙烯珠粒接合起来。

如果使用聚氨酯作为绝缘部11，则利用发泡的聚氨酯在成型的容器中对蓄电池单池1进行压力注塑包封，所述发泡的聚氨酯随后发生时效硬化（aushärten）。

如果使用发泡的氧化铝作为绝缘部11，则在成型的容器中利用发泡的氧化铝对蓄电池单池1进行灌注（umschütten）。所述成型的容器尤其是与蓄电池单池1保持接触的部件，这是由于氧化铝是不具有粘附性的，进而不会粘附在蓄电池单池1上。

在图3中描绘出了六个蓄电池单池1，所述蓄电池单池共同构成了蓄电池模块13。在底面3和侧面7处，将尤其是由Formex®绝缘片制成的间隔元件15安装到蓄电池模块13的蓄电池单池1的壳体上。通过间隔元件15将蓄电池单池1相互隔开，并且这些蓄电池单池既不相互贴靠也不贴靠在围绕蓄电池模块13的模型的表面上。

蓄电池模块13的、优选通过间隔元件15相互隔开的蓄电池单池1转移到成型的容器中，所述成型的容器例如可以是铸模或者优选是夹紧装置17。

图4示出了在夹紧装置17中的、根据图3所示的蓄电池模块13的透视图。所述蓄电池模块13包括带有各两个电极接头9的六个蓄电池单池1。蓄电池单池1通过间隔元件15相互隔开，并且同样也由夹紧装置17的表面隔开。

在所述成型的容器、优选夹紧装置17中，蓄电池单池1设有绝缘部11，所述绝缘部包括隔热多孔材料，从而使得蓄电池模块13的蓄电池单池1的壳体之间的间隙优选完全由绝缘部11填充。

在图5中示出了相应的蓄电池模块13的纵剖面图，所述蓄电池模块包括六个蓄电池单池1。利用绝缘部11完全填充了在蓄电池单池1的壳体之间残留的间隙。在图5中未示出蓄电池单池1的电极接头9。这些电极接头从壳体中以及从位于壳体上的绝缘部11中伸出。

如果为了使在蓄电池模块13中的蓄电池单池1绝缘而使用气凝胶、Styropor®或者聚氨酯这些材料，则蓄电池单池1不必相互夹紧，蓄电池单池的相互夹紧通常发生在具有夹紧功能的夹紧装置17中，以便例如防止蓄电池在充电过程期间发生膨胀（Aufblähen）。在气凝胶、Styropor®或者聚氨酯发生时效硬化后，这些材料如此牢固，从而使得单池不具有或者仅仅具有非常小的活动余地。绝缘部11因而例如在夹紧装置17中被放置在蓄电池单池11之间，而不必在此前或者随后进行主动地夹紧。

如果使用发泡的氧化铝作为绝缘部11，则在成型的容器中利用发泡的氧化铝对蓄电池单池1进行灌注。该成型的容器必须是在其他步骤中不会再次移除的部件、例如夹紧装置17，这是由于氧化铝不具有粘附性，进而在移除该成型的容器时，氧化铝不会保持粘附在蓄电池单池1上。在利用氧化铝对蓄电池单池1进行包覆之前或者之后，蓄电池单池1例如在夹紧装置中优选相互夹紧。

Claims (11)

1. 蓄电池单池（1）、尤其是锂离子蓄电池，其具有壳体，所述壳体包括底面（3）、顶面（5）以及至少两个侧面（7），并且其中在所述壳体的外侧面上安装有绝缘部（11），其特征在于，所述绝缘部（11）包含隔热多孔材料。

2. 按照权利要求1所述的蓄电池单池（1），其特征在于，所述隔热多孔材料是不可燃的。

3. 按照权利要求1或2所述的蓄电池单池（1），其特征在于，所述隔热多孔材料的孔隙率超过50%。

4. 按照权利要求1至3中任一项所述的蓄电池单池（1），其特征在于，所述隔热多孔材料包含气凝胶、Styropor®、聚氨酯和/或泡沫状的氧化铝。

5. 蓄电池模块（13），所述蓄电池模块包含至少两个根据权利要求1至4中任一项所述的蓄电池单池（1），并且其中所述至少两个蓄电池单池（1）的壳体包括底面（3）、顶面（5）以及至少两个侧面（7）。

6. 按照权利要求5所述的蓄电池模块（13），其特征在于，所述蓄电池单池（1）在所述蓄电池单池（1）的壳体的底面（3）和/或侧面（7）处通过间隔元件、尤其是由Formex®绝缘片制成的间隔元件（15）相互隔开。

7. 按照权利要求5或6中任一项所述的蓄电池模块（13），其特征在于，利用由隔热多孔材料制成的绝缘部（11）填充所述蓄电池模块（13）的相邻的蓄电池单池（1）的壳体之间的间隙。

8. 按照权利要求5至7中任一项所述的蓄电池模块（13），其特征在于，所述蓄电池单池（1）通过具有所述隔热多孔材料的绝缘部（11）相互夹紧。

9. 用于制造根据权利要求1至4中任一项所述的蓄电池单池（1）的方法，其特征在于，所述蓄电池单池（1）在成型的容器中利用绝缘材料进行包覆。

10. 按照权利要求9所述的方法，其特征在于，所述成型的容器是铸模。

11. 按照权利要求9所述的方法，其特征在于，所述成型的容器是夹紧装置（17）。