CN105531840A - 用于为电池壳体除湿的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于从电池壳体（100）或电池隔离装置去除水的装置，该装置包括：本体（310），所述本体具有多个毛细管（320₁-320₇）和用于产生电场的电极（330、340）；以及用于控制电场的控制装置（350），以用于通过所述毛细管（320₁-320₇）去除水。并且本发明涉及一种电池壳体、一种电池隔离装置、一种电池系统、一种运输工具、一种方法、一种计算机程序和一种计算机程序产品。

Description

用于为电池壳体除湿的装置和方法

技术领域

本发明涉及一种用于为电池壳体除湿的装置和方法、以及一种电池壳体、一种电池隔离装置和一种电池系统。此外本发明涉及一种具有所述电池系统的运输工具、特别是机动车如电动车辆或混动车辆。

背景技术

可以预见，不仅在静止的应用设备、例如风力发电设备中，而且还在移动的应用设备、例如电动车辆（英语：electricvehicles，EV）或混动车辆（英语：hybridelectricvehicles，HEV）中，作为可再充电的能量存储器日益使用新型电池系统、例如具有锂离子蓄电池或镍-金属氢化物蓄电池的新型电池系统。

所述电池系统必须满足关于以下方面的非常高的要求：可使用的能含量、充放电效率、可靠性、使用寿命和由于频繁的部分放电（记忆效应）而引起的不希望的电容损失。

电池系统包括多个电池单池。由于其单池内电阻和发生的电化学过程，在充电和放电期间电池单池变热。所述电池单池可以串联（Serie）连接，以便提高电压，和/或并联连接，以便提高最大电流。在此，所述电池单池可以组成电池单元或电池模块。在用于驱动运输工具时，例如约100个电池单池（作为牵引电池）可以串联或并联连接。在高压电池系统中，总电压因此可以例如为450V或甚至600V。

对于电池单池的运行而言可靠的温度范围典型地在-30°C和+70°C之间。在运行温度的下部范围内，电池单池的有效功率可能明显降低。在此还可能出现电池单池的不可逆的损害。当超过运行温度时，电池单池的有效功率也可能明显降低。在此同样可能出现电池单池的不可逆的损害。所述损害可能会导致电池单池的加速老化或电池单池的热失控（英语：ThermalRunaway），这种热失控对人和环境造成危险。

为了确保电池系统的安全性和功能，因此需要所述电池单池在预先给定的温度范围内运行。一方面，在电池单池运行期间形成了热量，所述热量必须被排出，以避免电池单池被加热超过临界的最大温度。另一方面可能需要所述电池单池在低温时被加热至最小温度。为了遵守预先给定的温度范围，所述电池系统被调温、即根据需要被冷却或加热。

为此，所述电池系统可以包括流体，例如液体、如酒精例如丙烷-1,2,3-三元醇（甘油，丙三醇），油或水或液体混合物，作为在调温剂循环中的调温剂。当电池系统的壳体不被严密封闭（气体密封）时，湿气、例如形式为水蒸气的湿气例如可以通过密封部持续地进入到电池系统中。因为在冷却所述电池系统时调温剂温度明显低于在壳体中的温度，所以形成融化水（冷凝水，露水）。因此在所述电池系统中会形成和/或集聚液态形式的水，所述液态形式的水或者为纯水或者为液体混合物。液态水例如雨滴、雾滴和固态水、例如冰和雪晶体并不列为空气湿气。

电池单池可以被组成电池模块或电池组。在电池组中，电池单池可以布置在金属框架结构中，该金属框架结构布置在由柔性的、防水的塑料薄膜制成的外壳中。在此提高了形成和收集冷凝水（冷凝）的危险。

为了确保电池系统、特别是高压电池系统的安全性，此外可能需要：电路例如可以借助开关装置如继电器、接触器、特别是电流接触器或开关来断开。所述开关装置必须传输例如大于100A的高电流，且还能可靠地断开。短路电流例如可以利用过电流保护装置、如保险丝、特别是熔断丝来防护。所述开关装置、过电流保护装置和/或传感器装置例如可以布置在电池系统或电池隔离装置（电池断开单元，英语：batterydisconnectunit，BDU）中。

因此，由于温差和/或温度变化引起了在电池系统或电池隔离装置中形成冷凝水的危险。由于冷凝水引起了电和/或电子组件例如电池单池、开关装置、过电流保护装置和/或传感器装置由于腐蚀而损害和/或失效的危险，和/或安全威胁。由于电池系统和/或电池隔离装置不再正常工作，因此例如在由于事故引起的碰撞时可能会存在高安全性风险。在极端情况下、例如在短路时，电池单池可能会爆炸。

为了确保电池系统、例如锂离子电池系统的安全性和功能，因此需要，防止形成冷凝水或从所述电池系统去除出所形成的冷凝水。

发明内容

根据本发明的、具有独立权利要求的特征的装置和方法包括下述优点：水、例如冷凝水可以从电池壳体、如例如由铝或钢——如不锈钢——制成的金属壳体或电池系统或电池隔离装置中被去除出。由此可以防止对电池系统或电池隔离装置的电和/或电子组件的腐蚀、例如对组件的触点的侵蚀。此外可以降低组件例如在下述方面的要求：腐蚀防护和/或耐腐蚀性和/或电绝缘。因此可以降低成本、例如制造成本和维修成本且节约资源。此外，可以确保电池系统或电池隔离装置的正常工作，并且提高了电池系统或电池隔离装置的可靠性。

有利地，所述装置此外可以包括用于封闭所述本体的封闭装置、特别是包括盖部和止动弹簧的封闭装置，所述盖部具有止动装置，且所述止动弹簧用于卡锁在所述止动装置中并且锁定所述盖部。由此可以防止未受控地排出有害气体。

有利地，所述装置此外可以包括用于导出被去除的水的排流装置、特别是低压排流装置。由此可以简化工作方式，并且降低成本、如制造成本和维修成本。

有利地，所述装置此外可以包括用于接纳被去除的水的干燥剂装置、特别是能被加热的干燥剂装置。由此可以简化工作方式并且降低成本、例如维修成本。

本发明提供了一种电池壳体，所述电池壳体包括前述的装置。本发明提供了一种电池隔离装置，所述电池隔离装置包括前述的装置。本发明提供了一种电池系统，所述电池系统包括前述的装置、前述的电池壳体或前述的电池隔离装置。

此外本发明提供一种运输工具，特别是机动车例如电动车辆、混动车辆或电动摩托车（电动-摩托车，英语：E-Bike）、电动自行车（英语：Pedelec）；海上运输工具、如电动艇（英语：U-Boot）；空中运输工具或空间运输工具，所述运输工具包括前述的且与运输工具连接的装置、前述的且与运输工具连接的电池壳体、前述的且与运输工具连接的电池隔离装置或前述的且与运输工具连接的电池系统。

此外本发明提供一种计算机程序，当所述计算机程序在计算器上运行时，所述计算机程序执行前述方法的所有步骤。此外，本发明提供一种具有程序代码的计算机程序产品，所述程序代码存储在机器可读的载体上，用于当程序代码在计算机或控制器上执行时执行前述方法。

附图说明

本发明的实施例在附图中示出并且在下面的说明书中进行详细阐述。

其中：

图1示出了具有根据本发明的一种实施方式的装置300的电池系统10的示意性侧视图；

图2示出了具有根据本发明的实施方式的装置300的电池系统10的示意性俯视图；

图3示出了具有根据本发明的实施方式的、在打开位置中的另一装置300的电池系统20的示意性侧视图；

图4示出了具有根据本发明的实施方式的、在闭合位置中的另一装置300的电池系统20的示意性侧视图；

图5示出了具有根据本发明的另一种实施方式的装置300的电池系统30的示意性侧视图；

图6示出了具有根据本发明的另一种实施方式的装置300的、布置在运输工具中的电池系统40的示意性侧视图；

图7示出了具有根据本发明的另一种实施方式的另一装置300的电池系统50的示意性侧视图；和

图8示出了具有根据本发明的另一种实施方式的装置300的电池系统60的示意性侧视图。

具体实施方式

图1示出了具有根据本发明的一种实施方式的装置300的电池系统10的示意性侧视图。

电池系统10或电池隔离装置包括壳体100例如电池壳体和电和/或电子设备（组件）例如电池单池、开关装置如继电器、开关、接触器或电流接触器、过电流保护装置如保险装置和/或传感器装置如电流传感器装置。

所述组件布置在壳体100的内腔中。所述壳体100在壳体100的底面上可以包括固定区域、例如底座区域110₁、110₂。

电池系统10或电池隔离装置此外可以具有温度控制装置、如冷却装置，用于调控所述组件的温度。

所述壳体100可以严密密封地、例如液体密封地或防水地和/或气体密封地设计。替选地，所述电池系统10或电池隔离装置此外可以包括用于为所述电池系统10或电池隔离装置通风和/或排气的压力补偿元件（DAE）200，所述压力补偿元件布置在壳体100的壁、例如侧壁中。所述压力补偿元件200是透气的，然而灰尘不可透过。因此，总是含有与温度相关的且与压力相关的水含量的外界空气可以经由压力补偿元件200进入到所述内腔中。

在有温差和/或温度变化时，处于内腔中的空气湿气例如可以在冷却装置上冷凝，和/或在压力变化、例如空气压力变化时，湿气可以进入到壳体100中。

电池系统10或电池隔离装置此外包括用于为壳体100除湿的装置300、350。用于为壳体100除湿的装置300、350包括用于除去水（除湿）的除湿装置300和用于控制除湿装置300的控制装置350。

所述除湿装置300包括本体310，该本体例如可以设计成盘、例如圆盘或板、例如矩形或正方形的板。所述除湿装置300如在图1中示例性示出的那样可以布置在壳体100的底部（壳体底部）中。替选地，所述除湿装置300可以布置在壳体100的壁、例如侧壁中或盖中。所述除湿装置300例如可以插入、夹紧、拧入或粘接到所述壳体100中。替选地，壳体100的一个区域可以设计成本体310。

所述本体310设计成电绝缘体。所述本体310例如可以包含矿物材料如石英、玻璃或石英玻璃，或者塑料如聚四氟乙烯（PTFE，Polytetrafluorethen，特氟隆）。所述本体310（毛细管体、毛细管盘）包括多个小毛细管（毛细管）320₁-320₇，这些小毛细管从毛细管体310的第一侧面（顶面）延伸至第二侧面（底面），其中所述顶面朝向壳体100的内腔，并且所述底面朝向外部环境。多个小毛细管320₁-320₇例如可以包括10至1000000、如100至100000、优选1000至10000个小毛细管。所述小毛细管320₁-320₇可以基本上彼此间隔开地并且均匀地布置在毛细管盘310上。所述小毛细管320₁-320₇可以基本上垂直于顶面或底面延伸。所述小毛细管320₁-320₇的长度分别为1mm至20mm、例如5mm至10mm。所述小毛细管320₁-320₇的直径（内径）分别为20μm至500μm、例如50μm至200μm、优选100μm。

在毛细管盘310的顶面上布置第一电极（正电极，阳极）330，该第一电极具有第一端子（正端子）335。在毛细管盘310的底面上布置第二电极（负电极，阴极）340，该第二电极具有第二端子（负端子）345。所述电极330、340包括导电材料例如金属，如金、银或铜或金属合金。电极330、340例如可以被沉积（abgeschieden）、例如气相喷镀。在小毛细管320₁-320₇的端部（毛细管口）处的区域中，电极分别具有开口。电极330、340的开口可以具有比小毛细管320₁-320₇的内径大的直径，从而电极330、340没有接近毛细管口。所述电极330、340如在图1-7中示出的那样能以伸入的方式布置在毛细管体310中。替选地，所述电极330、340如在图8中示出的那样可以布置在毛细管体310上。

所述控制装置350与除湿装置300的端子335、345连接，以便通过控制信号来控制除湿装置300。所述控制信号是范围在1kV至50kV、例如2kV至20kV、如3kV（高压）内的直流电压。所述控制信号可以引起100μΑ至500μΑ、例如200μΑ至300μΑ、如250μΑ的电流和电渗流，所述电渗流基于电场将水从毛细管盘310的顶面输送到毛细管盘310的底面上。在此，水作为中性液体不被电解。

所述控制装置350可以由电压——该电压例如由电池单池提供——通过转换（变换）来产生控制信号。控制装置350可以例如以规则的时间间隔如从20分钟至120分钟或者在确定的时刻、例如在由于制动时或仅当运输工具运动时进行的再生而出现电流过量时来激活控制信号。

在此，所述控制信号可以包括残留波纹度的预先确定的程度或者说等级（Grad），从而所述控制装置350可以借助较小数量的构件成本经济地来实现。

用于为壳体100除湿的装置此外可以包括与控制装置350连接的传感器装置、例如湿度传感器装置和/或温度传感器装置，用于检测在内腔中的测量值、例如湿度测量值或压力测量值。

所述控制装置350可以设计成模拟处理装置或数字处理装置。所述控制装置350可以包括处理器、存储器和接口。所述控制装置350可以设计成微型控制器、计算器（计算机）或控制器（控制单元）如电池控制器（电池控制单元，BCU）。所述处理器可以设计成微型处理器。所述存储器可以设计成易失性和/或非易失性存储器。所述存储器用于存储：指令（命令），例如运行系统和/或应用程序的指令；和/或数据，例如测量值、参数、范围值、比较值和表格。接口例如用于从传感器装置向控制装置350传输信号且从控制装置350向除湿装置300和/或（上级的）控制装置传输信号。所述处理器借助所存储的指令来处理数据，从而执行用于为壳体100除湿的方法。如在图1中示出的那样，所述控制装置350可以布置在壳体100中。替选地，所述控制装置350可以布置在壳体100之外。

参照图1，图2示出了电池系统10的示意性俯视图，该电池系统具有根据本发明的实施方式的装置300。

所述除湿装置300布置在壳体底部中。所述毛细管体310设计成圆盘。所述小毛细管例如320₁-320₇基本上彼此间隔开地且均匀地布置在毛细管盘310上。在毛细管盘310的顶面上的阳极330未接近毛细管口。

图3示出了电池系统20的示意性侧视图，该电池系统具有根据本发明的实施方式的、在打开位置中的另一装置300。

当所述电池系统20包括排气系统时，在一个或多个电池单池排气时出现的有害气体应通过排气系统以受控的方式排放给外部环境。

用于为壳体100除湿的装置此外包括用于在出现有害气体时封闭除湿装置300的封闭装置600。由此可以防止有害气体未受控的排出而进入到环境或运输工具的客舱中。

所述封闭装置600可以包括盖部610、例如用于封闭毛细管体310的盖。所述盖部610如已经参照毛细管体310描述过的那样例如可以设计成圆形、矩形或正方形。所述盖部610可以包括止动装置615₁、615₂、例如止动凸起或止动环。所述封闭装置600可以包括止动弹簧620₁、620₂，以用于卡锁在止动装置615₁、615₂中并且锁定盖部610，所述止动弹簧例如可以布置在除湿装置300的顶面上或壳体100的底部上。如在图3和图4中示出的那样，所述止动装置615₁、615₂和止动弹簧620₁、620₂可以布置在盖部610之内。由此可以保护所述止动装置和止动弹簧以免受到机械损害。替选地，所述止动装置和止动弹簧可以布置在盖部610之外。由此可以减小所述盖部610的尺寸。所述封闭装置600此外可以包括复位装置（弹簧）630用于使盖部与除湿装置300在打开位置中相间隔开，从而所述壳体100可以借助装置300、350除湿。

所述封闭装置600此外可以包括在所述盖部610上构成的密封部640、例如密封环。所述密封部640例如可以喷注、粘接、预固化（anvulkanisieren）或夹紧。

排气产生了压力冲击，所述压力冲击克服复位装置630的力朝向除湿装置300按压所述盖部610，从而所述止动弹簧620₁、620₂能卡锁在止动装置615₁、615₂中并且因此能锁定所述盖部610。由此，排出的有害气体可以经由排气系统以受控的方式排到外部环境。

图4示出了电池系统20的示意性侧视图，该电池系统具有根据本发明的实施方式的、在闭合位置中的另一装置300。

在排气之后，止动弹簧620₁、620₂保持卡锁在所述止动装置615₁、615₂中并且保持锁定盖部610。

图5示出了电池系统30的示意性侧视图，该电池系统具有根据本发明的另一种实施方式的装置300。

如还在图6中示出的那样，所述除湿装置300可以布置在壳体底部的凹部中。由此，水可以积聚在所述除湿装置300的顶面上。在此，所述除湿装置300的顶面可以略微低于壳体底部的顶面。所述凹部可以在壳体底部或者说壳体100的基面的中间构成。由此，可以缩小水至除湿装置300的平均路程。壳体底部的顶面可以完全或部分地朝向所述除湿装置300倾斜。所述壳体底部的顶面可以包括通道或凹槽。

用于为壳体100除湿的装置此外可以包括用于从电池中去除的水的排流装置400。如在图5和图6中示出的那样，所述排流装置400例如可以设计成壳体底部的区域。

图6示出了布置在运输工具中的电池系统40的示意性侧视图，该电池系统具有根据本发明的另一种实施方式的装置300。

所述电池系统40布置在运输工具的底部（运输工具底部）500上。所述排流装置400穿过在运输工具底部中的开口朝向道路（未示出）突出于运输工具的底面上。所述排流装置400包括弯管450（低压排流装置）。

当运输工具沿箭头900的方向运动时，从电池中去除的水作为湿气-空气-喷雾借助抽吸作用沿箭头950的方向从排流装置400、450离开。因此，为了进行低压抽吸不需要驱动装置。替选地，用于为壳体100除湿的装置此外可以包括低压泵。所述低压泵可以与控制装置350连接，以便能够由所述控制装置来控制。

与在排气时产生的压力冲击相比，所述抽吸作用不足以用于使得所述止动弹簧620₁、620₂卡锁在所述止动装置615₁，615₂中并且因此锁定所述盖部610。

图7示出了电池系统50的示意性侧视图，该电池系统具有根据本发明的另一种实施方式的另一装置300。

用于为壳体100除湿的装置此外可以包括干燥剂装置710、740，用于接纳和/存储、例如暂存从电池去除的水。所述干燥剂装置710、740可以布置在除湿装置300的底面上。所述干燥剂装置710、740包括干燥剂710、例如硅酸盐胶（Siliktatgel）或硅胶。所述干燥剂装置710、740例如可以设计成具有盖740的干燥剂容器。替选地，所述干燥剂装置710、740可以设计成干燥剂套筒。所述干燥剂容器和/或盖740或干燥剂套筒能与壳体底部可松开地连接、例如螺纹连接。必要时它们可以被粘接。

所述干燥剂710可以设计成可回收的干燥剂。所述干燥剂、例如硅胶可以利用水指示剂、例如橙色的水指示剂来处理，从而所述干燥剂根据相关的水量而变色。变色是可逆的，从而所述干燥剂在干燥之后又变亮（白），所述干燥可以通过输入热量来实现。

因此当所述干燥剂饱和或者说水指示剂已变色时，所述干燥剂可以从壳体100取下、进行干燥、且重新被装入。

替选地，所述干燥剂装置可以包括加热装置，例如具有电接头725₁、725₂的电阻720、如电阻丝。因此当干燥剂饱和时，干燥剂装置中的干燥剂可以通过“将电压、即直流电压或交流电压施加到所述接头725₁，725₂上”这种方式当场进行干燥。电阻720可以与控制装置350连接，以便能由所述控制装置350进行控制。

所述干燥剂装置此外可以包括传感器装置、例如用于检测湿度的湿度传感器装置或用于检测变色的光学传感器装置。所述传感器装置可以与控制装置350连接。

图8示出了电池系统60的示意性侧视图，该电池系统具有根据本发明的另一种实施方式的装置300。

用于为壳体100除湿的装置包括除湿装置300，其中电极330、340布置在毛细管体310上。

所述装置300、例如在图3和图5或图3和图7中示出的装置300的特征可以组合。

Claims (16)

1.用于从电池壳体（100）或电池隔离装置去除水的装置，该装置包括：

——本体（310），该本体具有多个毛细管（320₁-320₇）和用于产生电场的电极（330、340），以及

——用于控制电场的控制装置（350），以用于通过所述毛细管（320₁-320₇）去除水。

2.根据权利要求1所述的装置，此外包括：

——用于封闭所述本体（310）的封闭装置（600）。

3.根据权利要求2所述的装置，其中，

——所述封闭装置（600）包括：具有止动装置（615₁、615₂）的盖部（610）；和止动弹簧（620₁、620₂），该止动弹簧用于卡锁在所述止动装置（620₁、620₂）中并且锁定所述盖部（610）。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，此外包括：

——排流装置（400）或低压排流装置（400、450），用于导出被去除的水。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的装置，此外包括：

——用于接纳被去除的水的干燥剂装置（710、740）或能被加热的干燥剂装置（710、720、725₁、725₂、740）。

6.电池壳体（100），该电池壳体包括：

——根据权利要求1至5中任一项所述的装置。

7.电池隔离装置，该电池隔离装置包括：

——根据权利要求1至5中任一项所述的装置。

8.电池系统（10；20；30；40；50；60），该电池系统包括：

——根据权利要求1至5中任一项所述的装置，

——根据权利要求6所述的电池壳体，或

——根据权利要求7所述的电池隔离装置。

9.运输工具、机动车、电动车辆或混动车辆，其包括：

——与所述运输工具连接的、根据权利要求1至5中任一项所述的装置，

——与所述运输工具连接的、根据权利要求6所述的电池壳体（100），或

——与所述运输工具连接的、根据权利要求7所述的电池隔离装置，或

——与所述运输工具连接的、根据权利要求8所述的电池系统（10；20；30；40；50；60）。

10.用于从电池壳体（100）或电池隔离装置去除水的方法，其包括：

——提供本体（310），该本体具有多个毛细管（320₁-320₇）和用于产生电场的电极（330、340），和

——控制所述电场，用于借助控制装置（350）经由所述毛细管（320₁-320₇）去除水。

11.根据权利要求10所述的方法，此外包括：

——提供用于封闭所述本体（310）的封闭装置（600）。

12.根据权利要求11所述的方法，此外包括：

——提供具有止动装置（615₁、615₂）的盖部（610），并且

——提供止动弹簧（620₁、620₂），用于卡锁在所述止动装置（615₁、615₂）中并且锁定所述盖部（610）。

13.根据权利要求10至12中任一项所述的方法，此外包括：

——提供排流装置（400）或低压排流装置（400、450），用于导出被去除的水。

14.根据权利要求10至13中任一项所述的方法，此外包括：

——提供干燥剂装置（710、740）或能被加热的干燥剂装置（710、720、725₁、725₂、740），用于接纳被去除的水。

15.计算机程序，所述计算机程序存储在数据载体上或在计算机的存储器中并且包括可由计算机读取的指令，当所述指令在计算机上执行时，所述指令被确定用于执行根据权利要求10至14中任一项所述的方法。

16.计算机程序产品，该计算机程序产品包括根据权利要求15所述的计算机程序。