CN106654422A - 具有过量充电保护和/或过度放电保护的电池组系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及具有过量充电保护和/或过度放电保护的电池组系统，所述电池组系统包括至少一个电蓄能器，所述电蓄能器具有第一极，所述第一极与电蓄能器的第一电极电连接；具有第二极，所述第二极与电蓄能器的第二电极电连接；具有用于使电蓄能器放电的快速放电单元，所述快速放电单元具有与第一极电连接的第一端子，具有与第二极电连接的第二端子，其特征在于，所述电池组系统包括用于触发快速放电单元的触发单元。

Description

具有过量充电保护和/或过度放电保护的电池组系统
技术领域
本发明以按照独立权利要求的前序部分所述的具有过量充电保护和/或过度放电保护的电池组系统为出发点，所述电池组系统包括至少一个电蓄能器，所述电蓄能器具有与电蓄能器的第一电极电连接的第一极，具有与电蓄能器的第二电极电连接的第二极，具有用于使电蓄能器放电的快速放电单元，所述快速放电单元具有与第一极电连接的第一端子，具有与第二极电连接的第二端子。
背景技术
出版物DE 10 2011 015 829 A1公开一种具有电流中断装置的电化学蓄能电池，所述电流中断装置用于将蓄能电池的被设置用于运行蓄能电池的至少一个电端子中断。此外，蓄能电池具有放电装置，如果蓄能电池的被设置用于运行蓄能电池的至少一个电端子通过电流中断装置被中断，那么所述放电装置能够实现蓄能电池的完全的或者部分的放电。由此，能够实现蓄能电池的放电以及因此能够实现蓄能电池的安全的输送和安全的存放，然而同时阻止可能由于过量充电损坏的蓄能电池的进一步运行。
出版物DE 10 2012 219 082 A1公开一种用于布置在锂离子电池组的电池组电池中的安全设备，其包括至少一个平面地构造的金属导体、尤其金属印刷电路板或者金属薄膜，其中绝缘层被施加到所述金属导体上，并且所述导体（welche）具有用于与电池组电池的极电连接的极接触部，其中所述导体具有至少一个布置在绝缘层上的加热电阻，所述加热电阻具有第一接触部和第二接触部，其中通过加热电阻的电流可以经由接触部被传导。
发明内容
发明优点
与此相对地，具有独立权利要求的特征性特征的按照本发明的行为方式具有以下优点：电池组系统包括用于触发快速放电单元的具有导电机械组件的触发单元。由此有利地，电池组系统的电蓄能器可以非常快速地被放电，并且电池组系统被转换到安全的状态中。
其他有利的实施方式是从属权利要求的主题。
有利地，快速放电单元包括由导电材料组成的导体，其中所述导体与快速放电单元的第一端子电连接，并且至少部分地具有导电的双金属片。由此有利地可以在没有附加的电和/或电子构件的情况下在导体和触发单元之间建立电连接。
快速放电单元包括导电的接触部，其中所述接触部与快速放电单元的第二端子电连接。通过导电的接触部，有利地能够实现在导体和导电的接触部之间的电连接，由此高电流可以流经电连接。
接触部、双金属片和/或双金属片的涂层的材料被选择，使得通过经由在导体与接触部之间的导电连接在第一极和第二极之间的电流流动形成在接触部和导体之间的不可逆的电连接。由此，电池组系统的电蓄能器有利地被与电池组系统的电路分离，并且被转换到安全的状态中。
触发单元的机械组件可以通过作用于机械组件的力、例如在电池组系统中的压力上升可逆地或者不可逆地被变形。通过可逆的变形，在电蓄能器返回到正常的运行状态之后，在快速放电单元的导体和接触部之间的导电连接被分离，由此电蓄能器再次可供电池组系统使用。如果机械组件不可逆地变形，那么电蓄能器持久地保持与电池组系统分离，由此电蓄能器的再次投入运行有利地被阻止。
触发单元的机械组件可以不仅被实施为附加的构件，和/或借助于存在的构件、例如过压阀来实现。
机械组件借助于电蓄能器的导电的壳体和/或借助于电连接直接地与第二极电连接。通过借助于导电的壳体电连接有利地节省线路。如果机械组件借助于电连接直接地与第二极电连接，那么需要对导电的壳体的触摸保护的较小要求以及对导电的壳体的几何形状的较简单的要求，因为不必使所述导电的壳体的几何形状匹配于最大流动的电流。
快速放电单元的第一端子借助于电连接直接地与第一极电连接，并且快速放电单元的第二端子借助于导电的壳体与电蓄能器的第二极电连接和/或借助于电连接直接地与第二极电连接。通过快速放电单元的第一端子与第一极直接电连接，相对于第二极的电势的绝缘被确保。如果快速放电单元的第二端子借助于导电的壳体与电蓄能器的第二极连接，那么有利地不需要其他线路。如果快速放电单元的第二端子借助于电连接直接地与第二极连接，那么有利地不需要导电的壳体的几何形状的匹配。
机械组件和/或与第二极的直接连接具有比导体、接触部和/或在快速放电单元的第二端子与第二极之间的直接连接更大的电阻。由此，有利地实现：在电蓄能器的第一和第二极之间流动的短路电流流经导体和导电的接触部。
有利地，按照本发明的电池组系统被使用在具有至少一个电蓄能器的车辆中，由此有效的安全标准以相对较小的耗费被遵守。
有利地，电蓄能器是锂离子电池组、锂硫电池组和/或锂空气电池组。由于可能的化学连续反应（Folgeraktionen），尤其在所述类型的电蓄能器的情况下到安全状态中的快速转换是有利的。
附图说明
图1示出按照本发明的电池组系统的第一实施方式；和
图2a示出按照本发明的电池组系统的第二实施方式；和
图2b示出在存在电蓄能器的不正常的运行状态的情况下按照本发明的电池组系统的第二实施方式；和
图2c示出在存在具有已触发的快速放电单元的电蓄能器的不正常的运行状态的情况下按照本发明的电池组系统的第二实施方式；和
图3示出在电蓄能器的正常的运行状态期间按照本发明的电池组系统的第三实施方式；和
图4a示出按照本发明的电池组系统的触发单元的机械组件的第一实施方式；和
图4b示出按照本发明的电池组系统的触发单元的机械组件的第二实施方式；和
图4c示出按照本发明的电池组系统的触发单元的机械组件的第三实施方式。
具体实施方式
在所有的图中，相同的附图标记表示相同的设备组件。
图1示出按照本发明的电池组系统10的第一实施方式，所述电池组系统10具有至少一个电蓄能器，所述电蓄能器具有与电蓄能器的第一电极电连接的第一极12；具有与电蓄能器的第二电极电连接的第二极14；具有用于使电蓄能器放电的快速放电单元16，其中所述快速放电单元具有第一端子，所述第一端子例如经由电连接13与第一极电连接，具有第二端子，所述第二端子例如借助于电连接15与第二极电连接；用于触发快速充电单元16的触发单元17；以及电蓄能器的壳体11。
触发单元17可以不仅被实施为附加的构件，或者借助于存在的构件、例如在硬壳式电池（Hard-Case-Zellen）情况下的过压阀来实施，由此有利地节省构件。
图2a示出在电蓄能器的正常的运行状态期间按照本发明的电池组系统20的第二实施方式。电蓄能器包括第一极22、例如负极，所述第一极借助于电连接23利用第一端子261与快速放电单元26电连接；以及第二极24、例如电蓄能器的正极，所述第二极借助于电蓄能器的导电壳体21借助于第二端子262与快速放电单元26电连接；以及触发单元27，所述触发单元27包括机械组件29，所述机械组件29是导电的并且经由电蓄能器的导电的壳体21与第二极24电连接。触发单元27的机械组件29可以可逆地或者不可逆地变形、例如通过作用于机械组件29的力。快速放电单元26包括导体25，所述导体25经由第一接口261与电连接23电连接。快速放电单元26进一步包括导电的接触部，所述接触部借助于第二端子262与蓄能器的第二极24电连接。在第一实施方式中，导体25至少部分地包括双金属片25b。在第二实施方式中，导体25包括继电器25a。
在电蓄能器的正常的运行状态期间，在触发单元27的机械组件29与快速放电单元26的导体25之间不存在电连接。
图2b示出在存在电蓄能器的不正常的运行状态的情况下按照本发明的电池组系统20的第二实施方式。例如当电蓄能器通过太大的充电电流被充电时，存在电蓄能器的不正常的运行状态，这例如导致在电蓄能器的壳体21内部中压力升高。由于压力上升，在超过可预先给定的压力时，触发单元27的机械组件29可逆地或者不可逆地被变形，由此在触发单元27的机械组件29和快速放电单元26的导体25之间形成电连接。通过所述电连接，电流在第二极24和第一极22之间流经导电的壳体21、机械组件29、导体25和线路23。
图2c示出在存在具有已触发的快速放电单元26的电蓄能器的不正常的运行状态的情况下按照本发明的电池组系统20的第二实施方式。
在导体25的第一实施方式中，双金属片25b通过流经触发单元27的机械组件29和导体25的电流被加热，由此所述双金属片25b变形，并且在导电的接触部28和导体25之间建立电连接。通过导电的接触部和/或双金属片25b的所选择的材料形成不可逆的电连接。
在导体25的第二实施方式中，流动的电流触发继电器25a，所述继电器25a在导电的接触部28和导体25之间建立电连接。
通过在第一极22和第二极24之间的这样地形成的短路，电蓄能器被放电，并且与充电电流分离。由此，电蓄能器被转换到安全的状态中。
图3示出在电蓄能器的正常的运行状态期间按照本发明的电池组系统30的第三实施方式。快速放电单元36的第一端子361借助于电连接与电蓄能器的第一极连接，快速放电单元36的第二端子362借助于电连接310直接地与电蓄能器的第二极连接。在示出的实施方式中，电蓄能器的壳体31是不导电的。触发单元37的机械组件39借助于电连接390直接地与电蓄能器的第二极连接。在存在电蓄能器的不正常的运行状态的情况下，触发单元37的机械组件39例如由于在电蓄能器的壳体31内部中压力上升机械地变形，由此电流经由电连接在第一和第二极之间流经电连接390、机械组件39、导体35和电连接33。所述电连接导致快速放电单元36的触发，由此在第一极和第二极之间的短路经由电连接310、导体35和与第一极的电连接33形成。在示出的实施方式中，电连接390的电阻大于电连接310的电阻。
图4a示出按照本发明的电池组系统的触发单元的机械组件49a的第一实施方式。机械组件49a导电地与电蓄能器的壳体41连接。示出的触发单元的机械组件49a可以可逆地或者不可逆地被变形。在示出的实施方式中，机械组件49a被实施为隔膜，其中作为材料使用导电的金属或者金属合金、具有导电的涂层的载体材料和/或导电的塑料。通过机械组件49a的所选择的形状，在电蓄能器内部中的压力上升均匀地作用于所述机械组件。通过机械组件49a的所选择的材料预先给定要超过的力，在所述要超过的力的情况下机械组件49a被变形。
图4b示出按照本发明的电池组系统的触发单元的机械组件49b的第二实施方式。机械组件49b与电蓄能器的壳体41电连接。通过机械组件49b的所选择的形状，在变形时在机械组件49b和导体之间实现较小的电阻。
图4c示出按照本发明的电池组系统的触发单元的机械组件49c的第三实施方式。通过机械组件49c的所选择的形状，实现在机械组件49c和导体之间的大面积的连接。进一步地，电蓄能器的壳体41的运动被均衡，由此机械组件49c的损坏被阻止。

Claims (10)

1.具有过量充电保护和/或过度放电保护的电池组系统（10、20、30），所述电池组系统包括至少一个电蓄能器，所述电蓄能器具有第一极（12、22），所述第一极与电蓄能器的第一电极电连接；具有第二极（14、24），所述第二极与电蓄能器的第二电极电连接；具有用于使电蓄能器放电的快速放电单元（16、26、36），所述快速放电单元（16、26、36）具有与第一极（12、22）电连接的第一端子（261、361），具有与第二极（14、24）电连接的第二端子（262、362），其特征在于，所述电池组系统（10、20、30）包括用于触发快速放电单元（16、26、36）的具有导电的机械组件（29、39、49a、49b、49c）的触发单元（17、27、37）。
2.按照上述权利要求之一所述的电池组系统（10、20、30），其特征在于，所述快速放电单元（16、26、36）包括导体（25、35），其中所述导体（25、35）与快速放电单元（16、26、36）的第一端子（261、361）电连接，并且至少部分地具有导电的双金属片（25b）和/或继电器（25a）。
3.按照上述权利要求之一所述的电池组系统（10、20、30），其特征在于，所述快速放电单元（16、26、36）包括导电的接触部（28），其中所述接触部（28）与快速放电单元（16、26、36）的第二端子（262、362）电连接。
4.按照上述权利要求之一所述的电池组系统（10、20、30），其特征在于，接触部（28）、双金属片（25b）、继电器（25a）和/或双金属片（25b）的涂层的材料被选择，使得通过经由在导体（25、35）和接触部（28）之间的导电连接在第一极（12、22）与第二极（14、24）之间的电流流动，在接触部（28）和导体（25、35）之间形成可逆的或者不可逆的电连接。
5.按照上述权利要求之一所述的电池组系统（10、20、30），其特征在于，触发单元（17、27、37）的机械组件（29、39、49a、49b、49c）能够通过作用于所述机械组件（29、39、49a、49b、49c）的力可逆地或者不可逆地被变形。
6.按照上述权利要求之一所述的电池组系统（10、20、30），其特征在于，所述机械组件（29、39、49a、49b、49c）借助于电蓄能器的导电的壳体（21、41）和/或借助于电连接直接地（390）与第二极（14、24）电连接。
7.按照上述权利要求之一所述的电池组系统（10、20、30），其特征在于，快速放电单元（16、26、36）的第一端子（261、361）借助于电连接（13、23、33）直接地与第一极（12、22）电连接，并且快速放电单元（16、26、36）的第二端子（262、362）借助于导电的壳体（21、41）与电蓄能器的第二极（14、24）电连接和/或借助于电连接（310）直接地与第二极（14、24）电连接。
8.按照上述权利要求之一所述的电池组系统（10、20、30），其特征在于，所述机械组件（29、39、49a、49b、49c）和/或与第二极（14、24）的直接连接（390）具有比导体（25、35）、接触部（28）和/或在快速放电单元（16、26、36）的第二端子（262、362）与第二极（14、24）之间的直接连接（310）更大的电阻。
9.按照权利要求1至8之一所述的电池组系统（10、20、30）在具有至少一个电蓄能器的车辆中的应用。
10.按照权利要求9所述的电池组系统（10、20、30）的应用，其中所述电蓄能器是锂离子电池组、锂硫电池组和/或锂空气电池组。
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