CN108475759A - 用于电的蓄能器的电池单体 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于电的蓄能器的电池单体(2)，包括电池单体壳体(10)，在所述电池单体壳体内设置有电极(4)并且在所述电池单体壳体上在外侧设置有端子(8)，所述端子与电极(4)通电连接，其中，在端子(8)和电极(4)之间的电流路径(S)中连接有电的保险元件(12)，用于电极(4)和端子(8)的电隔离。电池单体(2)的特征在于，保险元件(12)设置在电池单体壳体(10)外部。由此能够以简单的方式从外部测试电池单体(2)的充电状态并且也对其放电。

Description

用于电的蓄能器的电池单体

技术领域

本发明涉及一种用于电的蓄能器的电池单体，包括电池单体壳体，在所述电池单体壳体内设置有电极并且在所述电池单体壳体上在外侧设置有端子，所述端子与电极通电连接，其中，在端子和电极之间的电流路径中连接有保险元件，所述保险元件用于电极和端子的电隔离。

背景技术

这样的电池单体例如在DE 10 2012 210 151 A1中说明。

通常，多个电池单体相互串联和/或并联连接并且然后形成蓄电池或储能器，一般地说电的蓄能器。按照电池单体的数量和布线，能够实现不同的电压、电流和能量容量。在一种示例性的构成中，蓄能器是所谓的高压存储器，其安装在电动车辆或混合动力车辆中并且用于车辆的电的驱动装置的能量供应。

蓄能器例如作为锂离子储能器构成并且具有通常多个、然而至少一个电池单体，所述电池单体作为蓄能器的电的特性的基本的构件确定。所述电池单体具有两个电极，例如一个由铜和一个由铝制成的电池单体，分别活动的材料经常层状地涂敷到所述电池单体上，以用于能量存储。通常，两个涂敷的电极通过所谓的分离器彼此间隔开。所述电极典型地面状地作为板或膜构成并且能够以堆叠的形式设置或共同地展开。所述电极装入在电池单体壳体中，所述电池单体壳体特别是也提供机械的保护。为了电池单体的电的触点接通，电极在电池单体壳体内典型地分别连接到导出体上，所述导出体穿过电池单体壳体引导到其外侧上并且在那里与端子、即电池单体接头连接。通过这两个端子可以然后输出或输入能量。在包括多个电池单体的蓄能器中，所述电池单体聚集到端子上并且相互连接。

特别是在锂离子储能器中，然而也一般地在电的蓄能器中，有意义地设置电的保险元件，以便在蓄能器的失效或故障行为时中断电连接并且阻止进一步的损坏，例如由于一个或多个电池单体的燃耗或爆炸。

这样例如在开头引用的DE 10 2012 210 151 A1中说明一种蓄电池单体，其具有两个电极，所述电极安放在壳体中并且分别与壳体外的一个端子连接。在壳体内，在电极之一和相配的端子之间的电流路径中连接有熔断丝，所述熔断丝是电流中断装置的部分并且在不允许地高的电流时熔化并且由此中断电流路径。

相对而言，在DE 10 2010 044 455 A1中说明一种熔断丝，其不是相应的电池单体的一部分，而是作为连接元件起作用，以便将两个电池单体的端子相互电连接并且由此实现电池单体的串联或并联连接。

发明内容

在该背景下，本发明的任务是，给出一种关于保险元件改善的电池单体。

该任务按照本发明通过具有按照权利要求1的特征的电池单体解决。有利的构成、进一步构成和变型是从属权利要求的主题。

电池单体构成用于使用在电的蓄能器、即蓄电池或储能器、例如锂离子储能器中。所述电池单体具有电池单体壳体，在所述电池单体壳体内设置有电极并且在所述电池单体壳体上在外侧设置有端子，所述端子与电极通电连接。在此，在端子和电极之间的电流路径中连接有电的保险元件，以用于电极和端子的电隔离。保险元件设置在电池单体壳体外部。

因此，保险元件是电池单体的外部的保险元件。通过保险元件的在电池单体壳体外部的布置，特别是相比于包括安放在电池单体壳体内部的保险元件的电池单体而言得出显著的优点。所述优点尤其关于在触发保险元件之后电池单体的操作产生。一方面，所述电池单体能够从外部容易地并且尤其明显地可观察，是否保险元件已触发或还完好。这特别在蓄能器中是有利的，所述蓄能器由许多相互连接的电池单体组成。另一方面，即使在触发保险元件之后还能够确定电池单体的充电状态并且必要时也对电池单体控制地放电。为此，虽然所述端子不再能够使用，因为其与相配的电极现在分开，然而通过保险元件的关于电池单体壳体外部的布置结构能够又将电极从电池单体壳体外部触点接通。因为保险元件在一侧上连接到电极上并且该侧即使在触发之后还通电地与电极连接，所以在该侧上产生外部的连接点，通过所述连接点，能够以简单的方式控制电池单体的充电状态并且通过所述连接点电池单体必要时也能够事后还放电。

一般地，电池单体具有两个电极，所述电极分别与电池单体的一个端子连接，从而电池单体总体上双极地构成。在此，端子形成通过电池单体的电流路径的端点。因此，端子用于电池单体的触点接通并且尤其与其他的电池单体的连接。所述电极例如作为涂敷的金属膜或板实施，其以堆叠的形式设置或共同地展开。在各电极之间通常设置所谓的分离器。

电极设置在电池单体壳体中，即由其包围并且由此尤其被保护以防外部的影响。电极的触点接通通过端子进行，所述端子为此设置在电池单体壳体外部。备选地，所述端子是电池单体壳体的组成部分，即所述电池单体然后直接通过其电池单体壳体连接，所述电池单体壳体作为端子起作用。也可设想组合，在所述组合中，电池单体一方面通过其电池单体壳体作为端子之一和另一个单独的端子连接。通常，端子之一与电池单体壳体通电连接，从而电池单体壳体处于对应的电极电位上。与此相反，另一个端子相对于电池单体壳体电绝缘。在电池单体壳体上，在一种构成中附加地设置爆破膜，所述爆破膜在电池单体内部的过压时爆裂并且由此引起压力补偿。爆破膜然后尤其构成机械的保险元件，相对于电流路径中的电的保险元件，所述电的保险元件首先用于电池单体的电的保护。

相应的电极与端子之一优选通过所谓的导出体连接。导出体由导电的材料制造并且与电极尤其固定地连接。导出体然后与端子连接。因此，总体上产生电流路径，其从所述一个端子通过相配的导出体和连接在其上的电极并且从那里至另一个电极、通过其导出体直至最后至另一个端子。按照端子的位置和构成，电流路径必要时也引导通过电池单体壳体。沿该电流路径设置电的保险元件，以便在短路或过载情况中导致电流路径的中断。因而，在电池单体的正常的状态和运行中，电流路径通过保险元件封闭，在过载情况中，电流路径中断。过载情况例如是过高的电压或过高的电流。短路或过载情况由保险元件识别并且保险元件然后被触发，从而因此中断电流路径。

保险元件设置在电流路径中，从而在电池单体的正常的运行中，电流流动通过保险元件。保险元件在电极之一和与相配的端子之间集成到电流路径中。为了电池单体的安全，保险元件然后这样构成，使得例如在达到确定的最大允许的电流时触发保险元件。一般地，保险元件具有两侧，所述侧通过保险路径连接，在触发时在所述保险路径上进行中断，从而两侧被彼此电隔离。

在触发之后，电流路径中断，然而基于保险元件的特别的布置结构可能的是，从外面测试电池单体的充电状态，而无须打开电池单体。为此，在一种适宜的进一步构成中，在电极和保险元件之间在电流路径中连接有电流抽头，所述电流抽头设置在电池单体壳体外部。由此，通过触发的保险元件现在与相配的端子分离的那个电极能够又从外面触点接通，即通过电流抽头。所述电流抽头例如作为针或连接头或按照端子的型式构成并且因此形成电池单体的极。在测试充电状态时，然后将合适的测试仪连接到电流抽头和另一个端子上，从而于是关于充电状态的测试地保险元件处于现在利用的并且缩短的电流路径外部。同样，类似地适用于在触发保险元件之后电池单体的放电。

优选保险元件作为熔断丝构成并且由此特别简单并且低成本。为此，保险元件例如作为包括变细的区段的板材作为保险路径构成，其具有确定的横截面，以便在电流相应高时熔化。典型地，所述横截面为1mm²和5mm²之间，然而按照应用其他横截面也可能适合。横截面确定触发电流，保险元件从所述触发电流开始触发。例如所述横截面在电池单体在消耗器电子仪器中的使用时构成用于多于1 0A至100A的触发电流。在汽车领域中，所述横截面例如构成用于在大约800A至1000A的范围中的触发电流。保险元件合适地由如电极相同的材料制造。

优选电池单体在电池单体壳体内无保险地构成。换句话说：在电池单体壳体内没有布置或设置另外的电的保险元件、尤其没有熔断丝。因此，电池单体的电的保护仅在电池单体壳体外部进行，从而保证，在电池单体内部的电流路径即使在触发外部的保险元件之后还保持完好。此外，包括在壳体内的保险元件的电池单体经常具有缺点，即在保险元件触发、尤其熔化时，导出体不再足够地机械连接。导出体可能然后无意地倾斜并且由此再次与端子之一建立电的连接。该危险在内部无保险地构成的电池单体壳体中有利地不存在。

在一种适合的构成中，电极与电池单体壳体仅通过保险元件通电连接，并且在保险元件的触发的状态中，电极与电池单体壳体电隔离。由此，有利地保证，在触发保险元件时不会无意地进行端子在壳体上背部触点接通。这一般地在如下电池单体中是重要的，所述电池单体的电池单体壳体放置到电极的电极电位上，并且特别是在使用熔断丝时是重要的。

在这里，在电池单体的正常的状态中，电池单体壳体应该与电极通电连接。端子然后通常装配在电池单体壳体上并且由此与电极连接。因此，端子的连接间接地通过电池单体壳体实现。相应地，电极与电池单体壳体通过保险元件连接。为此，保险元件在一侧上安装、尤其紧固在电池单体壳体上并且在另一侧上例如通过导出体与电极连接。于是，在触发熔断丝时原则上存在危险，即由于产生熔体，虽然两侧分开，然而与电极连接的侧通过不利的滴形成此外与电池单体壳体并且借此又与端子连接。这在上面提到的构成中被阻止，尤其通过保险元件相对于电池单体壳体的特别的布置结构。

优选保险元件这样设置，使得保险路径、即在熔断丝中变细部与电池单体壳体充分间隔开。充分尤其理解为，在保险元件和电池单体壳体之间构成间隙，所述间隙足够大，以便接纳和/或导出在触发时产生的熔体，而不会引起背部触点接通(Rückkontaktierung)。为此，例如导出体在外侧从电池单体壳体伸出，并且保险元件阶梯或斜面状地导出到电池单体壳体上。

合适地，保险元件由遮盖部遮盖，由此尤其确保特别是用于保险路径的机械的保护。特别在熔断丝中，遮盖部适宜地也用于，将周围的构件保持在其设置的位置中并且阻止无意的重合或毗连。尤其所述遮盖此外有利地用于熔体的受控制的引导并且以这种方式阻止无意的背部触点接通。遮盖部尤其由绝缘的材料制造。遮盖部例如作为盖构成并且套装或插到保险元件上。适宜地，可去除遮盖部，以便能够以简单的方式测试保险元件的状态。备选或附加地，遮盖部由透明的材料制造。

在一种优选的构成中，电极与保险元件通过导出体连接，所述导出体通过电池单体壳体中的引导通过部从内向外引导。导出体典型地用于电极的触点接通和保持，所述电极例如作为多个金属膜的堆叠构成。因此，导出体在电池单体壳体中通常在电极的整个宽度上延伸。用于导出体的引导通过部例如作为简单的通孔引入电池单体壳体中。于是，导出体借助导向突起、例如销或栓引导通过引导通过部。导向突起由导电的材料制造、适宜地由与导出体相同的材料制造。

适宜地，导出体和保险元件不可脱开地相互连接，由此，所述布置结构特别牢固并且尤其也密封。为此，例如导向突起作为铆钉构成并且因此也用于将保险元件和导出体彼此紧固并且将其紧固在电池单体壳体上。备选地，保险元件和导出体、备选地保险元件和导向突起一件式地构成，即作为单独的部件构成。

有利地，引导通过部借助密封装置相对于导出体密封。由此，一方面阻止湿气的渗透和电解质的排出。另一方面，尤其关联电极和壳体的上述的分离地在触发时通过密封装置也保证，电极、更准确地说是导出体不与电池单体壳体连接。因此，密封有利地也作为导出体相对于电池单体壳体的电的绝缘部起作用，从而这两个部件仅间接通过保险元件相互连接。因此有意义的是，密封装置由电绝缘的材料、例如PE、PP或PTFE制造。

优选保险元件与电池单体壳体借助绝缘部间隔开。绝缘部由电绝缘的材料制成。这具有优点：电流路径也实际上引导通过保险元件并且没有无意的、备选的电流路径构成。另一个优点是，在触发保险装置时不会进行与电池单体壳体的无意的触点接通。在第一变型中，上述密封装置作为绝缘部并且因此也作为背部触点接通保护起作用。例如，密封装置为此对应地从引导通过部向外伸出并且由此将保险路径和电池单体壳体间隔开。在第二变型中，绝缘部作为单独的部分构成并且在空间上设置在保险元件和电池单体壳体之间。在此，保险元件、绝缘部和电池单体壳体、尤其电池单体壳体的盖分别平地构成并且形成堆叠。在第二变型中，电池单体壳体然后在电流路径中从电极观察还在连接保险元件之前，从而在触发保险元件时电极继续与电池单体壳体连接并且仅端子被分离。因此，电池单体壳体保留到电极电位上，然而所有连接到端子上的消耗器与电极电隔离。

在一种优选的进一步构成中，尤其作为与导出体一件式构成的保险元件的备选方案，保险元件是单独的构件。因此保险元件可替换。由此，电池单体有利地在模块化的构成的范围中按照需要以分别适合的保险元件可配置。在电池单体的装配中，于是从多个保险元件中选择和使用一个合适的保险元件。因此所述保险元件是模块化的。这尤其在以具有例如不同的几何结构和/或横截面的不同的保险元件的研究或测试的范围中是有利的。

在一种适合的构成中，电极与保险元件通过导出体连接，并且保险元件在导出体上并且在端子上借助分别一个连接元件可替换地紧固。由此，有利地实现可替换的保险元件。在此，连接元件尤其标准构件、例如包括防松螺母的螺钉，由此实现特别简单的并且成本低的模块构成。连接元件适宜地分别通过引导通过部装入电池单体壳体中，由此所述布置结构总体上特别牢固的。

优选保险元件借助其紧固在端子上的那个连接元件为了紧固而突出到电池单体壳体中并且与其通过绝缘套间隔开，即连接元件相对于电池单体壳体电绝缘。由此借助该连接元件，端子和保险元件虽然紧固在电池单体壳体上，然而通过这个连接元件不与电池单体壳体电连接。而是通过保险元件进行电的连接，所述保险元件于是尤其通过另一个连接元件与导出体电连接。

绝缘套例如作为具有用于连接元件的内螺纹的空心的栓构成。适宜地，绝缘套具有头部，所述头部设置在电池单体壳体内部并且从背面嵌接引导通过部，从而连接元件从外面可拧入绝缘套中并且在紧固时，于是端子、保险元件并且尤其绝缘部也与电池单体壳体挤压到一起。

附图说明

接着，借助附图进一步解释本发明的实施例。其中，分别示意性示出：

图1示出电池单体；

图2示出电池单体的局部；以及

图3示出电池单体的一种变型的局部。

具体实施方式

在图1中示出包括两个电极4的电池单体2，分别一个导出体6连接到所述电极上，所述电极又分别与端子8连接。端子8形成通过电池单体2的电流路径S的端点并且因此也形成用于电池单体2的连接点，以用于与其他的电池单体2或与消耗器连接。电极4在电池单体壳体10中装入并且由其完全包围。在示出的实施例中，电极4形成堆叠，在一种未示出的变型中，电极4与此相反地被展开。

为了针对短路或电池单体2的过载的保护，在电流路径S中在电极4之一和相配的端子8之间设置电的保险元件12，所述保险元件在这里作为熔断丝构成。在电池单体2的正常的状态中，电流路径S封闭，然而在触发保险元件12时电流路径S在保险元件12处中断，由此，端子8与相配的电极4电隔离。与此相反，在电池单体壳体10内部，没有设置电的保险元件，即电池单体2在电池单体壳体10内无保险地构成。

保险元件12有利地作为外部的保险元件12构成并且设置在电池单体壳体10外部，从而从外面立即可看出，保险元件12是否已触发或未触发。为此不需要打开电池单体2。此外也能够以简单的方式即使在触发保险元件12之后还确定电池单体2的充电状态，而无须打开电池单体2。为此，在这里示出的实施例中构成电流抽头14，所述电流抽头在电流路径S中设置在保险元件12和电极4之间以及电池单体壳体10的外部。通过该外部的电流抽头14，即使在触发的保险元件12的情况下，电池单体2也能够被放电。

在图2中，在横截面视图中进一步示出在保险元件12的区域中的电池单体2的局部。明显可看出，作为包括变细部16的熔断丝的构成，所述变细部在保险装置触发时熔化。导出体6主要设置在电池单体壳体10内部并且首先借助绝缘部18与其通电分开。引导通过部20引入电池单体壳体10中，导出体6穿过所述引导通过部、通过导向突起22向外引导。在此，导出体6借助密封装置24相对于引导通过部20密封并且同时也电绝缘。密封装置24也引导通过引导通过部20。在这里，密封装置24和绝缘部18是单独的构件，所述构件由电绝缘的材料制造。

在外部，导出体6、更准确地说导向突起22关于电池单体壳体10伸出。在这里，保险元件12紧固在导出体6上。于是，保险元件12斜面状地构成并且从导向突起22出发、朝电池单体壳体10引导并且连接到所述电池单体壳体上，即在这里紧固在电池单体壳体10上。由此，电池单体壳体10放置到电极4的电极电位上。于是，端子8也紧固在电池单体壳体10上，在这里，借助未进一步表示的螺纹连接紧固在电池单体壳体上。于是，在触发保险元件12时，变细部16熔化，从而电池单体壳体10和端子8与导出体6和电极4电隔离。通过在触发时产生的熔体的无意的背部触点接通尤其通过向外伸出的导向突起22以及通过保险元件12的斜面状的构成实现。由此，在后者和电池单体壳体10之间构成间隙，所述间隙朝导向突起22穿过密封装置24突出，从而阻止与电池单体壳体10的无意的触点接通。

原则上，保险元件12不同于以上给出的其他构成也适合，例如这样的构成，其未示出在这里具体说明的实施例的所有特征。尤其重要的是，电流路径S引导通过保险元件12，并且保险元件设置在电池单体壳体10外部。

此外，在图2中示出遮盖部26，所述遮盖部套装到保险元件12上并且然后对其遮盖以及针对外部的影响进行保护。遮盖部26在图2中提起地示出，以便使保险元件12可见。也可看出爆破膜28，所述爆破膜在保险元件12的旁边引入电池单体壳体10中并且在内部的过压时爆裂。

在图3中，在横截面视图中示出电池单体2的一种变型的局部。在这里，导出体6直接与电池单体壳体10通电连接，从而即使在触发保险元件12之后，电池单体壳体10仍保持在电极4的电极电位上。与此相反，端子8与电池单体壳体10通过绝缘部18间隔开并且与电池单体壳体10仅间接地通过保险元件12连接。

在图3中，保险元件12作为单独的部件构成并且可替换地紧固、即借助两个连接元件30紧固，所述连接元件在这里作为螺钉构成。由此，可以在装配电池单体2时选择并且安装分别具体优化地合适的保险元件12。所述连接元件30不仅用于紧固而且用于保险元件12与电池单体壳体10和导出体6的电的触点接通。所述另一个连接元件30也用于紧固端子8并且与此相反由绝缘套32包围，所述绝缘套将端子8和保险元件12相对于电池单体壳体10和导出体6绝缘。因此，电流路径S从端子8出发强制性地引导通过保险元件12。绝缘套32在这里设有用于连接元件30的内螺纹34以及设有头部36，所述头部处于电池单体2内部并且背面嵌接电池单体壳体10。因此，保险元件12总体上通过连接元件30在两侧紧固并且保险。

附图标记列表

2 电池单体

4 电极

6 导出体

8 端子

10 电池单体壳体

12 保险元件

14 电流抽头

16 变细部

18 绝缘部

20 引导通过部

22 导向突起

24 密封装置

26 遮盖部

28 爆破膜

30 连接元件

32 绝缘套

34 内螺纹

36 头部

S 电流路径

Claims (13)

1.用于电的蓄能器的电池单体(2)，包括电池单体壳体(10)，在所述电池单体壳体内设置有电极(4)并且在所述电池单体壳体上在外侧设置有端子(8)，所述端子与电极(4)通电连接，其中，在端子(8)和电极(4)之间的电流路径(S)中连接有电的保险元件(12)，用于电极(4)和端子(8)的电隔离，

其特征在于，

所述保险元件(12)设置在电池单体壳体(10)外部。

2.按照上述权利要求所述的电池单体(2)，

其特征在于，

在电极(4)和保险元件(12)之间，在电流路径(S)中连接有电流抽头(14)，所述电流抽头设置在电池单体壳体(10)外部。

3.按照上述权利要求之一所述的电池单体(2)，

其特征在于，

所述保险元件(12)作为熔断丝构成。

4.按照上述权利要求之一所述的电池单体(2)，

其特征在于，

所述电池单体在电池单体壳体(10)内部无保险地构成。

5.按照上述权利要求之一所述的电池单体(2)，

其特征在于，

电极(4)与电池单体壳体(10)仅通过保险元件(12)通电连接，并且在保险元件(12)的触发的状态中，电极(4)与电池单体壳体(10)电隔离。

6.按照上述权利要求之一所述的电池单体(2)，

其特征在于，

所述保险元件(12)由遮盖部(26)遮盖。

7.按照上述权利要求之一所述的电池单体(2)，

其特征在于，

电极(4)与保险元件(12)通过导出体(6)连接，所述导出体通过在电池单体壳体(10)中的引导通过部(20)从内向外引导。

8.按照上一个权利要求所述的电池单体(2)，

其特征在于，

导出体(6)和保险元件(12)不可脱开地相互连接。

9.按照前两个权利要求之一所述的电池单体(2)，其特征在于，

所述引导通过部(20)借助密封装置(24)相对于导出体(6)密封。

10.按照上述权利要求之一所述的电池单体(2)，

其特征在于，

保险元件(12)与电池单体壳体(10)借助绝缘部(18)间隔开。

11.按照上述权利要求之一所述的电池单体(2)，

其特征在于，

保险元件(12)是单独的构件。

12.按照上述权利要求之一所述的电池单体(2)，

其特征在于，

电极(4)与保险元件(12)通过导出体(6)连接，并且保险元件(12)借助分别一个连接元件(30)可替换地紧固在导出体(6)上以及在端子(8)上。

13.按照上一个权利要求所述的电池单体(2)，

其特征在于，

借助其保险元件(12)紧固在端子(8)上的那个连接元件(30)为了紧固伸入到电池单体壳体(10)中并且通过绝缘套(32)与所述电池单体壳体间隔开。