CN108604714B - 可加热的电池 - Google Patents

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Abstract

一种可加热的电池(1)包括电池单元(100)，所述电池单元包括阳极(110)和阴极(120)、与阳极(110)连接的阳极连接端(A100)和与阴极(120)连接的阴极连接端(K100)。电池单元(100)具有加热元件(130)和用于将电势施加到加热元件(130)上的连接端(101)。加热元件(130)与阳极连接端(A100)和阴极连接端(K100)之一连接。此外所述电池单元(100)具有可控制的开关(140)，所述开关设置在用于将电势施加到加热元件(130)上的连接端(101)与阳极连接端(A100)和阴极连接端之中的另一个之间。

Description

可加热的电池
技术领域
本发明涉及一种可加热的电池，其例如可以作为车辆电池使用。
背景技术
电池通常包括多个单独通电的单元、即所谓的电池单元。为了由各电池单元构造一个电池，各个电池单元可以电串联。
当今一代在车辆、例如电动车中的驱动电池示出其功率的与温度相关的波动。尤其是在非常低的温度、例如小于0℃的温度时，经常可发觉电池单元的强烈的功率损耗，其由于电池单元的基于温度提高的内阻而决定。这导致电池的功率减少，因此对于车辆也仅还在更小的范围中提供所述功率，并且间接导致可取出的能量由于过压
Figure GDA0003174342740000011
而减少。
发明内容
本发明的任务是，给出一种可加热的电池，所述电池具有其用于加热电池的部件的尽可能简单的布线。
所述任务通过按照本发明的可加热电池解决，所述可加热的电池包括：
-多个电池单元，
-所述电池单元分别具有阳极和阴极、与阳极连接的阳极连接端和与阴极连接的阴极连接端、加热元件、用于将第一电势施加到加热元件上的第一连接端和用于将第二电势施加到加热元件上的第二连接端，
-所述多个电池单元中的第一个电池单元具有可控制的开关，所述可控制的开关设置在所述第一个电池单元的用于将第一电势施加到加热元件上的第一连接端与所述第一个电池单元的阳极连接端之间，从而加热元件能与第一个电池单元的阳极连接端连接，
-所述多个电池单元中前一个电池单元的用于将第二电势施加到加热元件上的第二连接端与所述多个电池单元中后一个电池单元的用于将第一电势施加到加热元件上的第一连接端连接，
-所述多个电池单元中前一个电池单元的阴极连接端与所述多个电池单元中后一个电池单元的阳极连接端连接，
-其中，所述多个电池单元中最后一个电池单元的加热元件与该最后一个电池单元的阴极连接端连接，
其中，所述可加热的电池仅具有一个所述可控制的开关，借助该可控制的开关，可加热的电池中的各电池单元的全部加热元件能够同时激活。
可加热的电池包括电池单元。电池单元具有阳极和阴极、与阳极连接的阳极连接端和与阴极连接的阴极连接端。此外电池单元包括加热元件和用于将电势施加到加热元件上的连接端。加热元件与阳极连接端和阴极连接端之一连接。电池单元此外包括可控制的开关，所述开关设置在用于将电势施加到加热元件上的连接端与阳极连接端和阴极连接端之中的另一个之间。
在本电池构思中，电池加热在加热元件的设计中直接被操控。所述操控在此通过可控制的开关而进行，所述开关直接设置在用于将电势施加到加热元件上的连接端、所谓的高阻抗的连接端(high resistance terminal)与阳极连接端和阴极连接端之一之间。
所述可控制的开关只在加热阶段中闭合(控制为导电的)并且在正常运行中切换为不导电的。当加热元件与阴极连接、例如设置在阴极上时，则在加热运行中电流从阳极连接端通过控制为导电的可控制的开关和加热元件流动至阴极连接端。当加热元件与阳极连接、例如设置在阳极上时，则在加热运行中电流从阳极和设置在其上的加热元件通过控制为导电的可控制的开关流动至阴极连接端。对于电流所需要的电压由电池单元本身产生在阳极和阴极连接端之间。加热元件例如可以构成为薄层电阻，其设置在阳极或阴极的表面上。在电流通过加热元件时，加热元件加热，其中产生的热量放出到电池上。
在正常运行状态中，当电池单元的温度足够高时，为了提供用于运行消耗器所需要的电压，可控制的开关控制为不导电的或切断的。在该情况中没有电流流动通过加热元件。电池单元在其阳极和阴极连接端之间产生电压，所述电压用于运行设置在阳极和阴极连接端之间的消耗器而被需要。
电池可以包括彼此串联连接的多个电池单元。一个电池单元的阴极连接端可以在串联时与相邻的电池单元的阳极连接端连接。
按照一种可能的实施形式，在包括多个电池单元的电池构造中，可以为每个电池单元配置单独的可控制的开关。可控制的开关在每个电池单元中设置在其用于将电势施加到加热元件上的连接端与其阳极或阴极连接端之间。当加热元件与阴极连接、例如设置在阴极上时，则可控制的开关设置在阳极连接端和用于将电势施加到加热元件上的连接端之间。当加热元件与阳极连接、例如设置在阳极上时，则可控制的开关设置在用于将电势施加到加热元件上的连接端和阴极连接端之间。因此可以通过相应地控制可控制的开关而对每个电池单元单独操控并且加热。
按照另一种构思，其中多个电池单元同样相互串联连接，其方式为一个电池单元的阴极连接端与另一个电池单元的阳极连接端连接，设置仅一个可控制的开关，通过该开关来接通或断开各个单元的全部的加热元件。在这样的构思中，每个电池单元具有一个加热元件。此外每个电池单元除了用于将(第一)电势施加到加热元件上的(第一)连接端之外还具有用于将另一个第二电势施加到加热元件上的另一个(第二)连接端。
可控制的开关在这样的电池构思中例如可以连接在第一电池单元的阳极和阴极连接端之一与用于将第一电势施加到加热元件上的第一连接端之间。所述其他的电池单元相互连接，其方式为，第一电池单元的阳极和阴极连接端之中的另一个与所述另一个电池单元的阳极连接端和阴极连接端之一连接。此外，第一电池单元的用于将第二电势施加到加热元件上的第二连接端与相邻的电池单元的用于将第一电势施加到加热元件上的第一连接端连接。
按照电池的另一种实施形式，用于将电势施加到加热元件上的连接端可以是电池的壳体。在该实施形式中，放弃特意为此设置的用于将电势施加到加热元件上的连接端。加热元件与壳体电连接并且同样可控制的开关也与壳体连接。可控制的开关尤其是设置在电池单元的阳极或阴极连接端与壳体之间。当加热元件与阴极连接时，则在可控制的开关的导电状态中进行从阳极通过闭合的可控制的开关和电池单元的壳体至加热元件的电流流动。当加热元件与阳极连接时，则在可控制的开关的导电状态中进行从阳极和加热元件通过壳体至可控制的开关并且从那里至阴极的电流流动。
电池的特点在于小的布线耗费和对可控制的开关关于其载流能力的降低的要求。
附图说明
接着借助示出可加热的电池的不同的实施例的附图详细解释本发明。图中：
图1示出可加热的电池的电池单元的等效电路；
图2示出包括多个电池单元连同对各电池单元的相应加热元件的单独控制的可加热的电池的第一实施形式；
图3示出包括多个电池单元和对各电池单元的相应加热元件的共同控制的可加热的电池的第二实施形式；
图4示出可加热的电池的第三实施形式，其利用电池单元的单元外套/壳体作为用于将电势施加到加热元件上的连接端。
具体实施方式
图1示出包括阳极连接端A100和阴极连接端K100的电池单元的等效电路图。在阳极连接端A100与阴极连接端K100之间设置包括内阻Rj的电源U。在充好电的状态中，电源U以与其串联连接的内阻Rj在阳极连接端A100和阴极连接端K100之间产生电压，所述电压由电池单元提供，以用于运行消耗器。
为了加热电池单元，所述单元具有加热元件130，所述加热元件在等效电路中通过阻抗Rh代表。加热元件可以构成为加热电阻，其在电流流过时加热。电池单元此外包括用于将电势施加到加热元件上的连接端101(高阻抗连接端)和可控制的开关140，所述开关设置在阳极连接端A100与用于将电势施加到加热元件130/加热电阻Rh上的连接端101之间。
用于产生通过加热元件130/加热电阻Rh的电流，可控制的开关140切换到导电状态中。电池单元本身提供对于电流所需要的电压。在可控制的开关的打开的不导电状态中，加热元件130/加热电阻Rh停用，从而电池单元不被加热。在这种情况中，没有通过加热元件130的电流。
包括集成的加热元件130的电池单元具有对可控制的开关140关于其载流能力的低要求。可控制的开关可仅设计用于承载热电流。电路构思的另一个优点在于，在加热运行中仅可控制的开关140从打开的状态要切换到导电状态中并且无须接通外部的负载，以便产生通过加热电阻Rh的电流。在控制为导电的可控制的开关中，由电源U连同内阻Rj和加热电阻Rh形成的电路通过可控制的开关140闭合。
图2示出包括多个电池单元100、200和300的可加热的电池1的一种实施形式。在图2的左边的部分中示出包括三个电池单元100、200和300的可加热的电池的等效电路图。在图1的右边的部分中示出包括三个电池单元100、200和300的可加热的电池1的一种实际的实施形式。每个所述电池单元100、200、300在其单元外套/壳体的内部具有阳极和阴极，电解质处于所述阳极和阴极之间。阳极和阴极在图3和4中在单元外套/壳体的内部详细示出。
电池单元100包括阳极和阴极，所述阳极和阴极在电池100的内部例如在图3中示出。此外，电池单元包括阳极连接端A100，所述阳极连接端与在单元内部的阳极连接，并且电池单元包括阴极连接端K100，所述阴极连接端与在单元内部设置的阴极连接。此外，电池单元100包括加热元件130和用于将电势施加到加热元件130上的连接端101。加热元件130设置在阴极连接端K100与用于将电势施加到加热元件130上的连接端101之间。此外，电池单元100包括可控制的开关140，所述开关设置在阳极连接端A100和用于将电势施加到加热元件130上的连接端101之间。电池单元100的等效电路图在图2中在左边的部分中示出。所述等效电路对应于电池单元的在图1中所述的等效电路。
电池单元200在其单元外套/壳体的内部包括阳极和阴极，所述阳极和阴极在图3中详细示出。在单元外套的外表面上设置与在单元内部的阳极连接的阳极连接端A200和与在单元内部的阴极连接的阴极连接端K200。此外，电池单元200包括加热元件230和用于将电势施加到加热元件230上的连接端201。电池单元200此外包括可控制的开关240，所述开关设置在阳极连接端A200和用于将电势施加到加热元件240上的连接端201之间。加热元件240设置在阴极连接端K200和用于将电势施加到加热元件240上的连接端201之间。电池单元200的等效电路在图1中在左边的一半中示出。
可加热的电池可以此外例如在图2中示出的那样具有另一个电池单元300。所述另一个电池单元300在其单元外套/壳体的内部包括阳极和阴极，所述阳极和阴极例如在图3中详细示出。在其单元外套的外表面上，所述另一个电池单元300包括与在单元内部的阳极连接的阳极连接端A300和与在电池单元300内部的阴极连接的阴极连接端K300。此外，所述电池单元300包括加热元件330和用于将电势施加到加热元件330上的连接端301。电池单元300的等效电路图在图2中在左边的部分中示出。
为了由所述三个电池单元100、200和300构造电池配置，电池单元200的阳极连接端A200与电池单元100的阴极连接端K100连接。电池单元300的阳极连接端A300与电池单元200的阴极连接端K200连接。为此可以在阳极和阴极连接端之间设置桥接元件500。
各个电池单元100、200和300的等效电路如在图1中示出的那样实施。这些电池单元分别具有电源U和内阻Rj，其设置在相应的阳极连接端和相应的阴极连接端之间。加热元件130通过加热电阻Rh表征。
在可加热的电池的在图1中示出的实施形式中，各个电池单元能够单独地加热。为此相应的电池单元100、200和300的相应的可控制的开关140、240或340切换到导电状态中。各个电池单元的可控制的开关例如可以构成为MOSFET开关141、241、341或例如构成为用于控制电流的继电器142、242、342。相应的电池单元的相应的阳极连接端、阴极连接端、用于将电势施加到加热元件上的连接端以及可控制的开关可以设置在相应的电池单元100、200和300的单元外套/壳体150、250、350的外表面上。
图3示出可加热的电池1的另一种实施形式，其例如具有四个电池单元100、200、300和400。电池单元100在其单元外套/壳体150的内部包括阳极110和阴极120。此外，电池单元100包括与阳极110连接的阳极连接端A100和与阴极120连接的阴极连接端K100。此外电池单元100包括加热元件130以及用于将第一电势施加到加热元件130上的第一连接端101和用于将第二电势施加到加热元件130上的第二连接端102。阳极连接端A100、阴极连接端K100以及用于将电势施加到加热元件130上的第一和第二连接端101、102设置在电池单元100的单元外套/壳体150的外表面上。
电池单元200在其单元外套/壳体250的内部包括阳极210和阴极220。此外，电池单元200包括与阳极210连接的阳极连接端A200和与阴极220连接的阴极连接端K200。此外，电池单元200具有加热元件230以及用于将第一电势施加到加热元件230上的第一连接端201和用于将第二电势施加到加热元件230上的第二连接端202。
区别于电池单元100，电池单元200不具有可控制的开关。电池单元100和电池单元200这样相互接通，使得所述电池单元100的阴极连接端K100与另一个电池单元200的阳极连接端A100连接。电池单元100的第二连接端102与电池单元200的第一连接端201连接。为此例如可以将桥接元件500设置在电池单元100的第二连接端102和电池单元200的第一连接端201之间。
电池单元300在其单元外套350的内部包括阳极310以及阴极320。此外电池单元300包括与阳极310连接的阳极连接端A300和与阴极320连接的阴极连接端K300。电池单元300具有加热元件330和用于将第一电势施加到加热元件330上的第一连接端301以及用于将第二电势施加到加热元件330上的第二连接端302。
如电池单元200，电池单元300也不具有可控制的开关。电池单元300的阳极连接端A300与电池单元200的阴极连接端K200电连接。电池单元200的第二连接端202与电池单元300的第一连接端301连接。为此例如可以将桥接元件设置在电池单元200的第二连接端202与电池单元300的第一连接端301之间。阳极连接端A300、阴极连接端K300以及用于将相应的电势施加到加热元件330上的第一和第二连接端301、302设置在电池单元300的单元外套/壳体350的外表面上。
在图3中示出的实施例中，可加热的电池包括另一个电池单元400。所述电池单元400包括阳极410和阴极420，所述阳极和阴极设置在电池单元400的单元外套/壳体460的内部。此外，电池单元400包括与阳极410连接的阳极连接端A400和与阴极420连接的阴极连接端K400。此外，电池单元400包括加热元件430以及用于将第一电势施加到加热元件430上的第一连接端401和用于将第二电势施加到加热元件430上的第二连接端402。
电池单元300的阴极连接端K300与电池单元400的阳极连接端Α400导电连接。电池单元300的第二连接端302与电池单元400的第一连接端401连接。为此可以将桥接元件设置在电池单元300的第二连接端302和电池单元400的第一连接端401之间。此外电池单元400的第二连接端402与电池单元400的阴极连接端K400导电连接。由电池提供电压能够在阳极连接端A100和阴极连接端K400之间获取。
在图3中示出的实施形式中，可加热的电池具有仅一个可控制的开关130，所述开关在阳极连接端A100和用于将第一电势施加到加热元件130上的第一连接端101之间接通。借助该可控制的开关，可加热的电池的各电池单元的全部加热元件130、230、330、430能够同时激活，其方式为将可控制的开关130切换到导电状态中。在可控制的开关130的不导电状态中，不发生各个电池单元的加热。
图4示出可加热的电池1的另一种实施形式。出于简单性，示出仅一个电池单元100。在图4中示出的电池单元100在其电池壳体150的内部包括阳极110和阴极120。此外所述电池单元100包括与阳极110连接的阳极连接端A100和与阴极120连接的阴极连接端K100。此外，电池单元100具有加热元件130以及可控制的开关140，所述开关以一侧连接到阴极连接端K100上并且以另一侧与电池壳体/单元外套150电连接。
在图4中示出的实施形式中，用于将电压施加到加热元件上的连接端(高阻抗连接端)不构成为分开的连接端。代替之，电池单元的电池壳体/单元外套150作为用于将电势施加到加热元件130上的连接端起作用。可控制的开关140因此与电池壳体150导电连接。同样加热元件130在一侧上导电地与电池壳体/单元外套150导电连接。
在可加热的电池的在图2至4中示出的全部实施形式中，加热元件130构成为薄层电阻。所述薄层电阻可以构成为导电的材料幅，其设置在相应的电池单元的阳极或阴极的表面上。
图2至4示出加热元件130设置在电池单元100的阴极110上的实施形式。按照另一种实施形式，加热元件130也可以设置在阳极120上。在该情况中，可控制的开关140与不同于在图2至4中示出的阳极连接端和阴极连接端之中的另一个连接。
可加热的电池的在图2至4中示出的不同电路构思的特点在于减少的布线耗费以及对可控制的开关关于其载流能力的降低的要求。
附图标记列表
1 可加热的电池
100 电池单元
A100 阳极连接端
K100 阴极连接端
110 阳极
120 阴极
130 加热元件
140 可控制的开关
150 电池壳体
200 电池单元
A200 阳极连接端
K200 阴极连接端
210 阳极
220 阴极
230 加热元件
240 可控制的开关
250 电池壳体
300 电池单元
A300 阳极连接端
K300 阴极连接端
310 阳极
320 阴极
330 加热元件
340 可控制的开关
350 电池壳体
400 电池单元
A400 阳极连接端
K400 阴极连接端
410 阳极
420 阴极
430 加热元件
440 可控制的开关
450 电池壳体

Claims (6)

1.可加热的电池，包括：
-多个电池单元，
-所述电池单元分别具有阳极和阴极、与阳极连接的阳极连接端和与阴极连接的阴极连接端、加热元件、用于将第一电势施加到加热元件上的第一连接端和用于将第二电势施加到加热元件上的第二连接端，
-所述多个电池单元中的第一个电池单元具有可控制的开关，所述可控制的开关设置在所述第一个电池单元的用于将第一电势施加到加热元件上的第一连接端与所述第一个电池单元的阳极连接端之间，从而加热元件能与第一个电池单元的阳极连接端连接，
-所述多个电池单元中前一个电池单元的用于将第二电势施加到加热元件上的第二连接端与所述多个电池单元中后一个电池单元的用于将第一电势施加到加热元件上的第一连接端连接，
-所述多个电池单元中前一个电池单元的阴极连接端与所述多个电池单元中后一个电池单元的阳极连接端连接，
-其中，所述多个电池单元中最后一个电池单元的加热元件与该最后一个电池单元的阴极连接端连接，
其中，所述可加热的电池仅具有一个所述可控制的开关，借助该可控制的开关，可加热的电池中的各电池单元的全部加热元件能够同时激活。
2.按照权利要求1所述的可加热的电池，
其中，所述可控制的开关构成为MOSFET开关或用于控制电流的继电器。
3.按照权利要求1或2所述的可加热的电池，
其中，所述电池单元在电池单元的可控制的开关的导电状态中被加热。
4.按照权利要求1或2所述的可加热的电池，
其中，所述多个电池单元的阳极连接端、阴极连接端、用于将第一电势施加到加热元件上的第一连接端、用于将第二电势施加到加热元件上的第二连接端以及所述可控制的开关设置在所述多个电池单元的壳体的外表面上。
5.按照权利要求1或2所述的可加热的电池，
-其中，用于将第一电势施加到加热元件上的第一连接端和用于将第二电势施加到加热元件上的第二连接端构成为所述电池单元的壳体，
-其中，所述电池单元的加热元件和可控制的开关通过电池单元的壳体相互电连接。
6.按照权利要求1或2所述的可加热的电池，
其中，所述加热元件构成为薄层电阻，所述薄层电阻设置在所述电池单元的阳极或阴极的表面上。
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