CN112262497A - 用机械电流中断器的具有软包电池单体的电池组的保险装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种蓄电池组，所述蓄电池组具有至少一个软包电池单体，其中，所述蓄电池组具有至少一个电流中断器，所述至少一个电流中断器被构造用于至少暂时中断从软包电池单体中和/或从蓄电池组中的电流引取，其中，电流中断器通过所述至少一个软包电池单体的膨胀来触发。

Description

用机械电流中断器的具有软包电池单体的电池组的保险装置
技术领域
本发明涉及一种具有至少一个软包电池单体的蓄电池组。
背景技术
蓄电池组以及软包电池单体原则上从现有技术中是已知的。所谓的鼓胀、也称为延展或膨胀的现象同样从现有技术中已知。这是有问题的，因为其可能导致软包电池单体的外壳爆裂开。
发明内容
本发明的目的是提供一种蓄电池组，所述蓄电池组为提高操作安全性提供了基础。
本发明凭通过如下方式实现：蓄电池组具有至少一个电流中断器，所述至少一个电流中断器被构造用于至少暂时中断从软包电池单体和/或从蓄电池组中的电流引取，其中，所述电流中断器通过所述至少一个软包电池单体的膨胀来触发。
本发明包括以下知识：在现有技术的用于电动手持式工具机的蓄电池组方面目前使用相同的、限定几何形状的圆柱形锂离子电池单体。为了能够满足蓄电池运行的手持式动力工具的增加的性能要求，必须增加蓄电池组的放电电流或电压。蓄电池组电压的增加导致许可过程的增加的耗费(例如，一旦超过保护性超低电压)；为了增加放电电流，必须并联额外的圆柱形电池单体，由此增加了蓄电池组的尺寸和重量。为了使高性能的蓄电池组轻便且紧凑，可以使用锂离子软包电池单体来代替圆柱形电池单体。这在本发明的蓄电池组中尤其是如此。软包电池单体由于其内部设计而施加明显较低的内阻，由此可以实现较高的放电电流，而不会使蓄电池组过热。同时，锂离子软包电池单体可以制造成具有灵活的几何形状，由此，蓄电池组可以以轻且紧凑的方式被构造。
通过根据本发明提供的电流中断器，基于软包电池单体的蓄电池组可以是特别运行可靠的。
即已认识，锂离子软包电池单体(与现有技术的圆柱形电池电池单体相比)在本质上并不是安全的。如果软包电池单体内部的压力上升(例如，由于过热、短路或由于老化)，电池单体就会膨胀(也称为鼓胀)并且可能以不受控的方式爆裂。由此产生对于使用者的增加了的安全风险，因为由于不受控地爆裂而逸出的电解液可能由于与点火源(例如，热电池单体连接器)接触而引起火灾。此外，由于膨胀产生的机械力可能机械地损坏或破坏电池组的外壳，由此，使得电池组的存在电压的区域是自由可接近的。爆裂之后，软包电池单体继续工作，并且因此可能发生热逃逸。根据本发明的蓄电池组防止了这些缺点。
在特别优选的构造形式中，电流中断器是电流回路的一部分。优选地，该电流中断器是电流回路的一部分，该软包电池单体本身被电联接在该电流回路中。该软包电池单体可以被串联地联接到电流回路中。串联连接的多个软包电池单体或多个彼此并联连接的软包电池单体可以联接到电流回路中。
已经证明有利的是，电流回路至少局部地围绕或界定一个软包电池单体或多个软包电池单体。例如，电流回路可以因此被布置成以环形方式围绕软包电池单体和/或软包电池单体堆叠(Stack)。
在特别优选的构造形式中，电流中断器被构造为可断开的预定断裂点。优选地，这种预定断裂点是能够不可逆地断开的。如果被构造为预定断裂点的电流中断器是电流回路的一部分，则其优选地这样地布置，使得一个软包电池单体和/或多个软包电池单体的膨胀导致切断电流回路或切断电流回路中包含预定断裂点的电力线路。通过中断电流回路，软包电池单体的进一步膨胀或鼓胀得以阻止。电流回路和/或预定断裂点的断开是由膨胀力引起的，该膨胀力是在鼓胀的过程中体积增大时产生的。
在另一个优选的构造形式中，该电流中断器被构造为优选地能够可逆地被操纵的机械开关或按键。优选地，机械地、特别是纯机械地进行中断。开关或按键这样布置，使得一个软包电池单体和/或多个软包电池单体的体积增加触发开关或按键，并且因此中断电流回路。因此，防止了从软包电池单体和/或从蓄电池组中的电流引取。此外，防止了软包电池单体的进一步膨胀。开关或按键可以这样地设置，使得电池单体的体积减小(再生)使得电流回路闭合，由此，蓄电池组再次准备好用于电流引取。
在同样优选的构造形式中，电流中断器被构造为不可逆地断开的熔断器。该熔断器优选地这样地布置，使得该熔断器由于开始的鼓起而首先经历横截面变细，由此，该熔断器在相对较低的电流下就已经被触发。如果软包电池单体继续延展，则熔断器将断裂并且电流回路将因此被中断。因此，电流中断器作为熔断器的构造是用于蓄电池组的双级或两级电流引取保险装置。在第一阶段(略微鼓起的软包电池单体)，该熔断器因此以其经典的功能起作用。仅在软包电池单体继续膨胀时发生机械断裂，这又同样导致电流中断。
已经证明有利的是，蓄电池组具有多个堆叠的软包电池单体。这些软包电池单体中的每个软包电池单体可以具有至少一个优选的金属接触面，所述软包电池单体经由所述接触面与相应相邻的软包电池单体电连接。软包电池单体可以具有两个优选金属的接触面。特别优选的是，为每个软包电池单体提供恰好两个、优选金属的接触面。多个堆叠的软包电池单体可以彼此串联和/或并联地连接。
已经证明有利的是，电流中断器由相邻的接触面的配对定义，所述相邻的接触面的配对与其他接触表面配对相比具有较小的接触表面。在一个或多个软包电池单体的膨胀过程中产生的力导致这一相邻的接触面的配对中断，这一相邻的接触面的配对与其他接触表面配对相比具有较小的接触表面。换言之，与具有相对较大的接触面的配对相比，这种相对较小的接触表面仅经受较小的分开力，通过相对较大的接触面可以承受更多的力。通过使相邻的接触面分开，包括这些接触面在内的电流回路被中断，由此，从软包电池单体和/或蓄电池组中的电流引取在这种情况下被不可逆地中断。
电流中断器可以由相邻的接触面的配对定义，该相邻的接触面的配对与其他接触面配对相比通过具有较小接触力的连接而彼此电连接和/或机械连接。在这种情况下，一个软包电池单体和/或多个软包电池单体的延展引起相邻接触面之间接触的中断，由此，从软包电池单体和/或蓄电池组中的电流引取被中断。由于两个相邻接触面之间较小的接触力而引起的中断优选地是可逆的，也就是说，可以通过电池单体的自我再生(体积减小)来恢复两个相邻接触面之间的这种接触并且可以因此闭合电流回路。
本发明同样通过具有上述类型的蓄电池组的电动手持式工具机来实现。包括手持式动力工具的系统的蓄电池组以及蓄电池组可以参考上述特征有利地被进一步改进。
其他优点将从以下对附图的描述中得出。在附图中，示出了本发明的多个不同的实施例。附图、说明书、以及权利要求书包含多个组合的特征。本领域技术人员适宜地还将单独地考虑这些特征和将它们组合成有意义的其他组合。
附图说明
在附图中，相同和相似的部件由相同的附图标记表示。在此，示出：
图1示出了根据本发明的具有电流中断器的蓄电池组的第一优选实施例；
图2示出了根据本发明的具有电流中断器的蓄电池组的第二优选实施例；
图3示出了根据本发明的具有电流中断器的蓄电池组的第三优选实施例；
图4示出了根据本发明的具有电流中断器的蓄电池组的第四优选实施例；以及
图5示出了根据本发明的具有电流中断器的蓄电池组的第五优选实施例。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的蓄电池组100的第一优选实施例。在当前示出的实施例中，蓄电池组100具有堆叠的六个相同的软包电池单体10。在图1A中，示出了处于新状态(也就是说处于未延展状态)的软包电池单体10。图1B还示出了具有老化的、膨胀的电池单体10’的蓄电池组100。如通过一起观看图1A和图1B可以得出，新的蓄电池组的堆叠高度a小于图1B中老化的蓄电池组100’的堆叠高度b。
应当注意到的是，在图1至图5的所有附图中，新的蓄电池组分别用附图标记100表示，而老化的蓄电池组分别用附图标记100’表示，其中，AR表示膨胀方向。类似地，图1至图5中的附图标记10表示新的、未膨胀的软包电池单体。老化的、膨胀的软包电池单体分别用附图标记10’表示。
根据本发明，蓄电池组100具有电流中断器20，该电流中断器被构造用于至少暂时中断从蓄电池组100中的电流引取。电流中断器20通过软包电池单体10的膨胀被触发。在图1的实施例中，电流中断器20是电流回路30的一部分，该电流回路以环形方式围绕图1中示出的软包电池单体10的堆叠。在图1的实施例中，电流中断器20被构造为在如下线路中的能够不可逆地断开的预定断裂点21，所述线路是电流回路30的一部分。预定断裂点21示例性地在图1A中用点表示、并且在图1A中是完好的，也就是说电流回路30被电闭合且机械地闭合。
通过使软包电池单体10’的膨胀(如图1B中所示)，被构造为预定断裂点21的电流中断器20断开，这导致电流回路30的断开。在这种情况下，不可逆地中断了从蓄电池组100中的电流引取。
应当注意到的是，电流回路30在图1中仅示意性地示出，也就是说，未明确示出将软包电池单体10电联接到电流回路30中。蓄电池组的电接触部(在此未示出)优选地是电流回路30的一部分，该电接触部与电动手持式工具机形成接口。
图2示出了根据本发明的蓄电池组100的第二优选实施例。在此处示出的实施例中，电流中断器被构造为能够可逆被操纵的机械开关。该机械开关被串联地联接到电流回路30中。在此无法看出，软包电池单体10也被电联接到电流回路30中。图2A示出了处于闭合状态的机械开关22，也就是说，可以实现从蓄电池组100或从软包电池单体10中的电流引取。
如从图2B可以得出，软包电池单体10’现在被示出为老化的或膨胀的。由于开关22现在处于断开位置，因此电流回路30被中断，在所述电流回路的线路中联接有被设置为机械开关22的电流中断器。
图3示出了第三优选实施例。图左侧的粗箭头指示了老化过程T，其中，箭头的方向表示软包电池单体10的越来越老化或越来越膨胀。
如从图3A可以看到的，被构造为熔断器23的电流中断器20被联接到蓄电池组100的电流回路30中。
在图3B’中，软包电池单体10’稍微鼓起。也就是说，图3B’中电池单体堆叠的高度b大于图3A中由新的软包电池单体10组成的堆叠的堆叠高度a。
如从图3B’可以得出，熔断器23首先经历了横截面变细Q。与图3A所示的状态相比，通过这种横截面变细Q，所述熔断器将在较小的电流情况下被触发，也就是说，被熔断。就此而言，横截面变细Q的熔断器23已经表示了电流中断机构20，因为该电流中断机构是通过软包电池单体10的膨胀来触发。
当软包电池单体10’进一步膨胀(如图3B所示)时，熔断器23机械地断开，由此，电流回路30被中断。图3B中示出的中断是不可逆的。在膨胀方向AR上，软包电池单体10’的堆叠高度c大于图3B’中的电池单体堆叠的高度b。
图4示出了根据本发明的蓄电池组100的第四优选实施例。图4的蓄电池组100具有多个堆叠的软包电池单体10、11、12、13、14。在这种情况下，每个软包电池单体具有至少一个例如金属接触面，该金属接触面从相应的软包电池单体沿侧向方向突出。例如，软包电池单体12因此具有第一接触面12a和第二接触面12b。软包电池单体11具有第一接触面11a和第二接触面12b。相邻软包电池单体11和12这样地连接，使得软包电池单体12的第二接触凸片12b与软包电池单体11的第一接触凸片11a电连接且机械连接。同样地，软包电池单体12经由其第一接触表面12a与软包电池单体13的第二接触表面13b电连接且机械连接。
如从图4可以得出，与其他接触面配对、例如13a、14b或12b、11a相比，相邻的接触面配对12a、13b具有更小的接触表面。电池单体11’、12’、13’、14’的膨胀过程中引起的力导致彼此间接触表面相对较小的同一接触配对12a、13b分开，因为所述同一接触配对能够承受的力比相邻的接触配对能够承受的力更小。如从图4A和图4B可以得出，相邻的接触凸片12a和13b相应定义了电流中断器20，该电流中断器是电流回路30的一部分。
与图4的、由具有最小共同接触表面的相邻接触面配对定义了电流中断器的实施例相比，在图5的实施例中，所述电流中断器由相邻的接触面配对12a、13b来定义，该接触面配对与其他接触面配对13a、14b和12b、11a相比通过具有较小接触力的连接而彼此电连接和/或机械连接。软包电池单体11’、12’、13’、14’的膨胀(参见图5B)首先使得相邻的接触面12a、13b分开，这些接触面的特征为相对于彼此的接触力最小。还在此实施例中，电流回路30通过由接触面12a、13b定义的电流中断器20断开，由此中断从蓄电池组100中的电流引取。
附图标记列表
10、11、12、13、14 软包电池单体(新的)
10’、11’、12’、13’、14’ (膨胀的)软包电池单体
11a、11b；12a、12b；13a、13b；14a、14b 接触面
20 电流中断器
21 预定断裂点
22 开关
23 熔断器
30 电流回路
100 蓄电池组
AR 膨胀方向
Q 横截面变细
T 老化

Claims (11)

1.一种蓄电池组(100)，所述蓄电池组具有至少一个软包电池单体(10)，其特征在于，所述蓄电池组(100)具有至少一个电流中断器(20)，所述至少一个电流中断器被构造用于至少暂时中断从软包电池单体(10)中和/或从蓄电池组(100)中的电流引取，其中，电流中断器(20)通过软包电池单体(10)的膨胀来触发。
2.如权利要求1所述的蓄电池组(100)，其特征在于，所述电流中断器(20)是电流回路(30)的一部分，软包电池单体(10)本身电联接到所述电流回路中、优选地串联地电联接到所述电流回路中。
3.如权利要求2所述的蓄电池组(100)，其特征在于，所述电流回路(30)至少局部地围绕或界定所述软包电池单体(10)。
4.如权利要求1至3之一所述的蓄电池组(100)，其特征在于，所述电流中断器(20)被构造为优选地能够可逆地断开的预定断裂点(21)。
5.如权利要求1至3之一所述的蓄电池组(100)，其特征在于，所述电流中断器(20)被构造为优选地能够可逆地被操纵的机械开关(22)或按键。
6.如权利要求1至3之一所述的蓄电池组(100)，其特征在于，所述电流中断器(20)被构造为不可逆地断开的熔断器(23)。
7.如权利要求6所述的蓄电池组(100)，其特征在于，所述熔断器(23)布置成，使得所述熔断器由于开始的鼓起而首先经历横截面变细(Q)，由此，所述熔断器(23)在相对较低的电流情况下就已经被触发。
8.如前述权利要求之一所述的蓄电池组(100)，其特征在于，所述蓄电池组(100)具有多个堆叠的软包电池单体(11，12，13，14)，其中，这些软包电池单体中的每个软包电池单体具有至少一个优选金属的接触面(11a，11b；12a，12b；13a，13b；14a，14b)，所述软包电池单体经由所述接触面而与相应相邻的软包电池单体电连接。
9.如权利要求9所述的蓄电池组(100)，其特征在于，所述电流中断器(20)由相邻的接触面配对(12a，13b)定义，所述相邻的接触面配对与其他接触面配对(13a，14b；12b，11a)相比具有较小的接触表面。
10.如权利要求9所述的蓄电池组(100)，其特征在于，所述电流中断器(20)由所述相邻的接触面配对(12a，13b)定义，所述相邻接触面配对与其他接触面配对(13a，14b；12b，11a)相比通过接触力较小的连接部而彼此电连接。
11.一种电动手持式工具机，所述电动手持式工具机具有如前述权利要求之一所述的蓄电池组(100)。
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