CN115136383A - 软包电芯组件 - Google Patents

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Abstract

一种具有至少一个软包电芯的软包电芯组件，软包电芯组件具有至少一个压敏感测膜、特别是压敏导电膜(压敏导电片)，该压敏感测膜围绕或界定软包电芯的至少某些部分，其方式为使得软包电芯的膨胀具有压缩感测膜并且由此改变感测膜的电阻的效果。

Description

软包电芯组件
技术领域
本发明涉及一种具有至少一个软包电芯的软包电芯组件。
背景技术
软包电芯组件和软包电芯原则上从现有技术中是已知的。不期望的所谓的溶胀(也称为扩张或膨胀)的现象同样从现有技术中是已知的。气体典型地是在锂离子电芯操作期间产生的。在没有硬外壳的电芯形式(例如软包电芯)的情况下，这可能具有失去初始存在的大气压力以及损坏电芯的性能的影响。如果产生太多的气体，电芯的内部压力可能高至使软包电芯的外壳爆裂。
发明内容
本发明的目的是提供一种软包电芯组件，该软包电芯组件为提高操作安全性提供了基础。
该目的通过具有至少一个压敏感测膜、特别是压敏导电膜(压敏导电片)的软包电芯组件实现，该压敏感测膜围绕或界定软包电芯的至少某些部分，其方式为使得软包电芯的膨胀具有压缩感测膜并且由此改变感测膜的电阻的效果。
根据本发明提供的细丝为有效的检测或监测系统创造了基础，借助于该有效的检测或监测系统可以确定软包电芯组件和/或可充电电池组中的一个或多个软包电芯的溶胀。这允许通过早期检测来阻止电芯的爆裂。
本发明包括以下发现：检测的传统可能性(例如离散的压力传感器)因为它们太昂贵而不可行。根据本发明，使用简单且相对低成本的压敏感测膜、特别是压敏导电膜(压敏导电片)。一个或多个软包电芯的溶胀可以优选地通过在压力增大时感测膜的电阻的变化来检测。
在特别优选的配置中，感测膜被设置为涂有碳黑的聚合物膜。聚合物膜优选地是聚乙烯、聚丙烯或聚甲基戊烯膜。在特别优选的配置中，感测膜的薄层电阻小于4x10E5Ohm/sq，优选地小于1x10E5 Ohm/sq。在特别优选的配置中，感测膜的薄层电阻在1x10E3Ohm/sq与1x10E5 Ohm/sq之间。特别优选地，感测膜在压缩状态下比在非压缩状态下具有更低的薄层电阻。
已经发现有利的是，软包电芯组件具有刚性成型框架。感测膜优选地一方面支撑在框架上，并且另一方面支撑在软包电芯上。刚性成型框架有利地形成“对压止挡件(counter stop)”，使得从溶胀软包电芯引入感测膜的任何压力被增强。
在特别优选的配置中，软包电芯组件具有压力均衡元件，该压力均衡元件以夹层式方式至少布置在软包电芯与感测膜之间。替代性地或附加地，感测膜可以嵌入压力均衡元件中。替代性地或附加地，压力均衡元件可以定位在框架与感测膜之间。已经发现有利的是，压力均衡元件被设置为压力均衡膜。压力均衡元件可以有利地具有防止软包电芯上的均匀不压力并且因此减轻电芯的加速老化的效果。
在特别优选的配置中，设置有多个感测膜。这些感测膜优选地布置在软包电芯的不同位置，以便获得关于软包电芯的电芯表面上的压力分布的附加信息。
在特别优选的配置中，感测膜是软包电芯组件的铝复合膜的一部分。换句话说，感测膜可以集成在“传统的”铝复合膜(例如聚酰胺/铝/聚丙烯)中。有利地，感测膜因此可以在电芯组装(铝复合膜的热成型和焊接)期间协同结合，特别是作为铝复合膜本身的一部分。已经发现有利的是，软包电芯焊接到铝复合膜中。
在特别优选的配置中，软包电芯组件分配有感测电路，借助于该感测电路可以检测感测膜的压缩。感测电路优选地被设计成电评估感测膜的电阻(优选地薄层电阻)的变化，感测膜在压缩状态下(溶胀的软包电芯)比在非压缩状态下(新状态下的软包电芯)具有更低的薄层电阻。感测电路可以被设计成连续地或仅以一定的间隔(操作期间、静止时、充电期间等)监测软包电芯的电阻的变化。软包电芯组件可以包围感测电路。
在另一特别优选的配置中，软包电芯组件分配有控制电路，如果感测电路已经检测到感测膜的压缩，则该控制电路中断或减少从软包电芯组件或软包电芯汲取电流。软包电芯组件可以包围控制电路。
感测电路和/或控制电路可以是手持式电动动力工具的电池管理系统(BMS)的一部分。已经发现有利的是，感测电路将任何测量数据(例如感测膜的薄层电阻)以随时间平均或过滤的形式传输到控制电路，使得例如可以防止软包电芯组件的无意关闭(例如由于软包电芯由飞机运输一段时间而软包电芯仅溶胀一段时间)。
已经发现有利的是，软包电芯组件具有多个软包电芯，该多个软包电芯优选地在各自情况下至少由其自己的感测膜围绕或界定。替代性地，软包电芯组件可以具有多个软包电芯，共用感测膜被分配给该多个软包电芯。感测膜可以布置在软包电芯之上和/或其之间。
软包电芯优选地是可充电锂离子电池。软包电芯可以包含一个或多个单独电芯。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于手持式电动动力工具的可充电电池组，可充电电池组配备有至少一个上述类型的软包电芯组件。
可以独立保护的主题是感测膜、特别是压敏导电膜(压敏导电片)作为软包电芯组件的软包膜的用途，感测膜优选地是铝复合膜的一部分。此可以独立保护的主题可以通过参考软包电芯组件以相应的方式描述的特征发展。
在以下附图说明中可以发现进一步的优点。在附图中展示了本发明的各种示例性实施例。
附图、说明书以及权利要求包含许多组合的特征。本领域技术人员还将方便地单独考虑这些特征并将它们进行组合以形成有用的进一步组合。
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。在附图中：
图1示出了根据本发明的软包电芯组件的第一优选示例性实施例；
图2示出了根据本发明的软包电芯组件的第二优选示例性实施例；
图3示出了根据本发明的软包电芯组件的第三优选示例性实施例；以及
图4示出了根据本发明的软包电芯组件的第四优选示例性实施例。
具体实施方式
图1展示了根据本发明的软包电芯组件100的第一优选示例性实施例。如在图1A)和图1B)中可以看到，软包电芯组件100具有多个软包电芯10、10‘、10“、10“‘。图1A)示出了处于正常状态的软包电芯10、10‘、10“、10“‘，即软包电芯没有膨胀，或者至多膨胀很小。图1B)另一方面示出了处于不期望的膨胀状态(相对于堆叠方向SR)的软包电芯10、10‘、10“、10“‘。软包软包电芯10、10‘、10“、10“‘在各自情况下具有多个单独电芯1，该多个单独电芯在此以夹层式方式堆叠。
举例来说，软包电芯组件100是手持式电动动力工具300的可充电电池组200的一部分，该手持式电动动力工具在图1C)中以简化形式示出。
根据本发明，软包电芯组件100具有至少一个压敏感测膜20，该压敏感测膜在此举例来说被设置为压敏导电膜(压敏导电片)。最上面的软包电芯10的至少某些部分由感测膜20界定，使得软包电芯10的膨胀具有沿堆叠方向SR压缩感测膜20的效果。软包电芯组件100具有刚性成型框架30，感测膜20一方面支撑在框架30上，另一方面支撑在最上面的软包电芯10上。最下面的软包电芯10“‘同样支撑在框架30上。刚性成型框架从而形成“对压止挡件”，使得从溶胀软包电芯10、10‘、10“、10“‘引入感测膜20的任何压力被增强。在本情况下，软包电芯组件100因此具有多个软包电芯10、10‘、10“、10“‘，共用感测膜20被分配给该多个软包电芯。
将压力引入感测膜20使得感测膜20的电阻改变。感测膜10在压缩状态下(图1B)比在非压缩状态下(图1A)具有更低的薄层电阻。非压缩状态Znk下的薄层电阻Wnk大于非压缩状态Zko下的薄层电阻Wko。
软包电芯组件100分配有感测电路40，借助于该感测电路可以检测感测膜20的压缩。在这种情况下，感测电路40被设计成电评估感测膜40的薄层电阻的变化，感测膜40在压缩状态下(图1B)比在非压缩状态下(图1A)具有更低的薄层电阻Wko。
软包电芯组件100还分配有控制电路50，如果感测电路40已经检测到感测膜20的压缩，则该控制电路中断或减少从软包电芯组件100或软包电芯10汲取电流。如果感测膜40的薄层电阻低于预定的阈值，则控制电路50被激活。
图2展示了根据本发明的软包电芯组件100的第二优选示例性实施例，该软包电芯组件具有感测膜20。软包电芯10的某些部分由感测膜20界定，使得软包电芯10的膨胀具有沿堆叠方向SR压缩感测膜20的效果。为了确保软包电芯10的表面OF上的压力均匀，设置有压力均衡元件70，该压力均衡元件以夹层式方式布置在软包电芯10与感测膜20之间，感测膜20还嵌入压力均衡元件70中。举例来说，压力均衡元件70被设置为压力均衡膜71。
同样在图2的示例性实施例的情况下，软包电芯组件100具有刚性成型框架30，感测膜20一方面支撑在框架30上(这是借助于压力均衡元件70间接支撑的)，并且另一方面支撑在软包电芯10上。
图3展示了根据本发明的软包电芯组件100的第三优选示例性实施例。在图3中，以平面视图展示了软包电芯10。如在图3中可以看到，在软包电芯10的表面OF上设置有不同大小和不同位置的多个感测膜20、20‘、20“、20“‘。这是为了获得关于软包电芯10的表面OF上的压力分布的详细信息。所有的感测膜20、20‘、20“、20“‘都电连接到感测电路40，借助于该感测电路可以检测感测膜20的压缩。被设计成电评估感测膜40的薄层电阻的变化的感测电路40进而连接到共用控制电路50，借助于该控制电路，可以在需要时停用软包电芯10。
图4展示了根据本发明的软包电芯组件100的第四优选示例性实施例，该软包电芯组件具有至少一个软包电芯10。软包电芯1就其本身而言具有多个单独电芯1，该多个单独电芯在此以夹层式方式堆叠。单独电芯1焊接到铝复合膜90(在图4中以虚线展示)中。同样设置有感测膜20，该感测膜举例来说被设置为压敏导电膜(压敏导电片)并且集成在铝复合膜90本身中。举例来说，在此，铝复合膜90是聚酰胺-铝-聚丙烯复合膜，聚丙烯层上涂有碳黑涂层，提供感测膜20的薄层电阻的压力依赖性效果。集成有感测膜20的铝复合膜90限定了共用软包膜95。借助于感测电路40检测感测膜20的薄层电阻。借助于控制电路50，可以产生期望的动作，例如减少从软包电芯组件100汲取电流。
从而图4示出了压敏导电膜(压敏导电片)形式的感测膜20作为软包电芯组件100的软包膜95的用途，感测膜20是铝复合膜90的一部分。
附图标记列表
1 单独电芯
10、10‘、10“、10“‘ 软包电芯
20、20‘、20“、20“‘ 感测膜
30 框架
40 感测电路
50 控制电路
70 压力均衡元件
71 压力均衡膜
90 铝复合膜
95 软包膜
100 软包电芯组件
200 可充电电池组
300 手持式电动动力工具
OF 表面
SR 堆叠方向
Wnk 非压缩状态下的薄层电阻
Wko 压缩状态下的薄层电阻
Znk 非压缩状态
Zko 压缩状态

Claims (11)

1.一种具有至少一个软包电芯(10)的软包电芯组件(100)，
其特征在于，该软包电芯组件(100)具有至少一个压敏感测膜(20)、特别是压敏导电膜(压敏导电片)，该压敏感测膜围绕或界定该软包电芯(10)的至少某些部分，其方式为使得该软包电芯(10)的膨胀具有压缩该感测膜(20)并且由此改变该感测膜(20)的电阻的效果。
2.如权利要求1所述的软包电芯组件(100)，
其特征在于，该软包电芯组件(100)具有刚性成型框架(30)，该感测膜(20)一方面支撑在该框架(30)上，并且另一方面支撑在该软包电芯(10)上。
3.如权利要求1或2所述的软包电芯组件(100)，
其特征在于，该软包电芯组件(100)具有压力均衡元件(70)，该压力均衡元件以夹层式方式至少布置在该软包电芯(10)与该感测膜(20)之间。
4.如前述权利要求之一所述的软包电芯组件(100)，
其特征在于，设置有多个感测膜(20，20‘，20“)。
5.如前述权利要求之一所述的软包电芯组件(100)，
其特征在于，该感测膜(20)是铝复合膜(90)的一部分，该软包电芯(10)焊接到该铝复合膜中。
6.如前述权利要求之一所述的软包电芯组件(100)，
其特征在于，该软包电芯组件(100)分配有感测电路(40)，借助于该感测电路能够检测该感测膜(20)的压缩，该软包电芯组件(100)优选地包围该感测电路(40)。
7.如前述权利要求之一所述的软包电芯组件(100)，
其特征在于，该软包电芯组件(100)分配有控制电路(50)，如果该感测电路(40)已经检测到该感测膜(20)的压缩，则该控制电路中断或减少从该软包电芯组件(100)或该软包电芯(10)汲取电流，该软包电芯组件(100)优选地包围该控制电路(50)。
8.如前述权利要求之一所述的软包电芯组件(100)，
其特征在于，该软包电芯组件(100)具有多个软包电芯(10，10‘，10“，10“‘)，该多个软包电芯在各自情况下由其自己的感测膜(20)围绕或界定。
9.如权利要求1至7之一所述的软包电芯组件(100)，
其特征在于，该软包电芯组件(100)具有多个软包电芯(10，10‘，10“，10“‘)，共用感测膜(20)被分配给该多个软包电芯。
10.一种手持式电动动力工具(300)的可充电电池组(200)，该可充电电池组具有至少一个如前述权利要求之一所述的软包电芯组件(100)。
11.感测膜(20)、特别是压敏导电膜(压敏导电片)作为软包电芯组件(100)的软包膜(95)的用途，该感测膜(20)优选地是铝复合膜(90)的一部分。
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