用于電池電芯的安全元件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種原電池(10)，尤其是鋰離子-電池電芯(10)。所述原電池包括殼體(34)、負極-端子(12)、正極-端子(14)和分別配屬于所述端子的、用于接觸位于殼體(34)的內(nèi)部空間(30)中的電極集合(18)的集電器(20、22)。殼體(34)是不銹鋼殼體(34)，并且位于負電位(36)或中性電位上。
【專利說明】用于電池電芯的安全元件

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種原電池，尤其是鋰離子-電池電芯。

【背景技術】
[0002]鋰離子-電池電芯用作具有電驅(qū)動裝置的車輛的牽引用電池。多個鋰離子-電池電芯被連接成一個電池模塊。單個的鋰離子-電池電芯包括至少一個電極，所述電極能夠?qū)囯x子(Li+)存儲(嵌入)或釋放(脫嵌)。
[0003]DE 10 2008 063 136 Al公開一種用于在由于例如短路或過量充電的故障造成熱和/或電過載的情況下保護鋰離子-電池的方法和裝置。根據(jù)DE 10 2008 063 136 Al的解決方案可以應用在混合動力車輛或電動車輛中。電池電子器件在電流值、電壓、溫度和電芯內(nèi)部壓力方面監(jiān)測鋰離子-電池的運行狀態(tài)。當超過存儲的極限值時借助斷開裝置將鋰離子-電池與車輛的車載電網(wǎng)分開。斷開裝置布置在鋰離子-電池與車載電網(wǎng)之間，其中斷開裝置可以是繼電器、可逆的保險裝置或煙火方式的開關。斷開裝置集成在電流通路內(nèi)，其中在激活的情況下電流通路被中斷，進而電流流動被中斷。
[0004]DE 10 2010 049 611 Al公開一種用于車輛的電池模塊單元，其包括多個串聯(lián)連接的電池單電芯，當在規(guī)定的預定斷裂點處發(fā)生故障的情況下這些電池單電芯通過安全裝置被分隔成子模塊，其電網(wǎng)電壓低于臨界電壓。安全裝置包括多個相同的或不同類型地形成的、可以由控制單元激活的分離裝置，其中可以直接或間接地通過相關的變量，例如通過撞擊-或氣囊-傳感器探測至少一個單電芯的機械損傷。
[0005]DE 10 2010 036 379 Al涉及一種用于混合動力車輛或電動車輛的高壓電池，其包括彼此相連接的電池模塊，其中設置有分離裝置，所述分離裝置在正常運行狀態(tài)下布置在電連接的外部。由此沒有額外的電阻。由事故傳感器探測到的事故觸發(fā)分離裝置的激活。
[0006]在鋰離子-電池電芯技術范圍內(nèi)已經(jīng)證明，鋰離子-電池電芯或連接完畢的鋰離子-電池、在這里也稱為電池模塊的過量充電情況是非常危險的。如果在給鋰離子-電池電芯充電時超過最大允許電壓，會導致電芯的損傷直到導致也被稱作熱逸出(ThermalRunaway)的過程。在電池電芯的這種“失控(Durchgehen) ”的情況下可能導致電芯的開放，甚至可能發(fā)生電池電芯的爆裂直至爆炸。電池電芯的這種“失控”是與鋰離子-電池電芯相關的最有可能發(fā)生的事故。
[0007]由于電池的電池管理系統(tǒng)能夠識別出電壓降或發(fā)生的短路或者通過充電器的短路中止充電過程，因而可以通過安全裝置例如熔斷保險裝置停止過量充電過程。但是如果電流繼續(xù)流動，則存在過充電保護裝置(OSD)的膜片材料熔融的危險。在這種情況下電流重新流入電池電芯或形成一個新的原電池，與由鋁制成的電池電芯的殼體相對地包括當前的正極。這再次使得可能發(fā)生電壓電弧或電解，在電壓電弧或電解的過程中會在電池電芯的內(nèi)部出現(xiàn)枝晶生長。這根據(jù)電壓水平會直接導致產(chǎn)生電弧，還有可能會發(fā)生形成短路，再次開始反應和導致火災。很難在電極集合(Elektrodenensemble)的電極之間進行屏蔽，因為整個的電芯殼體作為一個電極作用。
[0008]即使在發(fā)生外部短路的情況下至今使用的熔斷保險裝置也會觸發(fā)并且將電極集合分隔開。在這里直接地形成一個新的原電池，即與由鋁制成的電池電芯的殼體相對地包括當前的正極?，F(xiàn)在那里具有其余的，可能還完好的電池電芯的電壓水平，這如上所述地導致產(chǎn)生相同的情況。將熔斷保險裝置集成在負的、通常由銅制造的集電器內(nèi)的試驗是失敗的。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]按照本發(fā)明提供一種原電池，特別是鋰離子-電池電芯，其包括殼體、負極-端子、正極-端子和分別配屬于所述端子的集電器，其設計成，殼體形成為不銹鋼殼體并且位于負電位或中性電位上。至今使用的硬盒-殼體是用鋁制造，其具有的電導率屬于36.59xl06S/m這一量級,而按照本發(fā)明所使用的不銹鋼殼體具有的電導率屬于1.4xl06S/m這一量級。此外，以不銹鋼制造的殼體一方面已經(jīng)經(jīng)過驗證可應用于鋰離子【技術領域】并且并不比用鋁制造的用于容納電池電芯的殼體貴。
[0010]在一個優(yōu)選實施方式中電池電芯的負極-端子和配屬于該端子的、在殼體的內(nèi)部將電極集合與負極-端子相連接的集電器或集流管是由銅(Cu)制造，而電池電芯的正極-端子和配屬于該端子的集電器或集流管是由鋁(Al)制造。
[0011]根據(jù)本發(fā)明提供的原電池在配屬于正極-端子且由鋁制造的集電器或集流管內(nèi)包含熔斷保險裝置。在發(fā)生短路的情況下熔斷保險裝置熔融，使得電極集合與正極-端子之間的電流流動中斷。可能的電弧或可能的枝晶生長只是在端子(在按照本發(fā)明的解決方案中是正極-端子)的并非位于不銹鋼殼體的電位上的上部直到熔斷保險裝置才可能出現(xiàn)。熔斷保險裝置的上部能夠通過使用塑料件進行屏蔽。在按照本發(fā)明提供的解決方案中殼體、尤其原電池的不銹鋼殼體是位于負電位或中性電位上，其中過充電保護裝置(0SD =Overcharge Safety Device構造成使集成在不銹鋼殼體內(nèi)的膜片同樣用不銹鋼材料或鎳制造。配置給與原電池的正極-端子相連接的集流管或集電器的熔斷保險裝置例如通過與電極集合接觸的集電器或集流管內(nèi)的橫截面縮減部來提供。橫截面縮減部可以是集電器材料內(nèi)的一個開口，所述開口尤其構造成縫形式。
[0012]在按照本發(fā)明的基本思路的一個優(yōu)選的實施方式變型方案中存在這樣一種可能性，即在原電池的不銹鋼制成的殼體內(nèi)將電池放置在中性電位上并且在每一個接線端子，即正極-端子和負極-端子處配置兩個膜片作為過充電保護裝置，所述膜片通過在殼體的內(nèi)部空間中出現(xiàn)的壓力發(fā)生變形。
[0013]本發(fā)明的優(yōu)點
[0014]按照本發(fā)明提供的用于原電池的殼體或集成在該殼體內(nèi)的過充電保護裝置的解決方案應追溯到不銹鋼殼體，其已經(jīng)在使用過程中得到驗證并且在費用方面并不比沿用至今的鋁質(zhì)殼體貴。在發(fā)生短路的情況下位于與原電池的正極-端子相連接的集電器內(nèi)的熔斷保險裝置熔融，使得正極-端子與電極集合之間的電流流動中斷?？赡艿碾娀』蚩赡艿闹L只在端子的上部直到熔斷保險裝置才會出現(xiàn)，其中熔斷保險裝置通過塑料件屏蔽。在這里尤其涉及集電器或集流管的位于熔斷保險裝置之前并且此外利用端子對外連接的區(qū)域。通過熔斷保險裝置的熔斷，集電器或集流管的與電極集合相連接的剩余部分不再與正極-端子連接，電連接中斷。
[0015]按照本發(fā)明集成在不銹鋼殼體內(nèi)的過充電保護裝置包括至少一個膜片，所述膜片可以由不銹鋼或鎳制造。所述的材料比過充電保護裝置的沿用至今的膜片材料具有更高的熔點。通常不銹鋼殼體與鋁構成的正極-端子是組合制造的，按照本發(fā)明提供的解決方案可以推遲枝晶生長。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]下面借助附圖對本發(fā)明進行詳細說明。
[0017]其中:
[0018]圖1示出了按照本發(fā)明提供的用于原電池的殼體的實施方式，
[0019]圖2示出了包含可變形膜片的過充電保護裝置的響應，以及
[0020]圖3示出了構造在集電器或集流管中的熔斷保險裝置的示意圖。

【具體實施方式】
[0021]圖1的示圖示出了按照本發(fā)明提供的原電池的第一實施方式變型方案，該原電池具有過充電保護裝置(Overcharge Safety Device = OSD)。
[0022]在圖1中示出了原電池10，該原電池優(yōu)選是鋰離子-電池電芯。在按照圖1的實施方式的變型方案中原電池的殼體形成為不銹鋼殼體34。按照圖1中的示圖的原電池10的不銹鋼殼體34位于負電位或中性電位上。原電池10的負極-端子12由銅制成。與負極-端子12不同，按照圖1中的示圖的原電池10的正極-端子14由鋁(Al)制造。不銹鋼殼體34在這里通過附圖標記36所示地位于負電位或中性電位上。此外，不銹鋼殼體34還包括開口 24，不銹鋼的膜片或鎳的膜片46嵌入所述開口內(nèi)。不銹鋼的膜片或鎳的膜片46通過在發(fā)生故障或事故時在不銹鋼殼體34的內(nèi)部空間30里面產(chǎn)生的過壓可以發(fā)生變形并且可以如在圖2中所示地向外拱起，使得用鋁制造的正極-端子14的突起28被接觸并在那里出現(xiàn)短路。
[0023]當發(fā)生短路時布置在由鋁構成的集電器或集流管20內(nèi)的熔斷保險裝置32熔化，原電池10的電極集合18通過所述集電器或集流管與正極-端子14連接。在熔斷保險裝置32熔化的情況下向原電池10內(nèi)的電流流動中斷，因為從現(xiàn)在起熔斷保險裝置32后面的電極集合18相對于不銹鋼殼體34絕緣。在短路的情況下調(diào)整短路電流通路，所述通路從負極-端子12經(jīng)不銹鋼殼體34的蓋部、集成在殼體內(nèi)的向外拱起的不銹鋼的膜片或鎳的膜片46朝著正極-端子14延伸。例如用塑料材料制成的屏蔽部44位于熔斷保險裝置32之上(參照圖3所示)。
[0024]如果在例如通過有缺陷的充電器或類似的裝置給原電池10充電時發(fā)生過量充電，在不銹鋼殼體34的內(nèi)部空間30中產(chǎn)生過壓，所述過壓使過充電保護裝置26的不銹鋼的膜片/鎳的膜片46向外拱起，使得砧狀的凸起、在由鋁制成的正極-端子14上形成的突起28被接觸并發(fā)生短路。
[0025]參照圖3的示圖，熔斷保險裝置32優(yōu)選形成為橫截面縮減部38。熔斷保險裝置32優(yōu)選集成在與正極-端子14連接的并且由鋁制成的集電器或集流管20內(nèi)。鋁材料在這方面具有的優(yōu)點是，鋁會在相對較低的溫度條件下熔化，但是通過氧化層不會發(fā)生熔化材料的滴落并且尤其是這種材料不發(fā)熱。避免發(fā)熱會大幅降低了點燃存在于電極集合18內(nèi)的電解質(zhì)的危險。
[0026]因為在按照本發(fā)明提供的解決方案中(參照根據(jù)圖1和圖2的示圖)使用不銹鋼的膜片或鎳的膜片46作為過充電保護裝置26的一部分，并且其具有相當高的熔點，因此會大幅降低不銹鋼的膜片46或鎳的膜片46熔融的危險，使得能夠阻止電流重新流入原電池10內(nèi)或形成一種新的、包括當前的陽極和殼體34的原電池。通過按照本發(fā)明提供的措施可以避免，在不銹鋼殼體34的內(nèi)部空間30中發(fā)生電壓電弧，此外還能有效地阻止伴隨著在不銹鋼殼體34的內(nèi)部空間30中枝晶生長的電解的發(fā)生。
[0027]圖3所示為構造在正極集電器中的熔斷保險裝置的示意圖。
[0028]正極集電器20與正極-端子14連接。由正極-端子14與正極集電器20組成的結構優(yōu)選形成為一體并且由鋁制成。在按照圖3的實施方式變型方案中熔斷保險裝置32構造為長形縫42形式的材料縮減部38。替代縫形式42，作為材料縮減部38的開口 40的其它幾何形狀當然也是可行的。
[0029]至今使用的不是由鎳或不銹鋼制造的、而是例如由鋁制造的膜片46在出現(xiàn)高的短路電流的時候可能會熔化。在按照本發(fā)明提供的實施方式中使用不銹鋼的膜片46或鎳的膜片46，所述不銹鋼的膜片或鎳的膜片不必強制性地具有與不銹鋼殼體34相同的金屬合金，所述金屬合金提高了電阻并且因此允許極小的電流流動以及具有較高的熔點。通過所述的參數(shù)按照本發(fā)明提供的、尤其是構造成鋰離子-電池的原電池10的可靠性得以大幅改善。此外對于至今使用的、由鋁制造的膜片46所存在的問題是，在出現(xiàn)潮濕的情況下這種膜片會從外部腐蝕或氧化。通過按照本發(fā)明提供的材料選擇同樣可以防止出現(xiàn)這種磨損現(xiàn)象。
[0030]此外，從圖3的示圖中可以看出，構造成長形縫42的熔斷保險裝置32被一個由塑料材料制成的屏蔽部44蓋住。
【權利要求】
1.原電池，尤其是鋰離子-電池電芯(10)，其包括殼體(34)、負極-端子(12)、正極-端子(14)和分別配屬于所述端子的集電器(20、22)，其特征在于，所述殼體(34)是不銹鋼殼體(34)，并且位于負電位(36)或中性電位上。
2.根據(jù)權利要求1所述的原電池，其特征在于，所述負極-端子(12)和配屬于該端子的集電器(22)由銅制造。
3.根據(jù)權利要求1所述的原電池，其特征在于，所述正極-端子(14)和配屬于該端子的集電器(20)由招制造。
4.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的原電池，其特征在于，在配屬于所述正極-端子(14)的集電器(20)內(nèi)設置有熔斷保險裝置(32)。
5.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的原電池，其特征在于，所述不銹鋼殼體(34)具有開口(24)，能變形的膜片(46)位于所述開口內(nèi)。
6.根據(jù)權利要求5所述的原電池，其特征在于，所述能變形的膜片(46)由不銹鋼或鎳制造。
7.根據(jù)權利要求5或6所述的原電池，其特征在于，所述膜片(46)是過充電保護裝置(26)的一部分。
8.根據(jù)權利要求4至7中任一項所述的原電池，其特征在于，所述熔斷保險裝置(32)由在所述集電器(20)內(nèi)的開口(40)形式的橫截面縮減部(38)構成，所述集電器與所述原電池(10)的所述正極-端子(14)連接。
9.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的原電池，其特征在于，所述開口(40)為長形縫(42)。
10.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的原電池，其特征在于，在所述不銹鋼殼體(34)內(nèi)的負極-端子(12)和正極-端子(14)都分別配置有能變形的不銹鋼的膜片/鎳的膜片(46)，并且每個端子(12、14)都配置有過充電保護裝置(26)。
【文檔編號】H01M2/34GK104051702SQ201410233835
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年3月11日 優(yōu)先權日:2013年3月13日
【發(fā)明者】M·科爾貝格爾 申請人:羅伯特·博世有限公司, 三星Sdi株式會社