專利名稱：電化學(xué)蓄電池和具有電化學(xué)蓄電池的交通工具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有權(quán)利要求1前序部分特征的電化學(xué)蓄電池。本發(fā)明還涉及 一種具有電化學(xué)蓄電池的交通工具。
背景技術(shù)：
強(qiáng)力的、在原電池單元中具有高能量密度的蓄電池特別被用在混合動力交通工 具(例如具有蓄電池和燃料電池單元的交通工具)中和用在電動交通工具中。高能量密度導(dǎo)致高的放熱。為了保持并且在寬的運(yùn)行窗(該運(yùn)行窗例如通過外 界溫度給出)中確保蓄電池的功率能力，必須有效冷卻蓄電池。蓄電池有效的并且成本有利的冷卻通過空氣冷卻達(dá)到。為了空氣冷卻，在蓄 電池中在各個電池單元之間設(shè)有冷卻空氣通道，冷卻空氣借助風(fēng)扇通過這些冷卻通道導(dǎo) 向。已知供蓄電池的冷卻使用的冷卻空氣從空調(diào)乘客室中取出。特別是在年平均溫 度高的國家中使用外部空氣是無效益的。此外在使用外部空氣時需要過濾系統(tǒng)，以便在 冷卻空氣通過蓄電池之前使冷卻空氣除去雜質(zhì)(例如沙)。由此提高了冷卻系統(tǒng)的成本。強(qiáng)力的、具有高能量密度的蓄電池除了有效的冷卻之外還需要用于保護(hù)蓄電池 防止電池單元中氣體過壓的安全系統(tǒng)。電池單元中氣體過壓可以導(dǎo)致電池單元內(nèi)部突然 反應(yīng)并且導(dǎo)致電池單元點(diǎn)燃。由此可能危害人員和環(huán)境。作為防護(hù)電池單元中氣體過壓的安全系統(tǒng)，例如在電池單元壁中集成破裂口 (預(yù)定斷裂位置)。這些預(yù)定斷裂位置可以在與電池單元中的氣體過壓相聯(lián)系的破壞事件 (例如短路，過載，誤操作)時防止電池單元爆炸。這些電池單元在確定的條件下(在一 定的電池單元內(nèi)部氣體壓力下)打開，此時，在電池單元內(nèi)部產(chǎn)生的氣體過壓消除。通 過打開的預(yù)定斷裂位置泄漏的氣體在此通過冷卻空氣通道離開蓄電池。從電池單元中出 來的氣體對健康是有害的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)在于，提供一種高性能并且安全的電化學(xué)蓄電池，該蓄電池能夠 尤其適合用在混合動力交通工具和電動交通工具中。此外本發(fā)明的任務(wù)是，提供一種具 有強(qiáng)功率并且對于使用者安全的電化學(xué)蓄電池的交通工具。該任務(wù)通過具有權(quán)利要求1的特征的電化學(xué)蓄電池(下面簡稱為蓄電池)以及通 過具有要求9的特征的交通工具實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的蓄電池避免這樣的危險從電池單元出來的氣體通過冷卻空氣室到達(dá) 乘客室中并且對那里停留的人員產(chǎn)生危險，其方式在于，冷卻空氣室和排氣室相互氣密 地分開構(gòu)造并且冷卻空氣室和排氣室相互獨(dú)立地從殼體導(dǎo)出。通過給結(jié)構(gòu)設(shè)計可排除，氣體從電池單元到達(dá)冷卻循環(huán)中并從那里到達(dá)乘客室 中。
通過冷卻系統(tǒng)和排氣系統(tǒng)的嚴(yán)格空間分開避免在已知的空氣冷卻的蓄電池上必 要的、費(fèi)用高的閥機(jī)構(gòu)或者活門機(jī)構(gòu)，冷卻系統(tǒng)通過這些機(jī)構(gòu)與乘客室分開。此外，通 過省去閥機(jī)構(gòu)或者活門機(jī)構(gòu)提高了空氣冷卻的效率，因為通過閥機(jī)構(gòu)或者活門機(jī)構(gòu)冷卻 空氣對產(chǎn)生了阻力。此外，本發(fā)明的蓄電池避免了相對于排氣系統(tǒng)獨(dú)立的、具有自己的 熱交換器的冷卻系統(tǒng)，這些熱交換器將冷卻空氣的溫度調(diào)節(jié)到要求的輸入溫度。由于這 種獨(dú)立的冷卻系統(tǒng)的高生產(chǎn)成本，本發(fā)明的蓄電池是一種成本有利的方案。優(yōu)選本發(fā)明蓄電池中的電池單元圓柱形地構(gòu)造。符合目的地，為了電池單元的 圓柱形構(gòu)造，使用薄膜電極，這些薄膜電極被首先堆疊然后卷繞地置入到圓柱形的電池 單元中。這樣的結(jié)構(gòu)允許在小的空間中安置大的有源電極面，由此提高蓄電池的容量。在一實(shí)施方式中冷卻空氣室包括在電池單元外部在圓柱形電池單元的殼面上被 導(dǎo)向的通道。該實(shí)施方式允許冷卻系統(tǒng)和電池單元之間直接接觸，由此達(dá)到有效冷卻。 此外，可以圍繞每個單個電池單元延伸多個弓I導(dǎo)冷卻空氣的通道。在另一實(shí)施方式中排氣室包括圓柱形的室，這些圓柱形的室在電池單元外部安 置在電池單元的底面上或者頂面上。通過這樣的結(jié)構(gòu)可以在電池單元的底面或者頂面上 設(shè)置破裂口。此外，排氣室這樣設(shè)置使得在圓柱形構(gòu)造的電池單元中能夠簡單地將冷卻 室和排氣室相互分開。根據(jù)本發(fā)明規(guī)定，電池單元具有破裂口，通過這些破裂口使電池單元的內(nèi)腔與 排氣室這樣連接，以致氣體能夠從電池單元的內(nèi)腔泄出到排氣室中。這些破裂口用作過 壓閥并且將氣體從電池單元的內(nèi)腔有針對地引出到排氣室中。在特別的實(shí)施方式中這些破裂口以破裂薄膜封閉，這些破裂薄膜在電池單元內(nèi) 腔的確定過壓下允許從電池單元內(nèi)腔中的排氣。破裂薄膜可以這樣構(gòu)造，使得這些破裂 薄膜在一定的過壓下破裂。但也可以考慮，這些破裂薄膜起到過壓閥的作用，當(dāng)電池單 元內(nèi)腔中的壓力下降到低于預(yù)確定的值時，該過壓閥又自動關(guān)閉。在特別的實(shí)施方式中在殼體中設(shè)有支架，電池單元以組裝狀態(tài)固定在該支架 中。如果電池單元構(gòu)造為鋰離子電池單元，獲得非常高性能的蓄電池。根據(jù)本發(fā)明，提出一種交通工具，該交通工具裝備有本發(fā)明蓄電池。符合目的地，冷卻空氣從乘客室中借助風(fēng)扇被導(dǎo)入到蓄電池中。該風(fēng)扇可以這 樣設(shè)置在蓄電池和乘客室之間，使得來自乘客室的冷卻空氣被擠壓穿過蓄電池。但也可 以考慮，風(fēng)扇這樣設(shè)置在蓄電池后面，使得來自乘客室的冷卻空氣被從蓄電池中吸出。 “后面”意味著蓄電池設(shè)置在風(fēng)扇和乘客室之間。該風(fēng)扇產(chǎn)生穿過蓄電池而且也穿過
乘客室的抽吸，使得冷卻空氣被抽吸。如果本發(fā)明交通工具構(gòu)造成混合動力交通工具或者電動交通工具，該交通工具 是特別有利的，因為在這些交通工具上需要高性能的蓄電池。本發(fā)明的交通工具可以是 車輛、船舶或者飛機(jī)。


借助一個在附圖中示出的實(shí)施例詳細(xì)描述本發(fā)明。附圖示出
圖1和2具有多個原電池單元的模塊的兩個立體視圖，圖3、4和5圖1和2的模塊的一個原電池單元的三個立體視圖。
具體實(shí)施例方式在圖1中示出多個原電池單元2(下面簡稱為電池單元)的一個模塊。電池單元2是圓柱形卷繞的圓形電池單元。該卷繞組件包括一個正電極(沒有 示出)和一個負(fù)電極(沒有示出)，在正電極和負(fù)電極之間安置有隔離物以及不含水的電 解質(zhì)。當(dāng)前的電池單元2是鋰離子電池單元。電池單元2固定在支架3中。該支架3用塑料制成。支架3具有一單底板4和一雙底板5。單底板4和雙底板5通過連接條6這樣 相互連接，使得它們彼此隔開間距并且相互平行。在每兩個連接條6之間構(gòu)成一個通道 7。這些通道7形成本發(fā)明蓄電池的冷卻空氣室。用于冷卻電池單元2的冷卻空氣可以 通過這些通道7引導(dǎo)，例如借助風(fēng)扇。雙底板5包括兩個相互平行并間隔開地設(shè)置的板8件。在板件8之間安置有圓柱殼9，它們構(gòu)成圓柱形的室。對每個電池單元2設(shè)有一 個殼9。在雙底板5中設(shè)有用于輸入冷卻空氣的側(cè)面空氣進(jìn)口 10。模塊1的邊緣上的空氣進(jìn)口 10比不設(shè)置在該模塊的邊緣上的空氣進(jìn)口 10寬。在圖2中可看到單底板4中的出口縫隙11。通過空氣進(jìn)口 10進(jìn)入并且流過通道 7的冷卻氣體又通過這些出口縫隙11流出。每一個通道7各通到一個出口縫隙11中。 在當(dāng)前情況下圍繞每個電池單元分別設(shè)有具有六個出口縫隙11的6個通道7。出口縫隙 11圓柱形地圍繞電池單元2布置并且分別具有相同的長度。當(dāng)然出口縫隙11和通道7也 可以具有不同的長度。一方面通過連接條6使各個通道相互分開，另一方面這些連接條用于各個電池 單元2的固定。在圖3中放大地示出一個單個的電池單元2。該電池單元2具有正極12和負(fù)極13。該負(fù)極13與電池單元2的殼14電連接。 該正極12通過絕緣環(huán)15與殼14電絕緣。該正極12與電池單元2中的正電極電連接。支架3的圍繞圖3中示出的電池單元2延伸的部分為了視圖更明了只大致示出一 半；支架的從圖3看的前面部分被去掉。電池單元2在支架3中這樣固定在單底板4和雙底板5的、上面的板件8之間， 使得電池單元在垂直方向V上不能相對于支架3運(yùn)動。 在水平方向H上電池單元2被連接條6固定。通過箭頭16表示流入空氣進(jìn)口 7中的冷卻空氣。該冷卻空氣沿著通道7螺旋形 地流到出口縫隙11。在出口縫隙11處該冷卻空氣離開支架3;這通過箭頭17表示。在圖3中可看到圓柱殼9的大約一半。在圖4中可看到通過圓柱殼9，電池單元2的底部18以及下面的板件8與進(jìn) 口氣密地分開。該底部18構(gòu)造為破裂薄膜。一方面，該破裂薄膜起到排氣閥作用，如 果電池單元2中的氣體內(nèi)壓力提高到超過預(yù)確定的值。此外該破裂薄膜中斷設(shè)置在電池單元2中的負(fù)電極與殼14或者負(fù)極13之間的電傳導(dǎo)。在電池單元2和圓柱殼9之間設(shè)置有一個環(huán)形的密封件19，該密封件防止從電池 單元2出來的氣體20到達(dá)出口 10的區(qū)域中并且因此到達(dá)通道7的區(qū)域中。在圖5中以分解圖示出圖3和4中的電池單元2，以便表示清楚密封件19的布 置。電池單元2的構(gòu)造成破裂薄膜的底部18至殼14的邊緣的下方延伸一小段。由此使 密封件19貼靠在電池單元2上的貼靠區(qū)域變大，由此提高密封件的效果。密封件19的 直徑這樣適配底部18，使得密封件19配合精確地圍繞底部18貼靠。密封件19在圓柱殼9上的貼靠由此提高圓柱殼9的上邊緣具有一凹槽21，密 封件19配合精確地貼靠在該凹槽中(圖4)。
權(quán)利要求
1.電化學(xué)蓄電池，具有a)多個原電池單元(2)，b)一蓋，c)一以該蓋封閉的殼體，d)至少一個用于蓄電池(1)的電接觸的連接極，該連接極與一組原電池單元(2)電連接，e)處于該殼體中的電解質(zhì)，f)用于接收用于冷卻電池單元(2)的冷卻空氣的冷卻空氣室，g)用于接收在故障情況下從電池單元(2)中出來的氣體的排氣室， 其特征在于，h)該冷卻空氣室和該排氣室氣密地相互分開地構(gòu)造，并且i)該冷卻空氣室和該排氣室相互獨(dú)立地從殼體中導(dǎo)出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的電化學(xué)蓄電池，其特征在于，所述電池單元(2)圓柱形地構(gòu)造。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的電化學(xué)蓄電池，其特征在于，所述冷卻空氣室包括一些通道 (7)，這些通道在電池單元(2)的外部在電池單元(2)的殼(14)上被導(dǎo)向。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2的電化學(xué)蓄電池，其特征在于，所述排氣室包括一些圓柱形的 室，這些室在電池單元(2)的外部設(shè)置在電池單元(2)的底面或者頂面上。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的電化學(xué)蓄電池，其特征在于，所述電池單元(2)具有一些 破裂口，通過這些破裂口，電池單元(2)的內(nèi)腔與排氣室這樣連接，使得氣體能夠從電 池單元(2)的內(nèi)腔泄出到排氣室中。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的電化學(xué)蓄電池，其特征在于，所述破裂口以破裂薄膜封閉。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的電化學(xué)蓄電池，其特征在于，在所述殼體中設(shè)有一支架 (3)，電池單元(2)在組裝狀態(tài)下被支承在該支架中。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的電化學(xué)蓄電池，其特征在于，所述電池單元(2)是鋰離子 電池單元。
9.交通工具，具有a)根據(jù)前述權(quán)利要求之一的原電池單元，b)乘客室，以及C)風(fēng)扇，該風(fēng)扇構(gòu)造得用于用于將冷卻空氣(16，17)從乘客室導(dǎo)入蓄電池中。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的交通工具，其特征在于，所述風(fēng)扇這樣設(shè)置在蓄電池和乘客室 之間，使得來自乘客室的冷卻空氣(16，17)被擠壓穿過蓄電池。
11.根據(jù)權(quán)利要求9的交通工具，其特征在于，所述風(fēng)扇這樣設(shè)置在蓄電池后面，使 得來自乘客室的冷卻空氣(16，17)被抽吸穿過蓄電池。
12.根據(jù)9至11之一的交通工具，其特征在于，所述交通工具構(gòu)造成混合動力交通工 具或者電動交通工具。
全文摘要
一種電化學(xué)蓄電池，具有a)多個原電池單元(2)，b)一蓋，c)一以該蓋封閉的殼體，d)至少一個用于蓄電池(1)的電接觸的連接極，該連接極與一組原電池單元(2)電連接，e)處于殼體中的電解質(zhì)，f)用于接收用于冷卻電池單元(2)的冷卻空氣的冷卻空氣室，g)用于接收在故障情況下從電池單元(2)中出來的氣體的排氣室，如果h)該冷卻空氣室和該排氣室氣密地相互分開地構(gòu)造，并且i)該冷卻空氣室和該排氣室相互獨(dú)立地從殼體中導(dǎo)出，則可改善功率能力和安全性。
文檔編號H01M10/36GK102017225SQ200980116303
公開日2011年4月13日 申請日期2009年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月7日
發(fā)明者J·比克霍爾茨, M·維格曼, M·赫 申請人:約翰遜控制混合動力與可循環(huán)有限責(zé)任公司