專利名稱：用于原電池的保護裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于原電池的保護裝置，涉及一種具有所述保護裝置的原電池， 以及涉及一種由所述原電池構(gòu)成的電池組。
背景技術(shù)：
電池組由串聯(lián)和/或并聯(lián)的單體電池構(gòu)成，單體電池通常與所屬電氣元件和冷卻裝置位于同一個殼體內(nèi)。在汽車工程領(lǐng)域，這樣的電池組，特別是高電壓電池以及其它電池，用作為電動車的牽引電池，以及用作為混合動力汽車的中間能量儲存器。這樣的原電池可能例如由于過充、短路或其它原因受到損傷，或者因其他方式干擾其常規(guī)功能。例如公知一種鋰離子電池，在電池過載或短路時中斷電路。對于該電池公知，例如在電池殼體的特定薄弱位置安裝有輔助的安全膜板，當(dāng)該電池過熱，內(nèi)部壓力升高時，安全膜板會同時斷裂開，并由此將電機線圈至電池極的電路連接斷開。這種公知的解決方案，在某些情況下存在缺陷，就是當(dāng)電池一側(cè)的電路被斷開時，與故障電池串聯(lián)的電池同樣無法繼續(xù)供給電能。特別是對于電動車，以上情況會可能造成完全中斷(車輛停車)。對于混合動力車，根據(jù)系統(tǒng)構(gòu)造的不同，可能導(dǎo)致內(nèi)燃機無法重新啟動。為了解決以上缺點，提出了各種裝置，可使故障電池從串聯(lián)電路中移除并同時建立跨接。這種公知的解決方案，涉及用于中斷電池一側(cè)電路的裝置和用于建立故障電池跨接的裝置。其觸發(fā)能量一般來源于電池內(nèi)部升高的壓力。當(dāng)電池已經(jīng)發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)的損傷時，此公知裝置才會發(fā)生作用。在這種情況下，有可能導(dǎo)致電池內(nèi)部的物質(zhì)(例如部分蒸發(fā)的電解液)溢出，由于溢出物質(zhì)具有導(dǎo)電性，所以可能造成短路。由于在短時間內(nèi)電解液對電池內(nèi)部的腐蝕作用，此時也無法或沒有意義再對電池進行維修處理。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種用于原電池的有效保護裝置，以避免因采用公知的解決方案而可能發(fā)生的問題。該目的通過權(quán)利要求1所述的用于原電池的保護裝置實現(xiàn)。此外，根據(jù)從屬權(quán)利要求所描述的制品將進一步地達到所述目的。本發(fā)明提供一種用于原電池的保護裝置，所述原電池通過與原電池的電極聯(lián)接端以適當(dāng)?shù)姆绞竭B接的接觸元件聯(lián)接成電池組。根據(jù)發(fā)明所述的保護裝置，其特征在于，保護裝置具有用于激活保護裝置的激活裝置。在激活本發(fā)明所述保護裝置時，該保護裝置通過改變聯(lián)接而跨接所屬的原電池，由此使所述原電池從電池組連接中電氣分離。下面結(jié)合說明書來定義和解釋所涉及的概念。本發(fā)明意義上的原電池應(yīng)理解為適合構(gòu)成電池組的電氣原電池或電化學(xué)原電池， 特別是初級原電池或次級原電池。這樣的原電池在下述中也被稱為電池單元、原電池或單體電池。所述電池組應(yīng)理解為所述原電池串聯(lián)和/或并聯(lián)的聯(lián)接。本發(fā)明意義上的原電池的聯(lián)接應(yīng)理解為原電池在技術(shù)上合理的串聯(lián)連接和/或并聯(lián)連接的組合。所述聯(lián)接通過所述原電池的電極連接端的適合聯(lián)接以及借助于接觸元件、特別借助于觸片、觸軌、絕緣體等而產(chǎn)生。本發(fā)明意義上的激活裝置應(yīng)理解為可激活根據(jù)本發(fā)明所述保護裝置的各種裝置。 該激活裝置使所述保護裝置可有針對性地跨接電池組的單體電池，由此將該單體電池從電池聯(lián)接中電氣分離。所述電氣分離應(yīng)理解為，相關(guān)的原電池雖然在空間上仍然處于電池聯(lián)接中，但是該原電池已經(jīng)通過對確定觸點的跨接從構(gòu)成電池組的多個原電池的電氣串聯(lián)和 /或并聯(lián)中分離。借助激活裝置來激活保護裝置需要能量，例如因為接觸元件必須發(fā)生位移來激活保護裝置。所需能量從外部輸送至本發(fā)明所述激活裝置，或者由儲能器提供，該儲能器為保護裝置或激活裝置的組成部分。在此可以采用任何形式的儲能器，特別是機械式儲能器。如果從外部提供激活所需的能量，可采用任何形式的以能量驅(qū)動的裝置，特別是電磁轉(zhuǎn)換器， 例如電磁開關(guān)(繼電器等)，該裝置所需能量從外部輸入，例如從剩余原電池仍然正常工作的電池聯(lián)接中獲取。本發(fā)明的有利擴展構(gòu)成從屬權(quán)利要求的內(nèi)容。


本發(fā)明的內(nèi)容結(jié)合下述優(yōu)選實施例和附圖作進一步詳細描述。在附圖中圖Ia示出本發(fā)明優(yōu)選實施方式的電池單元的串聯(lián)電路圖，通過一個活動的可控的安裝在每個電池單元上的裝置，使該電池單元與串聯(lián)電池組電氣分離并建立跨接。；圖Ib示出具有保護裝置開關(guān)的電池單元的聯(lián)接，其所有開關(guān)處在可控制所有電池組串聯(lián)連接的位置；圖Ic示出電池單元的聯(lián)接，其中一個開關(guān)處在對一個電池單元跨接的位置，由此使該電池單元從電池聯(lián)接中分離。；圖2示出本發(fā)明優(yōu)選實施方式的具有保護裝置的電池單元的聯(lián)接；圖3示出本發(fā)明優(yōu)選實施方式的具有保護裝置的電池組的側(cè)視圖；圖4示出圖3所示的本發(fā)明優(yōu)選實施方式的具有保護裝置的電池組上部放大圖；圖5示出本發(fā)明優(yōu)選實施方式的具有保護裝置的原電池視圖；圖6示出本發(fā)明優(yōu)選實施方式的保護裝置的詳細視圖；圖7示出圖6所示的實施方式的分解圖；圖8示出本發(fā)明優(yōu)選實施方式的保護裝置在非激活狀態(tài)(正常工作狀態(tài))下的側(cè)視圖；圖9a示出本發(fā)明優(yōu)選實施方式的保護裝置的剖面圖；圖9b示出圖9a所示的實施方式在非激活狀態(tài)(正常工作狀態(tài))下的右側(cè)部分放大圖；圖10示出本發(fā)明優(yōu)選實施方式的保護裝置在激活狀態(tài)下的電池組視圖；圖11示出本發(fā)明優(yōu)選實施方式的保護裝置在激活狀態(tài)下的側(cè)視圖；圖12a示出本發(fā)明優(yōu)選實施方式的保護裝置在激活狀態(tài)下的剖面圖；圖12b示出圖1 所示的實施方式的保護裝置在激活狀態(tài)下的右側(cè)部分放大圖。
具體實施例方式圖Ia示出本發(fā)明所述保護裝置的工作方式，即有目的地將故障原電池通過跨接從多個原電池的聯(lián)接中分離。當(dāng)開關(guān)101、102、103被激活時，電極107通過跨接104、105、 106與相鄰原電池的同名電極相連接。當(dāng)保護裝置處于非激活狀態(tài)時，電極108反之與其相鄰原電池的異名電極連接。圖Ib和圖Ic也以相似的方式示出本發(fā)明所述保護裝置的工作
方式。因為在圖Ib中所有開關(guān)Slb、S2b.....S5b處在相應(yīng)的同一位置上，在圖Ib中出現(xiàn)
原電池Zlb、Z^.....Z5b的串聯(lián)聯(lián)接。在圖Ic中，開關(guān)S2c處于激活位置上，從而使原電
池Z2c從聯(lián)接中分離。圖2所示，電池單元借助于接觸元件實現(xiàn)聯(lián)接。例如針對該接觸元件就是圖2中所示的觸軌205、209和212。電極(導(dǎo)體)203或204以適當(dāng)?shù)姆绞脚c接觸元件相連接或不連接。優(yōu)選地，本發(fā)明所述保護裝置分別被配置在兩個相鄰的原電池的條狀電極(導(dǎo)體) 之間。用于激活保護裝置的觸發(fā)能量例如儲存在波形彈簧208中，該波形彈簧通過圖7和圖9所示的熔斷絲711、811、911保持在初始位置。當(dāng)故障發(fā)生時，該熔斷絲通過脈沖電流被熔斷，圖2、圖7和圖9所示的波形彈簧208、708、908將此前與相鄰原電池形成串聯(lián)的可移動的觸軌抬起，并且緊貼與之相對的第二觸軌，由此在電氣上繞過發(fā)生故障的原電池。根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實施方式，發(fā)明所述保護裝置具有儲能器，用于儲存改變聯(lián)接所需的能量，并在激活時提供該能量。在此，該儲能器可以是機械式儲能器，也可以是其它類型儲能器，例如化學(xué)或電氣儲能器。在圖2、圖4、圖5、圖6、圖7、圖8、圖9、圖10、圖11 和圖 12 中示出一種安裝簡便的儲能器 208、408、508、608、708、808、908、1008、1108、1208。 波形彈簧 208、408、508、608、708、808、908、1008、1108、1208 從下部由支撐件 210、310、910、 1010、1110固定。熔斷絲711、811、911、1111將波形彈簧保持在初始位置和初始形狀，即保持在張緊狀態(tài)。當(dāng)熔斷絲熔斷時，波形彈簧抬起觸片207、407、507、607、707、807、907、1007、 1207，并緊貼與之相對的觸軌1105、1205，致使觸片1106的接觸中斷。由此實現(xiàn)對原電池的跨接。所述保護裝置優(yōu)選位于殼體內(nèi)，未在圖中示出該殼體。所述殼體用于防止部件腐蝕，優(yōu)選采用氣密封閉設(shè)計并根據(jù)需要向內(nèi)充入保護氣體。優(yōu)選地，本發(fā)明所述保護裝置是可主動且有針對性地控制每一個電池單元，由此將受損的原電池單獨從電路中分離和跨接。例如當(dāng)電池電氣系統(tǒng)通過對原電池電壓和/或原電池溫度監(jiān)控而確定原電池開始發(fā)生故障時，可預(yù)防性地激活保護裝置。電池組在電壓略微降低的情況下，仍可繼續(xù)工作。根據(jù)本發(fā)明的解決方案，其中，用于激活的能量不是取自于待跨接的原電池故障或損毀過程中，而是從保護裝置外部或從儲能器中獲取，儲能器優(yōu)選作為保護裝置或激活裝置的組成部件，其優(yōu)勢在于，發(fā)生故障的原電池可以在早期就從電池聯(lián)接中被電氣分離， 而至此原電池的損毀還沒有開始或者甚至還沒有發(fā)展到可從損毀過程中獲取激活保護裝置所需的能量。由此在很多情況下，原電池的損毀是可以避免的。而在有利的條件下，被跨接的原電池在經(jīng)過一段時間后有可能自行恢復(fù)，并重新與電池聯(lián)接連通。為了盡早激活保護裝置，則待跨接的原電池甚至可以自行提供能量以激活保護裝置。在原電池通過跨接被從電池聯(lián)接中分離前，其可以作為保護裝置的儲能器。根據(jù)上述實施方式，本發(fā)明所述保護裝置構(gòu)建有可通過信號激活的激活裝置，該信號來自保護裝置內(nèi)部或外部。這兩種方案之所以作為優(yōu)選方案，主要是取決于它們的激活方式。例如，電池電氣系統(tǒng)可監(jiān)控單體電池的電池電壓，并將測量結(jié)果傳輸至電池組外部的中央控制器。該中央控制器自身發(fā)出針對該原電池或電池組的用于激活保護裝置的信號，并傳輸至相應(yīng)單個或多個保護裝置，進而在相應(yīng)電池上建立跨接。在本發(fā)明所述保護裝置的一個特別優(yōu)選的實施方式中，所述保護裝置具有一種激活裝置，該激活裝置可通過至少一個傳感器產(chǎn)生的信號被激活，該至少一個傳感器測量至少一個物理參數(shù)，該至少一個表示電池工作狀態(tài)的物理參數(shù)發(fā)生異常時，則上述傳感器發(fā)出信號。例如，這種傳感器可以是溫度傳感器，該溫度傳感器被安裝在每個原電池上，且持續(xù)測量配置有該溫度傳感器的原電池的溫度。這里也同樣有很多可能性利用其測量結(jié)果。例如，溫度傳感器可以在局部產(chǎn)生用于激活原電池保護裝置的信號，該溫度傳感器持續(xù)測量該原電池的溫度。然而，也可以將一個和/或多個傳感器(例如溫度傳感器和電壓傳感器)的測量結(jié)果匯總到一個中央控制器進行評估，從而根據(jù)大量的測量數(shù)據(jù)通過一個特殊的判定邏輯產(chǎn)生用于激活單體電池保護裝置的信號，然后將信號傳輸至該原電池的保護裝置的激活裝置，進而激活相應(yīng)的保護裝置。在本發(fā)明所述保護裝置的另一個優(yōu)選實施方式中，提供一種保護裝置，其激活裝置可以在引發(fā)激活的先決條件消失之后解除激活，進而該保護裝置解除對其所屬的原電池的跨接，由此使該原電池重新集成到電池聯(lián)接中。本發(fā)明所述保護裝置的激活裝置也可優(yōu)選實施為，例如可以在相應(yīng)的原電池冷卻后重新將其與電池聯(lián)接連通。為此所需的能量例如可以從重新恢復(fù)功能的原電池自身或者電池聯(lián)接中的其它原電池中獲取。在連通過程中，用于激活保護裝置的儲能器優(yōu)選也可重新充電。在本發(fā)明所述保護裝置的另一個優(yōu)選實施方式中，所述保護裝置被安裝在兩個相鄰原電池的電極聯(lián)接端之間。圖3、圖4、圖8、圖10和圖11示出了本發(fā)明的該實施方式的視圖。在本發(fā)明所述保護裝置的另一個優(yōu)選實施方式中，一種具有激活裝置的保護裝置，該激活裝置具有熔斷絲，該熔斷絲使作為儲能器的波形彈簧處于張緊狀態(tài)，所述激活裝置通過脈沖電流被激活，該脈沖電流使熔斷絲熔斷，進而波形彈簧放松，由此提供改變聯(lián)接所需能量。該儲能器的機械構(gòu)造，例如與一種由外部控制的激活裝置相比，相對于可能失效的信號線路，這種儲能器更為穩(wěn)定和堅實，同時更為節(jié)約成本。在本發(fā)明所述保護裝置的進一步優(yōu)選實施方式中，本發(fā)明所述保護裝置具有氣密封閉的殼體。特別優(yōu)選的方案是，所述保護裝置的殼體內(nèi)充有保護氣體。充入特定保護氣體的殼體的防腐蝕能力通常優(yōu)于充入大氣的殼體。圖5示出本發(fā)明所述保護裝置的電池單元501。電極503和504通過合適的觸片 506和507與觸軌509相連。當(dāng)激活電池單元501的保護裝置被時，波形彈簧508改變觸片 507的位置。圖6示出本發(fā)明所述保護裝置附帶電極603、604，波形彈簧608和觸片606、607的詳細視圖，。圖7示出，波形彈簧708位于支撐件710之上，這種結(jié)構(gòu)使得當(dāng)熔斷絲711熔斷時松開的彈簧不致向下偏移，因為當(dāng)激活保護裝置時該波形彈簧必須向上擠壓電極704 的觸片707。如圖8所示，觸片707或807在激活前與鄰近的原電池802的觸片806相接觸。在激活后，通過熔斷絲811的熔斷，使其與觸軌805相接觸。圖9a、9b和12a、12b示出本發(fā)明相同實施方式的保護裝置在激活前和激活后的剖面圖。圖9a和1 示出在圖9b和12b中所示剖面圖的關(guān)聯(lián)關(guān)系。在本發(fā)明所述保護裝置的一個優(yōu)選實施例中，本發(fā)明所述保護裝置具有一種激活裝置，在所述激活裝置內(nèi)至少有一個由形狀記憶材料制作的部件，當(dāng)該部件的溫度超過所設(shè)定的溫度范圍時刻和/或超溫期間，該部件通過改變部件的形狀來改變聯(lián)接狀態(tài)。公知有不同的形狀記憶材料。通常這種材料是金屬合金，即所謂的形狀記憶合金或者形狀記憶塑料(也被稱為形狀記憶聚合物)。所謂形狀記憶合金就是，材料內(nèi)的兩個不同晶體結(jié)構(gòu)由于與溫度相關(guān)的晶格相變而引起材料的形狀變化。為此，形狀記憶材料內(nèi)具有高溫奧氏體和低溫馬氏體，通過溫度變化發(fā)生相變。與之相關(guān)的，還有材料的雙程形狀記憶效應(yīng)。這種結(jié)構(gòu)變化至少基本上與溫度變化速度無關(guān)。為了達到所需的材料相變狀態(tài)， 其溫度變化參數(shù)和機械應(yīng)力經(jīng)常要同時考慮，也就是說，不僅是熱力變化，往往還有應(yīng)力的變化導(dǎo)致了相變。形狀記憶合金可以在成百上千次形狀往復(fù)變化中傳導(dǎo)巨大作用力，而不發(fā)生材料疲勞的情況。其特有的工作性能，也就是說，所承擔(dān)的工作量與其材料體積的比例，大大超過了許多其它的所謂促動材料。在使用形狀記憶合金時，人們通常將其區(qū)分為單程形狀記憶效應(yīng)和雙程形狀記憶效應(yīng)。所謂單程效應(yīng)就是當(dāng)加熱此前為馬氏體狀態(tài)的假塑性變形材料時發(fā)生的一次性形狀變形。單程效應(yīng)只允許一次性的形狀變形。當(dāng)再次冷卻后，其材料無法再次變形。在形狀記憶合金也包括促動器的使用方面，如伺服元件，特別是與本發(fā)明相關(guān)的元件，通常希望相關(guān)部件重新回到其馬氏體的冷卻狀態(tài)。在此，有兩種基本方式使材料返回原形狀a)所謂的外部或外來雙程效應(yīng)外部雙程效應(yīng)就是當(dāng)部件冷卻時通過部件外部作用的力強制部件形狀返回原狀態(tài)。這種情況例如可以通過彈簧來實現(xiàn)，當(dāng)加熱形狀記憶材料時該彈簧被拉緊。b)所謂的內(nèi)部雙程效應(yīng)有些形狀記憶合金在無需外力作用的情況下返回原形狀。這個過程也被稱為內(nèi)部雙程效應(yīng)。這種形狀記憶合金可以在一定程度上“記憶”其在高溫和低溫下的兩種形狀。 為了使由形狀記憶材料制造的部件在冷卻時返回其固定的形狀，部件必須通過多次的熱機械處理。由此使應(yīng)力場構(gòu)造作用在材料內(nèi)，使該材料在冷卻狀態(tài)下由一種特定的馬氏體變體構(gòu)成。經(jīng)過熱機械處理的形狀在冷卻狀態(tài)下，僅呈現(xiàn)一定程度的馬氏體組態(tài)的優(yōu)先結(jié)構(gòu)。 對于內(nèi)部雙程效應(yīng)，只有在沒有外力的反作用下，才會開始形狀變形。所以，這種部件在冷卻過程中是處于失效狀態(tài)的。對于形狀記憶合金，通常會附加常見的彈性變形，使其通過外部作用力達到可逆的形狀變化。上述形式的“彈性”變形可以超過常見材料彈性的二十倍。造成這種材料特性的原因，不是由于原子間的相互作用，而是因為材料內(nèi)部的相變。在這種情況下，通過外力使所謂的面心立方相奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)閱涡本囫R氏體。在機械減壓的情況下，馬氏體又重新轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體。因為晶體組織內(nèi)的原子排列在上述情況下并沒有改變，而是每個原子保持與其相鄰原子的相對位置，人們也稱其為無擴散相變。其材料特性也被稱為假彈性狀態(tài)。 這種材料在減壓時通過其內(nèi)部張力重新回到其原始形狀。為此，不需要溫度變化。
例如鎳鈦合金、銅鋅合金、銅鋅鋁合金、銅鋁鎳合金、鐵鎳鋁合金，都屬于具有上述特性的形狀記憶合金。除形狀記憶合金以外，還有一種形狀記憶聚合物，屬于形狀記憶材料中第二種重要類別。形狀記憶聚合物是一種具有形狀記憶功能的合成材料，該材料在經(jīng)過一段時間較大的變形后，仍然能夠“記憶”其原始外形。早期所熟知的形狀記憶聚合物由兩部分組成。 第一部分是彈性聚合物，一種“彈簧組份”。第二部分是一種時效硬化的蠟，其作用是使“彈簧組份”保持所需的形狀。當(dāng)加熱形狀記憶聚合物時，蠟被軟化，同時無法再向彈簧組份施以反作用力。由此使形狀記憶聚合物變化到原始狀態(tài)。與形狀記憶合金一樣，也有各種形狀記憶聚合物，在對其加熱時重新變化為原始形狀。這種現(xiàn)象同形狀記憶合金一樣被稱為單程形狀記憶效應(yīng)?，F(xiàn)今，也有各種聚合物具備非熱力而是通常由光所控制的可逆的形狀記憶效應(yīng)。 例如丙烯酸丁酯，通過β -苯丙烯酸類物質(zhì)在一定波長的紫外線照射下，丙烯酸丁酯在其側(cè)鏈上相互成網(wǎng)狀鍵合，并且當(dāng)其它波長的射線照射時，鍵合再次松開。由這種聚合物制造的部件當(dāng)被照射一側(cè)時，由于該側(cè)形成網(wǎng)狀鍵合，使得材料形狀發(fā)生變化。在一定時間內(nèi)， 形狀記憶聚合物也可通過磁力控制改變形狀。根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施方式，提供一種由形狀記憶材料制造的導(dǎo)電部件，作為激活裝置的組成部件。依據(jù)本發(fā)明，以各種形式使用該可導(dǎo)電的形狀記憶材料。一種首選的實施方案是使用由形狀記憶材料制造的導(dǎo)電部件，電流通過該部件可以對原電池進行充電或放電。該原電池配置有所述保護裝置，該保護裝置具有所述激活裝置，該激活裝置具有所述由形狀記憶材料制造的導(dǎo)電部件。當(dāng)選擇了適合的形狀記憶材料，特別是該材料能夠根據(jù)溫度值的準(zhǔn)確測量發(fā)生一種或兩種形狀的變化，通過由該形狀記憶材料制造的導(dǎo)電部件可實現(xiàn)當(dāng)流過該部件的電流超過設(shè)定值時，該部件被加熱并由此中斷電流。以上述方案為基礎(chǔ)，有很多選擇方案用于實施本發(fā)明。第一種選擇，當(dāng)形狀記憶材料制造的部件斷電并冷卻后，該部件借助于彈簧重新返回原始形狀。如果部件由具有雙程效應(yīng)的形狀記憶材料制造，則可以不借助彈簧，僅憑借材料自身的形狀記憶效就返回原始狀態(tài)。在考慮到已知條件的情況下，專業(yè)人員可以根據(jù)上述說明更簡便地實現(xiàn)用于原電池的保護裝置借助于由形狀記憶合金或形狀記憶聚合物制造的部件，當(dāng)保護裝置被激活時，通過跨接改變聯(lián)接狀態(tài)，并且根據(jù)已經(jīng)條件和相應(yīng)的應(yīng)用目的，當(dāng)導(dǎo)致跨接的狀況消失后可以消除跨接，同時使該原電池重新與電池連通。專業(yè)人員應(yīng)根據(jù)每次應(yīng)用的具體情況，來選擇使用保護裝置。如果跨接是為了避免發(fā)生特別嚴(yán)重事故時，通常在導(dǎo)致跨接的狀況消失后，并不會消除跨接。另一種應(yīng)用是， 在工作環(huán)境允許的情況下，當(dāng)導(dǎo)致跨接的狀況消失后，可以消除跨接。例如，當(dāng)原電池由于溫度過高等外部影響必須被分離時，應(yīng)建立暫時的跨接，但無須建立長期的跨接，因為原電池的升溫是其最終損毀的特征因素。本發(fā)明的優(yōu)選實施是具有由形狀記憶材料制造的可導(dǎo)電部件的激活裝置，電流通過該部件，由此可以對其所屬的原電池進行充電或放電，這種由形狀記憶材料制造的部件直接與原電池接觸。與之相反的是另一種結(jié)構(gòu)，由形狀記憶材料制造的部件不直接與原電池接觸，對此根據(jù)本發(fā)明的其它實施方式，應(yīng)使用由形狀記憶材料制造的絕緣部件。這種方式通常具有如下優(yōu)勢，當(dāng)由形狀記憶材料制造的部件通過形狀變化，使導(dǎo)電的接觸部件與原電池或與原電池組的內(nèi)部排列發(fā)生位移，由此引起本發(fā)明所述的聯(lián)接改變，進而建立原電池的跨接并由此將其從電池聯(lián)接中分離。此外，依據(jù)本發(fā)明的其它實施方式，還有一種針對由形狀記憶材料制造的導(dǎo)電部件的使用方案，通過信號控制的電流通過該部件，而信號由保護裝置的內(nèi)部或外部產(chǎn)生，用于控制激活裝置。這種激活信號還可以由傳感器產(chǎn)生，該傳感器反映配有保護裝置的原電池的工作狀態(tài)，當(dāng)一個物理參數(shù)發(fā)生異常時發(fā)出信號，而上述保護裝置附帶激活裝置，其包含有由形狀記憶材料制造的部件。當(dāng)從電池組中分離的原電池重新接通電流時，可以使用加熱電阻有效地限制原電池的接通電流。這種加熱電阻可作為本發(fā)明所述原電池的接觸元件，其在接通前首先是冷的，使其導(dǎo)電性很低并只能傳導(dǎo)很少的接通電流，在接通后，通過電流使其升溫并由此失去初始的高電阻值。這種加熱電阻在使用上特別具有的優(yōu)勢是，其可以在極短的時間內(nèi)，例如在幾毫秒之內(nèi)，通過一個電機械開關(guān)(繼電器)使其短路，由此將其降溫。這樣可以延長加熱電阻的使用壽命，其另外的優(yōu)勢在于，因為加熱電阻可以通過繼電器在短路后降溫，所以加熱電阻可以在短時間關(guān)閉后迅速重新進入工作待命狀態(tài)。加熱電阻或者所謂的負溫度系數(shù)電阻，也被稱為NTC熱敏電阻，屬于導(dǎo)電材料，材料在高溫時比低溫時其導(dǎo)電性能更佳。隨溫度升高其電阻值降低。所以人們稱其為負溫度系數(shù)。純粹的半導(dǎo)體材料以及許多具有負溫度系數(shù)的合金都具備這種加熱電阻的特性。 這種部件通常是使用結(jié)合劑安裝、壓制并燒結(jié)的金屬氧化物，利用其與溫度相關(guān)的特性。通過不同材料的混合比例，使這種部件具有極為不同的電阻值。加熱電阻通常是由半導(dǎo)體金屬氧化物或者所謂的化合物半導(dǎo)體制造，其中特別是錳氧化物、鎳氧化物、鈷氧化物、鐵氧化物、銅氧化物或者鈦氧化物。與加熱電阻的特性相對應(yīng)的還有一種所謂的熱變阻器，也被稱為PTC電阻或PTC 熱敏電阻?？s寫PTC的意思是正溫度系數(shù)材料。這是一種導(dǎo)電材料，溫度低時的導(dǎo)電性強于溫度高時?；旧纤薪饘俨牧暇哂姓郎囟认禂?shù)。與此處所稱的熱變阻器不同是，一般的金屬材料通常溫度系數(shù)較小并且呈線性變化。例如，所述熱變阻器可作為本發(fā)明所述原電池的接觸元件，用于穩(wěn)定原電池的溫度。當(dāng)原電池的溫度升高時，通過適當(dāng)?shù)臉?gòu)造使所述熱變阻器的溫度同時升高，由此加大該熱變阻器元件的電阻值。因為所述熱變阻器在溫度升高時，降低了其導(dǎo)電性，使得與其相應(yīng)連通的電化學(xué)儲能器，即原電池，降低了電流負載。 在很多情況下，由此可使原電池降溫。當(dāng)原電池溫度降低后，與其相鄰的熱變阻器也會降低溫度，進而重新提高其導(dǎo)電性。由此，通過該熱變阻器的電流會重新升高。所述熱變阻器可在本發(fā)明中使用，用于在對原電池充電或放電時限制電流，并由此穩(wěn)定原電池的溫度。通過對加熱電阻、熱變阻器和形狀記憶材料的適當(dāng)組合，可以使本發(fā)明所述保護裝置實現(xiàn)更具優(yōu)勢的結(jié)構(gòu)形式。通過適當(dāng)?shù)卦O(shè)計組合負溫度系數(shù)材料或正溫度系數(shù)材料與形狀記憶材料，不僅可以改變用于接通電池單元與電池聯(lián)接的接觸元件的導(dǎo)電性，也就是改變其電阻值，還能夠當(dāng)達到特定溫度時或者當(dāng)相應(yīng)部件的溫度不再處于引起形狀改變的溫度范圍內(nèi)時，引起電池組聯(lián)接狀態(tài)的轉(zhuǎn)換和改變。以下編號在圖例中用于標(biāo)明所示元件201、301、801、1001、1101、1201-原電池、電池單元202、302、802、1002、1102、1202-原電池、電池單元203、503、603、803、1003、1103、1203-電極、導(dǎo)體、導(dǎo)電片204、504、604、704、1104-電極、導(dǎo)體、導(dǎo)電片205、405、805、905、1005、1205-觸軌、接觸元件206、406、506、606、706、806、1106-電極的觸片207、407、507、607、707、807、907、1007、1107、1207-電極的觸片208、408、508、608、708、808、908、1008、1108、1208-波形彈簧209、409、509、709、1009-觸軌、接觸元件910、1110、1210-波形彈簧的支撐件911、1011、1111、1211_ 熔斷絲212、1012、1212-觸軌、接觸元件1013-電極的觸片214、1014-電極的觸片1230-熔斷絲的預(yù)定斷點圖2、圖3、圖4、圖8、圖10和圖11示出電池組的實施方式，所述電池組由本發(fā)明所述的保護裝置的電池單元構(gòu)成。這種電池組優(yōu)選使用多個所述保護裝置，該保護裝置被配置在電池組內(nèi)兩個相鄰原電池之間。為此，需要多個接觸元件將電池單元聯(lián)接為串聯(lián)和 /或并聯(lián)。所述接觸元件的第一部分被配置為可移動的接觸元件；所述接觸元件的第二部分被配置為不可移動的接觸元件。在保護裝置被激活前，第一接觸元件用于串聯(lián)兩個相鄰的原電池。當(dāng)?shù)谝辉姵氐谋Ｗo裝置被激活時，可移動的第一接觸元件發(fā)生位移，并且緊貼不可移動的第二接觸元件，從而對第一原電池建立跨接，由此使該原電池從串聯(lián)連接中電氣分離。
權(quán)利要求
1.一種用于原電池(201、202、301、302)的保護裝置，所述原電池通過接觸元件(205、 207、209、212、405、409、406、407、506、507、509、606、607、706、707、709、805、806、807、809)聯(lián)接成電池組，該接觸元件以適當(dāng)?shù)姆绞脚c電池單元的電極聯(lián)接端(203、204、503、504)聯(lián)接，其特征在于，所述保護裝置通過一個激活裝置(708、710、711)被激活，并且當(dāng)所述保護裝置被激活時，該保護裝置通過改變聯(lián)接狀態(tài)從而跨接其所屬的原電池，由此將該原電池從電池聯(lián)接中電氣分離。
2.如權(quán)利要求1所述的保護裝置，其特征在于，所述保護裝置附帶一種儲能器，用于儲存為改變聯(lián)接狀態(tài)所需的能量，并在激活所述保護裝置時使用。
3.如權(quán)利要求2所述的保護裝置，其特征在于，所述保護裝置具有一種機械儲能器 (708、808、908、1008、1108、1208)。
4.如上述權(quán)利要求中任一項所述的保護裝置，其特征在于，所述保護裝置被配置給電池組的各原電池。
5.如上述權(quán)利要求中任一項所述的保護裝置，其特征在于，所述保護裝置具有一種激活裝置，可通過所述保護裝置外部產(chǎn)生的信號和/或所述保護裝置內(nèi)部產(chǎn)生的信號被激活。
6.如上述權(quán)利要求中任一項所述的保護裝置，其特征在于，所述保護裝置具有一種激活裝置，可通過至少一個傳感器產(chǎn)生的信號被激活，當(dāng)至少有一個表示其工作狀態(tài)的物理參數(shù)發(fā)生異常時，則上述傳感器發(fā)出信號。
7.如上述權(quán)利要求中任一項所述的保護裝置，其特征在于，當(dāng)激活激活裝置的先決條件經(jīng)一段時間消除后，可以解除激活，進而解除保護裝置對其所屬原電池的跨接，由此使該原電池重新集成到電池聯(lián)接中。
8.如上述權(quán)利要求中任一項所述的保護裝置，其特征在于，所述保護裝置被構(gòu)建成可以配置在兩個相鄰的原電池的電極聯(lián)接端之間。
9.如上述權(quán)利要求中任一項所述的保護裝置，其特征在于，所述保護裝置具有激活裝置，該激活裝置具有熔斷絲(911、1211)，該熔斷絲使作為儲能器的波形彈簧(908、1208)處于張緊的狀態(tài)，所述激活裝置可通過脈沖電流被激活，此時熔斷絲熔斷(1230)，進而所述波形彈簧放松，由此提供改變聯(lián)接狀態(tài)所需能量。
10.如上述權(quán)利要求中任一項所述的保護裝置，其特征在于，所述保護裝置具有激活裝置，其中由形狀記憶材料制作的部件，當(dāng)該部件的溫度超過所限定的溫度范圍時刻和/或超溫期間，該部件通過改變部件的形狀來改變聯(lián)接狀態(tài)。
11.如權(quán)利要求10所述的保護裝置，其特征在于，所述由形狀記憶材料制成的部件是導(dǎo)電部件或絕緣部件。
12.如權(quán)利要求11所述的保護裝置，其特征在于，電流流經(jīng)所述由形狀記憶材料制作的導(dǎo)電部件，從而為其所屬的原電池充電或放電，或者由信號所控制的電流通過該部件，信號由所述保護裝置的內(nèi)部或外部產(chǎn)生用于控制激活裝置。
13.如上述權(quán)利要求中任一項所述的保護裝置，其特征在于，所述保護裝置具有氣密封閉的殼體。
14.如權(quán)利要求13所述的保護裝置，其特征在于，在所述殼體內(nèi)充有保護氣體。
15.一種原電池，具有如權(quán)利要求1至14中任一項所述的保護裝置。
16.一種電池組，具有如權(quán)利要求15所述的至少一個原電池。
17.一種電池組，具有如權(quán)利要求15所述的多個原電池，其特征在于 ——多個保護裝置被配置在該電池組的相鄰原電池之間；——安裝有多個接觸元件，用于該電池組的電池單元的串聯(lián)聯(lián)接； ——所述接觸元件的第一部分被配置成可移動的接觸元件； ——所述接觸元件的第二部分被配置成不可移動的接觸元件； ——在所述保護裝置被激活前，第一接觸元件用于串聯(lián)鄰近的第二原電池，當(dāng)?shù)谝辉姵氐谋Ｗo裝置被觸發(fā)時，可移動的第一接觸元件發(fā)生位移，并且緊貼不可移動的第二接觸元件，從而建立對第一原電池的跨接，由此使該原電池從串聯(lián)連接中電氣分離。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于原電池的保護裝置，所述原電池通過接觸元件聯(lián)接成電池組，所述接觸元件以適當(dāng)?shù)姆绞脚c原電池的電極聯(lián)接端聯(lián)接，所述保護裝置被配置在電池組的各原電池上。所述保護裝置通過一個激活裝置(1008、1108、1208、1011、1111)來激活保護裝置。當(dāng)所述保護裝置被激活時，該保護裝置通過改變聯(lián)接狀態(tài)將其所屬原電池跨接，由此使該原電池從電池聯(lián)接中電氣分離。在激活裝置中，優(yōu)選由形狀記憶材料制成的導(dǎo)電或絕緣部件引起激活，當(dāng)該部件的溫度超過所限定的溫度范圍時刻和/或超溫期間，該部件通過改變部件的形狀來改變聯(lián)接狀態(tài)。
文檔編號H01M6/50GK102483046SQ201080039259
公開日2012年5月30日 申請日期2010年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月4日
發(fā)明者安德里亞斯·蓋奇, 蒂姆·舍費爾 申請人:鋰電池科技有限公司