用於原電池的保護裝置的製作方法

2023-12-02 04:43:16

專利名稱：用於原電池的保護裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於原電池的保護裝置，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成的電池組。
背景技術：
電池組由串聯和/或並聯的單體電池構成，單體電池通常與所屬電氣元件和冷卻裝置位於同一個殼體內。在汽車工程領域，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於過充、短路或其它原因受到損傷，或者因其他方式幹擾其常規功能。例如公知一種鋰離子電池，在電池過載或短路時中斷電路。對於該電池公知，例如在電池殼體的特定薄弱位置安裝有輔助的安全膜板，當該電池過熱，內部壓力升高時，安全膜板會同時斷裂開，並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，就是當電池一側的電路被斷開時，與故障電池串聯的電池同樣無法繼續供給電能。特別是對於電動車，以上情況會可能造成完全中斷(車輛停車)。對於混合動力車，根據系統構造的不同，可能導致內燃機無法重新啟動。為了解決以上缺點，提出了各種裝置，可使故障電池從串聯電路中移除並同時建立跨接。這種公知的解決方案，涉及用於中斷電池一側電路的裝置和用於建立故障電池跨接的裝置。其觸發能量一般來源於電池內部升高的壓力。當電池已經發生不可逆轉的損傷時，此公知裝置才會發生作用。在這種情況下，有可能導致電池內部的物質(例如部分蒸發的電解液)溢出，由於溢出物質具有導電性，所以可能造成短路。由於在短時間內電解液對電池內部的腐蝕作用，此時也無法或沒有意義再對電池進行維修處理。

發明內容
本發明的目的在於，提供一種用於原電池的有效保護裝置，以避免因採用公知的解決方案而可能發生的問題。該目的通過權利要求1所述的用於原電池的保護裝置實現。此外，根據從屬權利要求所描述的製品將進一步地達到所述目的。本發明提供一種用於原電池的保護裝置，所述原電池通過與原電池的電極聯接端以適當的方式連接的接觸元件聯接成電池組。根據發明所述的保護裝置，其特徵在於，保護裝置具有用於激活保護裝置的激活裝置。在激活本發明所述保護裝置時，該保護裝置通過改變聯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。下面結合說明書來定義和解釋所涉及的概念。本發明意義上的原電池應理解為適合構成電池組的電氣原電池或電化學原電池， 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。所述電池組應理解為所述原電池串聯和/或並聯的聯接。本發明意義上的原電池的聯接應理解為原電池在技術上合理的串聯連接和/或並聯連接的組合。所述聯接通過所述原電池的電極連接端的適合聯接以及藉助於接觸元件、特別藉助於觸片、觸軌、絕緣體等而產生。本發明意義上的激活裝置應理解為可激活根據本發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接中電氣分離。所述電氣分離應理解為，相關的原電池雖然在空間上仍然處於電池聯接中，但是該原電池已經通過對確定觸點的跨接從構成電池組的多個原電池的電氣串聯和 /或並聯中分離。藉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生位移來激活保護裝置。所需能量從外部輸送至本發明所述激活裝置，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。在此可以採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，可採用任何形式的以能量驅動的裝置，特別是電磁轉換器， 例如電磁開關(繼電器等)，該裝置所需能量從外部輸入，例如從剩餘原電池仍然正常工作的電池聯接中獲取。本發明的有利擴展構成從屬權利要求的內容。


本發明的內容結合下述優選實施例和附圖作進一步詳細描述。在附圖中圖Ia示出本發明優選實施方式的電池單元的串聯電路圖，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電池組電氣分離並建立跨接。；圖Ib示出具有保護裝置開關的電池單元的聯接，其所有開關處在可控制所有電池組串聯連接的位置；圖Ic示出電池單元的聯接，其中一個開關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接中分離。；圖2示出本發明優選實施方式的具有保護裝置的電池單元的聯接；圖3示出本發明優選實施方式的具有保護裝置的電池組的側視圖；圖4示出圖3所示的本發明優選實施方式的具有保護裝置的電池組上部放大圖；圖5示出本發明優選實施方式的具有保護裝置的原電池視圖；圖6示出本發明優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示出本發明優選實施方式的保護裝置在非激活狀態(正常工作狀態)下的側視圖；圖9a示出本發明優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(正常工作狀態)下的右側部分放大圖；圖10示出本發明優選實施方式的保護裝置在激活狀態下的電池組視圖；圖11示出本發明優選實施方式的保護裝置在激活狀態下的側視圖；圖12a示出本發明優選實施方式的保護裝置在激活狀態下的剖面圖；圖12b示出圖1 所示的實施方式的保護裝置在激活狀態下的右側部分放大圖。
具體實施例方式圖Ia示出本發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接中分離。當開關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。當保護裝置處於非激活狀態時，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明所述保護裝置的工作
方式。因為在圖Ib中所有開關Slb、S2b.....S5b處在相應的同一位置上，在圖Ib中出現
原電池Zlb、Z^.....Z5b的串聯聯接。在圖Ic中，開關S2c處於激活位置上，從而使原電
池Z2c從聯接中分離。圖2所示，電池單元藉助於接觸元件實現聯接。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(導體)203或204以適當的方式與接觸元件相連接或不連接。優選地，本發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(導體) 之間。用於激活保護裝置的觸發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。當故障發生時，該熔斷絲通過脈衝電流被熔斷，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的可移動的觸軌抬起，並且緊貼與之相對的第二觸軌，由此在電氣上繞過發生故障的原電池。根據本發明的一優選實施方式，發明所述保護裝置具有儲能器，用於儲存改變聯接所需的能量，並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。當熔斷絲熔斷時，波形彈簧抬起觸片207、407、507、607、707、807、907、1007、 1207，並緊貼與之相對的觸軌1105、1205，致使觸片1106的接觸中斷。由此實現對原電池的跨接。所述保護裝置優選位於殼體內，未在圖中示出該殼體。所述殼體用於防止部件腐蝕，優選採用氣密封閉設計並根據需要向內充入保護氣體。優選地，本發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。例如當電池電氣系統通過對原電池電壓和/或原電池溫度監控而確定原電池開始發生故障時，可預防性地激活保護裝置。電池組在電壓略微降低的情況下，仍可繼續工作。根據本發明的解決方案，其中，用於激活的能量不是取自於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，儲能器優選作為保護裝置或激活裝置的組成部件，其優勢在於，發生故障的原電池可以在早期就從電池聯接中被電氣分離， 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過一段時間後有可能自行恢復，並重新與電池聯接連通。為了儘早激活保護裝置，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接中分離前，其可以作為保護裝置的儲能器。根據上述實施方式，本發明所述保護裝置構建有可通過信號激活的激活裝置，該信號來自保護裝置內部或外部。這兩種方案之所以作為優選方案，主要是取決於它們的激活方式。例如，電池電氣系統可監控單體電池的電池電壓，並將測量結果傳輸至電池組外部的中央控制器。該中央控制器自身發出針對該原電池或電池組的用於激活保護裝置的信號，並傳輸至相應單個或多個保護裝置，進而在相應電池上建立跨接。在本發明所述保護裝置的一個特別優選的實施方式中，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，該至少一個表示電池工作狀態的物理參數發生異常時，則上述傳感器發出信號。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，且持續測量配置有該溫度傳感器的原電池的溫度。這裡也同樣有很多可能性利用其測量結果。例如，溫度傳感器可以在局部產生用於激活原電池保護裝置的信號，該溫度傳感器持續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)的測量結果匯總到一個中央控制器進行評估，從而根據大量的測量數據通過一個特殊的判定邏輯產生用於激活單體電池保護裝置的信號，然後將信號傳輸至該原電池的保護裝置的激活裝置，進而激活相應的保護裝置。在本發明所述保護裝置的另一個優選實施方式中，提供一種保護裝置，其激活裝置可以在引發激活的先決條件消失之後解除激活，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接中。本發明所述保護裝置的激活裝置也可優選實施為，例如可以在相應的原電池冷卻後重新將其與電池聯接連通。為此所需的能量例如可以從重新恢復功能的原電池自身或者電池聯接中的其它原電池中獲取。在連通過程中，用於激活保護裝置的儲能器優選也可重新充電。在本發明所述保護裝置的另一個優選實施方式中，所述保護裝置被安裝在兩個相鄰原電池的電極聯接端之間。圖3、圖4、圖8、圖10和圖11示出了本發明的該實施方式的視圖。在本發明所述保護裝置的另一個優選實施方式中，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於張緊狀態，所述激活裝置通過脈衝電流被激活，該脈衝電流使熔斷絲熔斷，進而波形彈簧放鬆，由此提供改變聯接所需能量。該儲能器的機械構造，例如與一種由外部控制的激活裝置相比，相對於可能失效的信號線路，這種儲能器更為穩定和堅實，同時更為節約成本。在本發明所述保護裝置的進一步優選實施方式中，本發明所述保護裝置具有氣密封閉的殼體。特別優選的方案是，所述保護裝置的殼體內充有保護氣體。充入特定保護氣體的殼體的防腐蝕能力通常優於充入大氣的殼體。圖5示出本發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位於支撐件710之上，這種結構使得當熔斷絲711熔斷時鬆開的彈簧不致向下偏移，因為當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。在激活後，通過熔斷絲811的熔斷，使其與觸軌805相接觸。圖9a、9b和12a、12b示出本發明相同實施方式的保護裝置在激活前和激活後的剖面圖。圖9a和1 示出在圖9b和12b中所示剖面圖的關聯關係。在本發明所述保護裝置的一個優選實施例中，本發明所述保護裝置具有一種激活裝置，在所述激活裝置內至少有一個由形狀記憶材料製作的部件，當該部件的溫度超過所設定的溫度範圍時刻和/或超溫期間，該部件通過改變部件的形狀來改變聯接狀態。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，材料內的兩個不同晶體結構由於與溫度相關的晶格相變而引起材料的形狀變化。為此，形狀記憶材料內具有高溫奧氏體和低溫馬氏體，通過溫度變化發生相變。與之相關的，還有材料的雙程形狀記憶效應。這種結構變化至少基本上與溫度變化速度無關。為了達到所需的材料相變狀態， 其溫度變化參數和機械應力經常要同時考慮，也就是說，不僅是熱力變化，往往還有應力的變化導致了相變。形狀記憶合金可以在成百上千次形狀往復變化中傳導巨大作用力，而不發生材料疲勞的情況。其特有的工作性能，也就是說，所承擔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，人們通常將其區分為單程形狀記憶效應和雙程形狀記憶效應。所謂單程效應就是當加熱此前為馬氏體狀態的假塑性變形材料時發生的一次性形狀變形。單程效應只允許一次性的形狀變形。當再次冷卻後，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，特別是與本發明相關的元件，通常希望相關部件重新回到其馬氏體的冷卻狀態。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外部雙程效應就是當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。這種情況例如可以通過彈簧來實現，當加熱形狀記憶材料時該彈簧被拉緊。b)所謂的內部雙程效應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部雙程效應。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製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。由此使應力場構造作用在材料內，使該材料在冷卻狀態下由一種特定的馬氏體變體構成。經過熱機械處理的形狀在冷卻狀態下，僅呈現一定程度的馬氏體組態的優先結構。 對於內部雙程效應，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於失效狀態的。對於形狀記憶合金，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，不是由於原子間的相互作用，而是因為材料內部的相變。在這種情況下，通過外力使所謂的面心立方相奧氏體轉變為單斜晶相馬氏體。在機械減壓的情況下，馬氏體又重新轉變為奧氏體。因為晶體組織內的原子排列在上述情況下並沒有改變，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。 這種材料在減壓時通過其內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，都屬於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，屬於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，該材料在經過一段時間較大的變形後，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。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。這種現象同形狀記憶合金一樣被稱為單程形狀記憶效應。現今，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。 例如丙烯酸丁酯，通過β -苯丙烯酸類物質在一定波長的紫外線照射下，丙烯酸丁酯在其側鏈上相互成網狀鍵合，並且當其它波長的射線照射時，鍵合再次鬆開。由這種聚合物製造的部件當被照射一側時，由於該側形成網狀鍵合，使得材料形狀發生變化。在一定時間內， 形狀記憶聚合物也可通過磁力控制改變形狀。根據本發明優選實施方式，提供一種由形狀記憶材料製造的導電部件，作為激活裝置的組成部件。依據本發明，以各種形式使用該可導電的形狀記憶材料。一種首選的實施方案是使用由形狀記憶材料製造的導電部件，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製造的導電部件。當選擇了適合的形狀記憶材料，特別是該材料能夠根據溫度值的準確測量發生一種或兩種形狀的變化，通過由該形狀記憶材料製造的導電部件可實現當流過該部件的電流超過設定值時，該部件被加熱並由此中斷電流。以上述方案為基礎，有很多選擇方案用於實施本發明。第一種選擇，當形狀記憶材料製造的部件斷電並冷卻後，該部件藉助於彈簧重新返回原始形狀。如果部件由具有雙程效應的形狀記憶材料製造，則可以不藉助彈簧，僅憑藉材料自身的形狀記憶效就返回原始狀態。在考慮到已知條件的情況下，專業人員可以根據上述說明更簡便地實現用於原電池的保護裝置藉助於由形狀記憶合金或形狀記憶聚合物製造的部件，當保護裝置被激活時，通過跨接改變聯接狀態，並且根據已經條件和相應的應用目的，當導致跨接的狀況消失後可以消除跨接，同時使該原電池重新與電池連通。專業人員應根據每次應用的具體情況，來選擇使用保護裝置。如果跨接是為了避免發生特別嚴重事故時，通常在導致跨接的狀況消失後，並不會消除跨接。另一種應用是， 在工作環境允許的情況下，當導致跨接的狀況消失後，可以消除跨接。例如，當原電池由於溫度過高等外部影響必須被分離時，應建立暫時的跨接，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徵因素。本發明的優選實施是具有由形狀記憶材料製造的可導電部件的激活裝置，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製造的部件直接與原電池接觸。與之相反的是另一種結構，由形狀記憶材料製造的部件不直接與原電池接觸，對此根據本發明的其它實施方式，應使用由形狀記憶材料製造的絕緣部件。這種方式通常具有如下優勢，當由形狀記憶材料製造的部件通過形狀變化，使導電的接觸部件與原電池或與原電池組的內部排列發生位移，由此引起本發明所述的聯接改變，進而建立原電池的跨接並由此將其從電池聯接中分離。此外，依據本發明的其它實施方式，還有一種針對由形狀記憶材料製造的導電部件的使用方案，通過信號控制的電流通過該部件，而信號由保護裝置的內部或外部產生，用於控制激活裝置。這種激活信號還可以由傳感器產生，該傳感器反映配有保護裝置的原電池的工作狀態，當一個物理參數發生異常時發出信號，而上述保護裝置附帶激活裝置，其包含有由形狀記憶材料製造的部件。當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明所述原電池的接觸元件，其在接通前首先是冷的，使其導電性很低並只能傳導很少的接通電流，在接通後，通過電流使其升溫並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勢是，其可以在極短的時間內，例如在幾毫秒之內，通過一個電機械開關(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，其另外的優勢在於，因為加熱電阻可以通過繼電器在短路後降溫，所以加熱電阻可以在短時間關閉後迅速重新進入工作待命狀態。加熱電阻或者所謂的負溫度係數電阻，也被稱為NTC熱敏電阻，屬於導電材料，材料在高溫時比低溫時其導電性能更佳。隨溫度升高其電阻值降低。所以人們稱其為負溫度係數。純粹的半導體材料以及許多具有負溫度係數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合劑安裝、壓制並燒結的金屬氧化物，利用其與溫度相關的特性。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體金屬氧化物或者所謂的化合物半導體製造，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。縮寫PTC的意思是正溫度係數材料。這是一種導電材料，溫度低時的導電性強於溫度高時。基本上所有金屬材料均具有正溫度係數。與此處所稱的熱變阻器不同是，一般的金屬材料通常溫度係數較小並且呈線性變化。例如，所述熱變阻器可作為本發明所述原電池的接觸元件，用於穩定原電池的溫度。當原電池的溫度升高時，通過適當的構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，降低了其導電性，使得與其相應連通的電化學儲能器，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。當原電池溫度降低後，與其相鄰的熱變阻器也會降低溫度，進而重新提高其導電性。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明中使用，用於在對原電池充電或放電時限制電流，並由此穩定原電池的溫度。通過對加熱電阻、熱變阻器和形狀記憶材料的適當組合，可以使本發明所述保護裝置實現更具優勢的結構形式。通過適當地設計組合負溫度係數材料或正溫度係數材料與形狀記憶材料，不僅可以改變用於接通電池單元與電池聯接的接觸元件的導電性，也就是改變其電阻值，還能夠當達到特定溫度時或者當相應部件的溫度不再處於引起形狀改變的溫度範圍內時，引起電池組聯接狀態的轉換和改變。以下編號在圖例中用於標明所示元件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、導體、導電片204、504、604、704、1104-電極、導體、導電片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，所述電池組由本發明所述的保護裝置的電池單元構成。這種電池組優選使用多個所述保護裝置，該保護裝置被配置在電池組內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接為串聯和 /或並聯。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，第一接觸元件用於串聯兩個相鄰的原電池。當第一原電池的保護裝置被激活時，可移動的第一接觸元件發生位移，並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連接中電氣分離。
權利要求
1.一種用於原電池(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)聯接成電池組，該接觸元件以適當的方式與電池單元的電極聯接端(203、204、503、504)聯接，其特徵在於，所述保護裝置通過一個激活裝置(708、710、711)被激活，並且當所述保護裝置被激活時，該保護裝置通過改變聯接狀態從而跨接其所屬的原電池，由此將該原電池從電池聯接中電氣分離。
2.如權利要求1所述的保護裝置，其特徵在於，所述保護裝置附帶一種儲能器，用於儲存為改變聯接狀態所需的能量，並在激活所述保護裝置時使用。
3.如權利要求2所述的保護裝置，其特徵在於，所述保護裝置具有一種機械儲能器 (708、808、908、1008、1108、1208)。
4.如上述權利要求中任一項所述的保護裝置，其特徵在於，所述保護裝置被配置給電池組的各原電池。
5.如上述權利要求中任一項所述的保護裝置，其特徵在於，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生的信號和/或所述保護裝置內部產生的信號被激活。
6.如上述權利要求中任一項所述的保護裝置，其特徵在於，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生的信號被激活，當至少有一個表示其工作狀態的物理參數發生異常時，則上述傳感器發出信號。
7.如上述權利要求中任一項所述的保護裝置，其特徵在於，當激活激活裝置的先決條件經一段時間消除後，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接中。
8.如上述權利要求中任一項所述的保護裝置，其特徵在於，所述保護裝置被構建成可以配置在兩個相鄰的原電池的電極聯接端之間。
9.如上述權利要求中任一項所述的保護裝置，其特徵在於，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)處於張緊的狀態，所述激活裝置可通過脈衝電流被激活，此時熔斷絲熔斷(1230)，進而所述波形彈簧放鬆，由此提供改變聯接狀態所需能量。
10.如上述權利要求中任一項所述的保護裝置，其特徵在於，所述保護裝置具有激活裝置，其中由形狀記憶材料製作的部件，當該部件的溫度超過所限定的溫度範圍時刻和/或超溫期間，該部件通過改變部件的形狀來改變聯接狀態。
11.如權利要求10所述的保護裝置，其特徵在於，所述由形狀記憶材料製成的部件是導電部件或絕緣部件。
12.如權利要求11所述的保護裝置，其特徵在於，電流流經所述由形狀記憶材料製作的導電部件，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部或外部產生用於控制激活裝置。
13.如上述權利要求中任一項所述的保護裝置，其特徵在於，所述保護裝置具有氣密封閉的殼體。
14.如權利要求13所述的保護裝置，其特徵在於，在所述殼體內充有保護氣體。
15.一種原電池，具有如權利要求1至14中任一項所述的保護裝置。
16.一種電池組，具有如權利要求15所述的至少一個原電池。
17.一種電池組，具有如權利要求15所述的多個原電池，其特徵在於 ——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，用於該電池組的電池單元的串聯聯接； ——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，第一接觸元件用於串聯鄰近的第二原電池，當第一原電池的保護裝置被觸發時，可移動的第一接觸元件發生位移，並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連接中電氣分離。
全文摘要
本發明涉及一種用於原電池的保護裝置，所述原電池通過接觸元件聯接成電池組，所述接觸元件以適當的方式與原電池的電極聯接端聯接，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。當所述保護裝置被激活時，該保護裝置通過改變聯接狀態將其所屬原電池跨接，由此使該原電池從電池聯接中電氣分離。在激活裝置中，優選由形狀記憶材料製成的導電或絕緣部件引起激活，當該部件的溫度超過所限定的溫度範圍時刻和/或超溫期間，該部件通過改變部件的形狀來改變聯接狀態。
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 優先權日2009年9月4日
發明者安德裡亞斯·蓋奇, 蒂姆·舍費爾 申請人:鋰電池科技有限公司