电池电芯、电池、机动车辆.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 104025334 A (43)申请公布日 2014.09.03 C N 1 0 4 0 2 5 3 3 4 A (21)申请号 201280061489.2 (22)申请日 2012.11.08 102011088731.8 2011.12.15 DE H01M 2/04(2006.01) H01M 2/34(2006.01) H01M 10/0525(2006.01) H01M 10/42(2006.01) (71)申请人罗伯特博世有限公司 地址德国斯图加特 申请人三星SDI株式会社 (72)发明人 F埃贝勒 A赖茨勒 B克里格 (74)专利代理机构北京市金杜律师。

2、事务所 11256 代理人苏娟 (54) 发明名称 电池电芯、电池、机动车辆 (57) 摘要 本发明涉及一种具有膜片(22)的电池电芯 (10)。膜片(22)构造用于当在电池电芯(10)内部 的压力升高时向外拱起并由此建立两个极(24、 25)的导电连接。特征在于，在膜片(22)的外侧 设置有导体(30)，并且该导体与电池电芯(10)连 接，使得导体(30)通过向外拱起的膜片(22)在一 侧被该膜片(22)抬起，使得极(24、25)通过导体 (30)彼此导电连接。此外涉及一种包括多个根据 本发明的电池电芯(10)的电池(14)和一种包括 该电池(14)的机动车辆。 (30)优先权数据 (85)。

3、PCT国际申请进入国家阶段日 2014.06.12 (86)PCT国际申请的申请数据 PCT/EP2012/072126 2012.11.08 (87)PCT国际申请的公布数据 WO2013/087304 DE 2013.06.20 (51)Int.Cl. 权利要求书1页 说明书4页 附图6页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书4页 附图6页 (10)申请公布号 CN 104025334 A CN 104025334 A 1/1页 2 1.具有膜片(22)的电池电芯(10)，该膜片能够当在电池电芯(10)内部的压力升高时 向外拱起并且由此建立两个。

4、极(24、25)的导电连接，其特征在于，在膜片(22)的外侧设置 有导体(30)，并且该导体与电池电芯(10)连接，使得导体(30)通过向外拱起的膜片(22) 在一侧被该膜片(22)抬起，使得极(24、25)通过导体(30)彼此导电连接。 2.根据权利要求1所述的电池电芯(10)，其中，在膜片(22)和导体(30)之间设置有 电绝缘件(32)，使得在两个极(24、25)之间可能的电流必须流过导体(30)。 3.根据上述权利要求之一所述的电池电芯(10)，其中，振动止动元件(34)阻止导体 (30)可能的振动。 4.根据上述权利要求之一所述的电池电芯(10)，其中，导体(30)是板条。 5.根据。

5、上述权利要求之一所述的电池电芯(10)，其中，导体(30)通过至少一个焊接部 位与电池电芯(10)连接。 6.根据权利要求5所述的电池电芯(10)，其中，导体(30)通过至少一个焊接部位与电 池电芯外壳(16)连接。 7.根据上述权利要求之一所述的电池电芯(10)，其中，电池电芯(10)是锂离子二次电 芯。 8.电池(14)，包括多个根据权利要求1到7之一所述的电池电芯(10)。 9.机动车辆或者机动车辆设备，包括根据权利要求8所述的电池(14)。 权 利 要 求 书CN 104025334 A 1/4页 3 电池电芯、 电池、 机动车辆 技术领域 0001 本发明涉及一种具有安全膜片的电池电。

6、芯，该安全膜片构造用于当在电池电芯内 部的压力升高时向外拱起并且由此建立两个极的导电连接。 0002 此外，本发明涉及一种包括多个根据本发明的电池电芯的电池以及具有这种电池 的机动车辆。 背景技术 0003 已经呈现出，在将来无论在静止的应用中，例如风力设备，在设计为混合机动车辆 或者电动机动车辆的机动车辆中，以及在电子设备中，如笔记本计算机或者移动电话，都将 使用新的电池系统，在可靠性、安全性、效率和寿命的方面对该电池系统提出非常高的要 求。 0004 在具有至少部分的电力驱动装置的车辆中使用电储能器，用以为辅助驱动装置或 者用作驱动装置的电动机存储电能。在最新一代的车辆中这里使用所谓的锂离。

7、子电池。它 的特征首先在于高的能量密度和极小的自放电。锂离子电芯具有至少一个正电极和一个负 电极(阴极或者阳极)，它们能够可逆地存储(嵌入)或者释放(脱嵌)锂离子(Li+)。 0005 图1示出了怎样能够把多个单独的电池电芯10组装成电池模块12然后组装成电 池14。这通过电池电芯10的极的未图示的并联或者串联实现。在这种情况下根据定义，电 池模块12或者电池14由至少两个电池电芯10组成，其中术语电池14和电池模块12经常 同义地使用。电池14的电压例如是12和750伏特之间的直流电压。 0006 对于电池电芯，例如锂离子电池电芯，为了能够在机动车辆中进行传输和使用执 行若干测试。首先还执行。

8、所谓的故障试验(极限测试)，以便能够评价电池电芯在极端情况 下、例如交通事故情况下的特性。 0007 为减弱故障试验的后果，在电池电芯内构建一种机构，其当电芯内的压力由于电 池电芯的故障而增大时中断电池电芯内的电流流动。例如公知的是电流中断装置(current interruptive devices-CID)或者过载充电保护装置(overcharge safety device-OSD)。 0008 US 6 497 978 B1示出了一种机械式电流中断的可能的实现方式。在圆柱形电池电 芯的正极和与该正极导电连接的正电极之间构建一个安全机构。如果电池电芯内压力上 升，则该电池电芯内的盖首先变。

9、形，由此断开正极和正电极之间的导电连接。在压力继续增 加的情况下电池气体可以通过一个被刺破的薄膜逸出。 0009 JP 5062664 A示出了一种机械式激活的安全装置的另一种变型。同样是圆柱形的 电池电芯在它的正极的电芯盖上具有导电的膜片。当在电池电芯内的压力升高时该膜片伸 展并且由此接触固定在电池电芯外壳上的悬臂，该悬臂以及电池电芯外壳都位于负极的电 位。通过膜片与悬臂的接触，电池电芯被短路，由此例如停止继续过载。 0010 图2示出了棱柱形电池电芯10的例子中的过载保护装置的一种类似的机构。它 包括一个在导电的电池电芯外壳16内集成的、同样导电的膜片22，它在无错误的状态下向 内拱起。另。

10、外电池电芯10包括一个与电池电芯外壳16电绝缘的极24(在该例中是负极) 说 明 书CN 104025334 A 2/4页 4 和一个与电池电芯外壳16导电连接的极25(在该例中是正极)。绝缘的极24与电池电芯 外壳16的电绝缘通过绝缘件28保证，而连接的极25例如可以是电池电芯外壳16的一部 分或者插入其内。如果给电池电芯10充电，则充电电流I C 通过正极流入电池电芯10的化 学活性的部分18内。 0011 现在如果电池电芯10内的压力例如由于电池电芯10的过载而上升，则膜片22如 图3所示向外拱起并且与电池电芯10的绝缘的极24上的悬臂26导电接触。由此两个极 24、25彼此导电连接。该。

11、导电连接的电阻选取的足够小，使得过载电流I OC 不再流经化学活 性的部分18，而是流经电池电芯外壳16、膜片22和悬臂26。 0012 然而电池电芯10同时通过两个极24、25短路。短路电流I SC 流过膜片22和电芯 外壳16并且在这种情况下能够损坏膜片22。为防止这点，在化学活性的部分18和极24、 25之一(在该示例中是正极)之间构建一个保险装置20，它在短路电流I SC 能够损坏膜片 22前中断短路电流I SC 。 发明内容 0013 根据本发明提供一种具有膜片的电池电芯供使用。该膜片构造用于，当在电池电 芯内部的压力升高时向外(在背离电池电芯的方向上)拱起，并且由此建立两个极的导电。

12、 连接。特征在于，在膜片的外侧(在背离电池电芯的一侧上)设置有导体并且该导体与电 池电芯连接，使得导体通过向外拱起的膜片在一侧被该膜片抬起，使得极通过导体彼此导 电连接。 0014 通常一个极与电池电芯外壳电绝缘(绝缘极)，而另一个极与电池电芯外壳导电 连接(连接极)。绝缘极例如是负极，由此与电池电芯外壳连接的极是正极。然而也已知极 性反转的电池电芯。 0015 对于由膜片抬起的导体的接触部位例如可以是从绝缘极伸出的悬臂。该悬臂同时 还构成用于被抬起的导体的末端止挡。在实际中膜片和导体的互相配合设定成，使得从电 芯内的一定的压力起进行两个极的导电连接。该压力例如由于电池电芯的过载、在60Ah的。

13、 电池电芯的情况下通常在150的充电状态下达到。 0016 本发明基于的认识是将膜片的单个的功能彼此分开。在迄今的电池电芯中，膜片 用于识别负责建立两个极之间的导电连接以及充电和短路电流的电流传送的电池电芯内 的高压力。通过分开这些功能并承担通过导体引导电流的功能实现一种可能性：不通过电 池电芯内的保险装置来控制电池电芯的短路电流。由此能够实现无保险装置的过载保护装 置。因此去掉了这样的风险：必须中断在电池电芯内多个串联的电池电芯的可能存在的、大 的短路电流，这在有的情况下可能引起相当危险的电弧。 0017 特别是当在安全膜片和导体之间设置一个优选的电绝缘件使得在两个电池极之 间可能的电流必须。

14、流过导体时，进行这种功能的分开。该电流是在两个极之间建立起这两 个极的导电连接后在电池电芯的化学活性部分之外流动的电流的总和。绝缘件例如可以用 塑料制成，或者实施成膜片的涂层和/或导体的涂层。 0018 例如在机动车辆中使用本发明的电池电芯的情况下能够向电池电芯传递冲击或 者振动。这可能导致导体不必要的运动，由此可能引起导体与悬臂的意外接触。为避免这 点，振动止动元件能够阻止导体可能的振动。它通过与导体的形状配合和/或摩擦配合阻 说 明 书CN 104025334 A 3/4页 5 止导体振动，但是在膜片向外扩展时可以容易地被完全克服。 0019 此外，膜片具有的刚性优选使得该膜片在正常状态下。

15、在电池电芯的内部空间的方 向上拱起而在电池电芯的内压足够的情况下突然向外反转。该特性例如在克服振动止动元 件的情况下有用，因为反转的膜片的这种特征有助于振动止动元件的克服。 0020 导体优选是板条。这表示导体简单且同时低成本的实现。 0021 此外，导体优选在一端与电池电芯、特别优选地与电池电芯外壳焊接，以便实现与 电芯外壳良好的和持久的电接触。因此，导体为了接触悬臂而可弯曲地设计。导体的固定 点离膜片越远，用以通过膜片抬起的杠杆越大。 0022 此外，电池电芯优选是锂离子二次电芯。锂离子二次电芯的特征在于大的能量密 度和功率密度，这特别在电动汽车领域中带来另外的优点。 0023 此外提供一。

16、种包括多个根据本发明的电池电芯的电池。 0024 此外提供一种包括根据本发明的电池的机动车辆或者机动车辆设备，其中电池模 块通常用于向车辆的电驱动系统供电。机动车辆设备可以是电池驱动的、例如多媒体设备。 0025 本发明的有利的扩展方案在从属权利要求中说明或者从说明中得知。 附图说明 0026 根据附图和随后的说明详细解释本发明的实施例。附图中： 0027 图1示出了电池电芯、电池模块和电池(现有技术)， 0028 图2示出了具有带有彼此分开的极的、具有过载保护装置的电池电芯(现有技 术)， 0029 图3示出了具有相互连接的极的、具有过载保护装置的电池电芯(现有技术)， 0030 图4示出了。

17、具有彼此分开的极的、具有过载保护装置的本发明的电池电芯， 0031 图5示出了具有相互连接的极的、具有过载保护装置的本发明的电池电芯， 0032 图6示出了导体的一种可能的形状，以及 0033 图7示出了导体的另一种可能的形状。 具体实施方式 0034 已经根据图1、2和3说明了现有技术。 0035 图4示出了本发明的电池电芯10的一个简化的横截面图。如已经从根据图2和3 的现有技术中所知，电池电芯10包括与电池电芯外壳16电绝缘的极24(例如负极)和与 电池电芯外壳16连接的极25(例如正极)。该绝缘的极24与电池电芯外壳16的电绝缘 可以如图所示通过绝缘件28保证，相反与电池电芯外壳16连。

18、接的极25例如可以是电池电 芯外壳16的一部分或者插入其内。极24、25与电池电芯10的化学活性的部分18导电连 接。在膜片22的外侧在其上方设置有导体30，该导体在一侧在连接部位38(例如焊接部 位)与电池电芯外壳16导电连接。绝缘的极24具有悬臂，该悬臂构造为用于导体30的末 端止挡。在导体30和膜片22之间，例如在导体30上，可以设置有绝缘件32。 0036 由于例如在车辆中当工作时电池电芯10的振动，可能需要振动止动元件34。它阻 止导体30的振动从而阻止导体30与悬臂26的不必要的接触。振动止动元件34例如可以 成形和设置成形状配合地禁止导体30的运动。同时必须保证，膜片22能够在电。

19、池电芯10 说 明 书CN 104025334 A 4/4页 6 内部存在压力时抬起导体30并且例如通过导体30或者振动止动元件34的弹性形变建立 导体30与悬臂26的接触。 0037 如果给电池电芯10充电，则充电电流I C 通过正极流动并且流入电池电芯10的化 学活性的部分18内。两个极24、25如上述与该化学活性的部分18导电连接，其中与现有 技术不同，可以在电池电芯10的内部省去保险20。 0038 如果在电池电芯10内的压力例如由于过载而升高时发生电池的故障，则膜片22 向外拱起。如果膜片22具有足够的刚性并且在正常状态下根据图4向内拱起，那么它在足 够的压力下会突然反转。通过膜片2。

20、2的向外拱起，导体30在一侧被抬起，例如弯曲并且压 在悬臂26上。在这种情况下通过膜片22施加的力足够大，以致克服有利地存在的振动止 动元件34。通过导体30与悬臂26的接触，两个极24、25相互导电连接。 0039 两个极24、25的导电连接的电阻应该足够小地选取，使得如图所示全部过载电流 I OC 流动通过该导电连接，并且因此不再到达化学活性的部分18内。然而同时该电阻还应 该足够大地选取，使得仅一个受控的短路电流I SC 流动，由此电池电芯10不会通过它被严重 加热。满足这两个准则的所需要的电阻可以通过实验确定。 0040 如果没有设置绝缘件32，并且如果悬臂26-导体30-电池电芯外壳。

21、16的串联电路 的电阻小于悬臂26-导体30-膜片22-电池电芯外壳16的串联电路的电阻，则大部分的电 流I OC +I SC 已经流过导体30。由此，与现有技术相比膜片22的损坏已经不可能，由此可以省 去保险装置20。然而如果全部电流应该流过导体30，则可以在膜片22和导体30之间设置 一个已经提过的绝缘件32。这使得能够有目的地通过导体30调整两个极24、25之间的电 连接的电阻。 0041 图6示出了导体30的一种可能的形状。它可以作为板条构造并且设置在安全阀 (Berstventil)36和与电池电芯外壳16绝缘的极24之间。导体30在它的一侧在连接部 位38与电池电芯外壳16连接。该。

22、连接部位38例如可以以焊接连接的形式实现。为了保 持对于抬起导体30所需要的力极小，有利的是尽可能大地选择从连接部位38到膜片22中 点的距离。由此在抬起导体30时与没有导体30的结构相比，膜片22仅需花费不大的力。 因此膜片22的特性与现有技术相比仅微小地改变。 0042 图7示出了一种应用，用以在根据现有技术具有安全阀36的电池电芯外壳16的 情况下在连接部位38和膜片22的中点之间提供还要更大的距离。为板条形式的导体30 为此以叉形围绕安全阀36导引。现在连接部位38不再位于膜片22和安全阀36之间，而 位于安全阀36旁边。由于连接部位38到膜片22的中点的更大的距离，与图6相比，在其 他参数相同的情况下能够由膜片22更可靠地抬起导体30。此外与现有技术相比，过载保护 装置的触发特性仅微小地改变。 说 明 书CN 104025334 A 1/6页 7 图1 说 明 书 附 图CN 104025334 A 2/6页 8 图2 说 明 书 附 图CN 104025334 A 3/6页 9 图3 说 明 书 附 图CN 104025334 A 4/6页 10 图4 说 明 书 附 图CN 104025334 A 10 5/6页 11 图5 图6 说 明 书 附 图CN 104025334 A 11 6/6页 12 图7 说 明 书 附 图CN 104025334 A 12 。