具有改进的安全性质的模块化构的电池组制造技术

本发明专利技术公开了具有改进的安全性质的模块化构的电池组。一种用于存储电能的模块化结构的电池组，包括电池组外壳，所述电池组外壳具有内部，在所述内部中模块组件包括至少两个电池组模块，每个电池组模块具有至少一个正电极和至少一个负电极，并且包括按压装置。模块组件没有完全填充所述内部，使得保留死体积。所述至少两个电池组模块彼此电连接。它们在模块组件中彼此邻近布置。相应的间隔元件可以布置在模块组件中的相邻电池组模块之间。按压装置将机械压力施加到模块组件中的电池组模块上，所述机械压力使模块组件中的相邻电池组模块抵靠彼此或者抵靠可以布置在它们之间的间隔元件而被按压。

【技术实现步骤摘要】
具有改进的安全性质的模块化构的电池组
下面描述的本专利技术涉及一种用于存储电能的模块化结构的电池组，该电池组包括电池组外壳，在所述电池组外壳中布置包括至少两个电池组模块的模块组件，每个电池组模块具有至少一个正电极和至少一个负电极，并且还涉及一种用于这种类型的电池组的安全操作的方法。
技术介绍
包括串联连接的并且每个都具有正电极和负电极的多个电池组模块的模块化系统通常用作电动车辆和混合动力车辆中的电池组。电池组模块一般地每个都具有带有两个外部连接极的模块外壳。连接极之一耦合到至少一个正电极，并且另一个耦合到至少一个负电极。电池组模块一般地借助于连接极串联连接。电池组模块一般地在模块组件中彼此邻近布置。它们通常借助于张紧元件（例如，张紧带）抵靠彼此固定地被按压。模块组件就其本身而言被布置在电池组外壳中。在充电和放电期间在组件内产生的机械力一般地被电池组外壳吸收。为此，电池组模块经常以互锁的方式布置在电池组外壳中。倘若模块组件内的电池组模块损坏，则电池组模块中可能会出现内部短路。这可能导致高水平的热量的产生和电解质分解，并且还导致伴随的电池组模块内的气体形成。由于损坏的电池组模块和相应地相邻电池组模块之间的直接接触，在有缺陷的电池组模块中产生的热量能够通过大的接触面积传输到相邻电池组模块。这导致相邻电池组模块中的温度增加。相邻电池组模块中的温度增加非常经常导致在所述相邻电池组模块中引发化学反应。作为结果，在相邻电池组模块中可能同样发生电解质分解和不受控制的加热。这种连锁反应（经常也称为传播）能够导致整个模块组件的完全毁坏，并且作为结果还导致位于组件附近的其他部件的毁坏。
技术实现思路
本专利技术基于提供一种模块化结构的电池组的目标，该电池组具有用于避免所描述的连锁反应或传播的目的的合适的安全装置。为了解决这个问题，本专利技术提出了在后面的文本中描述的用于存储电能的模块化结构的电池组，特别是以下描述的具有权利要求1中所指定的特征的电池组的优选实施例，并且还提出了具有权利要求6中所指定的特征的方法。根据本专利技术的模块化结构的电池组包括：•围绕内部的电池组外壳，•包括至少两个电池组模块的模块组件，每个电池组模块具有至少一个正电极和至少一个负电极，以及•按压装置，其中，•模块组件布置在电池组外壳的内部中，•所述至少两个电池组模块彼此电连接，•所述至少两个电池组模块在模块组件中彼此邻近布置，•可选地，相应的间隔元件可以布置在模块组件中的相邻电池组模块之间，以及•按压装置将机械压力施加到模块组件中的电池组模块上，所述机械压力使模块组件的相邻电池组模块抵靠彼此或者抵靠可以布置在它们之间的间隔元件而被按压。由于按压装置所施加的压力，相邻电池组模块优选地相应地借助于二维接触区域以力配合（force-fitting）的方式直接连接到彼此，或者连接到可以布置在它们之间的间隔元件。电池组外壳优选地是封闭的。电池组外壳能够具有在它的外侧上的一个或多个电池组外壳极，所述电池组外壳极电连接到所述至少两个电池组模块的电极，并且可能将电负载连接到所述电池组外壳极。所述电池组外壳能够由金属（例如由铝）以及还由塑料两者构成。如果电池组外壳由金属构成，则其能够具有一个或多个极衬套，以便保持外壳没有电位，并且相应地以便避免短路。原则上，电池组模块能够包括任何类型的电化学电池。电池组模块特别优选地包括电池组或电容电池，要不就电池组和电容电池的组合。所使用的电池组模块能够既是单独的电池而且又是包括多个单独的电池的电池组件。单独的电池的最简单的示例是包括正电极和负电极的电池，也就是说具有以下序列的电池：•正电极/分隔件（separator）/负电极。此外，所谓的双电池被认为是单独的电池，也就是说具有以下序列的电池：•正电极/分隔件/负电极/分隔件/正电极或者•负电极/分隔件/正电极/分隔件/负电极。所使用的电池组件能够是例如包括具有指定序列之一的多个单独的电池的堆叠。如果电池或电池组件包含同一极性的两个或更多电极，则一般地优选的是，所述电极常常通过焊接经由相应的导体彼此电连接。在一些优选实施例中，电池组模块中的每个具有专用模块外壳，特别是由膜或箔构成的外壳，例如金属箔或金属/塑料复合物。因此，在这种情况下，至少两个电池组模块，其每个都在专用模块外壳中，被布置在电池组外壳中。此外，电池组模块中的每个一般地具有路由穿过模块外壳的至少一个正连接极和路由穿过模块外壳的至少一个负连接极。所述至少一个正连接极电连接到模块外壳内的正电极。所述至少一个负连接极电连接到外壳内的负电极。在优选实施例中，所述至少两个电池组模块包括基于锂离子的单独的电池或电池组件，也就是说如下的电池：在其中在充电和放电过程期间锂离子从正电极迁移到负电极并且反之亦然。电池特别地能够以卷绕的形式或以堆叠的方式存在。在一些特别优选的实施例中，所述至少两个电池组模块均包括基于C//NMC（碳/镍-锰-钴）和/或基于C//LFP（碳/磷酸铁锂）的至少一个电池。电池组模块优选地包括适合其所包括的电池的电解质。在基于锂离子的单独的电池或电池组件的情况下，电解质优选地是有机电解质，这里特别地基于有机碳酸盐的有机电解质。所述至少两个电池组模块优选地彼此串联电连接。然而，基本上，电池组也能够包括并联连接的电池组模块。模块组件中的相邻电池组模块优选地借助于至少一个接触装置彼此电连接和机械连接。在这种情况下，所述至少一个接触装置优选地连接相邻电池组模块的连接极。所述接触装置电连接和机械连接到所述连接极中的每个。机械连接例如能够是焊接连接、铆钉连接、螺钉连接、焊料连接或夹紧连接。优选的接触装置特别优选地具有以下性质中的至少一种：•其由机械上柔性的导电材料构成，例如由一个或多个柔韧的金属线或者由柔韧的金属箔或柔韧的金属片构成。•其具有连接到两个相邻电池组模块的连接极的两个接触区域。•接触装置在接触区域之间具有至少一个弯曲、折叠或扭转区域，在其中它们是弯曲、折叠或扭曲的。•总体上，接触装置具有比用于连接该连接极将必需的长度更大的长度。电池组特别优选地包括彼此电连接的2至50个电池组模块，特别优选地包括10至30个电池组模块。电池组模块优选地全部具有相同的尺寸和维度。电池组模块特别优选地具有棱柱的设计，特别是立方形的设计。在这种情况下，电池组模块的模块外壳包括矩形外壳基座、与所述外壳基座成直角布置的四个侧壁、以及还有具有与外壳基座基本相同的形状和尺寸的外壳上部部分。外壳基座、侧壁和外壳上部部分优选地呈现很少的压型（profiling）。所述外壳基座、侧壁和外壳上部部分的外表面特别优选地为平面的或至少近似平面的。可以布置在电池组模块之间的间隔元件可以是用于从模块组件排出热量的导热元件。为此，间隔元件能够被设计为例如导热金属板。然而，间隔元件也可以是旨在防止在模块组件中的相邻电池组模块之间交换热量的绝热元件。间隔元件可以例如具有板状设计。特别地，合适的按压装置是借助于其能够将期望的机械压力施加到模块组件中的电池组模块上的所有设备或布置。在优选的实施例中，按压装置的特征在于以下附加特征中的至少一个：•按压装置是或包括至少一个张紧带，特别地围绕模块组件的至少一个弹性拉伸的张紧带。•按压装置是或包括围绕模块组件的至少一个张紧框架。•按压装本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于存储电能的模块化结构的电池组（100），包括：a. 电池组外壳（101a、101b），b. 包括至少两个电池组模块（103a至103u）的模块组件（102），每个电池组模块具有至少一个正电极和至少一个负电极，以及c. 按压装置（107），其中，d. 所述电池组外壳（101a、101b）围绕其中布置所述模块组件（102）的内部，其中，所述模块组件（102）没有完全填充所述内部，使得保留死体积（116），e. 所述至少两个电池组模块（103a至103u）彼此电连接，f. 所述至少两个电池组模块（103a至103u）在所述模块组件（102）中彼此邻近布置，g. 可选地，相应的间隔元件可以布置在所述模块组件（102）中的相邻电池组模块之间，以及h. 所述按压装置（107）将机械压力施加到所述模块组件（102）中的所述电池组模块（103a至103u）上，所述机械压力使所述模块组件（102）的相邻电池组模块（103）抵靠彼此或者抵靠可以布置在它们之间的间隔元件而被按压，其特征在于，i. 所述电池组（100）包括：‑ 力测量设备，利用所述力测量设备能够检测逆着由所述按压装置（107）施加的所述机械压力定向的力，和/或‑ 温度测量设备（121），其能够检测所述电池组外壳（101a、101b）中的温度和/或所述模块组件（102）的各个电池组模块（103a至103u）的温度，和/或‑ 电压测量设备，其能够检测作为所述模块组件（102）的电池组模块（103a至103u）中的至少一个中的缺陷的结果的、由模块组件（102）输出的电压的变化，和/或‑ 电流测量设备，其能够检测作为所述模块组件（102）的电池组模块（103a至103u）中的至少一个中的缺陷的结果的、由所述模块组件（102）输出的电流的变化，其中，一个或多个所述设备耦合到数据处理设备（123），来自一个或多个所述设备的测量结果被传输到所述数据处理设备（123），j. 所述电池组在所述电池组外壳（101a、101b）的内部具有至少一个安全装置，当所述电池组模块中的至少一个（103f）中存在缺陷时，所述安全装置触发施加到所述电池组模块（103a至103u）上的机械压力的降低，k. 所述安全装置是或包括用于显示和/或停用所述按压装置的装置（116），所述装置在缺陷的情况下毁坏或停用所述按压装置（107），以及l. 该毁坏和/或停用装置（116）耦合到所述数据处理设备（123），并且响应于来自所述数据处理设备（123）的信号而发起对所述按压装置（107）的毁坏或停用。...

【技术特征摘要】
2017.04.12 DE 102017206358.01.用于存储电能的模块化结构的电池组（100），包括：a.电池组外壳（101a、101b），b.包括至少两个电池组模块（103a至103u）的模块组件（102），每个电池组模块具有至少一个正电极和至少一个负电极，以及c.按压装置（107），其中，d.所述电池组外壳（101a、101b）围绕其中布置所述模块组件（102）的内部，其中，所述模块组件（102）没有完全填充所述内部，使得保留死体积（116），e.所述至少两个电池组模块（103a至103u）彼此电连接，f.所述至少两个电池组模块（103a至103u）在所述模块组件（102）中彼此邻近布置，g.可选地，相应的间隔元件可以布置在所述模块组件（102）中的相邻电池组模块之间，以及h.所述按压装置（107）将机械压力施加到所述模块组件（102）中的所述电池组模块（103a至103u）上，所述机械压力使所述模块组件（102）的相邻电池组模块（103）抵靠彼此或者抵靠可以布置在它们之间的间隔元件而被按压，其特征在于，i.所述电池组（100）包括：-力测量设备，利用所述力测量设备能够检测逆着由所述按压装置（107）施加的所述机械压力定向的力，和/或-温度测量设备（121），其能够检测所述电池组外壳（101a、101b）中的温度和/或所述模块组件（102）的各个电池组模块（103a至103u）的温度，和/或-电压测量设备，其能够检测作为所述模块组件（102）的电池组模块（103a至103u）中的至少一个中的缺陷的结果的、由模块组件（102）输出的电压的变化，和/或-电流测量设备，其能够检测作为所述模块组件（102）的电池组模块（103a至103u）中的至少一个中的缺陷的结果的、由所述模块组件（102）输出的电流的变化，其中，一个或多个所述设备耦合到数据处理设备（123），来自一个或多个所述设备的测量结果被传输到所述数据处理设备（123），j.所述电池组在所述电池组外壳（101a、101b）的内部具有至少一个安全装置，当所述电池组模块中的至少一个（103f）中存在缺陷时，所述安全装置触发施加到所述电池组模块（103a至103u）上的机械压力的降低，k.所述安全装置是或包括用于显示和/或停用所述按压装置的装置（116），所述装置在缺陷的情况下毁坏或停用所述按压装置（107），以及l.该毁坏和/或停用装置（116）耦合到所述数据处理设备（123），并且响应...

【专利技术属性】
技术研发人员：T克纳佩，W施赖贝尔，
申请(专利权)人：VWVM研究有限责任两合公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE