专利名称：具有电导装置的电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有至少一个电导装置的电池。将结合用于给机动车驱动器供电的可充电锂离子电池来说明本发明。应当指出，本发明也可不依赖于电池或其原电池的结构类型、其化学特性，并且也可不依赖于供电驱动器的类型而使用。
背景技术：
在现有技术中，已知用于给机动车驱动器供电的具有多个原电池的可充电电池。 在这种电池工作期间，其原电池老化，因此电池或原电池的充电容量日益减小。
发明内容
在此本发明的基础任务是在较高的充电次数期间保持电池的原电池的充电容量。根据本发明，将通过独立权利要求的主题来解决该任务。从属权利要求的主题是本发明优选的改进方案。根据本发明的电化学储能器设备具有至少一个原电池。该电化学储能器设备进一步具有分配给该至少一个原电池的至少一个电导装置以及分配给该至少一个电导装置的至少一个连接装置。电化学储能器设备的特征在于，该至少一个连接装置分配有至少一个热交换装置，其中该至少一个热交换装置设置为与该至少一个连接装置交换热能。在本发明的意义上，将电化学储能器设备理解为包括至少一个原电池的设备。该设备也包括用于驱动至少一个原电池的其他装置。此外至少一个原电池和所述装置可设置在共同的壳体中。该电化学储能器设备也可从一定数量的原电池起由多个单元组成。在本发明的意义上，将原电池理解为用于输出电能并且用于从化学能量转换成电能的装置。为此该原电池具有电解质和至少两个不同极性的电极。原电池根据类型也能够在充电时吸收电能、转化成化学能量并存储。该从电能到化学能量的转换是有损耗的并且伴随着不可逆的化学反应。进入或从原电池中流出的电流可导致电发热。该电发热可导致原电池的温度升高。随着温度的升高，不可逆的化学反应增多。所述不可逆的化学反应可导致原电池用于转换和/或存储能量的区域不再可用。随着充电次数的增加，该区域的规模增加。因此原电池或该设备的可用充电容量减小。在本发明的意义上，将电导装置理解为当放电时将电子从原电池中在用电负载的方向引出的装置。优选地，至少一个电导装置分配到原电池的电极中的一个，与该电极特别地导电连接。电导装置也允许实现在相反方向的电流。优选地，至少一个电导装置与原电池同样导热连接。当出现相应的温度差时，本发明意使电导装置将热量从原电池中导出。优选地，电导装置含有金属。特别优选地，电导装置含有铜或铝。在本发明的意义上，将至少一个电导装置理解为由不同原电池的多个电导装置组成的单元，所述不同原电池的多个电导装置借助于导电的连接装置而被连接。原电池串联或并联连接，优选地借助于多个现有的导电连接装置而连接。在根据本发明的设备的该方案中，至少一个连接装置与电导装置的至少一个导电连接装置导电且导热地连接。优选地，导电连接装置设置为其热阻不超过预定值。在本发明的意义上，将连接装置理解为将电子从电导装置引导到用电负载的装置。该连接装置可同样在相反电流方向上起作用。优选地，连接装置构成为刚性的。优选地，连接装置可移动地构成为电缆或导电带。特别地，如果当连接装置工作期间预计有移动或振动，则优选可移动地构成至少一个连接装置。该导电带可构成为箔状带、板状带或多股绞合线带。连接装置的类型取决于在电化学储能器设备工作期间使用处的结构条件和储能器设备预计的负载。优选地连接装置与至少一个电导装置螺钉连接或铆接。也可为其他类型的连接。在本发明的意义上，将热交换装置理解为将热能从连接装置导出的装置。在此热流的方向取决于热交换装置和连接装置或电化学储能器设备的原电池之间的温度差。优选地，热交换装置包括具有较高导热系数的材料，特别地为铜或铝。优选地，热交换装置的主体具有最小的热容量。优选地，在热交换装置主体的外表面上设置有用于增大表面的凸起， 优选为具有任意横截面的肋状凸起或钉。优选地随着与主体之间的距离增加，凸起逐渐变细。优选地，至少一个热交换装置构成为由多部分组成。优选地，热交换装置至少部分地包围连接装置。优选地，至少一个热交换装置用于阻止原电池的温度升高。优选地，由进入原电池或从其中流出的电流带来的发热量的一部分由至少一个热交换装置导出。优选地，引入或导出至少一个原电池的电流的电发热量至少暂时地小于至少一个
热交换装置失去的热功率。借助于根据本发明热交换装置而从原电池中热功率的导出间接通过导热的物体、 特别为借助于设置在原电池和根据本发明的热交换装置之间的电导装置和连接装置来实现。每个物体呈现阻止引起原电池的温度和热交换装置的温度的温度差的热阻。如果原电池借助于热交换装置失去热功率，则温度沿着原电池和热交换装置之间的路线下降。因此原电池允许的工作温度不同于热交换装置的工作温度。优选地，热交换装置允许的工作温度借助于热流量平衡来确定。优选地，热交换装置的最大允许工作温度小于导热连接的原电池的最大允许工作温度。如果热交换装置的温度小于至少一个原电池的温度，则来自原电池的热流在热交换装置的方向上产生。因此原电池的温度可下降。借此不可逆的化学反应减弱。尽可能地保持原电池用于能量转换和能量存储的区域。因此前述电池的原电池的老化减弱、保持更长时间的充电容量且解决了本发明的基本任务。以下将说明本发明的优选改进方案。有利地，至少一个热交换装置具有至少一个第一和一个第二表面区域。表面区域设置在至少一个热交换装置的至少一个外表面上。优选地，至少一个热交换装置相对于至少一个连接装置电性绝缘。因此特别地，第一表面区域具有电性绝缘涂层。优选地，第一表面区域的面积和第二表面区域的面积之比小于0.9。优选地，该比小于0.4。特别优选地， 该比小于0. 05。该比的下限由经济上的考虑来确定并且也取决于可用空间。有利地，至少一个热交换装置具有至少一个测量装置。优选地，至少一个测量装置测量热交换装置的温度。优选地，至少一个测量装置测量邻近于至少一个热交换装置的第二表面区域的温度。特别优选地，至少一个测量装置确定至少一个热交换装置的第二表面区域的温度。优选地，测量装置具有特别是分配给不同热交换装置的多个探测器。优选地，至少一个测量装置至少暂时地提供测量值，该测量值可由对根据本发明的设备的补充控制装置来处理。有利地，第一流体至少暂时地流入热交换装置。第一流体的温度和至少一个热交换装置的温度的差，即所谓的温度差，也确定了热流的方向。优选地，借助于温度差和质量流的调整来调整第一流体的冷却能力。优选地，第一流体是周围空气。有利地，至少一个热交换装置具有至少一个第一流体通道。具有确定温度和流速的第一流体至少暂时地流经该第一流体通道。优选地，第一流体是周围空气或其他的冷却剂。优选地，使第一流体通道设置在热交换器内部空间上邻近于第一表面区域。优选地，至少一个热交换装置具有多个第一流体通道。有利地，电化学储能器设备分配有输运装置。该输运装置优选地用于输运特别是用于冷却热交换装置第一流体。在此，输运装置的输运功率也适应于转移的热功率。优选地，输运装置由补充根据本发明设备的控制装置连接。优选地，输运装置由电化学储能器设备提供能量。优选地，输运装置是鼓风机或冷却剂泵。有利地，热交换装置具有第一材料，该第一材料设置为在给定条件下通过相位通道(Wiasendurchgang)。优选地，选择第一材料以使其相变温度 (Phasenubergangstemperaturen)中的一个在至少一个热交换装置的最大允许工作温度和其最小工作温度之间。特别优选地，选择第一材料以使其相变温度中的一个仅在至少一个热交换装置的最大允许工作温度之下少量开氏度。在此，至少一个热交换装置的最大允许工作温度也取决于导热连接的原电池的最大允许工作温度。优选地，热交换装置进一步具有其他的第一材料。特别优选地，选择其他的第一材料，以使其相变温度中的一个仅在至少一个热交换装置的最小工作温度之上少量开氏度。优选地，第一材料设置在至少一个热交换装置的空腔中。优选地，第一材料设置在所谓的“热管”中。将该热管放入热交换装置中，以使热管的吸收热量的末端邻近于第一表面区域。热管的发出热量的末端邻近于第二表面区域或从热交换装置中凸出。有利地，特别是以电阻加热装置来电加热至少一个热交换装置。特别地，至少一个热交换装置在冷启动之后可用于将热量导入间接热连接的原电池。优选地，由电化学储能器设备来供给电阻加热装置。有利地，电冷却至少一个热交换装置。对此起作用的特别是至少一个帕尔帖 (Peltier)元件，该帕尔贴元件优选地由电化学储能器设备供给。有利地，机动车设置有根据本发明的电化学储能器设备。该机动车进一步具有空调装置。空调装置的冷却剂需要时特别是流过至少一个热交换装置的至少一个第一流体通道。优选地，热交换装置分配有用于限制冷却剂流通过至少一个第一流体通道的阀门。
有利地，电化学储能器设备这样工作，以使第一流体至少暂时流过至少一个热交换装置。在此，取决于待转移的热功率来选择第一流体的温度和流量。第一流体的温度和质量流可随时间波动。有利地，电化学储能器设备这样工作，以使第一流体暂时流过至少一个热交换装置的至少一个第一流体通道。第一流体的温度和质量流适应于待转移的热功率。有利地，电化学储能器设备这样工作，以使分配的输运装置在预定条件下接通。优选地，在高于或低于至少一个热交换装置的给定温度时打开或关闭输运装置。优选地，至少一个热交换装置的温度由至少一个测量装置、特别是热电偶来测量。 优选地，设备补充的控制装置处理由至少一个测量装置已经提供的值并且连接输运装置。有利地，需要时电加热或电冷却电化学储能器设备的至少一个热交换装置。为此优选地，由设备的补充控制装置来处理至少一个测量装置的信号。有利地，储能器设备通过包括空调装置的机动车以下述方式驱动电化学储能器设备移进用于给至少一个热交换装置调节温度的空调装置的冷却剂。取决于待转移的热功率而调节冷却剂流。优选地，也考虑冷却剂和至少一个热交换装置之间的温度差。有利地，电化学储能器设备这样工作以热交换装置将热量导入至少一个连接装置。为此热交换装置的温度高于连接装置的温度。热量间接导入至少一个原电池并且其温度升高。这特别是对于在冷启动时提高电化学储能器设备的能量输出是有利的。优选地，电化学储能器设备的至少一个电极，特别优选为至少一个阴极，具有分子式为LiMPO4的化合物，其中M是化学元素周期表中第一行的至少一个过渡金属阳离子。该过渡金属阳离子优选选自由Mn、Fe、Ni、Ti、或这些元素的组合的组。该化合物优选具有橄榄石结构，优选为高级(Ubergeordnetes)橄榄石。在另一实施例中，优选电化学储能器设备的至少一个电极、特别优选是至少一个阴极具有锰酸锂(优选为尖晶石型的LiMn2O4)、钴酸锂(优选为LiCoO2)或镍酸锂(优选为 LiNiO2)、或来自这些氧化物中的两个或三个的混合物、或包含锰、钴和镍的锂混合氧化物。优选地，电化学储能器设备的负极和正极通过一个或多个隔板彼此分离。这样的隔板材料可例如由多孔无机材料组成，该多孔无机材料可以实现垂直于隔板层的透过隔板的物质传送，而阻止或甚至抑制平行于隔板的物质传送。特别优选地，隔板材料在此由多孔无机材料构成，该多孔无机材料混有颗粒或至少在其表面具有这种颗粒，所述颗粒在达到或超过极限温度时熔化且隔板层的孔隙至少局部地缩小或封闭。优选地，这种颗粒可选自由聚合物、或聚合物混合物、蜡或包括这些材料的混合物组成的材料组。在本发明特别优选的实施例中，将隔板层设置为其孔隙根据毛细作用而填充有作为离析物参与化学反应的活动成分，因此在隔板层的孔隙外只存在电化学储能器设备中活动成分的现有总数的相当少的一部分。在这种情况下，位于电化学储能器设备中的电解质或其化学组分的一种或这种组分的混合物是特别优选的离析物，该离析物根据本发明特别优选的实施例尽可能地润湿或浸透整个多孔的隔板层，然而在隔板层之外没有或仅有微不足道的或相对较小数量的离析物。可在生产电化学储能器设备时以下述方式得到这种布置多孔的隔板通过位于电化学储能器设备中的电解质或适当选择的化学反应的其他离析物来浸湿，从而使所述离析物然后尽可能地位于隔板中。
现在由于化学反应通过形成气泡或局部升温导致可能首先仅局部压力升高，然后离析物不从其他区域再流入反应区域。倘使或只要它还可再流入，则离析物在其他位置的可用性相应减小。反应最终进入停止状态或至少保持局限于优选为小的区域中。根据本发明优选使用非电子导电或导电很差的隔板，且该隔板由至少部分允许物质透过的载体构成。该载体优选在至少一面涂覆有无机材料。优选使用有机材料作为至少部分允许物质透过的载体，该有机材料优选构造为无纺布。该有机材料优选包括聚合物、特别优选为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，且涂覆有有机材料、优选为离子导电材料，该离子导电材料进一步优选地在-40°C到200°C的温度范围内离子导电。无机材料优选包括至少一种化合物，该至少一种化合物来自具有&、A1和Li元素中的至少一个的氧化物、磷酸盐、 硫酸盐、钛酸盐、硅酸盐、或铝硅酸盐的组，特别优选为氧化钴。该离子导电的无机材料优选具有最大直径在IOOnm以下的颗粒。这种隔板例如由德国Evonik AG公司以商品名“S印arion”销售的产品。
从以下结合附图的描述中得出本发明另外的优点、特征和应用可能性。其中图1为具有多个原电池的根据本发明的电化学储能器设备的原理视图，图2为具有流体通道和热电偶的根据本发明的多部分组成的热交换装置的截面图，图3为具有设置在空腔中的第一材料的根据本发明的热交换装置和电阻加热，图4为根据本发明的配置用于扁平电缆的热交换装置，图5为具有由机动车的空调冷却的热交换装置的根据本发明的电化学储能器设备。
具体实施例方式图1示出了具有多个原电池2的根据本发明的电化学储能器设备1。原电池2与公共电导装置3的导电连接装置导电且导热地连接。因此原电池2并联连接。原电池2同样可串联连接。并联连接和串联连接的组合同样是可能的。连接电缆4与公共导电体3的导电连接装置连接。用于电接触原电池不同极性电极的导电体和电缆未示出。该连接电缆 4导向用电负载。在导电体3的附近热交换装置5分配到连接电缆4。热交换装置5导热地接触连接电缆4。热交换装置5具有用于增大第二表面区域7的肋状凸起，其中仅示出两个肋状凸起。热交换装置5围绕连接电缆4且被设置直接邻近于导电体3和连接电缆4的连接。通过热交换装置5的布置也可在导出的热功率方面影响热阻。因此热交换装置与导电体或与较少用于从根据本发明的电化学储能器设备的原电池中传输热功率的原电池的距离较大。图2示出了热交换装置5的截面图。该热交换装置5由两部分构成。热交换装置 5的两个半部通过铰链连接，其在右侧示出。该热交换装置5具有两个第一表面区域6，其设置为用于导热地接触未图示的连接电缆。热交换装置5的第二表面区域7具有冷却肋状凸起。两部分组成的热交换装置5的其中一个半部进一步具有第一流体通道9。热交换装置5也配备有热电偶12。在两部分组成的热交换装置5中可在打开之后放入两个连接电缆4。用于连接电缆4的槽配置为在两个半部关闭之后适于压配合(Presspassimgen)。因此可确保在连接电缆4和第一表面区域6之间良好的热接触。阻碍两个半部意外打开的关闭装置未图示。图3示出了根据本发明的热交换装置5，其部分地围绕连接电缆4。热交换装置5 的第二表面区域7具有肋状凸起，图中示出了两个。热交换装置5进一步具有包括第一材料的空腔11。将第一材料选择为其熔化温度在热交换装置5的最大允许工作温度以下两开氏度。热交换装置5的最大允许工作温度选择为在间接连接的原电池2和热交换装置5 之间的温度差可排出部分发热量，该发热量由进入原电池2和从原电池2中流出的电流引起。因此热交换装置5的最大允许工作温度也取决于在原电池2和热连接的热交换装置5 之间的导热物体的积累热阻。热交换装置5进一步具有设置在第二表面区域7附近的热电偶12。图4示出了另一个根据本发明的热交换装置5。该热交换装置设置为围绕导电带 4。第一表面区域6的几何形状适应于导电带4的形状。导电带4借助于压配合由热交换装置5容纳。图5示出了具有空调装置21和根据本发明的电化学储能器设备的机动车。仅示出空调装置21的范围，其对于说明电化学储能器设备1来说是必需的。电化学储能器设备 1具有多个原电池2。所述多个原电池与公共电导装置3的导电连接装置并联连接。连接装置4与电导装置3连接。连接装置4延伸穿过其第二表面区域7具有肋状凸起的热交换装置5。该热交换装置5同时容纳两个连接电缆4。不同的引线从连接电缆4拐到不同的负载。特别地示出了用于驱动机动车轮子的电动机23、第一输运装置10和用于空调装置 21的冷却剂泵的驱动器24。储能器设备1以下述方式工作在到达原电池2或热交换装置5的最大允许工作温度之前接通输运装置10和冷却剂泵对。输运装置10影响流入第二表面区域7的气流。 冷却剂泵M输送空调装置21的冷却剂22。该冷却剂22在此流过第一流体通道9并且同样有助于冷却热交换装置5。因此热交换装置5和间接连接的原电池2之间的温度差出现并且抽走原电池2或热交换装置5的热功率。
权利要求
1.一种电化学储能器设备(1)，其具有至少一个原电池0)，分配给所述至少一个原电池O)的至少一个电导装置(3)，分配给所述至少一个电导装置(3)的至少一个连接装置G)，其特征在于，所述至少一个连接装置(4)分配有至少一个热交换装置(5)，其中所述至少一个热交换装置( 配置为与所述至少一个连接装置(4)交换热能。
2.根据权利要求1所述的电化学储能器设备(1)，其特征在于，所述至少一个热交换装置(5)具有第一表面区域(6)和第二表面区域(7)，其中所述第一表面区域(6)配置为至少部分地用于特别是导热地接触所述至少一个连接装置⑷，且其中所述第一表面区域(6)的面积不大于所述第二表面区域(7)的面积。
3.根据前述权利要求中至少一项所述的电化学储能器设备(1)，其特征在于，所述至少一个热交换装置(5)分配有至少一个测量装置(12)，特别是至少一个温度测量装置。
4.根据前述权利要求中至少一项所述的电化学储能器设备(1)，其特征在于，所述至少一个热交换装置( 、特别是所述热交换装置( 的第二表面区域(7)设置为流经有第一流体(8)。
5.根据前述权利要求中至少一项所述的电化学储能器设备(1)，其特征在于，所述至少一个热交换装置( 具有至少一个第一流体通道(9)，其设置为流过第一流体(8)。
6.根据前述权利要求中至少一项所述的电化学储能器设备(1)，其特征在于，所述电化学储能器设备(1)分配有特别是用于输运第一流体(8)的输运装置(10)。
7.根据前述权利要求中至少一项所述的电化学储能器设备(1)，其特征在于，所述至少一个热交换装置( 具有至少一种第一材料(11)，其设置为在预定条件下经历相变，其中所述第一材料(11)的相变温度适应于所述至少一个热交换装置5的工作温度。
8.根据前述权利要求中至少一项所述的电化学储能器设备(1)，其特征在于，所述热交换装置( 配置为电加热或电冷却。
9.根据前述权利要求中至少一项所述的电化学储能器设备(1)，其特征在于，它包括至少一个电极、优选为至少一个阴极，该电极具有分子式为LiMPO4的化合物，其中M是化学元素周期表中第一行的至少一个过渡金属阳离子，其中该过渡金属阳离子优选选自由Mn、 Fe、Ni、Ti、或这些元素的组合的组，其中所述化合物优选具有橄榄石结构，优选为高级橄榄石，其中特别优选铁；和/或所述电化学储能器设备包括至少一个电极、优选为至少一个阴极，该电极具有锰酸锂、优选为尖晶石型LiMn2O4，钴酸锂、优选为LiCoO2，或镍酸锂、优选为 LiNiO2,或来自这些氧化物中的两个或三个的混合物，或包含锰、钴和镍的锂混合氧化物。
10.根据前述权利要求中至少一项所述的电化学储能器设备(1)，其特征在于，它包括至少一个隔板，该隔板是非电子导电的或导电很差，且该隔板由至少部分允许物质透过的载体构成，其中该载体优选在至少一面涂覆有无机材料，其中优选使用有机材料作为至少部分允许物质透过的载体，该有机材料优选构造为无纺布，其中该有机材料优选包括聚合物、特别优选为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，其中该有机材料涂覆有无机材料、优选为离子导电材料，该离子导电材料进一步优选地在-40°C到200°C的温度范围内离子导电，其中该无机材料优选包括至少一种化合物，该至少一种化合物来自包括Zr、Al和Li元素中的至少一种的氧化物、磷酸盐、硫酸盐、钛酸盐、硅酸盐、或铝硅酸盐的组，特别优选为氧化钴，其中所述离子导电的无机材料优选具有最大直径在IOOnm以下的颗粒。
11.一种机动车，具有根据前述权利要求中至少一项所述的电化学储能器设备(1)和空调装置(21)，其特征在于，所述至少一个热交换装置、特别是该至少一个热交换装置(5) 的至少一个第一流体通道(9)设置为流过所述空调装置的冷却剂02)，其中所述空调装置与所述至少一个热交换装置(5)、特别与所述至少一个热交换装置(5)的所述至少一个第一流体通道(9)优选通过至少一个可移动的管道连接。
12.一种用于操作根据权利要求4所述的设备的方法，其特征在于，所述至少一个热交换装置(5)、特别是所述至少一个热交换装置(5)的所述第二表面区域在预定条件下流经有第一流体(8)。
13.一种用于操作根据权利要求5所述的设备的方法，其特征在于，所述至少一个热交换装置(5)的所述至少一个第一流体通道(9)流过第一流体(8)。
14.一种用于操作根据权利要求6所述的设备的方法，其特征在于，在预定条件下接通所述输运装置(10)。
15.一种方法，用于操作根据权利要求8所述的设备，其特征在于，在预定条件下电加热或电冷却所述至少一个热交换装置(5)；或者用于根据权利要求12操作设备，其特征在于，所述至少一个热交换装置(5)的至少一个第一流体通道(9)流过所述空调装置的冷却剂(22)，其中所述冷却剂流取决于要转移的热功率来调节。
全文摘要
根据本发明的电化学储能器设备具有至少一个原电池。该电化学储能器设备进一步具有分配给该至少一个原电池的至少一个电导装置(Ableiteinrichtung)以及分配给该至少一个电导装置的至少一个连接装置。该电化学储能器设备的特征在于，该至少一个连接装置分配有至少一个热交换装置，其中该至少一个热交换装置配置为与该至少一个连接装置交换热能。
文档编号H01M2/20GK102326290SQ201080008984
公开日2012年1月18日 申请日期2010年2月12日 优先权日2009年2月23日
发明者安德列亚斯·古奇, 蒂姆·舍费尔 申请人:锂电池科技有限公司