具有电容传感器的锂离子蓄电池单池和监控其状态的方法
【专利摘要】本发明涉及一种具有由石墨构造的阴极和过压阀(20)的锂离子蓄电池单池(10)。该过压阀(20)被设置用于，在出现预先确定的蓄电池单池内部压力时打开并且将在该蓄电池单池(10)的内部形成的气体与在气体出口处吸出的石墨颗粒一起导出。其中，该蓄电池单池(10)包括具有至少一个电容器的电容传感器，该电容器如此构造并且安置在蓄电池单池(10)中，使得所吸出的石墨颗粒至少部分地分布在处于电容器的两个电极之间的间隙中并且在处于电容器的电极之间的间隙中引起导致电容器的电容变化的介电常数变化。
【专利说明】具有电容传感器的锂离子蓄电池单池和监控其状态的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种具有由石墨构造的阴极和过压阀的锂离子蓄电池单池，该过压阀被设置用于在出现预先确定的蓄电池单池内部压力时打开并且将在蓄电池单池的内部形成的气体与在气体出口吸出的石墨颗粒一起导出。此外本发明还涉及一种用于监控这种锂离子蓄电池单池的状态的方法。本发明还涉及一种具有多个这种锂离子蓄电池单池的蓄电池系统。
【背景技术】
[0002]由于故障能够在锂离子蓄电池单池中导致气体的形成。由此能够在锂离子蓄电池单池内出现过压。在这种蓄电池单池的内部出现预先确定的压力时打开过压阀以导出气体并且避免蓄电池单池的热击穿。在此也会出现石墨粉，其由这种蓄电池单池的由石墨构造的阴极脱落并且分散在该蓄电池单池的表面上。
[0003]根据现有技术已知的是，电容传感器被用于多种目的，例如用于确定间距、压力、物料高度或者含水量。电容传感器基于改变单个电容器或者整个电容器系统的电容来工作。在此电容的干扰能够通过不同的方式实现，其大多已经通过使用目的给出。
【发明内容】
[0004]根据本发明提出了一种具有由石墨构造的阴极和过压阀的锂离子蓄电池单池。该过压阀被设置用于，在出现预先确定的蓄电池单池内部压力时打开并且将在蓄电池单池的内部形成的气体与在气体出口吸出的石墨颗粒一起导出。在此蓄电池单池包括至少一个电容器，该电容器如此构造并且布置在蓄电池单池中，使得所吸出的石墨颗粒至少部分地分布在处于电容器的两个电极之间的间隙中并且在处于电容器的电极之间的间隙中引起导致电容器的电容变化的介电常数变化。
[0005]根据本发明还提出了一种用于监控具有由石墨构造的阴极和过压阀的锂离子蓄电池单池的状态的方法。该过压阀被设置用于，在出现预先确定的蓄电池单池内部压力时打开并且将在蓄电池单池的内部形成的气体与在气体出口处吸出的石墨颗粒一起导出。在该方法中测量至少一个设置在蓄电池单池中的电容器的电容。在此该电容器如此构造并且安置在蓄电池单池中，使得所吸出的石墨颗粒至少部分地分布在处于电容器的两个电极之间的间隙中并且在处于电容器的两个电极之间的间隙中引起介电常数变化。此外在出现由处于电容器的两个电极之间的间隙中的介电常数变化造成的电容器的电容变化时，确定蓄电池单池的故障状态，其中，通过打开的过压阀实现蓄电池单池的气体出口。
[0006]下文阐述了本发明的优选的改进。
[0007]在本发明中借助于电容传感器确定蓄电池单池的故障。接着，安置于蓄电池系统中的这种故障的蓄电池单池能够通过蓄电池系统的蓄电池管理系统放电。这在由当前的现有技术已知的蓄电池系统中是不可能的。
[0008]在此从故障蓄电池单池中的气体出口处导出的石墨颗粒沉积在适于设置在本发明所述的蓄电池单池中的电容传感器的电容器上。由此该电容器的电容改变。该蓄电池单池的故障因此能够得以确定。
[0009]在本发明的优选的实施方式中该蓄电池单池包括测量电路，该测量电路被构造用于，测量电容器的电容并且确定电容变化。另外该测量电路优选地被构造用于，通过存在于蓄电池单池中的用于与蓄电池管理系统进行通信的通信节点提供关于电容器的所确定的电容变化的信息。
[0010]在本发明另一非常优选的实施方式中该蓄电池单池包括电源电路，该电源电路与电容器的两个电极连接是可连接的或者已连接并且被构造用于，将电容器的两个电极中的一个作为正极并且将该电容器的两个电极中的另一个作为负极充电。
[0011]优选地，处于电容器的电极之间的间隙为敞开的间隙和/或气隙。
[0012]简单地表示，适于设置在依据本发明的蓄电池单池中的电感传感器的电容器包括两个电极(载流子)，间隙、优选地为敞开的气隙处于这两个电极之间。在两个电极上分别存在电连接端，其例如被构造为电源接线。
[0013]该电容传感器的电容器如此连接在电源电路的电流回路上，使得一个电极作为正极并且另一电极作为负极被充电。该电容传感器的电容器的电容通过下文的测量电路测量，该电容及其地受到环境的介电常数的影响。用于电流供应的电路(电源电路)和/或用于测量分析的电路(测量电路)能够设置在蓄电池单池的已有的硬件和软件中或者作为附加的元件补充。
[0014]在此电容传感器的电容器如此设置在蓄电池单池中，使得在气体出口由蓄电池单池的爆裂的过压阀吸出的石墨颗粒也分布在电容传感器包含的电容器的气隙中。因此气隙中的介电常数改变并且因此被测得的电容器的电容改变。该电容变化通过相应构造的测量电路(测量控制)确定并且能够，当蓄电池单池安置在蓄电池系统中时，通知蓄电池系统的蓄电池管理系统。优选地蓄电池管理系统将蓄电池单池标记为故障并且接着对其放电。
[0015]在根据本发明的蓄电池单池的一个非常优选的实施方式中，电容器的电极被构造为环状。优选地该电容器的电极完全延伸到蓄电池单池壳体的内部。优选地依据本发明的蓄电池单池的电容器安置在蓄电池单池罩上。在此该电容器的电极围绕或者圆形地围绕在蓄电池单池罩上，尤其是蓄电池单池罩的上表面上的过压阀安置。进一步优选地该电容器安置在蓄电池单池的在过压阀处存在的排气管道中。
[0016]因此该电容传感器包括具有两个环状电极(载流子)的电容器，这两个环状电极优选地完全地设置于蓄电池单池的不导电的壳体中。优选地，适当构造的电容传感器围绕在蓄电池单池罩的上表面上的过压阀的周围。这种电容传感器也能够安装在蓄电池单池的其他合适的位置，例如在排气管道中。
[0017]本发明的另一方面涉及一种蓄电池系统，其具有带有多个依据本发明所述的蓄电池单池的蓄电池。在此依据本发明所述的蓄电池系统具有蓄电池管理系统并且被构造用于，通过蓄电池管理系统将多个依据本发明所述的蓄电池单池中的每个在出现其电容器的电容变化时识别和标记为故障。此外本发明所述的蓄电池系统被构造用于，通过蓄电池管理系统将标记为故障的蓄电池单池放电并且尤其跨接。
[0018]本发明的另一个方面涉及具有依据本发明所述的蓄电池系统的机动车，该蓄电池系统具有带有多个依据本发明所述的蓄电池单池的蓄电池。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]下面参照所附附图详细阐述本发明的实施例。其中:
[0020]图1示出了根据本发明的第一实施方式的锂离子蓄电池单池的透视图，其中，该蓄电池单池包括过压阀和电容传感器；
[0021]图2示出了图1中所示的蓄电池单池的电容传感器的第一剖视图；
[0022]图3示出了图1中所示的具有闭合的过压阀的蓄电池单池的电容传感器的第二剖视图；以及
[0023]图4示出了图1中所示的蓄电池单池的电容传感器在出现由打开的过压阀形成的气体出口后的第二剖视图。
【具体实施方式】
[0024]图1示出了根据本发明的第一实施方式的锂离子蓄电池单池10的透视图。该锂离子蓄电池单池10包括由石墨构成的阴极(未示出)和安装在蓄电池单池罩16的上表面的过压阀20，该过压阀20被构造用于，在出现预先确定的蓄电池单池内部压力时被打开并且在蓄电池单池10的内部形成的气体与在气体出口吸出的石墨颗粒一起导出。在蓄电池单池罩16上还安装两个蓄电池单池端子11、12。蓄电池单池壳体15以附图标记15标记。
[0025]此外，该蓄电池单池10还包括具有电容器的电容传感器，该电容传感器设置在蓄电池单池罩16的上表面的过压阀20中并且围绕着其延伸。对应于过压阀20构造的电容传感器在此包围面21。在电容传感器上安装两个电源接线40、50，该两个电源接线40、50设置用于为存在于电容传感器中的电容器充电。
[0026]图2中是图1中所示的蓄电池单池10的设置于过压阀20中的电容传感器的第一剖视图。该第一剖视图的截面与由电容传感器包围的面21平行地走向。该电容传感器包括带有两个电极70、80的电容器60。两个电极中的一个70，也被称作外部电极70，临近于蓄电池单池壳体安装在蓄电池单池10的内部。两个电极中的另一个，也被称作内部电极80，在蓄电池单池10的内部与外部电极70间隔地安装。气隙90处于两个电极70、80之间。图2中还使用了设置为用于为电容器60充电的两个电源接线40、50。电源接线40与外部电极70电连接。电源接线50与内部电极80电连接。
[0027]图3中示出了图1中所示的蓄电池单池10的电容传感器的第二剖视图。该第二剖视图的截面在图2中以AA标记且垂直于由电容传感器包围的面21地走向。图3中示出了图1中所示的蓄电池单池10的状态下的电容传感器，其中过压阀20关闭。图3中能够看出，带有外部电极70的电容器60，与蓄电池单池壳体15相邻布置，并且其内部电极80，与外部电极70间隔布置。在图3中还能够看出处于电极70、80之间的敞开的间隙90。
[0028]图4中同样示出了图1中所示的蓄电池单池10的电容传感器的第二剖视图，其中，该电容传感器处于图1中所示的蓄电池单池10的状态，其中由打开的过压阀20形成的气体出口已经出现。这里在气体出口被吸出的石墨颗粒95处于电容器60的两个电极70、80之间的敞开的气隙90中。
[0029]电容传感器的电容器60通过电源接线40、50这样连接在电源电路的电流回路上，即其电极70、80中的一个作为正极且其电极70、80中的另一个作为负极充电。通过以下的测量电路测量电容器60的电容。电源电路和测量电路能够分别作为电流供应的电路集成在蓄电池单池10的已有的硬件和软件中且补充为附加的构件。
[0030]在气体出口处通过爆裂的过压阀20还吸出石墨颗粒95。石墨颗粒95还分布在电容传感器的电容器60的气隙90中。因此电容器60的气隙90中的介电常数改变且因此所测得的电容器60的电容改变。在出现这种电容变化时确定蓄电池单池10的故障。
[0031]除了以上书面公开的内容外，参照图1到图4所示以此进一步补充本发明的内容。
【权利要求】
1.一种具有由石墨构造的阴极和过压阀(20)的锂离子蓄电池单池(10)，所述过压阀(20)被设置用于在出现预先确定的蓄电池单池内部压力时打开并且将在所述蓄电池单池(10)的内部形成的气体与在气体出口处吸出的石墨颗粒(95) —起导出，其特征在于，所述蓄电池单池(10)包括至少一个电容器(60)，所述电容器(60)被如此地构造并且安置在所述蓄电池单池(10)中，使得所吸出的石墨颗粒(95)至少部分地分布在处于所述电容器(60)的两个电极(70、80)之间的间隙(90)中并且在处于所述电容器(60)的所述电极(70、80)之间的所述间隙(90)中引起导致所述电容器(60)的电容变化的介电常数变化。
2.根据权利要求1所述的蓄电池单池(10)，其中，所述蓄电池单池(10)包括测量电路，所述测量电路被构造用于测量所述电容器(60)的电容、确定电容变化并且通过存在于所述蓄电池单池(10)中的用于与蓄电池管理系统进行通信的通信节点提供关于所述电容器(60)的所确定的电容变化的信息。
3.根据权利要求1或2中任一项所述的蓄电池单池(10)，其中，所述蓄电池单池(10)包括电源电路，所述电源电路与所述电容器￠0)的所述两个电极(70、80)是可连接的或者已连接，并且被构造用于将所述电容器(60)的所述两个电极(70、80)中的一个正向并且将所述电容器(60)的所述两个电极(70、80)中的另一个负向充电。
4.根据前述权利要求中任一项所述的蓄电池单池(10)，其中，处于所述电容器￠0)的所述电极(70,80)之间的间隙(90)为敞开的间隙(90)和/或气隙(90)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的蓄电池单池(10)，其中，所述电容器￠0)的所述电极(70、80)被构造为环状和/或所述电容器￠0)的所述电极(70、80)完全延伸到所述蓄电池单池壳体(15)的内部且/或所述电容器(60)安置在所述蓄电池罩(16)上并且所述电容器￠0)的所述电极(70、80)环状地围绕存在于所述蓄电池罩(16)上，尤其是存在于所述蓄电池罩(16)的上表面上的过压阀安置或者所述电容器(60)安置在所述蓄电池单池(10)的在所述过压阀(20)处存在的排气管道中。
6.一种用于监控具有由石墨构造的阴极和过压阀(20)的锂离子蓄电池单池(10)的状态的方法，所述过压阀(20)被设置用于在出现预先确定的蓄电池单池内部压力时打开并且将在所述蓄电池单池(10)的内部形成的气体与在气体出口处吸出的石墨颗粒(95) —起导出，其特征在于，测量至少一个电容器(60)的电容，所述电容器如此构造并且安置在所述蓄电池单池(10)中，使得所吸出的石墨颗粒(95)至少部分地分布在处于所述电容器(60)的两个电极(70、80)之间的间隙(90)中并且在处于所述电容器(60)的所述两个电极(70、80)之间的所述间隙中引起介电常数变化并且在出现由处于所述电容器(60)的所述两个电极(70、80)之间的间隙中的介电常数变化造成的所述电容器(60)的电容变化时，确定所述蓄电池单池(10)的故障状态，其中，通过打开的过压阀(20)实现所述蓄电池(10)的气体出口。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，通过在所述蓄电池单池(10)中安置的测量电路测量所述电容器￠0)的所述电容并且确定电容变化并且通过设置在所述蓄电池单池(10)中的用于与蓄电池管理系统进行通信的通信节点提供所述电容器￠0)的所确定的电容变化。
8.根据权利要求6或7中任一项所述的方法，其中，通过安置在所述蓄电池单池(10)中的并且与所述电容器￠0)的所述电极(70、80)连接的电源电路将所述电容器￠0)的所述两个电极(70、80)中的一个作为正极并且将所述电容器￠0)的所述两个电极(70、80)中的另一个作为负极充电。
9.一种蓄电池系统，其具有带有多个根据权利要求1到5中任一项所述的蓄电池单池(10)的蓄电池，其中，所述蓄电池系统具有蓄电池管理系统并且被构造用于，通过蓄电池管理系统将多个蓄电池单池(10)中的每个在出现其电容器￠0)的电容变化时识别和标记为故障并且通过所述蓄电池管理系统将标记为故障的蓄电池单池(10)放电和跨接。
10.一种机动车，其具有根据权利要求9所述的蓄电池系统。
【文档编号】H01M10/48GK104241721SQ201410241993
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年6月3日 优先权日:2013年6月5日
【发明者】M·哈尔德, S·霍尔 申请人:罗伯特·博世有限公司, 三星Sdi株式会社