具有集成的電子裝置的蓄電池單池殼體的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種具有殼體(12)和蓋板(14)的蓄電池單池(10)。正端子(16)和負(fù)端子(18)位于蓋板(14)上。監(jiān)控電子裝置(50)被直接地安置在蓄電池單池(10)的殼體側(cè)面(62、64)或蓋板(14)上。
【專利說明】具有集成的電子裝置的蓄電池單池殼體
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種具有集成的電子裝置的蓄電池單池殼體。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前的蓄電池系統(tǒng)，尤其是鋰-離子蓄電池應(yīng)用在例如風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的靜態(tài)的設(shè)備中，或者也應(yīng)用在例如電動(dòng)車輛或混合動(dòng)力車輛的車輛中。組合成用于電動(dòng)車輛或混合動(dòng)力車輛的蓄電池組的各個(gè)蓄電池模塊的多個(gè)鋰-離子蓄電池單池對(duì)潮濕的侵入是非常敏感的。由于要求超過10年的使用壽命，對(duì)于鋰-離子蓄電池單池而言“硬-盒-單池(Hard-Case-Cell) ” 受到偏愛?！坝?盒-殼體(Hard-Case-GeMusen ) ” 涉及由盒狀的部分和蓋板制成的用于多個(gè)蓄電池單池的殼體。蓄電池殼體的盒狀的部分具有量級(jí)為
0.4mm-1.5mm的壁厚。此外壁厚在這里與所使用的材料有關(guān)。
[0003]當(dāng)前主要使用鋁和優(yōu)質(zhì)鋼作為材料。優(yōu)質(zhì)鋼殼體能夠傾向于以較小的壁厚構(gòu)造。當(dāng)前蓄電池殼體的蓋狀的部分具有在0.6_和2.0mm之間的范圍的壁厚。在制造對(duì)應(yīng)的蓄電池單池時(shí)盒狀的部分與蓋狀的部分彼此接合，優(yōu)選地彼此材料連接地連接，例如被焊接。
[0004]為了能夠使多個(gè)鋰-離子蓄電池單池，或由該多個(gè)鋰-離子-蓄電池單池組成的蓄電池組安全地運(yùn)行，當(dāng)前使用蓄電池管理系統(tǒng)。蓄電池管理系統(tǒng)的任務(wù)是，阻止各個(gè)蓄電池單池的過量充電或深度放電，此外蓄電池管理系統(tǒng)還有一個(gè)任務(wù)，即避免給各個(gè)蓄電池單池加載不允許的高的充電電流或放電電流。對(duì)于應(yīng)用于電動(dòng)車輛或混合動(dòng)力車輛的蓄電池系統(tǒng)，基于大量的、以蓄電池組的形式構(gòu)造的多個(gè)蓄電池單池需要復(fù)雜的電子裝置以用于實(shí)現(xiàn)蓄電池管理。
[0005]應(yīng)用于電動(dòng)車輛或混合動(dòng)力車輛的蓄電池管理系統(tǒng)的監(jiān)控電子裝置或者在所屬的、即被監(jiān)控的多個(gè)蓄電池單池的附近在分散的位置處被安置，或者整個(gè)的電子裝置是通過中央的電子單元表示。
[0006]DE 10 2009 035 469 Al涉及一種具有單池監(jiān)控裝置的蓄電池。鋰-離子蓄電池包括多個(gè)串聯(lián)地和/或并聯(lián)地電連接的單體單池，該多個(gè)單體單池具有若干第一接觸單元和頭部側(cè)地布置在多個(gè)單體單池上的單池監(jiān)控裝置。該單池監(jiān)控裝置包括與多個(gè)第一接觸單元對(duì)應(yīng)的多個(gè)第二接觸單元。按照DE 10 2009 035 469 Al的單池監(jiān)控裝置是局部地靈活地構(gòu)造的。
[0007]DE 10 2010 10 022 908 Al涉及一種具有溫度獲取裝置的蓄電池以及這種蓄電池的應(yīng)用可能性。該蓄電池包括多個(gè)串聯(lián)地和/或并聯(lián)地彼此電連接的扁平單池。該多個(gè)扁平單池在其平面?zhèn)鹊臋M向方向被彼此靠近地排列并且形成基本上為棱柱形的結(jié)構(gòu)。在棱柱形的結(jié)構(gòu)中在多個(gè)扁平單池中的多個(gè)的至少一個(gè)平面?zhèn)让嫔戏謩e設(shè)置與該扁平單池?zé)徇B接的導(dǎo)熱板。至少一個(gè)溫度傳感器分別設(shè)置到該導(dǎo)熱板內(nèi)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]按照本發(fā)明提出，監(jiān)控電子裝置熱傳導(dǎo)良好地被直接安置在被監(jiān)控的蓄電池單池的殼體上。按照本發(fā)明提出的監(jiān)控電子裝置是以印刷電路板的形式構(gòu)造的，其中這涉及“金屬核印刷電路板(Metal-Core-Printed-Circuit-Board:MCPCB) ”。其中在一般情況下涉及由多個(gè)印刷電路板形成的層結(jié)構(gòu)，該層結(jié)構(gòu)包括薄的介電層，在大多情況下包含電絕緣的但是熱傳導(dǎo)效果良好的粘合劑以及鋁材或銅材或類似材質(zhì)的金屬基底。監(jiān)控電子裝置的這種實(shí)施形式具有以下優(yōu)勢(shì)，與標(biāo)準(zhǔn)印刷電路板相比較能夠?qū)崿F(xiàn)非常低的熱過度電阻。由此存在利用這種監(jiān)控電子裝置來監(jiān)控多個(gè)蓄電池單池的可能性，其中運(yùn)行具有較大的損耗功率的電子元件或所使用的電子元件的性能隨著上升的溫度而下降。
[0009]優(yōu)選的，所提出的監(jiān)控電子裝置側(cè)面地安置在殼體上，尤其是安置在短的側(cè)面的殼體面上。如果這樣的多個(gè)蓄電池單池被組裝成一個(gè)蓄電池模塊，則該多個(gè)蓄電池單池通常在大面積的端面上彼此靠近地排列并形成壓入配合連接件。當(dāng)在為了提高其使用壽命通過機(jī)械夾緊阻止蓄電池單池在充電和放電過程中機(jī)械膨脹的時(shí)候，尤其使用這樣地配置的蓄電池模塊。
[0010]在涉及空氣冷卻的蓄電池模塊的情況下，按照本發(fā)明提出的監(jiān)控電子裝置能夠相反地也被安裝在長(zhǎng)的一側(cè)，即蓄電池單池的端面。在這種情況下各個(gè)蓄電池單池通過掠過或穿過該多個(gè)蓄電池單池的空氣流冷卻。在這種情況下各個(gè)蓄電池單池不是被彼此相對(duì)地安置在壓入配合連接件內(nèi)，而是通過間隔保持裝置彼此之間保持一定的距離，使得冷卻的空氣流能夠在各個(gè)蓄電池單池之間穿過。
[0011]通過按照本發(fā)明的解決方案能夠?qū)⒈O(jiān)控電子裝置特別近地、即直接地安置在被監(jiān)控的單元上，即在本情況中安置在蓄電池單池的殼體上。由此能夠一方面非常準(zhǔn)確地和另一方面成本非常低地獲取各個(gè)蓄電池單池的溫度。此外通過按照本發(fā)明提出的監(jiān)控電子裝置能夠節(jié)省單獨(dú)的機(jī)械安裝，因?yàn)楸O(jiān)控電子裝置相當(dāng)魯棒性地與殼體機(jī)械地相連接。按照本發(fā)明提出的監(jiān)控電子裝置能夠直接地與蓄電池單池的殼體相連接，以使得重要的、嚴(yán)重影響蓄電池單池老化的運(yùn)行數(shù)據(jù)能夠被記錄下來。這一方面在質(zhì)保方面提供優(yōu)勢(shì)，另一方面這些信息也能夠用于蓄電池單池的之后的“第二生命”。例如在機(jī)動(dòng)車中的多年的使用之后一個(gè)并且是相同的一個(gè)蓄電池單池能夠被應(yīng)用在風(fēng)力發(fā)電設(shè)備中或作為靜態(tài)的蓄能器使用。通過按照本發(fā)明提出的解決方案能夠直接地獲取信息，該信息提供關(guān)于蓄電池狀態(tài)的信息。
[0012]將監(jiān)控電子裝置直接安置在蓄電池單池的殼體上具有以下的優(yōu)勢(shì)，電子裝置與蓄電池單池之間具有非常良好的、尤其是平面的熱耦合。由此通過在印刷電路板上的溫度獲取裝置能夠非常準(zhǔn)確地和低成本地獲取蓄電池單池的溫度或殼體的溫度。對(duì)于當(dāng)前所使用的蓄電池管理-電子裝置這是一個(gè)重大的優(yōu)勢(shì)。通過在制造蓄電池單池的過程中直接地將蓄電池單池的監(jiān)控電子裝置持久地與蓄電池單池相連接，存在在蓄電池單池的整個(gè)使用壽命期間由監(jiān)控電子裝置對(duì)重要的運(yùn)行參數(shù)執(zhí)行監(jiān)控的可能性。由此存在將用于質(zhì)保的重要數(shù)據(jù)記錄在電子裝置中的可能性。尤其在車輛制造商現(xiàn)今要求蓄電池單池制造商提供10年甚至更長(zhǎng)的質(zhì)保期的背景下，這是一個(gè)決定性的優(yōu)勢(shì)。
[0013]按照本發(fā)明建議的解決方案能夠在沒有顯著的改動(dòng)的情況下被安置在蓄電池模塊的殼體上，無論是優(yōu)質(zhì)鋼單池殼體還是鋁單池。
【專利附圖】

【附圖說明】[0014]下面借助附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更詳盡的描述。其中:
[0015]圖1示出了具有多個(gè)接線端子的蓄電池單池的殼體的示圖；
[0016]圖2示出了具有最重要的構(gòu)件的蓄電池管理系統(tǒng)的電路設(shè)置；
[0017]圖3示出了監(jiān)控電子裝置的實(shí)施變型；
[0018]圖4示出了監(jiān)控電子裝置在蓄電池單池殼體的殼體壁上的第一安置可能性；以及
[0019]圖5示出了監(jiān)控電子裝置在蓄電池單池殼體的長(zhǎng)的側(cè)面上的另一種安置可能性。
【具體實(shí)施方式】
[0020]圖1示出了一種蓄電池單池，該蓄電池單池具有帶有蓋板的殼體。
[0021]圖1示出了，蓄電池單池10具有殼體12，該殼體通過蓋板14封蓋。正端子16以及負(fù)端子18位于蓄電池單池10的殼體12的蓋板14上。殼體12具有盒子狀的外觀并且通過焊縫20與蓋板14相連接，該焊縫能夠尤其被構(gòu)造作為激光焊縫。殼體12和蓋板14通過焊縫20對(duì)外密封。此外焊縫20用于蓋板14和殼體12的電連接。
[0022]根據(jù)圖2的圖示以示意性的方式示出了蓄電池管理系統(tǒng)的多個(gè)部件。
[0023]由根據(jù)圖2的示意圖得知，蓄電池管理系統(tǒng)22包括第一蓄電池模塊24，第二蓄電池模塊26以及第三蓄電池模塊28。每個(gè)蓄電池模塊24、26、28包括若干蓄電池單池。控制裝置30、32或34被分配給多個(gè)蓄電池模塊24、26、28中的每一個(gè)。通過多個(gè)控制裝置30、32或34在運(yùn)行中對(duì)多個(gè)蓄電池模塊24、26、28的各個(gè)蓄電池單池持續(xù)地進(jìn)行監(jiān)控并記錄重要的運(yùn)行參數(shù)。多個(gè)控制裝置30、32、34通過內(nèi)部的數(shù)據(jù)總線36相互通信。每個(gè)控制裝置30,32,34接收的運(yùn)行數(shù)據(jù)或測(cè)量數(shù)據(jù)通過內(nèi)部的數(shù)據(jù)總線36被輸送給主控制裝置38。主控制裝置38本身與例如被構(gòu)造作為CAN-數(shù)據(jù)總線的車輛內(nèi)部的數(shù)據(jù)總線44連接。通過主控制裝置38，借助合適的多個(gè)電流傳感器40、40a持續(xù)地對(duì)從多個(gè)蓄電池模塊24、26、28流向接線端子“ + ”或的電流執(zhí)行測(cè)量。主控制裝置38包括兩個(gè)彼此電流隔離的獲取裝置46、48，其中第一獲取裝置46是直接地與多個(gè)蓄電池模塊24、26、28相連接的。第一電流傳感器40被分配給主控制裝置38的第一獲取裝置46。主控制裝置38的第二獲取裝置48與第一獲取裝置46之間是電流隔離的。第二電流傳感器40a被安置在第二獲取裝置48內(nèi)。通過第二電流傳感器40a的測(cè)量是間接的測(cè)量。第二電流傳感器40a執(zhí)行獨(dú)立的電流測(cè)量。第二電流傳感器40a能夠例如是霍爾傳感器。兩個(gè)獨(dú)立的電流測(cè)量滿足對(duì)于鋰離子蓄電池非常重要的安全標(biāo)準(zhǔn)。
[0024]由根據(jù)圖3的示圖顯現(xiàn)了用于多個(gè)蓄電池單池的監(jiān)控電子裝置的實(shí)施可能性。
[0025]圖3示出了，監(jiān)控電子裝置基本上具有板狀的外觀。監(jiān)控電子裝置50尤其實(shí)施為層結(jié)構(gòu)并且包括金屬基底52、介電層54以及Cu-層56?？s寫Cu在這里代表材料銅。監(jiān)控電子裝置50的各個(gè)層52、54、56的厚度能夠是不同的。那么尤其是金屬基底52的厚度處在0.4mm至3mm的范圍，而介電層54具有在75 μ m和100 μ m之間的厚度。處于介電層54上面的Cu-層56具有量級(jí)為35 μ m-200 μ m的厚度。至少一個(gè)具有接線腳60的電子元件58被安置在Cu-層56上。
[0026]根據(jù)圖3中的圖示，監(jiān)控電子裝置50被優(yōu)選地實(shí)施成“金屬核印刷電路板(Metal-Core-Printed-Circuit-Board:MCPCB) ”。印刷電路板通常被安置在介電層54上,該介電層在大多情況下是由電絕緣的但是熱傳導(dǎo)效果良好的粘合材料制成。印刷電路板被安置在金屬基底52上，該金屬基底通常涉及鋁或銅或鋁-銅-合金。
[0027]監(jiān)控電子裝置50的層結(jié)構(gòu)具有以下的優(yōu)勢(shì)，與標(biāo)準(zhǔn)印刷電路板相比較能夠?qū)崿F(xiàn)相當(dāng)?shù)偷臒徇^度電阻。在具有較大的損耗功率的電子元件58運(yùn)行的應(yīng)用中或在所使用的電子元件58的性能隨著上升的溫度而下降的應(yīng)用中使用MCPCB-技術(shù)。
[0028]根據(jù)圖4和圖5的圖示示出了監(jiān)控電子裝置50在蓄電池單池10的殼體12處的
安裝位置。
[0029]例如圖4示出了，監(jiān)控電子裝置50——被實(shí)施成板狀——熱耦合效果相當(dāng)良好地被安置在蓄電池單池10的殼體12的短的殼體側(cè)面62上。在圖4中示出的監(jiān)控電子裝置50的安置可能性適用于例如將蓄電池單池10裝入蓄電池模塊內(nèi)，在該蓄電池模塊中多個(gè)蓄電池單池10通過大面積的長(zhǎng)的殼體側(cè)面64相互安裝在一個(gè)壓入配合連接件內(nèi)。在為了提高其使用壽命通過機(jī)械夾緊阻止蓄電池單池10在充電和放電過程中機(jī)械膨脹的時(shí)候，尤其使用這樣的蓄電池模塊。由此生成的機(jī)械負(fù)荷在其它情況下導(dǎo)致多個(gè)蓄電池單池10的更快地老化。
[0030]由圖4得知，類似于根據(jù)圖1的示圖，蓄電池單池10也具有殼體12，該殼體通過蓋板14封蓋。蓋板14借助于焊縫20與被構(gòu)造為盒狀的殼體12密封地連接。
[0031]附圖標(biāo)記62代表短的殼體側(cè)面，在根據(jù)圖4的實(shí)施變型中監(jiān)控電子裝置50在該殼體側(cè)面上被安置在大約中心位置。附圖標(biāo)記64代表長(zhǎng)的殼體側(cè)面，該殼體側(cè)面是這樣的面，即在形成壓入配合連接件的過程中每個(gè)蓄電池單池10沿著該面彼此接觸地安裝。此外如圖4所示，蓄電池單池10的殼體12除此之外還包括殼體底部66。蓄電池單池的殼體11的殼體邊棱68被圓化地構(gòu)造。
[0032]圖5示出了被構(gòu)造為板狀的監(jiān)控電子裝置的另一種安置可能性。
[0033]在圖5所示的監(jiān)控電子裝置50的安置可能性中，在長(zhǎng)的、具有良好熱耦合的殼體側(cè)面64上的監(jiān)控電子裝置50被直接地安置在長(zhǎng)的殼體側(cè)面64上。該安置可能性尤其適合于空氣冷卻的蓄電池系統(tǒng)，在該蓄電池系統(tǒng)中各個(gè)蓄電池單池10通過空氣流冷卻。在這種情況下每個(gè)蓄電池單池不會(huì)直接地相互擠壓，與之類似地在按照?qǐng)D4的實(shí)施變型中是這種情況，而是相反地通過間隔保持裝置這樣地彼此安裝，使得在每個(gè)蓄電池單池10之間保留自由空間，用于冷卻的空氣流過該自由空間。
[0034]將監(jiān)控電子裝置50直接安裝在蓄電池單池10的殼體12上提供了以下的優(yōu)勢(shì)，監(jiān)控電子裝置與蓄電池單池10之間具有非常良好的熱耦合。由此通過在監(jiān)控電子裝置50上的溫度獲取能夠非常準(zhǔn)確地和低成本地得到蓄電池單池10的溫度或殼體12的盒狀的部分的溫度。通過根據(jù)本發(fā)明提出的解決方案能夠省略監(jiān)控電子裝置50在殼體12上的獨(dú)立的機(jī)械固定。由于在制造蓄電池單池10的時(shí)候直接將蓄電池單池10的監(jiān)控電子裝置50持久地與蓄電池單池10或該蓄電池單池的殼體12相連接，存在通過監(jiān)控電子裝置50對(duì)蓄電池單池10的整個(gè)使用壽命的重要的運(yùn)行參數(shù)執(zhí)行監(jiān)控的可能性。從而開啟將有關(guān)質(zhì)保責(zé)任的重要數(shù)據(jù)記錄在監(jiān)控電子裝置50中的可能性。鑒于所要求的10年甚至更長(zhǎng)的質(zhì)保期這是一個(gè)決定性的優(yōu)勢(shì)，該優(yōu)勢(shì)允許提供關(guān)于蓄電池單池10的至今的應(yīng)用周期的無缺陷的記錄。
[0035]通過根據(jù)本發(fā)明提出的在蓄電池單池10的使用壽命期間與該蓄電池單池相連接的監(jiān)控電子裝置50，能夠?qū)v史、即應(yīng)用和與應(yīng)用相關(guān)的老化、蓄電池單池10的剩下的剩余品質(zhì)無缺陷地記錄下來，以使得存在這樣的可能性，在另一個(gè)應(yīng)用周期中，例如在車輛中使用之后將蓄電池單池10以靜態(tài)的應(yīng)用的方式使用在風(fēng)力發(fā)電設(shè)備中或類似設(shè)備中，存在可靠的、關(guān)于每個(gè)蓄電池單池10還具有哪些品質(zhì)的信息。
【權(quán)利要求】
1.一種具有殼體(12)和蓋板(14)的蓄電池單池(10)，所述蓋板具有正端子(16)和負(fù)端子(18)，其特征在于，監(jiān)控電子裝置(50)被安置在殼體側(cè)面(62、64)或所述蓋板(14)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蓄電池單池(10)，其特征在于，所述監(jiān)控電子裝置(50)以板狀的形式實(shí)施并且包括至少一個(gè)電子元件(58)以用于獲取所述蓄電池單池(10)的與運(yùn)行相關(guān)的參數(shù)。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求所述的蓄電池單池(10)，其特征在于，所述監(jiān)控電子裝置(50)被設(shè)置為層結(jié)構(gòu)，所述監(jiān)控電子裝置具有金屬基底(52)、介電層(54)以及銅層(56)。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求所述的蓄電池單池(10)，其特征在于，所述金屬基底(52)的厚度在0.4mm和3mm之間。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的蓄電池單池(10)，其特征在于，所述介電層(54)的厚度在75μπι和100 μ m之間。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的蓄電池單池(10)，其特征在于，所述銅層(56)的厚度在35 μ m和200 μ m之間。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的蓄電池單池(10)，其特征在于，所述監(jiān)控電子裝置(50)被安置在所述殼體(12)的短的殼體側(cè)面(62)上并且直接地與所述殼體側(cè)面熱耦口 ο
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的蓄電池單池(10)，其特征在于，所述監(jiān)控電子裝置(50)被安置在所述殼體的長(zhǎng)的殼體側(cè)面(64)上并且直接地與所述殼體側(cè)面熱耦合。
【文檔編號(hào)】H01M10/48GK104037467SQ201410153591
【公開日】2014年9月10日 申請(qǐng)日期:2014年3月4日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月6日
【發(fā)明者】H·芬克 申請(qǐng)人:羅伯特·博世有限公司, 三星Sdi株式會(huì)社