蓄能电池、电蓄能器和机动车的制作方法

本发明涉及一种具有多个单体电池层的蓄能电池，其中，至少两个单体电池层具有与该单体电池层的电极能导电地耦合的接触元件，借助于在接触元件上的至少一个由能导电的粘接剂形成的粘接部位实现至少两个单体电池层之间的至少一个连接。

背景技术：

通过进一步的发展研究，蓄能电池在这期间对于在高能量应用中的使用变得重要，例如作为机动车中的动力电池或作为静态的蓄能器。已知的是，这种蓄能电池由多个单体电池层、即单一的电化学元件构成。为了调节根据应用的容量和/或输出电压，将多个单体电池层彼此电连接。这种连接在此可以实施为单个的单体电池层的并联或串联连接。为了实现这种连接，单体电池层适宜地具有接触元件，该接触元件与单体电池层的正电极或负电极导电地耦合。该接触元件的接合经常通过熔焊或钎焊方式实现，但是还已知的是，通过能导电的粘接剂建立连接。这时获得使通常实施为导电耳片的接触元件连接的粘接部位。尤其对于在机动车中使用蓄能电池来说要求了，设置短路保护，以便排除蓄能电池的过度升温直至导致在由短路引起的故障情况下的失火。

此外已知的是，该蓄能电池扩充有所谓的电流中断设备(cid)。该电流中断设备在蓄能电池中由故障引起的温度升高的情况下确定地使单体电池层与蓄能电池的外部电路断开。由此相对于外部的短路实现有效的保护，即，该外部短路归因于蓄能电池的外部电路中的短路。然而这种cid仅能有限地防止由于内部短路造成的过度升温。当单个的单体电池层这样产生故障时，即该单体电池层本身在其电极之间形成导电连接时，产生内部短路。由此还引起并联的单体电池层的短路，这是因为电流可以通过故障的单体电池层在另外的单体电池层之间流动。cid对于这种故障不能有效地进行保护。此外cid由于结构决定地不可应用在蓄能电池——例如软包电池——的不同的构造形式中。另外提出的、对由于紧凑壳体的内部短路造成的升温的保护由于这种蓄能电池的大的重量而被排除。

技术实现要素：

因此本发明的目的是，提供一种相对改进的蓄能电池。

为了实现上述目的，根据本发明在开头所述类型的蓄能电池中提出，当在粘接部位中超过特定于粘接剂的温度限值时中断至少一个借助于粘接部位实现的连接。

本发明基于以下考虑，通过在至少两个单体电池层之间的连接的结构变化实现对外部和内部短路的保护。为此，利用能导电的粘接剂形成实现连接的粘接部位，该粘接剂具有特定于粘接剂的温度限值，在超过该温度限值时粘接剂失去导电性能。这种情况在实际中典型地理解为导电性能以至少1000的因数降低，由此在粘接部位中实现的连接在通常的根据应用考虑的范围内可以被视为中断。

这种解决方案的特征是，为了实现这种解决方案不必使用特殊构件、例如cid。通过以下方式实现对内部短路的保护，即在中断粘接部位中的连接时，发生故障的单体电池层本身也与其它单体电池层断开。必要的用于超过特定于粘接剂的温度限值的升温由此得到，即在内部短路的情况下在接触元件中产生强的升温。在短时间内其它单体电池层的电流还流过粘接部位，由此得到额外的热输入。如果超过特定于粘接剂的温度限值，则使得发生故障的单体电池层与一个或多个其它的单体电池层断开。因此电流不再流过发生故障的单体电池层，并终止蓄能电池的由短路引起的热载荷。另外根据本发明的蓄能电池还提供对外部短路的保护，这是因为与之前描述的故障情况类似的在粘接部位中的热输入也出现在蓄能电池的外部电路的故障情况下。因此在不显著提高蓄能电池的重量的情况下实现了蓄能电池的对内部和外部短路的有效保护。

适宜地提出，特定于粘接剂的温度限值大于粘接部位在正常运行情况下允许的最高温度。在正常运行情况下，允许蓄能电池的所有的在其中不超过电的运行参数、尤其是电流强度的状态，蓄能电池在相应的应用情况下被设置用于上述运行参数。在此要注意的是，根据设置情况较高的电流暂时流过粘接部位还不会导致达到最高温度，因此可以选择蓄能电池的适配的滞后性能对适合的特定于粘接剂的限值的选择在下面详细描述。

适宜地如此选择特定于粘接剂的温度限值，使得在蓄能电池的由短路引起的故障情况下、尤其是在单体电池层的内部短路的情况下超过该特定于粘接剂的温度限值。因此对于选择特定于粘接剂的温度限值的重要的因素是由短路造成的特定于结构的热载荷。在此尤其是蓄能电池的外部电路具有至关重要的作用，从而在出现内部以及外部短路时，以经验为依据根据具体应用情况选择表明这种故障情况的温度。

整体上适宜的是，粘接剂包括能导电的颗粒，该颗粒在粘接剂的硬化的状态中形成能导电的网络，其中，该网络在超过特定于粘接剂的温度限值时被分解。典型地如此提供能导电的粘接剂，即该粘接剂在可硬化的基体材料中包括能导电的颗粒。这种能导电的颗粒典型地由银或铜形成，但是还已知由金、钯、镍、铂或碳形成的实施形式。尤其考虑由环氧树脂、聚酰亚胺、丙烯酸盐或聚酯形成的树脂作为基体材料。能导电的颗粒的部分在这种基体材料中典型地是25至70重量百分比，尤其是30至55重量百分比。通过基体材料的硬化在能导电的颗粒之间产生能导电的网络，该网络典型地由此形成，即在粘接剂过渡到硬化的状态中时出现体积减小，该体积减小如此将颗粒彼此接合，使得实现电流的线路。该粘接剂具有如此的特性，使得该网络在超过特定于粘接剂的温度限值时被分解。通常所考虑的基体材料在从110℃至150℃的温度情况下硬化，并且在从150℃至180℃的范围内、在特殊的高温粘接剂的情况下直到280℃具有热稳定性。因此可以远离热稳定性的所述范围选择特定于粘接剂的温度限值。典型地考虑从190℃至250℃、优选在195℃和210℃之间的温度限值。如果整个蓄能电池在更高的温度情况下实现无故障的运行，则可以采用高温粘接剂、尤其是基于聚酰亚胺的高温粘接剂，该高温粘接剂具有暂时直到400℃的热稳定性。因此该实施变型提供了如下可能性，即精确地针对蓄能电池的具体应用情况实现短路保护，这在电池技术的大部分上扩充了应用领域。

为了实现加速中断在单体电池层之间的连接，可以有利地设计为，粘接剂至少在粘接剂的区域中包括膨胀剂，如此提供该膨胀剂，即该膨胀剂在超过特定于粘接剂的温度限值时如此在粘接部位中膨胀，使得电连接中断。这种膨胀剂具有如此特性，即高于确定的温度时其体积以多倍的形式膨胀。在本实施形式中使用这种效应，以使能导电的粘接剂在超过膨胀剂的膨胀温度时离开接触元件，尤其使得可能存在的能导电颗粒网络加速分解。在此尤其考虑包括偶氮二甲酰胺的膨胀剂，该膨胀剂可以在100℃和250℃之间的膨胀温度上设置。膨胀剂的精确的设置在此与所应用的粘接剂的热稳定性紧密地相互作用。在此可以设想的是，通过混合膨胀剂得到特定于粘接剂的温度限值，其首先与基体材料的热稳定性远远相反。但是可以设想，膨胀剂已经在较低的温度下可以膨胀、例如已知从膨胀中产生的力足够强，以使得粘接部位彼此分离。

在优选的实施变型中，在根据本发明的蓄能电池中提出，彼此连接的接触元件被堆叠式地布置。要连接的接触元件的作为三明治构造形式已知的布置结构尤其适合自动化的制造方式并因此实现了根据本发明的蓄能电池的节省时间和成本的制造。

优选的是，蓄能电池被设计为软包电池。本发明尤其示出其优点，因为软包电池通常不能通过cid被保护免于短路。这种软包电池典型地具有导电耳片形式的接触元件，该导电耳片通过传统的接合方式彼此自动地连接。因此能导电的粘接剂的使用可以简化地集成在软包电池的制造过程中。

可以设想的是，通过至少一个粘接部位将两个接触元件彼此连接。正好两个接触元件的连接尤其包括通过点状地施加粘接剂的量来实现粘接部位。这种实施形式尤其考虑用在堆叠式设计的接触元件中，其中相应两个相邻的接触元件通过粘接部位连接。

另选地可以设想，通过至少一个粘接部位连接三个或更多个接触元件。这种实施形式提出，通过较大量的粘接剂形成多个接触元件的特别大面积的和/或空间包围(raumfassend)的连接。在接触元件的堆叠式的布置结构中还可以设想，不以层的方式连接接触元件，而是通过较大量的能导电的粘接剂整体上将堆叠式的应用彼此连接。

此外本发明的另一另选的设计方案提出，通过至少一个粘接部位将一个或多个接触元件与能导电的导体体部连接。这种导体体部可以例如设计为由铜或另一适合的能导电的金属制成的跳线块，并且形成多个接触元件的能导电的连接。在此粘接部位也可以将单个接触元件点状地与导体体部连接，或在粘接部位中将多个接触元件与导体体部连接。本实施形式和之前所述的两个实施形式可以整体上以任意的组合方式在蓄能电池内使用。由此本发明适合用于蓄能电池的不同的构造形式，这些不同的构造形式分别要求接触元件的不同的接合机构。

此外还可以提出，一个或多个接触元件的接触粘接部位的自由端部形成热传递部段。该自由端部典型地是接触元件的与单体电池层的电极的连接相反的端部部段。为了在粘接部位中实现改善的热输入，被证明为有利的是，这个自由端部形成热传递部段，该热传递部段尤其通过其几何尺寸在粘接部段中实现改善的热输入。尤其可以通过这种结构上的措施控制短路保护的滞后性能。除了几何尺寸的修正之外，还可以设想用于改善热传递的另外的可能性、例如相应的表面加工方法。

可以由此改进这个实施形式，即将热传递部段设计为波纹状、螺旋状、锯齿状或螺纹状。这种设计形式基于如下原理，即通过在热传递部段和粘接部位之间的放大的接触表面实现了加速的热输入。

另选地可以如此提供热传递部段，使得该热传递部段相对于接触元件的其它部分具有更大的基面。在此尤其考虑，将热传递部段设计为平板状，以便在没有使自由端部弯曲成形的情况下实现上述优点。

本发明还涉及一种电蓄能器，该电蓄能器包括至少一个根据本发明的蓄能电池。本发明还涉及一种机动车，该机动车包括至少一个根据本发明的电蓄能器。对于蓄能电池的实施方案可以类似地转用于电蓄能器和机动车，从而通过该电蓄能器和机动车也可以实现上述优点。

附图说明

从下面描述的实施例中以及根据附图得到本发明的其它优点和细节。在此:

图1至图3示出在不同的运行状态中的根据本发明的蓄能电池的原理图；

图4至图6示出连接的接触元件的不同的实施形式的原理图；

图7至图11示出具有不同地形成的热传递部段的接触元件；和

图12示出具有根据本发明的蓄能器的根据本发明的机动车的原理图。

具体实施方式

图1至图3分别示出具有5个单体电池层2的蓄能电池1的原理图。单体电池层2的每个电极在此具有接触元件3。在图1和图2中，每个电极的接触元件3汇合到粘接部位4，该粘接部位由能导电的粘接剂实现。在图1中示出无故障的、正常运行的状态，在该状态中每个单体电池层2都输出运行电流5。如果从这个状态中出来，在故障的单体电池层9中出现内部短路6，则得到在图2中示出的状态。由于内部短路6而导致在粘接部位4中的增高的热输入。其中，单体电池层2输出短路电流7，该短路电流相加形成流经故障的单体电池层9的总电流8。如此提供粘接部位4，使得热输入超过形成该粘接部位的粘接剂的特定于粘接剂的温度限值。在图3中示出，在这种情况下，不再构成的粘接部位4至少中断与故障的单体电池层9的连接。

图4至图6分别示出四个由粘接部位4连接的接触元件3的原理图。在图4中的纵向截面中示出一实施例，在该纵向截面中接触元件3中的两个通过点状形成的粘接部位4连接。图5在纵向截面图中示出另一实施可能性，其中四个接触元件3通过唯一一个粘接部位4连接。最后在图6中示出导体体部10的俯视图，在该导体体部上借助于一个粘接部位4能导电地连接四个接触元件3。在这个实施例中可以如此设想，所有的接触元件3通过唯一一个粘接部位4与导体体部10连接。导体体部10在此由能导电的金属、如铜制成。

图7至图11分别示出接触元件3，该接触元件的自由端部形成热传递部段11，其中在图7至图10中示出侧视图，在图11中示出俯视图。在图7中示出波纹状的热传递部段11，以便使较大的表面与粘接剂连接。图8示出通过相同的热传递部段11的螺纹状的设计方案实现的同一目的。图9示出与图8类似的实施形式，但是该热传递部段11在此形成为锯齿状。此外在图10中示出热传递部段11，该热传递部段通过接触元件3的纵向轴线的转动形成螺旋状的实施形式。最后图11示出具有热传递部段11的平板状的设计方案的接触元件3的俯视图，通过该设计方案使热传递部段11的基面比接触元件3的基面宽。如果热传递部段11相应地相对彼此以及布置在粘接部位4中，则所有在图7至图11中示出的实施例都实现了在相应的粘接部位4中的改善的热量传递。

在图12中最后示出具有根据本发明的电蓄能器14的根据本发明的机动车12的原理图。该电蓄能器具有三个蓄能电池1，并在此示例性地布置在机动车12的尾部区域中。该电蓄能器在此作为用于电动的驱动装置13的能源，该驱动装置在机动车12的发动机舱中示出。