專利名稱：具有設(shè)置在電池殼體外部的過濾元件的電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有電池殼體的(蓄)電池。
背景技術(shù)：
在較大的電池殼體中設(shè)有單電池，各單電池/電池單體被密封地屏蔽。這些單電 池通常通過接觸冷卻來進行冷卻。在此，電池殼體的內(nèi)部溫度通常低于外部溫度。接觸冷 卻或者通過含有基于水的介質(zhì)的基于液體的系統(tǒng)來實現(xiàn)，特別是通過水-乙二醇冷卻來實 現(xiàn)，或者借助基于氟化烴或者是二氧化碳的空氣調(diào)節(jié)裝置(Klimaanlage)來實現(xiàn)。常見的電池體積大于50升。用于電動車的電池具有甚至大于100升的體積。在 電池殼體中通常存在不可避免的死體積，該死體積為電池體積的約5%。根據(jù)單電池的 構(gòu)型，該死體積甚至可以明顯更大。特別是在采用幾何形狀不利的圓形單電池時便是這 樣，因為這里只能實現(xiàn)較低的空間利用率。在一密封封閉的電池殼體中，由于通過溫度 波動引起的壓力波動，可能產(chǎn)生輕微的過壓和負壓。這尤其是對于電池中單電池的密封 是很重要的，并且會影響電池的使用壽命。尤其是存在問題的是按所謂的“咖啡包設(shè)計 (Coffee-Bag-Design) ”的單電池，其殼體由層壓膜構(gòu)成。作為所述問題的解決方案Lamm等人提出(Lithium-lonen-Batterie，Erster Serieneinsatz im S400Hybrid ；ATZ 111(2009) ；490ff.)在所使用的圓形單電池之間的 約2升的死體積用有機硅灌注料填充。這些灌注料明顯提高了整個電池系統(tǒng)的質(zhì)量，因為 1升灌注料重約1. 4kg。對于較小的電池、特別是混合式電池，這種解決方案仍是可能的。對于用于純電動 車的大型電池，這會導(dǎo)致不可承受的質(zhì)量增加并提高電池系統(tǒng)的成本。如果不利用固態(tài)或者液態(tài)物質(zhì)來填充死體積，則由于溫度波動會發(fā)生與環(huán)境的體 積交換。當(dāng)電池冷卻時，電池從外界吸入空氣。這樣濕氣和灰塵便會進入電池殼體內(nèi)部。濕 氣會在電池殼體內(nèi)部冷凝。該過程被認為是極其危險的，因為它會導(dǎo)致電池殼體中的水富 集。這可能導(dǎo)致短路和/或腐蝕。交換的空氣體積較小。在溫差為50K并且電池的死體積為5升的情況下，根據(jù) Charles定律(V/T =恒量)交換的空氣體積約為1升。由溫度波動引起的空氣流極小，即， 約為1升/小時。為解決上述問題，DE 10 2008 034 698 Al提出，在電池殼體內(nèi)部裝入用于所述空 氣流的吸濕的元件。但此時不利的是，水或污物能進入電池殼體內(nèi)部。另外不利的是，該元 件在電池殼體中要求一較多的空間，通過干燥劑始終在電池殼體內(nèi)建立一蒸氣壓力。同樣 不利的是，在更換該元件時污物會進入電池殼體內(nèi)部。另外不利的是，必須使該元件穿過匯 流條板(Busbarplatte)，纖細的監(jiān)測觸點在該匯流條板中分布。在使用無機的干燥物質(zhì)如 P2O5時，在充水時可能形成具有腐蝕性的液態(tài)的酸。此外，它提高了電池內(nèi)的導(dǎo)電性。DE 10 2008 034 698 Al公開的布置結(jié)構(gòu)還具有另外的缺點。在其附圖中示出如 下的布置結(jié)構(gòu)，其中濕空氣不是強制性地必須通過整個干燥劑，而是在入口后馬上能進入電池殼體內(nèi)部。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是，提供一種電池，該電池的電池殼體持久地受到防污、防濕 保護。根據(jù)本發(fā)明利用權(quán)利要求1的特征來實現(xiàn)上述目的。據(jù)此上述電池的特征在于，在電池殼體外設(shè)置一去濕的過濾元件，其中所述過濾 元件使電池殼體的內(nèi)部與周圍環(huán)境導(dǎo)通空氣地隔開。根據(jù)本發(fā)明首先認識到，電池內(nèi)部基本上保持無壓力，因為過濾元件實現(xiàn)了持續(xù) 的壓力平衡。根據(jù)本發(fā)明允許與環(huán)境的氣體交換。就此而言，電池的各單電池不會經(jīng)受由 不同的外部壓力引起的機械載荷。另外，不會通過引入液態(tài)和/或固態(tài)或凝膠狀物質(zhì)而減 小死體積。此外認識到，避免了有害物質(zhì)，如顆粒、水或有機物質(zhì)的進入。有利地，去濕元件 不從外界吸入附加的水。根據(jù)本發(fā)明特別是認識到，含有顆粒過濾部件以及用于結(jié)合水的 部件的去濕過濾元件有效地保護電池殼體免受進入的濕氣的影響，因為該過濾元件設(shè)置在 電池殼體之外。由此實現(xiàn)上述目的。所述過濾元件可具有結(jié)合氣態(tài)、有機或無機物質(zhì)的部件。特別是水應(yīng)當(dāng)被結(jié)合。所 述部件可以包括活性炭。所述過濾元件可以具有確定的吸水能力?？諝庵械乃柡蜐舛扰c溫度相關(guān)，在 20°C下約為17g/m3，在30°C下約為30g/m3，在40°C下為51g/m3。假設(shè)每天進行一個冷卻循 環(huán)，維修間隔為3年，即約1100個冷卻循環(huán)，發(fā)生1升/冷卻循環(huán)的體積交換，濕度在30°C 的溫度下為70%，則可以得出，每個冷卻循環(huán)待接合的水量為0. 7 * 30毫克/升=21毫克 /冷卻循環(huán)。由此得出，在3年中待結(jié)合的全部水量約為23g水。對于電池的假設(shè)為15年 的整個使用壽命，得出待結(jié)合的全部水量為115g水。過濾元件可具有多層結(jié)構(gòu)。多層結(jié)構(gòu)允許各層能執(zhí)行不同的功能。該結(jié)構(gòu)特別是 構(gòu)造成三層的。第一層可設(shè)計成能過濾顆粒。在此背景下可設(shè)想，第一層設(shè)計成無紡布。該具體 設(shè)計方案具有深度作用(達到深處的作用)。無紡布可具有多層結(jié)構(gòu)或者在其密度或孔隙 率方面具有梯度。由于在空氣交換時體積流量較小(約1升/小時)，過濾元件可設(shè)計成閉 孔程度較高的。第一層可設(shè)計成隔膜。該隔膜可放置在吸附性的第二層前。由此可省去顆粒過濾層。第二層可設(shè)計成吸附性的。這使得可以吸收以氣態(tài)進入的水。另外使得可以實現(xiàn) 結(jié)合/吸收由外界進入的有機和無機的有害物質(zhì)。最后使得可以結(jié)合/吸收氣態(tài)/液態(tài)或 顆粒的有害物質(zhì)，這些有害物質(zhì)在電池中發(fā)生故障的情況下被釋放。特別是在電池中一個 或多個單電池損壞性地打開時會出現(xiàn)電解液。第二層可設(shè)計成吸附材料的散料。起吸附材料作用的可以是顆粒，特別是干燥劑 CaCl2、硅膠、沸石、分子篩、超強吸附劑(SAP)、P2O5、也可以是纖維(SAP-纖維)。對于吸收 氣態(tài)的有機或無機的有害物質(zhì)優(yōu)選使用顆粒形式或其它形式的活性炭。第二層可包括開孔5式的載體層，在該載體層上固定所述吸附材料。第二層也可設(shè)計成開孔式的載體層，該載體 層特別是包括SAP纖維。尤其有利地，第二層可這樣被冷卻，使得空氣被冷卻到露點以下。 另外可設(shè)想，第二層具有無紡布作為攜帶吸附材料的載體。第三層可設(shè)計成隔膜或微孔膜。由此阻止后面的吸附層過度“吸水”。優(yōu)選將第三層放置在第一層與第二層之間。第三層可用例如足夠長的管子或足夠長的連接軟管代替。該連接軟管可這樣被冷 卻，使得空氣被冷卻到露點以下。連接軟管可具有一閥，通過該閥可將冷凝的水向外排出。 所述閥可按常規(guī)預(yù)防性地打開或者借助一水傳感器打開。過濾元件可法蘭連接在所述電池殼體上。由此，能實現(xiàn)簡單的更換和無問題地維 修。過濾元件可集成在所述電池殼體的外壁中。這種過濾元件不形成干擾的接管?？?有利地集成電池的冷卻裝置。過濾元件可通過一軟管與所述電池殼體導(dǎo)通空氣地相連接。由此可將過濾元件布 置離電池殼體較遠地設(shè)置。特別可以確保，過濾元件不會由于雨水、噴濺水、通過高壓水或 浸水進行的清潔而直接與水接觸以及被特定的污物污染。直接與水接觸會導(dǎo)致電池過早失 效。所述軟管可通過一中間冷卻來冷卻。由此已經(jīng)可使水冷凝并通過一開口向外排 出。這允許在吸附材料的量相同時提高過濾元件的壽命或者在使用壽命相同時減少吸附材料量。過濾元件可由熱穩(wěn)定的部件，特別是由熱穩(wěn)定的纖維制成。熱穩(wěn)定的無紡布物料、 特別是熱穩(wěn)定的纖維的使用使得能夠避免熱的/可燃的電解液從電池殼體噴出。特別是通 過將熱穩(wěn)定的無紡布物料用作顆粒過濾器可確保，不會有開放的火焰從外擊穿進入電池。 此外確保了，電池內(nèi)部可能的火也不會向外擊穿。在此電解液可在第二或第一層中被吸收。 由此確保，在損壞情況下不會有有毒物質(zhì)排放到周圍環(huán)境中，此時可將失效的電池供應(yīng)給 再循環(huán)。在過濾元件內(nèi)部或在電池殼體內(nèi)部可設(shè)置一傳感器，所述傳感器檢測處于液態(tài)狀 態(tài)的水。該傳感器指示水對過濾元件的穿透。由此還可以指示維修間隔到期。在過濾元件 內(nèi)部或在電池殼體內(nèi)部可設(shè)置一傳感器，所述傳感器檢測處于氣態(tài)狀態(tài)的水。該傳感器有 利地指示過濾元件的吸收能力的過早衰退。由此可實現(xiàn)一種用于即時顯示維修間隔的智能 系統(tǒng)。所述傳感器也可以集成在上述連接軟管中。過濾元件可設(shè)計成可加熱的/可完全固化的(ausheizbar)。在這種情況下，可圍 繞第二層設(shè)置一加熱裝置。在圍繞第二層設(shè)置加熱裝置的情況下，可設(shè)置一閥。通過使水 轉(zhuǎn)化至氣態(tài)狀態(tài)并且通過第三和/或第一層或者通過一單獨的開口向外導(dǎo)出水，可使第二 層再生，所述單獨的開口必要時為此目的能受控地打開。在第二層內(nèi)部可使用導(dǎo)電構(gòu)件。特別是可使用金屬或碳素?zé)o紡布或網(wǎng)。這些構(gòu)件 允許特別有效的加熱。在這種情況下，過濾元件可集成到可能的電池加熱裝置中。過濾元件可設(shè)計成一帶有芯壁的濾芯。由此可封裝接納多個層并將其作為整體配 設(shè)給一個電池。所述濾芯的朝向周圍環(huán)境的一側(cè)可被一第三層覆蓋，其中在所述第三層上連接一過濾顆粒的第一層，其中在所述第一層上連接一吸濕的第二層，其中在所述第二層上連接 一第四層。各所述層疊置的布置結(jié)構(gòu)允許特別有效地對空氣進行過濾和去濕。一外部的、過濾顆粒的第一層可同心地包圍一吸濕的第二層，其中所述第二層包 圍一過濾顆粒的柱狀過濾介質(zhì)。通過這種具體構(gòu)型可將一特別大的面積用于過濾和空氣去 濕。一外部的、過濾顆粒的第一層可與一吸濕的第二層一起螺旋性地卷繞。由此可在 較窄的空間中布置多個功能性的、彼此相繼的層。過濾元件可以構(gòu)造成分段式的。分配上述三個層的功能可以在空間上彼此分隔開 的位置處實施。在此特別是可設(shè)想，將車輛現(xiàn)有的空氣濾清器用作第一級，并將已凈化除去 顆粒的空氣供應(yīng)給電池。當(dāng)過濾元件被冷卻(T低于露點)時，干燥更有效。完全的充水可利 用一水傳感器來檢測，或者在使用SAP顆粒的情況下也可以利用膨脹測量開關(guān) (Quell-Messungs-Schalter)來檢測。在此所述的過濾元件也可以應(yīng)用于太陽能單電池或光電模塊。在模塊內(nèi)部的水冷 凝會導(dǎo)致效率降低以及可能的腐蝕。存在有各種不同的、有利地實施和擴展本發(fā)明教導(dǎo)的可能方案。就此，一方面可參 見所附權(quán)利要求，另一方面可參見以下參照附圖對本發(fā)明優(yōu)選實施方式的說明。聯(lián)系參照附圖對本發(fā)明優(yōu)選實施例的說明，對所述教導(dǎo)的一般優(yōu)選構(gòu)型和擴展方 案進行闡釋。


圖1示出配設(shè)有過濾元件的電池殼體的示意圖，圖2示出三層過濾元件的示意圖，圖3示出過濾元件的示意圖，其中兩個層通過一連接軟管分開，圖4示出一設(shè)計成濾芯的過濾元件的剖視圖，圖5示出一設(shè)計成濾芯的過濾元件的剖視圖，該濾芯具有同心的層，這些層包括 散料和顆粒過濾層，和圖6示出一螺旋形盤繞的過濾元件的透視圖。
具體實施例方式圖1在下方的視圖中示出現(xiàn)有技術(shù)的電池，其中過濾元件1設(shè)置在電池殼體2的 內(nèi)部。圖1在中間的視圖中示出一過濾元件1，該過濾元件設(shè)置在電池殼體2的外部并通 過軟管3與電池殼體2的內(nèi)部導(dǎo)通空氣地連接。圖1在上方的視圖中示出一過濾元件1，該過濾元件設(shè)置在電池殼體2的外部并集 成在電池殼體2的外壁4中。圖2示出一具有三層結(jié)構(gòu)的過濾元件1。外部的第一層5設(shè)計成無紡布并過濾顆 粒。內(nèi)部的第二層6設(shè)計成吸附層，該吸附層吸收濕氣和/或氣體。第二層6包括干燥劑、 超強吸附物質(zhì)(SAP)和/或活性炭。中間的第三層7設(shè)計成微孔的或者可穿透的隔膜，應(yīng)將冷凝水保持遠離第二層6。圖3示出一具有雙層結(jié)構(gòu)的過濾元件1。外部的第一層5設(shè)計成無紡布并過濾顆 粒。內(nèi)部的第二層6設(shè)計成吸附層，該吸附層吸收濕氣和/或氣體。第二層6包括干燥劑、 超強吸附物質(zhì)(SAP)和/或活性炭。第一層5和第二層6通過一連接軟管8彼此連接。該 連接軟管8應(yīng)使冷凝水會保持遠離第二層6。圖4示出過濾元件1的剖視圖，該過濾元件1設(shè)計成濾芯。濾芯具有過濾顆粒的 第一層5。第一層5起機械式過濾裝置的作用，可以由微玻璃纖維、納米纖維、紙或高效過濾 介質(zhì)Ofepafiltermedien)制成。第一層5夾層式地埋入在第二層6與第三層7之間。第 二層6設(shè)計成干燥劑的散料。干燥劑可包括硅膠，沸石和/或活性炭。第三層7設(shè)計成阻 水隔膜。第二層6夾層式地埋入第一層5與第四層9之間。第四層9起“控制過濾器/管 制過濾器(Polizeifilter) ”的作用，并截留散料的碎屑材料。第四層9與第一層5相同地 構(gòu)成。濾芯具有柱狀芯壁10，該芯壁接納所述各層5、6、7、9。圖5示出一過濾元件1，該過濾元件設(shè)計成濾芯。第一層5和第二層6同心布置。 第一層5過濾顆粒，并可設(shè)計成無紡布。第二層6設(shè)計成干燥劑散料。干燥劑可包括硅膠、 沸石和/或活性炭。在濾芯的中央布置一柱狀過濾介質(zhì)11，第三層7朝向環(huán)境覆蓋該過濾 介質(zhì)。第三層7設(shè)計成隔膜，并應(yīng)使得水遠離濾芯內(nèi)部。圖2至4中示意性示出的箭頭給出空氣從環(huán)境到電池殼體2內(nèi)部的流動方向。圖6示出一過濾元件1的透視圖，其中第一層5和第二層6螺旋形盤繞。過濾元 件1具有過濾顆粒的第一層5。第一層實現(xiàn)機械式的過濾裝置，可以由微玻璃纖維、納米纖 維、紙或高效過濾介質(zhì)制成。第一層5構(gòu)造成外層。第二層6設(shè)計成干燥劑的散料。干燥劑 可包括硅膠、沸石和/或活性炭。干燥劑可通過結(jié)合纖維(Bindefaser)與第一層5連接。 第一層5和第二層6可具有由SAP制成的纖維。關(guān)于根據(jù)本發(fā)明教導(dǎo)的其它的有利構(gòu)型和擴展方案，一方面參見說明書的概述部 分，另一方面參見權(quán)利要求。最后應(yīng)明確指出，上面選出的實施例僅用于說明根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，而本發(fā)明不 限于這些實施例。8
權(quán)利要求
1.電池，該電池具有電池殼體O)，其特征在于，在所述電池殼體O)的外部設(shè)置去濕 的過濾元件(1)，其中所述過濾元件(1)將所述電池殼體( 的內(nèi)部導(dǎo)通空氣地與周圍環(huán)境 隔開。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池，其特征在于，所述過濾元件(1)具有結(jié)合氣態(tài)的、有機 和/或無機的物質(zhì)的部件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電池，其特征在于，所述過濾元件(1)具有多層的結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的電池，其特征在于，所述過濾元件(1)具有構(gòu)造 成過濾顆粒的層的第一層(5)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電池，其特征在于，所述第一層(5)構(gòu)造成無紡布。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的電池，其特征在于，所述第一層(5)構(gòu)造成隔膜。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項所述的電池，其特征在于，所述過濾元件具有構(gòu)造成吸 附層的第二層(6)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電池，其特征在于，所述第二層(6)構(gòu)造成吸附材料的散料。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項所述的電池，其特征在于，所述過濾元件(1)具有構(gòu)造 成隔膜或微孔膜的第三層(7)。
10.根據(jù)權(quán)利要求4至8中任一項所述的電池，其特征在于，所述第一層( 和所述第 二層(6)通過一連接軟管(8)或管件導(dǎo)通空氣地相連接。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項所述的電池，其特征在于，所述過濾元件(1)法蘭連 接在所述電池殼體( 上。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項所述的電池，其特征在于，所述過濾元件(1)集成在 所述電池殼體O)的外壁中。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項所述的電池，其特征在于，所述過濾元件(1)通過一 軟管(3)與所述電池殼體(2)處于導(dǎo)通空氣的連接。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的電池，其特征在于，所述軟管(3)可通過中間冷卻裝置冷卻。
15.根據(jù)權(quán)利要求1至14中任一項所述的電池，其特征在于，所述過濾元件(1)具有熱 穩(wěn)定的部件。
16.根據(jù)權(quán)利要求1至15中任一項所述的電池，其特征在于，在所述過濾元件(1)的內(nèi) 部或在所述電池殼體O)的內(nèi)部設(shè)有傳感器，所述傳感器檢測處于氣態(tài)和/或液態(tài)的水。
17.根據(jù)權(quán)利要求1至16中任一項所述的電池，其特征在于，所述過濾元件(1)構(gòu)造成 能加熱的。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的電池，其特征在于，在所述過濾元件⑴的吸附層(6)中接 納有導(dǎo)電的構(gòu)件。
19.根據(jù)權(quán)利要求1至18中任一項所述的電池，其特征在于，所述過濾元件(1)構(gòu)造成 帶有芯壁(10)的濾芯。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的電池，其特征在于，所述濾芯的朝向周圍環(huán)境的側(cè)面被第 三層(7)覆蓋，其中在所述第三層(7)上連接過濾顆粒的第一層(5)，其中在所述第一層 (5)上連接吸濕的第二層(6)，并且在所述第二層(6)上連接一第四層(9)。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的電池，其特征在于，外部的、過濾顆粒的第一層(5)同心地 包圍吸濕的第二層(6)，其中所述第二層(6)圍繞一過濾顆粒的柱狀過濾介質(zhì)(11)。
22.根據(jù)權(quán)利要求19所述的電池，其特征在于，外部的、過濾顆粒的第一層(5)與吸濕 的第二層(6) —起螺旋形地盤繞。
全文摘要
具有設(shè)置在電池殼體外部的過濾元件的電池，本發(fā)明涉及一種帶有電池殼體(2)的電池，為了實現(xiàn)以下目的提供一種電池，該電池的電池殼體持久地受到防污、防濕保護，該電池的特征在于，在所述電池殼體(2)的外部設(shè)置去濕的過濾元件(1)，其中所述過濾元件(1)使所述電池殼體(2)的內(nèi)部導(dǎo)通空氣地與周圍環(huán)境隔開。
文檔編號H01M2/02GK102054941SQ20101051987
公開日2011年5月11日 申請日期2010年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月27日
發(fā)明者H·賴因哈特, K·韋瑟, M·克格爾, P·克里澤 申請人:卡爾·弗羅伊登伯格公司