用于電池組電池的內在過充電保護的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及根據權利要求1的前序部分所述的電池組電池,根據權利要求16的前序部分所述的電池組。本發明還涉及根據權利要求18所述的電池組電池的制造方法。
【背景技術】
[0002]以下背景介紹是本發明的背景介紹,因此不必構成現有技術。
[0003]如今在許多設備例如車輛、船舶和各種電子設備例如計算機、移動電話和玩具中都使用電池組。通常在大多數電子設備中都有電池組,它們至少部分被設計成可在不連接電源的情況下使用。在這種應用中,主要在車輛的應用中描述電池組。不過,當然它們也可用于其它船舶的應用中以及各種其它包括電池組的電子設備中。
[0004]電池組包括一個或多個電池組電池,所述電池組電池可具有多個不同的設計,并且包括多種不同的物質和/或化學化合物。
[0005]本領域技術人員知道電池組在使用的時候會消耗,和/或在不使用的時候會跑電。當電池組在消耗時,在電池組內發生化學化合物的基本可逆的轉化。例如,電池組中包括的電極材料可從一種化學化合物轉化成另一種。
[0006]可通過外接電壓電源例如車輛或船舶中的發電器,或者通過與電池電極連接的一些類型的電池充電器對電池組再充電。通過對電池組電極施加外部電壓,電極的化學組成被復原,電池組被再充電。
【發明內容】
[0007]包括有機電解質例如包含鋅離子、鈉離子和/或鋰離子的電解質的電池組對于高溫和高電池電壓很敏感,這加速電池組的老化。另外,電解質非常易燃。例如,超過約55°C的溫度和/或超過約4.2V的電壓可加速鋰離子電池的老化。在較高的電池電壓下有產生氣體、電池組電池劣化和/或電池組電池中著火的風險。
[0008]現有技術試圖通過在電池組中加入固相的電解質例如溶解在聚環氧乙烷中的鋰鹽和/或通過使用一種或多種外部支持功能例如在充電時對電池電壓進行電壓監控來解決這些問題。雖然固相電解質通常不是特別易燃的,但是仍然有電池組電池過熱的風險,因為它們缺少內在的過充電保護。因此,在現有技術的方案中在充電時需要強固的支持功能。
[0009]為了避免電池組的加速老化和/或破壞在以前需要使用支持功能例如在電池組充電時進行電子監控,這導致增加了使用電池組的設備例如車輛的復雜性和制造成本。
[0010]現有技術嘗試通過在電池組的正極和負極之間使用電化學活性材料來解決為了過充電保護而增加了復雜性的問題。然而,這些電化學活性材料在啟動過充電保護時吸收和/或釋放離子,這導致材料發生變化,使得其功能隨著時間劣化。現有技術中使用這些電化學材料的過充電保護在發揮作用一段時間之后就變得緩慢。因此,隨著時間由于過充電導致電池組受到損壞的風險增加。
[0011]現有技術還嘗試通過在電池組電池中使用離散顆粒和/或單獨的部件用作過充電保護來解決過充電的問題。但是,使用這些離散顆粒和/或單獨部件意味著在這些離散顆粒和/或單獨部件處集中能流。在各個顆粒的位置或在單獨的過充電部件與電池組電池的連接處的這種能流的集中導致在這些集中處產生熱。
[0012]因此本發明的目的是提供電池組電池、電池組以及制造電池組電池的方法,它們至少部分解決了這些問題。
[0013]該目的通過根據權利要求1的特征部分的上述電池組電池和上述根據權利要求16的特征部分的上述電池組來實現。該目的還通過根據權利要求18的特征部分的上述制造電池組電池的方法來實現。
[0014]根據本發明的電池組電池包括正極和負極,所述正極和負極由至少一層導電性聚合物膜、P型摻雜的半導電性和離子導電性膜、和N型摻雜的半導電性和離子導電性膜隔開,所述聚合物膜具有分布在其內的離子導電性電解質。
[0015]更具體而言,所述電池組電池具有產生內部過充電保護的以下順序的以下層:
[0016]-正極;
[0017]-至少一層聚合物膜;
[0018]-N型摻雜的半導電性和離子導電性膜;
[0019]-P型摻雜的半導電性和離子導電性膜;
[0020]-負極。
[0021]根據本發明,通過電池組電池的設計,對電池組電池提供內在/化學過充電保護,這防止向電池組電池施加太大的充電電壓。
[0022]所述內在/化學過充電保護向電池組電池提供了內部自動保護,而不需要外部電壓監控裝置。這意味著在不增加使用電池的設備例如車輛的復雜性和/或制造成本的情況下消除了電池組電池容量的退化。另外,電池組電池的功能通過啟動的過充電保護而不被劣化,因為過充電保護是電活性的,而不是電化學活性的。
[0023]通過在電池組的生產階段在一個或多個電池組電池中加入過充電保護,可實現減少電池充電器中的監控電子設備和/或例如在至少部分充電設備例如電動車輛或混合動力車輛中的其它電池監控系統的復雜性。這伴隨著電池系統的總體成本的降低。
[0024]至少三層的概念,也就是說依次設置的所述至少一層聚合物膜、P型摻雜膜和N型摻雜膜的概念,具有的一個優勢是所述P型摻雜膜和N型摻雜膜可以具有比所述至少一層聚合物膜的離子導電能力差的離子導電能力。只要所述至少一層聚合物膜具有足夠的厚度來防止電池組電池在其壽命期間出現內部短路,所述P型摻雜膜和N型摻雜膜可以很薄使得它們不嚴重影響電池組電池的內部電阻。
[0025]由于本發明,例如鋰離子電池變得更簡單,并且與之前常用的可充電鎳氫電池同樣可靠。
[0026]根據本發明的電池組電池可有利地用于高溫應用,例如約90-100°C的溫度,而且在較低溫度下例如室溫下具有好的性能。
[0027]在電池組中,多個電池組電池串聯成也產生較高電壓的模塊,根據本發明過充電保護還可在充電時在電池組中的電池組電池之間提供內在主動均衡功能。這有助于簡化例如混合動力車輛和電動車輛的均衡電子設備。
[0028]根據本發明的一個實施方案,過充電保護具有類似于齊納二極管的特點。這意味著內在過充電保護可非常快速地被啟動以保護電池組電池,在快速電壓序列和電壓瞬變期間也是如此。
[0029]根據本發明的一個實施方案,內在過充電保護被均勻地結合到電池組電池中,也就是說,所述至少一層聚合物膜具有均勻分布的導電性材料,所述P型摻雜膜和N型摻雜膜具有均勻分布的半導電性材料。因此,在短路的情況下電池組電池產生均勻的功率分布,其中電池組電池的電壓u大于所產生的齊納二極管的擊穿電壓的絕對值|uz| ;u>|uj ο因為短路功率分布在整個體積中,電池組電池可處理大的短路電流而不產生任何破壞性熱量。
[0030]通過本發明,提供包括可靠的過充電保護的非常緊湊的電池組電池,其很容易大量制造。
【附圖說明】
[0031]下面將結合附圖更詳細地介紹本發明,在附圖中相似的部件使用相似的參照數字,其中
[0032]圖1顯示了可利用本發明的示例性車輛,
[0033]圖2顯示了根據本發明的電池組電池,
[0034]圖3顯示了根據本發明的一個實施方案的電池組電池使用的二極管特性。
【具體實施方式】
[0035]圖1顯示了一個示例性車輛100的示意圖,其可包括