技术摘要：
用于电化学电池单体(12)的测试装置(14)设置在电化学电池单体(12)的内部中，使得所述测试装置与电化学电池单体(12)的两个引导电流的电极(18a、18b)电气接触。所述测试装置(14)具有开关装置(20)，所述开关装置具有至少一个阴子电极和至少一个阳子电极，所述阴子电极和阳  全部
背景技术：
电化学电池单体在多种应用中用作蓄能器，此外以锂离子蓄电池的形式。经常地， 多个电化学电池单体组合为一个模块，该模块那么例如作为蓄能器安装在车辆中。 为了电化学电池单体的故障、特别是引起在单体中的内部短路的损坏不导致在单 体环境中的损坏，采取已知类型的安全措施。 在已知的测试中尝试使得电化学电池单体达到热逃逸(英语也称为“thermal  runaway”)，其中内部电极的局部短路导致在单体内部中局部强的温度提高。这基于电化学 反应的固有加速而在高温下经常导致电化学电池单体的破坏。 为了在受控的条件下测试电化学电池单体的性能，必要的是，例如可以有针对性 地导致在电化学电池单体中的内部短路，优选地也在该电化学电池单体安装在模块内时。
技术实现要素：
本发明的目的在于，提供一种测试装置和一种组件以及一种测试方法，利用所述 测试装置、组件以及测试方法出于测试的目的在电化学电池单体中能够有针对性地产生具 有预定的特征的内部短路。 为了解决该目的，提供具有权利要求1的特征的测试装置。所述用于电化学电池单 体的测试装置设定为用于设置在电化学电池单体的内部中，并且所述测试装置具有开关装 置，所述开关装置设置为用于与电化学电池单体的两个引导电流的具有不同极性的电极电 连接。开关装置具有至少一个阴子电极和至少一个阳子电极，所述阴子电极和阳子电极相 邻地但是具有间隔空间地设置，其中，所述开关装置在初始状态下打开，从而没有电流能够 在各子电极之间流动，而所述开关装置在短路状态下是闭合的，其中，在各子电极之间的间 隔空间是桥接的，从而电流能够在电化学电池单体的各引导电流的电极之间流动并且流动 通过各子电极。 在测试装置触发的情况下，将开关装置转变到其短路状态且如此有针对性地建立 在电化学电池单体内部中的短路，借助该短路可以测试电化学电池单体的性能以及必要时 所设置的安全系统的效果。 除了通过应用开关装置产生的产生短路的可再现性也有利的是，所述开关装置的 电阻在短路状态下准确地已知，从而在电化学电池单体内部中的通过电流在短路状态下是 可检测的。 出于测试目的，各个电化学电池单体或子单体固定在电化学电池单体的内部中。 通过触发测试装置，于是有针对性地通过在引导电流的电极之间建立电连接导致在安装好 4 CN 111587511 A 说　明　书 2/11 页 的一个或多个单体中的短路。在此可以在测试条件下观察单体的反应。 开关装置应如此设计，使得短路回路的快速和安全的闭合是可能的。相比之下不 必须设定开关装置的打开和短路回路的中断。 优选地，通过开关装置的通过电流可以在短路状态下如此长地维持，直至在单体 中存在用于热逃逸(thermisches  Durchgehen)的条件，或者相应地直至确保：阻止通过安 装的保险装置的热逃逸。 所述开关装置有利地尽可能简单地构成，以便能实现可靠的闭合。同时开关装置 应如此鲁棒地设计，使得开关装置可以在期望的持续时间上直至几秒钟承受电化学电池单 体的短路电流，所述短路电流可以为几百至几千安培。 在一个优选实施形式中，所述开关装置包括能导电的接触物质，接触物质在初始 状态下通过间隙与所述子电极中至少之一保持间隔开，其中，所述接触物质如此设置，使得 所述接触物质在过渡到短路状态的情况下在重力影响下到达在两个相邻的子电极之间的 间隔空间中且桥接该间隔空间且如此闭合开关装置。如此可以避免复杂的开关机械，仅仅 需要的是，将接触物质由载体松脱，接着这些接触物质单独地落入在子电极之间的间隔空 间中且机械地桥接在子电极之间的间隔空间，以便闭合短路电路。 优选地，接触物质在初始状态下与整个子电极间隔空间且例如悬挂在电极对之 上。但是也可以考虑的是，接触物质如此固定在子电极中之一上，使得接触物质在开关装置 触发的情况下基于重力桥接至相邻的相反极性的子电极的间隔空间。 所述接触物质在此关于其导电能力以及关于其质量自然如此选择，使得接触物质 在短路状态下足够填充在不同极性的两个相邻子电极之间的间隔空间且可预测的电流量 在短路条件下可以可靠地通过接触物质由一个子电极流至另一子电极。接触物质因此应具 有尽可能小的电阻和足够大的体积。 接触物质可任意选择，例如以单个固体或多个固体的形式。接触物质也可以通过 能导电的液体形成。 在一个优选实施形式中，所述接触物质由如下材料制成，该材料在初始状态处于 固态而在短路状态下处于液态。在该情况下，不仅在初始状态下可靠的固定是可能的，其方 法是可将作为固体的接触物质阻拦，而且在接触物质与各子电极之间的接触位置给间隔空 间填充小的电阻，因为在该时刻接触物质作为液体流入间隔空间中且因此形成与子电极的 面状电气接触。 在初始状态下，所述开关装置通常处于接触物质的熔点之下的温度上。 开关装置的闭合在该情况下通过对接触物质的热效应实现，接着该接触物质液化 且滴入在子电极之间的间隔空间中。 优选地，所述接触物质具有例如50至100℃的熔点，这允许简单的处理。 具有这样的熔点的材料例如在合金中可找到，该合金包含至少30％的铋以及铅、 锌、铟和/或镉。这样的合金的已知的示例是伍德金属、罗斯金属、菲尔德施金属、Cerrolow  136或Cerrosafe。 在开关装置中，例如这样的材料块可以作为接触物质在初始状态下固定粘接在子 电极之上，或者例如由不可导电的塑料制成的载体可作为悬挂件嵌入接触物质中。通过这 种方式可简单地设置接触物质，使得材料在熔化的情况下根据重力滴入或落入在子电极之 5 CN 111587511 A 说　明　书 3/11 页 间的间隔空间中。 在另一变型中可能的是，这样的材料用于触发器件中，所述触发器件在超过熔点 的情况下通过液化释放原本的接触物质。接触物质那么可以是由具有较高的熔点的可良好 导电的金属制成的固体，其例如与低熔点的材料固定粘接。也可以考虑的是，通过这样的低 熔点的材料封闭在压力下的容器，所述容器包含能导电的液体。 开关装置例如包括至少一个阴子电极和至少一个阳子电极，各子电极在水平定向 的平面中并排设置且通过间隔空间分开。有利地，接触物质在初始状态下放置在子电极之 上。 所述开关装置可被封闭的电绝缘的外壳或壳体包围。在该壳体上也可以固定有在 初始状态下的接触物质。该壳体也可以用于将在液体状态下的接触物质保持在各子电极之 间的间隔空间中。 此外，壳体可用于各子电极的电气接触。优选地，全部阳子电极与第一连接电缆连 接，而全部阴子电极与单独的且与第一连接电缆电绝缘的第二连接电缆连接。 与各个子电极的电连接可以在外部沿壳体引导。在阳子电极或阴子电极之间的这 些电极连接可以在叠置的平面中引导，所述电极连接例如通过电绝缘的薄膜相互分开。 连接电缆以及电极连接器优选具有与相应的子电极相同的材料。这些材料、例如 铝和铜有利地与相应的引导电流的电极或单体内部的集流器的材料一致，测试装置应借助 于所述连接电缆与所述电极或集流器连接。 在一个优选实施形式中，所述开关装置的各子电极形成一个电极笼，并且所述接 触物质在初始状态下定位在所述电极笼内。优选地，所述电极笼如此构成，使得与空间中的 定向无关地，接触物质在过渡到短路状态的情况下到达在阴子电极和阳子电极之间的间隔 空间中且桥接该间隔空间。 例如一个极性的八个子电极可以设置在立方体的各角处，而六个另一极性的子电 极定位在立方体的侧面上。所有子电极在此通过间隔空间相互间隔开。接触物质可悬挂在 侧面的子电极之间电极笼的中间。在侧面上的子电极优选突出地构成且有利地可以具有棱 锥或圆锥的形状，而在立方体角处的子电极可设计为四面体形且如此定位，使得四面体的 各一个面倾斜地切掉立方体角。 在开关装置触发且过渡到短路状态的情况下那么接触物质由其固定松脱，并且落 入在阴子电极和阳子电极之间的间隔空间——该间隔空间正是沿垂直方向处于接触物质 之下——中且与电极笼的空间定向无关地在测试装置的触发时刻将其桥接。 这允许：电化学电池单体——其中安装有测试装置——为了测试沿任意方向设置 在空间中。自然，电极笼也可以具有子电极的每个另外的适合的设置，由此可以实现该效 果。 如果使用载体用于在子电极之间固定接触物质，那么该载体优选由不导电的材 料、例如适合的塑料制造。 特别是在低熔点材料用作接触物质或用于固定接触物质的情况下可能的是，有针 对性地改变电化学电池单体的环境温度，以便触发开关装置且转变到短路状态。为此例如 电化学电池单体或整个模块——电化学电池单体安装在所述模块中——在测试结构中有 针对性地经受在低熔点物质的熔点之上的提高的环境温度。如果在测试单体内部达到该温 6 CN 111587511 A 说　明　书 4/11 页 度，那么开关装置过渡到短路状态，并且电化学电池单体或模块可以在短路条件下被测试。 然而为了也能实现与提高的环境温度无关地开关装置的触发，所述开关装置也可 以包括加热器件，所述加热器件特别是与子电极接触，并且通过加热器件可以提高开关装 置的温度。通过接通加热器件那么可以与环境温度无关地操作开关装置且将测试装置转变 到短路状态。 所述加热器件可以例如实现为电流流动通过的加热元件。在一个变型中，给加热 器件供给电流的电缆由电化学电池单体——在所述电化学电池单体中嵌入有测试装 置——导出且在外部被通电。 在另一变型中，所述加热器件包括感应线圈，所述感应线圈由电化学电池单体之 外激励。为此有利地应用高频场，以便提高射入深度且因此也可以在模块的内部而不是仅 仅在其边缘位置检测测试单体。在该情况下，外部馈电线是不需要的。此外可以将到电化学 电池单体中的热量输入保持小，该热量输入对于测试装置的触发是必要的。 感应线圈例如可以由绞合线缠绕而成。 也可以考虑的是，用于运行加热器件的电流由要测试的电化学电池单体自身获得 且出于该目的在加热器件的电路中设有如果可能无线电控制的开关，闭合所述开关，以便 操作加热器件。 一般地，在此也通过热效应触发开关装置，从而例如可以应用上述电极布置结构 中之一。 附加或备选于在开关装置上的加热器件可以在测试装置中设有与开关装置分开 的加热器件，通过该加热器件可以实现在电化学电池单体的内部中局部的温度升高。通过 该加热器件例如可以模拟局部温度升高，如其可发生在短路之前。 此外如此可能的是，在测试单体中局部使得电解质蒸发并继而引起在单体中的压 力升高。为此可将分开的加热器件有利地加热到至少80℃。 备选或附加于加热器件也可以设有用于释放化学物质的器件，所述装置同样设置 在测试装置中。该用于释放化学物质的器件自然有利地可与分开的加热器件耦联且可通过 其触发。例如可以蒸发液态电解质或电解质的溶剂，以便例如在电化学电池单体内引起压 力升高或者模拟电解质的蒸发。 作为化学物质例如可以应用EC(乙烯碳酸盐)或DMC(乙烷碳酸盐)。这是在电化学 电池单体中常用的电解质溶剂。可考虑应用的物质的其他示例是：二甲基硫化物、二乙基碳 酸盐、丙烯碳酸盐、四氢呋喃、二氧六环、乙醚、乙酸丙酯、水、Ethalon、甲醇、辛烷或十六烷。 化学物质的释放可以在开关装置转变到短路状态之前或者与之同时实现。 按照本发明也规定一种包括电化学电池单体和具有权利要求11的特征的测试装 置的组件，其中，测试装置如上所述是可用的。测试装置在电化学电池单体的壳体内如此特 别是设置在电化学电池单体的盖中，使得开关装置与电化学电池单体的两个向外引导的电 气电极电气接触。因此，在短路状态下，在电化学电池单体中产生的总电流流动通过开关装 置。电化学电池单体特别是锂离子蓄电池。 在该情况下，电化学电池单体优选根据瑞士卷原理构成，其中两个初始叠加的电 极缠绕为滚轴。在另一优选实施方案中，各电极在单体中相互叠置地堆叠且通过分离器分 开。 7 CN 111587511 A 说　明　书 5/11 页 在最简单的实施方案中，接触物质可固定粘接在开关装置的各子电极之上的盖 上。 开关装置的触发可以如上所述原则上通过提高电化学电池单体或整个模块的环 境温度实现，电化学电池单体设置在所述模块中。 触发温度可通过接触物质材料的选择来改变。 在应用如上所述的加热器件的情况下，触发与环境温度和电化学电池单体的内部 温度无关地是可能的。 如果电化学电池单体由通过各个相互连接的子单元构成的单体堆组成，那么测试 装置也可以如此设置在电化学电池单体的壳体内部中，使得开关装置与单个子单体的不同 极性的两个电极电气接触。在此那么不是电化学电池单体的向外导出两个电流的主电极短 路，而是引起在单体堆的各子单体——这些子单体整体上地形成电化学电池单体——中之 一的引导电流的电极之间的短路。这允许电化学电池单体的内部结构的还更有针对性的、 与地点有关的测试。 本发明此外涉及用于测试电化学电池单体的方法，所述方法包括如下步骤： -将如上所述的测试装置在电化学电池单体的内部中与电化学电池单体的两个引 导电流的不同极性的电极如此连接，使得开关装置的至少一个子电极分别与引导电流的电 极中之一直接电气接触；以及 -闭合开关装置，其中，将开关装置由初始状态转变到短路状态。 引导电流的电极在此可如上所述是向外导出电流的单体主电极或子单体的电极， 其与主电极电连接。 除了将测试装置嵌入在电化学电池单体内期望的位置以便准备该电化学电池单 体之外，并且必要时除了将准备好的电化学电池单体嵌入在有意的位置带有其他电化学电 池单体的模块中之外，不需要对于测试的准备。 所述开关装置在此优选地通过热效应闭合，从而在例如通过重力运动的接触物质 之外可以省去机械运动的部件。热效应在此可以在最简单的情况下通过提高准备好的电化 学电池单体的环境温度实现或者有针对性地通过加热器件的接通实现，加热器件在局部加 热开关装置。 如此可以在期望的温度下或在期望的时刻可以将开关装置转变为短路状态，并且 准备好的单体经受人为引起的短路。 可选择地，可以通过在准备好的单体中附加的加热器件局部地在电化学电池单体 内提高温度，以便实现附加的测试条件。 备选或附加地可以可选择地释放在单体中的气体，以便例如通过电解质的蒸发模 拟在单体中的压力提高，并且在该条件下测试单体。 如果电化学电池单体嵌入到带有多个另外的电化学电池单体的模块中，那么这些 另外的电化学电池单体在正常情况下不具有测试装置。 附图说明 在以下根据多个实施例且参照附图进一步描述本发明。附图示出： 图1示出按照本发明带有电化学电池单体的组件的示意性剖视图，按照本发明的 8 CN 111587511 A 说　明　书 6/11 页 测试装置嵌入到该电化学电池单体中，用以实施按照本发明的方法； 图2示出按照本发明的测试装置的开关装置的示意图； 图3示出按照本发明第一实施形式的测试装置的开关装置在初始状态下； 图4示出图3中的开关装置在短路状态下闭合； 图5示出按照第二实施形式的测试装置的开关装置的电极笼的示意透视图； 图6示出图5中的电极笼的示意前视图； 图7示出图5中的电极笼的示意侧视图； 图8和9示出图5中的电极笼的电极连接的示意图； 图10示出按照本发明的测试装置的示意性剖视图，其中，开关装置包括加热器件 且加热器件构成为加热电阻； 图11示出按照本发明的测试装置的示意性剖视图，其中，开关装置包括加热器件 且加热器件构成为感应线圈； 图12示出包括的电化学电池单体的单体堆的子单体连同按照本发明的测试装置 的组件的示意性剖视图； 图13示出图12中的带有测试装置的组件，该测试装置包括附加的与开关装置分开 的加热器件；以及 图14示出图13中的带有测试装置的组件，该测试装置包括附加的用于释放化学物 质的器件。