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Die
Erfindung betrifft eine Einzelzelle für eine Batterie nach
den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 sowie eine Batterie
nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 19.
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Derartige
Batterien können unter starker Belastung oder bei Überlastung
(z. B. bei Überladung oder zu hohem Entladestrom, beispielsweise
bei einem Kurzschluss), im Schadensfall (z. B. Unfall, Elektrolytzersetzung)
oder sogar im Normalbetrieb bei starker Erhitzung von außen
in einen thermisch unkontrollierbaren Zustand geraten. Dabei können sie überhitzen,
einen gefährlichen inneren Druck (auch Zelleninnendruck
genannt) bis hin zum Bersten oder Explodieren der Zelle und des
Gehäuses aufbauen, wodurch gefährliche Stoffe
freigesetzt werden. Speziell im Bereich moderner Lithium- oder Lithium-Ionen-Batterien
besteht eine besondere Gefährdung, da diese Batterien flüssige,
brennbare, organische Elektrolyte enthalten. Diese Batterien können
unter ungünstigen Umständen in Brand geraten und
stellen ein sicherheitstechnisches Problem dar.
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Aus
dem Stand der Technik ist, wie in
DE 195 24 870 C2 beschrieben, eine Schutzvorrichtung
zum Schutz vor Überladung und zu hohen Ladeströmen beim
Aufladen von Batteriezellen und eine Batteriezelle mit einer derartigen
Schutzvorrichtung bekannt. Die Schutzvorrichtung weist ein Gehäuse
und ein Abschlussteil auf, wobei eines von diesen biegsam ist. Das
Gehäuse und das Abschlussteil sind elektrisch leitfähig.
Zwischen dem Gehäuse und dem Abschlussteil ist eine elektrisch
leitfähige Passage ausgebildet. Das Gehäuse und
das Abschlussteil sind durch diese elektrisch leitfähige
Passage elektrisch leitend verbunden. Die elektrisch leitfähige
Passage ist durch ein Biegen des Gehäuses oder des Abschlussteils
unter der Einwirkung eines äußeren Druckes unterbrechbar,
wodurch die elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Gehäuse
und dem Abschlussteil trennbar ist.
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In
US 2006/0267545 A1 wird
eine Batterie mit erhöhter Sicherheit beschrieben. Die
Batterie besteht aus einem Zellverbund von Einzelzellen, welche
ladbar und entladbar eng nebeneinander angeordnet und miteinander
elektrisch verbunden sind. Wenn sich die Einzelzellen aufgrund außergewöhnlicher
Bedingungen ausdehnen, beispielsweise aufgrund langer Lade- bzw.
Entladevorgänge, wird der Druck, welcher aufgrund der geänderten
Dicke der ausgedehnten Einzelzellen entsteht, auf einen vorgegebenen
Bereich des Zellverbundes konzentriert. Dadurch ändert
sich die Anordnung des Zellverbundes, so dass eine elektrische Verbindung
des Zellverbundes mechanisch getrennt wird, wodurch Lade- und Entladevorgänge
unterbrochen werden und die Batterie sowie deren Umgebung vor weiteren
Beschädigungen geschützt sind.
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In
US 6,524,741 B1 wird
eine Batterie mit einem integrierten Unterbrechungsmechanismus beschrieben.
Ein Zellverbund einer Batterie umfasst einen verschlossenen Innenraum
mit zumindest einer elektrochemischen Einzelzelle darin, deren Polkontakte
mittels elektrischer Verbinder an eine externe Last angeschlossen
sind. Mindestens einer dieser elektrischen Verbinder ist so ausgelegt,
dass er Lade- bzw. Entladevorgänge der Batterie bei einem ausreichenden
Anstieg des Innendrucks des verschlossenen Innenraums automatisch
abschaltet.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einzelzelle mit einer
verbesserten Schutzvorrichtung sowie eine gegenüber dem
Stand der Technik verbesserte Batterie anzugeben.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Einzelzelle
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Hinsichtlich
der Batterie wird die Aufgabe durch die im Anspruch 19 angegebenen
Merkmale gelöst.
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Bevorzugte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen
Ansprüchen angegeben.
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Eine
Einzelzelle umfasst eine von einem Gehäuse umgebene elektrochemisch
aktive Elektrodenfolieneinheit mit einem ersten Polkontakt der Elektrodenfolieneinheit,
welcher elektrisch mit einer ersten Ableiterfahnen verbunden ist
und mit einem zweiten Polkontakt der Elektrodenfolieneinheit, welcher
elektrisch mit einer zweiten Ableiterfahne verbunden ist, sowie
eine durch einen erhöhten Innendruck der Einzelzelle aktivierbare Schutzvorrichtung
zum Schutz bei einem Kurzschluss und zum Schutz vor Überladung
und zu hohen Stromstärken bei einem Lade- oder Entladevorgang.
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Erfindungsgemäß ist
zwischen der ersten Ableiterfahne und dem ersten Polkontakt und/oder zwischen
der zweiten Ableiterfahne und dem zweiten Polkontakt jeweils ein
Federelement angeordnet.
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In
Einzelzellen einer Batterie, insbesondere einer Lithium-Ionen-Batterie,
steigt eine Temperatur und ein Innendruck bei einer Fehlfunktion
der Einzelzelle, beispielsweise bei einem Kurzschluss oder einer Überladung,
erheblich an, da eine in den Einzelzellen enthaltene elektrochemisch
aktive Masse, beispielsweise Nickeloxid, thermisch instabil ist
und sich oberhalb einer bestimmten Temperatur in einer exothermen
Reaktion irreversibel zersetzt. Durch diesen Zersetzungsvorgang
erwärmt sich die Einzelzelle noch weiter und der Innendruck
steigt weiter an. Dies kann dazu führen, dass eine solche
Einzelzelle bzw. eine mit diesen Einzelzellen bestückte
Batterie explodiert und/oder schädliche Stoffe freisetzt.
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Um
dies zu verhindern, ist mittels der erfindungsgemäßen
Lösung ein Stromkreis einer solchen defekten Einzelzelle
bereits vor einer Explosion und/oder einer Freisetzung schädlicher
Stoffe dauerhaft unterbrechbar, so dass von dieser defekten Einzelzelle
keine Gefahr mehr ausgeht. Durch das Federelement ist auch bei einer
Abkühlung der Einzelzelle nach Trennung des Stromkreises
und eine dadurch hervorgerufene Verringerung des Innendrucks der
Einzelzelle ein erneutes Schließen des Stromkreises mit
den beschriebenen gefährlichen Auswirkungen dauerhaft wirksam
verhinderbar. Prinzipiell ist es dabei ausreichend, wenn die Schutzvorrichtung,
d. h. die Trennung des Stromkreises durch Trennung der elektrischen
Verbindung zwischen dem Polkontakt und der Ableiterfahne, jeweils
nur bei einem Polkontakt und einer zugehörigen Ableiterfahne aktivierbar
ist. Deshalb ist auch prinzipiell nur ein Federelement zwischen
einer Ableiterfahne der Einzelzelle und dem entsprechenden Polkontakt
notwendig. Aus Sicherheitsgründen ist es jedoch vorteilhaft, die
Schutzvorrichtung an beiden Polkontakten bzw. Ableiterfahnen anzuordnen,
wobei der Stromkreis dann bereits unterbrochen ist, wenn eine elektrische Verbindung
zwischen einer Ableiterfahne und dem entsprechenden Polkontakt getrennt
ist.
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Die
Einzelzelle ist bevorzugt eine Flachzelle, da bei einer solchen
Bauart der Einzelzelle die erfindungsgemäße Lösung
besonders günstig anwendbar und besonders einfach und kostengünstig
realisierbar ist.
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Das
Federelement ist vorzugsweise als Blattfeder ausgeführt
und vorgespannt. Diese ist im vorgespannten Zustand, insbesondere
bei einer Flachzelle, Bauraum sparend zwischen der Elektrodenfolieneinheit
und der Ableiterfahne anordbar, so dass ein Bauraumbedarf einer
solchen Flachzelle nicht bzw. nur unwesentlich von einem Bauraumbedarf
einer Flachzelle ohne diese Schutzvorrichtung abweicht.
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Das
Federelement ist zweckmäßigerweise gegenüber
dem Polkontakt und/oder der Ableiterfahne elektrisch isoliert und/oder
aus einem nicht elektrisch leitfähigen Material gefertigt.
Auf diese Weise ist sichergestellt, dass, wenn der Kontakt zwischen der
Ableiterfahne und dem Polkontakt aufgrund eines Auslösens
der Schutzvorrichtung unterbrochen ist, kein Strom über
das Federelement zwischen der Ableiterfahne und dem Polkontakt fließen
kann, d. h. dass der Stromkreis sicher unterbrochen ist.
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In
einem Bereich der ersten Ableiterfahne und des ersten Polkontaktes
und/oder in einem Bereich der zweiten Ableiterfahne und des zweiten
Polkontaktes ist eine Dicke der Einzelzelle reduziert. Insbesondere
bei Flachzellen sind diese in einer Batterie in einem Zellverbund
parallel zueinander auf sehr engem Raum angeordnet, so dass kein
oder nur ein sehr geringer Zwischenraum zwischen diesen vorhanden
ist, um einen Bauraum der Batterie möglichst effizient
zu nutzen bzw. die Batterie möglichst Bauraum sparend zu
fertigen. Aus diesem Grund ist eine Ausdehnung einer solchen Flachzelle
aufgrund eines erhöhten Innendrucks nicht möglich,
wodurch die Schutzvorrichtung nicht aktivierbar wäre. Dies
würde zu einem unkontrollierbaren Anstieg des Innendrucks mit
den bereits beschriebenen gefährlichen Folgen führen.
Die erfindungsgemäße Einzelzelle ist in einer Batterie
so Bauraum sparend einsetzbar wie entsprechende Einzelzellen nach
dem Stand der Technik, so dass auch ein Bauraumbedarf einer mit
den erfindungsgemäßen Einzelzellen ausgerüsteten
Batterie nicht erhöht ist. Augrund der reduzierten Dicke
der Einzelzelle in dem Bereich um die Polkontakte und Ableiterfahnen
ist aber sichergestellt, dass die Schutzvorrichtung trotzdem funktioniert.
In diesem Bereich ist auf diese Weise zwischen den Einzelzellen
ein Freiraum geschaffen, in welchem hinein das Gehäuse
bei einem erhöhten Innendruck ausdehnbar ist, so dass die
Schutzvorrichtung auslösbar ist.
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Das
Gehäuse umfasst in einer bevorzugten Ausführungsform
zumindest einen ersten Gehäuseteil und einen zweiten Gehäuseteil.
Diese Gehäuseteile sind zweckmäßigerweise
durch einen Fließpress- oder einen Tiefziehprozess ausformbar
und auf diese Weise schnell und kostengünstig produzierbar.
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Besonders
bevorzugt ist die erste Ableiterfahne und/oder die zweite Ableiterfahne
mit dem ersten Gehäuseteil mechanisch verbunden, beispielsweise
mit diesem verklebt und/oder verschweißt und/oder verschraubt,
und beide Ableiterfahnen sind gegenüber dem Gehäuse
isoliert. Eine solche Verbindung ist einfach, schnell und kostengünstig
herstellbar und stellt sicher, dass die elektrische Verbindung zwischen
der Ableiterfahne und dem zugehörigen Polkontakt durch
eine Ausdehnung des Gehäuses, d. h. eine Ausdehnung des
ersten Gehäuseteils nach außen sicher trennbar
ist.
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Die
Ableiterfahnen sind zweckmäßigerweise durch dafür
vorgesehene Öffnungen des Gehäuses nach außen
hindurchgeführt um auf diese Weise die Einzelzellen miteinander
zu verbinden und die Batterie in einen Stromkreis einzubinden. Im
Bereich dieser Öffnungen sind die Ableiterfahnen natürlich
ebenfalls gegenüber dem Gehäuse isoliert.
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Analog
der Ableiterfahnen ist besonders bevorzugt auch der erste Polkontakt
und/oder der zweite Polkontakt der Elektrodenfolieneinheit mit dem zweiten
Gehäuseteil mechanisch verbunden, ebenfalls beispielsweise
verklebt und/oder verschweißt und/oder verschraubt, wobei
auch die Elektrodenfolieneinheit und deren Polkontakte gegenüber
dem Gehäuse elektrisch isoliert sind. Bei einer solchen
Anordnung, feste mechanische Verbindung der Ableiterfahnen mit dem
ersten Gehäuseteil und feste mechanische Verbindung der
Polkontakte mit dem zweiten Gehäuseteil, ist sichergestellt,
dass bei einer Ausdehnung des Gehäuses aufgrund eines erhöhten Innendrucks,
das heißt eine Bewegung der Gehäuseteile nach
außen, entgegengesetzt zueinander und voneinander weg,
auch die Ableiterfahnen und die jeweils entsprechenden Polkontakte
voneinander trennbar sind, wodurch die elektrische Verbindung getrennt
ist und somit eine weitere Erhitzung der Einzelzelle und eine Erhöhung
des Innendrucks mit den beschriebenen Gefahren verhinderbar ist.
Durch die dazwischen angeordnete, dann entspannte Blattfeder ist
in der Folge eine erneute Kontaktierung von Polkontakten und Ableiterfahnen
verhinderbar.
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Das
Gehäuse ist zweckmäßigerweise gegen Gase
und Flüssigkeiten abgedichtet verschlossen. Dies ist zum
einen notwendig, um einen Austritt von Gasen und Flüssigkeiten
und die damit verbundenen Gefahren zu verhindern, zum anderen ist
erst durch ein entsprechend abgedichtetes Gehäuse der für eine
Auslösung der Schutzvorrichtung notwendige Innendruck aufbaubar.
Zu diesem Zweck ist das Gehäuse vorzugsweise durch Verkleben
und/oder Verschweißen und/oder Verschrauben der beiden
Gehäuseteile verschlossen und wenn notwendig zusätzlich
abgedichtet. Insbesondere Flachzellen sind durch ein Verschweißen
von Rändern der Gehäuseteile effizient, d. h.
schnell, kostengünstig und sicher abdichtend, verschließbar.
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Eine
Batterie umfasst vorzugsweise eine Mehrzahl elektrisch seriell und/oder
parallel miteinander verbundener Einzelzellen. Insbesondere bei einer
Ausführung der Einzelzellen als Flachzellen sind diese
bevorzugt dicht hintereinander angeordnet und parallel zueinander
ausgerichtet. Auf diese Weise ist eine Batterie mit einem optimal
kleinen Bauraumbedarf realisierbar, wodurch sie effizient in einem
jeweils vorgesehenen Einsatzbereich einsetzbar ist.
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Vorzugsweise
ist eine solche Batterie eine Lithium-Ionen-Batterie für
ein Fahrzeug, insbesondere eine Batterie für ein Fahrzeug
mit Hybridantrieb oder ein Brennstoffzellen-Fahrzeug. Diese Fahrzeuge
benötigen sehr leistungsfähige Batterien, welche
auf einem sehr begrenzten Bauraum unterzubringen sind. Bei den in
derartigen Fahrzeugen eingesetzten Batterien ist ein sehr hohes
Schutzniveau sicherzustellen, da eine Beschädigung einer
oder mehrerer Batterien, beispielsweise eine Explosion und/oder
ein Austritt von schädlichen Stoffen aus den Einzelzellen,
sowohl für das Fahrzeug als auch für Insassen schwerwiegende
Folgen haben könnte, beispielsweise Beschädigungen
des Fahrzeugs, Vergiftungen oder Verätzungen der Insassen,
bei Überhitzung der Batterien ein Brand des Fahrzeugs oder
ein durch eine Explosion der Batterien oder deren Auswirkungen verursachter
Unfall des Fahrzeugs. Durch die erfindungsgemäße
Lösung ist sicherstellbar, dass derartige Fahrzeuge effizient
und sicher betreibbar sind.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Dabei
zeigen:
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1 eine
Explosionsdarstellung einer erfindungsgemäßen
Einzelzelle ohne Gehäuse,
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2 eine
perspektivische Darstellung eines vorgespannten Federelementes,
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3 eine
perspektivische Darstellung eines entspannten Federelementes,
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4 eine
Explosionsdarstellung der erfindungsgemäßen Einzelzelle,
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5 eine
perspektivische Darstellung der erfindungsgemäßen
Einzelzelle,
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6 einen
Querschnitt der erfindungsgemäßen Einzelzelle
im Bereich eines Polkontaktes, und
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7 einen
Querschnitt der erfindungsgemäßen Einzelzelle
im Bereich eines Polkontaktes nach Unterbrechung einer elektrischen
Verbindung.
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Einander
entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen
versehen.
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1 zeigt
eine Explosionsdarstellung einer erfindungsgemäßen
Einzelzelle 1 ohne Gehäuse 2. Dargestellt
ist eine Elektrodenfolieneinheit 3 mit einem ersten Polkontakt 4 und
einem zweiten Polkontakt 5, welche jeweils durch zusammengefasste
Enden von Anoden- bzw. Kathodenfolien der Elektrodenfolieneinheit 3 ausgeformt
sind. Der erste Polkontakt 4 ist elektrisch mit einer ersten
Ableiterfahne 6 und der zweite Polkontakt 5 elektrisch
mit einer zweiten Ableiterfahne 7 verbindbar, welche auf
diesen Polkontakten 4, 5 anordbar sind. Zwischen
einer Ableiterfahne 6, 7 und einem Polkontakt 4, 5 oder,
wie im hier dargestellten Ausführungsbeispiel, zwischen beiden
Ableiterfahnen 6, 7 und den entsprechenden Polkontakten 4, 5 sind
vorgespannte Federelemente 8 anordbar. Diese Federelemente 8 sind
beispielsweise, wie hier dargestellt, Blattfedern. Kanten 9 der Ableiterfahnen 6, 7 sind
in einem rechten Winkel umgebogen, um einen Abstand zu den Polkontakten 4, 5,
welcher durch das dazwischen angeordnete vorgespannte Federelement 8 verursacht
ist, zu überbrücken und auf diese Weise einen
elektrischen Kontakt zu den Polkontakten 4, 5 zu
ermöglichen.
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2 zeigt
eine perspektivische Darstellung des vorgespannten Federelementes 8,
welches zwischen einem Polkontakt 4, 5 und einer
Ableiterfahne 6, 7 angeordnet ist. Dieses Federelement 8 ist
vorzugsweise, wie im hier dargestellten Ausführungsbeispiel,
eine Blattfeder, da ein Bauraumbedarf einer solchen vorgespannten
Blattfeder sehr gering ist. Dadurch ist der Bauraumbedarf einer
erfindungsgemäßen Einzelzelle 1 gegenüber
dem Bauraumbedarf einer Einzelzelle ohne Schutzvorrichtung nicht
bzw. nur geringfügig größer. Das Federelement 8 im
hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist aus einem nicht elektrisch
leitfähigen Material gefertigt, beispielsweise Kunststoff.
Dadurch ist sichergestellt, dass der Polkontakt 4, 5 und
die Ableiterfahne 6, 7 nicht über das
Federelement 8 elektrisch verbunden sind, d. h. dass kein
Strom über das Federelement 8 zwischen dem Polkontakt 4, 5 und
der Ableiterfahne 6, 7 fließt.
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3 zeigt
eine perspektivische Darstellung des entspannten Federelementes 8.
Durch eine Entspannung des Federelementes 8, im hier dargestellten
Ausführungsbeispiel der Blattfeder, ist ein Bauraumbedarf
durch eine nun wellenförmige Ausformung des Federelementes 8 erheblich
erhöht. Ist das Federelement 8 in dieser entspannten
Form zwischen dem Polkontakt 4, 5 und der Ableiterfahne 6, 7 angeordnet,
so reichen die abgewinkelten Kanten 9 der Ableiterfahne 6, 7 nicht
mehr an den Polkontakt 4, 5 heran, wodurch der
auf diese Weise gebildete Abstand zwischen dem Polkontakt 4, 5 und
der Ableiterfahne 6, 7 über das Federelement 8 hinweg
nicht mehr überbrückbar ist. Daher ist zwischen
dem Polkontakt 4, 5 und der Ableiterfahne 6, 7 keine
elektrische Verbindung mehr möglich.
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4 zeigt
eine Explosionsdarstellung der erfindungsgemäßen
Einzelzelle 1. Die Ableiterfahnen 6, 7 sind
mit den Polkontakten 4, 5 der Elektrodenfolieneinheit 3 kontaktiert,
die vorgespannten Federelemente 8 sind zwischen den Ableiterfahnen 6, 7 und
den jeweiligen Polkontakten 4, 5 angeordnet. In einem
ersten Gehäuseteil 2,1 und einem zweiten Gehäuseteil 2,2 sind
jeweils Vertiefungen 10 für eine Aufnahme der
Elektrodenfolieneinheit 3 angeordnet. In einem Bereich 11 der
Polkontakte 4, 5 und Ableiterfahnen 6, 7 sind
die Gehäuseteile 2,1, 2,2 nicht bzw.
wesentlich geringer vertieft, so dass eine Dicke der Einzelzelle 1 in
diesem Bereich 11 geringer ist. An einer oberen Kante der
beiden Gehäuseteile 2,1, 2,2 sind Aussparungen 12 angeordnet,
wodurch Öffnungen zur Durchführung der Ableiterfahnen 6, 7 gebildet
sind. Die Gehäuseteile 2,1, 2,2 sind
beispielsweise in einem Fließpress- oder Tiefziehprozess
einfach, schnell und kostengünstig produzierbar. Die Ableiterfahnen 6, 7 sind
bei einer Fertigung der Einzelzellen 1 mit dem ersten Gehäuseteil 2,1 und
die Polkontakte 4, 5 mit dem zweiten Gehäuseteil 2,2 mechanisch
verbindbar, beispielsweise durch Kleben oder Verschweißen.
Dabei ist sicherzustellen, dass sowohl die Ableiterfahnen 6, 7 als
auch die Polkontakte 4, 5 und natürlich
auch die Elektrodenfolieneinheit 3 selbst gegenüber
dem Gehäuse 2 elektrisch isoliert ist, beispielsweise
durch eine elektrisch nicht leitfähige Innenbeschichtung
der Gehäuseteile 2,1, 2,2.
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5 zeigt
eine perspektivische Darstellung der erfindungsgemäßen
Einzelzelle 1. Das Gehäuse 2 ist durch
eine Verbindung der beiden Gehäuseteile 2,1, 2,2,
beispielsweise durch Verschweißen von Rändern
der Gehäuseteile 2,1, 2,2 gas- und flüssigkeitsdicht
verschlossen. Die Ableiterfahnen 6, 7 sind durch
die Öffnungen im Gehäuse 2 gegenüber
dem Gehäuse 2 elektrisch isoliert nach außen
hindurchgeführt. Diese Öffnungen sind entlang
der Ableiterfahnen 6, 7 ebenfalls gas- und flüssigkeitsdicht
verschlossen, so dass innerhalb der Einzelzelle 1 ein gas-
und flüssigkeitsdichter Innenraum gebildet ist und auch
bei einer Erhöhung eines Innendrucks in diesem Innenraum
der Einzelzelle 1, zumindest bis zu einem bestimmten Innendruck,
kein Gas- oder Flüssigkeitsaustritt möglich ist,
d. h. dass eine Erhöhung des Innendrucks ermöglicht
ist.
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Eine
derartige als Flachzelle gefertigte Einzelzelle 1 benötigt
nur einen sehr geringen Bauraumbedarf und ist daher sehr gut beispielsweise
für Fahrzeugbatterien geeignet, insbesondere zum Einsatz
in Hybrid- oder Brennstoffzellenfahrzeugen, da aufgrund des nur
begrenzt vorhandenen Bauraums und einer großen Anzahl benötigter
Batterien bevorzugt Batterien mit einer sehr kompakten Bauform einsetzbar
sind. Im Bereich 11 der Polkontakte 4, 5 bzw.
der Ableiterfahnen 6, 7 ist die geringere Dicke
der Einzelzelle 1 infolge der nicht bzw. wesentlich geringer
ausgeformten Vertiefung 10 der Gehäuseteile 2,1, 2,2 zu erkennen.
In einer Batterie sind aufgrund der möglichst kompakten
Bauform mehrere dieser Einzelzellen 1 sehr eng hintereinander
angeordnet, wobei die Einzelzellen 1 parallel zueinander
angeordnet sind. Steigt eine Temperatur und der Innendruck bei einer Fehlfunktion
der Einzelzelle 1, beispielsweise bei einem Kurzschluss
oder einer Überladung, erheblich an, da eine in den Einzelzellen 1 enthaltene
elektrochemisch aktive Masse, beispielsweise Nickeloxid, thermisch
instabil ist und sich oberhalb einer bestimmten Temperatur in einer
exothermen Reaktion irreversibel zersetzt und durch diesen Zersetzungsvorgang
sich die Einzelzelle 1 noch weiter erwärmt und
der Innendruck noch weiter steigt, ist das Gehäuse 2 aufgrund
dieser engen Anordnung der Einzelzellen 1 in der Batterie
nicht ausdehnbar. Im Bereich 11 der Einzelzelle 1 mit
einer geringeren Dicke ist jedoch genug Platz zwischen den Einzelzellen 1 vorhanden, so
dass dieser Teil des Gehäuses 2 ausdehnbar ist.
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6 zeigt
einen Querschnitt der erfindungsgemäßen Einzelzelle 1 im
Bereich eines Polkontaktes 4, 5. Die Ableiterfahne 6, 7 ist
am ersten Gehäuseteil 2,1 und der Polkontakt 4, 5 am
zweiten Gehäuseteil 2,2 mechanisch befestigt.
Die Kanten 9 der Ableiterfahne 6, 7 sind
mit dem Polkontakt 4, 5 elektrisch verbunden.
Zwischen dem Polkontakt 4, 5 und der Ableiterfahne 6, 7 ist
das vorgespannte Federelement 8 angeordnet.
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7 zeigt
einen Querschnitt der erfindungsgemäßen Einzelzelle 1 im
Bereich eines Polkontaktes 4, 5 nach Unterbrechung
der elektrischen Verbindung. Aufgrund eines Anstiegs des Innendrucks
im Inneren des Gehäuses 2, verursacht durch eine
bereits beschriebene Fehlfunktion der Einzelzelle 1, ist
das Gehäuse 2 im Bereich 11 der Polkontakte 4, 5 und
Ableiterfahnen 6, 7 ausgedehnt. Die beiden Gehäuseteile 2,1, 2,2 sind
in diesem Bereich 11 nach außen gedrückt.
Dies ist, wie bereits beschrieben, ermöglicht durch den
vergrößerten Abstand der Einzelzellen 1 zueinander
durch die geringere Dicke der Einzelzellen 1 in diesem
Bereich 11. Diese Bewegung der Gehäuseteile 2,1, 2,2 nach
außen hatte auch eine Bewegung des Polkontaktes 4, 5 und
der Ableiterfahne 6, 7 zur Folge, da diese an
den Gehäuseteilen 2,1, 2,2 befestigt
sind. Das heißt, die Ableiterfahne 6, 7 und
der Polkontakt 4, 5 sind nun soweit voneinander
entfernt, dass die elektrische Verbindung zwischen diesen unterbrochen
ist.
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In
Folge des größeren Abstandes zwischen dem Polkontakt 4, 5 und
der Ableiterfahne 6, 7 ist das Federelement 8 entspannt,
so dass es nun wellenförmig ausgebildet ist und einen wesentlich
größeren Bauraum beansprucht. Aufgrund der unterbrochenen elektrischen
Verbindung zwischen dem Polkontakt 4, 5 und der
Ableiterfahne 6, 7 ist die den erhöhten
Innendruck verursachende Fehlfunktion der Einzelzelle 1 beseitigt.
Eine daraus resultierende Abkühlung der Einzelzelle 1 hat
einen geringeren Innendruck zur Folge. Ohne dieses Federelement 8 hätte
der geringere Innendruck eine Zusammenziehung des Gehäuses 2 und
daraus resultierend eine erneute Kontaktierung des Polkotaktes 4, 5 mit
der Ableiterfahne 6, 7 zur Folge, mit einer erneuten
Fehlfunktion und den beschriebenen Folgen. Durch dieses nun entspannte
Federelement 8 ist eine solche erneute elektrische Kontaktierung
des Polkontaktes 4, 5 mit der Ableiterfahne 6, 7 und
dadurch die bereits beschriebenen Gefahren wie zum Beispiel Explosion
der Einzelzelle 1 und Austritt von schädlichen
Stoffen sicher und dauerhaft verhinderbar. Dazu ist ein Federelement 8 anzuordnen,
dessen Federkraft im gespannten Zustand nicht ausreicht, um die
elektrische Verbindung zwischen dem Polkontakt 4, 5 und
der Ableiterfahne 6, 7 zu trennen, dessen Federkraft
im entspannten Zustand jedoch ausreichend groß ist, um den
bei einem Zusammenziehvorgang des Gehäuses 2 der
Einzelzelle 1 auf den Polkontakt 4, 5 und die
Ableiterfahne 6, 7 und damit auf das Federelement 8 wirkenden
Kräften standzuhalten, so dass das Federelement 8 durch
diese einwirkenden Kräfte nicht wieder spannbar ist.
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- 1
- Einzelzelle
- 2
- Gehäuse
- 2,1,
2,2
- Gehäuseteile
- 3
- Elektrodenfolieneinheit
- 4,
5
- Polkontakte
- 6,
7
- Ableiterfahnen
- 8
- Federelement
- 9
- Kanten
- 10
- Vertiefung
- 11
- Bereich
- 12
- Aussparung
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 19524870
C2 [0003]
- - US 2006/0267545 A1 [0004]
- - US 6524741 B1 [0005]