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Die Erfindung betrifft eine Batterie nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Aus dem Stand der Technik sind, wie in der
DE 10 2007 063 181.4 beschrieben, eine Einzelzelle für eine Batterie mit einem innerhalb eines Zellengehäuses angeordneten Elektrodenstapel sowie ein Verfahren zu deren Herstellung bekannt. Die einzelnen Elektroden, vorzugsweise Elektrodenfolien, sind mit Stromableiterfahnen elektrisch leitend verbunden, wobei zumindest Elektroden unterschiedlicher Polarität durch einen Separator, vorzugsweise eine Separatorfolie, voneinander isolierend getrennt sind. Stromableiterfahnen gleicher Polarität sind elektrisch leitend miteinander zu einem Pol verbunden. Die Stromableiterfahnen eines Pols sind elektrisch leitend miteinander verpresst und/oder verschweißt.
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In der
DE 10 2007 063 184.9 wird eine Einzelzelle für eine Batterie beschrieben. Die Einzelzelle umfasst innerhalb eines Zellengehäuses angeordnete Elektroden, vorzugsweise Elektrodenfolien, wobei an jeder Elektrode eine Stromableiterfahne elektrisch leitend angeordnet ist, wobei zumindest Elektroden ungleicher Polarität durch einen Separator, vorzugsweise eine Separatorfolie, voneinander elektrisch isolierend getrennt sind. Gleichpolige Stromableiterfahnen sind elektrisch leitend mit einem Pol verbunden, wobei die entsprechenden Pole aus dem Inneren des Zellengehäuses nach außen geführt sind. Ein jeder Pol ist mit einem elektrisch leitenden Bereich einer Außenseite des Zellengehäuses elektrisch leitend verbunden, wobei die betreffenden beiden Bereiche unterschiedlicher Polarität elektrisch voneinander isoliert sind. Die an den betreffenden Bereichen angeordneten Polfahnen ragen freistehend von dem Zellengehäuse ab.
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Aus der
DE 10 2007 063 179.2 ist eine Batterie als Flachzellenverbund mit einer Wärmeleitplatte bekannt. Die Batterie umfasst eine Wärmeleitplatte zum Temperieren der Batterie, wobei die Batterie mehrere parallel und/oder seriell miteinander verschaltete Einzelzellen aufweist, die jeweils zumindest bereichsweise von einem Zellengehäuse umgeben und Wärme leitend mit der Wärmeleitplatte verbunden sind. Zumindest eine der Gehäuseseitenwände des Zellengehäuses weist abschnittsweise ein über die Länge der jeweiligen Einzelzelle hinausgehendes Seitenwandelement auf, das gegenüber der Gehäuseseitenwand in Richtung zum Zelleninneren abgewinkelt ist und zumindest einen Abschnitt einer quer zur Gehäuseseitenwand angeordneten Gehäusewand bildet.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Batterie anzugeben.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Batterie mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Eine Batterie umfasst einen Zellverbund aus einer Mehrzahl parallel und/oder seriell miteinander verschalteter, aneinander angeordneter und mittels einer Spanneinrichtung miteinander verspannter Einzelzellen.
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Erfindungsgemäß ist am Zellverbund eine mit der Spanneinrichtung, welche elastisch ausgebildet ist, und mit den Einzelzellen mechanisch gekoppelte zellinnendruckgesteuerte Stromkreistrenneinrichtung angeordnet, mittels welcher ein Stromkreis, in welchen die Batterie eingebunden ist, trennbar ist.
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Mittels dieser zellinnendruckgesteuerten Stromkreistrenneinrichtung ist sichergestellt, dass bei einer Erhöhung des Zellinnendrucks der Einzelzellen, beispielsweise aufgrund einer Belastung oder Überlastung der Batterie, der Stromkreis, in welchen die Batterie eingebunden und über welchen sie beispielsweise mit Verbrauchern und/oder einer Ladeelektronik verbunden ist, automatisch trennbar ist.
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Dadurch ist die Batterie sicherer und permanent näher an ihrer Leistungsgrenze betreibbar.
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Durch die Trennung der Batterie von den Verbrauchern und/oder der Ladeelektronik bei einem erhöhten Zellinnendruck ist ein Brand oder eine Explosion der Batterie sicher vermieden. Batterien, insbesondere Lithium- oder Lithium-Ionen-Batterien, enthalten flüssige, brennbare, organische Elektrolyte, wodurch diese Batterien bei einem Austritt dieser Elektrolyte, beispielsweise durch ein Bersten der Batterie infolge des überhöhten Zellinnendrucks, in Brand geraten können.
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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 perspektivische Darstellung einer Einzelzelle,
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2 eine schematische Darstellung einer Batterie und eines geschlossenen Sicherungselements,
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3 eine schematische Darstellung einer Batterie und eines geöffneten Sicherungselements,
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4 eine perspektivische Darstellung einer Batterie,
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5 eine Schnittdarstellung einer Batterie im Bereich einer Spanneinrichtung,
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6 eine erste Explosionsdarstellung einer Stromkreistrenneinrichtung,
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7 eine zweite Explosionsdarstellung einer Stromkreistrenneinrichtung,
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8 eine Schnittdarstellung einer Batterie im Bereich einer Stromkreistrenneinrichtung,
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9 ein erster Längsschnitt durch eine Batterie, und
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10 ein zweiter Längsschnitt durch eine Batterie.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt eine perspektivische Darstellung einer Einzelzelle 1 für eine Batterie 2. Die hier dargestellte Einzelzelle 1 ist eine Flachzelle, welche eine elektrochemisch aktive Elektrodenfolieneinheit aufweist, die von einem Gehäuse, gebildet aus einem elektrisch isolierenden Rahmen 3, beispielsweise aus Kunststoff, und zwei metallischen Gehäuseseitenwänden 4, umschlossen ist. Die Gehäuseseitenwände 4 bilden Zellpole der Einzelzelle 1.
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Der Rahmen 3 weist Bohrungen 5 zur Durchführung von Spannmitteln einer Spanneinrichtung 6 auf, mit welchen eine Mehrzahl von Einzelzellen 1 in einem Zellverbund 7 verspannbar sind. Die Spannmittel sind vorzugsweise als Zuganker 6.1 ausgebildet. Die dargestellte Einzelzelle 1 weist beispielsweise aufgrund einer Überlastung während eines Lade- oder Entladevorgangs einen erhöhten Zellinnendruck auf und ist daher aufgebläht, weshalb die Gehäuseseitenwände 4 nach außen gewölbt sind.
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Eine Batterie 2 mit einer zellinnendruckgesteuerten Stromkreistrenneinrichtung 8 weist beispielsweise einen Zellverbund 7 mit einer Mehrzahl der in 1 dargestellten Einzelzellen 1 oder in weiteren, nicht näher dargestellten Ausführungsformen Einzelzellen 1 auf, welche als Flachzellen ausgebildet sind, bei welchen die elektrochemisch aktive Elektrodenfolieneinheit von einem folienartigen, elektrisch nicht leitenden Gehäuse, beispielsweise aus Kunststoff, umschlossen ist.
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2 zeigt eine schematische Darstellung einer Batterie 2 mit einem Zellverbund 7 aus einer Mehrzahl elektrisch seriell und/oder parallel miteinander verschalteter Einzelzellen 1. Die Einzelzellen 1 sind hintereinander und parallel zueinander angeordnet und mittels der Spanneinrichtung 6 elastisch miteinander verspannt, wodurch ein Pressverband gebildet ist.
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Die Spanneinrichtung 6 im hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist aus durch die Bohrungen 5 in den Rahmen 3 der Einzelzellen 1 hindurch geführten Zugankern 6.1 und Federelementen 6.2 gebildet. Um eine Spannkraft der Zuganker 6.1 auf eine Fläche der Einzelzellen 1 gleichmäßig zu verteilen, ist an einer Stirnseite des Zellverbundes 7 eine Pressplatte 9 angeordnet, welche ebenfalls Bohrungen 5 zur Durchführung der Zuganker 6.1 aufweist.
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Bei Überladung oder Kurzschluss zumindest einer der Einzelzellen 1 entsteht ein Überdruck im Inneren der Einzelzelle 1. Um eine exotherme Kettenreaktion, auch als thermal runaway bezeichnet, und/oder eine Explosion der Einzelzelle 1 zu verhindern, ist der Überdruck in der Einzelzelle 1 entweder ab Überschreitung einer definierten Grenze kontrolliert durch ein Öffnen der Einzelzelle 1, beispielsweise mittels einer herkömmlichen Berstöffnung, abzubauen oder bei Überschreitung eines bestimmten Drucks ist ein Stromfluss in die Einzelzelle 1 und/oder in den Zellverbund 7 zu unterbrechen.
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Aus der Aktivierung der herkömmlichen Berstöffnung der Einzelzelle 1 resultiert eine Zerstörung der Einzelzelle 1, welche somit nicht wieder verwendbar ist. Da aus der Berstöffnung beispielsweise Elektrolyt und/oder schädliche Gase austreten, resultiert aus einer derartigen Maßnahme eine Zerstörung weiterer Einzelzellen 1 bzw. der gesamten Batterie 2 und durch die Gase möglicherweise eine Gesundheitsgefährdung für Personen in der Nähe der Batterie 2. Daher ist es wesentlich vorteilhafter, rechtzeitig vor der Zerstörung der Einzelzelle 1 bzw. des Zellverbundes 7 den Stromkreis, in welchen die Batterie 2 eingebunden ist, zu trennen, um auf diese Weise die Überlastung zu beenden.
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Dazu ist die Stromkreistrenneinrichtung 8 mit dem Pressverband, d. h. mit der Spanneinrichtung 6 und mit dem Zellverbund 7 der Einzelzellen 1 mechanisch gekoppelt. Dabei ist der Effekt nutzbar, dass eine axiale Presskraft im Zellverbund 7 an jeder Stelle gleich groß ist und bei einer Druckerhöhung in einer beliebigen Einzelzelle 1 des Zellverbundes 7 und deren daraus resultierender Ausbauchung, wie in 1 dargestellt, sich eine Axialkraft im Zellverbund 7 erhöht. Um diese Axialkraft zur Betätigung der Stromkreistrenneinrichtung 8 zu nutzen, ist diese mit der Spanneinrichtung 6 und den Einzelzellen 1 mechanisch gekoppelt und im hier dargestellten Ausführungsbeispiel an einer der Pressplatte 9 gegenüberliegenden Stirnseite des Zellverbundes 7 angeordnet.
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Die Stromkreistrenneinrichtung 8 umfasst eine erste Platte 8.1 und eine zweite Platte 8.2. Beide Platten 8.1, 8.2 weisen ebenfalls Bohrungen 5 zur Durchführung der Zuganker 6.1 auf. Die erste Platte 8.1 ist direkt an der Stirnseite des Zellverbundes 7 an einer Gehäuseseitenwand 4 einer äußeren, d. h. einer stirnseitigen Einzelzelle 1 des Zellverbundes 7 angeordnet, die zweite Platte 8.2 bildet einen stirnseitigen Abschluss der Batterie 2.
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Zwischen der ersten Platte 8.1 und der zweiten Platte 8.2 sind Federelemente 6.2 angeordnet, welche in der in den 2 und 3 dargestellten Ausführungsform beispielsweise als Schraubenfedern ausgebildet sind. Die Platten 8.1, 8.2 sind mittels der Zuganker 6.1 und der Federelemente 6.2 mit dem Zellverbund 7 verspannt. Die Batterie 2 ist in einen nicht näher dargestellten Stromkreis eingebunden und über diesen beispielsweise mit Verbrauchern und/oder mit einer Ladeelektronik gekoppelt.
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In diesen Stromkreis ist des Weiteren ein elektrisches Sicherungselement 10, beispielsweise ein so genanntes Schütz, zur Unterbrechung des Stromkreises bei einer Fehlfunktion eingebunden. Auf der ersten Platte 8.1 ist ein Betätigungselement 8.3 angeordnet, mittels welchem durch eine Verschiebung der ersten Platte 8.1 in Richtung der zweiten Platte 8.2 und entgegen einer Federkraft der Federelemente 6.2 ein elektrischer Kontakt im Stromkreis, in welchen die Batterie 2 eingebunden ist, trennbar ist. Diese Bewegung erfolgt bei der Verformung, d. h. bei der Ausdehnung der Einzelzellen 1 aufgrund eines erhöhten Zellinnendrucks beispielsweise bei Überlastung der Batterie 2.
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Im hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Betätigungselement 8.3 beispielsweise als Schubstange ausgeführt, welche senkrecht auf der ersten Platte 8.1 angeordnet und mit dieser mechanisch gekoppelt ist und durch eine Aussparung in der zweiten Platte 8.2 hindurchgeführt ist. Das Betätigungselement 8.3 ist mechanisch mit dem elektrischen Sicherungselement 10 zur Unterbrechung des Stromkreises verbunden. In dieser Ausführungsform ist das Betätigungselement 8.3 mit einem Schalter 10.1 eines Überwachungsstromkreises 10.2 des als Schütz ausgebildeten Sicherungselementes 10 gekoppelt. Zur vereinfachten Darstellung ist in den 2 und 3 der Überwachungsstromkreis 10.2 lediglich durch Verbindungsleitungen zum Schalter 10.1 angedeutet.
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Bei einer in 3 dargestellten Verschiebung der ersten Platte 8.1 in Richtung der zweiten Platte 8.2 bei einer Verformung der Einzelzellen 1 aufgrund eines erhöhten Zellinnendrucks ist der Schalter 10.1 des Überwachungsstromkreises 10.2 mittels des Betätigungselementes 8.3 mechanisch betätigbar, woraufhin der Überwachungsstromkreis 10.2 unterbrochen ist und das Sicherungselement 10, d. h. das Schütz, den Stromkreis, in welchen die Batterie 2 eingebunden ist, trennt. Durch die Trennung des Stromkreises ist die Überlastung der Batterie 2 beendet, wodurch der Zellinnendruck nicht weiter ansteigt und eine Zerstörung der Einzelzelle 1 bzw. der Batterie 2 verhindert ist.
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Mit anderen Worten: Während des Betriebs der Batterie 2 führen Veränderungen des Zellinnendrucks einer oder mehrerer Einzelzellen 1 zu einer veränderten Axialkraft im Zellverbund 7, da die relativ dünnen Gehäuseseitenwände 4 der Einzelzellen 1 durch eventuellen Überdruck im Inneren der Einzelzelle 1 ausbauchen. Diese veränderte Axialkraft im Zellverbund 7 wirkt der Federkraft der Federelemente 6.2 entgegen und bewirkt bei Überschreiten einer bestimmten Schwelle, d. h. wenn die Axialkraft höher ist als die Federkraft, ein Verschieben der ersten Platte 8.1 in Richtung der zweiten Platte 8.2 und daraus resultierend mittels des Betätigungselementes 8.3 im hier dargestellten Ausführungsbeispiel ein mechanisches Betätigen des Sicherungselementes 10, welches den Stromkreis, in welchen die Batterie 2 eingebunden ist, trennt.
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Die 4 bis 10 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Batterie 2 mit einer Stromkreistrenneinrichtung 8. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Zellverbund 7 aus den in 1 dargestellten Einzelzellen 1 gebildet, bei welchen die Gehäuseseitenwände 4 als Zellpole ausgebildet sind. Durch die Anordnung der Einzelzellen 1 hintereinander und parallel zueinander sind die Gehäuseseitenwände 4 benachbarter Einzelzellen 1 elektrisch kontaktiert, wodurch die Einzelzellen 1 auf diese Weise elektrisch seriell und/oder parallel miteinander verschaltet sind.
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Auch diese Einzelzellen 1 sind im Zellverbund 7, wie bereits beschrieben, mit Zugankern 6.1 verspannt und bilden einen Pressverband. Auch hier ist an einer Stirnseite die Pressplatte 9 angeordnet, welche in diesem Ausführungsbeispiel aus einem elektrisch leitfähigen Material ist, vorzugsweise aus Metall. Sie ist direkt an der Gehäuseseitenwand 4 der stirnseitigen Einzelzelle 1 angeordnet und mit dieser elektrisch kontaktiert und bildet dadurch eine erste Polplatte der Batterie 2 aus. An der gegenüberliegenden Stirnseite ist, analog zu der in den 2 und 3 dargestellten Ausführungsform, die Stromkreistrenneinrichtung 8 angeordnet, welche ebenfalls aus der ersten Platte 8.1 und der zweiten Platte 8.2 gebildet ist, und mit dem Zellverbund 7 und der elastisch ausgeführten Spanneinrichtung 6 auf die bereits beschriebene Weise mechanisch gekoppelt.
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Die erste Platte 8.1 ist direkt an der Stirnseite des Zellverbundes 7 angeordnet. Die erste Platte 8.1 ist in diesem Ausführungsbeispiel aus einem elektrisch leitfähigen Material, vorzugsweise aus Metall. Sie ist durch Kontaktierung mit der Gehäuseseitenwand 4 der stirnseitigen Einzelzelle 1 des Zellverbundes 7 mit dem Zellverbund 7 elektrisch kontaktiert. Zwischen der ersten Platte 8.1 und der zweiten Platte 8.2 sind die Federelemente 6.2 angeordnet, welche in diesem Ausführungsbeispiel, wie in den 4 bis 10 dargestellt, als Tellerfedern oder Tellerfederpakete ausgeführt und auf Achsen der Zuganker 6.1 angeordnet sind.
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Auch die zweite Platte 8.2 ist im in den 4 bis 10 dargestellten Ausführungsbeispiel aus einem elektrisch leitfähigen Material, vorzugsweise aus Metall, gebildet. In einem Normalbetrieb der Batterie 2, d. h. wenn die Batterie 2 nicht beispielsweise durch eine zu starke Ladung oder Entladung überlastet ist und der Zellinnendruck in den Einzelzellen 1 normal ist, sind die erste Platte 8.1 und die zweite Platte 8.2 elektrisch kontaktiert, so dass die zweite Platte 8.2 als zweite Polplatte der Batterie 2 ausgebildet ist. Daher sind die Pressplatte 9 und die zweite Platte 8.2 mit einem Stromkreis, in welchen die Batterie 2 eingebunden ist und welcher beispielsweise Verbraucher und/oder die Ladeelektronik umfasst, elektrisch kontaktiert.
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Die Spanneinrichtung 6 dieser Ausführungsform ist in 5 näher dargestellt. Die Zuganker 6.1 sind durch die Bohrungen 5 in der ersten Platte 8.1, der zweiten Platte 8.2, den Einzelzellen 1 und der Pressplatte 9 hindurchgeführt, wobei sie zur elektrischen Isolation von einer Hülse 11 ummantelt sind. Zwischen einem Schraubenkopf 12 des Zugankers 6.1 und der ersten Platte 8.1 ist eine Unterlegscheibe 13 angeordnet. Wie bereits beschrieben, sind zwischen der ersten Platte 8.1 und der zweiten Platte 8.2 als Tellerfedern bzw. Tellerfederpakete ausgebildete Federelemente 6.2 angeordnet. Um die Federelemente 6.2 von den Platten 8.1, 8.2 elektrisch zu isolieren, sind zwischen den Federelementen 6.2 und den Platten 8.1, 8.2 elektrische Isolationselemente 14 angeordnet, so dass über die Federelemente 6.2 ein Stromfluss zwischen den Platten 8.1, 8.2 verhindert ist.
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Die Stromkreistrenneinrichtung 8 dieser Ausführungsform ist in den 6 und 7 in Explosionsdarstellungen und in der 8 in einer Schnittdarstellung näher dargestellt.
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Das Betätigungselement 8.3 ist in diesem Ausführungsbeispiel elektrisch leitfähig und mit der ersten Platte 8.1 verbunden und elektrisch kontaktiert. Es ist beispielsweise als eine gebogene Metallzunge ausgebildet, deren eines Ende an der ersten Platte 8.1 befestigt, beispielsweise mit dieser verschweißt ist. Das Betätigungselement 8.3 ist derart gebogen, dass das andere Ende von der ersten Platte 8.1 in Richtung der zweiten Platte 8.2 beabstandet ist.
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Auf einer in Richtung der ersten Platte 8.1 weisenden Seite ist auf der zweiten Platte 8.2 ein elektrisch leitfähiges Kontaktierungselement 8.4 angeordnet, welches beispielsweise als Bügel, vorzugsweise aus Metall, ausgeformt ist. Beide Enden des Bügels sind mit der zweiten Platte 8.2 verbunden, beispielsweise verschweißt, und auf diese Weise mit dieser elektrisch kontaktiert. Ein Mittelteil des bügelförmigen Kontaktierungselements 8.4 ist von der zweiten Platte 8.2 in Richtung der ersten Platte 8.1 beabstandet, sodass unter dem Bügel, d. h. zwischen der zweiten Platte 8.2 und einer Unterseite des bügelförmigen Kontaktierungselementes 8.4 ein Freiraum ausgebildet ist.
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Das Betätigungselement 8.3 und das Kontaktierungselement 8.4 sind auf den Platten 8.1, 8.2 derart angeordnet, dass der Bügel des Kontaktierungselementes 8.4 bzw. der Freiraum unter dem Bügel und das von der ersten Platte 8.1 beabstandete Ende des Betätigungselementes 8.3 in Längs und Querrichtung der Platten 8.1, 8.2 in zueinander korrespondierenden Positionen angeordnet sind, wie in 8 dargestellt. Das Kontaktierungselement 8.4 und das Betätigungselement 8.3 sind bei einer Montage der Batterie 2 derart anordbar, dass, wie in 8 dargestellt, das von der ersten Platte 8.1 beabstandete Ende des Betätigungselementes 8.3 in dem Freiraum zwischen dem Kontaktierungselement 8.4 und der zweiten Platte 8.2 angeordnet ist.
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Wie in 9 dargestellt, ist das Betätigungselement 8.3 im Normalbetrieb der Batterie 2, d. h. wenn die Batterie 2 nicht beispielsweise durch eine zu starke Ladung oder Entladung überlastet ist und der Zellinnendruck in den Einzelzellen 1 normal ist, derart angeordnet, dass das von der ersten Platte 8.1 beabstandete Ende des Betätigungselementes 8.3 mit der Unterseite des bügelförmig von der zweiten Platte 8.2 beabstandeten Kontaktierungselementes 8.4 elektrisch kontaktiert ist. Dadurch ist der Zellverbund 7 der Einzelzellen 1 über die erste Platte 8.1, das Betätigungselement 8.3 und das Kontaktierungselement 8.4 mit der zweiten Platte 8.2 kontaktiert. Da die zweite Platte 8.2 ebenso wie die Pressplatte 9 mit dem Stromkreis, in welchen die Batterie 2 eingebunden ist, kontaktiert ist, ist dieser Stromkreis geschlossen.
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In 10 ist die erste Platte 8.1 aufgrund eines erhöhten Zellinnendrucks in zumindest einer Einzelzelle 1 in Richtung der zweiten Platte 8.2 und entgegen der Federkraft der Federelemente 6.2 verschoben. Diese Bewegung erfolgt, wie bereits beschrieben, bei der Verformung, d. h. bei der Ausdehnung der Einzelzellen 1 aufgrund eines erhöhten Zellinnendrucks beispielsweise bei Überlastung der Batterie 2. Durch diese Bewegung der ersten Platte 8.1 in Richtung der zweiten Platte 8.2 ist auch das von der ersten Platte 8.1 beabstandete Ende des an der ersten Platte 8.1 befestigten Betätigungselementes 8.3 in Richtung der zweiten Platte 8.2 verschoben und dadurch nicht mehr mit dem Kontaktierungselement 8.4 elektrisch kontaktiert.
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Daraus resultierend ist der elektrische Kontakt zwischen der zweiten Platte 8.2 und der ersten Platte 8.1 und über diese zum Zellverbund 7 der Einzelzellen 1 unterbrochen, wodurch der Stromkreis, in welchen die Batterie 2 über die Pressplatte 9 und die zweite Platte 8.2 eingebunden ist, durch ein Trennen der Kontaktierung zwischen dem Betätigungselement 8.3 und dem Kontaktierungselement 8.4 aufgetrennt ist. Durch die Trennung des Stromkreises ist die Überlastung der Batterie 2 beendet, wodurch der Zellinnendruck nicht weiter ansteigt und eine Zerstörung der Einzelzelle 1 bzw. der Batterie 2 verhindert ist.
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Mit anderen Worten: Während des Betriebs der Batterie 2 führen Veränderungen des Zellinnendrucks einer oder mehrerer Einzelzellen 1 zu einer veränderten Axialkraft im Zellverbund 7, da die relativ dünnen Gehäuseseitenwände 4 der Einzelzelle 1 durch eventuellen Überdruck im Inneren der Einzelzelle 1 ausbauchen. Diese veränderte Axialkraft im Zellverbund 7 wirkt der Federkraft der Federelemente 6.2, im in 10 dargestellten Ausführungsbeispiel der Tellerfedern, entgegen und bewirkt bei Überschreiten einer bestimmten Schwelle, d. h. wenn die Axialkraft höher ist als die Federkraft, ein Verschieben der ersten Platte 8.1 in Richtung der zweiten Platte 8.2 und daraus resultierend eine Trennung der elektrischen Kontaktierung zwischen dem Betätigungselement 8.3 und dem Kontaktierungselement 8.4, wodurch der Stromkreis, in welchen die Batterie 2 eingebunden ist, getrennt ist. Dadurch ist die Überbelastung der Batterie 2 beendet und eine Zerstörung der Einzelzellen 1 bzw. der Batterie 2 verhindert.
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Vorzugsweise ist zumindest ein durch die erste Platte 8.1 und die zweite Platte 8.2 gebildeter Hohlraum, in welchem das Betätigungselement 8.3 und das Kontaktierungselement 8.4 angeordnet sind, von einem nicht näher dargestellten Gehäuse umgeben. Dieses Gehäuse ist beispielsweise ein Batteriegehäuse, in welchem die gesamte Batterie 2 angeordnet ist. Auf diese Weise sind das Betätigungselement 8.3 und das Kontaktierungselement 8.4 vor Umgebungseinflüssen und dadurch insbesondere vor Korrosion geschützt, so dass jederzeit eine ordnungsgemäße Funktion der Stromkreistrenneinrichtung 8 und insbesondere eine optimale elektrische Kontaktierung des Betätigungselementes 8.3 mit dem Kontaktierungselement 8.4 im Normalzustand der Batterie 2 sichergestellt ist.
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Um Abreißfunken und Schaltlichtbögen bei einem Trennen der Kontaktierung zwischen dem Betätigungselement 8.3 und dem Kontaktierungselement 8.4 zu vermeiden, ist dieser Hohlraum zwischen der ersten Platte 8.1 und der zweiten Platte 8.2 oder zumindest ein Umgebungsbereich um das Betätigungselement 8.3 und das Kontaktierungselement 8.4 herum vorzugsweise evakuiert oder beispielsweise mit einem elektrisch isolierenden nicht festen Stoff, vorzugsweise mit einem Schutzgas gefüllt.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist, wenn die Verformung der Einzelzellen 1 aufgrund des erhöhten Zellinnendrucks elastisch, d. h. bei verringertem Zellinnendruck reversibel ist, der Stromkreis, in welchen die Batterie 2 eingebunden ist, automatisch wieder schließbar, sobald sich der Zellinnendruck in den Einzelzellen 1 wieder normalisiert hat. Dies gilt sowohl für die in den 4 bis 10 dargestellte Ausführungsform der Stromkreistrenneinrichtung 8 als auch, wenn das in den 2 und 3 dargestellte elektrische Sicherungselement 10 entsprechend ausgelegt ist, für die in den 2 und 3 dargestellte Ausführungsform der Stromkreistrenneinrichtung 8.
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Sobald sich der Zellinnendruck wieder normalisiert hat, ist die Federkraft der Federelemente 6.2 wieder größer als die Axialkraft im Zellverbund 7, wodurch die erste Platte 8.1 durch die Federkraft der Federelemente 6.2 wieder in Richtung des Zellverbundes 7 verschiebbar ist. Im ersten Ausführungsbeispiel ist dadurch der Schalter 10.1 im Überwachungsstromkreis 10.2 des Sicherungselementes 10 mittels des Betätigungselementes 8.3 derart bedienbar, dass der Überwachungsstromkreis 10.2 wieder geschlossen ist und daraufhin das Sicherungselement 10 den Stromkreis, in welchen die Batterie 2 eingebunden ist, wieder schließt, so dass eine volle Funktionsfähigkeit der Batterie 2 wiederhergestellt ist.
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Im zweiten Ausführungsbeispiel ist durch die Verschiebung der ersten Platte 8.1 in Richtung des Zellverbundes 7 aufgrund der verringerten Axialkraft, welche kleiner als die Federkraft der Federelemente 6.2 ist, das Betätigungselement 8.3 wieder mit dem Kontaktierungselement 8.4 elektrisch kontaktiert, wodurch die als Polplatte ausgebildete zweite Platte 8.2 wieder mit dem Zellverbund 7 elektrisch kontaktiert ist. Dadurch ist der Stromkreis, in welchen die Batterie 2 eingebunden ist, wieder geschlossen, so dass eine volle Funktionsfähigkeit der Batterie 2 wiederhergestellt ist.
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Die in den 2 bis 10 dargestellte Batterie 2 mit der Stromkreistrenneinrichtung 8 ist vorzugsweise eine Lithium-Ionen-Batterie für ein Fahrzeug, insbesondere eine Batterie 2 für ein Fahrzeug mit Hybridantrieb oder ein Brennstoffzellen-Fahrzeug, da insbesondere bei diesem Einsatzzweck eine Zerstörung der Batterie 2, welche mit einer Explosion von Einzelzellen 1 und einem Austritt von schädlichen Flüssigkeiten und/oder Gasen aus den Einzelzellen 1 verbunden ist, neben einer Beschädigung des Fahrzeugs insbesondere eine Gesundheitsgefährdung von Personen beispielsweise im Fahrzeugs zur Folge haben könnte. Des Weiteren ist die Batterie 2 nach einem derartigen Vorfall zerstört oder zumindest schwer beschädigt, woraus hohe Reparaturkosten und eine reparaturbedingte Stillstandszeit des Fahrzeugs resultieren. Mittels der Stromkreistrenneinrichtung 8 ist dies zu vermeiden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Einzelzelle
- 2
- Batterie
- 3
- Rahmen
- 4
- Gehäuseseitenwand
- 5
- Bohrung
- 6
- Spanneinrichtung
- 6.1
- Zuganker
- 6.2
- Federelement
- 7
- Zellverbund
- 8
- Stromkreistrenneinrichtung
- 8.1
- erste Platte
- 8.2
- zweite Platte
- 8.3
- Betätigungselement
- 8.4
- Kontaktierungselement
- 9
- Pressplatte
- 10
- Sicherungselement
- 10.1
- Schalter
- 10.2
- Überwachungsstromkreis
- 11
- Hülse
- 12
- Schraubenkopf
- 13
- Unterlegscheibe
- 14
- Isolationselement
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007063181 [0002]
- DE 102007063184 [0003]
- DE 102007063179 [0004]
