DE102010028862A1

DE102010028862A1 - Batteriezellattrappe für die sichere Testung von Batteriesystemen

Info

Publication number: DE102010028862A1
Application number: DE102010028862A
Authority: DE
Inventors: Alexander Reitzle; Ulrich Zimmermann; Rainer Kern
Original assignee: SB LiMotive Germany GmbH; SB LiMotive Co Ltd
Current assignee: Robert Bosch GmbH; Samsung SDI Co Ltd
Priority date: 2010-05-11
Filing date: 2010-05-11
Publication date: 2011-11-17
Also published as: EP2569817A1; US20130252070A1; WO2011141201A1; CN102893440A

Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Batteriezellattrappe, welche ein Gehäuse (1), innerhalb des Gehäuses (1) angeordnete Elektroden (2, 4) sowie mit den Elektroden (2, 4) elektrisch leitfähig verbundene Terminals (3, 5) aufweist, wobei die Batteriezellattrappe derart ausgebildet ist, dass in das Gehäuse (1) ein Elektrolyt aufnehmbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriezellattrappe anstelle eines Elektrolyten ein Füllmittel (9) aufweist, welches keinen für den Batteriezelltyp wirksamen Elektrolyten enthält. Ferner bezieht sich die Erfindung auf eine Batterie, ein Batteriemodul und ein Batteriesystem, welches mindestens eine solche Batteriezellattrappe enthält.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Batteriezellattrappe, welche ein Gehäuse, innerhalb des Gehäuses angeordnete Elektroden sowie mit den Elektroden elektrisch leitfähig verbundene Terminals aufweist, wobei die Batteriezellattrappe derart ausgebildet ist, dass in das Gehäuse ein Elektrolyt aufnehmbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriezellattrappe anstelle eines Elektrolyten ein Füllmittel aufweist. Ferner bezieht sich die Erfindung auf eine Batterie, ein Batteriemodul und ein Batteriesystem welches mindestens eine solche Batteriezellattrappe enthält.
Stand der Technik
Bei der Entwicklung von Batteriesystemen, insbesondere für den Automobilmarkt (derzeit basierend z. B. auf einer Lithium-Ionen-Technologie), müssen die Zellen, das Batteriemanagementsystem (BMS) und alle sonstigen Steuergeräte derart aufeinander abgestimmt sein, dass ein sicheres Arbeiten ohne Gefährdung von Mensch und/oder Material gewährleistet ist. Vor allem zu Beginn einer neuen Entwicklungstätigkeit beim BMS kann es bei Systemtests zu Gefährdungen kommen, da in frühen Entwicklungsstadien noch Fehler in der Software und in der Hardware vorhanden sein können bzw. die Software noch nicht alle notwendigen Funktionalitäten bereitstellt. Momentan werden, zum Überprüfen des Zusammenspiels auf Systemebene von Zellen, BMS und aller anderen Komponenten, Zellen mit geringem Ladezustand verwendet, um im Falle eines ”Thermal Runaways” die Gefahren für Mensch und Umwelt zu minimieren. Allerdings kann dadurch eine mögliche Gefährdung nicht ausgeschlossen werden.
Kommt es zu einem solchen „Thermal Runaway”, so sind aufwendige Maßnahmen zur Brandbekämpfung und zur Vermeidung einer Kontamination der Umgebung erforderlich. Der Begriff „Thermal Runaway” bedeutet ein thermisches Durchgehen der Batteriezelle, wobei durch übermäßige und sich selbst verstärkende Wärmeproduktion in der Zelle und/oder mangelhafte Wärmeabführung ein Eröffnen der Zelle auftreten kann, wobei es zu Rauchentwicklung, Feuer- oder Explosionsereignissen kommen kann. Erläuterungen über die Abläufe im Falle eines „Thermal Runaways” bei Lithium-Ionen-Zellen sind beispielsweise beschrieben in R. Kern; R. Bindel, R. Uhlenbrock, ATZelektronik 05I2009 Jahrgang 4, S. 22–29.
Eine Möglichkeit zur Vermeidung eines ”Thermal Runaways” besteht in der Verwendung von Platzhaltern anstatt von Batteriezellen, wie beispielsweise Metallkörpern, welche das gleiche Volumen wie die Original-Batteriezellen besitzen. Ein Nachteil dieser Platzhalter oder Attrappen ist jedoch, dass diese nicht die physikalischen Eigenschaften der Original-Batteriezellen aufweisen, so ergeben sich meist Unterschiede in Gewicht, Wärmekapazität, Wärmeleitfähigkeit, mechanischem Schwerpunkt, Schwingungseigenschaften bei Anregung, usw.. Diese Unterschiede können die Aussagekraft der Tests oder Abstimmungen beeinträchtigen, so dass ggf. weitere Tests notwendig sind oder eine Restunsicherheit verbleibt.
Es besteht ein Bedarf an einer Lösung, die ein Höchstmaß an Sicherheit garantiert, während gleichzeitig Test- und Abstimmungsergebnisse erhalten werden können, die möglichst aussagekräftig sind.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird eine Batteriezellattrappe bereitgestellt, welche ein Gehäuse, innerhalb des Gehäuses angeordnete Elektroden sowie mit den Elektroden elektrisch leitfähig verbundene Terminals aufweist, wobei die Batteriezellattrappe derart ausgebildet ist, dass in das Gehäuse ein Elektrolyt aufnehmbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriezellattrappe anstelle eines Elektrolyten ein Füllmittel aufweist. Das Füllmittel enthält dabei keinen für den Batteriezelltyp wirksamen Elektrolyten.
Die erfindungsgemäßen Batteriezellattrappen zeichnen sich dadurch aus, dass sie im Wesentlichen baugleich mit den zu testenden Original-Batteriezellen des entsprechenden Batteriezelltyps ausgeführt sind oder ausgeführt werden können, wobei lediglich anstatt des Elektrolyten ein Füllmittel enthalten ist, welches nicht als wirksamer Elektrolyt für das entsprechende Batteriezellsystem wirkt. Bei der Erfindung wird die elektrochemische Funktion der Batteriezelle außer Funktion gesetzt. Die erfindungsgemäßen Batteriezellattrappen können also keine elektrische Energie speichern und wieder abgeben und können somit auch nicht in einen ”Thermal Runaway” getrieben werden.
Mit der vorliegenden Erfindung werden also Batteriezellattrappen zur Verfügung gestellt, welche die gleichen Eigenschaften aufweisen wie die ggf. später in der Anwendung einzusetzenden Original-Batteriezellen, insbesondere in Bezug auf das thermische Verhalten, das Verhalten bei mechanischer Anregung, das Verhalten bei korrosiver Belastung usw.. Die erfindungsgemäßen Batteriezellattrappen können jedoch keine elektrische Energie speichern und es kann ihnen somit auch kein Ladevorgang aufgezwungen werden. Hiermit wird vor allem zu Beginn von Entwicklungstätigkeiten an Komponenten, welche das elektrische Verhalten der Zellen überwachen und steuern, ein sicheres und auch kostengünstiges Vorgehen ermöglicht, da die Batteriezellattrappen nicht in den ”Thermal Runaway” getrieben werden können und ggf. wieder verwendet werden können.
Durch den Einsatz der erfindungsgemäßen Batteriezellattrappen können Batterien, Batteriemodule oder ganze Batteriesysteme aufgebaut werden und das Zusammenspiel und Funktionsverhalten der einzelnen Komponenten unter typischen Automotive-Belastungen, wie beispielsweise Schwingung, Temperaturwechsel, Feuchtigkeitswechsel, Streusalz usw., geprüft werden, ohne dass hierbei die Gefahr von Gasaustritt, Brand oder Explosion während der Versuchsdurchführung besteht.
Grundsätzlich kann der Aufbau einer erfindungsgemäßen Batteriezellattrappe auf einer Zelle eines jeden Batteriezelltyps oder jeder Batteriezelltechnologie basieren. Voraussetzung ist, dass die Batteriezellattrappe Elektroden aufweist, bevorzugt mindestens eine Anode und mindestens eine Kathode. Die Elektroden sind in einem Gehäuse angeordnet. Das Gehäuse kann derart ausgestaltet sein, dass es die Elektroden von der Umwelt abgrenzt und einen Raum bereitstellt, in den ein Elektrolyt aufnehmbar ist. Die Elektroden sind elektrisch leitfähig mit Terminals verbunden. Die Terminals oder Pole können derart ausgebildet und angeordnet sein, dass die Batteriezellattrappe über diese Terminals elektrisch leitend mit einer Spannungsquelle und/oder einem Stromnetz verbindbar ist. Die erfindungsgemäße Batteriezellattrappe ist derart ausgebildet, dass in das Gehäuse ein Elektrolyt aufnehmbar ist. Bevorzugt ist die Batteriezellattrappe so ausgebildet, dass die Elektroden nach erfolgter Aufnahme von Elektrolyt mindestens teilweise mit dem Elektrolyten direkt in Kontakt stehen.
Der Aufbau der erfindungsgemäßen Batteriezellattrappe folgt bevorzugt dem typischen Aufbau einer Batteriezelle des Typs der zu testenden Original-Batteriezelle und ist dem Fachmann bekannt. Idealerweise ist der Aufbau identisch mit dem Aufbau der zu testenden Original-Batteriezelle mit der Maßgabe, dass die erfindungsgemäße Batteriezellattrappe kein für diesen Batteriezelltyp geeignetes Elektrolyt aufweist. Geeignete Batteriezelltypen umfassen elektrochemische Energiespeicher, insbesondere Batteriezellen oder Akkumulatorzellen aller gebräuchlichen Akkumulatortechnologien. Insbesondere sind folgende Batteriezelltypen geeignet: Batterie- oder Akkumulatorzellen vom Typ Pb – Bleiakku, NiCd – Nickel-Cadmium-Akku, NiH2 – Nickel-Wasserstoff-Akkumulator, NiMH – Nickel-Metallhydrid-Akkumulator, Li-Ion – Lithium-Ionen-Akku, LiPo – Lithium-Polymer-Akku, LiFe – Lithium-Metall-Akku, Li-Mn – Lithium-Mangan-Akku, LiFePO₄ – Lithium-Eisen-Phosphat-Akkumulator, LiTi – Lithium-Titanat-Akku, RAM – Rechargeable Alkaline Manganese, Ni-Fe – Nickel-Eisen-Akku, Na/NiCl – Natrium-Nickelchlorid-Hochtemperaturbatterie, SCiB – Super Charge Ion Battery, Silber-Zink-Akku, Silikon-Akku, Vanadium-Redox-Akkumulator und/oder Zink-Brom-Akku verwendet werden. Besonders bevorzugt basiert der Aufbau der erfindungsgemäßen Batteriezellattrappen auf Batteriezellen vom Typ der Lithium-Ionen-Batteriezelle.
Unter einem Elektrolyten wird eine Zusammensetzung verstanden, die beim Anlegen einer Spannung unter dem Einfluss des dabei entstehenden elektrischen Feldes elektrischen Strom leitet, wobei seine elektrische Leitfähigkeit und der Ladungstransport durch die gerichtete Bewegung von Ionen bewirkt wird. Dabei ist die Zusammensetzung des Elektrolyten derart auf den jeweiligen Batteriezelltyp abgestimmt, dass der Elektrolyt eine gerichtete Wanderung von Ionen zwischen den Elektroden erlaubt und somit einen Lade- und/oder Entladevorgang der Batteriezelle gewährleistet. Bei dem Elektrolyten kann es sich beispielsweise um eine feste oder um eine flüssige Zusammensetzung handeln. Meist enthalten Elektrolyte Leitmittel wie beispielsweise Säuren, Basen oder Salze (Leitsalze), die beim Anlegen einer Spannung als Ionen vorliegen können. Daneben können Elektrolyte ein oder mehrere andere Verbindungen oder Stoffe aufweisen, wie beispielsweise Lösungsmittel oder Stabilisatoren. Geeignete Elektrolyte für die genannten Batteriezelltypen sind dem Fachmann bekannt. Unter einem für einen bestimmten Batteriezelltyp geeigneten Elektrolyten wird ein Elektrolyt verstanden, der in der Lage ist, für den gewählten Batteriezelltyp einen Lade- und/oder Entladevorgang zu vermitteln.
Im Falle einer Batteriezellattrappe für eine Batteriezelle vom Typ einer Lithium-Ionen-Zelle enthält oder besteht die Anode aus Graphit und die Kathode enthält oder besteht aus einem Lithium-Übergangsmetalloxid, bevorzugt LiCoO₂, LiNiO₂, einem LiMn-Oxid, oder aus einem Al-basierten oder Al-stabilisierten Oxid oder Mischungen oder Elends enthaltend eine oder mehrere der genannten Verbindungen. Typischerweise wird in Lithium-Ionen-Zellen ein Elektrolyt verwendet, welches organische Carbonate, wie beispielsweise Dimethylcarbonat, Diethylcarbonat, Ethylencarbonat und/oder Propylencarbonat, bzw. Mischungen davon als Lösungsmittel enthält und darin gelöste Leitsalze, wie z. B. LiPF₆ oder LiBF₄.
Die erfindungsgemäße Batteriezellattrappe ist dadurch charakterisiert, dass die Batteriezellattrappe anstelle eines Elektrolyten ein Füllmittel aufweist, welches keinen für den Batteriezelltyp wirksamen Elektrolyten enthält. Dadurch, dass die Batteriezellattrappe keinen für den gewählten Batteriezelltyp wirksamen Elektrolyten enthält, kann es beim Anlegen einer elektrischen Spannung an die Terminals der Batteriezellattrappe im Wesentlichen nicht zu einer gerichteten Ionenbewegung zwischen den Elektroden kommen, die einen Lade- und/oder Entladevorgang erlaubt oder in nennenswertem Umfang gestattet. Das Füllmittel der Batteriezellattrappe kann derart ausgewählt und beschaffen sein, dass beim Anlegen einer Ladespannung an die Terminals nicht ausreichend Ionen bereitgestellt werden, um einen Ladevorgang in der Batteriezellattrappe zu gewährleisten.
Das Füllmittel kann beispielsweise in fester Form oder in flüssiger Form vorliegen, bevorzugt liegt das Füllmittel in demselben Aggregatszustand vor, in dem sich das Elektrolyt in der entsprechenden Original-Batteriezelle typischerweise befindet. Dadurch wird sichergestellt, dass sich die erfindungsgemäße Batteriezellattrappe möglichst ähnlich verhält, wie die entsprechende Original-Batteriezelle.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann die erfindungsgemäße Batteriezellattrappe ein Füllmittel enthalten, welches im Wesentlichen der Zusammensetzung des üblicherweise für den gewählten Batteriezelltyp verwendeten Elektrolyten entspricht. Voraussetzung dafür ist, dass das Füllmittel dann den entsprechenden Ionenträger, die entsprechende Säure, Base oder das entsprechende Leitmittel, z. B. Leitsalz, nicht oder in einer Konzentration enthält, die einen Ladevorgang in der Batteriezellattrappe im Wesentlichen nicht erlaubt oder nicht in nennenswertem Umfang gewährleistet. Der Vorteil dieser Ausführungsform liegt darin, dass das Füllmittel die größtmögliche Ähnlichkeit mit dem in der Original-Batteriezelle vorhandenen Elektrolyten aufweist und so insgesamt erreicht wird, dass die Batteriezellattrappe die größtmögliche Ähnlichkeit mit der entsprechenden Original-Batteriezelle aufweist. Je größer die Ähnlichkeit zwischen Batteriezellattrappe und entsprechender Original-Batteriezelle, desto aussagekräftiger sind die Messergebnisse, die mit der erfindungsgemäßen Batteriezellattrappe erzielt werden können.
Bevorzugt kann die Batteriezellattrappe ein Füllmittel enthalten, welches ein oder mehrere Lösungsmittel enthält oder daraus besteht, die im für den Batteriezelltyp üblicherweise verwendeten Elektrolyten vorhanden sind.
Das Füllmittel der erfindungsgemäßen Batteriezellattrappe kann, insbesondere dann, wenn es sich um eine Zelle vom Typ der Lithium-Ionen-Zelle handelt, bevorzugt ein oder mehrere organische Carbonate oder Mischungen daraus enthalten oder daraus bestehen. Bei diesen organischen Carbonaten kann es sich insbesondere um Dimethylencarbonat, Diethylencarbonat, Ethylencarbonat, Propylencarbonat oder Mischungen daraus handeln.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann das Füllmittel der erfindungsgemäßen Batteriezellattrappe Silikone, Silikon-haltige Verbindungen oder substituierte oder unsubstituierte Polysiloxan-haltige Polymere enthalten oder daraus bestehen. Hiermit kann sichergestellt werden, dass im Falle eines Ablassens von Füllmittel aus der Batteriezellattrappe, z. B. durch Missbrauch oder Beschädigung, die austretenden Gase nur schwer entzündlich sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die erfindungsgemäße Batteriezellattrappe das Füllmittel in einer Menge auf, so dass das Gewicht des Füllmittels um nicht mehr als 10 Gew.-% vom Gesamtgewicht des im gewählten Original-Batteriezelltyp üblicherweise verwendeten Elektrolyten abweicht, bevorzugt um nicht mehr als 5 Gew.-%, besonders bevorzugt um nicht mehr als 2 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt um nicht mehr als 1 Gew.-%. Dadurch wird erreicht, dass das Ersetzen des Elektrolyten durch das Füllmittel nicht zu einem nennenswerten oder relevanten Gewichtsunterschied zwischen der Batteriezellattrappe und der entsprechenden Original-Batteriezelle führt. Die erfindungsgemäße Batteriezellattrappe verhält sich dann auch bezüglich des Gesamtgewichts wie die entsprechende Original-Batteriezelle.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf eine Batterie, ein Batteriemodul und/oder ein Batteriesystem, dadurch gekennzeichnet, dass eine, mehrere oder alle Zellen der Batterie, des Batteriemoduls oder des Batteriesystems erfindungsgemäße Batteriezellattrappen sind. Unter einer Batterie wird dabei ein elektrochemischer Energiespeicher verstanden, der mindestens eine Batteriezelle bzw. Batteriezellattrappe aufweist. Bei einem Batteriemodul sind mehrere Batteriezellen bzw. Batteriezellattrappen zu einer ggf. funktionalen Einheit zusammengefasst, wobei unter einem Batteriesystem höher organisierte Anordnungen verstanden werden, die mehrere Batteriezellen bzw. Batteriezellattrappen aufweisen.
Die erfindungsgemäße Batteriezellattrappe oder solche Batteriezellattrappen enthaltende Batterien, Batteriemodule und/oder Batteriesysteme können insbesondere dazu verwendet werden, das Verhalten der Batteriezellattrappe bzw. der entsprechenden Original-Batteriezelle auf Umwelteinflüsse zu testen oder zur Abstimmung verschiedener weiterer Systemkomponenten wie beispielsweise Batteriemanagementsysteme auf eine Batteriezellattrappe bzw. die entsprechende Original-Batteriezelle.
Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Original-Batteriezelle vom Typ der Lithium-Ionen-Zelle;
2 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Batteriezellattrappe basierend auf einer Original-Batteriezelle vom Typ der Lithium-Ionen-Zelle.
Ausführungsformen der Erfindung
In der 1 ist eine Original-Batteriezelle vom Typ der Lithium-Ionen-Zelle gezeigt. Die Original-Batteriezelle weist eine Kathode 2 und eine Anode 4 auf, die in einem Gehäuse 1 angeordnet sind. Die Kathode 2 ist elektrisch leitend mit dem Kathodenterminal 3 verbunden, während die Anode 4 elektrisch leitend mit dem Anodenterminal 5 verbunden vorliegt. Sowohl Kathode 2 als auch Anode 4 stehen in direktem Kontakt mit einem ebenfalls im Gehäuse angeordneten Elektrolyten 6. Das Kathodenterminal 3 und das Anodenterminal 5 sind über Leitungen mit einem Leitungswiderstand 7 mit einer Spannungsquelle 8 verbunden, die eine geeignete Ladespannung bereitstellt, beispielsweise von 3,6 V.
Bei einer derzeit verwendeten Lithium-Ionen-Zelle besteht das Material der Anode 4 im Wesentlichen aus Graphit und die Kathode 2 enthält LiCoO₂ bzw. Elends mit Lithium-Manganoxid, Lithium-Nickeloxid oder Al-basiertet-stabilisierte Oxide. Der Elektrolyt 6 kann beispielsweise Mischungen organischer Carbonate als Lösungsmittel enthalten, z. B. Diethylcarbonat, Dimethylcarbonat, Ethylencarbonat, und/oder Proylencarbonat, während als Leitsalz beispielsweise LiPF₆ oder LiBF₄ verwendet wird.
Während des Ladens werden in das Graphit der Anode 4 Lithium-Ionen eingelagert. Diese Lithium-Ionen stammen aus dem Material der Kathode 2 und müssen von der Kathode 2 durch den Elektrolyten 6 zur Anode 4 wandern. Diese Wanderung findet als Ionenpaar (z. B. LiPF₆) aus Lithiumkation und Gegenanion des Elektrolyten statt. An der Anode 4 angekommen werden sie in das Anodenmaterial eingelagert. Dies ist in 1 dargestellt.
In 2 ist eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Batteriezellattrappe dargestellt. Dabei ist die dargestellte Batteriezellattrappe als Attrappe für die Original-Batteriezelle aus 1 ausgestaltet. Damit möglichst viele physikalische Eigenschaften einer erfindungsgemäßen Batteriezellattrappe mit den Eigenschaften der entsprechenden Original-Batteriezelle übereinstimmen, werden die gleichen Aktivmaterialien für die Elektroden verwendet, z. B. Graphit für die Anode 4 und Lithium-Übergangsmetalloxide für die Kathode 2. Anstatt des Elektrolyten 6 weist die Batteriezellattrappe aus 2 ein Füllmittel 9 auf, welches in der Zusammensetzung im Wesentlichen mit dem Elektrolyten 6 der Original-Batteriezelle aus 1 übereinstimmt, wobei das Füllmittel 9 allerdings kein für den Original-Batteriezelltyp wirksames Leitsalz enthält.
Um die Gefahr einer elektrochemischen Lade- und/oder Entladereaktion in der Batteriezellattrappe zu verhindern, wird für die Anode 4 Graphit verwendet und für die Kathode 2 LiCoO₂ bzw. Elends mit LiNiO₂ und Li-Mn-Oxiden. Bei Verwendung dieser Verbindungen gilt die Zelle als vollständig entladen, da kein Lithium aus dem Kathodenmaterial ausgelagert wurde und kein Lithium in das Graphit eingelagert ist.
Um eine mögliche Lade- und/oder Entladereaktion, z. B. durch zufällig angelegte äußere Spannung, vollständig zu unterbinden, wird in der Batteriezellattrappe anstatt des Elektrolyten 6 das Füllmittel 9 verwendet, welches eine Mischung organischer Carbonate aufweisen kann. Im Füllmittel 9 wird auf jegliches für den Original-Batteriezelltyp wirksames Leitmittel oder Leitsalz verzichtet. Hieraus ergibt sich zwar ein berechenbarer Massefehler zwischen der Batteriezellattrappe und der entsprechenden Original-Batteriezelle von max. 1 Gew.-% (bei einem verwendeten Leitsalz LiPF6 und einer typischen Konzentration von 1 mol/l, entsprechend 152 g/l und einem max. Zellgewicht von ca. 1000 g), welcher sich auch im Fehler der Resonanzfrequenz wiederfindet (m ~ 1/√v, bzw. aufgelöst nach dem Frequenzfehler beträgt dieser max. 5%). Dieser Fehler geht üblicherweise in der in öffentlichen Normen der Automobilindustrie vorgeschriebenen Messgenauigkeit der Messgeräte unter.
Eine elektrochemische Ladereaktion in der Batteriezellattrappe wird durch diesen Ansatz vermieden. Das mögliche Anlegen einer Ladespannung an eine solche Batteriezellattrappe bewirkt keine Wanderung von Lithium-Ionen aus dem Kathodenmaterial der Kathode 2 zum Graphit der Anode 4, da ein entsprechendes Gegenanion zum Lithiumkation im Füllmittel 9 fehlt. Dies verhindert eine Lithiumwanderung durch das Füllmittel 9, siehe 2. Ansonsten verhalten sich die Batteriezellattrappen physikalisch wie die entsprechenden Original-Batteriezellen. Es kann in der Batteriezellattrappe lediglich kein ”Thermal Runaway” stattfinden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

R. Kern; R. Bindel, R. Uhlenbrock, ATZelektronik 05I2009 Jahrgang 4, S. 22–29 [0003]

Claims

Batteriezellattrappe, welche ein Gehäuse (1), innerhalb des Gehäuses (1) angeordnete Elektroden (2, 4) sowie mit den Elektroden (2, 4) elektrisch leitfähig verbundene Terminals (3, 5) aufweist, wobei die Batteriezellattrappe derart ausgebildet ist, dass in das Gehäuse (1) ein Elektrolyt aufnehmbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriezellattrappe anstelle eines Elektrolyten ein Füllmittel (9) aufweist, welches keinen für den Batteriezelltyp wirksamen Elektrolyten enthält.
Batteriezellattrappe gemäß Anspruch 1, wobei das Füllmittel (9) beim Anlegen einer Ladespannung an die Terminals (3, 5) nicht ausreichend Ionen bereitstellt, um einen Ladevorgang in der Batteriezellattrappe zu gewährleisten.
Batteriezellattrappe gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Batteriezellattrappe als Batteriezelle vom Typ einer Lithium-Ionen-Zelle ausgeführt ist.
Batteriezellattrappe gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gewicht des Füllmittels (9) um nicht mehr als 10 Gew.-% vom Gesamtgewicht des für den Batteriezelltyp üblicherweise verwendeten Elektrolyten abweicht.
Batteriezellattrappe gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Füllmittel (9) im Wesentlichen der Zusammensetzung des üblicherweise für den Batteriezelltyp verwendeten Elektrolyten entspricht, mit der Maßgabe, dass das Füllmittel (9) das entsprechende Leitmittel nicht oder in einer Konzentration enthält, die einen Ladevorgang in der Batteriezellattrappe im Wesentlichen nicht erlaubt.
Batteriezellattrappe gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Füllmittel (9) ein im für den Batteriezelltyp üblicherweise verwendeten Elektrolyten vorhandenes Lösungsmittel enthält oder daraus besteht.
Batteriezellattrappe gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Füllmittel (9) ein oder mehrere organische Carbonate oder Mischungen daraus enthält oder daraus besteht.
Batteriezellattrappe gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Füllmittel (9) Dimethylencarbonat, Diethylencarbonat, Ethylencarbonat, Propylencarbonat oder Mischungen daraus enthält oder daraus besteht.
Batteriezellattrappe gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Füllmittel (9) Silikon, Silikon-haltige Verbindungen oder Polysiloxan-haltige Polymere enthält oder daraus besteht.
Batterie, Batteriemodul und/oder Batteriesystem, dadurch gekennzeichnet, dass eine, mehrere oder alle Zellen der Batterie, des Batteriemoduls oder des Batteriesystems Batteriezellattrappen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 sind.