DE102012215333A1

DE102012215333A1 - Batterie und Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102012215333A1
Application number: DE102012215333.0A
Authority: DE
Inventors: Markus Kohlberger
Original assignee: Robert Bosch GmbH; Samsung SDI Co Ltd
Current assignee: Robert Bosch GmbH; Samsung SDI Co Ltd
Priority date: 2012-08-29
Filing date: 2012-08-29
Publication date: 2014-03-06
Also published as: US9673487B2; CN103682504B; CN103682504A; US20140065454A1

Abstract

Erfindungsgemäß wird eine Batterie (12) mit einer Batteriezelle (10) in einem elektrisch leitfähigen Batteriezellengehäuse (16) und ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Batterie (12) vorgestellt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Batterie mit einer Batteriezelle, bevorzugt eine Lithium-Ionen-Batteriezelle, und ein Kraftfahrzeug.
Stand der Technik
Durch verbesserte Speicherkapazität, häufigere Wiederaufladbarkeit und höhere Energiedichten finden Batterien, beispielsweise Lithium-Ionen-Zellen basierte Batterien oder Nickelmetallhydrid-Batterien, immer breitere Anwendungen. Lithium-Ionen-Zellen basierte Batterien zeichnen sich unter anderem aus durch hohe Energiedichten und eine äußerst geringe Selbstentladung.
Batterien mit geringerer Energiespeicherkapazität werden zum Beispiel für kleine tragbare elektronische Geräte wie Mobiltelefone, Laptops, Camcordern und dergleichen verwendet, während Batterien mit hoher Kapazität als Energiequelle für den Antrieb von Motoren von Hybrid- oder Elektro-Fahrzeugen, etc. oder als stationäre Batterien Verwendung finden.
Batterien können zum Beispiel durch das serielle Verschalten von Batteriemodulen gebildet werden, wobei teilweise auch parallele Verschaltungen der Batteriemodule erfolgen und die Batteriemodule ihrerseits aus seriell und/oder parallel verschalteten Batteriezellen bestehen können.
1 zeigt, wie einzelne Batteriezellen 10, beispielsweise mit einem metallischen Batteriezellengehäuse 16, zu Batteriemodulen 12 und dann zu Batterien 14 zusammengefasst werden können. Dies erfolgt durch eine nicht dargestellte Parallel- oder Reihenschaltung der Pole, also der Elektroden 18 der Batteriezellen 10. Dabei besteht per Definition ein Batteriemodul 12 bzw. eine Batterie 14 aus mindestens zwei Batteriezellen 10, wobei die Begriffe Batterie 14 und Batteriemodul 12 oft synonym verwendet werden. Die elektrische Spannung einer Batterie 14 beträgt beispielsweise zwischen 120 und 600 Volt Gleichstrom.
Bei sogenannten Hardcasezellen, deren Gehäuse aus einem festen Aluminium oder Stahlblech besteht, ist üblicherweise eine der beiden Elektroden direkt mit dem Gehäuse verbunden, um zusätzliche Potentialunterschiede, die langfristig zu Korrosion des Gehäuses führen können, zu vermeiden. Die andere Elektrode ist durch eine Dichtung elektrisch vom Gehäuse getrennt.
Das Elektrodenensemble im Inneren ist üblicherweise isoliert, die Kontaktierung des Gehäuses findet am Terminal statt. Dies ermöglicht es, nach dem Terminal, im Inneren der Zelle eine Sicherung einzusetzen, welche bei einem externen Kurzschluss das Elektrodenensemble abtrennt und den Strom nur noch über das Gehäuse fließen lässt.
DE000019714847_B4 offenbart ein Verfahren und eine Ausgestaltung einer Batteriezelle zum kathodischen Korrosionsschutz der Batteriezelle, wobei das metallische Zellgehäuse der Batteriezelle über einen Widerstand mit einem der Pole der Batteriezelle verbunden ist.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird eine Batterie nach Anspruch 1 mit einer Batteriezelle in einem elektrisch leitfähigen Batteriezellengehäuse vorgestellt. Die Batterie umfasst weiterhin einen Gehäusedeckel mit Überwachungsschaltung. Die Batterie ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Elektrode der Batteriezelle über ein Schaltmittel in der Überwachungsschaltung elektrisch leitfähig mit dem Batteriezellengehäuse verbunden ist. Dabei ist die Überwachungsschaltung ausgebildet, bei Erkennen eines Störungssignals das im störungsfreien Betrieb geschlossene Schaltmittel zu öffnen.
Dies hat den Vorteil, dass die Kontaktierung des Zellgehäuses über separate Kontakte im Modulverbund vorgenommen wird. Dadurch ergeben sich bei Schadensfällen oder anderen Fehlern, Möglichkeiten die Batterie in einen sicheren Zustand zu überführen. So kann bei einer Beschädigung der Isolation zwischen den Batteriezellen die eine Elektrode von dem Batteriezellengehäuse getrennt werden. Zusätzlich können Isolationsfehler des Gehäuses separat vom Isolationsfehler Hochvoltpfad detektiert werden, da ein unterschiedlicher Widerstand anliegt. Dies alles erhöht die Sicherheit der Batterie.
In einer möglichen Ausführungsform umfasst die Batterie mehrere, in einem Batteriemodul verbundene Batteriezellen. Dabei erfolgt die elektrische Verbindung zwischen Zellgehäuse und Elektrode im Modulverbund.
Durch separate Kontaktierung des Zellgehäuses ist dieses im Auslieferungszustand erst einmal neutral. Dies ermöglicht die sichere Überprüfung von Zellschutzfunktionen wie der zellinternen Sicherung, da die Neutralität des Gehäuses bzw. die Isolation des Elektrodenensembles innen überprüft werden kann. Für die Funktionalität dieser Sicherung ist wichtig, dass das Elektrodenensemble im Inneren isoliert ist, so kann bei einem externen Kurzschluss der Strompfad dauerhaft unterbrochen werden.
An dem Gehäusedeckel kann ein mit dem Schaltelement elektrisch leitfähig verbundener Federkontakt angeordnet sein, wobei der Federkontakt das Gehäuse bei aufgesetztem Deckel kontaktiert.
Dies ermöglicht eine gute und einfache Kontaktierung.
Das Störsignal kann ein Überschreiten eines Stromstärkengrenzwertes durch eine Stromstärke des über das Schaltmittel fließenden Stroms sein.
Das Schaltelement kann auch ein Kaltleiterelement und das Störsignal ein Überschreiten eines Temperaturgrenzwerts durch eine Temperatur des Schaltmittels sein. Dabei ist das Kaltleiterelement bei einer Temperatur oberhalb des Temperaturgrenzwertes hochohmig und bei einer Temperatur unterhalb des Temperaturgrenzwertes leitfähig.
Dadurch wird bei Batterieschäden in Folge von Überhitzung das Gehäuse automatisch und reversibel auf neutral geschaltet.
Die andere Elektrode der Batteriezelle kann über ein weiteres Schaltmittel in der Überwachungsschaltung elektrisch leitfähig mit dem Batteriezellengehäuse verbindbar sein, wobei die Überwachungsschaltung ausgebildet ist, bei Erkennen des Störungssignals das im störungsfreien Betrieb geöffnete weitere Schaltmittel zu schließen.
Dies bewirkt, dass auch bei einem Isolationsfehler zwischen seriell verschalteten Zellen der Weiterbetrieb noch bedingt möglich ist.
Das Schaltelement und der Federkontakt können mittels eines Stanzgitters, eines Kabels oder einer Folienplatine elektrisch leitfähig verbunden sein.
Erfindungsgemäß wird weiterhin ein Kraftfahrzeug mit einer Batterie gemäß der Erfindung oder einer ihrer möglichen Ausführungsformen vorgestellt.
Insbesondere in Kraftfahrzeugen ist die Verwendung von auch im Störfall sichereren Batterien vorteilhaft.
Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Batteriezelle, ein Modul und eine Batterie nach dem Stand der Technik, und
2 eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung.
Ausführungsformen der Erfindung
Die Verbindung von Elektrode zum Zellgehäuse erfolgt durch den Zellüberwachungsschaltkreis. Dies kann direkt eine Abzweigung am Einzelspannungsabgriff sein, oder eine separate Leitung.
2 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung. Ein Federkontakt 21, der an einem Moduldeckel 20 angebracht ist, stellt bei aufgesetztem Deckel 20 eine elektrische Verbindung zwischen Zellgehäuse 16 und einem Schaltmittel in einer Zellüberwachung 25 her, da er leitfähig, etwa mittels Stanzgitter, Kabel oder Folienplatine 24 mit dem Schaltmittel verbunden ist. Die Zellüberwachung 25 wiederum kontaktiert bei aufgesetztem Deckel 20 die Elektrode und verbindet so das Schaltmittel elektrisch leitfähig mit der Elektrode.
Kommt es nun zu einem Isolationsfehler, kann in der Zellüberwachung der Kontakt durchtrennt werden, der Widerstand steigt an, der Stromfluss wird reduziert.
Bei einer Ausführung als separate Leitung, die nicht direkt mit dem Einzelspannungsabgriff verbunden ist, kann ein Isolationsfehler Gehäuse separat vom Isolationsfehler Hochvoltpfad detektiert werden, da ein unterschiedlicher Widerstand anliegt.
Weiterhin kann das Gehäuse auch in der Polarität umgedreht werden. Dies hat z. B. zur Folge, dass bei einem Isolationsfehler zwischen 20 seriell verschalteten Zellen der Weiterbetrieb möglich ist, um z. B. einen Kundendienst aufzusuchen.
Es ist auch möglich, alternativ oder zusätzlich, durch Einbringung eines Kaltleiterelements, beispielsweise eine als PPTC- oder PCT-Sicherung bezeichnete Sicherung mit polymerbasiertem positivem Temperaturkoeffizienten, zu bewirken, dass bei Überschreitung einer Grenztemperatur, beispielsweise 80 °C, die Verbindung hochohmig wird. Dadurch wird bei Batterieschäden in Folge von Überhitzung das Gehäuse automatisch auf neutral geschaltet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 000019714847 B4 [0008]

Claims

Batterie (12) mit einer Batteriezelle (10), einem elektrisch leitfähigen Batteriezellengehäuse (16) und einem Gehäusedeckel (20) mit Überwachungsschaltung (25), dadurch gekennzeichnet, dass eine Elektrode der Batteriezelle (10) über ein Schaltmittel in der Überwachungsschaltung (25) elektrisch leitfähig mit dem Batteriezellengehäuse (16) verbunden ist, wobei die Überwachungsschaltung (25) ausgebildet ist, bei Erkennen eines Störungssignals das im störungsfreien Betrieb geschlossene Schaltmittel zu öffnen.
Batterie (12) nach Anspruch 1, wobei die Batterie (12) mehrere, in einem Batteriemodul verbundene Batteriezellen umfasst und die elektrische Verbindung zwischen Zellgehäuse und Elektrode im Modulverbund erfolgt.
Batterie (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei ein mit dem Schaltelement elektrisch leitfähig verbundener Federkontakt (21) an dem Gehäusedeckel (20) angeordnet ist, wobei der Federkontakt (21) das Gehäuse bei aufgesetztem Deckel kontaktiert.
Batterie (12) nach Anspruch 3, wobei das Schaltelement und der Federkontakt (21) mittels eines Stanzgitters, eines Kabels oder einer Folienplatine (24) elektrisch leitfähig verbunden sind.
Batterie (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Störsignal ein Überschreiten eines Stromstärkengrenzwertes durch eine Stromstärke des über das Schaltmittel fließenden Stroms ist.
Batterie (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Schaltelement ein Kaltleiterelement ist und das Störsignal ein Überschreiten eines Temperaturgrenzwerts durch eine Temperatur des Schaltmittels ist, wobei das Kaltleiterelement bei einer Temperatur oberhalb des Temperaturgrenzwertes hochohmig ist und bei einer Temperatur unterhalb des Temperaturgrenzwertes leitfähig ist.
Batterie (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Schaltelement eine zum Einzelspannungsabgriff separate elektrische Verbindung zur Elektrode aufweist und die andere Elektrode der Batteriezelle (10) über ein weiteres Schaltmittel in der Überwachungsschaltung (25) elektrisch leitfähig mit dem Batteriezellengehäuse (16) verbindbar ist, wobei die Überwachungsschaltung (25) ausgebildet ist, bei Erkennen des Störungssignals das im störungsfreien Betrieb geöffnete weitere Schaltmittel zu schließen.
Kraftfahrzeug mit einer Batterie (12) nach einem der vorangehenden Ansprüche.