DE102013208135B4 - Battery with overcharge protection - Google Patents
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Abstract
Batterie (1), umfassend- eine Batteriezelle (10) und- ein Hartschalenbatteriezellengehäuse (20) mit einem Innenraum (21) zur Aufnahme der Batteriezelle (10),wobei die Batteriezelle (10) mindestens einen Stromableiter aufweist, welcher mit einer Sicherung (11) zum Unterbrechen eines Kurzschlussstroms versehen ist,wobei zwischen der Batteriezelle (10) und einer, den Innenraum (21) umgrenzenden Innenwandung des Hartschalenbatteriezellengehäuses (20) ein Isolationsmittel (30) zum elektrischen Isolieren der Batteriezelle (10) von dem Hartschalenbatteriezellengehäuse (20) vorgesehen ist, undwobei die Batterie (1) ein Lichtbogenlöschmittel (12) zum Löschen eines Lichtbogens umfasst,wobei das Lichtbogenlöschmittel (12) eine innere Schicht (12a) und eine äußere Schicht (12b) aufweist, wobei die äußere Schicht (12b) des Lichtbogenlöschmittels (12) die innere Schicht (12) des Lichtbogenlöschmittels (12) ummantelt, wobei die innere Schicht (12a) des Lichtbogenlöschmittels (12) aus einem Melamin-basierten Material und die äußere Schicht (12b) aus einem Silikonkautschuk ausgebildet ist.Battery (1), comprising- a battery cell (10) and- a hard-shell battery cell housing (20) with an interior (21) for accommodating the battery cell (10), the battery cell (10) having at least one current conductor which is equipped with a fuse (11 ) is provided for interrupting a short-circuit current, an insulation means (30) for electrically insulating the battery cell (10) from the hard-shell battery cell housing (20) being provided between the battery cell (10) and an inner wall of the hard-shell battery cell housing (20) delimiting the interior (21). is, and wherein the battery (1) comprises an arc extinguishing agent (12) for extinguishing an arc, the arc extinguishing agent (12) having an inner layer (12a) and an outer layer (12b), the outer layer (12b) of the arc extinguishing agent ( 12) the inner layer (12) of the arc extinguishing agent (12) is coated, the inner layer (12a) of the arc extinguishing agent (12) being made of a melamine-based material and the outer layer (12b) being made of a silicone rubber.
Description
Stand der TechnikState of the art
An Lithium-lonen-Batteriezellen werden zur Zulassung zum Transport und zum Einsatz in Kraftfahrzeugen diverse Tests durchgeführt. Unter anderem werden auch so genannte Abuse-Tests durchgeführt, mit welchen das Verhalten der Zellen unter Extremsituationen beurteilt wird.Various tests are carried out on lithium-ion battery cells for approval for transport and use in motor vehicles. Among other things, so-called abuse tests are carried out, which assess the behavior of the cells under extreme situations.
Um Folgen einiger Abuse-Tests abzuschwächen, sind Mechanismen bekannt, welche in Extremsituationen den Stromfluss in die Zelle unterbrechen.In order to mitigate the consequences of some abuse tests, mechanisms are known which interrupt the flow of current into the cell in extreme situations.
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Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Gegenstand der Erfindung ist eine Batterie, welche eine Batteriezelle und ein Hartschalenbatteriezellengehäuse mit einem Innenraum zur Aufnahme der Batteriezelle umfasst. Dabei weist die Batteriezelle mindestens einen Stromableiter auf, welcher mit einer Sicherung zum Unterbrechen eines Kurzschlussstroms versehen ist. Zwischen der Batteriezelle und einer, den Innenraum umgrenzenden Innenwandung des Hartschalenbatteriezellengehäuses ist dabei ein Isolationsmittel zum elektrischen Isolieren der Batteriezelle von dem Hartschalenbatteriezellengehäuse vorgesehen. Zudem umfasst die Batterie (mindestens) ein Lichtbogenlöschmittel zum Löschen eines Lichtbogens.The subject of the invention is a battery which comprises a battery cell and a hard-shell battery cell housing with an interior for accommodating the battery cell. The battery cell has at least one current arrester, which is provided with a fuse for interrupting a short-circuit current. An insulation means for electrically isolating the battery cell from the hard-shell battery cell housing is provided between the battery cell and an inner wall of the hard-shell battery cell housing that delimits the interior space. In addition, the battery includes (at least) an arc extinguishing agent for extinguishing an arc.
Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine für eine derartige Batterie geeignete Batteriezellensicherung sowie ein für eine derartige Batterie geeignetes Hartschalenbatteriezellengehäuse.In addition, the invention relates to a battery cell fuse suitable for such a battery and to a hard-shell battery cell housing suitable for such a battery.
Durch die erfindungsgemäße Batterie, die erfindungsgemäße Batteriesicherung und das erfindungsgemäße Hartschalenbatteriezellengehäuse kann vorteilhafterweise eine Batteriezelle in Extremsituationen besser geschützt werden. Durch die Sicherung kann dabei das Risiko eines Kurzschlusses deutlich verringert werden. Durch das Isolationsmittel und das Lichtbogenlöschmittel kann zudem das Risiko von Lichtbögen innerhalb des Gehäuses deutlich reduziert. Dies kann insbesondere dadurch erzielt werden, dass das Isolationsmittel die Batteriezelle von der den Innenraum begrenzenden Innenwandung des Hartschalenbatteriezellengehäuse elektrisch isoliert und auf diese Weise die Ausbildung von Lichtbögen zwischen der Batteriezelle, beispielsweise der Anode und/oder der Kathode beziehungsweise dem Zellwickel (Jelly-Roll) einerseits und dem Gehäuse andererseits behindert oder sogar verhindert. Falls dennoch, im Fall einer äußerst extremen Situation ein Lichtbogen auftreten sollte, kann dieser durch das Lichtbogenlöschmittel gelöscht werden. Insgesamt kann so vorteilhafterweise nicht nur die Ausschussrate bei der Zulassung der Batterie, sondern zudem auch die Sicherheit der Batterie in sonstigen Extremsituationen deutlich verbessert werden. Besonders vorteilhaft können derartige Batterien in großen Batteriesystemen eingesetzt werden, in denen eine Vielzahl von Batteriezellen, insbesondere zum Erreichen hoher Voltzahlen, beispielsweise von 400 V, miteinander verschaltet sind, da sie - beispielsweise auch bei hohen Spannungdiffenrenzen noch - eine Lichtbogenbildung und einen damit verbundenen Temperaturanstieg unterdrücken oder gar verhindern können und dadurch die Sicherheit erhöhen können.By means of the battery according to the invention, the battery fuse according to the invention and the hard-shell battery cell housing according to the invention, a battery cell can advantageously be better protected in extreme situations. The fuse can significantly reduce the risk of a short circuit. The insulating agent and the arc extinguishing agent can also significantly reduce the risk of arcs within the housing. This can be achieved in particular by the insulation means electrically insulating the battery cell from the inner wall of the hard-shell battery cell housing delimiting the interior space and in this way preventing the formation of arcs between the battery cell, for example the anode and/or the cathode or the cell coil (jelly roll). on the one hand and the housing on the other hand hindered or even prevented. However, if an arc occurs in an extremely extreme situation, it can be extinguished by the arc extinguishing agent. Overall, not only the reject rate when approving the battery, but also the safety of the battery in other extreme situations can be significantly improved. Such batteries can be used particularly advantageously in large battery systems in which a large number of battery cells are interconnected, in particular to achieve high voltages, for example 400 V, since they - for example even at high voltage differences - still cause arcing and an associated rise in temperature can suppress or even prevent and thereby increase security.
Das Lichtbogenlöschmittel kann insbesondere ein Melamin-basiertes Material und/oder einen Silikonkautschuk umfassen. Beide Materialklassen weisen gegenüber hohen, bei der Ausbildung von Lichtbögen entstehenden Temperaturen eine hohe Stabilität auf und gute Lichtbogenlöschungseigenschaften (englisch: Arc Extinguishing Properties) auf, die ein Löschen eines entstehenden Lichtbogens bewirken können, indem sie beispielsweise schmelzen und/oder sich ausdehnen.The arc extinguishing agent can in particular comprise a melamine-based material and/or a silicone rubber. Both material classes have a high level of stability compared to the high temperatures that arise when arcs are formed and have good arc extinguishing properties, which can extinguish an arc that is formed, for example by melting and/or expanding.
Melamin-basierte Materialien bieten zudem den Vorteil, dass diese bei der Zersetzung bei hohen Temperaturen nicht-ionisierbare Gase bilden, die sehr gute Lichtbogenlöschungseigenschaften bewirken können.Melamine-based materials also offer the advantage that when they decompose at high temperatures, they form non-ionizable gases that can have very good arc extinguishing properties.
Im Rahmen einer nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform umfasst das Lichtbogenlöschmittel ein Melamin-basiertes Material. Insbesondere kann das Lichtbogenlöschmittel ein Melamin-basiertes Polymer umfassen.In the context of an embodiment not according to the invention, the arc extinguishing agent comprises a melamine-based material. In particular, the arc extinguishing agent can comprise a melamine-based polymer.
Bei Silikonkautschuken kann hingegen vorteilhafterweise die mechanische Festigkeit und Robustheit sehr gut eingestellt werden.With silicone rubbers, however, the mechanical strength and robustness can advantageously be adjusted very well.
Im Rahmen einer weiteren nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform umfasst das Lichtbogenlöschmittel einen Silikonkautschuk. So können vorteilhafterweise einerseits eine gute Lichtbogenlöschung und andererseits gute Materialeigenschaften erzielt werden.As part of a further embodiment not according to the invention, the arc extinguishing agent comprises a silicone rubber. In this way, good arc extinguishing and good material properties can advantageously be achieved on the one hand.
Erfindungsgemäß weist das Lichtbogenlöschmittel eine innere Schicht und eine äußere Schicht auf. Dabei ummantelt die äußere Schicht des Lichtbogenlöschmittels die innere Schicht des Lichtbogenlöschmittels. Die innere Schicht des Lichtbogenlöschmittels ist dabei aus einem Melamin-basierten Material, insbesondere Polymer, ausgebildet. Die äußere Schicht des Lichtbogenlöschmittels ist dabei aus einem Silikonkautschuk ausgebildet. So können vorteilhafterweise die sehr guten Lichtbogenlöschungseigenschaften von Melamin-basierten Materialien mit der sehr gut einzustellbaren, mechanischen Festigkeit und Robustheit von Silikonkautschuken verbunden werden. Dadurch, dass die äußere Schicht aus Silikonkautschuk ausgebildet und somit elastisch ist, kann zudem vorteilhafterweise bewirkt werden, dass aus Melamin-basierten Material entstehendes Lichtbogen löschendes Gas am Lichtbogen-Entstehungsort gehalten wird und dadurch seine Lichtbogen löschende Wirkung noch besser entfalten kann.According to the invention, the arc extinguishing agent has an inner layer and an outer layer. The outer layer of the arc extinguishing agent covers the inner layer of the arc extinguishing agent. The inner layer of the arc extinguishing agent is made of a melamine-based material, in particular polymer. The outer layer of the arc extinguishing agent is made of a silicone rubber. In this way, the very good arc extinguishing properties of melamine-based materials can be advantageously combined with the very easily adjustable mechanical strength and robustness of silicone rubbers. The fact that the outer layer is made of silicone rubber and is therefore elastic can also advantageously ensure that arc-extinguishing gas created from melamine-based material is held at the point where the arc is generated and can therefore develop its arc-extinguishing effect even better.
Im Rahmen einer anderen nicht erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist das Lichtbogenlöschmittel ein Melaminharz-Silikonkautschuk-Copolymer oder ein Melaminharz-Silikonkautschuk-Polymerblend. So können die Vorteile der beiden Stoffklassen vorteilhafterweise in einem Material vereint werden.In another embodiment not according to the invention, the arc extinguishing agent is a melamine resin-silicone rubber copolymer or a melamine resin-silicone rubber polymer blend. The advantages of both classes of materials can be advantageously combined in one material.
Grundsätzlich kann die Batterie sowohl ein Lichtbogenlöschmittel als auch mehrere Lichtbogenlöschmittel aufweisen.In principle, the battery can have both one arc extinguishing agent and several arc extinguishing agents.
Im Rahmen einer Ausführungsform ist die Sicherung mit einem Lichtbogenlöschmittel zum Löschen eines Lichtbogens ausgestattet. So kann vorteilhafterweise im Fall eines Auslösens der Sicherung, die Bildung eines Lichtbogens zwischen den Enden der ausgelösten Sicherung verhindert werden.In one embodiment, the fuse is equipped with an arc extinguishing agent for extinguishing an arc. In this way, in the event of the fuse tripping, the formation of an arc between the ends of the tripped fuse can advantageously be prevented.
Das Lichtbogenlöschmittel der Sicherung kann dabei beispielsweise wie vorstehend beschrieben ausgestaltet sein. Zum Beispiel kann die Sicherung mit dem Lichtbogenlöschmittel, insbesondere vollständig, ummantelt sein. Beispielsweise kann die innere Schicht des Lichtbogenlöschmittels, insbesondere direkt, auf der Sicherung aufgebracht ist.The arc extinguishing means of the fuse can be designed, for example, as described above. For example, the fuse can be encased, in particular completely, with the arc extinguishing agent. For example, the inner layer of the arc extinguishing agent can be applied, in particular directly, to the fuse.
Der mit der Sicherung ausgestattete Stromableiter kann beispielsweise aus Aluminium ausgebildet und/oder der Kathodenstromableiter der Batteriezelle, sein.The current arrester equipped with the fuse can be made of aluminum, for example, and/or the cathode current arrester of the battery cell.
Die Sicherung kann beispielsweise aus Aluminium und/oder dem Material des damit ausgestatten Stromableiters ausgebildet sein.The fuse can be made, for example, from aluminum and/or the material of the current arrester equipped with it.
Durch das Isolationsmittel in Form einer Art von Innenisolierung kann vorteilhafterweise eine Bildung von Lichtbögen zwischen der Batteriezelle, insbesondere der Anode beziehungsweise dem Zellwickel, reduziert oder gar verhindert werden.The insulating means in the form of a type of internal insulation can advantageously reduce or even prevent the formation of arcs between the battery cell, in particular the anode or the cell coil.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform umfasst das Isolationsmittel eine auf der Innenwandung des Hartschalenbatteriezellengehäuses ausgebildete Isolationsschicht aus einem elektrisch isolierenden Material. Die auf der Innenwandung des Hartschalenbatteriezellengehäuses ausgebildete Isolationsschicht kann insbesondere eine, beispielsweise durch anodische Oxidation hergestellte, zum Beispiel eloxierte, Oxidschicht oder eine Pulverbeschichtung sein.In the context of a further embodiment, the insulation means comprises an insulation layer made of an electrically insulating material formed on the inner wall of the hard-shell battery cell housing. The insulation layer formed on the inner wall of the hard-shell battery cell housing can in particular be an oxide layer, for example anodized, produced by anodic oxidation or a powder coating.
Beispielsweise kann die Isolationsschicht durch Eloxieren beziehungsweise Anodisieren, also Oxidieren, des Hartschalenbatteriezellengehäuses, insbesondere eines Gehäusegrundkörpers des Hartschalenbatteriezellengehäuses, beispielsweise aus Aluminium, hergestellt werden. Das Eloxieren beziehungsweise Anodisieren des Hartschalenbatteriezellengehäuses kann beispielsweise in wässrigen Elektrolyten durchgeführt werden. Abhängig von den Reaktionsbedingungen, dem verwendeten Elektrolyt oder den Additiven ist die dabei entstehende Oxidschicht, beispielsweise Aluminiumoxidschicht, porös (englisch: Porous Oxides) oder nicht-porös beziehungsweise dicht (englisch: Barrier Oxides). Auch die Härte der Oxidschicht, beispielsweise Aluminiumoxidschicht, kann dabei über die Reaktionsbedingungen kontrolliert werden.For example, the insulation layer can be produced by anodizing or anodizing, i.e. oxidizing, the hard-shell battery cell housing, in particular a housing base body of the hard-shell battery cell housing, for example made of aluminum. The anodizing or anodizing of the hard-shell battery cell housing can be carried out, for example, in aqueous electrolytes. Depending on the reaction conditions, the electrolyte used or the additives, the resulting oxide layer, for example aluminum oxide layer, is porous (Porous Oxides) or non-porous or dense (Barrier Oxides). The hardness of the oxide layer, for example aluminum oxide layer, can also be controlled via the reaction conditions.
Es ist jedoch ebenso möglich die Innenwandung beziehungsweise Innenseite des Hartschalenbatteriezellengehäuses, insbesondere eines Gehäusegrundkörpers des Hartschalenbatteriezellengehäuses, mit einer Pulverbeschichtung zu versehen. Beim Pulverbeschichten kann das Hartschalenbatteriezellengehäuse, insbesondere ein Gehäusegrundkörper des Hartschalenbatteriezellengehäuses, insbesondere elektrostatisch aufgeladen und zum Beispiel mit einem Epoxid- und/oder Polyesterharz beschichtet werden.However, it is also possible to provide the inner wall or inside of the hard-shell battery cell housing, in particular a housing base body of the hard-shell battery cell housing, with a powder coating. During powder coating, the hard-shell battery cell housing, in particular a housing base body of the hard-shell battery cell housing, can in particular be electrostatically charged and, for example coated with an epoxy and/or polyester resin.
Die auf der Innenwandung des Hartschalenbatteriezellengehäuses ausgebildete Isolationsschicht kann insbesondere eine Schichtdicke in einem Bereich von ≥ 1 µm bis ≤ 100 µm aufweisen.The insulation layer formed on the inner wall of the hard-shell battery cell housing can in particular have a layer thickness in a range of ≥ 1 µm to ≤ 100 µm.
Ebenso ist es möglich zwei oder mehr Isolationsschichten vorzusehen. Beispielsweise kann eine Oxidschicht, beispielsweise Aluminiumoxidschicht, welche durch Eloxieren beziehungsweise Anodisieren der Oberfläche des Hartschalenbatteriezellengehäuses ausgebildet ist, zusätzlich pulverbeschichtet werden. Auf diese Weise können vorteilhafterweise Poren und/oder Störungen der Oxidschicht, insbesondere komplett, mit der Pulverbeschichtung verschlossen und so die elektrische Isolierung durch das Isolationsmittel verbessert werden.It is also possible to provide two or more insulation layers. For example, an oxide layer, for example aluminum oxide layer, which is formed by anodizing or anodizing the surface of the hard-shell battery cell housing, can be additionally powder-coated. In this way, pores and/or defects in the oxide layer can advantageously be closed, in particular completely, with the powder coating and the electrical insulation can thus be improved by the insulating agent.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform umfasst das Isolationsmittel zusätzlich eine weitere Isolationsschicht aus einem elektrisch isolierenden Material, welche auf der, auf der Innenwandung des Hartschalenbatteriezellengehäuses ausgebildeten Isolationsschicht aufgebracht ist. Dabei kann die auf der Innenwandung des Hartschalenbatteriezellengehäuses ausgebildete Isolationsschicht eine, insbesondere durch anodische Oxidation hergestellte, beispielsweise eloxierte, Oxidschicht sein. Die weitere Isolationsschicht kann dabei eine Pulverbeschichtung sein.In the context of a further embodiment, the insulation means additionally comprises a further insulation layer made of an electrically insulating material, which is applied to the insulation layer formed on the inner wall of the hard-shell battery cell housing. The insulation layer formed on the inner wall of the hard-shell battery cell housing can be an oxide layer, for example anodized, in particular produced by anodic oxidation. The further insulation layer can be a powder coating.
Die weitere Isolationsschicht kann insbesondere ebenfalls eine Schichtdicke in einem Bereich von ≥ 1 µm bis ≤ 100 µm aufweisen.The further insulation layer can in particular also have a layer thickness in a range of ≥ 1 µm to ≤ 100 µm.
Im Rahmen einer anderen, alternativen oder zusätzlichen Ausführungsform umfasst das Isolationsmittel eine in den Innenraum des Hartschalenbatteriezellengehäuses einsetzbare Einlage (englisch: Inlay) aus einem elektrisch isolierenden Material. Die Einlage kann beispielsweise aus einem Kunststoff ausgebildet sein.As part of another, alternative or additional embodiment, the insulation means comprises an insert made of an electrically insulating material that can be inserted into the interior of the hard-shell battery cell housing. The insert can be made of a plastic, for example.
Alternativ oder zusätzlich zu einer Ausstattung der Sicherung mit einem Lichtbogenlöschmittel ist im Rahmen einer weiteren Ausführungsform das Isolationsmittel mit einem Lichtbogenlöschmittel zum Löschen eines Lichtbogens ausgestattet. So kann vorteilhafterweise auch falls trotz der elektrisch isolierenden Eigenschaften des Isolationsmittels dennoch ein Lichtbogen zwischen der Batteriezelle und dem Hartschalenbatteriezellengehäuse ausbildbar sein sollte, die Bildung des Lichtbogens durch das Lichtbogenlöschmittel des Isolationsmittels behindert beziehungsweise verhindert werden.Alternatively or in addition to equipping the fuse with an arc extinguishing agent, in a further embodiment the insulation means is equipped with an arc extinguishing agent for extinguishing an arc. Advantageously, even if an arc can be formed between the battery cell and the hard-shell battery cell housing despite the electrically insulating properties of the insulating agent, the formation of the arc can be hindered or prevented by the arc extinguishing agent of the insulating agent.
Das Lichtbogenlöschmittel des Isolationsmittels kann dabei ebenfalls wie vorstehend beschrieben ausgestaltet sein. Das Lichtbogenlöschmittel des Isolationsmittels kann dabei beispielsweise auf einer Isolationsschicht oder der Einlage aufgebracht sein. Beispielsweise kann dabei die innere Schicht des Lichtbogenlöschmittels des Isolationsmittels, insbesondere direkt, auf einer Isolationsschicht oder der Einlage aufgebracht sein.The arc extinguishing means of the insulation means can also be designed as described above. The arc extinguishing agent of the insulation agent can be applied, for example, to an insulation layer or the insert. For example, the inner layer of the arc extinguishing agent of the insulation agent can be applied, in particular directly, to an insulation layer or the insert.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform weist das Hartschalenbatteriezellengehäuse eine elektrisch leitende Membran und ein elektrisch leitendes Kontaktelement auf. Die Membran kann dabei mit einem Pol, insbesondere dem Pluspol, des Hartschalenbatteriezellengehäuses und das Kontaktelement mit dem anderen Pol, insbesondere dem Minuspol, des Hartschalenbatteriezellengehäuses elektrisch leitend verbunden oder verbindbar sein.As part of a further embodiment, the hard-shell battery cell housing has an electrically conductive membrane and an electrically conductive contact element. The membrane can be electrically conductively connected or connectable to one pole, in particular the positive pole, of the hard-shell battery cell housing and the contact element to the other pole, in particular the negative pole, of the hard-shell battery cell housing.
In einer Ausgangsstellung kann dabei die Membran insbesondere beabstandet zu dem Kontaktelement angeordnet sein. Zum Beispiel kann die Membran in der Ausgangsstellung in Richtung des Innenraums des Hartschalenbatteriezellengehäuses gewölbt sein. In einer ausgelösten Stellung kann die Membran insbesondere das Kontaktelement kontaktieren. Zum Beispiel kann die Membran dabei nach Außen gewölbt sein. Bei einer gewölbten Ausgestaltung der Membran kann der Übergang von der Ausgangsstellung in die ausgelöste Stellung beispielsweise durch einen Druckanstieg im Innenraum des Hartschalenbatteriezellengehäuses bewirkbar sein.In a starting position, the membrane can in particular be arranged at a distance from the contact element. For example, in the initial position, the membrane can be curved towards the interior of the hard-shell battery cell housing. In a triggered position, the membrane can in particular contact the contact element. For example, the membrane can be curved outwards. If the membrane is curved, the transition from the starting position to the triggered position can be brought about, for example, by an increase in pressure in the interior of the hard-shell battery cell housing.
Ein Stromableiter der Batteriezelle kann insbesondere mit dem einen Pol des Hartschalenbatteriezellengehäuses elektrisch leitend verbunden oder verbindbar sein. Zudem kann dieser Stromableiter der Batteriezelle insbesondere mit der Membran elektrisch leitend verbunden oder verbindbar sein. Der andere Stromableiter der Batteriezelle kann insbesondere mit dem anderen Pol des Hartschalenbatteriezellengehäuses elektrisch leitend verbunden oder verbindbar sein. Zudem kann der andere Stromableiter der Batteriezelle insbesondere mit dem Kontaktelement elektrisch leitend verbunden oder verbindbar sein.A current conductor of the battery cell can in particular be connected or connectable in an electrically conductive manner to one pole of the hard-shell battery cell housing. In addition, this current conductor of the battery cell can be connected or connectable in an electrically conductive manner, in particular to the membrane. The other current conductor of the battery cell can in particular be electrically conductively connected or connectable to the other pole of the hard-shell battery cell housing. In addition, the other current conductor of the battery cell can be connected or connectable in an electrically conductive manner, in particular to the contact element.
Der mit der Sicherung versehene Stromableiter der Batteriezelle kann insbesondere über die Sicherung mit dem Pol des Hartschalenbatteriezellengehäuses elektrisch leitend verbunden oder verbindbar sein.The current conductor of the battery cell provided with the fuse can be connected or connectable in an electrically conductive manner, in particular via the fuse, to the pole of the hard-shell battery cell housing.
Im Rahmen einer speziellen Ausgestaltung ist der mit der Sicherung versehene Stromableiter der Kathodenstromableiter der Batteriezelle. Dabei kann der Kathodenstromableiter insbesondere über die Sicherung mit dem Pluspol des Hartschalenbatteriezellengehäuses elektrisch leitend verbunden oder verbindbar sein. Insbesondere kann dabei der Kathodenstromableiter auch mit der Membran elektrisch leitend verbunden oder verbindbar sein. Der andere Stromableiter kann dabei insbesondere der Anodenstromableiter der Batteriezelle sein. Dabei kann der Anodenstromableiter insbesondere mit dem Minuspol des Hartschalenbatteriezellengehäuses elektrisch leitend verbunden oder verbindbar sein. Insbesondere kann dabei der Anodenstromableiter auch mit dem Kontaktelement elektrisch leitend verbunden oder verbindbar sein.In a special embodiment, the current arrester provided with the fuse is the cathode current arrester of the battery cell. The cathode current arrester can be connected or connectable in an electrically conductive manner, in particular via the fuse, to the positive pole of the hard-shell battery cell housing. In particular, the Cathode current arrester can also be electrically conductively connected or connectable to the membrane. The other current arrester can in particular be the anode current arrester of the battery cell. The anode current arrester can in particular be connected or connectable in an electrically conductive manner to the negative pole of the hard-shell battery cell housing. In particular, the anode current arrester can also be electrically conductively connected or connectable to the contact element.
Die Batteriezelle kann insbesondere eine Wickelzelle und/oder eine Lithium-Ionen-Zelle sein.The battery cell can in particular be a wound cell and/or a lithium-ion cell.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform ist die Batteriezelle eine Lithium-Ionen-Wickelzelle ist.In a further embodiment, the battery cell is a lithium-ion wound cell.
Das Hartschalenbatteriezellengehäuse (englisch: Cell Can) kann im Wesentlichen, beispielsweise abgesehen von elektrischen Kontakten, wie den Polen, sowie elektrischen Isolatoren, aus Aluminium ausgebildet sein. Insbesondere kann das Hartschalenbatteriezellengehäuse einen den Innenraum ausbildenden Gehäusegrundkörper aus Aluminium aufweisen. Darüber hinaus kann das Hartschalenbatteriezellengehäuse beispielsweise einen, insbesondere den Innenraum verschließenden, Deckel aus Aluminium aufweisen.The hard-shell battery cell housing (cell can) can essentially be made of aluminum, for example apart from electrical contacts such as the poles and electrical insulators. In particular, the hard-shell battery cell housing can have a housing base body made of aluminum that forms the interior. In addition, the hard-shell battery cell housing can, for example, have a cover made of aluminum, in particular closing the interior.
Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile der erfindungsgemäßen Batterie, wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Batteriezellensicherung und dem erfindungsgemäßen Hartschalenbatteriezellengehäuse sowie auf die Figuren und die Figurenbeschreibung verwiesen.With regard to further technical features and advantages of the battery according to the invention, reference is hereby made explicitly to the explanations in connection with the battery cell fuse according to the invention and the hard-shell battery cell housing according to the invention as well as to the figures and the description of the figures.
Ein weiterer Gegenstand ist eine Batteriezellensicherung, welche eine Melamin-basierte Schicht aus einem Melamin-basierten Material, insbesondere einem Melamin-basierten Polymer, und eine Silikonkautschukschicht aus einem Silikonkautschuk umfasst, wobei die Melamin-basierte Schicht, insbesondere direkt, auf die Sicherung aufgebracht ist und wobei die Silikonkautschukschicht die Melamin-basierte Schicht ummantelt. Die Sicherung kann dabei beispielsweise aus Aluminium ausgebildet sein.Another object is a battery cell fuse, which comprises a melamine-based layer made of a melamine-based material, in particular a melamine-based polymer, and a silicone rubber layer made of a silicone rubber, the melamine-based layer being applied, in particular directly, to the fuse and wherein the silicone rubber layer covers the melamine-based layer. The fuse can be made of aluminum, for example.
Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile der erfindungsgemäßen Batteriezellensicherung, wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Batterie und dem erfindungsgemäßen Hartschalenbatteriezellengehäuse sowie auf die Figuren und die Figurenbeschreibung verwiesen.With regard to further technical features and advantages of the battery cell fuse according to the invention, reference is hereby explicitly made to the explanations in connection with the battery according to the invention and the hard-shell battery cell housing according to the invention as well as to the figures and the description of the figures.
Ferner betrifft die Erfindung ein Hartschalenbatteriezellengehäuse mit einem Innenraum zur Aufnahme einer Batteriezelle und einer, den Innenraum umgrenzenden Innenwandung, wobei auf der Innenwandung des Hartschalenbatteriezellengehäuses eine Oxidschicht ausgebildet ist, wobei auf der Oxidschicht eine Beschichtung, insbesondere eine Pulverbeschichtung, aus einem elektrisch isolierenden Material und/oder einem Lichtbogen löschenden Material aufgebracht ist.The invention further relates to a hard-shell battery cell housing with an interior for accommodating a battery cell and an inner wall delimiting the interior, an oxide layer being formed on the inner wall of the hard-shell battery cell housing, with a coating, in particular a powder coating, made of an electrically insulating material and / or or an arc extinguishing material is applied.
Die Oxidschicht kann dabei insbesondere durch anodische Oxidation hergestellt sein. Beispielsweise kann die Oxidschicht eine durch ein Eloxalverfahren hergestellte beziehungsweise eloxierte Oxidschicht sein.The oxide layer can in particular be produced by anodic oxidation. For example, the oxide layer can be an oxide layer produced or anodized using an anodizing process.
Die Beschichtung, insbesondere die Pulverbeschichtung, kann als Lichtbogen löschendes Material beispielsweise ein Melamin-basiertes Material, insbesondere ein Melamin-basiertes Polymer, und/oder einen Silikonkautschuk umfassen.The coating, in particular the powder coating, can comprise, for example, a melamine-based material, in particular a melamine-based polymer, and/or a silicone rubber as the arc-extinguishing material.
Zum Beispiel kann die Beschichtung, insbesondere die Pulverbeschichtung, eine innere/untere Schicht und eine äußere/obere Schicht umfassen, wobei die innere Schicht aus einem Melamin-basierten Material und die äußere Schicht aus einem Silikonkautschuk ausgebildet ist.For example, the coating, in particular the powder coating, may comprise an inner/lower layer and an outer/upper layer, the inner layer being formed from a melamine-based material and the outer layer from a silicone rubber.
Alternativ oder zusätzlich hierzu kann die Beschichtung, insbesondere die Pulverbeschichtung, jedoch auch ein Melaminharz-Silikonkautschuk-Copolymer oder ein Melaminharz-Silikonkautschuk-Polymerblend umfassen.Alternatively or additionally, the coating, in particular the powder coating, can also comprise a melamine resin-silicone rubber copolymer or a melamine resin-silicone rubber polymer blend.
Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Hartschalenbatteriezellengehäuses, wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Batterie und der erfindungsgemäßen Batteriezellensicherung sowie auf die Figuren und die Figurenbeschreibung verwiesen.With regard to further technical features and advantages of the hard-shell battery cell housing according to the invention, reference is hereby made explicitly to the explanations in connection with the battery according to the invention and the battery cell fuse according to the invention as well as to the figures and the description of the figures.
Zeichnungendrawings
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Gegenstände werden durch die Zeichnungen veranschaulicht und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Dabei ist zu beachten, dass die Zeichnungen nur beschreibenden Charakter haben und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken. Es zeigen
-
1 einen schematischen Querschnitt durch eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Batterie in einer Ausgangsstellung; -
2 die in1 gezeigte Batterie in einer ausgelösten Stellung; -
3a eine schematische Seitenansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Batteriezellensicherung; -
3b eine schematische, perspektivische Ansicht der in3a gezeigten Batteriezellensicherung; -
3c einen stark schematisierten Querschnitt durch die in3a und3b gezeigte Batteriezellensicherung; -
4 eine chemische Strukturformel eines Melamin-basierten Polymers; und -
5 eine chemische Strukturformel eines Silikonkautschuks.
-
1 a schematic cross section through an embodiment of a battery according to the invention in a starting position; -
2 in the1 battery shown in a tripped position; -
3a a schematic side view of an embodiment of a battery cell fuse according to the invention; -
3b a schematic, perspective view of the in3a battery cell fuse shown; -
3c a highly schematized cross section through the in3a and3b battery cell fuse shown; -
4 a chemical structural formula of a melamine-based polymer; and -
5 a chemical structural formula of a silicone rubber.
Der mit der Sicherung 11 versehene Stromableiter kann insbesondere der Kathodenstromableiter der Batteriezelle 10 und mit dem Pluspol 24 des Hartschalenbatteriezellengehäuses 20 elektrisch leitend verbunden sein. Dementsprechend kann der andere Stromableiter der Anodenstromableiter der Batteriezelle 10 und mit dem Minuspol 25 des Hartschalenbatteriezellengehäuses 20 elektrisch leitend verbunden sein.The current arrester provided with the
Über das Hartschalenbatteriezellengehäuse 20, insbesondere dessen Gehäusegrundkörper, ist die Membran 22 mit dem Pluspol 24 des Hartschalenbatteriezellengehäuses 20 und mit dem, mit der Sicherung 11 ausgestatteten Stromableiter (Kathodenstromableiter) der Batteriezelle 10 elektrisch leitend verbunden. Das Kontaktelement 23 ist dabei mit dem Minuspol 25 des Hartschalenbatteriezellengehäuses 20 und mit dem anderen Stromableiter (Anodenstromableiter) der Batteriezelle 10 elektrisch leitend verbunden. Durch das Isolierungselement 26 ist dabei das Kontaktelement 23 von dem Gehäusegrundkörper des Hartschalenbatteriezellengehäuses 20 und damit der Membran 23 und dem Pluspol 24 des Hartschalenbatteriezellengehäuses 20 sowie der Sicherung 11 und dem Kathodenstromableiter der Batteriezelle 10 elektrisch isoliert.Via the hard-shell
Dadurch, dass die Membran 22 in der ausgelösten Stellung das Kontaktelement 23 kontaktiert wird die Membran 22 elektrisch leitend mit dem Minuspol 25 verbunden. Das Kontaktelement 23 weist dabei vorzugsweise einen geringeren elektrischen Widerstand als die Batteriezelle 10 beziehungsweise deren chemisch aktiven Teile (Jelly-Roll) auf. Die Pfeile in
Die andersartigen Pfeile in
Die
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