DE102013213947A1

DE102013213947A1 - Assembly for securing an electrochemical storage cell

Info

Publication number: DE102013213947A1
Application number: DE102013213947.0A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Zimmermann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2013-07-16
Filing date: 2013-07-16
Publication date: 2015-02-19
Also published as: WO2015007459A1

Abstract

Es wird eine Baugruppe zur Absicherung einer elektrochemischen Speicherzelle gegen Explosionen vorgeschlagen. Die Baugruppe umfasst eine erste Elektrode, eine zweite Elektrode, eine Schmelzsicherung, einen federelastischen Leiter und einen Isolator. Der federelastische elektrische Leiter ist über den Isolator in Richtung der ersten Elektrode mechanisch vorgespannt. Darüber hinaus ist der federelastische elektrische Leiter eingerichtet, beim Ansprechen der Schmelzsicherung aufgrund seiner Federkraft einen terminalseitigen Abschnitt der ersten Elektrode elektrisch mit der zweiten Elektrode zu verbinden.An assembly for securing an electrochemical storage cell against explosions is proposed. The assembly includes a first electrode, a second electrode, a fuse, a resilient conductor, and an insulator. The resilient electrical conductor is mechanically biased via the insulator in the direction of the first electrode. Moreover, the spring-elastic electrical conductor is arranged to electrically connect a terminal-side portion of the first electrode to the second electrode upon the response of the fuse due to its spring force.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Baugruppe zur Absicherung einer elektrochemischen Speicherzelle. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine verbesserte Absicherung einer in einem Verbund betriebenen Speicherzelle gegen die Gefahr eines Explodierens. Die vorliegende Erfindung betrifft auch das Gebiet der Eigensicherheit von Traktionsbatterien (z.B. Li-Ionen- bzw. Li-Polymer-Batterien für elektrisch antreibbare Fahrzeuge). Um bei diesen Fahrzeugen die geforderten Leistungs- und Energiespezifikationen zu erreichen, müssen eine entsprechend große Anzahl von Batteriezellen seriell oder z.T. auch parallel geschaltet werden. Bei elektrisch antreibbaren Fahrzeugen (hybrid electronic vehicle, HEV , electronic vehicle, EV) braucht man üblicherweise Gleichspannungen von ca. 400 V, damit der elektrischen Antriebsmaschine die benötigte Leistung bei noch wirtschaftlich handhabbaren Strömen (max. ca. 200 A) bereitgestellt werden kann. Die Reihenschaltung von Batteriezellen wird dabei im Allgemeinen als "Batteriestrang" bezeichnet. Ein solcher Batteriestrang bildet dann ein Modul von z.B. 24 Zellen. Mehrere Module, z.B. vier, werden zu einem "Batteriepack" zusammengesetzt, welcher dann insgesamt 96 Einzelzellen enthält. Da eine vollgeladene Li-Ionen-Zelle eine maximale Zellspannung von 4,2 V hat, summiert sich die Leerlaufklemmenspannung des Batteriepacks zu ca. 400 V. Die in den Batteriezellen bzw. im Batteriepack umgesetzten Leistungen bedingen ein gewisses Explosionsrisiko. Diesem wird im Stand der Technik beispielsweise mittels einer sogenannten "Zellsicherung" (eng. „cell fuse“) begegnet. Die Zellsicherung ist dabei häufig als Schmelzsicherung ausgestaltet, die einen Abschnitt eines elektrischen Leiters umfasst, welcher sich bei hohen Strömen bevorzugt erhitzt und schmilzt. Auf diese Weise soll der Stromfluss durch die defekte Zelle unterbrochen werden. Solche Zellsicherungen sind aus der Druckschrift US2012263976 , US2009305126 und US2011305928 grundsätzlich bekannt. Die US2012263976 offenbart zudem eine Überdrucksicherung mittels Kurzschlusspfad. Bei Zellen mit Aluminiumgehäuse (Al-hard case) besteht die kathodenseitige Elektrode ebenfalls aus Aluminium. Diese ist in der Regel mit dem Zellgehäuse zur Vermeidung kathodischer Gehäusekorrosion elektrisch verbunden. Als Zellsicherung kommen häufig Engstellen im Kathodenmaterial zum Einsatz, welche eine Materialverjüngung der Kathode darstellen. Diese Engstellen sind über einem kurzen Bereich der Aluminiumelektrode kurz hinter dem Kathodenterminal (externer Anschluss) realisiert. Bei einem Kurzschluss über der Zelle wird dieser Bereich über 700°C heiß, so dass das Aluminium schmilzt. Bei einer Zelle mit durchgebrannter Zellsicherung und externer Batteriepack-Kurzschlussgesamtpackspannung von ca. 400 V an den Terminals bildet sich mitunter ein stehender Lichtbogen innerhalb der Zelle, welcher den Stromfluss trotz angesprochener Schmelzsicherung aufrechterhalten kann. Dabei wird die Zelle wegen der sehr hohen Leistung von ca. 400 kW sehr schnell so heiß, dass sie explodiert und in einer Kettenreaktion weitere Zelle zum Explodieren bringen kann. Im Zuge dessen kann es zu einem Fahrzeugbrand mit entsprechend hohem Folgeschaden bis hin zu Personenschäden kommen. Zur Absicherung haben Lithiumionenzellen auch nach dem Stand der Technik bereits sogenannte "Überladungsschutz-Einrichtungen" (overcharge safetey device, OSD), bei welchem sich bei Überladung der Zelle und dadurch hervorgerufenem hohem Zellen-Innendruck eine normalerweise nach innen gewölbte Membran nach außen umstülpt und einen Kurzschluss zwischen den Terminals bewirkt. Wenn ein solches OSD gleichzeitig mit der Unterbrechung der Zellsicherung schließen würde, wäre das Problem auch gelöst. Da aber der Zellen-Innendruckaufbau und der OSD-Schließvorgang für die Lichtbogenlöschung viel zu lange dauert, kann eine Explosion der Zelle durch das OSD nicht verhindert werden. Diesem Problem widmet sich die vorliegende Erfindung.The present invention relates to an assembly for securing an electrochemical storage cell. In particular, the present invention relates to improved protection of a cell operated memory cell against the danger of exploding. The present invention also relates to the field of intrinsic safety of traction batteries (eg Li-ion or Li-polymer batteries for electrically driven vehicles). In order to achieve the required performance and energy specifications in these vehicles, a correspondingly large number of battery cells must be connected in series or partly in parallel. For electrically driven vehicles (hybrid electronic vehicle, HEV, electronic vehicle, EV), DC voltages of approximately 400 V are usually required, so that the required power can be provided to the electric drive machine with currents that can still be handled economically (up to approximately 200 A). The series connection of battery cells is generally referred to as "battery string". Such a battery string then forms a module of eg 24 cells. Several modules, eg four, are assembled into a "battery pack", which then contains a total of 96 individual cells. Since a fully charged Li-ion cell has a maximum cell voltage of 4.2 V, the no-load terminal voltage of the battery pack adds up to approximately 400 V. The power converted into the battery cells or battery pack causes a certain explosion risk. This is counteracted in the prior art, for example by means of a so-called "cell fuse". The cell fuse is often designed as a fuse comprising a portion of an electrical conductor which preferably heats and melts at high currents. In this way, the flow of current through the defective cell should be interrupted. Such cell fuses are from the document US2012263976 . US2009305126 and US2011305928 basically known. The US2012263976 also discloses an overpressure protection by short circuit path. For cells with aluminum housing (Al-hard case), the cathode-side electrode is also made of aluminum. This is usually electrically connected to the cell housing to prevent cathodic housing corrosion. Thresholds in the cathode material are often used as cell security, which represent a material taper of the cathode. These bottlenecks are realized over a short area of the aluminum electrode just behind the cathode terminal (external connection). If there is a short across the cell, this area becomes over 700 ° C hot, causing the aluminum to melt. In a cell with blown cell fuse and external battery pack short-circuit total packaging voltage of about 400 V at the terminals, sometimes a standing arc forms within the cell, which can maintain the flow of current despite the mentioned fuse. Due to the very high power of approx. 400 kW, the cell quickly becomes so hot that it can explode and cause another cell to explode in a chain reaction. In the course of this, a vehicle fire with a correspondingly high consequential damage or even personal injury can occur. To protect lithium ion cells have even in the prior art already so-called "overcharge safetey devices" (OSD), in which when overcharging the cell and thereby caused high cell internal pressure, a normally inwardly curved membrane everts outwards and a Short circuit between the terminals causes. If such an OSD closed at the same time as the cell backup was interrupted, the problem would also be solved. However, since the cell internal pressure build-up and the OSD arc-extinguishing process take far too long, the cell can not be prevented from exploding by the OSD. This problem is addressed by the present invention.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die vorstehend genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Baugruppe für eine elektrochemische Speicherzelle gelöst. Dabei umfasst die Baugruppe eine erste Elektrode, eine zweite Elektrode und eine Schmelzsicherung. Die Schmelzsicherung ist in mindestens eine der beiden vorgenannten Elektroden integriert. Unter einer Schmelzsicherung wird nachfolgend eine solche Sicherung verstanden, bei welcher eine mechanisch feste Struktur aufgrund einer anormalen Stromstärke Festigkeit einbüßt und eine mechanische Verformung leichter ermöglicht. Zusätzlich umfasst die erfindungsgemäße Baugruppe einen federelastischen elektrischen Leiter und einen Isolator. Der federelastische elektrische Leiter ist über den Isolator in Richtung der ersten Elektrode mechanisch vorgespannt. Unter "federelastisch" sei im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine solche Eigenschaft (insbesondere Materialeigenschaft) verstanden, bei welcher eine aufgrund einer äußeren Kraft eingetretene Verformung oder Auslenkung beim Entfernen der äußeren Kraft eine unmittelbare Rückverformung (z.B. Gestaltänderung) des Leiters zur Folge hat. Zeitlich erheblich verzögerte Rückverformungen („Kriechfall“) seien im Rahmen der vorliegenden Erfindung daher ausgeschlossen. Erfindungsgemäß ist der federelastische elektrische Leiter eingerichtet, beim Ansprechen der Schmelzsicherung aufgrund seiner Federkraft einen terminalseitigen Abschnitt der ersten Elektrode elektrisch mit der zweiten Elektrode zu verbinden. Dabei wird durch das Ansprechen der Schmelzsicherung die Isolationswirkung des Isolators zwischen dem federelastischen elektrischen Leiter und der ersten Elektrode wirkungslos, so dass der federelastische elektrische Leiter nach dem Ansprechen der Schmelzsicherung die zweite Elektrode und den terminalseitigen Abschnitt der ersten Elektrode elektrisch verbindet. Mit anderen Worten schließt der federelastische elektrische Leiter nach dem Ansprechen der Schmelzsicherung die zweite Elektrode und den terminalseitigen Abschnitt der ersten Elektrode kurz. Auf diese Weise wird nach dem Ansprechen der Schmelzsicherung unverzüglich verhindert, dass ein Lichtbogen innerhalb der elektrochemischen Speicherzelle entstehen kann oder fortbesteht.The above object is achieved by an assembly for an electrochemical storage cell according to the invention. In this case, the assembly comprises a first electrode, a second electrode and a fuse. The fuse is integrated in at least one of the two aforementioned electrodes. A fuse is understood below to mean such a fuse, in which a mechanically strong structure loses strength due to an abnormal current strength and makes mechanical deformation easier. In addition, the assembly according to the invention comprises a resilient electrical conductor and an insulator. The resilient electrical conductor is mechanically biased via the insulator in the direction of the first electrode. In the context of the present invention, "elastic" is understood as meaning a property (in particular material property) in which a deformation or deflection due to an external force results in an immediate re-deformation (eg change in shape) of the conductor when the external force is removed. Time-delayed retardations ("creep") are therefore excluded in the context of the present invention. According to the invention, the spring-elastic electrical conductor is set up to electrically connect a terminal-side section of the first electrode to the second electrode when the fuse activates due to its spring force. In this case, by the response of the fuse, the insulating effect of the insulator between the spring-elastic electrical conductor and the first electrode ineffective, so that the resilient electrical conductor after the response of the fuse electrically connects the second electrode and the terminal-side portion of the first electrode. In other words, after the fuse has responded, the resilient electric conductor short-circuits the second electrode and the terminal-side portion of the first electrode. In this way, it is immediately prevented after the response of the fuse that an arc can arise within the electrochemical storage cell or persists.

Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.The dependent claims show preferred developments of the invention.

Weiter bevorzugt weist der federelastische elektrische Leiter eine permanente elektrisch leitfähige Verbindung mit der zweiten Elektrode auf. Dabei kann der federelastische elektrische Leiter stoffschlüssig, kraftschlüssig und insbesondere auch formschlüssig mit der zweiten Elektrode verbunden sein. Hierdurch kann der federelastische elektrische Leiter auch mechanisch innerhalb der elektrochemischen Speicherzelle festgelegt werden. Eine zusätzliche Anbringung des federelastischen elektrischen Leiters erübrigt sich vorteilhafterweise. More preferably, the resilient electrical conductor has a permanent electrically conductive connection with the second electrode. In this case, the resilient electrical conductor can be materially connected, non-positively and in particular also positively connected to the second electrode. As a result, the resilient electrical conductor can also be fixed mechanically within the electrochemical storage cell. An additional attachment of the resilient electrical conductor is unnecessary advantageously.

Weiter bevorzugt ist der Isolator an dem federelastischen elektrischen Leiter befestigt. Der isolator kann dabei beispielsweise die Oberfläche eines der ersten Elektrode zugewandten Endabschnittes bedecken. Alternativ oder zusätzlich kann die Schmelzsicherung durch eine Materialverjüngung der ersten Elektrode ausgestaltet sein. Ein solches Konzept ist für Schmelzsicherungen bereits im Stand der Technik bewährt. Erfindungsgemäß kann der Isolator zudem korrespondierend zur Schmelzsicherung ausgestaltet sein, so dass der Isolator im Bereich der Schmelzsicherung mechanisch festgelegt wird. Beispielsweise kann der Isolator eine Aussparung oder Bohrung aufweisen, welche die Schmelzsicherung abschnittsweise aufnimmt. Durch die Vorspannung des federelastischen elektrischen Leiters kann dabei im Ansprechfall der Schmelzsicherung das Material der Schmelzsicherung verformt bzw. zerrissen werden. Auf diese Weise ist ein besonders schnelles und wirksames Ansprechen der Schmelzsicherung gewährleistet.More preferably, the insulator is attached to the resilient electrical conductor. The insulator can cover, for example, the surface of one of the first electrode facing end portion. Alternatively or additionally, the fuse may be configured by a material taper of the first electrode. Such a concept has already proven itself for fuses in the prior art. According to the invention, the insulator can also be configured corresponding to the fuse, so that the insulator is mechanically fixed in the region of the fuse. For example, the insulator may have a recess or bore which receives the fuse in sections. Due to the bias of the resilient electrical conductor can be deformed or torn in the case of activation of the fuse, the material of the fuse. In this way, a particularly fast and effective response of the fuse is guaranteed.

Bevorzugt kann der Isolator eingerichtet sein, beim Ansprechen der Schmelzsicherung selbst ebenfalls (zumindest teilweise) zu schmelzen. Dabei kann der Schmelzpunkt des Isolatormaterials so gewählt werden, dass er bei spezifikationsgemäßem Betrieb der elektrochemischen Speicherzelle formstabil ist und erst beim Verlassen des spezifikationsgemäßen Betriebsbereiches (Temperaturbereich) eine Verformung des federelastischen elektrischen Leiters zulässt. Dies bietet den Vorteil, dass ein erfindungsgemäßes Kurzschließen der ersten und der zweiten Elektrode unabhängig davon möglich ist, ob die Schmelzsicherung tatsächlich (insbesondere vollständig) angesprochen hat.Preferably, the insulator may be configured to melt (at least partially) itself when the fuse is triggered. In this case, the melting point of the insulator material can be selected such that it is dimensionally stable when the electrochemical storage cell is operated in accordance with the specification and only permits a deformation of the resilient electrical conductor when it leaves the operating range specified in the specification (temperature range). This offers the advantage that an inventive short-circuiting of the first and the second electrode is possible regardless of whether the fuse has actually addressed (in particular completely).

Bevorzugt kann der federelastische elektrische Leiter eingerichtet sein, beim Ansprechen der Schmelzsicherung die erste Elektrode mit einem eigenen Oberflächenabschnitt zu kontaktieren, der bereits vor dem Ansprechen der Schmelzsicherung nicht durch den Isolator bedeckt war. Mit anderen Worten wird ein Rückverformen des federelastischen elektrischen Leiters dazu führen, dass ein zwischen der zweiten Elektrode und dem (ehemals unversehrten) Isolator gelegener Bereich des federelastischen elektrischen Leiters den terminalseitigen Abschnitt der ersten Elektrode kontaktiert und so den Kurzschluss schließt. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass am federelastischen elektrischen Leiter verbliebene Reste des Isolators einen vollständigen Kurzschluss nicht verhindern.Preferably, the resilient electrical conductor may be configured to contact the first electrode with its own surface portion, which was not covered by the insulator prior to the response of the fuse when the fuse is triggered. In other words, reshaping the resilient electrical conductor will cause a portion of the resilient electrical conductor located between the second electrode and the (previously undamaged) insulator to contact the terminal-side portion of the first electrode to close the short circuit. In this way it can be ensured that remains of the resilient electrical conductor remains of the insulator does not prevent a complete short circuit.

Gemäß einer Alternative kann der federelastische elektrische Leiter auch eingerichtet sein, beim Ansprechen der Schmelzsicherung die erste Elektrode mit einem eigenen Oberflächenabschnitt zu kontaktieren, der vor dem Ansprechen der Schmelzsicherung durch den Isolator bedeckt war. Mit anderen Worten führt das Ansprechen der Schmelzsicherung dazu, dass ein vor dem Ansprechen der Schmelzsicherung innerhalb des Isolators gelegener Oberflächenabschnitt des federelastischen elektrischen Leiters den terminalseitigen Abschnitt der ersten Elektrode berührt und so den elektrischen Kontakt herstellt. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass bis zum Ansprechen der Schmelzsicherung vom Isolator bedeckte Oberflächenabschnitte keiner Korrosion ausgesetzt sind, welche eine elektrische Leitfähigkeit nach dem Ansprechen der Schmelzsicherung vermindern oder gar verhindern könnte.According to an alternative, the resilient electrical conductor may also be arranged to contact the first electrode with its own surface portion, which was covered before the response of the fuse by the insulator when the fuse is triggered. In other words, the response of the fuse causes a surface portion of the resilient electrical conductor located within the insulator to contact the terminal-side portion of the first electrode to make electrical contact prior to the response of the fuse. In this way it can be ensured that until the response of the fuse covered by the insulator surface portions are not exposed to corrosion, which could reduce or even prevent electrical conductivity after the response of the fuse.

Die erste Elektrode kann eine kathodenseitige Elektrode und die zweite Elektrode eine anodenseitige Elektrode sein. Insbesondere im vorgenannten Fall kann die erste Elektrode eingerichtet sein, mit einem Gehäuse der elektrochemischen Speicherzelle verbunden zu werden. Diese grundsätzliche Anordnung hat sich im Stand der Technik bewährt. Grundsätzlich ist jedoch auch eine umgekehrte Konstellation möglich, bei welcher die erste Elektrode eine anodenseitige Elektrode und die zweite Elektrode eine kathodenseitige Elektrode ist.The first electrode may be a cathode-side electrode and the second electrode may be an anode-side electrode. In particular, in the aforementioned case, the first electrode may be arranged to be connected to a housing of the electrochemical storage cell. This basic arrangement has proven itself in the prior art. In principle, however, a reverse constellation is possible in which the first electrode is an anode-side electrode and the second electrode is a cathode-side electrode.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine elektrochemische Speicherzelle, umfassend eine wie in Verbindung mit dem erstgenannten Erfindungsaspekt beschriebene Baugruppe vorgeschlagen. Die elektrochemische Speicherzelle kann dabei zusätzlich zur erfindungsgemäßen Baugruppe Bestandteile aufweisen, welche aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannt sind. Insbesondere kann die erfindungsgemäße Baugruppe also innerhalb eines mit einem Elektrolyt gefüllten Gehäuses der elektrochemischen Speicherzelle angeordnet sein. Mehrere solcher elektrochemischen Speicherzellen können, wie eingangs in Verbindung mit dem Stand der Technik erwähnt, zu (seriell und/oder parallel zusammengeschalteten) Batteriepacks zusammengefasst werden. Bei solchen Batteriepacks kommen häufig Anordnungen vor, innerhalb welcher einzelne elektrochemische Speicherzellen besonders explosionsgefährdet sind. Sofern ein gewisses Maß an Wahrscheinlichkeit besteht, dass eine der elektrochemischen Speicherzellen bevorzugt zum Ansprechen einer erfindungsgemäßen Baugruppe führen würde, können Kosten gespart werden, indem nur solche elektrochemischen Speicherzellen mit einer erfindungsgemäßen Baugruppe ausgestattet werden. According to another aspect of the present invention, there is provided an electrochemical storage cell comprising an assembly as described in connection with the first aspect of the invention. The electrochemical storage cell can in addition to assembly according to the invention have components which are known in principle from the prior art. In particular, the assembly according to the invention can thus be arranged within a filled with an electrolyte housing of the electrochemical storage cell. As mentioned above in connection with the prior art, several such electrochemical storage cells can be combined into battery packs (connected in series and / or in parallel). In such battery packs are often arrangements, within which individual electrochemical storage cells are particularly vulnerable to explosion. If there is a certain degree of probability that one of the electrochemical storage cells would preferably lead to the response of an assembly according to the invention, costs can be saved by equipping only such electrochemical storage cells with an assembly according to the invention.

Batteriepacks, umfassend Speicherzellen mit mindestens einer erfindungsgemäßen Baugruppe, bevorzugt mit jeweils einer erfindungsgemäßen Baugruppe, sind vom Schutzbereich der vorliegenden Erfindung erkennbar mit umfasst.Battery packs, comprising memory cells with at least one module according to the invention, preferably each having an assembly according to the invention, are included within the scope of the present invention.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen im Detail beschrieben. In den Zeichnungen ist:Hereinafter, embodiments of the invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings:

1 eine Prinzipskizze einer Elektrodenanordnung mit OSD sowie einer erfindungsgemäß realisierten Kurzschlussstrecke (gestrichelt dargestellt); 1 a schematic diagram of an electrode assembly with OSD and an inventively realized short-circuiting path (shown in phantom);

2 eine Prinzipskizze eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung vor einem Ansprechen der Schmelzsicherung; 2 a schematic diagram of an embodiment of the present invention prior to a response of the fuse;

3 eine Prinzipskizze der in 2 dargestellten Anordnung nach einem Ansprechen der Schmelzsicherung und geschmolzenem Isolator; und 3 a schematic diagram of in 2 illustrated arrangement for a response of the fuse and molten insulator; and

4 eine Prinzipskizze der in 2 dargestellten Anordnung nach einem Ansprechen der Schmelzsicherung und vom federelastischen elektrischen Leiter abgelösten ungeschmolzenen Isolator. 4 a schematic diagram of in 2 shown arrangement after a response of the fuse and the spring-elastic electrical conductor detached unmelted insulator.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

1 zeigt eine Baugruppe 1 einer elektrochemischen Speicherzelle, welche eine erste Elektrode 3 und eine zweite Elektrode 2 (Terminals) aufweist. An der ersten Elektrode 3 ist ein erster elektrisch leitfähiger Abschnitt 6 und an der zweiten Elektrode ein zweiter elektrisch leitfähiger Abschnitt 5 angeordnet. Ein ebenfalls an der zweiten Elektrode 2 angeordneter Druckaufnehmer 7 ist eingerichtet, beim Ansteigen eines statischen Drucks innerhalb des Elektrolyts 4 der elektrochemischen Speicherzelle 1 einen elektrischen Kontakt zwischen dem ersten elektrisch leitfähigen Abschnitt 6 und dem zweiten elektrisch leitfähigen Abschnitt 5 herzustellen. Eine gestrichelte Linie stellt die Strecke eines erfindungsgemäß bereitgestellten elektrischen Kurzschlusses zwischen der ersten Elektrode 3 und der zweiten Elektrode 2 dar. Auch ein zu vermeidender Lichtbogen würde eine der gestrichelt dargestellten Verbindung entsprechende Verbindung erzeugen. 1 shows an assembly 1 an electrochemical storage cell, which is a first electrode 3 and a second electrode 2 (Terminals). At the first electrode 3 is a first electrically conductive portion 6 and at the second electrode, a second electrically conductive portion 5 arranged. One also on the second electrode 2 arranged pressure transducer 7 is established when a static pressure within the electrolyte increases 4 the electrochemical storage cell 1 an electrical contact between the first electrically conductive portion 6 and the second electrically conductive portion 5 manufacture. A dashed line represents the distance of an electrical short circuit provided according to the invention between the first electrode 3 and the second electrode 2 Even an arc to be avoided would produce a connection corresponding to the connection shown in dashed lines.

2 zeigt eine erfindungsgemäße Weiterbildung einer elektrochemischen Speicherzelle 1, wie sie in Verbindung mit 1 vorgestellt wurde. Die erste Elektrode 3 weist eine in Form einer Materialverjüngung ausgestaltete Schmelzsicherung 11 auf. Im Bereich der Schmelzsicherung 11 ist zudem ein in Kugelform ausgestalteter elektrischer Isolator 9 angeordnet. Ein an der zweiten Elektrode 2 elektrisch und mechanisch festgelegter federelastischer elektrischer Leiter 8 aus Federblech spannt den Isolator 9 gegenüber der Schmelzsicherung 11 vor. 2 shows a development of an electrochemical storage cell according to the invention 1 as related to 1 was presented. The first electrode 3 has a designed in the form of a material rejuvenation fuse 11 on. In the area of the fuse 11 is also a ball-shaped electrical insulator 9 arranged. One on the second electrode 2 electrically and mechanically fixed spring-elastic electrical conductor 8th from spring plate clamps the insulator 9 opposite the fuse 11 in front.

3 zeigt die in 2 dargestellte Anordnung nach dem Ansprechen der Schmelzsicherung 11. Im Bereich der ehemaligen Schmelzsicherung 11 ist die erste Elektrode 3 in zwei Abschnitte unterbrochen, wobei ein erster, terminalseitiger Abschnitt 3a über ein elektrisches Verbindungselement 12 weiterhin mit dem Gehäuse 10 und der ersten Elektrode 3a der elektrochemischen Speicherzelle 1 verbunden ist. Dieser Bereich wird nun durch den filterelastischen elektrischen Leiter 8 elektrisch kontaktiert. Im unteren Bereich der elektrochemischen Speicherzelle 1 ist ein zweiter Abschnitt 3b der ersten Elektrode 3 angeordnet. Er weist keine elektrische Verbindung (mehr) mit dem ersten Abschnitt 3a auf. Zusätzlich ist am Boden des Gehäuses 10 der geschmolzene Isolator 9 erkennbar. Er hat seine (ehemals kugelförmige) Gestalt durch das Ansprechen der Schmelzsicherung 11 verändert. 3 shows the in 2 illustrated arrangement after the response of the fuse 11 , In the area of the former fuse 11 is the first electrode 3 broken into two sections, with a first, terminal-side section 3a via an electrical connection element 12 continue with the case 10 and the first electrode 3a the electrochemical storage cell 1 connected is. This area will now pass through the filter-elastic electrical conductor 8th electrically contacted. In the lower part of the electrochemical storage cell 1 is a second section 3b the first electrode 3 arranged. He has no electrical connection (more) with the first section 3a on. In addition, at the bottom of the case 10 the melted insulator 9 recognizable. He has his (formerly spherical) shape by the response of the fuse 11 changed.

4 zeigt ein alternatives Szenario nach dem Ansprechen der Schmelzsicherung 11 der in 2 dargestellten elektrochemischen Speicherzelle 1. Im Unterschied zur in 3 dargestellten Anordnung ist der Isolator 9 nicht geschmolzen bzw. hat seine Form gegenüber der in 2 dargestellten Anordnung nicht verändert. Jedoch hat er sich vom Ende des federelastischen elektrischen Leiters 8 gelöst und dessen elektrischen Kontakt mit dem ersten Abschnitt 3a der ersten Elektrode 3 somit ermöglicht. 4 shows an alternative scenario after the response of the fuse 11 the in 2 represented electrochemical storage cell 1 , Unlike in 3 The arrangement shown is the insulator 9 not melted or has its shape opposite to in 2 not shown changed arrangement. However, he is from the end of the resilient electrical conductor 8th solved and its electrical contact with the first section 3a the first electrode 3 thus possible.

Die Erfindungsidee ist die Herstellung einer elektrischen Verbindung (elektrischer Kurzschluss) der beiden Terminals der Zelle mit durchgebrannter Schmelzsicherung. Damit wird die Spannung über den Terminals annähernd zu 0 Volt, wobei der Kurzschlussstrom über die elektrische Verbindung und das Zellgehäuse, nicht jedoch durch die Zelle und deren Elektrolyt 4, fließt. Erkennbar beruht das Erfindungsprinzip auf dem Gedanken, dass durch das Aufbrennen der Schmelzsicherung eine Bewegung ermöglicht wird, welche einen unverzüglichen Kurzschluss ermöglicht. Dabei wird das mechanische Aufweichen der Schmelzsicherung verwendet, um federmechanisch gespeicherte Energie zum Schließen des Kurzschlusses freizugeben. Der federelastische elektrische Leiter 8 kann dabei als "Kurzschluss-Kontaktfeder" bezeichnet werden, welche zum Beispiel aus Kupferberyllium (CuBe) bestehen kann. Jedoch sind sämtliche andere geeignete Materialien und Materialkombinationen möglich. Auch ist eine Anordnung denkbar, bei welcher ein zusätzliches Federelement einen steif ausgeführten Leiter als federelastischen Leiter einrichtet. Für den Fachmann ist ersichtlich, dass als erste Elektrode auch die Anode der elektrochemischen Speicherzelle und als Kathode die zweite Elektrode der elektrochemischen Speicherzelle verwendet werden könnte. In diesem Falle wäre die Realisierung der erfindungsgemäßen Herstellung des Kurzschlusses noch einfacher, da der Abstand der Anode zum Zellgehäuse geringer ist als der Abstand von der Anode zur Kathode.The idea of the invention is the production of an electrical connection (electrical short circuit) of the two terminals of the cell with blown fuse. Thus, the voltage across the terminals is approximately 0 volts, with the Short-circuit current through the electrical connection and cell housing, but not through the cell and its electrolyte 4 , flows. Obviously, the principle of the invention is based on the idea that a movement is made possible by the burning of the fuse, which allows an immediate short circuit. In this case, the mechanical softening of the fuse is used to release spring-stored energy to close the short circuit. The resilient electrical conductor 8th can be referred to as a "short-circuit contact spring", which may for example consist of copper beryllium (CuBe). However, all other suitable materials and material combinations are possible. Also, an arrangement is conceivable in which an additional spring element establishes a rigid conductor as a resilient conductor. It will be apparent to those skilled in the art that as the first electrode, the anode of the electrochemical storage cell and, as the cathode, the second electrode of the electrochemical storage cell could be used. In this case, the realization of the production of the short circuit according to the invention would be even simpler, since the distance of the anode to the cell housing is less than the distance from the anode to the cathode.

Auch wenn die erfindungsgemäßen Aspekte und vorteilhaften Ausführungsformen anhand der in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungsfiguren erläuterten Ausführungsbeispiele im Detail beschrieben worden sind, sind für den Fachmann Modifikationen und Kombinationen von Merkmalen der dargestellten Ausführungsbeispiele möglich, ohne den Bereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen, deren Schutzbereich durch die beigefügten Ansprüche definiert wird.Although the aspects and advantageous embodiments of the invention have been described in detail with reference to the embodiments explained in connection with the accompanying drawings, modifications and combinations of features of the illustrated embodiments are possible for the skilled person, without departing from the scope of the present invention, the scope of protection the appended claims are defined.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 2012263976 [0001, 0001]
US 2009305126 [0001]
US 2011305928 [0001]

Claims

Assembly for an electrochemical storage cell ( 1 ) - a first electrode ( 3 ), - a second electrode ( 2 ), - a fuse ( 11 ), - a resilient electrical conductor ( 8th ), and - an isolator ( 9 ), wherein - the resilient electrical conductor ( 8th ) over the isolator ( 9 ) in the direction of the first electrode ( 3 ) is mechanically biased, and the resilient electrical conductor ( 8th ), when the fuse ( 11 ) due to its spring force a terminal-side section ( 3a ) of the first electrode ( 3 ) electrically with the second electrode ( 2 ) connect to.

Assembly according to claim 1, wherein the resilient electrical conductor ( 8th ) a permanent electrically conductive connection with the second electrode ( 2 ) having.

An assembly according to claim 1 or 2, wherein the insulator ( 9 ) on the resilient electrical conductor ( 8th ), and / or the fuse ( 11 ) by a material taper of the first electrode ( 3 ) is configured.

Assembly according to one of the preceding claims, wherein the insulator ( 9 ) at the fuse ( 11 ) is present.

Assembly according to one of the preceding claims, wherein the insulator ( 9 ), when the fuse ( 11 ) to melt itself as well.

Assembly according to one of the preceding claims, wherein the resilient electrical conductor ( 8th ), when the fuse ( 11 ) with its own surface portion the terminal-side portion ( 3a ) of the first electrode ( 3 ), which is already in operation prior to the activation of the fuse ( 11 ) not through the insulator ( 9 ) was covered.

Assembly according to one of claims 1 to 5, wherein the resilient electrical conductor ( 8th ), when the fuse ( 11 ) with its own surface portion the terminal-side portion ( 3a ) of the first electrode ( 3 ), which before the activation of the fuse ( 11 ) through the insulator ( 9 ) was covered.

Assembly according to one of the preceding claims, wherein the first electrode ( 3 ) a cathode-side electrode and the second electrode ( 2 ) is an anode-side electrode.

Assembly according to one of the preceding claims, wherein the first electrode ( 3 ) is equipped with a housing ( 10 ) of the electrochemical storage cell ( 1 ) to be connected.

An electrochemical storage cell comprising an assembly according to any one of the preceding claims.