DE102015215500A1 - Electrode unit for a battery cell, battery cell and method for operating the battery cell - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einer Elektrodeneinheit (10) für eine Batteriezelle, umfassend eine Anode (21), welche ein anodisches Aktivmaterial (41) und einen anodischen Stromableiter (31) aufweist, sowie eine Kathode (22), welche ein kathodisches Aktivmaterial (42) und einen kathodischen Stromableiter (32) aufweist, sowie einen Separator (18), welcher die Anode (21) von der Kathode (22) trennt. Dabei liegt das anodische Aktivmaterial (41) in Form von streifenförmigen Anodensegmenten (71, 72) vor, und/oder das kathodische Aktivmaterial (42) liegt in Form von streifenförmigen Kathodensegmenten (81, 82) vor, wobei der Separator (18) durchgehend ausgebildet ist. Die Erfindung betrifft auch eine Batteriezelle, welche eine derartige Elektrodeneinheit (10) umfasst, sowie ein Verfahren zum Betrieb der Batteriezelle, wobei ein von einem Anodensegment (71, 72) zu einem benachbarten Anodensegment (71, 72) fließender Ausgleichsstrom detektiert wird, und/oder ein von einem Kathodensegment (81, 82) zu einem benachbarten Kathodensegment (81, 82) fließender Ausgleichsstrom detektiert wird.The invention relates to an electrode unit (10) for a battery cell, comprising an anode (21) comprising an anodic active material (41) and an anodic current collector (31), and a cathode (22) comprising a cathodic active material (42) and a cathodic current collector (32), and a separator (18) which separates the anode (21) from the cathode (22). In this case, the anodic active material (41) is in the form of strip-shaped anode segments (71, 72), and / or the cathodic active material (42) is in the form of strip-shaped cathode segments (81, 82), the separator (18) being continuous is. The invention also relates to a battery cell comprising such an electrode unit (10) and a method for operating the battery cell, wherein a compensating current flowing from one anode segment (71, 72) to an adjacent anode segment (71, 72) is detected, and / or a compensating current flowing from a cathode segment (81, 82) to an adjacent cathode segment (81, 82) is detected.
Description
Die Erfindung betrifft eine Elektrodeneinheit für eine Batteriezelle, welche eine Anode, eine Kathode sowie einen Separator umfasst. Die Erfindung betrifft auch eine Batteriezelle, welche mindestens eine Elektrodeneinheit umfasst, sowie ein Verfahren zum Betrieb der Batteriezelle.The invention relates to an electrode unit for a battery cell, which comprises an anode, a cathode and a separator. The invention also relates to a battery cell, which comprises at least one electrode unit, and to a method for operating the battery cell.
Stand der TechnikState of the art
Elektrische Energie ist mittels Batterien speicherbar. Batterien wandeln chemische Reaktionsenergie in elektrische Energie um. Hierbei werden Primärbatterien und Sekundärbatterien unterschieden. Primärbatterien sind nur einmal funktionsfähig, während Sekundärbatterien, die auch als Akkumulator bezeichnet werden, wieder aufladbar sind. Eine Batterie umfasst dabei eine oder mehrere Batteriezellen.Electrical energy can be stored by means of batteries. Batteries convert chemical reaction energy into electrical energy. Here, a distinction is made between primary batteries and secondary batteries. Primary batteries are only functional once, while secondary batteries, also referred to as accumulators, are rechargeable. A battery comprises one or more battery cells.
In einem Akkumulator finden insbesondere sogenannte Lithium-Ionen-Batteriezellen Verwendung. Diese zeichnen sich unter anderem durch hohe Energiedichten und eine geringe Selbstentladung aus. Lithium-Ionen-Batteriezellen kommen unter anderem in Kraftfahrzeugen, insbesondere in Elektrofahrzeugen (Electric Vehicle, EV), Hybridfahrzeugen (Hybrid Electric Vehicle, HEV) sowie Plug-In-Hybridfahrzeugen (Plug-In-Hybrid Electric Vehicle, PHEV) zum Einsatz.In particular, so-called lithium-ion battery cells are used in an accumulator. These are characterized among other things by high energy densities and a low self-discharge. Lithium-ion battery cells are used, inter alia, in motor vehicles, in particular in electric vehicles (EV), hybrid vehicles (HEV) and plug-in hybrid electric vehicles (PHEV).
Lithium-Ionen-Batteriezellen weisen eine positive Elektrode, die auch als Kathode bezeichnet wird, und eine negative Elektrode, die auch als Anode bezeichnet wird, auf. Die Kathode sowie die Anode umfassen je einen Stromableiter, auf den ein Aktivmaterial aufgebracht ist. Bei dem Aktivmaterial für die Kathode handelt es sich beispielsweise um ein Metalloxid. Bei dem Aktivmaterial für die Anode handelt es sich beispielsweise um Graphit. Aber auch Silizium wird als Aktivmaterial für Anoden verwendet.Lithium-ion battery cells have a positive electrode, also referred to as a cathode, and a negative electrode, also referred to as an anode. The cathode and the anode each comprise a current conductor, on which an active material is applied. The active material for the cathode is, for example, a metal oxide. The active material for the anode is, for example, graphite. But silicon is also used as active material for anodes.
In das Aktivmaterial der Anode sind Lithiumatome eingelagert. Beim Betrieb der Batteriezelle, also bei einem Entladevorgang, fließen Elektronen in einem äußeren Stromkreis von der Anode zur Kathode. Innerhalb der Batteriezelle wandern Lithiumionen bei einem Entladevorgang von der Anode zur Kathode. Dabei lagern die Lithiumionen aus dem Aktivmaterial der Anode reversibel aus, was auch als Delithiierung bezeichnet wird. Bei einem Ladevorgang der Batteriezelle wandern die Lithiumionen von der Kathode zu der Anode. Dabei lagern die Lithiumionen wieder in das Aktivmaterial der Anode reversibel ein, was auch als Lithiierung bezeichnet wird. In the active material of the anode lithium atoms are embedded. During operation of the battery cell, ie during a discharge process, electrons flow in an external circuit from the anode to the cathode. Within the battery cell, lithium ions migrate from the anode to the cathode during a discharge process. The lithium ions from the active material of the anode store reversibly, which is also referred to as delithiation. During a charging process of the battery cell, the lithium ions migrate from the cathode to the anode. In this case, the lithium ions reversibly store back into the active material of the anode, which is also referred to as lithiation.
Die Elektroden der Batteriezelle sind folienartig ausgebildet und unter Zwischenlage eines Separators, welcher die Anode von der Kathode trennt, zu einem Elektrodenwickel gewunden. Ein solcher Elektrodenwickel wird auch als Jelly-Roll bezeichnet. Die Elektroden können auch zu einem Elektrodenstapel übereinander geschichtet sein oder auf eine andere Art eine Elektrodeneinheit bilden.The electrodes of the battery cell are formed like a foil and wound with the interposition of a separator, which separates the anode from the cathode, to an electrode coil. Such an electrode winding is also referred to as a jelly roll. The electrodes can also be stacked to form an electrode stack or in another way form an electrode unit.
Die beiden Elektroden der Elektrodeneinheit werden mittels Kollektoren elektrisch mit Polen der Batteriezelle, welche auch als Terminals bezeichnet werden, verbunden. Eine Batteriezelle umfasst in der Regel eine oder mehrere Elektrodeneinheiten. Die Elektroden und der Separator sind von einem in der Regel flüssigen Elektrolyt umgeben. Der Elektrolyt ist für die Lithiumionen leitfähig und ermöglicht den Transport der Lithiumionen zwischen den Elektroden.The two electrodes of the electrode unit are electrically connected by means of collectors to poles of the battery cell, which are also referred to as terminals. A battery cell usually comprises one or more electrode units. The electrodes and separator are surrounded by a generally liquid electrolyte. The electrolyte is conductive to the lithium ions and allows the transport of lithium ions between the electrodes.
Die Batteriezelle weist ferner ein Zellengehäuse auf, welches beispielsweise aus Aluminium gefertigt ist. Im Fall einer als prismatische Batteriezelle bezeichneten Bauform ist das Zellengehäuse prismatisch, insbesondere quaderförmig, ausgestaltet und druckfest ausgebildet. Die Terminals befinden sich dabei außerhalb des Zellengehäuses. Nach dem Verbinden der Elektroden mit den Terminals wird der Elektrolyt in das Zellengehäuse gefüllt. Weitere Bauformen, welche sich insbesondere durch die Ausgestaltung der Zellgehäuse unterscheiden, sind weit verbreitet, beispielsweise Rundzellen mit zylindrischem Zellengehäuse und Pouchzellen mit prismatischem, mechanisch nicht druckfestem Zellengehäuse.The battery cell further comprises a cell housing, which is made of aluminum, for example. In the case of a design called a prismatic battery cell, the cell housing is prismatic, in particular cuboid, configured and pressure-resistant. The terminals are located outside the cell case. After connecting the electrodes to the terminals, the electrolyte is filled in the cell housing. Other designs, which differ in particular by the design of the cell housing, are widely used, for example, round cells with a cylindrical cell housing and pouch cells with prismatic, mechanically non-pressure-resistant cell housing.
In heute üblichen Ausgestaltungen von Batteriesystemen werden mehrere Batteriezellen zu einem Batteriemodul zusammengefasst. Mehrere Batteriemodule bilden ein Batteriesystem, welches zusätzlich eine Steuereinheit zur Überwachung und Steuerung der Batteriemodule sowie der Batteriezellen umfasst.In today's usual configurations of battery systems, several battery cells are combined to form a battery module. Several battery modules form a battery system, which additionally comprises a control unit for monitoring and controlling the battery modules and the battery cells.
Eine gattungsgemäße Batteriezelle mit einer Elektrodeneinheit, die eine Anode und eine Kathode umfasst, welche von einem Separator getrennt sind, ist beispielsweise aus der
Eine Batterie mit mehreren Batteriezellen sowie ein Verfahren zur Fehlererkennung in den Batteriezellen sind aus der
In der
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Es wird eine Elektrodeneinheit für eine Batteriezelle vorgeschlagen, die eine Anode, welche ein anodisches Aktivmaterial und einen anodischen Stromableiter aufweist, sowie eine Kathode, welche ein kathodisches Aktivmaterial und einen kathodischen Stromableiter aufweist, sowie einen Separator, welcher die Anode von der Kathode trennt, umfasst.An electrode unit for a battery cell is proposed, which has an anode, which has an anodic active material and an anodic current collector, and a cathode, which comprising a cathodic active material and a cathodic current collector, and a separator separating the anode from the cathode.
Erfindungsgemäß liegt das anodische Aktivmaterial dabei in Form von streifenförmigen Anodensegmenten vor, und/oder das kathodische Aktivmaterial liegt in Form von streifenförmigen Kathodensegmenten vor, während der Separator durchgehend ausgebildet ist.According to the invention, the anodic active material is present in the form of strip-shaped anode segments, and / or the cathodic active material is in the form of strip-shaped cathode segments, while the separator is designed to be continuous.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der anodische Stromableiter durchgehend ausgebildet, und/oder der kathodische Stromableiter ist durchgehend ausgebildet.According to an advantageous embodiment of the invention, the anodic current conductor is formed continuously, and / or the cathodic current collector is formed continuously.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung liegt der anodische Stromableiter in Form von streifenförmigen Anodenableitersegmenten vor, und/oder der kathodische Stromableiter liegt in Form von streifenförmigen Kathodenableitersegmenten vor.According to another advantageous embodiment of the invention, the anodic current conductor is in the form of strip-shaped Anodenableitersegmenten, and / or the cathodic current conductor is in the form of strip-shaped Kathodenableitersegmenten ago.
Vorzugsweise sind dabei die Anodenableitersegmente des anodischen Stromableiters durch Verbindungsstege miteinander verbunden, und/oder die Kathodenableitersegmente des kathodischen Stromableiters sind durch Verbindungsstege miteinander verbunden.Preferably, the Anodenableitersegmente of the anodic Stromableiters are interconnected by connecting webs, and / or the Kathodenabsitere of the cathodic Stromableiters are interconnected by connecting webs.
Es wird auch eine Batteriezelle vorgeschlagen, welche mindestens eine erfindungsgemäße Elektrodeneinheit umfasst.A battery cell is also proposed which comprises at least one electrode unit according to the invention.
Ferner wird ein Verfahren zum Betrieb einer erfindungsgemäßen Batteriezelle vorgeschlagen. Dabei wird ein von einem Anodensegment zu einem benachbarten Anodensegment fließender Ausgleichsstrom detektiert, und/oder ein von einem Kathodensegment zu einem benachbarten Kathodensegment fließender Ausgleichsstrom wird detektiert.Furthermore, a method for operating a battery cell according to the invention is proposed. In this case, a compensating current flowing from an anode segment to an adjacent anode segment is detected, and / or a compensating current flowing from one cathode segment to an adjacent cathode segment is detected.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird ein Magnetfeld gemessen, welches durch den Ausgleichsstrom erzeugt wird, der durch einen durchgehend ausgebildeten anodischen Stromableiter fließt, und/oder der durch einen durchgehend ausgebildeten kathodischen Stromableiter fließt.According to an advantageous embodiment of the method, a magnetic field is measured, which is generated by the compensating current flowing through a continuously formed anodic current collector, and / or flows through a continuously formed cathodic current collector.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird ein Magnetfeld gemessen, welches durch den Ausgleichsstrom erzeugt wird, der durch einen Verbindungssteg fließt, durch welchen Anodenableitersegmente des anodischen Stromableiters miteinander verbunden sind, und/oder durch welchen Kathodenableitersegmente des kathodischen Stromableiters miteinander verbunden sind.According to another advantageous embodiment of the method, a magnetic field is measured, which is generated by the compensating current flowing through a connecting web, through which Anodenableitersegmente the anodic Stromableiters are interconnected, and / or through which Kathodenableiterable of the cathodic Stromableiters are interconnected.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird eine an einem Verbindungssteg, durch welchen Anodenableitersegmente des anodischen Stromableiters miteinander verbunden sind, und/oder durch welchen Kathodenableitersegmente des kathodischen Stromableiters miteinander verbunden sind, anliegende Spannung gemessen, welche durch den Ausgleichsstrom erzeugt wird, der durch den Verbindungssteg fließt.According to another advantageous embodiment of the method, a voltage applied to a connecting web, by which Anodenableitersegmente of the anodic Stromableiters are interconnected, and / or are connected by which Kathodenableitersegmente the cathodic Stromableiters, voltage applied, which is generated by the compensating current, by the Connecting bar flows.
Eine erfindungsgemäße Batterie findet vorteilhaft Verwendung in einem stationären Energiespeicher, in einem Elektrofahrzeug (EV), in einem Hybridfahrzeug (HEV), in einem Plug-In-Hybridfahrzeug (PHEV), oder in einem Consumer-Elektronik-Produkt. Unter Consumer-Elektronik-Produkten sind insbesondere Mobiltelefone, Tablet-PCs oder Notebooks zu verstehen.A battery according to the invention advantageously finds use in a stationary energy store, in an electric vehicle (EV), in a hybrid vehicle (HEV), in a plug-in hybrid vehicle (PHEV), or in a consumer electronics product. Consumer electronics products are in particular mobile phones, tablet PCs or notebooks.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Eine erfindungsgemäß ausgestaltete Elektrodeneinheit gestattet eine verhältnismäßig einfache Fehlererkennung. Bei einer intakten Elektrodeneinheit fließen durch alle Anodensegmente sowie durch alle Kathodensegmente Ströme in die gleiche Richtung. Bei einem Defekt der Elektrodeneinheit weist das defekte Anodensegment, beziehungsweise das defekte Kathodensegment veränderte elektrische Eigenschaften auf. Dadurch fließt ein Ausgleichsstrom, beispielsweise von dem defekten Anodensegment zu einem benachbarten Anodensegment oder von dem defekten Kathodensegment zu einem benachbarten Kathodensegment. Wenn kein Defekt der Elektrodeneinheit vorliegt, ist kein oder nur ein geringer, zeitlich langsam veränderlicher Ausgleichsstrom vorhanden.An inventively designed electrode unit allows a relatively simple error detection. With an intact electrode unit, currents flow in the same direction through all anode segments as well as through all cathode segments. In the case of a defect in the electrode unit, the defective anode segment or the defective cathode segment has changed electrical properties. As a result, a compensating current flows, for example, from the defective anode segment to an adjacent anode segment or from the defective cathode segment to an adjacent cathode segment. If there is no defect in the electrode unit, there is no or only a small, temporally slowly variable compensation current.
Ein derartiger Ausgleichsstrom ist daher ein Hinweis auf einen Fehler in einer Batteriezelle, welcher zur Erwärmung der Batteriezelle bis hin zum Überschreiten einer kritischen Temperatur führen kann. Dabei kann eine exotherme Reaktion der Batteriezelle, die auch als "Thermal Runaway" bezeichnet wird, ausgelöst werden. Dadurch kann auch ein Brand oder eine Explosion der Batteriezelle stattfinden. Bei rechtzeitiger Erkennung eines solchen Fehlers durch Detektion des Ausgleichsstroms in der Elektrodeneinheit kann die Batteriezelle rechtzeitig abgeschaltet werden und/oder weitere Sicherheitsmaßnahmen, insbesondere ein Entladen der Batteriezelle, können durchgeführt werden.Such a compensating current is therefore an indication of a fault in a battery cell, which can lead to heating of the battery cell to exceeding a critical temperature. In this case, an exothermic reaction of the battery cell, which is also referred to as "thermal runaway" are triggered. As a result, a fire or explosion of the battery cell can take place. If such a fault is detected in good time by detection of the equalizing current in the electrode unit, the battery cell can be switched off in good time and / or further safety measures, in particular a discharging of the battery cell, can be carried out.
Eine Detektion eines solchen Ausgleichsstroms, der in eine andere Richtung fließt als die regulären, durch die Anodensegmente sowie durch die Kathodensegmente fließenden Ströme, ist verhältnismäßig einfach durchführbar. Insbesondere erzeugt ein Ausgleichsstrom ein Magnetfeld, welches eine Orientierung aufweist, die von den von den regulären Strömen erzeugten Magnetfeldern abweicht. Somit ist ein Defekt an einer Elektrodeneinheit frühzeitig und zuverlässig zu erkennen.A detection of such a compensation current flowing in a different direction than the regular, flowing through the anode segments and through the cathode segments streams is relatively easy to carry out. In particular, a compensating current generates a magnetic field having an orientation different from that of the differs from regular currents generated magnetic fields. Thus, a defect on an electrode unit can be detected early and reliably.
Die Unterscheidung zwischen einer fehlerhaften Batteriezelle und einer nicht fehlerhaften Batteriezelle kann beispielsweise durch eine Elektronik in oder an der Batteriezelle oder auf einer höheren Integrationsebene, beispielsweise in einer Modulelektronik, erfolgen. Eine Klassifizierung als fehlerhafte Batteriezelle findet beispielsweise statt, wenn eine zeitlich schnelle Veränderung des Ausgleichsstromes und der damit verbundenen Messgrößen erfolgt, oder wenn diese Größen über einen typischen Grenzwert für eine nicht fehlerhafte Batteriezelle ansteigen.The distinction between a faulty battery cell and a non-defective battery cell, for example, by an electronics in or on the battery cell or at a higher level of integration, for example, in a module electronics done. A classification as a faulty battery cell, for example, takes place when a temporally rapid change in the compensation current and the associated measured variables takes place, or if these quantities increase above a typical limit for a non-defective battery cell.
Neben der Zellüberwachung während des Betriebes der Batteriezelle als Energiespeicher in einem Batteriesystem ist auch ein Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Zellfehlerprüfung nach der Fertigung, während Transport oder Lagerung möglich.In addition to the cell monitoring during operation of the battery cell as energy storage in a battery system and a use of the method according to the invention for cell defect testing after manufacture, while transport or storage is possible.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to the drawings and the description below.
Es zeigen:Show it:
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung werden gleiche oder ähnliche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente in Einzelfällen verzichtet wird. Die Figuren stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar. In the following description of the embodiments of the invention, the same or similar elements are denoted by the same reference numerals, wherein a repeated description of these elements is dispensed with in individual cases. The figures illustrate the subject matter of the invention only schematically.
Eine Batteriezelle
Die Batteriezelle
Innerhalb des Zellengehäuses
Die Anode
Der anodische Stromableiter
Die Kathode
Der kathodische Stromableiter
Die Anode
Das Zellengehäuse
Die Anode
Die Kathode
Ferner liegen die mindestens zwei streifenförmigen Anodensegmente
In einer Abwandlung der ersten Ausführungsform der Elektrodeneinheit
Das erste streifenförmige Anodensegment
Die Kathode
Das erste streifenförmige Kathodensegment
Ferner liegen die streifenförmigen Anodensegmente
In einer Abwandlung der zweiten Ausführungsform der Elektrodeneinheit
Im Unterschied zu der in
In einer Abwandlung der dritten Ausführungsform der Elektrodeneinheit
Bei einem Defekt, beispielsweise des ersten Anodensegments
Somit erzeugt der Ausgleichsstrom Ia ein Magnetfeld, welches eine Orientierung aufweist, die von den Magnetfeldern, welche von den regulären, durch die Anodensegmente
Bei einem Defekt, beispielsweise des ersten Kathodensegments
Somit erzeugt der Ausgleichsstrom Ia ein Magnetfeld, welches eine Orientierung aufweist, die von den Magnetfeldern, welche von den regulären, durch die Kathodensegmente
Eine Detektion des Ausgleichsstroms Ia ist durch Detektion des von dem Ausgleichsstrom Ia erzeugten Magnetfelds möglich. In
Die als Elektrodenwickel ausgeführte Elektrodeneinheit
Der nicht dargestellte anodische Stromableiter
Der Sensor
Bei den in
In diesem Fall würde ein durch einen Defekt hervor gerufener Ausgleichsstrom Ia in einer Richtung tangential zu der Wickelachse A fließen und ein entsprechendes Magnetfeld erzeugen. Zur Detektion eines solchen Ausgleichsstroms Ia wäre dann ein Sensor
Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen. The invention is not limited to the embodiments described herein and the aspects highlighted therein. Rather, within the scope given by the claims a variety of modifications are possible, which are within the scope of expert action.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- US 2013/0113495 A1 [0011] US 2013/0113495 A1 [0011]
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---|---|---|---|---|
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Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20060129056A1 (en) | 2004-12-10 | 2006-06-15 | Washington University | Electrocorticography telemitter |
DE102008053009A1 (en) * | 2008-10-23 | 2010-04-29 | Li-Tec Battery Gmbh | Electrodes for a galvanic-based electrical device, such as lithium-ion cells, and methods of making same |
US20110183169A1 (en) | 2010-01-26 | 2011-07-28 | Apple Inc. | Battery with multiple jelly rolls in a single pouch |
US20130113495A1 (en) | 2011-09-28 | 2013-05-09 | Alliance For Sustainable Energy, Llc | Fail-Safe Designs for Large Capacity Battery Systems |
DE102013200714A1 (en) | 2013-01-18 | 2014-07-24 | Robert Bosch Gmbh | Protection mechanism for battery cells |
DE102014220953A1 (en) * | 2014-10-16 | 2016-04-21 | Robert Bosch Gmbh | Electrode for a combination of supercapacitor and battery and process for their preparation |
US11011018B2 (en) | 2010-06-14 | 2021-05-18 | Automated Cashless Systems, Inc. | Electronic transaction systems and methods for gaming or amusement credit purchases |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5848633B2 (en) * | 1975-03-26 | 1983-10-29 | 旭化成株式会社 | Battery voltage monitoring system |
US5736270A (en) * | 1995-06-08 | 1998-04-07 | Sony Corporation | Battery device |
DE112005003605T5 (en) * | 2005-06-14 | 2008-04-30 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha, Toyota | Fuel cell system designed to ensure operational stability |
CN100590927C (en) * | 2006-12-02 | 2010-02-17 | 比亚迪股份有限公司 | Lithium ionic cell and its manufacture method |
KR101264742B1 (en) * | 2011-08-03 | 2013-05-14 | 삼성에스디아이 주식회사 | Apparatus for forming electrode plate |
US9502712B2 (en) * | 2011-08-31 | 2016-11-22 | Nec Energy Devices, Ltd. | Method of manufacturing battery electrode |
CN104766942A (en) * | 2014-01-02 | 2015-07-08 | 威伦斯技术公司 | Method used for constructing electrodes of batteries of battery pack, and electrodes of battery pack batteries |
-
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-
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Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20060129056A1 (en) | 2004-12-10 | 2006-06-15 | Washington University | Electrocorticography telemitter |
DE102008053009A1 (en) * | 2008-10-23 | 2010-04-29 | Li-Tec Battery Gmbh | Electrodes for a galvanic-based electrical device, such as lithium-ion cells, and methods of making same |
US20110183169A1 (en) | 2010-01-26 | 2011-07-28 | Apple Inc. | Battery with multiple jelly rolls in a single pouch |
US11011018B2 (en) | 2010-06-14 | 2021-05-18 | Automated Cashless Systems, Inc. | Electronic transaction systems and methods for gaming or amusement credit purchases |
US20130113495A1 (en) | 2011-09-28 | 2013-05-09 | Alliance For Sustainable Energy, Llc | Fail-Safe Designs for Large Capacity Battery Systems |
DE102013200714A1 (en) | 2013-01-18 | 2014-07-24 | Robert Bosch Gmbh | Protection mechanism for battery cells |
DE102014220953A1 (en) * | 2014-10-16 | 2016-04-21 | Robert Bosch Gmbh | Electrode for a combination of supercapacitor and battery and process for their preparation |
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