DE102016221445A1 - Batteriezelle mit einer Schalteinrichtung - Google Patents

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Abstract

Batteriezelle (10) für eine Hochvoltbatterie, wobei die Batteriezelle (10)einen ersten elektrischen Anschluss (11),einen zweiten elektrischen Anschluss (12) undeine erste Elektrode (13)aufweist;dadurch gekennzeichnet, dassdie Batteriezelle (10) eine Schalteinrichtung (20) aufweist,wobei in einem ersten Zustand der Schalteinrichtung (20) die erste Elektrode (13) durch die Schalteinrichtung (20) elektrisch mit dem ersten elektrischen Anschluss (11) verbunden ist, und wobei in einem zweiten Zustand der Schalteinrichtung (20) der erste elektrische Anschluss (11) durch die Schalteinrichtung (20) elektrisch mit dem zweiten elektrischen Anschluss (12) verbunden und von der ersten Elektrode (13) getrennt ist. ()

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Batteriezelle mit einer Schalteinrichtung für eine Hochvoltbatterie gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, eine Hochvoltbatterie gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 13 und ein Elektrofahrzeug oder Hybridfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 14.
  • Ein Elektrofahrzeug oder ein Hybridfahrzeug weist eine Hochvoltbatterie (z.B. Lithium-Ionen-Batterie) auf, die jeweils mehrere in Reihe und/oder parallel geschaltete Batteriezellen bzw. aufladbaren Akkuzellen umfasst. Die Batteriezellen müssen einer Reihe von Sicherheitsanforderungen gerecht werden. Hierzu zählt ein eventuelles Überladungen. Um die Folgen einer Überladung der Batteriezellen einer Hochvoltbatterie abzuschwächen, werden in den Batteriezellen Mechanismen vorgesehen, die den Stromfluss in die Batteriezellen unterbrechen, wenn der Batteriezelleninnendruck bzw. der batteriezelleninterne Druck einen vorgegebenen Druck übersteigt. Übermäßiger Gasdruck der Batteriezelleinneren entsteht nicht nur bei Überladungen, sondern auch durch eine abnormale Belastung (z.B. thermische Belastung). Üblicherweise werden hierzu in den Batteriezellen Stromunterbrechungsvorrichtungen („Current Interruptive Device“) verbaut. Jedoch ist eine solche Verschaltung für die Serienschaltung der Batteriezelle nicht geeignet.
  • Aus dem Stand der Technik ist eine Überladesicherheitsvorrichtung („Overcharge Safety Device“) bekannt. Beispielsweise ist eine Batteriezelle mit zwei Batteriezellelektroden und einem Kurzschlussmittel aus dem Dokument DE 10 2011 002 659 A1 bekannt. Die Batteriezelle umfasst zwei elektrische Anschlüsse bzw. Batteriezellterminals, die aus dem Batteriezelldeckel des Batteriezellgehäuses derartig herausragen, dass sie außerhalb der Batteriezelle elektrisch kontaktierbar sind. Die Batteriezelle umfasst eine Übeladesicherheitsvorrichtung, die eine Membran aufweist, welche im Normalbetrieb der Batteriezelle bezüglich des Batteriezellgehäuses nach innen gewölbt ist. Die Membran ist leitend mit dem positiven Batteriezellterminal (Pluspol der Batteriezelle) verbunden. Wenn der Druck im Inneren der Batteriezelle angestiegen wird, wird die Membran nach außen gedrückt und kommt in leitenden Kontakt mit einer an dem negativen Batteriezellterminal (Minuspol der Batteriezelle) angebrachten Brücke. Da infolge eines aufgrund des Überladens angestiegenen Batteriezellinnendruckes die nach außen bezüglich des Batteriezellgehäuses gewölbte Membran in leitendem Kontakt mit dem negativen Batteriezellterminal steht, ist das negative Batteriezellterminal durch die nach außen gewölbte Membran mit dem positiven Batteriezellterminal verbunden. Dadurch sind die zwei Elektroden jeweils mit einem von außen bezüglich der Batteriezelle elektrisch kontaktierbaren Batteriezellterminal elektrisch verbunden. Der zwischen den zwei Batteriezellterminals fließende Strom kann dann über den Kurzschlussstrompfad fließen.
  • Jedoch kann der dabei entstehende und aus dem Zellinneren bzw. dem elektrochemischen Teil („Jelly Roll“) der Batteriezelle durch das Batteriezellgehäuse über die Membran fließende Kurzschlussstrom die Membran zerstören. Um dies zu verhindern, ist in der Verbindung des Zellinneren der Batteriezelle zum positiven Batteriezellterminal bzw. zum Batteriezellgehäuse eine Schmelzsicherung verbaut, die diesen Kurzschlussstrom unterbricht, bevor die Membran zerstört wird. Jedoch weist eine Schmelzsicherung über die Lebensdauer ein deutliches Alterungsproblem auf. Es besteht die Gefahr, dass die Schmelzsicherung vor der Überladung der Batteriezelle aktiviert (geschmolzen) wird. Außerdem ist die technische Umsetzung der Schmelzsicherung in der Batteriezelle aufwendig und kompliziert.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine sichere und kostengünstig implementierbare Batteriezelle mit Überladesicherheitsvorrichtung zu schaffen. Aufgabe der Erfindung ist es ferner, eine Hochvoltbatterie und ein Fahrzeug mit einer solchen Hochvoltbatterie zu schaffen.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 bzw. 13 bzw. 14 gelöst.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen, wobei auch Kombinationen der einzelnen Anspruchsmerkmale untereinander möglich sind.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Erfindungsgemäß weist die Batteriezelle einen ersten elektrischen Anschluss, einen zweiten elektrischen Anschluss, eine erste Elektrode und eine Schalteinrichtung auf. In einem ersten Zustand der Schalteinrichtung ist die erste Elektrode durch die Schalteinrichtung elektrisch mit dem ersten elektrischen Anschluss verbunden. In einem zweiten Zustand der Schalteinrichtung ist der erste elektrische Anschluss durch die Schalteinrichtung elektrisch mit dem zweiten elektrischen Anschluss verbunden und von der ersten Elektrode getrennt.
  • Im normalen Betriebszustand der Batteriezelle ist die erste Elektrode durch die Schalteinrichtung elektrisch mit dem ersten elektrischen Anschluss verbunden, so dass die Batteriezelle mit dem Hochvolt-Netz verbunden ist und der Systemstrom über die Batteriezelle fließen kann. Wenn der Batteriezellinnendruck aufgrund des Überladens der Batteriezelle wächst, wird die Schalteinrichtung aktiviert, d.h. die Schalteinrichtung wechselt in den zweiten Zustand der Schalteinrichtung. Im zweiten Zustand der Schalteinrichtung ist der erste elektrische Anschluss durch die Schalteinrichtung von der ersten Elektrode getrennt, so dass der Stromfluss von bzw. in die Batteriezelle unterbrochen ist. Des Weiteren ist der erste elektrische Anschluss durch die Schalteinrichtung elektrisch mit dem zweiten elektrischen Anschluss verbunden, um einen Kurzschlussstrompfad herzustellen. Daher kann der zwischen den zwei Batteriezellterminals fließende Strom mittels des Kurzschlussstrompfades geleitet werden.
  • Ein Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, dass eine Schmelzsicherung, die dazu dient, den aus dem Zellinneren („Jelly Roll“) der Batteriezelle durch das Batteriezellgehäuse fließenden Kurzschlussstrom zu unterbrechen, nicht mehr notwendig ist, weil durch Schalteinrichtung ein Kurzschlussstrompfad zwischen den zwei Batteriezellterminals gebildet ist.
  • Die erfindungsgemäße Batteriezelle mit der Schalteinrichtung ist sicher, weil die Schalteinrichtung kein oder ein nur sehr geringfügiges Alterungsproblem im Vergleich zu der Schmelzsicherung aufweist. Außerdem ist die technische Implementierung der erfindungsgemäßen Batteriezelle kostengünstig.
  • Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist die Batteriezelle ein Gehäuse und ein sich innerhalb des Gehäuses befindendes Zellinneres auf.
  • Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist die erste Elektrode mit dem Zellinneren elektrisch verbunden.
  • Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist die Batteriezelle eine zweite Elektrode auf, welche zumindest im ersten Zustand der Schalteinrichtung das Zellinnere mit dem zweiten elektrischen Anschluss elektrisch verbindet.
  • Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird die Schalteinrichtung bei einem Anstieg eines Batteriezellinnendruckes aktiviert. „Aktivieren“ bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Schalteinrichtung vom ersten Zustand in den zweiten Zustand der Schalteinrichtung wechselt.
  • Wenn der Batteriezellinnendruck aufgrund des Überladens der Batteriezelle wächst, wird die Schalteinrichtung aktiviert, d.h. die Schalteinrichtung wechselt zum zweiten Zustand. Im zweiten Zustand der Schalteinrichtung ist der erste elektrische Anschluss durch die Schalteinrichtung von der ersten Elektrode getrennt, so dass der Stromfluss in die bzw. aus der Batteriezelle unterbrochen ist. Eine überladene Batteriezelle kann daher vom Hochvoltnetz des Elektro- oder Hybridfahrzeugs getrennt werden. Ferner ist der erste elektrische Anschluss der Batteriezelle im zweiten Zustand der Schalteinrichtung durch die Schalteinrichtung elektrisch mit dem zweiten elektrischen Anschluss verbunden, so dass der Systemstrom des Hochvoltbatteriesystems über den Kurzschlussstrompfad zwischen dem ersten und zweiten elektrischen Anschluss fließen kann.
  • Vorzugsweise wird die Schalteinrichtung bei Vorliegen eines Batteriezelleninnendrucks, der eine vorgegebene Batteriezelleninnendruckgrenze überschreitet, aktiviert, was bedeutet, dass die Schalteinrichtung vom ersten Zustand in den zweiten Zustand wechselt.
  • Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist die Schalteinrichtung ein stromleitendes Teil auf, das eine Solltrennstelle aufweist, wobei im ersten Zustand der Schalteinrichtung die erste Elektrode und der erste elektrische Anschluss durch die Solltrennstelle elektrisch miteinander verbunden sind.
  • Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist die Schalteinrichtung eine Trennvorrichtung auf, welche die Solltrennstelle unterbricht, sobald die Schalteinrichtung aktiviert wird.
  • Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist die Schalteinrichtung ein Kontaktierungsteil auf, das zumindest im zweiten Zustand der Schalteinrichtung elektrisch mit dem zweiten elektrischen Anschluss verbunden ist.
  • Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist die Trennvorrichtung eine Membran auf, die bei Aktivierung der Schalteinrichtung den Zustand der Schalteinrichtung wechseln kann.
  • Nach einer Weiterbildung der Erfindung drückt die Membran gegen das stromleitende Teil, um die Solltrennstelle zu trennen, sobald die Schalteinrichtung aktiviert wird, wobei nach dem Trennen der Solltrennstelle die Membran das stromleitende Teil weiter zur Kontaktierungsteil drückt und im zweiten Zustand der Schalteinrichtung der erste elektrische Anschluss durch das stromleitende Teil elektrisch mit dem Kontaktierungsteil verbunden ist.
  • Wenn der Batteriezellinnendruck eine vorgegebene Batteriezelleninnendruckgrenze überschreitet, wird die Membran nach außen gedrückt und nach außen gewölbt. Die Membran drückt gegen die Solltrennstelle und unterbricht die Solltrennstelle. Nach dem Trennen der Solltrennstelle drückt die Membran das stromleitende Teil weiter zum Kontaktierungsteil, so dass der Kontaktierungsteil in leitendem Kontakt mit dem zweiten elektrischen Anschluss steht. Daher ist eine neue Verbindung zwischen den zwei Batterieterminals durch die Membran hergestellt.
  • Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist die Schalteinrichtung mittels eines stromisolierenden Teils im Gehäuse befestigt.
  • Die vorliegende Erfindung schlägt ferner eine Hochvoltbatterie mit wenigstens einer obengenannten Batteriezelle vor.
  • Die vorliegende Erfindung schlägt ferner ein Elektrofahrzeug oder ein Hybridfahrzeug mit wenigstens einer obengenannten Hochvoltbatterie vor.
  • Wenn der Batteriezellinnendruck aufgrund des Überladens der Batteriezelle wächst, wird die Schalteinrichtung aktiviert und wechselt die Schalteinrichtung zum zweiten Zustand der Schalteinrichtung. Im zweiten Zustand ist die Verbindung zwischen den zwei Batterieterminals durch die Schalteinrichtung der erfindungsgemäßen Batteriezelle anstelle einer Schmelzsicherung unterbrochen. Ein Kurzschlussstrompfad zwischen den zwei Batteriezellterminals kann durch die Schalteinrichtung der erfindungsgemäßen Batteriezelle gebildet werden, so dass der Systemstrom weiter über den Kurzschlussstrompfad fließen kann. Vorteilhaft wird eine Schmelzsicherung bei der erfindungsgemäßen Batteriezelle nicht mehr benötigt. Daher sind die Herstellungskosten der erfindungsgemäßen Batteriezelle reduziert.
  • Des Weiteren sind die Sicherheit und die Zuverlässigkeit der erfindungsgemäßen Batteriezelle erhöht, weil im Vergleich mit der Schmelzsicherung die Schalteinrichtung der erfindungsgemäßen Batteriezelle kein oder nur ein geringes Alterungsproblem aufweist.
  • Im Folgenden wird die Erfindung im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
    • 1 eine Schnittansicht der Batteriezelle mit der Schalteinrichtung Normalbetriebszustand gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
    • 2 die Schnittansicht der Schalteinrichtung der Batteriezelle der 1;
    • 3 eine Schnittansicht der Batteriezelle der 1 nach Aktivierung der Schalteinrichtung;
    • 4 die Schnittansicht der Schalteinrichtung der Batteriezelle der 3;
    • 5 eine schematische Darstellung der Batteriezelle im normalen Betriebszustand; und
    • 6 eine schematische Darstellung der Batteriezelle nach der Aktivierung der Schalteinrichtung.
  • Die nachfolgend erläuterten Ausführungsbeispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar.
  • 1 zeigt eine Batteriezelle 10 mit einer Schalteinrichtung 20. Die Batteriezelle 10 weist einen ersten elektrischen Anschluss 11, einen zweiten elektrischen Anschluss 12, ein Gehäuse 16 und ein sich innerhalb des Gehäuses 16 befindendes Zellinneres 17 auf. Der erste elektrische Anschluss 11, und der zweite elektrische Anschluss 12 dienen dazu, die Batteriezelle 10 mit dem Hochvoltnetz des Fahrzeugs (nicht gezeigt) elektrisch zu verbinden. Die erste Elektrode 13 verbindet das Zellinnere mit der Schalteinrichtung 20 elektrisch. Die Batteriezelle 10 weist eine zweite Elektrode 14 auf, welche das Zellinnere 17 mit dem zweiten elektrischen Anschluss 12 elektrisch verbindet.
  • 2 zeigt eine detaillierte Schnittansicht der Schalteinrichtung 20 im normalen Betriebszustand der Batteriezelle 10. Die Schalteinrichtung 20 weist ein stromleitendes Teil 23 auf, das elektrisch mit dem ersten elektrischen Anschluss 11 verbunden ist. Das stromleitende Teil 23 weist eine Solltrennstelle 25 auf, durch die die erste Elektrode 13 und der erste elektrische Anschluss 11 elektrisch miteinander verbunden sind.
  • Die Schalteinrichtung 20 weist eine Trennvorrichtung 21 zur Unterbrechung der Solltrennstelle 25 auf, sobald die Schalteinrichtung 20 aktiviert wird. Die Schalteinrichtung 20 kann z.B. bei einem Anstieg eines Batteriezellinnendruckes wegen eines Überladens der Batteriezelle 10 aktiviert werden, vom normalen Betriebszustand zum Notfallzustand zu wechseln. Die Trennvorrichtung 21 weist eine Membran 22 auf, die dazu dient, das stromleitende Teil 23 zu drücken, um die Solltrennstelle 25 zu unterbrechen, sobald die Schalteinrichtung 20 aktiviert wird. Die Schalteinrichtung 20 mit der Trennvorrichtung 21 bzw. der Membran 22 ist durch ein stromisolierendes Teil 31 im Gehäuse 16 angeordnet. Ferner weist die Schalteinrichtung 20 ein Kontaktierungsteil 26 auf, das elektrisch mit dem zweiten elektrischen Anschluss 12 (in 1 und 3 gezeigt) verbunden ist.
  • Im normalen Betriebszustand ist die erste Elektrode 13 durch die Schalteinrichtung 20 bzw. die Solltrennstelle 25 der Schalteinrichtung 20 mit dem ersten elektrischen Anschluss 11 elektrisch verbunden. Damit ist die Batteriezelle 10 am Hochvoltnetz angelegt. In einem Hochvoltspeicher sind üblicherweise mehrere Batteriezellen zusammen mit der Batteriezelle 10 in Serien geschaltet. Wie in 5 dargestellt, kann der Systemstrom des Hochvoltspeichers im normalen Betriebszustand der Batteriezelle 10 über die Batteriezelle 10 fließen.
  • 3 zeigt eine Batteriezelle 10 nach Aktivierung der Schalteinrichtung 20. 4 zeigt eine detaillierte Schnittansicht der Schalteinrichtung 20 nach Aktivierung. Der Batteriezellinnendruck wächst aufgrund des Überladens der Batteriezelle auf. Die Schalteinrichtung 20 wird bei einem Anstieg eines Batteriezellinnendruckes aktiviert, um zu einem Notfallzustand zu wechseln. Konkret gesagt, wird die Membran nach außen gedrückt und kommt in leitenden Kontakt mit dem stromleitenden Teil 23, wenn der Druck im Inneren der Batteriezelle angestiegen wird.
  • Die Membran 22 drückt das stromleitende Teil 23 aufgrund des Anstiegs des Batteriezellinnendruckes, um die Solltrennstelle 25 zu trennen und zu unterbrechen. Da die Solltrennstelle 25 bzw. das stromleitende Teil 23 aus dünnem Metallblech z.B. Aluminium oder Kupfer gebildet ist, kann die Solltrennstelle 25 aufgrund des Drucks der Membran 22 getrennt werden. Wegen des Trennens der Solltrennstelle 25 kann der erste elektrische Anschluss 11 von der ersten Elektrode 13 getrennt werden. Nach dem Trennen der Solltrennstelle 25 drückt die Membran 22 das stromleitende Teil 23 weiter zum Kontaktierungsteil 26. Dadurch steht das stromleitende Teil 23, der immer noch mit dem ersten elektrischen Anschluss 11 elektrisch verbunden ist, in leitendem Kontakt mit dem Kontaktierungsteil 26. Das Kontaktierungsteil 26 ist zumindest im Zustand nach Aktivierung der Schalteinrichtung 20 elektrisch mit dem zweiten elektrischen Anschluss 12 verbunden. Wie in 1 und 3 gezeigt, ist das Kontaktierungsteil 26 durch eine im Gehäuse 16 bzw. Decker des Gehäuses 16 integrierte Leitung mit dem zweiten elektrischen Anschluss 12 verbunden. Daher ist der erste elektrische Anschluss 11 durch die Schalteinrichtung 20 bzw. das stromleitende Teil 23 und das Kontaktierungsteil 26 elektrisch mit dem zweiten elektrischen Anschluss 12 verbunden.
  • Vorzugsweise kann die Schalteinrichtung 20 bzw. die Membran 22 bei Vorliegen eines eine vorbestimmte Batteriezellinnendruckgrenze überschreitenden Batteriezellinnendruckes aktiviert werden.
  • Wie in 6 schematisch dargestellt, fließt der Systemstrom des Hochvoltspeichers nach Aktivierung der Schalteinrichtung 20 nicht über die Batteriezelle 10 sondern über einen Kurzschlussstrompfad, der durch die ersten und zweiten elektrischen Anschlüsse der Batteriezelle 10, die Schalteinrichtung 20 und das Kontaktierungsteil 26 gebildet ist.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102011002659 A1 [0003]

Claims (14)

  1. Batteriezelle (10) für eine Hochvoltbatterie, wobei die Batteriezelle (10) - einen ersten elektrischen Anschluss (11), - einen zweiten elektrischen Anschluss (12) und - eine erste Elektrode (13) aufweist; dadurch gekennzeichnet, dass - die Batteriezelle (10) eine Schalteinrichtung (20) aufweist, - wobei in einem ersten Zustand der Schalteinrichtung (20) die erste Elektrode (13) durch die Schalteinrichtung (20) elektrisch mit dem ersten elektrischen Anschluss (11) verbunden ist, und - wobei in einem zweiten Zustand der Schalteinrichtung (20) der erste elektrische Anschluss (11) durch die Schalteinrichtung (20) elektrisch mit dem zweiten elektrischen Anschluss (12) verbunden und von der ersten Elektrode (13) getrennt ist.
  2. Batteriezelle (10) gemäß Anspruch 1, wobei die Batteriezelle (10) ein Gehäuse (16) und ein sich innerhalb des Gehäuses (16) befindendes Zellinneres (17) aufweist.
  3. Batteriezelle (10) gemäß Anspruch 2, wobei die erste Elektrode (13) mit dem Zellinneren (17) elektrisch verbunden ist.
  4. Batteriezelle (10) gemäß einem der Ansprüche 2-3, wobei die Batteriezelle (10) eine zweite Elektrode (14) aufweist, welche zumindest im ersten Zustand der Schalteinrichtung (20) das Zellinnere (17) mit dem zweiten elektrischen Anschluss (12) elektrisch verbindet.
  5. Batteriezelle (10) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei bei einem Anstieg eines Batteriezellinnendruckes die Schalteinrichtung (20) aktiviert wird, derart, dass die Schalteinrichtung (20) vom ersten Zustand der Schalteinrichtung (20) in den zweiten Zustand der Schalteinrichtung (20) wechselt.
  6. Batteriezelle (10) gemäß einem der Ansprüche 1-4, wobei beim Vorliegen eines eine vorbestimmte Batteriezellinnendruckgrenze überschreitenden Batteriezellinnendruckes die Schalteinrichtung (20) aktiviert wird, derart, dass die Schalteinrichtung (20) vom ersten Zustand der Schalteinrichtung (20) in den zweiten Zustand der Schalteinrichtung (20) wechselt.
  7. Batteriezelle (10) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Schalteinrichtung (20) ein stromleitendes Teil (23) aufweist, das eine Solltrennstelle (25) aufweist, und wobei im ersten Zustand der Schalteinrichtung (20) die erste Elektrode (13) und der erste elektrische Anschluss (11) durch die Solltrennstelle (25) elektrisch miteinander verbunden sind.
  8. Batteriezelle (10) gemäß Anspruch 7, wobei die Schalteinrichtung (20) eine Trennvorrichtung (21) aufweist, die die Solltrennstelle (25) unterbricht, sobald die Schalteinrichtung (20) aktiviert wird.
  9. Batteriezelle (10) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Schalteinrichtung (20) ein Kontaktierungsteil (26) aufweist, das zumindest im zweiten Zustand der Schalteinrichtung (20) elektrisch mit dem zweiten elektrischen Anschluss (12) verbunden ist.
  10. Batteriezelle (10) gemäß Anspruch 9, wobei die Trennvorrichtung (21) eine Membran (22) aufweist.
  11. Batteriezelle (10) gemäß Anspruch 10, - wobei die Membran (22) gegen das stromleitende Teil (23) drückt, um die Solltrennstelle (25) zu trennen, sobald die Schalteinrichtung (20) aktiviert wird, und - wobei nach dem Trennen der Solltrennstelle (25) die Membran (22) das stromleitende Teil (23) weiter zum Kontaktierungsteil (26) drückt und im zweiten Zustand der Schalteinrichtung (20) der erste elektrische Anschluss (11) durch das stromleitende Teil (23) elektrisch mit dem Kontaktierungsteil (26) verbunden ist.
  12. Batteriezelle (10) gemäß einem der Ansprüche 2-11, wobei die Schalteinrichtung (20) mittels eines stromisolierenden Teils (31) im Gehäuse (16) befestigt ist.
  13. Hochvoltbatterie mit wenigstens einer Batteriezelle (10) gemäß einem der Ansprüche 1-12.
  14. Elektrofahrzeug oder Hybridfahrzeug mit wenigstens einer Hochvoltbatterie gemäß Anspruch 13.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US11545728B2 (en) 2020-11-04 2023-01-03 Ford Global Technologies, Llc Battery control system for a hybrid or electric vehicle

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011002659A1 (de) 2011-01-13 2012-07-19 Sb Limotive Company Ltd. Batteriezelle mit Mittel zur Ausbildung eines Kurzschlusses umfassend ein Kaltleiterelement
WO2013174590A1 (de) * 2012-05-21 2013-11-28 Robert Bosch Gmbh Vorrichtung und verfahren zum abkoppeln und/oder überbrücken von anschlüssen für eine batteriezelle
DE102013018397A1 (de) * 2013-11-02 2015-05-07 Daimler Ag Batterie mit einer Vielzahl von Batterieeinzelzellen

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011002659A1 (de) 2011-01-13 2012-07-19 Sb Limotive Company Ltd. Batteriezelle mit Mittel zur Ausbildung eines Kurzschlusses umfassend ein Kaltleiterelement
WO2013174590A1 (de) * 2012-05-21 2013-11-28 Robert Bosch Gmbh Vorrichtung und verfahren zum abkoppeln und/oder überbrücken von anschlüssen für eine batteriezelle
DE102013018397A1 (de) * 2013-11-02 2015-05-07 Daimler Ag Batterie mit einer Vielzahl von Batterieeinzelzellen

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11545728B2 (en) 2020-11-04 2023-01-03 Ford Global Technologies, Llc Battery control system for a hybrid or electric vehicle

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