DE102017209945A1 - Batteriezelle - Google Patents

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DE102017209945A1
DE102017209945A1 DE102017209945.3A DE102017209945A DE102017209945A1 DE 102017209945 A1 DE102017209945 A1 DE 102017209945A1 DE 102017209945 A DE102017209945 A DE 102017209945A DE 102017209945 A1 DE102017209945 A1 DE 102017209945A1
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semiconductor switch
battery cell
reactive film
contact tongue
discharge device
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Eduard Reimer
Thomas Dittert
Matthias Oechsle
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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    • H01M50/50Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/572Means for preventing undesired use or discharge
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Batteriezelle (2), die ein negatives Terminal (15), ein positives Terminal (16), eine in einem Zellgehäuse angeordnete Elektrodeneinheit, welche eine mit dem negativen Terminal (15) verbundene Anode und eine mit dem positiven Terminal (16) verbundene Kathode aufweist, und eine Schnellentladevorrichtung (20) umfasst.
Dabei weist die Schnellentladevorrichtung (20) eine Auslöseeinheit (40) auf, die ein Stanzgitter (45) und mindestens einen mit dem Stanzgitter (45) verbundenen Halbleiterschalter (41, 42) umfasst, wobei das Stanzgitter (45) eine erste Kontaktzunge (21), die mit einem ersten der Terminals (15, 16) verbunden ist, und eine zweite Kontaktzunge (22) aufweist. Ferner weist die Schnellentladevorrichtung (20) eine auf ein zweites der Terminals (15, 16) aufgebrachte reaktive Folie (35) auf, wobei die zweite Kontaktzunge (22) auf der reaktiven Folie (35) aufliegt.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Batteriezelle, die ein negatives Terminal, ein positives Terminal, eine in einem Zellgehäuse angeordnete Elektrodeneinheit, welche eine mit dem negativen Terminal verbundene Anode und eine mit dem positiven Terminal verbundene Kathode aufweist, und eine Schnellentladevorrichtung umfasst.
  • Stand der Technik
  • 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. In einem Akkumulator finden insbesondere sogenannte Lithium-Ionen-Batteriezellen Verwendung. Diese zeichnen sich unter anderem durch hohe Energiedichten, thermische Stabilität und eine äußerst geringe Selbstentladung aus.
  • 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 beiden Elektroden der Elektrodeneinheit sind elektrisch mit Polen der Batteriezelle verbunden, welche auch als Terminals bezeichnet werden. Über die Terminals kann eine von der Batteriezelle zur Verfügung gestellte Spannung abgegriffen werden. Ferner kann die Batteriezelle über die Terminals auch geladen werden.
  • Im Falle eines Fehlers in der Batteriezelle, beispielsweise eines internen Kurzschlusses zwischen der Anode und der Kathode, kann es erforderlich sein, die Batteriezelle zu entladen um kritische Zustände, welche zu einer Überhitzung und Explosion der Batteriezelle führen könnten, zu vermeiden. Hierzu sind Schnellentladevorrichtungen bekannt. Eine solche Schnellentladevorrichtung ist ein Überbrückungselement, welches mit den Terminals der Batteriezelle verbunden ist. Im normalen Betrieb ist die Schnellentladevorrichtung offen und isoliert die Terminals der Batteriezelle elektrisch voneinander. Im Falle eines Fehlers wird die Schnellentladevorrichtung aktiviert und verbindet dann die Terminals der Batteriezelle elektrisch miteinander. Daraufhin fließt ein Entladestrom durch die Schnellentladevorrichtung und die Batteriezelle wird entladen.
  • Das Dokument DE 10 2012 005 979 B4 offenbart ein elektrisches Überbrückungselement zur Überbrückung einer Batteriezelle eines elektrischen Energiespeichers. Das Überbrückungselement umfasst dabei zwei elektrische Stromleitschienen und eine dazwischen angeordnete Schichtfolge. Die Schichtfolge weist zwei Lotschichten auf, die an je eine der Stromleitschienen angrenzen, zwei Isolationsschichten, die zwischen den Lotschichten angeordnet sind, und einen reaktiven Schichtstapel, der zwischen den Isolationsschichten angeordnet ist. Wenn der reaktive Schichtstapel aktiviert wird, so findet eine exotherme Reaktion statt und die Isolationsschichten werden zersetzt. Dadurch gelangen die elektrisch leitfähigen Lotschichten in Kontakt miteinander und somit werden die Stromleitschienen elektrisch miteinander verbunden.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Es wird eine Batteriezelle vorgeschlagen. Die Batteriezelle umfasst ein negatives Terminal, ein positives Terminal, eine in einem Zellgehäuse angeordnete Elektrodeneinheit und eine Schnellentladevorrichtung. Die Elektrodeneinheit weist eine mit dem negativen Terminal verbundene Anode und eine mit dem positiven Terminal verbundene Kathode auf. Die Elektrodeneinheit liefert eine Spannung, die an den Terminals anliegt.
  • Erfindungsgemäß weist die Schnellentladevorrichtung eine Auslöseeinheit auf, die ein Stanzgitter und mindestens einen mit dem Stanzgitter verbundenen Halbleiterschalter umfasst. Dabei weist das Stanzgitter eine erste Kontaktzunge, die mit einem ersten der Terminals verbunden ist, und eine zweite Kontaktzunge auf. Die Schnellentladevorrichtung weist eine auf ein zweites der Terminals aufgebrachte reaktive Folie auf, wobei die zweite Kontaktzunge auf der reaktiven Folie aufliegt.
  • Die reaktive Folie ist insbesondere eine Nanofolie, welche auch als NanoFoil bezeichnet wird, und die bei Erwärmung auslöst und dabei eine exotherme Reaktion durchführt.
  • Ein Stanzgitter, welches auch als „Leadframe“ bezeichnet wird, ist eine aus Blech, insbesondere aus Kupferblech, erzeugte Leiterstruktur ähnlich der Leiterstruktur auf einer Leiterplatte. Zur Herstellung eines Stanzgitters läuft ein Endlos-Blechband durch ein Folgeverbundwerkzeug und die Leiterstruktur wird in mehreren Schritten ausgestanzt. Zur verbesserten Handhabbarkeit sind die Leiterbahnen zunächst noch mit Stegen verbunden. Das Bauteil sieht dadurch wie ein Gitter aus. Das Gitter wird anschließend mit elektronischen Komponenten verbunden und mit Kunststoff umspritzt. Die Leiterstruktur wird durch die Kunststoffumspritzung in Position gehalten und die Verbindungsstege werden nicht mehr benötigt. Die Verbindungsstege werden nach dem Umspritzen entfernt.
  • Die reaktive Folie ist somit zwischen dem zweiten der Terminals und der zweiten Kontaktzunge angeordnet. Wenn die erste Kontaktzunge mit dem negativen Terminal verbunden ist, so liegt die reaktive Folie auf dem positiven Terminal auf. Wenn die erste Kontaktzunge mit dem positiven Terminal verbunden ist, so liegt die reaktive Folie auf dem negativen Terminal auf. In einem passiven Zustand ist die Schnellentladevorrichtung ausgeschaltet und die beiden Terminals sind durch die Auslöseeinheit voneinander elektrisch isoliert.
  • Vorteilhaft ist der mindestens eine Halbleiterschalter dabei derart ansteuerbar, dass ein von der Elektrodeneinheit gelieferter Strom durch die zwischen dem zweiten der Terminals und der zweiten Kontaktzunge angeordnete reaktive Folie fließt. Die reaktive Folie ist dabei derart ausgestaltet, dass die reaktive Folie infolge des fließenden Stroms auslöst.
  • Auf der reaktiven Folie ist beispielsweise eine Isolationsschicht angeordnet, und auf der Isolationsschicht ist ein elektrisch leitfähiges Lotmaterial vorgesehen. Ein Teil des ersten Terminals, beispielsweise ein Arm, liegt an dem Lotmaterial an. Die Isolationsschicht ist ein druckstabiler Isolator, beispielsweise mit einer Dicke von mindestens 80µm. Die Erwärmung durch den fließenden Strom aktiviert die reaktive Folie, welche daraufhin auslöst. Die exotherme Reaktion der reaktiven Folie führt zum Überbrücken der Isolationsschicht. Die Isolationsschicht kann dabei zumindest teilweise zersetzt werden. Die exotherme Reaktion der reaktiven Folie führt zu einem Aufschmelzen des Lotmaterials, welches dann einen Kurzschluss zwischen den beiden Terminals erzeugt.
  • Die Batteriezelle ist derart ausgebildet, dass eine elektrische Verbindung zwischen den beiden Terminals entsteht, wenn die reaktive Folie zersetzt ist. Wenn die reaktive Folie zersetzt ist befindet sich die Schnellentladevorrichtung in einem aktiven Zustand und bildet somit einen Kurzschluss zwischen den Terminals der Batteriezelle. Daraufhin fließt ein Entladestrom durch die Schnellentladevorrichtung und die Batteriezelle wird entladen.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die zweite Kontaktzunge federnd ausgebildet und drückt auf die reaktive Folie. Die reaktive Folie ist somit zwischen der zweiten Kontaktzunge und dem zweiten Terminal eingespannt.
  • Das Stanzgitter ist beispielsweise aus einer Kupfer-Beryllium-Legierung gefertigt. In diesem Fall hat die zweite Kontaktzunge eine verhältnismäßig hohe Federwirkung. Auch kann das Stanzgitter beispielsweise einen Kupferteil und einen Aluminiumteil umfassen, welche durch Walzplattieren verbunden sind. In diesem Fall kann die erste Kontaktzunge sortenrein an ein Terminal geschweißt werden, welches aus Aluminium gefertigt ist.
  • Vorzugsweise weist die zweite Kontaktzunge eine Spitze auf, welche auf der reaktiven Folie aufliegt. Der Strom fließt somit durch den verhältnismäßig engen Querschnitt an der Spitze der zweiten Kontaktzunge. Dies führt zu einer lokalen Erwärmung und Aktivierung der reaktiven Folie.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Auslöseeinheit mindestens einen ersten Halbleiterschalter und einen zweiten Halbleiterschalter auf. Der erste Halbleiterschalter und der zweite Halbleiterschalter sind dabei vorzugsweise elektrisch seriell verschaltet. Zur Aktivierung der Schnellentladevorrichtung müssen somit der erste Halbleiterschalter und der zweite Halbleiterschalter gleichzeitig angesteuert werden. Dadurch sind Fehlauslösungen verhinderbar und die Funktionssicherheit der Schnellentladevorrichtung ist erhöht.
  • Bevorzugt sind der erste Halbleiterschalter und der zweite Halbleiterschalter mit dem Stanzgitter verbunden. Dabei ist beispielsweise der erste Halbleiterschalter mit der ersten Kontaktzunge verbunden, und der zweite Halbleiterschalter ist mit der zweiten Kontaktzunge verbunden.
  • Vorteilhaft sind der erste Halbleiterschalter und/oder der zweite Halbleiterschalter als MOSFET, also als Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistor, ausgestaltet. Die Halbleiterschalter sind somit mit einer verhältnismäßig geringen Leistung ansteuerbar. Auch andere Arten von Halbleiterschalter, die eine niederohmige Verbindung erzeugen können, sind einsetzbar. Beispielsweise sind auch Bipolartransistoren sowie NMOS-Halbleiterschalter anwendbar. Der erste Halbleiterschalter und der zweite Halbleiterschalter sind bevorzugt als „normally-off“ Typ, also selbstsperrend, ausgelegt.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind der erste Halbleiterschalter und/oder der zweite Halbleiterschalter als Bare-Die ausgestaltet und mittels Bonden oder Flip-Chip-Montage mit dem Stanzgitter verbunden.
  • Ein Bare-Die ist ein Stück eines Halbleiter-Wafers, insbesondere ein Stück Silizium mit einer Schaltung und Leiterbahnen. Bei elektronischen Bauteilen ist der Bare-Die oft in einem Gehäuse verbaut, das wiederum über elektrische Anschlüsse verfügt, um auf eine Leiterplatte aufgelötet zu werden. Halbleiter können aber auch als Bare-Die ohne Gehäuse auf der Leiterplatte montiert werden. Dabei können die elektrischen Anschlüsse des Bare-Dies von der Leiterplatte weg zeigen und per Bonddraht verbunden werden. Man kann den Bare-Die auch derart anordnen, dass seine Oberfläche mit den elektrischen Kontakten zu der Leiterplatte hin zeigt. Dann kann die elektrische Verbindung statt mit Bonden auch beispielsweise per Löten, Leitfähigem Kleben oder Pressschweißen erzeugt werden. Eine solche Art der Befestigung wird als Flip-Chip-Montage bezeichnet.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind der erste Halbleiterschalter und der zweite Halbleiterschalter in einen anwendungsspezifischen Schaltkreis integriert. Ein solcher anwendungsspezifischer integrierter Schaltkreis wird auch als ASIC bezeichnet. Der anwendungsspezifische integrierte Schaltkreis ist speziell auf die Anforderungen in der Schnellentladevorrichtung abgestimmt und entsprechend ausgestaltet. Der integrierte Schaltkreis kann einen Leistungsteil und einen Logikteil enthalten.
  • Eine erfindungsgemäße Batteriezelle findet vorteilhaft Verwendung 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. Auch weitere Anwendungen für eine erfindungsgemäße Batteriezelle sind denkbar.
  • Vorteile der Erfindung
  • Zur Aktivierung der erfindungsgemäßen Schnellentladevorrichtung ist nur eine verhältnismäßig geringe Leistung erforderlich. Insbesondere muss zur Aktivierung der erfindungsgemäßen Schnellentladevorrichtung kein hoher Strom und keine hohe Spannung von einer externen Steuereinrichtung geliefert werden. Durch die Verwendung des Stanzgitters ist der von der erfindungsgemäßen Schnellentladevorrichtung benötigte Bauraum vorteilhaft verringert. Ferner ist durch das Stanzgitter die Anzahl der Kontaktstellen in der Schnellentladevorrichtung verringert. Dadurch ist auch der elektrische Widerstand der Schnellentladevorrichtung verringert. Deshalb löst die Schnellentladevorrichtung schneller und zuverlässiger aus. Der elektrische Widerstand der Schnellentladevorrichtung kann weiter verringert werden, wenn die Querschnitte in dem Stanzgitter entsprechend erhöht werden. Wenn die Schnellentladevorrichtung zwei seriell verschaltete Halbleiterschalter aufweist, so ist ferner die elektromagnetische Verträglichkeit der Schnellentladevorrichtung erhöht. Eine ungewollte Aktivierung der Schnellentladevorrichtung kann nur stattfinden, wenn beide Halbleiterschalter gleichzeitig durch ein Störsignal aktiviert werden.
  • Figurenliste
  • Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
  • Es zeigen:
    • 1 eine schematische Darstellung eines Batteriemoduls mit mehreren Batteriezellen,
    • 2 eine schematische Darstellung einer Batteriezelle und
    • 3 eine perspektivische Darstellung einer Batteriezelle.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • 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.
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Batteriemoduls 5 mit mehreren Batteriezellen 2. Die Batteriezellen 2 sind dabei seriell verschaltet. Jede Batteriezelle 2 umfasst eine Elektrodeneinheit 10, welche jeweils eine Anode 11 und eine Kathode 12 aufweist. Die Anode 11 der Elektrodeneinheit 10 ist dabei mit einem negativen Terminal 15 verbunden. Die Kathode 12 der Elektrodeneinheit 10 ist mit einem positiven Terminal 16 verbunden. Die Elektrodeneinheit 10 liefert eine Spannung, die an den Terminals 15, 16 anliegt. Zur seriellen Verschaltung des Batteriemoduls 5 ist jeweils das negative Terminal 15 einer Batteriezelle 2 mit dem positiven Terminal 16 der benachbarten Batteriezelle 2 elektrisch verbunden.
  • Jede Batteriezelle 2 weist ferner eine Schnellentladevorrichtung 20 auf. Die Schnellentladevorrichtung 20 ist mit dem negativen Terminal 15 sowie mit dem positiven Terminal 16 der Batteriezelle 2 elektrisch verbunden. Die Schnellentladevorrichtung 20 ist in der hier gezeigten Darstellung ausgeschaltet, also in einem passiven Zustand. Das bedeutet, das negative Terminal 15 und das positive Terminal 16 der Batteriezelle 2 sind durch die Schnellentladevorrichtung 20 elektrisch voneinander isoliert.
  • Im Fall eines Fehlers in der Batteriezelle 2 kann die Schnellentladevorrichtung 20 aktiviert werden. Nach der Aktivierung befindet sich die Schnellentladevorrichtung 20 in einem aktiven Zustand, in welchem die Schnellentladevorrichtung 20 einen Kurzschluss zwischen dem negativen Terminal 15 und dem positiven Terminal 16 bildet. Daraufhin fließt ein Entladestrom durch die Schnellentladevorrichtung 20 und die Batteriezelle 2 wird dadurch entladen. Die defekte Batteriezelle 2 stellt dabei einen elektrischen Kurzschluss dar. Dadurch sind die übrigen Batteriezellen 2 des Batteriemoduls 5 immer noch seriell verschaltet, und das Batteriemodul 5 ist somit noch funktionsfähig.
  • 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Batteriezelle 2. Die Schnellentladevorrichtung 20 weist eine Auslöseeinheit 40 und eine reaktive Folie 35 auf. Die reaktive Folie 35 ist vorliegend auf das positive Terminal 16 aufgebracht. Die Auslöseeinheit 40 umfasst ein Stanzgitter 45, welches eine erste Kontaktzunge 21 und auch eine zweite Kontaktzunge 22 aufweist. Ein Arm 17 des negativen Terminals 15 ragt teilweise über die reaktive Folie 35. Auf der reaktiven Folie 35 liegt eine Isolationsschicht 97 auf. Zwischen der Isolationsschicht 97 und dem Arm 17 des negativen Terminals 15 ist ein elektrisch leitfähiges Lotmaterial 98 angeordnet.
  • Die erste Kontaktzunge 21 ist vorliegend mit dem negativen Terminal 15 verbunden, insbesondere verschweißt. Die zweite Kontaktzunge 22 ist federnd ausgebildet und liegt auf der reaktiven Folie 35 auf. Die zweite Kontaktzunge 22 drückt dabei auf die reaktive Folie 35. Somit ist die reaktive Folie 35 zwischen der zweiten Kontaktzunge 22 und dem positive Terminal 16 eingespannt.
  • Die Auslöseeinheit 40 weist ferner einen ersten Halbleiterschalter 41 und einen zweiten Halbleiterschalter 42 auf. Der erste Halbleiterschalter 41 und der zweite Halbleiterschalter 42 sind dabei mit dem Stanzgitter 45 verbunden und elektrisch seriell verschaltet. Vorliegend ist der erste Halbleiterschalter 41 mit der ersten Kontaktzunge 21 verbunden, und der zweite Halbleiterschalter 42 ist mit der zweiten Kontaktzunge 22 verbunden. Die Halbleiterschalter 41, 42 sind vorliegend als Bare-Die ausgeführt und mittels Bonddrähten mit dem Stanzgitter 45 verbunden.
  • Der erste Halbleiterschalter 41 und der zweite Halbleiterschalter 42 sind vorliegend als MOSFET, also als Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistor, ausgestaltet. Dabei sind der erste Halbleiterschalter 41 und der zweite Halbleiterschalter 42 als „normally-off“ Typ ausgelegt.
  • Die Auslöseeinheit 40 weist ferner einen ersten Anschlusspunkt 31 auf, der mit einem Steuereingang des ersten Halbleiterschalters 41 elektrisch verbunden ist. Ebenso weist die Auslöseeinheit 40 einen zweiten Anschlusspunkt 32 auf, der mit einem Steuereingang des zweiten Halbleiterschalters 42 elektrisch verbunden ist.
  • In der hier gezeigten Darstellung ist die Schnellentladevorrichtung 20 ausgeschaltet, und die reaktive Folie 35 sowie die Isolationsschicht 97 sind intakt. Zur Aktivierung der Schnellentladevorrichtung 20 wird ein entsprechendes Signal über den ersten Anschlusspunkt 31 zu dem Steuereingang des ersten Halbleiterschalters 41 gegeben. Gleichzeitig wird über den zweiten Anschlusspunkt 32 ein entsprechendes Signal an den Steuereingang des zweiten Halbleiterschalters 42 gegeben.
  • Durch diese Ansteuerung werden der erste Halbleiterschalter 41 und der zweite Halbleiterschalter 42 geschlossen. Dadurch liegt die von der Elektrodeneinheit 10 gelieferte Spannung an der zwischen dem positiven Terminal 16 und der zweiten Kontaktzunge 22 angeordneten reaktiven Folie 35 an. Daraufhin fließt ein Strom durch die reaktive Folie 35. Die reaktive Folie 35 wird infolge des fließenden Stroms erhitzt und löst aus. Es kommt zu einer exothermen Reaktion der reaktiven Folie 35, wodurch weitere Wärme erzeugt wird. Die so erzeugte Wärme bewirkt eine Erhitzung der Isolationsschicht 97 und des Lotmaterials 98. Die Isolationsschicht 97 wird daraufhin teilweise zersetzt, und das Lotmaterial 98 schmilzt und gelangt in Kontakt zu dem zweiten Terminal 16. Durch das schmelzende Lotmaterial 98 entsteht somit ein Kurzschluss zwischen den Terminals 15, 16.
  • 3 zeigt eine perspektivische Darstellung einer Batteriezelle 2. Das Zellgehäuse 3 der Batteriezelle 2 bildet vorliegend das positive Terminal 16. Das negative Terminal 15 durchragt das Zellgehäuse 3 und ist mittels eines Isolators 19 von dem Zellgehäuse 3 elektrisch isoliert. Das negative Terminal 15 weist einen Arm 17 auf, welcher sich in verhältnismäßig geringem Abstand parallel zu einer Oberfläche 7 des Zellgehäuses 3 erstreckt.
  • In einem zwischen dem Arm 17 des negativen Terminals 15 und der Oberfläche 7 des Zellgehäuses 3 gebildeten Zwischenraum sind die reaktive Folie 35, die Isolationsschicht 97 sowie das Lotmaterial 98 angeordnet. Die reaktive Folie 35 und die Isolationsschicht 97 trennen das Lotmaterial 98 von der Oberfläche 7 des Zellgehäuses 3 und damit von dem positiven Terminal 16. Auf der Oberfläche 7 des Zellgehäuses 3 und benachbart zu der reaktiven Folie 35 ist eine elektrisch isolierend ausgebildete Montageplatte 50 angeordnet, auf welcher die Auslöseeinheit 40 befestigt ist.
  • Die erste Kontaktzunge 21 der Auslöseeinheit 40 ist mit dem Arm 17 des negativen Terminals 15 verbunden, insbesondere verschweißt, und die zweite Kontaktzunge 22 der Auslöseeinheit 40, die federnd ausgebildet ist, drückt auf die reaktive Folie 35. Der erste Anschlusspunkt 31, der mit dem Steuereingang des ersten Halbleiterschalters 41 elektrisch verbunden ist, und der zweite Anschlusspunkt 32, der mit dem Steuereingang des zweiten Halbleiterschalters 42 elektrisch verbunden ist, sind auf die Montageplatte 50 geführt und liegen dort frei kontaktierbar. Die Auslöseeinheit 40 der Schnellentladevorrichtung 20 weist ferner einen dritten Anschlusspunkt 33 auf, welcher über eine Anschlussstelle 53 mit dem Zellgehäuse 3 und somit auch mit dem positiven Terminal 16 verbunden ist.
  • Wenn die Halbleiterschalter 41, 42 wie oben beschrieben angesteuert werden, löst die reaktive Folie 35 aus. Dabei wird Wärme erzeugt. Die so erzeugte Wärme bedingt eine Erhitzung der Isolationsschicht 97 und des Lotmaterials 98, welches daraufhin schmilzt und flüssig wird. Nachdem die Isolationsschicht 97 zersetzt ist gelangt das Lotmaterial 98 in Kontakt mit der Oberfläche 7 des Zellgehäuses 3. Ferner ist das Lotmaterial 98 in Kontakt mit dem Arm 17 des negativen Terminals 15.
  • Nachdem die Isolationsschicht 97 zersetzt ist, bildet das Lotmaterial 98 einen Kurzschluss zwischen dem Arm 17 des negativen Terminals 15 und der Oberfläche 7 des Zellgehäuses 3. Somit bildet das Lotmaterial 98 einen Kurzschluss zwischen dem negativen Terminal 15 und dem positiven Terminal 16. Die Schnellentladevorrichtung 20 ist somit eingeschaltet und befindet sich in einem aktiven Zustand. Es fließt ein Entladestrom, und die Batteriezelle 2 wird durch den besagten Entladestrom entladen.
  • 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.
  • 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 102012005979 B4 [0005]

Claims (10)

  1. Batteriezelle (2), umfassend ein negatives Terminal (15), ein positives Terminal (16), eine in einem Zellgehäuse (3) angeordnete Elektrodeneinheit (10), welche eine mit dem negativen Terminal (15) verbundene Anode (11) und eine mit dem positiven Terminal (16) verbundene Kathode (12) aufweist, und eine Schnellentladevorrichtung (20), dadurch gekennzeichnet, dass die Schnellentladevorrichtung (20) eine Auslöseeinheit (40) aufweist, die ein Stanzgitter (45) und mindestens einen mit dem Stanzgitter (45) verbundenen Halbleiterschalter (41, 42) umfasst, wobei das Stanzgitter (45) eine erste Kontaktzunge (21), die mit einem ersten der Terminals (15, 16) verbunden ist, und eine zweite Kontaktzunge (22) aufweist, und dass die Schnellentladevorrichtung (20) eine auf ein zweites der Terminals (15, 16) aufgebrachte reaktive Folie (35) aufweist, wobei die zweite Kontaktzunge (22) auf der reaktiven Folie (35) aufliegt.
  2. Batteriezelle (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Halbleiterschalter (41, 42) derart ansteuerbar ist, dass ein von der Elektrodeneinheit (10) gelieferter Strom durch die zwischen dem zweiten der Terminals (15, 16) und der zweiten Kontaktzunge (22) angeordnete reaktive Folie (35) fließt, und dass die reaktive Folie (35) derart ausgestaltet ist, dass die reaktive Folie (35) infolge des fließenden Stroms auslöst, insbesondere so dass die reaktive Folie (35) exotherm reagiert.
  3. Batteriezelle (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kontaktzunge (22) federnd ausgebildet ist und auf die reaktive Folie (35) drückt.
  4. Batteriezelle (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kontaktzunge (22) eine Spitze aufweist, welche auf der reaktiven Folie (35) aufliegt.
  5. Batteriezelle (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslöseeinheit (40) mindestens einen ersten Halbleiterschalter (41) und einen zweiten Halbleiterschalter (42) aufweist, welche elektrisch seriell verschaltet sind.
  6. Batteriezelle (2) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Halbleiterschalter (41) und der zweite Halbleiterschalter (42) mit dem Stanzgitter (45) verbunden sind.
  7. Batteriezelle (2) nach einem der Ansprüche 5 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Halbleiterschalter (41) und/oder der zweite Halbleiterschalter (42) als MOSFET ausgestaltet sind.
  8. Batteriezelle (2) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Halbleiterschalter (41) und/oder der zweite Halbleiterschalter (42) als Bare-Die ausgestaltet sind und mittels Bonden oder Flip-Chip-Montage mit dem Stanzgitter (45) verbunden sind.
  9. Batteriezelle (2) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Halbleiterschalter (41) und der zweite Halbleiterschalter (42) in einen anwendungsspezifischen Schaltkreis integriert sind.
  10. Verwendung einer Batteriezelle (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche in einem Elektrofahrzeug (EV), in einem Hybridfahrzeug (HEV), in einem Plug-In-Hybridfahrzeug (PHEV) oder in einem Consumer- Elektronik-Produkt.
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