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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Power-Lithium-Ionen-Akkus und insbesondere eine Sicherheitseinrichtung für Softpack-Lithiumtitanat-Akkumulatoren.
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STAND DER TECHNIK
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Lithium-Ionen-Akkus werden aufgrund ihrer Vorteile, wie hohe spezifische Energie, hohe Betriebsspannung, lange Zyklenlebensdauer, kein Memory-Effekt und geringere Umweltbelastung, in Kommunikationsprodukten und digitalen Produkten, wie z. B. Mobiltelefonen, tragbaren Computern und Digitalkameras, weitverbreitet eingesetzt. In den letzten Jahren wurden bezüglich der Anwendbarkeit von Lithium-Ionen-Akkus in den Bereichen Elektrowerkzeuge, Elektrofahrzeuge, Weltraum Satelliten, Waffen und Energiespeicher unterschiedlicher Art große Fortschritte erzielt, sodass sich immer bessere Aussichten auf eine Anwendung eröffnen.
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Die Anodenmaterialien von Lithium-Ionen-Akkus, die gegenwärtig wirtschaftlich genutzt werden, sind meistens auf Lithiumeinlagerung basierende Kohlenstoffmaterialien. Nach der Lithiumeinlagerung ist das Potential der Kohlenstoffelektrode dem Potential des Lithiums sehr ähnlich. Wenn ein Akku überladen wird, besteht die Tendenz, dass an der Oberfläche der Kohlenstoffelektrode Lithium abgeschieden wird. Wenn das Lithium mit dem Elektrolyten reagiert, entsteht eine brennbare Gasmischung. Daher geht von Akkus, insbesondere von Powerakkus, ein großes Sicherheitsrisiko aus. Aus diesem Grund ist ein großes Interesse an der Suche nach einem neuen Material entstanden, die zum Lithiumtitanat geführt hat, bei dem Lithium bei einem Potential, das etwas positiver als die negative Kohlenstoffelektrode ist, eingelagert wird, wobei dieses Material billig, einfach zu bekommen, sicher und zuverlässig ist.
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In der Entwicklung von Akkus wurde festgestellt, dass bei Power-Lithium-Ionen-Akkus, bei denen Lithiumtitanat als negative Elektrode fungiert, im Allgemeinen das Problem der Gasentstehung besteht. Als Erstes kommt es zu einer Erhöhung des Innendrucks innerhalb des Akkus, die zu einem Brechen oder sogar Explodieren der äußeren Verpackung führt. Danach kommt es zu einem Wegfall des Kontaktabstands zwischen der positiven bzw. negativen Elektrode des Akkus und dem Isolationsfilm, wodurch die Zyklenlebensdauer und die Sicherheit des Akkus reduziert werden, was die Akkuleistung stark beeinträchtigt. Toshiba, das erste Unternehmen, das Lithiumtitanatakkus industrialisiert hat, hat in seinen beiden Patenten das Problem der Gasentstehung beschrieben. Toshiba schlug darin vor, der Elektrolytlösung einen Zusatzstoff hinzuzufügen, durch den der Siedepunkt erhöht und eine leichte Filmbildung ermöglicht wird, damit sich ein Passivierungsfilm auf der Oberfläche der negativen Elektrode bildet, um somit das Problem der Gasentstehung zu minimieren. EnerDel aus den Vereinigten Staaten hat im Jahresbericht 2009 des US-Energieministeriums ebenfalls das Problem der Gasentstehung beschrieben und darin über die Verbesserungen, die im Zusammenhang mit der Gasentstehung durch Verwendung verbesserter Elektrolytlösungskomponenten erzielt wurden, berichtet.
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Die obigen Verfahren haben bestimmte Vorteile. Bei den obigen Verfahren wird jedoch eine hohe Reinheit der Zusatzstoffe verlangt. Die Dotierung der Polstücke verursacht die Probleme der Abnahme der Energiedichte und einer ungleichmäßigen Verteilung, was für die industrielle Produktion nachteilig ist.
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AUFGABE DER ERFINDUNG
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Um die obigen Probleme effektiv zu lösen, besteht die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung in der Bereitstellung einer Sicherheitseinrichtung für Softpack-Lithiumtitanat-Akkumulatoren, durch die Power-Softpack-Lithium-Ionen-Akkus, bei denen Lithiumtitanat als negative Elektrode fungiert, auf dem Gebiet der Energie und der Energiespeicher angewendet werden können und durch die in der späteren Phase der Verwendung eines Softpack-Lithiumtitanat-Akkumulators entstandenes Gas automatisch abgelassen werden kann, um das Problem der Gasentstehung in der späteren Phase der Verwendung eines Softpack-Lithiumtitanat-Akkumulators zu lösen.
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Zur Lösung der oben genannten Aufgabe stellt die vorliegende Erfindung eine Sicherheitseinrichtung für Softpack-Lithiumtitanat-Akkumulatoren bereit, die einen Ventilkörper und einen Ventilkern umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper ein zylindrisches Innengehäuse und ein zylindrisches Außengehäuse, die fest miteinander verbunden sind, umfasst, wobei das vordere Ende des zylindrischen Innengehäuses mit einer einstückig verbundenen vorderen Abdeckung versehen ist, wobei die vordere Abdeckung mit einer Gasauslassöffnung versehen und fest mit einem pagodenförmigen Gasauslassnippel verbunden ist, wobei das hintere Ende des zylindrischen Außengehäuses mit einer einstückig verbundenen hinteren Abdeckung versehen ist, wobei die hintere Abdeckung mit einer Gaseinlassöffnung versehen und fest mit einem Gaseinlassnippel verbunden ist, wobei die zwei Außenseiten des Gaseinlassnippels jeweils mit einem einstückig verbundenen flügelförmigen Verbindungsabschnitt versehen sind, wobei der Ventilkern einen Blockierkopf und eine Feder umfasst, die beide im Ventilkörper angeordnet sind, wobei die zwei Enden des Blockierkopfs jeweils mit einem konischen Steckstift und einem säulenförmigen Verbindungssockel, die einstückig miteinander verbundenen sind, versehen sind, wobei der konische Steckstift durch die Gaseinlassöffnung hindurchgeführt und in den Gaseinlassnippel eingeführt wird, wobei der säulenförmige Verbindungssockel von einem Ende der Feder umfasst ist und das andere Ende der Feder an der Innenseite der vorderen Abdeckung anliegt.
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In einem Ausführungsbeispiel besteht der Ventilkörper aus einem korrosionsbeständigen Material wie PP, PE oder PET.
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In einem Ausführungsbeispiel ist die Außenwand des zylindrischen Innengehäuses mit mehreren Außengewinden versehen, wobei die Innenwand des zylindrischen Außengehäuses mit mehreren Innengewinden versehen ist, wobei das zylindrische Innengehäuse und das zylindrische Außengehäuse durch eine Gewindepassung fest miteinander verbunden werden.
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In einem Ausführungsbeispiel ist ein Auslassnippel in den pagodenförmigen Gasauslassnippel eingesteckt.
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In einem Ausführungsbeispiel ist der Gaseinlassnippel in den Softpack-Lithiumtitanat-Akkumulator eingebettet und mittels der auf zwei Außenseiten des Gaseinlassnippels befindlichen flügelförmigen Verbindungsabschnitte zwischen der oberen und der unteren kunststoffbeschichteten Aluminiumfolie des Softpack-Lithiumtitanat-Akkumulators eingeschweißt.
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Durch den konstruktiven Aufbau der vorliegenden Erfindung kann in der späteren Phase der Verwendung eines Softpack-Lithiumtitanat-Akkumulators entstandenes Gas automatisch abgelassen werden, wodurch die durch Gasentstehung hervorgerufenen Sicherheitsrisiken effektiv beseitigt werden, um das Problem der Gasentstehung in der späteren Phase der Verwendung eines Softpack-Lithiumtitanat-Akkumulators zu lösen und dadurch die Leistung und Lebensdauer des Softpack-Lithiumtitanat-Akkumulators effektiv zu verbessern bzw. zu verlängern.
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Figurenliste
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Die zur Erläuterung des Ausführungsbeispiels verwendeten Zeichnungen zeigen:
- 1 eine Explosionsansicht gemäß der vorliegenden Erfindung;
- 2 eine perspektivische Ansicht des zylindrischen Innengehäuses gemäß der vorliegenden Erfindung;
- 3 eine Vorderansicht des zylindrischen Innengehäuses gemäß der vorliegenden Erfindung;
- 4 eine perspektivische Ansicht des zylindrischen Außengehäuses gemäß der vorliegenden Erfindung;
- 5 eine Vorderansicht des zylindrischen Außengehäuses gemäß der vorliegenden Erfindung;
- 6 eine perspektivische Ansicht des Blockierkopfs gemäß der vorliegenden Erfindung;
- 7 eine Ansicht des Zusammenbaus gemäß der vorliegenden Erfindung.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DES AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
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Um ein vollständiges Verständnis der oben genannten Aufgabe, der Merkmale des Aufbaus und der Funktion der vorliegenden Erfindung zu ermöglichen, wird nachfolgend ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die Figuren detailliert beschrieben.
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Siehe die 1 bis 6. Eine Sicherheitseinrichtung für Softpack-Lithiumtitanat-Akkumulatoren umfasst einen Ventilkörper 90 und einen Ventilkern 91, wobei der Ventilkörper 90 ein zylindrisches Innengehäuse 1 und ein zylindrisches Außengehäuse 2, die fest miteinander verbunden sind, umfasst, wobei das vordere Ende des zylindrischen Innengehäuses 1 mit einer einstückig verbundenen vorderen Abdeckung 3 versehen ist, wobei die vordere Abdeckung 3 mit einer Gasauslassöffnung 4 versehen und fest mit einem pagodenförmigen Gasauslassnippel 5 verbunden ist, wobei das hintere Ende des zylindrischen Außengehäuses 2 mit einer einstückig verbundenen hinteren Abdeckung 6 versehen ist, wobei die hintere Abdeckung 6 mit einer Gaseinlassöffnung 7 versehen und fest mit einem Gaseinlassnippel 8 verbunden ist, wobei die zwei Außenseiten des Gaseinlassnippels 8 jeweils mit einem einstückig verbundenen flügelförmigen Verbindungsabschnitt 9 versehen sind, wobei der Ventilkern 91 einen Blockierkopf 10 und eine Feder 11 umfasst, die beide im Ventilkörper 90 angeordnet sind, wobei die zwei Enden des Blockierkopfs 10 jeweils mit einem konischen Steckstift 12 und einem säulenförmigen Verbindungssockel 13, die einstückig miteinander verbundenen sind, versehen sind, wobei der konische Steckstift 12 durch die Gaseinlassöffnung 7 hindurchgeführt und in den Gaseinlassnippel 8 eingeführt wird, wobei der Verbindungssockel 13 von einem Ende der Feder 11 umfasst ist und das andere Ende der Feder 11 an der Innenseite der vorderen Abdeckung 3 anliegt.
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In der vorliegenden Erfindung besteht der Ventilkörper 90 aus einem korrosionsbeständigen Material wie PP, PE oder PET.
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Die Außenwand des zylindrischen Innengehäuses 1 ist mit mehreren Außengewinden 14 versehen, wobei die Innenwand des zylindrischen Außengehäuses 2 mit mehreren Innengewinden 15 versehen ist, wobei das zylindrische Innengehäuse 1 und das zylindrische Außengehäuse 2 durch eine Gewindepassung der Außengewinde 14 und der Innengewinde 15 fest miteinander verbunden werden.
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Ein Auslassnippel ist in den pagodenförmigen Gasauslassnippel 5 eingesteckt.
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Siehe gleichzeitig die 1 bis 7. Wenn es während der Verwendung des Softpack-Lithiumtitanat-Akkumulators 92 zu einer Gasentstehung im Inneren des Softpack-Lithiumtitanat-Akkumulators 92 kommt und der Innendruck des Akkus dadurch auf über 20 kPa ansteigt, wird die Feder 11 unter Einwirkung von Druck zusammengedrückt, wobei der konische Steckstift 12 von der Gaseinlassöffnung 7 und dem Gaseinlassnippel 8 gelöst und der Blockierkopf 10 geöffnet wird, wobei die Gaseinlassöffnung 7 und der Gaseinlassnippel 8 und die Gasauslassöffnung 4 und der pagodenförmige Gasauslassnippel 5 miteinander durchgängig verbunden werden, wobei das im Akku befindliche Gas automatisch abgelassen wird. Wenn der Innendruck des Akkus auf unter 10 kPa absinkt, beginnt sich die Feder 11 zu strecken und wird dadurch zurückgesetzt, wobei der konische Steckstift 12 wieder in die Gaseinlassöffnung 7 und den Gaseinlassnippel 8 eingeführt wird, wobei die Gaseinlassöffnung 7 vom Blockierkopf 10 blockiert wird, um somit den Vorgang des automatischen Auslassens von Gas abzuschließen.
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Ferner könnte es passieren, dass beim Ablassen des Gases eine kleine Menge akkumulierter Flüssigkeit nach außerhalb des Akkus gelangt und dadurch einen Kurzschluss beim Akku verursacht. Um dies zu vermeiden, ist der Auslassnippel in den pagodenförmigen Gasauslassnippel 5 (genauer gesagt in die Verbindungsstelle der Pagodenabschnitte) eingesteckt, wobei das Gas und die akkumulierte Flüssigkeit zur Säureneutralisation durch den herausgeführten Auslassnippel in einen festen Behälter abgelassen werden können.
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Siehe 7. Der Gaseinlassnippel 8 ist in den Softpack-Lithiumtitanat-Akkumulator 92 eingebettet und mittels der auf zwei Außenseiten des Gaseinlassnippels befindlichen flügelförmigen Verbindungsabschnitte 9 zwischen der oberen und der unteren kunststoffbeschichteten Aluminiumfolie 93 des Softpack-Lithiumtitanat-Akkumulators 92 eingeschweißt.
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Die vorstehende Beschreibung stellt nur ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung dar und soll nicht die Schutzansprüche beschränken. Alle gleichwertigen Änderungen und Modifikationen, die gemäß der Beschreibung und den Zeichnungen der Erfindung von einem Fachmann auf diesem Gebiet vorgenommen werden können, fallen in den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung.
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Bezugszeichenliste
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- 90
- Ventilkörper
- 91
- Ventilkern
- 1
- zylindrisches Innengehäuse
- 10
- Blockierkopf
- 11
- Feder
- 12
- Steckstift
- 13
- Verbindungssockel
- 14
- Außengewinde
- 15
- Innengewinde
- 2
- zylindrisches Außengehäuse
- 3
- vordere Abdeckung
- 4
- Gasauslassöffnung
- 5
- Gasauslassnippel
- 6
- hintere Abdeckung
- 7
- Gaseinlassöffnung
- 8
- Gaseinlassnippel
- 9
- Verbindungsabschnitt
- 92
- Softpack-Lithiumtitanat-Akkumulator
- 93
- kunststoffbeschichtete Aluminiumfolie
