DE10328862B4 - Lithiumbatterie mit Überladeschutz - Google Patents

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Abstract

Lithiumbatterie mit Überladeschutz, mit:
einem elektrischen Bauelement (12) zur Abfuhr von Überladungsstrom;
einem Ableiter (11) im Wickel (13) der Batterie (10), der bei Überhitzung einen Kurzschluss im Wickel (13) erzeugt; und
einer Druckfreigabeeinrichtung, die bei Innendruckerhöhung anspricht,
wobei der Ableiter (11) und das elektrische Bauelement (12) in Reihe geschaltet sind, und der Kurzschluss im Wickel (13) die Batterie (10) vollständig entlädt.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Überladeschutz für eine Lithiumbatterie.
  • Bei bekannten Lithiumbatterien gibt es das Problem, dass diese beim Überladen nach einer gewissen Zeit explodieren können. Dabei entsteht ein Feuerschwall, der zu Beschädigungen beispielsweise bei dem Ladegerät führen kann. Außerdem kann der Feuerschwall eine Brandursache darstellen oder direkt ein Lebewesen schädigen.
  • Darüber hinaus wird gewürdigt, dass die Druckschrift EP 0 789 947 B1 (vergleiche DE 695 18 659 T2 ) einen Sicherheitsschalter für eine batteriebetriebene Vorrichtung offenbart. Dabei ist ein wiederaufladbarer Batteriepack mit zumindest einer Batteriezelle gezeigt, wobei diese zumindest eine Batteriezelle eine Siliziumbatteriezelle mit einer im Voraus bestimmten oberen Schwellenwertspannung ist und der Batteriepack weiter ein Sicherheitsschaltermittel enthält, das elektrisch in Reihe zwischen der zumindest einer Batteriezelle einerseits und einem negativen Vorrichtungskontakt sowie einem negativen Ladekontakt andererseits geschaltet ist, und ein Steuerungsschaltungsmittel einen ersten und einen zweiten Vergleicherausgang aufweist, wobei der zweite Ausgang mit dem Sicherheitsschaltmittel verbunden ist, wobei das Sicherheitsschaltermittel aktiviert wird, wenn die Spannung der zumindest einen Batteriezelle die im Voraus bestimmte obere Schwellenwertladespannung überschreitet. Dadurch wird die zumindest eine Batteriezelle gegenüber Spannung geschützt, wenn die Batterie durch eine mit den Vorrichtungskontakten verbundene Ladevorrichtung geladen wird.
  • Weiterhin offenbart die Druckschrift EP 0 364 995 B1 (vergleiche DE 689 28 671 T2 ) eine Zelle mit einem stromunterbrechenden Ventil. Die Zelle umfasst dabei einen Behälter, der eine Erzeugereinheit aus einer Anode, einer Kathode, einer zwischen der Kathode und der Anode eingefügten Trenneinrichtung und einen Elektrolyt aufweist, sowie ein Explosionssicherungsventil, das bei einem Anstieg des Innendrucks der Zelle verformbar ist, um die Stromlieferung zur Erzeugereinheit zu unterbrechen. Dabei besteht die Anode aus einem Material, in das beim Laden und beim Entladen der Zelle eine Dotierung bzw. eine Dotierungsentnahme von Lithium erzeugt werden kann.
  • Schließlich offenbart die Druckschrift EP 0 818 838 A2 eine elektrochemische Lithiumionenzelle mit einer elektrischen Sicherheitsventiltrennung. Dabei beinhaltet eine explosionssichere elektrische Ventiltrennungsanordnung eine Belüftungsventilkontaktscheibe, welche den Becher einer kompakten elektrochemischen Zelle versiegelt, und die einer im Zentrum durch ein Schweißklümpchen an einem Schweißpunkt geschweißte gegenüberliegende Kontaktscheibe zugewandt ist, wobei eine steife Masse mit vorzugsweise erhöhter Dicke ausgebildet wird. Die unten liegende Kontaktscheibe ist um den Schweißpunkt in der Umgebung des Schweißklümpchens geschwächt, damit ein Durchziehen des Kontaktscheibenabschnitts unmittelbar benachbart zu der Schweißverbindung sichergestellt wird, um eine anfängliche elektrische Trennung der beiden Kontaktscheiben zu bewirken. Ein nachfolgendes Reißen der Belüftungsventilkontaktscheibe gibt Gas aus der Zelle mit hohem Innendruck frei.
    •
  • Demzufolge liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, die Nachteile aus dem Stand der Technik zu beseitigen.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Lithiumbatterie gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
  • Genauer umfasst die erfindungsgemäße Lithiumbatterie mit Überladeschutz ein elektrisches Bauelement zur Abfuhr von Überladungsstrom; einen Ableiter im Wickel der Batterie, der bei Überhitzung einen Kurzschluss im Wickel erzeugt; und eine Druckfreigabeeinrichtung, die bei Innendruckerhöhung anspricht, wobei der Ableiter und das elektrische Bauelement in Reihe geschaltet sind, und der Kurzschluss im Wickel die Batterie vollständig entlädt.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Lösung sind in den beigefügten abhängigen Patentansprüchen angegeben.
  • So kann beispielsweise das elektrische Bauelement zur Abfuhr des Überladungsstroms ein passives Bauteil unter Verwendung eines Halbleiters sein. Alternativ kann das elektrische Bauelement zur Abfuhr des Überladestroms ebenso eine elektrische Schaltung sein, die ab einer bestimmten Spannung reagiert und Strom durchlässt, wie etwa eine Z-Diode, ein spannungsabhängiger Widerstand etc.
  • Der Ableiter kann ein Streifenableiter sein. Dabei kann dieser so ausgestaltet sein, dass die Kurzschlusserzeugung im Wickel bei Überhitzung durch eine Verschmälerung des Streifenableiters im Bereich des Wickels bedingt ist.
  • Die Druckfreigabeeinrichtung kann eine beliebige Einrichtung sein, die einen in der Batterie entstehenden Druck freigibt, so dass die Batterie nicht platzt. Beispiele hierfür sind eine Berstmembran, ein Ventil und ähnliches.
  • Nachstehend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher beschrieben.
    •
  • 1 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • Genauer zeigt 1 eine erfindungsgemäße Lithiumbatterie 10 mit Überladeschutz. Dabei bezeichnet das Bezugszeichen 11 einen Streifenableiter, das Bezugszeichen 12 bezeichnet ein elektrisches Bauelement zur Abfuhr von Überladestrom, das Bezugszeichen 13 bezeichnet die Kathode als Teil des Wickels, das Bezugszeichen 14 bezeichnet die Grundplatte und das Bezugszeichen 15 bezeichnet die Schweißstelle, welche die Grundplatte mit dem Streifenableiter verbindet.
  • Wie der Figur zu entnehmen ist, sind das elektrische Bauelement 12 zur Abfuhr von Überladestrom und der Streifenableiter 11 in Reihe geschaltet.
  • In der Figur nicht gezeigt ist die Druckfreigabeeinrichtung; ihre Anordnung in der Batterie kann beliebig sein. Dabei sind jedoch jene Abwandlungen vorteilhaft, bei denen die Druckfreigabeeinrichtung möglichst nahe bei dem Ursprung der Druckentstehung angeordnet ist.
  • Weitere Bauteile der Lithiumbatterie 10 sind aus Gründen der Übersichtlichkeit weggelassen und werden nachstehend nicht näher beschrieben. Diese Bauteile können denen bekannter Lithiumbatterien entsprechen, wobei jede Kombination bzw. Ausgestaltung erfindungsgemäß verwendet werden kann.
  • Gemäß vorstehender Beschreibung kann die Druckfreigabeeinrichtung eine Berstmembran, ein Ventil oder ähnliches sein.
  • Das elektrische Bauelement 12 zur Abfuhr von Überladestrom kann bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ein passives Bauteil unter Verwendung eines Halbleiters sein. Alternativ kann das elektrische Bauelement 12 zur Abfuhr von Überladestrom auch eine elektrische Schaltung sein, die ab einer bestimmten Spannung reagiert und Strom durchlässt, wie etwa eine Z-Diode oder ein spannungsabhängiger Widerstand.
  • Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Streifenableiter 11 im Bereich der Kathode als Teil des Wickels verschmälert, wodurch ein Kurzschluss im Wickel erzeugt wird, wenn der Strom zu groß wird (siehe 1).
  • Nachstehend wird die Betriebsweise der erfindungsgemäßen Lithiumbatterie mit Überladeschutz gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel beschrieben.
  • In eine bekannte Lithiumbatterie wird ein passives Bauteil oder eine elektrische Schaltung so eingebracht, dass eine Reihenschaltung mit einem Streifenableiter vorliegt. Das passive Bauteil oder die elektrische Schaltung reagieren ab einer bestimmten Spannung. Genauer wird bei einer Überladung der Strom über dieses Bauteil oder diese Schaltung abgeführt. Dabei entsteht Wärme. Wenn nun weiter überladen wird, dann wird der Strom so groß, dass der sich im Wickel befindliche Streifenableiter so heiß wird, dass er im Wickel einen Kurzschluss erzeugt. Über diesen Kurzschluss im Wickel wird jedoch die Batterie vollständig entladen. Somit kann sie nicht mehr explodieren. Der bei diesem Vorgang entstehende Druck wird über eine Druckfreigabeeinrichtung abgelassen. Daher kann die Batterie auch nicht platzen.
  • Vorstehend beschrieben ist das bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt, sondern kann vielmehr in vielfältiger Weise innerhalb des durch die beigefügten Patentansprüche definierten Bereichs von dem bevorzugten Ausführungsbeispiel abweichen. Insbesondere sind beliebige Unterkombinationen derjenigen vorstehend beschriebenen Merkmale und ihrer Abwandlungen möglich, welche zur Lösung der Erfindung beitragen.
  • Im einzelnen ist vorstehend eine Lithiumbatterie mit Überladeschutz beschrieben, mit: einem elektrischen Bauelement zur Abfuhr von Überladungsstrom; einem Ableiter im Wickel der Batterie, der bei Überhitzung einen Kurzschluss im Wickel erzeugt; und einer Druckfreigabeeinrichtung, die bei Innendruckerhöhung anspricht, wobei der Ableiter und das elektrische Bauelement in Reihe geschaltet sind, und der Kurzschluss im Wickel die Batterie vollständig entlädt.

Claims (9)

  1. Lithiumbatterie mit Überladeschutz, mit: einem elektrischen Bauelement (12) zur Abfuhr von Überladungsstrom; einem Ableiter (11) im Wickel (13) der Batterie (10), der bei Überhitzung einen Kurzschluss im Wickel (13) erzeugt; und einer Druckfreigabeeinrichtung, die bei Innendruckerhöhung anspricht, wobei der Ableiter (11) und das elektrische Bauelement (12) in Reihe geschaltet sind, und der Kurzschluss im Wickel (13) die Batterie (10) vollständig entlädt.
  2. Lithiumbatterie nach Anspruch 1, wobei das elektrische Bauelement (12) zur Abfuhr des Überladungsstroms ein passives Bauteil unter Verwendung eines Halbleiters ist.
  3. Lithiumbatterie nach Anspruch 1, wobei das elektrische Bauelement (12) zur Abfuhr des Überladestroms eine elektrische Schaltung ist, die ab einer bestimmten Spannung reagiert und Strom durchlässt.
  4. Lithiumbatterie nach Anspruch 3, wobei die elektrische Schaltung eine Z-Diode ist.
  5. Lithiumbatterie nach Anspruch 3, wobei die elektrische Schaltung ein spannungsabhängiger Widerstand ist.
  6. Lithiumbatterie nach Anspruch 1, wobei der Ableiter (11) ein Streifenableiter ist.
  7. Lithiumbatterie nach Anspruch 6, wobei der Streifenableiter (11) so ausgestaltet ist, dass die Kurzschlusserzeugung im Wickel (13) bei Überhitzung durch eine Verschmälerung des Streifenableiters (11) im Bereich des Wickels (13) bedingt ist.
  8. Lithiumbatterie nach Anspruch 1, wobei die Druckfreigabeeinrichtung eine Berstmembran ist.
  9. Lithiumbatterie nach Anspruch 1, wobei die Druckfreigabeeinrichtung ein Ventil ist.
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