EP2641287A1 - Elektrisches bauteil mit einer einrichtung zum trennen einer elektrischen leitungsverbindung - Google Patents

Elektrisches bauteil mit einer einrichtung zum trennen einer elektrischen leitungsverbindung

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Publication number
EP2641287A1
EP2641287A1 EP11785335.8A EP11785335A EP2641287A1 EP 2641287 A1 EP2641287 A1 EP 2641287A1 EP 11785335 A EP11785335 A EP 11785335A EP 2641287 A1 EP2641287 A1 EP 2641287A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
cell
line connection
electrical
component according
composite
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP11785335.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Tim Schaefer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Li Tec Battery GmbH
Original Assignee
Li Tec Battery GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Li Tec Battery GmbH filed Critical Li Tec Battery GmbH
Publication of EP2641287A1 publication Critical patent/EP2641287A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/572—Means for preventing undesired use or discharge
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/528—Fixed electrical connections, i.e. not intended for disconnection
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H—ELECTRICITY
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    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
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    • H01M50/572—Means for preventing undesired use or discharge
    • H01M50/574—Devices or arrangements for the interruption of current
    • H01M50/583—Devices or arrangements for the interruption of current in response to current, e.g. fuses
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to an electrical component, in particular a galvanic cell or a cell connector for galvanic cells, with a
  • Galvanic cells such as batteries (primary storage) and accumulators
  • lithium-ion batteries are today proposed and used for a variety of applications, including as traction batteries for motor vehicles. To this
  • the present invention relates to an electrical component comprising means for disconnecting an electrical component
  • Line connection characterized in that the device comprises a composite of at least two different materials.
  • composite includes two or more interconnected
  • Periodic table as well as compounds derived therefrom, such as inorganic or organic compounds.
  • the at least two different materials are selected so that they can be reacted with each other, thereby effecting separation of the electrical wiring.
  • the composite is on a portion of
  • Wiring arranged and the materials are selected so that in their reaction thermal energy is released, which causes a melting of the line connection over its entire cross section or a partial cross section.
  • the thermal energy released during the reaction causes the conduction connection to melt over a portion of the cross-section, with the remaining cross-section of the conduction connection melting as the normal working current flows through the conductor portion.
  • Such “nanometer reactive multilayers” may consist of several hundred to several thousand individual layers of 10 - 100 nm thickness each of at least two different materials, in whose chemical compound energy is released (exothermic reaction) stored a defined amount of chemical energy that can be used as a local heat source After ignition by an external energy source, such as an electric spark or a laser pulse, an atomic interdiffusion of the multilayer materials with the release of energy is stimulated a progressive one
  • Reaction front from which a large amount of heat is released in a spatially limited area in a very short time.
  • exothermic solder foils rapidly reacting multilayer films become local
  • the RMS are with total thicknesses up to 100 ⁇ example by
  • material combinations such as Ni / Al or Ti / Al become local achievable temperatures of up to 2000 ° C as well
  • reactive multilayer structure means any composite in which there are at least two different materials in the form of layers which can be reacted with one another. This means that a “reactive multilayer” or “reactive multilayer structure” is composed of reactive multilayer or reactive multilayer.
  • a “reactive multilayer” is understood as meaning a layer composed of a plurality of individual layers whose thickness is preferably in the nanometer range, wherein the multilayer materials upon the occurrence of a well-defined state, such as a certain temperature, or upon supply of a signal, such as a voltage pulse,
  • the initiation of the reaction is also referred to as “igniting" the multilayer, Preferably, the reaction continues without further action until the multilayer materials
  • the structure may be a coating, an independent, possibly self-adhesive
  • a composite of at least two different materials e.g. a reactive multi-layer structure, arranged on a conductor section, wherein a thermal energy released upon reaction of the reactive multilayer, a melting of the
  • the reactive multi-layer structure can be described here e.g. be an exothermic solder foil, as known from the prior art, it according to the
  • Ignition leads to the formation of a progressive reaction front, from which in a very short time a high amount of heat in a spatially limited area is released.
  • Normal working current through the conductor section melts, the thermal energy generated and thus a thermal impairment of adjacent components can be minimized.
  • a normal working current is understood in the context of the invention, a current of a current that under normal working conditions of the electrical component in the
  • Preferred usable at least two different materials in combination are combinations of elemental metals which react to form alloys or metallic glasses; Elements or
  • the composite for example in the form of a reactive multilayer structure, is arranged between two conductor sections and electrically conductive in an unreacted state, wherein the reaction product of the reactive multilayer structure is not electrically conductive.
  • a line isolation such as a solid-state isolator can be realized. The ends of the cable connection remain fixed in space.
  • the composite is in a portion of
  • the one material of the at least two different materials an electrically conductive material such as graphite or graphene. It is further conceivable to select as the material of the other at least two different materials an electrically non-conductive oxygen donor, so that upon reaction of the graphite or graphene with the oxygen donor electrically non-conductive oxides of graphite or graphene arise.
  • the component is also characterized in that the at least two materials are present in the composite in the form of alternating layers.
  • the layers independently have one another
  • the preparation of the composite also in the form of a reactive multilayer structure, can be carried out by known processes, for example, as already known from the "Fraunhofer IWS Annual Report 2008" above.
  • alternating layers of the at least two different materials are applied to a substrate by processes such as rolling, chemical or physical vapor deposition, vacuum deposition, and / or sputter coating.
  • Reactive multi-layer structure designed to react, preferably to ignite, if a given reaction condition, preferably a
  • reaction condition or ignition condition is preferably given by at least one of the states
  • the reaction or ignition is triggered by supplying a current, voltage, temperature, light, sound, UV, laser signal or pulse or other suitable signal.
  • reaction of the at least two can thus be
  • the ignition of the reactive multilayer structure either by appropriate determination of
  • Design parameters are automatically ensured or specifically provoked by control. For example, in the case of a galvanic cell, the
  • Reactive multi-layer structure are designed so that both an overheating of the cell as well as a targeted ignition pulse of a battery management system or a cell logic triggers a reaction of the reactive multilayer structure.
  • the component is a cell connector for electrical connection between galvanic cells, which has a device for contacting with pole terminals of galvanic cells.
  • a galvanic cell can be understood to mean any device which is also designed and set up to emit electrical energy. It may, in particular, but not only, be one
  • a pole connection is understood to mean a region which also enables an exchange of electrical energy from outside the cell with the active part.
  • Such pole terminals may be, in particular, but not limited to, plate, pin, pinch or button-shaped conductor regions connected to the interior of the galvanic cell.
  • plate-shaped pole terminals which are led through a cell housing are also referred to as current conductors.
  • Cell connector is understood in the context of the invention, a component which connects a pole terminal of a galvanic cell with a pole terminal of another cell.
  • a means for contacting is in the sense of Invention understood each component, which allows a reliable electrical connection with a Polan gleich.
  • Such devices may be, for example, but not limited to, sections having the form of plugs, clips, sleeves, lugs or the like, or having shape features which, together with screws, rivets or other fasteners, allow attachment to the pole terminal, depending on the design of the pole terminal , If a cell connector one
  • an effective external protection circuit can be realized which reliably separates one cell or group of cells from another cell or group of cells. A change to the cell design is not required.
  • the component is a galvanic cell, wherein the means for separating is associated with one or more sections for conducting electrical current from and / or to an active part of the galvanic cell.
  • An active part is understood to be that part of the cell within which as well
  • the active part preferably comprises film layers of electrochemically active materials (electrodes), conductive materials
  • a film is understood to mean a thin semifinished product which is produced from a metal and / or a plastic (for example polyimide or the like).
  • the film can serve as a carrier (substrate) for a material having desired electrical and / or chemical properties or be made of the material with the properties mentioned itself.
  • Electrochemically active materials broadly refer to materials that also participate in an electrochemical reaction in the active part.
  • Under collector materials are understood in the broadest sense materials which are also suitable for collecting and conducting electrical charges and with respective electrode areas are connected.
  • a collector foil may be, for example, but not limited to, a conductor foil, in particular metal foil, or a plastic foil coated with a conductor material, in particular metal.
  • Separator materials are broadly understood to mean materials that exist between an anode region (negatively charged region) and a
  • Cathode area (positively charged area) of a galvanic cell can be arranged to separate them.
  • a separator material is for
  • the separator material preferably contains an organic, in particular polymeric, at least partially permeable base material such as PET, preferably in the form of a nonwoven web, and an inorganic, in particular ceramic material such as zirconium oxide, preferably in particles whose largest
  • Diameter preferably does not exceed 100 nm.
  • the inorganic material corresponds to that of a film material sold under the trade name Separion.
  • the inorganic material may also be another suitable ceramic in preferred modifications
  • Be compound in particular from the group of oxides, phosphates, sulfates, titanates, silicates, aluminosilicates at least one of the elements Zr, Al, Li.
  • the separator material may be any electrolyte conducting electrolyte.
  • the means for separating is associated with one or more portions for conducting electrical current from and / or to an active part of the galvanic cell, an effective external protection circuit can be realized which reliably removes one cell or group of cells from another cell or cell separating another group of cells.
  • Protection circuitry may be inseparably connected to the cell as part of the cell design, thus increasing the degree of integration.
  • the device for separating preferably has one
  • a reactive multilayer structure formed on a connecting portion between a collector portion of an active part of the cell and a pole portion of the cell or between contacting portions for contacting with a cell Collector section of an active part of the cell on the one hand and with a
  • a collector section is understood to mean a section of a collector region which is preferably led out of the active part for contacting.
  • the collector region may be a collector foil as described above.
  • a housing is also understood as meaning a gas-tight, vapor-tight and liquid-tight envelope which accommodates at least the active part and surrounds it on all sides.
  • An enclosure may particularly, but not exclusively, be a film structure (coffeebag or pouch cell or the like) or a frame structure (frame flat cell or the like) or a box structure
  • a pole section is understood to be a section of a conductor structure arranged within the cell, which also enables an exchange of electrical energy from outside the cell with the active part.
  • a pole section may comprise a section of a conductor led through the cell housing or part of a cell housing, in particular an inner side of a (a pole section), which is located inside the cell.
  • the means for separating comprises a reactive multilayer structure disposed on at least one current conductor inside or outside a cell enclosure.
  • the means for separating comprises a reactive multilayer structure disposed on at least one current conductor inside or outside a cell enclosure.
  • a device for separating alternatively a reactive multilayer structure which is arranged on at least one Ableitfahne a collector foil within a cell housing.
  • a device, in particular an electrical line, for supplying an ignition pulse from the outside to the device for separating or to the reactive multilayer structure is provided.
  • the electrical line can also be part of a ladder section on which the
  • Reactive multilayer structure is arranged. With such a device for supplying an ignition pulse from the outside is a targeted ignition of the
  • a device in particular a preferably externally controllable switching device, is provided for short-circuiting the cell or a part of the cell and for conducting a short-circuit current to the device for disconnecting.
  • Short-circuit current is generally higher than a normal working current on which the galvanic cell is designed.
  • a short circuit also often causes a destruction of a galvanic cell.
  • this current is suitable for igniting the reactive multi-layer structure, whereupon both the short circuit and the current flow to and from the cell are interrupted.
  • ignition of the reactive multilayer structure is triggered by a cell management system or a battery management system that manages a plurality of galvanic cells.
  • a device is preferably provided for detecting state parameters of the cell and for signaling the state parameters to the cell management system and / or the battery management system. It is thus also possible to monitor state parameters of the cell and other components of the operating environment of the cell, and to monitor the cell or a group of cells or a portion of a cell if necessary by means of the ignition of the cells
  • FIG. 1 a plan view of a galvanic cell with Ableitfahen, wherein an enclosure for ease of illustration is omitted, according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 1 a longitudinal sectional view of the cell of Figure 1 along a line II-II in Fig. 1.
  • a plan view corresponding to Figure 1 of a galvanic cell according to another embodiment of the present invention a plan view corresponding to Figure 1 of a galvanic cell according to another embodiment of the present invention.
  • a plan view of a galvanic cell according to another embodiment of the present invention a plan view of a galvanic cell with control unit according to another embodiment of the present invention; a spatial representation of an external structure of a galvanic cell according to another embodiment of the present invention; a plan view of an upper side of a cell of Fig. 8 in a variant embodiment; a side view of an edge of the cell of Fig. 8 in
  • FIG. 9 a longitudinal sectional view of the galvanic cell of Figure 8 along a line Xl-Xl in Fig. 9.
  • a longitudinal sectional view of a galvanic cell according to another embodiment of the present invention an enlarged horizontal sectional view of an end portion of the cell of FIG. 12 along a through a
  • Embodiment of the present invention a partially sectioned side view of an arrangement of two cells with a cell connector according to another
  • Embodiment of the present invention and a sectional plan view of the arrangement of Fig. 17 along a line XVIII-XVIII. It is understood that the representations in the figures are schematic and are limited to the representation of the features useful for the understanding of the invention. It should also be pointed out that the dimensions and proportions shown in the figures are due solely to the clarity of the representation and are in no way to be understood as limiting, unless the description makes otherwise. In particular, material thicknesses are often shown greatly exaggerated in the figures.
  • an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
  • a galvanic cell 2 has an active part 4, whose internal structure is not shown in detail.
  • the active part 4 is a packet-like, stacked or wound arrangement of preferably coated films with electrochemical properties.
  • the films and / or layers alternately form anode regions, separator regions and cathode regions which are responsible for the recording, conversion, storage and delivery of electrical
  • collector areas which are respectively connected to anode and cathode areas and the derivative or supply line
  • Foil assemblies for forming the active part of a galvanic cell are known.
  • the current collecting regions are led out of the actual foil package as so-called discharge lugs 6, 8 and, separated after their assignment to the cathode or anode regions,
  • An enclosure may be a cladding film, a frame structure, a box structure or the like and forms a mechanical
  • Electromagnetically shielding structure So-called current conductors (not shown in detail) are connected within the enclosure with the Ableitfahnen 6, 8 and through the enclosure, such as a weld of the
  • current conductors may be directly connected to collector regions inside the cell, or may be conductive tabs through the
  • an exothermic solder foil 10 is applied, preferably glued.
  • the exothermic solder foil 10 is formed with nanometer reactive multilayers. It serves as a controlled energy storage, which can be ignited by one or more influences such as temperature, current, voltage, a laser pulse or others or ignites automatically and then gives off locally and briefly high thermal energy.
  • Such solder foils 0 are conventionally used e.g. used to at
  • the solder foil 10 is designed so that it ignites at a defined overcharge of the film package 4 (ignition pulse) and emits a thermal energy, which
  • Ableitfahnen 8 melts through. This interrupts the flow of current into the cell.
  • An ignition pulse can also be input specifically from the outside, for example by a current or voltage pulse. Thereby, e.g. a cell is switched out of the network.
  • the solder foil 10 thus serves as a multi-layer active fuse.
  • the exothermic solder foil 10 is disposed on the uppermost one of the solder tails 8 in a region where a plurality of solder tails 8 are gathered in the thickness direction.
  • the solder foil 10 is a
  • Reactive multilayer structure in the sense of the invention. It is designed with regard to their energy output so that in response all Lötfahnen 8
  • solder foil 10 is provided on both Ableitfahnen 6, 8.
  • the energy output is such that upon reaction only some of the solder tails 8 are melted through, with the common material thickness of the remaining solder tails 8 then no longer sufficient to be able to conduct the cell current unscathed, so that the remaining solder tails 8 alone melt through ,
  • a nanometer reactive multilayer is vapor-deposited directly on one or both discharge lugs 6, 8 or otherwise deposited there.
  • the directly applied reactive multilayer of this modification is also a reactive multilayer structure in the sense of the invention.
  • Fig. 3 shows another embodiment of the present invention.
  • Fig. 3 in Fig. 2 marked by a dotted line III area shown enlarged as a detail.
  • Embodiment According to the illustration in FIG. 3, a plurality of discharge lugs 8 protrude out of the film stack of the active part 4, which is shown only schematically. In a region before the solder tails 8 in the thickness direction
  • each Lötfahne 8 carries an exothermic solder foil 10. This is in terms of their energy output designed so that upon reaction, the respective Lötfahne. 8 is melted through without affecting other Lötfahen 8 or ignite other solder sheets 10.
  • Embodiment is also a reactive multilayer structure according to the invention.
  • Multi-functional battery backup is installed in the inner Kunststofftechnikssegment before or between the sheet contacting.
  • Fig. 4 shows a view corresponding to the plan view of Fig. 1, another embodiment of the present invention.
  • This embodiment is a modification of the first or second embodiment. While in those of the ignition pulse for the solder foil 0 is preferably supplied via the Ableitfahne 8, the solder foil 10 is connected to a feed line 12 in the present embodiment. Via the feed line 12, an ignition pulse for the solder foil 10 via a control unit (not shown in detail) can be fed.
  • the supply line 12 may be part of the Ableitfahne 8 or the solder foil 10. Alternatively, it can also be an independent conductor piece, which is subsequently connected to the discharge lug 8 or the soldering foil 10. If, as in the exemplary embodiment shown in FIG. 3, each discharge lug carries a soldering foil 10 and is connected to its own supply line 12, the individual solder foils 10 can be controlled individually (ie, ignited) via the (not shown) control device and the associated discharge lugs 8 to be interrupted.
  • Fig. 5 shows in a representation corresponding to the plan view of Fig. 1, a further embodiment of the present invention.
  • This embodiment is a modification of one of the embodiments shown in FIGS. 1, 2 or 4 shown embodiments.
  • a solder foil 10 which ignites to a predetermined ignition pulse and the
  • a switching network (here, for example, a blocking transistor circuit) 14 is provided by
  • Connecting lines 16, 18 is connected to the Ableitfahen 6, 8.
  • the connecting line 18 opens into the Ableitfahne 8 where the solder foil 10 is arranged.
  • the switching network 14 with a control device (not shown in detail) connectable.
  • the Ableitfahnen 6, 8 are separated from each other.
  • the switching network 14 establishes a conductive connection between the discharge lugs 6, 8.
  • the short-circuit current is sufficient to ignite the solder foil 10, thus acting as ignition pulse for the solder foil 10.
  • the connecting lines 16, 18 may each be part of the Ableitfahen 6 or 8 or the solder foil 10. Alternatively, they can also be independent conductor pieces, which can be retrofitted with the discharge lug 6 or 8 or the solder foil 10
  • Fig. 6 is a representation corresponding to the plan view of Fig. 1, a galvanic cell 2 as a further embodiment of the present invention.
  • an enclosure 22 of the cell 2 is shown, and located within the housing 22 parts of the cell 10 are shown in dashed lines.
  • the housing 22 is a film structure, which encloses the active part 4 together with Ableitfahnen 6, 8.
  • the housing 22 is evacuated and protects the cell 2 from external influences as well as from the
  • an exothermic solder foil 10 is disposed outside of the cell housing 22 on the current collector 26.
  • the solder foil 10 is designed such that the thermal energy released when it is ignited completely melts the current conductor 26 or at least melts so far that the cell current causes the further complete thorough melting.
  • the exothermic reaction of the solder foil 10 takes place outside the cell housing 10.
  • the interior of the cell 2 is at least largely kept free from heat input by the exothermic reaction.
  • a supply line (not shown in more detail) can also be provided here, via which the soldering foil 10 an ignition pulse can be supplied.
  • a reactive multilayer can be applied directly to the current collector 26.
  • Fig. 7 shows in a representation corresponding to the plan view of Fig. 1, a further embodiment of the present invention.
  • the present embodiment is a modification of the embodiment shown in FIG. 4. As in Fig. 6 is also in Fig. 7 a
  • Housing 22 of the cell 2 is shown, and located within the housing 22 parts of the cell 10 are shown in dashed lines.
  • the Ableitfahne 8 carries a solder foil 10, which ignites to a predetermined ignition pulse and the Ableitfahne 8 destroyed.
  • a current collector 24 is connected to the Ableitfahne 6 and extends through the housing 22 therethrough.
  • Another current collector 26 is connected to the Ableitfahne 8 and extends through the housing 22 therethrough.
  • the solder foil 10 is connected to a feed line 12, which also extends through the housing 22 therethrough.
  • a controller 28 is provided, which is connected to the cell 2.
  • the first current conductor 24 is connected via a first connecting line 30 to the control unit 28, the supply line 12 is connected via a second connecting line 32 to the control unit 28, the second current collector 26 is connected via a third connecting line 34 to the control unit 28.
  • Controller 28 is configured to arrive at a predetermined internal event, such as reaching a predetermined cell current, cell voltage, cell temperature, or other limit
  • Connecting lines 30, 32, 34 may further connection or
  • Signal lines for connection to sensors within cells 2 or a cell assembly may be provided.
  • the controller 28 may be assigned to the cell 2 individually. Alternatively, the controller 28 may be a common controller for a plurality of cells 2.
  • the controller 28 may e.g. Part of a battery management system (BMS) for one or more cells or batteries and be connected for example with crash sensors or the like.
  • BMS battery management system
  • FIG. 8 schematically shows an outer structure of a galvanic cell 100 according to another exemplary embodiment of the present invention in a spatial representation.
  • the galvanic cell 100 is a so-called flat contact cell. It has a flat, approximately cuboid shape.
  • a top 112, a bottom 114, two end faces 116, 118 and two flanks 120, 122 are defined on the cell 00.
  • the upper side 112 and the lower side 114 are arranged at least substantially parallel to each other.
  • each of the end faces 116, 118 and the flanks 120, 122 are arranged at least substantially parallel to each other.
  • the top 112 and the bottom 114 are the sides with the largest surface area in the
  • flat pages 112, 114 Relationship to other pages, and they are also referred to as flat pages 112, 114.
  • the dimensions of the flat sides 112, 114 define a length L and a width W of the cell 110, wherein the length L is greater than the width W, without loss of generality.
  • the distance of the upper side 112 from the lower side 114 defines a thickness T of the cell 10.
  • the end faces 116, 118 and the flanks 120, 122 connect the upper side 112 and the lower side 114 peripherally circumferentially with each other, whereby - again without limiting the generality - the end faces 116, 118 connect the shorter edges of the flat sides 112, 114 with the dimension W (width) and the flanks 120, 122 connect the longer edges of the flat sides 112, 114 with the dimension L (length).
  • the end faces 116, 118 and the flanks 120, 122 are also referred to as narrow sides 116, 118, 120, 122 of the flat contact cell 100.
  • a plane parallel to the flanks 120, 122, which intersects the flat sides 112, 114 in half the width W, defines a
  • the cell 100 has an electrochemically active part, which is not shown in detail in FIG. For the active part of cell 100 this
  • Embodiment basically apply the comments for the first embodiment.
  • the active part of the cell 100 is formed by a film package.
  • a housing or a housing of the film package or of the active part of the cell 100 is formed by an upper shell 124 and a lower shell 126, which are also referred to as half shells 124, 126.
  • the lower shell 126 is significantly higher than the upper shell 124.
  • the lower shell 126 as a trough and the upper shell 124 may be referred to as a lid.
  • This shape is quite exemplary and can be modified with regard to the mechanical, electrical, manufacturing and economic requirements.
  • a seal 128 is arranged at a contact surface between the upper shell 124 and the lower shell 126.
  • the half-shells 124, 126 are of a well-conducting
  • the shape of the half-switches 124, 126 is made by deep drawing.
  • the Ableitfahnen the active part of the cell 100 are each connected to one of the half-shells 124, 126.
  • the half shells 124, 126 in particular with the flat sides 112, 114 defined by them, form a flat
  • the seal 128 has an electrical insulating property and also serves the reliable electrical separation of the poles (half shells 124, 126).
  • a battery can be manufactured by juxtaposing a plurality of cells 100, wherein the flat sides 112, 1 14 touch each other and a
  • areas of the half shells 124, 126 which are not intended to be used for contacting, for example the narrow sides 16, 118, 120, 122, may be coated with an insulating material.
  • FIG. 9 shows a plan view of the upper side 112 of the cell 100
  • FIG. 10 shows a side view of the flank 116 (viewing direction of an arrow). X "in Fig. 9).
  • elevations 124a are formed on the flat side 12 of the upper shell 124, and four elevations 126a are formed on the flat side 14 of the lower shell 126.
  • the elevations 124a, 126a form circular contact portions and jointly define a respective contact plane 130 on the top 112 and a contact plane 132 on the bottom 1 14 of the cell 100.
  • the elevations 124a, 126a thus form well-defined contact surfaces, which of a possible deformation or Warping of the flat sides 1 12, 114 in the operation of the cell 100 are largely independent.
  • Fig. 11 is a longitudinal sectional view showing an internal structure of the cell 100 of this embodiment.
  • the sectional plane in the center plane M of the cell 100 (see Fig. 8 or Fig. 9) in the direction of an arrow "XI" in Fig. 9 runs.
  • the half-shells 124, 126 respectively form one of the end faces 116, 118 of the cell 100.
  • the flanks 120, 122 of the cell 100 are half of lateral edges of the half-shells 124, respectively, as shown in FIG. 126 formed.
  • one of the half-shells 124, 126 may have a lateral edge extending over the entire height of the cell 100, while the other one of the half shells 124, 126 has a lateral edge
  • Semi-switching 124, 126 has the basic shape of an L-shaped bent sheet metal.
  • Ableitfahen 136, 138 of the film package 134 protrude comparatively short on the end faces of the film package 134 addition.
  • On voltage standing contact springs (compression springs) 168 which are made of an elastically resilient and electrically conductive material, sitting on the frontally projecting Ableitfahnen 136, 138 and provide an electrical connection to the front edges 124c, 126c of the half-shells 124, 126 ago.
  • the contact springs 168 each run in scenes 170, which are made of an electrically insulating material and the contact springs 168 against other area of the half-shells 124, 126 isolate.
  • the contact springs 168 also support the foil package 134 in the longitudinal direction and protect it from movements in the housing.
  • the half-shells 124, 126 are made of a metallic, highly conductive material (eg, steel, aluminum, copper, alloys thereof, or the like) and form the poles of the cell 100.
  • Optional bumps (see Figures 9 and 10) on the flat sides 112 114 are not shown in FIG. 11, as are optional dampings between the foil package 134 and the flanks of the cell 100 (ie, the half-shells 124, 126).
  • Fig. 12 shows a concrete embodiment of the cell 100 in one
  • FIG. 13 shows an end region of the cell 100 in an enlarged horizontal sectional view along a plane symbolized by a dot-dash line in FIG. 12
  • a film package 134 of the cell 100 is formed by a film roll, but it may be formed in a design alternative as a film stack or the like.
  • a first collector foil 178 and a second collector foil 182 are wound, which are each coated with electrode layers.
  • Collector foils 178, 182 existing electrode material
  • Front side 1 16 of the cell 100 formed by the lower shell 126 and a second end face 118 of the cell 100 is formed by the upper shell 124.
  • a contact spring 168 made of a conductive material provides an electrical connection between the front inside of the lower shell 126 and the Ableitfahen 136 or between the front inside of the upper shell 126 and the Ableitfahen 138 each by adhesion to pressure.
  • elevations 124a are formed in the upper shell 124 only on the upper side 112 of the cell 100, but no elevations are provided on the lower side 114.
  • the elevations 124a of the cell 100 thus contact the flat side 11 formed by the lower shell 126 of an optionally adjacent cell in one
  • FIG. 13 Stack arrangement of cells 100 directly. The construction of the frictional connection is shown more clearly in FIG. 13.
  • the end face 116 of the cell 100 (the lower shell 126) is shown with the associated portion of the film package 134.
  • the compression spring 168 has a curved shape with two free ends 168a, which are supported on the half-shell 126, and an arcuate, pointing to the end face of the film package 134 center portion 168b. The pressure of the contact spring 168 and the electrical
  • connection is mediated via a contact plate 192, which is arranged between the contact spring 168 and the Ableitfahen 136 of the film package 134.
  • the center portion 168b of the contact spring nestles against the contact plate 192 for a sufficient distance, and the free ends 168a nestle against the half shell 126 a sufficient distance to ensure reliable power transmission.
  • the contact plate 192 has notches 192 a, which point with a tip to the Ableitfahen 136 and penetrate the front end pressure in order to improve the current transfer.
  • an insulation 192b is applied to the contact plate 192, which isolates the contact plate 192 electrically from the half-shells 124, 126.
  • the structure is identical on the other end face (side of Ableitfahen 138).
  • an exothermic soldering foil 110 is applied on the middle part 168b of the contact spring 168 on a side facing the contact plate 192.
  • the exothermic solder foil 110 is formed with nanometer reactive multilayers. This serves as a controlled
  • the solder foil 110 is so for example
  • the solder foil 110 thus serves as a multi-layer active fuse. Insulating packs 104 disposed between the free ends 168a of the contact springs 168 and the contact plate 192 also hold Through-melted contact spring 168, the distance between the contact plate 192 and the half-shells 124, 126 upright.
  • an exothermic solder foil may be applied on a side facing away from the contact plate or may be applied to the contact plate 192 itself; Such an arrangement may, for example, but not only, be helpful if the conductivity of the exothermic solder foil is behind that of the contact plate and / or the
  • the nanometer reactive multilayer may be evaporated or otherwise deposited.
  • the exothermic solder foil 10 is provided on the contact springs 168 of both end faces 116, 118, this can be omitted in a further modification on one of the end faces 116, 118.
  • more than two notches 192a may be provided to further improve the contacting.
  • FIG. 14 shows, in a longitudinal sectional view corresponding to FIG. 12, a galvanic cell 100 according to a further exemplary embodiment of the present invention
  • the half shells 124, 126 are constructed at least substantially identical.
  • the end faces 116, 118 are each formed halfway from the front edges 124c, 126c (and the side edges not visible in the figure).
  • the seal 128 accordingly extends at least substantially circumferentially at half the height in FIG.
  • Thickness direction of the cell 100 is the direction of the cell 100.
  • contact springs 168 are used whose shape corresponds to the previous embodiment.
  • the contact springs 168 each have a curved shape with two free ends (168a, see Fig. 13), which are supported on the housing, and a arcuate, pointing to the front side of the film package 134 center part 168b.
  • the pressure of the contact spring 168 and the electrical connection are mediated via a contact plate 192 which is arranged between the contact spring 168 and the Ableitfahen 136 of the film package 134.
  • edges 124c, 126c of the half-shells 124, 126 are bent inwardly to form doubled edges (edge doubles) 124j, 126j (ie, the edge thickness is twice that Sheet metal position doubled).
  • an insulating strip 106 is arranged on the inside, the thickness of which corresponds at least substantially to a sheet thickness of the half-shells 124, 126 or their front-side edges 124c, 126c.
  • the half-shells 124, 126 are assembled so that the doubled edges 124j, 126j face one edge 124c, 126c with an insulating strip 106, respectively.
  • the free edges of the contact springs 168 each sit in a half on a doubled edge 124j, 126j of the half-shell 124, 126 to be contacted and the other half on an insulating strip 106, which is the contact spring 168 of the non-contacting half-shell 124, 126 electrically isolated on.
  • a half-shell 126, 124 connected to the contact spring 168 and thus with the Ableitfahnen 136, 138 an end face of the film package 134, and the other half-shell 124, 126 is reliably isolated from it.
  • the half-shells 124, 126 or their elevations 124a, 126a provided on the flat sides can be used as poles of the cell 100.
  • the elevations 124a of the upper shell 124 are formed smaller than the elevations 126a of the lower shell 126 to the
  • the cover 108 is made of a resilient, electrically insulating material such as a rubber or silicone material and causes on the one hand further sealing of the cell 100 and on the other hand electrical insulation of portions of the cell 100, which should not serve as poles.
  • An exothermic solder foil 110 is respectively provided on the central part 168 b of the contact springs 168 on the side facing away from the printing plates to a
  • An insulating package (104, see Fig. 13) is not shown in detail in Fig. 14, but may be provided.
  • FIG. 15 shows, in a longitudinal sectional view corresponding to FIG. 12, a galvanic cell 100 according to a further exemplary embodiment of the present invention
  • the upper shell 124 of the cell 100 has an at least substantially plate-like shape and has the
  • Lower shell 126 has an at least substantially trough-shaped form.
  • Contact sections (poles) of the cell 100 are defined by protrusions 124a, 126a formed on the flat sides 112, 114 of the cell 100 (half-shells 124, 126).
  • the upper shell 124 is seated on the edge of the lower shell 126, and the seal 128 is formed circumferentially therebetween.
  • the film stack 134 has frontally opposite Ableitfahnen 136, 138, each with their flat sides on each other.
  • the Ableitfahnen 136 in the region of the end face 116 lie with their flat sides on each other and are insulated by a contact support 140 against the upper shell 124.
  • the Ableitfahnen 136 is disposed an exothermic solder foil 110 having electrically conductive nanometer reactive multilayers.
  • Contact clip or spring 168 is supported against the lower shell 126 and presses from below against the solder foil 110. In this way, an electrical contact between the Ableitfahen 136 and the lower shell 126 is made.
  • the Ableitfahen 138 in the region of the other end face 118 with their flat sides on each other and are insulated by a contact support 140 against the lower shell 126.
  • a contact support 140 against the lower shell 126.
  • an exothermic solder foil 110 is arranged, which has electrically conductive nanometer reactive multilayers.
  • a contact clip or spring 168 is supported against the upper shell 124 and presses from above against the solder foil 110. In this way, an electrical contact between the Ableitfahen 138 and the upper shell 124 is prepared.
  • the solder foil 110 acts as a multi-layer active fuse which, for example, but not only, reacts when the foil stack is overloaded or when an ignition signal is supplied, and at least either the deflector vanes 136, 138 or the contact springs 168 melts.
  • solder foil 110 forms an insulator layer between the contact springs 168 and the Ableitfahen 136, 138 when ignited.
  • Elevations 124a, 126a on the upper shell 124 and the lower shell 126a serve as contact portions (poles) of the cell.
  • the elevations 126a of the lower shell 126 are formed higher than the elevation 124a of the upper shell 124. In this way, the pole position of the cell 100 can be reliably marked.
  • the elevations 124a or 126a can be replaced by depressions, on the one hand to characterize the pole position, on the other hand to prevent a displacement of cells 100 relative to each other, and finally the packing density of cells 100 in one
  • solder foil 1 10 only on one of
  • Fig. 16 shows an arrangement of two galvanic cells 200 with a connector 202 as another embodiment of the present invention.
  • a pole 204 of a first cell 200 is connected to a pole 206 of a second cell 200 through a connector 202.
  • the connector 202 bridges over a free distance (distance d) between the poles 204, 206 and is formed of a highly conductive material (steel, aluminum, copper, alloys thereof or the like).
  • the connector 202 is fastened to the poles 204, 206 by means of one or more connecting elements 208 (screw, rivet or the like).
  • the connector 202 may also be clipped, clamped, plugged, glued, soldered or the like to the poles 204, 206. Furthermore, the connector 202 has a reactive multilayer 210 in the area of the free path.
  • the layers of reactive multilayer 210 Upon firing, the layers of reactive multilayer 210 exothermically react and melt connector 202 so that connector 202 is interrupted in the region of free span d. Thus, the cells 200, 200 are effectively separated from each other.
  • the current conductors 204, 206 are angled and facing each other.
  • the principle of the invention is equally applicable to just projecting current conductors or otherwise
  • FIG. 17 shows an arrangement of two galvanic cells 200 with a connector 202 as a further embodiment of the present invention, wherein the galvanic cells 200 only in the region of the exit of the
  • Fig. 18 is a plan view, cut along a line XVIII-XVIII, of the arrangement of Fig. 17 as viewed in the direction of arrows.
  • a connector 202 for connecting the current conductors 204, 206 has a first terminal part 212, a second terminal part 214, and a reactive nanometer multilayer 210 (hereinafter referred to as multi-element I 1 210).
  • the connecting part 212 is made of a good electrical conductor material and has a plate portion 212a and two spring portions 212b, which are bent back in the direction of the plate portion. A distance between the spring sections 212b and the plate section 212a is dimensioned such that a current conductor 204, 206 can be clamped in between in such a way that the
  • Plate portion 212a is applied to the current conductors 204 and 206 and the spring portions engage around the current conductors 204 and 206 and elastically press against the plate portion 212 a.
  • the connection principle of the connecting part 212 thus corresponds to that of a cable lug.
  • the connecting part 214 is constructed in the same way as the previously described connecting part 212 and has a plate section 214a and two spring sections 214b, to which the above explanations apply accordingly. In the illustrated configuration, the connector 212 is slid onto the current collector 204 of one cell 200, while the connector 214 is slid onto the current collector 206 of the other cell 200. Between the opposite
  • the multilayer 210 is arranged.
  • the layers of the multilayer 210 are formed of good conductor materials.
  • the reaction product forms the multilayer 210 Insulator material, which electrically separates the connecting parts 212, 214 from each other.
  • the multilayer 210 is a reactive multilayer structure in the sense of the invention.
  • one or more strips or a network are formed by respective reactive multilayers on a collector foil of a galvanic cell. As a result, the galvanic cell is divided into segments. The segments work in non-activated reactive multilayers in a conventional manner and form
  • a high-performance battery in sections harmless voltage such as less than 48 V or the like, are disassembled. Also, during operation may be at risk or faulty
  • Sections (segments) of a cell are switched off individually and specifically.
  • a reversibly reactive reactive multilayer is provided. Under a reversible reactive multilayer is a reversible reactive multilayer.
  • Reactive multi-layer that restores an original state at least once after activation.
  • Multi-layering can be done at any suitable one of the aforementioned locations for purposes of active protection of galvanic cells.
  • the reactive multilayers used in this application consist of several hundred to several thousand alternating layers of at least two materials which can react exothermically with one another.
  • the thicknesses of Single layers are in the range of preferably 10-50 nm, with deviations down or up are possible.
  • an activation energy Upon activation of an activation energy, an atomic interdiffusion of the two materials is excited within the nanometer multilayer, resulting in a high heat release within a very short time.
  • Combination layers e.g. laminates
  • Piezoelectric materials e.g. Ceramics, crystals or the like
  • Multifunctional multilayers e.g. tribological properties
  • thermo-sensors which react with each other, and / or conductive polymers as well as sensors (eg thermo-sensors) or in combination with Al and Si0 2 / Ti0 2 multi-layer, Ti, Zr, Sn and Al; Au, Ag
  • Oxoclusters commonly used metals for oxoclusters: Sn, Ti, Zr, Hf, Ce, Nb, Mo, W, V)
  • Binary and tenear oxide aerogels (examples: Ti0 2 / Si0 2 , Al 2 O 3 / Si0 2 ,
  • Layered two-dimensional materials embedded in an organic matrix e.g. Graphite oxide in expanded form, embedded as a nanocomposite in a polyurethane matrix
  • Ableitfahnen can, for example. Connected by soldering and be performed as a current conductor through the enclosure. Also in this case, an active fuse inside or outside the enclosure within the meaning of this application is providable.
  • the electrical component is characterized in that it is a lithium ion battery or a lithium ion secondary battery or comprises a lithium ion battery or a lithium ion secondary battery.
  • Another object of the invention relates to the use of a composite as defined in this disclosure for separating an electrical
  • an internal or external contacting is provided in all embodiments, which is separable by a reversible or irreversible reactive multilayer.
  • reactive multilayer structures may be vapor deposited, deposited, or otherwise deposited directly, or arranged as discrete films or similar structures.
  • exothermic soldering This is to be understood as merely exemplary and does not limit the use of other reactive multilayer structures in any way.

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Abstract

Ein elektrisches Bauteil mit einer Einrichtung zum Trennen einer elektrischen Leitungsverbindung weist eine Reaktivmultischichtstruktur auf, um die Trennung der elektrischen Leitungsverbindung zu bewirken. Das elektrische Bauteil kann eine galvanische Zelle sein, und die Einrichtung zum Trennen kann außerhalb oder innerhalb der Zelle angeordnet sein. Das elektrische Bauteil kann auch ein Zellverbinder sein. Es kann eine schnelle und zuverlässige Abtrennung von galvanischen Zellen aus einem Verbund mehrerer galvanischer Zellen oder eine schnelle und zuverlässige Zerlegung von großen Zellen in Segmente verwirklicht werden.

Description

ELEKTRISCHES BAUTEIL MIT EINER EINRICHTUNG ZUM TRENNEN EINER ELEKTRISCHEN
LEITUNGSVERBINDUNG
B e s c h r e i b u n g Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektrisches Bauteil, insbesondere eine galvanische Zelle oder einen Zellverbinder für galvanische Zellen, mit einer
Einrichtung zum Trennen einer elektrischen Leitungsverbindung.
Galvanische Zellen wie etwa Batterien (Primärspeicher) und Akkumulatoren
(Sekundärspeicher) zur Speicherung elektrischer Energie, die aus einer oder mehreren Speicherzellen aufgebaut sind, in denen bei Anlegen eines
Ladestroms elektrische Energie in einer elektrochemischen Ladereaktion
zwischen einer Kathode und einer Anode in bzw. zwischen einem Elektrolyten in chemische Energie umgewandelt und somit gespeichert wird und in denen bei Anlegen eines elektrischen Verbrauchers chemische Energie in einer
elektrochemischen Entladereaktion in elektrische Energie umwandelt wird, sind bekannt. In den letzten Jahren gewinnen Primär- und Sekundärspeicher auf der Basis von Lithiumverbindungen an Bedeutung. Beispielsweise werden Lithium- Ionen-Akkumulatoren heute für eine Vielzahl von Anwendungen vorgeschlagen und eingesetzt, so auch als Traktionsbatterien für Kraftfahrzeuge. Zu diesem
Zweck werden Einzelzellen in Blöcken zusammengefasst und
zusammengeschaltet, um die jeweils erforderlichen Spannungen und
Kapazitäten bereitzustellen. Oft werden von Batteriesystemen hohe
Spannungen von einigen hundert Volt gefordert. Unter bestimmten Umständen wie etwa eines Unfalls, eines kritischen Ladezustands oder eines kritischen Betriebszustands kann es wünschenswert sein, einzelne Zellen oder Gruppen von Zellen vom Batteriesystem abzutrennen.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein elektrisches Bauteil mit einer Einrichtung zum Trennen einer elektrischen Leitungsverbindung zu schaffen, wodurch es u.a. möglich ist, den Stromfluss aus und/oder in eine galvanische Zelle zuverlässig zu unterbrechen.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung bilden den Gegenstand der
Unteransprüche.
Nach einem Gesichtspunkt betrifft die vorliegende Erfindung ein elektrisches Bauteil umfassend eine Einrichtung zum Trennen einer elektrischen
Leitungsverbindung, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung einen Verbund aus mindestens zwei unterschiedlichen Materialien umfasst.
Der Begriff„Verbund" umfasst zwei oder mehr miteinander verbundene
Materialien. Der Begriff„Materialien" umfasst sowohl Elemente des
Periodensystems wie auch davon abgeleitete Verbindungen, wie anorganische oder organische Verbindungen.
Vorzugsweise werden die mindestens zwei unterschiedlichen Materialien so ausgewählt, dass sie miteinander zur Reaktion gebracht werden können, wodurch die Trennung der elektrischen Leitungsverbindung bewirkt wird.
In einer Ausführungsform ist der Verbund auf einem Abschnitt der
Leitungsverbindung angeordnet und die Materialien werden so ausgewählt, dass bei deren Reaktion thermische Energie freigesetzt wird, die ein Schmelzen der Leitungsverbindung über ihren Gesamtquerschnitt oder einen Teilquerschnitt bewirkt. In einer Ausführungsform verursacht die bei der Reaktion frei werdende thermische Energie ein Schmelzen der Leitungsverbindung über einen Teil des Querschnitts, wobei der restliche Querschnitt der Leitungsverbindung bei Fließen eines Normalarbeitsstrom durch den Leiterabschnitt schmilzt.
Verbünde aus mindestens zwei unterschiedlichen Materialien, die miteinander unter Freisetzung thermischer Energie zur Reaktion gebracht werden können, also in einer exotherm verlaufenden Reaktion zur Reaktion gebracht werden können, sind bereits bekannt.
Aus dem "Fraunhofer IWS Jahresbericht 2008", S. 76, ist bekannt, als Verbund sogenannte„Nanometer-Reaktivmultischichten" als Energiespeicher
einzusetzen, welche zum Fügen von wärmeempfindlichen Bauteilen verwendet werden. Solche„Nanometer-Reaktivmultischichten" ("RMS") können aus mehreren hundert bis zu einigen tausend Einzelschichten von jeweils 10 - 100 nm Dicke aus mindestens zwei unterschiedlichen Materialien bestehen, bei deren chemischer Verbindung Energie freigesetzt wird (exotherme Reaktion). In RMS ist somit eine definierte Menge chemischer Energie gespeichert, welche als lokale Wärmequelle genutzt werden kann. Nach Zündung durch eine externe Energiequelle, wie z. B. einen elektrischen Funken oder einen Laserimpuls, wird eine atomare Interdiffusion der Multischichtmaterialien unter Freisetzung von Energie angeregt. Es kommt zur Ausbildung einer fortschreitenden
Reaktionsfront, aus der in sehr kurzer Zeit eine hohe Wärmemenge in einem räumlich eng begrenzten Gebiet freigesetzt wird. Beispielsweise werden in sog. exothermen Lötfolien schnell reagierende Multischichtfolien als lokale
Wärmequelle zur Herstellung von Lötverbindungen verwendet; dabei können Wärme- und Spannungseintrag in angrenzende Bauteile minimiert werden. Die RMS werden mit Gesamtdicken bis zu 100 μητι beispielsweise durch
physikalische Gasphasenabscheideverfahren wie Magnetron- und lonenstrahl- Sputter-Abscheidung hergestellt und können direkt auf entsprechende Bauteile beschichtet oder als freistehende Folien erzeugt werden. Mit
Materialkombinationen wie etwa Ni/Al oder Ti/Al werden beispielsweise lokal erreichbare Temperaturen von bis zu 2000 °C sowie
Ausbreitungsgeschwindigkeiten von 2 - 20 m/s genannt.
In einer Ausführungsform wird unter einer„Reaktivmultischicht" oder
„Reaktivmultischichtstruktur'' im Sinne der Erfindung jeder Verbund verstanden, in welchem mindestens zwei unterschiedliche Materialien in Form von Schichten vorliegen, die miteinander zur Reaktion gebracht werden können. Dies bedeutet, dass eine„Reaktivmultischicht" oder„Reaktivmultischichtstruktur" aus reaktiven Multischichten bzw. einer reaktiven Multischicht aufgebaut ist. Unter einer„reaktiven Multischicht" wird im Sinne der Erfindung eine Schicht aus mehreren Einzelschichten, deren Dicke vorzugsweise im Nanometerbereich liegt, verstanden, wobei die Multischichtmaterialien bei Eintreten eines wohldefinierten Zustands wie etwa einer bestimmten Temperatur, oder bei Zufuhr eines Signals wie etwa eines Spannungsimpulses, eines elektrischen Funkens oder einen Laserimpulses miteinander reagieren, indem vorzugsweise eine atomare Interdiffusion der Multischichtmaterialien unter Freisetzung von Energie angeregt wird. Die Einleitung der Reaktion wird auch als "Zünden" der Multischicht bezeichnet. Vorzugsweise setzt sich die Reaktion ohne weiteres Zutun fort, bis die Multischichtmaterialien verbraucht sind. Insbesondere kann die Struktur eine Beschichtung, eine eigenständige, ggf. selbstklebende
Folienstruktur oder dergleichen sein.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist ein Verbund aus mindestens zwei unterschiedlichen Materialien, z.B. eine Reaktivmultischichtstruktur, auf einem Leiterabschnitt angeordnet, wobei eine bei Reaktion der reaktiven Multischicht frei werdende thermische Energie ein Schmelzen des
Leiterabschnitts über seinen Gesamtquerschnitt oder einen Teilquerschnitt bewirkt. Die Reaktivmultischichtstruktur kann hier z.B. eine exotherme Lötfolie sein, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist, wobei es nach dem
Zünden zur Ausbildung einer fortschreitenden Reaktionsfront kommt, aus der in sehr kurzer Zeit eine hohe Wärmemenge in einem räumlich eng begrenzten Gebiet freigesetzt wird. Somit kann auch eine Trennung in der Art einer
Schmelzsicherung verwirklicht werden, wobei ein Leiterabschnitt wegschmilzt und eine Leitungstrennung über eine Lücke in der Leitungsverbindung erfolgt. Die Reaktion kann auch sehr schnell und lokal begrenzt erfolgen, ohne dass benachbarte Bauteilestrukturen in Mitleidenschaft gezogen werden. Wenn der Auslöser für die Zündung der Reaktivmultischichtstruktur ein
Übertemperaturzustand ist, erfolgt durch die exotherme Reaktion eine
Verstärkung dieses Übertemperaturzustands und führt zu einem zuverlässigen und beschleunigten Schmelzen des betreffenden Leiterabschnitts. Die Reaktion erhält sich auch selbst und ermöglicht daher auch eine zuverlässige elektrische Trennung.
Wenn die bei Reaktion der reaktiven Multischicht frei werdende thermische Energie so bemessen ist, dass sie den Leiterabschnitt über einen Teil des Querschnitts den Leiterabschnitt über einen Teil des Querschnitts schmilzt, wobei der restliche Querschnitt des Leiterabschnitts bei Fließen eines
Normalarbeitsstrom durch den Leiterabschnitt schmilzt, kann auch die erzeugte thermische Energie und somit eine thermische Beeinträchtigung benachbarter Bauelemente auf ein Mindestmaß begrenzt werden. Als ein Normalarbeitsstrom wird dabei im Sinne der Erfindung ein Strom einer Stromstärke verstanden, die unter normalen Arbeitsbedingungen des elektrischen Bauteils in der
Leitungsverbindung vorherrscht.
Als bevorzugte einsetzbare mindestens zwei unterschiedliche Materialien im Verbund seien Kombinationen elementarer Metalle genannt, die unter Bildung von Legierungen oder metallischen Gläsern reagieren; Elemente oder
Verbindungen, die mit Silizium oder Siliziumverbindungen Silizide bilden, insbesondere binäre metallische Verbindungen des Siliziums; Elemente oder Verbindungen, die mit Aluminium oder Aluminiumverbindungen Aluminide bilden, insbesondere binäre Verbindungen des Aluminiums, vorzugsweise Magnesiumaluminid, Nickelaluminid, Titanaluminid; Elemente oder
Verbindungen, die mit Bor oder Borverbindungen Boride bilden, vorzugsweise Magnesiumborid; Elemente oder Verbindungen, die mit Kohlenstoff oder Kohlenstoffverbindungen Carbide bilden; Thermite, vorzugsweise Thermite basierend auf Eisenoxid als dem einen Material der mindestens zwei unterschiedlichen Materialien, und Aluminium als dem anderen Material der mindestens zwei unterschiedlichen Materialien. Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist der Verbund, beispielsweise in Form einer Reaktivmultischichtstruktur, zwischen zwei Leiterabschnitten angeordnet und in einem nicht reagierten Zustand elektrisch leitend, wobei das Reaktionsprodukt der Reaktivmultischichtstruktur elektrisch nicht leitet. Somit kann auch eine Leitungstrennung in der Art eines feststofflichen Isolators verwirklicht werden. Die Enden der Leitungsverbindung bleiben dabei räumlich fixiert.
In dieser Ausführungsform ist der Verbund in einem Abschnitt der
Leitungsverbindung angebracht und ist selbst elektrisch leitend, wobei die mindestens zwei unterschiedlichen Materialien so ausgewählt werden, dass bei deren Reaktion miteinander als Reaktionsprodukt ein elektrischer Isolator entsteht.
In einer Ausführungsform ist es denkbar, als das eine Material der mindestens zwei unterschiedlichen Materialien ein elektrisch leitendes Material wie Graphit oder Graphen auszuwählen. Es ist weiter denkbar, als das weitere der mindestens zwei unterschiedlichen Materialien als Material einen elektrisch nicht-leitenden Sauerstoffdonator auszuwählen, so dass bei Reaktion des Graphits oder Graphens mit dem Sauerstoffdonator elektrisch nicht leitende Oxide des Graphits oder Graphens entstehen.
In einer Ausführungsform ist das Bauteil auch dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Materialien im Verbund in Form alternierender Schichten vorliegen.
Vorzugsweise weisen die Schichten unabhängig voneinander einen
Durchmesser von 1 bis 100 nm auf. Bevorzugt liegen im Verbund zwischen 50 bis 10.000 Schichten vor.
Die Herstellung des Verbunds, auch in Form einer Reaktivmultischichtstruktur, kann nach bekannten Verfahren erfolgen, beispielsweise wie bereits weiter oben aus dem "Fraunhofer IWS Jahresbericht 2008" bekannt. Vorzugsweise werden auf ein Substrat alternierende Schichten der mindestens zwei unterschiedlichen Materialien durch Verfahren wie Aufrollen, chemische oder physikalische Gasphasenabscheidung, Vakuumabscheidung und/oder Sputter-Beschichtung aufgebracht.
Gemäß bevorzugten Ausführungsformen sind die mindestens zwei
unterschiedlichen Materialien im Verbund, beispielsweise in der
Reaktivmultischichtstruktur, ausgelegt zu reagieren, vorzugsweise zu zünden, wenn eine vorgegebene Reaktionsbedingung, vorzugsweise eine
Zündbedingung erfüllt ist, wobei die Reaktionsbedingung oder Zündbedingung vorzugsweise gegeben ist durch wenigstens einen der Zustände
- eines Überschreitens einer vorgegebenen Schwelle für einen durch den Leiterabschnitt fließenden Strom;
- eines Überschreitens einer vorgegebenen Schwelle für eine über den Leiterabschnitt anliegenden Spannung;
- eines Überschreitens einer vorgegebenen Schwelle für eine in der
Reaktivmultischichtstruktur oder dem Leiterabschnitt herrschende
Temperatur;
- eines Überschreitens einer vorgegebenen Schwelle für ein an der Reaktivmultischichtstruktur anliegendes elektrisches Potential;
- Krafteinwirkung infolge eines Stoßes oder Aufpralls. Vorzugsweise wird die Reaktion oder die Zündung ausgelöst durch Zuführen eines Strom-, Spannungs-, Temperatur-, Licht-, Schall-, UV-, Lasersignals oder -impulses oder eines sonstigen geeigneten Signals.
Je nach Anforderung kann somit die Reaktion der mindestens zwei
unterschiedlichen Materialien im Verbund, beispielsweise das Zünden der Reaktivmultischichtstruktur, entweder durch geeignete Festlegung der
Auslegungsparameter selbsttätig sichergestellt oder durch Steuerung gezielt provoziert werden. Beispielsweise kann im Fall einer galvanischen Zelle die
Reaktivmultischichtstruktur so ausgelegt werden, dass sowohl eine Überhitzung der Zelle als auch ein gezielter Zündimpuls eines Batteriemanagementsystems oder einer Zellenlogik eine Reaktion der Reaktivmultischichtstruktur auslöst. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Bauteil ein Zellverbinder zur elektrischen Verbindung zwischen galvanischen Zellen, der eine Einrichtung zum Kontaktieren mit Polanschlüssen von galvanischen Zellen aufweist. Unter einer galvanischen Zelle kann im Sinne der Erfindung jede Vorrichtung verstanden werden, welche auch zur Abgabe elektrischer Energie ausgelegt und eingerichtet ist. Es kann sich insbesondere, aber nicht nur, um eine
elektrochemische Speicherzelle vom primären oder sekundären Typ (Batterieoder Akkumulatorzelle), eine Brennstoffzelle oder eine Kondensatorzelle handeln. Unter einem Polanschluss wird im Sinne der Erfindung ein Bereich verstanden, welcher auch einen Austausch elektrischer Energie von außerhalb der Zelle mit dem aktiven Teil ermöglicht. Solche Polanschlüsse können insbesondere, aber nicht nur, platten-, stift, klemmen- oder druckknopfförmige Leiterbereiche sein, die mit dem Inneren der galvanischen Zelle verbunden sind. Insbesondere plattenförmige Polanschlüsse, die durch eine Zelleinhausung geführt sind, werden auch als Stromableiter bezeichnet. Unter einem
Zellverbinder wird im Sinne der Erfindung ein Bauteil verstanden, welches einen Polanschluss einer galvanischen Zelle mit einem Polanschluss einer anderen Zelle verbindet. Als eine Einrichtung zum Kontaktieren wird im Sinne der Erfindung jedes Bauelement verstanden, welches eine zuverlässige elektrische Verbindung mit einem Polanschluss ermöglicht. Solche Einrichtungen können je nach Ausführung des Polanschlusses beispielsweise, aber nicht nur, Abschnitte sein, welche die Form von Steckern, Klemmen, Hülsen, Kabelschuhen oder dergleichen aufweisen oder Formmerkmale aufweisen, welche zusammen mit Schrauben, Nieten oder sonstigen Befestigungselementen eine Befestigung an dem Polanschluss ermöglichen. Wenn ein Zellverbinder eine
Reaktivmultischichtstruktur als Einrichtung zum Trennen einer elektrischen Leitungsverbindung aufweist, kann eine wirksame externe Schutzschaltung verwirklicht werden, welche eine Zelle oder eine Gruppe von Zellen zuverlässig von einer anderen Zelle oder einer anderen Gruppe von Zelle trennt. Eine Änderung am Zellendesign ist nicht erforderlich.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Bauteil eine galvanische Zelle, wobei die Einrichtung zum Trennen einem Abschnitt oder mehreren Abschnitten zum Leiten elektrischen Stroms von und/oder zu einem aktiven Teil der galvanischen Zelle zugeordnet ist. Unter einem aktiven Teil wird dabei derjenige Teil der Zelle verstanden, innerhalb dessen auch
elektrochemische Lade-, Entlade- und ggf. Umwandlungsvorgänge elektrischer Energie stattfinden. Der aktive Teil weist vorzugsweise Folienschichten aus elektrochemisch aktiven Materialien (Elektroden), leitenden Materialien
(Stromsammler oder Kollektoren) und trennenden Materialien (Separatoren) aufweisen. Unter einer Folie wird im Sinne der Erfindung ein dünnes Halbzeug verstanden, das aus einem Metall und/oder einem Kunststoff (z.B. Polyimid oder dergleichen) hergestellt ist. Dabei kann die Folie als Träger (Substrat) für ein Material mit gewünschten elektrischen und/oder chemischen Eigenschaften dienen oder aus dem Material mit den genannten Eigenschaften selbst hergestellt sein. Unter elektrochemisch aktiven Materialien werden im weitesten Sinne Materialien verstanden, die auch an einer elektrochemischen Reaktion in dem aktiven Teil teilnehmen. Unter Kollektormaterialien werden im weitesten Sinne Materialien verstanden, welche auch zur Sammeln und Leiten von elektrischen Ladungen geeignet sind und mit jeweiligen Elektrodenbereichen verbunden sind. Eine Kollektorfolie kann beispielsweise, aber nicht nur, eine Leiterfolie, insbesondere Metallfolie, oder eine mit einem Leitermaterial, insbesondere Metall, beschichtete Kunststofffolie sein. Unter
Separatormaterialien werden im weitesten Sinne Materialien verstanden, die zwischen einem Anodenbereich (negativ geladenen Bereich) und einem
Kathodenbereich (positiv geladenen Bereich) einer galvanischen Zelle, anordenbar sind, um diese zu trennen. Ein Separatormaterial ist für
Ladungsträger (Elektronen) weitgehend undurchlässig (elektrisch isolierend), für Ionen dagegen wenigstens teilweise durchlässig. Das Separatormaterial enthält vorzugsweise ein organischen, insbesondere polymeren, zumindest teilweise stoffdurchlässigen Grundwerkstoff wie etwa PET, vorzugsweise in Form eines nicht verwebten Vlieses, und ein anorganisches, insbesondere keramisches Material wie etwa Zirkonoxid, vorzugsweise in Partikeln, deren größter
Durchmesser vorzugsweise 100 nm nicht übersteigt. Eine solche
Materialkombination entspricht derjenigen eines Folienmaterials, das unter dem Handelsnahmen Separion vertrieben wird. Das anorganische Material kann in bevorzugten Abwandlungen auch eine andere geeignete keramische
Verbindung sein, insbesondere aus der Gruppe der Oxide, Phosphate, Sulfate, Titanate, Silikate, Aluminosilikate wenigstens eines der Elemente Zr, AI, Li.
Allgemein kann das Separatormaterial jeder üthiumionenleitender Elektrolyt sein. Wenn die Einrichtung zum Trennen einem Abschnitt oder mehreren Abschnitten zum Leiten elektrischen Stroms von und/oder zu einem aktiven Teil der galvanischen Zelle zugeordnet ist, kann eine wirksame externe Schutzschaltung verwirklicht werden, welche eine Zelle oder eine Gruppe von Zellen zuverlässig von einer anderen Zelle oder einer anderen Gruppe von Zelle trennt. Die
Schutzschaltung kann als Teil des Zellendesigns untrennbar mit der Zelle verbunden sein und somit den Integrationsgrad erhöhen.
Die Einrichtung zum Trennen weist vorzugsweise eine
Reaktivmultischichtstruktur auf, die auf einem Verbindungsabschnitt zwischen einem Kollektorabschnitt eines aktiven Teils der Zelle und einem Polabschnitt der Zelle oder zwischen Kontaktierungsabschnitten zur Kontaktierung mit einem Kollektorabschnitt eines aktiven Teils der Zelle einerseits und mit einem
Polabschnitt der Zelle andererseits innerhalb einer Zelleinhausung angeordnet ist. Unter einem Kollektorabschnitt wird im Sinne der Erfindung ein Abschnitt eines Kollektorbereichs verstanden, der zur Kontaktierung vorzugsweise aus dem aktiven Teil herausgeführt ist. Der Kollektorbereich kann eine vorstehend beschriebene Kollektorfolie sein. Unter einer Einhausung (Zelleinhausung) wird im Sinne der Erfindung auch eine gas-, dampf- und flüssigkeitsdichten Hülle verstanden, welche wenigstens den aktiven Teil aufnimmt und allseitig umgibt. Eine Einhausung kann insbesondere, aber nicht nur, eine Folienstruktur (Coffeebag- bzw. Pouch-Zelle oder dergleichen) oder eine Rahmenstruktur (Rahmenflachzelle oder dergleichen) oder eine Schachtelstruktur
(Flachkontaktzelle oder dergleichen) sein. Unter einem Polabschnitt wird im Sinne der Erfindung ein innerhalb der Zelle angeordneter Abschnitt einer Leiterstruktur verstanden, welche auch einen Austausch elektrischer Energie von außerhalb der Zelle mit dem aktiven Teil ermöglicht. Insbesondere kann ein Polabschnitt ein im Inneren der Zelle liegender Abschnitt eines durch die Zelleinhausung geführten Stromableiters oder ein Teil einer Zelleinhausung, insbesondere eine Innenseite einer (einen Polabschnitt bildenden)
Zelleinhausung sein.
Als ebenso bevorzugte Alternative oder zusätzliche Option weist die Einrichtung zum Trennen eine Reaktivmultischichtstruktur auf, die auf wenigstens einem Stromableiter innerhalb oder außerhalb einer Zelleinhausung angeordnet ist. Als gleichfalls bevorzugte Alternative oder zusätzliche Option weist die
Einrichtung zum Trennen alternativ eine Reaktivmultischichtstruktur auf, die auf wenigstens einer Ableitfahne einer Kollektorfolie innerhalb einer Zelleinhausung angeordnet ist. Vorzugsweise ist eine Einrichtung, insbesondere eine elektrische Leitung, zum Zuführen eines Zündimpulses von außen an die Einrichtung zum Trennen bzw. an die Reaktivmultischichtstruktur vorgesehen. Die elektrische Leitung kann auch Teil eines Leiterabschnitts sein, auf welchem die
Reaktivmultischichtstruktur angeordnet ist. Mit einer solchen Einrichtung zum Zuführen eines Zündimpulses von außen ist eine gezielte Zündung der
Reaktivmultischichtstruktur von außen möglich.
Alternativ oder als zusätzliche Option ist vorzugsweise eine Einrichtung, insbesondere eine vorzugsweise von außen ansteuerbare Schalteinrichtung, zum Kurzschließen der Zelle oder eines Teils der Zelle und zum Leiten eines Kurzschluss-Stroms an die Einrichtung zum Trennen vorgesehen. Ein
Kurzschluss-Strom ist grundsätzlich höher als ein Normalarbeitsstrom, auf welchen die galvanische Zelle ausgelegt ist. Ein Kurzschluss bewirkt auch oft eine Zerstörung eine galvanischen Zelle. Wenn jedoch der Kurzschluss-Strom an die Einrichtung zum Trennen geleitet wird, ist dieser Strom geeignet, die Reaktivmultischichtstruktur zu zünden, woraufhin sowohl der Kurzschlusskreis als auch der Stromfluss zu und von der Zelle unterbrochen werden.
Vorzugsweise ist eine Zündung der Reaktivmultischichtstruktur durch ein Zellenmanagementsystem oder ein Batteriemanagementsystem, das eine Vielzahl von galvanischen Zellen verwaltet, auslösbar. Weiter ist vorzugsweise eine Einrichtung zum Erfassen von Zustandsparametern der Zelle und zum signalisieren der Zustandsparameter an das Zellenmanagementsystem und/oder das Batteriemanagementsystem vorgesehen. Es ist so auch möglich, Zustandsparameter der Zelle und anderer Bauelemente der Betriebsumgebung der Zelle zu überwachen und die Zelle oder eine Gruppe von Zellen oder einen Abschnitt einer Zelle bei Bedarf mittels der Zündung der
Reaktivmultischichtstruktur gezielt abzutrennen.
Die vorstehenden und weitere Merkmale, Aufgaben und Vorteile der
vorliegenden Erfindung werden aus der nachstehenden Beschreibung, die unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen angefertigt wurde, deutlicher ersichtlich werden. In den Zeichnungen eine Draufsicht einer galvanischen Zelle mit Ableitfahnen, wobei eine Einhausung zur Vereinfachung der Darstellung weggelassen ist, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; eine Längsschnittansicht der Zelle von Fig. 1 entlang einer Linie II- II in Fig. 1 ; eine vergrößerte Ansicht eines Endabschnitts einer Zelle gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wobei der dargestellte Bereich einer Einzelheit III in Fig. 2 entspricht; eine Draufsicht entsprechend Fig. 1 einer galvanischen Zelle gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; eine Draufsicht entsprechend Fig. 1 einer galvanischen Zelle gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; eine Draufsicht einer galvanischen Zelle gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; eine Draufsicht einer galvanischen Zelle mit Steuergerät gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; eine räumliche Darstellung eines äußeren Aufbaus einer galvanischen Zelle gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; eine Draufsicht auf eine Oberseite einer Zelle von Fig. 8 in einer Ausführungsvariante; eine Seitenansicht auf eine Flanke der Zelle von Fig. 8 in
Blickrichtung eines Pfeils "X" in Fig. 9; eine Längsschnittdarstellung der galvanischen Zelle von Fig. 8 entlang einer Linie Xl-Xl in Fig. 9; eine Längsschnittdarstellung einer galvanischen Zelle gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; eine vergrößerte Horizontalschnittansicht eines stirnseitigen Bereichs der Zelle von Fig. 12 entlang einer durch eine
strichpunktierte Linie in Fig. 12 symbolisierten Ebene in
Blickrichtung eines Pfeils "XIII"; eine Längsschnittansicht einer galvanischen Zelle gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; eine Längsschnittansicht einer galvanischen Zelle gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer Anordnung zweier Zellen mit einem Zellverbinder gemäß einem weiteren
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer Anordnung zweier Zellen mit einem Zellverbinder gemäß einem weiteren
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und eine geschnittene Draufsicht der Anordnung von Fig. 17 entlang einer Linie XVIII-XVIII. Es versteht sich, dass die Darstellungen in den Figuren schematisch sind und sich auf die Wiedergabe der für das Verständnis der Erfindung hilfreichen Merkmale beschränken. Auch ist darauf hinzuweisen, dass die in den Figuren wiedergegebenen Abmessungen und Größenverhältnisse allein der Deutlichkeit der Darstellung geschuldet sind und in keiner Weise einschränkend zu verstehen sind, es sei denn, aus der Beschreibung ergäbe sich etwas anderes. Insbesondere Materialstärken sind in den Figuren oft stark überhöht dargestellt. Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung anhand von Fig. 1 beschrieben.
Gemäß der Darstellung in Fig. 1 weist eine galvanische Zelle 2 einen aktiven Teil 4 auf, dessen innerer Aufbau nicht näher dargestellt ist. Ohne
Beschränkung der Allgemeinheit ist der aktive Teil 4 eine paketartige, gestapelte oder gewickelte Anordnung von vorzugsweise beschichteten Folien mit elektrochemischen Eigenschaften. Dabei bilden die Folien und/oder Schichten abwechselnd Anodenbereiche, Separatorbereiche und Kathodenbereiche, die der Aufnahme, Umwandlung, Speicherung und Abgabe elektrischer
Ladungsenergie im Sinne einer galvanischen Zelle dienen, sowie
Stromsammelbereiche (sog. Kollektorbereiche), die jeweils mit Anoden- bzw. Kathodenbereichen verbunden sind und der Ableitung oder Zuleitung
elektrischer Ladung von oder zu den Anoden- bzw. Kathodenbereichen dienen, aus. Es sind eine Vielzahl von Varianten für den Aufbau solcher
Folienanordnungen zur Bildung des aktiven Teils einer galvanischen Zelle bekannt.
Die Stromsammelbereiche, auch als Kollektoren bezeichnet, sind aus dem eigentlichen Folienpaket als sogenannte Ableitfahnen 6, 8 herausgeführt und, nach ihrer Zuordnung zu Kathoden- oder Anodenbereichen getrennt,
zusammengefasst und ggf. verbunden (verpresst, verklebt, verlötet, vernietet oder dergleichen). Eine allfällige Einhausung der Zelle ist in der Figur nicht näher dargestellt. Eine Einhausung kann eine Hüllfolie, eine Rahmenstruktur, eine Kastenstruktur oder dergleichen sein und bildet eine mechanisch
vergleichsweise widerstandsfähige, gas- und flüssigkeitsdichte sowie ggf.
elektromagnetisch abschirmende Struktur. Sogenannte Stromableiter (nicht näher dargestellt) sind innerhalb der Einhausung mit den Ableitfahnen 6, 8 verbunden und durch die Einhausung, etwa durch eine Schweißnaht der
Einhausung, hindurch nach außen geführt, um Polkontakte der Zelle
auszubilden. Alternativ können Stromableiter direkt mit Kollektorbereichen im Inneren der Zelle verbunden sein oder können Ableitfahnen durch die
Einhausung hindurchgeführt sein und selbst als Stromableiter dienen.
Auf einer der Ableitfahnen 6, 8 (hier auf der Ableitfahne 8) ist eine exotherme Lötfolie 10 aufgebracht, vorzugsweise aufgeklebt. Die exotherme Lötfolie 10 ist mit Nanometer-Reaktivmultischichten ausgebildet. Sie dient als kontrollierter Energiespeicher, der durch einen oder mehrere Einflüsse wie etwa Temperatur, Strom, Spannung, einen Laserimpuls oder andere gezündet werden kann bzw. selbsttätig zündet und dann lokal und kurzzeitig hohe thermische Energie abgibt. Solche Lötfolien 0 werden herkömmlicherweise z.B. verwendet, um bei
Zündung die thermische Energie zur Verlötung zweier Bauteile bereitzustellen. Für die Anwendung im Rahmen der vorliegenden Anmeldung ist die Lötfolie 10 so ausgelegt, dass sie bei einer definierten Überladung des Folienpakets 4 (Zündimpuls) zündet und eine thermische Energie abgibt, welche die
Ableitfahnen 8 durchschmilzt. Dies unterbricht den Stromfluss in die Zelle. Ein Zündimpuls kann auch gezielt von außen eingegeben werden, etwa durch einen Strom- oder Spannungsimpuls. Dadurch kann z.B. eine Zelle aus dem Verbund geschaltet werden. Die Lötfolie 10 dient somit als Mehrschicht-Aktivsicherung.
Fig. 2 zeigt eine Längsschnittansicht der Zelle 2 von Fig. 1. Dabei verläuft der durch eine strichpunktierte Linie mit zugehörigen Pfeilen II - II in Fig. 1 symbolisierte Schnittebene durch die Ableitfahne 8. Wie in Fig. 2 dargestellt, ist die exotherme Lötfolie 10 in einem Bereich, in welchem mehrere Lötfahnen 8 in Dickenrichtung zusammengefasst sind, auf der obersten der Lötfahnen 8 angeordnet. Die Lötfolie 10 ist eine
Reaktivmultischichtstruktur im Sinne der Erfindung. Sie ist hinsichtlich ihrer Energieabgabe so ausgelegt, dass bei Reaktion alle Lötfahnen 8
durchgeschmolzen werden.
In einer Abwandlung dieses Ausführungsbeispiels ist die Lötfolie 10 auf beiden Ableitfahnen 6, 8 vorgesehen.
In einer weiteren Abwandlung ist die Energieabgabe so bemessen, dass bei Reaktion nur einige der Lötfahnen 8 durchgeschmolzen werden, wobei die gemeinsame Materialstärke der restlichen Lötfahnen 8 dann nicht mehr ausreicht, um den Zellenstrom unbeschadet leiten zu können, sodass die verbleibenden Lötfahnen 8 alleine dadurch durchschmelzen.
In einer weiteren Abwandlung ist eine Nanometer-Reaktivmultischicht direkt auf eine oder beide Ableitfahnen 6, 8 aufgedampft oder auf andere Weise dort abgelagert. Auch die direkt aufgebrachte Reaktivmultischicht dieser Abwandlung ist eine Reaktivmultischichtstruktur im Sinne der Erfindung.
Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Dabei ist in Fig. 3 ein in Fig. 2 durch eine strichpunktierte Linie III gekennzeichneter Bereich als Einzelheit vergrößert dargestellt.
Dieses Ausführungsbeispiel ist eine Abwandlung des vorhergehenden
Ausführungsbeispiels. Gemäß der Darstellung in Fig. 3 ragen aus dem nur schematisch dargestellten Folienstapel des aktiven Teils 4 mehrere Ableitfahnen 8 heraus. In einem Bereich, bevor die Lötfahnen 8 in Dickenrichtung
zusammengefasst (verlötet, verklebt, verpresst, vernietet oder dergleichen) sind, trägt jede Lötfahne 8 eine exotherme Lötfolie 10. Diese ist hinsichtlich ihrer Energieabgabe so ausgelegt, dass bei Reaktion die jeweilige Lötfahne 8 durchgeschmolzen wird, ohne andere Lötfahnen 8 zu beeinflussen oder andere Lötfolien 10 zu zünden. Die Anordung der Lötfolien 10 dieses
Ausführungsbeispiels ist ebenfalls eine Reaktivmultischichtstruktur im Sinne der Erfindung.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist es auch besonders einfach möglich, durch gezieltes Zünden einzelner Lötfolien 10 Segmente innerhalb einer größeren Zelle (z.B. Großzelle) im Sinne einer internen Aktivsicherung abzuschalten. Ebenso können etwa Wickelteile der Anoden oder In-sheet-Batterien von Sheet- Segmenten oder ganzen Sheets abgeschaltet werden, wenn die
Multifunktionsbatteriesicherung etwa im inneren Kontaktierungssegment vor die oder zwischen die Sheetkontaktierung eingebaut ist.
Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Abwandlung möglich, dass anstelle von eigenständigen Lötfolien 10 Reaktivmultischichten direkt, etwa bereits bei Herstellung der Kollektorfolien, zu denen die Ableitfahnen 8 gehören, auf diese„ aufzubringen.
Fig. 4 zeigt in einer Darstellung entsprechend der Draufsicht von Fig. 1 ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Dieses Ausführungsbeispiel ist eine Abwandlung des ersten oder zweiten Ausführungsbeispiels. Während bei jenen der Zündimpuls für die Lötfolie 0 vorzugsweise über die Ableitfahne 8 zugeführt wird, ist die Lötfolie 10 bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel mit einer Zuleitung 12 verbunden. Über die Zuleitung 12 ist ein Zündimpuls für die Lötfolie 10 über ein Steuergerät (nicht näher dargestellt) zuführbar.
Die Zuleitung 12 kann Teil der Ableitfahne 8 oder der Lötfolie 10 sein. Sie kann alternativ auch ein eigenständiges Leiterstück sein, das nachträglich mit der Ableitfahne 8 oder der Lötfolie 10 verbunden ist. Wenn wie bei dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel jede Ableitfahne eine Lötfolie 10 trägt und mit einer eigenen Zuleitung 12 verbunden ist, können über das (nicht näher dargestellte) Steuergerät die einzelnen Lötfolien 10 individuell angesteuert (d.h., gezündet) und die zugehörigen Ableitfahnen 8 unterbrochen werden.
Fig. 5 zeigt in einer Darstellung entsprechend der Draufsicht von Fig. 1 ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Dieses Ausführungsbeispiel ist eine Abwandlung einer der in Fign. 1 , 2 oder Fig. 4 gezeigten Ausführungsbeispiele. Wie bei jenen trägt die Ableitfahne 8 eine Lötfolie 10, die auf einen vorgegebenen Zündimpuls hin zündet und die
Ableitfahne 8 zerstört. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist ein Schaltnetz (hier beispielsweise eine Sperrtransistorschaltung) 14 vorgesehen, das durch
Verbindungsleitungen 16, 18 mit den Ableitfahnen 6, 8 verbunden ist. Dabei mündet die Verbindungsleitung 18 dort in die Ableitfahne 8, wo die Lötfolie 10 angeordnet ist. Über eine Signalleitung 20 ist das Schaltnetz 14 mit einem Steuergerät (nicht näher dargestellt) verbindbar. In einem nicht aktivierten Zustand des Schaltnetzes 14 sind die Ableitfahnen 6, 8 voneinander getrennt. Auf ein Uber die Signalleitung 20 zugeführtes Signal S hin stellt das Schaltnetz 14 eine leitende Verbindung zwischen den Ableitfahnen 6, 8 her. Dadurch wird die Zelle 2 kurzgeschlossen. Der Kurzschluss-Strom reicht aus, um die Lötfolie 10 zu zünden, wirkt also als Zündimpuls für die Lötfolie 10. Die Verbindungsleitungen 16, 18 können jeweils Teil der Ableitfahnen 6 bzw. 8 oder der Lötfolie 10 sein. Sie können alternativ auch eigenständige Leiterstücke sein, die nachträglich mit der Ableitfahne 6 bzw. 8 oder der Lötfolie 10
verbunden sind. Der Gedanke dieses Ausführungsbeispiels ist auch im Sinne des in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiels abwandelbar, indem für jede Ableitfahne 8 ein Schaltnetz 14 vorgesehen ist. Beispielsweise können so durch Zünden einzelner Lötfolien 10 einzelne Ableitfahnen 8 gezielt unterbrochen werden. Auf diese Weise ist eine Abschaltung bestimmter Bereiche der Zelle 10 gezielt steuerbar.
Fig. 6 zeigt in einer Darstellung entsprechend der Draufsicht von Fig. 1 eine galvanische Zelle 2 als ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In Fig. 6 ist auch eine Einhausung 22 der Zelle 2 gezeigt, und die innerhalb der Einhausung 22 befindlichen Teile der Zelle 10 sind gestrichelt dargestellt. Die Einhausung 22 ist eine Folienstruktur, welche den aktiven Teil 4 samt Ableitfahnen 6, 8 umschließt. Vorzugsweise ist die Einhausung 22 evakuiert und schützt die Zelle 2 vor äußeren Einflüssen sowie vor dem
Austreten von Flüssigkeiten, Dämpfen oder Gasen.
Das vorliegende Ausführungsbeispiel ist eine Abwandlung des ersten
Ausführungsbeispiels. Gemäß der Darstellung in Fig. 6 sind Stromableiter 24, 26 jeweils mit einer der Ableitfahnen 6, 8 verbunden und erstrecken sich durch die Einhausung 22 hindurch.
Bei diesem Ausfuhrungsbeispiel ist eine exotherme Lötfolie 10 außerhalb der Zelleneinhausung 22 auf dem Stromableiter 26 angeordnet. Die Lötfolie 10 ist so ausgelegt, dass die bei ihrer Zündung frei werdende thermische Energie den Stromableiter 26 vollständig durchschmilzt oder wenigstens so weit anschmilzt, dass der Zellenstrom das weitere, vollständige Durchschmelzen bewirkt.
Bei diesem Ausführungsbeispiel findet die exotherme Reaktion der Lötfolie 10 außerhalb der Zelleneinhausung 10 statt. Somit wird das Innere der Zelle 2 von einem Wärmeeintrag durch die exotherme Reaktion wenigstens weitgehend freigehalten.
Als Abwandlung kann auch hier eine Zuleitung (nicht näher dargestellt) vorgesehen sein, über welche der Lötfolie 10 ein Zündimpuls zuführbar ist. In einer weiteren Abwandlung kann eine Reaktivmultischicht direkt auf dem Stromableiter 26 aufgebracht sein.
Fig. 7 zeigt in einer Darstellung entsprechend der Draufsicht von Fig. 1 ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Das vorliegende Ausführungsbeispiel ist eine Abwandlung des in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiels. Wie in Fig. 6 ist auch in Fig. 7 eine
Einhausung 22 der Zelle 2 gezeigt, und die innerhalb der Einhausung 22 befindlichen Teile der Zelle 10 sind gestrichelt dargestellt.
Wie zuvor beschrieben, trägt die Ableitfahne 8 eine Lötfolie 10, die auf einen vorgegebenen Zündimpuls hin zündet und die Ableitfahne 8 zerstört. Ein Stromableiter 24 ist mit der Ableitfahne 6 verbunden und erstreckt sich durch die Einhausung 22 hindurch. Ein weiterer Stromableiter 26 ist mit der Ableitfahne 8 verbunden und erstreckt sich durch die Einhausung 22 hindurch. Ebenso ist die Lötfolie 10 mit einer Zuleitung 12 verbunden, die sich ebenfalls durch die Einhausung 22 hindurch erstreckt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist ein Steuergerät 28 vorgesehen, das mit der Zelle 2 verbunden ist. Dabei ist der erste Stromableiter 24 über eine erste Verbindungsleitung 30 mit dem Steuergerät 28 verbunden, ist die Zuleitung 12 über eine zweite Verbindungsleitung 32 mit dem Steuergerät 28 verbunden ist der zweite Stromableiter 26 über eine dritte Verbindungsleitung 34 mit dem Steuergerät 28 verbunden.
Das Steuergerät 28 ist eingerichtet, auf Eintreffen eines vorbestimmten inneren Ereignisses wie etwa das Erreichen einer vorbestimmten Grenze für einen Zellenstrom, eine Zellenspannung, eine Zellentemperatur oder andere
Zustandsgrößen der Zelle 2 oder eines vorbestimmten äußeren Ereignisses wie etwa vorbestimmter Unfallindikatoren, Diebstahlindikatoren, oder sonstigen Störungsindikatoren hin über die Verbindungsleitung 32 und die Zuleitung 12 einen Zündimpuls für die Lötfolie 10 abzugeben. Zusätzlich zu den
Verbindungsleitungen 30, 32, 34 können weitere Verbindungs- bzw.
Signalleitungen zur Verbindung mit Sensoren innerhalb von Zellen 2 oder einer Zellenanordnung vorgesehen sein.
Das Steuergerät 28 kann der Zelle 2 individuell zugeordnet sein. Alternativ kann das Steuergerät 28 ein gemeinsames Steuergerät für eine Mehrzahl von Zellen 2 sein. Das Steuergerät 28 kann z.B. Teil eines Batteriemanagementsystems (BMS) für eine oder mehrere Zellen oder Batterien sein und beispielsweise mit Crash-Sensoren oder dergleichen verbunden sein.
Fig. 8 zeigt schematisch einen äußeren Aufbau einer galvanischen Zelle 100 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in einer räumlichen Darstellung.
Die galvanische Zelle 100 ist eine sogenannte Flachkontaktzelle. Sie weist eine flache, in etwa quaderförmige Gestalt auf. Zur konkreten Bezugnahme sind an der Zelle 00 eine Oberseite 112, eine Unterseite 114, zwei Stirnseiten 116, 118 und zwei Flanken 120, 122 definiert. Die Oberseite 112 und die Unterseite 114 sind wenigstens im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet. Ebenso sind jeweils die Stirnseiten 116, 118 und sind die Flanken 120, 122 wenigstens im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet. Die Oberseite 112 und die Unterseite 114 sind die Seiten mit der größten Flächenausdehnung im
Verhältnis zu anderen Seiten, und sie werden auch als Flachseiten 112, 114 bezeichnet. Die Abmessungen der Flachseiten 112, 114 definieren eine Länge L und eine Breite W der Zelle 110, wobei die Länge L - ohne Beschränkung der Allgemeinheit - größer als die Breite W ist. Der Abstand der Oberseite 112 von der Unterseite 114 definiert eine Dicke T der Zelle 10. Die Stirnseiten 116, 118 und die Flanken 120, 122 verbinden die Oberseite 112 und die Unterseite 114 randseitig umlaufend miteinander, wobei - wiederum ohne Beschränkung der Allgemeinheit - die Stirnseiten 116, 118 die kürzeren Kanten der Flachseiten 112, 114 mit der Abmessung W (Breite) miteinander verbinden und die Flanken 120, 122 die längeren Kanten der Flachseiten 112, 114 mit der Abmessung L (Länge) miteinander verbinden. Die Stirnseiten 116, 118 und die Flanken 120, 122 werden auch als Schmalseiten 116, 118, 120, 122 der Flachkontaktzelle 100 bezeichnet. Eine zu den Flanken 120, 122 parallele Ebene, welche die Flachseiten 112, 114 in der Hälfte der Breite W schneidet, definiert eine
Mittelebene M der Zelle 100.
Die Zelle 100 weist einen elektrochemisch aktiven Teil auf, der in Fig. 8 nicht näher dargestellt ist. Für den aktiven Teil der Zelle 100 dieses
Ausführungsbeispiels gelten grundsätzlich die Ausführungen für das erste Ausführungsbeispiel. Insbesondere ist der aktive Teil der Zelle 100 durch ein Folienpaket ausgebildet.
Ein Gehäuse bzw. eine Einhausung des Folienpakets bzw. des aktiven Teils der Zelle 100 wird durch eine Oberschale 124 und eine Unterschale 126 gebildet, die auch als Halbschalen 124, 126 bezeichnet werden. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Unterschale 126 deutlich höher als die Oberschale 124. So kann die Unterschale 126 als Wanne und kann die Oberschale 124 als Deckel bezeichnet werden. Diese Formgebung ist ganz beispielhaft und kann im Hinblick auf die mechanischen, elektrischen, fertigungstechnischen und wirtschaftlichen Erfordernisse abgewandelt werden. An einer Berührungsfläche zwischen der Oberschale 124 und der Unterschale 126 ist eine Dichtung 128 angeordnet. Die Halbschalen 124, 126 sind aus einem gut leitenden,
insbesondere metallischen Werkstoff wie etwa Kupfer oder Aluminium oder einer Legierung hieraus hergestellt. Die Form der Halbschalten 124, 126 ist durch Tiefziehen hergestellt.
Die Ableitfahnen des aktiven Teils der Zelle 100 sind jeweils mit einer der Halbschalen 124, 126 verbunden. Somit bilden die Halbschalen 124, 126, insbesondere mit den durch sie definierten Flachseiten 112, 114, flache
Kontaktbereiche bzw. Pole der Zelle. Die Dichtung 128 weist eine elektrisch isolierende Eigenschaft auf und dient auch der zuverlässigen elektrischen Trennung der Pole (Halbschalen 124, 126).
Eine Batterie kann durch Aneinanderlegen mehrerer Zellen 100 hergestellt werden, wobei die Flachseiten 112, 1 14 einander berühren und eine
Verschaltung zwischen den Zellen 100 (insbesondere eine Reihenschaltung) verwirklichen.
In einer Abwandlung können Bereiche der Halbschalen 124, 126, die nicht der Kontaktierung dienen sollen, beispielsweise die Schmalseiten 1 16, 118, 120, 122, mit einem isolierenden Material beschichtet sein.
Fig. 9 und Fig. 10 zeigen eine Ausführungsvariante der in Fig. 8 gezeigten Flachkontaktzelle 100. Dabei ist Fig. 9 eine Draufsicht auf die Oberseite 112 der Zelle 100, und Fig. 10 zeigt eine Seitenansicht auf die Flanke 116 (Blickrichtung eines Pfeils "X" in Fig. 9).
Gemäß der Darstellung in Fig. 9 und Fig. 10 sind an der Flachseite 1 12 der Oberschale 124 vier Erhebungen 124a ausgebildet und sind an der Flachseite 1 14 der Unterschale 126 vier Erhebungen 126a ausgebildet. Die Erhebungen 124a, 126a bilden kreisförmige Kontaktabschnitte und definieren gemeinsam jeweils eine Kontaktebene 130 auf der Oberseite 112 bzw. eine Kontaktebene 132 auf der Unterseite 1 14 der Zelle 100. Die Erhebungen 124a, 126a bilden somit wohldefinierte Kontaktflächen, welche von einer eventuellen Verformung bzw. Verwölbung der Flachseiten 1 12, 114 im Betrieb der Zelle 100 weitgehend unabhängig sind.
Fig. 11 zeigt in einer Längsschnittdarstellung einen inneren Aufbau der Zelle 100 dieses Ausführungsbeispiels. Dabei verläuft die Schnittebene in der Mittelebene M der Zelle 100 (vgl. Fig. 8 oder Fig. 9) in Blickrichtung eines Pfeils "XI" in Fig. 9. Bei der Zelle 100 dieses Ausführungsbeispiels bilden die Halbschalen 124, 126 jeweils eine der Stirnseiten 116, 118 der Zelle 100. Die Flanken 120, 122 der Zelle 100 sind, wie in Fig. 10 gezeigt, jeweils zur Hälfte von seitlichen Rändern der Halbschalen 124, 126 gebildet. (In einer alternativen Ausführungsvariante kann eine der Halbschalen 124, 126 einen sich über die gesamte Höhe der Zelle 100 erstreckenden seitlichen Rand aufweisen, während die andere der
Halbschalten 124, 126 die Grundform eines L-förmig gebogenen Blechs aufweist.) Ableitfahnen 136, 138 des Folienpakets 134 ragen vergleichsweise kurz an den Stirnseiten des Folienpakets 134 hinaus. Auf spannung stehende Kontaktfedern (Druckfedern) 168, die aus einem elastisch federnden und elektrisch leitenden Material hergestellt sind, sitzen auf den stirnseitig abragenden Ableitfahnen 136, 138 auf und stellen eine elektrische Verbindung zu den stirnseitigen Rändern 124c, 126c der Halbschalen 124, 126 her. Die Kontaktfedern 168 laufen jeweils in Kulissen 170, welche aus einem elektrisch isolierenden Material hergestellt sind und die Kontaktfedern 168 gegen sonstige Bereich der Halbschalen 124, 126 isolieren. Die Kontaktfedern 168 stützen auch das Folienpaket 134 in Längsrichtung ab und bewahren diesen vor Bewegungen im Gehäuse.
Die Halbschalen 124, 126 sind aus einem metallischen, gut leitenden Werkstoff (z.B. Stahl, Aluminium, Kupfer, Legierungen davon oder dergleichen) hergestellt und bilden die Pole der Zelle 100. Optionale Erhebungen (vgl. Fign. 9 und 10) auf den Flachseiten 112, 114 sind in Fig. 11 nicht dargestellt, ebenso wie optionale Dämpfungen zwischen dem Folienpaket 134 und den Flachseiten bzw. Flanken der Zelle 100 (d.h., der Halbschalen 124, 126).
Fig. 12 zeigt eine konkrete Ausführungsoption der Zelle 100 in einer
entsprechenden Längsschnittdarstellung, und Fig. 13 zeigt einen stirnseitigen Bereich der Zelle 100 in einer vergrößerten Horizontalschnittansicht entlang einer durch eine strichpunktierte Linie in Fig. 12 symbolisierten Ebene in
Blickrichtung eines Pfeils "XIII". Gemäß der Darstellung in Fig. 12 wird ein Folienpaket 134 der Zelle 100 durch einen Folienwickel gebildet, er kann aber in einer Ausführungsalternative als Folienstapel oder dergleichen ausgebildet sein. Auf einem Flachwickeldorn 196 sind eine erste Kollektorfolie 178 und eine zweite Kollektorfolie 182 gewickelt, die jeweils mit Elektrodenschichten beschichtet sind. Zwischen den
Kollektorfolien 178, 182 vorhandenes Elektrodenmaterial
(Beschichtungsmaterial) und Separatormaterial (Separatorfolien 180) sind in Fig. 12 nicht schraffiert, um die Darstellung nicht zu überfrachten. Die Kollektorfolien 178, 182 ragen mit ihrem unbeschichteten Ende an unterschiedlichen
Stirnseiten des Folienpakets 134 heraus und bilden die Ableitfahnen 136, 138 des Folienpakets 134. Zwischen den Flachseiten und Flanken des Folienpakets 134 und den Innenflächen der Halbschalen 124, 126 des Zellgehäuses ist jeweils eine Dämpfung 142 vorgesehen.
Bei der Zelle 100 des vorliegenden Ausführungsbeispiels wird eine erste
Stirnseite 1 16 der Zelle 100 durch die Unterschale 126 gebildet und wird eine zweite Stirnseite 118 der Zelle 100 durch die Oberschale 124 gebildet. Eine aus einem leitfähigen Material hergestellte Kontaktfeder 168 stellt jeweils durch Kraftschluss auf Druck eine elektrische Verbindung zwischen der stirnseitigen Innenseite der Unterschale 126 und den Ableitfahnen 136 bzw. zwischen der stirnseitigen Innenseite der Oberschale 126 und den Ableitfahnen 138 her.
Man beachte, dass bei diesem Ausführungsbeispiel nur an der Oberseite 112 der Zelle 100 Erhebungen 124a in der Oberschale 124 ausgebildet sind, an der Unterseite 114 aber keine Erhebungen vorgesehen sind. Die Erhebungen 124a der Zelle 100 kontaktieren demnach die durch die Unterschale 126 gebildete Flachseite 1 14 einer gegebenenfalls benachbarten Zelle in einer
Stapelanordnung von Zellen 100 direkt. Der Aufbau der kraftschlüssigen Verbindung ist in Fig. 13 deutlicher dargestellt. In Fig. 13 ist die Stirnseite 116 der Zelle 100 (der Unterschale 126) mit dem zugehörigen Abschnitt des Folienpakets 134 gezeigt. Gemäß der Darstellung in Fig. 13 weist die Druckfeder 168 eine geschwungene Form mit zwei freien Enden 168a, die sich an der Halbschale 126 abstützen, und einem bogenförmigen, zu der Stirnseite des Folienpakets 134 weisenden Mittelteil 168b auf. Der Druck der Kontaktfeder 168 und die elektrische
Verbindung werden über eine Kontaktplatte 192 vermittelt, die zwischen der Kontaktfeder 168 und den Ableitfahnen 136 des Folienpakets 134 angeordnet ist. Der Mittelteil 168b der Kontaktfeder schmiegt sich über eine ausreichende Strecke an die Kontaktplatte 192, und die freien Enden 168a schmiegen sich über eine ausreichende Strecke an die Halbschale 126, um eine zuverlässige Stromübertragung sicherzustellen. Die Kontaktplatte 192 weist Kerben 192a auf, die mit einer Spitze zu den Ableitfahnen 136 weisen und bei Druck stirnseitig in diese eindringen, um den Stromübergang zu verbessern. Randseitig ist auf der Kontaktplatte 192 eine Isolierung 192b aufgebracht, welche die Kontaktplatte 192 elektrisch von den Halbschalen 124, 126 isoliert. Der Aufbau ist auf der anderen Stirnseite (Seite der Ableitfahnen 138) insoweit identisch.
Wie auch in Fig. 12 gezeigt, ist auf dem Mittelteil 168b der Kontaktfeder 168 auf einer der Kontaktplatte 192 zugewandten Seite eine exotherme Lötfolie 110 aufgebracht. Die exotherme Lötfolie 110 ist mit Nanometer- Reaktivmultischichten ausgebildet. Diese dient als kontrollierter
Energiespeicher, der durch äußere Einflüsse wie etwa Temperatur, einen
Laserimpuls oder andere gezündet werden kann und dann lokal und kurzzeitig hohe thermische Energie abgibt. Die Lötfolie 110 ist beispielsweise so
ausgelegt, dass sie bei einer definierten Überladung des Folienpakets 134 (Zündimpuls) zündet und die Kontaktfeder 168 durchschmilzt. Dies unterbricht den Stromfluss in die Zelle. Die Lötfolie 110 dient somit als Mehrschicht- Aktivsicherung. Isolierpackungen 104, die zwischen den freien Enden 168a der Kontaktfedern 168 und der Kontaktplatte 192 angeordnet sind, halten auch bei durchgeschmolzener Kontaktfeder 168 den Abstand zwischen der Kontaktplatte 192 und den Halbschalen 124, 126 aufrecht.
In einer optionalen oder alternativen Abwandlung kann eine exotherme Lötfolie auf einer der Kontaktplatte abgewandten Seite aufgebracht sein oder kann auf der Kontaktplatte 192 selbst aufgebracht sein; eine solche Anordnung kann beispielsweise, aber nicht nur, hilfreich sein, wenn die Leitfähigkeit der exothermen Lötfolie hinter derjenigen der Kontaktplatte und/oder der
Kontaktfeder zurücktritt. In einer weiteren Abwandlung kann die Nanometer- Reaktivmultischicht aufgedampft oder auf andere Weise abgelagert sein.
Obschon bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die exotherme Lötfolie 10 auf den Kontaktfedern 168 beider Stirnseiten 116, 118 vorgesehen ist, kann diese in einer weiteren Abwandlung auf einer der Stirnseiten 116, 118 weggelassen werden. In weiteren Abwandlungen können mehr als zwei Kerben 192a vorgesehen sein, um die Kontaktierung weiter zu verbessern.
Fig. 14 zeigt in einer Längsschnittansicht entsprechend Fig. 12 eine galvanische Zelle 100 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung.
Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Halbschalen 124, 126 wenigstens im Wesentlichen identisch aufgebaut. Insbesondere werden die Stirnseiten 116, 118 (sowie die in der Figur nicht sichtbaren Flanken 120, 122, vgl. Fig. 1) jeweils zur Hälfte von den stirnseitigen Rändern 124c, 126c (und den in der Figur nicht sichtbaren seitlichen Rändern) gebildet. Die Dichtung 128 erstreckt sich demgemäß wenigstens im Wesentlichen umlaufend auf halber Höhe in
Dickenrichtung der Zelle 100.
Bei diesem Ausführungsbeispiel sind Kontaktfedern 168 eingesetzt, deren Form dem vorherigen Ausführungsbeispiel entspricht. Insbesondere weisen die Kontaktfedern 168 jeweils eine geschwungene Form mit zwei freien Enden (168a, vgl. Fig. 13), die sich an der Einhausung abstützen, und einem bogenförmigen, zu der Stirnseite des Folienpakets 134 weisenden Mittelteil 168b auf. Der Druck der Kontaktfeder 168 und die elektrische Verbindung werden über eine Kontaktplatte 192 vermittelt, die zwischen der Kontaktfeder 168 und den Ableitfahnen 136 des Folienpakets 134 angeordnet ist.
Gemäß der Darstellung in Fig. 14 sind auf einer Stirnseite 116, 118 die Ränder 124c, 126c der Halbschalen 124, 126 nach innen umgebogen, um verdoppelte Ränder (Randverdoppelungen) 124j, 126j, zu bilden (d.h., dort ist die Randdicke wegen der zweifachen Blechlage verdoppelt). Auf der jeweils anderen Stirnseite ist ein Isolierstreifen 106 an der Innenseite angeordnet, dessen Dicke wenigstens im Wesentlichen einer Blechdicke der Halbschalen 124, 126 bzw. deren stirnseitigen Rändern 124c, 126c entspricht. Im Zusammenbau werden die Halbschalen 124, 126 so zusammengesetzt, dass die verdoppelten Ränder 124j, 126j jeweils einem Rand 124c, 126c mit einem Isolierstreifen 106 gegenüberliegen.
Bedingt durch den oben beschriebenen Aufbau sitzen die freien Ränder der Kontaktfedern 168 jeweils zu einer Hälfte auf einem verdoppelten Rand 124j, 126j der zu kontaktierenden Halbschale 124, 126 und zur anderen Hälfte auf einem Isolierstreifen 106, welcher die Kontaktfeder 168 von der nicht zu kontaktierenden Halbschale 124, 126 elektrisch isoliert, auf. Auf diese Weise wird auf jeder Stirnseite 116, 118 jeweils eine Halbschale 126, 124 mit der Kontaktfeder 168 und somit mit den Ableitfahnen 136, 138 einer Stirnseite des Folienpakets 134 verbunden, und die andere Halbschale 124, 126 wird zuverlässig davon isoliert. So können die Halbschalen 124, 126 bzw. deren an den Flachseiten vorgesehenen Erhebungen 124a, 126a als Pole der Zelle 100 eingesetzt werden.
Bei dieser Ausführungsvariante sind die Erhebungen 124a der Oberschale 124 kleiner ausgebildet als die Erhebungen 126a der Unterschale 126, um die
Pollage der Zelle 100 von zu markieren. Wie in Fig. 14 gezeigt, ist die gesamte Außenfläche der Zelle 100 mit Ausnahme der Erhebungen 124a, 126a mit einem Überzug 108 versehen. Der Überzug 108 ist aus einem elastischen, elektrisch isolierenden Material wie etwa einem Gummi- oder Silikonwerkstoff hergestellt und bewirkt einerseits eine weitere Abdichtung der Zelle 100 und andererseits eine elektrische Isolierung von Abschnitten der Zelle 100, die nicht als Pole dienen sollen.
Eine exotherme Lötfolie 110 ist jeweils auf dem Mittelteil 168b der Kontaktfedern 168 auf der den Druckplatten abgewandten Seite vorgesehen, um eine
Mehrschicht-Aktivsicherung wie oben beschrieben zu verwirklichen. Eine Isolierpackung (104, vgl. Fig. 13) ist in Fig. 14 nicht näher dargestellt, kann aber vorgesehen sein.
Fig. 15 zeigt in einer Längsschnittansicht entsprechend Fig. 12 eine galvanische Zelle 100 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung.
Bei diesem Ausführungsbeispiel weist die Oberschale 124 der Zelle 100 eine wenigstens im Wesentlichen plattenförmige Gestalt auf und weist die
Unterschale 126 eine wenigstens im Wesentlichen wannenförmige Form auf. Kontaktabschnitte (Pole) der Zelle 100 werden durch Erhebungen 124a, 126a definiert, die auf den Flachseiten 112, 114 der Zelle 100 (der Halbschalen 124, 126) ausgebildet sind. Die Oberschale 124 sitzt auf dem Rand der Unterschale 126 auf, und die Dichtung 128 ist umlaufend dazwischen ausgebildet. Der Folienstapel 134 weist stirnseitig gegenüberliegend Ableitfahnen 136, 138 auf, die mit ihren Flachseiten jeweils aufeinanderliegen. Die Ableitfahnen 136 im Bereich der Stirnseite 116 liegen mit ihren Flachseiten aufeinander und sind über eine Kontaktstütze 140 gegen die Oberschale 124 isoliert. An der
Unterseite der Ableitfahnen 136 ist eine exotherme Lötfolie 110 angeordnet, die elektrisch leitfähige Nanometer-Reaktivmultischichten aufweist. Eine
Kontaktklammer bzw. -feder 168 stützt sich gegen die Unterschale 126 ab und drückt von unten gegen die Lötfolie 110. Auf diese Weise wird ein elektrischer Kontakt zwischen den Ableitfahnen 136 und der Unterschale 126 hergestellt.
Gleichermaßen liegen die Ableitfahnen 138 im Bereich der anderen Stirnseite 118 mit ihren Flachseiten aufeinander und sind über eine Kontaktstütze 140 gegen die Unterschale 126 isoliert. An der Oberseite der Ableitfahnen 138 ist eine exotherme Lötfolie 110 angeordnet, die elektrisch leitfähige Nanometer- Reaktivmultischichten aufweist. Eine Kontaktklammer bzw. -feder 168 stützt sich gegen die Oberschale 124 ab und drückt von oben gegen die Lötfolie 110. Auf diese Weise wird ein elektrischer Kontakt zwischen den Ableitfahnen 138 und der Oberschale 124 hergestellt.
Die Lötfolie 110 wirkt als Mehrschicht-Aktivsicherung, die beispielsweise, aber nicht nur, bei Überladung des Folienstapels oder auf Zufuhr eines Zündsignals hin reagiert und wenigstens entweder die Ableitfahnen 136, 138 oder die Kontaktfedern 168 durchschmilzt.
In einer Abwandlung bildet die Lötfolie 110 bei Zündung eine Isolatorschicht zwischen den Kontaktfedern 168 und den Ableitfahnen 136, 138 aus.
Erhebungen 124a, 126a auf der Oberschale 124 bzw. der Unterschale 126a dienen als Kontaktabschnitte (Pole) der Zelle. Auf bisherige diesbezügliche Beschreibungen wird ausdrücklich Bezug genommen. Bei der vorliegenden Ausführungsvariante sind die Erhebungen 126a der Unterschale 126 höher ausgebildet als die Erhebung 124a der Oberschale 124. Auf diese Weise kann auch die Pollage der Zelle 100 zuverlässig gekennzeichnet werden.
Als eine weitere Variante des Aufbaus der Einhausung können die Erhebungen 124a oder 126a durch Einsenkungen ersetzt sein, um einerseits die Pollage zu kennzeichnen, andererseits eine Verschiebung von Zellen 100 zueinander zu verhindern, und schließlich die Packungsdichte von Zellen 100 in einem
Zellenstapel zu erhöhen. Bei einer weiteren Abwandlung ist die Lötfolie 1 10 nur auf einem der
Ableitfahnenpakete 136, 138 vorgesehen.
Fig. 16 zeigt eine Anordnung von zwei galvanischen Zellen 200 mit einem Verbinder 202 als ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Gemäß der Darstellung in Fig. 16 sind ein Pol 204 einer ersten Zelle 200 mit einem Pol 206 einer zweiten Zelle 200 durch einen Verbinder 202 miteinander verbunden. Der Verbinder 202 überbrückt dabei eine freie Strecke (Abstand d) zwischen den Polen 204, 206 und ist aus einem gut leitfähigen Material (Stahl, Aluminium, Kupfer, Legierungen davon oder dergleichen) ausgebildet. Der Verbinder 202 ist jeweils mittels eines oder mehreren Verbindungselementen 208 (Schraube, Niet oder dergleichen) an den Polen 204, 206 befestigt.
Alternativ kann der Verbinder 202 auch an die Pole 204, 206 geklipst, geklemmt, gesteckt, geklebt, gelötet oder dergleichen sein. Ferner weist der Verbinder 202 im Bereich der freien Strecke eine reaktive Multischicht 210 auf.
Auf einen Zündimpuls hin reagieren die Schichten der reaktiven Multischicht 210 exotherm und schmelzen den Verbinder 202 durch, sodass der Verbinder 202 im Bereich der freien Strecke d unterbrochen ist. Damit sind die Zellen 200, 200 wirksam voneinander getrennt. Für die Art des Zündimpulses und der
Ansteuerung kann auf die vorstehenden Ausführungen im Zusammenhang mit anderen Ausführungsbeispielen, Abwandlungen und Varianten zurückgegriffen werden.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Stromableiter 204, 206 abgewinkelt und einander zugewandt. Das Prinzip der Erfindung ist jedoch ebenso auf gerade abragende Stromableiter oder anders gerichtete
Stromableiter anzuwenden.
Fig. 17 zeigt eine Anordnung von zwei galvanischen Zellen 200 mit einem Verbinder 202 als ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wobei die galvanischen Zellen 200 nur im Bereich des Austritts der
Stromableiter dargestellt sind und die interessierenden Bereiche in der Mitte der Stromableiter geschnitten sind. Fig. 18 ist eine entlang einer Linie XVIII-XVIII geschnittene Draufsicht der Anordnung von Fig. 17 in Blickrichtung zugehöriger Pfeile.
Gemäß der Darstellung in Fig. 17 ragen bei diesem Ausführungsbeispiel die Stromableiter 204, 206 der Zellen 200 gerade nach oben ab. Ein Verbinder 202 zur Verbindung der Stromableiter 204, 206 weist einen ersten Anschlussteil 212, einen zweiten Anschlussteil 214 und eine reaktive Nanometer-Multischicht 210 (nachstehend als Multisch ich 1 210 bezeichnet) auf.
Der Anschlussteil 212 ist aus einem guten elektrischen Leitermaterial hergestellt und weist einen Plattenabschnitt 212a und zwei Federabschnitte 212b auf, die in Richtung des Plattenabschnitts zurückgebogen sind. Ein Abstand zwischen den Federabschnitten 212b und dem Plattenabschnitt 212a ist so bemessen, dass ein Stromableiter 204, 206 dazwischen derart einklemmbar ist, dass der
Plattenabschnitt 212a an dem Stromableiter 204 bzw. 206 anliegt und die Federabschnitte den Stromableiter 204 bzw. 206 umgreifen und elastisch gegen den Plattenabschnitt 212a drängen. Das Verbindungsprinzip des Anschlussteils 212 entspricht somit dem eines Kabelschuhs. Der Anschlussteil 214 ist ebenso wie der zuvor beschriebene Anschlussteil 212 aufgebaut und weist einen Plattenabschnitt 214a und zwei Federabschnitte 214b auf, für welche die vorstehenden Ausführungen entsprechend anwendbar sind. In der dargestellten Konfiguration ist der Anschlussteil 212 auf den Stromableiter 204 der einen Zelle 200 geschoben, während der Anschlussteil 214 auf den Stromableiter 206 der anderen Zelle 200 geschoben ist. Zwischen den gegenüberliegenden
Plattenabschnitten 212a, 214a ist die Multischicht 210 angeordnet. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Schichten der Multischicht 210 aus guten Leitermaterialien ausgebildet. Wenn die Multischicht 210 gezündet wurde und reagiert hat, bildet das Reaktionsprodukt der Multischicht 210 ein Isolatormaterial aus, welches die Anschlussteile 212, 214 elektrisch voneinander trennt. Die Multisch icht 210 ist eine Reaktivmultischichtstruktur im Sinne der Erfindung. In einem weiteren, nicht näher dargestellten Ausführungsbeispiel sind auf einer Kollektorfolie einer galvanischen Zelle eine oder mehrere Streifen oder ein Netzwerk durch jeweilige Reaktivmultischichten ausgebildet. Hierdurch wird die galvanische Zelle in Segmente geteilt. Die Segmente arbeiten bei nicht aktivierten Reaktivmultischichten auf herkömmliche Weise und bilden
zusammen die galvanische Zelle. Bei Aktivierung der Reaktivmultischichten wird eine so große Wärme erzeugt, dass an die Reaktivmultischicht angrenzende Abschnitte der Zelle an- oder durchschmelzen und ein elektrischer Verbund der Schichten unterbrochen wird. So sind die Abschnitte elektrisch voneinander trennbar.
So kann im Falle eines Unfalls, der beispielsweise durch Crash-Sensoren an einem Fahrzeug erfassbar ist, eine Hochleistungsbatterie in Abschnitte unbedenklicher Spannung, etwa jeweils unter 48 V oder dergleichen, zerlegt werden. Auch können während des Betriebs gefährdete oder fehlerhafte
Abschnitte (Segmente) einer Zelle einzeln und gezielt ausgeschaltet werden.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel sind anstelle oder zusätzlich zu einer irreversiblen Reaktivmultischicht eine reversibel wirkende Reaktivmultischicht vorgesehen. Unter einer reversiblen Reaktivmultischicht ist dabei eine
Reaktivmultischicht zu verstehen, die wenigstens einmal nach Aktivierung einen ursprünglichen Zustand wiederherstellt. Die Anordnung der reversiblen
Multisch icht kann an jeder geeigneten der zuvor genannten Stellen zu Zwecken der Aktivsicherung von galvanischen Zellen erfolgen. Die im Rahmen dieser Anmeldung verwendeten Reaktivmultischichten bestehen aus mehreren hundert bis zu einigen tausend Wechselschichten aus mindestens zwei Materialien, die exotherm miteinander reagieren können. Die Dicken der Einzelschichten liegen dabei im Bereich von vorzugsweise 10-50 nm, wobei Abweichungen nach unten oder oben möglich sind. Nach Einwirkung einer Aktivierungsenergie wird innerhalb der Nanometer-Multischicht eine atomare Interdiffusion beider Materialien ineinander angeregt, wodurch es innerhalb kürzester Zeit zu einer hohen Wärmefreisetzung kommt. Durch Variation von Materialzusammensetzung, Periodendicke und Gesamtschichtdicke wird gezielt Einfluss auf charakteristische Eigenschaften wie abgegebene Wärmemenge, Ausbreitungsgeschwindigkeit und maximal erreichtbare Temperatur genommen werden. Somit steht auch für die industrielle Anwendung eine präzise
kontrollierbare und maßgeschneiderte Energie- bzw. Wärmequelle zur
Verfügung, die insbesondere auch zur Verwirklichung einer Schutzeinrichtung für galvanische Zellen verwendbar ist.
Zur Verwirklichung der hier verwendeten Reaktivmultischichten sind neben den bereits erwähnten weitere Materialien und Materialkombinationen einsetzbar. In konkreten Ausführungsvarianten werden folgende Stoffe als Schicht oder Schichtaufbau einer Reaktivmultischicht verwendet bzw. verwirklicht:
- Nanofüllstoffe und dipergente Nanostoffe in einer geeigneten Stoffmatrix - Nanokomposite, z.B. Komposite mit Kohlenstoffnanoröhren
- funktionspolymere Lacksysteme, z.B. Puverlacke, Dünnschicht-UV-Lacke
- Mehrschicht- oder Hybridsysteme
- Kombinationsschichten, z.B. Laminate
- mikro- und nanostrukturierte Materialien und Oberflächen
- Effektstoffe oder Funktionsstoffe
- oberflächenaktive Stoffe
- Selbstorganisierende Monoschichten (SAMs - self-asseembled
monolyers) und sehr dünne funktionelle Schichten, wie z.B. funktionelle Alkylphosphonsäuren, gepfropfte Polymere oder dergleichen
- neue Legierungen
- Halbleiter - Funktionsmaterialien (anorganisch, metallisch, Metall-Legierungen, diamäntartiger, ggf. amorpher Kohlenstoff (DLC - diamond-like carbon))
- Piezoelektrische Stoffe, z.B. Keramiken, Kristalle oder dergleichen
- OLEDs (organische Leuchtdioden)
- Druckbare Beschichtungsmaterialien wie z.B. wässrige oder UV-härtende oder neuartig härtende Druckfarben und -lacke
- Dünne Schichten
- Multifunktionale Multischichten, z.B. tribologische Eigenschaften
gekoppelt mit Sensorik/Aktorik, easy-to-clean gekoppelt mit
Kratzfestigkeit oder dergleichen
- Neue Materialien und Materialkombinationen, z.B. Nanoteilchen,
Kanokomposite oder dergleichen
- Gradientenschichten (Werkstoffkombinationen oder Bestandteile,
Eigenschaften)
- Metalle, die miteinander reagieren, und/oder leitfähige Polymere wie auch Sensoren (z.B. Thermo-Sensoren) bzw. in Kombination mit AI- und Si02/Ti02-Multischicht, Ti, Zr, Sn und AI; Au, Ag
- Oxocluster (häufig verwendete Metalle für Oxocluster: Sn, Ti, Zr, Hf, Ce, Nb, Mo, W, V)
- binäre und tenäre Oxid-Aerogele (Beispiele: Ti02/Si02, Al203/Si02,
3AI2G-3/2Si03, Fe203/Si02, Fe203/Al203, VzOg/MgO, PbO/AI203,
PbO/Zr02, BaO/AI203, xLi20/(1-x)B205, PbTi03, NiO/AlzOVMgO,
Ni07Si02/MgO, 2Mg072AI203/5Si02)
- 3D-Strukturen
- schichtartige zweidimensionale Materialien, in eine organische Matrix eingebettet, z.B. Graphitoxid in expandierter Form, als Nanokomposit in einer Polyurethan-Matrix eingebettet
Die Verwendung der o.g. Materialien bzw. Prinzipien ermöglicht bzw. erfordert neuartige Techniken, bei welchen bisherige Grenzen zwischen Herstellung und Verarbeitung metallischer, oxidischer und polymerer Schichten zu verschwimmen beginnen. Es ergeben sich vielfältige elektrische, elektronische, magnetische, redoxchemische oder photonische Anwendungsmöglichkeiten. Es wird auch eine Einstellung der Reaktivmultischicht hinsichtlich
Schrumpfungsverhalten, Steifheit, Hitzebeständigkeit, Entflammbarkeit, elektrischer Leitfähigkeit, Durchlässigkeit für Gase etc. verwirklichbar.
Als weitere Abwandlung können mehrere Ableitfahnen bspw. durch Verlöten miteinander verbunden und als Stromableiter durch die Einhausung geführt sein. Auch in diesem Fall ist eine Aktivsicherung innerhalb oder außerhalb der Einhausung im Sinne dieser Anmeldung vorsehbar.
In einer Ausführungsform ist das elektrische Bauteil dadurch gekennzeichnet, dass es eine Lithiumionen-Batterie oder ein Lithiumionen-Akkumulator ist oder eine Lithiumionen-Batterie oder einen Lithiumionen-Akkumulator umfasst.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft die Verwendung eines Verbunds wie in dieser Offenbarung definiert zum Trennen einer elektrischen
Leitungsverbindung. Die in dieser Anmeldung genannten Ausführungsbeispiele und deren
Abwandlungen und Varianten sind untereinander sowie mit beliebigem Stand der Technik im Sinne der Erfindung kombinierbar, soweit es nicht ersichtlich unmöglich ist. Es ist darauf hinzuweisen, dass sämtliche Ausführungsbeispiele, Abwandlungen und Varianten sowie alle Kombinationen von deren
Einzelmerkmalen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sein können. Insbesondere ist in allen Ausführungsbeispielen eine innere oder äußere Kontaktierung vorgesehen, die durch eine reversible oder irreversible reaktive Multischicht trennbar ist. Bei allen Ausführungsbeispielen können Reaktivmultischichtstrukturen direkt aufgedampft, abgeschieden oder sonst aufgebracht sein oder als eigenständige Folien oder ähnliche Strukturen angeordnet sein. Soweit in Ausführungsbeispielen exotherme Lötformen verwendet werden, ist dies als rein beispielhaft zu verstehen und schränkt dies die Anwendung anderer Reaktivmultischichtstrukturen in keiner Weise ein.
Liste der Bezugszeichen:
2 Galvanische Zelle (Pouchzelle)
4 Aktiver Teil
6 Ableitfahne
8 Ableitfahne
10 Exotherme Lötfolie (reaktive Multischicht)
12 Zuleitung
14 Schaltnetz
16 Verbindungsleitung
18 Verbindungsleitung
20 Signalleitung
22 Einhausung
24 Stromableiter
26 Stromableiter
28 Steuergerät
30 Verbindungsleitung
32 Verbindungsleitung
34 Verbindungsleitung
100 Galvanische Zelle (Flachkontaktzelle)
106 Isolierstreifen
108 Überzug
110 Exotherme Lötfolie (reaktive Multischicht)
112 Oberseite (Flachseite)
114 Unterseite (Flachseite)
116 Stirnseite (Schmalseiten
118 Stirnseite (Schmalseite)
120 Flanke (Schmalseite)
122 Flanke (Schmalseite)
124 Oberschale (Halbschale)
124a Erhebung (Kontaktabschnitt)
124b Rand 124c stirnseitiger Rand
124j Randverdoppelung
126 Unterschale (Halbschale)
126a Erhebung (Kontaktabschnitt)
126b Rand
126c stirnseitiger Rand
126j Randverdoppelung
128 Dichtung
130 Kontaktebene
132 Kontaktebene
134 Folienpaket
136 Ableitfahne (Kollektor)
136138 Ableitfahne (Kollektor)
140 Kontaktstütze
142 Dämpfung
168 Kontaktfeder
168a freies Ende
168b Mittelteil
170 Kulisse
178 erste Kollektorfolie
180 Separatorfolie
182 zweite Kollektorfolie
190 Wickeldorn (Wickelkern)
192 Kontaktplatte
192a Kerbe
192b Isolierung
194 Isolierpackung
196 Wickeldorn
200 Galvanische Zelle
202 Zellverbinder
204 Stromableiter
206 Stromableiter 208 Befestigungsmittel
210 Reaktive Multischicht
212 Anschlussteil
212a Plattenabschnitt
212b Federabschnitt
214 Anschlussteil
214a Plattenabschnitt
214b Federabschnitt
H Zellenhöhe
L Zellenlänge
M Mittelebene
W Zellenbreite d Abstand
Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass vorstehende Bezugszeichenliste integraler Bestandteil der Beschreibung ist.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
Elektrisches Bauteil mit einer Einrichtung zum Trennen einer
elektrischen Leitungsverbindung, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung einen Verbund aus mindestens zwei unterschiedlichen Materialien aufweist.
Bauteil nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei unterschiedlichen Materialien so ausgewählt werden, dass sie miteinander zur Reaktion gebracht werden können, wodurch die Trennung der elektrischen Leitungsverbindung bewirkt wird.
Bauteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbund auf einem Abschnitt der Leitungsverbindung angeordnet ist und die Materialien so ausgewählt werden, dass bei deren Reaktion thermische Energie freigesetzt wird, die ein Schmelzen der
Leitungsverbindung über ihren Gesamtquerschnitt oder einen
Teilquerschnitt bewirkt.
Bauteil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil des Querschnitts der Leitungsverbindung schmilzt, wobei der restliche Querschnitt der Leitungsverbindung bei Fließen eines
Normalarbeitsstrom durch den Abschnitt der Leitungsverbindung schmilzt.
Bauteil nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei unterschiedlichen Materialien reagieren unter Bildung einer metallischen Legierung oder eines metallischen Glases; eines Silizids; eines Aluminids; eines Borids; eines Carbids; und/oder die Ausgangsstoffe eines Thermits bilden. Bauteil nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Verbund in einem Abschnitt der Leitungsverbindung angebracht und elektrisch leitend ist, wobei die mindestens zwei unterschiedlichen Materialien so ausgewählt werden, dass bei deren Reaktion ein elektrisch nicht leitendes Reaktionsprodukt entsteht.
Bauteil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das eine Material Graphit oder Graphen ist.
Bauteil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Materialien im Verbund in Form alternierender Schichten vorliegen.
Bauteil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichten unabhängig voneinander einen Durchmesser von 1 bis 100 nm aufweisen.
Bauteil nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Verbund zwischen 50 bis 10.000 Schichten vorliegen.
Bauteil nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktion ausgelöst wird wenn wenigstens einer der folgenden Zustände gegeben ist:
- Überschreiten einer vorgegebenen Schwelle für einen durch den Abschnitt der Leitungsverbindung fließenden Strom;
- Überschreiten einer vorgegebenen Schwelle für eine über den Abschnitt der Leitungsverbindung anliegenden Spannung; - Überschreiten einer vorgegebenen Schwelle für eine im Verbund oder dem Abschnitt der Leitungsverbindung herrschenden Temperatur;
- Überschreiten einer vorgegebenen Schwelle für ein am Verbund anliegenden elektrischen Potential;
- Krafteinwirkung infolge eines Stoßes oder Aufpralls.
Bauteil nach einem der Ansprüche 2 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktion ausgelöst wird durch das Zuführen eines Strom-, Spannungs-, Temperatur-, Licht-, Schall-, UV-, Lasersignals oder - impulses zur Einrichtung zum Trennen.
Bauteil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass das Bauteil ein Zellverbinder zur elektrischen Verbindung zwischen galvanischen Zellen ist, der eine Einrichtung zum Kontaktieren mit Polanschlüssen von galvanischen Zellen aufweist; oder dass das Bauteil eine galvanische Zelle ist, wobei die Einrichtung zum Trennen einem Abschnitt oder mehreren Abschnitten zum Leiten elektrischen Stroms von und/oder zu der galvanischen Zelle zugeordnet ist.
Bauteil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass es eine elektrochemische Speicherzelle ist oder umfasst, wobei die elektrochemische Speicherzelle vorzugsweise eine Lithiumionen-Batterie oder ein Lithiumionen-Akkumulator ist.
Verwendung eines Verbunds wie in einem der Ansprüche 1 bis 10 definiert zum Trennen einer elektrischen Leitungsverbindung.
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