EP2805373A1 - Elektrochemische energiespeichereinrichtung, batterie mit zumindest zwei dieser elektrochemischen energiespeichereinrichtungen, sowie verfahren zum betrieb dieser elektrochemischen energiespeichereinrichtung - Google Patents

Elektrochemische energiespeichereinrichtung, batterie mit zumindest zwei dieser elektrochemischen energiespeichereinrichtungen, sowie verfahren zum betrieb dieser elektrochemischen energiespeichereinrichtung

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Publication number
EP2805373A1
EP2805373A1 EP13700125.1A EP13700125A EP2805373A1 EP 2805373 A1 EP2805373 A1 EP 2805373A1 EP 13700125 A EP13700125 A EP 13700125A EP 2805373 A1 EP2805373 A1 EP 2805373A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
electrode assembly
functional device
secondary cell
cell
potential
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Withdrawn
Application number
EP13700125.1A
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 EP2805373A1 publication Critical patent/EP2805373A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0068—Battery or charger load switching, e.g. concurrent charging and load supply
    • 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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    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
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    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
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    • H01M10/488—Cells or batteries combined with indicating means for external visualization of the condition, e.g. by change of colour or of light density
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    • 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
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    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the present invention relates to an electrochemical
  • Energy storage device hereinafter also called secondary cell, and a method for operating this electrochemical energy storage device.
  • the invention is related to lithium-ion batteries for
  • Batteries with a plurality of secondary cells for supplying motor vehicle drives are known from the prior art. Such batteries usually have numerous secondary cells, wherein the secondary cells are electrically interconnected. These secondary cells each have at least one rechargeable electrode assembly and one cell housing.
  • Electrode assembly also serves to provide electrical energy in particular to a consumer.
  • the cell housing serves to receive and protect the electrode assembly.
  • Claim 8 describes a battery with at least two electrochemical energy storage devices.
  • the object is also achieved by an operating method according to claim 9 for an electrochemical energy storage device.
  • Preferred developments of the invention are the subject of the dependent claims.
  • An electronic energy storage device hereinafter also referred to as a secondary cell, has at least one or more in particular rechargeable electrode assemblies.
  • the electrode assembly is provided, at least temporarily provide electrical energy to a consumer available.
  • the electrode assembly has at least two electrodes of different polarity.
  • the secondary cell has at least one or more functional devices, which is provided to be electrically connected to the at least two electrodes of different polarity.
  • the functional device is further provided to be transferred from a first state to a second state. In the first state, the electrodes of different polarity are electrically isolated from each other. In the second state, the electrodes of different polarity are electrically connected to each other.
  • the secondary cell has a cell housing with at least one or more walls, wherein the cell housing is provided to enclose the electrode assembly and the functional device at least partially.
  • the functional device is arranged between the first wall and the electrode assembly.
  • This refinement has the advantage that a foreign body acting on the secondary cell from its surroundings first encounters the functional device as further protection of the electrode assembly after penetration into the cell housing.
  • the functional device substantially completely covers the inner surface of the first wall.
  • Functional device improves the protection of the electrode assembly regardless of the location of the action of the foreign body on the secondary cell or its cell housing.
  • the functional device preferably has a predetermined electrical resistance [ ⁇ ], in particular in the second state.
  • the electrical resistance is at least 0.5 ⁇ , more preferably at least 1 ⁇ , more preferably at least 2 ⁇ , more preferably at least 5 ⁇ , more preferably at least 10 ⁇ , further preferably at least 20 ⁇ , further preferably at least 50 ⁇ , more preferably at least 100 ⁇ , more preferably at least 200 ⁇ , more preferably at least 500 ⁇ , further preferably at most 1000 ⁇ .
  • This embodiment offers the advantage that a
  • Discharge current which is the electrode assembly in the second state of the functional device can be removed, can be limited by the functional device. So also the electric heating power can be limited.
  • the electrical resistance is adapted to the electrical voltage of the secondary cell or its electrode assembly such that the heating power in
  • Resistance in the second state is limited to at most 50 W, more preferably to at most 20 W, further preferably to at most 10 W, more preferably to at most 5 W, further preferably to at most 2 W, further preferably to at most 1 W. If a foreign object acts on a secondary cell, for example in an accident, then the secondary cell can be damaged. It is
  • the secondary cell according to the invention offers the advantage that the
  • the secondary cell according to the invention offers the advantage that the controlled release of energy from the electrode assembly is made possible even if only the functional device is damaged by the foreign body.
  • the secondary cell according to the invention has the advantage that the parallel-connected and in the second state electrically conductive
  • Electrode assembly stored energy is used, especially if the foreign body both in the functional device and in the
  • Electrode assembly has penetrated, especially if the foreign body has deformed the functional device. This is how the operational safety of the
  • An electrode assembly in the sense of the invention means a device which serves in particular for the provision of electrical energy.
  • the electrode assembly has at least two electrodes of different polarity. These electrodes of different polarity are spaced apart by a separator, the separator being conductive to ions but not to electrons.
  • the electrode assembly is preferably configured to convert supplied electrical energy into chemical energy and as chemical
  • the electrode assembly is configured to convert stored chemical energy in particular into electrical energy before the electrode assembly provides this electrical energy to a consumer.
  • the electrode assembly is formed substantially cuboid.
  • the Electrode assembly with two Stromleit Sketiteller
  • different polarity in particular cohesively connected which are used for electrical connection with at least one adjacent electrode assembly and / or at least indirectly the electrical connection to the consumer.
  • at least one of these electrodes has a particular metallic collector foil and an active mass. The active composition is applied to the collector foil at least on one side.
  • At least one arrester lug is connected in particular to the collector foil in a materially bonded manner.
  • Particularly preferred are connected in particular cohesively with the collector foil several Ableitfahen. This embodiment offers the advantage that the number of electrons which flow per unit time through an arrester lug is reduced.
  • At least one of these electrodes has a particular metallic collector foil and two active materials of different polarity, which are arranged on different surfaces of the collector foil and spaced by the collector foil.
  • the term “bizelle” is also customary for this arrangement of active masses When charging or discharging the electrode assembly, electrons are exchanged between the collector foil and the active mass
  • at least one collector tab is provided with the collector foil
  • the conductive salt comprises lithium ions. Lithium ions are particularly preferred when charging into the negative electrode
  • the electrode assembly is formed as an electrode winding.
  • This embodiment offers the advantage of easier manufacturability in particular in that band-shaped electrodes can be processed.
  • This embodiment offers the advantage that the
  • Nominal charging capacity of the secondary cell for example, in ampere hours [Ah] or watt-hours [Wh], more rarely in Coulomb [C] indicated, can be easily increased by further windings.
  • the secondary cell for example, in ampere hours [Ah] or watt-hours [Wh], more rarely in Coulomb [C] indicated, can be easily increased by further windings.
  • Electrode assembly designed as an electrode flat winding.
  • the electrode assembly is formed as a substantially cuboid electrode stack.
  • Electrode stack has a predetermined sequence of stack sheets, each two electrode sheets of different polarity are separated by a separator sheet.
  • each electrode sheet is one
  • Secondary cell for example, in ampere hours [Ah] or watt-hours [Wh], more rarely specified in Coulomb [C], can be increased in a simple manner by adding more electrode sheets.
  • At least two separator sheets are connected to one another and surround a delimiting edge of an electrode sheet.
  • Electrode assembly with a single, especially meandering Separator is described in WO 201 1/020545.
  • This embodiment offers the advantage that a parasitic current, starting from this limiting edge to an electrode sheet of a different polarity, is encountered.
  • the cell housing surrounds the electrode assembly at least in regions, preferably substantially completely.
  • the cell housing is adapted to the shape of the electrode assembly.
  • the cell housing, as well as the electrode assembly is formed substantially cuboid.
  • the cell housing has at least one first wall.
  • the cell housing preferably surrounds the electrode assembly such that at least one wall of the cell housing, in particular the first wall, exerts a force on the electrode assembly, wherein the force of an undesired
  • the cell housing receives the electrode assembly in a form-fitting and / or non-positive manner.
  • the cell housing electrically isolated from the environment.
  • the cell housing is electrically insulated from the electrode assembly.
  • at least one inner surface of the cell housing has an electrically insulating coating. This insulating coating has the advantage that the cell housing can be formed with a metallic material, which offers increased protection of the electrode assembly.
  • the cell housing is in two parts with a particular
  • Electrode assembly and formed with a particular metallic lid for closing the cup.
  • This embodiment offers the advantage that the cell housing of the electrode assembly offers a further mechanical protection.
  • a functional device in the sense of the invention is to be understood as meaning a device which is in particular provided to be transferred to a second state, the electrodes of different polarity being electrically connected to one another in the second state of the functional device.
  • the electrodes of different polarity are electrically connected to the functional device.
  • the electrodes of different polarity are electrically insulated from one another.
  • the functional device is configured in such a way that the foreign body which does not belong to the secondary cell and which acts on the secondary cell from the environment can convert the functional device into its second state.
  • this second state of the functional device is also referred to as a short circuit.
  • the foreign body leads the transfer of the
  • the functional device is designed to substantially completely cover at least one or more of the boundary surfaces or lateral surfaces of the electrode assembly.
  • This embodiment offers the advantage that the functional device improves the protection of the electrode assembly independently of the location of the action of the foreign body on the secondary cell or its cell housing.
  • the wall thickness of the functional device is less than 1/5 of the thickness of the substantially parallelepiped-shaped electrode assembly. This refinement has the advantage that the gravimetric energy density [Wh / kg] of the secondary cell is only insignificantly reduced by the functional device.
  • the secondary cell has at least two functional devices, which particularly preferably completely completely cover opposite boundary surfaces or lateral surfaces of the electrode assembly in the cell housing.
  • This embodiment offers the advantage that the
  • the functional device has at least one or more first potential regions, at least one or more second potential regions and at least one or more isolation regions. At least one of these first potential regions is electrically isolated from one of these second potential regions by one of these insulating regions.
  • Potential regions serves to be electrically connected to at least one of these electrodes of the first polarity. At least one of these second electrodes of the first polarity. At least one of these second electrodes of the first polarity. At least one of these second electrodes of the first polarity. At least one of these second electrodes of the first polarity. At least one of these second electrodes of the first polarity. At least one of these second electrodes of the first polarity.
  • Potential regions serves to be electrically connected to at least one of these second polarity electrodes.
  • all the electrodes of the first polarity are electrically connected to at least one of these first potential regions and all the electrodes of the second polarity are electrically connected to at least one of these second potential regions.
  • at least one of these insulating regions is formed as an insulating layer on one of these potential regions. This preferred embodiment has the advantage that the space requirement of the functional device is further reduced.
  • the potential regions and the insulating regions are surrounded by an electrically non-conductive bag, more preferably by a polymer bag.
  • an electrically non-conductive bag more preferably by a polymer bag.
  • the electrically non-conductive bag comprises a woven fabric or a scrim of reinforcing fibers, in particular aramid fibers, glass fibers, basalt fibers and / or carbon fibers.
  • Embodiment offers the advantage that a foreign body penetration into the functional device is opposed to an increased mechanical resistance.
  • at least one of these potential regions is puncture resistant,
  • this potential area has:
  • a woven or scrim of reinforcing fibers in particular aramid fibers, and / or
  • At least one or more metallic inserts which are
  • At least one or more oxide ceramic inserts which are provided at least one or more oxide ceramic inserts, which are provided
  • the preferred embodiment offers the advantage that this potential range opposes the foreign body with an increased mechanical resistance to its penetration, in particular into the electrode assembly.
  • Particularly preferred is the potential range, which is arranged closer to the electrode assembly designed as stab protection layer or puncture proof.
  • This preferred embodiment has the advantage that the mechanical protection of
  • Electrode assembly does not hinder the short circuit in the functional device and the protective effect of the functional device.
  • At least one of these potential regions has at least one or more electrical conductors or interconnects as well as a carrier for these conductors or interconnects.
  • these electrical conductors have aluminum and / or copper.
  • these electrical conductors or interconnects extend along an edge of the potential region with a predetermined one
  • the electrical resistance of the potential range can also be set via the dimensioning of the cross-sectional area.
  • the electrical conductors or interconnects are preferably connected to one another electrically and to at least one of these electrodes.
  • This preferred embodiment has the advantage that the electrical resistance of the potential range or the functional device is adjustable.
  • the electrically conductive potential regions R P i, R P2 and in particular the electrical contact RK between these potential regions of different polarity set the electrical current, also referred to below as discharging current, against a summed resistor R G , wherein the resistance of the electrical contact RK is significantly greater than the resistances the potential regions R P i, R P2 may be. If the resistance of the electrical contact R K has the largest share of the summed resistance R G , then the electrical energy taken from the electrode assembly is converted into heat energy there.
  • the electrically and thus also thermally conductive potential areas serve to distribute the heat energy.
  • this insulating region has at least one or more
  • Potential area with the second potential areas serve.
  • this functional device in particular the potential region of the functional device facing the cell housing, also referred to below as the external potential region
  • an electrical contact of the first potential region can occur through one of these recesses of the second potential region are also produced without penetration of the foreign body into the functional device.
  • at least one of these potential ranges extends through this recess in the direction of the other of these potential ranges.
  • this insulating region has an arrangement of recesses. This embodiment has the advantage that the functional device the protection of
  • Electrode assembly regardless of the location of the action of the foreign body on the secondary cell or its cell housing is improved.
  • the functional device preferably has a substance for reaction with hydrogen fluoride, particularly preferably calcium chloride.
  • This embodiment has the advantage that hydrogen fluoride can be bound within the cell housing.
  • the functional device preferably has a layer of Separion®, which is arranged adjacent to the electrode assembly, in particular between the electrode assembly and the insulating region.
  • a first preferred embodiment of this functional device has a first potential region and a second potential region, which are preferably formed as metal foils.
  • the insulating region is formed as an insulating film, preferably as a polymer film or paper, and arranged between the two potential regions.
  • the first polarity electrodes are electrically connected to the first potential region and the second polarity electrodes are connected to the second potential region.
  • Functional device is dimensioned such that the inside of at least one Wall of the cell housing or the lateral surface of the electrode assembly is substantially completely covered by the functional device.
  • the potential regions and the insulating region are preferably surrounded by an electrically nonconductive bag, particularly preferably by a polymer bag.
  • This embodiment has the advantage that the functional device is electrically insulated from a particular metallic cell housing. This embodiment offers the advantage that the functional device in
  • the functional device can be produced inexpensively.
  • the functional device is dimensioned so that at least two or three adjacent lateral surfaces of the electrode assembly are substantially completely covered.
  • This refinement has the advantage that the functional devices improve the protection of the electrode assembly largely independently of the location of the action of the foreign body on the secondary cell or its cell housing.
  • a second preferred embodiment of the functional device substantially corresponds to the aforementioned preferred embodiment, wherein one of these potential regions, which faces the electrode assembly, is puncture resistant, in particular designed as a sting protection layer. Furthermore, this potential region has a carrier, in particular a carrier layer, on which a plurality of electrical conductors are arranged and facing the insulating region. The plurality of electrical conductors each have a predetermined electrical resistance of at least 0.1 ⁇ .
  • This preferred embodiment has the advantage that the functional device provides mechanical protection of the electrode assembly. This preferred embodiment has the advantage that the functional device limits the discharge current in the second state.
  • a third preferred embodiment of the functional device substantially corresponds to one of the aforementioned preferred embodiments, wherein at least one of these insulating regions at least one or more Having recesses.
  • This embodiment has the advantage that the functional device can be transferred to the second state even without the penetration of the foreign body, in particular to a mere one
  • Embodiments of the functional device have a stack of first potential regions, second potential regions and isolation regions.
  • the stack has a plurality of sequences from one of these first potential regions, one of these insulating regions and one of these second potential regions.
  • the secondary cell has at least one of the following
  • a current conducting device preferably two current conducting devices of different polarity, which conducts electrons between one of the electrodes of the electrode assembly and a consumer or between one of the electrodes and an adjacent one
  • Electrode assembly electrically, preferably materially connected, which are preferably each provided to extend at least partially from the cell housing, which preferably outside of the cell housing each have a connection area
  • an enclosure which is provided to enclose the electrode assembly, in particular within the cell housing, which in particular counteracts an exchange of chemical substances with the environment, which counteracts in particular leakage of chemical substances from the electrode assembly, which in particular the electrode assembly relative to the
  • Cell housing is connected, particularly preferably connected in series, which serves in particular to increase the rated voltage of the secondary cell, which preferably according to the first
  • Electrode assembly is formed, a discharge resistor, which between one of these
  • Potential areas and one of these electrodes is connected, which is preferably connected to the cell housing in particular thermally conductive, which serves in particular for limiting the discharge current in the second state of the functional device, which is preferably designed as a PTC thermistor, a display device which is provided, the second state in particular Display functional device and / or to convey an indication of this second state, in particular a short circuit from the first potential range and the second
  • Short circuit which is designed as a beeper, light emitting diode, infrared interface or GSM module, one or more sensors, which are each provided with an operating parameter of the secondary cell, in particular the
  • Voltage sensor Voltage sensor, current sensor, temperature sensor or thermocouple, pressure sensor, sensor for a chemical substance, below
  • Secondary cell in particular serve the electrode assembly, which each serve to provide a signal, wherein the signal a
  • a cell control device which is provided for controlling the secondary cell or the electrode assembly, which serves in particular the processing of at least one signal of one of these sensors, in particular the aforementioned sensor, a first near-field radio device, which for communication with a higher-level control, in particular with a battery control is provided, which serves for the transmission of data in particular to a battery control or an independent control, which in particular the notification of a particular predetermined
  • the sheath preferably has a composite foil with at least two layers.
  • the first of these layers in particular the layer facing the environment, comprises a polymer.
  • this first layer is formed as a polymer film.
  • the second of these layers, in particular the layer facing the electrode assembly comprises a metal, preferably Aluminum.
  • this second layer is formed as a metal foil.
  • a current conducting device in the sense of the invention means a device which in particular serves to conduct electrons between one of the electrodes of the electrode assembly and a consumer or between one of the electrodes and an adjacent secondary cell.
  • the current-conducting device is electrically connected to one of the electrodes of the electrode assembly, preferably by material bonding.
  • the current-conducting device is electrically connected to one of the electrodes of the electrode assembly, preferably by material bonding.
  • the current conducting device has an electrically conductive region with a metallic material, preferably aluminum and / or copper, particularly preferably in regions a coating with nickel. This embodiment offers the advantage of reduced contact resistance.
  • the Stromleit observed is formed solid with a metallic material.
  • the material corresponds to
  • the current conducting device has a second region, which extends in the direction of the electrode assembly within the secondary cell.
  • the second region is electrically connected to at least one electrode of the electrode assembly, preferably with a material fit, preferably with all electrodes of the same polarity.
  • the second region has at least one arrester lug.
  • the arrester tab is connected to one of the electrodes of the electrode assembly, In particular, with the collector foil in particular cohesively connected.
  • the arrester lug is designed as an electrically conductive band, preferably as a metal foil.
  • This embodiment has the advantage that an offset between a plane of symmetry through the region of the current-conducting device which extends into the environment of the secondary cell and a plane through this electrode or collector foil can be compensated.
  • the second region has a plurality of arrester vanes.
  • the arrester lugs provide multiple current paths to the same electrode, which advantageously reduces the current density of the current path, or to different electrodes of the same polarity of the electrode stack, whereby a parallel connection of the electrodes of the same polarity is formed.
  • the current conducting device has a first region which extends into the environment of the secondary cell.
  • the first region is electrically connected at least indirectly to a consumer to be supplied or to a second, in particular adjacent, secondary cell, in particular via a connection device, preferably via one
  • the first region is formed as a metal plate or as a plate with a metallic coating. This embodiment has the advantage that a substantially flat surface for easy electrical connection with a connection device is present.
  • the Stromleit ground has a substantially
  • the current conductor is in particular materially connected, in particular, to all the collector tabs of the same polarity.
  • the material of the current conductor preferably corresponds to the material of the arrester lug.
  • This refinement has the advantage that the current conductor can be made mechanically more stable for connection to a connection device than a foil-type arrester lug could be formed. This improves the durability of the secondary cell.
  • the current conductor can be connected to the cell housing before the electrode assembly is attached to it with attached tabs of the cell housing.
  • the current conductor also extends into the first region of the current-conducting device and is designed in particular as a metal plate and / or a pressed sheet metal part. This embodiment offers the advantage of lower manufacturing costs.
  • This refinement offers the further advantage that the current conducting device in the first region is mechanically sufficiently stable for connection to a connection device, for example busbar, current band or power cable, which is not associated with the secondary cell.
  • An operating parameter in the sense of the invention means a parameter, in particular of the secondary cell, which in particular
  • Electrode assembly permitted, and / or
  • Electrode assembly permitted, and / or
  • the sensor can be detected by a sensor or sensor, the sensor at least temporarily provides a signal available, preferably an electrical voltage or an electric current, and / or
  • • can be processed by a control device, in particular a cell control device, in particular can be compared to a target value, in particular can be linked to another detected parameter, and / or • information about the cell voltage, the cell current, ie the current intensity of the electrical current in the electrode assembly or from the electrode assembly, the cell temperature, the internal pressure of the cell, the integrity of the cell, the release of a substance from the
  • Electrode assembly the presence of a foreign substance in particular from the environment of the secondary cell and / or allows the state of charge, and / or
  • the at least one sensor is designed as:
  • Voltage sensor Voltage sensor, current sensor, temperature sensor or thermocouple, pressure sensor, sensor for a chemical substance, hereinafter referred to as "substance sensor", gas sensor, liquid sensor, position sensor or
  • Acceleration sensor the sensors or sensors in particular the detection of operating parameters of the secondary cell, in particular the electrode assembly are used.
  • the cell control device is provided, at least one operating method of the secondary cell, in particular the loading and / or unloading of
  • Control electrode assembly Preferably, the monitors
  • Cell controller means an operating state of the secondary cell.
  • the cell control device preferably initiates the transfer of the secondary cell into a predetermined operating state.
  • the predetermined operating state Preferably, the
  • Cell control device via a display device, in particular via at least one LED to the state of the secondary cell.
  • This preferred embodiment offers the advantage that the cell control device in the first
  • Housing part is arranged protected.
  • This preferred embodiment offers the further advantage that the secondary cell has its own cell control device for operation or monitoring of the electrode assembly, which also remains on the secondary cell when the secondary cell is removed from a battery.
  • the cell control device is provided to initiate the transfer of the secondary cell in a "secured" state, wherein the charge of the secondary cell in the secured state, a maximum of half of
  • Nominal charge capacity is, in particular in the secured state, the cell voltage is a maximum of 3V.
  • the discharge resistor is designed as a PTC thermistor.
  • Embodiment offers the advantage of improved control of the discharge by the discharge current is reduced with increasing temperature of the PTC thermistor.
  • the first near-field radio is provided to temporarily transmit a predetermined second signal, in particular on request or to a predetermined first signal from a second near-field radio device, wherein the second near-field radio device with a battery control
  • the first near-field radio is provided to transmit an identifier for the secondary cell at the same time as the predetermined second signal.
  • these first and second potential regions are not directly connected to these electrodes of different polarity, but only indirectly via at least two of these Stromleit Steinen.
  • the secondary cell has a nominal charge capacity of at least 3 amp hours [Ah], more preferably at least 5 Ah, more preferably at least 10 Ah, more preferably at least 20 Ah, even more preferably at least 50 Ah, more preferably at least 100 Ah preferably at least 200 Ah, more preferably at most 500
  • the secondary cell preferably has a nominal current of at least 50 A, more preferably of at least 100 A, more preferably of at least 200 A, more preferably of at least 500 A, further preferably of at most 1000 A.
  • This embodiment offers the advantage of an improved
  • the secondary cell has a rated voltage of at least 1.2V, more preferably at least 1.5V, more preferably at least 2V, more preferably at least 2.5V, even more preferably at least 3V, more preferably at least 3 , 5 V, more preferably of at least 4 V, more preferably of at least 4.5 V, more preferably of at least 5 V, more preferably of at least 5.5 V, further preferably of at least 6 V, further preferably of at least 6.5 V, more preferably at least 7V, more preferably at most 7.5V.
  • the secondary cell has a rated voltage of at least 1.2V, more preferably at least 1.5V, more preferably at least 2V, more preferably at least 2.5V, even more preferably at least 3V, more preferably at least 3 , 5 V, more preferably of at least 4 V, more preferably of at least 4.5 V, more preferably of at least 5 V, more preferably of at least 5.5 V, further preferably of at least 6 V, further preferably of at least 6.5 V, more
  • Electrode assembly lithium-ion on offers the advantage of an improved energy density of the secondary cell.
  • the secondary cell has an operating temperature range between -40 ° C and 100 ° C, more preferably between -20 ° C and 80 ° C, more preferably between -10 ° C and 60 ° C, even more preferably between 0 ° C and 40 ° C on.
  • This embodiment offers the advantage of a possible unrestricted installation or use of the secondary cell to supply a
  • the secondary cell has a gravimetric energy density of at least 50 Wh / kg, more preferably at least 100 Wh / kg, more preferably at least 200 Wh / kg, even more preferably less than 500 Wh / kg.
  • the secondary cell has lithium ions. This embodiment offers the advantage of an improved energy density of
  • the secondary cell is provided for installation in a vehicle with at least one electric motor.
  • the secondary cell is provided for supplying this electric motor.
  • the secondary cell is provided, at least temporarily
  • the secondary cell is intended for use in a stationary battery, in particular in one
  • Buffer storage as a device battery, industrial battery or starter battery.
  • the rated charge capacity of the secondary cell is for these reasons.
  • the at least one separator which is not or only poorly electron-conducting, consists of an at least partially permeable carrier.
  • the support is preferably coated on at least one side with an inorganic material.
  • As at least partially permeable carrier is preferably a
  • the organic material which is preferably designed as a non-woven fabric.
  • the organic material which preferably contains a polymer and particularly preferably a polyethylene terephthalate (PET)
  • PET polyethylene terephthalate
  • the inorganic material preferably contains at least one compound from the group of oxides, phosphates, sulfates, titanates, silicates, aluminosilicates with at least one of the elements Zr, Al, Li, particularly preferably zirconium oxide.
  • zirconium oxide serves the material integrity
  • Nanoporosity and flexibility of the separator This preferably has
  • inorganic, ion-conducting material particles with a maximum diameter below 100 nm.
  • This embodiment offers the advantage that durability of the electrode assembly is improved at temperatures above 100 ° C.
  • Such a separator is marketed, for example, under the trade name "Separion” by Evonik AG in Germany.
  • the at least one separator which is not or only poorly electron-conducting, but is conductive for ions, consists at least predominantly or completely of a ceramic, preferably of an oxide ceramic.
  • This embodiment offers the advantage that durability of the electrode assembly is improved at temperatures above 100 ° C.
  • a secondary battery has at least two secondary cells according to the invention or their preferred embodiments. Further, the secondary battery has a battery controller, and preferably a second one
  • the second near-field radio is with one of these first wireless devices of one of these secondary cells
  • the second near-field radio is provided to temporarily transmit a predetermined first signal, after which a first of these
  • Near-range radio equipment responds with a predetermined signal.
  • Design has the advantage that the functionality of secondary cells of the battery can be queried with the second near-field radio device.
  • the battery control is provided after receiving a predetermined second signal from one of these first near-field radio devices of one of the secondary cells by the second near-field radio device
  • This embodiment offers the advantage that the replacement of a secondary cell is simplified.
  • a first preferred embodiment of the secondary cell has one of these, in particular substantially cuboid electrode assemblies, one of these cell housings and at least one of these functional devices according to the first of its preferred embodiments.
  • Electrode assembly has at least two electrodes of different polarity.
  • the electrode assembly is surrounded by one of these shells within the cell housing.
  • the secondary cell has two of these current conducting devices, which partially extend out of the cell housing and each have a connection region outside the cell housing.
  • the current conducting devices are connected between a first and a second of these potential regions of the functional device and these electrodes of different polarity.
  • the functional device is between this electrode assembly and one of these walls of the cell housing arranged.
  • the functional device has one of these first and one of these second potential regions, which are preferably formed as metal foils.
  • the functional device has an insulating region, which is arranged between the first and the second potential region and which is preferably formed as a polymer film.
  • This preferred embodiment has the advantage that the parallel and in the second state electrically conductive
  • Electrode assembly stored energy is used, especially if the foreign body both in the functional device and in the
  • Electrode assembly has penetrated, especially if the foreign body has deformed the functional device.
  • a second preferred embodiment of the secondary cell essentially corresponds to the first preferred embodiment, but one of these discharging resistors is connected between the potential region facing away from the electrode assembly and the current conducting device connected thereto.
  • the discharge resistor is used in particular for limiting the discharge current in the second state of the functional device and is preferably designed as a PTC thermistor.
  • this preferred embodiment has at least one LED, which is provided to indicate whether the functional device is to be transferred to the second state or has been transferred.
  • Electrode assembly or the cell current limited or controlled has the advantage that the controlled
  • Functional device as has penetrated into the electrode assembly, in particular when the foreign body has deformed the functional device.
  • This preferred embodiment has the advantage that it can be seen from the environment whether the functional device is to be transferred to the second state or has been transferred.
  • This discharge resistor preferably contacts the cell housing in a heat-conducting manner.
  • This embodiment has the advantage that the heating power caused by the discharge resistor during the discharging process of the electrode assembly can be distributed over the cell housing.
  • the first preferred embodiment but has two substantially cuboid electrode assemblies and two
  • the electrode assemblies are arranged adjacent to each other in the cell housing and preferably connected in series.
  • the functional devices are dimensioned such that they each cover at least two or three inner surfaces of the cell housing substantially completely. This preferred embodiment offers the advantage that the
  • This preferred embodiment has the advantage that the parallel and in the second state electrically conductive
  • Electrode assembly stored energy is used, especially if the foreign body both in the functional device and in the
  • Electrode assembly has penetrated, especially if the foreign body has deformed the functional device.
  • This preferred embodiment offers the advantage of increased cell voltage.
  • This preferred embodiment offers the advantage that the protection of the electrode assembly regardless of the location of the impact of the foreign body on the secondary cell or their
  • a secondary cell for increased reliability, a secondary cell, in particular
  • the secondary cell has at least:
  • the electrodes of different polarity are electrically connected to one another in the second state of the functional device, which preferably has a first and a second potential region,
  • a cell housing which is provided to enclose the electrode assembly and the functional device at least in regions
  • this cell control device Preferably this cell control device.
  • the first operating method is used in particular for transferring the
  • This first operating method is characterized by
  • the inventive method has the advantage that the energy output from the electrode assembly or the cell current is limited or controlled by the electrical resistance of the functional device.
  • the inventive method has the advantage that the energy output from the
  • Electrode assembly stored energy can be reduced via the parallel connected and in the second state electrically conductive functional device, especially if the foreign body has penetrated both in the functional device and in the electrode assembly, especially if the foreign body has deformed the functional device. So will the
  • the second operating method is used in particular for transferring the
  • Electrode assembly in a third state, in particular from the second state of the functional device.
  • the second operating procedure is
  • the electrode assembly is transferred to the third state.
  • the electrode assembly is transitioned to the third state.
  • This third state is characterized in that the electrode assembly has a predetermined residual charge reduced from the rated charge capacity of the secondary cell.
  • the cell controller monitors step S3.
  • an LED indicates that a transfer of the electrode assembly has been initiated in the third state.
  • the predetermined second time interval is preferably at least 10 s, more preferably 20 s, more preferably 50 s, more preferably 100 s, more preferably 200 s, more preferably 1000 s, further preferably less than 1 h.
  • the predetermined residual charge is at most 90% of the nominal charge capacity, more preferably at most 80%, more preferably at most 70%, more preferably at most 60%, further preferably at most 50%, further preferably at most 40%, further preferably at most 30%, more preferably at most 20%, more preferably at least 5%.
  • the predetermined residual charge is defined by the open-circuit voltage of the secondary cell, wherein the open-circuit voltage at predetermined residual charge is at most 3.5 V, more preferably at most 3 V, more preferably at most 2.8 V, further preferably at most 2, 6 V, more preferably not more than 2.4 V, more preferably not more than 2.2 V, more preferably not more than 2 V, more preferably not more than 1.5 V, more preferably not more than 1.2 V, even more preferably not more than 1 V, more preferably not more than 0.5 V, more preferably at least 0.2 V.
  • the inventive method has the advantage that the energy output from the electrode assembly or the cell current through the electrical Resistance of the functional device is limited or controlled.
  • the method according to the invention offers the advantage that the energy output from the electrode assembly is damaged only when damaged
  • Electrode assembly stored energy can be reduced via the parallel connected and in the second state electrically conductive functional device, especially if the foreign body has penetrated both in the functional device and in the electrode assembly, especially if the foreign body has deformed the functional device. So will the
  • Discharge resistors and an LED This preferred embodiment has the advantage that the energy output from the electrode assembly or the
  • FIG. 2 schematically shows a detail of a further preferred embodiment of a secondary cell according to the invention, wherein the foreign body has penetrated through the cell housing, FIG.
  • FIG. 3 shows schematically the secondary cell according to FIG. 2, wherein the foreign body has penetrated into the electrode assembly
  • Fig. 4 shows schematically a further preferred embodiment of
  • the foreign body the foreign body
  • Fig. 5 shows schematically a detail of a preferred embodiment of
  • FIG. 6 schematically shows a detail of a further preferred embodiment of the functional device, the insulating region of which has recesses.
  • FIG. 1 shows schematically a secondary cell 1 according to the invention
  • Secondary cell 1 has two electrode assemblies 2, 2a, one
  • Functional device 5 a cell housing 6 and two Stromleit prepareden 4, 4a.
  • the two electrode assemblies 2, 2 a are connected in series and arranged adjacent to one another in the cell housing 6.
  • the two electrode assemblies 2, 2 a are connected in series and arranged adjacent to one another in the cell housing 6.
  • Electrode assemblies 2, 2 a each have an enclosure 8.
  • Functional device 5 has a first potential region 7a, a second potential region 7b and an insulating region 7, the insulating region 7 objecting to the potential regions.
  • the potential regions 7, 7a are electrically connected to the current conducting devices 4, 4a.
  • the functional device 5 is surrounded by a polymer bag 18 and between the first
  • Electrode assembly 2 and the cell housing 6 is arranged.
  • the potential regions 7a, 7b are as metal foils and the insulating region 7 as Polymer film formed. Only for simplified distinction, the cell housing 6, the functional device 5 and the electrode assembly 2 are shown offended from each other.
  • This embodiment offers the advantage that the rated voltage of the secondary cell is increased.
  • This embodiment offers the advantage of increased reliability of the secondary cell by the functional device 5, the electrode assembly 2 additionally mechanically against the ingress of a foreign body 14.
  • This embodiment offers the advantage of increased reliability of the secondary cell by the
  • Function device 5 can serve as a current path for the at least partial discharge of the electrode assembly 2.
  • FIG. 2 schematically shows a detail of a further preferred embodiment of a secondary cell 1 according to the invention, wherein the foreign body 14 has penetrated through the cell housing 6 into the functional device 5. It is not shown that the cell case 6 and the second potential region 7 b and locally deformed by the foreign body 14. The foreign body 14 does not extend into the electrode assembly 2. Nevertheless, the foreign body 2 closes a current path, which establishes an electrical connection between the electrodes
  • the electrode assembly 2 can be at least partially discharged.
  • the potential regions 7a, 7b are formed as metal foils and the insulating region 7 as a polymer film. Only for simplified distinction, the cell housing 6, the functional device 5 and the electrode assembly 2 are shown offended from each other. This embodiment offers the advantage of increased reliability of the secondary cell by the
  • Function device 5 serves as a current path for the at least partial discharge of the electrode assembly 2.
  • FIG. 3 schematically shows the secondary cell 1 according to FIG.
  • Functional device 5 electrically connected.
  • two current paths are formed, and via which the electrode assembly 2 can be at least partially discharged.
  • the potential regions 7a, 7b are formed as metal foils and the insulating region 7 as a polymer film. Only for simplified distinction, the cell housing 6, the functional device 5 and the electrode assembly 2 are shown offended from each other. , These
  • Embodiment offers the advantage of increased reliability of the secondary cell by the functional device 5 serves as a second current path for the at least partially discharging the electrode assembly 2.
  • 4 shows schematically a further preferred embodiment of the secondary cell 1 according to the invention, wherein the foreign body 14 is the
  • the insulating region 7 has numerous recesses 16, although only one
  • Recess 16 is shown. Through the recess 16, an electrical connection of the potential regions 7a, 7b is produced by the deformed second potential region 7b extending to the first potential region 7a.
  • the insulating region 7 is merely electrically insulating
  • the potential regions 7a, 7b are formed as metal foils. Only for
  • FIG. 1 shows schematically a detail of a preferred embodiment of the functional device 5 with a puncture protection layer 19 and an arrangement of electrical conductors 15, 15a.
  • the sting protection layer 19 faces the electrode assembly, not shown.
  • the sting protection layer 19 preferably has aramid fibers or is designed as an oxide-ceramic plate.
  • FIG. 5 b shows an advantageous arrangement of electrical conductors 15, 15 a, which are applied to a support designed as a sting protection layer 19.
  • the electrical conductors 15, 15a and the sting protection layer 19 form a potential region 7a of a preferred embodiment of the
  • Recesses 16 has.
  • the underlying potential region 7 is shown in dashed lines. Through the recesses 16, an electrical contact between the potential regions is possible.

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Abstract

Elektronische Energiespeichereinrichtung (1 ) mit zumindest einer insbesondere wiederaufladbaren Elektrodenbaugruppe (2), welche vorgesehen ist, zumindest zeitweise elektrische Energie zur Verfügung zu stellen, welche zumindest zwei Elektroden (3, 3a) unterschiedlicher Polarität aufweist, mit einer Funktionseinrichtung (5), welche vorgesehen ist, elektrisch mit den zumindest zwei Elektroden (3, 3a) unterschiedlicher Polarität verbunden zu sein, welche vorgesehen ist, in einen zweiten Zustand überführt zu werden, wobei die Elektroden (3, 3a) unterschiedlicher Polarität im zweiten Zustand der Funktionseinrichtung (5) elektrisch miteinander verbunden sind, mit einem Zellgehäuse (6), welches vorgesehen ist, die Elektrodenbaugruppe (2) und die Funktionseinrichtung (5) zumindest bereichsweise zu umschließen.

Description

Elektrochemische Energiespeichereinrichtung,
Batterie mit zumindest zwei dieser elektrochemischen
Energiespeichereinrichtungen,
sowie Verfahren zum Betrieb dieser elektrochemischen
Energiespeichereinrichtung
B e s c h r e i b u n g
Hiermit wird der gesamte Inhalt der Prioritätsanmeldung DE 10 2012 000 872 durch Bezugnahme Bestandteil der vorliegenden Anmeldung.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrochemische
Energiespeichereinrichtung, nachfolgend auch Sekundärzelle genannt, sowie ein Verfahren zum Betrieb dieser elektrochemischen Energiespeichereinrichtung. Die Erfindung wird im Zusammenhang mit Lithium-Ionen-Batterien zur
Versorgung von KFZ-Antrieben beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass die Erfindung auch unabhängig von der Bauart der Batterie, der Chemie der elektrochemischen Energiespeichereinrichtung oder unabhängig von der Art des versorgten Antriebs Verwendung finden kann.
Aus dem Stand der Technik sind Batterien mit mehreren Sekundärzellen zur Versorgung von KFZ-Antrieben bekannt. Solche Batterien weisen üblicherweise zahlreiche Sekundärzellen auf, wobei die Sekundärzellen untereinander elektrisch verschaltet sind. Diese Sekundärzellen weisen zumindest je eine wiederaufladbare Elektrodenbaugruppe und ein Zellgehäuse auf. Die
Elektrodenbaugruppe dient auch zur Bereitstellung elektrischer Energie insbesondere an einen Verbraucher. Das Zellgehäuse dient zur Aufnahme und zum Schutz der Elektrodenbaugruppe.
Insbesondere bei der Anwendung in Kraftfahrzeugen, aber nicht nur dort, kommt es bei solchen Batterien besonders auf die Betriebssicherheit an. Es ist deshalb die Aufgabe der Erfindung, Batterien mit erhöhter
Betriebssicherheit zur Verfügung zu stellen.
Die Aufgabe wird durch eine elektrochemische Energiespeichereinrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst. Anspruch 8 beschreibt eine Batterie mit zumindest zwei elektrochemischen Energiespeichereinrichtungen. Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein Betriebsverfahren gemäß Anspruch 9 für eine elektrochemische Energiespeichereinrichtung. Zu bevorzugende Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Eine erfindungsgemäße elektronische Energiespeichereinrichtung, nachfolgend auch Sekundärzelle genannt, weist zumindest eine oder mehrere insbesondere wiederaufladbaren Elektrodenbaugruppen auf. Die Elektrodenbaugruppe ist vorgesehen, zumindest zeitweise elektrische Energie insbesondere einem Verbraucher zur Verfügung zu stellen. Die Elektrodenbaugruppe weist zumindest zwei Elektroden unterschiedlicher Polarität auf. Die Sekundärzelle weist zumindest eine oder mehrere Funktionseinrichtungen auf, welche vorgesehen ist, elektrisch mit den zumindest zwei Elektroden unterschiedlicher Polarität verbunden zu sein. Die Funktionseinrichtung ist weiter vorgesehen, aus einem ersten Zustand in einen zweiten Zustand überführt zu werden. Im ersten Zustand sind die Elektroden unterschiedlicher Polarität voneinander elektrisch isoliert. Im zweiten Zustand sind die Elektroden unterschiedlicher Polarität elektrisch miteinander verbunden. Die Sekundärzelle weist ein Zellgehäuse mit zumindest einer oder mehreren Wandungen auf, wobei das Zellgehäuse vorgesehen ist, die Elektrodenbaugruppe und die Funktionseinrichtung zumindest bereichsweise zu umschließen.
Vorzugsweise ist die Funktionseinrichtung zwischen der ersten Wandung und der Elektrodenbaugruppe angeordnet. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass ein auf die Sekundärzelle aus deren Umgebung einwirkender Fremdkörper nach Eindringen in das Zellgehäuse zunächst auf die Funktionseinrichtung als weiteren Schutz der Elektrodenbaugruppe trifft. Besonders bevorzugt bedeckt die Funktionseinrichtung die Innenfläche der ersten Wandung im Wesentlichen vollständig. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die
Funktionseinrichtung den Schutz der Elektrodenbaugruppe unabhängig vom Ort der Einwirkung des Fremdkörpers auf die Sekundärzelle bzw. deren Zellgehäuse verbessert.
Vorzugsweise weist die Funktionseinrichtung insbesondere im zweiten Zustand einen vorbestimmten elektrischen Widerstand [Ω] auf. Vorzugsweise beträgt der elektrische Widerstand mindestens 0,5 Ω, weiter bevorzugt mindestens 1 Ω, weiter bevorzugt mindestens 2 Ω, weiter bevorzugt mindestens 5 Ω, weiter bevorzugt mindestens 10 Ω, weiter bevorzugt mindestens 20 Ω, weiter bevorzugt mindestens 50 Ω, weiter bevorzugt mindestens 100 Ω, weiter bevorzugt mindestens 200 Ω, weiter bevorzugt mindestens 500 Ω, weiter bevorzugt höchstens 1000 Ω. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass ein
Entladestrom, welcher der Elektrodenbaugruppe im zweiten Zustand der Funktionseinrichtung entnehmbar ist, durch die Funktionseinrichtung begrenzbar ist. So ist auch die elektrische Heizleistung begrenzbar. Besonders bevorzugt ist der elektrische Widerstand an die elektrische Spannung der Sekundärzelle bzw. deren Elektrodenbaugruppe derart angepasst, dass die Heizleistung im
Widerstand im zweiten Zustand auf höchstens 50 W begrenzt ist, weiter bevorzugt auf höchstens 20 W, weiter bevorzugt auf höchstens 10 W, weiter bevorzugt auf höchstens 5W, weiter bevorzugt auf höchstens 2 W, weiter bevorzugt auf höchstens 1 W. Wenn ein Fremdkörper auf eine Sekundärzelle einwirkt, beispielsweise bei einem Unfall, dann kann die Sekundärzelle beschädigt werden. Es ist
beobachtet worden, dass eine Sekundärzelle insbesondere nach einer
Beschädigung des Zellgehäuses unkontrolliert Energie an die Umgebung abgibt. Die erfindungsgemäße Sekundärzelle bietet den Vorteil, dass die
Funktionseinrichtung im zweiten Zustand durch ihren elektrischen Widerstand die Energieabgabe aus der Elektrodenbaugruppe bzw. den Zellstrom begrenzt bzw. kontrolliert. Die erfindungsgemäße Sekundärzelle bietet den Vorteil, dass die kontrollierte Energieabgabe aus der Elektrodenbaugruppe bereits bei Beschädigung lediglich der Funktionseinrichtung durch den Fremdkörper ermöglicht ist. Die erfindungsgemäße Sekundärzelle bietet den Vorteil, dass die parallel geschaltete und im zweiten Zustand elektrisch leitfähige
Funktionseinrichtung als zweiter Strompfad zur Verringerung der in der
Elektrodenbaugruppe gespeicherten Energie dient, insbesondere wenn der Fremdkörper sowohl in die Funktionseinrichtung als auch in die
Elektrodenbaugruppe eingedrungen ist, insbesondere wenn der Fremdkörper die Funktionseinrichtung verformt hat. So wird die Betriebssicherheit der
Sekundärzelle und damit die Betriebssicherheit der übergeordneten Batterie erhöht und die zugrunde liegende Aufgabe gelöst. Unter einer Elektrodenbaugruppe im Sinne der Erfindung ist eine Einrichtung zu verstehen, welche insbesondere der Bereitstellung elektrischer Energie dient. Die Elektrodenbaugruppe weist zumindest zwei Elektroden unterschiedlicher Polarität auf. Diese Elektroden unterschiedlicher Polarität sind durch einen Separator beabstandet, wobei der Separator für Ionen leitfähig ist, nicht aber für Elektronen. Die Elektrodenbaugruppe ist vorzugsweise ausgestaltet, zugeführte elektrische Energie in chemische Energie zu wandeln und als chemische
Energie zu speichern. Weiter ist die Elektrodenbaugruppe ausgestaltet, insbesondere gespeicherte chemische Energie in elektrische Energie zu wandeln, bevor die Elektrodenbaugruppe diese elektrische Energie einem Verbraucher zur Verfügung stellt. Vorzugsweise ist die Elektrodenbaugruppe im wesentlichen quaderförmig ausgebildet. Vorzugsweise ist die Elektrodenbaugruppe mit zwei Stromleiteinrichtungen unterschiedlicher Polarität insbesondere stoffschlüssig verbunden, welche zur elektrischen Verbindung mit zumindest einer benachbarten Elektrodenbaugruppe und/oder zumindest mittelbar der elektrischen Verbindung mit dem Verbraucher dienen. Vorzugsweise weist zumindest eine dieser Elektroden eine insbesondere metallische Kollektorfolie sowie eine Aktivmasse auf. Die Aktivmasse ist auf die Kollektorfolie zumindest einseitig aufgetragen. Beim Laden oder Entladen der Elektrodenbaugruppe werden Elektronen zwischen der Kollektorfolie und
Aktivmasse ausgetauscht. Vorzugsweise ist mit der Kollektorfolie zumindest eine Ableiterfahne insbesondere stoffschlüssig verbunden. Besonders bevorzugt sind mit der Kollektorfolie mehrerer Ableiterfahnen insbesondere stoffschlüssig verbunden. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die Zahl der Elektronen, welche je Zeiteinheit durch eine Ableiterfahne fließen, verringert ist.
Vorzugsweise weist zumindest eine dieser Elektroden eine insbesondere metallische Kollektorfolie sowie zwei Aktivmassen unterschiedlicher Polarität auf, welche auf verschiedenen Flächen der Kollektorfolie angeordnet und durch die Kollektorfolie beabstandet sind. Für diese Anordnung von Aktivmassen ist auch der Begriff„Bizelle" üblich. Beim Laden oder Entladen der Elektrodenbaugruppe werden Elektronen zwischen der Kollektorfolie und Aktivmasse ausgetauscht. Vorzugsweise ist mit der Kollektorfolie zumindest eine Ableiterfahne
insbesondere stoffschlüssig verbunden. Besonders bevorzugt sind mit der Kollektorfolie mehrerer Ableiterfahnen insbesondere stoffschlüssig verbunden. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die Zahl der Elektronen, welche je Zeiteinheit durch eine Ableiterfahne fließen, verringert ist. Zwei Elektroden unterschiedlicher Polarität sind in der Elektrodenbaugruppe durch einen Separator beabstandet. Der Separator ist für Ionen durchlässig, nicht aber für Elektronen. Vorzugsweise enthält der Separator zumindest einen Teil des Elektrolyts bzw. das Leitsalzes. Vorzugsweise ist der Elektrolyt insbesondere nach dem Verschließen der Sekundärzelle ohne flüssigen Anteil ausgebildet. Vorzugsweise weist das Leitsalz Lithiumionen auf. Besonders bevorzugt werden Lithiumionen beim Laden in die negative Elektrode
eingelagert bzw. interkaliert und beim Entladen wieder ausgelagert.
Gemäß einer ersten bevorzugten Ausgestaltung ist die Elektrodenbaugruppe als Elektrodenwickel ausgebildet. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil einfacherer Herstellbarkeit insbesondere dadurch, dass bandförmige Elektroden verarbeitet werden können. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die
Nennladekapazität der Sekundärzelle, beispielsweise in Amperestunden [Ah] oder Wattstunden [Wh], seltener in Coulomb [C] angegeben, auf einfache Weise durch weitere Wicklungen erhöht werden kann. Vorzugsweise ist die
Elektrodenbaugruppe als Elektrodenflachwickel ausgebildet. Diese
Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass dieser raumsparend neben einem weiteren Elektrodenflachwickel insbesondere innerhalb einer Batterie
angeordnet werden kann. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die Elektrodenbaugruppe als im wesentlichen quaderförmiger Elektrodenstapel ausgebildet. Der
Elektrodenstapel weist eine vorbestimmte Abfolge von Stapelblättern auf, wobei je zwei Elektrodenblätter unterschiedlicher Polarität von einem Separatorblatt getrennt sind. Vorzugsweise ist jedes Elektrodenblatt mit einer
Stromleiteinrichtung insbesondere stoffschlüssig verbunden, besonders bevorzugt einstückig mit der Stromleiteinrichtung ausgebildet. Vorzugsweise sind Elektrodenblätter gleicher Polarität insbesondere über eine gemeinsame Stromleiteinrichtung miteinander elektrisch verbunden. Diese Ausgestaltung der Elektrodenbaugruppe bietet den Vorteil, dass die Nennladekapazität der
Sekundärzelle, beispielsweise in Amperestunden [Ah] oder Wattstunden [Wh], seltener in Coulomb [C] angegeben, auf einfache Weise durch Hinzufügen weiterer Elektrodenblätter erhöht werden kann. Besonders bevorzugt sind zumindest zwei Separatorblätter miteinander verbunden und umschließen eine begrenzende Kante eines Elektrodenblattes. Eine derartige
Elektrodenbaugruppe mit einem einzelnen, insbesondere mäanderförmigen Separator ist in der WO 201 1/020545 beschrieben. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass einem parasitären Strom, ausgehend von dieser begrenzenden Kante zu einem Elektrodenblatt anderer Polarität, begegnet ist.
Unter einem Zellgehäuse im Sinne der Erfindung ist eine Einrichtung zu verstehen, welche insbesondere
• der Begrenzung der Elektrodenbaugruppe und der
Funktionseinrichtungen gegenüber der Umgebung dient,
• dem Schutz der Elektrodenbaugruppe gegenüber schädlichen Einflüssen aus der Umgebung dient, insbesondere zum Schutz vor Wasser aus der Umgebung,
• dem Austritt von Substanzen aus der Elektrodengruppe in die Umgebung entgegenwirkt,
• vorzugsweise die Elektrodenbaugruppe und die Funktionseinrichtung im wesentlichen gasdicht umschließt. Das Zellgehäuse umgibt die Elektrodenbaugruppe zumindest bereichsweise, bevorzugt im wesentlichen vollständig. Dabei ist das Zellgehäuse an die Gestalt der Elektrodenbaugruppe angepasst. Vorzugsweise ist das Zellgehäuse, ebenso wie die Elektrodenbaugruppe, im wesentlichen quaderförmig ausgebildet. Dazu weist das Zellgehäuse zumindest eine erste Wandung auf. Das Zellgehäuse umgibt die Elektrodenbaugruppe vorzugsweise derart, dass zumindest eine Wandung des Zellgehäuses, insbesondere die erste Wandung, eine Kraft auf die Elektrodenbaugruppe ausübt, wobei die Kraft einer unerwünschten
Relativbewegung der Elektrodenbaugruppe im Zellgehäuse entgegenwirkt. Besonders bevorzugt nimmt das Zellgehäuse die Elektrodenbaugruppe formschlüssig und/oder kraftschlüssig auf. Vorzugsweise ist das Zellgehäuse gegenüber der Umgebung elektrisch isoliert. Vorzugsweise ist das Zellgehäuse gegenüber der Elektrodenbaugruppe elektrisch isoliert. Besonders bevorzugt weist zumindest eine Innenfläche des Zellgehäuses eine elektrisch isolierende Beschichtung auf. Diese isolierende Beschichtung bietet den Vorteil, dass das Zellgehäuse mit einem metallischen Werkstoff ausgebildet sein kann, welcher einen erhöhten Schutz der Elektrodenbaugruppe bietet.
Vorzugsweise ist das Zellgehäuse zweiteilig mit einem insbesondere
metallischen Becher zur Aufnahme der Funktionseinrichtung und der
Elektrodenbaugruppe und mit einem insbesondere metallischen Deckel zum Verschließen des Bechers ausgebildet. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass das Zellgehäuse der Elektrodenbaugruppe einen weiteren mechanischen Schutz bietet.
Unter einer Funktionseinrichtung im Sinne der Erfindung ist eine Einrichtung zu verstehen, welche insbesondere vorgesehen ist, in einen zweiten Zustand überführt zu werden, wobei die Elektroden unterschiedlicher Polarität im zweiten Zustand der Funktionseinrichtung elektrisch miteinander verbunden sind. Dazu sind die Elektroden unterschiedlicher Polarität mit der Funktionseinrichtung elektrisch verbunden. In einem ersten Zustand der Funktionseinrichtung sind die Elektroden unterschiedlicher Polarität voneinander elektrisch isoliert. Die Funktionseinrichtung ist derart ausgestaltet, dass der nicht der Sekundärzelle zugehöriger Fremdkörper, welcher aus der Umgebung auf die Sekundärzelle einwirkt, die Funktionseinrichtung in ihren zweiten Zustand überführen kann. Nachfolgend wird dieser zweite Zustand der Funktionseinrichtung auch als Kurzschluss bezeichnet. Der Fremdkörper leitet die Überführung der
Funktionseinrichtung in ihren zweiten Zustand ein insbesondere durch:
• eine Kraft, welche der Fremdkörper auf das Zellgehäuse ausübt,
insbesondere auf deren erste Wandung, oder • eine Beschädigung des Zellgehäuses oder der Funktionseinrichtung durch den Fremdkörper, oder
• ein Eindringen des Fremdkörpers in die Funktionseinrichtung.
Vorzugsweise ist die Funktionseinrichtung ausgestaltet, zumindest eine oder mehrere der Begrenzungsflächen bzw. Mantelflächen der Elektrodenbaugruppe im Wesentlichen vollständig zu bedecken. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die Funktionseinrichtung den Schutz der Elektrodenbaugruppe unabhängig vom Ort der Einwirkung des Fremdkörpers auf die Sekundärzelle bzw. deren Zellgehäuse verbessert ist. Vorzugsweise beträgt die Wandstärke der Funktionseinrichtung weniger als 1/5 der Dicke der im wesentlichen quaderförmigen Elektrodenbaugruppe. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die gravimetrische Energiedichte [Wh/kg] der Sekundärzelle durch die Funktionseinrichtung nur unwesentlich verringert ist.
Nachfolgend werden zu bevorzugende Ausgestaltungen bzw. Weiterbildungen der Erfindung beschrieben.
Vorzugsweise weist die Sekundärzelle zumindest zwei Funktionseinrichtungen auf, welche gegenüberliegende Begrenzungsflächen bzw. Mantelflächen der Elektrodenbaugruppe im Zellgehäuse besonders bevorzugt im Wesentlichen vollständig bedecken. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die
Funktionseinrichtungen den Schutz der Elektrodenbaugruppe unabhängig vom Ort der Einwirkung des Fremdkörpers auf die Sekundärzelle bzw. deren
Zellgehäuse verbessern.
Vorzugsweise weist die Funktionseinrichtung zumindest einen oder mehrere erste Potentialbereiche, zumindest einen oder mehrere zweite Potentialbereiche sowie zumindest einen oder mehrere Isolierbereiche auf. Zumindest einer dieser ersten Potentialbereiche ist von einem dieser zweiten Potentialbereiche durch einen dieser Isolierbereiche elektrisch isoliert. Unter einem Potentialbereich im Sinne der Erfindung ist eine Einrichtung zu verstehen, welche elektrisch leitfähig ist und das elektrische Potential einer der Elektrode mit Elektrodenbaugruppe aufweist. Besonders bevorzugt sind jeweils einer dieser ersten Potentialbereiche und einer dieser zweiten Potentialbereiche voneinander durch einen dieser Isolierbereiche elektrisch isoliert. Zumindest einer dieser ersten
Potentialbereiche dient dazu, mit zumindest einer dieser Elektroden erster Polarität elektrisch verbunden zu sein. Zumindest einer dieser zweiten
Potentialbereiche dient dazu, mit zumindest einer dieser Elektroden zweiter Polarität elektrisch verbunden zu sein. Besonders bevorzugt sind sämtliche Elektroden erster Polarität mit zumindest einem dieser erstem Potentialbereiche elektrisch verbunden und sämtliche Elektroden zweiter Polarität mit zumindest einem dieser zweiten Potentialbereiche elektrisch verbunden. Vorzugsweise ist zumindest einer dieser Isolierbereiche als Isolierschicht auf einem dieser Potentialbereiche ausgebildet. Diese bevorzugte Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass der Raumbedarf der Funktionseinrichtung noch weiter reduziert ist.
Vorzugsweise sind die Potentialbereiche und die Isolierbereiche von einem elektrisch nicht leitfähigen Beutel umgeben, besonders bevorzugt von einem Polymerbeutel. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die
Funktionseinrichtung gegenüber einem insbesondere metallischen Zellgehäuse elektrisch isoliert ist. Besonders bevorzugt weist der elektrisch nicht leitfähige Beutel ein Gewebe oder ein Gelege von verstärkenden Fasern, insbesondere Aramidfasern, Glasfasern, Basaltfasern und/oder Kohlefasern auf. Diese
Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass einem Fremdkörper ein Eindringen in die Funktionseinrichtung ein erhöhter mechanischer Widerstand entgegengesetzt ist. Vorzugsweise ist zumindest einer dieser Potentialbereiche stichfest,
insbesondere als Stichschutzlage ausgeführt. Dazu weist dieser Potentialbereich auf:
• ein Gewebe oder ein Gelege von verstärkenden Fasern, insbesondere Aramidfasern, und/oder
• zumindest einen oder mehrere metallische Einleger, welche
vorzugsweise miteinander verbunden sind, und/oder
• zumindest einen oder mehrere oxidkeramische Einleger, welche
vorzugsweise plattenförmig ausgebildet sind.
Die bevorzugte Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass dieser Potentialbereich dem Fremdkörper einen erhöhten mechanischen Widerstand gegen dessen Eindringen insbesondere in die Elektrodenbaugruppe entgegensetzt. Besonders bevorzugt ist der Potentialbereich, welcher näher zur Elektrodenbaugruppe angeordnet ist als Stichschutzlage bzw. stichfest ausgeführt. Diese bevorzugte Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass der mechanische Schutz der
Elektrodenbaugruppe den Kurzschluss in der Funktionseinrichtung und die Schutzwirkung der Funktionseinrichtung nicht behindert.
Vorzugsweise weist zumindest einer dieser Potentialbereiche zumindest einen oder mehrere elektrische Leiter bzw. Leiterbahnen sowie einen Träger für diese Leiter bzw. Leiterbahnen auf. Vorzugsweise weisen diese elektrischen Leiter Aluminium und/oder Kupfer auf.
Vorzugsweise erstrecken sich diese elektrischen Leiter bzw. Leiterbahnen entlang einer Kante des Potentialbereichs mit einer vorbestimmten
Querschnittsfläche. Auch über die Bemessung der Querschnittsfläche ist der elektrische Widerstand des Potentialbereichs einstellbar. Vorzugsweise weisen die elektrischen Leiter je einen Widerstand von wenigstens 0,1 Ω auf, insbesondere indem deren Querschnitte entsprechend bemessen sind.
Vorzugsweise sind die elektrischen Leiter bzw. Leiterbahnen untereinander elektrisch und mit zumindest einer dieser Elektroden verbunden. Diese bevorzugte Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass der elektrische Widerstand des Potentialbereichs bzw. der Funktionseinrichtung einstellbar ist.
Wenn ein Fremdkörper in die Funktionseinrichtung eindringt und dabei den Isolierbereich verletzt, dann geraten die dem Isolierbereich benachbarten Potentialbereiche unterschiedlicher Polarität in elektrischen Kontakt. Es wird ein Strompfad geschlossen, welcher mittelbar, d.h. über die Potentialbereiche unterschiedlicher Polarität, zumindest zwei dieser Elektroden unterschiedlicher Polarität elektrisch miteinander verbindet. Über diesen Strompfad kann der Elektrodenbaugruppe elektrische Energie entnommen werden. Die elektrisch leitfähigen Potentialbereiche RPi , RP2 und insbesondere der elektrische Kontakt RK zwischen diesen Potentialbereichen unterschiedlicher Polarität setzen dem elektrischen Strom, nachfolgend auch Entladestrom genannt, einen summierten Widerstand RG entgegen, wobei der Widerstand des elektrischen Kontakts RK deutlich größer als die Widerstände der Potentialbereiche RPi , RP2 sein kann. Wenn der Widerstand des elektrischen Kontakts RK den größten Anteil am summierten Widerstand RG hat, dann wird dort die Elektrodenbaugruppe entnommene elektrische Energie in Wärmeenergie gewandelt. Dabei dienen die elektrisch und somit auch wärmeleitfähigen Potentialbereiche zur Verteilung der Wärmeenergie.
Vorzugsweise weist dieser Isolierbereich zumindest eine oder mehrere
Ausnehmungen auf, welche der elektrischen Berührung des ersten
Potentialbereichs mit dem zweitem Potentialbereiche dienen. Indem der Fremdkörper diese Funktionseinrichtung verformt, insbesondere den dem Zellgehäuse zugewandten Potentialbereich der Funktionseinrichtung, nachfolgend auch der äußere Potentialbereich genannt, kann durch eine dieser Ausnehmungen eine elektrischen Berührung des ersten Potentialbereichs und des zweitem Potentialbereichs auch ohne Eindringen des Fremdkörpers in die Funktionseinrichtung hergestellt werden. Dabei erstreckt sich zumindest einer dieser Potentialbereiche durch diese Ausnehmung in Richtung der anderen dieser Potentialbereiche. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die Funktionseinrichtung auch ohne das Eindringen des Fremdkörpers in den zweiten Zustand überführt werden kann, insbesondere auf eine bloße
Verformung der Funktionseinrichtung. Besonders bevorzugt weist dieser Isolierbereich eine Anordnung von Ausnehmungen auf. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die Funktionseinrichtung den Schutz der
Elektrodenbaugruppe unabhängig vom Ort der Einwirkung des Fremdkörpers auf die Sekundärzelle bzw. deren Zellgehäuse verbessert ist.
Vorzugsweise weist die Funktionseinrichtung eine Substanz zur Reaktion mit Fluorwasserstoff auf, besonders bevorzugt Calciumchlorid. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass Fluorwasserstoff innerhalb des Zellgehäuses gebunden werden kann.
Vorzugsweise weist die Funktionseinrichtung eine Schicht Separion® auf, welche benachbart zur Elektrodenbaugruppe angeordnet ist, insbesondere zwischen der Elektrodenbaugruppe und dem Isolierbereich. Diese
Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass einem Wärmeeintrag in die
Elektrodenbaugruppe im zweiten Zustand der Funktionseinrichtung bzw.
während des Entladens der Elektrodenbaugruppe begegnet ist.
Eine erste bevorzugte Ausführungsform dieser Funktionseinrichtung weist einen ersten Potentialbereich und einen zweiten Potentialbereich auf, welche vorzugsweise als Metallfolien ausgebildet sind. Der Isolierbereich ist als isolierende Folie ausgebildet, vorzugsweise als Polymerfolie oder aus Papier, und zwischen den beiden Potentialbereichen angeordnet. Die Elektroden erster Polarität sind elektrisch mit dem ersten Potentialbereich und die Elektroden zweiter Polarität mit dem zweiten Potentialbereich verbunden. Die
Funktionseinrichtung ist so bemessen, dass die Innenseite zumindest einer Wandung des Zellgehäuses bzw. die Mantelfläche der Elektrodenbaugruppe von der Funktionseinrichtung im wesentlichen vollständig bedeckt ist. Vorzugsweise sind die Potentialbereiche und der Isolierbereich von einem elektrisch nicht leitfähigen Beutel umgeben, besonders bevorzugt von einem Polymerbeutel. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die Funktionseinrichtung gegenüber einem insbesondere metallischen Zellgehäuse elektrisch isoliert ist. Diese Ausführungsform bietet den Vorteil, dass die Funktionseinrichtung im
Zellgehäuse nur wenig Raum einnimmt. Diese Ausführungsform bietet den Vorteil, dass die Funktionseinrichtung kostengünstig hergestellt werden kann. Vorzugsweise ist die Funktionseinrichtung so bemessen, dass zumindest zwei oder drei benachbarte Mantelflächen der Elektrodenbaugruppe im Wesentlichen vollständig bedeckt sind. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die Funktionseinrichtungen den Schutz der Elektrodenbaugruppe weitgehend unabhängig vom Ort der Einwirkung des Fremdkörpers auf die Sekundärzelle bzw. deren Zellgehäuse verbessern.
Eine zweite bevorzugte Ausführungsform der Funktionseinrichtung entspricht im wesentlichen der vorgenannten bevorzugten Ausführungsform, wobei einer dieser Potentialbereiche, welcher der Elektrodenbaugruppe zugewandt ist, stichfest, insbesondere als Stichschutzlage ausgebildet ist. Weiter weist dieser Potentialbereich einen Träger auf, insbesondere eine Tragschicht, auf welchem mehrere elektrische Leiter angeordnet und dem Isolierbereich zugewandt sind. Die mehreren elektrischen Leiter weisen je einen vorbestimmten elektrischen Widerstand von wenigstens 0,1 Ω auf. Diese bevorzugte Ausführungsform bietet den Vorteil, dass die Funktionseinrichtung einen mechanischen Schutz der Elektrodenbaugruppe bietet. Diese bevorzugte Ausführungsform bietet den Vorteil, dass die Funktionseinrichtung im zweiten Zustand den Entladestrom begrenzt.
Eine dritte bevorzugte Ausführungsform der Funktionseinrichtung entspricht im wesentlichen einer der vorgenannten bevorzugten Ausführungsformen, wobei zumindest einer dieser Isolierbereiche zumindest eine oder mehrere Ausnehmungen aufweist. Diese Ausführungsform bietet den Vorteil, dass die Funktionseinrichtung auch ohne das Eindringen des Fremdkörpers in den zweiten Zustand überführt werden kann, insbesondere auf eine bloße
Verformung der Funktionseinrichtung. Eine bevorzugte Weiterbildung der vorgenannten bevorzugten
Ausführungsformen der Funktionseinrichtung weist einen Stapel von ersten Potentialbereichen, zweiten Potentialbereichen und Isolierbereichen auf. Der Stapel weist mehrere Abfolgen aus einem dieser ersten Potentialbereiche, einem dieser Isolierbereiche und einem dieser zweiten Potentialbereiche auf. Diese bevorzugte Weiterbildung bietet den Vorteil, dass mit zunehmender Eindringtiefe des Fremdkörpers mehrere Isolierbereiche beschädigt und mehrere Strompfade ausgebildet werden, wodurch die Heizleistung des Entladestroms verteilt wird.
Vorzugsweise weist die Sekundärzelle zumindest eine der folgenden
Einrichtungen auf:
• eine Stromleiteinrichtung, vorzugsweise zwei Stromleiteinrichtungen unterschiedlicher Polarität, welche der Leitung von Elektronen zwischen einer der Elektroden der Elektrodenbaugruppe und einem Verbraucher oder zwischen einer der Elektroden und einer benachbarten
Sekundärzelle dienen, welche mit einer der Elektroden der
Elektrodenbaugruppe elektrisch, vorzugsweise stoffschlüssig verbunden sind, welche vorzugsweise jeweils vorgesehen sind, sich zumindest teilweise aus dem Zellgehäuse zu erstrecken, welche vorzugsweise außerhalb des Zellgehäuses jeweils einen Anschlussbereich
insbesondere zur Verbindung mit dem Verbraucher oder einer benachbarten Sekundärzelle aufweisen, eine Umhüllung, welche vorgesehen ist, die Elektrodenbaugruppe insbesondere innerhalb des Zellgehäuses zu umschließen, welche insbesondere einem Austausch von chemischen Substanzen mit der Umgebung entgegenwirkt, welche insbesondere einem Austritt von chemischen Substanzen aus der Elektrodenbaugruppe entgegenwirkt, welche insbesondere die Elektrodenbaugruppe gegenüber dem
Zellgehäuse elektrisch isoliert, eine zweite insbesondere wiede rauf lad bare Elektrodenbaugruppe, welche vorgesehen ist, zumindest zeitweise elektrische Energie insbesondere demselbem Verbraucher zur Verfügung zu stellen, welche vorzugsweise mit der ersten Elektrodenbaugruppe insbesondere innerhalb des
Zellgehäuses verschaltet ist, besonders bevorzugt in Reihe geschaltet ist, welche insbesondere dazu dient, die Nennspannung der Sekundärzelle zu erhöhen, welche vorzugsweise entsprechend der ersten
Elektrodenbaugruppe ausgebildet ist, einen Entladewiderstand, welcher zwischen einen dieser
Potentialbereiche und eine dieser Elektroden geschaltet ist, welcher vorzugsweise mit dem Zellgehäuse insbesondere wärmeleitend verbunden ist, welcher insbesondere zur Begrenzung des Entladestroms im zweiten Zustand der Funktionseinrichtung dient, welcher vorzugsweise als Kaltleiter ausgebildet ist, eine Anzeigeeinrichtung, welche vorgesehen ist, den zweiten Zustand insbesondere der Funktionseinrichtung anzuzeigen und/oder einen Hinweis auf diesen zweiten Zustand zu übermitteln, insbesondere einen Kurzschluss von dem ersten Potentialbereich und dem zweiten
Potentialbereich anzuzeigen und/oder einen Hinweis auf diesen
Kurzschluss zu übermitteln, welche als Piepser, lichtemittierende Diode, Infrarotschnittstelle oder GSM-Baugruppe ausgebildet ist, einen oder mehrere Messfühler, welche vorgesehen sind, je einen Betriebsparameter der Sekundärzelle, insbesondere der
Elektrodenbaugruppe zu erfassen, welche insbesondere als
Spannungsfühler, Stromfühler, Temperaturfühler bzw. Thermoelement, Drucksensor, Sensor für einen chemischen Stoff, nachfolgend
„Stoffsensor" genannt, Gassensor, Flüssigkeitssensor, Lagesensor oder Beschleunigungssensor ausgebildet sind, wobei die Sensoren bzw.
Fühler insbesondere der Erfassung von Betriebsparametern der
Sekundärzelle, insbesondere der Elektrodenbaugruppe dienen, welche je zur Bereitstellung eines Signals dienen, wobei das Signal einen
Rückschluss auf einen Betriebsparameter der Sekundärzelle gestattet, eine Zellsteuereinrichtung, welche zur Steuerung der Sekundärzelle bzw. der Elektrodenbaugruppe vorgesehen ist, welche insbesondere der Verarbeitung von zumindest einem Signal eines dieser Messfühler, insbesondere der zuvor genannten Messfühler dient, eine erste Nahfunkeinrichtung, welche zur Kommunikation mit einer übergeordneten Steuerung, insbesondere mit einer Batteriesteuerung vorgesehen ist, welche zur Übermittlung von Daten insbesondere an eine Batteriesteuerung oder einer unabhängigen Steuerung dient, welche insbesondere der Mitteilung eines insbesondere vorbestimmten
Betriebszustands der Sekundärzelle bzw. der Elektrodenbaugruppe oder der Funktionseinrichtung dient.
Vorzugsweise weist die Umhüllung eine Verbundfolie mit zumindest zwei Schichten auf. Die erste dieser Schichten, insbesondere die der Umgebung zugewandte Schicht weist ein Polymer auf. Vorzugsweise ist diese erste Schicht als Polymerfilm ausgebildet. Die zweite dieser Schichten, insbesondere die der Elektrodenbaugruppe zugewandte Schicht weist ein Metall auf, vorzugsweise Aluminium. Besonders bevorzugt ist diese zweite Schicht als Metallfolie ausgebildet.
Unter einer Stromleiteinrichtung im Sinne der Erfindung ist eine Einrichtung zu verstehen, welche insbesondere der Leitung von Elektronen zwischen einer der Elektroden der Elektrodenbaugruppe und einem Verbraucher oder zwischen einer der Elektroden und einer benachbarten Sekundärzelle dient. Dazu ist die Stromleiteinrichtung mit einer der Elektroden der Elektrodenbaugruppe elektrisch, vorzugsweise stoffschlüssig verbunden. Vorzugsweise ist die
Stromleiteinrichtung zumindest mittelbar mit einem zu versorgenden
Verbraucher verbunden.
Die Stromleiteinrichtung weist einen elektrisch leitfähigen Bereich mit einem metallischen Werkstoff auf, vorzugsweise Aluminium und/oder Kupfer, besonders bevorzugt bereichsweise eine Beschichtung mit Nickel. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil eines verringerten Kontaktwiderstands.
Vorzugsweise ist die Stromleiteinrichtung massiv mit einem metallischen Werkstoff ausgebildet. Vorzugsweise entspricht der Werkstoff der
Stromleiteinrichtung dem Werkstoff der Kollektorfolie der Elektrode, mit welcher die Stromleiteinrichtung insbesondere stoffschlüssig verbunden ist. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil einer verringerten Kontaktkorrosion zwischen Stromleiteinrichtung und Kollektorfolie.
Die Stromleiteinrichtung weist einen zweiten Bereich auf, welcher sich innerhalb der Sekundärzelle in Richtung der Elektrodenbaugruppe erstreckt. Der zweite Bereich ist elektrisch mit zumindest einer Elektrode der Elektrodenbaugruppe vorzugsweise stoffschlüssig verbunden, vorzugsweise mit sämtlichen Elektroden gleicher Polarität.
Vorzugsweise weist der zweite Bereich zumindest eine Ableiterfahne auf. Die Ableiterfahne ist mit einer der Elektroden der Elektrodenbaugruppe, insbesondere mit deren Kollektorfolie insbesondere stoffschlüssig verbunden. Die Ableiterfahne ist als elektrisch leitfähiges Band, vorzugsweise als Metallfolie ausgebildet. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass ein Versatz zwischen einer Symmetrieebene durch den Bereich der Stromleiteinrichtung, welcher sich in die Umgebung der Sekundärzelle erstreckt, und einer Ebene durch dieser Elektrode bzw. Kollektorfolie ausgeglichen werden kann. Besonders bevorzugt weist der zweite Bereich mehrere Ableiterfahnen auf. Die Ableiterfahnen bieten mehrere Strompfade zu derselben Elektrode, wodurch die Stromdichte die Strompfad vorteilhaft verringert ist, oder zu verschiedenen Elektroden gleicher Polarität des Elektrodenstapels, wodurch eine Parallelschaltung der Elektroden gleicher Polarität gebildet ist.
Vorzugsweise weist die Stromleiteinrichtung einen ersten Bereich auf, welcher sich in die Umgebung der Sekundärzelle erstreckt. Der erste Bereich ist elektrisch zumindest mittelbar mit einem zu versorgenden Verbraucher oder einer zweiten, insbesondere benachbarten Sekundärzelle verbunden, insbesondere über eine Anschlusseinrichtung, vorzugsweise über eine
Stromschiene, Stromband oder ein Anschlusskabel. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist der erste Bereich als Metallplatte oder als Platte mit einer metallischen Beschichtung ausgebildet. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass eine im wesentlichen ebene Fläche zur einfachen elektrischen Verbindung mit einer Anschlusseinrichtung vorliegt.
Vorzugsweise weist die Stromleiteinrichtung einen im wesentlichen
plattenförmigen, metallischen Stromableiter auf. Im zweiten Bereich der Stromleiteinrichtung ist der Stromableiter insbesondere stoffschlüssig mit insbesondere sämtlichen Ableiterfahnen gleicher Polarität verbunden.
Vorzugsweise entspricht der Werkstoff des Stromableiters dem Werkstoff der Ableiterfahne. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass der Stromableiter zur Verbindung mit einer Anschlusseinrichtung mechanisch stabiler ausgebildet werden kann, als eine folienartige Ableiterfahne ausgebildet werden könnte. Damit ist die Haltbarkeit der Sekundärzelle verbessert. Weiter bietet diese Ausgestaltung den Vorteil, dass der Stromableiter mit dem Zellgehäuse verbunden sein kann, bevor die Elektrodenbaugruppe mit daran befestigten Ableiterfahnen dem Zellgehäuse zugeführt wird. Besonders bevorzugt erstreckt sich der Stromableiter auch in den ersten Bereich der Stromleiteinrichtung und ist insbesondere als Metallplatte und/oder Bleckpressteil ausgebildet. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil geringer Herstellkosten. Diese Ausgestaltung bietet den weiteren Vorteil, dass das die Stromleiteinrichtung im ersten Bereich mechanisch ausreichend stabil zur Verbindung mit einer nicht der Sekundärzelle zugehörigen Anschlusseinrichtung, beispielsweise Stromschiene, Stromband oder Stromkabel, ausgebildet ist.
Unter einem Betriebsparameter im Sinne der Erfindung ist ein Parameter insbesondere der Sekundärzelle zu verstehen, welcher insbesondere
• einen Rückschluss auf das Vorliegen eines erwünschten bzw.
vorbestimmten Betriebszustands der Sekundärzelle bzw. deren
Elektrodenbaugruppe gestattet, und/oder
• einen Rückschluss auf das Vorliegen eines ungeplanten bzw.
unerwünschten Betriebszustands der Sekundärzelle bzw. deren
Elektrodenbaugruppe gestattet, und/oder
• durch einen Messfühler bzw. Sensor feststellbar ist, wobei der Messfühler zumindest zeitweise ein Signal zur Verfügung stellt, vorzugsweise eine elektrische Spannung oder einen elektrischen Strom, und/oder
• von einer Steuereinrichtung, insbesondere einer Zellsteuereinrichtung, verarbeitbar ist, insbesondere mit einem Zielwert vergleichbar ist, insbesondere mit einem anderen erfassten Parameter verknüpfbar ist, und/oder • Aufschluss über die Zellspannung, den Zellstrom, d.h. die Stromstärke des elektrischen Stroms in die Elektrodenbaugruppe oder aus der Elektrodenbaugruppe, die Zelltemperatur, den Innendruck der Zelle, die Integrität der Zelle, das Freiwerden einer Substanz aus der
Elektrodenbaugruppe, das Vorliegen einer Fremdsubstanz insbesondere aus der Umgebung der Sekundärzelle und/oder den Ladezustand ermöglicht, und/oder
• eine Überführung der Sekundärzelle in einen anderen Betriebszustand nahelegt. Vorzugsweise ist der zumindest eine Messfühler ausgebildet als:
Spannungsfühler, Stromfühler, Temperaturfühler bzw. Thermoelement, Drucksensor, Sensor für einen chemischen Stoff, nachfolgend„Stoffsensor" genannt, Gassensor, Flüssigkeitssensor, Lagesensor oder
Beschleunigungssensor, wobei die Sensoren bzw. Fühler insbesondere der Erfassung von Betriebsparametern der Sekundärzelle, insbesondere der Elektrodenbaugruppe dienen.
Die Zellsteuereinrichtung ist vorgesehen, zumindest ein Betriebsverfahren der Sekundärzelle, insbesondere das Laden und/oder Entladen der
Elektrodenbaugruppe zu steuern. Vorzugsweise überwacht die
Zellsteuereinrichtung einen Betriebszustand der Sekundärzelle. Vorzugsweise leitet die Zellsteuereinrichtung die Überführung der Sekundärzelle in einen vorbestimmten Betriebszustand ein. Vorzugsweise zeigt die
Zellsteuereinrichtung über eine Anzeigeeinrichtung, insbesondere über zumindest eine LED den Zustand der Sekundärzelle an. Diese bevorzugte Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die Zellsteuereinrichtung im ersten
Gehäuseteil geschützt angeordnet ist. Diese bevorzugte Ausgestaltung bietet den weiteren Vorteil, dass die Sekundärzelle eine eigene Zellsteuereinrichtung zum Betrieb bzw. zur Überwachung der Elektrodenbaugruppe aufweist, welche auch an der Sekundärzelle verbleibt, wenn die Sekundärzelle aus einer Batterie entfernt wird.
Vorzugsweise ist die Zellsteuereinrichtung vorgesehen, die Überführung der Sekundärzelle in einen "gesicherten" Zustand einzuleiten, wobei die Ladung der Sekundärzelle im gesicherten Zustand maximal die Hälfte der
Nennladekapazität beträgt, wobei insbesondere im gesicherten Zustand die Zellspannung maximal 3V beträgt. Diese bevorzugte Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass der gesicherte Zustand der Sekundärzelle auch außerhalb eines Batterieverbunds erreichbar ist. Vorzugsweise ist der Entladewiderstand als Kaltleiter ausgebildet. Diese
Ausgestaltung bietet den Vorteil einer verbesserten Kontrolle des Entladestroms, indem der Entladestrom mit zunehmender Temperatur des Kaltleiters verringert wird.
Vorzugsweise ist die erste Nahfunkeinrichtung vorgesehen, zeitweise ein vorbestimmtes zweites Signal zu senden, insbesondere auf Anforderung bzw. auf ein vorbestimmtes erstes Signal von einer zweiten Nahfunkeinrichtung, wobei die zweite Nahfunkeinrichtung mit einer Batteriesteuerung
signalverbunden ist. Besonders bevorzugt ist die erste Nahfunkeinrichtung vorgesehen, zeitgleich mit dem vorbestimmten zweiten Signal eine Kennung für die Sekundärzelle zu senden.
Vorzugsweise sind diese ersten und zweiten Potentialbereiche nicht unmittelbar mit diesen Elektroden unterschiedlicher Polarität verbunden, sondern nur mittelbar über zumindest zwei dieser Stromleiteinrichtungen. So sind zumindest einer oder mehrere dieser ersten Potentialbereiche mit einer ersten dieser Stromleiteinrichtungen und zumindest einer oder mehrere dieser zweiten
Potentialbereiche mit einer zweiten dieser Stromleiteinrichtungen elektrisch verbunden, insbesondere innerhalb des Zellgehäuses, insbesondere außerhalb der Umhüllung der Elektrodenbaugruppe. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass eine Anpassung der Bauart dieser Elektrodenbaugruppe, dieser Umhüllung oder der Stromleiteinrichtungen an die Funktionseinrichtung unterbleiben kann. So werden Lagerhaltungskosten und/oder Logistikaufwand gespart.
Vorzugsweise weist die Sekundärzelle eine Nennladekapazität von mindestens 3 Amperestunden [Ah], weiter bevorzugt von mindestens 5 Ah, weiter bevorzugt von mindestens 10 Ah, weiter bevorzugt von mindestens 20 Ah, weiter bevorzugt von mindestens 50 Ah, weiter bevorzugt von mindestens 100 Ah, weiter bevorzugt von mindestens 200 Ah, weiter bevorzugt von höchstens 500
Ah auf. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil einer verbesserten Betriebsdauer des von der Sekundärzelle versorgten Verbrauchers.
Vorzugsweise weist die Sekundärzelle einen Nennstrom von mindestens 50 A, weiter bevorzugt von mindestens 100 A, weiter bevorzugt von mindestens 200 A, weiter bevorzugt von mindestens 500 A, weiter bevorzugt von höchstens 1000 A auf. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil einer verbesserten
Leistungsfähigkeit des von der Sekundärzelle versorgten Verbrauchers.
Vorzugsweise weist die Sekundärzelle eine Nennspannung von mindestens 1 ,2 V, weiter bevorzugt von mindestens 1 ,5 V, weiter bevorzugt von mindestens 2 V, weiter bevorzugt von mindestens 2,5 V, weiter bevorzugt von mindestens 3 V, weiter bevorzugt von mindestens 3,5 V, weiter bevorzugt von mindestens 4 V, weiter bevorzugt von mindestens 4,5 V, weiter bevorzugt von mindestens 5 V, weiter bevorzugt von mindestens 5,5 V, weiter bevorzugt von mindestens 6 V, weiter bevorzugt von mindestens 6,5 V, weiter bevorzugt von mindestens 7 V, weiter bevorzugt von höchstens 7,5 V auf. Vorzugsweise weist die
Elektrodenbaugruppe Lithium-Ionen auf. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil einer verbesserten Energiedichte der Sekundärzelle. Vorzugsweise weist die Sekundärzelle einen Betriebstemperaturbereich zwischen -40 °C und 100 °C, weiter bevorzugt zwischen -20 °C und 80 °C, weiter bevorzugt zwischen -10 °C und 60 °C, weiter bevorzugt zwischen 0 °C und 40 °C auf. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil einer möglichst uneingeschränkten Aufstellung bzw. Verwendung der Sekundärzelle zur Versorgung eines
Verbrauchers, insbesondere eines Kraftfahrzeugs oder einer stationären Anlage bzw. Maschine.
Vorzugsweise weist die Sekundärzelle eine gravimetrische Energiedichte von mindestens 50 Wh/kg, weiter bevorzugt von mindestens 100 Wh/kg, weiter bevorzugt von mindestens 200 Wh/kg, weiter bevorzugt von weniger als 500 Wh/kg auf. Vorzugsweise weist die Sekundärzelle Lithium-Ionen auf. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil einer verbesserten Energiedichte der
Sekundärzelle.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Sekundärzelle zum Einbau in ein Fahrzeug mit zumindest einem Elektromotor vorgesehen. Vorzugsweise ist die Sekundärzelle zur Versorgung dieses Elektromotors vorgesehen. Besonders bevorzugt ist die Sekundärzelle vorgesehen, zumindest zeitweise einen
Elektromotor eines Antriebsstrangs eines Hybrid- oder Elektrofahrzeugs zu versorgen. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil einer verbesserten
Versorgung des Elektromotors.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Sekundärzelle zum Einsatz in einer stationären Batterie vorgesehen, insbesondere in einem
Pufferspeicher, als Gerätebatterie, Industriebatterie oder Starterbatterie.
Vorzugsweise beträgt die Nennladekapazität der Sekundärzelle für diese
Anwendungen mindestens 3 Ah, besonders bevorzugt mindestens 10 Ah. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil einer verbesserten Versorgung eines
stationären Verbrauchers, insbesondere eines stationär montierten
Elektromotors. Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform besteht der zumindest eine Separator, welcher nicht oder nur schlecht elektronenleitend ist, aus einem zumindest teilweise stoffdurchlässigen Träger. Der Träger ist vorzugsweise auf mindestens einer Seite mit einem anorganischen Material beschichtet. Als wenigstens teilweise stoffdurchlässiger Träger wird vorzugsweise ein
organisches Material verwendet, welches vorzugsweise als nicht verwebtes Vlies ausgestaltet ist. Das organische Material, welches vorzugsweise ein Polymer und besonders bevorzugt ein Polyethylenterephthalat (PET) enthält, ist mit einem anorganischen, vorzugsweise ionenleitenden Material beschichtet, welches weiter vorzugsweise in einem Temperaturbereich von - 40° C bis 200° C ionenleitend ist. Das anorganische Material enthält bevorzugt wenigstens eine Verbindung aus der Gruppe der Oxide, Phosphate, Sulfate, Titanate, Silikate, Aluminosilikate mit wenigstens einem der Elemente Zr, AI, Li, besonders bevorzugt Zirkonoxid. Insbesondere Zirkonoxid dient der Stoffintegrität,
Nanoporösität und Flexibilität des Separators. Bevorzugt weist das
anorganische, ionenleitende Material Partikel mit einem größten Durchmesser unter 100 nm auf. Diese Ausführungsform bietet den Vorteil, dass Beständigkeit der Elektrodenbaugruppe bei Temperaturen oberhalb 100°C verbessert ist. Ein solcher Separator wird beispielsweise unter dem Handelsnamen "Separion" von der Evonik AG in Deutschland vertrieben.
Gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform besteht der zumindest eine Separator, welcher nicht oder nur schlecht elektronenleitend, für Ionen aber leitfähig ist, zumindest überwiegend bzw. vollständig aus einer Keramik, vorzugsweise aus einer Oxidkeramik. Diese Ausführungsform bietet den Vorteil, dass Beständigkeit der Elektrodenbaugruppe bei Temperaturen oberhalb 100°C verbessert ist.
Vorzugsweise weist eine Sekundärbatterie mindestens zwei erfindungsgemäße Sekundärzellen oder deren bevorzugte Ausgestaltungen auf. Weiter weist die Sekundärbatterie eine Batteriesteuerung und vorzugsweise eine zweite
Nahfunkeinrichtung auf. Vorzugsweise ist die zweite Nahfunkeinrichtung mit einer dieser ersten Nahfunkeinrichtungen einer dieser Sekundärzellen
signalverbunden.
Besonders bevorzugt ist die zweite Nahfunkeinrichtung vorgesehen, zeitweise ein vorbestimmtes erstes Signal zu senden, worauf eine erste dieser
Nahfunkeinrichtungen mit einem vorbestimmten Signal antwortet. Diese
Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die Funktionsfähigkeit von Sekundärzellen der Batterie mit der zweiten Nahfunkeinrichtung abgefragt werden kann.
Besonders bevorzugt ist die Batteriesteuerung vorgesehen, nach Empfang eines vorbestimmten zweiten Signals von einer dieser ersten Nahfunkeinrichtungen einer der Sekundärzellen durch die zweite Nahfunkeinrichtung, diese
Sekundärzelle in die Versorgung eines angeschlossenen Verbrauchers einzubinden. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass der Austausch einer Sekundärzelle vereinfacht ist.
Bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Sekundärzelle Eine erste bevorzugte Ausführungsform der Sekundärzelle weist eine dieser insbesondere im Wesentlichen quaderförmigen Elektrodenbaugruppen auf, eines dieser Zellgehäuse sowie zumindest eine dieser Funktionseinrichtungen gemäß der ersten ihrer bevorzugten Ausführungsformen. Die
Elektrodenbaugruppe weist zumindest zwei Elektroden unterschiedlicher Polarität auf. Die Elektrodenbaugruppe ist innerhalb des Zellgehäuses von einer dieser Umhüllungen umgeben. Weiter weist die Sekundärzelle zwei dieser Stromleiteinrichtungen auf, welche sich teilweise aus dem Zellgehäuse erstrecken und außerhalb des Zellgehäuses je einen Anschlussbereich aufweisen. Die Stromleiteinrichtungen sind zwischen einen ersten und einen zweiten dieser Potentialbereiche der Funktionseinrichtung und diese Elektroden unterschiedlicher Polarität geschaltet. Die Funktionseinrichtung ist zwischen dieser Elektrodenbaugruppe und einer dieser Wandungen des Zellgehäuses angeordnet. Die Funktionseinrichtung weist einen dieser ersten und einen dieser zweiten Potentialbereiche auf, welche vorzugsweise als Metallfolien ausgebildet sind. Weiter weist die Funktionseinrichtung einen Isolierbereich auf, welcher zwischen dem ersten und dem zweiten Potentialbereich angeordnet ist und welcher vorzugsweise als Polymerfilm ausgebildet ist.
Diese bevorzugte Ausführungsform bietet den Vorteil, dass die
Funktionseinrichtung im zweiten Zustand durch ihren elektrischen Widerstand die Energieabgabe aus der Elektrodenbaugruppe bzw. den Zellstrom begrenzt bzw. kontrolliert. Diese bevorzugte Ausführungsform bietet den Vorteil, dass die kontrollierte Energieabgabe aus der Elektrodenbaugruppe bereits bei
Beschädigung lediglich der Funktionseinrichtung durch den Fremdkörper ermöglicht ist. Diese bevorzugte Ausführungsform bietet den Vorteil, dass die parallel geschaltete und im zweiten Zustand elektrisch leitfähige
Funktionseinrichtung als zweiter Strompfad zur Verringerung der in der
Elektrodenbaugruppe gespeicherten Energie dient, insbesondere wenn der Fremdkörper sowohl in die Funktionseinrichtung als auch in die
Elektrodenbaugruppe eingedrungen ist, insbesondere wenn der Fremdkörper die Funktionseinrichtung verformt hat.
Eine zweite bevorzugte Ausführungsform der Sekundärzelle entspricht im Wesentlichen der ersten bevorzugten Ausführungsform, wobei aber einer dieser Entladewiderstände zwischen den der Elektrodenbaugruppe abgewandten Potentialbereich und die damit verbundene Stromleiteinrichtung geschaltet ist. Der Entladewiderstand dient insbesondere zur Begrenzung des Entladestroms im zweiten Zustand der Funktionseinrichtung und ist vorzugsweise als Kaltleiter ausgebildet. Vorzugsweise beträgt der elektrische Widerstand des
Entladewiderstands mindestens 0,5 Ω, weiter bevorzugt mindestens 1 Ω, weiter bevorzugt mindestens 2 Ω, weiter bevorzugt mindestens 5 Ω, weiter bevorzugt mindestens 10 Ω, weiter bevorzugt mindestens 20 Ω, weiter bevorzugt mindestens 50 Ω, weiter bevorzugt mindestens 100 Ω, weiter bevorzugt mindestens 200 Ω, weiter bevorzugt mindestens 500 Ω, weiter bevorzugt höchstens 1000 Ω. Weiter weist diese bevorzugte Ausführungsform zumindest eine LED auf, welche vorgesehen ist, anzuzeigen, ob die Funktionseinrichtung in den zweiten Zustand zu überführen ist bzw. überführt wurde.
Diese bevorzugte Ausführungsform bietet den Vorteil, dass der
Entladewiderstand im zweiten Zustand die Energieabgabe aus der
Elektrodenbaugruppe bzw. den Zellstrom begrenzt bzw. kontrolliert. Diese bevorzugte Ausführungsform bietet den Vorteil, dass die kontrollierte
Energieabgabe aus der Elektrodenbaugruppe bereits bei Beschädigung lediglich der Funktionseinrichtung durch den Fremdkörper ermöglicht ist. Diese
bevorzugte Ausführungsform bietet den Vorteil, dass die parallel geschaltete und im zweiten Zustand elektrisch leitfähige Funktionseinrichtung als zweiter
Strompfad zur Verringerung der in der Elektrodenbaugruppe gespeicherten Energie dient, insbesondere wenn der Fremdkörper sowohl in die
Funktionseinrichtung als auch in die Elektrodenbaugruppe eingedrungen ist, insbesondere wenn der Fremdkörper die Funktionseinrichtung verformt hat.
Diese bevorzugte Ausführungsform bietet den Vorteil, dass aus der Umgebung erkennbar ist, ob die Funktionseinrichtung in den zweiten Zustand zu überführen ist bzw. überführt wurde.
Vorzugsweise berührt dieser Entladewiderstand das Zellgehäuse wärmeleitend. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die während des Entladevorgangs der Elektrodenbaugruppe durch den Entladewiderstand bewirkte Heizleistung über das Zellgehäuse verteilt werden kann.
Eine dritte bevorzugte Ausführungsform der Sekundärzelle entspricht im
Wesentlichen der ersten bevorzugten Ausführungsform, weist aber zwei im Wesentlichen quaderförmige Elektrodenbaugruppen und zwei
Funktionseinrichtungen auf. Die Elektrodenbaugruppen sind zueinander benachbart im Zellgehäuse angeordnet und vorzugsweise in Reihe geschaltet. Die Funktionseinrichtungen sind so bemessen, dass sie jeweils zumindest zwei oder drei Innenflächen des Zellgehäuses im Wesentlichen vollständig bedecken. Diese bevorzugte Ausführungsform bietet den Vorteil, dass die
Funktionseinrichtung im zweiten Zustand durch ihren elektrischen Widerstand die Energieabgabe aus der Elektrodenbaugruppe bzw. den Zellstrom begrenzt bzw. kontrolliert. Diese bevorzugte Ausführungsform bietet den Vorteil, dass die kontrollierte Energieabgabe aus der Elektrodenbaugruppe bereits bei
Beschädigung lediglich der Funktionseinrichtung durch den Fremdkörper ermöglicht ist. Diese bevorzugte Ausführungsform bietet den Vorteil, dass die parallel geschaltete und im zweiten Zustand elektrisch leitfähige
Funktionseinrichtung als zweiter Strompfad zur Verringerung der in der
Elektrodenbaugruppe gespeicherten Energie dient, insbesondere wenn der Fremdkörper sowohl in die Funktionseinrichtung als auch in die
Elektrodenbaugruppe eingedrungen ist, insbesondere wenn der Fremdkörper die Funktionseinrichtung verformt hat. Diese bevorzugte Ausführungsform bietet den Vorteil einer erhöhten Zellspannung. Diese bevorzugte Ausführungsform bietet den Vorteil, dass der Schutz der Elektrodenbaugruppe unabhängig vom Ort der Einwirkung des Fremdkörpers auf die Sekundärzelle bzw. deren
Zellgehäuse verbessert ist.
Betriebsverfahren
Für erhöhte Betriebssicherheit wird eine Sekundärzelle, insbesondere
ausgestaltet gemäß einem der Ansprüche 1-7, gemäß einem der folgenden Betriebsverfahren betrieben. Die Sekundärzelle weist zumindest auf:
• eine insbesondere wiederaufladbaren Elektrodenbaugruppe, welche
vorgesehen ist, zumindest zeitweise elektrische Energie insbesondere einem Verbraucher zur Verfügung zu stellen, welche zumindest zwei Elektroden unterschiedlicher Polarität aufweist,
• eine Funktionseinrichtung, welche vorgesehen ist, elektrisch mit den
zumindest zwei Elektroden unterschiedlicher Polarität verbunden zu sein, welche vorgesehen ist, in einen zweiten Zustand überführt zu werden, wobei die Elektroden unterschiedlicher Polarität im zweiten Zustand der Funktionseinrichtung elektrisch miteinander verbunden sind, welche vorzugsweise einen ersten und einen zweiten Potentialbereich aufweist,
• ein Zellgehäuse, welches vorgesehen ist, die Elektrodenbaugruppe und die Funktionseinrichtung zumindest bereichsweise zu umschließen
• vorzugsweise zwei dieser Stromleiteinrichtungen,
• vorzugsweise einen dieser Entladewiderstände,
• vorzugsweise eine LED,
• vorzugsweise diese Zellsteuereinrichtung.
Das erste Betriebsverfahren dient insbesondere zum Überführen der
Funktionseinrichtungen im zweiten Zustand. Dieses erste Betriebsverfahren ist gekennzeichnet durch
51 Eindringen des nicht der Sekundärzelle zugehörigen Fremdkörpers in die Funktionseinrichtung, insbesondere aus der Umgebung der
Sekundärzelle, insbesondere worauf die Funktionseinrichtung in den zweiten Zustand überführt wird, und/oder
52 elektrisches Verbinden des ersten Potentialbereich mit dem zweiten
Potentialbereich derselben Funktionseinrichtung, insbesondere durch den nicht der Sekundärzelle zugehörigen Fremdkörper, insbesondere worauf die Funktionseinrichtung in den zweiten Zustand überführt ist. Wenn ein Fremdkörper auf die Sekundärzelle einwirkt, beispielsweise bei einem Unfall, dann kann die Sekundärzelle beschädigt werden. Es ist beobachtet worden, dass eine Sekundärzelle insbesondere nach einer Beschädigung des Zellgehäuses unkontrolliert Energie an die Umgebung abgibt. Das
erfindungsgemäße Verfahren bietet den Vorteil, dass die Energieabgabe aus der Elektrodenbaugruppe bzw. der Zellstrom durch den elektrischen Widerstand der Funktionseinrichtung begrenzt bzw. kontrolliert ist. Das erfindungsgemäße Verfahren bietet den Vorteil, dass die Energieabgabe aus der
Elektrodenbaugruppe bereits bei Beschädigung lediglich der
Funktionseinrichtung durch den Fremdkörper kontrolliert ist. Das
erfindungsgemäße Verfahren bietet den Vorteil, dass die in der
Elektrodenbaugruppe gespeicherten Energie über die parallel geschaltete und im zweiten Zustand elektrisch leitfähige Funktionseinrichtung verringert werden kann, insbesondere wenn der Fremdkörper sowohl in die Funktionseinrichtung als auch in die Elektrodenbaugruppe eingedrungen ist, insbesondere wenn der Fremdkörper die Funktionseinrichtung verformt hat. So wird die
Betriebssicherheit der Sekundärzelle und damit die Betriebssicherheit der übergeordneten Batterie erhöht und die zugrunde liegende Aufgabe gelöst.
Das zweite Betriebsverfahren dient insbesondere zum Überführen der
Elektrodenbaugruppe in einen dritten Zustand, insbesondere aus dem zweiten Zustand der Funktionseinrichtung. Das zweite Betriebsverfahren ist
gekennzeichnet durch
S3 Entnehmen eines elektrischen Stroms, auch Entladestrom genannt, aus der Elektrodenbaugruppe, insbesondere während eines vorbestimmten zweiten Zeitintervalls, insbesondere durch die Funktionseinrichtung, insbesondere über den Entladewiderstand der Sekundärzelle,
insbesondere worauf die Elektrodenbaugruppe in den dritten Zustand überführt ist. lm Anschluss an das zweite Zeitintervall ist die Elektrodenbaugruppe in den dritten Zustand überführt. Dieser dritte Zustand ist dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenbaugruppe eine gegenüber der Nennladekapazität der Sekundärzelle verringerte vorbestimmte Restladung aufweist. Vorzugsweise überwacht die Zellsteuereinrichtung den Schritt S3. Vorzugsweise zeigt eine LED an, dass eine Überführung der Elektrodenbaugruppe in den dritten Zustand eingeleitet bzw. durchgeführt wurde.
Vorzugsweise beträgt das vorbestimmte zweite Zeitintervall wenigstens 10 s, weiter bevorzugt 20 s, weiter bevorzugt 50 s, weiter bevorzugt 100 s, weiter bevorzugt 200 s, weiter bevorzugt 1000 s, weiter bevorzugt weniger als 1 h.
Gemäß einer ersten bevorzugten Ausgestaltung dieses Betriebsverfahrens beträgt die vorbestimmte Restladung maximal 90 % der Nennladekapazität, weiter bevorzugt maximal 80 %, weiter bevorzugt maximal 70 %, weiter bevorzugt maximal 60 %, weiter bevorzugt maximal 50 %, weiter bevorzugt maximal 40 %, weiter bevorzugt maximal 30 %, weiter bevorzugt maximal 20 % weiter bevorzugt minimal 5 %.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung dieses Betriebsverfahrens ist die vorbestimmte Restladung durch die Leerlaufspannung der Sekundärzelle definiert, wobei die Leerlaufspannung bei vorbestimmte Restladung maximal 3,5 V beträgt, weiter bevorzugt maximal 3 V, weiter bevorzugt maximal 2,8 V, weiter bevorzugt maximal 2,6 V, weiter bevorzugt maximal 2,4 V, weiter bevorzugt maximal 2,2 V, weiter bevorzugt maximal 2 V, weiter bevorzugt maximal 1 ,5 V, weiter bevorzugt maximal 1 ,2 V, weiter bevorzugt maximal 1 V, weiter bevorzugt maximal 0,5 V, weiter bevorzugt minimal 0,2 V. Das erfindungsgemäße Verfahren bietet den Vorteil, dass die Energieabgabe aus der Elektrodenbaugruppe bzw. der Zellstrom durch den elektrischen Widerstand der Funktionseinrichtung begrenzt bzw. kontrolliert ist. Das erfindungsgemäße Verfahren bietet den Vorteil, dass die Energieabgabe aus der Elektrodenbaugruppe bereits bei Beschädigung lediglich der
Funktionseinrichtung durch den Fremdkörper kontrolliert ist. Das
erfindungsgemäße Verfahren bietet den Vorteil, dass die in der
Elektrodenbaugruppe gespeicherten Energie über die parallel geschaltete und im zweiten Zustand elektrisch leitfähige Funktionseinrichtung verringert werden kann, insbesondere wenn der Fremdkörper sowohl in die Funktionseinrichtung als auch in die Elektrodenbaugruppe eingedrungen ist, insbesondere wenn der Fremdkörper die Funktionseinrichtung verformt hat. So wird die
Betriebssicherheit der Sekundärzelle und damit die Betriebssicherheit der übergeordneten Batterie erhöht und die zugrunde liegende Aufgabe gelöst.
Für den Betrieb gemäß diesem zweiten Betriebsverfahren besonders geeignet ist eine Sekundärzelle, welche entsprechend der vorgenannten zweiten bevorzugten Ausführungsform ausgebildet ist, d.h. mit einem dieser
Entladewiderstände und einer LED. Diese bevorzugte Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die Energieabgabe aus der Elektrodenbaugruppe bzw. der
Zellstrom durch den elektrischen Widerstand des Entladewiderstands begrenzt bzw. kontrolliert ist. Diese bevorzugte Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass aus der Umgebung erkennbar ist, ob die Funktionseinrichtung in den zweiten
Zustand zu überführen ist bzw. überführt wurde
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Zusammenhang mit den Figuren. Es zeigt: Fig. 1 schematisch ein Detail einer bevorzugten Ausführungsform einer
erfindungsgemäßen Sekundärzelle, Fig. 2 schematisch ein Detail einer weiteren bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sekundärzelle, wobei der Fremdkörper durch das Zellgehäuse gedrungen ist,
Fig. 3 schematisch die Sekundärzelle gemäß Fig.2, wobei der Fremdkörper in die Elektrodenbaugruppe eingedrungen ist,
Fig. 4 schematisch eine weitere bevorzugte Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Sekundärzelle, wobei der Fremdkörper die
Funktionseinrichtung verformt,
Fig. 5 schematisch ein Detail einer bevorzugten Ausführungsform der
Funktionseinrichtung mit einer Stichschutzlage und einer Anordnung elektrischer Leiter,
Fig. 6 schematisch ein Detail einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Funktionseinrichtung, deren Isolierbereich Ausnehmungen aufweist.
Fig.1 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Sekundärzelle 1. Die
Sekundärzelle 1 weist zwei Elektrodenbaugruppen 2, 2a, eine
Funktionseinrichtung 5, ein Zellgehäuse 6 sowie zwei Stromleiteinrichtungen 4, 4a auf. Die beiden Elektrodenbaugruppen 2, 2a sind in Reihe geschaltet und benachbart zueinander im Zellgehäuse 6 angeordnet. Die beiden
Elektrodenbaugruppen 2, 2a weisen je eine Umhüllung 8 auf. Die
Funktionseinrichtung 5 weist einen ersten Potentialbereich 7a, einen zweiten Potentialbereich 7b sowie einen Isolierbereich 7 auf, wobei der Isolierbereich 7 die Potentialbereiche beanstandet. Die Potentialbereiche 7, 7a sind elektrisch mit den Stromleiteinrichtungen 4, 4a verbunden. Die Funktionseinrichtung 5 ist von einem Polymerbeutel 18 umgeben und zwischen der ersten
Elektrodenbaugruppe 2 und dem Zellgehäuse 6 angeordnet. Vorzugsweise sind die Potentialbereiche 7a, 7b als Metallfolien und der Isolierbereich 7 als Polymerfolie ausgebildet. Nur zur vereinfachten Unterscheidung sind das Zellgehäuse 6, die Funktionseinrichtung 5 und die Elektrodenbaugruppe 2 voneinander beanstandet dargestellt. Diese Ausführungsform bietet den Vorteil, dass die Nennspannung der Sekundärzelle erhöht ist. Diese Ausführungsform bietet den Vorteil einer erhöhten Betriebssicherheit der Sekundärzelle, indem die Funktionseinrichtung 5 die Elektrodenbaugruppe 2 zusätzlich mechanisch gegen das Eindringen eines Fremdkörpers 14. Diese Ausführungsform bietet den Vorteil einer erhöhten Betriebssicherheit der Sekundärzelle, indem die
Funktionseinrichtung 5 als Strompfad für die zumindest teilweise Entladung der Elektrodenbaugruppe 2 dienen kann.
Fig.2 zeigt schematisch ein Detail einer weiteren bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sekundärzelle 1 , wobei der Fremdkörper 14 durch das Zellgehäuse 6 in die Funktionseinrichtung 5 gedrungen ist. Es ist nicht dargestellt, dass das Zellgehäuse 6 und der zweite Potentialbereich 7b und durch den Fremdkörper 14 lokal verformt sind. Der Fremdkörper 14 erstreckt sich nicht bis in die Elektrodenbaugruppe 2. Dennoch schließt der Fremdkörper 2 einen Strompfad, welcher eine elektrische Verbindung zwischen den
Elektroden 3, 3a unterschiedlicher Polarität bewirkt. Über den Strompfad kann die Elektrodenbaugruppe 2 zumindest teilweise entladen werden. Vorzugsweise sind die Potentialbereiche 7a, 7b als Metallfolien und der Isolierbereich 7 als Polymerfolie ausgebildet. Nur zur vereinfachten Unterscheidung sind das Zellgehäuse 6, die Funktionseinrichtung 5 und die Elektrodenbaugruppe 2 voneinander beanstandet dargestellt. Diese Ausführungsform bietet den Vorteil einer erhöhten Betriebssicherheit der Sekundärzelle, indem die
Funktionseinrichtung 5 die Elektrodenbaugruppe 2 zusätzlich mechanisch gegen das Eindringen eines Fremdkörpers 14. Diese Ausführungsform bietet den Vorteil einer erhöhten Betriebssicherheit der Sekundärzelle, indem die
Funktionseinrichtung 5 als Strompfad für die zumindest teilweise Entladung Entladung der Elektrodenbaugruppe 2 dient. Fig.3 zeigt schematisch die Sekundärzelle 1 gemäß Fig.2, wobei der
Fremdkörper 14 in die Elektrodenbaugruppe 2 eingedrungen ist. Der
Fremdkörper 14 hat mit Durchstoßen des Separators 17 eine unmittelbare elektrische Verbindung zwischen den Elektroden unterschiedlicher Polarität 3, 3a hergestellt. Gleichzeitig sind die Potentialbereiche 7b, 7a der
Funktionseinrichtung 5 elektrisch verbunden. So sind zwei Strompfade gebildet, und über welche die Elektrodenbaugruppe 2 zumindest teilweise entladen werden kann. Vorzugsweise sind die Potentialbereiche 7a, 7b als Metallfolien und der Isolierbereich 7 als Polymerfolie ausgebildet. Nur zur vereinfachten Unterscheidung sind das Zellgehäuse 6, die Funktionseinrichtung 5 und die Elektrodenbaugruppe 2 voneinander beanstandet dargestellt. . Diese
Ausführungsform bietet den Vorteil einer erhöhten Betriebssicherheit der Sekundärzelle, indem die Funktionseinrichtung 5 als zweiter Strompfad für die zumindest teilweise entladen der Elektrodenbaugruppe 2 dient. Fig.4 zeigt schematisch eine weitere bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sekundärzelle 1 , wobei der Fremdkörper 14 die
Funktionseinrichtung 5 verformt. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform weist der Isolierbereich 7 zahlreiche Ausnehmungen 16 auf, obwohl nur eine
Ausnehmung 16 dargestellt ist. Durch die Ausnehmung 16 ist eine elektrische Verbindung der Potentialbereiche 7a, 7b hergestellt, indem sich der verformte zweite Potentialbereich 7b bis zum ersten Potentialbereich 7a erstreckt.
Vorzugsweise ist der Isolierbereich 7 lediglich als elektrisch isolierende
Beschichtung auf einem der Potentialbereiche 7a, 7b ausgebildet. Vorzugsweise sind die Potentialbereiche 7a, 7b als Metallfolien ausgebildet. Nur zur
vereinfachten Unterscheidung sind das Zellgehäuse 6, die Funktionseinrichtung 5 und die Elektrodenbaugruppe 2 voneinander beanstandet dargestellt. Diese Ausführungsform bietet den Vorteil einer erhöhten Betriebssicherheit, indem bereits eine Verformung eines dieser Potentialbereiche, insbesondere des dem Zellgehäuse zugewandten Potentialbereiches zu einer zumindest teilweisen Entladung der Elektrodenbaugruppe 2 führt. Fig.5 zeigt schematisch ein Detail einer bevorzugten Ausführungsform der Funktionseinrichtung 5 mit einer Stichschutzlage 19 und einer Anordnung elektrischer Leiter 15, 15a. Die Stichschutzlage 19 ist der nicht dargestellten Elektrodenbaugruppe zugewandt. Vorzugsweise weist die Stichschutzlage 19 Aramidfasern auf oder ist als oxidkeramische Platte ausgebildet. Auf der
Mantelfläche der Stichschutzlage 19, welche dem Isolierbereich 7 zugewandt ist, sind mehrere metallische Leiter 15 aufgebracht. Diese metallischen Leiter 15 sind mit einer der Elektroden der Elektrodenbaugruppe elektrisch verbunden. Diese Ausführungsform bietet den Vorteil einer erhöhten Betriebssicherheit der Sekundärzelle, indem die Funktionseinrichtung 5 die Elektrodenbaugruppe 2 zusätzlich mechanisch gegen das Eindringen eines Fremdkörpers 14.
Fig.5b zeigt eine vorteilhafte Anordnung von elektrischen Leitern 15, 15a, welche auf einem als Stichschutzlage 19 ausgebildeten Träger aufgebracht sind.
Gemeinsam bilden die elektrischen Leiter 15, 15a und die Stichschutzlage 19 einen Potentialbereich 7a einer bevorzugten Ausführungsform der
Funktionseinrichtung. Die übrigen Teile der Funktionseinrichtung sind nicht dargestellt.
Fig.6 zeigt schematisch ein Detail einer bevorzugten Ausführungsform der Funktionseinrichtung 5, wobei der Isolierbereich 7 eine Anordnung von
Ausnehmungen 16 aufweist. Der darunter liegende Potentialbereich 7 ist gestrichelt dargestellt. Durch die Ausnehmungen 16 ist ein elektrischer Kontakt zwischen den Potentialbereichen möglich.
Bezugsziffern
1 , 1a elektrochemische Energiespeichereinrichtung, Sekundärzelle
2, 2a Elektrodenbaugruppe
3, 3a Elektrode
4, 4a Stromleiteinrichtung
5, 5a Funktionseinrichtung
6 Zellgehäuse
7 Isolierbereich
7a, 7b Potentialbereiche
8 Umhüllung
9 Entladewiderstand
10 Anzeigeeinrichtung
11 Messfühler
12 Zellsteuereinrichtung
13 Nahfunkeinrichtung
14 Fremdkörper
15, 15a elektrischer Leiter
16 Ausnehmung
17 Separator
18 Beutel um Funktionseinrichtung
19 Stichschutzlage

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
Elektronische Energiespeichereinrichtung (1), nachfolgend auch
Sekundärzelle genannt, mit zumindest
- einer, insbesondere wiederaufladbaren, Elektrodenbaugruppe (2), welche vorgesehen ist, zumindest zeitweise elektrische Energie zur Verfügung zu stellen, welche zumindest zwei Elektroden (3, 3a) unterschiedlicher Polarität aufweist,
- einer Funktionseinrichtung (5), welche vorgesehen ist, elektrisch mit den zumindest zwei Elektroden (3, 3a) unterschiedlicher Polarität verbunden zu sein, welche vorgesehen ist, aus einem ersten Zustand in einen zweiten Zustand überführt zu werden, wobei die Elektroden (3, 3a) unterschiedlicher Polarität im ersten Zustand der Funktionseinrichtung (5) voneinander elektrisch isoliert sind, und wobei die Elektroden (3, 3a) unterschiedlicher Polarität im zweiten Zustand der Funktionseinrichtung (5) elektrisch miteinander verbunden sind,
- einem Zellgehäuse (6) mit einer ersten Wandung, wobei das
Zellgehäuse (6) vorgesehen ist, die Elektrodenbaugruppe (2) und die Funktionseinrichtung (5) zumindest bereichsweise zu umschließen, vorzugsweise aufzunehmen, wobei vorzugsweise die Funktionseinrichtung (5) zwischen der ersten Wandung und der Elektrodenbaugruppe (2) angeordnet ist, und wobei vorzugsweise die Funktionseinrichtung (5) insbesondere im zweiten Zustand einen vorbestimmten elektrischen Widerstand aufweist.
Sekundärzelle (1) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionseinrichtung (5) aufweist
- einen ersten Potentialbereich (7a), welcher mit zumindest einer der Elektroden erster Polarität (3) der Elektrodenbaugruppe (2) elektrisch verbunden ist,
- einen zweiten Potentialbereich (7b), welcher mit zumindest einer der Elektroden zweiter Polarität (3a) der Elektrodenbaugruppe elektrisch verbunden ist,
- einen elektrisch isolierenden Bereich (7) aufweist, nachfolgend
Isolierbereich genannt, welcher zwischen dem ersten Potentialbereich (7a) und dem zweiten Potentialbereich (7b) angeordnet ist, wobei vorzugsweise im zweiten Zustand der Funktionseinrichtung (5) der erste Potentialbereich (7a) und der zweite Potentialbereich (7a) elektrisch miteinander verbunden sind, besonders bevorzugt durch einen nicht der Sekundärzelle (1 ) zugehörigen, insbesondere elektrisch leitfähigen Fremdkörper (14).
Sekundärzelle (1 ) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch zumindest eine der folgenden Einrichtungen:
- eine Stromleiteinrichtung (4), vorzugsweise zwei Stromleiteinrichtungen (4, 4a) unterschiedlicher Polarität, welche der Leitung von Elektronen zwischen einer der Elektroden (3, 3a) der Elektrodenbaugruppe (2) und einem Verbraucher oder zwischen einer der Elektroden (3, 3a) und einer benachbarten Sekundärzelle (1 a) dienen,
- eine Umhüllung (8), welche vorgesehen ist, die Elektrodenbaugruppe (2) insbesondere innerhalb des Zellgehäuses (6) zu umschließen,
- eine zweite wiederaufladbare Elektrodenbaugruppe (2a), welche vorgesehen ist, zumindest zeitweise elektrische Energie insbesondere dem Verbraucher zur Verfügung zu stellen, welche vorzugsweise mit der ersten Elektrodenbaugruppe (2) insbesondere innerhalb des
Zellgehäuses (6) verschaltet ist, besonders bevorzugt in Reihe geschaltet ist,
- einen Entladewiderstand (9), welcher zwischen einen dieser
Potentialbereiche (7a, 7b) und eine dieser Elektroden (3, 3a) geschaltet ist, welcher vorzugsweise mit dem Zellgehäuse (6) insbesondere wärmeleitend verbunden ist,
- eine Anzeigeeinrichtung (10), welche vorgesehen ist, den zweiten Zustand insbesondere der Funktionseinrichtung (5) anzuzeigen und/oder einen Hinweis auf diesen zweiten Zustand zu übermitteln, insbesondere einen Kurzschluss von dem ersten Potentialbereich (7a) und dem zweiten Potentialbereich (7b),
- einen Messfühler (1 1), welcher vorgesehen ist, einen Betriebsparameter der Sekundärzelle (1 ), insbesondere der Elektrodenbaugruppe (2) zu erfassen, welcher vorzugsweise als Temperaturfühler insbesondere zur Erfassung der Temperatur der Elektrodenbaugruppe (2) ausgebildet ist,
- eine Zellsteuereinrichtung ( 2), welche zur Steuerung der Sekundärzelle (1) bzw. der Elektrodenbaugruppe (2) vorgesehen ist,
- eine erste Nahfunkeinrichtung (13), welche zur Kommunikation mit einer übergeordneten Steuerung, insbesondere mit einer Batteriesteuerung vorgesehen ist.
Sekundärzelle (1 ) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Potentialbereich (7a) mit der ersten Stromleiteinrichtung (4) elektrisch insbesondere innerhalb des Zellgehäuses (6) verbunden ist, dass der zweite Potentialbereich (7b) mit der zweiten Stromleiteinrichtung (4a) elektrisch insbesondere innerhalb des Zellgehäuses (6) verbunden ist.
Sekundärzelle (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
- der erste Potentialbereich (7a) oder der zweite Potentialbereich (7b) stichfest, insbesondere als Stichschutzlage (19) ausgebildet ist, und/oder
- der erste Potentialbereich (7a) oder der zweite Potentialbereich (7b) zumindest einen elektrischen Leiter (15, 15a) aufweist, wobei der zumindest eine elektrische Leiter (15, 15a) dem Isolierbereich (7) zugewandt ist, wobei der zumindest eine elektrische Leiter (15, 15a) mit einer der Elektroden (3, 3a) elektrisch verbunden ist, und/oder - der Isolierbereich (7) zumindest eine Ausnehmung (16) aufweist, wobei die Ausnehmung (16) der elektrischen Berührung des ersten
Potentialbereichs (7a) mit dem zweiten Potentialbereich (7b) dient.
Sekundärzelle (1 ) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch
- zwei dieser Elektrodenbaugruppen (2, 2a), welche im Zellgehäuse (6) zueinander benachbart angeordnet und vorzugsweise in Reihe geschaltet sind, und
- zwei dieser Funktionseinrichtungen (5, 5a), welche je zwischen einer dieser Elektrodenbaugruppen (2, 2a) und einer dieser Wandungen des Zellgehäuses (6) angeordnet sind.
Sekundärzelle (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch
- eine Nennladekapazität von mindestens 3 Ah, vorzugsweise mindestens 10 Ah, und/oder
- einen Nennstrom von mindestens 50 A, vorzugsweise von mindestens 100 A, und/oder
- eine Nennspannung von mindestens 1 ,2 V, vorzugsweise mindestens 3,5 V, und/oder
- einen Betriebstemperaturbereich von -40°C bis +100° C, und/oder
- eine gravimetrische Energiedichte von mindestens 50 Wh/kg.
Batterie mit zumindest zwei Sekundärzellen (1 ) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer Batteriesteuerung und
vorzugsweise mit einer zweiten Nahfunkeinrichtung.
Verfahren zum Betrieb einer Sekundärzelle (1 ) insbesondere gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, insbesondere zum Überführen der
Funktionseinrichtung (5, 5a) in den zweiten Zustand, die Sekundärzelle (1 ) zumindest aufweisend:
- eine insbesondere wiederaufladbare Elektrodenbaugruppe (2), welche vorgesehen ist, zumindest zeitweise elektrische Energie insbesondere einem Verbraucher zur Verfügung zu stellen, welche zumindest zwei Elektroden (3, 3a) unterschiedlicher Polarität aufweist,
- eine Funktionseinrichtung (5), welche vorgesehen ist, elektrisch mit den zumindest zwei Elektroden (3, 3a) unterschiedlicher Polarität verbunden zu sein, welche vorgesehen ist, in einen zweiten Zustand überführt zu werden, wobei die Elektroden (3, 3a) unterschiedlicher Polarität im zweiten Zustand der Funktionseinrichtung (5) elektrisch miteinander verbunden sind,
- ein Zellgehäuse (6), welches vorgesehen ist, die Elektrodenbaugruppe
(2) und die Funktionseinrichtung (5) zumindest bereichsweise zu umschließen,
wobei das Verfahren gekennzeichnet ist durch
51 Eindringen des nicht der Sekundärzelle (1 ) zugehörigen
Fremdkörpers (14) in die Funktionseinrichtung (5, 5a), und/oder
52 elektrisches Verbinden des ersten Potentialbereichs (7a) mit dem zweiten Potentialbereich (7b) insbesondere durch den nicht der Sekundärzelle (1 ) zugehörigen Fremdkörper (14).
Verfahren gemäß dem vorhergehenden Anspruch, insbesondere zum Überführen der Elektrodenbaugruppe (2, 2a) in einen dritten Zustand, insbesondere aus dem zweiten Zustand der Funktionseinrichtung (5), gekennzeichnet durch
Entnehmen eines elektrischen Stroms aus der
Elektrodenbaugruppe (2, 2a) insbesondere während vorbestimmten ersten Zeitintervalls insbesondere über den Entladewiderstand (9), wobei die Elektrodenbaugruppe (2, 2a) im dritten Zustand eine gegenüber der Nennladekapazität der Sekundärzelle (1 ) verringerte, vorbestimmte Restladung aufweist.
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