WO2015007459A1 - Baugruppe zur absicherung einer elektrochemischen speicherzelle - Google Patents

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WO2015007459A1
WO2015007459A1 PCT/EP2014/063159 EP2014063159W WO2015007459A1 WO 2015007459 A1 WO2015007459 A1 WO 2015007459A1 EP 2014063159 W EP2014063159 W EP 2014063159W WO 2015007459 A1 WO2015007459 A1 WO 2015007459A1
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fuse
insulator
electrical conductor
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Ulrich Zimmermann
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Robert Bosch Gmbh
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to an assembly for securing an electrochemical storage cell.
  • the present invention relates to improved protection of a cell operated memory cell against the danger of exploding.
  • the present invention also relates to
  • Intrinsic safety area of traction batteries e.g., Li-ion and Li-Polymer batteries for electrically powered vehicles.
  • Battery string For electrically driven vehicles (hybrid electronic vehicle, HEV, electronic vehicle, EV), DC voltages of approximately 400 V are usually required, so that the required power can be provided to the electric drive machine with currents that can still be handled economically (up to approximately 200 A).
  • the series connection of battery cells is generally referred to as "battery string”.
  • Such a battery string then forms a module of eg 24 cells.
  • Several modules, eg four, are assembled into a "battery pack", which then contains a total of 96 individual cells.
  • the no-load terminal voltage of the battery pack adds up to approximately 400 V.
  • the power converted into the battery cells or battery pack causes a certain explosion risk. This is counteracted in the prior art, for example by means of a so-called "cell fuse.”
  • the cell fuse is often designed as a fuse comprising a section of an electrical conductor which preferably heats and melts at high currents. In this way, the flow of current through the defective cell is to be interrupted.
  • These cell fuses are known from US2012263976, US2009305126 and US201 1305928 basically known. The US2012263976 also discloses a
  • the cathode-side electrode is also made of aluminum. This is usually electrically connected to the cell housing to prevent cathodic housing corrosion. As a cell backup come often
  • Narrows in the cathode material are used, which represent a material taper of the cathode. These bottlenecks are realized over a short area of the aluminum electrode just behind the cathode terminal (external connection). If there is a short across the cell, this area becomes over 700 ° C hot, causing the aluminum to melt. In a cell with blown
  • Cell fuse and external battery pack short-circuit total voltage of about 400 V at the terminals is sometimes a standing arc within the cell, which despite the current flow
  • the assembly comprises a first electrode, a second electrode and a fuse.
  • the fuse is integrated in at least one of the two aforementioned electrodes.
  • a fuse is understood below such a backup, in which a mechanically strong structure due to a abnormal current strength loses strength and allows easier mechanical deformation.
  • the assembly according to the invention comprises a resilient electrical conductor and an insulator. The resilient electrical conductor is mechanically biased via the insulator in the direction of the first electrode. Under “elastic" is in the context of the present
  • the spring-elastic electrical conductor is set up in response to the considerably delayed recovery (“creep")
  • Insulator between the resilient electrical conductor and the first electrode ineffective, so that the resilient electrical conductor after the response of the fuse electrically connects the second electrode and the terminal-side portion of the first electrode.
  • the resilient electrical conductor closes after the response of the
  • Fuse immediately prevents an arc can arise within the electrochemical storage cell or persists.
  • the resilient electrical conductor has a permanent electrically conductive connection with the second electrode.
  • the resilient electrical conductor can be materially connected, non-positively and in particular also positively connected to the second electrode. This allows the resilient electrical conductor and mechanically within the
  • the insulator is attached to the resilient electrical conductor.
  • the isolator can, for example, the surface of one of the first Cover electrode facing end portion.
  • the fuse may be configured by a material taper of the first electrode.
  • the insulator can also be configured corresponding to the fuse, so that the insulator is mechanically fixed in the region of the fuse.
  • the insulator may have a recess or bore which the
  • the insulator may be arranged to respond to the
  • the melting point of the insulator material can be selected such that it is dimensionally stable when the electrochemical storage cell is operated in accordance with the specification and only permits a deformation of the resilient electrical conductor when it leaves the operating range specified in the specification (temperature range). This offers the advantage that an inventive short-circuiting of the first and the second electrode is possible regardless of whether the
  • the resilient electrical conductor may be configured to contact the first electrode with its own surface portion, which was not covered by the insulator prior to the response of the fuse when the fuse is triggered.
  • reshaping the resilient electrical conductor will cause a portion of the resilient electrical conductor located between the second electrode and the (previously undamaged) insulator to contact the terminal-side portion of the first electrode to close the short circuit. In this way it can be ensured that remains of the resilient electrical conductor remains of the insulator does not prevent a complete short circuit.
  • the resilient electrical conductor may also be arranged to trigger the first electrode when the fuse is triggered to contact its own surface portion, which was covered before the response of the fuse through the insulator.
  • the response of the fuse causes a surface portion of the resilient electrical conductor located within the insulator prior to the response of the fuse to the terminal-side portion of the first
  • the first electrode may be a cathode-side electrode and the second
  • Electrode be an anode-side electrode.
  • the first electrode may be arranged with a housing of the
  • first electrode is an anode-side electrode and the second electrode is a cathode-side electrode.
  • electrochemical storage cell comprising an assembly as described in connection with the first aspect of the invention.
  • the electrochemical storage cell can in addition to the assembly according to the invention comprise components which are known in principle from the prior art.
  • the inventive electrochemical storage cell can in addition to the assembly according to the invention comprise components which are known in principle from the prior art.
  • the inventive electrochemical storage cell can in addition to the assembly according to the invention comprise components which are known in principle from the prior art.
  • Subassembly thus be disposed within a filled with an electrolyte housing of the electrochemical storage cell.
  • Electrochemical storage cells can, as mentioned above in connection with the prior art, to (serial and / or parallel interconnected)
  • Memory cells are particularly explosive. If there is a certain degree of probability that one of the electrochemical storage cells would preferably lead to the response of an assembly according to the invention, costs can be saved by using only those electrochemical cells
  • Memory cells are equipped with an assembly according to the invention.
  • Battery pack comprising memory cells with at least one
  • the module according to the invention preferably each having an assembly according to the invention, is recognizable from the scope of the present invention.
  • FIG. 1 shows a schematic diagram of an electrode arrangement with OSD and a short-circuit path realized according to the invention (shown in dashed lines); a schematic diagram of an embodiment of the present invention prior to a response of the fuse; a schematic diagram of the arrangement shown in Figure 2 after a response of the fuse and molten insulator; and a schematic diagram of the arrangement shown in Figure 2 after a response of the fuse and the
  • FIG. 1 shows an assembly 1 of an electrochemical storage cell which has a first electrode 3 and a second electrode 2 (terminals). At the first electrode 3, a first electrically conductive portion 6 and at the second electrode, a second electrically conductive portion 5 is arranged.
  • a pressure sensor 7, which is likewise arranged on the second electrode 2, is set up to establish an electrical contact between the first electrically conductive section 6 and the second electrically conductive section 5 when a static pressure within the electrolyte 4 of the electrochemical memory cell 1 rises.
  • a dashed line represents the route one According to the invention provided electrical short circuit between the first electrode 3 and the second electrode 2. Also, an arc to be avoided, one of the connection shown in dashed lines would produce corresponding connection.
  • FIG. 2 shows a development according to the invention of an electrochemical storage cell 1, as presented in connection with FIG.
  • the first electrode 3 has a shape in the form of a material taper
  • Fuse 1 1 on.
  • fuse 1 1 also designed in a spherical shape electrical insulator 9 is arranged.
  • electrical insulator 9 is arranged.
  • Figure 3 shows the arrangement shown in Figure 2 after the response of
  • the first electrode 3 is interrupted in two sections, wherein a first,
  • Terminal-side portion 3a via an electrical connection element 12 further to the housing 10 and the first electrode 3a
  • electrochemical storage cell 1 is connected. This area is now electrically contacted by the filter-elastic electrical conductor 8.
  • a second section 3b of the first electrode 3 is arranged. It has no electrical connection (more) with the first section 3a.
  • the molten insulator 9 can be seen. He has changed his (formerly spherical) shape by the response of the fuse 1 1.
  • FIG. 4 shows an alternative scenario after the response of the
  • Insulator 9 not melted or has not changed its shape relative to the arrangement shown in Figure 2. However, it has detached from the end of the resilient electrical conductor 8 and thus enables its electrical contact with the first section 3a of the first electrode 3.
  • the idea of the invention is the production of an electrical connection (electrical short circuit) of the two terminals of the cell with burned through Fuse.
  • the voltage across the terminals becomes approximately 0 volts, with the short-circuit current flowing through the electrical connection and the cell housing, but not through the cell and its electrolyte 4.
  • the principle of the invention is based on the idea that a movement is made possible by the burning of the fuse, which allows an immediate short circuit. This is the mechanical
  • the resilient electrical conductor 8 can be referred to as a "short-circuit contact spring", which may for example consist of copper beryllium (CuBe). However, all other suitable materials and

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Abstract

Es wird eine Baugruppe zur Absicherung einer elektrochemischen Speicherzelle gegen Explosionen vorgeschlagen. Die Baugruppe umfasst eine erste Elektrode, eine zweite Elektrode, eine Schmelzsicherung, einen federelastischen Leiter und einen Isolator. Der federelastische elektrische Leiter ist über den Isolator in Richtung der ersten Elektrode mechanisch vorgespannt. Darüber hinaus ist der federelastische elektrische Leiter eingerichtet, beim Ansprechen der Schmelzsicherung aufgrund seiner Federkraft einen terminalseitigen Abschnitt der ersten Elektrode elektrisch mit der zweiten Elektrode zu verbinden.

Description

Beschreibung
Titel
Baugruppe zur Absicherung einer elektrochemischen Speicherzelle Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Baugruppe zur Absicherung einer elektrochemischen Speicherzelle. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine verbesserte Absicherung einer in einem Verbund betriebenen Speicherzelle gegen die Gefahr eines Explodierens. Die vorliegende Erfindung betrifft auch das
Gebiet der Eigensicherheit von Traktionsbatterien (z.B. Li-Ionen- bzw. Li- Polymer-Batterien für elektrisch antreibbare Fahrzeuge). Um bei diesen
Fahrzeugen die geforderten Leistungs- und Energiespezifikationen zu erreichen, müssen eine entsprechend große Anzahl von Batteriezellen seriell oder z.T. auch parallel geschaltet werden. Bei elektrisch antreibbaren Fahrzeugen (hybrid electronic vehicle, HEV , electronic vehicle, EV) braucht man üblicherweise Gleichspannungen von ca. 400 V, damit der elektrischen Antriebsmaschine die benötigte Leistung bei noch wirtschaftlich handhabbaren Strömen (max. ca. 200 A) bereitgestellt werden kann. Die Reihenschaltung von Batteriezellen wird dabei im Allgemeinen als "Batteriestrang" bezeichnet. Ein solcher Batteriestrang bildet dann ein Modul von z.B. 24 Zellen. Mehrere Module, z.B. vier, werden zu einem "Batteriepack" zusammengesetzt, welcher dann insgesamt 96 Einzelzellen enthält. Da eine vollgeladene Li-Ionen-Zelle eine maximale Zellspannung von 4,2 V hat, summiert sich die Leerlaufklemmenspannung des Batteriepacks zu ca. 400 V. Die in den Batteriezellen bzw. im Batteriepack umgesetzten Leistungen bedingen ein gewisses Explosionsrisiko. Diesem wird im Stand der Technik beispielsweise mittels einer sogenannten "Zellsicherung" (eng.„cell fuse") begegnet. Die Zellsicherung ist dabei häufig als Schmelzsicherung ausgestaltet, die einen Abschnitt eines elektrischen Leiters umfasst, welcher sich bei hohen Strömen bevorzugt erhitzt und schmilzt. Auf diese Weise soll der Stromfluss durch die defekte Zelle unterbrochen werden. Solche Zellsicherungen sind aus der Druckschrift US2012263976, US2009305126 und US201 1305928 grundsätzlich bekannt. Die US2012263976 offenbart zudem eine
Überdrucksicherung mittels Kurzschlusspfad. Bei Zellen mit Aluminiumgehäuse (Al-hard case) besteht die kathodenseitige Elektrode ebenfalls aus Aluminium. Diese ist in der Regel mit dem Zellgehäuse zur Vermeidung kathodischer Gehäusekorrosion elektrisch verbunden. Als Zellsicherung kommen häufig
Engstellen im Kathodenmaterial zum Einsatz, welche eine Materialverjüngung der Kathode darstellen. Diese Engstellen sind über einem kurzen Bereich der Aluminiumelektrode kurz hinter dem Kathodenterminal (externer Anschluss) realisiert. Bei einem Kurzschluss über der Zelle wird dieser Bereich über 700°C heiß, so dass das Aluminium schmilzt. Bei einer Zelle mit durchgebrannter
Zellsicherung und externer Batteriepack-Kurzschlussgesamtpackspannung von ca. 400 V an den Terminals bildet sich mitunter ein stehender Lichtbogen innerhalb der Zelle, welcher den Stromfluss trotz angesprochener
Schmelzsicherung aufrechterhalten kann. Dabei wird die Zelle wegen der sehr hohen Leistung von ca. 400 kW sehr schnell so heiß, dass sie explodiert und in einer Kettenreaktion weitere Zelle zum Explodieren bringen kann. Im Zuge dessen kann es zu einem Fahrzeugbrand mit entsprechend hohem
Folgeschaden bis hin zu Personenschäden kommen. Zur Absicherung haben Lithiumionenzellen auch nach dem Stand der Technik bereits sogenannte "Überladungsschutz-Einrichtungen" (overcharge safetey device, OSD), bei welchem sich bei Überladung der Zelle und dadurch hervorgerufenem hohem Zellen-Innendruck eine normalerweise nach innen gewölbte Membran nach außen umstülpt und einen Kurzschluss zwischen den Terminals bewirkt. Wenn ein solches OSD gleichzeitig mit der Unterbrechung der Zellsicherung schließen würde, wäre das Problem auch gelöst. Da aber der Zellen-Innendruckaufbau und der OSD-Schließvorgang für die Lichtbogenlöschung viel zu lange dauert, kann eine Explosion der Zelle durch das OSD nicht verhindert werden. Diesem Problem widmet sich die vorliegende Erfindung. Offenbarung der Erfindung
Die vorstehend genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Baugruppe für eine elektrochemische Speicherzelle gelöst. Dabei umfasst die Baugruppe eine erste Elektrode, eine zweite Elektrode und eine Schmelzsicherung. Die Schmelzsicherung ist in mindestens eine der beiden vorgenannten Elektroden integriert. Unter einer Schmelzsicherung wird nachfolgend eine solche Sicherung verstanden, bei welcher eine mechanisch feste Struktur aufgrund einer anormalen Stromstärke Festigkeit einbüßt und eine mechanische Verformung leichter ermöglicht. Zusätzlich umfasst die erfindungsgemäße Baugruppe einen federelastischen elektrischen Leiter und einen Isolator. Der federelastische elektrische Leiter ist über den Isolator in Richtung der ersten Elektrode mechanisch vorgespannt. Unter "federelastisch" sei im Rahmen der vorliegenden
Erfindung eine solche Eigenschaft (insbesondere Materialeigenschaft) verstanden, bei welcher eine aufgrund einer äußeren Kraft eingetretene
Verformung oder Auslenkung beim Entfernen der äußeren Kraft eine
unmittelbare Rückverformung (z.B. Gestaltänderung) des Leiters zur Folge hat. Zeitlich erheblich verzögerte Rückverformungen („Kriechfall") seien im Rahmen der vorliegenden Erfindung daher ausgeschlossen. Erfindungsgemäß ist der federelastische elektrische Leiter eingerichtet, beim Ansprechen der
Schmelzsicherung aufgrund seiner Federkraft einen terminalseitigen Abschnitt der ersten Elektrode elektrisch mit der zweiten Elektrode zu verbinden. Dabei wird durch das Ansprechen der Schmelzsicherung die Isolationswirkung des
Isolators zwischen dem federelastischen elektrischen Leiter und der ersten Elektrode wirkungslos, so dass der federelastische elektrische Leiter nach dem Ansprechen der Schmelzsicherung die zweite Elektrode und den terminalseitigen Abschnitt der ersten Elektrode elektrisch verbindet. Mit anderen Worten schließt der federelastische elektrische Leiter nach dem Ansprechen der
Schmelzsicherung die zweite Elektrode und den terminalseitigen Abschnitt der ersten Elektrode kurz. Auf diese Weise wird nach dem Ansprechen der
Schmelzsicherung unverzüglich verhindert, dass ein Lichtbogen innerhalb der elektrochemischen Speicherzelle entstehen kann oder fortbesteht.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
Weiter bevorzugt weist der federelastische elektrische Leiter eine permanente elektrisch leitfähige Verbindung mit der zweiten Elektrode auf. Dabei kann der federelastische elektrische Leiter stoffschlüssig, kraftschlüssig und insbesondere auch formschlüssig mit der zweiten Elektrode verbunden sein. Hierdurch kann der federelastische elektrische Leiter auch mechanisch innerhalb der
elektrochemischen Speicherzelle festgelegt werden. Eine zusätzliche Anbringung des federelastischen elektrischen Leiters erübrigt sich vorteilhafterweise.
Weiter bevorzugt ist der Isolator an dem federelastischen elektrischen Leiter befestigt. Der isolator kann dabei beispielsweise die Oberfläche eines der ersten Elektrode zugewandten Endabschnittes bedecken. Alternativ oder zusätzlich kann die Schmelzsicherung durch eine Materialverjüngung der ersten Elektrode ausgestaltet sein. Ein solches Konzept ist für Schmelzsicherungen bereits im Stand der Technik bewährt. Erfindungsgemäß kann der Isolator zudem korrespondierend zur Schmelzsicherung ausgestaltet sein, so dass der Isolator im Bereich der Schmelzsicherung mechanisch festgelegt wird. Beispielsweise kann der Isolator eine Aussparung oder Bohrung aufweisen, welche die
Schmelzsicherung abschnittsweise aufnimmt. Durch die Vorspannung des federelastischen elektrischen Leiters kann dabei im Ansprechfall der
Schmelzsicherung das Material der Schmelzsicherung verformt bzw. zerrissen werden. Auf diese Weise ist ein besonders schnelles und wirksames Ansprechen der Schmelzsicherung gewährleistet.
Bevorzugt kann der Isolator eingerichtet sein, beim Ansprechen der
Schmelzsicherung selbst ebenfalls (zumindest teilweise) zu schmelzen. Dabei kann der Schmelzpunkt des Isolatormaterials so gewählt werden, dass er bei spezifikationsgemäßem Betrieb der elektrochemischen Speicherzelle formstabil ist und erst beim Verlassen des spezifikationsgemäßen Betriebsbereiches (Temperaturbereich) eine Verformung des federelastischen elektrischen Leiters zulässt. Dies bietet den Vorteil, dass ein erfindungsgemäßes Kurzschließen der ersten und der zweiten Elektrode unabhängig davon möglich ist, ob die
Schmelzsicherung tatsächlich (insbesondere vollständig) angesprochen hat.
Bevorzugt kann der federelastische elektrische Leiter eingerichtet sein, beim Ansprechen der Schmelzsicherung die erste Elektrode mit einem eigenen Oberflächenabschnitt zu kontaktieren, der bereits vor dem Ansprechen der Schmelzsicherung nicht durch den Isolator bedeckt war. Mit anderen Worten wird ein Rückverformen des federelastischen elektrischen Leiters dazu führen, dass ein zwischen der zweiten Elektrode und dem (ehemals unversehrten) Isolator gelegener Bereich des federelastischen elektrischen Leiters den terminalseitigen Abschnitt der ersten Elektrode kontaktiert und so den Kurzschluss schließt. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass am federelastischen elektrischen Leiter verbliebene Reste des Isolators einen vollständigen Kurzschluss nicht verhindern.
Gemäß einer Alternative kann der federelastische elektrische Leiter auch eingerichtet sein, beim Ansprechen der Schmelzsicherung die erste Elektrode mit einem eigenen Oberflächenabschnitt zu kontaktieren, der vor dem Ansprechen der Schmelzsicherung durch den Isolator bedeckt war. Mit anderen Worten führt das Ansprechen der Schmelzsicherung dazu, dass ein vor dem Ansprechen der Schmelzsicherung innerhalb des Isolators gelegener Oberflächenabschnitt des federelastischen elektrischen Leiters den terminalseitigen Abschnitt der ersten
Elektrode berührt und so den elektrischen Kontakt herstellt. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass bis zum Ansprechen der Schmelzsicherung vom Isolator bedeckte Oberflächenabschnitte keiner Korrosion ausgesetzt sind, welche eine elektrische Leitfähigkeit nach dem Ansprechen der
Schmelzsicherung vermindern oder gar verhindern könnte.
Die erste Elektrode kann eine kathodenseitige Elektrode und die zweite
Elektrode eine anodenseitige Elektrode sein. Insbesondere im vorgenannten Fall kann die erste Elektrode eingerichtet sein, mit einem Gehäuse der
elektrochemischen Speicherzelle verbunden zu werden. Diese grundsätzliche
Anordnung hat sich im Stand der Technik bewährt. Grundsätzlich ist jedoch auch eine umgekehrte Konstellation möglich, bei welcher die erste Elektrode eine anodenseitige Elektrode und die zweite Elektrode eine kathodenseitige Elektrode ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine
elektrochemische Speicherzelle, umfassend eine wie in Verbindung mit dem erstgenannten Erfindungsaspekt beschriebene Baugruppe vorgeschlagen. Die elektrochemische Speicherzelle kann dabei zusätzlich zur erfindungsgemäßen Baugruppe Bestandteile aufweisen, welche aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannt sind. Insbesondere kann die erfindungsgemäße
Baugruppe also innerhalb eines mit einem Elektrolyt gefüllten Gehäuses der elektrochemischen Speicherzelle angeordnet sein. Mehrere solcher
elektrochemischen Speicherzellen können, wie eingangs in Verbindung mit dem Stand der Technik erwähnt, zu (seriell und/oder parallel zusammengeschalteten)
Batteriepacks zusammengefasst werden. Bei solchen Batteriepacks kommen häufig Anordnungen vor, innerhalb welcher einzelne elektrochemische
Speicherzellen besonders explosionsgefährdet sind. Sofern ein gewisses Maß an Wahrscheinlichkeit besteht, dass eine der elektrochemischen Speicherzellen bevorzugt zum Ansprechen einer erfindungsgemäßen Baugruppe führen würde, können Kosten gespart werden, indem nur solche elektrochemischen
Speicherzellen mit einer erfindungsgemäßen Baugruppe ausgestattet werden. Batteriepacks, umfassend Speicherzellen mit mindestens einer
erfindungsgemäßen Baugruppe, bevorzugt mit jeweils einer erfindungsgemäßen Baugruppe, sind vom Schutzbereich der vorliegenden Erfindung erkennbar mit umfasst.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen im Detail beschrieben. In den Zeichnungen ist:
Figur 1 eine Prinzipskizze einer Elektrodenanordnung mit OSD sowie einer erfindungsgemäß realisierten Kurzschlussstrecke (gestrichelt dargestellt); eine Prinzipskizze eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung vor einem Ansprechen der Schmelzsicherung; eine Prinzipskizze der in Figur 2 dargestellten Anordnung nach einem Ansprechen der Schmelzsicherung und geschmolzenem Isolator; und eine Prinzipskizze der in Figur 2 dargestellten Anordnung nach einem Ansprechen der Schmelzsicherung und vom
federelastischen elektrischen Leiter abgelösten ungeschmolzenen Isolator.
Ausführungsformen der Erfindung
Figur 1 zeigt eine Baugruppe 1 einer elektrochemischen Speicherzelle, welche eine erste Elektrode 3 und eine zweite Elektrode 2 (Terminals) aufweist. An der ersten Elektrode 3 ist ein erster elektrisch leitfähiger Abschnitt 6 und an der zweiten Elektrode ein zweiter elektrisch leitfähiger Abschnitt 5 angeordnet. Ein ebenfalls an der zweiten Elektrode 2 angeordneter Druckaufnehmer 7 ist eingerichtet, beim Ansteigen eines statischen Drucks innerhalb des Elektrolyts 4 der elektrochemischen Speicherzelle 1 einen elektrischen Kontakt zwischen dem ersten elektrisch leitfähigen Abschnitt 6 und dem zweiten elektrisch leitfähigen Abschnitt 5 herzustellen. Eine gestrichelte Linie stellt die Strecke eines erfindungsgemäß bereitgestellten elektrischen Kurzschlusses zwischen der ersten Elektrode 3 und der zweiten Elektrode 2 dar. Auch ein zu vermeidender Lichtbogen würde eine der gestrichelt dargestellten Verbindung entsprechende Verbindung erzeugen.
Figur 2 zeigt eine erfindungsgemäße Weiterbildung einer elektrochemischen Speicherzelle 1 , wie sie in Verbindung mit Figur 1 vorgestellt wurde. Die erste Elektrode 3 weist eine in Form einer Materialverjüngung ausgestaltete
Schmelzsicherung 1 1 auf. Im Bereich der Schmelzsicherung 1 1 ist zudem ein in Kugelform ausgestalteter elektrischer Isolator 9 angeordnet. Ein an der zweiten
Elektrode 2 elektrisch und mechanisch festgelegter federelastischer elektrischer Leiter 8 aus Federblech spannt den Isolator 9 gegenüber der Schmelzsicherung 1 1 vor. Figur 3 zeigt die in Figur 2 dargestellte Anordnung nach dem Ansprechen der
Schmelzsicherung 1 1. Im Bereich der ehemaligen Schmelzsicherung 1 1 ist die erste Elektrode 3 in zwei Abschnitte unterbrochen, wobei ein erster,
terminalseitiger Abschnitt 3a über ein elektrisches Verbindungselement 12 weiterhin mit dem Gehäuse 10 und der ersten Elektrode 3a der
elektrochemischen Speicherzelle 1 verbunden ist. Dieser Bereich wird nun durch den filterelastischen elektrischen Leiter 8 elektrisch kontaktiert. Im unteren Bereich der elektrochemischen Speicherzelle 1 ist ein zweiter Abschnitt 3b der ersten Elektrode 3 angeordnet. Er weist keine elektrische Verbindung (mehr) mit dem ersten Abschnitt 3a auf. Zusätzlich ist am Boden des Gehäuses 10 der geschmolzene Isolator 9 erkennbar. Er hat seine (ehemals kugelförmige) Gestalt durch das Ansprechen der Schmelzsicherung 1 1 verändert.
Figur 4 zeigt ein alternatives Szenario nach dem Ansprechen der
Schmelzsicherung 1 1 der in Figur 2 dargestellten elektrochemischen
Speicherzelle 1. 1m Unterschied zur in Figur 3 dargestellten Anordnung ist der
Isolator 9 nicht geschmolzen bzw. hat seine Form gegenüber der in Figur 2 dargestellten Anordnung nicht verändert. Jedoch hat er sich vom Ende des federelastischen elektrischen Leiters 8 gelöst und dessen elektrischen Kontakt mit dem ersten Abschnitt 3a der ersten Elektrode 3 somit ermöglicht.
Die Erfindungsidee ist die Herstellung einer elektrischen Verbindung (elektrischer Kurzschluss) der beiden Terminals der Zelle mit durchgebrannter Schmelzsicherung. Damit wird die Spannung über den Terminals annähernd zu 0 Volt, wobei der Kurzschlussstrom über die elektrische Verbindung und das Zellgehäuse, nicht jedoch durch die Zelle und deren Elektrolyt 4, fließt.
Erkennbar beruht das Erfindungsprinzip auf dem Gedanken, dass durch das Aufbrennen der Schmelzsicherung eine Bewegung ermöglicht wird, welche einen unverzüglichen Kurzschluss ermöglicht. Dabei wird das mechanische
Aufweichen der Schmelzsicherung verwendet, um federmechanisch
gespeicherte Energie zum Schließen des Kurzschlusses freizugeben. Der federelastische elektrische Leiter 8 kann dabei als "Kurzschluss-Kontaktfeder" bezeichnet werden, welche zum Beispiel aus Kupferberyllium (CuBe) bestehen kann. Jedoch sind sämtliche andere geeignete Materialien und
Materialkombinationen möglich. Auch ist eine Anordnung denkbar, bei welcher ein zusätzliches Federelement einen steif ausgeführten Leiter als
federelastischen Leiter einrichtet. Für den Fachmann ist ersichtlich, dass als erste Elektrode auch die Anode der elektrochemischen Speicherzelle und als Kathode die zweite Elektrode der elektrochemischen Speicherzelle verwendet werden könnte. In diesem Falle wäre die Realisierung der erfindungsgemäßen Herstellung des Kurzschlusses noch einfacher, da der Abstand der Anode zum Zellgehäuse geringer ist als der Abstand von der Anode zur Kathode.
Auch wenn die erfindungsgemäßen Aspekte und vorteilhaften
Ausführungsformen anhand der in Verbindung mit den beigefügten
Zeichnungsfiguren erläuterten Ausführungsbeispiele im Detail beschrieben worden sind, sind für den Fachmann Modifikationen und Kombinationen von Merkmalen der dargestellten Ausführungsbeispiele möglich, ohne den Bereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen, deren Schutzbereich durch die beigefügten Ansprüche definiert wird.

Claims

Ansprüche
1 . Baugruppe für eine elektrochemische Speicherzelle (1 ) umfassend
eine erste Elektrode (3),
eine zweite Elektrode (2),
eine Schmelzsicherung (1 1 ),
einen federelastischen elektrischen Leiter (8), und
einen Isolator (9), wobei
der federelastische elektrische Leiter (8) über den Isolator (9) in Richtung der ersten Elektrode (3) mechanisch vorgespannt ist, und der federelastische elektrische Leiter (8) eingerichtet ist, beim Ansprechen der Schmelzsicherung (1 1 ) aufgrund seiner Federkraft einen terminalseitigen Abschnitt (3a) der ersten Elektrode (3) elektrisch mit der zweiten Elektrode (2) zu verbinden.
2. Baugruppe nach Anspruch 1 , wobei der federelastische elektrische Leiter (8) eine permanente elektrisch leitfähige Verbindung mit der zweiten Elektrode (2) aufweist.
3. Baugruppe nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Isolator (9) an dem
federelastischen elektrischen Leiter (8) befestigt ist, und/oder
die Schmelzsicherung (1 1 ) durch eine Materialverjüngung der ersten Elektrode (3) ausgestaltet ist.
4. Baugruppe nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Isolator (9) an der Schmelzsicherung (1 1 ) anliegt.
5. Baugruppe nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Isolator (9) eingerichtet ist, beim Ansprechen der Schmelzsicherung (1 1 ) selbst ebenfalls zu schmelzen.
6. Baugruppe nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der
federelastische elektrische Leiter (8) eingerichtet ist, beim Ansprechen der Schmelzsicherung (1 1 ) mit einem eigenen Oberflächenabschnitt den terminalseitigen Abschnitt (3a) der ersten Elektrode (3) zu kontaktieren, der bereits vor dem Ansprechen der Schmelzsicherung (1 1 ) nicht durch den Isolator (9) bedeckt war.
7. Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der federelastische elektrische Leiter (8) eingerichtet ist, beim Ansprechen der
Schmelzsicherung (1 1 ) mit einem eigenen Oberflächenabschnitt den terminalseitigen Abschnitt (3a) der ersten Elektrode (3) zu kontaktieren, der vor dem Ansprechen der Schmelzsicherung (1 1 ) durch den Isolator (9) bedeckt war.
8. Baugruppe nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die erste
Elektrode (3) eine kathodenseitige Elektrode und die zweite Elektrode (2) eine anodenseitige Elektrode ist.
9. Baugruppe nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die erste
Elektrode (3) eingerichtet ist, mit einem Gehäuse (10) der
elektrochemischen Speicherzelle (1 ) verbunden zu werden.
10. Elektrochemische Speicherzelle umfassend eine Baugruppe nach einem der vorstehenden Ansprüche.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3142172A1 (de) * 2015-09-10 2017-03-15 Lithium Energy and Power GmbH & Co. KG Batteriesystem mit einem überladungs- und/oder tiefentladungsschutz

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5358798A (en) * 1993-12-06 1994-10-25 Motorola, Inc. Battery assembly having a thermal fuse
JP2000208132A (ja) * 1999-01-19 2000-07-28 Hitachi Ltd 非水電解液二次電池および電池用熱動継電器
JP2006155974A (ja) * 2004-11-26 2006-06-15 Uchihashi Estec Co Ltd サーモプロテクタ
EP2544265A1 (de) * 2011-07-06 2013-01-09 SB LiMotive Co., Ltd. Wiederaufladbare Batterie

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE599119C (de) * 1932-04-28 1934-06-25 Bbc Brown Boveri & Cie Einrichtung zur Verhuetung der Explosionsgefahr defekter Kondensatoren oder Transformatoren in oelgefuellten Metallgehaeusen
KR100906253B1 (ko) 2006-05-01 2009-07-07 주식회사 엘지화학 과전류의 인가시 파괴되는 파단부가 형성되어 있는전극단자를 포함하고 있는 이차전지
US9099732B2 (en) 2010-06-11 2015-08-04 Samsung Sdi Co., Ltd. Rechargeable battery having a fuse with an insulating blocking member
DE102011015449B4 (de) * 2011-01-25 2014-09-25 Ellenberger & Poensgen Gmbh Schalteinheit zum Schalten von hohen Gleichspannungen
KR101254871B1 (ko) 2011-04-18 2013-04-15 로베르트 보쉬 게엠베하 이차전지

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5358798A (en) * 1993-12-06 1994-10-25 Motorola, Inc. Battery assembly having a thermal fuse
JP2000208132A (ja) * 1999-01-19 2000-07-28 Hitachi Ltd 非水電解液二次電池および電池用熱動継電器
JP2006155974A (ja) * 2004-11-26 2006-06-15 Uchihashi Estec Co Ltd サーモプロテクタ
EP2544265A1 (de) * 2011-07-06 2013-01-09 SB LiMotive Co., Ltd. Wiederaufladbare Batterie

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3142172A1 (de) * 2015-09-10 2017-03-15 Lithium Energy and Power GmbH & Co. KG Batteriesystem mit einem überladungs- und/oder tiefentladungsschutz

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