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Die Erfindung betrifft eine Einzelzelle für eine Batterie, welche zumindest eine Sicherheitseinrichtung zum Entladen der Einzelzelle bei einem Eindringen eines elektrisch leitfähigen Fremdkörpers umfasst, wobei die zumindest eine Sicherheitseinrichtung zumindest zwei gegeneinander isolierte und elektrisch leitfähige Elemente aufweist, wobei eines der elektrisch leitfähigen Elemente mit einem Pluspol und das andere elektrisch leitfähige Element mit einem Minuspol der Einzelzelle verbunden ist.
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Eine Batterie, insbesondere eine Hochvolt-Batterie, für Fahrzeuganwendungen weist eine Anzahl von elektrisch seriell und/oder parallel miteinander verschalteten Einzelzellen auf, die mit einer zugehörigen Elektronik und einer Temperierungseinheit in einem gemeinsamen Batteriegehäuse angeordnet sind. Die Einzelzellen können als bipolare Rahmenflachzellen ausgebildet sein, wobei eine Elektrodenfolienanordnung von zwei metallischen Blechen umhüllt ist. Die mittels der Bleche gebildeten Gehäusehälften sind durch einen die Elektrodenfolienanordnung umlaufenden elektrisch isolierenden Rahmen voneinander getrennt. Die Gehäusehälften stellen die elektrischen Pole der Einzelzelle zur Entnahme und zum Einleiten elektrischer Leistung dar. Eine beim Laden und Entladen der Einzelzelle entstehende Verlustwärme ist über die Gehäusehälften an die Temperiereinheit ableitbar, die von einem Temperiermedium durchströmbar ist. Zum Toleranzausgleich und zur verbesserten thermischen Anbindung der Einzelzellen an die Temperiereinheit ist zwischen diesen eine Wärmeleitfolie angeordnet. Um das Risiko einer Gefährdung der Umwelt zumindest zu verringern, weist die jeweilige Einzelzelle eine Sicherheitsvorrichtung auf, mittels welcher die Gefahr eines thermischen Durchgehens der Einzelzelle zumindest verringert ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Einzelzelle für eine Batterie und eine Batterie mit zumindest einer solchen Einzelzelle anzugeben.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß hinsichtlich der Einzelzelle durch die in Anspruch 1 und hinsichtlich der Batterie durch die in Anspruch angegebenen Merkmale gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Eine Einzelzelle für eine Batterie umfasst zumindest eine Sicherheitseinrichtung zum Entladen der Einzelzelle bei einem Eindringen eines elektrisch leitfähigen Fremdkörpers, wobei die zumindest eine Sicherheitseinrichtung zumindest zwei gegeneinander isolierte und elektrisch leitfähige Elemente aufweist, wobei eines der elektrisch leitfähigen Elemente mit einem Pluspol und das andere elektrisch leitfähige Element mit einem Minuspol der Einzelzelle verbunden ist. Erfindungsgemäß ist eines der elektrisch leitfähigen Elemente der zumindest einen Sicherheitseinrichtung als Gehäusewand der Einzelzelle gebildet und das andere ist zwischen dieser Gehäusewand und einer Elektrodenfolienanordnung angeordnet.
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Dadurch, dass die Gehäusewand der Einzelzelle eines der elektrisch leitfähigen Elemente bildet, ist eine Teileanzahl der Einzelzelle mit der Sicherheitseinrichtung verringert. Ein Aufbau der Einzelzelle mit der erfindungsgemäß ausgebildeten Sicherheitsvorrichtung ist wesentlich vereinfacht, wodurch eine Kostenersparnis erzielt und ein Montageaufwand verringert werden kann. Ein Bauraum innerhalb der Einzelzelle, insbesondere zur Anordnung der Elektrodenfolienanordnung, ist vergrößert, wobei die Einzelzelle andernfalls verkleinert werden kann.
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In einer möglichen Ausführungsform ist die Einzelzelle als Flachzelle ausgebildet, die zwei metallische Gehäusehälften als Gehäusewände aufweist, wobei die jeweilige Gehäusehälfte vorteilhaft als ein elektrischer Pol der Einzelzelle ausgebildet ist. Diese Art von Einzelzellen erfordern keine separaten elektrischen Pole, da diese mittels der Gehäusehälften gebildet sind. Die elektrische Verschaltung dieser Einzelzellen erfolgt besonders vorteilhaft über deren Gehäusehälften, so dass dazu keine separaten Bauteile, wie beispielsweise Zellverbinder oder eine Zellverbinderplatine erforderlich sind bzw. ist. Dadurch ist eine Teileanzahl bei einem mittels solcher Einzelzellen gebildeten Zellblock reduziert.
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Bevorzugt sind zwei Sicherheitseinrichtungen vorgesehen, wobei jeweils zwischen den Gehäusehälften und der Elektrodenfolienanordnung ein elektrisch leitfähiges Element elektrisch isoliert angeordnet ist, wobei eines der elektrisch leitfähigen Elemente mit dem Pluspol und das andere elektrisch leitfähige Element mit dem Minuspol der Einzelzelle verbunden ist. Dringt ein elektrisch leitfähiger Fremdkörper in die Einzelzelle ein, werden die beiden elektrisch leitfähigen Elemente kurzgeschlossen, wobei sich die Einzelzelle im weiteren Verlauf entlädt und eine entstehende Verlustwärme zur Abführung an die Gehäusehälften abgegeben wird.
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In vorteilhafter Weise ist das elektrisch leitfähige Element kraft-, form- und/oder stoffschlüssig mit dem Pol verbunden, so dass eine im Zellinneren angeordnete Elektrodenfolienanordnung mit dem zumindest einen elektrisch leitfähigen Element als eine kompakte Baueinheit ausgebildet ist, die somit ohne großen Aufwand zwischen den Gehäusehälften anordbar ist.
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Vorzugsweise ist eine Innenseite der Gehäusewand elektrisch isoliert, so dass zur elektrischen Isolation des mittels der Gehäusewand gebildeten elektrisch leitfähigen Elementes und dem weiteren elektrisch leitfähigen Element kein separates Bauteil erforderlich ist. Dadurch ist eine Teileanzahl der Einzelzelle mit der zumindest einen Sicherheitseinrichtung in vorteilhafter Weise nochmals reduziert. Beispielsweise ist die Innenseite der Gehäusewand mit einer elektrisch isolierenden Beschichtung, insbesondere aus Kunststoff, versehen.
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Besonders bevorzugt ist jeweils eine Sicherheitseinrichtung für eine Gehäusehälfte vorgesehen, so dass die Einzelzelle an jeder eine Gehäusewand bildenden Gehäusehälfte gegenüber eindringender elektrisch leitfähiger Fremdkörper und einen dadurch bedingtes thermisches Durchgehen geschützt ist.
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Vorteilhaft ist das weitere der elektrisch leitfähigen Elemente als Metallfolie ausgebildet, die zwischen der elektrisch isolierten Gehäusewand und einem elektrischen Isolationselement der Elektrodenfolienanordnung angeordnet ist. Die Metallfolie als weiteres elektrisch leitfähiges Element der Sicherheitseinrichtung benötigt aufgrund ihrer geringen Dicke verhältnismäßig wenig Bauraum, so dass sich die Abmessungen der Einzelzelle aufgrund der Metallfolie in vorteilhafter Weise nicht verändern.
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Weiterhin betrifft die Erfindung eine Batterie mit zumindest einer solchen Einzelzelle mit zumindest einer Sicherheitseinrichtung.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Dabei zeigen:
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1 schematisch eine Schnittdarstellung eines vergrößerten Ausschnittes einer Einzelzelle mit Sicherheitseinrichtungen nach dem Stand der Technik,
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2 schematisch eine Schnittdarstellung eines vergrößerten Ausschnittes einer erfindungsgemäßen Einzelzelle mit zwei Sicherheitseinrichtungen in einer ersten Ausführungsform,
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3 schematisch eine Schnittdarstellung eines vergrößerten Ausschnittes einer erfindungsgemäßen Einzelzelle mit zwei Sicherheitseinrichtungen in einer zweiten Ausführungsform,
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4 schematisch eine weitere Schnittdarstellung einer Prinzipdarstellung einer Einzelzelle mit Sicherheitseinrichtungen,
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5 schematisch eine perspektivische Ansicht einer Explosionsdarstellung einer Einzelzelle mit Sicherheitseinrichtungen,
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6 schematisch eine perspektivische Ansicht der Einzelzelle im zusammengesetzten Zustand,
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7 schematisch eine perspektivische Ansicht einer Elektrodenfolienanordnung mit zwei elektrisch leitfähigen Elementen im unbefestigten Zustand,
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8 schematisch einen Schnittdarstellung der Elektrodenfolienanordnung mit unbefestigten elektrisch leitfähigen Elementen,
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9 schematisch eine Schnittdarstellung der Elektrodenfolienanordnung mit den zwei elektrisch leitfähigen Elementen im befestigten Zustand,
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10 schematisch eine Schnittdarstellung einer bipolaren Flachzelle mit Sicherheitseinrichtungen,
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11 schematisch eine Schnittdarstellung eines vergrößerten Ausschnittes einer Einzelzelle in einem Kontaktierungsbereich der Elektrodenfolienanordnung und
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12 schematisch eine Schnittdarstellung eines vergrößerten Ausschnittes einer Einzelzelle in einem weiteren Kontaktierungsbereich der Elektrodenfolienanordnung.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt eine Schnittdarstellung eines vergrößerten Ausschnittes einer Einzelzelle 1 für eine Batterie mit Sicherheitseinrichtungen S1, S2 nach dem Stand der Technik. Bei der Batterie handelt es sich insbesondere um eine Batterie für ein Elektrofahrzeug, ein Hybridfahrzeug oder ein mit Brennstoffzellen betriebenes Fahrzeug.
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Die Einzelzelle 1 ist eine Flachzelle, die quaderförmig ausgebildet ist, wobei die Einzelzelle 1 in ihrem Inneren eine Elektrodenfolienanordnung 2, bestehend aus Anodenfolien 2.1 und Kathodenfolien 2.2, zwischen denen jeweils eine Separatorfolie 2.3 angeordnet ist, aufweist. An mindestens einem Rand sind die Elektrodenfolien 2.1, 2.2 einer Polarität aus der Elektrodenanordnung 2 herausgeführt und als Stromableiterfahnen stoffschlüssig miteinander verbunden, wie u. a. in den 5, 7 und 8 gezeigt ist. Diese miteinander verbundenen Stromableiterfahnen einer Polarität werden in einem Kontaktierungsbereich mit der Innenseite einer entsprechenden Gehäusehälfte 3, 4 verbunden, wie in den 11 und 12 näher dargestellt ist. Hierdurch ist eine Stromein- und -ausleitung beim Laden und Entladen der Einzelzelle 1 möglich.
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Diese Elektrodenfolienanordnung 2 ist zwischen zwei Gehäusehälften 3, 4 angeordnet, die aus Metall gebildet sind, wobei eine Innenseite der jeweiligen Gehäusehälfte 3, 4 mit einer elektrisch isolierenden Beschichtung 3.1, 4.1, beispielsweise einer Kunststoffbeschichtung, versehen ist.
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Zur Verhinderung einer Gefährdung der Umwelt weist die Einzelzelle 1 die zwei Sicherheitseinrichtungen S1, S2 auf, wobei eine erste Sicherheitseinrichtung S1 einer ersten Gehäusehälfte 3 und eine zweite Sicherheitseinrichtung S2 einer zweiten Gehäusehälfte 4 vorgesehen sind.
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Ein mögliches Risiko, aufgrund dessen eine Gefährdung für die Umwelt bestehen kann, stellt das Eindringen eines elektrisch leitfähigen Fremdkörpers 5, beispielsweise in Form eines Nagels, bei einer Verunfallung des Fahrzeuges dar.
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Bei einer Einzelzelle 1 ohne die Sicherheitseinrichtungen S1, S2 schließt der elektrisch leitfähige Fremdkörper 5 die beschichteten Anodenfolien 2.1 und Kathodenfolien 2.2 kurz, wobei über eine mittels des Fremdkörpers 5 erzeugte Kontaktstelle Ströme fließen, die zu einem thermischen Durchgehen der Einzelzelle 1 führen können. Eine Beschichtung der Anodenfolien 2.1 und Kathodenfolien 2.2 setzt Sauerstoff frei, welcher zu einem Brand innerhalb der Einzelzelle 1 führen kann.
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Zur Verringerung der Gefahr zumindest des thermischen Durchgehens sind die Sicherheitseinrichtungen S1, S2 vorgesehen.
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Die Sicherheitseinrichtungen S1, S2 gemäß dem Stand der Technik weisen jeweils ein erstes Isolationselement 6, eine mit einem positiven elektrischen Potential verbundene erste Metallfolie als erstes elektrisch leitfähiges Element 7, ein zweites Isolationselement 8, eine mit einem negativen elektrischen Potential verbundene zweite Metallfolie als zweites elektrisch leitfähiges Element 9 und ein drittes Isolationselement 10 auf.
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Der Unterschied der beiden Sicherheitseinrichtungen S1, S2 besteht in der Anordnung der die elektrischen Potentiale führenden ersten und zweiten Metallfolie als elektrisch leitfähige Elemente 7, 9. Alternativ zur Verwendung der Metallfolienkönnen auch Metallplatten als elektrisch leitfähige Elemente 7, 9 der Sicherheitseinrichtungen S1, S2 angeordnet sein.
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Mittels der Isolationselemente 6, 8, 10 sind die Metallfolien gegeneinander sowie gegenüber den Gehäusehälften 3, 4 und gegenüber der Elektrodenfolienanordnung 2 elektrisch isoliert.
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Dringt der elektrisch leitfähige Fremdkörper 5 seitlich in die mit den Sicherheitseinrichtungen S1, S2 versehene Einzelzelle 1 ein, werden die beiden elektrisch leitfähigen Elemente 7, 9 in Form der Metallfolien der im Bereich des eindringenden Fremdkörpers 5 angeordneten Sicherheitseinrichtung S1, S2 kurzgeschlossen. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel nach 1 dringt der elektrisch leitfähige Fremdkörper 5 in die erste Sicherheitseinrichtung S1 ein. Da die Metallfolien als elektrisch leitfähige Elemente 7, 9 unbeschichtet sind, ist ein Übergangswiderstand zwischen den beiden Metallfolien als elektrisch leitfähige Elemente 7, 9 relativ gering. Eine Spannung bricht ein und die Einzelzelle 1 entlädt sich.
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Eine beim Entladen der Einzelzelle 1 entstehende Verlustwärme wird über die Gehäusehälften 3, 4 abgeführt.
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Im Fall, dass der elektrisch leitfähige Fremdkörper 5 tiefer in die Einzelzelle 1 und somit in die Elektrodenfolienanordnung 2 eindringt, werden die Anodenfolien 2.1 und Kathodenfolien 2.2 kurzgeschlossen. Da die Separatorfolie 2.3 durch das Eindringen des Fremdkörpers 5 mit in die Elektrodenfolienanordnung 2 eindringt, wirkt dies wie eine Beschichtung und der Übergangswiderstand ist vergleichsweise hoch, so dass relativ wenig Strom fließt. Durch einen gleichzeitigen Einbruch der Spannung wegen des Kurzschlusses innerhalb der ersten Sicherheitseinrichtung S1 entsteht innerhalb der Elektrodenfolienanordnung 2 verhältnismäßig wenig Verlustwärme, so dass die Gefahr des thermischen Durchgehens der Einzelzelle 1 zumindest verringert ist.
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Um die Bestandteile der beiden Sicherheitseinrichtungen S1, S2 der Einzelzelle 1 zu verringern und somit eine Montage der Einzelzelle 1 kostengünstiger und einfacher zu gestalten, ist vorgesehen, dass das erste elektrisch leitfähige Element 7 der ersten Sicherheitseinrichtung S1 von dem ersten Gehäuseteil 3 und das zweite elektrisch leitfähige Element 9 der zweiten Sicherheitseinrichtung S2 von dem zweiten Gehäuseteil 4 der Einzelzelle 1 gebildet ist, wie u. a. in dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 gezeigt ist.
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In 2 ist eine Schnittdarstellung eines vergrößerten Ausschnittes einer erfindungsgemäßen Einzelzelle 1 mit zwei Sicherheitseinrichtungen S1, S2 in einer ersten Ausführungsform dargestellt. Dabei sind die Gehäusehälften 3, 4 die elektrischen Pole der Einzelzelle 1. Die erste Gehäusehälfte 3 bildet den Minuspol P1 und die zweite Gehäusehälfte 4 den Pluspol P2 der Einzelzelle 1.
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Zur Bildung des Minuspols P1 ist die erste Gehäusehälfte 3 zumindest in einem Abschnitt mit den Anodenfolien 2.1 verbunden, wobei die zweite Gehäusehälfte 4 zur Bildung des Pluspols P2 zumindest in einem Abschnitt mit den Kathodenfolien 2.2 verbunden ist. In diesem jeweiligen Abschnitt ist zwischen den Folien 2.1, 2.2 und der jeweiligen Gehäusehälfte 3, 4 keine elektrisch isolierende Beschichtung 3.1, 4.1 vorhanden.
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Die erste Sicherheitseinrichtung S1 in der ersten Ausführungsform weist die erste Gehäusehälfte 3 als zweites elektrisch leitfähiges Element 9 mit an der Innenseite aufgebrachter elektrisch isolierender Beschichtung 3.1, ein erstes Isolationselement 6, das erste elektrisch leitfähige Element 7 in Form einer Metallfolie und ein zweites Isolationselement 8 auf.
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Die zweite Sicherheitseinrichtung in der ersten Ausführungsform weist die zweite Gehäusehälfte 4 als erstes elektrisch leitfähiges Element 7 mit an der Innenseite aufgebrachter elektrisch isolierender Beschichtung 4.1, ein erstes Isolationselement 6, das zweite elektrisch leitfähige Element 9 als Metallfolie und ein zweites Isolationselement 8 auf.
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3 zeigt eine Schnittdarstellung eines vergrößerten Ausschnittes der Einzelzelle 1 mit Sicherheitseinrichtungen S1, S2 in einer zweiten Ausführungsform.
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Auch bei dieser Ausführungsform bilden die beiden Gehäuseteile 3, 4 die elektrischen Pole P1, P2 der Einzelzelle 1.
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Um die Bestandteile der Sicherheitseinrichtungen S1, S2 zu reduzieren, ist in der zweiten Ausführungsform der Sicherheitseinrichtungen S1, S2 vorgesehen, das erste und das zweite Isolationselement 6, 8 nicht anzuordnen. Die elektrische Isolation zwischen den Gehäuseteilen 3, 4 als zweites und erstes elektrisch leitfähiges Element 9, 7 und dem ersten bzw. zweiten elektrisch leitfähigen Element 7, 9 ist mittels der jeweiligen elektrisch isolierenden Beschichtung 3.1, 4.1 sichergestellt.
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Die elektrische Isolation zwischen dem ersten elektrisch leitfähigen Element 7 der ersten Sicherheitseinrichtung S1 und der Elektrodenfolienanordnung 2 bzw. zwischen dem zweiten elektrisch leitfähigen Element 9 der zweiten Sicherheitseinrichtung S2 und der Elektrodenfolienanordnung 2 ist mittels der jeweiligen an einer Außenseite der Elektrodenfolienanordnung 2 angeordneten Separatorfolie 2.3 sichergestellt.
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Eine Wirkungsweise der jeweiligen Sicherheitseinrichtung S1, S2 in der zweiten Ausführungsform bei Eindringen eines elektrisch leitfähigen Fremdkörpers 5 in die Einzelzelle 1 entspricht dabei der der jeweiligen Sicherheitseinrichtung S1, S2 in der ersten Ausführungsform.
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Eine weitere Schnittdarstellung der Einzelzelle 1 als Prinzipdarstellung ist in 4 gezeigt. Dabei ist insbesondere dargestellt, wie die beiden Sicherheitseinrichtungen S1, S2 unabhängig von ihrer Ausführungsform in Bezug auf die Elektrodenfolienanordnung 2 und die Gehäuseteile 3, 4 angeordnet sind. Wie oben beschrieben, dient die jeweilige Sicherheitseinrichtung S1, S2 zum Schutz gegen seitlich in die Einzelzelle 1 eindringende elektrisch leitfähige Fremdkörper 5.
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Die Gehäuseteile 3, 4 der Einzelzelle 1 sind schalenförmig ausgebildet, so dass die Elektrodenfolienanordnung 2 abschnittsweise von dem jeweiligen Gehäuseteil 3, 4 eingefasst ist.
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Die jeweilige Sicherheitseinrichtung S1, S2 ist zumindest abschnittsweise um die Elektrodenfolienanordnung 2 herumgeführt, so dass die entsprechende Sicherheitseinrichtung S1, S2 auch an Schmalseiten der Einzelzelle 1 vorhanden ist. Dabei korrespondieren die Abmessungen der als Metallfolien ausgeführten elektrisch leitfähigen Elemente 7, 9 im Wesentlichen mit den Abmessungen der jeweiligen Gehäusehälfte 3, 4.
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5 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Explosionsdarstellung einer als bipolare Rahmenflachzelle ausgeführten Einzelzelle 1. Die Gehäusehälften 3, 4 sind schalenförmig ausgebildet, die mittels jeweils eines sich bis zu einem Flanschbereich erstreckenden Kunststoffeinsatzes 11 gegenüber der Elektrodenfolienanordnung 2 elektrisch isoliert sind.
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Die Kunststoffeinsätze 11 dienen zudem einem Verschluss der Einzelzelle 1 mittels Heißsiegelung, wobei der jeweilige Kunststoffeinsatz hierzu einen rahmenförmigen Abschnitt, einen so bezeichneten Isolationssiegelrahmen, aufweist.
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Die Sicherheitseinrichtungen S1, S2 bestehen jeweils aus einer Metallfolie als erstes oder zweites elektrisch leitfähiges Element 7, 9, wobei zur Vermeidung von Korrosion am Pluspol P2 Aluminium und am Minuspol P1 Kupfer zur Bildung der elektrisch leitfähigen Elemente 7, 9 verwendet wird.
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Die als Metallfolien ausgeführten elektrisch leitfähigen Elemente 7, 9 sind jeweils beidseitig von Isolationselementen 6, 8 umgeben, wobei ein jeweiliger endseitiger Abschnitt eines elektrisch leitfähigen Abschnittes mit Stromableiterfahnen von Elektrodenfolien 2.1, 2.2 einer Polarität verbunden ist. Diese Verbindung erfolgt mittels Ultraschallschweißen.
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Insbesondere ist das zweite elektrische Element 9 der ersten Sicherheitseinrichtung S1 mit den Stromableiterfahnen der Anodenfolien 2.1 und das erste elektrische Element 7 der zweiten Sicherheitseinrichtung S2 mit den Stromableiterfahnen der Kathodenfolien 2.2 stoffschlüssig verbunden. Dadurch ist eine kompakte Baueinheit gebildet, so dass die Elektrodenfolienanordnung 2 mit den Sicherheitseinrichtungen S1, S2 in die Gehäusehälften 3, 4 einlegbar. Dabei wird die Elektrodenfolienanordnung 2 derart in die Gehäusehälften 3, 4 eingelegt, dass die als erstes elektrisches Element 7 ausgeführte Metallfolie mit einer Innenseite der den Pluspol P2 bildenden zweiten Gehäusehälfte 4 kontaktiert und die als zweites elektrisches Element 9 ausgeführte Metallfolie mit der den Minuspol P1 bildenden ersten Gehäusehälfte 3 kontaktiert.
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Vor dem Verschluss der Einzelzelle 1 werden die Stromableiterfahnen mit den mit diesen verbundenen elektrisch leitfähigen Elementen 7, 9 an der Innenseite mit der jeweiligen Gehäusehälfte 3, 4 im Ultraschallschweißverfahren verschweißt.
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In 6 ist eine perspektivische Ansicht der Einzelzelle 1 mit den Sicherheitseinrichtungen S1, S2 im zusammengesetzten Zustand dargestellt.
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7 zeigt eine perspektivische Ansicht der Elektrodenfolienanordnung 2 mit den mittels der Anodenfolien 2.1 und der Kathodenfolien 2.2 gebildeten Stromableiterfahnen, dem zwischen zwei Isolationselementen 6, 8 angeordneten ersten elektrisch leitfähigen Element 7 und dem zwischen zwei Isolationselementen 6, 8 angeordneten zweiten elektrisch leitfähigen Element 9. Dabei ragt jeweils ein Abschnitt der beiden elektrisch leitfähigen Elemente 7, 9 zwischen den beiden Isolationselementen 6, 8 heraus, der mit den Stromableiterfahnen der Elektrodenfolien 2.1, 2.2 der entsprechenden Polarität verbindbar ist.
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In 8 ist eine Schnittdarstellung der Elektrodenfolienanordnung 2 mit den Stromableiterfahnen und das jeweilige zwischen den beiden Isolationselementen 6, 8 angeordnete erste elektrisch leitfähige Element 7 in Form der Metallfolie gezeigt.
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Das erste elektrisch leitfähige Element 7 wird mit den Stromableiterfahnen der Kathodenfolien 2.2 und das zweite elektrische Element 9 wird mit den Stromableiterfahnen der Anodenfolien 2.1 verbunden, wie in einer Schnittdarstellung in 9 näher dargestellt ist.
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10 zeigt eine Schnittdarstellung der Einzelzelle 1 mit den Sicherheitseinrichtungen S1, S2 im zusammengesetzten Zustand.
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Die 11 und 12 zeigen jeweils eine Schnittdarstellung eines vergrößerten Ausschnittes der Einzelzelle 1.
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Dabei zeigt 11 die miteinander verbundenen Stromableiterfahnen der Kathodenfolien 2.2, wobei die Stromableiterfahnen mit dem zweiten elektrisch leitfähigen Element 9, das mit der Innenseite der ersten Gehäusehälfte 3 verbunden sind, wobei die erste Gehäusehälfte 3 das erste elektrisch leitfähige Element 7 der ersten Sicherheitseinrichtung S1 der Einzelzelle 1 darstellt. Die Schweißstellen S der stoffschlüssigen Verbindung zwischen der ersten Gehäusehälfte 3, der Anodenfolien 2.1 und dem ersten elektrisch leitfähigen Element 7 sind hervorgehoben dargestellt.
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In 12 ist der Kontaktierungsbereich der Stromableiterfahnen der Anodenfolien 2.1 mit dem zweiten elektrischen Element 9 in Form der Metallfolie verbunden, wobei das zweite elektrische Element 9 an der zweiten Gehäusehälfte 4, die den Pluspol P2 der Einzelzelle 1 und das erste elektrische Element 7 der zweiten Sicherheitseinrichtung S2 bildet, verbunden ist. Auch hier sind die Schweißstellen der stoffschlüssigen Verbindung zwischen der zweiten Gehäusehälfte 4, der Kathodenfolien 2.2 und dem zweiten elektrisch leitfähigen Element 9 hervorgehoben dargestellt.
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Ist die Einzelzelle 1 als Rundzelle ausgeführt, wobei das Zellgehäuse einen elektrischen Pol P1, P2 der Einzelzelle 1 bildet, kann eine solche Sicherheitseinrichtung S1, S2 ausgebildet sein.
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Ist das Zellgehäuse aus Aluminium gebildet, so bildet das Zellgehäuse üblicherweise den Pluspol P2 der Einzelzelle 1. Sofern dies der Fall ist, weist die Einzelzelle 1 die zweite Sicherheitseinrichtung S2 auf, so dass das Zellgehäuse nicht nur den Pluspol P2, sondern auch das erste elektrische Element 7 bildet. Das zweite elektrisch leitfähige Element 9 ist mit den Anodenfolien 2.1 der im Zellgehäuse angeordneten Elektrodenfolienanordnung 2 verbunden, wobei der Minuspol P1 einer solchen Einzelzelle 1 elektrisch isoliert aus dem Zellgehäuse herausgeführt ist. Die Elektrodenfolienanordnung 2 in Form eines Wickels ist von der zweiten Sicherheitseinrichtung S2 umschlossen.
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Handelt es sich bei der Einzelzelle 1 um eine prismatische Zelle mit einem vergleichsweise stabilen Zellgehäuse weist diese zwei Sicherheitseinrichtungen S1, S2 auf, wobei eine der Sicherheitseinrichtungen S1, S2 an einer Seite der stapelförmigen Elektrodenfolienanordnung 2 ausgebildet ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Einzelzelle
- 2
- Elektrodenfolienanordnung
- 2.1
- Anodenfolie
- 2.2
- Kathodenfolie
- 2.3
- Separatorfolie
- 3
- erste Gehäusehälfte
- 3.1
- elektrisch isolierende Beschichtung
- 4
- zweite Gehäusehälfte
- 4.1
- elektrisch isolierende Beschichtung
- 5
- elektrisch leitfähiger Fremdkörper
- 6
- erstes Isolationselement
- 7
- erstes elektrisch leitfähiges Element
- 8
- zweites Isolationselement
- 9
- zweites elektrisch leitfähiges Element
- 10
- drittes Isolationselement
- 11
- Kunststoffeinsatz
- S
- Schweißstelle
- P1
- Minuspol
- P2
- Pluspol
- S1
- erste Sicherheitseinrichtung
- S2
- zweite Sicherheitseinrichtung