DE102013201887A1

DE102013201887A1 - Akkumulator

Info

Publication number: DE102013201887A1
Application number: DE201310201887
Authority: DE
Inventors: Markus Kohlberger; Joachim Fetzer
Original assignee: Robert Bosch GmbH; Samsung SDI Co Ltd
Current assignee: Robert Bosch GmbH; Samsung SDI Co Ltd
Priority date: 2013-02-06
Filing date: 2013-02-06
Publication date: 2014-08-07

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Akkumulator (1) mit einem zumindest teilweise elektrisch leitfähig ausgebildeten Gehäuse (2) und einer in dem Gehäuse (2) angeordneten galvanischen Zelle (3), wobei eine Elektrode (4) der galvanischen Zelle (3) über eine elektrische Sicherung (5) elektrisch leitend mit dem Gehäuse (2) verbunden ist und eine weitere Elektrode (6) der galvanischen Zelle (3), deren Polarität entgegengesetzt zu der Polarität der elektrisch leitend mit dem Gehäuse (2) verbundenen Elektrode (4) ist, in einem Normalzustand des Akkumulators (1) über eine elektrische Isolierung (7) gegenüber dem Gehäuse (2) elektrisch isoliert ist, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Formgebung der elektrischen Isolierung (7) bei einer plastischen Verformung des Gehäuses (2) und einer dadurch bedingten Kraftbeaufschlagung der elektrischen Isolierung (7) durch gleichzeitige körperliche Kontakte mit dem Gehäuse (2) und der in dem Normalzustand des Akkumulators (1) elektrisch gegenüber dem Gehäuse (2) isolierten Elektrode (6) derart ändert, dass ein unmittelbarer körperlicher und elektrisch leitender Kontakt zwischen dem Gehäuse (2) und der in dem Normalzustand des Akkumulators (1) elektrisch gegenüber dem Gehäuse (2) isolierten Elektrode (6) ausgebildet werden kann.

Description

Stand der Technik
Akkumulatoren werden in unterschiedlichen Bereichen eingesetzt. Bekannt ist beispielsweise der mobile Einsatz von Akkumulatoren in elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugen, insbesondere Elektrokraftfahrzeugen und Hybridelektrokraftfahrzeugen, um mit den Akkumulatoren elektrische Antriebseinrichtungen der Kraftfahrzeuge mit elektrischer Energie zu versorgen. Des Weiteren sind mobile Anwendungen von Akkumulatoren unter anderem im Verbraucher-Bereich, beispielsweise in Laptops, Mobiltelefonen und ähnlichem, bekannt. Daneben werden Akkumulatoren auch stationär, beispielsweise in Windkraftanlagen, eingesetzt. Für diese nicht abschließend aufgezählten Anwendungen werden an Akkumulatoren sehr hohe Anforderungen bezüglich ihrer Zuverlässigkeit, Leistungsfähigkeit und Lebensdauer gestellt.
Ein Akkumulator weist ein Gehäuse auf, in dem eine galvanische Zelle angeordnet ist. Die galvanische Zelle wird üblicherweise über elektrisch nicht leitfähige Abstützelemente (sogenannte „retainer“) gegenüber dem Gehäuse isoliert, wobei sich die galvanische Zelle gleichzeitig über die Abstützelemente gegen das Gehäuse abstützen kann. Ein solches Abstützelement kann beispielsweise aus Kunststoff gebildet sein.
Ein Gehäuse eines Akkumulators umfasst beispielsweise einen die galvanische Zelle aufnehmenden Aufnahmekörper (sogenannte „can“) aus Aluminium- oder Stahlblech und einen den Aufnahmekörper verschließenden metallischen Deckel (sogenannte „cap plate“), wobei der Deckel bei der Herstellung eines entsprechenden Akkumulators für gewöhnlich luftdicht mit dem Aufnahmekörper verschweißt wird. Ein solches Gehäuse ist unter geringen mechanischen Belastungen formstabil, das heißt, dass es zum Beispiel kleinere Stöße ohne plastische Verformungen überstehen kann.
Es ist bekannt, wenigstens eine Elektrode der galvanischen Zelle über eine elektrische Sicherung mit dem Gehäuse des Akkumulators zu verbinden. Die elektrische Sicherung dient im Falle eines Kurzschlusses zwischen den Elektroden der galvanischen Zelle dazu, zu verhindern, dass das Gehäuse des Akkumulators unter elektrische Spannung gesetzt wird.
Offenbarung der Erfindung
Gegenstand der Erfindung ist ein Akkumulator mit einem zumindest teilweise elektrisch leitfähig ausgebildeten Gehäuse und einer in dem Gehäuse angeordneten galvanischen Zelle, wobei eine Elektrode der galvanischen Zelle über eine elektrische Sicherung elektrisch leitend mit dem Gehäuse verbunden ist und eine weitere Elektrode der galvanischen Zelle, deren Polarität entgegengesetzt zu der Polarität der elektrisch leitend mit dem Gehäuse verbundenen Elektrode ist, in einem Normalzustand des Akkumulators über eine elektrische Isolierung gegenüber dem Gehäuse elektrisch isoliert ist, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Formgebung der elektrischen Isolierung bei einer plastischen Verformung des Gehäuses und einer dadurch bedingten Kraftbeaufschlagung der elektrischen Isolierung durch gleichzeitige körperliche Kontakte mit dem Gehäuse und der in dem Normalzustand des Akkumulators elektrisch gegenüber dem Gehäuse isolierten Elektrode derart ändert, dass ein unmittelbarer körperlicher und elektrisch leitender Kontakt zwischen dem Gehäuse und der in dem Normalzustand des Akkumulators elektrisch gegenüber dem Gehäuse isolierten Elektrode ausgebildet werden kann.
Unter dem Normalzustand des Akkumulators soll insbesondere ein Zustand verstanden werden, bei dem das Gehäuse des Akkumulators nicht durch äußere mechanische Krafteinwirkung plastisch verformt ist.
Grundsätzlich soll nicht ausgeschlossen sein, dass sich die Formgebung der elektrischen Isolierung auch bei einer elastischen Verformung des Gehäuses aufgrund eines mechanischen Kraftstoß bestimmter Größe derart ändert, dass ein unmittelbarer körperlicher und elektrisch leitender Kontakt zwischen dem Gehäuse und der in dem Normalzustand des Akkumulators elektrisch gegenüber dem Gehäuse isolierten Elektrode ausgebildet werden kann. Wesentlich ist jedoch, dass sich die Formgebung der elektrischen Isolierung zumindest bei einer plastischen Verformung des Gehäuses des Akkumulators entsprechend ändert.
Kommt es bei plastischer Verformung des Gehäuses des erfindungsgemäßen Akkumulators zu einem unmittelbaren körperlichen und elektrisch leitenden Kontakt zwischen dem Gehäuse und der in dem Normalzustand des Akkumulators elektrisch gegenüber dem Gehäuse isolierten Elektrode, werden die Elektroden der galvanischen Zelle des Akkumulators über das Gehäuse kurzgeschlossen. Hierdurch wird die elektrische Sicherung des Akkumulators, über die eine Elektrode der galvanischen Zelle im Normalzustand des Akkumulators elektrisch leitend mit dem Gehäuse verbunden ist, ausgelöst, wodurch diese Elektrode elektrisch von dem Gehäuse getrennt wird. Damit kann der Kurzschluss zwischen den Elektroden der galvanischen Zelle beseitigt werden.
Gemäß der Erfindung lässt sich somit im Falle einer plastischen Verformung des Gehäuses eines Akkumulators gezielt die elektrische Sicherung des Akkumulators auslösen, um zu verhindern, dass das Gehäuse des Akkumulators unter elektrische Spannung gesetzt wird. Hierdurch kann insbesondere verhindert werden, dass weitere Komponenten eines entsprechend ausgestatteten Kraftfahrzeugs mit elektrischer Spannung beaufschlagt werden, wenn sie zum Beispiel in körperlichen Kontakt mit dem Akkumulator gelangen, dessen Gehäuse beispielsweise bei einem Unfall eines entsprechend ausgestatteten Kraftfahrzeugs plastisch verformt worden ist. Somit schützt die Erfindung die Insassen eines entsprechend ausgestatteten Kraftfahrzeugs im Falle eines Unfalls vor lebensgefährlichen Stromschlägen. Auch am Unfallort tätige Rettungskräfte und mit der Reparatur des verunfallten Kraftfahrzeugs befasste Monteure werden durch die Erfindung vor lebensgefährlichen Stromschlägen geschützt.
Würde die elektrische Isolierung bei einer plastischen Verformung des Gehäuses des Akkumulators ihre Formgebung nicht entsprechend ändern, wäre die Ausbildung eines unmittelbaren körperlichen und elektrisch leitenden Kontakts zwischen dem Gehäuse und der in dem Normalzustand des Akkumulators elektrisch gegenüber dem Gehäuse isolierten Elektrode nicht gezielt möglich, wodurch die elektrische Sicherung des Akkumulators höchstwahrscheinlich nicht ausgelöst werden würde. Somit kann bei einem derartigen Akkumulator nicht ausgeschlossen werden, dass das Gehäuse des Akkumulators bei plastischer Verformung des Gehäuses unter elektrische Spannung gesetzt wird.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die elektrische Isolierung wenigstens ein Isolationselement, welches zumindest teilweise zwischen wenigstens einem benachbart zu der in dem Normalzustand des Akkumulators gegenüber dem Gehäuse elektrisch isolierten Elektrode angeordneten Gehäuseabschnitt und dieser Elektrode angeordnet ist. Das Isolationselement kann gleichzeitig zur Abstützung der galvanischen Zelle gegen das Gehäuse dienen.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist das Isolationselement starr ausgebildet. Alternativ könnte das Isolationselement auch flexibel ausgebildet sein.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass an dem Isolationselement wenigstens eine Sollbruchstelle ausgebildet ist. Insbesondere ist vorgesehen, dass das Isolationselement bei einer plastischen Verformung des Gehäuses des Akkumulators an der Sollbruchstelle aufbricht, wodurch sich die Formgebung der elektrischen Isolierung derart ändert, dass ein unmittelbarer körperlicher und elektrisch leitender Kontakt zwischen dem Gehäuse und der in dem Normalzustand des Akkumulators elektrisch gegenüber dem Gehäuse isolierten Elektrode ausgebildet werden kann. Die Sollbruchstelle kann durch eine Materialverjüngung ausgebildet sein. Die Anzahl der vorhandenen Sollbruchstellen und die Formgebung der jeweiligen Sollbruchstelle kann an die jeweiligen technischen Gegebenheiten und Anforderungen angepasst werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist an der der galvanischen Zelle zugewandten Seite des Gehäuseabschnitts und/oder an der dem Gehäuseabschnitt zugewandten Seite der galvanischen Zelle wenigstens ein Vorsprung angeordnet, wobei der Vorsprung bei plastischer Verformung des Gehäuses mit Kraft gegen die Sollbruchstelle beaufschlagt wird und/oder wobei die Sollbruchstelle bei plastischer Verformung des Gehäuses mit Kraft gegen den Vorsprung beaufschlagt wird. Durch das Zusammenwirken von Vorsprung bzw. Vorsprüngen und Sollbruchstelle kann zuverlässig gewährleistet werden, dass es bei einer plastischen Verformung des Gehäuses des Akkumulators zu einer gewünschten Änderung der Formgebung der elektrischen Isolierung kommt. Die Anzahl der vorhandenen Vorsprünge sowie deren Formgebung sind vorzugsweise an der jeweiligen technischen Gegebenheiten und Anforderungen angepasst.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist das Isolationselement derart ausgebildet ist, dass es bei plastischer Verformung des Gehäuses durch einen unmittelbaren körperlichen Kontakt mit dem Gehäuseabschnitt und der galvanischen Zelle zumindest zweigeteilt wird. Die Zweiteilung stellt eine Art der Änderung der Formgebung der elektrischen Isolierung dar, welche auf einfache Weise einen unmittelbaren körperlichen Kontakt und somit einen elektrisch leitenden Kontakt zwischen dem Gehäuse und der in dem Normalzustand des Akkumulators elektrisch gegenüber dem Gehäuse isolierten Elektrode ermöglicht, insbesondere da es möglich ist, dass die zwei Teile des Isolationselementes nach ihrer Trennung voneinander zur Freigabe zumindest eines Spaltes relativ zueinander verlagert werden.
Im Folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Figuren anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils für sich genommen als auch in verschiedener Kombination miteinander einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigen
1: eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels für den erfindungsgemäßen Akkumulator,
2a: eine schematische Teildarstellung eines horizontalen Querschnitts durch ein weiteres Ausführungsbeispiel für den erfindungsgemäßen Akkumulator in einem Normalzustand, und
2b: eine schematische Teildarstellung eines Querschnitts des in 2 gezeigten Akkumulators nach plastischer Verformung des Gehäuses des Akkumulators.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels für den erfindungsgemäßen Akkumulator 1. Der Akkumulator 1 weist ein elektrisch leitfähig ausgebildetes Gehäuse 2 aus Aluminium oder Stahl auf. Des Weiteren weist der Akkumulator 1 eine in dem Gehäuse 2 angeordnete galvanische Zelle 3 auf. Eine Elektrode 4, nämlich die positive Elektrode, der galvanischen Zelle 3 ist über eine elektrische Sicherung 5 elektrisch leitend mit dem Gehäuse 2 verbunden. Eine weitere Elektrode 6, nämlich die negative Elektrode, der galvanischen Zelle, ist in dem gezeigten Normalzustand des Akkumulators 1 über eine elektrische Isolierung 7 und eine elektrisch isolierende Dichtung 13 gegenüber dem Gehäuse 2 elektrisch isoliert.
Die elektrische Isolierung 7 umfasst ein starr ausgebildetes Isolationselement 8, welches zumindest teilweise zwischen der Elektrode 6 und dem hierzu benachbart angeordneten Gehäuseabschnitt 9 des Gehäuses 2 angeordnet ist.
2a zeigt eine schematische Teildarstellung eines Querschnitts durch ein weiteres Ausführungsbeispiel für den erfindungsgemäßen Akkumulator 1 in einem Normalzustand des Akkumulators, das heißt in einem Zustand, in dem das Gehäuse 2 nicht plastisch verformt ist. Das Isolationselement 8 weist eine zur Mitte des Isolationselementes 8 zunehmende Materialverjüngung auf, die über wenigstens einen Teil der senkrecht auf der Blattebene stehenden Längserstreckung des Isolationselementes 8 verläuft. Durch diese Materialverjüngung wird an dem Isolationselement 8 eine Sollbruchstelle 10 ausgebildet. An der dem Gehäuseabschnitt 9 zugewandten Seite der galvanischen Zelle 3 bzw. der Elektrode 6 der galvanischen Zelle 3 ist ein Vorsprung 11 angeordnet. Der Vorsprung 11 ist komplementär zu der an dem Isolationselement 8 angeordneten Materialverjüngung ausgebildet.
2b zeigt eine schematische Teildarstellung eines Querschnitts des in 2 gezeigten Akkumulators 1 mit plastisch verformtem Gehäuse 2. Der Vorsprung 11 ist während der plastischen Verformung des Gehäuses 2 mit Kraft gegen die Sollbruchstelle 9 beaufschlagt worden. Gleichzeitig kann die Sollbruchstelle 9 bei der plastischen Verformung des Gehäuses 2 mit Kraft gegen den Vorsprung 11 beaufschlagt worden sein. Dies hängt von der Art der jeweilig erfolgenden plastischen Verformung des Gehäuses 2 ab bzw. davon, wo an dem Gehäuse 2 die plastische Verformung erfolgt ist. Durch den bei der plastischen Verformung auftretenden unmittelbaren körperlichen Kontakt des Isolationselementes 8 mit dem Gehäuseabschnitt 9 und der galvanischen Zelle 3 ist das Isolationselement 8 entlang der Sollbruchstelle 9 in zwei Teile 12 und 14 geteilt worden. Die Formgebung des Isolationselementes 8 und somit der elektrischen Isolierung 7 hat sich folglich bei der plastischen Verformung des Gehäuses 2 derart verändert, dass ein unmittelbarer körperlicher und elektrisch leitender Kontakt zwischen dem Gehäuse 2 und der Elektrode 6 ausgebildet werden kann.

Claims

Akkumulator (1) mit einem zumindest teilweise elektrisch leitfähig ausgebildeten Gehäuse (2) und einer in dem Gehäuse (2) angeordneten galvanischen Zelle (3), wobei eine Elektrode (4) der galvanischen Zelle (3) über eine elektrische Sicherung (5) elektrisch leitend mit dem Gehäuse (2) verbunden ist und eine weitere Elektrode (6) der galvanischen Zelle (3), deren Polarität entgegengesetzt zu der Polarität der elektrisch leitend mit dem Gehäuse (2) verbundenen Elektrode (4) ist, in einem Normalzustand des Akkumulators (1) über eine elektrische Isolierung (7) gegenüber dem Gehäuse (2) elektrisch isoliert ist, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Formgebung der elektrischen Isolierung (7) bei einer plastischen Verformung des Gehäuses (2) und einer dadurch bedingten Kraftbeaufschlagung der elektrischen Isolierung (7) durch gleichzeitige körperliche Kontakte mit dem Gehäuse (2) und der in dem Normalzustand des Akkumulators (1) elektrisch gegenüber dem Gehäuse (2) isolierten Elektrode (6) derart ändert, dass ein unmittelbarer körperlicher und elektrisch leitender Kontakt zwischen dem Gehäuse (2) und der in dem Normalzustand des Akkumulators (1) elektrisch gegenüber dem Gehäuse (2) isolierten Elektrode (6) ausgebildet werden kann.
Akkumulator (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Isolierung (7) wenigstens ein Isolationselement (8) umfasst, welches zumindest teilweise zwischen wenigstens einem benachbart zu der in dem Normalzustand des Akkumulators (1) gegenüber dem Gehäuse (2) elektrisch isolierten Elektrode (6) angeordneten Gehäuseabschnitt (9) und dieser Elektrode (6) angeordnet ist.
Akkumulator (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolationselement (8) starr ausgebildet ist.
Akkumulator (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Isolationselement (8) wenigstens eine Sollbruchstelle (10) ausgebildet ist.
Akkumulator (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass an der der galvanischen Zelle (3) zugewandten Seite des Gehäuseabschnitts (9) und/oder an der dem Gehäuseabschnitt (9) zugewandten Seite der galvanischen Zelle (3) wenigstens ein Vorsprung (11) angeordnet ist, wobei der Vorsprung (11) bei plastischer Verformung des Gehäuses (2) mit Kraft gegen die Sollbruchstelle (10) beaufschlagt wird und/oder wobei die Sollbruchstelle (10) bei plastischer Verformung des Gehäuses (2) mit Kraft gegen den Vorsprung (11) beaufschlagt wird.
Akkumulator (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolationselement (8) derart ausgebildet ist, dass es bei plastischer Verformung des Gehäuses (2) durch einen unmittelbaren körperlichen Kontakt mit dem Gehäuseabschnitt (9) und der galvanischen Zelle (3) zumindest zweigeteilt wird.