DE102012000099A1

DE102012000099A1 - Sekundärzelle und Verfahren zum Betrieb einer solchen

Info

Publication number: DE102012000099A1
Application number: DE102012000099A
Authority: DE
Inventors: Tim Schäfer
Original assignee: Li Tec Battery GmbH
Current assignee: Li Tec Battery GmbH
Priority date: 2012-01-04
Filing date: 2012-01-04
Publication date: 2013-07-04
Also published as: WO2013102481A3; US20130189548A1; WO2013102481A2

Abstract

Eine Sekundärzelle (1) weist eine wiederaufladbare Elektrodenbaugruppe (2) auf, welche vorgesehen ist, zumindest zeitweise elektrische Energie zur Verfügung zu stellen, und welche wenigstens zwei Elektroden (2a, 2b) unterschiedlicher Polarität und einen Separator, der zwischen diesen Elektroden angeordnet ist, aufweist. Weiter weist die Sekundärzelle (1) wenigstens eine Stromleiteinrichtung (3) auf, welche vorgesehen ist, einem Verbraucher elektrische Energie aus der Elektrodenbaugruppe (2) zur Verfügung zu stellen, und welche mit der Elektrodenbaugruppe elektrisch leitend verbunden ist. Außerdem sind bei der Sekundärzelle (1) wenigstens eine Messeinrichtung (6) zum Detektieren eines Betriebszustandes, insbesondere eines Betriebszustandes der Elektrodenbaugruppe (2) und eine Sicherheitsvorrichtung (8) zum Reduzieren eines Stromleitungsquerschnitts der Stromleiteinrichtung (3) und damit Herbeiführen eines Sicherheitszustandes, wenn die Messeinrichtung (6) einen Fehlbetriebszustand detektiert, welcher von einem Normalbetriebszustand abweicht, vorgesehen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine wiederaufladbare elektrochemische Energiespeicherzelle, nachfolgend Sekundärzelle genannt, für eine Batterie, und ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Sekundärzelle. Die Erfindung wird im Zusammenhang mit Lithium-Ionen-Batterien zur Versorgung von Elektromotoren in Kfz-Antrieben beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass die Erfindung auch unabhängig von der Art der Sekundärzelle bzw. der Batterie und unabhängig von der Art des versorgten Antriebs bzw. des Einsatzbereiches Verwendung finden kann.
Im Stand der Technik sind Batterien mit mehreren Sekundärzellen zur Versorgung von elektrischen Verbrauchern, insbesondere von Kfz-Antrieben bekannt. Die Sekundärzellen weisen jeweils eine Umhüllung, eine Elektrodenbaugruppe zum Bereitstellen elektrischer Energie und zumeist zwei Stromleiteinrichtungen auf. Die Stromleiteinrichtungen erstrecken sich zumindest teilweise aus der Umhüllung in die Umgebung der Sekundärzelle und/oder sind über die Umhüllung aus der Umgebung zugänglich. Innerhalb der Umhüllung sind die Elektrodenbaugruppen und die Stromleiteinrichtung elektrisch leitend miteinander verbunden. Außerhalb der Umhüllung kann über die Stromleiteinrichtungen wenigstens ein Verbraucher elektrisch angeschlossen und somit ein elektrischer Stromkreis geschlossen werden, um den Verbraucher zu versorgen.
Thermische und mechanische Belastungen sowie ein Eindringen, insbesondere elektrisch leitender Fluide, können die Integrität einer Sekundärzelle gefährden. Dadurch begründet sich eine Gefahr für die Umgebung der Sekundärzelle.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Sekundärzelle mit erhöhter Sicherheit zur Verfügung zu stellen.
Diese Aufgabe wird durch eine Sekundärzelle mit den Merkmalen des Anspruches 1 und ein Verfahren zum Betrieb einer Sekundärzelle mit den Merkmalen des Anspruches 9 gelöst. Besonders bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die erfindungsgemäße Sekundärzelle weist eine wiederaufladbare Elektrodenbaugruppe auf, welche vorgesehen ist, elektrische Energie zumindest zeitweise zur Verfügung zu steilen, und welche wenigstens zwei Elektroden unterschiedlicher Polarität und einen Separator, der zwischen diesen Elektroden angeordnet ist, aufweist. Weiter weist die Sekundärzelle wenigstens eine, zumeist zwei Stromleiteinrichtungen auf, welche vorgesehen ist, einem Verbraucher elektrische Energie aus der Elektrodenbaugruppe zur Verfügung zu stellen, und welche mit der Elektrodenbaugruppe elektrisch leitend verbunden ist. Die erfindungsgemäße Sekundärzelle weist zudem auf: wenigstens eine Messeinrichtung, welche dafür vorgesehen ist, einen Betriebszustand, insbesondere einen Betriebszustand der Elektrodenbaugruppe, zu detektieren, und eine Sicherheitsvorrichtung, die dafür vorgesehen ist, einen Stromleitquerschnitt der Stromleiteinrichtung zu reduzieren und damit einen Sicherheitszustand herbeizuführen, wenn die Messeinrichtung einen Fehlbetriebszustand detektiert, welcher von einem Normalbetriebszustand abweicht.
Im Normalbetriebszustand der Sekundärzelle weist die Stromleiteinrichtung einen bestimmten Stromleitungsquerschnitt auf. Die Sicherheitsvorrichtung ist dazu ausgestaltet, diesen Stromleitungsquerschnitt der Stromleiteinrichtung dann zu reduzieren, wenn durch die wenigstens eine Messeinrichtung ein Fehlbetriebszustand der Sekundärzelle erfasst wird, der von einem Normalbetriebzustand abweicht.
Bei der erfindungsgemäßen Sekundärzelle wird ein Übergang in den Sicherheitszustand initiiert, in dem der Stromleitungsquerschnitt der Stromleiteinrichtung verringert ist, wenn insbesondere auf Basis des Wertes wenigstens eines Betriebsparameters auf einen unsicheren und/oder ungewissen Zustand der Sekundärzelle und/oder ihrer Umgebung geschlossen wird. Durch die Verringerung des Stromleiterquerschnitts wird der Stromfluss zum Verbraucher verringert. Ein Austausch von Energie mit der Elektrodenbaugruppe der Sekundärzelle ist dann nur noch eingeschränkt möglich. Damit sinkt das Gefährdungspotenzial, insbesondere durch einen unkontrollierten Austausch von Energie mit der Elektrodenbaugruppe der Sekundärzelle, welches von dem durch die Sekundärzelle versorgten Stromkreis ausgeht.
Vorzugsweise ist die Sekundärzelle dazu eingerichtet, durch die Sicherheitsvorrichtung in den Sicherheitszustand überführt zu werden, wenn die Temperatur in der Sekundärzelle 70, 80, 90, 100 oder 110°C übersteigt und/oder wenn das Verhältnis von Innendruck zu Umgebungsdruck der Sekundärzelle 1.1, 1.2, 1.5, 1.7, 2, 5 oder 10 übersteigt.
Unter einer Elektrodenbaugruppe im Sinn der Erfindung ist eine Einrichtung zu verstehen, welche insbesondere zur Bereitstellung elektrischer Energie dient. Dazu weist die Elektrodenbaugruppe wenigstens zwei Elektroden unterschiedlicher Polarität auf, wobei die Elektroden über einen Separator beabstandet sind. Die Elektrodenbaugruppe ist entladbar und wiederaufladbar, wobei während des Lade- bzw. Entladevorgangs Ionen des Elektrolyts durch den Separator hindurch diffundieren. Beim Laden der Sekundärzelle erfolgt in der Elektrodenbaugruppe eine Wandlung der elektrischen Energie des Ladestroms in chemische Energie. Beim Entladen wird die chemische Energie in elektrische Energie zurückgewandelt und ein Elektronenstrom erzeugt, mit dem insbesondere ein Verbraucher elektrisch versorgt werden kann.
Eine Elektrode weist insbesondere eine metallische Kollektorfolie auf. Eine aktive Elektrodenmasse ist auf die Kollektorfolie aufgetragen. Vorzugsweise bleibt ein Bereich der Kollektorfolie frei von der aktiven Elektrodenmasse. Vorzugsweise weist die Kollektorfolie die Materialen Kupfer und/oder Aluminium auf.
Erfindungsgemäß wird vorzugsweise ein Separator verwendet, welcher nicht oder nur schlecht elektronenleitend ist, und welcher aus einem zumindest teilweise stoffdurchlässigen Träger besteht. 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) aufweist, 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 weist bevorzugt wenigstens eine Verbindung aus der Gruppe der Oxide, Phosphate, Sulfate, Titanate, Silikate, Aluminosilikate mit wenigstens einem der Elemente Zr, Al, Li auf, besonders bevorzugt Zirkonoxid. Bevorzugt weist das anorganische, ionenleitende Material Partikel mit einem größten Durchmesser unter 100 nm auf. Ein solcher Separator wird insbesondere unter dem Handelsnamen ”Separion” von der Evonik AG in Deutschland vertrieben.
Die Elektrodenbaugruppe der Sekundärzelle ist vorzugsweise von einer Umhüllung zumindest teilweise umgeben. Unter einer Umhüllung im Sinn der Erfindung wird insbesondere eine Einrichtung verstanden, welche die Sekundärzelle zumindest teilweise umgibt und die Sekundärzelle zu ihrer Umgebung hin abgrenzt. Vorzugsweise ist die Umhüllung formsteif ausgebildet, um eine stabile Struktur bereitzustellen und als mechanische Aufnahme für Komponenten der Sekundärzelle zu dienen und/oder zur festen Anordnung der Sekundärzelle in eine übergeordnete Batterie. Besonders bevorzugt ist die Umhüllung mit einem Metall, bevorzugt Aluminium, Kupfer, Eisen und/oder Legierungen daraus ausgebildet. Vorzugsweise ist die Umhüllung folienartig ausgebildet, um eine zumindest teilweise adaptive mechanische Struktur bereitzustellen, in der sich Komponenten der Sekundärzelle befinden. Diese Ausführungsform bietet den Vorteil, dass die Komponenten der Sekundärzelle gegen Umwelteinflüsse geschützt sind, insbesondere gegen mechanische Belastung, gegen thermische Belastung, gegen Fluide und/oder Flüssigkeiten. Vorzugsweise ist die Umhüllung mit zumindest einer Polymerschicht und einer Metallschicht ausgebildet.
Vorzugsweise weist die erfindungsgemäße Sekundärzelle Lithium-Ionen auf. Diese Ausführung bietet den Vorteil einer erhöhten Energiedichte der Sekundärzelle, insbesondere einer Energiedichte von wenigstens 40 Wh/kg.
Unter einer Stromleiteinrichtung im Sinn der Erfindung ist eine Einrichtung zur elektrischen Verbindung zwischen einer Elektrode der Elektrodenbaugruppe und einem Anschluss eines elektrischen Verbrauchers zu verstehen, so dass aus einer Verbindung der positiven Elektrode mit dem elektrischen Verbraucher und einer Verbindung der negativen Elektrode mit diesem Verbraucher über jeweils eine Stromleiteinrichtung ein elektrischer Stromkreis geschlossen werden kann. Die Stromleiteinrichtung weist insbesondere eine Ableiterfahne auf, die insbesondere mit der Kollektorfolie einstückig verbunden ist. Vorzugsweise erstreckt sich die Ableiterfahne über einen zur Elektrode benachbarten Separator hinaus. Bevorzugt weist die Stromleiteinrichtung einen Stromableiter auf, der insbesondere teilweise aus der Umhüllung hervorsteht und/oder eine elektrische Zuleitung, die insbesondere mit dem Verbraucher verbunden ist oder mit einer Einrichtung, die einer Verbindung der Zuleitung zum Verbraucher dient, insbesondere einem Stecker.
Unter einem Normalbetriebszustand im Sinn der Erfindung wird ein Zustand der Sekundärzelle verstanden, in dem die Integrität der Sekundärzelle, insbesondere durch äußere Einflüsse, nicht gefährdet ist. Insbesondere findet im Normalbetriebszustand kein Austausch von Substanzen mit der Umgebung statt. Vorzugsweise wird unter einem Normalbetriebszustand ein Zustand der Sekundärzelle verstanden, in welchem sich ein Betriebsparameter in einem vorbestimmten, insbesondere zugehörigen Betriebsparameterintervall befindet. Insbesondere kann ein Normalbetriebszustand ein Zustand sein, in dem sich ein Betriebsparameter kürzer als während eines vorbestimmten Zeitintervalls außerhalb eines vorbestimmten Betriebsparameterintervalls befindet. Vorzugsweise ist durch den Normalbetriebszustand ein Zustand bezeichnet, in dem die Sekundärzelle zur Energieversorgung einer Last genutzt wird, nachfolgend Versorgungszustand genannt, oder durch eine Energiequelle aufgeladen wird, nachfolgend Ladezustand genannt. Weiterhin vorzugsweise ist durch den Normalbetriebszustand ein Zustand bezeichnet, in dem die Sekundärzelle in einen Versorgungszustand und/oder einen Ladezustand überführt werden kann.
Unter einem Fehlbetriebszustand im Sinn der vorliegenden Erfindung wird ein Zustand verstanden, der von dem Normalbetriebszustand der Sekundärzelle abweicht. Unter Abweichen im Sinn der Erfindung wird insbesondere verstanden, dass die Zustände nach einem vorgegebenen Kriterium nicht identisch sind. Insbesondere kann unter einem Fehlbetriebszustand ein Zustand der Sekundärzelle verstanden werden, in dem wenigstens ein Betriebsparameter sich außerhalb eines vorbestimmten Betriebsparameterintervalls befindet, insbesondere länger als während eines vorbestimmten Zeitintervalls.
Unter einem Betriebsparameter im Sinn der Erfindung wird eine insbesondere zeitabhängige Variable verstanden, welche vorzugsweise durch einen Sensor, insbesondere mittelbar und/oder unmittelbar, erfasst werden kann, oder eine Variable, deren Wert vorzugsweise durch eine Verarbeitungseinheit, insbesondere durch deduktive und/oder induktive kausale Schlüsse, ermittelt wird. Insbesondere werden unter einem Betriebsparameter eine Stromstärke, eine Spannung, eine Temperatur, ein Zeitintervall, ein Druck, ein pH-Wert, eine Position und/oder deren zeitliche Ableitungen verstanden. Weiterhin stellen Insbesondere durch mathematisch-logische Funktionen zusammengesetzte Größen Betriebsparameter dar. Bevorzugt stellen Betriebsparameter Größen der Sekundärzelle dar.
Unter einem Betriebsparameterintervall im Sinn der Erfindung wird eine Menge von Werten verstanden, die ein Betriebsparameter annehmen darf, um einen ordnungsgemäßen Betrieb der Sekundärzelle zu gewährleisten. Insbesondere kann das Betriebsparameterintervall als linksseitig unendliches Intervall [-∞, p] oder als rechtsseitig unendliches Intervall [p, ∞] definiert sein, wenn nur eine Parametergrenze p angegeben ist. In diesem Fall wird vom Verlassen des Betriebsparameterintervalls ausgegangen, falls der Grenzwert p überschritten wird (linksseitig unendliches Intervall) oder falls der Grenzwert p unterschritten wird (rechtsseitig unendliches Intervall). In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Betriebsparameterintervall durch ein komplementäres Ausschlussintervall definiert. Dementsprechend ist ein Betriebsparameter außerhalb eines Betriebsparameterintervalls, wenn er sich im Ausschlussintervall befindet.
Unter einem Sicherheitszustand im Sinn der vorliegenden Erfindung wird ein Betriebszustand der Sekundärzelle verstanden, in dem der Stromleitungsquerschnitt der Stromleiteinrichtung durch die Sicherheitsvorrichtung verringert wurde.
Erfindungsgemäß weist die Sekundärzelle eine Messeinrichtung zum Erfassen wenigstens eines Betriebszustandes auf. Insbesondere weist die Messeinrichtung wenigstens einen Sensor auf, der insbesondere einen der oben definierten Betriebsparameter erfassen kann. Vorzugsweise beinhaltet die Messeinrichtung eine Recheneinheit, in der Messsignale nach vorgegebener Art und Weise mathematisch-logisch weiterverarbeitet werden können. Außerdem weist die Messeinrichtung vorzugsweise eine Ausgabeeinheit auf, insbesondere eine analoge und/oder digitale Schnittstelle, über welche Messsignale, die weiterverarbeiteten Messsignale und/oder Informationen über die Messsignale bereitgestellt werden können. Vorzugsweise ist der Messeinrichtung eine Speichereinheit zugeordnet, in der insbesondere wenigstens ein Betriebsparameterintervall gespeichert ist. Bevorzugt ist die Messeinrichtung in die Sekundärzelle integriert und/oder neben dieser angeordnet. Dadurch kann insbesondere eine kompakte Bauweise realisiert und/oder die Wartung der Sekundärzelle samt Zellsteuereinrichtung vereinfacht werden.
Erfindungsgemäß weist die Sekundärzelle eine Sicherheitsvorrichtung auf. Diese Sicherheitsvorrichtung ist dazu eingerichtet, einen Sicherheitszustand für die Sekundärzelle herbeizuführen, indem eine Verringerung des Stromleitungsquerschnitts der Stromleiteinrichtung bewirkt wird. Diese Verringerung führt zu einer Erhöhung des elektrischen Widerstands der Stromleiteinrichtung. Insbesondere ist die Sicherheitsvorrichtung dazu eingerichtet, eine Verringerung des Stromleitungsquerschnitts auf einen Wert, der zwischen wenigstens 0.01, 0.05, 0.1 oder 0.2 und und/oder maximal 0.1, 0.2, 0.4 oder 0.8 des Ausgangs-Stromleitungsquerschnitts liegt, zu bewirken. Vorzugsweise bewirkt die Sicherheitsvorrichtung eine Verringerung des Stromleitungsquerschnitts auf Null, sodass der Verbraucherstromkreis unterbrochen ist und der Verbraucher aus der Sekundärzelle nicht mehr mit Energie versorgt wird. Die Sicherheitsvorrichtung kann insbesondere auf Anweisung einer Steuereinrichtung, insbesondere der Zellsteuereinrichtung, aktiviert bzw. ausgelöst werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung detektiert die Messeinrichtung einen Fehlbetriebszustand der Sekundärzelle, falls ein Betriebsparameter, insbesondere ein Betriebsparameter der Sekundärzelle, länger als während eines vorbestimmten Zeitintervalls außerhalb eines vorbestimmten Betriebsparameterintervalls liegt.
Vorzugsweise kann ein Übergang der Sekundärzelle in den Sicherheitszustand vorbereitet, aber noch nicht ausgelöst werden, wenn ein Betriebsparameter sich während eines vorbestimmten Zeitintervalls nicht in dem vorbestimmten Betriebsparameterintervall befindet, und kann insbesondere unter dieser Bedingung ausgelöst werden, dass sich der Betriebsparameter während eines vorbestimmten Zeitintervalls außerhalb des Betriebsintervalls befindet.
Nach einer bevorzugten Weiterbildung ist der Sekundärzelle eine Zellsteuereinrichtung zugeordnet, die dazu eingerichtet ist, einen Zustandsübergang der Sekundärzelle einzuleiten. Vorzugsweise ist die Zellsteuereinrichtung zum Verarbeiten wenigstens eines Messwerts eingerichtet. Ein solcher Messwert kann insbesondere entweder einen Betriebsparameter der Sekundärzelle oder ihrer Umgebung repräsentieren und/oder eine mathematisch-logische Verknüpfung basierend auf wenigstens einem solchen Betriebsparameter. Ein Betriebsparameter der Umgebung der Sekundärzelle kann insbesondere ein Betriebsparameter einer Batterie sein, welche diese Sekundärzelle beinhaltet. Bevorzugt ist die Zellsteuereinrichtung in die Sekundärzelle integriert und/oder neben dieser angeordnet. Dadurch kann insbesondere eine kompakte Bauweise realisiert und/oder die Wartung der Sekundärzelle samt Zellsteuereinrichtung vereinfacht werden. Vorzugsweise ist die Zellsteuereinrichtung einstückig mit einer Steuereinrichtung einer übergeordneten Batterie oder eines Kfz ausgebildet.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Sekundärzelle eine Zellsteuereinrichtung auf, die eingerichtet ist zum Verarbeiten eines Messwerts, insbesondere zum Verarbeiten eines Messwerts, der stellvertretend für einen Betriebsparameter dieser Sekundärzelle ist; und/oder zum Verarbeiten eines Messwerts, der einen Betriebsparameter einer Umgebung der Sekundärzelle, vorzugsweise einer übergeordneten und/oder eines zu versorgenden Verbrauchers repräsentiert.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Sicherheitsvorrichtung eine pyrotechnische Einrichtung auf, die zumindest mittelbar einer Verringerung des Stromleitungsquerschnitts der Stromleiteinrichtung dient. Eine Aktivierung der Sicherheitsvorrichtung kann insbesondere eine Zündung einer Explosionsladung bewirken. Dadurch werden mechanische Kräfte auf die Stromleiteinrichtung, insbesondere auf Teile der Stromleiteinrichtung ausgeübt, so dass insbesondere Teile der Stromleiteinrichtung durch die mechanische Kräfte herausgelöst und/oder unterbrochen werden können und dadurch der elektrisch leitende Querschnitt der Stromleiteinrichtung zumindest teilweise verringert wird. Vorzugsweise weist die Sicherheitsvorrichtung einen Bolzen auf, der durch Zünden einer pyrotechnischen Explosionsladung gegen die Stromleiteinrichtung getrieben wird und durch mechanische Einwirkung den Stromleitungsquerschnitt der Stromleiteinrichtung an dieser Stelle verringert, insbesondere durchtrennt. Durch eine pyrotechnische Sicherheitsvorrichtung wird insbesondere die Übergangsgeschwindigkeit in den Sicherheitszustand maximiert.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Sicherheitsvorrichtung eine Temperaturerhöhungseinrichtung auf, die insbesondere einen Schmelzvorgang bewirkt, so dass dadurch eine Verringerung des Stromleitungsquerschnitts der Stromleiteinrichtung bewirkt wird. Dadurch können insbesondere Teile der Stromleiteinrichtung weg- oder durchgeschmolzen werden, so dass an den erhitzen Bereichen eine Unterbrechung des Stromkreises erwirkt wird und dadurch der elektrisch leitende Querschnitt der Stromleiteinrichtung verringert wird. Vorzugsweise wirkt die Sicherheitsvorrichtung durch eine Thermitreaktion und/oder eine ähnlich wirkende chemische Reaktion, die stark exotherm abläuft und dabei die notwendige Temperatur erzeugt, um den Stromableiter an der oder den dafür vorgesehenen Stellen weg- oder durchzuschmelzen. Eine temperaturerhöhungsbasierte Sicherheitsvorrichtung bietet vorteilhaft insbesondere eine hohe räumliche Kontrolle der Trennwirkung.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Sicherheitsvorrichtung eine mechanische Wirkeinrichtung auf, welche durch gezielte mechanische Verformung einer Verringerung des Stromleitungsquerschnitts der Stromleiteinrichtung dient. Vorzugsweise kann diese Verformung eine Einkerbung sein, die durch eine Sicherheitsvorrichtung bewirkt wird, die bevorzugt nach der Art und Weise eines Hammers die gezielte mechanische Veränderung bewirkt. Vorzugsweise weist ein Aktor eine bewegbare Kante oder einen bewegbaren Bolzen auf, welcher insbesondere auf die Stromleiteinrichtung wirkt und deren Material zumindest teilweise verdrängt und dadurch die Verringerung des Stromleitungsquerschnitts begründet. Eine solche Sicherheitsvorrichtung bietet vorteilhaft insbesondere eine hohe räumliche Kontrolle der Trennwirkung.
Bevorzugt dient die Sicherheitsvorrichtung einer Verringerung des Stromleitungsquerschnitts eines Stromableiters der Stromleiteinrichtung der Sekundärzelle, und dies in zumindest mittelbarer Weise.
In einer bevorzugten Ausführung dient die Sicherheitsvorrichtung einer Verringerung des Stromleitungsquerschnitts durch Wirken auf wenigstens einen Steg und/oder eine Dünnstelle der Stromleiteinrichtung. Dabei weist die Stromleiteinrichtung wenigstens einen Steg, insbesondere zwei oder mehr Stege, auf, wobei mehrere Stege insbesondere durch wenigstens eine Ausnehmung und/oder eine Dünnstelle beabstandet sind. Stege stellen elektrisch leitende Bereiche der Stromleiteinrichtung oder ihres Stromableiters dar, die insbesondere dazu eingerichtet sind, den Strom durch den Stromleiter zu führen. Dünnstellen stellen Bereiche dar, in denen die Stromleiteinrichtung insbesondere fertigungsgemäß einen verringerten Stromleitungsquerschnitt aufweist. Ausnehmungen stellen Bereiche dar, in denen kein stromleitendes Material, insbesondere kein Material, vorhanden ist.
Eine durch Stege und Ausnehmungen und/oder Dünnstellen strukturierte Stromleiteinrichtung weist insbesondere eine perforierte Struktur und/oder eine Gitterstruktur auf. Bei einer perforierten Struktur stellen die Ausnehmungen und/oder die Dünnstellen die Perforationslöcher bzw. Perforationsvertiefungen dar, die insbesondere durch Stege beabstandet sind. Bei einer Gitterstruktur stellen die Gitterstäbe die Stege dar und deren Zwischenräume die Ausnehmungen. Insbesondere kann eine perforierte Struktur unterschiedliche Ausnehmungen und Stege unterschiedlicher Größe darstellen. Weiterhin insbesondere kann eine Gitterstruktur Gitter unterschiedlicher Art aufweisen, die insbesondere Stege unterschiedlicher Form, Orientierung und/oder Größe besitzen sowie Ausnehmungen und/oder Dünnstellen unterschiedlicher Form, Dicke und/oder Größe. Insbesondere weist eine Gitterstruktur ein Kreuzgitter und/oder eine parallele Vergitterung auf.
Die Sicherheitsvorrichtung wirkt auf die Stege und/oder die Dünnstellen ein, um die Sekundärzelle in den Sicherheitszustand zu überführen und den Stromleitungsquerschnitt zu verringern. Vorzugsweise kann durch eine Kombination von perforierter Struktur und Gitterstruktur ein Materialnetz verwirklicht sein, auf welches die Sicherheitsvorrichtung einwirkt. Die Strukturierung der Stromleiteinrichtung bzw. von Teilen der Stromleiteinrichtung, bietet insbesondere den Vorteil einer besseren Kontrolle des Stromleitungsquerschnitts im zweiten Zustand, insbesondere, wenn die Strukturierung und die Sicherheitsvorrichtung aneinander angepasst sind.
Vorzugsweise ist eine perforierte Struktur oder eine Gitterstruktur auf den Stromableiter, insbesondere auf Teile des Stromableiters begrenzt. Vorzugsweise wirkt die Sicherheitsvorrichtung in diesem Fall allein auf den Stromableiter und insbesondere auf die entsprechenden Teile des Stromableiters, die entsprechend strukturiert sind. Durch einen solchen Stromableiter kann insbesondere die Implementierung einer erfindungsgemäßen Sekundärzelle vorteilhaft fertigungstechnisch modularisiert werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Sekundärzelle ferner eine Entladeeinrichtung auf, die dazu eingerichtet ist, insbesondere nach dem Übergang in den Sicherheitszustand einen Stromkreis zu schließen, um die Sekundärzelle zumindest teilweise zu entladen und somit in einen erweiterten Sicherheitszustand zu überführen. Dieser Stromkreis ist vorzugsweise parallel zu dem Verbraucherstromkreis geschaltet. Durch diesen Stromkreis wird der Sekundärzelle gespeicherte Energie entnommen. Vorzugsweise wird diese Energie in einem Widerstand dissipiert, insbesondere derart, dass eine Temperaturerhöhung des Widerstandes einen vorgegebenen Grenzwert nicht überschreitet, der zwischen wenigstens –10, 0, 5, 10 und/oder maximal 50, 60, 90 oder 150°C beträgt. Weiterhin vorzugsweise wird die Sekundärzelle durch die Entladeinrichtung auf einen vorbestimmten Ladezustand überführt, der besonders bevorzugt Null beträgt.
Vorzugsweise ist dieser Entladestromkreis mit einer Diodenschaltung abgesichert, so dass über diesen Stromkreis der Sekundärzelle ein Aufladen der Sekundärzelle nicht erfolgen kann. Die Diodenschaltung besteht in einer bevorzugten Ausführung aus einer einzigen Diode. Bevorzugt bleiben beim Übergang in den zweiten Zustand wenigstens ein Steg und/oder wenigstens eine Dünnstelle stromleitend, so dass darüber der Stromkreis geschlossen werden kann, um die Entladung durchzuführen. Besonders bevorzugt ist der verbleibende Steg bzw. die verbleibende Dünnstelle mit einer Diode versehen, insbesondere als Diode ausgeführt. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Entladeeinrichtung in die Sekundärzelle integriert oder neben dieser angeordnet, um insbesondere eine vereinfachte Wartung zu ermöglichen und/oder einer kompakten Bausweise zu dienen.
Gegenstand der Erfindung ist auch eine Batterie mit wenigstens zwei der oben beschriebenen erfindungsgemäßen Sekundärzellen. Insbesondere kann die Batterie mit einem Steuergerät ausgestattet sein, das dazu eingerichtet ist, mit einer der Sekundärzellen zu kommunizieren und vorzugsweise eine Sicherheitsvorrichtung und/oder eine Entladevorrichtung zu aktivieren. Vorzugsweise ist die Batterie mit einem Gehäuse versehen, das insbesondere Mittel aufweist, um zwei oder mehr Sekundärzellen anzuordnen und/oder miteinander elektrisch zu verbinden. Die Batterie kann insbesondere zur Bereitstellung elektrischer Energie für einen Verbraucher eines Kraftfahrzeugs vorgesehen sein, insbesondere zum Einbau in ein Kraftfahrzeug. Weiterhin ist die Batterie vorzugsweise dafür eingerichtet, einen Antriebsmotor, insbesondere einen Hauptantriebsmotor, zu versorgen, schnell ausgetauscht zu werden und/oder neben anderen Batterieeinheiten angeordnet, insbesondere mit diesen mechanisch verbunden, zu sein.
Gegenstand der Erfindung ist ferner Verfahren zum Betrieb einer Sekundärzelle mit einer wiederaufladbaren Elektrodenbaugruppe, welche vorgesehen ist, elektrische Energie zumindest zeitweise zur Verfügung zu stellen, und welche wenigstens zwei Elektroden unterschiedlicher Polarität und einen Separator aufweist, wobei der Separator zwischen diesen Elektroden angeordnet ist, und wenigstens einer Stromleiteinrichtung, welche vorgesehen ist, einem Verbraucher elektrische Energie aus der Elektrodenbaugruppe zur Verfügung zu stellen, und welche mit der Elektrodenbaugruppe elektrisch leitend verbunden ist, insbesondere einer erfindungsgemäßen Sekundärzelle, mit den Schritten des Feststellens, ob sich die Sekundärzelle in einem Fehlbetriebszustand befindet, welcher von einem Normalbetriebszustand abweicht; und des Reduzierens eines Stromleitungsquerschnitts der Stromleiteinrichtung und dadurch des Überführens der Sekundärzelle in den Sicherheitszustand, wenn sich die Sekundärzelle im Fehlbetriebszustand befindet.
Die Vorteile dieses Verfahrens der Erfindung, die Begriffsdefinitionen und die bevorzugten Weiterbildungen entsprechen jenen, die oben in Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Sekundärzelle erläutert worden sind. Auf eine Wiederholung wird deshalb an dieser Stelle verzichtet.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird nach dem Übergang in den Sicherheitszustand in einem weiteren Verfahrensschritt ein Betriebsparameter erfasst, insbesondere der Ladezustand der Elektrodenbaugruppe, um festzustellen, wie hoch ein Restrisiko ist, welches von der Sekundärzelle im Sicherheitszustand ausgeht. Entsprechend einem Ergebnis in diesem Verfahrensschritt wird dann gegebenenfalls eine Entladeeinrichtung aktiviert, insbesondere durch eine Steuerung, vorzugsweise durch eine Zellsteuereinrichtung. Dadurch kann insbesondere ein weiterer Stromkreis geschlossen werden, der über die Entladevorrichtung führt. Danach wird in einem weiteren Verfahrenschritt eine insbesondere vorgegebene Ladungsmenge der Sekundärzelle entnommen. Dies bewirkt, dass nur noch eine definierte Ladungsmenge in der Sekundärzelle verbleibt. Vorzugsweise ist diese Ladungsmenge Null. Vorzugsweise wird der Sekundärzelle durch die Entladung eine vorbestimmte Ladungsmenge entnommen und/oder die Sekundärzelle bis zu einem bestimmten Ladezustand entladen, der insbesondere einen Wert zwischen wenigstens 0.05, 0.1 oder 0.2 und/oder maximal 0.1, 0.2, 0.4 oder 0.8 multipliziert mit der Nennladung annimmt oder vorzugsweise Null ist.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Zusammenhang mit den Figuren. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung des Aufbaus einer erfindungsgemäßen Sekundärzelle gemäß einer bevorzugten Ausführungsform;
2 einen schematischen Ausschnitt einer Sekundärzelle gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform;
3 schematische Darstellungen des Aufbaus einer Sicherheitsvorrichtung und deren Wirkweise auf einen Teil einer Stromleiteinrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
4 ein Diagramm zur Erklärung des vorbestimmten Zeitintervalls; und
5 ein weiteres Diagramm zur Erklärung des vorbestimmten Zeitintervalls.
1 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Sekundärzelle 1 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform, mit einer Elektrodenbaugruppe 2, zwei Stromleiteinrichtungen 3 und 4, wobei jeweils eine Stromleiteinrichtung an eine der beiden Elektroden 2a, 2b der Elektrodenbaugruppe 2 angeschlossen ist. Weiter weist die Sekundärzelle eine Zellsteuereinrichtung 7 auf.
Die Elektrodenbaugruppe 2 weist eine negative und eine positive Elektrode 2a, 2b auf sowie eine Messeinrichtung 6 zur Messwerterfassung betreffend Betriebsparametern. Die linksseitige Elektrode 2a der Elektrodenbaugruppe 2 ist mit einer Stromleiteinrichtung 3 verbunden, die sich teilweise aus der Umhüllung 5 erstreckt und gegen elektrischen Kontakt mit der Umhüllung durch Isolatoren 11 geschützt ist sowie einen mit der Elektrode 2a verbundenen Stromableiter 9 aufweist. Die rechtsseitige Elektrode 2b der Elektrodenbaugruppe 2 ist über einen weiteren Stromableiter 4 elektrisch leitend mit der Umhüllung 5 verbunden, der zugleich eine weitere Stromleiteinrichtung der Sekundärzelle bildet.
Der Stromableiter der Stromleiteinrichtung 3 weist im Verbindungsbereich mit der Elektrode 2a horizontale Stege 12b und Ausnehmungen 13 auf, die abwechselnd angeordnet sind. Über die horizontalen Stege 12b ist der Stromableiter 9 mit der Elektrode 2a elektrisch kontaktiert. Zwischen zwei horizontalen Stegen 12b sowie über dem obersten horizontalen Steg 12d befindet sich jeweils ein vertikaler Steg 12a. Über die vertikalen Stege 12a wird der Strom zum Verbraucher geführt.
Neben den vertikalen Stegen 12a ist eine Sicherheitsvorrichtung 8 angeordnet. Diese Sicherheitsvorrichtung 8 ist dazu eingerichtet, wenigstens einen der vertikalen Stege 12a zu durchtrennen und somit eine Verringerung des Stromleitungsquerschnitts herbeizuführen und so die Sekundärzelle in den Sicherheitszustand zu überführen.
Eine Durchtrennung des untersten vertikalen Stegs 12e im Bereich der Sicherheitsvorrichtung 8 verursacht eine minimale diskrete Verringerung des Stromleitungsquerschnitts. Eine Durchtrennung des Stegs 12f verursacht eine maximale Verringerung des Stromleitungsquerschnitt, der dadurch zu Null verringert wird. Eine Durchtrennung der mittleren vertikalen Stege verursacht eine Verringerung des Stromleitungsquerschnitts, wobei der Betrag der Verringerung diskret, mit Höhe der Anordnung des jeweiligen Stegs, ansteigt. Eine Durchtrennung des obersten vertikalen Stegs hat zur Folge, dass die Elektrodenbaugruppe 2 über die Stromleiteinrichtung 3 keinen Strom mehr bereitstellen kann, da keine elektrische Verbindung zwischen der Stromleiteinrichtung 3 und der Elektrodenbaugruppe 2 über die linksseitige Elektrode 2a besteht.
Der unterste Steg 12c des Stromableiters 9, weist eine Diode auf, welche die Richtung des Stromflusses so festgelegt, dass die Elektrodenbaugruppe 2 über diesen Steg 12c nicht geladen werden kann. Über diesen Steg kann ein weiterer Stromkreis zwischen den beiden Elektroden 2a, 2b der Elektrodenbaugruppe 2 geschlossen werden, der über die Entladeeinrichtung 10 führt.
Die Entladeeinrichtung 10 ist dazu eingerichtet, die Sekundärzelle in einen erweiterten Sicherheitszustand zu überführen. Diese Entladeeinrichtung 10 weist einen Ballastwiderstand auf, der die elektrische Energie, die in der Elektrodenbaugruppe 2 gespeichert ist, dissipiert. Die Entladeinrichtung 10 wird von der Zellsteuereinrichtung 7 aktiviert. Erst bei Aktivierung der Entladeeinrichtung 10 wird ein Stromkreis über die Entladeeinrichtung geschlossen und somit die Ladung der Elektrodenbaugruppe 2 verringert.
Wenn die Sicherheitsvorrichtung 8 zumindest den obersten vertikalen Steg 12f des Stromableiters 9 durchtrennt hat, ist eine Entladung der Sekundärzelle 1 lediglich über die Entladevorrichtung 10 möglich.
2 zeigt schematisch einen Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Sekundärzelle 1, wie z. B. in 1 dargestellt, gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform.
Die linksseitige Elektrode 2a ist mit einen Stromableiter 9 elektrisch kontaktiert, welcher im unteren Bereich Dünnstellen 14 aufweist, wobei um diese Dünnstellen 14 horizontale und vertikale Stege 12a, 12b angeordnet sind. Eine Sicherheitsvorrichtung 8 ist auf dem Stromableiter 9 auf den Dünnstellen 14 und den horizontalen Stegen 12b angeordnet. Die Sicherheitsvorrichtung 8 ist dazu eingerichtet, sowohl die Dünnstellen 14, insbesondere einzeln, zu durchtrennen, als auch die horizontalen Stege 12b zu durchtrennen, um den Stromleitungsquerschnitt des Stromableiters 9 bzw. der Stromableiteinrichtung 3 zu verringern.
Falls sowohl die Dünnstellen 14 als auch die horizontalen Stege 12b durchtrennt sind, ist der Stromleitungsquerschnitt Null. Dies hat zur Folge, dass die Elektrodenbaugruppe 2 über die Stromleiteinrichtung 3 keinen Strom mehr bereitstellen kann, da keine elektrische Verbindung zwischen der Stromleiteinrichtung 3 und der Elektrodenbaugruppe 2 über die linksseitige Elektrode 2a besteht.
3 zeigt schematisch den Aufbau und die Wirkweise einer Sicherheitsvorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform.
Die Abbildung zeigt beispielhaft einen Trennschalter der Fa. Autoliv B. V. & Co. KG, Deutschland, wobei hier das Prinzip der Wirkweise auf eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sekundärzelle übertragen ist. Demnach ist ein Teil der Stromleiteinrichtung 3, insbesondere ein Teil eines Stromableiters 9 dargestellt, der eine Sollbruchstelle 15 aufweist. Außerdem weist die Sicherheitsvorrichtung eine Trennvorrichtung 16 auf, die als Zylinder ausgeführt ist, der mit einer scharfen Trennkante 17 versehen ist. Der Zylinder ist dazu eingerichtet von einer pyrotechnischen Zündladung gegen die Sollbruchstelle der Stromleiteinrichtung 3 getrieben zu werden.
Teilfigur 3a zeigt den Zustand der Sicherheitsvorrichtung 8 und eines Teils der Stromleiteinrichtung 3 bei einer Explosion der Zündladung. Teilfigur 3b zeigt, wie der Zylinder durch die Explosionsladung gegen die Sollbruchstelle 15 getrieben wird. Teilfigur 3c zeigt, wie die Trennkante 17 des Zylinders der Trennvorrichtung 16 die Stromleiteinrichtung 3 an der Sollbruchstelle 15 durchtrennt und dadurch einen Stromkreis, der über die Stromleiteinrichtung 3 geschlossen ist, unterbricht.
4 zeigt in einem Diagramm die Bedeutung des vorbestimmten Zeitintervalls Δt gemäß einer bevorzugten Ausführungsform.
Das Diagramm zeigt auf der horizontalen Achse die Zeit t an. Die vertikale Achse repräsentiert einen Betriebsparameter BP. Ein Betriebsparameterintervall ΔBP für den repräsentierten Betriebsparameter BP ist zwischen den Werten BP₁ und BP₂ vorgegeben, d. h. ΔBP = BP₂ – BP₁. Die Sekundärzelle befindet sich im Normalbetriebszustand, wenn sich der Betriebsparameter BP innerhalb des Betriebsparameterintervalls ΔBP befindet oder zumindest nicht länger als während der Dauer des vorbestimmten Zeitintervalls Δt außerhalb dieses Betriebsparameterintervalls ΔBP liegt.
Eine Überführung der Sekundärzelle in den Sicherheitszustand kann erfolgen, wenn sich der Betriebsparameter BP der Sekundärzelle länger als durch das vorbestimmte Zeitintervall Δt definiert außerhalb des Betriebsparameterintervalls ΔBP befindet. Die Einhaltung des Zeitintervalls Δt wird in Echtzeit kontrolliert.
5 zeigt in einem weiteren Diagramm die Bedeutung des vorbestimmten Zeitintervalls Δt gemäß einer bevorzugten Ausführungsform.
Das Diagramm zeigt auf der horizontalen Achse die Zeit t an. Die vertikale Achse repräsentiert wie in 4 einen Betriebsparameter BP. Ein Betriebsparameterintervall ΔBP für den repräsentierten Betriebsparameter BP ist zwischen den Werten BP₃ und BP₄ vorgegeben, d. h. ΔBP = BP₄ – BP₃.
Gemäß dieser Ausführungsform wird die Sekundärzelle solange nicht in den Sicherheitszustand überführt, solange der Betriebsparameter BP nicht länger als das Zeitintervall Δt das Betriebsintervall verlassen hat. Dadurch wird bewirkt, dass bei einem für die Funktion der Sekundärzelle zeitlich irrelevanten Verlassen des Betriebsparameterintervalls ΔBP, in dem insbesondere kein Fehlbetriebszustand vorliegt, kein Überführen in den Sicherheitszustand der Sekundärzelle initiiert wird. Im Diagramm sind die beiden ersten Zeitintervalle (links in der Figur) zeitlich irrelevante Intervalle mit Zeitwerten ≤ Δt. Ein für die Funktion der Sekundärzelle zeitlich relevantes Verlassen des Betriebsparameterintervalls ΔBP stellt das dritte gekennzeichnete Intervall (rechts in der Figur) dar. Sobald die aktuell erfasste Zeitdauer größer als das vorbestimmte Zeitintervall Δt ist, also hier zum Zeitpunkt t₄, wird automatisch eine Überführung der Sekundärzelle in den Sicherheitszustand eingeleitet. Die Einhaltung des Zeitintervalls Δt wird in Echtzeit kontrolliert.
Bezugszeichenliste

1: Sekundärzelle
2: Elektrodenbaugruppe
2a, 2b: Elektroden
3, 4: Stromleiteinrichtung
5: Umhüllung
6: Messeinrichtung
7: Zellsteuereinrichtung
8: Sicherheitsvorrichtung
9: Stromableiter
10: Entladeeinrichtung
11: Isolator
12a: vertikale Stege
12b: horizontale Stege
12c: horizontaler Steg, mit Diode gesichert
12d: oberster horizontaler Steg
12e: unterster vertikaler Steg im Bereich der Sicherheitsvorrichtung
12f: oberster vertikaler Steg
13: Ausnehmung
14: Dünnstelle
15: Sollbruchstelle
16: Trennvorrichtung
17: Trennkante
BP: Betriebsparameter
ΔBP: Betriebsparameterintervall
t: Zeit
Δt: Zeitintervall

Claims

Sekundärzelle (1), mit einer wiederaufladbaren Elektrodenbaugruppe (2), welche vorgesehen ist, elektrische Energie zumindest zeitweise zur Verfügung zu stellen, und welche wenigstens zwei Elektroden (2a, 2b) unterschiedlicher Polarität und einen Separator aufweist, wobei der Separator zwischen diesen Elektroden (2a, 2b) angeordnet ist; wenigstens einer Stromleiteinrichtung (3), welche vorgesehen ist, einem Verbraucher elektrische Energie aus der Elektrodenbaugruppe (2) zur Verfügung zu stellen, und welche mit der Elektrodenbaugruppe (2) elektrisch leitend verbunden ist; wenigstens einer Messeinrichtung (6), welche dafür vorgesehen ist, einen Betriebszustand, insbesondere einen Betriebszustand der Elektrodenbaugruppe, zu detektieren; und einer Sicherheitsvorrichtung (8), welche dafür vorgesehen ist, einen Stromleitungsquerschnitt der Stromleiteinrichtung zu reduzieren und damit einen Sicherheitszustand herbeizuführen, wenn die Messeinrichtung einen Fehlbetriebszustand detektiert, welcher von einem Normalbetriebszustand abweicht.
Sekundärzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (6) einen Fehlbetriebszustand detektiert, falls ein Betriebsparameter (BP), insbesondere ein Betriebsparameter der Sekundärzelle (1), länger als während eines vorbestimmten Zeitintervalls (Δt) außerhalb eines vorbestimmten Betriebsparameterintervalls (ΔBP) liegt.
Sekundärzelle nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Zellsteuereinrichtung (7), die eingerichtet ist • zum Verarbeiten eines Messwerts, insbesondere zum Verarbeiten eines Messwerts, der stellvertretend für einen Betriebsparameter dieser Sekundärzelle (1) ist; und/oder • zum Verarbeiten eines Messwerts, der einen Betriebsparameter einer Umgebung der Sekundärzelle (1), vorzugsweise einer übergeordneten und/oder eines zu versorgenden Verbrauchers repräsentiert.
Sekundärzelle nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicherheitsvorrichtung (8) aufweist: • eine pyrotechnische Einrichtung, die zumindest mittelbar durch mechanische Einwirkung auf die Stromleiteinrichtung (3) einer Verringerung des Stromleitungsquerschnitts dient; und/oder • eine Wärmequelle, welche einer Temperaturerhöhung der Stromleiteinrichtung (3) dient und dadurch zumindest mittelbar einer Verringerung des Stromleitungsquerschnitts dient; und/oder • eine mechanische Wirkeinrichtung, welche zumindest mittelbar eine Verformung der Stromleiteinrichtung (3) bewirkt und dadurch einer Verringerung des Stromleitungsquerschnitts dient.
Sekundärzelle nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromleiteinrichtung (3) einen mit der Elektrodenbaugruppe (2) verbundenen Stromableiter (9) aufweist und die Sicherheitsvorrichtung (8) vorgesehen ist, zumindest mittelbar einen Stromleitungsquerschnitt des Stromableiters (9) zu reduzieren.
Sekundärzelle nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromleiteinrichtung (3) wenigstens einen Steg (12) und/oder wenigstens eine Dünnstelle (14) aufweist und die Sicherheitsvorrichtung (8) vorgesehen ist, wenigstens einen Steg (12) und/oder wenigstens eine Dünnstelle (14) zu durchtrennen.
Sekundärzelle nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Entladeeinrichtung (10), die dazu eingerichtet ist, die Sekundärzelle (1), insbesondere nach dem Übergang in den Sicherheitszustand, in einen erweiterten Sicherheitszustand zu überführen, wobei in diesem erweiterten Sicherheitszustand ein Stromkreis geschlossen ist, um die Sekundärzelle (1) zumindest teilweise zu entladen, und wobei der durch die Entladeeinrichtung (10) geschlossene Stromkreis vorzugsweise mit einer Diodenschaltung (12c) abgesichert ist, insbesondere um allein eine Entladung der Sekundärzelle (1) zu ermöglichen.
Batterie mit wenigstens zwei Sekundärzellen (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, insbesondere zur Bereitstellung elektrischer Energie für einen Verbraucher eines Kraftfahrzeuges.
Verfahren zum Betrieb einer Sekundärzelle (1) mit einer wiederaufladbaren Elektrodenbaugruppe (2), welche vorgesehen ist, elektrische Energie zumindest zeitweise zur Verfügung zu stellen, und welche wenigstens zwei Elektroden (2a, 2b) unterschiedlicher Polarität und einen Separator aufweist, wobei der Separator zwischen diesen Elektroden (2a, 2b) angeordnet ist, und wenigstens einer Stromleiteinrichtung (3), welche vorgesehen ist, einem Verbraucher elektrische Energie aus der Elektrodenbaugruppe (2) zur Verfügung zu stellen, und welche mit der Elektrodenbaugruppe (2) elektrisch leitend verbunden ist, insbesondere einer Sekundärzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 7, mit den Schritten: Feststellen, ob sich die Sekundärzelle (1) in einem Fehlbetriebszustand befindet, welcher von einem Normalbetriebszustand abweicht; und Reduzieren eines Stromleitungsquerschnitts der Stromleiteinrichtung (3) und dadurch Überführen der Sekundärzelle (1) in den Sicherheitszustand, wenn sich die Sekundärzelle im Fehlbetriebszustand befindet.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Fehlbetriebszustand der Sekundärzelle (1) festgestellt wird, wenn ein Betriebsparameter (BP), insbesondere ein Betriebsparameter der Sekundärzelle (1), länger als während eines vorbestimmten Zeitintervalls (Δt) außerhalb eines vorbestimmten Betriebsparameterintervalls (ΔBP) liegt.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stromleitungsquerschnitt der Stromleiteinrichtung (3) reduziert wird, indem • eine pyrotechnische Einrichtung zumindest mittelbar mechanisch auf die Stromleiteinrichtung (3) einwirkt; und/oder • eine Temperatur der Stromleiteinrichtung (3) erhöht wird; und/oder • eine mechanische Wirkeinrichtung zumindest mittelbar die Stromleiteinrichtung (3) verformt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärzelle (1) nach dem Überführen in den Sicherheitszustand in einen erweiterten Sicherheitszustand überführt wird, indem der Sekundärzelle (1) eine insbesondere vorbestimmte Ladungsmenge entnommen wird, sodass die Sekundärzelle (1) einen geringeren, insbesondere vorbestimmten Ladezustand einnimmt als im Normalbetriebszustand oder im Fehlbetriebszustand.