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Die Erfindung betrifft eine Elektrodeneinheit für eine Batteriezelle, welche eine Anode, eine Kathode sowie einen Separator umfasst. Die Erfindung betrifft auch eine Batteriezelle, welche mindestens eine Elektrodeneinheit umfasst, sowie ein Verfahren zum Betrieb der Batteriezelle.
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Stand der Technik
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Elektrische Energie ist mittels Batterien speicherbar. Batterien wandeln chemische Reaktionsenergie in elektrische Energie um. Hierbei werden Primärbatterien und Sekundärbatterien unterschieden. Primärbatterien sind nur einmal funktionsfähig, während Sekundärbatterien, die auch als Akkumulator bezeichnet werden, wieder aufladbar sind. Eine Batterie umfasst dabei eine oder mehrere Batteriezellen.
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In einem Akkumulator finden insbesondere sogenannte Lithium-Ionen-Batteriezellen Verwendung. Diese zeichnen sich unter anderem durch hohe Energiedichten und eine geringe Selbstentladung aus. Lithium-Ionen-Batteriezellen kommen unter anderem in Kraftfahrzeugen, insbesondere in Elektrofahrzeugen (Electric Vehicle, EV), Hybridfahrzeugen (Hybrid Electric Vehicle, HEV) sowie Plug-In-Hybridfahrzeugen (Plug-In-Hybrid Electric Vehicle, PHEV) zum Einsatz.
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Lithium-Ionen-Batteriezellen weisen eine positive Elektrode, die auch als Kathode bezeichnet wird, und eine negative Elektrode, die auch als Anode bezeichnet wird, auf. Die Kathode sowie die Anode umfassen je einen Stromableiter, auf den ein Aktivmaterial aufgebracht ist. Bei dem Aktivmaterial für die Kathode handelt es sich beispielsweise um ein Metalloxid. Bei dem Aktivmaterial für die Anode handelt es sich beispielsweise um Graphit. Aber auch Silizium wird als Aktivmaterial für Anoden verwendet.
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In das Aktivmaterial der Anode sind Lithiumatome eingelagert. Beim Betrieb der Batteriezelle, also bei einem Entladevorgang, fließen Elektronen in einem äußeren Stromkreis von der Anode zur Kathode. Innerhalb der Batteriezelle wandern Lithiumionen bei einem Entladevorgang von der Anode zur Kathode. Dabei lagern die Lithiumionen aus dem Aktivmaterial der Anode reversibel aus, was auch als Delithiierung bezeichnet wird. Bei einem Ladevorgang der Batteriezelle wandern die Lithiumionen von der Kathode zu der Anode. Dabei lagern die Lithiumionen wieder in das Aktivmaterial der Anode reversibel ein, was auch als Lithiierung bezeichnet wird.
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Die Elektroden der Batteriezelle sind folienartig ausgebildet und unter Zwischenlage eines Separators, welcher die Anode von der Kathode trennt, zu einem Elektrodenwickel gewunden. Ein solcher Elektrodenwickel wird auch als Jelly-Roll bezeichnet. Die Elektroden können auch zu einem Elektrodenstapel übereinander geschichtet sein oder auf eine andere Art eine Elektrodeneinheit bilden.
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Die beiden Elektroden der Elektrodeneinheit werden mittels Kollektoren elektrisch mit Polen der Batteriezelle, welche auch als Terminals bezeichnet werden, verbunden. Eine Batteriezelle umfasst in der Regel eine oder mehrere Elektrodeneinheiten. Die Elektroden und der Separator sind von einem in der Regel flüssigen Elektrolyt umgeben. Der Elektrolyt ist für die Lithiumionen leitfähig und ermöglicht den Transport der Lithiumionen zwischen den Elektroden.
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Die Batteriezelle weist ferner ein Zellengehäuse auf, welches beispielsweise aus Aluminium gefertigt ist. Im Fall einer als prismatische Batteriezelle bezeichneten Bauform ist das Zellengehäuse prismatisch, insbesondere quaderförmig, ausgestaltet und druckfest ausgebildet. Die Terminals befinden sich dabei außerhalb des Zellengehäuses. Nach dem Verbinden der Elektroden mit den Terminals wird der Elektrolyt in das Zellengehäuse gefüllt. Weitere Bauformen, welche sich insbesondere durch die Ausgestaltung der Zellgehäuse unterscheiden, sind weit verbreitet, beispielsweise Rundzellen mit zylindrischem Zellengehäuse und Pouchzellen mit prismatischem, mechanisch nicht druckfestem Zellengehäuse.
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In heute üblichen Ausgestaltungen von Batteriesystemen werden mehrere Batteriezellen zu einem Batteriemodul zusammengefasst. Mehrere Batteriemodule bilden ein Batteriesystem, welches zusätzlich eine Steuereinheit zur Überwachung und Steuerung der Batteriemodule sowie der Batteriezellen umfasst.
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Eine gattungsgemäße Batteriezelle mit einer Elektrodeneinheit, die eine Anode und eine Kathode umfasst, welche von einem Separator getrennt sind, ist beispielsweise aus der
DE 10 2013 200 714 A1 bekannt.
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Eine Batterie mit mehreren Batteriezellen sowie ein Verfahren zur Fehlererkennung in den Batteriezellen sind aus der
US 2013/0113495 A1 bekannt.
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In der
US 2011/0110183169 A1 ist eine Batteriezelle offenbart, welche mehrere Elektrodeneinheiten aufweist, die in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind.
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Offenbarung der Erfindung
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Es wird eine Elektrodeneinheit für eine Batteriezelle vorgeschlagen, die eine Anode, welche ein anodisches Aktivmaterial und einen anodischen Stromableiter aufweist, sowie eine Kathode, welche ein kathodisches Aktivmaterial und einen kathodischen Stromableiter aufweist, sowie einen Separator, welcher die Anode von der Kathode trennt, umfasst.
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Erfindungsgemäß liegt das anodische Aktivmaterial dabei in Form von streifenförmigen Anodensegmenten vor, und/oder das kathodische Aktivmaterial liegt in Form von streifenförmigen Kathodensegmenten vor, während der Separator durchgehend ausgebildet ist.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der anodische Stromableiter durchgehend ausgebildet, und/oder der kathodische Stromableiter ist durchgehend ausgebildet.
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Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung liegt der anodische Stromableiter in Form von streifenförmigen Anodenableitersegmenten vor, und/oder der kathodische Stromableiter liegt in Form von streifenförmigen Kathodenableitersegmenten vor.
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Vorzugsweise sind dabei die Anodenableitersegmente des anodischen Stromableiters durch Verbindungsstege miteinander verbunden, und/oder die Kathodenableitersegmente des kathodischen Stromableiters sind durch Verbindungsstege miteinander verbunden.
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Es wird auch eine Batteriezelle vorgeschlagen, welche mindestens eine erfindungsgemäße Elektrodeneinheit umfasst.
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Ferner wird ein Verfahren zum Betrieb einer erfindungsgemäßen Batteriezelle vorgeschlagen. Dabei wird ein von einem Anodensegment zu einem benachbarten Anodensegment fließender Ausgleichsstrom detektiert, und/oder ein von einem Kathodensegment zu einem benachbarten Kathodensegment fließender Ausgleichsstrom wird detektiert.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird ein Magnetfeld gemessen, welches durch den Ausgleichsstrom erzeugt wird, der durch einen durchgehend ausgebildeten anodischen Stromableiter fließt, und/oder der durch einen durchgehend ausgebildeten kathodischen Stromableiter fließt.
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Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird ein Magnetfeld gemessen, welches durch den Ausgleichsstrom erzeugt wird, der durch einen Verbindungssteg fließt, durch welchen Anodenableitersegmente des anodischen Stromableiters miteinander verbunden sind, und/oder durch welchen Kathodenableitersegmente des kathodischen Stromableiters miteinander verbunden sind.
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Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird eine an einem Verbindungssteg, durch welchen Anodenableitersegmente des anodischen Stromableiters miteinander verbunden sind, und/oder durch welchen Kathodenableitersegmente des kathodischen Stromableiters miteinander verbunden sind, anliegende Spannung gemessen, welche durch den Ausgleichsstrom erzeugt wird, der durch den Verbindungssteg fließt.
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Eine erfindungsgemäße Batterie findet vorteilhaft Verwendung in einem stationären Energiespeicher, in einem Elektrofahrzeug (EV), in einem Hybridfahrzeug (HEV), in einem Plug-In-Hybridfahrzeug (PHEV), oder in einem Consumer-Elektronik-Produkt. Unter Consumer-Elektronik-Produkten sind insbesondere Mobiltelefone, Tablet-PCs oder Notebooks zu verstehen.
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Vorteile der Erfindung
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Eine erfindungsgemäß ausgestaltete Elektrodeneinheit gestattet eine verhältnismäßig einfache Fehlererkennung. Bei einer intakten Elektrodeneinheit fließen durch alle Anodensegmente sowie durch alle Kathodensegmente Ströme in die gleiche Richtung. Bei einem Defekt der Elektrodeneinheit weist das defekte Anodensegment, beziehungsweise das defekte Kathodensegment veränderte elektrische Eigenschaften auf. Dadurch fließt ein Ausgleichsstrom, beispielsweise von dem defekten Anodensegment zu einem benachbarten Anodensegment oder von dem defekten Kathodensegment zu einem benachbarten Kathodensegment. Wenn kein Defekt der Elektrodeneinheit vorliegt, ist kein oder nur ein geringer, zeitlich langsam veränderlicher Ausgleichsstrom vorhanden.
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Ein derartiger Ausgleichsstrom ist daher ein Hinweis auf einen Fehler in einer Batteriezelle, welcher zur Erwärmung der Batteriezelle bis hin zum Überschreiten einer kritischen Temperatur führen kann. Dabei kann eine exotherme Reaktion der Batteriezelle, die auch als "Thermal Runaway" bezeichnet wird, ausgelöst werden. Dadurch kann auch ein Brand oder eine Explosion der Batteriezelle stattfinden. Bei rechtzeitiger Erkennung eines solchen Fehlers durch Detektion des Ausgleichsstroms in der Elektrodeneinheit kann die Batteriezelle rechtzeitig abgeschaltet werden und/oder weitere Sicherheitsmaßnahmen, insbesondere ein Entladen der Batteriezelle, können durchgeführt werden.
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Eine Detektion eines solchen Ausgleichsstroms, der in eine andere Richtung fließt als die regulären, durch die Anodensegmente sowie durch die Kathodensegmente fließenden Ströme, ist verhältnismäßig einfach durchführbar. Insbesondere erzeugt ein Ausgleichsstrom ein Magnetfeld, welches eine Orientierung aufweist, die von den von den regulären Strömen erzeugten Magnetfeldern abweicht. Somit ist ein Defekt an einer Elektrodeneinheit frühzeitig und zuverlässig zu erkennen.
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Die Unterscheidung zwischen einer fehlerhaften Batteriezelle und einer nicht fehlerhaften Batteriezelle kann beispielsweise durch eine Elektronik in oder an der Batteriezelle oder auf einer höheren Integrationsebene, beispielsweise in einer Modulelektronik, erfolgen. Eine Klassifizierung als fehlerhafte Batteriezelle findet beispielsweise statt, wenn eine zeitlich schnelle Veränderung des Ausgleichsstromes und der damit verbundenen Messgrößen erfolgt, oder wenn diese Größen über einen typischen Grenzwert für eine nicht fehlerhafte Batteriezelle ansteigen.
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Neben der Zellüberwachung während des Betriebes der Batteriezelle als Energiespeicher in einem Batteriesystem ist auch ein Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Zellfehlerprüfung nach der Fertigung, während Transport oder Lagerung möglich.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer Batteriezelle,
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2 eine perspektivische Darstellung einer Elektrodeneinheit der Batteriezelle aus 1,
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3 eine schematische Schnittdarstellung der Elektrodeneinheit aus 2 gemäß einer ersten Ausführungsform,
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4 eine schematische Schnittdarstellung der Elektrodeneinheit aus 2 gemäß einer zweiten Ausführungsform,
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5 eine schematische Draufsicht auf die Elektrodeneinheit aus 2 gemäß einer dritten Ausführungsform und
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6 eine schematische Darstellung einer Batteriezelle mit integriertem Sensor.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung werden gleiche oder ähnliche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente in Einzelfällen verzichtet wird. Die Figuren stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar.
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Eine Batteriezelle 2 ist in 1 schematisch dargestellt. Die Batteriezelle 2 umfasst ein Zellengehäuse 3, welches vorliegend quaderförmig, ausgebildet ist. Das Zellengehäuse 3 ist vorliegend elektrisch leitend ausgeführt und beispielsweise aus Aluminium gefertigt. Das Zellengehäuse 3 kann aber auch aus einem elektrisch isolierenden Material, beispielsweise Kunststoff, gefertigt sein und/oder in einer anderen Bauform ausgeführt sein, beispielsweise als Rundzelle oder Pouchzelle.
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Die Batteriezelle 2 umfasst ein negatives Terminal 11 und ein positives Terminal 12. Über die Terminals 11, 12 kann eine von der Batteriezelle 2 zur Verfügung gestellte Spannung abgegriffen werden. Ferner kann die Batteriezelle 2 über die Terminals 11, 12 auch geladen werden. Die Terminals 11, 12 sind beabstandet voneinander an einer Deckfläche des prismatischen Zellengehäuses 3 angeordnet.
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Innerhalb des Zellengehäuses 3 der Batteriezelle 2 ist eine Elektrodeneinheit 10 angeordnet, welche vorliegend als Elektrodenwickel ausgeführt ist. Die Elektrodeneinheit 10 weist zwei Elektroden, nämlich eine Anode 21 und eine Kathode 22, auf. Die Anode 21 und die Kathode 22 sind jeweils folienartig ausgeführt und unter Zwischenlage eines Separators 18 zu dem Elektrodenwickel gewickelt. Es ist auch denkbar, dass mehrere Elektrodeneinheiten 10 in dem Zellengehäuse 3 vorgesehen sind. Anstatt als Elektrodenwickel kann die Elektrodeneinheit 10 auch beispielsweise als Elektrodenstapel ausgeführt sein.
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Die Anode 21 umfasst ein anodisches Aktivmaterial 41, welches folienartig ausgeführt ist. Das anodische Aktivmaterial 41 weist als Grundstoff beispielsweise Graphit oder Silizium oder eine diese Stoffe enthaltende Legierung auf. Die Anode 21 umfasst ferner einen anodischen Stromableiter 31, welcher ebenfalls folienartig ausgebildet ist. Das anodische Aktivmaterial 41 und der anodische Stromableiter 31 sind flächig aneinander gelegt und miteinander verbunden.
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Der anodische Stromableiter 31 ist elektrisch leitfähig ausgeführt und aus einem Metall gefertigt, beispielsweise aus Kupfer. Der anodische Stromableiter 31 ist mittels eines Kollektors 52 elektrisch mit dem negativen Terminal 11 der Batteriezelle 2 verbunden.
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Die Kathode 22 umfasst ein kathodisches Aktivmaterial 42, welches folienartig ausgeführt ist. Das kathodische Aktivmaterial 42 weist als Grundstoff beispielsweise ein Metalloxid auf. Die Kathode 22 umfasst ferner einen kathodischen Stromableiter 32, welcher ebenfalls folienartig ausgebildet ist. Das kathodische Aktivmaterial 42 und der kathodische Stromableiter 32 sind flächig aneinander gelegt und miteinander verbunden.
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Der kathodische Stromableiter 32 ist elektrisch leitfähig ausgeführt und aus einem Metall gefertigt, beispielsweise aus Aluminium. Der kathodische Stromableiter 32 ist mittels eines Kollektors 52 elektrisch mit dem positiven Terminal 12 der Batteriezelle 2 verbunden.
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Die Anode 21 und die Kathode 22 sind durch den Separator 18 voneinander getrennt. Der Separator 18 ist ebenfalls folienartig ausgebildet. Der Separator 18 ist elektrisch isolierend ausgebildet, aber ionisch leitfähig, also für Lithiumionen durchlässig.
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Das Zellengehäuse 3 der Batteriezelle 2 ist mit einem Elektrolyt 15, beispielsweise einem flüssigen Elektrolyt oder mit einem Polymerelektrolyt, gefüllt. Der Elektrolyt 15 umgibt dabei die Anode 21, die Kathode 22 und den Separator 18. Auch der Elektrolyt 15 ist ionisch leitfähig.
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2 zeigt eine perspektivische Darstellung der Elektrodeneinheit 10 der Batteriezelle 2 aus 1. Die Elektrodeneinheit 10 ist dabei, wie bereits erwähnt, vorliegend als Elektrodenwickel ausgeführt. Die Anode 21, die in dieser Darstellung nicht sichtbare Kathode 22 und der Separator 18 sind um eine Wickelachse A zu dem Elektrodenwickel gewickelt.
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Die Anode 21 umfasst einen anodischen Stromableiter 31 sowie ein anodisches Aktivmaterial 41. Das anodische Aktivmaterial 41 umfasst dabei ein erstes streifenförmiges Anodensegment 71 und mindestens ein zweites streifenförmiges Anodensegment 72. Die streifenförmigen Anodensegmente 71, 72 liegen parallel zueinander auf dem anodischen Stromableiter 31 auf. Die streifenförmigen Anodensegmente 71, 72 sind voneinander getrennt. Es können auch noch weitere streifenförmige Anodensegmente vorgesehen sein. Der Separator 18 ist durchgehend, einstückig ausgebildet.
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3 zeigt eine schematische Schnittdarstellung der Elektrodeneinheit 10 aus 2 gemäß einer ersten Ausführungsform. Der anodische Stromableiter 31 ist dabei durchgehend, einstückig ausgebildet. Die mindestens zwei streifenförmigen Anodensegmente 71, 72 liegen dabei parallel zueinander auf dem durchgehenden anodischen Stromableiter 31 auf und sind voneinander getrennt.
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Die Kathode 22 ist ähnlich aufgebaut wie die Anode 21 und umfasst ein kathodisches Aktivmaterial 42, welches ein erstes streifenförmiges Kathodensegment 81 und mindestens ein zweites streifenförmiges Kathodensegment 82 umfasst. Die streifenförmigen Kathodensegmente 81, 82 liegen parallel zueinander auf dem kathodischen Stromableiter 32 auf, welcher durchgehend, einstückig ausgebildet ist. Es können auch noch weitere streifenförmige Kathodensegmente vorgesehen sein.
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Ferner liegen die mindestens zwei streifenförmigen Anodensegmente 71, 72 und die mindestens zwei streifenförmigen Kathodensegmente 81, 82 auf dem durchgehenden, einstückigen Separator 18.
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In einer Abwandlung der ersten Ausführungsform der Elektrodeneinheit 10 könnte das anodische Aktivmaterial 41 oder das kathodische Aktivmaterial 42 auch durchgehend, einstückig ausgebildet sein.
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4 zeigt eine schematische Schnittdarstellung der Elektrodeneinheit 10 aus 2 gemäß einer zweiten Ausführungsform. Der anodische Stromableiter 31 umfasst dabei ein erstes streifenförmiges Anodenableitersegment 76 und mindestens ein zweites Anodenableitersegment 77, welche parallel zueinander verlaufen und voneinander getrennt sind. Es können auch noch weitere streifenförmige Anodenableitersegmente vorgesehen sein.
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Das erste streifenförmige Anodensegment 71 liegt auf dem ersten streifenförmigen Anodenableitersegment 76 auf. Das zweite streifenförmige Anodensegment 72 liegt auf dem zweiten streifenförmigen Anodenableitersegment 77 auf. Es können auch noch weitere streifenförmige Anodensegmente auf weiteren Anodenableitersegmenten aufliegen.
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Die Kathode 22 ist ähnlich aufgebaut wie die Anode 21 und umfasst ein kathodisches Aktivmaterial 42, welches ein erstes streifenförmiges Kathodensegment 81 und ein zweites streifenförmiges Kathodensegment 82 umfasst. Es können auch noch weitere streifenförmige Kathodensegmente vorgesehen sein. Der kathodische Stromableiter 32 umfasst ein erstes streifenförmiges Kathodenableitersegment 86 und ein zweites Kathodenableitersegment 87, welche parallel zueinander verlaufen und voneinander getrennt sind. Es können auch noch weitere streifenförmige Kathodenableitersegmente vorgesehen sein.
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Das erste streifenförmige Kathodensegment 81 liegt auf dem ersten streifenförmigen Kathodenableitersegment 86 auf. Das zweite streifenförmige Kathodensegment 82 liegt auf dem zweiten streifenförmigen Kathodenableitersegment 87 auf. Es können auch noch weitere streifenförmige Kathodensegmente auf weiteren Kathodenableitersegmenten aufliegen.
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Ferner liegen die streifenförmigen Anodensegmente 71, 72 und die streifenförmigen Kathodensegmente 81, 82 auf dem durchgehenden, einstückigen Separator 18.
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In einer Abwandlung der zweiten Ausführungsform der Elektrodeneinheit 10 könnte der anodische Stromableiter 31 oder der kathodische Stromableiter 32 auch durchgehend, einstückig ausgebildet sein.
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5 zeigt eine schematische Draufsicht auf die Elektrodeneinheit 10 aus 2 gemäß einer dritten Ausführungsform. Die Elektrodeneinheit 10 gemäß der dritten Ausführungsform ähnelt der in 4 gezeigten Elektrodeneinheit 10 gemäß der zweiten Ausführungsform.
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Im Unterschied zu der in 4 gezeigten Elektrodeneinheit 10 gemäß der zweiten Ausführungsform sind das erste Anodenableitersegment 76 und das zweite Anodenableitersegment 77 des anodischen Stromableiters 31 durch Verbindungsstege 90 miteinander verbunden. Ebenso sind das in dieser Darstellung nicht sichtbare erste Kathodenableitersegment 86 und das in dieser Darstellung nicht sichtbare zweite Kathodenableitersegment 87 des in dieser Darstellung nicht sichtbaren kathodischen Stromableiters 32 durch in dieser Darstellung nicht sichtbare Verbindungsstege 90 miteinander verbunden.
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In einer Abwandlung der dritten Ausführungsform der Elektrodeneinheit 10 könnten die Verbindungsstege 90 des anodischen Stromableiters 31 oder die Verbindungsstege 90 des kathodischen Stromableiters 32 auch entfallen. In einer weiteren Abwandlung der dritten Ausführungsform der Elektrodeneinheit 10 könnte der anodische Stromableiter 31 oder der kathodische Stromableiter 32 auch durchgehend, einstückig ausgebildet sein.
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Bei einem Defekt, beispielsweise des ersten Anodensegments 71, fließt ein Ausgleichsstrom Ia, beispielsweise von dem defekten ersten Anodensegment 71 zu dem benachbarten zweiten Anodensegment 72 durch mindestens einen der Verbindungsstege 90. Der Ausgleichsstrom Ia fließt dabei vorliegend parallel zu der Wickelachse A der als Elektrodenwickel ausgeführten Elektrodeneinheit 10. In Zeiträumen, in denen die Batteriezelle 2 weder geladen noch entladen wird, weisen diese Ausgleichsströme Ia direkt auf das Vorliegen eines Zellfehlers hin. Im Falle des Entladens oder Ladens der Batteriezelle 2 fließen die regulären, durch die Anodensegmente 71, 72 fließenden Ströme in eine andere Richtung als der Ausgleichsstrom Ia, vorliegend annähernd rechtwinklig dazu.
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Somit erzeugt der Ausgleichsstrom Ia ein Magnetfeld, welches eine Orientierung aufweist, die von den Magnetfeldern, welche von den regulären, durch die Anodensegmente 71, 72 fließenden Strömen erzeugt werden, abweicht.
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Bei einem Defekt, beispielsweise des ersten Kathodensegments 81, fließt ein Ausgleichsstrom Ia, beispielsweise von dem defekten ersten Kathodensegment 81 zu dem benachbarten zweiten Kathodensegment 82 durch mindestens einen der Verbindungsstege 90. Der Ausgleichsstrom Ia fließt dabei vorliegend parallel zu der Wickelachse A der als Elektrodenwickel ausgeführten Elektrodeneinheit 10. Die regulären, durch die Kathodensegmente 81, 82 fließenden Ströme fließen in diesem Ausführungsbeispiel um die Wickelachse A herum. Somit fließen die regulären, durch die Kathodensegmente 81, 82 fließenden Ströme in eine andere Richtung als der Ausgleichsstrom Ia, vorliegend annähernd rechtwinklig dazu.
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Somit erzeugt der Ausgleichsstrom Ia ein Magnetfeld, welches eine Orientierung aufweist, die von den Magnetfeldern, welche von den regulären, durch die Kathodensegmente 81, 82 fließenden Strömen erzeugt werden, abweicht.
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Eine Detektion des Ausgleichsstroms Ia ist durch Detektion des von dem Ausgleichsstrom Ia erzeugten Magnetfelds möglich. In 6 ist eine Batteriezelle 2 mit einem integrierten Sensor 50 zur Detektion eines Magnetfelds schematisch dargestellt.
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Die als Elektrodenwickel ausgeführte Elektrodeneinheit 10 ist in dem Zellengehäuse 3 derart angeordnet, dass die Wickelachse A in eine Richtung verläuft, welche sich parallel zu einer Verbindungslinie zwischen dem negativen Terminal 11 und dem positiven Terminal 12 erstreckt.
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Der nicht dargestellte anodische Stromableiter 31 ist mittels eines Kollektors 52 mit dem negativen Terminal 11 verbunden. Der nicht dargestellte kathodische Stromableiter 32 ist mittels eines Kollektors 52 mit dem positiven Terminal 12 verbunden.
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Der Sensor 50 zur Detektion eines Magnetfelds ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel innerhalb des Zellengehäuses 3, etwa gleichweit von den Terminals 11, 12 beabstandet, angebracht. Der Sensor 50 ist dabei derart orientiert, dass der Sensor 50 ein Magnetfeld detektieren kann, dass durch einen Strom erzeugt wird, der parallel zu der Wickelachse A fließt. Insbesondere detektiert der Sensor 50 kein Magnetfeld, das durch einen Strom erzeugt wird, der tangential zu der Wickelachse A um die Wickachse A herum fließt.
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Bei den in 2, 3, 4 und 5 gezeigten Elektrodeneinheiten 10 verlaufen die streifenförmigen Anodensegmente 71, 72, die streifenförmigen Kathodensegmente 81, 82, die streifenförmigen Anodenableitersegmente 76, 77 sowie die streifenförmigen Kathodenableitersegmente 86, 87 jeweils tangential zu der Wickelachse A. Es ist auch denkbar, dass die streifenförmigen Anodensegmente 71, 72, die streifenförmigen Kathodensegmente 81, 82, die streifenförmigen Anodenableitersegmente 76, 77 sowie die streifenförmigen Kathodenableitersegmente 86, 87 parallel zu der Wickelachse A verlaufen.
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In diesem Fall würde ein durch einen Defekt hervor gerufener Ausgleichsstrom Ia in einer Richtung tangential zu der Wickelachse A fließen und ein entsprechendes Magnetfeld erzeugen. Zur Detektion eines solchen Ausgleichsstroms Ia wäre dann ein Sensor 50 vorgesehen, welcher derart orientiert ist, dass der Sensor 50 ein Magnetfeld detektieren kann, dass durch einen Strom erzeugt wird, der tangential zu der Wickelachse A fließt.
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Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013200714 A1 [0010]
- US 2013/0113495 A1 [0011]
- US 2011/0110183169 A1 [0012]
