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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Stromunterbrecher mit thermischem
Ansprechverhalten, der es bei einem übermäßigen Anstieg der Temperatur
der Zelle auf sichere Art und Weise verhindert, dass Strom durch
die Zelle fließt.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner einen auf Druck ansprechenden
Stromunterbrecher für
eine Zelle, der bei einem übermäßigen Gasdruckaufbau
in der Zelle die Zelle auf sichere Art und Weise abschaltet.
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Elektrochemische
Zellen, im Besonderen Zellen mit hoher Energiedichte, wie etwa Zellen,
bei denen Lithium oder Lithiumionen ein aktives Material darstellen,
unterliegen Undichtigkeiten bzw. Verlusten oder Brüchen, wodurch
wiederum das durch die Zelle betriebene Gerät oder die direkte Umgebung beschädigt werden
kann. Bei wiederaufladbaren Zellen kann der Anstieg der thermischen
Temperatur der Zelle eine Folge einer Überladung sein. Unerwünschte Temperaturanstiege
der Zelle werden häufig
von einem entsprechenden Anstieg des internen Gasdrucks begleitet.
Dieser Zustand tritt leicht bzw. wahrscheinlich bei einem externen
Kurzschluss auf. Ferner kann der interne Gasdruck im Falle einer Überentladung
der Zelle ansteigen. Es ist wünschenswert, dass
die Zelle zugehörige
Sicherheitsbauteile aufweist, ohne dass dies die Kosten, die Größe oder
die Masse der Zelle übermäßig erhöht.
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Derartige
Zellen, im Besonderen wiederaufladbare Zellen unter Verwendung von
Lithium oder Lithiumionen als aktives Material, unterliegen Undichtigkeiten
bzw. Brüchen
aufgrund von Anstiegen der internen Temperatur der Zelle, häufig begleitet von
einem entsprechenden Anstieg des Drucks. Derartige Ereignisse werden
leicht durch missbräuchliche
Zustände
verursacht, wie etwa durch Überladungen
oder durch einen Kurzschlusszustand, der während einer Überentladung
auftreten kann. Ferner ist es von Bedeutung, dass diese Zellen luftdicht
verschlossen sind, um das Austreten von Elektrolytlösungsmittel
ebenso zu verhindern wie das Eintreten von Feuchtigkeit aus der äußeren Umgebung.
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Wie
dies vorstehend bereits erwähnt
worden ist, tritt beim Laden einer derartigen Zelle eine Selbsterwärmung der
Zelle auf. Ein zu schneller Ladevorgang oder eine Überladung
kann zu einem Temperaturanstieg führen. Wenn die Temperatur einen
bestimmten Punkt überschreitet,
der abhängig
von der Chemie und der Struktur der Zelle variiert, beginnt ein unerwünschter
und nicht kontrollierbarer Zustand der thermischen Zerstörung. Aufgrund
der Überhitzung baut
sich ferner ein interner Druck auf und Elektrolyt kann plötzlich aus
der Zelle ausgestoßen
werden. Es wird bevorzugt, eine geregelte Entlüftung einzuleiten, bevor dies
auftritt.
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Bei
bestimmten wiederaufladbaren Zellen kann es sich um sehr dünne Zellen,
wie zum Beispiel dünne
prismatische Zellen, oder um kleine zylindrische Zellen für Mobiltelefone
handeln. Bisher war es schwierig, zuverlässige Stromunterbrechungs-Sicherheitsbauteile
in derartige Zellen zu integrieren, und zwar aufgrund der geringen
Größe der Zellen. Umso
mehr werden derartige Sicherheitsbausteine benötigt, und zwar aufgrund der
Nähe der
Zelle zu dem Verbraucher während
dem normalen Betrieb eines Mobiltelefons.
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Herkömmliche
Zellenkonstruktionen verwenden eine Endabdeckungseinrichtung, die
in eine zylindrische Einfassung mit offenem Ende eingeführt wird,
nachdem das aktive Material der Zellenanode und der Kathode und
entsprechendes Separatormaterial und Elektrolyt in die zylindrische
Einfassung eingeführt
worden sind. Die Endabdeckung befindet sich in elektrischem Kontakt
mit dem Anoden- oder dem Kathodenmaterial und der frei liegende
Abschnitt der Endabdeckung bildet einen der Zellenanschlüsse. Ein
Abschnitt der Zelleneinfassung bildet den anderen Anschluss.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung sind mehrere Stromunterbrechungsbaugruppen in eine einzige
Zelle integriert und werden in vorteilhafter Weise bei primären und
sekundären
(wiederaufladbaren) Zellen angewandt. Die erfindungsgemäße Endabdeckungsbaugruppe
findet besondere Anwendung auf wiederaufladbare Zellen, wie zum
Beispiel Lithiumionen-, Nickelmetallhydrid-, Nickelkadmium- oder
andere wiederaufladbare Zellen, um die Gefahr einer Überhitzung
der Zelle und des Druckaufbaus in der Zelle beseitigen, wenn die
Zelle hohen Temperaturen, einer übermäßigen oder
unzweckmäßigen Ladung
oder Entladung oder einem Kurzschluss ausgesetzt ist.
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Vorgesehen
ist gemäß der vorliegenden
Erfindung eine elektrochemische Zelle, die eine erste und zweite
Stromunterbrecher-Baugruppe umfasst, die in eine Einfassung für die Zelle
mit offenem Ende eingeführt
sind, wobei die genannte Zelle ferner einen positiven und einen
negativen Anschluss und ein Paar interner positiver und negativer
Elektroden aufweist, wobei die genannte erste Baugruppe ein Gehäuse, eine
Kammer in dem Gehäuse
und eine frei liegende Endabdeckungsplatte aufweist, die über einen
elektrisch leitfähigen
Pfad in der genannten ersten Baugruppe elektrisch mit einer der
genannten Elektroden verbunden ist, wobei die genannte erste Baugruppe
darin ein flexibles elektrisch leitfähiges Element umfasst, das
einen Abschnitt des genannten elektrischen Pfads in der genannten
ersten Baugruppe bildet, wobei die genannte erste Baugruppe ferner eine
thermisch ansprechende Einrichtung umfasst, die eine Beendigung
des Stromflusses durch die Zelle bewirkt, wenn ein vorbestimmter
Temperaturwert erreicht wird, wobei die genannte thermisch ansprechende
Einrichtung ein Element einer Legierung mit Formgedächtnis mit
einer gekrümmten
Oberfläche umfasst,
wobei die genannte erste Baugruppe ferner eine physikalische Einrichtung
umfasst, die eine Bewegung des genannten flexiblen leitfähigen Elements
als Reaktion auf eine Veränderung
der Oberflächenkrümmung des
genannten Elements mit Formgedächtnis
umfasst, wobei das genannte Formgedächtniselement wenn die Zellentemperatur
eine vorbestimmte Temperatur erreicht abgelenkt wird, wobei sich
die Krümmung
an mindestens einem Abschnitt dessen Oberfläche verändert, was eine Bewegung des
genannten flexiblen leitfähigen
Elements bewirkt, so dass der genannte elektrische Pfad zwischen
der genannten Endabdeckungsplatte und der genannten Elektrode unterbrochen
wird, wodurch es verhindert wird, dass Strom durch die Zelle fließt, wobei
die die genannte erste Baugruppe ferner eine druckbetätigte Membran
umfasst, die einen Abschnitt des genannten Gehäuses der ersten Baugruppe bildet
und eine Oberfläche
aufweist, die der Umgebung außerhalb
der genannten ersten Baugruppe ausgesetzt ist, um eine Bewegung
des genannten flexiblen leitfähigen
Elements als Reaktion auf eine Ablenkung der genannten Membran zu
bewirken, wobei bei einem Anstieg des Gasdrucks an der frei liegenden Seite
der genannten Membran die genannte Membran in Richtung des Innenraums
der genannten ersten Baugruppe abgelenkt wird, was bewirkt, dass
die genannte physikalische Einrichtung das genannte flexible leitfähige Element
drückt,
wodurch der genannte elektrische Pfad innerhalb der genannten ersten
Baugruppe unterbrochen wird, wobei die genannte zweite Baugruppe
ein Gehäuse,
eine Kammer in dem Gehäuse
und eine Endabdeckung umfasst, die dicht von dem genannten Gehäuse getrennt
ist, wobei die genannte zweite Baugruppe dort hindurch einen elektrisch
leitfähigen
Pfad zwischen dem genannten Gehäuse
und der genannten Endabdeckung der zweiten Baugruppe aufweist, wobei
die genannte zweite Baugruppe vollständig innerhalb des Zelleninnenraums
angeordnet ist, und wobei die genannte zweite Baugruppe eine thermisch
ansprechende Einrichtung innerhalb der genannten Kammer umfasst, um
einen Stromfluss durch den genannten elektrischen Pfad innerhalb
der genannten zweiten Baugruppe zu verhindern, wobei die genannte
thermisch ansprechende Einrichtung ein Element einer Legierung mit
Formgedächtnis
umfasst, das aktivierbar ist, wenn die Temperatur innerhalb der
genannten zweiten Baugruppe einen vorbestimmten Wert erreicht, wobei
eine Unterbrechung in dem genannten elektrisch leitfähigen Pfad
durch die genannte zweite Baugruppe bewirkt wird, wodurch eine Beendigung des
Betriebs der Zelle bewirkt wird.
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Auf
diese Weise wird die Zelle mit mehreren unabhängigen Stromunterbrechungs-Sicherheitsmerkmalen
versehen. Eine derartige Konstruktion kann in vorteilhafter Weise
eingesetzt werden, wenn die Zelle einen ausreichenden Durchmesser
aufweist, der beiden Stromunterbrechungs-Baugruppen Platz bietet,
wie zum Beispiel eine Zelle mit einem Durchmesser oder einer Gesamtdicke
zwischen etwa 5 und 20 mm. In einem derartigen Ausführungsbeispiel
ist die Stromunterbrechungs-Baugruppe, welche
den auf Temperatur ansprechenden Stromunterbrechungsmechanismus
aufweist, vollständig
im Inneren der Zelle angeordnet, so dass er sich am dichtesten an
dem heißesten
Abschnitt der Zelle befindet.
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In
den Zeichnungen zeigen:
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1 eine
Perspektivansicht im Aufriss einer vollständig innerhalb einer prismatischen
Zelle platzierten Stromunterbrecher-Baugruppe;
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2 eine
Querschnittsansicht der Zelle und Stromunterbrecher-Baugruppe aus 1;
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3 eine
auseinandergezogene Perspektivansicht der Bauteile der Stromunterbrecher-Baugruppe
aus den Abbildungen der 1 und 2;
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4 eine
Perspektivansicht der prismatischen Zelle in Verbindung mit einem
anderen Ausführungsbeispiel
der Stromunterbrecher-Baugruppe, die in der Abbildung von einem
Ende der Zelle vorsteht;
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5 eine
Perspektivansicht einer zylindrischen Zelle in Verbindung mit dem
gleichen Ausführungsbeispiel
der Stromunterbrecher-Baugruppe aus der Abbildung aus 4;
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6 eine
Querschnittsansicht der Stromunterbrecher-Baugruppe aus den Abbildungen der 4 und 5;
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7 eine
auseinander gezogene Perspektivansicht der Stromunterbrecher-Baugruppe
aus den Abbildungen der 4, 5 und 6;
und
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8 eine
vertikale Querschnittsansicht einer zylindrischen Zelle gemäß der vorliegenden
Erfindung, welche die Ausführungsbeispiele
der Stromunterbrecher-Baugruppe aus den Abbildungen der 2 und 6 aufweist.
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Bei
der Zelle 215 kann es sich um eine prismatische Zelle mit
einer quaderförmigen
Einfassung 225 gemäß der Abbildung
aus 1 handeln, wobei es sich alternativ um eine zylindrische
Zelle mit dünnem
Durchmesser handeln kann. Wenn die Zelle 215 eine prismatische
Zelle darstellt, weist sie für
gewöhnlich
eine geringe Gesamtdicke zwischen etwa 3 und 10 mm auf, wobei die
prismatische Zelle für
gewöhnlich
sehr dünn
ist und eine Gesamtdicke zwischen 3 und 6 mm aufweist. Wenn es sich
bei der Zelle 215 um eine zylindrische Zelle mit geringem Durchmesser
handelt, kann der Durchmesser für
gewöhnlich
zwischen etwa 3 und 10 mm liegen. Die hierin beschriebene Stromeinheit 220 kann
in größere Zellen
integriert werden, wie zum Beispiel in prismatische Zellen mit einer
Dicke zwischen etwa 3 und 15 mm oder eine zylindrische Zelle mit
einem Durchmesser zwischen etwa 3 und 15 mm, wobei die Einheit 220 besondere
Anwendung findet für
prismatische Zellen mit geringer Dicke oder zylindrische Zellen
mit geringem Durchmesser. Bei der Zelle 215 kann es sich
um eine primäre
oder eine wiederaufladbare Zelle handeln, wie etwa eine Lithiumionenzelle, eine
Nickelmetallhydridzelle oder eine Nickelcadmiumzelle handeln, wobei
es sich in vorteilhafter Weise um eine wiederaufladbare Zelle wie
etwa eine Lithiumionenzelle handelt. Eine wiederaufladbare Lithiumionenzelle
ist durch die Übertragung
von Lithiumionen von der negativen Elektrode zu der positiven Elektrode
nach der Zellenentladung und von der positiven Elektrode zu der
negativen Elektrode nach der Zellenladung gekennzeichnet. Es kann
sich für
gewöhnlich
um positive Elektrode aus Lithiumkobaltoxid (LixCoO2) oder Lithiummanganoxid mit einer Spinellkristallstruktur
(LixMn2O4) und eine negative Elektrode aus Kohlenstoff
handeln. Die negative Elektrode bildet die Anode der Zelle während der
Entladung und die Kathode während
dem Laden, und die positive Elektrode bildet die Kathode der Zelle
während dem
Entladen und die Anode während
dem Laden. Der Elektrolyt für
diese Zellen kann ein Lithiumsalz umfassen, das in einer Mischung
aus nichtwässerigen
Lösemitteln
aufgelöst
ist. Bei dem Salz kann es sich um LiPF6 handeln,
und die Lösemittel
können
in vorteilhafter Weise Dimethylcarbonat (DMC), Ethylencarbonat (EC),
Propylencarbonat (PC) und Mischungen dieser aufweisen. In dem besonderen
Ausführungsbeispiel
aus 1 handelt es sich bei der Zelle 215 um
eine prismatische Lithiumionenzelle mit einer Einfassung 225,
die aus entgegengesetzten flachen Körperoberflächen 205(a) und 205(b),
flache Seitenoberflächen 208(a) und 208(b) sowie
flache Endoberflächen 209(a) und 209(b) gebildet
werden. Der positive Anschluss 245 und der negative Anschluss 246 werden
von der gleichen Seitenoberfläche 208(a) ausgesetzt
und sind zugänglich
zur Verbindung eines mit Leistung zu versorgenden Geräts. Dargestellt
ist ein Elektrodenstapel 235, der eine Lade aus positiven
Elektrodenmaterial 211, eine Lage aus negativem Elektrodenmaterial 213 umfasst,
wobei sich dazwischen herkömmliches
poröses
Separatormaterial 212 befindet. Der Stapel 235 kann
eine herkömmliche
Spiralwicklung bzw. Jelly-Roll-Konfiguration
aufweisen, wobei das gewickelte Material danach abgeflacht wird,
so dass es kompakt in die Zelle passt.
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Eine
thermisch ansprechende Stromunterbrecher-Baugruppe 220 gemäß der vorliegenden
Erfindung kann in eine prismatische Lithiumionenzelle 215 integriert
werden, wie dies in der Abbildung aus 1 dargestellt
ist. In diesem Ausführungsbeispiel ist
die Stromunterbrecher-Baugruppe vollständig innerhalb des Zelleninneren
platziert und an einem Ende elektrisch mit der positiven Elektrode 211 und an
dem anderen Ende mit dem positiven Anschluss 245 verbunden.
Bei normaler Betriebsweise besteht somit ein elektrischer Pfad zwischen
der positiven Elektrode 211 und dem positiven Anschluss 245.
Die Abbildung aus 2 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Stromunterbrecher-Baugruppe 220. Bei der Baugruppe 220 handelt
es sich um eine unabhängige,
verschlossene Einheit, die eine Metalleinfassung, eine Metallendabdeckung 230,
eine Stromunterbrecherscheibe 250, vorzugsweise aus einer
Legierung mit Formgedächtnis,
und eine Metallkontaktplatte 295 umfasst, welche die innere Oberfläche der
Kappe bzw. der Abdeckung 230 berührt. Die Endabdeckung 230 ist
konkav, so dass sich ihre Oberfläche
gemäß der Abbildung
aus 2 nach außen
beult. Die Einfassung 280 weist die Form einer schalenförmigen,
kreisförmigen
bzw. runden Struktur mit einem offenen Ende und einem leicht gebeulten
Körper
auf, wie dies in der Abbildung aus 3 dargestellt
ist. Die Baugruppe 220 weist einen isolierenden Ring 290 zwischen
dem peripheren Rand der Scheibe 250 und dem peripheren
Rand 230(a) der Endabdeckung 230 auf. Die bevorzugte Struktur
für jede
Komponente der Baugruppe 220 ist in der Abbildung aus 3 dargestellt.
Die Stromunterbrecherscheibe 250 weist eine Dicke auf,
die im Vergleich zu ihrem Durchmesser oder ihrer durchschnittlichen
Breite gering ist, und wobei die Scheibe vorzugsweise kreisförmig oder
zylindrisch ist, wobei sie aber auch andere Formen aufweisen kann,
wie zum Beispiel eine ovale oder elliptische Form oder die Form
einer dünnen
quaderförmigen
oder dünnen gereckten
Platte oder Scheibe mit einem oder mehreren gegenüberliegenden
Kantenpaaren, die nicht parallel sein müssen. Derartige Strukturen
weisen vorzugsweise eine Dicke auf, die kleiner ist als etwa 30%
ihrer Länge
und kleiner als etwa 30% ihrer durchschnittlichen Breite. Der hierin
und im Besonderen in Bezug auf die thermisch ansprechenden Elemente 250, 350 und 352 verwendete
Begriff Scheibe ist so auszulegen, dass er diese weiteren Formen einschließt. Im Falle
einer ovalen oder elliptisch geformten Scheibe bezieht sich der
Begriff durchschnittliche Breite auf den kleinsten Durchmesser der Hauptseite.
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Die
Dicke der Scheibe 250 beträgt vorzugsweise weniger als
1 mm und liegt vorzugsweise zwischen etwa 0,05 und 0,5 mm. Ein bevorzugtes
Ausführungsbeispiel
der Stromunterbrecherscheibe 250 ist in der Abbildung aus 3 am
besten dargestellt und weist eine Außenkante 258 und einen
hohlen zentralen Abschnitt 257 auf. Ein flexibler, elastischer Abschnitt 255 steht
von der peripheren Kante 258 einwärts in den hohlen Abschnitt 257 vor.
De flexible Abschnitt 255 wird in vorteilhafter Weise mit
einer geringfügigen
Aufwärtsbiegung 255(a) in
dessen Oberfläche
vorgeformt, wie dies in der Abbildung aus 3 dargestellt
ist, so dass dessen Ende 255(b) an einer ersten Position
an der Kontaktplatte 295 ruht, um den elektrischen Pfad
zwischen der positiven Elektrode 211 und dem positiven
Anschluss 245 fertig zu stellen. Im normalen Betrieb verläuft der
Strom von der positiven Elektrode 211 zu dem Anschlussstreifen 287(a) zu
der Einfassung 280 zu der Stromunterbrecherscheibe 250 und
dem flexiblen Abschnitt 255 zu dem Kontaktstecker 295 zu
der Endabdeckung 230 der Baugruppe zu dem Anschlussstreifen 287(b) und
danach zu dem positiven Anschluss 245. Wie dies aus der
Abbildung aus 1 ersichtlich ist, ist die Stromunterbrecherscheibe 250 in
der Baugruppe so ausgerichtet, dass Strom durch die Dicke der Scheibe 250 verläuft und
somit die Dicke des flexiblen Abschnitts 255, um die Widerstandsfähigkeit
so gering wie möglich
zu halten. Wenn die Temperatur in der Zelle 215 einen vorbestimmten
Wert überschreitet,
wird das Ende 255(b) nach unten an eine zweite Position
abgelenkt, um den Kontakt mit der Kontaktplatte 295 zu
unterbrechen, wodurch der elektrische Pfad zwischen der Elektrode 211 und
dem Anschluss 245 unterbrochen wird, um die Zelle abzuschalten.
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In
Bezug auf die Abbildung aus 3 ist die Stromunterbrecher-Baugruppe 220 so
gestaltet, dass sie einfach erzeugt werden kann, indem die Stromunterbrecherscheibe 250 in
die Einfassung 280 mit offenem Ende eingeführt wird,
so dass sie an der unteren Oberfläche der Einfassung ruht. Der
Isolierring 290 wird danach über die Scheibe 250 eingeführt, und
der Metallkontaktstecker 295, der in Form eines festen
scheibenförmigen
Steckers gegeben ist, wird durch die Öffnung 290(a) in den
isolierenden Ring eingeführt,
bis er an dem vorstehenden elastischen Element 255 ruht,
das vorzugsweise aus einer Legierung mit Formgedächtnis besteht. Die Isolierscheibe 275 wird über die
Endabdeckung 230 eingeführt,
und diese beiden Teile werden danach über dem Metallkontaktstecker 295 platziert,
so dass die innere Oberfläche
der Endabdeckung 230 die obere Oberfläche des Kontaktsteckers 295 berührt. Der
periphere Rand der Einfassung 280 und der periphere Rand
der Isolierscheibe 275 werden danach über den peripheren Rand 230(a) der
Endabdeckung 230 gecrimpt. Während dem Crimpen wird radialer
Druck ausgeübt,
so dass der periphere Rand 230(a) der Endabdeckung in die
innere Oberfläche
des peripheren Rands 275(a) der Isolierscheibe 275 beißt, so dass ein
dichter Verschluss zwischen der Endabdeckung 230 und der
Einfassung gebildet wird.
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Die
Abbildungen der 6 und 7 zeigen in
Form der Baugruppe 320 ein weiteres Ausführungsbeispiel
der thermischen Stromunterbrecher-Baugruppe. Dieses Ausführungsbeispiel
des Stromunterbrechers ist so gestaltet, dass es, wie in der Abbildung
aus 4 dargestellt, von einem Ende einer prismatischen
Zelle vorsteht oder von einem Ende einer zylindrischen Zelle, wie
dies in der Abbildung aus 5 dargestellt
ist. In diesem Ausführungsbeispiel
beträgt
die Gesamtdicke der prismatischen Zelle in vorteilhafter Weise mindestens
etwa 6 mm, wobei eine Dicke von etwa 6 bis 20 mm für gewöhnlich ausreichend
groß ist,
um Platz für
die Baugruppe 320 vorzusehen. Wenn die Zelle zylindrisch ist,
wie dies in der Abbildung aus 5 dargestellt ist,
so weist sie in wünschenswerter
Weise einen Durchmesser auf, der mindestens so groß ist wie
der von Zellen bzw. Batterien der Größe AAA, um Platz für die Baugruppe 320 zu
bieten. Die Baugruppe 320 kann somit bequem so eingesetzt
werden, dass sie von dem Ende zylindrischer Zellen der Größen AAA, AA,
A, C oder D oder etwa Zellen mit einem Durchmesser zwischen etwa
5 und 20 mm vorsteht. Bei einer Verwendung auf diese Weise kann
der vorstehende Abschnitt der Baugruppe 320, das heißt die Endabdeckung 325,
in praktischer Weise einen der Zellenanschlüsse bilden.
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Die
Stromunterbrecher-Baugruppe 320 kann eine Endabdeckung 325 aufweisen,
die wünschenswerter
Weise die Form einer umgekehrten Schale aufweist, welche den oberen
Abschnitt der Baugruppe 320 bildet, und mit einem schalenförmigen Körper 370,
der den unteren Abschnitt der Einheit bildet, wie dies in der Abbildung
aus 6 dargestellt ist. Die Endabdeckung 325 und
der Körper 370 werden
aus einem elektrisch leitfähigen
Material gebildet. Die Basis 372 des schalenförmigen Körpers 370 bildet
vorzugsweise eine druckbetätigte
Membran, die so gestaltet ist, dass sie eine aufwärtsgerichtete
Ablenkung (in Richtung der Endabdeckung 325) aufweist, wenn
der Druck innerhalb der Zelle einen vorbestimmten Wert überschreitet.
Ein flexibles, auf Wärme
ansprechendes Element 350 oder 352, das in vorteilhafter
Weise aus einer Legierung mit Formgedächtnis oder Bimetall besteht,
ist innerhalb des unteren Abschnitts der Schale 370 angeordnet
und in der Nähe
der Druckmembran 372. Das auf Wärme ansprechende Element kann
in wünschenswerter Weise
die Form einer Scheibe wie etwa der Scheibe 350 oder 352 aufweisen,
mit einer gekrümmten
Oberfläche,
wie dies in der Abbildung aus 7 dargestellt
ist.
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Beim
Einsatz einer Legierung mit Formgedächtnis oder einer Bimetall-Zusammensetzung kann
jede Struktur verwendet werden, wobei jedoch die gereckte Platte
oder quaderförmige
Struktur 352 bevorzugt wird, wenn eine Legierung mit Formgedächtnis eingesetzt
wird, und wobei die Struktur der runden bzw. kreisförmigen Scheibe 350 bevorzugt wird,
wenn eine Bimetall-Zusammensetzung
zur Anwendung kommt. Vorzugsweise befindet sich die Scheibe 350 (oder
die Scheibe 352) innerhalb der Baugruppe 320,
so dass sie im Wesentlichen in einer Ebene liegt, die parallel zu
der Oberfläche
der Endabdeckung 325 ist. Eine elektrisch isolierender
Stab oder ein entsprechender Stecker 340 kann auf der oberen
Oberfläche
des flexiblen, auf Wärme
ansprechenden Elements 350 ruhen. Die Baugruppe 320 weist
vorzugsweise einen Stützring 360 aus
Metall auf, der praktischer Weise an dem Vorsprung 374 des
Körpers 370 angeordnet
werden kann. Die Baugruppe 320 weist wünschenswerter Weise eine flexible,
elektrisch leitfähige
Metallscheibe 330 auf, die ein flexibles, elastisches Element 334 umfasst,
das sich von dem peripheren Rand 332 in den hohlen Abschnitt 333 der
Scheibe 330 erstreckt. Ein isolierender Ring 335 wird
zwischen dem peripheren Rand 332 der Scheibe 330 und
der Kante bzw. dem Rand 362 des Stützrings 360 aus Metall
platziert. Die flexible leitfähige
Scheibe 330 ist zwischen dem peripheren Rand 327 der
Endabdeckung 325 und dem isolierenden Ring 335 angeordnet.
Eine Isolierscheibe 375 umgibt den peripheren Rand 327 der
Endabdeckung 325 und den peripheren Rand 377 des schalenförmigen unteren
Körpers 370,
und die Scheibe bzw. Isolierscheibe 375 umgibt ferner die Scheibe 330 und
den Isolierring 335. Eine Einfassung 380 umgibt
wiederum die Isolierscheibe 375.
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In
Bezug auf die Abbildung aus 7 kann die
Stromunterbrecher-Baugruppe 320 konstruiert werden, indem
zuerst die Isolierscheibe 375 in die Einfassung 380 eingeführt wird,
so dass die äußere Oberfläche der
Isolierscheibe die Innenwand der Einfassung 380 berührt. Danach
wird eine Teilbaugruppe gebildet, indem das thermisch ansprechende
Element 350 oder 352 in den schalenförmigen Körper 370 eingeführt wird,
wobei danach der Stützring 360 aus
Metall an dem Vorsprung 374 des schalenförmigen Körpers 370 eingeführt wird.
Der bewegliche Kunststoffstab 340 wird durch die zentrale Öffnung 363 des
Stützrings 360 eingeführt, so
dass er an dem Element 350 anliegt. Der isolierende Ring 335 wird über dem
Stützring 360 in
Kontakt mit dessen peripheren Rand 362 platziert. Danach
wird die Scheibe 330 so über dem Isolierring 335 platziert,
dass der periphere Rand 332 der Scheibe 330 an
dem isolierenden Ring 335 ruht. Die Endabdeckung 325 wird
so über
der Scheibe 330 platziert, dass der periphere Rand 327 der
Endabdeckung 325 an dem peripheren Rand 332 der
Scheibe 330 ruht. Die Teilbaugruppe wird danach in die
Einfassung 380 eingeführt,
wobei sich die Isolierscheibe 375 darin befindet. Das Ende 380(a) der
Einfassung 380 und das Ende 375(a) der Isolierscheibe 375 werden
danach über
den peripheren Rand 327 der Endabdeckung 325 gecrimpt,
so dass die Teilbaugruppe und deren Komponenten fest und dauerhaft
an der Verwendungsposition gehalten und durch die Isolierscheibe 375 und
die umgebende Einfassung 380 dicht verschlossen werden.
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Die
Baugruppe 320 kann in eine wiederaufladbare zylindrische
Zelle 400 eingeführt
werden, wie zum Beispiel eine zylindrische Lithiumionenzelle, wie dies
in der Abbildung aus
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8 dargestellt
ist. Die Endabdeckung 325 der Baugruppe 320 steht
von einem Ende der Zelle vor und bildet einen der Zellenanschlüsse, für gewöhnlich den
positiven Anschluss. In ähnlicher
Weise kann die Baugruppe 320 in eine wiederaufladbare prismatische
Zelle eingeführt
werden, wie zum Beispiel eine prismatische Lithiumionenzelle 500,
die in der Abbildung aus 4 dargestellt ist. Bei einer
derartigen Anwendung steht die Endabdeckung 325 von einem
Ende der Zelle vor und bildet einen der Zellenanschlüsse, für gewöhnlich den
positiven Anschluss. Unabhängig
davon, ob eine zylindrische oder eine prismatische Zelle eingesetzt
wird, kann die Zelle optional auch eine zusätzliche Stromunterbrecher-Baugruppe
aufweisen, nämlich
die vorstehend beschriebene Stromunterbrecher-Baugruppe 220.
Das Vorhandensein von zwei unabhängigen
Stromunterbrecher-Baugruppen 220 in zwei separaten Gehäusen sieht
für die
Zelle zwei thermisch ansprechende Stromunterbrechungssysteme vor,
die sich unabhängig
voneinander selbst aktivieren.
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In
der Abbildung aus 8 ist eine Zelle 400 dargestellt,
die darin beide Stromunterbrechungs-Baugruppen 220 und 320 aufweist.
Beide in der Abbildung aus 8 dargestellten
Stromunterbrecher-Baugruppen 220 und 320 befinden
sich in der "eingeschalteten" Position, das heißt an der
Position, die es zulässt,
dass Strom im Normalzustand von der Elektrode 211 zu der
Anschlussendabdeckung 325 fließt. Wenn sich die Zelle 400 in
einem derartigen Betriebsmodus befindet, so existiert ein elektrischer
Pfad zwischen einer der Zellenelektroden, wie z.B. der Elektrode 211,
und dem Zellenanschluss 325. Im normalen Betrieb fließt Strom
von der Elektrode 211 zu dem Verbindungsstreifen 287(a),
zu der Einfassung 280 der Baugruppe 220, zu dem
Kontaktstecker 295, zu der Endabdeckung 230 und
danach zu dem Anschlussstreifen 287(b). Strom fließt von dem
Anschlussstreifen 287(b) zu dem unteren Körper 370 der
Baugruppe 320. Strom fließt danach von dem Körper 370 zu
dem Stützring 360,
zu dem elastischen bzw. Federarm 334 der Scheibe 330 und
danach von der Scheibe 330 zu der Anschlussendabdeckung 325.
Wenn die Innentemperatur der Zelle einen vorbestimmten Wert erreicht, biegt
sich das thermisch ansprechende, elastische Element 255 nach
unten, wodurch die elektrische Verbindung zwischen dem Element 255 und
dem Kontaktstecker 295 unterbrochen wird. Dies hat den Effekt
des Trennens des elektrischen Pfads zwischen der Elektrode 211 und
der Anschlussendabdeckung 325, um die Zelle abzuschalten.
Wenn die Innentemperatur der Zelle ferner einen weiteren vorbestimmten
Wert erreicht, biegt sich das thermisch ansprechende Element 350 (oder 352)
der Baugruppe 320 aufwärts
an die in der Abbildung aus 6 dargestellte
Position. Diese Aufwärtsbewegung
des Elements 350 bewirkt, dass sich der Kunststoffstab 340 gegen
den federelastischen Arm 334 der Scheibe 330 nach
oben bewegt. Dies bewirkt, dass der elastische Arm 334 den
Kontakt mit dem Stützring 360 unterbricht,
wodurch der elektrische Pfad zwischen der Elektrode 211 und
der Anschlussendabdeckung 325 unterbrochen wird. Wenn die
Innentemperatur der Zelle sehr schnell ansteigt, werden das auf
Wärme ansprechende
Element 255 der Baugruppe 220 und das auf Wärme ansprechende
Element 350 (oder 352) der Baugruppe 320 gleichzeitig
aktiviert, was bewirkt, dass der elektrische Pfad zwischen der Elektrode 211 und
der Anschlussendabdeckung 325 sofort an zwei Stellen unterbrochen
wird. Dies stellt ein unverzügliches
Abschalten der Zelle sicher und sieht die zusätzliche Sicherheit vor, dass
die Zelle abgeschaltet wird, wenn eines der beiden auf Wärme ansprechenden
Elemente eine Fehlfunktion aufweist.
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Wenn
sich alternativ der Gasdruck in der Zelle so aufbaut, dass der einen
vorbestimmten Wert überschreitet,
so biegt sich die Membran 372 der Baugruppe 320 nach
oben, so dass bewirkt wird, dass sich der Kunststoffstab 340 aufwärts gegen
den elastischen Arm 334 bewegt, wodurch bewirkt wird, dass
der elastische Arm 334 den Kontakt mit dem Stützring 360 unterbricht.
Dies bewirkt wiederum eine Unterbrechung des elektrischen Pfads
zwischen der Elektrode 211 und der Anschlussendabdeckung 325,
wodurch die Zelle abgeschaltet wird. Die Membran 372 spricht
nur auf den Innendruck der Zelle an und wird somit unabhängig von
der Innentemperatur der Zelle betätigt. Die durch Druck betätigte Membran 372 stellt
somit sicher, dass sich die Zelle abschaltet, wenn der Gasdruck
in der Zelle einen vorbestimmten Wert erreicht, und zwar unabhängig von der
Zellentemperatur.
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In
dem Ausführungsbeispiel
der Stromunterbrecher-Baugruppe aus den Abbildungen der 2 und 3 bestehen
die thermisch ansprechende Scheibe 250 mit einem sich einwärts erstreckenden elastischen
Element 255 oder die Scheibe 350 oder die Scheibe 352 aus
den Abbildungen der 6 und 7 in wünschenswerter
Weise aus einer Legierung mit Formgedächtnis. Die Legierung mit Formgedächtnis kann
aus bekannten Memory-Legierungsgruppen ausgewählt werden, wie zum Beispiel
Nickel-Titan (Ni-Ti), Kupfer-Zink-Aluminium (Cu-Zn-Al) und Kupfer-Aluminium-Nickel
(Cu-Al-Ni). Es konnte jedoch festgestellt werden, dass eine Nickel-Titan-Legierung
die wünschenswerteste
Legierung mit Formgedächtnis
für die
Scheibe 250 oder die Scheiben 350 oder 352 ist.
Eine bevorzugte Nickel-Titan-Memory-Legierung ist unter der Handelsbezeichnung
NITINOL-Legierung von der Specials Metals Corporation erhältlich.
Das elastische Element 255 der Scheibe 250 oder
der Scheiben 350 bzw. 352 kann aus einer zurücksetzbaren
bzw. rückstellbaren Memory-Legierung bestehen,
das heißt,
einer Legierung, die sich bei Erwärmung verformt und bei einer Abkühlung auf
die Umgebungstemperatur ohne Anwendung von externer Kraft wieder
ihre ursprüngliche
Form annimmt. Es ist jedoch wünschenswert, dass
das Element aus einer Legierung mit Formgedächtnis auf Umgebungstemperatur
nicht rückstellbar
ist, das heißt,
dass es sich bei Erwärmung
auf dessen Aktivierungstemperatur unumkehrbar verformt. Dies gewährleistet,
dass die Zelle nicht wieder funktionsfähig wird, wenn die Bedingungen
innerhalb der Zelle eine übermäßige interne
Erwärmung
bewirkt haben. Somit werden die Scheiben 250, 350 bzw. 352 vorzugsweise
unter Verwendung einer NITINOL-Legierung
hergestellt, die sich nach einer Aktivierung nicht mehr zurückstellen
bzw. zurücksetzen kann.
Die bevorzugte Speicherscheibe bzw. Memory-Scheibe 250 kann
in praktischer Weise aus einem einzigen Stück einer NITINOL-Legierung
mit einer runden peripheren Kante 258 hergestellt werden,
von welcher einwärts
ein flexibles Element 255 vorsteht. Das flexible Element 255 kann
in praktischer Weise eine rechteckige Form aufweisen, mit einem
aufwärts gebogenen äußeren Schenkel 255(d),
getrennt von dem inneren Schenkel 255(c) durch eine Biegungslinie 255(a) (2 und 3).
Das elastische Element 255 kann in wünschenswerter Weise eine Breite
von etwa 2 bis 5 mm, eine Länge
zwischen 3 und 8 mm und eine Dicke zwischen etwa 0,05 und 0,5 mm
aufweisen. Der Schenkel 255(d) biegt sich abwärts entlang
der Biegungslinie 255(a), wenn eine Temperatur zwischen
etwa 60°C
und 120°C
eine Unterbrechung des Kontakts zwischen dem Element 255 und
dem Kontaktstecker 295 bewirkt. Die Scheibe 250 kann
in wünschenswerter
Weise einen Durchmesser zwischen etwa 5 und 15 mm aufweisen.
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Zur
Erreichung eines derartigen Aktivierungseffekts konnte festgestellt
werden, dass die Dicke der Speicherscheibe 250 und des
elastischen Elements 255 in vorteilhafter Weise im Bereich
von etwa 0,05 bis 0,5 mm liegt, mit einer derartigen Mantelfläche, so
dass der Widerstand des genannten Elements unter etwa 5 Milliohm
liegt. Die vorstehend beschriebene Form für die Scheibe 250,
das heißt
eine hohle Scheibe mit einer runden peripheren Kante, von der ein
flexibler Abschnitt 255 einwärts vorsteht, ist wünschenswert,
da sie eine reduzierte Dicke und eine gute Kontaktfläche ermöglicht,
um den Gesamtwiderstand der Scheibe 250 zu reduzieren,
wenn Storm bei normalem Zellenbetrieb durch deren Dicke verläuft. Das
Element 255 mit Formgedächtnis
weist in wünschenswerter
Weise eine Deformationsbelastung von nicht mehr als etwa 8 Prozent
auf. Der Biegungswinkel liegt in wünschenswerter Weise zwischen
etwa 10 und 30 Grad, das heißt,
das Ende 255(b) wird mit einem Winkel von etwa 10 bis 30 Grad
von der Ebene der Scheibe nach oben gebogen. Dies ermöglicht es,
dass das Memory-Element 255 von dem Kontaktstecker 295 abgelenkt
und abgeflacht wird, wenn die Aktivierungstemperatur erreicht worden
ist. Bei einer Anwendung auf Lithiumionenzellen kann das vorstehend
beschriebene bevorzugte Design der Speicher- bzw. Memory-Scheibe dazu führen, dass
der Gesamtwiderstand geringer ist als 5 Milliohm, was wiederum eine
Stromentnahme bzw. einen Stromverbrauch von bis zu 5 Ampere bei
Dauerbetrieb der Zelle ermöglicht.
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In
dem Ausführungsbeispiel
der Strombaugruppe aus den Abbildungen der 6 und 7 kann
das thermisch ansprechende Element in Form einer gekrümmten, runden
Scheibe 350 oder einer Scheibe in Form einer dünnen, gekrümmten, gereckten
Platte oder eines Quaders 352 in vorteilhafter Weise gemäß der vorstehenden
Beschreibung aus einer Legierung mit Formgedächtnis bestehen, vorzugsweise
der NITINOL-Legierung. (Wenn die Scheibe 352 eine dünne, gereckte
Platte darstellt, kann sie oval sein oder ein oder mehrere Paare
gegenüberliegender
Kanten aufweisen, die nicht parallel sind.) Die Scheibe 350 oder 352 ist
vorzugsweise so gefertigt, dass sie sich unumkehrbar verformt, wenn
sie einer vorbestimmten Temperatur ausgesetzt wird, die in wünschenswerter
Weise zwischen etwa 60°C
und 120°C
liegt. Wenn die Innentemperatur der Zelle einen vorbestimmten Wert überschreitet,
erfolgt eine Umkehr bzw. Abflachung der Krümmung der Scheibe bzw. der
Platte, was bewirkt, dass der Kunststoffstab 340 gegen
den elastischen Arm 334 der Scheibe 330 drückt. Dies
wiederum bewirkt eine Unterbrechung des elektrischen Kontakts zwischen
der Scheibe 330 und dem Stützring 360 aus Metall
gemäß der vorstehenden
Beschreibung, um den Stromfluss zu unterbrechen. Die thermisch ansprechende
Scheibe 350 bzw. 352 kann alternativ eine Bimetallkonstruktion aufweisen,
das heißt,
sie umfasst zwei Schichten bzw. Lagen aus unterschiedlichen Metallen
mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten. Wenn
eine Bimetallkonstruktion eingesetzt wird, kann die obere Schicht
der Bimetallscheibe 350 bzw. der Platte 352 (der
Schicht, die der Endabdeckung 325 am nächsten ist) aus einem Metall
mit hoher Wärmeausdehnung
bestehen, vorzugsweise einer Nickel-Chrom-Legierung, und wobei die
darunter liegende bzw. die untere Schicht bzw. Lage aus einem Metall
mit geringer Wärmeausdehnung
bestehen kann, vorzugsweise einer Nickel-Eisen-Legierung. Eine weitere geeignete
Bimetallzusammensetzung ist Nickel und Titan. In einem derartigen
Ausführungsbeispiel
wird die Scheibe 350 (oder die Scheibe 352) aktiviert,
wenn die Zellentemperatur auf mindestens 60°C ansteigt, und wobei sie für gewöhnlich bei einer
Zellentemperatur zwischen etwa 60°C
und 120°C
aktiviert werden kann. Ferner ist die Auswahl zwischen den Metallschichten
mit hoher und niedriger Wärmeausdehnung
möglich,
so dass die Scheibe 350 bzw. 352 außer bei
einer Temperatur von unter –20°C keine Rücksetzung
bzw. Rückstellung
aufweist, so dass der Baustein in den meisten Anwendungen einen
einfach wirkenden thermostatischen Baustein bildet.
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In
Bezug auf die Stromunterbrecher-Baugruppe 220 (2 und 3)
kann die Einfassung 280 für zusätzliche Stärke bzw. Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit
aus Aluminium, Edelstahl oder Titan gestaltet werden. Die Einfassung 280 weist
in wünschenswerter
Weise eine Wanddicke zwischen etwa 0,1 mm und 0,5 mm auf. Die Einfassung 280 und
somit die Baugruppe 220 weisen vorzugsweise eine Durchmesser
zwischen 3 und 15 mm auf, wobei der Durchmesser für gewöhnlich zwischen
etwa 3 und 8 mm liegt, und mit einer Tiefe zwischen etwa 1 und 10
mm, wobei die Tiefe für
gewöhnlich
zwischen etwa 1 und 3 mm liegt. Eine Baugruppe 220 mit
derartigen Abmessungen kann in sehr dünne prismatische Zellen mit
einer Gesamtdicke zwischen etwa 3 und 6 mm eingeführt werden,
ohne dass dabei die Zellenkapazität erkennbar reduziert oder
die Funktionalität
des Stromunterbrechers beeinträchtigt
wird.
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Der
interne Isolierring 290 besteht in wünschenswerter Weise aus einem
korrosionsbeständigen
thermoplastischen Werkstoff mit verhältnismäßig hoher Druckfestigkeit und
Temperaturstabilität.
Ein bevorzugter Werkstoff für
den Isolierring 290 ist ein Flüssigkristallpolymer, das unter
der Handelsbezeichnung VECTRA als Polymer von der Celanese Co. erhältlich ist
oder als ein Polyester mit der Handelsbezeichnung VALOX-Polymer
der General Electric Plastics Company. Der Kontaktstecker 295 besteht
in wünschenswerter
Weise aus kaltgewalztem Stahl oder Edelstahl, so dass er leicht
an die Unterseite der Endabdeckung 230 geschweißt werden kann.
Der Kontaktstecker 295 kann mit einem Edelmetall plattiert
werden, wie zum Beispiel Silber, um dessen Kontaktwiderstand zu
senken. Die Endabdeckung 230 besteht in wünschenswerter
Weise aus Edelstahl, Aluminium oder Titan, um die erforderliche Kombination
aus Stärke
bzw. Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit vorzusehen, und wobei
sie insgesamt einen Durchmesser zwischen etwa 3 und 15 mm aufweist,
der vorzugsweise zwischen etwa 4 und 8 mm liegt, und mit einer Gesamttiefe
von weniger als etwa 1 mm, wobei diese für gewöhnlich zwischen etwa 0,1 und
1 mm liegt. Die Isolierscheibe 275 kann in wünschenswerter
Weise eine Dicke zwischen etwa 0,1 und 0,5 mm und einen Gesamtdurchmesser
zwischen etwa 3 und 15 mm aufweisen, der vorzugsweise zwischen etwa
4 und 8 mm liegt. Die Isolierscheibe 275 kann aus einem
haltbaren und gleichzeitig elastischen, korrosionsbeständigen thermoplastischen
Material hergestellt werden, wie zum Beispiel einem Polypropylen
mit hoher Dichte, das in Bezug auf Elektrolyt inert ist und eine
ausreichende Elastizität
aufweist, um einen dichten Verschluss zwischen der Einfassung 280 und
den internen Komponenten der Baugruppe 220 bereitzustellen.
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In
Bezug auf die Stromunterbrecher-Baugruppe 320 (6 und 7)
kann die Einfassung 380 aus Edelstahl oder nickelplattiertem,
kaltgewalztem Stahl für
Festigkeit bzw. Stärke
und Korrosionsbeständigkeit
hergestellt werden bzw. bestehen. Die Einfassung 380 weist
in wünschenswerter
Weise eine Wanddicke zwischen etwa 0,1 mm und 0,5 mm auf. Die Einfassung 380 und
somit die Baugruppe 320 weisen vorzugsweise einen Durchmesser
zwischen etwa 4 und 15 mm oder eine Gesamtbreite von vorzugsweise
zwischen etwa 4 und 8 mm auf sowie eine Tiefe zwischen etwa 1 und
10 mm, die für
gewöhnlich
zwischen etwa 3 und 6 mm liegt. Eine Baugruppe 320 mit
derartigen Gesamtabmessungen kann in prismatische Zellen mit einer
Gesamtdicke zwischen etwa 6 und 20 mm oder zylindrische Zellen mit
einem Durchmesser zwischen etwa 5 und 20 mm eingeführt werden,
ohne dabei die Zellenkapazität
erkennbar zu reduzieren oder die Funktionalität des Stromunterbrechers zu
beeinträchtigen.
Die Endabdeckung 325 weist für gewöhnlich einen Gesamtdurchmesser
zwischen etwa 4 und 15 mm auf sowie eine Gesamttiefe zwischen etwa
0,1 und 1 mm. Die Endabdeckung 325 kann aus Edelstahl oder
nickelplattiertem, kaltgewalztem Stahl hergestellt werden, um eine
angemessene Stärke
bzw. Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit bereitzustellen. Die
flexible, leitfähige
Scheibe 330 weist vorzugsweise einen Durchmesser zwischen
etwa 4 und 15 mm und eine Dicke zwischen etwa 0,1 und 0,5 mm auf.
Sie besteht in wünschenswerter
Weise aus einem elastischen Metallwerkstoff mit guter elektrischer
Leitfähigkeit und
Stärke
bzw. Festigkeit, wie etwa einer Beryllium-Kupfer-Legierung oder
Federstahl, der mit einem Edelmetall wie etwa Gold oder Silber plattiert
werden kann, um den Kontaktwiderstand zu senken. Der elastische
bzw. Federarm 334 der Scheibe 330 kann in wünschenswerter
Weise eine rechteckige Form mit einer Breite von etwa 2 bis 5 mm,
einer Länge
von etwa 3 bis 8 mm und einer Dicke von etwa 0,1 bis 0,5 mm aufweisen.
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Der
Isolierring 335 besteht in wünschenswerter Weise aus einem
korrosionsbeständigen
thermoplastischen Werkstoff mit einer verhältnismäßig hohen Druckfestigkeit und
Temperaturstabilität.
Ein bevorzugtes Material für
den Isolierring 335 ist ein Flüssigkristallpolymer, das unter
der Handelsbezeichnung VECTRA als Polymer von der Celanese Co. erhältlich ist,
oder ein Polyester, das unter der Handelsbezeichnung VALOX als Polymer
von der General Electric Plastics Company erhältlich ist. Der bewegliche
Stab 340 kann einen Durchmesser oder eine Breite zwischen
etwa 1 und 3 mm und eine Länge
zwischen etwa 1 und 5 mm aufweisen. Der Stabe 340 ist im
Wesentlichen elektrisch nicht-leitfähig (er besteht aus einem Material
mit hoher Widerstandsfähigkeit)
und sollte wärmestabil
sein, auch wenn er hohen Temperaturen ausgesetzt ist, wie zum Beispiel von
120°C und
höher.
Ein bevorzugtes Material für den
Stab 340 ist ein Flüssigkristallpolymer,
das unter der Handelsbezeichnung VECTRA als Polymer von der Celanose
Co. erhältlich
ist. Der Stützring 360 aus Metall
weist in wünschenswerter
Weise einen Durchmesser zwischen etwa 4 und 15 mm und von vorzugsweise
zwischen etwa 4 und 8 mm auf sowie eine Dicke zwischen etwa 0,1
und 1 mm. Der Stützring 360 kann
einfach aus Edelstahl oder kaltgewalztem Stahl hergestellt werden,
um eine angemessene Stärke
bzw. Festigkeit vorzusehen, wobei das Material mit einem Edelmetall
wie etwa Gold oder Silber plattiert werden kann, um den Kontaktwiderstand
zu reduzieren. Die Tiefe des schalenförmigen Körpers 370 kann in
wünschenswerter
Weise zwischen etwa 1 und 3 mm liegen. Die druckbetätigte Membran 372, die
in wünschenswerter
Weise die Basis des schalenförmigen
Körpers 370 bildet,
kann einen Durchmesser zwischen etwa 4 und 15 mm und eine Wanddicke
zwischen etwa 0,1 und 0,5 mm aufweisen. Der schalenförmige Körper 370 und
die Membran 372 können
auf einfache Weise aus Aluminium gebildet werden, das sich leicht
und dauerhaft verformt, wenn es einem erhöhten Druckgefälle ausgesetzt
wird. Die Isolierscheibe 375 kann aus einem haltbaren und gleichzeitig
elastischen, korrosionsbeständigen Thermoplast
wie etwa einem Polypropylen mit hoher Dichte hergestellt werden,
das in Bezug auf Elektrolyt inert ist, und mit einer ausreichenden
Elastizität
bzw. Nachgiebigkeit, um einen angemessenen dichten Verschluss zwischen
der Einfassung 380 und den internen Komponenten der Baugruppe 320 vorzusehen.
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Die
vorliegende Erfindung wurde vorstehend zwar in Bezug auf bevorzugte
Ausführungsbeispiele beschrieben,
wobei hiermit jedoch festgestellt wird, dass in Bezug auf die beschriebenen
Ausführungsbeispiele
Modifikationen möglich
sind, ohne dabei vom Gedanken der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Die Erfindung ist somit nicht auf die besonderen Ausführungsbeispiele
beschränkt,
sondern vielmehr durch die Ansprüche
und ihre Äquivalente
definiert.