GUTSCH, Andreas (Kaethe-Kollwitz-Strasse 4, Luedinghausen, 59348, DE)
SCHAEFER, Tim (Am Sportplatz 15, Niedersachswerfen, 99762, DE)
GUTSCH, Andreas (Kaethe-Kollwitz-Strasse 4, Luedinghausen, 59348, DE)
| P a t e n t a n s p r ü c h e Schutzeinrichtung für galvanische Zellen (201 , 202, 301 , 302), die über mit Polanschlüssen (203, 204, 503, 504) der Batteriezellen in geeigneter Weise verbundene Kontaktelemente (205, 207, 209, 212, 405, 409, 406, 407, 506, 507, 509, 606, 607, 706, 707, 709, 805, 806, 807, 809) zu einer Batterie zusammengeschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzeinrichtung über eine Aktivierungseinrichtung (708, 710, 711) zur Aktivierung der Schutzeinrichtung verfügt, und bei einer Aktivierung der Schutzeinrichtung diese Schutzeinrichtung eine ihr zugeordnete Zelle durch eine Veränderung der Zusammenschaltung überbrückt und so aus dem Batterieverbund elektrisch herausnimmt. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1 , mit einem Energiespeicher, welcher die zur Veränderung der Zusammenschaltung erforderliche Energie speichert und bei einer Aktivierung der Schutzeinrichtung zur Verfügung stellt. Schutzeinrichtung nach Anspruch 2, mit einem mechanischen Energiespeicher (708, 808, 908, 1008, 1108, 1208). Schutzeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die einzelnen Zellen einer Batterie zugeordnet werden kann. Schutzeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer Aktivierungseinrichtung, die durch ein Signal, das außerhalb der Schutzeinrichtung erzeugt wird, und/oder ein Signal, das innerhalb der Schutzeinrichtung erzeugt wird, aktiviert werden kann. Schutzeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer Aktivierungseinrichtung, die durch ein Signal aktiviert werden kann, das von mindestens einem Sensor erzeugt wird, der mindestens eine physikalische Größe misst, die indizierend für den Betriebszustand einer galvanischen Zelle ist, die der Schutzeinrichtung zugeordnet ist. Schutzeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, deren Aktivierungseinrichtung bei nachträglichem Wegfall der Voraussetzungen für ihre Aktivierung deaktiviert werden kann, woraufhin diese Schutzeinrichtung die Überbrückung der ihr zugeordneten Zelle rückgängig macht, wodurch diese Zelle wieder in den Batterieverbund integriert wird. Schutzeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die so ausgestaltet ist, dass sie zwischen den Polanschlüssen benachbarter Zellen angeordnet werden kann. 9. Schutzeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer Aktivierungseinrichtung, die einen Schmelzdraht (911 , 121 1 ) aufweist, der eine Wellfeder (908, 1208), die als Energiespeicher dient, in einem gespannten Zustand hält, und die durch einen Strompuls aktivierbar ist, welcher den Schmelzdraht durchschmilzt (1230), woraufhin die Wellfeder sich entspannt und dabei die zur Veränderung der Zusammenschaltung erforderliche Energie zur Verfügung stellt. 10. Schutzeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer Aktivierungseinrichtung, in der ein Bauelement aus einem Formgedächtnismaterial die Veränderung der Zusammenschaltung durch eine Änderung der Form dieses Bauelements bewirkt, sobald und/oder solange die Temperatur dieses Bauelements außerhalb eines definierten Temperaturbereichs liegt. 1 1 . Schutzeinrichtung nach Anspruch 10, bei welcher das Bauelement aus einem Formgedächtnismaterial ein elektrisch leitendes Bauelement oder ein elektrisch isolierendes Bauelement ist. 12. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1 1 , bei welcher das elektrisch leitende Bauelement aus einem Formgedächtnismaterial von dem Strom durchflössen wird, mit dem die ihr zugeordnete Zelle geladen oder entladen wird, oder von dem Strom durchflössen wird, der durch ein Signal gesteuert wird, das innerhalb oder außerhalb der Schutzeinrichtung zur Steuerung der Aktivierungseinrichtung erzeugt wird. 13. Schutzeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem luftdicht abgeschlossenen Gehäuse. 14. Schutzeinrichtung nach Anspruch 13, bei welcher das Gehäuse mit einem Schutzgas befüllt ist. 15. Galvanische Zelle mit einer Schutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14. 16. Batterie mit wenigstens einer galvanischen Zelle nach Anspruch 15. 17. Batterie mit mehreren galvanischen Zellen nach Anspruch 15, bei welcher eine Mehrzahl von Schutzeinrichtungen zwischen benachbarten Zellen der Batterie angeordnet ist, eine Mehrzahl von Kontaktelementen zur Zusammenschaltung einer Reihenschaltung von Zellen der Batterie vorgesehen ist, ein erster Teil dieser Kontaktelemente beweglich angeordnet ist, ein zweiter Teil dieser Kontaktelemente unbeweglich angeordnet ist, und eine Aktivierung einer Schutzeinrichtung einer ersten Zelle bewirkt, dass ein bewegliches erstes Kontaktelement, welches vor der Aktivierung einer elektrische Reihenschaltung zur einer benachbarten zweiten Zelle dient, bei Aktivierung der Schutzeinrichtung bewegt und gegen ein unbewegliches zweites Kontaktelement gepresst wird, wodurch die erste Zelle überbrückt und somit elektrisch aus der Reihenschaltung herausgenommen wird. |
B e s c h r e i b u n g
Die Erfindung betrifft eine Schutzeinrichtung für galvanische Zellen, eine galvanische Zelle mit einer solchen Schutzeinrichtung und eine Batterie aus solchen galvanischen Zellen.
Batterien bestehen aus in Reihe und/oder parallel geschalteten Einzelzellen, die sich häufig mit der dazugehörenden Elektronik und Kühlung in einem gemeinsamen Gehäuse befinden. In der Automobiltechnik werden solche Batterien, insbesondere Hochvolt-Batterien, u.a. als Traktionsbatterie für Elektrofahrzeuge und als Energiezwischenspeicher für Hybrid-Fahrzeuge eingesetzt. Solche Zellen können, beispielsweise durch Überladung, durch Kurzschluss oder durch andere Ursachen beschädigt oder auf andere Weise in ihrer bestimmungsgemäßen Funktion gestört sein.
Bekannt sind beispielsweise Lithium-Ionen-Batterien, die bei überladenen oder kurzgeschlossenen Zellen den Stromkreis unterbrechen. So ist es beispielsweise bekannt, bei Überhitzung einer solchen Zelle deren Gehäuse an einer gezielt geschwächten Stelle, beispielsweise mit Hilfe einer Berstscheibe, unter Wirkung des gleichzeitig erhöhten Innendrucks der Zelle aufzureißen und dabei den elektrischen Kontakt vom Elektrodenwickel zu den Batteriepolen zu trennen. Solche bekannten Lösungen sind in manchen Fällen mit dem Nachteil verbunden, dass durch die zellseitige Trennung des Stromkreises die mit der defekten Zelle in Reihe geschalteten Zellen ebenfalls keinen Strom mehr ab- geben können. Insbesondere bei Elektro-Fahrzeugen kann dies zum Totalausfall ("Liegenbleiber") führen. Bei Hybrid-Fahrzeugen kann - je nach Systemaufbau - beispielsweise der Neustart des Verbrennungsmotors nicht mehr möglich sein.
Zur Vermeidung dieser Nachteile sind Einrichtungen vorgeschlagen worden, bei denen eine defekte Zelle aus der elektrischen Reihenschaltung herausgenommen und gleichzeitig überbrückt wird. Bei solchen bekannten Lösungen bezieht die Vorrichtung zur zellseitigen Trennung des Stromkreises und zur Überbrückung der defekten Zelle ihre Betätigungsenergie häufig aus der Druckerhöhung im Inneren der Zelle. Diese bekannten Einrichtungen werden damit erst wirksam, wenn die Zelle bereits irreversibel geschädigt ist. In solchen Fällen kann Zellinhalt, beispielsweise ein teilweise verdampfter Elektrolyt, austreten, der wegen seiner elektrischen Leitfähigkeit weitere Kurzschlüsse hervorrufen kann. Eine Reparatur der Batterie ist in solchen Fällen häufig nicht mehr möglich oder sinnvoll, weil durch die korrosive Wirkung des Elektrolyten innerhalb kurzer Zeit das Innere der Batterie angegriffen wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine wirkungsvolle Schutzeinrichtung für galvanische Zellen anzugeben und die mit den bekannten Lösungen verbundenen Probleme nach Möglichkeit zu vermeiden.
Diese Aufgabe wird durch eine Schutzeinrichtung für galvanische Zellen nach Anspruch 1 gelöst. Sie wird ferner gelöst durch ein Erzeugnis nach einem der weiteren unabhängigen Ansprüche. Die Erfindung sieht eine Schutzeinrichtung für galvanische Zellen vor, die über mit Polanschlüssen der Zellen in geeigneter Weise verbundene Kontaktelemente zu einer Batterie zusammengeschaltet sind. Die erfindungsgemäße Schutzeinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie über eine Aktivierungseinrichtung zur Aktivierung der Schutzeinrichtung verfügt. Diese erfindungs- gemäße Schutzeinrichtung überbrückt bei einer Aktivierung der Schutzeinrichtung eine ihr zugeordnete Zelle durch eine Veränderung der Zusammenschaltung und nimmt diese Zelle so aus dem Batterieverbund elektrisch heraus. lm Zusammenhang mit der Beschreibung der vorliegenden Erfindung verwendete Begriffe werden im Folgenden definiert und erläutert. Unter einer galvanischen Zelle im Sinne der vorliegenden Erfindung soll eine zum Aufbau einer Batterie geeignete elektrische oder elektrochemische Zelle, insbesondere eine Primärzelle oder eine Sekundärzelle, verstanden werden. Solche Zellen werden nachstehend auch als Batteriezellen, Zellen oder Einzelzellen bezeichnet. Unter einer Batterie ist eine Zusammenschaltung solcher Zellen - in Reihe und/oder parallel - zu verstehen.
Unter einer Zusammenschaltung von galvanischen Zellen ist im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung jede technisch sinnvolle Kombination von Reihen- und/oder Parallelschaltungen solcher Zellen zu verstehen. Sie wird durch geeignete Verbindung der Polanschlüsse solcher galvanischen Zellen mit Hilfe von Kontaktelementen, insbesondere mit Hilfe von Kontaktblechen, Stromschienen, Isolatoren, etc. hergestellt.
Unter einer Aktivierungseinrichtung ist im vorliegenden Zusammenhang jede Einrichtung zur Aktivierung der erfindungsgemäßen Schutzeinrichtung zu verstehen, die eine erfindungsgemäße Schutzeinrichtung in die Lage versetzt, gezielt einzelne Zellen einer Batterie zu überbrücken und so aus dem Batterieverbund elektrisch herauszunehmen. Mit dem Ausdruck elektrisch herausnehmen ist gemeint, dass die betroffene Zelle zwar räumlich an ihrer Position im Batterieverbund verbleibt, dass diese Zelle jedoch aus der die Batterie konstituierenden elektrischen Reihen- und/oder Parallelschaltung einer Mehrzahl von Zellen durch die Überbrückung bestimmter Kontakte herausgenommen wird. Zur Aktivierung der Schutzeinrichtung mit Hilfe der Aktivierungseinrichtung wird Energie benötigt, beispielsweise weil hierzu Kontaktelemente bewegt werden müssen. Diese Energie wird erfindungsgemäß der Aktivierungseinrichtung von außen zugeführt oder durch einen Energiespeicher bereitgestellt, der Bestandteil der Schutzeinrichtung oder der Aktivierungseinrichtung ist. Hierbei kann es sich um Energiespeicher jeder möglichen Art handeln, insbesondere um mechanische Energiespeicher. Bei der Zufuhr der zur Aktivierung erforderlichen Energie von außen kommen hierzu geeignete Einrichtung aller Art in Betracht, insbesondere elektromagnetische Wandler wie beispielsweise elektromagnetische Schalter (Relais, etc.), die mit Hilfe von Energie betrieben werden, die von außen zugeführt, also beispielsweise dem Batterieverbund entnommen wird, dessen restliche Zellen regelmäßig funktionstüchtig bleiben.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung bilden den Gegenstand von Unteransprüchen.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele und mit Hilfe von Figuren näher beschrieben. Dabei zeigt
Fig. 1 a einen Schaltplan einer Reihenschaltung von Batteriezellen, die jeweils über eine aktiv ansteuerbare zellseitige Einrichtung zur Herausnahme und zur Überbrückung von elektrisch in Reihe geschalteten Zellen gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung verfügen;
Fig. 1 b eine Zusammenschaltung von Batteriezellen mit den Schaltern einer
Schutzeinrichtung, bei der sich sämtliche Schalter in einer Position befinden, die eine Reihenschaltung sämtlicher Batteriezellen bewirkt;
Fig. 1 c eine Zusammenschaltung von Batteriezellen, bei der ein Schalter sich in einer Position befindet, die eine Überbrückung einer Batteriezelle und damit ihre Herausnahme aus dem Batterieverbund bewirkt;
Fig. 2 eine Zusammenschaltung von Batteriezellen mit Schutzeinrichtungen gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung; eine Seitenansicht eines Zellblocks mit Schutzeinrichtungen gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; eine vergrößerte Darstellung des oberen Teils des in Figur 3 dargestellten Zellblocks mit einer Schutzeinrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; die Ansicht einer Zelle mit einer Schutzeinrichtung nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; eine Detailansicht einer Schutzeinrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung; eine Explosionsdarstellung der in Figur 6 gezeigten Ausführungsform; eine Seitenansicht einer Schutzeinrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung im nicht aktivierten Zustand (Normalbetrieb); ein Schnittbild einer Schutzeinrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung; eine Vergrößerung des rechten Teils der in Figur 9a dargestellten Ausführungsform im nicht aktivierten Zustand (Normalbetrieb); die Ansicht eines Zellblocks mit aktivierter Schutzeinrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; eine Seitenansicht einer aktivierten Schutzeinrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; Fig. 12a ein Schnittbild einer Schutzeinrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung im Fall einer aktivierten Schutzeinrichtung; und
Fig. 12b eine vergrößerte Darstellung des rechten Teils der in Fig. 12a dargestellten Ausführungsform einer aktivierten Schutzeinrichtung.
Wie in Figur 1a dargestellt, besteht die prinzipielle Wirkungsweise einer erfindungsgemäßen Schutzeinrichtung darin, eine defekte Zelle gezielt aus einer Zusammenschaltung mehrerer Zellen durch Überbrückung herauszunehmen. Hierzu sind Überbrückungen 104, 105, 106 vorgesehen, die im Aktivierungsfall eines der Schalter 101 , 102, 103 eine Elektrode 107 mit der gleichnamigen Elektrode einer benachbarten Zelle verbinden. Im nicht aktivierten Zustand der Schutzeinrichtung ist hingegen die Elektrode 108 mit der zu ihr ungleichnamigen Elektrode der Nachbarzelle verbunden. In ähnlicher Weise zeigen die Figuren 1 b und 1c die prinzipielle Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Schutzeinrichtung. Da sich in Figur 1 b sämtliche Schalter S1 b, S2b S5b in einer entsprechenden gleichen Position befinden, liegt in Figur 1 b eine Reihenschaltung der Zellen Z1 b, Z2b, Z5b vor. In Figur 1 c befindet sich der Schalter S2c in der aktivierten Position, wodurch die Zelle Z2c auf der Zusammenschaltung herausgenommen ist.
Wie in Figur 2 dargestellt, erfolgt die Zusammenschaltung von Batteriezellen mit Hilfe von Kontaktelementen. Beispiele für solche Kontaktelemente sind die in Figur 2 dargestellten Stromschienen 205, 209 und 212. Die Elektroden (Abieiter) 203 bzw. 204 sind in geeigneter Weise mit diesen Kontaktelementen verbunden bzw. nicht verbunden. Die erfindungsgemäße Schutzeinrichtung ist vorzugsweise jeweils zwischen den streifenförmigen Polen ("Abieitern") von zwei benachbarten Zellen angeordnet. Die Betätigungsenergie für die Aktivierung der Schutzeinrichtung wird beispielsweise in einer Wellfeder 208 gespeichert, die durch einen in den Fig. 7 und 9 gezeigten Schmelzdraht 71 1 , 81 1 , 91 1 in seiner Ausgangsposition gehalten wird. Bei beginnender Fehlfunktion wird dieser Schmelzdraht durch einen Stromimpuls durchschmolzen und die in den Fig. 2, 7 und 9 gezeigten Wellfeder 208, 708, 908 hebt die bislang elektrische Reihenschaltung zu Nebenzellen vornehmende bewegliche Stromschiene ab und presst diese gegen eine zweite Stromschiene, welche die defekte Zelle elektrisch umgeht.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die erfindungsgemäße Schutzeinrichtung mit einem Energiespeicher ausgestattet, welcher die zur Veränderung der Zusammenschaltung erforderliche Energie speichert und bei Aktivierung zur Verfügung stellt. Dabei kann es sich um einen mechanischen Energiespeicher oder um andere Energiespeicher, beispielsweise chemische oder elektrische Energiespeicher, handeln. Ein einfach aufgebauter Energiespeicher 208, 408, 508, 608, 708, 808, 908, 1008, 1008, 1 108, 1208 wird in den Figuren 2, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 1 1 und 12 dargestellt. Eine Wellfeder 208, 408, 508, 608, 708, 808, 908, 1008, 1008, 1 108, 1208 wird von unten durch ein Lager 210, 310, 910, 1010, 1 1 10 gehalten. Ein Schmelzdraht 71 1 , 81 1 , 91 1 , 1 1 11 hält diese Wellfeder in ihrer Ausgangsposition und Ausgangsform, also im gespannten Zustand. Schmilzt der Draht durch, hebt die Wellfeder das Kontakt- blech 207, 407, 507, 607, 707, 807, 907, 1007, 1207 an und presst es gegen die Stromschiene 1 105, 1205. Der Kontakt zum Kontaktblech 1 106 wird unterbrochen. Somit ist die Überbückung der Zelle erfolgt.
Die Schutzeinrichtung befindet sich vorzugsweise in einem Gehäuse, welches in den Abbildungen nicht dargestellt ist. Dieses Gehäuse ist zur Vermeidung von Korrosion vorzugsweise luftdicht abgeschlossen und bei Bedarf mit einem inerten Schutzgas gefüllt.
Die erfindungsgemäße Schutzeinrichtung kann vorzugsweise aktiv und individuell für jede Zelle angesteuert werden und so die betreffende geschädigte Zelle einzeln aus dem Stromkreis herausnehmen und überbrücken. Stellt beispielsweise die Batterieelektronik durch die Überwachung der Zellspannung und/oder der Zelltemperatur eine beginnende Fehlfunktion einer Zelle fest, kann präventiv die Einrichtung ausgelöst werden. Die Batterie bleibt mit geringfügig reduzierter Spannungslage weiterhin betriebsfähig. Die erfindungemäßen Lösungen, bei denen die Energie zur Aktivierung nicht aus einem Vorgang entnommen wird, der mit der Fehlfunktion oder mit der Zerstörung der betroffenen, zu überbrückenden Zelle zu tun hat, sondern bei denen die Energie zur Aktivierung von außerhalb der Schutzeinrichtung zugeführt oder einem Energiespeicher entnommen wird, der vorzugsweise Bestandteil der Schutzeinrichtung oder der Aktivierungseinrichtung ist, sind mit dem Vorteil verbunden, dass eine von einer Funktionsstörung betroffene Zelle bereits zu einem frühen Zeitpunkt aus dem Batterieverbund elektrisch herausgenommen werden kann, zu dem die Zerstörung der Zelle noch nicht begonnen hat oder gar so weit fortgeschritten ist, dass dem Zerstörungsprozess die zur Aktivierung der Schutz- einrichtung erforderliche Energie entnommen werden könnte. In vielen Fällen wird hierdurch eine Zerstörung der Zelle vermeidbar sein. Unter günstigen Bedingungen ist es möglich, dass eine überbrückte Zelle sich nach einer gewissen Zeit erholt und erneut in den Batterieverbund aufgenommen werden kann.
Unter der Annahme, dass die Aktivierung der Schutzeinrichtung früh genug erfolgt, kann die zu überbrückende Zelle sogar selbst noch die Energie zur Aktivierung ihrer Schutzeinrichtung liefern. Sie kann also als Energiespeicher der Schutzeinrichtung wirken, bevor sie dem Batterieverbund elektrisch durch Über- brückung entnommen wird.
Je nach der vorliegenden Anwendung ist eine erfindungsgemäße Schutzeinrichtung mit einer Aktivierungseinrichtung ausgestattet, die durch ein Signal aktiviert werden kann, das innerhalb bzw. außerhalb der Schutzeinrichtung erzeugt wird. Welche dieser beiden Möglichkeiten zu bevorzugen ist, wird in erster Linie von der Art des aktivierenden Ereignisses abhängen. Möglich ist es ist beispielsweise, dass eine Batterieelektronik die Zellenspannung einzelner Zellen überwacht und die Messergebnisse an eine zentrale Steuereinheit außerhalb der Batterie weitergibt, welche dann ihrerseits das Signal zur Aktivierung der Schutzeinrichtung derjenigen Zelle oder Zellen erzeugt und an die betreffende Schutzeinrichtung bzw. Schutzeinrichtungen weiterleitet, die den zu überbrückenden Zellen zugeordnet sind.
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schutzeinrichtung sieht eine Aktivierungseinrichtung vor, die durch ein Signal aktiviert werden kann, das von mindestens einem Sensor erzeugt wird, der mindestens eine physikalische Größe misst, die indizierend für den Betriebszustand der Batteriezelle ist, die der Schutzeinrichtung zugeordnet ist. Solche Sensoren können beispielsweise Temperatursensoren sein, die an jeder Zelle angebracht sind und die Temperatur der ihnen zugeordneten Zelle laufend messen. Auch hier sind wieder verschiedene Möglichkeiten gegeben, das Messergebnis aus- zuwerten.
Möglich ist beispielsweise, dass ein Temperatursensor lokal ein Signal zur Aktivierung der Schutzeinrichtung der Zelle erzeugt, deren Temperatur er laufend misst. Möglich ist aber auch, dass eine zentrale Steuereinheit die Mess- ergebnisse dieser und/oder anderer Sensoren, beispielsweise Temperatur- und Spannungssensoren gemeinsam auswertet, um in Abhängigkeit von einer Mehrzahl von Messergebnissen mit Hilfe einer besonderen Entscheidungslogik ein Signal zur Aktivierung der Schutzeinrichtungen einzelner Zellen zu erzeugen, welches dann an die Aktivierungseinrichtungen der Schutzeinrichtungen dieser Zellen weitergeleitet wird und dort zur Aktivierung der betreffenden Schutzeinrichtungen führt.
Gemäß einer ebenfalls bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Schutzeinrichtung vorgesehen, deren Aktivierungseinrichtung bei nachträglichem Wegfall der Voraussetzungen für ihre Aktivierung deaktiviert werden kann, woraufhin diese Schutzeinrichtung die Überbrückung der ihr zugeordneten Zelle rückgängig macht, wodurch diese Zelle wieder in den Batterie- verbund integriert wird. Die Aktivierungseinrichtung der erfindungsgemäßen Schutzeinrichtung kann vorzugsweise auch so ausgeführt werden, dass beispielsweise nach einer Abkühlung der betreffenden Zelle diese wieder dem Batterieverband zugeschaltet werden kann. Die hierfür erforderliche Energie kann beispielsweise der nun wieder funktionsfähigen Zelle selbst oder den im Batterieverbund verbliebenen anderen Zellen entnommen werden. Bei dieser Zuschaltung kann vorzugsweise auch der Energiespeicher zur Aktivierung der Schutzeinrichtung wieder geladen werden. Gemäß einer ebenfalls bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Schutzeinrichtung vorgesehen, die so ausgestaltet ist, dass sie zwischen den Polanschlüssen benachbarter Zellen angeordnet werden kann. Die Figuren 3, 4, 8, 10 und 1 1 zeigen Darstellungen solcher Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung.
Gemäß einer ebenfalls bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Schutzeinrichtung mit einer Aktivierungseinrichtung vorgesehen, die einen Schmelzdraht umfasst, welcher eine Wellfeder, die als Energiespeicher dient, in einem gespannten Zustand hält und die durch einen Strompuls aktiviert wird, welcher den Schmelzdraht durchschmilzt, woraufhin die Wellfeder sich entspannt und dabei die zur Veränderung der Zusammenschaltung erforderliche Energie zur Verfügung stellt. Diese mechanische Ausgestaltung des Energiespeichers ist - beispielsweise im Vergleich zu einer externen aktiven Ansteuerung der Aktivierungseinrichtung - besonders robust gegen Störungen und - wegen entfallender Signalleitungen - kostengünstig herzustellen.
Vorteilhaft ist ferner eine erfindungsgemäße Schutzeinrichtung mit einem luftdicht abgeschlossenen Gehäuse. Besonders vorteilhaft ist eine erfindungs- gemäße Schutzeinrichtung, deren Gehäuse mit einem inerten Schutzgas befüllt ist. Im Vergleich zu einem mit Umgebungsluft befüllten Gehäuse ist der Korrosionsschutz bei geeigneter Wahl des Schutzgases häufig besser. Fig. 5 zeigt eine Batteriezelle 501 mit einer erfindungsgemäßen Schutzeinrichtung. Die Elektroden 503 und 504 sind über geeignete Kontaktbleche 506 und 507 mit Stromschienen 509 verbunden. Eine Wellfeder 508 verändert die Stellung des Kontaktblechs 507 bei Aktivierung der Schutzeinrichtung der Zelle 501 .
Fig. 6 zeigt eine vergrößerte Darstellung einer erfindungsgemäßen Schutzeinrichtung mit den Elektroden 603, 604, der Wellfeder 608 und den Kontakt- blechen 606 und 607. Wie in Fig. 7 gezeigt, ist die Wellfeder 708 auf einem Lager 710 gelagert, welches dafür sorgt, dass bei durchschmelzendem Schmelzdraht 711 die sich entspannende Wellfeder nicht nach unten ausweichen kann, weshalb sie das Kontaktblech 707 der Elektrode 704 bei einer Aktivierung der Schutzeinrichtung nach oben drücken muss.
Wie in Fig. 8 zu sehen ist, kontaktiert das Kontaktblech 707 bzw. 807 vor der Aktivierung mit dem Kontaktblech 806 der benachbarten Zelle 802. Nach der Aktivierung durch das Durchschmelzen des Schmelzdrahtes 811 kontaktiert es mit der Stromschiene 805.
Die seitlichen Schnittdarstellungen der Figuren 9a, 9b bzw. 12a und 12b zeigen dieselbe Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schutzeinrichtung vor bzw. nach der Aktivierung. Die Figuren 9a bzw. 12a zeigen den Zusammenhang der in den Figuren 9b bzw. 12b dargestellten Ausschnitte.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine Aktivierungseinrichtung für die erfindungsgemäße Schutzeinrichtung vorgesehen, in der wenigstens ein Bauelement aus einem Formgedächtnismaterial die Veränderung der Zusammenschaltung durch eine Änderung der Form dieses Bauelements bewirkt, sobald und/oder solange die Temperatur dieses Bauelements außerhalb eines definierten Temperaturbereichs liegt. Verschiedene Materialien mit Formgedächtnis sind bekannt. Hauptsächlich sind solche Materialien metallische Legierungen, sog. Formgedächtnis-Legierungen oder Kunststoffe mit Formgedächtnis, die auch als Formgedächtnis-Polymere bezeichnet werden. Bei den Formgedächtnis-Legierungen beruht die Form- Wandlung auf einer temperaturabhängigen Gitterumwandlung zweier verschiedener Kristallstrukturen eines Werkstoffs. Dabei gibt es die als Austerit bezeichnete Hochtemperaturphase und die auch als Martensit bezeichnete Niedertemperaturphase des Formgedächtnismaterials. Beide Phasen können durch eine Temperaturänderung ineinander übergehen. Man spricht in diesem Zusammenhang auch von einem Zweiwege-Effekt. Diese Strukturumwandlung ist zumindest näherungsweise unabhängig von der Geschwindigkeit der Temperaturänderung. Zur Einleitung der gewünschten Phasenänderung sind die Parameter Temperatur und mechanische Spannung häufig näherungsweise gleichwertig, d.h. die Umwandlung kann nicht nur thermisch sondern häufig auch spannungsinduziert herbeigeführt werden.
Formgedächtnis-Legierungen können recht große Kräfte ohne Material- Ermüdung in bis zu einigen hunderttausend Bewegungszyklen übertragen. Ihr spezifisches Arbeitsvermögen, d.h. das Verhältnis der geleisteten Arbeit zum Werkstoffvolumen, übertrifft das spezifische Arbeitsvermögen vieler anderer sog. Aktor-Werkstoffe bei Weitem. Bei den Anwendungen von Formgedächtnis- Legierungen unterscheidet man häufig den sog. Einweg-(Gedächtnis)-Effekt von dem sog. Zweiweg-(Gedächtnis)-Effekt. Beim Einwegeffekt ist eine einmalige Formänderung beim Aufheizen einer zuvor im martensitischen Zustand pseudo- plastisch verformten Materialprobe zu beobachten. Dieser Einwegeffekt erlaubt nur eine einmalige Formänderung. Das erneute Abkühlen bewirkt keine weitere Formänderung. Für den Einsatz von Formgedächtnis-Legierungen auch für die Aktorik, z. B. als Stellelement, insbesondere im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung, ist es jedoch häufig erwünscht, dass das Bauelement wieder in seine martensitische "Kaltform" zurückkehren kann. Dabei gibt es grundsätzlich zwei Wege, um eine Formrückkehr des Materials zu bewirken:
Der sog. äußere oder extrinsische Zweiweg-Effekt.
Beim äußeren Zweiweg-Effekt geschieht die Formrückkehr beim Abkühlen eines Bauelements durch eine von außen wirkende Kraft, die die Formrückkehr erzwingt. Dies kann z.B. durch eine Feder realisiert werden, die während des Erwärmens des Formgedächtnismaterials gespannt wurde.
Der sog. intrinsische Zweiweg-Effekt
Andere Formgedächtnis-Legierungen vollziehen die Formrückkehr aber auch ohne das Einwirken äußerer Kräfte. Diesen Vorgang bezeichnet man auch als intrinsischen Zweiweg-Effekt. Solche Formgedächtnis-Legierungen können sich an zwei Formen - jeweils eine bei hoher bzw. bei niedriger Temperatur - gewissermaßen "erinnern". Damit das Bauelement aus einem Formgedächtnismaterial beim Abkühlen seine definierte Form wieder einnimmt, muss es durch thermomechanische Behandlungszyklen zuvor "trainiert" worden sein. Hierbei wird die Ausbildung von Spannungsfeldern im Material bewirkt, die die Bildung von bestimmten Martensit-Varianten beim Abkühlen fördern. Die trainierte Form für den kalten Zustand stellt also gewissermaßen lediglich eine Vorzugsform des Martensit-Gefüges dar. Die Umwandlung der Form kann beim intrinsischen Zweiweg-Effekt nur statt- finden, wenn keine äußeren Kräfte entgegenwirken. Deshalb ist ein derartiges Bauelement beim Abkühlen dann nicht in der Lage, Arbeit zu verrichten.
Bei Formgedächtnis-Legierungen kann häufig zusätzlich zur gewöhnlichen elastischen Verformung eine durch eine äußere Krafteinwirkung verursachte reversible Formänderung beobachtet werden. Diese "elastische" Verformung kann die Elastizität konventioneller Materialien bis zum Zwanzigfachen über- treffen. Die Ursache dieses Materialverhaltens liegt jedoch nicht in der interatomaren Wechselwirkung sondern in einer Phasenumwandlung innerhalb des Werkstoffs. Hierbei bildet sich unter äußeren Spannungen der sog. kubisch- flächenzentrierte Austerit in den monoklinen Martensit um. Unter mechanischer Entlastung wandelt sich der Martensit wieder in den Austerit um. Da die Anordnung der Atome im Kristallgefüge hierbei nicht verändert wird, jedes Atom also sein Nachbaratom beibehält, spricht man auch von einer diffusionslosen Phasenumwandlung. Diese Materialeigenschaft wird auch als pseudoelastisches Verhalten bezeichnet. Das Material kehrt beim Entlasten durch seine innere Spannung wieder in seine Ursprungsform zurück. Dazu sind keine Temperaturveränderungen erforderlich.
Beispiele für Formgedächtnis-Legierungen sind Legierungen aus Nickel und Titan, aus Kupfer und Zink, aus Kupfer, Zink und Aluminium, aus Kupfer, Aluminium und Nickel, aus Eisen, Nickel und Aluminium.
Neben den metallischen Formgedächtnis-Legierungen bilden die Formgedächtnis-Polymere eine zweite wichtige Gruppe von Formgedächtnismaterialien. Formgedächtnis-Polymere sind Kunststoffe, die einen sog. Form- gedächtniseffekt aufweisen, die sich also an ihre frühere äußere Form trotz einer zwischenzeitlichen starken Umformung anscheinend "erinnern" können. Frühe bekannt gewordene Formgedächtnis-Polymere bestanden aus zwei Komponenten. Die erste war ein elastisches Polymer, eine Art "Federelement", die zweite ein aushärtendes Wachs, dass das "Federelement" in jeder ge- wünschten Form arretieren kann. Erwärmt man das Formgedächtnis-Polymer, so wird das Wachs weich und kann der Kraft des Federelements nicht mehr entgegenwirken. Das Formgedächtnispolymer nimmt seine ursprüngliche Form wieder an. Ebenso wie bei den Formgedächtnis-Legierungen gibt es Formgedächtnis- Polymere, die ihre ursprüngliche Form bei einer Erwärmung wieder einnehmen. Dieses Verhalten wird wie bei den Formgedächtnis-Legierungen als Einweg- Gedächtnis-Effekt bezeichnet.
In neuerer Zeit sind auch Polymere mit einem umkehrbaren Formgedächtnis- effekt bekannt geworden, der nicht thermisch sondern häufig optisch gesteuert wird. Beispiele hierfür sind sog. Buthylacrylate, die an ihren Seitenketten über Zimtsäure-Gruppen unter ultraviolettem Licht einer bestimmten Wellenlänge vernetzen und die Bindung bei Bestrahlung mit einer anderen Wellenlänge wieder lösen. Bestrahlt man ein derartiges Bauelement einseitig, so kommt es über die einseitig einsetzende Vernetzung zu einer Formänderung dieses Materials. Zwischenzeitlich sind auch magnetisch steuerbare Formgedächtnis-Polymere bekannt geworden.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht ein elektrisch leitendes Bauelement aus einem Formgedächtnismaterial als Bestandteil der Aktivierungseinrichtung vor. Elektrisch leitende Formgedächtnismaterialien lassen sich im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung auf unterschiedliche Weisen einsetzen. Bei einer ersten Variante wird das elektrisch leitende Bauelement aus dem Formgedächtnismaterial von dem selben Strom durchflössen, der auch die galvanische Zelle belädt oder entlädt, welcher die Schutzeinrichtung zugeordnet ist, die die Aktivierungseinrichtung enthält, welche das elektrisch leitende Bauelement aus dem Formgedächtnismaterial enthält.
Bei passender Wahl der Materialien, insbesondere bei geeigneter Bemessung der Temperaturwerte bei denen das Material jeweils eine von zwei möglichen Formen annimmt, kann auf diese Weise mithilfe des elektrisch leitenden Bauelements aus einem Formgedächtnismaterial erreicht werden, dass bei Überschreiten eines bestimmten Wertes des Stroms, welcher das Bauelement durchfließt, das Bauelement entsprechend erwärmt wird und dass das Bau- element in der Folge den Strom unterbricht. Innerhalb dieser Variante sind wiederum verschiedene Varianten zur Ausführung der vorliegenden Erfindung möglich. Bei einer ersten Variante kann das Formgedächtnismaterial-Bauelement mithilfe einer elastischen Feder wieder in seine Ausgangsform gebracht werden, sobald es nach Abschalten des Stroms wieder erkaltet ist. Bei einer Realisierung mithilfe von Zweiwege-Effekt-Formgedächtnismaterialien ist es aber auch möglich, die Rückbildung der Form ohne eine elastische Feder allein mithilfe des Gedächtniseffekts des Materials zu bewirken.
Unter Berücksichtigung dieser Gegebenheiten ist es dem Fachmann anhand der vorliegenden Beschreibung leicht möglich, Schutzeinrichtungen für galvanische Zellen mithilfe von Bauelementen aus Formgedächtnis-Legierungen oder Formgedächtnis-Polymeren herzustellen, welche bei einer Aktivierung der Schutzeinrichtung zu einer Veränderung der Zusammenschaltung durch eine Überbrückung führen, und welche je nach den Gegebenheiten und Zielsetzungen der betreffenden Anwendung diese Überbrückung nach Wegfall der die Überbrückung erfordernden Umstände, diese Überbrückung auch wieder rückgängig machen, und somit die galvanische Zelle wieder in den Batterieverbund elektrisch integriert. Welche dieser Möglichkeiten jeweils vom Fachmann realisiert werden, hängt von den engeren Umständen der jeweils betrachteten Anwendung ab. Falls die Überbrückung der Verhinderung einer besonders kritischen Situation diente, wird es in vielen Fällen angebracht sein, die Überbrückung auch nach Wegfall der die Überbrückung erfordernden Umstände nicht mehr rückgängig zu machen. Andererseits gibt es Anwendungen, bei denen die Überbrückung durch Umstände ausgelöst wurde, welche ihrer Natur nach dazu geeignet sind, die Überbrückung nach Wegfall dieser Umstände wieder rückgängig zu machen. Ein Beispiel für eine solche Situation mag vorliegen, wenn eine galvanische Zelle durch externe Einflüsse einer zu hohen Temperatur ausgesetzt war und deshalb zeitweilig überbrückt werden musste, ohne dass diese Überbrückung von Dauer sein müsste, etwa weil die Erwärmung der galvanischen Zelle ein Indiz für eine bevorstehende Zerstörung dieser galvanischen Zelle wäre. Eine Aktivierungseinrichtung mit einem elektrisch leitenden Bauelement aus einem Formgedächtnismaterial, welches von dem Strom durchflössen wird, mit dem die ihr zugeordnete Zelle beladen oder entladen wird, wird daher vor allem in den Fällen eine vorteilhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sein, in denen das Bauelement aus dem Formgedächtnismaterial selbst in die Kontaktierung der galvanischen Zelle einbezogen ist. Ist hingegen eine Konstruktion beabsichtigt, bei der das Bauelement aus dem Formgedächtnismaterial nicht zur Kontaktierung der galvanischen Zelle verwendet wird, dann bietet sich eine andere Ausführungsform der Erfindung an, bei der ein elektrisch isolierendes Bauelement aus einem Formgedächtnismaterial verwendet wird. In diesen Fällen wird es häufig vorteilhaft sein, wenn das Bauelement aus dem Formgedächtnismaterial durch seine Verformung die Arbeit leistet, die erforderlich ist, um elektrische leitende Kontaktelemente an der galvanischen Zelle oder innerhalb einer Anordnung von galvanischen Zellen so zu verschieben, dass dabei die erfindungsgemäße Veränderung der Zusammenschaltung bewirkt wird, die eine Überbrückung der galvanischen Zelle und somit ihre Herausnahme aus dem Batterieverbund ermöglicht. Bei Verwendung eines elektrisch leitenden Bauelements aus einem Formgedächtnismaterial ist außerdem noch eine weitere Ausführungsvariante der Erfindung möglich, bei der dieses Bauelement von dem Strom durchflössen wird, der durch ein Signale gesteuert wird, dass innerhalb und außerhalb der Schutzeinrichtung zur Steuerung der Aktivierungseinrichtung erzeugt wird. Solch ein Signal zur Aktivierung kann wiederum von einem Sensor erzeugt werden, der eine physikalische Größe misst, die indizierend für den Betriebszustand einer galvanischen Zelle ist, die der Schutzeinrichtung zugeordnet ist weil deren Aktivierungseinrichtung das Bauelement mit dem Formgedächtnismaterial beinhaltet.
Zur Begrenzung von Einschaltströmen bei der Wiedereingliederung von aus einem Zellverbund herausgenommenen galvanischen Zelle in den Zell- verbund können Heißleiter vorteilhaft zur Begrenzung von Einschaltströmen eingesetzt werden. Ein solcher Heißleiter, der auch als Kontaktelement im Zusammenhang mit erfindungsgemäßen galvanischen Zellen eingesetzt werden kann, ist vor seinem Einschalten vorzugsweise kalt; er leitet somit schlecht und verringert den Einschaltstrom. Nach dem Einschalten erwärmt er sich durch den Stromfluss und verliert seinen hohen Anfangswiderstand. Besonders vorteilhaft können solche Heißleiter eingesetzt werden, wenn sie nach einer kurzen Zeit, beispielsweise nach wenigen Millisekunden, mit Hilfe eines elektromechanischen Schalters (Relais) kurzgeschlossen werden, damit sie sich abkühlen können. Hierdurch wird die Lebensdauer der Heißleiter verlängert und als weiterer Vorteil ergibt sich, da die Heißleiter nach dem Kurzschluss durch das Relais abkühlen können, auch bei kurzen Ausschaltpausen eine sofortige Wiederbereitschaft des Heißleiters. Heißleiter oder sogenannte Widerstände mit negativem Temperaturkoeffizient („negative temperature coefficient thermistors"), die auch als NTC-Thermistoren bezeichnet werden, sind stromleitende Materialien, die bei hohen Temperaturen Strom besser leiten, als bei tiefen Temperaturen. Mit steigender Temperatur sinkt also ihr elektrischer Widerstand. Deshalb spricht man auch von einem negativen Temperaturkoeffizienten.
Heißleitendes Verhalten zeigen reine Halbleitermaterialien und verschiedene andere Legierungen mit negativen Temperaturkoeffizienten. Bauteile, bei denen speziell das temperaturabhängige Verhalten ausgenützt wird, sind häufig mit Bindemitteln versetzte, gepresste und gesinterte Metalloxide. Der Widerstand solcher Bauelemente lässt sich durch das Mischverhältnis verschiedener Materialien in einem weiten Bereich einstellen.
Heißleiter werden häufig aus einer Mischung halbleitender Metalloxide oder aus sogenannten Verbindungshalbleitern hergestellt. Zu diesen gehören ins- besondere Oxide von Mangan, Nickel, Kobalt, Eisen, Kupfer oder auch Titan.
Ein im Vergleich zu Heißleitern gegenteiliges Verhalten zeigen sog. Kaft- leiter, die auch als PTC-Widerstände oder als PTC-Thermistoren bezeichnet werden. Die Abkürzung PTC steht hier für den positiven Temperaturkoeffizienten dieser Materialien. Es handelt sich um stromleitende Materialien, die bei tiefen Temperaturen den Strom besser leiten können, als bei hohen Temperaturen. Grundsätzlich haben zwar alle Metalle einen positiven Temperaturkoeffizienten. Im Unterschied zu den hier gemeinten Kaltleitern ist der Temperaturkoeffizient gewöhnlicher Metalle im Allgemeinen jedoch im Wesentlichen kleiner und verhält sich weitgehend linear. Solche Kaltleiter können beispielsweise als Kontaktelemente im Zusammenhang mit den hier beschriebenen erfindungsgemäßen galvanischen Zellen dazu verwendet werden, die Temperatur einer galvanischen Zelle zu stabilisieren. Steigt nämlich die Temperatur einer einzelnen galvanischen Zelle an, so lässt sich durch geeignete Anordnung eines solchen Kaltleiters erreichen, dass auch dessen Temperatur ansteigt und sich somit der Widerstand dieses Kaltleiterbauelements erhöht. Da dessen Stromleitfähigkeit bei sich erhöhender Temperatur abnimmt, wird die Strombelastung des entsprechend beschalteten elektrochemischen Energiespeichers, also der galvanischen Zelle, reduziert, was in vielen Fällen dazu führen wird, dass sich diese galvanische Zelle abkühlt. Nach Abkühlung der galvanischen Zelle wird auch ein in ihrer Nähe befindlicher Kaltleiter sich abkühlen, woraufhin sein Leitvermögen wieder zunimmt. In der Folge kann der Strom durch diesen Kaltleiter wieder ansteigen. Kaltleiter können also im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung dazu verwendet werden, den Strom in eine galvanische Zelle beim Laden oder aus einer galvanischen Zelle beim Entladen zu begrenzen und somit die Temperatur dieser galvanischen Zelle stabil zu halten. Durch eine geschickte Kombination von Heißleitern, Kaltleitern und Formgedächtnismaterialien lassen sich weitere vorteilhafte Ausführungsformen erfindungsgemäßer Schutzeinrichtungen realisieren. Bei einer geeigneten konstruktiven Kombination von Heißleiter- oder Kaltleitermaterialien mit Formgedächtnismaterialien kann erreicht werden, dass sich nicht nur das elektrische Leitvermögen eines zur Kontaktierung einer Zelle in einem Zellverbund verwendeten Kontaktelements, also sein elektrischer Widerstand, verändert, sondern es kann zusätzlich erreicht werden, dass bei Erreichen bestimmter Temperaturen oder bei dem Verlassen bestimmter Temperaturbereiche eine Formänderung des entsprechenden Bauelements stattfindet, die zu einer Umschaltung bzw. zu einer Änderung der Zusammenschaltung der galvanischen Zellen führt. Die folgenden Bezugszeichen wurden in den Figuren zur Identifikation der dargestellten Einzelheiten verwendet:
201 , 301 , 801 , 1001 , 1101 , 1201
Galvanische Zelle, Batteriezelle
202, 302, 802, 1002, 1102, 1202
Galvanische Zelle, Batteriezelle
203, 503, 603, 803, 1003, 1103, 1203
Elektrode, Abieiter, Ableiterblech
204, 504, 604, 704, 1104
Elektrode, Abieiter, Ableiterblech 205, 405, 805, 905, 1005, 1205
Stromschiene , Kontaktelement 206, 406, 506, 606, 706, 806, 1106
Kontaktblech einer Elektrode
207, 407, 507, 607, 707, 807, 907, 1007, 1107, 1207 Kontaktblech einer Elektrode
208, 408, 508, 608, 708, 808, 908, 1008, 1108, 1208 Wellfeder
209, 409, 509, 709, 1009
Stromschiene, Kontaktelement
910, 1110, 1210
Lager der Wellfeder
911, 1011, 1111, 1211
Schmelzdraht
212, 1012, 1212
Stromschiene , Kontaktelement
1013
Kontaktblech einer Elektrode 214, 1014
Kontaktblech einer Elektrode
1230
Sollbruchstelle des Schmelzdrahtes 390
in Fig. 4 dargestellter Ausschnitt aus Fig. 3
Die Figuren 2, 3, 4, 8, 10 und 1 1 zeigen Ausführungsbeispiele einer Batterie aus Batteriezellen mit erfindungsgemäßen Schutzeinrichtungen. Eine solche Batterie besteht vorzugsweise aus einer Mehrzahl von Schutzeinrichtungen, die zwischen benachbarten Zellen der Batterie angeordnet sind. Dabei ist eine Mehrzahl von Kontaktelementen zur Zusammenschaltung einer Reihenschaltung und/oder Parallelschaltungen von Zellen der Batterie vorgesehen. Ein erster Teil dieser Kontaktelemente ist beweglich angeordnet; ein zweiter Teil dieser Kontaktelemente ist unbeweglich angeordnet. Eine Aktivierung einer Schutzeinrichtung einer ersten Zelle bewirkt, dass ein bewegliches erstes Kontaktelement, welches vor der Aktivierung einer elektrischen Reihenschaltung zur einer benachbarten zweiten Zelle dient, bei Aktivierung der Schutzeinrichtung bewegt und gegen ein unbewegliches zweites Kontaktelement gepresst wird, wodurch die erste Zelle überbrückt und somit elektrisch aus der Reihenschaltung herausgenommen wird.