DE3002721C2 - Batterie, die durch ein PTC-Element gegen zu hohe Entladungsströme geschützt ist - Google Patents

Batterie, die durch ein PTC-Element gegen zu hohe Entladungsströme geschützt ist

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Description

Die Erfindung betrifft eine Batterie mit einer oder mehreren Zellen und wenigstens einer PTC-Einrichtung, die einen Wider­ stand von weniger als 1 Ohm hat und in Reihe mit der oder den Zellen geschaltet ist, so daß Strom durch die PTC-Einrichtung fließt, wenn Strom aus der Batterie entnommen wird, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Bei einer derartigen aus US-PS 3,243,753 bekannten Batterie wird das PTC-Element durch In-Situ-Polymerisation des organi­ schen Polymeren, in dem der teilchenförmige, leitende Füll­ stoff verteilt ist, hergestellt, wobei die Polymerisation in einem Reaktionsgefäß unter einem Druck von bis zu 200 MPa und Temperaturen von 150 bis 200°C durchgeführt wird. Dadurch soll ein sehr enger Kontakt zwischen als leitender Füllstoff einge­ setzten Kohlenstoffteilchen und dem Polymer erzielt werden, ohne den durch den hohen Druck bewirkten Kontakt zwischen den Kohlenstoffteilchen durch Ausübung von mechanischen Kräften auf die leitenden Teilchen zu stören.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Batterie zu schaffen, die gegen zu hohe Entladeströme geschützt ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Batterie mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Dadurch, daß die PTC-Einrichtung der erfindungsgemäßen Batterie durch Schmelzextrudieren hergestellt wird, ist die wirtschaftliche Herstellung in großen Stückzahlen möglich.
Dadurch, daß der Entladestrom durch die PTC-Einrichtung selbst fließt und von der PTC-Einrichtung unmittelbar gesteuert wird, sind keine zusätzlichen elektronischen Bauteile erforderlich.
Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
In der älteren deutschen Patentanmeldung P 29 48 281.3 sind die im Rahmen der Erfindung verwendeten PTC-Massen mit einem teilchenförmigen, leitenden Füllstoff und PTC-Einrichtungen mit ebenen Elektroden beschrieben. Die Herstellung der PTC- Einrichtungen durch Schmelzextrudieren ist in der älteren deutschen Anmeldung P 29 48 350.9 beschrieben. Das PTC-Element weist vorzugsweise eine Sauerstoffsperrschicht auf, die aus Metall oder einem Polymeren besteht, wobei die Wand, durch die die Elektroden verlaufen, auch aus keramischem Material bestehen kann, und, wenn sich die PTC-Einrichtung in Luft bei Raumtemperatur und Normaldruck befindet, den Luftzutritt zu dem PTC-Element derart begrenzt, daß die Sauerstoffabsorp­ tionsgeschwindigkeit des PTC-Elements (31) kleiner als 10-6 cm³ s-1 g-1g ist. Die Sauerstoffsperre kann aus einem Schicht­ stoff gebildet sein, wobei die Elektroden ein Teil der Sauerstoffsperre sind. Bezüglich der Verwendung einer solchen Sauerstoffsperrschicht wird auf die ältere deutsche Anmeldung P 29 48 349.6 verwiesen.
Die Erfindung ist inbesondere für Batterien vorteilhaft, die eine Vielzahl von Zellen haben und bei denen die PTC- Einrichtung zwischen den Zellen in einem Zwischenraum zwischen drei oder mehr Zellen liegt, wobei die PTC-Einrichtung ständig in Serie zu den Zellen zwischen den Anschlüssen der Batterie geschaltet ist. Die Erfindung ist jedoch auch für einzellige Batterien geeignet, bei denen die PTC-Einrichtung nicht ein einstückiges Bauteil der Batterie ist, sondern beim Entladen in thermischer Kopplung mit der Zelle oder den Zellen ge­ bracht wird.
Die Entladesteuerung kann auch von zwei oder mehr PTC-Einrichtungen vorgenommen werden, die parallel oder in Serie geschaltet sind und in Verbindung miteinander die gewünschte Steuerung liefern, obgleich im allgemeinen eine einzige PTC-Einrichtung ausreichend ist. Bei einer Gruppe von Batterien, die Zellen mit derselben Abmessung und derselben Bauart, jedoch eine unterschied­ liche Anzahl von Zellen haben, so daß die Batterien die­ selbe Spannung, jedoch unterschiedliche Kapazitäten haben, kann die Entladesteuerung häufig für die kleinste Batterie durch eine einzige PTC-Einrichtung und für die größte Batterien durch eine geeignete Anzahl von identischen PTC-Ein­ richtungen erreicht werden, die parallel geschaltet sind.
Die PTC-Einrichtung kann auch derart beschaffen sein, daß sie in einen Zustand mit hohem Widerstand durch andere voraussichtlich auftretende Störzustände überführt werden kann, bevor irgendeine Beschädigung der Zellen durch Überhitzen auf­ tritt, obgleich die PTC-Einrichtung unter Be­ zugnahme auf ihre Fähigkeit bestimmt wird, ein Überhitzen der Zellen zu verhindern, das von Strömen verursacht wird, die aus der Batterie entnommen werden. Die Überführung der PTC-Einrichtung in dem Zustand mit hohem Widerstand kann z. B. dadurch bewirkt werden, daß man die Wärmeableitung verzögert und/oder den Strom ansteigen läßt. Die Zustandsüberführung wird im allgemeinen dadurch bewirkt, daß die PTC-Einrichtung von außen infolge eines Temperaturanstiegs der Zellen erwärmt wird, der seine Ursache in einem Stromanstieg hat. Auch kann die Zustandsüberführung alternativ durch eine Verknüpfung einer derartigen Erwärmung von außen und einer größer werdenden inneren Erwärmung der PTC-Einrichtung ausgelöst werden, die ihre Ursache in der Stromzunahme hat. Die Temperatur der PTC-Einrichtung kann auch durch andere von außen ein­ wirkende Wärmequellen, beispielsweise durch einen Widerstand, angehoben werden, der in thermischer Kopplung mit der Ein­ richtung und in Serie zu der Einrichtung geschaltet ist. Eine Erwärmung von außen durch einen derartigen Widerstand kann die Erwärmung der Einrichtung durch die Zellen ergänzen oder unter bestimmten Umständen auch die Erwärmung der Einrichtung durch die Zellen als auslösendes Moment für die Zustandsänderung der Einrichtung in den Zustand mit hohem Widerstand im wesentlichen ersetzen. Die PTC-Einrichtung kann auch dazu dienen, die Batterie vor einem sehr hohen Strom zu schützen, der aus der Batterie entnommen wird, beispielsweise wenn ein direkter Kurzschluß zwischen den Anschlüssen der Batterie vorhanden ist, bevor die Temperatur der Zellen nennenswert ansteigt. Zusätzlich kann die PTC-Einrichtung auch verhindern, daß aus der Batterie ein beträchtlicher Strom entnommen werden kann, wenn die Batterie von außen auf ungewöhnlich hohe Temperaturen erwärmt worden ist.
Diese mehreren der Verwendungsmöglichkeiten der PTC-Einrichtung sind insbesondere bei der Auslegung von Batterien vorteilhaft, die "eigensicher" sein sollen, d. h. bei denen nicht die Gefahr einer Beschädigung von anderen, mit der Batterie verbundenen elektrischen Bauelementen besteht (z. B. durch Vorgabe der Maximalzeit, während der ein spezieller Strom aus der Batterie entnommen werden kann) und gefährliche Bedingungen vermieden werden (z. B. durch die Vorgabe der Maximaltemperatur, die irgendeines der Bauteile der Batterie erreichen kann), die zur Entzündung explosiver Gase in der Nähe der Batterie führen können. Die Eigenschaften der PTC-Einrichtung und deren Kennwerte lassen sich entsprechend ein­ stellen und auf diese Erfordernisse abstimmen. Die PTC-Ein­ richtung kann so ausgelegt werden, daß ihr Widerstand innerhalb eines bestimmten Zeitraumes auf einen wesentlich höheren Wert heraufgesetzt wird, wenn ein unüblich starker Strom aus der Batterie entnommen wird, wobei die Be­ schädigung von stromempfindlichen elektrischen Bauelementen vermieden werden soll, die an die Batterien angeschlossen sind. Hierbei kann es erforderlich sein, daß die PTC-Ein­ richtung in den Zustand mit hohem Widerstand bei einem niedrigeren Strom als üblich überführt wird, oder es kann auch er­ forderlich sein, daß eine schnellere Verminderung des Stromes vorgenommen wird, als dies erforderlich wäre, um eine Beschädigung der Batterie selbst zu vermeiden. Auch kann es erwünscht sein, die Ein­ richtung derart auszulegen, daß sie in ihren Zustand mit hohem Widerstand überführt wird, wenn sie eine Temperatur erreicht, die dafür kennzeichnend ist, daß ein Teil der Batterie eine Temperatur erreicht hat, die ein Feuer ent­ fachen oder eine Explosion auslösen könnte, auch wenn hierbei die Temperatur der Zelle noch einen Temperatur­ wert hat, bei dem die Zellen nicht beschädigt werden. Auch kann die PTC-Einrichtung derart ausgelegt sein, daß sie die Entladegeschwindigkeit der Batterie vermindert, wenn der aus der Batterie entnommene Strom einen vorbestimmten Wert überschreitet, auch wenn bei einem solchen Stromwert noch nicht zu befürchten ist, daß ein Erfordernis für die Eigensicherheit nicht mehr eingehalten wird, oder daß die Temperatur der Zelle einen Wert erreicht, der zur Beschädigung der Zellen führen könnte. Wenn eine Schaltung beispielsweise derart ausgelegt ist, daß sei mit einem vorbestimmten Strom, z. B. 0,1C, betrieben wird, kann die PTC-Einrichtung der­ art ausgelegt werden, daß sie in den Zustand mit hohem Widerstand überführt wird, wenn durch einen Störungszu­ stand bewirkt wird, daß der Strom größer als das Zweifache des vorbestimmten Stromwertes wird, wobei die Entladegeschwindigkeit der Batterie stark vermin­ dert wird. Wenn die PTC-Einricchtung so beschaffen ist, daß sie nicht "gesperrt bleibt" (was nachstehend näher erläutert werden wird), dann kehrt die PTC-Einrichtung in ihren Zustand mit niedrigem Widerstand zurück, wenn die Störung aufge­ hoben ist.
Die elektrischen und thermischen Kennwerte der PTC-Einrichtung werden in Abhängigkeit von der Bauart der Batterie und der Art und Weise gewählt, mit der die Batterie betrieben werden soll. Bei Primärbatterien (die nicht wieder aufge­ laden werden können) arbeitet die PTC-Einrichtung somit als eine Schutzeinrichtung, wenn die Batterie entladen wird. Bei Sekundärbatterien kann die PTC-Einrichtung derart geschaltet werden, daß sie in Serie liegt und zwar sowohl wenn die Batterie geladen als auch entladen wird (hierbei hat die Batterie im allgemeinen nur zwei Anschlüsse). Alternativ kann die Schaltung auch so gewählt werden, daß die Einrichtung nur in Serie geschaltet ist, wenn die Batterie entladen wird (wobei die Batterie im allgemeinen drei Anschlüsse hat, von denen zwei zum Laden der Batterie und zwei weitere verwendet werden, wenn die Batterie Energie liefert). Auch ist es bei einer Sekundärbatterie möglich, zwei Schutzeinrichtungen vorzusehen, von denen eine in Serie mit den Zellen geschaltet ist, wenn die Batterie geladen wird, und die andere in Serie mit den Zellen ge­ schaltet ist, wenn die Batterie entladen wird.
Die PTC-Einrichtung sollte derart ausgelegt werden, daß sie in den Zustand mit hohem Widerstand über­ führt wird, wenn der aus der Batterie entnommene Strom größer als ein vorbestimmter Wert ist, der in der vorlie­ genden Beschreibung mit icrit definiert ist. Der Wert für icrit ist im allgemeinen zwischen C und 10C A und bei vielen Batterien liegt er zwischen 1,5C und 2,5C A und beläuft sich beispielsweise auf Werte in der Größen­ ordnung von 1,8C bis 2,2C A. Im allgemeinen sollte die PTC-Einrichtung derart beschaffen sein, daß sie in dem Zustand mit hohem Widerstand bleibt, solange ein Strom weiter in der Schaltung fließt, d. h. die PTC-Einrichtung sollte "ver­ riegelt" sein, wenn sie einmal in den Zustand mit hohem Widerstand bleibt, solange ein Strom weiter in der Schaltung fließt, d. h. die PTC-Einrichtung sollte "ver­ riegelt" sein, wenn sie einmal in den Zustand mit hohem Widerstand überführt worden ist. Vorzugsweise ist der aus der Batterie entnommene herabgesetzte Strom kleiner als 0,4C. Die Stromstärke icrit wird unter stabilen Zustandsbedingungen gemessen. Ströme, die wesentlich größer als icrit sind, können aus der Batterie nur während begrenzter Zeiträume ent­ nommen werden, was insbesondere bei der Herstellung von "eigensicheren" Batterien von Bedeutung ist.
Bei der Bestimmung des Zusammenhangs von elektrischer Leistung und Temperatur der PTC-Einrichtungen wird auf eine Batterie Bezug genommen, die sich bei 20°C in ruhiger Luft befindet. Diese Aufgabe wird jedoch nur zum Zwecke der Definition gemacht, da die thermischen Eigenschaften der PTC-Einrichtung teilweise von dem die Batterie umgebenden Medium und davon abhängig sind, ob die Batterien in irgendeiner beliebig geeigneter Um­ gebung verwendet werden können.
Wenn der Widerstandswert der PTC-Einrichtung in dem Zustand mit hohem Widerstand zu hoch ist, kann parallel zu der PTC-Ein­ richtung ein Widerstand angeordnet werden, dessen Widerstandswert größer als der Wider­ standswert der PTC-Einrichtung in dem Zustand mit niedri­ gem Widerstand ist, der jedoch kleiner als der Wider­ standswert der PTC-Einrichtung in ihrem Zustand mit hohem Widerstand ist. Wenn ein derartiger Widerstand verwen­ det wird, so wird er bei der Bestimmung des Stromes im wesentlichen keine Rolle spielen, wenn die PTC-Einrichtung in dem Zustand mit niedrigem Widerstand ist. Dieser Wider­ stand wird aber den Strom dann wirksam bestimmen, wenn die PTC-Einrichtung in dem Zustand mit hohem Widerstand ist.
Das PTC-Element besteht im allgemeinen aus einer leitenden poly­ meren PTC-Masse, die einen spezifischen Widerstand von weniger als 10 Ohm × cm, vorzugsweise von weniger als 4 Ohm × cm, bei 20°C hat. Der spezifische Widerstand der PTC-Masse beträgt wenigstens 10³ Ohm × cm und vorzugsweise wenigstens 10⁴ Ohm × cm, wenn die PTC-Einrichtung in ihrem Zustand mit hohem Widerstand ist. Im allgemeinen ist die PTC-Masse quervernetzt. Im allgemeinen sollten die PTC-Ein­ richtungen derart arbeiten, daß sie verhindern, daß die Zellen auf Temperaturen von mehr als 40 bis 60°C erwärmt werden, und die PTC-Massen sollten deshalb im allgemeinen Schalttemperaturen in der Größenordnung von 40 bis 75°C haben. Derartige Massen können auf kristallinen Polymeren mit Schmelzpunkten in der Größenordnung von 40 bis 75°C basieren, beispielsweise Polycaprolacton. Die Form des PTC-Elementes und seine elektrischen Verbindungen sind im derart beschaffen, daß der Strom durch das PTC-Element über einen Bereich von einem äquivalenten Durchmesser D mit einer mittleren Weglänge T strömt, wobei D/T wenigstens 2, vorzugsweise wenigstens 10 ist. Der Widerstand der PTC-Einrichtung bei 20°C ist kleiner als 1 Ohm.
Die Kapazität einer Batterie in Ah hängt von der Geschwindigkeit, mit der Strom aus der Batterie entnommen wird, und von der Umgebungstemperatur ab. Die hier angegebenen Batteriekapazitäten werden bei einer Entladezeit von einer Stunde und einer Umgebungs­ temperatur von 25°C gemessen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt:
Fig. 1 ein Schaltschema mit einer zu entladenden Sekundär­ batterie,
Fig. 2 eine schematische Ansicht einer Batterie, und
Fig. 3 eine in Fig. 2 schematisch gezeigte PTC- Einrichtung in detaillierter Darstellung.
Fig. 1 zeigt einen Schaltplan mit einer Sekundärbatterie. Die Batterie 1 weist ein Gehäuse auf, das in gebrochenen Linien dargestellt ist, eine Vielzahl von Sekundär­ zellen 11 und Anschlüsse 12, 13 und 14, wobei die An­ schlüsse 12 und 14 zum Laden der Batterie und die Anschlüsse 13 und 14 zum Entladen der Batterie verwendet werden. Wenn die Batterie 1 geladen wird, nimmt der PTC-Widerstand Rd nicht an dem Schaltkreis teil, sondern der PTC-Widerstand Rc ist in Serie zu den Zellen 11 geschaltet. Ein fester Widerstand R₂ ist ebenfalls gezeigt, der parallel zu Rc geschaltet ist. Der PTC-Widerstand Rc, der die Batterie 1 nur während des Ladens schützt, hat bei Raumtemperatur einen sehr geringen, aber im Hoch­ temperaturzustand einen wesentlich größeren Widerstand, der derart gewählt ist, daß beim Fehlen von R₂ der Dauerladestrom den gewünschten Wert hat. Wenn die Batterie entladen wird, nimmt der Widerstand Rc an der Schaltung nicht teil, sondern Rd ist in Serie zu den Zellen 11 geschaltet und schützt diese somit bei der Entladung. Ähnlich wie bei Rc kann parallel zu Rd ein fester unveränderlicher Widerstand geschaltet werden. Die Ladeschaltung weist eine Wechselstrom­ quelle, einen Transformator 2, einen Gleichrichter 3 und einen festen Widerstand R₁ auf.
In Fig. 2 ist schematisch die Batterie 1 gezeigt, die Zellen 11 und eine PTC-Einrichtung 3 hat, die zwischen den Zellen 11 liegt. Die PTC-Einrichtung 3 ist in Fig. 3 detailliert dargestellt. Die PTC-Einrichtung 3 weist ein PTC-Element 31 auf, das zwischen Streckmetall­ elektroden 32 und 33 liegt, an denen jeweils Versorgungs­ leitungen 34 und 35 angebracht sind. Eine Isolierschicht 36 umgibt das PTC-Element 31, die Elektroden 32, 33 und die Enden der Versorgungsleitungen 34, 35 und verkapselt diese.
Beispiel
Es wurde eine in Fig. 3 gezeigte Einrichtung hergestellt. Das PTC-Element enthielt 56 Gew.-Teile Polycaprolacton (PCL 700 von Union Carbide), 42 Gew.-Teile Ruß (Furnex N765) und 2 Gew.-Teile eines Antioxidationsmittels (ein Oligomer von 4,4′-Thiobis-(3-methyl-6-t-butylphenol) mit einem mittleren Polymerisationsgrad von 3 bis 4, das in der US-PS 3 986 981 beschrieben ist). Der spezi­ fische Widerstand der Masse bei 298°K (25°C) belief sich etwa auf 2,5 Ohm × cm. Die Elektroden und die Versorgungsleitungen bestanden aus nickelbeschichtetem Kupfer und die Isolierschicht bestand aus einem gehärteten Epoxyharz. Die Einrichtung wurde mit einer Dosisleistung von 20 Mrad bestrahlt. Die Einrichtung hatte die folgenden in Fig. 3 gezeigten Abmessungen:
a = 2,8 cm, b = 2,5 cm, c = 1,2 cm, d = 1,0 cm, e = 0,35 cm und f = 0,17 cm. Die Einrichtung hatte einen Widerstand von etwa 0,1 Ohm bei 298°K (25°C).
Diese Einrichtung wurde wie in Fig. 2 gezeigt zwischen die Zellen einer Batterien gelegt, die 12 Nickel-Cadmium- (1,3 V)-Zellen umfaßt und drei Anschlüsse hat. Die Batterie hatte eine Kapazität von 0,45 A × Std.

Claims (6)

1. Batterie (1) mit einer oder mehreren Zellen (11) und wenigstens einer PTC-Einrichtung (3), die einen Widerstand von weniger als 1 Ohm hat und in Reihe mit der oder den Zellen (11) geschaltet ist, so daß Strom durch die PTC-Einrichtung (3) fließt, wenn Strom aus der Batterie (1) entnommen wird,
wobei die PTC-Einrichtung (3) zwei Elektroden (32, 33) aufweist, zwischen denen ein PTC-Element (31) angeord­ net ist, so daß Strom durch das PTC-Element (31) über einen Bereich mit einem äquivalenten Durchmesser D und einer mittleren Weglänge T fließt, wobei das Verhält­ nis D/T wenigstens 2 beträgt,
wobei das PTC-Element (31) eine PTC-leitende Masse enthält, die ein ein kristallines, organisches Polymer und darin verteilt einen teilchenförmigen, leitenden Füllstoff enthält und einen spezifischen Widerstand von weniger als 10 Ohm × cm bei 20°C aufweist und
das PTC-Element (31) einen elektrischen Widerstand hat, der mit der Temperatur so ansteigt, daß sich beim normalen Gebrauch der Batterie das PTC-Element (31) in einem Niedertemperaturzustand mit niedrigem Widerstand befindet, daß jedoch, wenn die Klemmen der Batterie kurz­ geschlossen werden, das PTC-Element (31) joulsche Wärme erzeugt, so daß die Temperatur und der Widerstand des PTC- Elements rasch ansteigen und so den aus der Batterie gezogenen Strom verringern,
dadurch gekennzeichnet,
daß die beiden Elektroden (32, 33) eben sind,
daß das PTC-Element (31) aus der Mischung des kristal­ linen, organischen Polymeren und des teilchenförmigen leitenden Füllstoffes schmelzextrudiert ist und
daß durch den Anstieg der Temperatur und des Wider­ standes des PTC-Elements der aus der Batterie gezogene Strom auf weniger als 0,5C A verringert wird, wobei C die Kapazität der Batterie in Amperestunden ist, so daß keine wesentliche Erhöhung der Temperatur der Zelle oder Zellen (11) der Batterie auftritt.
2. Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Polymermasse einen spezifischen Widerstand von weniger als 4 Ohm ×cm bei 20°C hat,
daß die Polymer-Komponente der Polymermasse eine Kristal­ linität von wenigstens 10% hat und
daß die Komponente des teilchenförmigen, in dem Polymeren verteilten Füllstoffes Ruß mit einer Teilchengröße D enthält, die zwischen 20 und 150 nm, vorzugsweise 20 bis 75 nm, liegt und eine Oberfläche S in m²/g aufweist, derart, daß das Verhältnis S/D nicht mehr als 10 beträgt, wobei die Menge der Füllstoff-Komponente derart ist, daß die Größe kleiner als 1 ist.
3. Batterie nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymer eine Mischung unterschiedlicher Polymere ist.
4. Batterie nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das leitende Polymer des PTC-Elements (31) einen spezfischen Widerstand von weniger als 4 Ohm × cm bei 20°C und einen maximalen spezifischen Widerstand von wenigstens 1000 Ohm × cm hat.
5. Batterie nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß das PTC-Element (31) ein Volumen von weniger als 20 cm³ hat und
daß das PTC-Element (31) eine Sauerstoffsperrschicht aufweist, die aus Metall oder einem Polymeren besteht, wobei die Wand, durch die die Elektroden verlaufen, auch aus keramischem Material bestehen kann, und, wenn sich die PTC-Einrichtung in Luft bei Raumtemperatur und Normaldruck befindet, den Luftzutritt zu dem PTC-Element derart begrenzt, daß die Sauerstoffabsorptionsgeschwindigkeit des PTC-Elements (31) kleiner als 10-6 cm³ s-1 g-1 ist.
6. Batterie nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Sauerstoffsperre aus einem Schichtstoff gebildet ist und die Elektroden ein Teil der Sauerstoffsperre sind.
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IL (1) IL59223A (de)

Families Citing this family (86)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4475138A (en) * 1980-04-21 1984-10-02 Raychem Corporation Circuit protection devices comprising PTC element
US4413301A (en) * 1980-04-21 1983-11-01 Raychem Corporation Circuit protection devices comprising PTC element
US4330704A (en) * 1980-08-08 1982-05-18 Raychem Corporation Electrical devices comprising conductive polymers
JPS5786265U (de) * 1980-11-14 1982-05-27
US4385269A (en) * 1981-01-09 1983-05-24 Redifon Telecommunications Limited Battery charger
US4433294A (en) * 1981-06-05 1984-02-21 Firing Circuits, Inc. Method and apparatus for testing a battery
US4396880A (en) * 1981-06-05 1983-08-02 Firing Circuits Inc. Method and apparatus for charging a battery
US4542365A (en) * 1982-02-17 1985-09-17 Raychem Corporation PTC Circuit protection device
US4550301A (en) * 1982-02-17 1985-10-29 Raychem Corporation PTC Circuit protection device
US4481498A (en) * 1982-02-17 1984-11-06 Raychem Corporation PTC Circuit protection device
US4549161A (en) * 1982-02-17 1985-10-22 Raychem Corporation PTC Circuit protection device
DE3214745C1 (de) * 1982-04-21 1983-07-07 Licentia Patent-Verwaltungs-Gmbh, 6000 Frankfurt Verfahren zur Durchführung eines automatischen Ladevorganges von in geschlossenen Räumen angeordneten gasdichten Nickel-Cadmium-Akkumulatoren
US4467310A (en) * 1983-10-03 1984-08-21 Northern Telecom Limited Telephone subscriber line battery feed resistor arrangements
JPS6076872U (ja) * 1983-11-01 1985-05-29 ミノルタ株式会社 電池の過放電過熱防止装置
GB8416924D0 (en) * 1984-07-03 1984-08-08 Lucas Ind Plc Electric storage battery
JPS6174257A (ja) * 1984-09-20 1986-04-16 Fuji Elelctrochem Co Ltd 電池
US4774024A (en) * 1985-03-14 1988-09-27 Raychem Corporation Conductive polymer compositions
US4647894A (en) * 1985-03-14 1987-03-03 Raychem Corporation Novel designs for packaging circuit protection devices
US4884163A (en) * 1985-03-14 1989-11-28 Raychem Corporation Conductive polymer devices
DK87287A (da) 1986-02-20 1987-08-21 Raychem Corp Fremgangsmaade og apparat for anvendelse af ionbyttemateriale
JPS6358759A (ja) * 1986-08-28 1988-03-14 Nippon Mektron Ltd 熱履歴判別可能な電池
JP2563808Y2 (ja) * 1988-11-15 1998-02-25 三洋電機株式会社 過電流及び過熱保護素子
US5150033A (en) * 1988-12-09 1992-09-22 Norand Corporation Flat plate sealed lead-acid battery charging system and method
JPH0834098B2 (ja) * 1989-02-07 1996-03-29 日立マクセル株式会社 Ptc素子付き円筒形有機電解液電池
US4973936A (en) * 1989-04-27 1990-11-27 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Adminstration Thermal switch disc for short circuit protection of batteries
DE3937158A1 (de) * 1989-11-08 1991-05-16 Bosch Gmbh Robert Kontrolleinrichtung fuer batteriegeraet
US5174924A (en) * 1990-06-04 1992-12-29 Fujikura Ltd. Ptc conductive polymer composition containing carbon black having large particle size and high dbp absorption
US5034720A (en) * 1990-07-20 1991-07-23 Bell Howard F Current control apparatus for insertion into battery powered devices
US5089801A (en) * 1990-09-28 1992-02-18 Raychem Corporation Self-regulating ptc devices having shaped laminar conductive terminals
US5436609A (en) * 1990-09-28 1995-07-25 Raychem Corporation Electrical device
GB9113888D0 (en) * 1991-06-27 1991-08-14 Raychem Sa Nv Circuit protection devices
JPH07501650A (ja) * 1991-11-29 1995-02-16 モトローラ・インコーポレイテッド 保護回路付きバッテリ
US5303115A (en) * 1992-01-27 1994-04-12 Raychem Corporation PTC circuit protection device comprising mechanical stress riser
US5245268A (en) * 1992-04-15 1993-09-14 Jason Wang Battery charger with current stabilizer
US5378407A (en) * 1992-06-05 1995-01-03 Raychem Corporation Conductive polymer composition
US5852397A (en) 1992-07-09 1998-12-22 Raychem Corporation Electrical devices
US5394094A (en) * 1993-05-13 1995-02-28 Industrial Scientific Corporation Portable gas sensor utilizing fault protective battery cap
US5451919A (en) * 1993-06-29 1995-09-19 Raychem Corporation Electrical device comprising a conductive polymer composition
CA2170048A1 (en) 1993-08-23 1995-03-02 Malcolm R. Walsh Use of ptc devices in wiring harnesses
DE4403468C2 (de) * 1994-02-04 1998-07-09 Daimler Benz Ag Entnahmestromüberwachungssystem für Traktionsbatterien in Elektro- und Hybridfahrzeugen
EP0760157B1 (de) 1994-05-16 1998-08-26 Raychem Corporation Elektrisches bauteil mit einem ptc-widerstandselement
US5652501A (en) * 1994-12-12 1997-07-29 Unitrode Corporation Voltage sensor for detecting cell voltages
US5581170A (en) * 1994-12-12 1996-12-03 Unitrode Corporation Battery protector
US5689173A (en) * 1995-02-07 1997-11-18 Sanyo Electric Co., Ltd. Battery pack
US6114942A (en) * 1995-08-07 2000-09-05 Kk Raychem PTC device and battery pack using the same
TW309619B (de) * 1995-08-15 1997-07-01 Mourns Multifuse Hong Kong Ltd
WO1997006660A2 (en) * 1995-08-15 1997-02-27 Bourns, Multifuse (Hong Kong), Ltd. Surface mount conductive polymer devices and method for manufacturing such devices
US5801612A (en) * 1995-08-24 1998-09-01 Raychem Corporation Electrical device
US5637978A (en) * 1995-11-06 1997-06-10 Kendrick Products Corporation Battery booster
SE506757C2 (sv) * 1996-07-02 1998-02-09 Ericsson Telefon Ab L M Säkringsanordning för en portabel batteridriven elektrisk apparat
US5856773A (en) * 1996-11-04 1999-01-05 Raychem Corporation Circuit protection device
US6020808A (en) 1997-09-03 2000-02-01 Bourns Multifuse (Hong Kong) Ltd. Multilayer conductive polymer positive temperature coefficent device
US5993990A (en) * 1998-05-15 1999-11-30 Moltech Corporation PTC current limiting header assembly
GB9820132D0 (en) 1998-09-16 1998-11-11 Raychem Ltd Battery over-discharge protection
KR20010079908A (ko) 1998-09-25 2001-08-22 추후보정 정의 온도 계수 폴리머 재료 제조 방법
US6137669A (en) * 1998-10-28 2000-10-24 Chiang; Justin N. Sensor
US6362721B1 (en) 1999-08-31 2002-03-26 Tyco Electronics Corporation Electrical device and assembly
US6854176B2 (en) * 1999-09-14 2005-02-15 Tyco Electronics Corporation Process for manufacturing a composite polymeric circuit protection device
US6640420B1 (en) * 1999-09-14 2003-11-04 Tyco Electronics Corporation Process for manufacturing a composite polymeric circuit protection device
US6340878B1 (en) * 1999-10-22 2002-01-22 Motorola, Inc. Silicon equivalent PTC circuit
US6597551B2 (en) 2000-12-13 2003-07-22 Huladyne Corporation Polymer current limiting device and method of manufacture
US20030026053A1 (en) * 2001-08-06 2003-02-06 James Toth Circuit protection device
DE10223672A1 (de) * 2002-05-28 2003-12-11 Daimler Chrysler Ag Verfahren zum Betreiben eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs und Vorrichtung hierzu
JP4107881B2 (ja) * 2002-05-30 2008-06-25 三洋電機株式会社 パック電池
US6771051B2 (en) * 2002-06-29 2004-08-03 Motorola, Inc. Thermally limited battery protection and charging circuit
WO2004021479A1 (ja) * 2002-08-30 2004-03-11 Tyco Electronics Raychem K.K. 通電端子、および通電端子用アダプタ
US6942941B2 (en) * 2003-08-06 2005-09-13 General Motors Corporation Adhesive bonds for metalic bipolar plates
US7742270B2 (en) * 2004-06-10 2010-06-22 Invensys Systems, Inc. System and method for limiting energy in an industrial control system
US10314583B2 (en) 2005-07-26 2019-06-11 Ethicon Llc Electrically self-powered surgical instrument with manual release
US9662116B2 (en) 2006-05-19 2017-05-30 Ethicon, Llc Electrically self-powered surgical instrument with cryptographic identification of interchangeable part
US9554803B2 (en) 2005-07-26 2017-01-31 Ethicon Endo-Surgery, Llc Electrically self-powered surgical instrument with manual release
US8579176B2 (en) 2005-07-26 2013-11-12 Ethicon Endo-Surgery, Inc. Surgical stapling and cutting device and method for using the device
US7959050B2 (en) * 2005-07-26 2011-06-14 Ethicon Endo-Surgery, Inc Electrically self-powered surgical instrument with manual release
US8627993B2 (en) * 2007-02-12 2014-01-14 Ethicon Endo-Surgery, Inc. Active braking electrical surgical instrument and method for braking such an instrument
US8627995B2 (en) 2006-05-19 2014-01-14 Ethicon Endo-Sugery, Inc. Electrically self-powered surgical instrument with cryptographic identification of interchangeable part
US11751873B2 (en) 2005-07-26 2023-09-12 Cilag Gmbh International Electrically powered surgical instrument with manual release
US8573462B2 (en) 2006-05-19 2013-11-05 Ethicon Endo-Surgery, Inc. Electrical surgical instrument with optimized power supply and drive
US7479608B2 (en) 2006-05-19 2009-01-20 Ethicon Endo-Surgery, Inc. Force switch
EP2486865A3 (de) * 2006-05-19 2014-04-02 Ethicon Endo-Surgery, Inc. Verfahren zur Konfigurierung einer chirurgischen Vorrichtung mit einer chirurgischen Gewebekompressionsvorrichtung
CN101454855B (zh) * 2006-05-19 2012-05-30 爱惜康内镜外科公司 力控开关
DE102007031558A1 (de) * 2007-07-06 2009-01-08 Robert Bosch Gmbh Akkumulator und Akkupack
US8641273B2 (en) * 2010-11-02 2014-02-04 Sinoelectric Powertrain Corporation Thermal interlock for battery pack, device, system and method
US9806515B2 (en) 2013-12-24 2017-10-31 Nokia Technologies Oy Protection of cables and connectors
WO2015157106A1 (en) 2014-04-10 2015-10-15 Illinois Tool Works Inc. Heater for electric vehicle batteries
JP2016107923A (ja) * 2014-12-10 2016-06-20 株式会社オートネットワーク技術研究所 充電制御回路
US10272758B2 (en) * 2016-11-02 2019-04-30 Proterra Inc. Battery system of an electric vehicle

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2157139A (en) * 1936-05-22 1939-05-09 Carlos B Mirick Battery charging system
DE1144802B (de) * 1956-11-28 1963-03-07 Svenska Ackumulator Ab Vorrichtung zur Konstanthaltung der Spannung in einem elektrischen Stromkreis
US3171076A (en) * 1961-09-13 1965-02-23 Fox Prod Co Battery charger with output voltage automatically matching battery rating
US3243753A (en) * 1962-11-13 1966-03-29 Kohler Fred Resistance element
US3351882A (en) * 1964-10-09 1967-11-07 Polyelectric Corp Plastic resistance elements and methods for making same
GB1167551A (en) * 1965-12-01 1969-10-15 Texas Instruments Inc Heaters and Methods of Making Same
US3518524A (en) * 1967-01-03 1970-06-30 Sunbeam Corp Cordless electric appliance
US3667026A (en) * 1970-12-02 1972-05-30 Motorola Inc Automatic temperature responsive battery charging circuit
JPS498422A (de) * 1972-05-24 1974-01-25
US3793716A (en) * 1972-09-08 1974-02-26 Raychem Corp Method of making self limiting heat elements
JPS5610352B2 (de) * 1972-12-13 1981-03-07
JPS5540702Y2 (de) * 1974-01-18 1980-09-22
JPS52100893A (en) * 1976-02-18 1977-08-24 Matsushita Electric Ind Co Ltd Doppler radar
US4091267A (en) * 1976-07-19 1978-05-23 Texas Instruments Incorporated Self-regulating electric heater
FR2368127A1 (fr) * 1976-10-15 1978-05-12 Raychem Corp Compositions a coefficient de temperature positif et dispositifs en comprenant
GB1597007A (en) * 1976-12-16 1981-09-03 Raychem Corp Conductive polymer compositions and devices
DE2948349A1 (de) * 1978-12-01 1980-06-12 Raychem Corp Ptc-vorrichtung mit sauerstoffsperren
US4238812A (en) * 1978-12-01 1980-12-09 Raychem Corporation Circuit protection devices comprising PTC elements
US4237441A (en) * 1978-12-01 1980-12-02 Raychem Corporation Low resistivity PTC compositions

Also Published As

Publication number Publication date
JPH0613068A (ja) 1994-01-21
KR830002405A (ko) 1983-05-28
FR2447618B1 (de) 1983-11-18
GB2042789A (en) 1980-09-24
FR2447618A1 (fr) 1980-08-22
HK82489A (en) 1989-10-27
GB2042789B (en) 1983-07-27
JP2777354B2 (ja) 1998-07-16
IL59223A0 (en) 1980-05-30
CA1150769A (en) 1983-07-26
KR830001602B1 (ko) 1983-08-16
DE3002721A1 (de) 1980-08-07
US4255698A (en) 1981-03-10
JPS55105980A (en) 1980-08-14
JP2574979B2 (ja) 1997-01-22
JPH09115503A (ja) 1997-05-02
IL59223A (en) 1982-08-31

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