CN114744345A - 蓄电池隔离设备和方法 - Google Patents
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Abstract
一种蓄电池隔离设备(2)，其适于将蓄电池与电路隔离，同时确保该电路的连续性，该设备包括：‑旁通室(10)，其中设置有旁通设备(4)，所述旁通设备包括由间隙(8)隔开的两个旁通导电体(6、7)，所述旁通导电体中的一个连接到第二端子(B2)，另一个旁通导电体连接到第三端子(B3)；‑熔断器(3)，其包括连接在第一端子(B1)与第三端子(B3)之间的由可熔融材料制成的导电体(23)，该由可熔融材料制成的导电体(23)设置在所述旁通室(10)中，并适于在液态下转移到所述旁通设备(4)上。
Description
技术领域
本发明涉及电能储存管理的领域，更具体地说，涉及该能量储存的安全性元件。
蓄电池、尤其是电化学蓄电池，一般设置为电池组的形式，其中，一般称作电池的单元元件串联和/或并联连接。串联这些电池的关联允许获得更高的电压，而并联这些电池的关联允许获得更高的容量，以便更多地储存能量。
用于诸如电动车辆、电子设备、电动工具等的各个领域中的大多数电池组一般包括串联的蓄电池或电池的至少一个分支。
背景技术
在包括串联连接的蓄电池的至少一个分支的已知电池组中，蓄电池中一个的故障一般导致该分支的所有蓄电池不可用。
已知电池组一般与控制例如蓄电池的温度和电压的管理电路相关联。这些管理电路可以设有断路元件，例如晶体管或继电器，其在蓄电池故障的情况下作用，断开整个电池组或其中出故障的蓄电池与其它蓄电池串联安装的至少一个分支。为了弥补蓄电池的故障，由此一般使得电池组的一整个分支、甚至整个电池组不工作。
然而，存在用于隔离电池组内的出故障的蓄电池的解决方案。专利申请US20140272491描述了一种用于电池组电池的安全性元件，所述安全性元件包括在蓄电池中的压强升高时变形的内部导电膜。当蓄电池的内部压强超过预定值时，膜使得蓄电池的两个极短路，这导致由保护断路器关断电池组内部电路。所述蓄电池隔离设备由此允许相对于其连接的电路的其余部分来隔离蓄电池，同时使得出故障的电池组电池的端子短路。出故障的电池由此被隔离，电路继续由与出故障的电池串联连接的可能的其它电池供电。
这样的蓄电池隔离设备仅通过与电池组电池的内部压强升高相关的故障被激活。
此外，允许使得出故障的电池的端子短路的在文献US20140272491中所详细描述的电接触件可以在最好的情况下约为1mΩ。例如对于200A的电流，该寄生电阻对应于40W的损失，该损失产生该功率的转移和热排放的问题。该接触件的寄生电阻还非常取决于进行接触的零件的表面和氧化状态。
此外，发表在杂志IEEE(978-1-5090-4974-5/18,DOI:10.1109/IESES.2018.8349850)中的V.R.H.Lorentz等人的科学出版物《Power Antifuse Device toBypass or Turn-off Battery Cells in Safety-Critical and Fail-OperationalSystems》描述了一种类似于控制开关的蓄电池隔离设备，其由通过电绝缘材料分离的交错的两个功率导电体构成。该安装与可以通过信号触发的烟火元件相关联。烟火元件在其被激活时，允许使得填充金属储备熔融，其进行在两个功率导电体之间实现焊锡并由此使得这些功率导电体通过焊锡而互连，以隔离蓄电池，同时维持电路其余部分的连续性。设置该隔离设备外部的元件，以识别存在要求隔离蓄电池的故障并由此触发与该蓄电池相关的烟火元件。
发明内容
本发明的目的在于改善现有技术的蓄电池隔离设备和方法。
为此，本发明旨在一种蓄电池隔离设备，其适于使得蓄电池与电路隔离，同时确保该电路的连续性。该设备包括：
-旨在将隔离设备与蓄电池进行连接的第一端子；
-旨在将隔离设备与蓄电池和与电路进行连接的第二端子；
-旨在将隔离设备与电路进行连接的第三端子；
-旁通室，其中设置有旁通设备，所述旁通设备包括由间隙隔开的两个旁通导电体，旁通导电体中的一个连接到所述第二端子，另一个旁通导电体连接到所述第三端子；
-熔断器，其包括连接在第一端子与第三端子之间的由可熔融材料制成的导电体，该由可熔融材料制成的导电体设置在旁通室中，并适于在液态下转移到旁通设备上。
根据另一目的，本发明旨在一种电路，该电路包括第一蓄电池、至少一个第二蓄电池，和由这些蓄电池供电的负载。该电路包括如上所述的蓄电池隔离设备，其中：
-第一端子连接到第一蓄电池的端子；
-第二端子连接到第一蓄电池的另一端子和所述负载的端子；
-第三端子连接到所述负载的另一端子；
该蓄电池隔离设备适于使得第一蓄电池与第二蓄电池和所述负载隔离，同时确保所述负载由第二蓄电池供电的连续性。
表述“第二端子连接到所述负载的端子”在此定义该第二端子直接连接到负载，或通过第二蓄电池和其它可能的额外蓄电池间接连接到负载。
类似地，表述“第三端子连接到所述负载的另一端子”在此定义该第三端子直接连接到负载，或通过第二蓄电池和其它可能的额外蓄电池间接连接到负载。
根据一个优选的特征，第一蓄电池和至少第二蓄电池通过熔断器与负载串联安装。
根据另一目的，本发明旨在一种用于使得蓄电池相对于电路隔离的方法，其实施如上所述的蓄电池隔离设备，并包括以下步骤：
-使得熔断器经受将由可熔融材料制成的导电体加热到其熔融温度之上的过电流；
-使得处于液态的由可熔融材料制成的导电体的至少一部分转移到分隔旁通导电体的间隙中。
表述“适于使得蓄电池与电路隔离，同时确保该电路的连续性”精确地指，设备允许将蓄电池置于电路外(尤其是因为其出故障)并且该蓄电池在其之前连接到的电路中被旁通(英文为“bypass”)代替，允许维持该电路中的连续性。当该电路包括由与被隔离的蓄电池串联的其它蓄电池供电的负载时，该蓄电池的隔离和旁通允许其它蓄电池继续给负载供电。
在根据本发明的设备中，允许不包括蓄电池的电路的连续性的接触件的电阻先验地小于100μΩ，这对于非常大多数的电池组，包括电动车辆的高功率电池组，不造成任何能量排放问题。
在具有以小质量和体积储存更得多的能量并同时能够提供高放电功率和支持高充电功率、因此能够具有例如数十分钟的充电时间的优点的锂离子技术蓄电池的情况下，本发明特别有利。锂离子化学的主要缺陷在于，可能会导致所涉及的蓄电池由于故障而起火的热失控风险，故障传播到相邻蓄电池，甚至可能会传播到整个电池组。根据本发明的蓄电池隔离设备允许通过隔离出故障的蓄电池，同时维持电池组的工作连续性(至少在降级模式下)，防止任何风险。
本发明避免在检测到故障之后，完全断开电路和停止供能。
目前，例如大多数电动车辆的电池组有串联锂离子蓄电池的单个分支构成。这些蓄电池的容量为数十安时，并且整体电压在300V至400V的范围中变化。本发明允许自然或受操控地在蓄电池通过经由熔断器的连接而连接在串联内的状态与蓄电池的端子中的一个被断开连接的状态(旁通则允许继续使用蓄电池串联的其余蓄电池)之间切换。
相对于通常实现电池组整体内的局部温度的多个测量并在故障情况下打开整个电路的现有技术，本发明可作用于电池组的每个蓄电池上并可仅使得出故障的蓄电池断路，同时确保电流旁通，以便工作连续性。本发明一方面通过比在被检测到之前温度必须传播到其它电池的常用热保护装置更快速地起作用，另一方面通过确保整体的运作连续性，允许提高电池组的安全性，根据应用，尤其是在人员运输中，整体的运作连续性可能会显得是安全性的关键元素。
本发明允许隔离设备的触发中的模块化。通过加热熔断器的过电流(过强度)的触发可以通过来自电池组管理电子装置的指令，或通过任何其它已知触发模式(例如，添加加热电阻器，以便由管理电子装置的受操控触发)来完成。
本发明可以在蓄电池外部，也可集成到蓄电池内。
本发明的实施例具有不要求电子装置或供电以便这些电子装置运作的优点。与过强度(或通过蓄电池中的压强，或温度)相关的自然触发允许确保高水平的运作可靠性，无需冗余和/或合格的电子装置。对于所要求的安全性水平非常高的应用(例如航空)，如本发明所允许的触发可靠性更特别地高。
与对于电气保护所建立的规则(根据这些规则，要尽可能地避免短路)相反，本发明允许利用短路以实现隔离设备的功能。
本发明的一个有意义的应用在于运输领域，更具体地说，在于电动或混合动力车辆。实际上，正如与使用随着车辆自主性增强而代表越来越多的车载能量的蓄电池技术相关的风险，电动车辆领域中的需求以及限制倾向于增强。则必须提供无论故障性质、内部还是外部都最小化电池组的失控风险的安全性系统。
本发明还允许提供电池组的工作连续性。对于道路车辆，这允许提供根据触发了出故障的蓄电池隔离设备的故障的严重性，进行安全停车或终止路程的可能性。
此外，电动车辆目前具有两个电池组，通常在300V至400V下的牵引电池组和通常是标称电压为12V的铅电池组的附属电池组。保留热力车辆的电池类型的附属电池组，以启动车辆的电子装置，和尤其是确保安全性功能(照明、紧急灯的运作等)。牵引电池组目前不视为对于确保这些功能足够可靠的能源，这是因为电池组内部的在其蓄电池中任一个上的故障导致打开电池组的接触器并使其断开连接。通过本发明，所获得的工作连续性可允许改变车辆的电气架构，以消除附属电池组，这是因为主要电池组能够在事故情况下确保工作连续性。
由于在车上有经过培训、负责且专心驾驶的驾驶员，接受目前电动车辆不提供在电池组内的蓄电池出故障的情况中的工作连续性的事实。对于正在开发的负责驾驶的全部或部分的自主电动车辆，期望为了驾驶的安全性，确保工作连续性。工作连续性还可以是由于可能不存在能够在故障情况下负责驾驶或使得车辆安全的经过培训且负责的驾驶员，变得对于自主车辆是必要的功能。
对于飞机或船只，本发明所提供的工作连续性允许使用关键功能。实际上，本发明确保电池组在蓄电池出故障情况下的工作连续性，这与常见的相反地，允许车辆以略微降低的自主性继续运作，而不是停止其运作。在工作连续性尤为重要的航空或海事的领域中，该优点可显得非常有意义。所说明的本发明完全可适于在多个运输领域中使用的方形电池。
本发明具有可选地可被外部电子系统激活的优点。例如，隔离设备可以由车辆的安全气囊系统操控，这会允许使得车辆的电路的所有蓄电池电绝缘，并与常见的相反地，不会在电池组的端子处留下电压，由于不存在触电和短路风险，从而确保救援组织操作时的安全性。
本发明提供的该保护在车辆完全或部分浸没的情况下，更特别地有意义。
本发明还允许在电池组起火(其内部起火，或在车辆起火之后起火)的情况下，旁通所有蓄电池。由于触发本发明而在所有蓄电池上没有电压，允许消防员给车辆浇水，然后浸没电池组，而不会由水被电池组内通常仍处于电压下的零件的电解而有电风险和生成氢气。
在蓄电池的领域中，所实施的电压仅为数伏，并且接线少。相对于使用熔断器的标准条件，本发明必须处理低压下的小的电弧，其具有导致材料熔融和电弧的低功率，以及接线电感中的能量的最小化。本申请的这些特征允许便利熔断器的金属或金属合金的熔融，并限制蒸发。
传统地，用于如对于电动车辆的数百安的电流水平的熔断器基于铜，以最小化熔断器的电阻损失，并具有少量的材料。在本发明的范围内，熔断器优选地由具有低熔融温度(例如，低于400C)的金属或金属合金实现，并具有足以实现旁通导电体上的钎焊的材料的量，这还允许使用由合适的聚合物(例如，聚酰亚胺)制成的低成本的外壳(其会受液态的熔断器的材料影响)。
根据本发明的蓄电池隔离设备可单独或组合地包括以下的额外特征：
-由可熔融材料制成的导电体设置为面对旁通导电体；
-熔断器标定为确保在穿过其的电流强度超过预定阈值时的由可熔融材料制成的导电体的熔融；
-旁通导电体设置在熔断器之下，由可熔融材料制成的导电体适于在其处于液态时，通过重力流动到旁通导电体上；
-旁通导电体设置为围绕整个熔断器，由可熔融材料制成的导电体适于在其处于液态时，无论隔离设备的位置如何，都通过重力流动到旁通导电体上；
-所述设备包括朝着旁通导电体方向促动由可熔融材料制成的导电体的缓冲件；
-所述设备包括放置在熔断器与旁通导电体之间的电绝缘体，该电绝缘体适于使由可熔融材料制成的导电体在其处于液态时的材料通过；
-由可熔融材料制成的导电体的熔融温度低于400℃；
-旁通导电体具有互补交错的几何图案，间隙沿着这些几何图案设置；
-旁通导电体具有适于通过由可熔融材料制成的导电体在其处于液态时的材料钎焊的表面状态；
-所述设备包括与旁通设备并联的设置在第二端子与第三端子之间的至少一个控制分支，控制分支包括至少一个控制开关；
-控制分支的所述至少一个控制开关包括通过信号控制的开关；
-控制分支的所述至少一个控制开关包括通过超过温度阈值控制的开关；
-控制分支的所述至少一个控制开关包括通过超过压强阈值控制的开关；
-熔断器包括并联安装的两个由可熔融材料制成的导电体，这些导电体中的一个的熔融温度高于另一导电体的熔融温度；
-所述设备包括与熔断器并联安装的放电电阻；
-由可熔融材料制成的导电体适于在液态下通过重力，和/或其表面张力，和/或电磁促动，和/或永久弹性机械支承，和/或热激活机械支承(像膨胀或热收缩)，转移到旁通设备上。
附图说明
参照附图，由以下非限制性说明，本发明的其它特征和优点将显现，在附图中：
-图1是根据本发明的电路的第一示例；
-图2是根据本发明的电路的第二示例；
-图3是根据本发明的第一实施例的蓄电池隔离设备的示意性剖视图；
-图4是图3的设备的旁通导电体的俯视图；
-图5是图3的设备的熔断器的俯视图；
-图6示出在其触发之后的图3的设备；
-图7是类似于图1的在触发隔离设备之后的视图；
-图8是根据本发明的电路的第三示例；
-图9示出根据本发明的第二实施例的蓄电池隔离设备；
-图10示出根据本发明的第三实施例的蓄电池隔离设备；
-图11示出根据本发明的第四实施例的蓄电池隔离设备；
-图12示出根据本发明的第五实施例的蓄电池隔离设备；
-图13示出根据本发明的第六实施例的蓄电池隔离设备；
-图14示出根据本发明的第七实施例的蓄电池隔离设备；
-图15示出根据本发明的第八实施例的蓄电池隔离设备；
-图16示出蓄电池隔离设备的一个实施变型。
具体实施方式
图1和2每个示出电路的一个示例，其中，串联连接的蓄电池1、15的电池组给负载9供电。负载9示意性地示出由电池组供电的任意电气机器或电路。
图1和2所示的电路设置为使得蓄电池中的一个(在此为蓄电池1)关联到蓄电池隔离设备2。蓄电池1可以是任何已知类型的蓄电池，尤其是锂离子类型的蓄电池，或关于像锂金属的其它锂化学的，或基于像钠离子或钾离子化学的其它离子的交错。
该蓄电池1可以是单元蓄电池(电池组电池)或串联和/或并联安装的蓄电池组。无论蓄电池1的构成如何，所示的安装允许使得该蓄电池1与其连接的电路14隔离，同时确保允许其它蓄电池15继续给负载9供电的旁通。在所示示例中，由其它蓄电池15和负载9构成的电路14代表在蓄电池1出故障的情况下可以与该蓄电池隔离的元件。
隔离设备2包括：
-连接到蓄电池1的第一端子的第一端子B1；
-连接到蓄电池1的另一端子和电路14的第二端子B2；和
-连接到电路14的第三端子B3。
隔离设备2实现的功能如下：
-蓄电池1与电路14之间的关断(通过熔断器3示意性地示出)；
-端子B2和B3的旁通(通过旁通设备4示意性地示出)。
图1示出一个示例，其中，端子B1连接到蓄电池1的正端子，端子B2连接到蓄电池1的负端子(通过关断其负端子来隔离蓄电池1)。
图2则示出一个示例，其中，端子B1连接到蓄电池1的负端子，端子B2连接到蓄电池1的正端子(通过关断其正端子来隔离蓄电池1)。
隔离设备2可以是蓄电池1外部的设备并连接到该蓄电池，也可位于蓄电池1的外壳的内部，或包含所有蓄电池1、15的电池组的内部。
图3示意性地示出根据第一实施例的隔离设备2。根据该第一实施例，通过端子B1和B3处的过强度触发隔离设备2。隔离设备2在此包括支撑连接端子B1、B2和B3的外壳5，其限定构成其中设置有旁通设备4的旁通室10的内部空间。旁通设备4包括分隔至少一个间隙8的第一旁通导电体6和第二旁通导电体7。
第一旁通导电体6连接到端子B2，而第二旁通导电体7连接到端子B3。在隔离设备8的正常运作状态中，即当其没有被触发时，间隙8被电绝缘体填充，该电绝缘体在本示例中是空气或任何其它合适气体。
图3是示意图，其中，间隙8是两个旁通导电体6、7之间的简单间隔。图4示意性地示出俯视的旁通导电体6、7，在该示例中，所述旁通导电体中的每个包括具有互补几何图案的端部，尽管被间隙8分隔，但这些图案是交错的。间隙8则根据形状沿着这些几何图案是在，该形状在本示例中为锯齿状的间隙8。
在旁通室10中还设置有熔断器3。在本示例中，该熔断器3包括由可熔融材料制成的导电体23，其一方面连接到端子B1，另一方面连接到端子B3(和因此还连接到第二短路导电体7)。熔断器3还可通过并置不同的可熔融段来构成。
图5是熔断器3的俯视图。图5的示意图示出导电体23旨在至少部分地填充间隙8，并且导电体23的形状以及体积适于具有对于旁通导电体6、7、更具体地说对于间隙8足够的可熔融材料的量。
绝缘体11还设置在旁通室10中，在熔断器3与旁通设备4之间。在本示例中，该绝缘体11示出为具有介电材料的片材的形式，该片材被穿孔或是多孔的，以使得它适于让构成导电体23的材料，在该材料在其在熔断器3中熔融之后处于液态时通过。
可选地，在例如弹簧13的弹性装置的作用下，由介电材料制成的缓冲件12在由可熔融材料制成的导电体23上朝着旁通导电体6、7的方向施加压强。
导电体23由熔点选择为在超过预定值的过强度时达到的材料构成，以确保传统的熔断器功能。由此，在例如影响蓄电池1的短路的情况下，导电体23在熔断器3中的熔融打开电路。
然而，熔断器3在此设置为使得在导电体23熔融时，构成导电体23的可熔融材料的体积对间隙8至少部分地填充。
构成熔断器3的材料优选地由低熔点(例如低于400℃)的材料制成，例如铅锡合金或代替它以钎焊的无铅合金是这样的情况。使用天然导电性不如铜的金属或合金与实现现代熔断器的一般原则向背，并要求更大的材料量以构成熔断器8的截面。尽管在实现传统熔断器的角度上不是最优的，该使用低熔融温度的金属或合金反而在本发明的范围中是最优的，在本发明的范围中，实现熔断器3所必需的材料量的增大与在触发隔离设备2时填充间隙8的熔融材料量的增大同时进行。
图6示出在其触发之后(即在隔离蓄电池1的配置中)的图3的隔离设备2。通过超过强度阈值触发隔离设备2，该强度阈值以传统的方式通过熔断器3的截面尺寸设置和材料选择来标定。在例如电动机动车辆应用的情况中，该强度阈值约为数百安。
过强度电流流过熔断器3引起导电体23的加热，直至构成它的可熔融材料的熔融。该材料在熔融后转变成液态，然后在重力和/或缓冲件12的压强的作用下穿过绝缘体11。
处于液态的导电体23的材料沉积在间隙8处，并在旁通导电体6、7上构成钎焊21。
优选地，旁通导电体6、7的表面状态被制备(通过表面处理、镀锡，或任何其它合适措施)，以促进导电体23的材料在液态下的粘着。
熔断器3的熔融因此具有不可分割的后果：
–端子B1和B3之间的电路关断；
–以非常低的电阻在端子B2和B3之间建立旁通电连接。
限定旁通室10的外壳5由能够抵抗导电体23的材料在其处于液态时的温度的材料制成。外壳5可以例如由所有必要能够抵抗非常高温度水平的耐火陶瓷制成。在本示例中，导电体23的材料具有低熔点，外壳5优选地由合适的聚合物、聚酰亚胺制成。绝缘体11也可由聚酰亚胺制成。
图7示出等效电路(采用图1的示例)，其中包括一旦触发之后的隔离设备2。在该隔离配置中，蓄电池1目前通过其正端子断开连接而与电路隔离，而电路14则通过钎焊21而闭合，使得之前存在于与蓄电池1串联在相同的分支上的其它蓄电池15保持串联连接并保持与负载9连接。
隔离设备2在此作用于蓄电池1上。串联或并联的分支的所有蓄电池或蓄电池组可以关联到其专用的隔离设备。图8示出一个示例，其中，蓄电池1关联到其隔离设备2A，并且其中，由其它蓄电池15构成的组关联到其专用的隔离设备2B。
蓄电池或蓄电池组可以由此级联地安装在电池组中，并且根据需要配备尽可能多的隔离设备2，以为负载9供电。蓄电池中的一个的故障将如上所述触发其隔离设备2，并导致该蓄电池的隔离。
图9示出根据本发明的第二实施例的蓄电池隔离设备2。在不同实施例中，相似元件具有相同的附图标记。
根据该第二实施例，隔离设备2以与第一实施例的隔离设备相似的方式构成，仅除了在外壳5内部，隔离设备2包括在端子B2和B3之间的与旁通设备4并联连接的控制分支16。
根据该第二实施例，隔离设备2可不仅以自然的方式(像对于第一实施例所述，通过过强度)被触发，而且还可以以受操控的方式被触发。可例如通过电池组的控制电子装置(BMS，即英文的“Battery Management System”)，当其识别涉及蓄电池的故障(过高温度或其它控制参数)时，操控触发隔离设备。
控制分支16包括例如继电器或像在所示示例中的功率晶体管17的控制开关。晶体管17例如是MOSFET晶体管，其具有非常低的寄生电阻并能够让与熔断器3的熔融兼容的数百安的电流通过。
晶体管17的控制18由此接收对应于隔离指令的信号，并导致控制分支16的闭合，这使得蓄电池1短路并由此如在第一实施例的情况中所述触发隔离设备2。
在触发隔离设备2之后，如果晶体管17被短路电流破坏，它仍可在一定时间期间继续让该电流通过。无论如何，在控制18之后触发隔离设备2所导致的情况导致对应于图7的等效电路图。
根据该第二实施例，隔离设备由此具有：
-像在第一实施例中那样的在过强度之后的第一触发模式；
-通过控制18上的信号控制的第二触发模式。
图10示出第三实施例，它与第二实施例相似，仅除了控制分支16在此是温度θ的控制分支。
控制分支16在此包括热开关19，所述热开关是常开开关，所述常开开关在温度θ超过预定阈值时关闭。根据该第三实施例，隔离设备2由此具有两个触发模式：
-与第一实施例相同的第一触发模式；
-当蓄电池1(或与隔离设备2热耦接的其它元件)的温度超过某个阈值时干预的第二触发模式。
图11示出本发明的第四实施例，它与第三实施例相似，仅除了控制分支16在此与压强P的控制相关。
控制分支16在此包括压强开关22，它是常开开关，在压强P超过预定阈值时关闭。根据该第四实施例，隔离设备2由此具有两个触发模式：
-与第一实施方式相同的第一触发模式；
-当蓄电池1(或在压强视角上，与隔离设备2机械耦接的其它元件)的内部压强超过某个阈值时干预的第二触发模式。
图12示出根据本发明的第五实施方式的隔离设备2，其对应于上述实施例的组合。
隔离设备2在此包括与旁通设备4并联安装的：
-通过控制信号18的第一控制分支16A；
-具有温度θ控制开关19的第二温度控制分支16B；
-具有压强P控制开关22的第三压强控制分支16C。
根据该第五实施例，隔离设备2由此具有四个触发模式：
-像在第一实施例中那样的在过强度之后的第一触发模式；
-像在第二实施例中那样的通过控制18上的信号控制的第二触发模式；
-像在第三实施例中那样的当蓄电池1(或与隔离设备2热耦接的其它元件)的温度超过某个阈值时干预的第三触发模式；
-像在第四实施例中那样的当蓄电池1(或在压强视角上，与隔离设备2机械耦接的其它元件)的内部压强超过某个阈值时干预的第四触发模式。
隔离设备2还可由包括适于根据对于具体应用会在蓄电池1的故障检测中有意义的具体物理参数而闭合的开关的任何其它控制分支16补充。
图13示出根据本发明的第六实施例的隔离设备，其中，熔断器3的功能通过并联的两个熔断器3A、3B实现。
第一熔断器3A和第二熔断器3B中的每个以相似的方式包括由熔融材料制成的导电体。第一熔断器3A的由可熔融材料制成的导电体的熔融温度低于第二熔断器3B的由可熔融材料制成的导电体的熔融温度。两个熔断器3A、3B热耦接。它们可以简单地一起设置在旁通室10中，也可包括为了它们的热耦接专门设置的元件。
当在过强度之后触发隔离设备2时，在两个时间实现提供熔融材料以钎焊旁通导电体6、7和填充间隙8。在过强度之后加热两个熔断器3A、3B首先引起第一熔断器3A的熔融，即使在熔断器3A的导电体断开后，在熔断器3B的同时加热的作用下，该熔融仍继续进行。
自第二熔断器3B的导电体的熔点起，该导电体也转变成液态，则填充蓄电池1的隔离功能。
该设置保证，在熔断器3熔融时，至少第一熔断器3A的导电体大部分转变成液态，而没有与会中断导电体的温度上升和熔融的过早断开相关的缺陷。
图14示出本发明的第七实施例，其中，在外壳5中与熔断器3并联地设置有放电电阻20。
根据该第七实施例，在触发隔离设备2时，蓄电池1通过熔断器3A的熔融被良好地隔离。然而，在触发结束时，蓄电池1的端子则连接到放电电阻20。蓄电池1则在电阻20中放电。
由于在放电电阻20中放电异常的蓄电池，该实施例提供额外的安全性。出故障的蓄电池由此不仅与电路隔离，而且还将放电其包含的能量。
放电电阻20根据蓄电池1的要放电的最大能量的量和用于放电的所期望的时长来设置尺寸。放电电阻20的值还取决于排放所生成的热量的可能性。该放电电阻20可以例如设置尺寸为缓慢地放电蓄电池，生成有限的加热并适于难以排放所生成的热量的构造。放电电阻20可相反地设置尺寸为更加快速地放电，生成大的加热。在该情况中，利用放电电阻20的加热温度以对熔断器3在其导电体的熔融以外继续加热，并由此保证熔融材料完全向旁通设备4转移。放电电阻20则补全熔断器3的熔融工作。
图15示出本发明的第八实施例，其中，由可熔融材料制成的导电体适于在其处于液态时，通过重力流动到旁通导电体上，无论隔离设备的位置如何。为此，旁通导电体6、7设置为围绕整个熔断器3。
参照图15，可熔融材料23设置在中央核部24上。可熔融材料23可在其被大于其阈值电流的电流经过时熔融。无论在隔离设备的空间中的位置如何，液态可熔融材料可在电绝缘体11的孔之间经过，以确保旁通导电体6和7的指部中某些之间的导电。
旁通导电体6、7被成闭合膜的形式的缓冲件12环绕，该缓冲件允许在重力以外，通过被弹簧功能压缩的膜12的支承力(如果它是弹性的)或由可热收缩材料制成(参见下文所述的该变型)，来促进材料的转移。
作为变型，膜12被刚性壳罩代替，并且可熔融材料一旦熔融之后，就仅通过重力移位。
此外，为了施加使得可熔融材料的熔融材料迁移的力，不同的解决方案是可行的。以下列出这些解决方案的不同示例。
根据所述解决方案的第一示例，可具有呈被弹性材料(例如泡沫)推的膜的形式的缓冲件，甚至通过熔断器的固体材料维持变形并在熔断器熔融时恢复其形状，由此将熔融材料驱赶向旁通导电体6、7区域的呈弹性膜形式的缓冲件，而不是具有被弹簧推的缓冲件12。缓冲件12(具有如图3和6中的形式，或具有如图15中的膜的形式)定义为在弹性装置(像图3和6的弹簧13)的作用下，或通过缓冲件12本身的弹性，尤其是当它呈膜的形式时(像在图15中那样)，或者通过缓冲件12的热膨胀的、或当其由可热收缩材料制成时的缓冲件的收缩的作用，在由可熔融材料制成的导电体23上，朝着旁通导电体6、7的方向施加压强的元件。
所述解决方案的第二示例使用材料的膨胀力。例如，缓冲件12(这次没有弹簧)可以是硅胶、具有大膨胀系数的高温聚合物材料或闭孔硅胶泡沫类型的，对于闭孔硅胶泡沫，膨胀将主要由封闭在孔中的气体的膨胀引起。该缓冲件12通过其体积在温度升高之后的增大，将朝着旁通导电体6、7的区域的方向，迫使一旦呈液态之后的导电体23。
所述解决方案的第三示例使用由于表面张力造成的力作为材料转移的解决方案。例如，由可熔融材料制成的导电体23可在固态下具有长形，例如柱形。在熔融时，该导电体23的材料会在液态下具有球形，其高度会大于初始柱形的直径，这允许润湿旁通导电体6、7的区域，即使该区域位于由可熔融材料制成的导电体23以外。表面张力还允许在毛细管作用下的移位。
参照图16，所述解决方案的第四示例使用可热收缩聚合物。由此，除了重力以外，可由通过缓冲件12的支承力促进材料的转移，所述缓冲件在本示例中是环绕隔离设备的膜。该膜可通过收紧施加压力，这倾向于在可熔融材料23呈液态时，驱赶其穿过孔11，以填充旁通导电体6和7的指部之间的空间。如果构成缓冲件12的膜是弹性的，或被弹簧按压，或由可热收缩材料制成，可由所述缓冲件施加压力。作为适于例如锡合金的熔融温度范围的可热收缩材料，可引用交联PVDF。
可热收缩的聚合物可环绕旁通导电体6、7，所述旁通导电体本身环绕由可熔融材料制成的导电体23(像在图16中那样)。作为变型，可热收缩的聚合物可环绕由可熔融材料制成的导电体23，该导电体本身环绕旁通导电体6、7。
根据所述解决方案的第五示例，一旦熔融之后的导电体23的移位也可通过磁力实现，磁场通过穿过设备的电流生成，或由磁体提供。
由此，通过使用尤其是重力、表面张力、电磁性、永久弹性机械支承、热激活机械支承(像膨胀或热可收缩)，存在许多可能性，以使得导电体23在其处于液态时，向旁通导电体6、7迁移该导电体。可独立地或组合地实施这些可能性。
此外，为了由可熔融材料制成的导电体23的区域与旁通导电体6、7的区域之间的隔离，不同替代方案是可行的。例如，当电绝缘体11经受处于液态的由可熔融材料制成的导电体23的温度时，该电绝缘体可能收缩，以为熔融材料留出更多的通道(借助于例如使用可热收缩材料)。
根据另一示例，电绝缘体11可以选择为会在其经受处于液态时的由可熔融材料制成的导电体23的温度时的被破坏的材料。
可以实施实施变型。特别地，可以设置旁通导电体6、7的任何交错形式，尤其是根据间隙8当其被熔断器3的可熔融材料填充时所必需的导电截面。由可熔融材料制成的导电体23可以设置在旁通设备4对面，像在图3的示例中那样，但这些元件也可以设置在允许导电体23的液态材料转移到旁通设备4上的任何相互位置上(例如，通过引导该液态材料的元件，和/或受益于重力、毛细管、液态的表面张力的作用，和/或施加外部力)。
此外，不同实施例可以相互组合。
Claims (20)
1.一种蓄电池隔离设备(2)，其适于使得蓄电池与电路隔离，同时确保该电路的连续性，其特征在于，该设备包括：
-旨在将所述隔离设备(2)与蓄电池进行连接的第一端子(B1)；
-旨在将所述隔离设备(2)与蓄电池和与电路进行连接的第二端子(B2)；
-旨在将所述隔离设备(2)与电路进行连接的第三端子(B3)；
-旁通室(10)，其中设置有旁通设备(4)，所述旁通设备包括由间隙(8)隔开的两个旁通导电体(6、7)，所述旁通导电体中的一个连接到所述第二端子(B2)，另一个旁通导电体连接到所述第三端子(B3)；
-熔断器(3)，其包括连接在所述第一端子(B1)与第三端子(B3)之间的由可熔融材料制成的导电体(23)，该由可熔融材料制成的导电体(23)设置在所述旁通室(10)中，并适于在液态下转移到所述旁通设备(4)上。
2.根据权利要求1所述的隔离设备，其特征在于，所述由可熔融材料制成的导电体(23)设置为面对所述旁通导电体(6、7)。
3.根据上述权利要求之一所述的隔离设备，其特征在于，所述熔断器(3)标定为确保在穿过其的电流强度超过预定阈值时的所述由可熔融材料制成的导电体(23)的熔融。
4.根据上述权利要求之一所述的隔离设备，其特征在于，所述旁通导电体(6、7)设置在所述熔断器(3)之下，所述由可熔融材料制成的导电体(23)适于在其处于液态时，通过重力流动到所述旁通导电体(6、7)上。
5.根据权利要求1至3之一所述的设备，其特征在于，所述旁通导电体(6、7)设置为围绕整个熔断器(3)，所述由可熔融材料制成的导电体(23)适于在其处于液态时，通过重力流动到所述旁通导电体(6、7)上。
6.根据上述权利要求之一所述的隔离设备，其特征在于，所述设备包括朝着所述旁通导电体(6、7)的方向促动所述由可熔融材料制成的导电体(23)的缓冲件(12)。
7.根据上述权利要求之一所述的设备，其特征在于，所述设备包括放置在所述熔断器(3)与旁通导电体(6、7)之间的电绝缘体(11)，该电绝缘体(11)适于使所述由可熔融材料制成的导电体(23)在其处于液态时的材料通过。
8.根据上述权利要求之一所述的隔离设备，其特征在于，所述由可熔融材料制成的导电体(23)的熔融温度低于400℃。
9.根据上述权利要求之一所述的隔离设备，其特征在于，所述旁通导电体(6、7)具有互补的交错几何图案，所述间隙(8)沿着这些几何图案设置。
10.根据上述权利要求之一所述的隔离设备，其特征在于，所述旁通导电体(6、7)具有适于通过所述由可熔融材料制成的导电体(23)在其处于液态时的材料钎焊的表面状态。
11.根据上述权利要求之一所述的隔离设备，其特征在于，所述设备包括与旁通设备(4)并联的设置在所述第二端子(B2)与第三端子(B3)之间的至少一个控制分支(16)，所述控制分支(16)包括至少一个控制开关。
12.根据权利要求11所述的隔离设备，其特征在于，所述控制分支的所述至少一个控制开关包括通过信号控制的开关(17)。
13.根据权利要求11或12之一所述的隔离设备，其特征在于，所述控制分支的所述至少一个控制开关包括通过超过温度阈值控制的开关(19)。
14.根据权利要求11至13之一所述的隔离设备，其特征在于，所述控制分支的所述至少一个控制开关包括通过超过压强阈值控制的开关(22)。
15.根据上述权利要求之一所述的隔离设备，其特征在于，所述熔断器(3A、3B)包括并联安装的两个由可熔融材料制成的导电体，这些导电体中的一个的熔融温度高于另一导电体的熔融温度。
16.根据上述权利要求之一所述的隔离设备，其特征在于，所述设备包括与所述熔断器(3)并联安装的放电电阻(20)。
17.根据上述权利要求之一所述的隔离设备，其特征在于，所述由可熔融材料制成的导电体(23)适于在液态下通过重力、和/或其表面张力、和/或电磁促动、和/或永久弹性机械支承、和/或热激活机械支承(像膨胀或热收缩)转移到所述旁通设备(4)上。
18.一种电路，其包括第一蓄电池(1)、至少一个第二蓄电池(15)，和由这些蓄电池供电的负载(9)，其特征在于，该电路包括根据权利要求1至17之一所述的蓄电池隔离设备(2)，其中：
-所述第一端子(B1)连接到所述第一蓄电池(1)的端子；
-所述第二端子(B2)连接到所述第一蓄电池(1)的另一端子和所述负载(9)的端子；
-所述第三端子(B3)连接到所述负载(9)的另一端子；
所述蓄电池隔离设备(2)适于使得所述第一蓄电池(1)与所述第二蓄电池(15)和所述负载(9)隔离，同时确保所述负载(9)由所述第二蓄电池(15)供电的连续性。
19.根据权利要求18所述的电路，其特征在于，所述第一蓄电池(1)和至少第二蓄电池(15)通过所述熔断器(3)与负载(9)串联安装。
20.一种用于将蓄电池相对于电路隔离的方法，其特征在于，该方法实施根据权利要求1至17之一所述的蓄电池隔离设备(2)，并且该方法包括以下步骤：
-使所述熔断器(3)经受将所述由可熔融材料制成的导电体(23)加热到其熔融温度之上的过电流；
-使处于液态的所述由可熔融材料制成的导电体(23)的至少一部分转移到分隔所述旁通导电体(6、7)的间隙(8)中。
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