DE102007031565A1

DE102007031565A1 - Akkumulator mit einer Schmelzsicherung

Info

Publication number: DE102007031565A1
Application number: DE102007031565A
Authority: DE
Inventors: Thomas Heinrich
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2007-07-06
Filing date: 2007-07-06
Publication date: 2009-01-08
Also published as: US7759825B2; CN101339981B; CN101339981A; US20090009008A1

Abstract

Um bei einem Akkumulator (1) mit einer Schmelzsicherung (4) zum Schutz vor externen Kurzschlüssen diese unabhängig vom möglicherweise hohen regulären Dauerstrom auslegen zu können, wird vorgeschlagen, eine zwischen dem Akkumulator (1) und einem zur regulären Stromentnahme vorgesehenen Gerät bestehende Signalverbindung auszunutzen. Dazu ist ein Schalter (5) vorgesehen, der parallel zur Schmelzsicherung (4) geschaltet ist und der auf bestimmte elektrische Signale des Geräts anspricht, die dem Schalter (5) über die Signalverbindung zuführbar sind, so dass der Schalter (5) die Schmelzsicherung (4) überbrückt, wenn die Signalverbindung hergestellt ist und die genannten Signale auftreten.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft einen Akkumulator mit einer Schmelzsicherung zum Schutz vor externen Kurzschlüssen, bei dem zwischen dem Akkumulator und einem zur Stromentnahme aus dem Akkumulator regulär vorgesehenen Gerät eine nicht zur Stromentnahme vorgesehene elektrische oder elektromagnetische Signalverbindung herstellbar ist.
Gegenwärtig wird der Strom beim regulären Entladen eines Akkumulators üblicherweise durch eine Schutzbeschaltung geregelt, so dass im normalen Betrieb kein Fehlerfall auftreten kann. Eine Schmelzsicherung, wie sie im Stand der Technik seit langem bekannt ist, ist mit Blick auf den normalen Betrieb eines Akkumulators und des zur Stromentnahme aus diesem Akkumulator regulär vorgesehenen Geräte- bzw. Maschinentyps eigentlich unnötig. Wird der Akkumulator jedoch unsachgemäß gehandhabt oder gelagert, beziehungsweise ohne Schutzbeschaltung angeschlossen, so kann es zu einem externen Kurzschluss kommen. Für diesen abnormalen Betriebsfall ist eine konventionelle Schmelzsicherung vorgesehen, die im Fehlerfall auslösen muss.
Bei den heutigen, in Akkumulatoren zum Schutz vor Kurzschlüssen eingesetzten Schmelzsicherungen muss zwischen dem bei der Stromentnahme im normalen Betrieb zulässigen Dauerstrom und dem im Fehlerfall fließenden Kurzschlussstrom ein Verhältnis von circa 1:2 bis 2,5 gegeben sein, um eine zuverlässige Sicherungsauslegung möglich zu machen. Dabei tritt jedoch das Problem auf, dass die zulässigen Ströme heute ständig größer werden, der Kurzschlussstrom aber nicht zwingend ebenfalls größer werden muss. In dieser Entwicklung ist bald ein Punkt erreicht, an dem eine Schmelzsicherung nicht mehr ausgelegt werden kann.
Offenbarung der Erfindung
Der erfindungsgemäße Akkumulator ist in Anspruch 1 gekennzeichnet. Weiterbildungen und bevorzugte Maßnahmen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Beim erfindungsgemäßen Akkumulator ist über die gattungsgemäßen Merkmale hinaus ein Schalter vorgesehen, der parallel zur Schmelzsicherung geschaltet ist und der auf bestimmte elektrische Signale des Geräts anspricht, die dem Schalter über die Signalverbindung zuführbar sind, so dass der Schalter die Schmelzsicherung überbrückt, wenn die Signalverbindung hergestellt ist und die genannten Signale auftreten.
Die Grundidee der Erfindung besteht in der Implementierung einer Fallunterscheidung, ob bei der Stromentnahme durch ein Gerät ein regulärer oder abnormaler Betriebsfall vorliegt. 'Wenn' (logisch wenn) die Signalverbindung hergestellt ist und (als zweite notwendige Bedingung) die genannten Signale tatsächlich auftreten, dann 'erkennt' der Akkumulator einen normalen Betriebsfall und überbrückt die Schmelzsicherung während der Stromentnahme, was in diesem Fall keinen Schaden tut. Vielmehr ergibt sich der Vorteil, dass bei der Auslegung der Schmelzsicherung keine Rücksicht auf die Verhältnisse beim normalen Betriebsfall genommen werden muss, so dass die Schmelzsicherung unabhängig vom im normalen Betrieb zulässigen Dauerstrom auslegbar ist. Das Verhältnis von Kurzschlussstrom zu zulässigem Dauerstrom kann bei der Auslegung der Schmelzsicherung also insbesondere kleiner als 2 gewählt werden, da dieser Dauerstrom im regulären Betriebsfall nur über den Schalter fließt und somit die Schmelzsicherung während des regulären Entladens nicht belastet wird. Die bei heutigen, komplexen akkubetriebenen Geräten beziehungsweise Ma schinen für andere Zwecke bereits vorhandene separate Signalverbindung zum Akkumulator kann erfindungsgemäß zur Fallunterscheidung eingesetzt werden, so dass darüber hinaus im Wesentlichen nur ein zusätzlicher einfacher Schalter zur Realisierung der Erfindung erforderlich ist.
Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform der Erfindung, bei der die genannten Signale mindestens während der Stromentnahme durch das Gerät auftreten, und bei der der Schalter die Schmelzsicherung überbrückt, solange die genannten Signale auftreten. Diese in den meisten Fällen wünschenswerte zeitliche Korrelation der Überbrückung der Schmelzsicherung mit der Stromentnahme kann demnach ohne weitere Maßnahmen durch die direkte zeitliche Kopplung an die im regulären Betriebsfall üblichen Signalabläufe erreicht werden.
Sehr einfach ist dies gemäß einer Weiterbildung der genannten Ausführungsform dadurch realisierbar, dass die Signalverbindung mittels eines mit dem Schalter elektrisch verbundenen separaten elektrischen Kontaktes des Akkumulators herstellbar ist, so dass der Schalter über die elektrische Signalverbindung von dem Gerät direkt ansteuerbar ist. Besonders vorteilhaft kann diese Ausführungsform dahingehend weitergebildet werden, dass im Akkumulator ein Sensor integriert ist, der von dem Gerät über den separaten Kontakt des Akkumulators mit einem Spannungssignal beaufschlagbar ist, wobei durch das Spannungssignal gleichzeitig der Schalter ansteuerbar ist. Dabei kann demnach ein für andere Zwecke schon im Akkumulator vorhandener Sensor, vorzugsweise ein Heißleiter zur Messung der Zelltemperatur des Akkumulators, zur Realisierung der Überbrückung der Schmelzsicherung ausgenutzt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist es von Vorteil, dass die Signalverbindung auch ohne unmittelbaren elektrischen Kontakt zwischen Akkumulator und Gerät, nämlich mittels einer (vorhandenen) induktiven oder kapazitiven Kopplung oder mittels Funk herstellbar ist, so dass der Schalter über die e lektromagnetische Signalverbindung von dem Gerät direkt ansteuerbar ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ebenso möglich ist eine mittelbar vom Gerät vorgenommene Überbrückung der Sicherung, bei der im Akkumulator eine mit dem Schalter elektrisch verbundene Schaltungsanordnung integriert ist, die über die Signalverbindung mit dem Gerät verbindbar ist, so dass der Schalter von der mit dem Gerät kommunizierenden Schaltungsanordnung ansteuerbar ist.
Es ist von Vorteil, dass der Schalter bei allen Ausführungsformen der Erfindung wahlweise als Relais, elektronischer Schalter oder als elektromechanischer Schalter ausgebildet sein kann.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt, in schematischer Darstellung anhand eines Schaltbildes, ein Ausführungsbeispiel für die direkte Ansteuerung des Schalters durch das Gerät,
2 zeigt, in gleicher Darstellung, ein Ausführungsbeispiel für die Ansteuerung des Schalters mittels einer mit dem Gerät kommunizierenden Schaltung.
Ausführungsformen der Erfindung
Die 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die beiden Pole einer wiederaufladbaren Batterie 1 mit einer oder mehreren elektrochemischen Zellen sind mit Anschlussklemmen (Kontakten) 2 und 3 verbunden, die an der Peripherie des Akku-Packs 1 angeordnet sind. Die Klemmen 2 und 3 dienen zum Anschluss eines (nicht dargestellten) stromentnehmenden Gerätes oder zum Laden des Akkumulators 1. Zwischen einem Pol des Akkumulators 1 und der zugehörigen Klemme 2 ist eine Schmelzsicherung 4 geschaltet. Parallel zur Schmelzsi cherung 4 ist ein Schalter 5, beispielsweise ein Relais oder ein Feldeffekttransistor, geschaltet, der mit einem separaten elektrischen Kontakt 6 verbunden ist. Dieser separate Kontakt 6 dient nicht zur Stromentnahme eines angeschlossenen Gerätes, sondern zur Herstellung einer bei komplexen akkubetriebenen Geräten beziehungsweise Maschinen üblichen Signalverbindung zum Akkumulator 1. Die Signalverbindung besteht also im einfachsten Fall aus einer durchgehenden elektrisch leitenden Verbindung zwischen dem Akkumulator 1, beziehungsweise dem Schalter 5, und dem Gerät. Diese Signalverbindung kommt gegebenenfalls schon vor der Stromentnahme eines regulären Gerätes aus dem Akkumulator 1 zustande. Die Signalverbindung kann standardmäßig zur Überwachung des Akkumulators 1 durch das von ihm betriebene Gerät vorgesehen sein. Beispielsweise kann im Akkumulator 1 ein Heißleiter (oder ein anderer Sensor) integriert sein, mit dessen Hilfe das Gerät durch Auswertung des – typischerweise während der Stromentnahme – anliegenden Spannungssignals die aktuelle Zelltemperatur im Akkumulator 1 erfassen kann.
Im Folgenden wird die Wirkungsweise dieses Ausführungsbeispiels beschrieben. Wenn und sobald durch Anschließen des Gerätes an den Akkumulator 1 die Signalverbindung hergestellt ist und außerdem das Gerät die gemäß einem regulären Anschluss beziehungsweise Betrieb jeweils vorgesehenen Spannungssignale abgibt – insbesondere während der Stromentnahme wird jedenfalls auch der Schalter 5 durch das Gerät direkt angesteuert. Der Schalter 5 schließt sich, so dass während des Entladens die Schmelzsicherung 4 durch den Schalter 5 überbrückt ist. Die Überbrückung wird insofern durch das reguläre Gerät selbst vorgenommen. Aufgrund der Überbrückung wird während des Entladens die Schmelzsicherung 4 nicht belastet, da der volle Strom über den Schalter 5 fließt. Die Schmelzsicherung 4 wird in diesem Fall auch nicht benötigt, da bei der regulären Stromentnahme eine Schutzbeschaltung aktiv ist, und kann deshalb unabhängig vom möglicherweise hohen, im regulären Betriebsfall fließenden Dauerstrom ausgelegt werden.
Falls andererseits eine Situation besteht, in der beispielsweise kein Gerät vorhanden ist, ein vorhandenes Gerät nicht zur Herstellung einer Signalverbindung mit dem Akkumulator 1 eingerichtet ist, eine Signalverbindung zwar vorgesehen ist, aber nicht zustande kommt oder, bei erfolgreich hergestellter Signalverbindung, das angeschlossene Gerät nicht zur Abgabe der bei regulären Geräten zu erwartenden Signale eingerichtet ist, so spricht der Schalter 5 nicht an und die Schmelzsicherung 4 wird nicht überbrückt, sondern sie ist wirksam und überwacht den durch sie hindurch fließenden Strom auf einen Fehlerfall.
In 2 ist eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Akkumulators 1 dargestellt, bei dem die Schmelzsicherung 4 durch mittelbare Ansteuerung des Schalters 5 durch das Gerät überbrückt wird. Beispielsweise kann, wie dargestellt, eine im Akkumulator 1 standardmäßig integrierte und über eine Busleitung 8 mit dem zur Stromentnahme vorgesehenen Gerät verbundene elektronische Steuerung 7 mit dem Schalter 5 elektrisch verbunden sein. Im Falle einer korrekten, regulären Kommunikation des Gerätes mit der Steuerung 7 schaltet die Steuerung 7 – also indirekt aufgrund der elektrischen Signale vom Gerät – daraufhin den Schalter 5 leitend und die Schmelzsicherung 4 wird überbrückt. Andernfalls bleibt die Schmelzsicherung 4 wirksam.

Claims

Akkumulator (1) mit einer Schmelzsicherung (4) zum Schutz vor externen Kurzschlüssen, bei dem zwischen dem Akkumulator (1) und einem zur Stromentnahme aus dem Akkumulator (1) regulär vorgesehenen Gerät eine nicht zur Stromentnahme vorgesehene elektrische oder elektromagnetische Signalverbindung herstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schalter (5) vorgesehen ist, der parallel zur Schmelzsicherung (4) geschaltet ist und der auf bestimmte elektrische Signale des Geräts anspricht, die dem Schalter (5) über die Signalverbindung zuführbar sind, so dass der Schalter (5) die Schmelzsicherung (4) überbrückt, wenn die Signalverbindung hergestellt ist und die genannten Signale auftreten.
Akkumulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Signale mindestens während der Stromentnahme durch das Gerät auftreten, und dass der Schalter (5) die Schmelzsicherung (4) überbrückt, solange die genannten Signale auftreten.
Akkumulator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalverbindung mittels eines mit dem Schalter (5) elektrisch verbundenen separaten elektrischen Kontaktes (6) des Akkumulators (1) herstellbar ist, so dass der Schalter (5) über die elektrische Signalverbindung von dem Gerät direkt ansteuerbar ist.
Akkumulator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Akkumulator (1) ein Sensor integriert ist, der von dem Gerät über den separaten Kontakt (6) des Akkumulators (1) mit einem Spannungssignal beaufschlagbar ist, wobei durch das Spannungssignal gleichzeitig der Schalter (5) ansteuerbar ist.
Akkumulator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor ein Heißleiter zur Messung der Zelltemperatur des Akkumulators (1) ist.
Akkumulator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalverbindung mittels einer induktiven oder kapazitiven Kopplung oder mittels Funk herstellbar ist, so dass der Schalter (5) über die elektromagnetische Signalverbindung von dem Gerät direkt ansteuerbar ist.
Akkumulator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Akkumulator (1) eine mit dem Schalter (5) elektrisch verbundene Schaltungsanordnung (7) integriert ist, die über die Signalverbindung mit dem Gerät verbindbar ist, so dass der Schalter (5) von der mit dem Gerät kommunizierenden Schaltungsanordnung (7) ansteuerbar ist.
Akkumulator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalter (5) als Relais, elektronischer Schalter oder als elektromechanischer Schalter ausgebildet ist.