DE102013226179A1 - Device for increasing the safety when using battery systems - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung geht aus von einem Batteriesystem (B), insbesondere einem Lithium-Ionen-Batteriesystem, mit mindestens einem Terminal (B) zur elektrischen Kontaktierung des Batteriesystems (B) mit einem anderen System und mit mindestens einem Aktor (A) zur Erhöhung der Sicherheit beim Gebrauch eines Batteriesystems (B), wobei der Aktor (A) zur Entladung des Batteriesystems (B) durch Herstellen eines elektrischen Kontaktes zwischen dem mindestens einen Terminal (T) und einem Gehäuse (G) des Batteriesystems (B) mittels eines Kontaktierungselementes (KE) geeignet ist, und wobei der Aktor (A) in das mindestens eine Terminal (T) zur elektrischen Kontaktierung eingefügt ist.The invention relates to a battery system (B), in particular a lithium-ion battery system, with at least one terminal (B) for electrically contacting the battery system (B) with another system and with at least one actuator (A) to increase security when using a battery system (B), wherein the actuator (A) for discharging the battery system (B) by establishing an electrical contact between the at least one terminal (T) and a housing (G) of the battery system (B) by means of a contacting element (KE ), and wherein the actuator (A) is inserted in the at least one terminal (T) for electrical contacting.
Description
Feld der ErfindungField of the invention
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Batteriesystem und die Verwendung desselben gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche.The present invention relates to a battery system and the use thereof according to the preamble of the independent claims.
Stand der TechnikState of the art
Aus dem Stand der Technik sind Vorrichtungen zur Erhöhung der Sicherheit beim Gebrauch von Batteriesystemen bekannt. Beispielsweise wird in der
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Die Erfindung geht aus von einem Batteriesystem, insbesondere einem Lithium-Ionen-Batteriesystem, mit mindestens einem Terminal zur elektrischen Kontaktierung des Batteriesystems mit einem anderen System und mit mindestens einem Aktor zur Erhöhung der Sicherheit beim Gebrauch eines Batteriesystems, wobei der Aktor zur Entladung des Batteriesystems durch Herstellen eines elektrischen Kontaktes zwischen dem wenigstens einen Terminal und einem Gehäuse des Batteriesystems mittels eines Kontaktierungselementes geeignet ist. The invention is based on a battery system, in particular a lithium-ion battery system, with at least one terminal for electrically contacting the battery system with another system and with at least one actuator for increasing the safety when using a battery system, wherein the actuator for discharging the battery system by making electrical contact between the at least one terminal and a housing of the battery system by means of a contacting element.
Die Erfindung betrifft ein Batteriesystem sowie dessen Verwendung mit den kennzeichnenden Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche.The invention relates to a battery system and its use with the characterizing features of the independent claims.
Der Kern der Erfindung besteht darin, dass der Aktor in das mindestens eine Terminal zur elektrischen Kontaktierung eingefügt ist.The essence of the invention is that the actuator is inserted into the at least one terminal for electrical contact.
Der Umstand, dass der Aktor in das mindestens eine Terminal zur elektrischen Kontaktierung eingefügt ist, führt zu dem erfindungsgemäßen Vorteil, ein Batteriesystem und/oder Personen oder Gegenstände, die sich in der Umgebung des Batteriesystems befinden, vor möglichen Auswirkungen, die durch ein schadhaftes Batteriesystem verursacht werden können, zu schützen. Die Einfügung des Aktors in das mindestens eine Terminal zur elektrischen Kontaktierung führt zudem zu dem erfindungsgemäßen Vorteil, das Batteriesystem in seiner gegebenen Form weitestgehend belassen zu können. Darüber hinaus erweist sich die Einfügung des Aktors in das mindestens eine Terminal als platzsparend.The fact that the actuator is inserted into the at least one electrical contacting terminal leads to the advantage according to the invention of a battery system and / or persons or objects located in the vicinity of the battery system against possible effects caused by a faulty battery system can be caused to protect. The insertion of the actuator in the at least one terminal for electrical contacting also leads to the inventive advantage of being able to leave the battery system in its given form as far as possible. In addition, the insertion of the actuator in the at least one terminal proves to save space.
Hintergrund der Erfindung ist, dass im Fall eines Schadens des Batteriesystems, das Batteriesystem elektrisch entladen und somit in einen möglichst spannungsfreien und auf Grund der Spannungsfreiheit sicheren Zustand überführt werden soll.The background of the invention is that, in the case of damage to the battery system, the battery system is to be electrically discharged and thus transferred to a state which is as tension-free as possible and safe due to the lack of voltage.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Further advantageous embodiments of the present invention are the subject of the dependent claims.
Entsprechend einer nächsten vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Aktor hochohmig ausgelegt und weist insbesondere einen elektrischen Widerstand in einem Bereich von mindestens 1 kΩ bis 10 kΩ auf.According to a next advantageous embodiment of the invention, the actuator is designed high-impedance and in particular has an electrical resistance in a range of at least 1 kΩ to 10 kΩ.
Die Tatsache, dass der Aktor hochohmig ausgelegt ist und insbesondere einen elektrischen Widerstand in einem Bereich von 1 kΩ bis 10 kΩ aufweist, führt zu dem erfindungsgemäßen Vorteil, dass das Kontaktierungselement bei hohen Stromstärken, beispielsweise 1000 A bis 20000 A, zuverlässig betrieben werden kann. Dadurch ist beispielsweise ein Schalten eines hohen Entladestromes möglich; ein beispielhafter hoher Entladestrom liegt bei 1000 A bis 20000 A. The fact that the actuator is designed to be highly resistive and in particular has an electrical resistance in a range from 1 kΩ to 10 kΩ leads to the advantage according to the invention that the contacting element can be operated reliably at high current intensities, for example 1000 A to 20 000 A. As a result, for example, a switching of a high discharge current is possible; an exemplary high discharge current is 1000 A to 20000 A.
Entsprechend einer nächsten vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das Kontaktierungselement niederohmig ausgelegt und weist insbesondere einen elektrischen Widerstand in einem Bereich von höchstens 50 µΩ bis 150 µΩ auf.According to a next advantageous embodiment of the invention, the contacting element is designed low impedance and in particular has an electrical resistance in a range of at most 50 μΩ to 150 μΩ.
Die Tatsache, dass das Kontaktierungselement niederohmig ausgelegt ist und insbesondere einen elektrischen Widerstand in einem Bereich von 50 µΩ bis 150 µΩ aufweist, führt zu dem erfindungsgemäßen Vorteil, dass das Kontaktierungselement bei hohen Stromstärken, beispielsweise 1000 A bis
Gemäß einer nächsten vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei dem Aktor um eine Spule.According to a next advantageous embodiment of the invention, the actuator is a coil.
Die Verwendung einer Spule als Aktor führt zu dem erfindungsgemäßen Vorteil, die Herstellung des elektrischen Kontaktes kontrolliert und unter einem geringen Aufwand, insbesondere unter einem geringen Kontrollaufwand oder einem geringen Steueraufwand vornehmen zu können.The use of a coil as an actuator leads to the advantage according to the invention of controlling the production of the electrical contact and being able to make it at a low cost, in particular with a low control effort or a low tax expense.
Entsprechend einer weiteren vorzugsweisen Ausführungsform der Erfindung ist der Aktor zur Steuerung durch eine Steuereinheit, vorzugsweise einer Leiterplatte, insbesondere durch eine Leiterkarte oder durch eine Platine oder durch eine gedruckte Schaltung, in Abhängigkeit mindestens einer Zustandsgröße, wobei die Zustandsgröße einen Hinweis auf einen irregulären und/oder unsicheren Zustand des Batteriesystems darstellt, geeignet. According to a further preferred embodiment of the invention, the actuator for controlling by a control unit, preferably a printed circuit board, in particular by a printed circuit board or by a circuit board or by a printed circuit, in dependence of at least one state variable, wherein the state variable one Indicates an irregular and / or unsafe condition of the battery system.
Durch die vorzugsweise Ausführungsform, dass die Steuerung des Aktors in Abhängigkeit mindestens einer Zustandsgröße, wobei die Zustandsgröße einen Hinweis auf einen irregulären und/oder unsicheren Zustand des Batteriesystems darstellt, durch eine Steuereinheit geschieht, führt zu dem erfindungsgemäßen Vorteil einer zuverlässigen Steuerung die bedarfsabhängig, also in Abhängigkeit des Zustands des Batteriesystems, vorgenommen werden kann. Der Zustand des Batteriesystems kann anhand der Zustandsgröße durch die Steuereinheit bestimmt werdenBy the preferred embodiment, that the control of the actuator as a function of at least one state variable, wherein the state variable is indicative of an irregular and / or unsafe state of the battery system is done by a control unit leads to the inventive advantage of a reliable control the demand-dependent, ie depending on the state of the battery system, can be made. The state of the battery system can be determined based on the state variable by the control unit
Entsprechend einer nächsten vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Aktor zur Bewegung des Kontaktierungselements geeignet, wobei das Kontaktierungselement zur Herstellung des elektrischen Kontakts zwischen dem mindestens einen Terminal und dem Gehäuse des Batteriesystems geeignet und innerhalb des mindestens einen Terminals angebracht ist. According to a next advantageous embodiment of the invention, the actuator is suitable for moving the contacting element, wherein the contacting element for making the electrical contact between the at least one terminal and the housing of the battery system is suitable and mounted within the at least one terminal.
Entsprechend einer nächsten vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Aktor zur Bewegung des Kontaktierungselements geeignet, wobei das Kontaktierungselement zur Herstellung des elektrischen Kontakts zwischen dem mindestens einen Terminal und dem Gehäuse des Batteriesystems geeignet und außerhalb des mindestens einen Terminals angebracht ist. According to a next advantageous embodiment of the invention, the actuator is suitable for moving the contacting element, wherein the contacting element for making the electrical contact between the at least one terminal and the housing of the battery system is appropriate and mounted outside the at least one terminal.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind der Aktor und das Kontaktierungselement über eine starre Achse miteinander verbunden.According to a further advantageous embodiment of the invention, the actuator and the contacting element are connected to each other via a rigid axle.
Die Verbindung des Aktors und des Kontaktierungselementes über eine starre Achse führt zu einer kontrollierten Bedienung des Kontaktierungselementes durch den Aktor.The connection of the actuator and the contacting element via a rigid axis leads to a controlled operation of the contacting element by the actuator.
Gemäß einer weiteren vorzugsweisen Ausführungsform der Erfindung ist das Kontaktierungselement zur Einnahme von mindestens zwei Positionen geeignet, wobei es sich bei den Positionen um
eine erste Position handelt, in der das Kontaktierungselement so angeordnet ist, dass es das mindestens eine Terminal und das Gehäuse des Batteriesystems nicht miteinander elektrisch leitend verbindet,
und um eine zweite Position handelt, in der das Kontaktierungselement das mindestens eine Terminal und das Gehäuse des Batteriesystems elektrisch leitend miteinander verbindet,
und das Kontaktierungselement in der ersten Position mittels eines elastischen Körpers, insbesondere eines elastischen Blattes oder einer elastischen Spirale, in Richtung der zweiten Position vorgespannt ist. According to a further preferred embodiment of the invention, the contacting element is suitable for taking at least two positions, wherein the positions at
a first position is, in which the contacting element is arranged so that it connects the at least one terminal and the housing of the battery system is not electrically conductive,
and is a second position, in which the contacting element electrically conductively connects the at least one terminal and the housing of the battery system,
and the contacting element is biased in the first position by means of an elastic body, in particular an elastic sheet or an elastic spiral, in the direction of the second position.
Durch die Vorspannung des Kontaktierungselementes mittels eines elastischen Körpers kann die Herstellung des elektrischen Kontaktes aufwandsgering und zugleich zuverlässig sichergestellt werden. Die beschriebene Ausführungsform ist zudem leicht hinsichtlich ihrer Einsatztauglichkeit zu prüfen.Due to the bias of the contacting element by means of an elastic body, the production of the electrical contact can be made low-cost and at the same time reliable. The described embodiment is also easy to test for their suitability for use.
Gemäß einer weiteren vorzugsweisen Ausführungsform der Erfindung ist das Kontaktierungselement zur Einnahme von mindestens zwei Positionen geeignet, wobei es sich bei den Positionen um
eine erste Position handelt, in der das Kontaktierungselement so angeordnet ist, dass es das mindestens eine Terminal und das Gehäuse des Batteriesystems nicht miteinander elektrisch leitend verbindet und das Kontaktierungselement mittels eines Stiftes, zu dessen Entfernung der Aktor geeignet ist, ortsfest positioniert ist,
und um eine zweite Position handelt, in der das Kontaktierungselement das mindestens eine Terminal und das Gehäuse des Batteriesystems elektrisch leitend miteinander verbindet. According to a further preferred embodiment of the invention, the contacting element is suitable for taking at least two positions, wherein the positions at
a first position is, in which the contacting element is arranged so that it connects the at least one terminal and the housing of the battery system is not electrically conductive and the contacting element by means of a pin, to whose removal the actuator is suitable, is fixedly positioned
and is a second position, in which the contacting element electrically conductively connects the at least one terminal and the housing of the battery system.
Die Verwendung eines Stiftes zur Befestigung des Kontaktierungselementes auf der ersten Position verhindert ein unerwünschtes Herstellen des elektrischen Kontaktes zwischen dem mindestens eine Terminal und dem Gehäuse des Batteriesystems. Die beschriebene Ausführungsform ist zudem leicht hinsichtlich ihrer Einsatztauglichkeit zu prüfen.The use of a pin for securing the contacting element in the first position prevents unwanted making of the electrical contact between the at least one terminal and the housing of the battery system. The described embodiment is also easy to test for their suitability for use.
Entsprechend einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei der Zustandsgröße des Batteriesystems um einen Ladezustand des Batteriesystems, um eine zwischen zwei Polen des Batteriesystems anliegende Spannung, um einen in einer Leitung des Batteriesystems fließenden Strom, um einen Druck innerhalb oder außerhalb des Batteriesystems und/oder um eine Temperatur innerhalb oder außerhalb des Batteriesystems. According to a further advantageous embodiment of the invention, the state quantity of the battery system is a state of charge of the battery system, a voltage applied between two poles of the battery system, a current flowing in a line of the battery system, a pressure inside or outside the battery system, and / or around a temperature inside or outside the battery system.
Der Umstand, dass es sich bei der Zustandsgröße um einen Ladezustand des Batteriesystems, um eine zwischen zwei Polen des Batteriesystems anliegende Spannung, um einen in einer Leitung des Batteriesystems fließenden Strom, um einen Druck innerhalb oder außerhalb des Batteriesystems und/oder um eine Temperatur innerhalb oder außerhalb des Batteriesystems handelt, führt zu einer Erhöhung der Einsatztauglichkeit und Zuverlässigkeit von Steuereinheit und Aktor, da die genannten Größen zuverlässig und hinreichend auf einen Schaden des Batteriesystems hindeuten können.The fact that the state variable is a state of charge of the battery system, a voltage applied between two poles of the battery system, a current flowing in a line of the battery system, a pressure inside or outside the battery system and / or a temperature within or outside of the battery system, leads to an increase in the usability and reliability of the control unit and actuator, since the sizes mentioned can reliably and sufficiently indicate damage to the battery system.
Gemäß einer weiteren vorzugsweisen Ausgestaltungsform der Erfindung wird das Batteriesystem in einem Fahrzeug, insbesondere in einem Kraftfahrzeug verwendet.According to a further preferred embodiment of the invention, the battery system is used in a vehicle, in particular in a motor vehicle.
Kurze Beschreibung der Figuren Brief description of the figures
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen, aus denen sich weitere erfinderische Merkmale ergeben können, auf die die Erfindung aber in ihrem Umfang nicht beschränkt ist, erläutert. Die Ausführungsbeispiele sind in den Figuren dargestellt. The invention will be explained in the following with reference to exemplary embodiments, from which further inventive features may result, but to which the invention is not limited in its scope. The embodiments are shown in the figures.
Es zeigt:It shows:
In
Mit PCB wird eine Steuereinheit bezeichnet. Die Steuereinheit PCB ist geeignet, in Abhängigkeit einer Zustandsgröße einen mit A bezeichneten Aktor anzusteuern. Bei der Zustandsgröße kann es sich um einen Ladezustand des Batteriesystems B, um eine zwischen zwei Polen des Batteriesystems B anliegende Spannung, um einen in einer Leitung des Batteriesystems B fließenden Strom, um einen Druck innerhalb oder außerhalb des Batteriesystems B und/oder um eine Temperatur innerhalb oder außerhalb des Batteriesystems B handeln. Die Steuereinheit PCB kann zudem mit einem nicht dargestellten Batteriemanagementsystem verbunden und über einen Zustand einer nicht dargestellten Vorrichtung, in der das Batteriesystem B verwendet wird, informiert werden. Beispielsweise können, wenn das Batteriesystem B in einem Fahrzeug, insbesondere in einem Kraftfahrzeug verwendet wird, Informationen über das Fahrzeug, beispielswiese über einen möglichen Unfall des Fahrzeugs, von dem nicht dargestellten Batteriemanagementsystem an die Steuereinheit PCB weitergegeben werden. Auf Grundlage dieser Informationen kann die Steuereinheit PCB den Aktor A ansteuern und das Batteriesystem B somit entladen.PCB refers to a control unit. The control unit PCB is suitable for controlling an actuator designated A in dependence on a state variable. The state variable may be a state of charge of the battery system B, a voltage applied between two poles of the battery system B, a current flowing in a line of the battery system B, a pressure inside or outside the battery system B and / or a temperature act inside or outside of the battery system B. The control unit PCB can also be connected to a battery management system, not shown, and informed of a state of a device, not shown, in which the battery system B is used. For example, if the battery system B is used in a vehicle, in particular in a motor vehicle, information about the vehicle, for example about a possible accident of the vehicle, can be passed on from the unillustrated battery management system to the control unit PCB. Based on this information, the control unit PCB can drive the actuator A and thus discharge the battery system B.
Bei dem Aktor A kann es sich insbesondere um eine Spule handeln. Der Aktor A ist innerhalb des mindestens einen Terminals T angeordnet.The actuator A may in particular be a coil. The actuator A is arranged within the at least one terminal T.
Mit ST wird eine starre Achse bezeichnet, über die der Aktor A mit einem mit KE bezeichneten Kontaktierungselement mechanisch verbunden ist. Die starre Achse ST dient der kontrollierten Bedienung und Führung des Kontaktierungselementes KE durch den Aktor A.ST denotes a rigid axis, via which the actuator A is mechanically connected to a contact element designated KE. The rigid axis ST is used for the controlled operation and guidance of the contacting element KE by the actuator A.
Mit KS wird ein Kontaktspalt zwischen dem Kontaktierungselement KE und einem ersten Abschnitt A1 des Gehäuses G des Batteriesystems B und einem zweiten Abschnitt A2 des mindestens einen Terminals T bezeichnet.KS denotes a contact gap between the contacting element KE and a first section A1 of the housing G of the battery system B and a second section A2 of the at least one terminal T.
Für den Fall, dass die Zustandsgröße, in deren Abhängigkeit der Aktor A mittels der Steuereinheit PCB angesteuert wird, einen vorgegebenen Schwellenwert erreicht oder überschreitet, wird das Kontaktierungselement KE mittels des Aktors A bedient und über die starre Achse ST in eine Richtung R des Aktors A bewegt. Dabei überwindet das Kontaktierungselement KE den Kontaktspalt KS räumlich und verbindet das Gehäuse G und das mindestens eine Terminal T elektrisch leitend miteinander. Dadurch, dass das Gehäuse G und das mindestens eine Terminal T durch das Kontaktierungselement KE elektrisch leitend miteinander verbunden sind, kann das Batteriesystem B über das Gehäuse G entladen werden.In the event that the state variable, in whose dependence of the actuator A is controlled by the control unit PCB, reaches or exceeds a predetermined threshold, the contacting element KE is operated by means of the actuator A and the rigid axis ST in a direction R of the actuator A. emotional. In this case, the contacting element KE overcomes the contact gap KS spatially and connects the housing G and the at least one terminal T electrically conductive with each other. Characterized in that the housing G and the at least one terminal T are electrically conductively connected to each other by the contacting element KE, the battery system B can be discharged via the housing G.
Mit DL wird eine Dichtleiste bezeichnet. Die Dichtleiste DL dient dem Schutz des Kontaktierungselements KE, des Aktors A und der Steuereinheit PCB. Insbesondere verhindert die Dichtleiste DL weitestgehend das Eindringen elektrisch leitfähiger Substanzen in den Bereich des ersten Abschnitts A1 und des zweiten Abschnitts A2 die zur Herstellung einer unerwünschten elektrisch leitfähigen Verbindung zwischen dem ersten Abschnitt A1 und dem zweiten Abschnitt A2 führen könnten.With DL is called a sealing strip. The sealing strip DL serves to protect the contacting element KE, the actuator A and the control unit PCB. In particular, the sealing strip DL largely prevents the penetration of electrically conductive substances into the region of the first section A1 and of the second section A2 which could lead to the production of an undesired electrically conductive connection between the first section A1 and the second section A2.
Das erfindungsgemäße Batteriesystem B gemäß der ersten Ausführungsform kann in einem Fahrzeug, insbesondere in einem Kraftfahrzeug verwendet werden.The battery system B according to the first embodiment of the invention can be used in a vehicle, in particular in a motor vehicle.
In
Das erfindungsgemäße Batteriesystem B gemäß der zweiten Ausführungsform kann in einem Fahrzeug, insbesondere in einem Kraftfahrzeug verwendet werden.The battery system B according to the second embodiment can be used in a vehicle, in particular in a motor vehicle.
In
Um ein unerwünschtes Bewegen des Kontaktierungselementes KE von der ersten Position P1 in die Richtung R‘ der zweiten Position P2 zu vermeiden, wird das Kontaktierungselement KE mittels eines Stiftes S auf der ersten Position P1 befestigt. Für den Fall, dass die in der Beschreibung zu
Ferner ist die Steuereinheit PCB gemäß dieser Ausführungsform innerhalb des mindestens einen Terminals T angeordnet.Further, the control unit PCB according to this embodiment is disposed within the at least one terminal T.
Das erfindungsgemäße Batteriesystem B gemäß der dritten Ausführungsform kann in einem Fahrzeug, insbesondere in einem Kraftfahrzeug verwendet werden.The battery system B according to the third embodiment can be used in a vehicle, in particular in a motor vehicle.
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