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Feld der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Batteriesystem sowie die Verwendung desselben gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche.
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Stand der Technik
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Aus dem Stand der Technik sind Vorrichtungen zur Erhöhung der Sicherheit beim Gebrauch von Batteriesystemen, wobei die Vorrichtung zur Erhöhung der Sicherheit beim Gebrauch eines Batteriesystems zum elektrischen Kurzschließen des Batteriesystems geeignet ist, bekannt. Dabei ist insbesondere der Einsatz von Gedächtnismetalllegierungen bekannt. Beispielsweise wird in der
EP 862231 A1 ein Lithium-Ionen-Batteriesystem offenbart, wobei das Lithium-Ionen-Batteriesystem einen Schaltmechanismus zum elektrischen Kurzschließen der Kathode und der Anode des Lithium-Ionen-Batteriesystems aufweist. Zum Kurzschließen wird eine Gedächtnismetalllegierung verwendet, wobei die Gedächtnismetalllegierung unter Temperatureinwirkung ihre Form verändert und dadurch zur Herstellung eines elektrischen Kontaktes zwischen der Kathode und der Anode des Lithium-Ionen-Batteriesystems geeignet ist.
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Die
JP07201372A offenbart eine Batterie mit einer auf Druck reagierenden Membran, wobei die Membran in Abhängigkeit eines Druckes im Inneren der Batterie sich verformen und einen elektrischen Kontakt zwischen zwei Terminals der Batterie herstellen kann.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Erfindung geht aus von einem Batteriesystem, insbesondere einem Lithium-Ionen-Batteriesystem, wobei das Batteriesystem mindestens eine Vorrichtung zur Erhöhung der Sicherheit beim Gebrauch eines Batteriesystems aufweist, wobei die mindestens eine Vorrichtung zur Erhöhung der Sicherheit beim Gebrauch eines Batteriesystems zum elektrischen Kurzschließen des Batteriesystems geeignet ist.
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Die Erfindung betrifft ein Batteriesystem und die Verwendung des Batteriesystems mit den kennzeichnenden Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche.
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Der Kern der Erfindung besteht darin, dass die mindestens eine Vorrichtung zur Erhöhung der Sicherheit beim Gebrauch eines Batteriesystems eine erste Komponente und eine zweite Komponente aufweist, wobei die erste Komponente und die zweite Komponente unabhängig voneinander zum elektrischen Kurzschließen des Batteriesystems in Abhängigkeit einer Temperatur und/oder eines Druckes, die im Inneren und/oder Äußeren des Batteriesystems herrschen, geeignet sind.
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Der Umstand, dass die Vorrichtung zum elektrischen Kurzschließen des Batteriesystems in Abhängigkeit einer Temperatur und/oder eines Druckes, die im Inneren und/oder Äußeren des Batteriesystems herrschen, geeignet ist, führt zu dem erfindungsgemäßen Vorteil, das Batteriesystem in Abhängigkeit eines Zustands des Batteriesystems in einen sicheren Zustand überführen zu können. Der Zustand, bei dem ein Batteriesystem in einen sicheren Zustand überführt werden muss, liegt beispielsweise im Fall einer zu hohen Temperatur, insbesondere eine Temperatur von 100°C bis 120°C, oder eines zu hohen Drucks, insbesondere eines Drucks von 4 bar bis 5 bar, die innerhalb und/oder außerhalb des Batteriesystems herrschen, vor. Bei einem sicheren Zustand des Batteriesystems handelt es sich um einen solchen Zustand, in dem die Wahrscheinlichkeit einer Schädigung von Lebewesen oder Gegenständen, die sich in der Umgebung des Batteriesystems befinden, weitestgehend ausgeschlossen ist. Die Überführung des Batteriesystems in einen sicheren Zustand kann beispielsweise auf dem Weg eines elektrischen Kurzschließens erfolgen, wobei auf dem Wege des elektrischen Kurzschließens das Batteriesystem kontrolliert entladen werden kann.
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Die Verwendung einer Vorrichtung zur Erhöhung der Sicherheit beim Gebrauch eines Batteriesystems, die zum elektrischen Kurzschließen des Batteriesystems in Abhängigkeit zweier verschiedener Größen geeignet ist, führt zu einer Erhöhung der Sicherheit im Umgang mit einem Batteriesystem.
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Die Verwendung einer Vorrichtung zur Erhöhung der Sicherheit beim Gebrauch eines Batteriesystems, die zum elektrischen Kurzschließen des Batteriesystems in Abhängigkeit zweier verschiedener Größen geeignet ist, führt ferner zu dem Vorteil, die Erhöhung der Sicherheit im Umgang mit einen Batteriesystem passiv vollziehen zu können. Durch den passiven Vollzug wird die Verwendung elektronischer Komponenten, insbesondere elektronischer Steuerkomponenten unnötig. Die Kontrolle, ob die erfindungsgemäße Vorrichtung einsatzfähig ist, ist beispielsweise aufwandsärmer als die Kontrolle der Einsatzfähigkeit elektronischer Komponenten.
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Hintergrund der Erfindung ist, dass die Wahrscheinlichkeit einer Schädigung von Lebewesen oder Gegenständen, die sich in der Umgebung des Batteriesystems befinden, desto geringer ist, je höher die Anzahl an überwachten Größen einer Batterie ist. Anhand der überwachten Größen, beispielsweise Druck und/oder Temperatur, kann der Zustand des Batteriesystems bestimmt werden. Die Verwendung einer einzigen Vorrichtung zur gleichzeitigen Überwachung zweier verschiedener Größen führt zudem zu dem Vorteil, die Anzahl der Vorrichtungen, die zur Überwachung des Zustands des Batteriesystems notwendig sind, verkleinern zu können.
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Erfindungsgemäß ist zudem die Verwendung des Batteriesystems in einem Fahrzeug, insbesondere in einem Kraftfahrzeug vorgesehen.
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Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Entsprechend einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung enthält die zweite Komponente für den Fall, dass die erste Komponente und die zweite Komponente unabhängig voneinander zum elektrischen Kurzschließen des Batteriesystems in Abhängigkeit einer Temperatur und/oder eines Druckes, die im Inneren und/oder Äußeren des Batteriesystems herrschen, geeignet sind, eine Formgedächtnislegierung. Die zweite Komponente verändert in Abhängigkeit der in ihr enthaltenen Formgedächtnislegierung beispielsweise unter Temperatureinwirkung ihre Form. Die zweite Komponente nimmt dabei eine vorbestimmte Form an, bei deren Vorliegen mindestens ein Bereich der zweiten Komponente mit der ersten Komponente in Berührung tritt, so dass es zu einem elektrisch leitfähigen Kontakt zwischen der ersten Komponente und der zweiten Komponente kommt. Durch den elektrisch leitfähigen Kontakt zwischen der ersten Komponente und der zweiten Komponente wird das Batteriesystem elektrisch kurzgeschlossen und ein elektrischer Strom kann aus dem Batteriesystem abgeleitet werden. Durch den elektrisch leitfähigen Kontakt zwischen der ersten Komponente und der zweiten Komponente wird ein Strombypass gelegt.
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Der Umstand, dass die zweite Komponente für den Fall, dass die erste Komponente und die zweite Komponente unabhängig voneinander zum elektrischen Kurzschließen des Batteriesystems in Abhängigkeit einer Temperatur und/oder eines Druckes, die im Inneren und/oder Äußeren des Batteriesystems herrschen, geeignet sind, eine Formgedächtnislegierung enthält führt zu dem erfindungsgemäßen Vorteil, die Überwachung der Größen und die Überführung des Batteriesystems in einen sicheren Zustand, mit einer einzigen Vorrichtung zur Erhöhung der Sicherheit beim Gebrauch von Batteriesystemen vornehmen zu können. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung keiner Steuerung bedarf.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform der Erfindung enthält die Formgedächtnislegierung Nickel-Titan, Kupfer-Zink-Aluminium, Kupfer-Aluminium-Nickel oder Aluminium-Kupfer-Silizium.
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Die Verwendung dieser Legierungen führt zu dem erfindungsgemäßen Vorteil, zuverlässige Formgedächtnislegierungen zu verwenden, deren Verformungsverhalten unter Temperaturänderungen oder Druckänderungen bekannt ist. Dadurch, dass das Verformungsverhalten bekannt ist, kann die Formgedächtnislegierung entsprechend der physikalischen Parameter des Batteriesystems ausgelegt werden.
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Gemäß einer nächsten vorzugsweisen Ausgestaltungsform der Erfindung enthält die zweite Komponente für den Fall, dass die erste und die zweite Komponente unabhängig voneinander zum elektrischen Kurzschließen des Batteriesystems in Abhängigkeit einer Temperatur und eines Druckes, die im Inneren und/oder Äußeren des Batteriesystems herrschen, geeignet sind, ein Bimetall. Die zweite Komponente verändert in Abhängigkeit des in ihr enthaltenen Bimetalls beispielsweise unter Temperatureinwirkung ihre Form. Die zweite Komponente nimmt dabei eine vorbestimmte Form an, bei deren Vorliegen mindestens ein Bereich der zweiten Komponente mit der ersten Komponente in Berührung tritt, so dass es zu einem elektrisch leitfähigen Kontakt zwischen der ersten Komponente und der zweiten Komponente kommt. Durch den elektrisch leitfähigen Kontakt zwischen der ersten Komponente und der zweiten Komponente wird das Batteriesystem elektrisch kurzgeschlossen und ein elektrischer Strom kann aus dem Batteriesystem abgeleitet werden. Durch den elektrisch leitfähigen Kontakt zwischen der ersten Komponente und der zweiten Komponente wird ein Strombypass gelegt.
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Der Umstand, dass die zweite Komponente für den Fall, dass die erste und die zweite Komponente unabhängig voneinander zum elektrischen Kurzschließen des Batteriesystems in Abhängigkeit einer Temperatur und eines Druckes, die im Inneren und/oder Äußeren des Batteriesystems herrschen, geeignet sind, ein Bimetall enthält führt zu dem erfindungsgemäßen Vorteil, die Überwachung der Größen und die Überführung des Batteriesystems in einen sicheren Zustand, mit einer einzigen Vorrichtung zur Erhöhung der Sicherheit beim Gebrauch von Batteriesystemen vornehmen zu können. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung keiner Steuerung bedarf.
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Entsprechend einer vorzugsweisen Ausgestaltungsform der Erfindung ist die erste Komponente zum Verformen unter Einwirken eines Druckes geeignet und es handelt sich bei der ersten Komponente vorzugsweise um eine Membran und die zweite Komponente ist zum Verformen unter Einwirkung einer Temperatur geeignet. Diese Ausgestaltungsform der Erfindung führt zu dem erfindungsgemäßen Vorteil, mittels der Berücksichtigung von Temperatur und Druck solche Größen zu berücksichtigen, die sowohl als Anzeichen oder Wirkung als auch als Ursache eines sicherheitskritischen Zustands des Batteriesystems in Frage kommen.
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Gemäß einer weiteren vorzugsweisen Ausführungsform der Erfindung sind die erste Komponente und die zweite Komponente zur Herstellung eines elektrischen Kontaktes untereinander geeignet oder die erste Komponente und die zweite Komponente sind jeweils zur Herstellung eines elektrischen Kontakts mit einer anderen Komponente des Batteriesystems geeignet. Durch die Herstellung des elektrischen Kontakts zwischen der ersten Komponente und der zweiten Komponente untereinander oder zwischen der ersten Komponente oder der zweiten Komponente mit einer anderen Komponente des Batteriesystems, können gegebenenfalls vorhandene Sicherungen angesprochen oder eine Aktorik zur Überführung des Batteriesystems in einen sicheren Zustand angesteuert werden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung liegt der Wert des Druckes, ab dessen Erreichen oder Überschreiten die erste Komponente sich das Batteriesystem elektrisch kurzschließend verformt, bei 4 bar bis 5 bar.
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Entsprechend einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung liegt der Wert der Temperatur, ab dessen Erreichen oder Überschreiten sich die zweite Komponente zur Herstellung eines elektrischen Kontakts mit der ersten Komponente oder mit einer anderen Komponente des Batteriesystems elektrisch kurzschließend verformt, bei 100 °C bis 120 °C.
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Kurze Beschreibung der Figuren
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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.
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Es zeigen:
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1a bis c eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Batteriesystems mit einer Vorrichtung zur Erhöhung der Sicherheit beim Gebrauch eines Batteriesystems in verschiedenen Betriebszuständen gemäß einer ersten Ausführungsform;
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2a und b eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Batteriesystems mit einer Vorrichtung zur Erhöhung der Sicherheit beim Gebrauch eines Batteriesystems gemäß einer zweiten Ausführungsform.
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In den Teilfigur 1a, 1b und 1c ist ein erfindungsgemäßes Batteriesystem mit einer Vorrichtung zur Erhöhung der Sicherheit beim Gebrauch eines Batteriesystems gemäß einer ersten Ausführungsform schematisch dargestellt. Mit B wird das Batteriesystem bezeichnet und mit V wird die Vorrichtung zur Erhöhung der Sicherheit beim Gebrauch des Batteriesystems B bezeichnet. Mit K wird eine zweite Komponente bezeichnet, wobei die zweite Komponente K eine Formgedächtnislegierung oder ein Bimetall enthält. Die zweite Komponente K ist zur Verformung unter Einwirkung einer Temperatur geeignet. Mit M wird eine erste Komponente bezeichnet, die erste Komponente M ist zur Verformung unter Einwirkung eines Druckes geeignet.
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In Teilfigur 1a sind weder die zweite Komponente K, noch die erste Komponente M aufgrund einer Einwirkung durch Temperatur und/oder Druck verformt.
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In Teilfigur 1b ist die erste Komponente M aufgrund eines Druckes, der im Inneren des Batteriesystems B herrscht, physisch verformt worden. Aufgrund der Verformung der ersten Komponente M steht die erste Komponente M mit der zweiten Komponente K in einem elektrischen Kontakt. Durch die Herstellung dieses Kontaktes wird das Batteriesystem B kurzgeschlossen. Die Folge dieses Kurschließens des Batteriesystems B ist eine kontrollierte Entladung des Batteriesystems B.
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In Teilfigur 1c ist die zweite Komponente K aufgrund einer Temperatur physisch verformt worden. Durch die Verformung berühren sich die zweite Komponente K und die erste Komponente M. Durch die Berührung wird das Batteriesystem B elektrisch kurzgeschlossen. Die Folge dieses Kurschließens des Batteriesystems B ist eine kontrollierte Entladung des Batteriesystems B.
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Das erfindungsgemäße Batteriesystem B gemäß der ersten Ausführungsform ist zur Verwendung in einem Fahrzeug, insbesondere in einem Kraftfahrzeug geeignet.
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In 2 ist ein erfindungsgemäßes Batteriesystem mit einer Vorrichtung zur Erhöhung der Sicherheit beim Gebrauch eines Batteriesystems gemäß einer zweiten Ausführungsform schematisch dargestellt. Mit B wird das Batteriesystem bezeichnet und mit V wird die Vorrichtung zur Erhöhung der Sicherheit beim Gebrauch des Batteriesystems B bezeichnet. Mit K wird eine zweite Komponente bezeichnet, wobei die zweite Komponente K eine Formgedächtnislegierung oder ein Bimetall enthält. Die zweite Komponente K ist zur Verformung unter Einwirkung einer Temperatur geeignet. Mit M wird eine erste Komponente bezeichnet, die erste Komponente M ist zur Verformung unter Einwirkung eines Druckes geeignet.
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In Teilfigur 2a ist die zweite Komponente K aufgrund einer Temperatur physisch verformt worden. Durch die Verformung der zweiten Komponente K berühren sich gemäß einer ersten Variante der Vorrichtung V zur Erhöhung der Sicherheit beim Gebrauch eines Batteriesystems B die zweite Komponente K und die erste Komponente M; durch diese Berührung wird das Batteriesystem B in Abhängigkeit einer Temperatur, die beispielsweise im Inneren und/oder Äußeren des Batteriesystems B herrschen kann, elektrisch kurzgeschlossen. Die in Teilfigur 2a dargestellte Ausführungsform der Erfindung führt zu dem erfindungsgemäßen Vorteil, dass die erste Komponente M geschont wird. Hintergrund der Schonung der ersten Komponente M ist, dass sich die zweite Komponente K durch ihre Form, die sie in Abhängigkeit der Temperatur einnimmt, an die erste Komponente M anpasst und dadurch mechanische Belastungen der ersten Komponente M weitestgehend vermieden werden.
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In Teilfigur 2b ist die zweite Komponente K aufgrund einer Temperatur physisch verformt worden. Durch die Verformung der zweiten Komponente K berühren sich gemäß einer zweiten Variante der Vorrichtung V zur Erhöhung der Sicherheit beim Gebrauch eines Batteriesystems B die zweite Komponente K und eine andere Komponente X des Batteriesystems B; durch diese Berührung wird das Batteriesystem B in Abhängigkeit einer Temperatur, die beispielsweise im Inneren und/oder Äußeren des Batteriesystems B herrschen kann, elektrisch kurzgeschlossen. Die in Teilfigur 2b offenbarte Ausführungsform der Erfindung, bei der die zweite Komponente K länger ist als im Fall der in Teilfigur 2a schematisch dargestellten Ausführungsform, führt zu dem Vorteil, den bei Herstellung des elektrischen Kontakts fließenden Strom über die andere Komponente X des Batteriesystems B und insbesondere über ein Gehäuse des Batteriesystems B ableiten zu können. Die Ableitung über die andere Komponente X schont die erste Komponente M vor mechanischen und elektrischen Belastungen. Zudem muss die erste Komponente M kein elektrisch leitfähiges Materiel enthalten, sondern kann beispielsweise aus Kunststoff ausgebildet sein.
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Das erfindungsgemäße Batteriesystem B gemäß der zweiten Ausführungsform ist zur Verwendung in einem Fahrzeug, insbesondere in einem Kraftfahrzeug geeignet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 862231 A1 [0002]
- JP 07201372 A [0003]
