DE102016209757A1 - Device for increasing safety in dealing with a battery system - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung geht aus von einem Batteriesystem (BS), insbesondere einem Lithium-Ionen-Batteriesystem, umfassend ein Gehäuse (G) und mindestens einen Terminal (T) zur elektrischen Kontaktierung des Batteriesystems (BS) mit einem anderen System und mindestens einen Aktor (A) zur Erhöhung der Sicherheit beim Gebrauch eines Batteriesystems (BS), wobei der Aktor (A) zur Entladung des Batteriesystems (BS) durch Herstellen eines elektrischen Kontaktes zwischen dem mindestens einen Terminal (T) und dem Gehäuse (G) oder mindestens einem anderen Terminal (TA) des Batteriesystems (BS) mittels eines Kontaktierungselementes (KE) geeignet ist und wobei es sich bei dem Aktor um ein Formgedächtniselement handelt, wobei der Aktor (A) mit einem Steuergerät (S), geeignet zur Steuerung des Aktors (A), verbunden ist.The invention relates to a battery system (BS), in particular a lithium-ion battery system comprising a housing (G) and at least one terminal (T) for electrically contacting the battery system (BS) with another system and at least one actuator (A ) for increasing the safety in the use of a battery system (BS), wherein the actuator (A) for discharging the battery system (BS) by establishing an electrical contact between the at least one terminal (T) and the housing (G) or at least one other terminal (TA) of the battery system (BS) by means of a contacting element (KE) is suitable and wherein the actuator is a shape memory element, wherein the actuator (A) with a control device (S), suitable for controlling the actuator (A), connected is.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Batteriesystem sowie die Verwendung eines Batteriesystems gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche. The present invention relates to a battery system and the use of a battery system according to the preamble of the independent claims.

Stand der TechnikState of the art

Aus dem Stand der Technik sind Batteriesysteme bekannt, wobei die Batteriesysteme Vorrichtungen zur Erhöhung der Sicherheit im Umgang mit den Batteriesystemen aufweisen. So wird beispielsweise in der US 6,570,749 B1 ein elektrischer Schalter offenbart der dazu ausgebildet ist, eine Überladung einer Batterie zu verhindern. Dabei wird ein Formgedächtniselement zur Durchführung einer Entladung der Batterie verwendet.Battery systems are known from the prior art, wherein the battery systems have devices to increase the security in dealing with the battery systems. For example, in the US 6,570,749 B1 discloses an electrical switch which is adapted to prevent overcharging of a battery. In this case, a shape memory element is used to carry out a discharge of the battery.

Weiter wird in der EP 0 875 913 A2 ein elektrischer Schalter offenbart, wobei der elektrische Schalter ein Formgedächtniselement umfasst, wobei im Fall einer Überladung oder eines thermischen Durchgehens einer Batterie eine elektrische Verbindung über das Formgedächtniselement zur Herbeiführung eines sicheren Zustands der Batterie erzeugt wird.Next will be in the EP 0 875 913 A2 discloses an electrical switch, wherein the electrical switch comprises a shape memory element, wherein in the case of overcharging or thermal runaway of a battery, an electrical connection via the shape memory element for establishing a safe state of the battery is generated.

Ferner wird in der DE 692 04 542 T2 eine Batteriezelle beschrieben, wobei mittels eines Formgedächtniselements eine Überbrückung einer schadhaften Batteriezelle umgesetzt wird.Furthermore, in the DE 692 04 542 T2 describes a battery cell, wherein by means of a shape memory element bridging a defective battery cell is implemented.

Schließlich wird in der GB 2500427 A ein Sicherheitssystem für eine Fahrzeugbatterie offenbart, wobei für den Fall eines Unfalls eine Notentladung der Fahrzeugbatterie durchgeführt wird.Finally, in the GB 2500427 A discloses a safety system for a vehicle battery, wherein in the event of an accident, an emergency discharge of the vehicle battery is performed.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die Erfindung geht aus von einem Batteriesystem, insbesondere einem Lithium-Ionen-Batteriesystem. Das Batteriesystem umfasst ein Gehäuse und mindestens einen Terminal zur elektrischen Kontaktierung des Batteriesystems mit einem anderen System. Das Batteriesystem umfasst ferner mindestens einen Aktor zur Erhöhung der Sicherheit beim Gebrauch des Batteriesystems, wobei der Aktor zur Entladung des Batteriesystems durch Herstellen eines elektrischen Kontaktes zwischen dem mindestens einen Terminal und dem Gehäuse oder mindestens einem anderen Terminal des Batteriesystems mittels eines Kontaktierungselements geeignet ist und wobei es sich bei dem Aktor um ein Formgedächtniselement handelt.The invention is based on a battery system, in particular a lithium-ion battery system. The battery system comprises a housing and at least one terminal for electrically contacting the battery system with another system. The battery system further comprises at least one actuator for increasing safety during use of the battery system, wherein the actuator for discharging the battery system is suitable by establishing an electrical contact between the at least one terminal and the housing or at least one other terminal of the battery system by means of a contacting element and it is the actor is a shape memory element.

Bei einem Batteriesystem handelt es sich vorzugsweise um einen wiederaufladbaren, elektrochemischen Energiespeicher. Das Batteriesystem enthält insbesondere mindestens eine Batterievorrichtung und gegebenenfalls Vorrichtungen zur Steuerung der Batterievorrichtung, sowie vorzugsweise Kontaktvorrichtungen. Die Kontaktvorrichtungen sind insbesondere zur Übertragung elektrischer Energie von dem Batteriesystem zu einem Verbraucher geeignet. Bei den Kontaktvorrichtungen kann es sich um Terminals handeln. Auch die Batterievorrichtungen weisen Terminals zur elektrischen Kontaktierung, insbesondere zur elektrischen Kontaktierung untereinander, auf. Bei dem Verbraucher kann es sich insbesondere um ein Kraftfahrzeug handeln.A battery system is preferably a rechargeable, electrochemical energy store. The battery system contains in particular at least one battery device and optionally devices for controlling the battery device, and preferably contact devices. The contact devices are particularly suitable for transmitting electrical energy from the battery system to a consumer. The contact devices may be terminals. The battery devices also have terminals for electrical contacting, in particular for electrical contact with one another. The consumer may in particular be a motor vehicle.

Der Kern der Erfindung besteht darin, dass der Aktor mit einem Steuergerät, geeignet zur Steuerung des Aktors, verbunden ist. The essence of the invention is that the actuator is connected to a control unit, suitable for controlling the actuator.

Durch den erfindungsgemäßen Umstand, dass der Aktor mit einem Steuergerät, geeignet zur Steuerung des Aktors, verbunden ist, wird der erfindungsgemäße Vorteil bewirkt, dass eine gegebenenfalls notwendige Entladung eines Batteriesystems zuverlässig durchgeführt werden kann. Durch den Umstand, dass der Aktor mit einem Steuergerät verbunden ist, wobei das Steuergerät zur Steuerung des Aktors geeignet ist, kann der Aktor beispielsweise in Abhängigkeit eines kritischen Zustands des Batteriesystems, insbesondere in Abhängigkeit einer Zustandsgröße des Batteriesystems von der auf einen kritischen Zustand des Batteriesystems geschlossen werden kann, angesteuert werden.By virtue of the fact that the actuator is connected to a control device suitable for controlling the actuator, the advantage according to the invention is achieved that any necessary discharge of a battery system can be carried out reliably. Due to the fact that the actuator is connected to a control unit, wherein the control unit is suitable for controlling the actuator, the actuator can, for example, depending on a critical state of the battery system, in particular depending on a state variable of the battery system of the critical state of the battery system can be closed, be controlled.

Durch die Ansteuerung des Aktors wird eine Phasenumwandlung der Formgedächtnislegierung des Aktors hervorgerufen, die zu einer physischen Veränderung des Aktors führt. Bei der physischen Veränderung des Aktors handelt es sich insbesondere um eine Kontraktion oder Expansion des Aktors. Durch die Kontraktion oder Expansion des Aktors wird das Kontaktierungselement in Richtung des mindestens einen anderen Terminals oder des Gehäuses bewegt, bis ein elektrischer Kontakt hergestellt wird. Die Ansteuerung des Aktors führt zur Herstellung des elektrischen Kontaktes mindestens eines Terminals des Batteriesystems mit dem Gehäuse oder dem mindestens einen anderen Terminal des Batteriesystems. Über die Herstellung dieses Kontaktes kann das Batteriesystem elektrisch entladen werden und durch diese Entladung in einen sicheren Zustand überführt werden. Darüber hinaus kann für den Fall, dass es zu einem Ausfall des Steuergeräts gekommen ist, das Batteriesystem dennoch in einen sicheren Zustand überführt werden, wenn beispielsweise eine Überhitzung des Batteriesystems selbst oder der Umgebung des Batteriesystem eingetreten ist. Durch die Überhitzung des Batteriesystems selbst oder der Umgebung des Batteriesystems wird wiederum eine Phasenumwandlung der Formgedächtnislegierung des Aktors hervorgerufen, die zu der physischen Veränderung des Aktors führt.By controlling the actuator, a phase transformation of the shape memory alloy of the actuator is caused, which leads to a physical change of the actuator. The physical change of the actuator is in particular a contraction or expansion of the actor. Due to the contraction or expansion of the actuator, the contacting element is moved in the direction of the at least one other terminal or of the housing until an electrical contact is established. The activation of the actuator leads to the production of the electrical contact of at least one terminal of the battery system with the housing or the at least one other terminal of the battery system. About the production of this contact, the battery system can be electrically discharged and transferred by this discharge in a safe state. In addition, in the event that it has come to a failure of the controller, the battery system can still be converted to a safe state, for example, if overheating of the battery system itself or the environment of the battery system has occurred. The overheating of the battery system itself or the environment of the battery system, in turn, a phase transformation of the shape memory alloy of the actuator is caused, which leads to the physical change of the actuator.

Durch den Umstand, dass bei dem Aktor sowohl durch das Steuergerät eine physische Veränderung des Aktors bewirkt werden kann, als auch, dass der Aktor in Abhängigkeit einer Überhitzung des Batteriesystems selbst oder der Umgebung des Batteriesystems physisch verändert werden kann, wird eine Redundanz der physischen Veränderung des Aktors und damit der dadurch bewirkten elektrischen Entladung des Batteriesystems geschaffen. Der Umstand, dass die Entladung des Batteriesystems redundant sichergestellt ist, führt zu einer Erhöhung der Zuverlässigkeit des Aktors und damit zu einer Erhöhung der Sicherheit im Umgang mit dem Batteriesystem überhaupt. By virtue of the fact that a physical change of the actuator can be effected in the actuator both by the control device and that the actuator can be physically changed depending on overheating of the battery system itself or the environment of the battery system, a redundancy of the physical change becomes of the actuator and thus the resulting electrical discharge of the battery system created. The fact that the discharge of the battery system is redundantly ensured leads to an increase in the reliability of the actuator and thus to an increase in security when dealing with the battery system at all.

Hintergrund der Erfindung ist die Erhöhung der Sicherheit im Umgang mit einem Batteriesystem, insbesondere mit einem schadhaften Batteriesystem, sowie die Sicherstellung eines störungsfreien Betriebs der mindestens einen Batterievorrichtung und somit des Batteriesystems selbst.Background of the invention is to increase the security in dealing with a battery system, in particular with a defective battery system, as well as ensuring a trouble-free operation of the at least one battery device and thus the battery system itself.

Ein Zustand, bei dem es zu einer Erhöhung der Temperatur des Batteriesystems gekommen ist, kann als kritischer Zustand des Batteriesystems bezeichnet werden.A condition in which the temperature of the battery system has been raised may be referred to as a critical condition of the battery system.

Dadurch, dass im Fall eines Schadens des Batteriesystems, das Batteriesystem elektrisch entladen und in einen möglichst spannungsfreien und aufgrund der Spannungsfreiheit sicheren Zustand überführt werden soll, wird das Batteriesystem insgesamt in einen sicheren Zustand überführt.Due to the fact that, in the event of damage to the battery system, the battery system is to be electrically discharged and transferred to a state which is as tension-free and safe as possible due to the lack of voltage, the battery system as a whole is brought into a safe state.

Erfindungsgemäß ist zudem eine Verwendung des Batteriesystems in einem Fahrzeug und insbesondere in einem Kraftfahrzeug.According to the invention is also a use of the battery system in a vehicle and in particular in a motor vehicle.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Further advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.

Gemäß einer vorzugsweisen Ausgestaltungsform der Erfindung ist zwischen dem Aktor und dem Kontaktierungselement ein Isolierungselement, geeignet zur elektrischen Isolation des Aktors von dem Kontaktierungselement, angeordnet.According to a preferred embodiment of the invention, an insulating element, suitable for electrically insulating the actuator from the contacting element, is arranged between the actuator and the contacting element.

Durch den erfindungsgemäßen Umstand, dass zwischen dem Aktor und dem Kontaktierungselement ein Isolierungselement, geeignet zur elektrischen Isolation des Aktors von dem Kontaktierungselement, angeordnet ist, wird durch das Isolierungselement eine unbeabsichtigte Beschädigung des Aktors aufgrund des mittels des Kontaktierungselements hervorgerufenen elektrischen Kurzschlusses vermieden. Dies dient dem Schutz des Aktors.Due to the fact that according to the invention that an insulating element, suitable for electrically insulating the actuator from the contacting element, is arranged between the actuator and the contacting element, unintentional damage to the actuator due to the electrical short circuit caused by the contacting element is avoided by the insulating element. This serves to protect the actuator.

Gemäß einer nächsten vorzugsweisen Ausgestaltungsform der Erfindung ist der Aktor stoffschlüssig oder formschlüssig mit dem Kontaktierungselement verbunden.According to a next preferred embodiment of the invention, the actuator is cohesively or positively connected to the contacting element.

Durch den erfindungsgemäßen Umstand, dass der Aktor stoffschlüssig oder formschlüssig mit dem Kontaktierungselement verbunden ist, wird ein mechanischer Verbund von Aktor und Kontaktierungselement bereit gestellt, der weitestgehend unempfindlich gegenüber mechanisches Belastungen ist. Beispielhafte mechanische Belastungen sind Stöße oder mechanische Schwingungen des Aktors. Durch Stöße oder mechanische Schwingungen des Aktors kann der Verbund von Aktor und Kontaktierungselement und auch der Aktor und das Kontaktierungselement selbst beschädigt und damit die Entladung des Batteriesystems gestört werden.Due to the fact that the actuator is materially or positively connected to the contacting element according to the invention, a mechanical composite of actuator and contacting element is provided, which is largely insensitive to mechanical loads. Exemplary mechanical loads are impacts or mechanical vibrations of the actuator. By impacts or mechanical vibrations of the actuator, the composite of actuator and contacting element and also the actuator and the contacting element itself can be damaged and thus the discharge of the battery system can be disturbed.

Gemäß einer nächsten vorzugsweisen Ausgestaltungsform der Erfindung weist das Kontaktierungselement ein Dämpfungselement, geeignet zur Unterdrückung von Bewegungen des Kontaktierungselements, auf. Das Dämpfungselement ist beispielsweise zwischen dem Kontaktierungselement und dem Gehäuse angeordnet. Das Dämpfungselement kann beispielswiese als ein Gummielement oder als ein Stoßdämpfer, basierend auf einem viskosen Fluid, ausgeführt sein.According to a next preferred embodiment of the invention, the contacting element has a damping element, suitable for suppressing movements of the contacting element on. The damping element is arranged, for example, between the contacting element and the housing. The damping element may, for example, be designed as a rubber element or as a shock absorber based on a viscous fluid.

Durch den erfindungsgemäßen Umstand, dass das Kontaktierungselement ein Dämpfungselement, geeignet zur Unterdrückung von Bewegungen des Kontaktierungselements, aufweist, wird eine unerwünschte Bewegung des Kontaktierungselements verhindert. Durch das Verhindern der unerwünschten Bewegung des Kontaktierungselements wird die Wahrscheinlichkeit eines unbeabsichtigten Kurzschlusses durch unbeabsichtigtes Herstellen eines elektrischen Kontaktes über das Kontaktierungselement verringert. Die Verringerung der Wahrscheinlichkeit eines unbeabsichtigten Kurzschlusses führt zur Erhöhung der Sicherheit im Umgang mit dem Batteriesystem, da ein elektrischer Kurzschluss stets mit der Wahrscheinlichkeit der Schädigung des Batteriesystems einhergeht. Ferner wird die Einsatzfähigkeit des Batteriesystems sichergestellt, da es zu keiner unnötigen elektrischen Entladung des Batteriesystems kommen kann. Due to the fact that the contacting element has a damping element, suitable for suppressing movements of the contacting element, an undesired movement of the contacting element is prevented. By preventing the unwanted movement of the contacting element, the likelihood of unintentional short circuiting is reduced by unintentionally making electrical contact via the contacting element. Reducing the likelihood of accidental short-circuiting increases the safety of handling the battery system because electrical short circuiting is always associated with the likelihood of damage to the battery system. Furthermore, the usability of the battery system is ensured since there is no unnecessary electrical discharge of the battery system.

Entsprechend einer nächsten vorzugsweisen Ausgestaltungsform der Erfindung ist das Formgedächtniselement aus einer Nickel-Titan-Legierung, einer Kupfer-Zink-Aluminium-Legierung oder einer Kupfer-Aluminium-Nickel-Legierung ausgebildet.According to a next preferred embodiment of the invention, the shape memory element is formed of a nickel-titanium alloy, a copper-zinc-aluminum alloy or a copper-aluminum-nickel alloy.

Durch den erfindungsgemäßen Umstand, dass das Formgedächtniselement aus einer Nickel-Titan-Legierung ausgebildet ist, wird eine Legierung für den Aktor bereit gestellt, die einen sehr zuverlässigen Formgedächtniseffekt, ein gute mechanische Stabilität und eine hohe Korrosionsbeständigkeit aufweist.The fact that the shape memory element is formed of a nickel-titanium alloy according to the invention provides an alloy for the actuator which has a very reliable shape memory effect, a good mechanical effect Stability and high corrosion resistance.

Durch den erfindungsgemäßen Umstand, dass das Formgedächtniselement aus einer Kupfer-Zink-Aluminium-Legierung ausgebildet ist, wird eine Legierung für den Aktor bereit gestellt, die kostengünstig ist und die eine leichte plastische Umformbarkeit aufweist. Durch die leichte plastische Umformbarkeit der Legierung kann der Aktor hinsichtlich seiner geometrischen Form gut an das Batteriesystem, insbesondere an seine Form und seine Konstruktion, angepasst werden.By the fact that the shape memory element is formed of a copper-zinc-aluminum alloy according to the invention, an alloy for the actuator is provided, which is inexpensive and has a slight plastic workability. Due to the slight plastic deformability of the alloy, the actuator can be well adapted in terms of its geometric shape to the battery system, in particular to its shape and its construction.

Durch den erfindungsgemäßen Umstand, dass das Formgedächtniselement aus einer Kupfer-Aluminium-Nickel-Legierung ausgebildet ist, wird eine Legierung für den Aktor bereit gestellt, die kostengünstig ist.Due to the fact that the shape memory element is formed of a copper-aluminum-nickel alloy according to the invention, an alloy is provided for the actuator, which is inexpensive.

Gemäß einer weiteren vorzugsweisen Ausgestaltungsform der Erfindung ist der Aktor als Feder, Federscheibe, Zylinder, Kegelstumpf oder Prisma geformt.According to a further preferred embodiment of the invention, the actuator is formed as a spring, spring washer, cylinder, truncated cone or prism.

Durch den erfindungsgemäßen Umstand, dass der Aktor als Federscheibe geformt ist, wird ein Aktor bereit gestellt, der eine kompakte Form aufweist und eine hohe Kraft erzeugen kann. Durch die Erzeugung einer hohen Kraft ist eine Bewegung des Kontaktierungselements und damit der Einsatz des Kontaktierungselements zur Herstellung eines elektrischen Kurzschlusses sichergestellt.Due to the fact that the actuator is formed as a spring washer according to the invention, an actuator is provided which has a compact shape and can generate a high force. By generating a high force, a movement of the contacting element and thus the use of the contacting element for producing an electrical short circuit is ensured.

Entsprechend einer nächsten vorzugsweisen Ausgestaltungsform der Erfindung ist der Aktor massiv oder hohl ausgeführt. Insbesondere ein massiv ausgeführter Aktor kann eine hohe Kraft entwickeln.According to a next preferred embodiment of the invention, the actuator is made solid or hollow. In particular, a solid executed actuator can develop a high power.

Gemäß einer nächsten vorteilhaften Ausgestaltungsform der Erfindung ist der Aktor aus mindestens einem Blech geformt worden, wobei das mindestens eine Blech mittels Biegen, Schweißen, Löten oder Tiefziehen hergestellt worden ist.According to a next advantageous embodiment of the invention, the actuator has been formed from at least one sheet metal, wherein the at least one sheet has been produced by means of bending, welding, soldering or deep drawing.

Gemäß einer weiteren vorzugsweisen Ausgestaltungsform der Erfindung ist das Kontaktierungselement aus Kupfer oder Aluminium oder Silber ausgebildet. Vorzugsweise ist das Kontaktierungselement aus einer Kupfer-Basislegierung, einer Aluminium-Basislegierung oder einer Silber-Basislegierung ausgebildet. Bei dem Kupfer kann es sich beispielsweise um ETP-Kupfer nach DIN EN 13601 handeln.According to a further preferred embodiment of the invention, the contacting element made of copper or aluminum or silver is formed. Preferably, the contacting element is formed of a copper-based alloy, an aluminum-based alloy or a silver-based alloy. For example, the copper may be after ETP copper DIN EN 13601 act.

Durch den erfindungsgemäßen Umstand, dass das Kontaktierungselement aus Kupfer oder Aluminium oder Silber ausgebildet ist, wird ein Kontaktierungselement bereit gestellt, dass ein gute elektrische Leitfähigkeit aufweist. Durch die gute elektrische Leitfähigkeit wird beispielweise eine zu hohe Erwärmung des Kontaktierungselements vermieden.By virtue of the fact that the contacting element is formed from copper or aluminum or silver, a contacting element is provided which has good electrical conductivity. Due to the good electrical conductivity, for example, too high heating of the contacting element is avoided.

Gemäß einer nächsten vorteilhaften Ausgestaltungsform der Erfindung weist das Kontaktierungselement einen Widerstand in einem Bereich von höchstens 0,005 mΩ bis 0,5 mΩ auf. Insbesondere weist das Kontaktierungselement einen Widerstand von 0,01 mΩ, 0,02 mΩ oder 0,05 mΩ auf.According to a next advantageous embodiment of the invention, the contacting element has a resistance in a range of at most 0.005 mΩ to 0.5 mΩ. In particular, the contacting element has a resistance of 0.01 mΩ, 0.02 mΩ or 0.05 mΩ.

Gemäß einer nächsten vorzugsweisen Ausgestaltungsform der Erfindung ist das Steuergerät zur Ansteuerung des Aktors in Abhängigkeit mindestens einer Zustandsgröße, wobei die Zustandsgröße einen Hinweis auf einen irregulären und/oder unsicheren Zustand der Batteriesysteme darstellt, geeignet.According to a next preferred embodiment of the invention, the control device for controlling 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 systems suitable.

Entsprechend einer nächsten vorzugsweisen Ausgestaltungsform 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 next preferred 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.

Durch den erfindungsgemäßen Umstand, dass 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 handelt, wird die vorteilhafte Wirkung erzielt, das Batteriesystem elektrisch in Abhängigkeit von Größen zu entladen, wobei von den Größen zuverlässig und schnell auf einen kritischen Zustand des Batteriesystems geschlossen werden kann. Durch den Umstand, dass anhand der Größen zuverlässig auf einen kritischen Zustands des Batteriesystems geschlossen werden kann, kann die Wahrscheinlichkeit einer irrtümlichen Bedienung des Aktors verringert werden. Eine unnötige Entladung des Batteriesystems wird somit vermieden. Dadurch, dass anhand der Größen schnell, also frühzeitig, auf einen kritischen Zustand des Batteriesystems geschlossen werden kann, kann eine mögliche weitere Schädigung des Batteriesystems verhindert werden. Bei der möglichen weiteren Schädigung handelt es sich beispielsweise um ein thermisches Durchgehen des Batteriesystems, wobei das thermische Durchgehen des Batteriesystems zu einem Brand des Batteriesystems führen kann.The circumstance according to the invention that the state variable of the battery system is a charge state 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 is a temperature inside or outside of the battery system, the advantageous effect is achieved to electrically discharge the battery system as a function of sizes, which can be reliably and quickly concluded of the sizes of a critical state of the battery system. Due to the fact that the variables can be used to reliably conclude that the battery system is in a critical condition, the probability of erroneous operation of the actuator can be reduced. An unnecessary discharge of the battery system is thus avoided. Due to the fact that a critical state of the battery system can be concluded quickly, ie early, on the basis of the variables, possible further damage to the battery system can be prevented. The possible further damage is, for example, a thermal runaway of the battery system, wherein the thermal runaway of the battery system can lead to a fire of the battery system.

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:

1 die schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Batteriesystems gemäß einer ersten Ausführungsform; 1 the schematic representation of a battery system according to the invention according to a first embodiment;

2 die schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Batteriesystems gemäß einer zweiten Ausführungsform; 2 the schematic representation of a battery system according to the invention according to a second embodiment;

3 die schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Batteriesystems gemäß einer dritten Ausführungsform. 3 the schematic representation of a battery system according to the invention according to a third embodiment.

In 1 ist ein erfindungsgemäßes Batteriesystem gemäß einer ersten Ausführungsform schematisch dargestellt. Das Batteriesystem wird mit BS bezeichnet. Mit G wird ein Gehäuse des Batteriesystems BS bezeichnet. In Teilfigur 1a ist das Batteriesystem BS in einem Zustand dargestellt, bevor ein kritischer Zustand des Batteriesystems BS eingetreten ist. Der kritische Zustand kann zu einer Auslösung eines Aktors führen. Der Aktor wird mit A bezeichnet und es handelt sich bei dem Aktor A um ein Formgedächtniselement. Mit KE wird ein Kontaktierungselement bezeichnet. Das Kontaktierungselement KE ist gemäß dieser Ausführungsform zur Herstellung eines elektrischen Kontakts zwischen einem Terminal T des Batteriesystems BS mit einem anderen Terminal TA des Batteriesystems geeignet und mit dem Aktor A verbunden. Das Kontaktierungselement KE ist darüber hinaus elektrisch leitend mit dem Terminal T verbunden. Der Aktor A ist mit einem Steuergerät S verbunden. Das Steuergerät S ist zur Ansteuerung des Aktors A geeignet. Im Fall einer Ansteuerung durch das Steuergerät S fließt ein elektrischer Strom durch den Aktor A, was zu einer Erwärmung des Aktors A führt. Durch die Erwärmung des Aktors A kontrahiert der Aktor A aufgrund seiner physikalischen Eigenschaften als Formgedächtniselement. Die Kontraktion des Aktors A führt zu einer Bewegung des Kontaktierungselements KE. Durch die mittels des Aktors A erzeugte Bewegung des Kontaktierungselements KE bewegt sich das Kontaktierungselement KE in Richtung des anderen Terminals TA und stellt schließlich einen elektrischen Kontakt zum anderen Terminal TA her. Durch die Herstellung dieses elektrischen Kontakts wird das Batteriesystem BS elektrisch kurzgeschlossen und entladen. Für den Fall eines Ausfalls des Steuergeräts S reagiert im Fall einer Erhöhung der Temperatur in der Umgebung des Batteriesystems BS oder der Temperatur des Batteriesystems BS selbst der Aktor A aufgrund seiner physikalischen Eigenschaften als Formgedächtniselement und kontrahiert. Durch diese Kontraktion wird das Kontaktierungselement KE in Richtung des anderen Terminals TA bewegt und stellt schließlich ebenfalls einen elektrischen Kontakt zwischen dem Terminal T und dem anderen Terminal TA her. Das Batteriesystem BS weist ferner ein Dämpfungselement D zur Vermeidung eines unbeabsichtigten Berührens des Kontaktierungselements KE mit dem anderen Terminal TA auf. Möglicherweise auftretenden Vibrationen des Batteriesystem BS und insbesondere des Kontaktierungselements KE und des Aktors A werden durch das Dämpfungselement D mechanisch gedämpft, sodass ein unerwünschter Kontakt zwischen dem Kontaktierungselement KE und dem anderen Terminal TA weitestgehend vermieden wird. In Teilfigur 1b ist das Batteriesystem BS in einem solchen Zustand dargestellt, in dem das Kontaktierungselement KE den anderen Terminal TA berührt und das Batteriesystem BS somit elektrisch kurzgeschlossen hat. Durch den elektrischen Kurzschluss des Batteriesystems BS wird das Batteriesystem BS elektrisch entladen und dadurch, aufgrund seiner Spannungsfreiheit, in einen sicheren Zustand überführt. Die Kraft, mit der der Aktor A das Kontaktierungselement KE bewegt reicht dabei aus, das Dämpfungselement D zu stauchen.In 1 a battery system according to the invention according to a first embodiment is shown schematically. The battery system is called BS. G denotes a housing of the battery system BS. In sub-figure 1a, the battery system BS is shown in a state before a critical state of the battery system BS has occurred. The critical condition can lead to the triggering of an actuator. The actuator is designated A and the actuator A is a shape memory element. KE denotes a contacting element. The contacting element KE is suitable according to this embodiment for establishing an electrical contact between a terminal T of the battery system BS with another terminal TA of the battery system and connected to the actuator A. The contacting element KE is also electrically connected to the terminal T. The actuator A is connected to a control unit S. The control unit S is suitable for driving the actuator A. In the case of a control by the control unit S, an electric current flows through the actuator A, which leads to a heating of the actuator A. Due to the heating of the actuator A, the actuator A contracts due to its physical properties as a shape memory element. The contraction of the actuator A leads to a movement of the contacting element KE. As a result of the movement of the contacting element KE produced by means of the actuator A, the contacting element KE moves in the direction of the other terminal TA and finally establishes an electrical contact with the other terminal TA. By making this electrical contact, the battery system BS is electrically shorted and discharged. In the event of a failure of the controller S reacts in the case of an increase in the temperature in the environment of the battery system BS or the temperature of the battery system BS itself, the actuator A due to its physical properties as a shape memory element and contracted. As a result of this contraction, the contacting element KE is moved in the direction of the other terminal TA and finally also establishes an electrical contact between the terminal T and the other terminal TA. The battery system BS further comprises a damping element D for avoiding inadvertent contact of the contacting element KE with the other terminal TA. Possibly occurring vibrations of the battery system BS and in particular of the contacting element KE and the actuator A are mechanically damped by the damping element D, so that an undesirable contact between the contacting element KE and the other terminal TA is largely avoided. In part figure 1b, the battery system BS is shown in such a state in which the contacting element KE touches the other terminal TA and the battery system BS has thus electrically short-circuited. Due to the electrical short circuit of the battery system BS, the battery system BS is discharged electrically and thereby, due to its lack of voltage, transferred to a safe state. The force with which the actuator A moves the contacting element KE is sufficient to compress the damping element D.

In 2 ist ein erfindungsgemäßes Batteriesystem BS gemäß einer zweiten Ausführungsform schematisch dargestellt. Gemäß der zweiten Ausführungsform ist der Aktor A als Blech ausgeführt, wobei sich das Blech über den Terminal T und über den anderen Terminal TA wölbt. In Teilfigur 2a ist das Batteriesystem BS in einem Zustand dargestellt, bevor ein kritischer Zustand des Batteriesystems BS eingetreten ist, der zu einer Auslösung des Aktors A geführt hat. Mit G wird ein Gehäuse des Batteriesystems BS bezeichnet. Der Aktor A ist mit dem Gehäuse G mechanisch verbunden. In Teilfigur 2b ist das Batteriesystem BS in einem solchen Zustand dargestellt, in dem das Kontaktierungselement KE den anderen Terminal TA berührt und somit einen elektrischen Kurschluss des Batteriesystems BS verursacht hat. Dies wurde bewirkt durch eine Kontraktion des Aktors A und eine daraus resultierende Bewegung des Kontaktierungselements KE zum anderen Terminal TA. Die Kontraktion des Aktors A wurde durch Wärme hervorgerufen. Ursächlich für die Wärme kann ein mittels eines Steuergeräts S bewirkter Stromflusses durch den Aktor A oder eine Erhöhung der Temperatur in der Umgebung des Aktors A gewesen sein.In 2 a battery system according to the invention BS according to a second embodiment is shown schematically. According to the second embodiment, the actuator A is designed as a sheet, wherein the sheet arched over the terminal T and the other terminal TA. In subfigure 2a, the battery system BS is shown in a state before a critical state of the battery system BS has occurred, which has led to a triggering of the actuator A. G denotes a housing of the battery system BS. The actuator A is mechanically connected to the housing G. In part 2b, the battery system BS is shown in such a state in which the contacting element KE touches the other terminal TA and thus has caused an electrical short circuit of the battery system BS. This was caused by a contraction of the actuator A and a resulting movement of the contacting element KE to the other terminal TA. The contraction of actuator A was caused by heat. The cause of the heat may have been a current flow caused by a control device S through the actuator A or an increase in the temperature in the vicinity of the actuator A.

Die in 2 dargestellte Ausführungsform führt zu dem erfindungsgemäßen Vorteil, dass der Aktor A platzsparend an dem Batteriesystem BS angeordnet worden ist.In the 2 embodiment shown leads to the advantage according to the invention that the actuator A has been arranged to save space on the battery system BS.

In 3 ist ein erfindungsgemäßes Batteriesystem BS gemäß einer dritten Ausführungsform schematisch dargestellt. Entsprechend dieser Ausführungsform ist der Aktor A als Feder ausgeführt die an einem Profil P angeordnet ist. Das Profil P ist an dem Gehäuse G des Batteriesystems BS angeordnet und beispielsweise aus Blech geformt worden. Das Profil P kann derart ausgestaltet sein, dass es sich über die gesamte Seite des Batteriesystems BS erstreckt auf der die Terminals T und TA angeordnet sind. Die Seite des Batteriesystems BS, auf der die Terminals T und TA angeordnet sind, kann als Terminalseite bezeichnet werden. Vorzugsweise ist das Profil P an seinen Enden geschlossen, sodass es mit der Terminalseite einen geschlossenen Raum ausbildet. Durch den Umstand, dass das Profil P sich über die gesamte Terminalseite erstreckt und insbesondere dadurch, dass das Profil P an seinen Enden geschlossen ist, werden der Aktor A und das Kontaktierungselement KE vor Umwelteinflüssen geschützt. Ferner werden Konvektionen an der Terminalseite verhindert. Das Verhindern der Konvektion führt dazu, dass die Temperatur an der Terminalseite ungefähr der Temperatur im Inneren des Batteriesystems BS entspricht und nicht bei einem gegebenenfalls niedrigeren Wert liegt. Ein Anstieg der Temperatur im Inneren des Batteriesystems BS führt damit zu einem Anstieg der Temperatur auf der Terminalseite. Der Einsatz des Formgedächtniselements ist somit zuverlässig sichergestellt, da seine temperaturbedingte Verformung nicht durch konvektionsbedingte Kühlungen beeinflusst wird. In Teilfigur 3a ist das Batteriesystem BS in einem Zustand dargestellt, bevor ein kritischer Zustand des Batteriesystems BS eingetreten ist, der zu einer Auslösung des Aktors A geführt hat. Gemäß dieser Ausführungsform führt die Erwärmung des Aktors A zu seiner Expansion. In Teilfigur 3b ist das Batteriesystem BS in einem solchen Zustand dargestellt, in dem das Kontaktierungselement KE den anderen Terminal TA berührt und somit einen elektrischen Kurschluss des Batteriesystems BS verursacht hat. Gemäß dieser Ausführungsform kann der Aktor A mit dem Kontaktierungselement KE elektrisch verbunden und gegenüber dem Profil P elektrisch isoliert sein. Gemäß dieses Ausführungsform wird dann nur eine elektrische Leitung von der Steuereinheit S zum Aktor A benötigt, während die andere Leitung der Steuereinheit S auf Masse gelegt sein kann. In 3 a battery system according to the invention BS according to a third embodiment is shown schematically. According to this embodiment, the actuator A is designed as a spring which is arranged on a profile P. The profile P is arranged on the housing G of the battery system BS and has been formed, for example, from sheet metal. The profile P may be configured such that it extends over the entire side of the battery system BS on which the terminals T and TA are arranged. The side of the battery system BS on which the terminals T and TA are disposed may be called a terminal side. Preferably, the profile P is closed at its ends, so that it forms a closed space with the terminal side. Due to the fact that the profile P extends over the entire terminal side and in particular by the fact that the profile P is closed at its ends, the actuator A and the contacting element KE are protected from environmental influences. Furthermore, convections on the terminal side are prevented. The prevention of convection causes the temperature at the terminal side to correspond approximately to the temperature inside the battery system BS and not to an optionally lower value. An increase in the temperature inside the battery system BS thus leads to an increase in the temperature on the terminal side. The use of the shape memory element is thus reliably ensured since its temperature-induced deformation is not influenced by convection-induced cooling. In part 3a, the battery system BS is shown in a state before a critical state of the battery system BS has occurred, which has led to a triggering of the actuator A. According to this embodiment, the heating of the actuator A leads to its expansion. In part figure 3b, the battery system BS is shown in such a state in which the contacting element KE touches the other terminal TA and thus has caused an electrical short-circuit of the battery system BS. According to this embodiment, the actuator A can be electrically connected to the contacting element KE and electrically insulated from the profile P. According to this embodiment, only one electrical line from the control unit S to the actuator A is then required, while the other line of the control unit S can be grounded.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • DIN EN 13601 [0031] DIN EN 13601 [0031]

Claims (13)

Batteriesystem (BS), insbesondere Lithium-Ionen-Batteriesystem, umfassend ein Gehäuse (G) und mindestens einen Terminal (T) zur elektrischen Kontaktierung des Batteriesystems (B) mit einem anderen System und mindestens einen Aktor (A) zur Erhöhung der Sicherheit beim Gebrauch eines Batteriesystems (BS), wobei der Aktor (A) zur Entladung des Batteriesystems (BS) durch Herstellen eines elektrischen Kontaktes zwischen dem mindestens einen Terminal (T) und dem Gehäuse (G) oder mindestens einem anderen Terminal (TA) des Batteriesystems (BS) mittels eines Kontaktierungselementes (KE) geeignet ist und wobei es sich bei dem Aktor (A) um ein Formgedächtniselement handelt, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (A) mit einem Steuergerät (S), geeignet zur Steuerung des Aktors (A), verbunden ist.Battery system (BS), in particular lithium-ion battery system, comprising a housing (G) and at least one terminal (T) for electrically contacting the battery system (B) with another system and at least one actuator (A) for increasing safety during use a battery system (BS), wherein the actuator (A) for discharging the battery system (BS) by establishing an electrical contact between the at least one terminal (T) and the housing (G) or at least one other terminal (TA) of the battery system (BS ) is suitable by means of a contacting element (KE) and wherein the actuator (A) is a shape memory element, characterized in that the actuator (A) with a control device (S), suitable for controlling the actuator (A) connected is. Batteriesystem (BS) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Aktor (A) und dem Kontaktierungselement (KE) ein Isolierungselement, geeignet zur elektrischen Isolation des Aktors (A) von dem Kontaktierungselement (KE), angeordnet ist. Battery system (BS) according to claim 1, characterized in that between the actuator (A) and the contacting element (KE) an insulating element, suitable for electrical insulation of the actuator (A) of the contacting element (KE), is arranged. Batteriesystem (BS) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (A) stoffschlüssig oder formschlüssig mit dem Kontaktierungselement (KE) verbunden ist.Battery system (BS) according to one of the preceding claims, characterized in that the actuator (A) is integrally or positively connected to the contacting element (KE). Batteriesystem (BS) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktierungselement (KE) ein Dämpfungselement (D) geeignet zur Unterdrückung von Bewegungen des Kontaktierungselements (KE), aufweist.Battery system (BS) according to one of the preceding claims, characterized in that the contacting element (KE) has a damping element (D) suitable for suppressing movements of the contacting element (KE). Batteriesystem (BS) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Formgedächtniselement aus einer Nickel-Titan-Legierung, einer Kupfer-Zink-Aluminium-Legierung oder einer Kupfer-Aluminium-Nickel-Legierung ausgebildet ist.Battery system (BS) according to one of the preceding claims, characterized in that the shape memory element is formed of a nickel-titanium alloy, a copper-zinc-aluminum alloy or a copper-aluminum-nickel alloy. Batteriesystem (BS) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (A) als Feder, Federscheibe, Zylinder, Kegelstumpf oder Prisma geformt ist. Battery system (BS) according to one of the preceding claims, characterized in that the actuator (A) is formed as a spring, spring washer, cylinder, truncated cone or prism. Batteriesystem (BS) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (A) massiv oder hohl ausgeführt ist.Battery system (BS) according to one of the preceding claims, characterized in that the actuator (A) is solid or hollow. Batteriesystem (BS) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (A) aus mindestens einem Blech geformt worden ist, wobei das mindestens eine Blech mittels Biegen, Schweißen, Löten oder Tiefziehen hergestellt worden ist. Battery system (BS) according to one of the preceding claims, characterized in that the actuator (A) has been formed from at least one sheet, wherein the at least one sheet has been produced by means of bending, welding, soldering or deep drawing. Batteriesystem (BS) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktierungselement (KE) aus Kupfer oder Aluminium oder Silber oder insbesondere aus einer Kupfer-Basislegierung, einer Aluminium-Basislegierung oder einer Silber-Basislegierung ausgebildet ist. Battery system (BS) according to one of the preceding claims, characterized in that the contacting element (KE) made of copper or aluminum or silver or in particular of a copper-based alloy, an aluminum-based alloy or a silver-based alloy is formed. Batteriesystem (BS) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktierungselement (KE) einen Widerstand in einem Bereich von höchstens 0,005 mΩ bis 0,5 mΩ aufweist und insbesondere einen Widerstand von 0,01 mΩ , 0,02 mΩ oder 0,05 mΩ aufweist.Battery system (BS) according to one of the preceding claims, characterized in that the contacting element (KE) has a resistance in a range of at most 0.005 mΩ to 0.5 mΩ and in particular a resistance of 0.01 mΩ, 0.02 mΩ or 0 , 05 mΩ. Batteriesystem (BS) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (S) zur Ansteuerung des Aktors (A) in Abhängigkeit mindestens einer Zustandsgröße, wobei die Zustandsgröße einen Hinweis auf einen irregulären und/oder unsicheren Zustand des Batteriesystems (BS) darstellt, geeignet ist.Battery system (BS) according to one of the preceding claims, characterized in that the control device (S) for controlling the actuator (A) as a function of at least one state variable, wherein the state variable an indication of an irregular and / or unsafe state of the battery system (BS) represents, is suitable. Batteriesystem (BS) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Zustandsgröße des Batteriesystems (BS) um einen Ladezustand des Batteriesystems (BS), um eine zwischen zwei Polen des Batteriesystems (BS) anliegende Spannung, um einen in einer Leitung des Batteriesystems (BS) fließenden Strom, um einen Druck innerhalb oder außerhalb des Batteriesystems (BS) und/oder um eine Temperatur innerhalb oder außerhalb des Batteriesystems (BS) handelt. Battery system (BS) according to claim 11, characterized in that the state variable of the battery system (BS) is a state of charge of the battery system (BS), a voltage applied between two poles of the battery system (BS), one in a line of the Battery system (BS) flowing current, a pressure inside or outside the battery system (BS) and / or a temperature inside or outside of the battery system (BS) is. Verwendung eines Batteriesystems (BS) nach einem der vorhergehenden Ansprüche in einem Fahrzeug, insbesondere in einem Kraftfahrzeug.Use of a battery system (BS) according to one of the preceding claims in a vehicle, in particular in a motor vehicle.
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