DE102016219627A1

DE102016219627A1 - Unbemanntes luftfahrzeug, energiespeichermodul und verfahren zur steuerung eines unbemannten luftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102016219627A1
Application number: DE102016219627.8A
Authority: DE
Inventors: Holger Hain; Thomas Wöhrle
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2016-10-10
Filing date: 2016-10-10
Publication date: 2018-04-12

Abstract

Die Erfindung betrifft ein unbemanntes Luftfahrzeug, ein Energiespeichermodul sowie ein Verfahren zur Steuerung eines unbemannten Luftfahrzeugs mit einer Antriebseinrichtung, welche dazu eingerichtet ist, das Luftfahrzeug anzutreiben, einer elektrochemischen Energiespeichereinrichtung, welche dazu eingerichtet ist, elektrische Energie zu speichern und die Antriebseinrichtung mit elektrischer Energie zu versorgen, und einer Manipulationseinrichtung, welche dazu eingerichtet ist, eine Zerstörung der Energiespeichereinrichtung herbeizuführen. Dadurch kann auf einfache und zuverlässige Weise verhindert oder zumindest die Gefahr reduziert werden, dass nicht autorisierte Dritte beispielsweise im Falle eines Absturzes oder durch Abfangen des Luftfahrzeugs Zugriff auf das beförderte Frachtgut, insbesondere sensible Dokumente und/oder Daten, erhalten.

Description

Die Erfindung betrifft ein unbemanntes Luftfahrzeug, ein Energiespeichermodul sowie ein Verfahren zur Steuerung eines unbemannten Luftfahrzeugs nach dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche.
Unbemannte Luftfahrzeuge, welche auch als Unmanned Aerial Vehicle (UAV), Unmanned Aircraft (UA), Unmanned Aircraft System (UAS) oder umgangssprachlich auch als Drohnen bezeichnet werden, werden je nach Leistungsfähigkeit und Ausstattung für unterschiedliche Zwecke eingesetzt, beispielsweise zum Transport von Frachtgut oder zu Kontroll- und Überwachungszwecken mittels integrierter Kameras und Sensoren.
In Anwendungsfällen, bei denen unbemannte Luftfahrzeuge als Frachtgut sensible Dokumente oder Datenträger mit sensiblen Daten befördern, könnte es sein, dass diese beispielsweise im Falle eines Absturzes oder durch gezieltes Abfangen des Luftfahrzeugs in die Hände Dritter gelangen und missbraucht werden können.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein unbemanntes Luftfahrzeug, ein Energiespeichermodul sowie ein Verfahren zur Steuerung eines unbemannten Luftfahrzeugs anzugeben, bei welchem auf einfache und zuverlässige Weise verhindert wird oder zumindest die Gefahr reduziert wird, dass Dritte, insbesondere im Falle eines Absturzes oder Abfangens des Luftfahrzeugs, Zugriff auf das beförderte Frachtgut, insbesondere sensible Dokumente und/oder Daten, erhalten.
Diese Aufgabe wird durch das unbemannte Luftfahrzeug, das Energiespeichermodul sowie das Verfahren zur Steuerung eines unbemannten Luftfahrzeugs gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst.
Erfindungsgemäß weist das unbemannte Luftfahrzeug auf: Eine Antriebseinrichtung, welche dazu eingerichtet ist, das Luftfahrzeug anzutreiben, eine elektrochemische Energiespeichereinrichtung, welche dazu eingerichtet ist, elektrische Energie zu speichern und die Antriebseinrichtung mit elektrischer Energie zu versorgen, und eine Manipulationseinrichtung, welche dazu eingerichtet ist, eine gezielte Zerstörung der Energiespeichereinrichtung herbeizuführen.
Das erfindungsgemäße Energiespeichermodul weist auf: Eine elektrochemische Energiespeichereinrichtung, welche dazu eingerichtet ist, elektrische Energie zu speichern, und eine Manipulationseinrichtung, welche dazu eingerichtet ist, eine Zerstörung der Energiespeichereinrichtung herbeizuführen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Steuerung eines unbemannten Luftfahrzeugs mit einer Antriebseinrichtung, welche dazu eingerichtet ist, das Luftfahrzeug anzutreiben, und einer elektrochemischen Energiespeichereinrichtung, welche dazu eingerichtet ist, elektrische Energie zu speichern und die Antriebseinrichtung mit elektrischer Energie zu versorgen, wird eine Zerstörung der Energiespeichereinrichtung herbeigeführt, wenn von einer Bedienperson oder Kontrollinstanz ein Steuerungsbefehl gegeben wird und/oder wenn sich das Luftfahrzeug in mindestens einer vorgegebenen Flugsituation befindet.
Die Erfindung basiert auf dem Ansatz, die zur Stromversorgung der Antriebseinrichtung des Luftfahrzeugs vorgesehene elektrochemische Energiespeichereinrichtung im Bedarfsfall gezielt und irreparabel zu zerstören. Die Energiespeichereinrichtung und/oder eine Manipulationseinrichtung, durch welche die Zerstörung der Energiespeichereinrichtung herbeigeführt wird, ist bzw. sind hierbei vorzugsweise so ausgestaltet, dass die Zerstörung der Energiespeichereinrichtung auch eine zumindest teilweise Zerstörung des mit dem Luftfahrzeug beförderten Frachtguts einhergeht. Die Zerstörung der Energiespeicherzelle bzw. eine Aktivierung der Manipulationseinrichtung, die die Zerstörung herbeiführt, kann bei Bedarf von einer Bedienperson oder aber auch automatisch ausgelöst werden, beispielsweise in bestimmten Flugsituationen, wie etwa einem Absturz.
Durch die gezielte Zerstörung der Energiespeichereinrichtung und der damit verbundenen zumindest teilweisen Zerstörung des mit dem Luftfahrzeug beförderten Frachtguts wird auf einfache und zuverlässige Weise verhindert oder zumindest die Gefahr reduziert, dass unautorisierte Dritte auf das Frachtgut, bei welchem es sich um sensible Dokumente und/oder Datenträger mit sensiblen Daten handeln kann, zugreifen und weiterverwenden können.
Ein unbemanntes Luftfahrzeug im Sinne der vorliegenden Erfindung ist ein Luftfahrzeug, das ohne eine an Bord befindliche Besatzung autark durch einen Computer oder vom Boden bzw. Satelliten aus über eine Fernsteuerung betrieben und navigiert werden kann. Als unbemannte Luftfahrzeuge sind im Sinne der Erfindung auch sog. Drohnen, funkferngesteuerte Drohnen (RC-Drohnen), Flugdrohnen, Quadrocopter, Hexacopter, Octocopter sowie Multicopter zu verstehen.
Die Antriebseinrichtung des unbemannten Luftfahrzeugs weist vorzugsweise zwei oder mehrere Rotoren oder Propeller auf, die im Wesentlichen in vertikaler Richtung wirken, um einen Auftrieb sowie durch eine leichte Neigung der Rotorebene auch einen Vortrieb zu erzeugen. Die Propeller werden durch einen oder mehrere Elektromotoren direkt oder über ein Getriebe in Rotation versetzt.
Bei der elektrochemischen Energiespeichereinrichtung handelt es sich vorzugsweise um einen wieder aufladbaren Akkumulator, welcher eine oder mehrere sogenannte Sekundärzellen aufweist. Vorzugsweise handelt es sich bei der elektrochemischen Energiespeichereinrichtung um einen Lithium-Ionen-Akkumulator, welcher mehrere Lithium-Ionen-Zellen aufweist.
Das Energiespeichermodul wird vorzugsweise in unbemannten Luftfahrzeugen eingesetzt, es kann aber auch in anderen, insbesondere unbemannten, Fahrzeugen Verwendung finden, insbesondere wenn durch das Fahrzeug sensible Frachtgüter und/oder sensible Daten befördert werden. Die im Zusammenhang mit Luftfahrzeugen beschriebenen Vorteile gelten hierbei entsprechend. Grundsätzlich ist es möglich, das Energiespeichermodul in Geräten aller Art einzusetzen, wie etwa stationären oder mobilen Computern, Smartphones, Tablet-Computer, externen Festplattenlaufwerken und anderen Datenspeichern, um die Verwendung des jeweiligen Gerätes und/oder der darin gespeicherten Daten durch nicht autorisierte Dritte gezielt zu verhindern.
Vorzugsweise ist die Manipulationseinrichtung dazu eingerichtet, ein Durchgehen, insbesondere ein thermisches Durchgehen (im Englischen als Thermal Runaway bezeichnet), der Energiespeichereinrichtung herbeizuführen, bei welchem die Energiespeichereinrichtung irreversibel zerstört wird. Unter einem thermischen Durchgehen ist insbesondere eine Überhitzung der Energiespeichereinrichtung aufgrund einer sich selbst verstärkenden exothermen chemischen Reaktion zu verstehen, durch welche eine Zerstörung der Energiespeichereinrichtung durch Zerbersten und/oder Explosion aufgrund von Überdruck und/oder durch Feuer bzw. Brand verursacht wird.
Vorzugsweise ist die Manipulationseinrichtung dazu eingerichtet, einen externen und/oder internen Kurzschluss in der Energiespeichereinrichtung zu bewirken, durch welchen das Durchgehen der Energiespeichereinrichtung bewirkt wird. Dies kann beispielsweise durch Erzeugen eines lokalen Kurzschlusses der internen Elektroden erfolgen, durch welchen ein Kurzschlussstrom aufgrund des inneren Widerstandes die nähere Umgebung der Stelle des Kurzschlusses so weit aufheizt, dass in den umliegenden Bereichen ebenfalls Kurzschlüsse erzeugt werden. Dieser Prozess weitet sich aus, so dass die im Akkumulator gespeicherte Energie in sehr kurzer Zeit freigesetzt wird.
Vorzugsweise weist die Energiespeichereinrichtung bzw. jede der Zellen der Energiespeichereinrichtung eine Anode und eine Kathode auf, wobei die Manipulationseinrichtung dazu eingerichtet ist, einen internen Kurzschluss durch Herstellen eines elektrischen und/oder physischen Kontaktes zwischen der Anode und der Kathode zu bewirken. Im Falle eines physischen Kontaktes berühren sich Anode und Kathode an zumindest einer Stelle direkt und werden auf diese Weise kurzgeschlossen. Im Falle eines elektrischen Kontaktes reicht es aus, wenn eine Verbindung zwischen Anode und Kathode durch ein elektrisch leitendes Element, wie etwa einen in der Zelle eingeschlossenen Fremdpartikel und/oder ein von außen in die Zelle eingeführtes Element, hergestellt wird.
Durch die vorstehend beschriebenen Möglichkeiten des Herbeiführens eines, insbesondere thermischen, Durchgehens der Energiespeichereinrichtung mittels internen Kurzschlusses wird eine besonders wirkungsvolle Zerstörung der Energiespeichereinrichtung auf einfache Weise erreicht, so dass die damit einhergehende teilweise Zerstörung des mit dem Luftfahrzeug beförderten Frachtguts entsprechend wirkungsvoll ist und damit die Nutzbarkeit bzw. Verwertbarkeit des Frachtguts, bei welchem es sich um sensible Dokumente und/oder Datenträger mit sensiblen Daten handeln kann, durch nicht autorisierte Dritte ausgeschlossen oder zumindest unwahrscheinlich ist.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist die Energiespeichereinrichtung bzw. zumindest eine der Zellen der Energiespeichereinrichtung einen zwischen der Anode und der Kathode angeordneten wärmeschrumpfenden Separator auf. Die Manipulationseinrichtung ist ferner dazu eingerichtet, eine Erwärmung der Energiespeichereinrichtung und/oder zumindest des Separators herbeizuführen, so dass der Separator derart schrumpft, dass sich Anode und Kathode an zumindest einer Stelle berühren. Dies wird beispielsweise dadurch erreicht, dass der zwischen der Anode und Kathode befindliche Separator keinen oder nur einen geringfügigen Überstand aufweist, so dass sich dieser aufgrund der Erwärmung in das Innere der Zelle zurückzieht, wodurch sich Anode und Kathode zumindest im Randbereich der Zelle berühren und dadurch einen internen Kurzschluss verursachen.
Vorzugsweise ist die Manipulationseinrichtung dazu eingerichtet, die Erwärmung der Energiespeichereinrichtung, insbesondere des Separators, durch Erzeugen eines externen, insbesondere niederohmigen oder hochohmigen, Kurzschlusses zwischen Anode und Kathode herbeizuführen. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass Anode und Kathode extern über einen Lastwiderstand verbunden werden, durch welchen relativ hohe Ströme fließen, die eine Erwärmung der Energiespeichereinrichtung bzw. Zellen bewirken. Dadurch lässt sich auf einfache Weise eine starke Erwärmung der Zelle und ein damit verbundenes Schrumpfen des Separators erreichen, das schließlich zu einem internen Kurzschluss und damit einem Durchgehen der Zelle führt.
Alternativ oder zusätzlich weist die Manipulationseinrichtung mindestens ein elektrisch leitendes Perforationselement, insbesondere einen Nagel, einen Stift, eine Nadel oder einen Dorn, auf und ist dazu eingerichtet, das Perforationselement von außen in die Energiespeichereinrichtung zu stoßen, wobei ein elektrischer und/oder physischer Kontakt zwischen der Anode und der Kathode hergestellt wird. Das von außen in die Energiespeichereinrichtung eindringende Perforationselement durchdringt die Anode und/oder Kathode und schließt diese dabei kurz. Dazu ist es ausreichend, wenn das Perforationselement nur die Anode oder die Kathode durchdringt und bis zur Kathode bzw. Anode vordringt und Letztere zumindest berührt. Werden dagegen sowohl Anode und Kathode von dem Perforationselement durchdrungen, so wird ein interner Kurzschluss mit besonders hoher Zuverlässigkeit erzielt.
Alternativ oder zusätzlich weist die Manipulationseinrichtung mindestens ein Druckelement auf und ist dazu eingerichtet, das Druckelement von außen so stark an die Energiespeichereinrichtung zu drücken, dass ein elektrischer und/oder physischer Kontakt zwischen der Anode und der Kathode hergestellt wird. Bei dieser Variante ist es nicht erforderlich, dass das Druckelement selbst in das Innere der Energiespeichereinrichtung eindringt. Vielmehr werden alleine aufgrund des von außen auf die Energiespeichereinrichtung ausgeübten Drucks Anode und Kathode trotz des dazwischen befindlichen Separators so nahe aufeinander zubewegt, dass sich diese zumindest stellenweise direkt berühren oder ein elektrischer Kontakt, beispielsweise von aufgrund im Separator enthaltenen elektrisch leitenden Partikeln, zwischen Anode und Kathode zustande kommt. Auch hierdurch lässt sich auf einfache und zuverlässige Weise ein interner Kurzschluss erzeugen, welcher zu einem Durchgehen der Energiespeichereinrichtung führt.
Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, das Druckelement im Innern der Energiespeichereinrichtung anzuordnen. Analog zu dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel drückt das, z.B. mittels eines Federelements vorgespannte, Druckelement so stark auf das Schichtsystem aus Anode, Separator und Kathode, dass ein elektrischer und/oder physischer Kontakt zwischen der Anode und der Kathode hergestellt und damit ein interner Kurzschluss verursacht wird.
Es ist ferner bevorzugt, die Energiespeichereinrichtung derart auszugestalten, dass durch eine Zerstörung der Energiespeichereinrichtung das Luftfahrzeug und/oder das mit dem Luftfahrzeug beförderte Frachtgut einschließlich etwaiger Dokumente und/oder Datenträger zumindest teilweise zerstört wird. Vorzugsweise hat die Energiespeichereinrichtung eine Größe und/oder Form, durch welche im Falle einer Zerstörung der Energiespeichereinrichtung eine zumindest teilweise Zerstörung des Luftfahrzeugs bzw. des damit beförderten Frachtguts gefördert wird. Alternativ oder zusätzlich kann am Luftfahrzeug eine Halterung vorgesehen sein, welche zur Aufnahme des zu befördernden Frachtguts ausgebildet ist und dabei so nahe an der Energiespeichereinrichtung angeordnet ist, dass eine Zerstörung der Energiespeichereinrichtung, beispielsweise durch Explosion und/oder Brand, sofort und/oder unmittelbar auf das beförderte Frachtgut wirkt und auch dieses zumindest teilweise zerstört.
Vorzugsweise weist das Luftfahrzeug eine Steuerungseinrichtung auf, die dazu eingerichtet ist, die Manipulationseinrichtung so zu steuern, dass diese eine Zerstörung der Energiespeichereinrichtung herbeiführt, wenn von einer Bedienperson oder Kontrollinstanz ein Steuerungsbefehl gegeben wird und/oder wenn sich das Luftfahrzeug in mindestens einer vorgegebenen Flugsituation befindet. Vorzugsweise weist das Luftfahrzeug eine Detektionseinrichtung auf, welche dazu eingerichtet ist, die mindestens eine vorgegebene Flugsituation des Luftfahrzeugs, insbesondere einen Absturz, Zusammenstoß oder Abschuss des Luftfahrzeugs, zu erfassen. Die Zerstörung der Energiespeichereinrichtung und damit auch des mit dem Luftfahrzeug beförderten Frachtguts kann dadurch gezielt veranlasst werden, beispielsweise wenn einer Bedienperson vom Luftfahrzeug Informationen übermittelt werden, die auf eine kritische Situation schließen lassen, in welcher nicht autorisierte Dritte gegebenenfalls Zugriff auf das mit dem Luftfahrzeug beförderte Frachtgut erlangen könnten. Alternativ kann ein entsprechender Steuerungsbefehl auch von einer Kontrollinstanz gegeben werden, welche dazu ausgelegt ist, anhand aktueller Informationen über das Luftfahrzeug automatisch auf das Vorliegen solcher kritischer Situationen zu schließen. Die Ausstattung des Luftfahrzeugs mit einer entsprechenden Detektionsvorrichtung hat den besonderen Vorteil, dass eine kritische Flugsituation im Luftfahrzeug selbst erkannt werden kann und daraufhin eine Zerstörung der Energiespeichereinrichtung herbeigeführt werden kann, ohne dass es hierfür einer Funkverbindung mit einer Bedienperson bzw. Kontrollinstanz bedarf.
Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Figuren. Es zeigen:
1 ein Beispiel eines unbemannten Luftfahrzeugs;
2 eine erstes Beispiel einer elektrochemischen Energiespeichereinrichtung und einer Manipulationseinrichtung;
3 ein zweites Beispiel einer elektrochemischen Energiespeichereinrichtung und einer Manipulationseinrichtung; und
4 ein drittes Beispiel einer elektrochemischen Energiespeichereinrichtung und einer Manipulationseinrichtung.
1 zeigt ein Beispiel eines unbemannten Luftfahrzeugs 1, welches im vorliegenden Beispiel als sogenannter Quadrocopter ausgebildet ist. Eine nur schematisch angedeutete Antriebseinrichtung 2 weist vier Propeller 3 auf, die jeweils um eine im Wesentlichen vertikale Achse rotieren und entweder direkt oder indirekt, d.h. über ein Getriebe, von einem oder mehreren Elektromotoren (nicht dargestellt) angetrieben werden.
Zur Versorgung der Antriebseinrichtung 2 mit elektrischer Energie ist eine elektrochemische Energiespeichereinrichtung 4 vorgesehen, bei der es sich vorzugsweise um einen Lithium-Ionen-Akkumulator handelt, der mehrere Lithium-Ionen-Zellen aufweist. Die Energiespeichereinrichtung 4 befindet sich im vorliegenden Beispiel in einem mit der Antriebseinrichtung verbundenen Gehäuse 5.
Ferner ist eine Aufnahmeeinrichtung 6 vorgesehen, welche am Gehäuse 5 angebracht und/oder in das Gehäuse 5 integriert und dazu eingerichtet ist, einen oder mehrere jeweils zu befördernde Gegenstände 7, welche im Zusammenhang mit der Erfindung auch als Frachtgut bezeichnet werden, aufzunehmen. Bei dem bzw. den Gegenständen 7 handelt es sich vorzugsweise um Güter, Dokumente und/oder Datenträger, die nicht in die Hände nicht autorisierter Dritter gelangen sollen. So kann ein Gegenstand 7 beispielsweise als elektronischer Datenspeicher, beispielsweise als USB-Stick oder SD-Karte, ausgebildet sein und mit geheimzuhaltenden bzw. sensiblen Daten beschrieben sein.
Um zu verhindern, dass das mit dem Luftfahrzeug 1 beförderte Frachtgut 7 beispielsweise nach einem Absturz, Zusammenstoß, unbeabsichtigten Abweichen von der ursprünglich geplanten Flugroute, einer Entführung oder einem anderen Eingriff in die Hände nicht berechtigter Personen oder Institutionen gelangen kann, ist eine Manipulationseinrichtung 8 vorgesehen, die derart auf die Energiespeichereinrichtung 4 einwirken kann, dass Letztere gezielt zerstört wird und dabei das Frachtgut 7 ebenfalls zerstört oder zumindest teilweise zerstört. Die Manipulationseinrichtung 8 wird dazu von einer Steuerungseinrichtung 9 entsprechend gesteuert. Beispielsweise ist die Steuerungseinrichtung 9 dazu eingerichtet, eine Zerstörung der Energiespeichereinrichtung 4 durch die Manipulationseinrichtung 8 zu veranlassen, nachdem ein entsprechender Steuerungsbefehl von einer Bedienperson und/oder einer externen Steuerungseinheit oder Kontrollinstanz gegeben wurde. Ergibt sich während des Fluges des Luftfahrzeugs 1 beispielsweise anhand der aufgezeichneten Flugroute und/oder anhand von Betriebsparametern des Luftfahrzeugs, dass dieses von der ursprünglichen Flugroute abweicht bzw. ein Absturz oder Zusammenstoß bevorsteht oder bereits erfolgt ist, so kann die Bedienperson bzw. die externe Kontrollinstanz gezielt einen entsprechenden Steuerungsbefehl an die Steuerungseinheit 9 senden, die dann die Manipulationseinrichtung 8 zur Zerstörung der Energiespeichereinrichtung 4 entsprechend ansteuert.
Alternativ oder zusätzlich kann im Luftfahrzeug 1 eine Detektionseinrichtung 10 vorgesehen sein, die dazu eingerichtet ist, die jeweils aktuelle Flugsituation zu erfassen, beispielsweise die Flugroute, GPS-Daten, Höhe, Geschwindigkeit, Beschleunigung etc., und diese zur weiteren Auswertung an die Steuerungseinrichtung 9 zur Auswertung weiterzuleiten. Ergibt die Auswertung der Flugdaten, dass eine vorgegebene Flugsituation, wie etwa ein bevorstehender oder bereits erfolgter Absturz, Zusammenstoß oder Abschuss des Luftfahrzeugs, vorliegt, so gibt die Steuerungseinrichtung 9 einen entsprechenden Befehl an die Manipulationseinrichtung 8 zur Zerstörung der Energiespeichereinrichtung 5.
Um eine möglichst effiziente Zerstörung des Frachtguts 7 zu gewährleisten, ist die Aufnahmeeinrichtung 6 vorzugsweise möglichst nahe an einem Bereich der Energiespeichereinrichtung 4 angeordnet, von welchem aus im Falle der Zerstörung der Energiespeichereinrichtung 4, beispielsweise durch Explosion und/oder Brand, eine möglichst große Zerstörungswirkung auf die Umgebung ausgeht. Im vorliegenden Beispiel der 1 ist die Aufnahmeeinrichtung 6 zu diesem Zweck im Bereich einer der großen Seitenwände einer im Wesentlichen quaderförmigen Energiespeichereinrichtung angeordnet.
Vorzugsweise sind die Energiespeichereinrichtung 4 und die Manipulationseinrichtung 8 derart ausgestaltet, dass die Zerstörung der Energiespeichereinrichtung 4 herbeigeführt wird, indem die Manipulationseinrichtung 8 dafür sorgt, dass die Energiespeichereinrichtung durchgeht. Vorzugsweise wird hierbei ein sog. thermisches Durchgehen der Energiespeichereinrichtung 4 herbeigeführt, bei welchem eine Überhitzung aufgrund einer sich selbst verstärken exothermen chemischen Reaktion in der Energiespeichereinrichtung 4 stattfindet, die eine Zerstörung, insbesondere eine Explosion oder ein Zerbersten aufgrund von Überdruck und/oder einen Brand, zur Folge hat.
Bevorzugte Beispiele zur Herbeiführung eines Durchgehens der Energiespeichereinrichtung 4 werden im Folgenden näher erläutert.
2 zeigt ein erstes Beispiel einer elektrochemischen Energiespeichereinrichtung 4 und einer Manipulationseinrichtung 8. Die Energiespeichereinrichtung 4 weist mehrere in Reihe und/oder parallel geschaltete elektrochemische Zellen auf, von denen im vorliegenden Beispiel aus Anschaulichkeitsgründen lediglich eine aus einer Anode 11, einer Kathode 12 und einem zwischen Anode 11 und Kathode 12 befindlichen Separator 13 zusammengesetzte Zelle gezeigt wird.
Als Separator 13 wird vorzugsweise ein wärmeschrumpfendes Material verwendet, das sich im Falle einer Temperaturerhöhung zusammenzieht. Als wärmeschrumpfendes Material eignen sich insbesondere Polyolefin-basierte Separatoren wie z.B. Polyethylen (PE) oder Polypropylen (PP). Auch mehrlagige Sequenzen wie z.B. PP/PE/PP sind möglich (z.B. Celgard^® 2325, 25µm dick). Die Wärmeschrumpfung erhöht sich bei dünneren Separatoren weiter vorteilhaft (ca. 10–15µm dick).
Im vorliegenden Beispiel bilden Anode 11, Separator 13 und Kathode 12 ein aus einzelnen Schichten zusammengesetztes Ensemble, wobei die Größe der Separatorschicht 13 so gewählt wird, dass diese nicht oder nur geringfügig über die Anoden- und Kathodenfläche 11 bzw. 12 hinausragt, wie im vorliegenden Beispiel angedeutet ist.
Im Falle einer Temperaturerhöhung in der Energiespeichereinrichtung 4 zieht sich die Separatorschicht 13 zusammen, wobei sich die Kontraktion in der Ebene der Separatorschicht 13 stärker bemerkbar macht als senkrecht zur Ebene. Dies ist anhand der im rechten Teil der 2 gezeigten Energiespeichereinrichtung 4 veranschaulicht, bei welcher der Separator 13 so stark geschrumpft ist, dass sich Anode 11 und Kathode 12 im Bereich ihrer Ränder berühren und damit einen internen Kurzschluss der Zelle verursachen, welcher zu einem thermischen Durchgehen der Zelle führt.
Die für das Schrumpfen des Separators 13 erforderliche Temperaturerhöhung in der Energiespeichereinrichtung 4 kann auf unterschiedliche Weise erzielt werden. Im dargestellten Beispiel wird eine Temperaturerhöhung in der Energiespeichereinrichtung 4 durch einen, vorzugsweise niederohmigen, externen Kurzschluss erreicht. Beispielsweise ist dazu ein ohmscher Widerstand 15 vorgesehen, welcher über einen von der Manipulationseinrichtung 8 gesteuerten Schalter 16 mit der Anode 11 und der Kathode 12 verbunden wird. Der Widerstand 15 ist dabei so dimensioniert, dass sich die Zelle aufgrund einer relativ schnellen Ladungsentnahme so stark erwärmt, dass sich der Separator 13, wie im rechten Teil der 2 angedeutet, schrumpft, was schließlich zu einem internen Kurzschluss zwischen Anode 11 und Kathode 12 führt.
3 zeigt ein zweites Beispiel einer elektrochemischen Energiespeichereinrichtung 4 und einer Manipulationseinrichtung 8, die ein elektrisch leitendes Perforationselement 17 aufweist, bei welchem es sich um ein mit einer Spitze versehenes metallisches Element handelt, wie zum Beispiel einen Nagel, Stift oder Dorn oder eine Nadel.
Das Perforationselement 17 ist so geformt und/oder dimensioniert, dass es von außen die Gehäusewand, beispielsweise eine Metallfolie, der Energiespeichereinrichtung 4, zumindest eine der Elektroden 12 bzw. 11 und den Separator 13 durchdringen kann und dadurch einen elektrischen Kontakt zwischen der Anode 11 und der Kathode 12 herstellt.
Bei dem im linken Teil der 3 gezeigten Beispiel hat das Perforationselement 17 eine Seitenwand der Energiespeicherzelle 4, die Kathode 12 sowie den Separator 13 durchdrungen, so dass die Spitze des Perforationselements 17 die Anode 11 berührt und diese damit mit der Kathode 12 elektrisch leitend verbindet, so dass ein interner Kurzschluss die Folge ist.
Bei dem im rechten Teil der 3 gezeigten Beispiel hat das Perforationselement 17 auch die Anode 11 durchbohrt, welche dadurch besonders gut elektrisch leitend mit der Kathode 12 verbunden wird.
In beiden Fällen führt der auf diese Weise erzeugte interne Kurzschluss zu einem thermischen Durchgehen der Energiespeichereinrichtung 4, wie bereits obenstehend näher erläutert wurde.
4 zeigt ein drittes Beispiel einer elektrochemischen Energiespeichereinrichtung 4 und einer Manipulationseinrichtung 8, welche ein Druckelement 19 aufweist, das beispielsweise mit einer Feder vorgespannt ist und durch die Manipulationseinrichtung 8 ausgelöst werden kann, woraufhin das Druckelement 19 von außen auf die Energiespeichereinrichtung 4 drückt, so dass die Seitenwand zumindest teilweise deformiert wird, wie durch die gestrichelte Linie angedeutet ist, und die im Inneren der Energiespeichereinrichtung 4 liegenden Schichten von Anode 11, Separator 13 und Kathode 12 an zumindest einer Stelle so stark zusammengedrückt werden, dass dort ein sog. Feinschluss auftritt, welcher in 4 durch den dunkel hervorgehobenen Flächenbereich auf der Höhe des Druckelements 19 angedeutet ist. Bei einem Feinschluss handelt es sich um einen vorzugsweise hochohmigen internen Kurzschluss, der zunächst eine erhöhte Selbstentladung der Zelle zur Folge hat und sich in der Folge zu einem harten Kurzschluss entwickelt, der schließlich zu einem thermischen Durchgehen der Energiespeichereinrichtung 4 führt.
Alternativ oder zusätzlich zu einem von außen auf die Energiespeichereinrichtung 4 drückenden Druckelement 19 kann ein entsprechend kleiner dimensioniertes Druckelement (nicht dargestellt) auch im Inneren der Energiespeichereinrichtung 4 angeordnet sein und von der Manipulationseinrichtung 8 so angesteuert werden, dass es das Schichtsystem aus Anode 11, Separator 13 und Kathode 12 zumindest stellenweise so stark zusammendrückt, dass dort ein interner Feinschluss auftritt.
Die elektrochemische Energiespeichereinrichtung 4 und die Manipulationseinrichtung 8 bilden zusammen ein Energiespeichermodul, das nicht nur in unbemannten Luftfahrzeugen (vgl. 1), sondern auch in anderen, insbesondere unbemannten, Fahrzeugen sowie in Geräten aller Art eingesetzt werden kann, wie etwa stationären oder mobilen Computern, Smartphones, Tablet-Computer, externen Festplattenlaufwerken und anderen Datenspeichern, um die Verwendung des jeweiligen Gerätes und/oder der darin gespeicherten Daten durch nicht autorisierte Dritte gezielt zu unterbinden.
Bezugszeichenliste

1: unbemanntes Luftfahrzeug
2: Antriebseinrichtung
3: Propeller
4: elektrochemische Energiespeichereinrichtung
5: Gehäuse
6: Aufnahmeeinrichtung
7: Frachtgut
8: Manipulationseinrichtung
9: Steuerungseinrichtung
10: Detektionseinrichtung
11: Anode
12: Kathode
13: Separator
15: ohmscher Widerstand
16: Schalter
17: Perforationselement
19: Druckelement

Claims

Unbemanntes Luftfahrzeug (1) mit einer Antriebseinrichtung (2), welche dazu eingerichtet ist, das Luftfahrzeug (1) anzutreiben, und einer elektrochemischen Energiespeichereinrichtung (4), welche dazu eingerichtet ist, elektrische Energie zu speichern und die Antriebseinrichtung (2) mit elektrischer Energie zu versorgen, gekennzeichnet durch eine Manipulationseinrichtung (8), welche dazu eingerichtet ist, eine Zerstörung der Energiespeichereinrichtung (4) herbeizuführen.
Luftfahrzeug (1) nach Anspruch 1, wobei die Manipulationseinrichtung (8) dazu eingerichtet ist, ein Durchgehen, insbesondere ein thermisches Durchgehen, der Energiespeichereinrichtung (4) herbeizuführen, bei welchem die Energiespeichereinrichtung (4) zerstört wird.
Luftfahrzeug (1) nach Anspruch 2, wobei die Manipulationseinrichtung (8) dazu eingerichtet ist, einen externen und/oder internen Kurzschluss der Energiespeichereinrichtung (4) zu bewirken, durch welchen das Durchgehen der Energiespeichereinrichtung (4) bewirkt wird.
Luftfahrzeug (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Energiespeichereinrichtung (4) eine Anode (11) und eine Kathode (12) aufweist und die Manipulationseinrichtung (8) dazu eingerichtet ist, einen internen Kurzschluss durch Herstellen eines elektrischen und/oder physischen Kontaktes zwischen der Anode (11) und der Kathode (12) zu bewirken.
Luftfahrzeug (1) nach Anspruch 4, wobei die Energiespeichereinrichtung (4) ferner einen zwischen der Anode (11) und der Kathode (12) angeordneten wärmeschrumpfenden Separator (13) aufweist und die Manipulationseinrichtung (8) dazu eingerichtet ist, eine Erwärmung der Energiespeichereinrichtung (4) und/oder des Separators (13) herbeizuführen, wodurch der Separator (13) derart schrumpft, dass sich Anode (11) und Kathode (12) an zumindest einer Stelle berühren.
Luftfahrzeug (1) nach Anspruch 5, wobei die Manipulationseinrichtung (8) dazu eingerichtet ist, die Erwärmung der Energiespeichereinrichtung (4) und/oder des Separators (13) durch Erzeugen eines externen, insbesondere hochohmigen, Kurzschlusses zwischen Anode (11) und Kathode (12) herbeizuführen.
Luftfahrzeug (1) nach Anspruch 4, wobei die Manipulationseinrichtung (8) mindestens ein elektrisch leitendes Perforationselement (17), insbesondere einen Nagel, einen Stift, eine Nadel oder einen Dorn, aufweist und dazu eingerichtet ist, das Perforationselement (17) von außen in die Energiespeichereinrichtung (4) zu stoßen, wobei ein elektrischer und/oder physischer Kontakt zwischen Anode (11) und Kathode (12) hergestellt wird.
Luftfahrzeug (1) nach Anspruch 4, wobei die Manipulationseinrichtung (8) mindestens ein Druckelement (19) aufweist und dazu eingerichtet ist, das Druckelement (19) von außen so stark an die Energiespeichereinrichtung (4) zu drücken, dass ein elektrischer und/oder physischer Kontakt zwischen Anode (11) und Kathode (12) hergestellt wird.
Luftfahrzeug (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Energiespeichereinrichtung (4) derart ausgestaltet und/oder angeordnet ist, dass durch eine Zerstörung der Energiespeichereinrichtung (4) das Luftfahrzeug (1) und/oder das mit dem Luftfahrzeug (1) beförderte Frachtgut (7), insbesondere ein oder mehrere Dokumente und/oder Datenträger, zumindest teilweise zerstört wird.
Luftfahrzeug (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche mit einer Steuerungseinrichtung (9), welche dazu eingerichtet ist, die Manipulationseinrichtung (8) so zu steuern, dass die Manipulationseinrichtung (8) eine Zerstörung der Energiespeichereinrichtung (4) herbeiführt, wenn von einer Bedienperson oder Kontrollinstanz ein Steuerungsbefehl gegeben wird und/oder sich das Luftfahrzeug (1) in mindestens einer vorgegebenen Flugsituation befindet.
Luftfahrzeug (1) nach Anspruch 10 mit einer Detektionseinrichtung (10), welche dazu eingerichtet ist, die mindestens eine vorgegebene Flugsituation des Luftfahrzeugs (1), insbesondere einen Absturz, Zusammenstoß oder Abschuss des Luftfahrzeugs (1), zu erfassen.
Energiespeichermodul mit einer elektrochemischen Energiespeichereinrichtung (4), welche dazu eingerichtet ist, elektrische Energie zu speichern, gekennzeichnet durch eine Manipulationseinrichtung (8, 15, 16, 17, 19), welche dazu eingerichtet ist, eine Zerstörung der Energiespeichereinrichtung (4) herbeizuführen.
Verfahren zur Steuerung eines unbemannten Luftfahrzeugs (1) mit einer Antriebseinrichtung (2), welche dazu eingerichtet ist, das Luftfahrzeug (1) anzutreiben, und einer elektrochemischen Energiespeichereinrichtung (4), welche dazu eingerichtet ist, elektrische Energie zu speichern und die Antriebseinrichtung (2) mit elektrischer Energie zu versorgen, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zerstörung der Energiespeichereinrichtung (4) herbeigeführt wird, wenn von einer Bedienperson oder Kontrollinstanz ein Steuerungsbefehl gegeben wird und/oder sich das Luftfahrzeug (1) in mindestens einer vorgegebenen Flugsituation befindet.