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Die Erfindung geht aus von einem elektromechanischen Stecker, einem elektrochemischen Energiespeichersystem sowie einem elektrisch antreibbaren Fahrzeug gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche.
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Stand der Technik
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Die Druckschrift
DE 10 2014 200 202 A1 offenbart eine Batteriezelle umfassend ein Zellgehäuse, eine erste Elektrode mit einer ersten Polarität, eine zweite Elektrode mit einer zweiten Polarität und eine Überspannungsschutzvorrichtung zur Ausbildung eines Kurzschlusses zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode, wobei die Überspannungsschutzvorrichtung eine in eine Öffnung des Zellgehäuses eingesetztes erstes Kontaktierungselement, welches mit der ersten Elektrode elektrisch leitend verbunden ist, und beabstandet von dem ersten Kontaktierungselement ein zweites Kontaktierungselement, welches mit der zweiten Elektrode elektrisch leitfähig verbunden ist, umfasst. Das erste Kontaktierungselement ist dabei ausgebildet, das zweite Kontaktierungselement zur Ausbildung eines Kurzschlusses zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode elektrisch leitfähig zu kontaktierten, wenn ein Zellgehäuseinnendruck einen Umgebungsdruck um einen ersten Schwellenwert überschreitet. Ferner ist das erste Kontaktierungselement ausgebildet, die Öffnung des Zellgehäuses zumindest teilweise freizugeben, wenn ein Zellgehäuseinnendruck einen Umgebungsdruck um einen zweiten Schwellenwert überschreitet.
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Die Druckschrift
KR 10-1078351 offenbart ein Sicherheitsventil für eine Batterie, um einen Druck innerhalb der Batterie an einen Außendruck der Batterie auszugleichen, insbesondere wenn die Batterie in einem kritischen Zustand ist.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Stand der Technik weiter zu verbessern. Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Vorgehensweise mit den kennzeichnenden Merkmalen der unabhängigen Ansprüche weist demgegenüber den Vorteil auf, dass Druckunterschiede zwischen einem durch die Dichtung verschlossenen Drucksystem und einem Umgebungsdruck des elektromechanischen Steckers angeglichen werden können. Dazu umfasst der elektromechanische Stecker ein Steckergehäuse, eine Dichtung zum luftdichten Verbinden des Steckers mit einem Gegenstück zur Dichtung, elektrischen Anschlüssen zum elektrischen Verbinden des Steckers mit Polen eines elektrochemischen Energiespeichers, wobei der elektromechanische Stecker, insbesondere ein Steckergehäuse des elektromechanischen Steckers, zumindest eine Druckausgleichsvorrichtung umfasst.
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Ein Druck in einem durch die Dichtung verschließbaren Drucksystems des elektrochemischen Energiespeichers ist an einen Umgebungsdruck des elektromechanischen Steckers mittels der Druckausgleichsvorrichtung angleichbar.
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Hierzu wird ein Unterdruck in dem Drucksystem des elektrochemischen Energiespeichers mittels der Druckausgleichsvorrichtung an den Umgebungsdruck des elektromechanischen Steckers angeglichen, wobei die Druckausgleichsvorrichtung eine erste Dimensionierung eines zulässigen Drucks bis zum Ansprechen der Druckausgleichsvorrichtung aufweist, und/oder ein Überdruck in dem Drucksystem des elektrochemischen Energiespeichers wird mittels der Druckausgleichsvorrichtungen an den Umgebungsdruck des elektromechanischen Steckers angeglichen, wobei die Druckausgleichsvorrichtung eine zweite Dimensionierung eines zulässigen Drucks bis zum Ansprechen der Druckausgleichsvorrichtung aufweist.
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Im Vergleich zum Stand der Technik kann dadurch in vorteilhafterweise Weise ein Druck in einem geschlossenen, luft- und/oder gasdichten elektrochemischen Energiespeicher auf einfache Weise an einen Umgebungsdruck angeglichen werden.
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Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die Druckausgleichsvorrichtung weist ein zumindest teilweise schlagartige und/oder eine kontinuierliche Öffnungscharakteristik auf.
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Dadurch können bauvariantenspezifische Anforderungen leicht umgesetzt werden. So kann beispielsweise ein elektrochemischer Energiespeicher mit einer hohen Druckresistenz, also einem hohen maximalen Druck widerstehen, was jedoch eine schlagartige Öffnung des Ventils bei Überschreiten eines Grenzwerts notwendig macht, um einen kritischen Zustand des elektrochemischen Energiespeicher zu verhindern.
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Die Druckausgleichsvorrichtung umfasst eine Schutzvorrichtung zur Reduzierung durch Verunreinigungen.
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Dadurch können Anforderungen einer Betriebssicherheit des elektromechanischen Steckers sichergestellt werden. Weiter kann der elektromechanische Stecker in Umgebungen mit einer hohen Verunreinigung, beispielsweise durch Partikel, verwendet werden.
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Die Druckausgleichvorrichtung ist vorteilhaftweise flüssigkeitsdicht, wodurch ein Eindringen von Flüssigkeit in den elektromechanischen Stecker und/oder in den elektrochemischen Energiespeicher zuverlässig unterbunden wird.
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Die Druckausgleichsvorrichtung verhindert eine Kondensation innerhalb des durch die Dichtung verschlossenen Drucksystems, wodurch die elektronischen Teile und/oder der elektrochemische Energiespeicher vor Schäden durch beispielsweise durch Kurschlüsse geschützt werden.
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Die Druckausgleichsvorrichtung wird aktiv angesteuert und/oder ist eine passive Druckausgleichsvorrichtung.
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Wird in einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen elektromechanischen Steckers die Druckausgleichsvorrichtung aktiv angesteuert, kann beispielweise mittels eines Regelsystems ein Druckausgleich mit einer hohen Genauigkeit geregelt werden, beispielsweise mittels Drucksensoren.
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Ist die Druckausgleichsvorrichtung in einer weiteren Ausführungsform eine passive Druckausgleichsvorrichtung, so handelt es sich um ein autarkes Druckausgleichssystem, das vorteilhafterweise unabhängig von weiterer Elektronik, beispielsweise Steuerungsvorrichtungen, funktioniert und einen sicheren Betrieb des elektromechanischen Steckers und/oder des elektrochemischen Energiespeichers gewährleistet.
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Die Druckausgleichsvorrichtung umfasst elektrisch und/oder pneumatisch betätigte Ventile, Proportionalventile, Vollhubventile und/oder Membrane.
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Dadurch lassen sich vorteilhafterweise Anforderungen an einen Bauraum, an eine Steckergeometrie und/oder an eine Ansprechgeschwindigkeit der Druckausgleichsvorrichtungen umsetzen.
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Vorteilhafterweise umfasst ein elektrochemisches Energiespeichersystem ein Gehäuse, einen elektrochemischen Energiespeicher sowie den erfindungsgemäßen elektromechanischen Stecker zum elektrischen Verbindungen von Polen des elektrochemischen Energiespeichers mit Anschlusspolen des elektrochemischen Energiespeichersystems und luftdichtem Verschließen des Gehäuses mittels einer Dichtung des elektromechanischen Stecker.
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Dadurch kann vorteilhafterweise eine weitere Öffnung in dem elektrochemischen Energiespeichersystem eingespart werden, da sowohl die elektrische Verbindung, als auch ein integrierter Druckausgleich mittels der Druckausgleichvorrichtung des elektromechanischen Steckers erfolgt.
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Vorteilhafterweise umfasst der elektrochemische Energiespeicher eine Lithium-Ionen-, Lithium-Schwefel-, Lithium-Luft-Batterie und/oder eine Batterie mit einem Feststoffelektrolyt.
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Vorteilhafterweise wird das elektrochemischen Energiespeichersystems mit dem erfindungsgemäßen elektromechanischen Stecker für Elektrofahrzeuge, Hybridfahrzeuge, Pedelecs oder E-Bikes, für portable Einrichtungen zur Telekommunikation oder Datenverarbeitung, für elektrische Handwerkzeuge oder Küchenmaschinen, so-wie in stationären Speichern zur Speicherung insbesondere regenerativ gewonnener elektrischer Energie verwendet.
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Figurenliste
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen elektromechanischen Steckers; und
- 2 eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen elektrochemischen Energiespeichersystems; und
- 3 zeigt beispielhaft in einem Diagramm eine Öffnungscharakteristik in Abhängigkeit des Differenzdrucks; und
- 4 eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen elektromechanischen Steckers.
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Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in allen Figuren gleiche Vorrichtungskomponenten.
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1 zeigt eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen elektromechanischen Steckers. Der elektromechanische Stecker 100 umfasst ein Steckergehäuse 101 mit einer Dichtung 102 zum luftdichten Verbinden des Steckergehäuse 101 mit einem Gegenstück 201, elektrische Anschlüsse HV1, HV2 zum elektrischen Verbinden des Steckers 100 mit Polen 202a, 202b eines elektrochemischen Energiespeichers 206. Die elektrischen Anschlüsse HV1, HV2 sind mit elektrischen Leitungen 103, 104 elektrisch verbunden. Mittels der elektrischen Leitungen 103, 104 kann eine elektrische Verbindung zwischen den elektrischen Anschlüssen HV1, HV2 und beispielsweise einem Verbraucher erfolgen. Weiter umfasst der elektromechanische Stecker 100 zumindest eine Druckausgleichsvorrichtung VPi.
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Die Druckausgleichsvorrichtung VPi ist mittels eines Hohlkörpers Pi1, beispielsweise eine Zuleitung zur Luft- und/oder Gaszufuhr, mit einem durch die Dichtung 102 verschlossenen Drucksystem 105 verbunden. In dem Drucksystem 105 herrscht ein Druck Pi. Durch den Hohlkörper Pi1, beispielweise eine Luft- und/oder Gas führende Zuleitung, liegt der Druck Pi an der ersten Druckausgleichsvorrichtung VPi an. Weiter ist die Druckausgleichsvorrichtung VPi mittels eines Hohlkörpers Pa1, beispielsweise einer Zuleitung zur Luft- und/oder Gaszufuhr, mit einer Umgebung des elektromechanischen Steckers 100 verbunden. Ein Umgebungsdruck Pa der Umgebung liegt durch den Hohlkörper Pa1 an der ersten Druckausgleichsvorrichtung VPi an.
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Weiter umfasst der Hohlkörper Pa1 eine Schutzvorrichtung 106 zur Reduzierung durch Verunreinigungen, beispielsweise in Form einer Membran und/oder Filters.
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2 zeigt ein elektrochemisches Energiespeichersystem 200 mit einem Gehäuse 205, zumindest einem elektrochemischen Energiespeicher 206 sowie Anschlüssen 203 für einen Kühlkreislauf. Weiter umfasst das elektrochemische Energiespeichersystem 200 zwei elektrische Anschlusspole 202a, 202b, sowie ein Gegenstück 201 zur Dichtung 102 des elektromechanischen Steckers 100. Im Inneren des elektrochemischen Energiespeichersystems 200 herrscht ein innerer Druck 204.
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3 zeigt in einem Diagramm 300 eine Luftdurchsatzrate VL (in m3/Std.) über einen Differenzdruck (Pa-Pi). Ist der Umgebungsdruck Pa des elektromechanischen Steckers größer oder gleich einem Druck Pi eines durch die Dichtung 102 verschlossenen Drucksystems 105, 204, so ist der Differenzdruck positiv. Wird eine Druckausgleichsvorrichtung VPi mit einer schlagartigen Öffnungscharakteristik 301 gewählt, so öffnet die Druckausgleichsvorrichtung VPi bei Überschreitung eines Schwellenwerts 303 schlagartig, wodurch eine maximale Luftdurchsatzrate der Druckausgleichsvorrichtung VPi erreicht wird.
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Wird in einer alternativen Ausführungsform eine Druckausgleichsvorrichtung VPi gewählt, die eine kontinuierliche Öffnungscharakteristik 302 aufweist, so öffnet bei steigendem Differenzdruck die Druckausgleichsvorrichtung kontinuierlich, also wird die Luftdurchsatzrate kontinuierlich erhöht. Bei Überschreitung eines Schwellenwerts 304 schließt die Druckausgleichsvorrichtung VPi in der gezeigten Ausführungsform wieder, beispielweise um den elektrochemischen Energiespeicher 206 vor einem zu hohen Überdruck zu schützen.
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Ist des Druck Pi des durch die Dichtung 102 verschlossenen Drucksystems 105, 204 größer als ein Umgebungsdruck Pa des elektromechanischen Steckers 100 so ist die Druckdifferenz (Pa-Pi) negativ. In dem Diagramm 300 weist die Druckausgleichsvorrichtung VPi eine kontinuierliche Öffnungscharakteristik 305 auf. Dadurch wird bei Unterschreitung eines Schwellenwerts 306 die Druckausgleichsvorrichtung VPi kontinuierlich geöffnet. Dadurch wird der Druck Pi des durch die Dichtung 102 verschlossenen Drucksystems 105, 204 an den Umgebungsdruck des elektromechanischen Steckers 100 angeglichen, beispielsweise um den elektrochemischen Energiespeicher 206 vor einer Beschädigung zu schützen.
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4 zeigt eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen elektromechanischen Steckers. Der elektromechanische Stecker 400 umfasst ein Steckergehäuse 401 mit einer Dichtung 402 zum luftdichten Verbinden des Steckergehäuse 401 mit einem Gegenstück 201, elektrische Anschlüsse HV1, HV2 zum elektrischen Verbinden des Steckers 400 mit Polen 202a, 202b eines elektrochemischen Energiespeichers 206. Die elektrischen Anschlüsse HV1, HV2 sind mit elektrischen Leitungen 403, 404 elektrisch verbunden. Mittels der elektrischen Leitungen 403, 404 kann eine elektrische Verbindung zwischen den elektrischen Anschlüssen HV1, HV2 und beispielsweise einem Verbraucher erfolgen. Weiter umfasst der elektromechanische Stecker 400 zumindest zwei Druckausgleichsvorrichtungen VPi, VPa, wobei die Druckausgleichsvorrichtung VPi, VPa im Wesentlichen gleiche Dimensionierungen eines zulässigen Drucks bis zum Ansprechen der Druckausgleichsvorrichtung VPi, VPa aufweisen.
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Die Druckausgleichsvorrichtung VPi ist mittels eines Hohlkörpers Pi1, beispielsweise eine Zuleitung zur Luft- und/oder Gaszufuhr, mit einem durch die Dichtung 402 verschlossenen Drucksystem 405 verbunden. Im Unterscheid zu der in 1 gezeigten Ausführungsform ist der Hohlkörper Pi1 in den elektrischen Anschluss HV1 integriert. In dem Drucksystem 405 herrscht ein Druck Pi. Durch den Hohlkörper Pi1, beispielweise eine Luft- und/oder Gas führende Zuleitung, liegt der Druck Pi an der ersten Druckausgleichsvorrichtung VPi an. Weiter ist die Druckausgleichsvorrichtung VPi mittels eines Hohlkörpers Pa1, beispielsweise einer Zuleitung zur Luft- und/oder Gaszufuhr, mit einer Umgebung des elektromechanischen Steckers 400 verbunden. Ein Umgebungsdruck Pa der Umgebung liegt durch den Hohlkörper Pa1 an der ersten Druckausgleichsvorrichtung VPi an.
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Die Druckausgleichsvorrichtung VPa ist mittels eines Hohlkörpers Pi2, beispielsweise eine Zuleitung zur Luft- und/oder Gaszufuhr, mit einem durch die Dichtung 402 verschlossenen Drucksystem 405 verbunden. Im Unterscheid zu der in 1 gezeigten Ausführungsform ist der Hohlkörper Pi2 in den elektrischen Anschluss HV2 und in die elektrische Leitung 404 integriert. In dem Drucksystem 405 herrscht ein Druck Pi. Durch den Hohlkörper Pi2, beispielweise eine Luft- und/oder Gas führende Zuleitung, liegt der Druck Pi an der zweiten Druckausgleichsvorrichtung VPa an. Weiter ist die Druckausgleichsvorrichtung VPa mittels eines Hohlkörpers Pa2, beispielsweise einer Zuleitung zur Luft- und/oder Gaszufuhr, mit der Umgebung des elektromechanischen Steckers 400 verbunden. Ein Umgebungsdruck Pa der Umgebung liegt durch den Hohlkörper Pa2 an der zweiten Druckausgleichsvorrichtung VPa an. Weiter umfasst der Hohlkörper Pa2 eine Schutzvorrichtung 406 zur Reduzierung durch Verunreinigungen, beispielsweise in Form einer Membran und/oder Filters.
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Durch die Integration der Hohlkörper Pi1, Pi2 in die elektrischen Anschlüsse HV1, HV2 wird eine besonders kompakte Bauweise des elektromechanischen Steckers 400 ermöglicht. Weiter wird eine Reduzierung von Öffnungen des Steckergehäuses 401 erreicht, wodurch eine verbesserte Dichtheit des elektromechanischen Steckers 400 erreicht wird.
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Der elektromechanische Stecker 100, 400 kann in weiteren vorteilhaften Ausführungsformen Mittel zum Verschrauben und/oder Rasthaken zum Verbinden des elektromechanischen Steckers 100, 400 mit einem Gegenstück 201 zur Dichtung 102, 402 umfassen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014200202 A1 [0002]
- KR 101078351 [0003]
