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Die Erfindung betrifft einen Energiespeicher mit einer Deaktivierungsvorrichtung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug.
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Die
US 5,119,009 A zeigt eine Lithium-Batterie mit einem Schalter zur Aktivierung einer Entladevorrichtung für die Lithium-Batterie. Hierdurch kann die Lithium-Batterie sicher entsorgt werden. Die
EP 1 680 826 B1 und die
US 6,270,916 B1 zeigen ebenfalls eine aktivierbare Entladevorrichtung.
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Die
US 4,861,684 A zeigt eine Batterie mit einem von außen zugänglichen Knopf, der einen Kolben betätigt, über den die Batterie deaktiviert werden kann. Die Deaktivierung erfolgt, indem eine durch Federclips lösbar gehaltene Kontaktverbindung durch den Kolben verschoben wird.
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Die
US 8,547,069 B2 zeigt eine Lithium-Ionen-Batterie mit einer Trennvorrichtung, die im Falle einer Expansion der Lithium-Ionen-Zellen durch die Expansionsbewegung die Trennung durchführt.
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Die
CN 203 787 530 U zeigt eine Vorrichtung zur Unterbrechung einer Stromschiene, indem ein Schneideelement durch einen Sprengkörper gegen die Stromschiene beschleunigt wird.
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Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, einen neuen Energiespeicher bereit zu stellen.
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Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand des Anspruchs 1.
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Ein Energiespeicher für ein Fahrzeug weist ein Gehäuse, ein stromführendes Element und eine Deaktivierungsvorrichtung auf, welches stromführende Element im Gehäuse vorgesehen ist, welcher Energiespeicher dazu ausgebildet ist, bei einer Zerstörung des stromführenden Elements den Energiespeicher zu deaktivieren, welche Deaktivierungsvorrichtung ein Betätigungselement aufweist, welches Betätigungselement von der Außenseite des Gehäuses aus betätigbar ist und dazu ausgebildet ist, bei einer Betätigung das stromführende Element mechanisch zu zerstören, um hierdurch den Energiespeicher zu deaktivieren.
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Durch die Betätigung des Betätigungselements kann der Energiespeicher unmittelbar deaktiviert werden, und eine weitere Gefährdung durch den Energiespeicher wird hierdurch ausgeschlossen. Zudem wird durch die Zerstörung vermieden, dass durch eine Fehlbedienung versehentlich eine Reaktivierung des Energiespeichers erfolgt.
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Das Betätigungselement weist vor der Betätigung eine erste Grundposition und nach der Betätigung eine zweite Endposition auf, wobei anhand der Position des Betätigungselements von der Außenseite des Gehäuses aus optisch erkennbar ist, ob die Deaktivierungsvorrichtung betätigt wurde. Diese optische Kontrollmöglichkeit führt zu einer gesteigerten Sicherheit, da sicher überprüft werden kann, ob eine Deaktivierung stattgefunden hat.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Betätigungselement dazu ausgebildet, durch eine einzige Bewegung das stromführende Element mechanisch zu zerstören. Bei einem Unfall ist es vorteilhaft, wenn Maßnahmen zur Erhöhung der Sicherheit unkompliziert getätigt werden können. Dies ermöglicht zum einen eine schnelle Durchführung, und zum anderen ist die Maßnahme auch durch nicht ausgebildetes Personal einfach durchführbar.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Betätigungselement durch eine Translationsbewegung betätigbar. Eine Translationsbewegung ist eine einfache Bewegungsart und kann schnell und auch bei einer Verletzung der ausführenden Person ausgeführt werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Betätigungselement durch eine Rotationsbewegung betätigbar. Eine reine Rotationsbewegung ist ebenfalls einfach und schnell ausführbar, sofern der erforderliche Rotationswinkel klein ist, also z.B. 50° oder 90°.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Deaktivierungsvorrichtung durch eine Kennzeichnung am Energiespeicher visuell gekennzeichnet. Die Kennzeichnung direkt am Energiespeicher führt dazu, dass die Kennzeichnung unabhängig vom jeweiligen Einbau des Energiespeichers vorhanden ist. Zudem ist die Kennzeichnung sichtbar, auch wenn umgebende Karosserieteile deformiert sind.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Betätigungselement zumindest bereichsweise aus einem keramischen Werkstoff ausgebildet. Die Verwendung eines keramischen Werkstoffs verringert die Gefahr einer Funkenbildung und - im Gegensatz zu Metallen - eines Kurzschlusses. Zudem sind keramische Werkstoffe hart und können zur Durchtrennung des stromführenden Elements verwendet werden. Alternativ kann ein Kunststoff verwendet werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist das Betätigungselement eine Schneide auf, welche bei einer Betätigung des Betätigungselements in Kontakt mit dem stromführenden Element gelangt. Die Schneide ermöglicht eine sichere Zerstörung des stromführenden Elements ohne allzu große Kraft.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Betätigungselement als Keil ausgebildet. Die Ausbildung als Keil hat sich als vorteilhaft erwiesen, da einerseits mit der spitzen Seite eine gute Zerstörung erzielt werden kann und andererseits die Stumpfe Seite einfach mit der Hand oder mit einem Werkzeug, beispielsweise einem Schraubenzieher oder einem Hammer, betätigt werden kann.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist mindestens ein Lager vorgesehen, welches das stromführende Element derart lagert, dass eine Bewegung des stromführenden Elements bei der Betätigung des Betätigungselements verhindert oder begrenzt wird, um eine sichere Zerstörung des stromführenden Elements zu ermöglichen. Ein Ausweichen des stromführenden Elements wird hierdurch verhindert bzw. begrenzt, und das stromführende Element kann zerstört werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist der Energiespeicher einen Schalter auf, welcher Schalter durch eine Signalleitung aktivierbar ist und dazu ausgebildet ist, den Energiespeicher zu deaktivieren, wenn die Signalleitung durch eine Zerstörung hochohmig ist, welche Signalleitung das stromführende Element ausbildet, wobei das Betätigungselement dazu ausgebildet ist, bei einer Betätigung die Signalleitung zu zerstören. Durch die Zerstörung wird die Signalleitung hochohmig, und es erfolgt eine Deaktivierung. Vorteilhaft an dieser Lösung ist, dass nicht der Hauptstrom über das stromführende Element fließen muss. Daher kann das stromführende Element vergleichsweise dünn und damit leicht zerstörbar ausgebildet werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Schalter ein Relais oder ein Schaltschütz. Bei diesen Schaltertypen treten sehr geringe Verlustleistungen auf, da sie mechanisch einen Kontakt herstellen. Bei Halbleiterschaltern sind die Verlustleistungen üblicherweise höher.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist der Energiespeicher einen ersten Leiter und einen zweiten Leiter auf, und das stromführende Element ist als Sicherung ausgebildet, welche Sicherung zwischen dem ersten Leiter und dem zweiten Leiter verschaltet ist, wobei das Betätigungselement dazu ausgebildet ist, bei einer Betätigung die Sicherung zu zerstören. Derartige Sicherung eignen sich gut zur mechanisch Zerstörung, da sie üblicherweise mechanisch weniger stabil sind als Kupferkabel für die entsprechenden Stromstärken.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Betätigungselement als Hebel ausgebildet, welcher Hebel am Gehäuse drehbar gelagert ist. Die Ausbildung als Hebel ermöglicht eine große Hebelkraft und eine einfachere Bedienung von der Seite, wenn beispielsweise der Bereich senkrecht zum Betätigungselement schlecht zugänglich ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Betätigungselement als Seilzug oder als Öse zur Seilanbringung ausgebildet, um eine Betätigung des Betätigungselements am Seilzug bzw. an der Öse zu ermöglichen. Durch diese Ausgestaltung kann das Betätigungselement innerhalb des Energiespeichers flexibel geführt werden, und es ist eine sichere Deaktivierung möglich.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Energiespeicher als Niedervolt-Energiespeicher ausgebildet. Die Verwendung bei Niedervolt-Energiespeicher ist besonders bevorzugt, da diese durch die Vorrichtung sicher deaktiviert werden können.
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Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen und in den Zeichnungen dargestellten, in keiner Weise als Einschränkung der Erfindung zu verstehenden Ausführungsbeispielen sowie aus den Unteransprüchen. Es zeigt:
- 1 in raumbildlicher Darstellung einen Energiespeicher,
- 2 in schematischer Darstellung eine erste Ausführungsform des Energiespeichers von 1 in einer Grundposition P1,
- 3 in schematischer Darstellung den Energiespeicher von 2 in einer Endposition P2,
- 4 in schematischer Darstellung eine zweite Ausführungsform des Energiespeichers von 1 in einer Grundposition P1,
- 5 in schematischer Darstellung den Energiespeicher von 4 in einer Endposition P2,
- 6 in schematischer Darstellung eine dritte Ausführungsform des Energiespeichers von 1 in einer Grundposition P1,
- 7 in schematischer Darstellung den Energiespeicher von 6 in einer Endposition P2,
- 8 in schematischer Darstellung eine vierte Ausführungsform des Energiespeichers von 1 in einer Grundposition P1,
- 9. in schematischer Darstellung den Energiespeicher von 8 in einer Endposition P2, und
- 10 in einer Seitenansicht ein Fahrzeug mit dem Energiespeicher von 1.
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1 zeigt einen Energiespeicher 20 für ein Fahrzeug, welcher Energiespeicher 20 ein Gehäuse 22, einen ersten Batteriepol 23 (Pluspol), einen zweiten Batteriepol 24 (Minuspol) und eine Deaktivierungsvorrichtung 30 aufweist. Die Deaktivierungsvorrichtung 30 hat ein Betätigungselement 34, welches von der Außenseite des Gehäuses 22 aus betätigbar ist und dazu ausgebildet ist, bei einer Betätigung den Energiespeicher 20 zu deaktivieren. Bei einer solchen Deaktivierung erfolgt eine Abschaltung des Energiespeichers 20, und es liegt keine durch den Energiespeicher 20 erzeugte Spannung an den Batteriepolen 23, 24 an.
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Eine solche Deaktivierung ist bspw. vorteilhaft, wenn-Rettungskräfte nach einem Unfall eine Gefährdung wie bspw. durch Funkenentstehung vermeiden wollen, indem das Fahrzeugbordnetz durch die Deaktivierungsvorrichtung 30 deaktiviert wird.
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Bevorzugt ist der Energiespeicher 20 ein Niedervolt-Energiespeicher. Der Fachmann spricht bei Fahrzeugen vom Niedervoltbereich, wenn eine Gleichspannung kleiner als 60 V ist bzw. der Effektivwert einer Wechselspannung kleiner als 30 V ist. Der Energiespeicher 20 kann als Gleichstromquelle oder Wechselstromquelle ausgebildet sein.
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2 zeigt den Energiespeicher 20 in schematischer Darstellung. Eine Mehrzahl an Energiespeicherzellen 26 ist im Ausführungsbeispiel seriell verschaltet. Der Pluspol der linken Energiespeicherzelle ist mit dem ersten Batteriepol 23 verbunden und der Minuspol der rechten Energiespeicherzelle 26 über einen Schalter 38 mit dem zweiten Batteriepol 24. Der erste Batteriepol 23 ist über eine Signalleitung 48 mit dem Schalter 38 verbunden, und der Schalter 38 ist durch die Signalleitung 48 aktivierbar und dazu ausgebildet, den Energiespeicher 20 zu deaktivieren, wenn die Signalleitung 48 durch eine Zerstörung hochohmig ist. Die Signalleitung 48 ist also ein stromführendes Element 36. Das Betätigungselement 34 ist als Keil 46 ausgebildet und kann in das Gehäuse 22 hineingedrückt werden, bspw. mit einem Werkzeug oder von Hand. In der Darstellung hat das Betätigungselement 34 eine erste Grundposition, die als P1 gekennzeichnet ist. Die Bewegungsrichtung bei der Betätigung ist mit einem Pfeil 42 als Translationsbewegung eingezeichnet.
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Das stromführende Element 36 ist bevorzugt durch ein Lager 40 gelagert, so dass es sich nicht oder nur um einen vorgegebenen Weg in das Gehäuse 22 hinein bewegen kann.
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3 zeigt den Energiespeicher 20 nach der Betätigung des Betätigungselements 34. Durch das Hineindrücken des Betätigungselements 34 in das Gehäuse 22 gelangt dieses in Kontakt mit dem stromführenden Element 36 und durchtrennt dieses. Hierbei ist vorteilhaft, dass das stromführende Element 36 durch das Lager 40 gelagert wird und nicht nur nach innen verschoben wird. Die Position des Betätigungselements 34 wird auch als zweite Endposition P2 bezeichnet. Durch die Zerstörung des stromführenden Elements 36 schaltet der Schalter 38 nichtleitend, und der Energiespeicher 20 wird unmittelbar deaktiviert.
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Der Schalter 38 kann bevorzugt als Relais oder als Schaltschütz ausgebildet sein, es können aber auch Halbleiterschalter verwendet werden.
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Die gezeigte Deaktivierungsvorrichtung 30 hat mehrere Vorteile:
- - Die Trennung des stromführenden Elements 36 erfolgt mechanisch und kann mit den üblichen Werkzeugen durchgeführt werden, welche in Rettungsfahrzeugen vorhanden sind.
- - Der Vorgang ist mit einer einzigen Bewegung auslösbar.
- - Die Betätigung der Deaktivierungsvorrichtung 30 führt zu einer Zerstörung des stromführenden Elements 36 und kann daher nicht versehentlich durch erneute Betätigung des Betätigungselements 34 rückgängig gemacht werden. Zudem kann an der Position des Betätigungselements 34 klar erkannt werden, ob das Betätigungselement 34 betätigt wurde.
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4 zeigt eine weitere Ausführungsform des Energiespeichers 20 mit Energiespeicherzellen 26 in einer ersten Grundposition P1. Die Verbindung zwischen der zweiten Energiespeicherzelle 26 und der dritten Energiespeicherzelle 26 weist einen ersten Leiter 51 und einen zweiten Leiter 52 auf. Das stromführende Element 36 ist als Sicherung 54 ausgebildet, welche Sicherung 54 zwischen dem ersten Leiter 51 und dem zweiten Leiter 52 verschaltet ist. Hierbei ist das Betätigungselement 34 dazu ausgebildet, bei einer Betätigung die Sicherung 54 zu zerstören und hierdurch den ersten Leiter 51 vom zweiten Leiter 52 zu trennen.
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Übliche Leiter wie bspw. Kupferdrähte sind vergleichsweise stabil. Daher ist eine Durchtrennung solcher Drähte durch das Betätigungselement 34 schwierig bzw. das Betätigungselement 34 muss vergleichsweise groß ausgebildet werden. Bei den Sicherungen 54 gibt es dagegen Ausführungsformen, die vergleichsweise einfach mechanisch zerstörbar sind. Beispiele für solche Sicherungen 34 sind Schmelzsicherungen, Streifensicherungen und Gerätesicherungen. Bei derartigen Sicherungen 34 ist eine mechanische Zerstörung vergleichsweise einfach möglich, und das Betätigungselement kann schlanker ausgebildet werden.
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5 zeigt den Energiespeicher 20 von 4 in der zweiten Endposition P2, und das Betätigungselement 34 ist nach unten gedrückt und hat die Sicherung 54 zerstört.
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6 zeigt eine weitere Ausführungsform des Energiespeichers 20 in einer ersten Grundposition P1, und 7 zeigt die Ausführungsform von 6 in einer zweiten Endposition P2. Das stromführende Element 36 ist wie in 4 als Sicherung 54 ausgebildet. Die Betätigung des Betätigungselements 34 erfolgt jedoch nicht durch eine Translationsbewegung, sondern am Gehäuse 23 ist eine Drehlagerstelle 58 vorgesehen, und das Betätigungselement 34 hat einen Hebel 56, über den das Betätigungselement 34 gedreht werden kann. Bei der Drehung kollidiert das Betätigungselement 34 mit der Sicherung 54 und zerstört diese.
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8 zeigt eine weitere Ausführungsform des Energiespeichers 20 in einer ersten Position P1. Das stromführende Element 36 ist beispielhaft wie in 4 und 6 als Sicherung 54 ausgebildet. Das Betätigungselement 34 ist als Seilzug oder als Öse zur Seilanbringung ausgebildet, und durch Betätigung des Betätigungselements 34, also durch Ziehen daran, wird das stromführende Element 36 zerstört, wie dies in 9 mit der zweiten Endposition P2 gezeigt ist. Da das Betätigungselement 34 aus dem Gehäuse 22 herausgezogen ist, kann eindeutig erkannt werden, dass das Betätigungselement 34 betätigt wurde.
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10 zeigt ein Fahrzeug 10, in welchem der Energiespeicher 20 verbaut ist. Über die Heckklappe ist der Energiespeicher 20 zugänglich.
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Naturgemäß sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung vielfältige Abwandlungen und Modifikationen möglich.
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So können die Energiespeicherzellen 26 auch parallel verschaltet werden, oder aber teilweise seriell und in Strängen parallel. Es sind auch Ausführungsformen mit nur einer Energiespeicherzelle 26 möglich.
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In den Ausführungsbeispielen wurden entweder Translationsbewegungen oder Rotationsbewegungen für die Betätigung des Betätigungselements gezeigt. Es sind aber auch Kombinationen dieser Bewegungen oder kompliziertere Bewegungen wie wellenförmige Bewegungen möglich.
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Bei allen Ausführungsformen ist es möglich, das stromführende Element 36 im Bereich eines Pols 23, 24 oder im Bereich zwischen mehreren Energiespeicherzellen 26 vorzusehen.
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Als Fahrzeug 10 ist ein Personenkraftwagen (PKW) dargestellt. Der Energiespeicher 20 kann aber auch für Lastkraftwagen (LKW), Flugzeuge oder Boote verwendet werden.
