DE102018209349A1 - Safety device, electrical energy storage device and / or vehicle and method for protecting an electrical energy storage - Google Patents
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Abstract
Sicherheitsvorrichtung (3, 13, 23) für einen elektrischen Energiespeicher (1, 11, 21), elektrischer Energiespeicher (1, 11, 21), Vorrichtung und/oder Fahrzeug und Verfahren zum Schutz eines elektrischen Energiespeichers (1, 11, 21) wobei die Sicherheitsvorrichtung (3, 13, 23) einen pyrotechnischen Gasgenerator aufweist, der einen Treibstoff und eine Anzündeinheit aufweist. Safety device (3, 13, 23) for an electrical energy store (1, 11, 21), electrical energy store (1, 11, 21), device and / or vehicle and method for protecting an electrical energy store (1, 11, 21) the safety device (3, 13, 23) has a pyrotechnic gas generator which has a fuel and an ignition unit.
Description
Feld der ErfindungField of the invention
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Sicherheitsvorrichtung, einen elektrischen Energiespeicher, eine Vorrichtung und/oder ein Fahrzeug und ein Verfahren zum Schutz eines elektrischen Energiespeichers gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche.The present invention relates to a safety device, an electrical energy store, a device and / or a vehicle and a method for protecting an electrical energy store according to the preamble of the independent claims.
Stand der TechnikState of the art
Die
Die
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Der Kern der Erfindung bei der Sicherheitsvorrichtung für einen elektrischen Energiespeicher besteht darin, dass die Sicherheitsvorrichtung einen pyrotechnischen Gasgenerator aufweist, der einen Treibstoff und eine Anzündeinheit aufweist.The essence of the invention in the safety device for an electrical energy store is that the safety device has a pyrotechnic gas generator which has a fuel and an ignition unit.
Hintergrund der Erfindung ist, mittels der Sicherheitsvorrichtung den elektrischen Energiespeicher vor Überhitzung und Feuer zu schützen. Durch das Zünden des Treibstoffs in einer Gefahrensituation wird ein Schutzgas freigesetzt, das den elektrischen Energiespeicher flutet. Dabei wird Sauerstoff verdrängt und eine Selbstentzündung der Substanzen des elektrischen Energiespeichers wird verhindert.Background of the invention is to protect the electrical energy storage device from overheating and fire by means of the safety device. By igniting the fuel in a dangerous situation, a protective gas is released, which floods the electrical energy storage. In this case, oxygen is displaced and self-ignition of the substances of the electrical energy storage is prevented.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Further advantageous embodiments of the present invention are the subject of the dependent claims.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Treibstoff als Festkörpertreibstoff ausgeführt. Dadurch ist die Sicherheitsvorrichtung kompakt ausführbar und in einfacher Art und Weise in den elektrischen Energiespeicher integrierbar.According to an advantageous embodiment, the fuel is designed as a solid fuel. As a result, the safety device can be made compact and can be integrated into the electrical energy store in a simple manner.
Vorteilhafterweise ist der Treibstoff ansteuerbar, um eine gewünschte Menge und eine gewünschte Zusammensetzung des Schutzgases freizusetzen.The fuel can advantageously be controlled in order to release a desired quantity and a desired composition of the protective gas.
Von Vorteil ist es dabei, wenn der Treibstoff tablettenförmig ausgeführt ist. Somit ist zur Aufnahme des Treibstoffs kein zusätzlicher Behälter erforderlich. Dadurch die Masse der Sicherheitsvorrichtung reduzierbar.It is advantageous if the fuel is tablet-shaped. This means that no additional container is required to hold the fuel. As a result, the mass of the safety device can be reduced.
Weiter ist es von Vorteil, wenn der Treibstoff Natriumazid aufweist. Das Natriumazid kann gasförmigen Stickstoff freisetzen.It is also advantageous if the fuel has sodium azide. The sodium azide can release gaseous nitrogen.
Vorteilhafterweise weist die Sicherheitsvorrichtung einen Sensor auf, insbesondere einen Drucksensor und/oder einen Temperatursensor und/oder einen Beschleunigungssensor und/oder Gassensor. Mittels des Sensors ist eine Gefahrensituation detektierbar, vorzugsweise bereits bevor ein Feuer in dem elektrischen Energiespeicher auftritt. Der Sensor ist in die Sicherheitsvorrichtung integrierbar, so dass die Sicherheitsvorrichtung als ein autonomes Bauteil ausführbar ist.The safety device advantageously has a sensor, in particular a pressure sensor and / or a temperature sensor and / or an acceleration sensor and / or gas sensor. A dangerous situation can be detected by means of the sensor, preferably even before a fire occurs in the electrical energy store. The sensor can be integrated into the safety device, so that the safety device can be designed as an autonomous component.
Von Vorteil ist es weiterhin, wenn die Sicherheitsvorrichtung eine Auswerteeinheit aufweist. Mittels der Auswerteeinheit ist ein Signal eines Sensors auswertbar. Die Auswerteeinheit ist in die Sicherheitsvorrichtung integrierbar, so dass die Sicherheitsvorrichtung als ein autonomes Bauteil ausführbar ist.It is also advantageous if the safety device has an evaluation unit. By means of the evaluation unit, a signal of a sensor can be evaluated. The evaluation unit can be integrated into the safety device so that the safety device can be executed as an autonomous component.
Weiterhin ist es von Vorteil, wenn die Sicherheitsvorrichtung eine Energiequelle aufweist. Die Energiequelle ist in die Sicherheitsvorrichtung integrierbar, so dass die Sicherheitsvorrichtung als ein autonomes Bauteil ausführbar ist.It is also advantageous if the safety device has an energy source. The energy source can be integrated into the safety device, so that the safety device can be implemented as an autonomous component.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die Sicherheitseinrichtung eine Leitung zur signalleitenden und/oder elektrisch leitenden Verbindung mit dem elektrischen Energiespeicher, insbesondere zur Verbindung mit einer Überwachungseinheit und/oder Steuerungseinheit und/oder elektrischen Energiespeicherzelle des elektrischen Energiespeichers, auf. Dadurch ist die Sicherheitsvorrichtung mit Sensoren der elektrischen Energiespeicherzelle und/oder der Überwachungseinheit und/oder der Steuerungseinheit verbindbar. Dabei sind Messergebnisse der Überwachungseinheit und/oder der Steuerungseinheit wiederverwendbar. Die Sicherheitsvorrichtung ist als integriertes Bauteil des elektrischen Energiespeichers ausführbar.According to a further advantageous embodiment, the safety device has a line for signal-conducting and / or electrically conductive connection to the electrical energy store, in particular for connection to a monitoring unit and / or control unit and / or electrical energy storage cell of the electrical energy store. As a result, the safety device can be connected to sensors of the electrical energy storage cell and / or the monitoring unit and / or the control unit. Measurement results from the monitoring unit and / or the control unit can be reused. The safety device can be implemented as an integrated component of the electrical energy store.
Der Kern der Erfindung bei dem elektrischen Energiespeicher besteht darin, dass der elektrische Energiespeicher ein Sicherheitsventil und zumindest eine Sicherheitsvorrichtung wie zuvor beschrieben beziehungsweise nach einem der auf die Sicherheitsvorrichtung bezogenen Ansprüche aufweist.The essence of the invention in the case of the electrical energy store is that the electrical energy store has a safety valve and at least one safety device as described above or according to one of the claims relating to the safety device.
Hintergrund der Erfindung ist, mittels der Sicherheitsvorrichtung den elektrischen Energiespeicher vor Überhitzung und Feuer zu schützen. Durch das Zünden des Treibstoffs in einer Gefahrensituation wird ein Schutzgas freigesetzt, das den elektrischen Energiespeicher flutet. Dabei wird Sauerstoff durch das Sicherheitsventil aus dem elektrischen Energiespeicher verdrängt und eine Selbstentzündung der Substanzen des elektrischen Energiespeichers wird verhindert.Background of the invention is to protect the electrical energy storage device from overheating and fire by means of the safety device. By igniting the fuel in a dangerous situation, a protective gas is released, the electrical energy storage floods. In this case, oxygen is displaced by the safety valve from the electrical energy storage and self-ignition of the substances of the electrical energy storage is prevented.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der elektrische Energiespeicher zumindest ein elektrisches Energiespeichermodul auf, das zumindest eine elektrische Energiespeicherzelle und eine Überwachungseinheit aufweist, wobei die Sicherheitsvorrichtung mit der elektrischen Energiespeicherzelle und/oder der Überwachungseinheit signalleitend und/oder elektrisch leitend verbunden ist. Von Vorteil ist dabei, dass die Sicherheitsvorrichtung in das elektrische Energiespeichermodul integrierbar ist. Die Sicherheitsvorrichtung ist aus dem elektrischen Energiespeichermodul mit Energie versorgbar. Messergebnisse der Überwachungseinheit sind wiederverwendbar.According to an advantageous embodiment, the electrical energy storage device has at least one electrical energy storage module which has at least one electrical energy storage cell and a monitoring unit, wherein the safety device is connected to the electrical energy storage cell and / or the monitoring unit signal-conducting and / or electrically conductive. The advantage here is that the safety device can be integrated into the electrical energy storage module. The safety device can be supplied with energy from the electrical energy storage module. Measurement results of the monitoring unit are reusable.
Vorteilhafterweise ist die Überwachungseinheit eingerichtet, die Sicherheitsvorrichtung und/oder den Gasgenerator zu aktivieren. Dadurch ist eine schnelle Reaktionszeit der Sicherheitsvorrichtung beziehungsweise des Gasgenerators ermöglicht.Advantageously, the monitoring unit is set up to activate the safety device and / or the gas generator. This allows a fast reaction time of the safety device or of the gas generator.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist der elektrische Energiespeicher eine Steuerungseinheit auf, wobei die Sicherheitsvorrichtung mit der Steuerungseinheit signalleitend und/oder elektrisch leitend verbunden ist. Somit ist die Sicherheitsvorrichtung in den elektrischen Energiespeicher integrierbar. Die Sicherheitsvorrichtung ist aus dem elektrischen Energiespeicher mit Energie versorgbar. Messergebnisse der Steuerungseinheit sind wiederverwendbar.According to a further advantageous embodiment, the electrical energy store has a control unit, wherein the safety device is connected to the control unit signal-conducting and / or electrically conductive. Thus, the safety device can be integrated into the electrical energy storage. The safety device can be supplied with energy from the electrical energy store. Measurement results of the control unit are reusable.
Vorteilhafterweise ist die Steuerungseinheit eingerichtet, die Sicherheitsvorrichtung und/oder den Gasgenerator zu aktivieren. Dadurch ist eine schnelle Reaktionszeit der Sicherheitsvorrichtung beziehungsweise des Gasgenerators ermöglicht.Advantageously, the control unit is set up to activate the safety device and / or the gas generator. This allows a fast reaction time of the safety device or of the gas generator.
Von Vorteil ist es weiterhin, wenn die elektrische Energiespeicherzelle und/oder die Überwachungseinheit und/oder die Steuerungseinheit einen Sensor aufweist, insbesondere einen Stromsensor und/oder einen Spannungssensor und/oder einen Temperatursensor und/oder einen Drucksensor und/oder einen Beschleunigungssensor und/oder einen Gassensor. Mittels des Sensors ist eine Gefahrensituation detektierbar, vorzugsweise bereits bevor ein Feuer in dem elektrischen Energiespeicher auftritt.It is furthermore advantageous if the electrical energy storage cell and / or the monitoring unit and / or the control unit has a sensor, in particular a current sensor and / or a voltage sensor and / or a temperature sensor and / or a pressure sensor and / or an acceleration sensor and / or a gas sensor. By means of the sensor, a dangerous situation can be detected, preferably even before a fire occurs in the electrical energy store.
Der Kern der Erfindung bei der Vorrichtung und/oder dem Fahrzeug besteht darin, dass die Vorrichtung und/oder das Fahrzeug zumindest einen elektrischen Energiespeicher wie zuvor beschrieben beziehungsweise nach einem der auf den elektrischen Energiespeicher bezogenen Ansprüche aufweist.The essence of the invention in the device and / or the vehicle is that the device and / or the vehicle has at least one electrical energy storage as described above or according to one of the claims related to the electrical energy storage.
Hintergrund der Erfindung ist, mittels der Sicherheitsvorrichtung den elektrischen Energiespeicher vor Überhitzung und Feuer zu schützen. Durch das Zünden des Treibstoffs in einer Gefahrensituation wird ein Schutzgas freigesetzt, das den elektrischen Energiespeicher flutet. Dabei wird Sauerstoff verdrängt und eine Selbstentzündung der Substanzen des elektrischen Energiespeichers wird verhindert.Background of the invention is to protect the electrical energy storage device from overheating and fire by means of the safety device. By igniting the fuel in a dangerous situation, a protective gas is released, which floods the electrical energy storage. In this case, oxygen is displaced and self-ignition of the substances of the electrical energy storage is prevented.
Vorteilhafterweise ist die Sicherheitsvorrichtung eingerichtet, einen Benutzer der Vorrichtung und/oder des Fahrzeugs zu warnen, wenn eine Gefahrensituation erkannt wurde. Dadurch ist eine Zeitspanne zum Sichern des Benutzers, insbesondere zum Evakuieren des Fahrzeugs, verlängerbar.The safety device is advantageously set up to warn a user of the device and / or of the vehicle if a dangerous situation has been detected. As a result, a period of time for securing the user, in particular for evacuating the vehicle, can be extended.
Der Kern der Erfindung bei dem Verfahren zum Schutz eines elektrischen Energiespeichers, insbesondere wie zuvor beschrieben beziehungsweise nach einem der auf den elektrischen Energiespeicher bezogenen Ansprüche, besteht darin, dass das Verfahren die zeitlich aufeinander folgenden Verfahrensschritte aufweist:
- wobei in einem ersten Verfahrensschritt ein Signal eines Sensors ausgelesen wird,
- wobei in einem zweiten Verfahrensschritt das Signal des Sensors ausgewertet wird,
- wobei in einem dritten Verfahrensschritt eine Sicherheitsvorrichtung des elektrischen Energiespeichers aktiviert wird, wenn das Signal einen kritischen Wert überschreitet,
- wobei in einem vierten Verfahrensschritt ein Gasgenerator der Sicherheitsvorrichtung gezündet wird und der elektrische Energiespeicher mit einem Schutzgas geflutet wird.
- a signal from a sensor being read out in a first method step,
- the signal from the sensor being evaluated in a second method step,
- in a third method step, a safety device of the electrical energy store is activated when the signal exceeds a critical value,
- in a fourth method step, a gas generator of the safety device is ignited and the electrical energy store is flooded with a protective gas.
Hintergrund der Erfindung ist, mittels der Sicherheitsvorrichtung den elektrischen Energiespeicher vor Überhitzung und Feuer zu schützen. Durch das Zünden des Gasgenerators in einer Gefahrensituation wird ein Schutzgas freigesetzt, das den elektrischen Energiespeicher flutet. Dabei wird Sauerstoff durch das Sicherheitsventil aus dem elektrischen Energiespeicher verdrängt und eine Selbstentzündung der Substanzen des elektrischen Energiespeichers wird verhindert.The background of the invention is to protect the electrical energy store from overheating and fire by means of the safety device. Igniting the gas generator in a dangerous situation releases a protective gas that floods the electrical energy store. Oxygen is displaced from the electrical energy store by the safety valve and self-ignition of the substances in the electrical energy store is prevented.
Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmalen der Erfindung. Insbesondere wird dabei der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der vorliegenden Erfindung hinzufügen.The above refinements and developments can, if appropriate, be combined with one another as desired. Further possible refinements, developments and implementations of the invention also include combinations of features not previously explicitly mentioned or described below or with reference to the exemplary embodiments the invention. In particular, the person skilled in the art will also add individual aspects as improvements or additions to the respective basic form of the present invention.
Figurenlistelist of figures
Im folgenden Abschnitt 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 Zeichnungen dargestellt.In the following section, the invention is explained on the basis of exemplary embodiments, from which further inventive features may result, but to which the scope of the invention is not restricted. The exemplary embodiments are shown in the drawings.
Es zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen elektrischen Energiespeichers1 ,aufweisend Energiespeichermodule 2 und eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäße Sicherheitsvorrichtung3 ; -
2 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen elektrischen Energiespeichers11 , aufweisend Energiespeichermodule12 und eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sicherheitsvorrichtung13 ; -
3 eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen elektrischen Energiespeichers21 , aufweisend Energiespeichermodule22 und eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sicherheitsvorrichtung23 ;
-
4 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Schutz eines elektrischen Energiespeichers (1 ,11 ,21 ).
-
1 is a schematic representation of a first embodiment of an electrical energy storage device according to the invention1 , havingenergy storage modules 2 and a first embodiment of a safety device according to theinvention 3 ; -
2 is a schematic representation of a second embodiment of the electrical energy storage device according to theinvention 11 , having energy storage modules12 and a second embodiment of the safety device according to theinvention 13 ; -
3 is a schematic representation of a third embodiment of the electrical energy storage device according to theinvention 21 , having energy storage modules22 and a third embodiment of the safety device according to theinvention 23 ;
-
4 a schematic representation of a method according to the invention for protecting an electrical energy store (1 .11 .21 ).
In der
Das elektrische Energiespeichermodul
Das Sicherheitsventil
Die Sicherheitsvorrichtung
Das elektrische Energiespeichermodul
Das erste Ausführungsbeispiel der Sicherheitsvorrichtung
Vorzugsweise ist der Gasgenerator als pyrotechnischer Gasgenerator ausgeführt und weist einen Treibstoff, insbesondere einen Feststofftreibstoff beispielsweise Natriumazid, und eine Anzündeinheit auf. Vorzugsweise ist der Feststofftreibstoff in Tablettenform ausgeführt.The gas generator is preferably designed as a pyrotechnic gas generator and has a fuel, in particular a solid fuel, for example sodium azide, and an ignition unit. The solid fuel is preferably in tablet form.
Die Sicherheitsvorrichtung
In der
Das elektrische Energiespeichermodul
Jede Energiespeicherzelle
Zur Energieversorgung der Sicherheitsvorrichtung
Das elektrische Energiespeichermodul
Das Sicherheitsventil
Vorzugsweise weist die Überwachungseinheit
Das zweite Ausführungsbeispiel der Sicherheitsvorrichtung
Vorzugsweise ist der Gasgenerator als pyrotechnischer Gasgenerator ausgeführt und weist einen Treibstoff, insbesondere einen Feststofftreibstoff beispielsweise Natriumazid, und eine Anzündeinheit auf. Vorzugsweise ist der Feststofftreibstoff in Tablettenform ausgeführt.The gas generator is preferably designed as a pyrotechnic gas generator and has a fuel, in particular a solid fuel, for example sodium azide, and an ignition unit. The solid fuel is preferably in tablet form.
Die Sicherheitsvorrichtung
Gemäß einer alternativen Ausführung des zweiten Ausführungsbeispiels ist die Überwachungseinheit
In der
Das elektrische Energiespeichermodul
Jede Energiespeicherzelle
Zur Energieversorgung der Sicherheitsvorrichtung
Das elektrische Energiespeichermodul
Die Sicherheitsvorrichtung
Das Sicherheitsventil
Vorzugsweise weist die Überwachungseinheit
Das dritte Ausführungsbeispiel der Sicherheitsvorrichtung
Vorzugsweise ist der Gasgenerator als pyrotechnischer Gasgenerator ausgeführt und weist einen Treibstoff, insbesondere einen Feststofftreibstoff beispielsweise Natriumazid, und eine Anzündeinheit auf. Vorzugsweise ist der Feststofftreibstoff in Tablettenform ausgeführt.The gas generator is preferably designed as a pyrotechnic gas generator and has a fuel, in particular a solid fuel, for example sodium azide, and an ignition unit. The solid fuel is preferably in tablet form.
Die Sicherheitsvorrichtung
In den in den
Unter einem elektrischen Energiespeicher wird hierbei ein wiederaufladbarer Energiespeicher verstanden, insbesondere eine elektrochemische Energiespeicherzelle und/oder ein Energiespeichermodul aufweisend zumindest eine elektrochemische Energiespeicherzelle und/oder ein Energiespeicherpack aufweisend zumindest ein Energiespeichermodul. Die Energiespeicherzelle ist als lithiumbasierte Batteriezelle, insbesondere Lithium-Ionen-Batteriezelle, ausführbar. Alternativ ist die Energiespeicherzelle als Lithium-Polymer-Batteriezelle oder Nickel-Metallhydrid-Batteriezelle oder Blei-Säure-Batteriezelle oder Lithium-Luft-Batteriezelle oder Lithium-Schwefel-Batteriezelle ausgeführt.In this case, an electrical energy store means a rechargeable energy store, in particular an electrochemical energy storage cell and / or an energy storage module having at least one electrochemical energy storage cell and / or an energy storage pack having at least one energy storage module. The energy storage cell is as a lithium-based battery cell, in particular lithium-ion battery cell, executable. Alternatively, the energy storage cell is designed as a lithium-polymer battery cell or nickel-metal hydride battery cell or lead-acid battery cell or lithium-air battery cell or lithium-sulfur battery cell.
In
In einem ersten Szenario wird ein Temperaturanstieg
In einem dritten Verfahrensschritt
In einem vierten Verfahrensschritt
Als Ergebnis
In einem zweiten Szenario wird ein Temperaturanstieg
In einem dritten Verfahrensschritt
In einem vierten Verfahrensschritt
Als Ergebnis
In einem dritten Szenario wird eine mechanische Beeinträchtigung
In einem dritten Verfahrensschritt
In einem vierten Verfahrensschritt
Als Ergebnis
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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R079 | Amendment of ipc main class |
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