-
Verwandte Anmeldung
-
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität und den Vorteil der gleichzeitig anhängigen vorläufigen US-Patentanmeldung mit der Serien Nr. 62/018,930, eingereicht am 30. Juni 2014, die hiermit in den vorliegenden Gegenstand mit einbezogen wird.
-
Gebiet der Erfindung
-
Die Erfindung betrifft neue oder verbesserte Systeme und/oder Verfahren zum Differenzieren von Kurzschlüssen in Batterien, insbesondere Lithiumsekundärbatterien, und/oder zum Differenzieren davon und/oder Reagieren darauf, Sicherheitssysteme, Alarme und/oder dergleichen.
-
Allgemeiner Stand der Technik
-
In modernen Batteriesystemen, beispielsweise Lithiumbatteriesystemen, sind Kurzschlüsse ein schwerwiegendes Problem, das die folgenden Konsequenzen nach sich ziehen kann: schlechte Batterieleistung, Batterieversagen, Bersten der Batterie oder Sonstiges. Das Kurzschlussproblem ist nicht nur Batterienutzern, sondern auch Batterieherstellern und den Anbietern von Batteriekomponenten ein großes Anliegen. Die Ursachen und Mechanismen des Kurzschlussvorgangs werden noch nicht vollständig verstanden.
-
Kurzdarstellung der Erfindung
-
Gemäß wenigstens ausgewählten Ausführungsformen betrifft die Erfindung die oben genannten Fragen oder Notwendigkeiten und/oder kann sich mit ihnen befassen und/oder kann neue oder verbesserte Systeme und/oder Verfahren zum Differenzieren von Kurzschlüssen in Batterien, insbesondere Lithiumsekundärbatterien, und/oder zum Differenzieren davon und/oder Reagieren darauf, Sicherheitssysteme, Alarme und/oder dergleichen bereitstellen.
-
Gemäß wenigstens bestimmten Ausführungsformen beinhaltet ein System zum Differenzieren von Kurzschlüssen in einer Batterie Folgendes: wenigstens ein Erkennungsmittel, das an die Batterie oder Zelle gekoppelt ist; ein Überwachungsmittel in Kommunikation mit der Erkennungseinrichtung, wobei das Überwachungsmittel wenigstens ein Profil eines Batteriekurzschlussverhaltens beinhaltet, und ein Vergleichsmittel zum Abgleichen von Daten von dem Erkennungsmittel mit dem Profil; und ein Steuermittel zum Ergreifen einer Maßnahme auf Grundlage von Informationen von dem Erkennungsmittel. Das System kann Folgendes überwachen: die Temperatur der Batterie, die Wärmeerzeugung der Batterie, den Stromfluss durch die Batterie, den Spannungsabfall an der Batterie und/oder Kombinationen davon. Das System kann zwischen den verschiedenen Batteriekurzschlussverhaltensweisen unterscheiden, um eine aggressive Reaktion oder eine passive Reaktion vorzugeben.
-
Gemäß wenigstens bestimmten ausgewählten Ausführungsformen beinhaltet ein Verfahren zum Erkennen, überwachen und Reagieren auf einen Kurzschluss in einer Batterie oder Zelle folgende Schritte: Erkennen eines Verhaltens der Batterie; Vergleichen des Verhaltens der Batterie mit wenigstens einem vorgegebenen Batterieverhaltensprofil; Bestimmen der Art des Kurzschlusses auf Grundlage des Vergleichs; und Ergreifen einer bestimmten Entschärfungsmaßnahme auf Grundlage der Bestimmung. Das Verfahren kann die Schritte des Überwachens: der Temperatur der Batterie, der Wärmeerzeugung der Batterie, des Stromflusses durch die Batterie, des Spannungsabfalls an der Batterie und/oder Kombinationen davon umfassen. Das Verfahren kann auch die Schritte des Unterscheidens zwischen den verschiedenen Batteriekurzschlussverhaltensweisen umfassen, um eine aggressive Reaktion oder eine eher passive Reaktion zu bestimmen und vorzugeben.
-
Die Batterie kann wenigstens eins von einer Batterie, einer Zelle, einem Pack, einem System, einem Modul (einer Vielzahl aneinander gekoppelter Zellen), einem großen Pack (einer Vielzahl aneinander gekoppelter Module), einer (wieder aufladbaren) Sekundärbatterie, Lithiumbatterie, Lithiumprimärbatterie, Lithiumsekundärbatterie, Lithiumsekundärzelle, Polymerbatterie, Gelbatterie, Lithiumionenbatterie, Lithium-Metall-Batterie, Lithiumlegierungsbatterie, Lithium-Luft-Batterie, einer beliebigen Batterie, bei der der ionische Trägerpartikel ein Lithiumion ist, einer Energiespeichervorrichtung, einem Akkumulator, einem Kondensator, einer/einem CE-, EV-, ESS- oder BESS-Batterie, -Zelle, -System oder -Pack oder Kombinationen davon sein.
-
Gemäß wenigstens bestimmten Ausführungsformen beinhaltet ein System zum Differenzieren von Kurzschlüssen in einer Batterie: eine Erkennungseinrichtung, die an die Batterie gekoppelt ist; eine Überwachungseinrichtung in Kommunikation mit der Erkennungseinrichtung, wobei die Überwachungseinrichtung ein Profil eines Batteriekurzschlussverhaltens und eine Vergleichseinrichtung zum Abgleichen von Daten von der Erkennungseinrichtung mit dem Profil beinhaltet; und eine Steuereinrichtung zum Ergreifen einer Maßnahme auf Grundlage von Informationen von der Erkennungseinrichtung. Ein Verfahren zum Erkennen eines Kurzschlusses in einer Batterie beinhaltet die folgenden Schritte: Erkennen eines Verhaltens der Batterie; Vergleichen des Verhaltens der Batterie mit einem vorgegebenen Batterieverhaltensprofil; Bestimmen der Art des Kurzschlusses auf Grundlage des Vergleichs; und Ergreifen einer Entschärfungsmaßnahme auf Grundlage der Bestimmung. Das System/Verfahren kann Folgendes überwachen: die Temperatur der Batterie, die Wärmeerzeugung der Batterie, den Stromfluss durch die Batterie, den Spannungsabfall an der Batterie und/oder Kombinationen davon. Das System/Verfahren unterscheidet zwischen den verschiedenen Batteriekurzschlussverhaltensweisen für eine aggressive Reaktion oder eine passive Reaktion.
-
Beschreibung der Zeichnungen
-
Zu Zwecken der Veranschaulichung wenigstens von Ausführungsbeispielen, Aspekten oder Aufgaben der Erfindung ist in den Zeichnungen eine derzeit bevorzugte Form gezeigt; dabei versteht es sich jedoch, dass die Erfindung nicht auf genau die gezeigten Anordnungen und Mittel beschränkt ist.
-
1 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung (des Systems).
-
2 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Ausführungsform der Erfindung (ein Verfahren) darstellt.
-
3A–H sind schematische Darstellungen verschiedener Kategorien (oder Arten) von Batteriekurzschlüssen.
-
4 ist ein Kurvendiagramm, das Batteriekurzschlussprofile (oder -verhaltensweisen), die Temperatur zum Zeitpunkt des Kurzschlusses (Kurzschlusspunkt) in Gegenüberstellung zur Zeit für einige Arten von Kurzschlüssen darstellt, wenn die Batterie ein nicht beschichtetes Trennelement aufweist.
-
5 ist ein Kurvendiagramm, das Batteriekurzschlussprofile (oder -verhaltensweisen), die Temperatur der Batterie (Mittelwert) in Gegenüberstellung zur Zeit für einige Arten von Kurzschlüssen darstellt, wenn die Batterie ein nicht beschichtetes Trennelement aufweist.
-
6 ist ein Kurvendiagramm, das Batteriekurzschlussprofile (oder -verhaltensweisen), den Spannungsabfall an der Batterie in Gegenüberstellung zur Zeit für einige Arten von Kurzschlüssen darstellt, wenn die Batterie ein nicht beschichtetes Trennelement aufweist.
-
7 ist ein Kurvendiagramm, das Batteriekurzschlussprofile (oder -verhaltensweisen), den Spannungsabfall an der Batterie in Gegenüberstellung zur Zeit für einige Arten von Kurzschlüssen darstellt, wenn die Batterie ein nicht beschichtetes und ein beschichtetes Trennelement aufweist.
-
8 ist ein Kurvendiagramm, das Batteriekurzschlussprofile (oder -verhaltensweisen), die Temperatur der Batterie (Kurzschlusspunkt) in Gegenüberstellung zur Zeit für einige Arten von Kurzschlüssen darstellt, wenn die Batterie ein nicht beschichtetes und ein beschichtetes Trennelement aufweist.
-
9 ist ein Kurvendiagramm, das Batteriekurzschlussprofile (oder -verhaltensweisen), die Temperatur der Batterie (Mittelwert) in Gegenüberstellung zur Zeit für einige Arten von Kurzschlüssen darstellt, wenn die Batterie ein nicht beschichtetes und ein beschichtetes Trennelement aufweist.
-
10 ist ein Kurvendiagramm, das Batteriekurzschlussprofile (oder -verhaltensweisen), den Spannungsabfall an der Batterie in Gegenüberstellung zur Zeit für einige Arten von Kurzschlüssen darstellt, wenn die Batterie ein nicht beschichtetes und ein beschichtetes Trennelement aufweist.
-
11 ist ein Kurvendiagramm, das Batteriekurzschlussprofile (oder -verhaltensweisen), die Temperatur der Batterie (Kurzschlusspunkt) in Gegenüberstellung zur Zeit für einige Arten von Kurzschlüssen darstellt, wenn die Batterie ein nicht beschichtetes und ein beschichtetes Trennelement aufweist.
-
12 ist ein Kurvendiagramm, das Batteriekurzschlussprofile (oder -verhaltensweisen), die Temperatur der Batterie (Mittelwert) in Gegenüberstellung zur Zeit für einige Arten von Kurzschlüssen darstellt, wenn die Batterie ein nicht beschichtetes und ein beschichtetes Trennelement aufweist.
-
Beschreibung der Erfindung
-
Bezug nehmend auf die Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente angeben, ist in 1 als eine Ausführungsform der Erfindung ein System 10 gezeigt, um Kurzschlüsse in einer Batterie wenigstens zu differenzieren (oder vorherzusagen). Das System 10 steht in Kommunikation mit einer Batterie B (oder ist damit verbunden oder daran gekoppelt).
-
Bei der Batterie B kann es sich um eine beliebige Art von Batterie handeln. Die Batterie im hier verwendeten Sinne kann als Folgendes beinhaltend betrachtet werden: einzelne Zellen, Module (eine Vielzahl aneinander gekoppelter Zellen) und/oder Packs (eine Vielzahl aneinander gekoppelter Module). Bei der Batterie B kann es sich um eine beliebige Art von (wieder aufladbarer) Sekundärbatterie handeln. In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Batterie B eine Lithiumsekundärbatterie oder -zelle sein. Zur Vereinfachung der nachfolgenden Erörterung wird die Batterie als eine Lithium(Li)-Batterie bezeichnet, wobei es sich jedoch versteht, dass die Erfindung nicht darauf beschränkt ist. Anode (–)(negative Platte oder Elektrode) und Kathode (+)(positive Platte oder Elektrode) im hier verwendeten Sinne bezeichnen den Entladungszustand der Batterie, soweit nicht anders angegeben. Materialien für die Batterie können beliebige übliche Batteriematerialien sein. Anode im hier verwendeten Sinne bezeichnet ein übliches Anodenmaterial. Kathode im hier verwendeten Sinne bezeichnet ein übliches Kathodenmaterial. Übliche Anoden- und Kathodenmaterialien werden beschrieben in: Linden, D., Handbook of Batteries, zweite Ausgabe, McGraw-Hill, Inc. New York, NY (1995); Besenhard, J. O., Handbook of Battery Materials, Wiley-VCH, New Your, NY (1999); und Arora, P. & Zhang, Z., Battery Separators, Chem. Rev., 2004, 104, 4419–4462, die hiermit jeweils in den vorliegenden Gegenstand miteinbezogen werden. Zu Lithiumsekundärbatterien siehe: Linden, ebd., Kapitel 36; Besenhard, ebd., Teil III, Kapitel 3–10; und Arora & Zhang, die hiermit jeweils in den vorliegenden Gegenstand miteinbezogen werden.
-
Das System 10 zum Differenzieren (oder Vorhersagen) von Kurzschlüssen in einer Batterie beinhaltet in einer Ausführungsform allgemein Folgendes: eine Erkennungsvorrichtung (Erkennungseinrichtung) 12, die an die Batterie B gekoppelt ist; eine Überwachungsvorrichtung (Überwachungseinrichtung) 14 in Kommunikation mit der Erkennungsvorrichtung (Erkennungseinrichtung) 12, wobei die Überwachungsvorrichtung (Überwachungseinrichtung) 14 ein Profil eines Batteriekurzschlussverhaltens beinhaltet (das sich auf einer Speichervorrichtung 16 befindet), und eine Vergleichseinrichtung 18 zum Abgleichen von Daten von der Erkennungseinrichtung 12 mit dem Profil in der Speichervorrichtung 16; und eine Steuerlogikvorrichtung (Steuereinrichtung) 20 zum Ergreifen einer Maßnahme auf Grundlage von Informationen von der Erkennungsvorrichtung. Das System 10 kann wahlweise eine Maßnahmen- oder Reaktionserzeugungseinrichtung 22 in Kommunikation mit dem System 10 beinhalten (in Kommunikation mit der Steuerlogikvorrichtung 20, wie gezeigt).
-
Zum besseren Verständnis der Erfindung wird im Folgenden die Voraussetzung (oder Theorie) des Betriebs erörtert, doch ist die Erfindung nicht an diese Voraussetzung (oder Theorie) gebunden. Wie im Abschnitt zum allgemeinen Stand der Technik oben erwähnt, werden Kurzschlüsse in Batterien, beispielsweise Lithiumsekundärbatterien, noch nicht vollständig verstanden. Nach umfangreichen Untersuchungen wurde festgestellt, dass Batteriekurzschlüsse nach verschiedenen physikalischen Attributen (oder Eigenschaften oder Verhaltensweisen) gruppiert (oder charakterisiert oder differenziert) werden können. Diese Attribute können die physikalischen Eigenschaften des Kurzschlusses sein, während er sich entwickelt, und/oder die Ergebnisse (oder Konsequenzen) des Kurzschlusses. Durch Differenzieren zwischen verschiedenen Arten von Kurzschlüssen (beispielsweise dem gemessenen Parameter in Abhängigkeit von der Zeit) kann es möglich sein, Batteriesicherheit und/oder -leistung, Reaktionen auf Kurzschlüsse erfolgreich anzugehen und/oder zu verbessern, indem die Reaktion auf bestimmte Kurzschlüsse begrenzt und/oder die Reaktion auf andere Kurzschlüsse verstärkt wird, und/oder Kombinationen davon.
-
Zur Veranschaulichung des Vorstehenden wird auf 3A–H Bezug genommen. 3A–H zeigen oder veranschaulichen mehrere beispielhafte Arten (oder Gruppen oder Kategorien) von Kurzschlüssen. Die in 3A–H gezeigten beispielhaften Kurzschlüsse wurden unter spezieller Bezugnahme auf Lithiumsekundärbatterien entwickelt, doch ähnliche Gruppen können sich auch auf andere Arten von Batterien oder Energiespeichervorrichtungen (Batterien, Zellen, Module, Packs, Systeme, Akkumulatoren, Kondensatoren, CE-, EV-, ESS- oder BESS-Systeme oder -Packs und/oder dergleichen) beziehen oder dafür erstellt werden.
-
3A ist ein Kurzschluss zwischen dem Kathodenstromkollektor (in einer Li-Batterie kann dies eine Schicht aus Aluminium (Al) sein) und der Anode. Dieser Kurzschluss kann als interner Kurzschluss und/oder harter Kurzschluss bezeichnet werden. Dieser Kurzschluss kann große Energiemengen freisetzen. Dies kann ein gefährlicher Kurzschluss sein.
-
3B ist ein Kurzschluss zwischen dem Kathodenstromkollektor (in einer Li-Batterie kann dies eine Schicht aus Aluminium (Al) sein) und einem Ende der Anode. Dieser Kurzschluss kann als externer Kurzschluss und/oder harter Kurzschluss bezeichnet werden. Dieser Kurzschluss kann große Energiemengen freisetzen. Dies kann ein gefährlicher Kurzschluss sein.
-
3C ist ein Kurzschluss zwischen dem Kathodenstromkollektor (in einer Li-Batterie kann dies eine Schicht aus Aluminium (Al) sein) und dem Anodenstromkollektor (in einer Li-Batterie kann dies eine Schicht aus Kupfer (Cu) sein). Dieser Kurzschluss kann als interner Kurzschluss und/oder harter Kurzschluss bezeichnet werden. Dieser Kurzschluss kann große Energiemengen freisetzen. Dies kann ein gefährlicher Kurzschluss sein.
-
3D ist ein Kurzschluss zwischen einem Ende des Kathodenstromkollektors (in einer Li-Batterie kann dies eine Schicht aus Aluminium (Al) sein) und einem Ende des Anodenstromkollektors (in einer Li-Batterie kann dies eine Schicht aus Kupfer (Cu) sein). Dieser Kurzschluss kann als externer Kurzschluss und/oder harter Kurzschluss bezeichnet werden. Dieser Kurzschluss kann große Energiemengen freisetzen. Dies kann ein gefährlicher Kurzschluss sein.
-
3E ist ein Kurzschluss zwischen der Kathode und dem Anodenstromkollektor (in einer Li-Batterie kann dies eine Schicht aus Kupfer (Cu) sein). Dieser Kurzschluss kann als interner Kurzschluss und/oder harter Kurzschluss bezeichnet werden. Dieser Kurzschluss kann geringere Mengen an Energie freisetzen (im Vergleich zu den Kurzschlüssen aus 3A–D). Dies kann ein weniger gefährlicher Kurzschluss sein (im Vergleich zu den Kurzschlüssen aus 3A–D).
-
3F ist ein Kurzschluss zwischen der Kathode und einer Kante des Anodenstromkollektors (in einer Li-Batterie kann dies eine Schicht aus Kupfer (Cu) sein). Dieser Kurzschluss kann als interner Kurzschluss und/oder harter Kurzschluss bezeichnet werden. Dieser Kurzschluss kann geringere Mengen an Energie freisetzen (im Vergleich zu den Kurzschlüssen aus 3A–D). Dies kann ein weniger gefährlicher Kurzschluss sein (im Vergleich zu den Kurzschlüssen aus 3A–D).
-
3G ist ein Kurzschluss zwischen der Kathode und der Anode. Dieser Kurzschluss kann als interner Kurzschluss und/oder harter Kurzschluss bezeichnet werden. Dieser Kurzschluss kann geringere Mengen an Energie freisetzen (im Vergleich zu den Kurzschlüssen aus 3A–D). Dies kann ein weniger gefährlicher Kurzschluss sein (im Vergleich zu den Kurzschlüssen aus 3A–D).
-
3H ist ein Kurzschluss zwischen der Kathode und der Anode. Dieser Kurzschluss kann als interner Kurzschluss und/oder weicher Kurzschluss bezeichnet werden. Dieser Kurzschluss kommt in einer relativ gesunden Batterie häufig vor. Dieser Kurzschluss kann als noch weniger gefährlich oder ungefährlich betrachtet werden.
-
Eine weitere Art des Kurzschlusses (in 3A–H nicht gezeigt) ist ein Kurzschluss zwischen den Kanten der Kathode und der Anode, im Folgenden bezeichnet als 3I.
-
Nach der Identifizierung mehrerer Arten von Kurzschlüssen kann ihre Verhaltensweise (oder das Profil eines Batteriekurzschlussverhaltens) (entweder empirisch oder mathematisch) untersucht und modelliert werden. Zu externen Parametern, die gemessen werden können, während die Batterie in Betrieb ist, gehören unter anderem: Temperatur, Energie (z. B. Wärme), Spannung, Strom, Widerstand und Kombinationen davon. Die Temperatur kann die Temperatur an der Stelle (oder dem Punkt) des Kurzschlusses (Kurzschlusspunkt) bezeichnen, oder die Temperatur kann die Temperatur der Batterie oder Zelle (Mittelwert) bezeichnen. Diese externen Parameter können beispielsweise gemessen werden in Abhängigkeit von: Zeit und/oder Temperatur. Die Analyse dieser Parameter kann auf beliebige übliche Art und Weise erreicht werden. Beispielsweise kann mit einem Voltmeter der Spannungsabfall (z. B. Volt) gemessen werden (vorzugsweise in Abhängigkeit von der Zeit). Strom (z. B. Ampere) kann mit einem Amperemeter gemessen werden (vorzugsweise in Abhängigkeit von der Zeit). Widerstand (z. B. Ohm) kann mit einem Ohmmeter gemessen werden (vorzugsweise in Abhängigkeit von der Zeit). Temperatur (z. B. °C) kann mit einem Thermometer gemessen werden (vorzugsweise in Abhängigkeit von der Zeit). Die Temperaturmessung kann mit einem Thermoelement oder Sensor gemessen werden, das bzw. der innerhalb oder außerhalb der Batterie angeordnet ist, und/oder mit einem Wärmebildscanner (besser zum Messen der Innentemperatur der Batterie). Wärmeerzeugung (z. B. Kalorien) kann mit einem Kalorimeter gemessen werden (vorzugsweise in Abhängigkeit von der Zeit). Auf Grundlage dieser externen Parameter können Profile eines Batteriekurzschlussverhaltens erzeugt werden.
-
Beispiele repräsentativer Profile sind in 4–12 dargestellt. In Bezug auf 4–12 bezeichnet Grundschicht oder nicht beschichtetes Trennelement eine mikroporöse Membran ohne mit Keramik gefüllte Beschichtung auf der Außenfläche der Membran, und beschichtet oder beschichtetes Trennelement bezeichnet eine mikroporöse Membran mit einer Keramikbeschichtung auf wenigstens einer oder auf beiden Außenflächen der Membran. Die Kurzschlussarten aus 4–12 werden unter Bezugnahme auf die vorstehende Erörterung identifiziert. 4 stellt die Kurzschlussprofile verschiedener Kurzschlussarten (3A, 3B, 3C, 3D, 3E, 3F, 3G, 3I) als Temperatur (Kurzschlusspunkt) in Abhängigkeit von der Zeit dar. 5 stellt die Kurzschlussprofile verschiedener Kurzschlussarten (3A, 3B, 3C, 3D, 3E, 3F, 3G, 3I) als Temperatur (Mittelwert) in Abhängigkeit von der Zeit dar. 6 stellt die Kurzschlussprofile verschiedener Kurzschlussarten (3A, 3B, 3C, 3D, 3E, 3F, 3G, 3I) als Spannung in Abhängigkeit von der Zeit dar. 7 stellt die Kurzschlussprofile verschiedener Kurzschlussarten (3A, 3C, 3E, 3G) nicht beschichteter und beschichteter (-c) Trennelemente als Spannungsabfall in Abhängigkeit von der Zeit dar. 8 stellt die Kurzschlussprofile verschiedener Kurzschlussarten (3A, 3C, 3E, 3G) nicht beschichteter und beschichteter (-c) Trennelemente als Temperatur (Kurzschlusspunkt) in Abhängigkeit von der Zeit dar. 9 stellt die Kurzschlussprofile verschiedener Kurzschlussarten (3A, 3C, 3E, 3G) nicht beschichteter und beschichteter (-c) Trennelemente als Temperatur (Mittelwert) in Abhängigkeit von der Zeit dar. 10 stellt die Kurzschlussprofile verschiedener Kurzschlussarten (3B, 3D, 3F, 3I) nicht beschichteter und beschichteter (-c) Trennelemente als Spannungsabfall in Abhängigkeit von der Zeit dar. 11 stellt die Kurzschlussprofile verschiedener Kurzschlussarten (3B, 3D, 3F, 3I) nicht beschichteter und beschichteter (-c) Trennelemente als Temperatur (Kurzschlusspunkt) in Abhängigkeit von der Zeit dar. 12 stellt die Kurzschlussprofile verschiedener Kurzschlussarten (3B, 3D, 3F, 3I) nicht beschichteter und beschichteter (-c) Trennelemente als Temperatur (Mittelwert) in Abhängigkeit von der Zeit dar.
-
Jeder Kurzschluss weist ein besonderes Profil auf, das einen Kurzschluss von einem anderen Kurzschluss differenziert. Darüber hinaus können diese Kurzschlussverhaltensweisen mathematisch ausgedrückt oder in einer „Nachschlag”-Tabelle zur anschließenden Verwendung im erfindungsgemäßen System und/oder Verfahren definiert sein.
-
Jeder dieser Kurzschlüsse kann ein Resultat in der Batterie erzeugen. Die Resultate sind jedoch möglicherweise nicht gleich. Einige Resultate können mehr oder weniger schwerwiegend als andere sein. Mit anderen Worten, einige Kurzschlüsse können eine sofortige Maßnahme (eine aggressive Reaktion) erfordern, während andere Kurzschlüsse keine sofortige Maßnahme oder gar keine Maßnahme (eine passive Reaktion) erfordern können. Eine aggressive oder passive Reaktion kann eine beliebige Reaktion sein, die angesichts der Konsequenz des Kurzschlusses als angemessen betrachtet wird. Eine aggressive Reaktion kann unter anderem beinhalten, ohne darauf beschränkt zu sein: das Gelände zu evakuieren (die Batterie kann nicht gerettet werden), oder die Batterie zu verbrennen, oder die Batterie auszuwerfen oder die Batterie rasch abzukühlen. Eine passive Reaktion kann unter anderem beinhalten, ohne darauf beschränkt zu sein: die Batterie möglichst bald überprüfen zu lassen (keine unmittelbare Gefahr). Das erfindungsgemäße System oder Verfahren kann ein Teil von anderen Sicherheitsmerkmalen der Gebäudesicherheit oder von Brandschutzsystemen, Batterie- oder Zellsicherheitssystemen sein und/oder mit diesen zusammenarbeiten, wie etwa, ohne darauf beschränkt zu sein, den elektrischen und/oder Kühlschalter der Batterie oder des Packs, Trennelemente zur Abschaltung, mit Keramik beschichtete Trennelemente, HTMI-Trennelemente und/oder dergleichen.
-
Das System 10 in seiner oben erwähnten Form beinhaltet allgemein: eine Erkennungsvorrichtung (Erkennungseinrichtung) 12; eine Überwachungsvorrichtung (Überwachungseinrichtung) 14 mit einem Profil eines Batteriekurzschlussverhaltens (das sich in einer Speichervorrichtung 16 befindet) und eine Vergleichseinrichtung 18; und eine Steuerlogikvorrichtung (Steuereinrichtung) 20. Das System 10 kann wahlweise eine Maßnahmen- oder Alarmerzeugungseinrichtung (Aktuator) 22 in Kommunikation mit dem System 10 beinhalten.
-
Die Erkennungsvorrichtung (Erkennungseinrichtung) 12 steht in Kommunikation mit der Batterie B. Die Erkennungsvorrichtung 12 kann Sensoren zum Messen von Temperatur, Energie (z. B. Wärme), Spannung, Strom und/oder Widerstand, allein und/oder in Abhängigkeit von der Zeit und/oder Temperatur beinhalten. Die Informationen über den Batteriebetrieb (oder ihr Verhalten) werden von der Erkennungseinrichtung 12 erfasst und an die Überwachungsvorrichtung 14 übermittelt.
-
Die Überwachungsvorrichtung (Überwachungseinrichtung) 14 beinhaltet allgemein eine Speichervorrichtung 16 und eine Vergleichseinrichtung 18. Die Speichervorrichtung 16 (die sich in der Überwachungseinrichtung 14 oder anderswo im System 10 befinden kann) dient zum Ablegen der vorgegebenen Profile verschiedener Batteriekurzschlussverhaltensweisen. Diese Profile können in Form mathematischer Formeln oder „Nachschlag”-Tabellen gespeichert sein. Die Vergleichseinrichtung 18 dient zum Vergleichen der Informationen von der Erkennungseinrichtung 12 mit dem Profil, das in der Datei 16 gespeichert ist. Wenn die Vergleichseinrichtung 18 bestimmt, dass eine Übereinstimmung zwischen den Informationen von der Erkennungseinrichtung 12 und einem Profil in Datei 16 vorliegt, wird eine Nachricht an die Steuerlogikvorrichtung (Steuereinrichtung) 20 gesendet.
-
Die Steuerlogikvorrichtung (Steuereinrichtung) 20 bestimmt, ob eine bzw. welche Reaktion gegebenenfalls erfolgen sollte, um das Kurzschlussproblem zu entschärfen oder zu lösen. Eine geeignete vorgegebene Reaktion für jeden Kurzschluss kann in der Steuereinrichtung 20 (oder anderswo im System 10) gespeichert sein. Wenn die Nachricht von der Überwachungseinrichtung 14 gesendet wird, schlägt die Steuereinrichtung 20 die vorgegebene Reaktion nach. Wie jeweils angemessen, kann die Steuereinrichtung 20 eine Nachricht oder Anweisung an die Maßnahmenerzeugungseinrichtung (Aktuator) 22 senden.
-
Die Maßnahmenerzeugungseinrichtung (Aktuator) 22 ist eine Vorrichtung zum Ausführen der entschärfenden Reaktion. Der Aktuator kann beispielsweise Folgendes sein: ein Alarm (z. B. Hupe oder Warnlicht), ein Trennschalter, ein Kühlmittel und/oder Löschsystem, eine Sperre (z. B. zum Isolieren der gefährdeten Batterie) und/oder dergleichen.
-
Das Verfahren 100 zum Erkennen und Entschärfen auf Grundlage von Kurzschlüssen in einer Batterie wird in dem Ablaufdiagramm aus 2 dargestellt. Das Verfahren 100 zum Erkennen eines Kurzschlusses in einer Batterie beinhaltet allgemein die folgenden Schritte: Erkennen 102 des Verhaltens einer Batterie; Vergleichen 104 des Verhaltens der Batterie mit einem vorgegebenen Batterieverhaltensprofil; Bestimmen 106 der Art des Kurzschlusses auf Grundlage des Vergleichs; und Ergreifen 108 einer Entschärfungsmaßnahme auf Grundlage der Bestimmung. Einzelheiten der Schritte entsprechen dem oben erörterten System 10.
-
Das vorstehende System 10/Verfahren 100 kann in verschiedenen Anwendungen verwendet werden, einschließlich, ohne darauf beschränkt zu sein: Laboratorien, Versuchsanlagen, Alarmsystemen, Batteriesteuersystemen, Fahrzeugen (Automobilen, Flugzeugen, Eisenbahnzügen usw.), Energiespeichersystemen, intelligenten Stromnetzen, Heimenergiespeichersystemen und dergleichen.
-
Gemäß wenigstens ausgewählten Ausführungsformen, Aspekten oder Aufgaben betrifft die Erfindung die oben genannten Fragen oder Notwendigkeiten und/oder kann sich mit ihnen befassen und/oder kann neue oder verbesserte Systeme und/oder Verfahren zum Differenzieren von Kurzschlüssen in Batterien, insbesondere Lithiumsekundärbatterien, und/oder zum Differenzieren davon und/oder Reagieren darauf, Sicherheitssysteme, Alarme und/oder dergleichen bereitstellen.
-
Gemäß wenigstens bestimmten Ausführungsformen, Aspekten oder Aufgaben beinhaltet ein System zum Differenzieren von Kurzschlüssen in einer Batterie Folgendes: wenigstens ein Erkennungsmittel, das an die Batterie oder Zelle gekoppelt ist; ein Überwachungsmittel in Kommunikation mit der Erkennungseinrichtung, wobei das Überwachungsmittel wenigstens ein Profil eines Batteriekurzschlussverhaltens beinhaltet, und ein Vergleichsmittel zum Abgleichen von Daten von dem Erkennungsmittel mit dem Profil; und ein Steuermittel zum Ergreifen einer Maßnahme auf Grundlage von Informationen von dem Erkennungsmittel. Das System kann Folgendes überwachen: die Temperatur der Batterie, die Wärmeerzeugung der Batterie, den Stromfluss durch die Batterie, den Spannungsabfall an der Batterie und/oder Kombinationen davon. Das System kann zwischen den verschiedenen Batteriekurzschlussverhaltensweisen unterscheiden, um eine aggressive Reaktion oder eine passive Reaktion vorzugeben.
-
Gemäß wenigstens bestimmten ausgewählten Ausführungsformen, Aspekten oder Aufgaben beinhaltet ein Verfahren zum Erkennen, Überwachen und Reagieren auf einen Kurzschluss in einer Batterie oder Zelle folgende Schritte: Erkennen eines Verhaltens der Batterie; Vergleichen des Verhaltens der Batterie mit wenigstens einem vorgegebenen Batterieverhaltensprofil; Bestimmen der Art des Kurzschlusses auf Grundlage des Vergleichs; und Ergreifen einer bestimmten Entschärfungsmaßnahme auf Grundlage der Bestimmung. Das Verfahren kann die Schritte des Überwachens: der Temperatur der Batterie, der Wärmeerzeugung der Batterie, des Stromflusses durch die Batterie, des Spannungsabfalls an der Batterie und/oder Kombinationen davon umfassen. Das Verfahren kann auch die Schritte des Unterscheidens zwischen den verschiedenen Batteriekurzschlussverhaltensweisen umfassen, um eine aggressive Reaktion oder eine eher passive Reaktion zu bestimmen und vorzugeben.
-
Gemäß wenigstens bestimmten Ausführungsformen, Aspekten oder Aufgaben beinhaltet ein System zum Differenzieren von Kurzschlüssen in einer Batterie: eine Erkennungseinrichtung, die an die Batterie gekoppelt ist; eine Überwachungseinrichtung in Kommunikation mit der Erkennungseinrichtung, wobei die Überwachungseinrichtung ein Profil eines Batteriekurzschlussverhaltens, und eine Vergleichseinrichtung zum Abgleichen von Daten von der Erkennungseinrichtung mit dem Profil beinhaltet; und eine Steuereinrichtung zum Ergreifen einer Maßnahme auf Grundlage von Informationen von der Erkennungseinrichtung. Ein Verfahren zum Erkennen eines Kurzschlusses in einer Batterie beinhaltet die folgenden Schritte: Erkennen eines Verhaltens der Batterie; Vergleichen des Verhaltens der Batterie mit einem vorgegebenen Batterieverhaltensprofil; Bestimmen der Art des Kurzschlusses auf Grundlage des Vergleichs; und Ergreifen einer Entschärfungsmaßnahme auf Grundlage der Bestimmung. Das System/Verfahren kann Folgendes überwachen: die Temperatur der Batterie, die Wärmeerzeugung der Batterie, den Stromfluss durch die Batterie, den Spannungsabfall an der Batterie und/oder Kombinationen davon. Das System/Verfahren unterscheidet zwischen den verschiedenen Batteriekurzschlussverhaltensweisen für eine aggressive Reaktion oder eine passive Reaktion.
-
Die vorliegende Erfindung kann in anderen Formen ausgeführt werden, ohne vom Geist und ihren wesentlichen Merkmalen abzuweichen, weshalb anstelle der Begrenzung auf die vorstehende Beschreibung und die beigefügten Zeichnungen hinsichtlich des Umfangs der Erfindung auf die beigefügten Ansprüche Bezug zu nehmen ist.
