DE19506161A1 - Battery pack with overcharging protection system - Google Patents
Battery pack with overcharging protection systemInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Batterie-Paket mit einer wärmeempfindlichen Abschalt-Vorrichtung, die den Strom im Falle eines übermäßig starken Stromflusses oder eines anormalen Stromanstiegs abschaltet.The invention relates to a battery pack with a heat sensitive shutdown device that turns the current in In the event of excessive current flow or turns off abnormal current rise.
Wie in Fig. 1 gezeigt ist, enthalten Batterie-Pakete gemäß dem Stand der Technik ein Thermostat als wärmeempfindliche Abschalt-Vorrichtung 11. Wie in dem Schaltbild gemäß Fig. 2 gezeigt ist, ist die als Thermostat ausgebildete, wärmeempfindliche Abschalt-Vorrichtung 21 in Serie zu den Batterien 2B und dem Auflade-Anschluß 22 geschaltet. Der Thermostat bildet eine Sicherheits-Vorrichtung, die in einen Abschalt-Zustand schaltet, um das Aufladen einer Batterie bei einem Überladen oder einem Temperaturanstieg zu unterbrechen. Obgleich der Thermostat zum Unterbrechen des Stromflusses bei einem Anstieg der Batterie-Temperatur während des Aufladens abschaltet, erfolgt ein erneutes Anschalten durch den Thermostat, da die Temperatur bei einer Unterbrechung des Stromflusses absinkt. Hierdurch ergibt sich der Nachteil, daß der Ladestrom bei einem Abfallen der Batterietemperatur erneut fließt und die Batterie überladen wird.As shown in FIG. 1, battery packs according to the prior art contain a thermostat as a heat-sensitive shutdown device 11 . As shown in the circuit diagram according to FIG. 2, the thermosensitive switch-off device 21 , which is designed as a thermostat, is connected in series with the batteries 2 B and the charging connection 22 . The thermostat forms a safety device that switches to a shutdown state in order to interrupt the charging of a battery in the event of overcharging or a rise in temperature. Although the thermostat for interrupting the current flow switches off when the battery temperature rises during charging, the thermostat switches it on again because the temperature drops when the current flow is interrupted. This has the disadvantage that the charging current flows again when the battery temperature drops and the battery is overcharged.
Zum Vermeiden dieses Problems wurde ein Batterie-Paket gemäß Fig. 3 entwickelt, das eine Sicherheits-Vorrichtung 3a mit einem Heizwiderstand 33 enthält, der parallel zu einer als Thermostat ausgebildeten, wärmesensitiven Abschalt-Vor richtung 31 geschaltet ist. Da der Heizwiderstand 33 dieses Batterie-Pakets in Serie zu den Batterien 3B liegt, wie in dem Schaltbild nach Fig. 3 gezeigt ist, wird Strom über den Heizwiderstand 33 bei einem Abschalten des Thermostats umgeleitet. Wie in Fig. 4 gezeigt ist, erfolgt eine enge Kopplung des Heizwiderstands 43 mit der als Thermostat ausgebildeten, wärmeempfindlichen Abschalt-Vor richtung 41. Der über den Heizwiderstand 43 fließende Umleit-Strom führt zu Joule′scher Wärmebildung, durch die das Thermostat erwärmt wird, so daß es nicht mehr in den angeschalteten Zustand zurückkehrt. Die Fig. 5 zeigt ein Batterie-Paket gemäß dem in Fig. 3 gezeigten Schaltbild. Die Fig. 5 zeigt eine auf der Oberfläche einer Batterie 5B befestigte Sicherheits-Vorrichtung 5A. Die Fig. 6 zeigt eine Draufsicht, eine Frontansicht und eine Unteransicht der Sicherheits-Vorrichtung, die gemäß Fig. 5 an dem Batterie-Paket befestigt ist. Wie in Fig. 6 gezeigt ist, wird der Heizwiderstand 63 so befestigt, daß ein enger Kontakt mit der Oberfläche der wärmeempfindlichen Abschalt-Vorrichtung 61 entsteht.To avoid this problem, a battery pack according to FIG. 3 was developed, which contains a safety device 3 a with a heating resistor 33 , which is connected in parallel to a thermally sensitive, heat-sensitive shutdown device 31 . Since the heating resistor 33 of this battery pack is in series with the batteries 3 B, as shown in the circuit diagram according to FIG. 3, current is diverted via the heating resistor 33 when the thermostat is switched off. As shown in Fig. 4, there is a close coupling of the heating resistor 43 with the thermostatic, heat-sensitive shutdown device 41 before. The bypass current flowing through the heating resistor 43 leads to Joule's heat generation, by which the thermostat is heated so that it no longer returns to the switched-on state. FIG. 5 shows a battery pack according to the circuit diagram shown in FIG. 3. FIG. 5 shows a safety device 5 A fastened to the surface of a battery 5 B. FIG. 6 shows a top view, a front view and a bottom view of the safety device which is fastened to the battery pack according to FIG. 5 . As shown in Fig. 6, the heating resistor 63 is fixed so that there is close contact with the surface of the heat-sensitive shutdown device 61 .
Demnach läßt sich mit dieser Ausführung eines Batterie-Pakets mit einer Sicherheits-Vorrichtung ein Überladen der Batterie vermeiden, da ein Rückschalten des Thermostats und eine hiermit verbundene Wiederaufnahme des Ladevorgangs nach einem Anstieg der Batterie-Temperatur, der zunächst zu einem Umschalten des Thermostats in den abgeschalteten Zustand geführt hat, vermieden wird. Jedoch läßt sich mit dieser Art eines Batterie-Pakets der Ladestrom selbst bei einem Abschalten des Thermostats nicht auf Null reduzieren. Der Grund hierfür ist, daß der durch den Heizwiderstand fließende Strom auch zu den Batterien fließt.Accordingly, with this version of a battery pack with a safety device overcharging the battery avoid, as switching the thermostat and a related resumption of charging after a Rise in battery temperature, which initially leads to a Switch the thermostat to the switched off state has been avoided. However, with this type of a battery pack the charging current even at one Do not reduce the thermostat switch-off to zero. Of the The reason for this is that the flowing through the heating resistor Electricity also flows to the batteries.
Die Joule′sche Erwärmung eines Widerstands ist proportional zum Produkt des Quadrats des Stroms und des Widerstands. Zum Vermeiden eines Überladens muß der Batteriestrom herabgesetzt werden und für eine Zunahme der Joule′schen Erwärmung muß auch der Heizwiderstandswert erhöht werden. Jedoch führt in der Praxis ein ziemlich hoher Heizwiderstand zu einer Abnahme der Joule′schen Erwärmung. Der Grund hierfür ist, daß die einem Batterie-Paket aus einem Batterie-Aufladegerät zugeführte Spannung begrenzt ist und somit der Strom bei einem steigenden Widerstand abfällt. In Abhängigkeit von der durch das Batterie-Aufladegerät zugeführten Spannung ist die Joule′sche Erwärmung des Heizwiderstands proportional zum Quadrat der Versorgungsspannung und nimmt indirekt proportional mit dem Widerstandswert ab. Aus diesem Grund kann der Widerstandswert des zum Halten des Thermostats im abgeschalteten Zustand vorgesehenen Heizwiderstands nicht außerordentlich groß gewählt werden. Mit anderen Worten, ist es schwierig, den Batterie-Ladestrom auf einem Abschalten des Thermostats extrem klein zu bekommen. Soll der Ladestrom zum Vermeiden eines Überladens der Batterie klein gemacht werden, so muß auch die Joule′sche Erwärmung des Heizwiderstands klein sein, wobei dennoch ein wirksames Erwärmen des Thermostats der erzeugten Wärme zu gewährleisten ist. Ist der Heizwiderstand 43, 53 auf der Außenseite der wärmeempfindlichen Abschalt-Vorrichtung 41, 51 befestigt, die, wie in Fig. 4 und 5 gezeigt, als Thermostat ausgebildet ist, so ist es schwierig, wirksam Joule′sche Wärme von dem Heizwiderstand auf das Thermostat zu übertragen. Der Grund hierfür ist, daß Wärme an der Außenseite des Heizwiderstands 43 abgestrahlt wird, wie durch die Pfeile in Fig. 4 verdeutlicht ist. Somit ist ein Heizwiderstand 43 mit erhöhter Wärmeerzeugung innerhalb eines Batterie-Pakets zu entwerfen, wobei der Heizwiderstand 43 den Thermostat nicht wirksam erwärmt. Demnach muß der Widerstandswert des Heizwiderstands klein gewählt werden, so daß sich ein großer Stromfluß nach dem Abschalten des Thermostats ergibt. Hierdurch ergibt sich als Problem ein Überladen der Batterie durch den bei abgeschaltetem Thermostat fließenden Strom. Zum Vermeiden eines Überladens ist es außerordentlich wichtig, den Stromfluß durch den Heizwiderstand so klein wie möglich zu machen. Um dies zu gewährleisten, muß mit Hilfe des Heizwiderstands ein wirksames Erwärmen der wärmeempfindlichen Abschalt-Vorrichtung erreicht werden, und es ist erforderlich, die von dem Heizwiderstand ausgehende Wärmeabstrahlung so klein wie möglich zu machen.The Joule heating of a resistor is proportional to the product of the square of the current and the resistance. To avoid overcharging, the battery current must be reduced and for an increase in Joule heating, the heating resistance value must also be increased. In practice, however, a rather high heating resistance leads to a decrease in Joule heating. The reason for this is that the voltage supplied to a battery pack from a battery charger is limited, and thus the current drops as the resistance increases. Depending on the voltage supplied by the battery charger, the Joule heating of the heating resistor is proportional to the square of the supply voltage and decreases indirectly in proportion to the resistance value. For this reason, the resistance value of the heating resistor provided for holding the thermostat in the switched-off state cannot be chosen to be extraordinarily large. In other words, it is difficult to keep the battery charging current extremely small when the thermostat is switched off. If the charging current is to be made small in order to avoid overcharging the battery, then the Joule heating of the heating resistor must also be small, although an effective heating of the thermostat of the heat generated must be ensured. If the heating resistor 43 , 53 is attached to the outside of the heat-sensitive shutdown device 41 , 51 , which, as shown in Figs. 4 and 5, is designed as a thermostat, it is difficult to effectively Joule heat from the heating resistor on the Transfer thermostat. The reason for this is that heat is radiated on the outside of the heating resistor 43 , as shown by the arrows in FIG. 4. Thus, a heating resistor 43 with increased heat generation within a battery pack is to be designed, the heating resistor 43 not effectively heating the thermostat. Accordingly, the resistance value of the heating resistor must be chosen small, so that there is a large current flow after the thermostat is switched off. This results in a problem of overcharging the battery due to the current flowing when the thermostat is switched off. To avoid overcharging, it is extremely important to minimize the current flow through the heating resistor. To ensure this, the heating resistor must effectively heat the heat-sensitive shutdown device, and it is necessary to make the heat radiation from the heating resistor as small as possible.
Ferner ist in dem in Fig. 4 und Fig. 5 gezeigten Batterie-Paket der Heizwiderstand in unmittelbarem Kontakt zu der als Thermostat ausgebildeten, wärmeempfindlichen Abschalt-Vor richtung befestigt, wie in Fig. 6 gezeigt ist. Hierdurch werden die äußeren Abmessungen der Sicherheits-Vorrichtung groß, und bei einem Anordnen zwischen den Batterien des Batterie-Pakets steht die Sicherheits-Vorrichtung über dem Außenumfang des Batterie-Pakets hervor, wie in Fig. 5 gezeigt ist. Ein mit einem hervorstehenden Abschnitt ausgebildetes Batterie-Paket weist dem Nachteil auf, daß zum Halten der Batterien zusätzlich Platz vorzusehen ist.Is further battery pack 5 is shown in which in Fig. 4 and Fig., The heating resistor formed in direct contact with the thermostat as a heat-sensitive shut-off Before fixed direction as shown in FIG. 6. As a result, the outer dimensions of the safety device become large, and when arranged between the batteries of the battery pack, the safety device protrudes over the outer periphery of the battery pack, as shown in FIG. 5. A battery pack formed with a protruding section has the disadvantage that additional space has to be provided for holding the batteries.
Ein weiterer Nachteil eines Batterie-Pakets mit einem am Außenumfang das Thermostats befestigten Heizwiderstand besteht darin, daß sich die Anzahl der Teile, die Anzahl der Herstellungsschritte und die Kosten erhöhen.Another disadvantage of a battery pack with an am External circumference of the thermostat attached heating resistor is that the number of parts, the number of Manufacturing steps and increasing costs.
Die vorliegende Erfindung wurde geschaffen, um diese Probleme zu lösen. Eine vorrangige Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Batterie-Paket zu schaffen, bei dem sich der Batterie-Strom in extremen Situationen abschalten läßt, sich die wärmeempfindliche Abschalt-Vorrichtung bei geringem Stromfluß im abgeschalteten Zustand halten läßt und sich die interne Sicherheits-Vorrichtung zum Herabsetzen der Größe miniaturisieren läßt. Diese und weitere Aufgaben der Erfindung ergeben sich deutlicher aus der nachfolgenden, detaillierten Beschreibung im Zusammenhang mit der beiliegenden Zeichnung.The present invention has been made to address these problems to solve. A primary object of the present invention is to create a battery pack that includes the battery power can be switched off in extreme situations, the heat-sensitive shutdown device at low Current flow can be kept switched off and the internal security device to reduce the size can be miniaturized. These and other tasks of Invention emerge more clearly from the following, detailed description related to the enclosed drawing.
Das Batterie-Paket dieser Erfindung enthält mehrere Batterien, eine Außenummantelung für die Aufnahme der Batterien, eine in Serie zu den Batterien geschaltete, wärmeempfindliche Abschalt-Vorrichtung zum Umschalten in einen Abschalt-Zustand bei einem Anstieg der Batterie-Tem peratur über eine bestimmte Temperatur, ein Innengehäuse für die Aufnahme der wärmeempfindlichen Abschalt-Vorrichtung und einen ebenfalls im Innengehäuse angeordneten Heizwiderstand. Das Innengehäuse ist zwischen dem zwischen den Batterien der Außenummantelung verbleibenden Raum angeordnet und leitet Batteriewärme zu der in ihr aufgenommenen wärmeempfindlichen Abschalt-Vorrichtung. Der Heizwiderstand ist parallel zur wärmeempfindlichen Abschalt- Vorrichtung geschaltet. Ferner ist der Heizwiderstand in dem Innengehäuse aufgenommen, das ebenso die wärmeempfindliche Abschalt-Vorrichtung enthält. Demnach ist der Heizwiderstand in zweifacher Weise thermisch isoliert durch die doppelte Schicht des Innengehäuses und der Außenummantelung, so daß ein Wärmeverlust aufgrund von Abstrahlung an die Außenseite vermieden wird. Der Heizwiderstand erzeugt Joule′sche Wärme aufgrund des Stromes, der bei einem abgeschalteten Zustand der Abschalt-Vorrichtung an dieser vorbeigeleitet wird. Der Heizwiderstand ist thermisch mit der wärmeempfindlichen Abschalt-Vorrichtung verbunden und in demselben Innengehäuse aufgenommen. Die Joule′sche Wärme des Heizwiderstands heizt direkt die wärmeempfindliche Abschalt-Vorrichtung, um diese in dem abgeschalteten Zustand zu halten.The battery pack of this invention contains several Batteries, an outer jacket for receiving the Batteries, a series connected to the batteries, heat-sensitive switch-off device for switching into a shutdown state when the battery temperature rises temperature over a certain temperature, an inner housing for the inclusion of the heat-sensitive switch-off device and one also arranged in the inner housing Heating resistor. The inner case is between the between space remaining in the batteries of the outer casing arranged and conducts battery heat to that in it recorded heat-sensitive shutdown device. Of the Heating resistor is parallel to the heat-sensitive shutdown Device switched. Furthermore, the heating resistor is in the Inner housing added, which is also the heat sensitive Shutdown device contains. Accordingly, the heating resistor thermally insulated in two ways by double Layer of the inner housing and the outer casing, so that heat loss due to radiation to the outside is avoided. The heating resistor generates Joule heat due to the current when the power is off the switch-off device is guided past this. Of the Heating resistor is thermal with the heat sensitive Switch-off device connected and in the same inner housing added. The Joule's heat of the heating resistor heats directly the heat sensitive shutdown device to this to keep in the shutdown state.
Weiterhin enthält das erfindungsgemäße Batterie-Paket auch vorzugsweise einen gesteuerten Abschalt-Widerstand. Der gesteuerte Abschalt-Widerstand ist in Serie mit der wärmeempfindlichen Abschalt-Vorrichtung verbunden und erzeugt Joule′sche Wärme aufgrund des zu den Batterien fließenden Stroms. Hierdurch wird die wärmeempfindliche Abschalt-Vor richtung erwärmt, so daß diese in den abgeschalteten Zustand übergeht. Der gesteuerte Abschalt-Widerstand ist in demselben Innengehäuse wie die wärmeempfindliche Abschalt-Vor richtung aufgenommen. Sowohl der Heizwiderstand als auch der gesteuerte Abschalt-Widerstand, die beide in demselben Innengehäuse zusammen mit der wärmeempfindlichen Abschalt-Vor richtung aufgenommen sind, gewährleisten die Joule′sche Erwärmung der wärmeempfindlichen Abschalt-Vorrichtung. Der gesteuerte Abschalt-Widerstand kann eine wärmeempfindliche Abschalt-Vorrichtung im angeschalteten Zustand erwärmen und diese in den abgeschalteten Zustand umschalten, sobald ein übermäßig starker Strom zu den Batterien fließt.Furthermore, the battery pack according to the invention also contains preferably a controlled shutdown resistor. Of the controlled shutdown resistor is in series with the heat-sensitive shutdown device connected and generated Joule heat due to the flowing to the batteries Current. As a result, the heat-sensitive shutdown before direction warmed so that this in the switched off Condition passes. The controlled shutdown resistance is in same inner housing as the heat-sensitive shutdown-Vor direction added. Both the heating resistor as well the controlled shutdown resistor, both in the same Inner housing together with the heat-sensitive shutdown-Vor direction, ensure the Joule'sche Heating of the heat-sensitive switch-off device. Of the controlled shutdown resistance can be a heat sensitive Warm the shutdown device when it is switched on and switch them to the switched off state as soon as one excessive current flows to the batteries.
In den Figuren zeigen:The figures show:
Fig. 1 eine Seitenansicht und eine Draufsicht eines Batterie-Pakets gemäß dem Stand der Technik; Fig. 1 is a side view and a plan view of a battery packet in accordance with the prior art;
Fig. 2 ein Schaltbild des in Fig. 1 gezeigten Batterie-Pakets; Fig. 2 is a circuit diagram of the battery pack shown in Fig. 1;
Fig. 3 ein Schaltbild eines weiteren Batterie-Pakets gemäß dem Stand der Technik; Fig. 3 is a circuit diagram of another battery packet in accordance with the prior art;
Fig. 4 eine perspektivische Ansicht eines Batterie-Pakets mit der Schaltungsstruktur nach Fig. 3; FIG. 4 is a perspective view of a battery pack with the circuit structure according to FIG. 3;
Fig. 5 eine Seitenansicht und eine Draufsicht eines Batterie-Pakets mit einer Schaltungsstruktur gemäß der Fig. 3; FIG. 5 shows a side view and a top view of a battery pack with a circuit structure according to FIG. 3;
Fig. 6 eine Draufsicht, eine Frontansicht und eine Unteransicht der Sicherheits-Vorrichtung, die in dem Batterie-Paket gemäß Fig. 3 enthalten ist;Is Figure 6 is a plan view, a front view and a bottom view of the safety device in the battery package of FIG. 3.
Fig. 7 eine Seitenansicht und eine Draufsicht einer Ausführungsform eines Batterie-Pakets gemäß der vorliegenden Erfindung; Fig. 7 is a side view and a plan view of an embodiment of a battery packet in accordance with the present invention;
Fig. 8 ein Schaltbild des Batterie-Pakets gemäß Fig. 7; FIG. 8 shows a circuit diagram of the battery pack according to FIG. 7;
Fig. 9 einen Querschnitt der Sicherheits-Vorrichtung, die in einem Batterie-Paket mit dem Schaltbild gemäß Fig. 8 enthalten ist; FIG. 9 shows a cross section of the safety device which is contained in a battery pack with the circuit diagram according to FIG. 8;
Fig. 10 eine vergrößerte, seitliche Querschnittsansicht der eingebauten Sicherheits-Vorrichtung, die einen Teil des Batterie-Pakets zeigt; Fig. 10 is an enlarged cross-sectional side view of the built-in security device showing part of the battery pack;
Fig. 11 ein Schaltbild einer weiteren Ausführungsform eines Batterie-Pakets gemäß der vorliegenden Erfindung; Fig. 11 is a circuit diagram of another embodiment of a battery packet in accordance with the present invention;
Fig. 12 eine Querschnittsansicht der Sicherheits-Vor richtung, die in einem Batterie-Paket mit dem Schaltbild nach Fig. 11 enthalten ist; Fig. 12 is a cross-sectional view of the safety device contained in a battery pack with the circuit diagram of Fig. 11;
Fig. 13 ein Schaltbild einer weiteren Ausführungsform des Batterie-Pakets der vorliegenden Erfindung. Fig. 13 is a circuit diagram of a further embodiment of the battery package of the present invention.
Das Batterie-Paket gemäß der Erfindung ist mit einem Innengehäuse ausgestattet, das innerhalb einer von Batterien und einer Außenummantelung umgebenen Hülle befestigt ist. Das Innengehäuse enthält eine wärmeempfindliche Abschalt-Vor richtung und einen Heizwiderstand, und der Heizwiderstand ist zum thermischen Isolieren in zweifacher Weise ummantelt. Der Heizwiderstand ist sowohl durch die Außenummantelung als auch durch das Innengehäuse umgeben. Hierdurch wird die Wärmeabstrahlung von dem Heizwiderstand verringert, wodurch eine wirksame Übertragung der durch den Heizwiderstand erzeugten Wärme auf die wärmeempfindliche Abschalt-Vor richtung gewährleistet ist. Da ferner der Heizwiderstand zusammen mit der wärmeempfindlichen Abschalt-Vorrichtung innerhalb des Innengehäuses angeordnet ist, läßt sich die wärmeempfindliche Abschalt-Vorrichtung direkt durch die von dem Heizwiderstand erzeugten Joule′schen Wärme erwärmen. Der Grund hierfür ist, daß das Innengehäuse den Heizwiderstand und die wärmeempfindliche Abschalt-Vorrichtung umgibt, aber nicht zwischen diesen angeordnet ist. In einem Batterie-Paket dieser Struktur ist die Wärmeleitung innerhalb des Innengehäuses von dem Heizwiderstand zu der wärmeempfindlichen Abschalt-Vorrichtung verbessert und die Wärmedissipation aufgrund von Abstrahlung ist durch die doppelte thermische Abschirmung durch die Außenummantelung und das Innengehäuse herabgesetzt.The battery pack according to the invention is with a Inner case equipped within one of batteries and an outer sheath is attached. The Inner case contains a heat sensitive shutdown pre direction and a heating resistor, and the heating resistor is coated in two ways for thermal insulation. The heating resistor is both due to the outer casing also surrounded by the inner case. This will make the Heat radiation from the heating resistor is reduced, whereby an effective transfer through the heating resistor generated heat on the heat-sensitive shutdown-before direction is guaranteed. Furthermore, since the heating resistor together with the heat-sensitive shutdown device is arranged within the inner housing, the heat-sensitive shutdown device directly by the heat the heating resistor generated Joule heat. Of the The reason for this is that the inner housing has the heating resistor and surrounds the heat sensitive shutdown device, however is not arranged between them. In a battery pack this structure is the heat conduction within the Inner housing from the heating resistor to the improved heat sensitive shutdown device and the Heat dissipation due to radiation is due to the double thermal shielding by the outer jacket and lowered the inner case.
In einem Batterie-Paket mit wirksamer Erwärmung der wärmeempfindlichen Abschalt-Vorrichtung durch die Joule′sche Wärme des Heizwiderstands läßt sich das Fließen des Ladestroms zu der Batterie im Falle einer abgeschalteten, wärmeempfindlichen Abschalt-Vorrichtung herabsetzen. Erfolgt die Wärmeübertragung von dem Heizwiderstand zu der wärmeempfindlichen Abschalt-Vorrichtung ohne besonderen Leckeffekt, so bestehen hinsichtlich der Joule′schen Erwärmung durch den Heizwiderstand keine übermäßig hohen Anforderungen. Demnach kann der Widerstand des Heizwiderstands auf einen hohen Wert gesetzt werden, um den Ladestrom herabzusetzen und ein Überladen zu vermeiden, sobald sich die wärmeempfindliche Abschalt-Vorrichtung im abgeschalteten Zustand befindet.In a battery pack with effective heating of the heat-sensitive shutdown device by the Joule'sche Heat of the heating resistor can flow the Charging current to the battery in the event of a shutdown, Reduce the heat-sensitive shutdown device. He follows the heat transfer from the heating resistor to the heat-sensitive shutdown device without any special Leak effect, so exist with regard to Joule'schen Heating by the heating resistor not excessively high Conditions. Accordingly, the resistance of the Heating resistor to be set to a high value Reduce charging current and avoid overcharging, as soon as the heat-sensitive shutdown device in switched off state.
Nun sei auf das in der Fig. 7 gezeigte Batterie-Paket Bezug genommen, in dem zylindrische Batterien 7B in einer Reihe von vier Batterien angeordnet und verbunden sind, wobei die Batterieflächen durch eine Außenummantelung umgeben sind, die mit Hilfe einer wärmegeschrumpften Röhre gebildet ist. Die äußeren Abmessungen eines Batterie-Pakets mit einer Außenummantelung aus einer wärmegeschrumpften Röhre können aufgrund der dünnen Röhre klein gemacht werden. Obgleich nicht gezeigt, kann das Batterie-Paket gemäß dieser Erfindung auch eine aus Plastik gebildete Außenummantelung aufweisen. Now reference is made to the example shown in FIG. 7 battery pack is referred to, in which cylindrical batteries 7 B are arranged in a series of four batteries and connected, wherein the battery surfaces are surrounded by an outer jacket which is formed using a heat-shrunk tube . The outer dimensions of a battery pack with an outer jacket made of a heat-shrunk tube can be made small due to the thin tube. Although not shown, the battery pack according to this invention can also have an outer jacket formed from plastic.
Eine Außenummantelung aus Plastik wird zur Aufnahme mehrerer Batterien in einer Kastenform gebildet.An outer jacket made of plastic is used to hold several Batteries formed in a box shape.
Das Batterie-Paket gemäß Fig. 7 ist mit einer Sicherheits-Vor richtung 7A versehen, die in einem zwischen der Außenummantelung 76 und den Batterien gebildeten, wannenartigen Bereich 711 angeordnet ist. Die Sicherheits-Vor richtung 7A enthält die wärmeempfindliche Abschalt-Vor richtung und den Heizwiderstand, die zusammen in dem Innengehäuse 74 aufgenommen sind. Der Heizwiderstand, der zusammen mit der wärmeempfindlichen Abschalt-Vorrichtung in dem Innengehäuse 74 aufgenommen ist, ist sowohl durch die Außenummantelung 76 als auch das Innengehäuse 74 thermisch abgeschirmt, um wirksam eine Wärmedissipation aufgrund von Abstrahlung zu vermeiden. Das dem Batterie-Paket nach Fig. 7 entsprechende Schaltbild ist in Fig. 8 gezeigt. In dem Batterie-Paket gemäß diesem Schaltbild ist die in dem Innengehäuse aufgenommene, wärmeempfindliche Abschalt-Vor richtung 81 in Serie zu den Batterien 8B zwischen den Batterien 8B und dem Ladeanschluß 82 geschaltet. Die Sicherheits-Vorrichtung 8A, die mit dem Ladeanschluß 82 verbunden ist, unterbricht den Ladevorgang, sobald die Temperatur der Batterie 8B anormal ansteigt, und zwar durch Überführen der wärmeempfindlichen Abschalt-Vorrichtung 81 in den abgeschalteten Zustand. Um einen übermäßig starken Stromfluß während des Entladens der Batterie zu vermeiden, ist eine Sicherheits-Vorrichtung in Serie zu den Batterien geschaltet, und zwar zwischen den Batterien und dem Entlade-Anschluß.The battery pack of FIG. 7 is provided with an A security Before direction 7, in a between the outer casing 76 and the battery formed, the trough-like region is arranged 711th The safety device 7 A contains the heat-sensitive shutdown device and the heating resistor, which are accommodated together in the inner housing 74 . The heating resistor, which is accommodated in the inner housing 74 together with the heat-sensitive switch-off device, is thermally shielded by both the outer casing 76 and the inner housing 74 in order to effectively avoid heat dissipation due to radiation. The circuit diagram corresponding to the battery pack according to FIG. 7 is shown in FIG. 8. In the battery pack according to this circuit diagram, the heat-sensitive shutdown device 81 accommodated in the inner housing is connected in series with the batteries 8 B between the batteries 8 B and the charging connection 82 . The safety device 8 A, which is connected to the charging connection 82 , interrupts the charging process as soon as the temperature of the battery 8 B rises abnormally, namely by transferring the heat-sensitive shutdown device 81 to the shutdown state. To avoid excessive current flow during battery discharge, a safety device is connected in series with the batteries, between the batteries and the discharge connector.
Wie in Fig. 8 gezeigt ist, ist der Heizwiderstand 83, der zusammen mit der wärmeempfindlichen Abschalt-Vorrichtung 81 in dem Innengehäuse aufgenommen ist, parallel zu der wärmeempfindlichen Abschalt-Vorrichtung 81 geschaltet. Der Heizwiderstand 83 verhindert, daß die wärmeempfindliche Abschalt-Vorrichtung 81 wieder in den angeschalteten Zustand übergeht, nachdem sie in den abgeschalteten Zustand überführt wurde. Der Heizwiderstand 83 hält die wärmeempfindliche Abschalt-Vorrichtung 81 durch Joule′sche Erwärmung in dem abgeschalteten Zustand.As shown in FIG. 8, the heating resistor 83 housed in the inner case together with the heat sensitive shutdown device 81 is connected in parallel with the heat sensitive shutdown device 81 . The heating resistor 83 prevents the thermosensitive shutdown device 81 from going back to the on state after being switched to the off state. The heating resistor 83 keeps the heat sensitive shutdown device 81 in the shutdown state by Joule heating.
Nun sei auf Fig. 9 Bezug genommen, das im Querschnitt die Struktur der Sicherheits-Vorrichtung 9A zeigt. Die Sicherheits-Vorrichtung gemäß dieser Figur nützt ein Bimetall 91A in der wärmeempfindlichen Abschalt-Vorrichtung 91. Das Innengehäuse 94 enthält den Heizwiderstand 93, der in direkten Kontakt zu dem Bimetall 91 gehalten wird. Das in dieser Figur gezeigte Innengehäuse 94 der Sicher heits-Vorrichtung 9A ist aus Plastik gebildet. Das Plastikinnengehäuse 94 weist eine auf der linken Seite abgeschlossene und auf der rechten Seite offene, röhrenartige Gestalt auf, wie in Fig. 9 gezeigt ist. Wie die seitliche Querschnittsansicht nach Fig. 10 zeigt, ist das Innengehäuse in einem eingeschlossenen, wannenartigen Bereich 1011 zwischen den zylindrischen Batterien 7B angeordnet. Ferner weist das Innengehäuse geneigte Flächen 104A auf beiden Seiten auf, damit über eine große Fläche ein Flächenkontakt mit den Batterien 10B entstehen kann. Fig. 10 zeigt eine vergrößerte, seitliche Querschnittsansicht desjenigen Bereichs, in dem das Innengehäuse 104 in dem Zwischenraum 1011 zwischen den Batterien 10B und der Außenummantelung 106 angeordnet ist. Wie durch die Teile in Fig. 10 angedeutet ist, wird die durch die Batterien 10B erzeugte Wärme wirksam auf das Innengehäuse 104 übertragen, das in der Nähe oder unter unmittelbarem Kontakt zu den Batterieoberflächen angeordnet ist. Schließlich ist die Grundfläche des in Fig. 10 gezeigten Innengehäuses als Ebene gebildet, die nicht außerhalb der Außenummantelung des Batterie-Pakets hervorsteht.Referring now to FIG 9 is made to Fig. Showing the structure of the safety device 9 A in cross section. The safety device according to this figure uses a bimetal 91 A in the heat-sensitive shutdown device 91 . The inner housing 94 contains the heating resistor 93 , which is held in direct contact with the bimetal 91 . The inner housing 94 shown in this figure of the safety device 9 A is made of plastic. The plastic inner case 94 has a tubular shape closed on the left side and open on the right side, as shown in FIG. 9. As the side cross-sectional view of FIG. 10 shows, the inner casing is arranged in an enclosed, well-like region 1011 between the cylindrical batteries 7 B. Furthermore, the inner housing has inclined surfaces 104 A on both sides so that surface contact with the batteries 10 B can occur over a large area. FIG. 10 shows an enlarged, lateral cross-sectional view of the area in which the inner housing 104 is arranged in the intermediate space 1011 between the batteries 10 B and the outer casing 106 . As indicated by the parts in Fig. 10, the heat generated by the batteries 10 B is effectively transferred to the inner case 104 , which is located in the vicinity or in direct contact with the battery surfaces. Finally, the base of the inner housing shown in FIG. 10 is formed as a plane which does not protrude outside the outer casing of the battery pack.
Das in Fig. 9 gezeigte Innengehäuse 94 weist einen auf der Innenseite der Grundfläche fest angeordneten Kontakt 97 auf. Das rechte Ende des fest angeordneten Kontakts 97 ragt aus dem Innengehäuse 94 hervor. Bei dem beweglichen Kontakt 98 des Bimetalls 91A ist das rechte Ende innerhalb des Innengehäuses 94 befestigt und das linke Ende so angeordnet, daß es sich innerhalb des Innengehäuses 94 bewegen kann. Der elektrische Kontakt zwischen dem linken Ende des beweglichen Kontakts 98 und dem linken Ende des fest angeordneten Kontakts 97 wird innerhalb des Innengehäuses 94 erzeugt. Das rechte Ende des beweglichen Kontakts 98 wird innerhalb des Innengehäuses 94 dadurch befestigt, daß es in Verbundbauweise zwischen dem Heizwiderstand 93 und dem Isolationsmaterial 910 eingebunden wird. Der bewegliche Kontakt 98 des Bimetalls 91A ist mit einem Bleistreifen 99 verbunden, der am rechten Ende aus dem Innengehäuse 94 hervorragt. Die Öffnung am rechten Ende des Innengehäuses 94, aus dem der Bleistreifen 99 und der feste Kontakt 97 hervorstehen, wird auch mit Isolationsmaterial 910 abgeschlossen.The inner housing 94 shown in FIG. 9 has a contact 97 fixedly arranged on the inside of the base area. The right end of the fixed contact 97 protrudes from the inner housing 94 . In the movable contact 98 of the bimetal 91 A, the right end is fixed within the inner housing 94 and the left end is arranged so that it can move within the inner housing 94 . The electrical contact between the left end of the movable contact 98 and the left end of the fixed contact 97 is generated within the inner housing 94 . The right end of the movable contact 98 is secured within the inner housing 94 by being bonded between the heating resistor 93 and the insulation material 910 in a composite construction. The movable contact 98 of the bimetal 91 A is connected to a lead strip 99 which protrudes from the inner housing 94 at the right end. The opening at the right end of the inner housing 94 , from which the lead strip 99 and the fixed contact 97 protrude, is also closed with insulation material 910 .
Der bewegliche Kontakt 98 des Bimetalls 91A ist im Normalfall in elektrischem Kontakt mit dem festen Kontakt 97, was zu dem angeschalteten Zustand führt. Erfolgt jedoch eine Erwärmung über eine vorgegebene Temperatur, so bewegt sich der bewegliche Kontakt 98 so, daß sich der Kontakt öffnet, wodurch der abgeschaltete Zustand entsteht. Der Heizwiderstand 93, der die als Bimetall ausgebildete, wärmeempfindliche Abschalt-Vorrichtung 91 in dem abgeschalteten Zustand hält, ist zwischen den Kontakten des Bimetalls 91A angeordnet. Der Heizwiderstand 93 weist einen Widerstand auf, der durch die in das Bindematerial des Widerstands eingebrachte Kohlenstoffmenge angepaßt wird. Jedoch läßt sich auch ein dünner Draht mit hohem Widerstand, wie Nichrom (nichrane), für den Heizwiderstand einsetzen. Der Widerstand des Heizwiderstands wird klein genug gewählt, um eine ausreichende Joule′sche Erwärmung zum Halten des Bimetalls in dem abgeschalteten Zustand zu gewährleisten, und so groß gewählt, daß sich ein Strom einstellt, bei dem ein Überladen der Batterien nicht auftritt. Die in Fig. 9 gezeigte Anordnung des Heizwiderstands 93 zwischen den Kontakten des Bimetalls 91A ermöglicht die wirksamste Erwärmung des Bimetalls 91A durch den Heizwiderstand 93.The movable contact 98 of the bimetal 91 A is normally in electrical contact with the fixed contact 97 , which leads to the switched-on state. However, if heating occurs above a predetermined temperature, the movable contact 98 moves so that the contact opens, which results in the switched-off state. The heating resistor 93 , which holds the heat-sensitive shutdown device 91 , which is designed as a bimetal, in the shutdown state, is arranged between the contacts of the bimetal 91A . The heating resistor 93 has a resistance which is adjusted by the amount of carbon introduced into the binding material of the resistor. However, a thin wire with high resistance, such as nichrome (nichrane), can also be used for the heating resistor. The resistance of the heating resistor is chosen small enough to ensure sufficient Joule heating for holding the bimetal in the switched-off state, and chosen so large that a current is established in which the batteries are not overcharged. The arrangement of the heating resistor 93 shown in FIG. 9 between the contacts of the bimetal 91 A enables the most effective heating of the bimetal 91 A by the heating resistor 93 .
Bei der Sicherheits-Vorrichtung nach Fig. 9 ist das rechte Ende des Innengehäuses 94 durch den festen Kontakt 97, das Isolationsmaterial 910 und den Bleistreifen 99 abgeschlossen. Ein Batterie-Paket mit einem derartig abgeschlossenen Innengehäuse, das sowohl die wärmeempfindliche Abschalt-Vor richtung als auch den Heizwiderstand aufnimmt, weist das Merkmal auf, daß die von dem Innengehäuse ausgehende Wärmestrahlung wirksam vermieden wird und die wärmeempfindliche Abschalt-Vorrichtung wirksam durch den Heizwiderstand erwärmt wird. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die in dem Innengehäuse enthaltene Luft nicht nach außen strömt. Jedoch ist es nicht immer erforderlich, daß das Innengehäuse einen luftdichten Aufbau aufweist. Selbst wenn man eine gewisse Leckströmung aufgrund der Erwärmung und Ausdehnung der in dem Innengehäuse enthaltenen Luft zuläßt, wird eine Ventilation in dem System in ausreichendem Maße unterbunden, und eine von dem Heizwiderstand ausgehende Wärmestrahlung wird wirksam vermieden. Selbstverständlich kann das Innengehäuse jedoch auch einen luftdichten Aufbau ohne undichte Stellen aufweisen. Ein vollständig luftdichtes Innengehäuse muß ausreichend stark dimensioniert werden, um ein Zerbrechen aufgrund eines hohen inneren Luftdrucks, bedingt durch einen Temperaturanstieg und Wärmeausdehnung, zu vermeiden.In the safety device according to Fig. 9, the right end of the inner housing 94 is closed by the fixed contact 97, the insulation material 910 and the lead bars 99. A battery pack with such an inner housing, which receives both the heat-sensitive shutdown device and the heating resistor, has the feature that the heat radiation emanating from the inner housing is effectively avoided and the heat-sensitive shutdown device is effectively heated by the heating resistor becomes. This is because the air contained in the inner case does not flow outside. However, the inner case is not always required to have an airtight structure. Even if a certain leakage flow is allowed due to the heating and expansion of the air contained in the inner case, ventilation in the system is sufficiently prevented, and heat radiation from the heating resistor is effectively avoided. Of course, the inner housing can also have an airtight structure without leaks. A completely airtight inner housing must be dimensioned sufficiently strong to avoid breaking due to a high internal air pressure caused by a rise in temperature and thermal expansion.
Ist das Innengehäuse, das in einem abgeschlossenen Bereich des Batterie-Pakets angeordnet ist, aus Plastik hergestellt, so weist es isolierende Eigenschaften auf. Ein isolierendes Plastikinnengehäuse kann in direktem Kontakt mit der Außenwand einer Batterie gebracht werden, und die inneren Kontakte und der Bleistreifen können in Kontakt zu dem umgebenden Gehäuse treten. Jedoch ist bei dem erfindungsgemäßen Batterie-Paket das Innengehäuse nicht notwendigerweise aus Plastik gebildet. Das Innengehäuse kann auch aus Metall hergestellt sein. Jedoch muß der Kontakt zwischen einem Metallinnengehäuse und einem Batteriegehäuse über ein isolierendes Material erfolgen, und die internen Kontakte und der Bleistreifen müssen mittels Isolationsmaterial in dem Innengehäuse angeordnet werden. Ein Metallinnengehäuse ist durch eine außerordentliche Wärmeleitfähigkeit gekennzeichnet.Is the inner case that is in a closed area of the battery pack is made of plastic, so it has insulating properties. An isolating one Plastic inner casing can be in direct contact with the Bring the outside wall of a battery, and the inside Contacts and the lead can be in contact with the surrounding housing. However, with that battery pack according to the invention not the inner housing necessarily made of plastic. The inner case can also be made of metal. However, the contact between a metal inner case and a battery case done over an insulating material, and the internal Contacts and the lead must be by means of Insulation material can be arranged in the inner housing. On Metal inner case is characterized by an extraordinary Thermal conductivity marked.
Nun sei auf das Batterie-Paket gemäß Fig. 11 Bezug genommen, in dem ein gesteuerter Abschalt-Widerstand 115 in Serie mit der wärmeempfindlichen Abschalt-Vorrichtung 111 verbunden ist. Eine Sicherheits-Vorrichtung 11A mit einem gesteuerten Abschalt-Widerstand 115 ist in einer Ummantelung zwischen den Batterien und der Außenummantelung in derselben Art wie die zuvor in Fig. 7 und Fig. 10 gezeigten Batterie-Pakete angeordnet. Wie in Fig. 12 gezeigt ist, ist der gesteuerte Abschalt-Widerstand 125 in Serie mit der als Bimetall 121A ausgebildeten, wärmeempfindlichen Abschalt-Vorrichtung 121 verbunden, und, diese ist zusammen mit der wärmeempfindlichen Abschalt-Vorrichtung 121 und dem Heizwiderstand 123 in dem Innengehäuse 124 aufgenommen. Der gesteuerte Abschalt-Wi derstand 125 erwärmt das Bimetall 121A durch Joule′sche Erwärmung, um dieses in den abgeschalteten Zustand zu überführen. Fließt ein übermäßig starker Strom zu den Batterien, so fließt dieser auch unter Erzeugung von Joule′scher Wärme durch den gesteuerten Abschalt-Widerstand 125. Die aus einem Bimetall 121A gebildete, wärmeempfindliche Abschalt-Vorrichtung wird durch diese Joule′sche Wärme erwärmt und abgeschaltet. In dieser Sicherheits-Vorrichtung 12A wird das Bimetall 121A durch den Strom der Batterie 12B erwärmt. Entsprechend weist ein Batterie-Paket mit dieser Sicherheits-Vorrichtung 12A das Merkmal auf, daß sich das Bimetall 121A bei einem übermäßig starken Stromfluß zu den Batterien abschaltet, um die Batterien zu schützen.Reference is now made to the battery pack according to FIG. 11, in which a controlled shutdown resistor 115 is connected in series with the heat-sensitive shutdown device 111 . A security device 11 A with a controlled shut-down resistor 115 is battery packs 10 shown disposed in a sheath between the batteries and the outer jacket in the same manner as previously in Fig. 7 and Fig.. As shown in FIG. 12, the controlled cut-off resistor 125 is connected in series with the bimetallic 121 A thermosensitive cut-off device 121 , which is together with the heat-sensitive cut-off device 121 and the heating resistor 123 in the same Inner housing 124 added. The controlled shutdown resistor 125 heats the bimetal 121 A by Joule heating to convert it to the shutdown state. If an excessively strong current flows to the batteries, this also flows through the controlled cut-off resistor 125 while generating Joule heat. The formed from a bimetal 121 A, heat-sensitive shutdown device is heated and turned off by this Joule heat. In this safety device 12 A, the bimetal 121 A is heated by the current of the battery 12 B. Accordingly, a battery pack with this safety device 12 A has the feature that the bimetal 121 A switches off in the event of an excessively strong current flow to the batteries in order to protect the batteries.
Ein wirksames Erwärmen des Bimetalls 121A durch den gesteuerten Abschalt-Widerstand 125 wird dadurch gewährleistet, daß dieser in Serie zwischen dem beweglichen Kontakt 128 und dem Bleistreifen 129 geschaltet wird. Dies ermöglicht die Joule′sche Erwärmung des beweglichen Kontakts 128 des Bimetalls 121A. Durch den Stromfluß durch den gesteuerten Abschalt-Widerstand 125 ergibt sich ein Spannungsabfall. Deshalb wird der Widerstand des gesteuerten Abschalt-Widerstands 125 so klein wie möglich gewählt. Wird jedoch der Widerstand des gesteuerten Abschalt-Widerstands 125 zu klein gewählt, so wird auch dessen Joule′sche Erwärmung klein, so daß er das Bimetall nicht mehr wirksam erwärmen kann. Der Widerstand des gesteuerten Abschalt-Wi derstands 125 wird im Hinblick auf die Batteriekapazität, den Spannungsabfall und die erforderliche Joule′sche Erwärmung optimiert. Effective heating of the bimetal 121 A by the controlled switch-off resistor 125 is ensured in that it is connected in series between the movable contact 128 and the lead strip 129 . This enables the Joule heating of the movable contact 128 of the bimetal 121 A. Due to the current flow through the controlled switch-off resistor 125 , there is a voltage drop. Therefore, the resistance of the controlled shutdown resistor 125 is chosen to be as small as possible. However, if the resistance of the controlled switch-off resistor 125 is chosen too small, its Joule heating will also be small, so that it can no longer heat the bimetal effectively. The resistance of the controlled shutdown resistor 125 is optimized with regard to the battery capacity, the voltage drop and the required Joule heating.
In der in Fig. 12 gezeigten Sicherheits-Vorrichtung 12A ist der gesteuerte Abschalt-Widerstand 125 zwischen den Bleistreifen 129 und dem beweglichen Kontakt 128 aus Bimetall 121A der wärmeempfindlichen Abschalt-Vorrichtung 121 angeordnet. Wie bei dem Heizwiderstand 123, wird kohlenstoffhaltiges Bindematerial oder ein Widerstandsdraht für den gesteuerten Abschalt-Widerstand 125 benützt. In der Sicherheits-Vorrichtung 12A nach Fig. 12 besteht ein direkter Kontakt zwischen dem gesteuerten Abschalt-Widerstand 125 und dem Bimetall 121A. Diese Anordnung gewährleistet eine wirksame Übertragung von Joule′scher Wärme von dem gesteuerten Abschalt-Widerstand 125 zu dem Bimetall 121A.In the safety device 12 A shown in FIG. 12, the controlled switch-off resistor 125 is arranged between the lead strips 129 and the movable contact 128 made of bimetal 121 A of the heat-sensitive switch-off device 121 . As with the heating resistor 123 , carbonaceous binding material or a resistance wire is used for the controlled shutdown resistor 125 . In the safety device 12 A according to FIG. 12, there is direct contact between the controlled shutdown resistor 125 and the bimetal 121 A. This arrangement ensures an effective transfer of Joule heat from the controlled shutdown resistor 125 to the bimetal 121 A.
Ein Batterie-Paket, das eine nach Fig. 12 aufgebaute Sicherheits-Vorrichtung enthält, überträgt wirksam Wärme von dem gesteuerten Abschalt-Widerstand 125 zu der wärmeempfindlichen Abschalt-Vorrichtung 121, was ein schnelles Umschalten in den abgeschalteten Zustand ermöglicht. Demnach weist diese Art von Batterie-Paket das Merkmal auf, daß bei einem übermäßigen Fließen von Batteriestrom, beispielsweise bei einem Kurzschließen der Batterie, die wärmeempfindliche Abschalt-Vorrichtung zum Abschalten des Batteriestroms und zum Schützen der Batterien aktiviert wird.A battery pack containing a safety device constructed as shown in FIG. 12 effectively transfers heat from the controlled shutdown resistor 125 to the heat sensitive shutdown device 121 , which enables a quick switch to the shutdown state. Accordingly, this type of battery pack has the feature that when the battery current flows excessively, for example when the battery is short-circuited, the heat-sensitive cut-off device is activated to switch off the battery current and to protect the batteries.
Der gesteuerte Abschalt-Widerstand kann die wärmeempfindliche Abschalt-Vorrichtung wirksam erwärmen, da er zusammen mit dem Heizwiderstand thermisch doppelt durch die Außenummantelung und das Innengehäuse abgeschirmt ist. Demnach kann der Widerstand des gesteuerten Abschalt-Widerstands klein gewählt werden, so daß sich eine geringe Aktivierungszeit für die wärmeempfindliche Abschalt-Vorrichtung ergibt. Dies führt zu geringeren Verlusten aufgrund des Spannungsabfalls über den gesteuerten Abschalt-Widerstand und zusätzlich zu einer zuverlässigen Aktivierung der wärmeempfindlichen Abschalt-Vorrichtung.The controlled shutdown resistance can be the heat sensitive Effectively heat the shutdown device as it works together with the Heating resistor thermally double through the outer jacket and the inner casing is shielded. Accordingly, the Resistance of the controlled switch-off resistor selected small be, so that there is a short activation time for the heat-sensitive shutdown device results. this leads to lower losses due to the voltage drop across the controlled shutdown resistance and in addition to one reliable activation of the heat sensitive Switch-off device.
Abschließend wird auf das in Fig. 13 gezeigte Batterie-Paket Bezug genommen, in dem der Heizwiderstand 133 eine PTC-Vorrichtung 133A ist. Unter Bezug auf den in Fig. 9 gezeigten Querschnitt ist der Heizwiderstand 93 eine PTC-Vorrichtung. Die PTC-Vorrichtung 133A ist eine Vorrichtung, bei dem der Widerstand bei zunehmender Temperatur stark ansteigt. Entsprechend nimmt der Widerstandswert der PTC-Vorrichtung 133A zu, wenn die aus Bimetall gebildete, wärmeempfindliche Abschalt-Vorrichtung 131 ihre Aktivierungstemperatur erreicht. Bewirkt das Bimetall ein Schalten in den abgeschalteten Zustand, so bewirkt das nachfolgende Fließen eines Stroms durch die PTC-Vorrichtung eine erhebliche Joule′sche Erwärmung. Hierdurch wird das Bimetall erwärmt, wodurch dieses im abgeschalteten Zustand gehalten wird. Ist das Bimetall nicht aktiviert und im angeschalteten Zustand, so ist der Widerstand der PTC-Vorrichtung außerordentlich gering. Ist demnach der Bimetallkontakt entsprechend dem angeschalteten Zustand geschlossen, so fließt der Batteriestrom durch die Parallelschaltung des Bimetalls und der PTC-Vorrichtung. Da der Widerstand des geschlossenen Bimetall-Kontakts viel niedriger als derjenige der PTC-Vorrichtung ist, fließt der größte Teil des Stroms über den Bimetall-Kontakt. Nimmt jedoch der Widerstand des Bimetalls aufgrund eines Problems, wie dem Kontakt-Widerstand, zu, so wird der Batteriestrom über die PTC-Vorrichtung umgeleitet. Dieses System weist demnach das Merkmal auf, daß das Batterie-Paket auch dann benützt werden kann, wenn ein Bimetall-Kontaktproblem auftritt. Finally, reference is made to the battery pack shown in FIG. 13, in which the heating resistor 133 is a PTC device 133 A. Referring to the cross section shown in FIG. 9, the heating resistor 93 is a PTC device. The PTC device 133 A is a device in which the resistance increases sharply with increasing temperature. Accordingly, the resistance value of the PTC device 133 A increases when the heat-sensitive shutdown device 131 formed from bimetal reaches its activation temperature. If the bimetal causes a switch to the switched-off state, the subsequent flow of a current through the PTC device brings about considerable Joule heating. This heats the bimetal, which keeps it in the switched-off state. If the bimetal is not activated and in the switched-on state, the resistance of the PTC device is extremely low. Accordingly, if the bimetal contact is closed in accordance with the switched-on state, the battery current flows through the parallel connection of the bimetal and the PTC device. Since the resistance of the closed bimetal contact is much lower than that of the PTC device, most of the current flows through the bimetal contact. However, if the resistance of the bimetal increases due to a problem such as contact resistance, the battery current is diverted through the PTC device. This system therefore has the feature that the battery pack can be used even if a bimetal contact problem occurs.
Bei einem Batterie-Paket mit einem Innengehäuse, das, wie oben beschrieben, sowohl ein Bimetall als auch eine PTC-Vorrichtung aufnimmt, wird der Widerstand der PTC-Vorrichtung außerordentlich hoch, wodurch bei einem vorgegebenen Strom, bei dem das Bimetall seine Aktivierungstemperatur erreicht, eine erhebliche Joule′sche Erwärmung auftritt. Dieser Effekt wird durch die Anordnung der PTC-Vorrichtung zwischen den Bimetall-Kontakten verstärkt und führt zu einer außerordentlich effektiven Bimetallerwärmung. Insgesamt weist dieses System das Merkmal auf, daß ein Zurückschalten des Bimetall-Kontakts in den angeschalteten Zustand wirksam durch einen geringen Stromfluß durch die PTC-Vorrichtung vermieden wird.For a battery pack with an inner case that, like described above, both a bimetal and one PTC device picks up, the resistance of the PTC device extremely high, which means that at a given current, at which the bimetal reaches its activation temperature, considerable Joule heating occurs. This effect is arranged by the arrangement of the PTC device between the Bimetal contacts reinforced and leads to a extremely effective bimetal heating. Overall points this system has the feature that a downshift of the Bimetal contact in the switched-on state effectively through avoided a small current flow through the PTC device becomes.
In den obigen Ausführungsformen sind der Heizwiderstand und der gesteuerte Abschalt-Widerstand in demselben Innengehäuse in unmittelbarem Kontakt mit der wärmeempfindlichen Abschalt-Vor richtung aufgenommen. Dieser Typ von Sicherheits-Vor richtung führt zu dem wirksamsten Übertragen von Joule′scher Wärme von dem Heizwiderstand und dem gesteuerten Abschalt-Widerstand zu der wärmeempfindlichen Abschalt-Vor richtung. Jedoch ist bei dem Batterie-Paket gemäß der vorliegenden Erfindung nicht unbedingt eine Anordnung des Heizwiderstands und des gesteuerten Abschalt-Widerstands in direktem Kontakt zu der wärmeempfindlichen Abschalt-Vor richtung erforderlich. Beispielsweise können - obgleich nicht gezeigt - der Heizwiderstand oder der gesteuerte Abschalt-Widerstand und die wärmeempfindliche Abschalt-Vor richtung in unmittelbarer Nähe zu einem wärmeleitenden Material angeordnet sein, beispielsweise Metall oder Plastik, das zwischen ihnen zum Übertragen von Joule′scher Wärme zu der wärmeempfindlichen Abschalt-Vorrichtung angeordnet ist. In the above embodiments, the heating resistor and the controlled shutdown resistor in the same inner housing in direct contact with the heat-sensitive shutdown-before direction added. This type of security pre direction leads to the most effective transfer of Joule heat from the heating resistor and the controlled Switch-off resistance to the heat-sensitive switch-off pre direction. However, according to the battery pack present invention is not necessarily an arrangement of the Heating resistor and the controlled switch-off resistance in direct contact to the heat-sensitive shutdown front direction required. For example, although not shown - the heating resistor or the controlled one Shutdown resistance and the heat sensitive shutdown pre direction in the immediate vicinity of a thermally conductive Material, for example metal or plastic, that between them to transfer Joule’s heat to the heat-sensitive shutdown device is arranged.
Da diese Erfindung in mehreren Formen ausgeführt werden kann, ohne von dem Kern oder von wesentlichen Merkmalen abzuweichen, sind die vorliegenden Ausführungsformen nur darstellend und nicht einschränkend, da der Schutzbereich der Erfindung durch die nachfolgenden Patentansprüche und nicht durch die vorhergehende Beschreibung festgelegt wird, und alle Änderungen, die in den Schutzbereich der Patentansprüche fallen, sowie alle Äquivalente, die dadurch erfaßt werden, sollen demnach mit den Patentansprüchen erfaßt werden.Since this invention can be implemented in several forms, without the core or essential features to deviate, the present embodiments are only illustrative and not restrictive since the scope of protection of the Invention by the following claims and not is determined by the foregoing description, and all changes that come within the scope of the claims fall, as well as all equivalents that are covered by are therefore to be covered by the claims.
Claims (21)
- a) mehrere Batterien (7B, 8B, 10B),
- b) eine Außenummantelung, die die Batterien (7B, 8B, 10B) enthält,
- c) eine wärmeempfindliche Abschalt-Vorrichtung (81, 91, 111, 121, 131), die in Serie zu den Batterien (7B, 8B, 10B) geschaltet ist und bei Ansteigen der Batterietemperatur über eine bestimmte Temperatur in den abgeschalteten Zustand übergeht,
- d) ein Innengehäuse (74, 94, 124), das in dem Raum zwischen den Batterien (7B, 8B, 10B) und der Außenummantelung (76) angeordnet ist, das die wärmeempfindliche Abschalt-Vorrichtung (81, 91, 111, 121, 131) enthält und das Wärme von den Batterien (7B, 8B, 10B) zu der wärmeempfindlichen Abschalt-Vorrichtung (81, 91, 111, 121, 131) überträgt, und
- e) einen Heizwiderstand (83, 93, 123, 133), der parallel zu der wärmeempfindlichen Abschalt-Vor richtung (81, 91, 111, 121, 131) geschaltet ist, der in dem die wärmeempfindliche Abschalt-Vor richtung (81, 91, 111, 121, 131) enthaltende Innengehäuse (74, 94, 124) aufgenommen ist, der sowohl von dem Innengehäuse (74, 94, 124) als auch der Außenummantelung (76) zum Erzielen einer zweifachen thermischen Isolierung ummantelt ist, und der thermisch mit der wärmeempfindlichen Abschalt-Vorrichtung (81, 91, 111, 121, 131) verbunden ist, so daß die Joule′sche Wärme, die von einem Strom erzeugt wird, der um die wärmeempfindliche Abschalt-Vorrichtung (81, 91, 111, 121, 131) geleitet wird, wenn sich diese im abgeschalteten Zustand befindet, zum Erwärmen der wärmeempfindlichen Abschalt-Vorrichtung (81, 91, 111, 121, 131) und zum Halten derselben im abgeschalteten Zustand dient.
- a) several batteries ( 7 B, 8 B, 10 B),
- b) an outer casing containing the batteries ( 7 B, 8 B, 10 B),
- c) a heat-sensitive shutdown device ( 81 , 91 , 111 , 121 , 131 ), which is connected in series with the batteries ( 7 B, 8 B, 10 B) and when the battery temperature rises above a certain temperature to the shutdown state transforms,
- d) an inner housing ( 74 , 94 , 124 ), which is arranged in the space between the batteries ( 7 B, 8 B, 10 B) and the outer casing ( 76 ), which the heat-sensitive shutdown device ( 81 , 91 , 111 , 121 , 131 ) and which transfers heat from the batteries ( 7 B, 8 B, 10 B) to the heat sensitive shutdown device ( 81 , 91 , 111 , 121 , 131 ), and
- e) a heating resistor ( 83 , 93 , 123 , 133 ), which is connected in parallel to the heat-sensitive shutdown device ( 81 , 91 , 111 , 121 , 131 ), in which the heat-sensitive shutdown device ( 81 , 91 , 111 , 121 , 131 ) containing inner housing ( 74 , 94 , 124 ) is accommodated, which is encased by both the inner housing ( 74 , 94 , 124 ) and the outer jacket ( 76 ) to achieve double thermal insulation, and the thermal is connected to the heat-sensitive shutdown device ( 81 , 91 , 111 , 121 , 131 ), so that the Joule heat generated by a current flowing around the heat-sensitive shutdown device ( 81 , 91 , 111 , 121 , 131 ), when it is in the switched-off state, is used to heat the heat-sensitive switch-off device ( 81 , 91 , 111 , 121 , 131 ) and to keep the same in the switched-off state.
- a) mehrere Batterien (7B, 8B, 10B),
- b) eine Außenummantelung, die die Batterien (7B, 8B, 10B) enthält,
- c) eine wärmeempfindliche Abschalt-Vorrichtung (81, 91, 111, 121, 131), die in Serie zu den Batterien (7B, 8B, 10B) geschaltet ist und bei Ansteigen der Batterietemperatur über eine bestimmte Temperatur in den abgeschalteten Zustand übergeht,
- d) ein Innengehäuse (74, 94, 124), das in dem Raum zwischen den Batterien (7B, 8B, 10B) und der Außenummantelung (76) angeordnet ist, das die wärmeempfindliche Abschalt-Vorrichtung (81, 91, 111, 121, 131) enthält und das Wärme von den Batterien (7B, 8B, 10B) zu der wärmeempfindlichen Abschalt-Vorrichtung (81, 91, 111, 121, 131) überträgt, und
- e) einen Heizwiderstand (83, 93, 123, 133), der parallel zu der wärmeempfindlichen Abschalt-Vor richtung (81, 91, 111, 121, 131) geschaltet ist, der in dem die wärmeempfindliche Abschalt-Vor richtung (81, 91, 111, 121, 131) enthaltende Innengehäuse (74, 94, 124) aufgenommen ist, der sowohl von dem Innengehäuse (74, 94, 124) als auch der Außenummantelung (76) zum Erzielen einer zweifachen thermischen Isolierung ummantelt ist, und der thermisch mit der wärmeempfindlichen Abschalt-Vorrichtung (81, 91, 111, 121, 131) verbunden ist, so daß die Joule′sche Wärme, die von einem Strom erzeugt wird, der um die wärmeempfindliche Abschalt-Vorrichtung (81, 91, 111, 121, 131) geleitet wird, wenn sich diese im abgeschalteten Zustand befindet, zum Erwärmen der wärmeempfindlichen Abschalt-Vorrichtung (81, 91, 111, 121, 131) und zum Halten derselben im abgeschalteten Zustand dient, und
- f) einen gesteuerten Abschalt-Widerstand (115), der in Serie zu der wärmeempfindlichen Abschalt-Vor richtung (81, 91, 111, 121, 131) geschaltet ist, der in dem die wärmeempfindliche Abschalt-Vor richtung (81, 91, 111, 121, 131) enthaltende Innengehäuse (74, 94, 124) aufgenommen ist, der von dem Innengehäuse (74, 94, 124) und der Außenummantelung (76) zum Erzielen einer doppelten thermischen Isolierung bedeckt ist und der die wärmeempfindliche Abschalt-Vorrichtung (81, 91, 111, 121, 131) in den abgeschalteten Zustand durch Erzeugen von Joule′scher Wärme aufgrund des zu den Batterien (7B, 8B, 10B) fließenden Strom steuert.
- a) several batteries ( 7 B, 8 B, 10 B),
- b) an outer casing containing the batteries ( 7 B, 8 B, 10 B),
- c) a heat-sensitive shutdown device ( 81 , 91 , 111 , 121 , 131 ), which is connected in series with the batteries ( 7 B, 8 B, 10 B) and when the battery temperature rises above a certain temperature to the shutdown state transforms,
- d) an inner housing ( 74 , 94 , 124 ), which is arranged in the space between the batteries ( 7 B, 8 B, 10 B) and the outer casing ( 76 ), which the heat-sensitive shutdown device ( 81 , 91 , 111 , 121 , 131 ) and which transfers heat from the batteries ( 7 B, 8 B, 10 B) to the heat sensitive shutdown device ( 81 , 91 , 111 , 121 , 131 ), and
- e) a heating resistor ( 83 , 93 , 123 , 133 ), which is connected in parallel to the heat-sensitive shutdown device ( 81 , 91 , 111 , 121 , 131 ), in which the heat-sensitive shutdown device ( 81 , 91 , 111 , 121 , 131 ) containing inner housing ( 74 , 94 , 124 ) is accommodated, which is encased by both the inner housing ( 74 , 94 , 124 ) and the outer jacket ( 76 ) to achieve double thermal insulation, and the thermal is connected to the heat-sensitive shutdown device ( 81 , 91 , 111 , 121 , 131 ), so that the Joule heat generated by a current flowing around the heat-sensitive shutdown device ( 81 , 91 , 111 , 121 , 131 ), when it is in the switched-off state, is used to heat the heat-sensitive switch-off device ( 81 , 91 , 111 , 121 , 131 ) and to keep the same in the switched-off state, and
- f) a controlled shutdown resistor ( 115 ), which is connected in series with the heat-sensitive shutdown device ( 81 , 91 , 111 , 121 , 131 ), in which the heat-sensitive shutdown device ( 81 , 91 , 111 , 121 , 131 ) containing inner housing ( 74 , 94 , 124 ) is accommodated, which is covered by the inner housing ( 74 , 94 , 124 ) and the outer jacket ( 76 ) to achieve double thermal insulation and which the heat-sensitive shutdown device ( 81 , 91 , 111 , 121 , 131 ) in the switched-off state by generating Joule heat due to the current flowing to the batteries ( 7 B, 8 B, 10 B).
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