DE202017103776U1 - Vorrichtung zur automatischen Warnung vor thermischem Durchgehen von Antriebsbatterien - Google Patents

Vorrichtung zur automatischen Warnung vor thermischem Durchgehen von Antriebsbatterien Download PDF

Info

Publication number
DE202017103776U1
DE202017103776U1 DE202017103776.2U DE202017103776U DE202017103776U1 DE 202017103776 U1 DE202017103776 U1 DE 202017103776U1 DE 202017103776 U DE202017103776 U DE 202017103776U DE 202017103776 U1 DE202017103776 U1 DE 202017103776U1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
fuse element
battery cell
warning
thermal runaway
fuse
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
DE202017103776.2U
Other languages
English (en)
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beihang University
Original Assignee
Beihang University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beihang University filed Critical Beihang University
Publication of DE202017103776U1 publication Critical patent/DE202017103776U1/de
Expired - Lifetime legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08B—SIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B21/00—Alarms responsive to a single specified undesired or abnormal condition and not otherwise provided for
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K3/00—Thermometers giving results other than momentary value of temperature
    • G01K3/005—Circuits arrangements for indicating a predetermined temperature
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K7/00—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
    • G01K7/16—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements
    • G01K7/18—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements the element being a linear resistance, e.g. platinum resistance thermometer
    • G01K7/20—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements the element being a linear resistance, e.g. platinum resistance thermometer in a specially-adapted circuit, e.g. bridge circuit
    • G01K7/206—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements the element being a linear resistance, e.g. platinum resistance thermometer in a specially-adapted circuit, e.g. bridge circuit in a potentiometer circuit
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/569—Constructional details of current conducting connections for detecting conditions inside cells or batteries, e.g. details of voltage sensing terminals
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0013—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0047—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with monitoring or indicating devices or circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2200/00—Safety devices for primary or secondary batteries
    • H01M2200/10—Temperature sensitive devices
    • H01M2200/103—Fuse
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Emergency Management (AREA)
  • Connection Of Batteries Or Terminals (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Mounting, Suspending (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Abstract

Vorrichtung zur automatischen Warnung vor thermischem Durchgehen von Antriebsbatterien, die zur Überwachung von Antriebsbatteriezellen auf thermisches Durchgehen dient und ggf. eine Warnung abgibt, dadurch gekennzeichnet, dass sie mehrere Sicherungselemente sowie eine Steuerschaltung und ein Warngerät umfasst, welche Sicherungselemente jeweils an der Außenseite einer Batteriezelle angeordnet sind, wobei bei Erreichen eines bestimmten Schwellenwerts durch die Oberflächentemperatur einer Batteriezelle das jeweils zugeordnete Sicherungselement durchbrennt, oder jeweils an einer aus mehr als zwei die gleiche Betriebstemperatur aufweisenden Batteriezellen bestehenden Batteriezellengruppe angeordnet sind, wobei bei Erreichen eines bestimmten Schwellenwerts durch die Oberflächentemperatur einer Batteriezellengruppe das jeweils zugeordnete Sicherungselement durchbrennt, wobei die Sicherungselemente hintereinander in Reihe geschaltet sind, um einen Sicherungselement-String zu bilden, welcher an einem Ende der Reihe nach mit der Steuerschaltung und dem Warngerät verbunden und am anderen Ende geerdet ist, wobei durch die Steuerschaltung die Tatsache, dass eine Triode beim Durchbrennen eines Sicherungselements eingeschaltet wird, benutzt wird, um das Warngerät zu betätigen und somit eine automatische Warnung zu realisieren.

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf den Bereich der Lithium-Ionen-Batterien, insbesondere auf eine Vorrichtung zur automatischen Warnung vor thermischem Durchgehen von Antriebsbatterien.
  • Technischer Hintergrund
  • Zurzeit finden die Lithium-Ionen-Batterien immer breitere Anwendung im Bereich der Elektrokraftfahrzeuge und müssen für den Einsatz in einem Elektrokraftfahrzeug typischerweise in Reihe und parallel zueinander geschaltet werden, um ein sogenanntes Batteriepack zu bilden. Da ein Batteriepack eine hohe Energiemenge enthält, kann es z. B. bei Kurzschlüssen bzw. Kollisionen leicht zum thermischen Durchgehen der Batterien kommen. Für eine umfangreiche Förderung der Anwendung von Elektrokraftfahrzeugen als sogenannten umweltschonenden Fahrzeugen ist daher eine Erhöhung der Batteriesicherheit notwendig, um das thermische Durchgehen zu vermeiden oder die durch thermisches Durchgehen bedingten Schäden zu reduzieren. Mit dem gegenwärtigen Stand der Technik lässt sich das thermische Durchgehen noch nicht völlig vermeiden, was die Vorwarn- und Schutztechnik vor thermischem Durchgehen unentbehrlich macht. Im Batteriebereich bezeichnet thermisches Durchgehen eine durch Verschmelzen des Separators beim Überschreiten eines kritischen Temperaturwerts hervorgerufene starke chemische Reaktion innerhalb der jeweiligen Batterie, die zur schnellen Wärmefreisetzung oder sogar zu Explosionen führen kann. Daraus wird ersichtlich, dass das Verhalten einer Batterie stark von der Temperatur abhängt. Insbesondere gewährleisten geeignete Temperaturbedingungen nicht nur die Sicherheit einer Batterie, sondern stellen auch eine wichtige Voraussetzung für den langlebigen Betrieb einer Batterie dar. Derzeit erfolgt die Erfassung eines thermischen Durchgehens in der Regel durch Vermessen der Oberflächentemperatur einer Batterie. In einem Antriebsbatteriepack-System sind üblicherweise Tausende von Batteriezellen enthalten, für deren separate Temperaturüberwachung Tausende von Temperatursensoren nötig sind, was zu hohem Montageaufwand und hohen Kosten führen würde. Mit anderen Worten ist es mit dem bisherigen Stand der Technik kaum möglich, die Temperatur jeder Antriebsbatteriezelle zu überwachen. Das heißt, eine Überwachung aller Batteriezellen auf thermisches Durchgehen ist bisher unmöglich. Bei praktischer Anwendung wird normalerweise nur eine geringe Anzahl an Temperatursensoren benutzt, um das Thermomanagement (einschließlich der Überwachung auf thermisches Durchgehen) des ganzen Antriebsbatteriepack-Systems zu realisieren. Zwar nimmt die durch das thermische Durchgehen einer einzigen Batteriezelle bewirkte starke Wärmefreisetzung Einfluss auf die umgebenden Batteriezellen, was sich schließlich mit Sicherheit von den Temperatursensoren erfassen lässt. Dies verringert jedoch erheblich die Reaktionsgeschwindigkeit des ganzen Thermomanagement-Systems und kann sehr leicht zu großen Sach- und Personenschäden führen.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Ausgehend von dem bekannten Thermomanagement für Antriebsbatteriepack-Systeme gemäß dem Stand der Technik, bei dem die Überwachung des ganzen Antriebsbatteriepacks auf thermisches Durchgehen lediglich mittels einer geringen Anzahl an Temperatursensoren erfolgt, so dass nicht jede Batteriezelle des Antriebsbatteriepacks in Bezug auf Temperatur überwacht werden kann bzw. eine Überwachung aller Batteriezellen auf thermisches Durchgehen unmöglich ist, ist es Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur automatischen Warnung vor thermischem Durchgehen von Antriebsbatterien bereitzustellen, bei der an den einzelnen, in Reihe und parallel zueinander geschalteten Batteriezellen oder an Batteriezellengruppen jeweils ein Sicherungselement angeordnet ist, welche Sicherungselemente hintereinander in Reihe geschaltet sind und mit einer Steuerschaltung und einem Warngerät zusammenwirken, um die Temperatur der in Reihe und parallel zueinander geschalteten Batteriezellen des Antriebsbatteriepacks in Echtzeit zu überwachen, wobei bei Überschreiten eines Temperaturschwellenwerts automatisch durch das Warngerät eine Warnung abgegeben wird. Eine derartige automatische Warnvorrichtung zeichnet sich durch einfachen Aufbau, geringe Kosten und gute Anwendbarkeit aus und ermöglicht eine Echtzeit-Überwachung der in Reihe und parallel zueinander geschalteten Batteriezellen in einem Antriebsbatteriepack auf thermisches Durchgehen, womit eine Erhöhung der Sicherheit und Zuverlässigkeit des Thermomanagements für Antriebsbatteriepacks verbunden ist.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung zur automatischen Warnung vor thermischem Durchgehen von Antriebsbatterien gelöst, die zur Überwachung von Antriebsbatteriezellen auf thermisches Durchgehen dient und ggf. eine Warnung abgibt. Diese Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie mehrere Sicherungselemente sowie eine Steuerschaltung und ein Warngerät umfasst. Hierbei sind die Sicherungselemente jeweils an der Außenseite einer Batteriezelle angeordnet, wobei bei Erreichen eines bestimmten Schwellenwerts durch die Oberflächentemperatur einer Batteriezelle das jeweils zugeordnete Sicherungselement durchbrennt. Alternativ dazu sind die Sicherungselemente jeweils an einer aus mehr als zwei die gleiche Betriebstemperatur aufweisenden Batteriezellen bestehenden Batteriezellengruppe angeordnet, wobei bei Erreichen eines bestimmten Schwellenwerts durch die Oberflächentemperatur einer Batteriezellengruppe das jeweils zugeordnete Sicherungselement durchbrennt. Zudem sind die Sicherungselemente hintereinander in Reihe geschaltet, um einen Sicherungselement-String zu bilden, welcher an einem Ende der Reihe nach mit der Steuerschaltung und dem Warngerät verbunden und am anderen Ende geerdet ist. Durch die Steuerschaltung wird die Tatsache, dass eine Triode beim Durchbrennen eines Sicherungselements eingeschaltet wird, benutzt, um das Warngerät zu betätigen und somit eine automatische Warnung zu realisieren.
  • Die Steuerschaltung umfasst eine Triode, einen Pull-Up-Widerstand, einen Klemmwiderstand, einen Strombegrenzungswiderstand und eine Gleichspannungsquelle, wobei ein Ende des Sicherungselement-Strings sowohl mit einem Ende des Pull-Up-Widerstands als auch mit einem Ende des Klemmwiderstands, das andere Ende des Pull-Up-Widerstands mit der Gleichspannungsquelle, das andere Ende des Klemmwiderstands mit der Basis der Triode, der Kollektor der Triode mit einem Ende des Warngeräts und das andere Ende des Warngeräts mit der Gleichspannungsquelle verbunden und der Emitter der Triode über den Strombegrenzungswiderstand geerdet ist.
  • Ferner ist vorgesehen, dass das mit der Steuerschaltung verbundene Ende des Sicherungselement-Strings zusätzlich mit einem Datenerfassungsmodul verbunden ist, und/oder dass das Warngerät ein Summer ist, und/oder dass für den Fall, dass die Sicherungselemente jeweils an einer aus mehr als zwei die gleiche Betriebstemperatur aufweisenden Batteriezellen bestehenden Batteriezellengruppe angeordnet sind, auf jeder der Batteriezellen der Batteriezellengruppe ein Wärmeleitelement aufliegt, das dafür sorgt, dass die Batteriezellen der Batteriezellengruppe die gleiche Betriebstemperatur haben, wobei sich das Sicherungselement an dem Wärmeleitelement oder an einer der Batteriezellen der Batteriezellengruppe befindet.
  • Das Sicherungselement umfasst einen Sicherungselement-Grundkörper und eine externe Leitung, welche miteinander verbunden sind. Der Sicherungselement-Grundkörper umfasst von innen nach außen hintereinander eine Mittelschicht des Sicherungselement-Grundkörpers, eine Zwischenschicht des Sicherungselement-Grundkörpers und eine Außenschicht des Sicherungselement-Grundkörpers, wobei die beiden Enden der Mittelschicht des Sicherungselement-Grundkörpers jeweils über die externe Leitung nach außen geführt und über die externe Leitung hintereinander in Reihe geschaltet sind. Bei der Seitenfläche der Außenschicht des Sicherungselement-Grundkörpers, mit der sie auf einer Batteriezelle aufliegt, handelt es sich um eine Platten- oder bogenförmige Struktur, über welche die Außenschicht des Sicherungselement-Grundkörpers mit der Oberfläche der Batteriezelle verklebt oder verschweißt ist.
  • Des Weiteren ist die Mittelschicht des Sicherungselement-Grundkörpers aus einem Bismut-Blei-Antimon-Legierungsstoff, die Zwischenschicht des Sicherungselement-Grundkörpers aus wärmeleitender Keramik und die Außenschicht des Sicherungselement-Grundkörpers aus einem elektrisch leitfähigen Werkstoff angefertigt.
  • Dabei ist vorgesehen, dass als wärmeleitende Keramik Aluminiumcarbid und als elektrisch leitfähiger Werkstoff Kupfer oder Aluminium verwendet wird, und/oder dass die Mittelschicht des Sicherungselements einen Durchbrenntemperaturschwellenwert von 50–65°C aufweist.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe weiterhin durch ein Verfahren zur automatischen Warnung vor thermischem Durchgehen von Antriebsbatterien gelöst, mit dem Antriebsbatteriezellen auf thermisches Durchgehen überwacht werden und ggf. eine Warnung abgegeben wird. Dieses Verfahren ist durch folgende Schritte gekennzeichnet: Anordnen eines Sicherungselements an der Außenseite jeder Batteriezelle, wobei bei Erreichen eines bestimmten Schwellenwerts durch die Oberflächentemperatur einer Batteriezelle das jeweils zugeordnete Sicherungselement durchbrennt, oder Anordnen eines Sicherungselements an jeder aus mehr als zwei die gleiche Betriebstemperatur aufweisenden Batteriezellen bestehenden Batteriezellengruppe, wobei bei Erreichen eines bestimmten Schwellenwerts durch die Oberflächentemperatur einer Batteriezellengruppe das jeweils zugeordnete Sicherungselement durchbrennt; Herstellen einer Reihenschaltung der Sicherungselemente, um einen Sicherungselement-String zu bilden, dessen eine Ende der Reihe nach mit einer Steuerschaltung und einem Warngerät verbunden und dessen andere Ende geerdet wird, wobei durch die Steuerschaltung die Tatsache, dass eine Triode beim Durchbrennen eines Sicherungselements eingeschaltet wird, benutzt wird, um das Warngerät zu betätigen und somit eine automatische Warnung zu realisieren.
  • Dabei umfasst die zur Verwendung kommende Steuerschaltung eine Triode, einen Pull-Up-Widerstand, einen Klemmwiderstand, einen Strombegrenzungswiderstand und eine Gleichspannungsquelle, wobei ein Ende des Sicherungselement-Strings sowohl mit einem Ende des Pull-Up-Widerstands als auch mit einem Ende des Klemmwiderstands, das andere Ende des Pull-Up-Widerstands mit der Gleichspannungsquelle, das andere Ende des Klemmwiderstands mit der Basis der Triode, der Kollektor der Triode mit einem Ende des Warngeräts und das andere Ende des Warngeräts mit der Gleichspannungsquelle verbunden und der Emitter der Triode über den Strombegrenzungswiderstand geerdet wird.
  • Darüber hinaus ist vorgesehen, dass das mit der Steuerschaltung verbundene Ende des Sicherungselement-Strings zusätzlich mit einem Datenerfassungsmodul verbunden wird, um den Zustand der Sicherungselemente zu überprüfen und für eine Sicherheitsüberwachung mit einer übergeordneten Leitstelle zu kommunizieren, und/oder dass als Warngerät ein Summer eingesetzt wird, und/oder dass das Anordnen eines Sicherungselements an jeder aus mehr als zwei die gleiche Betriebstemperatur aufweisenden Batteriezellen bestehenden Batteriezellengruppe dadurch erfolgt, dass auf jeder der Batteriezellen der Batteriezellengruppe ein Wärmeleitelement aufliegt, das dafür sorgt, dass die Batteriezellen der Batteriezellengruppe die gleiche Betriebstemperatur haben, wobei das Sicherungselement an dem Wärmeleitelement oder an einer der Batteriezellen der Batteriezellengruppe angeordnet wird.
  • Zudem ist vorgesehen, dass das Sicherungselement einen Sicherungselement-Grundkörper und eine externe Leitung, welche miteinander verbunden sind, umfasst. Der Sicherungselement-Grundkörper umfasst von innen nach außen hintereinander eine Mittelschicht des Sicherungselement-Grundkörpers, eine Zwischenschicht des Sicherungselement-Grundkörpers und eine Außenschicht des Sicherungselement-Grundkörpers, wobei die beiden Enden der Mittelschicht des Sicherungselement-Grundkörpers jeweils über die externe Leitung nach außen geführt und über die externe Leitung hintereinander in Reihe geschaltet werden. Überdies ist die Seitenfläche der Außenschicht des Sicherungselement-Grundkörpers, mit der sie auf einer Batteriezelle aufliegt, als Platten- oder bogenförmige Struktur ausgebildet, über welche die Außenschicht des Sicherungselement-Grundkörpers mit der Oberfläche der Batteriezelle verklebt oder verschweißt ist.
  • Die Erfindung bietet folgende Vorteile:
    Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur automatischen Warnung vor thermischem Durchgehen von Antriebsbatterien, die zur Überwachung von Antriebsbatteriezellen auf thermisches Durchgehen dient und ggf. eine Warnung abgibt, ist an den einzelnen, in Reihe und parallel zueinander geschalteten Batteriezellen, und zwar an der Oberfläche der Batteriezellen, oder an Batteriezellengruppen jeweils ein Sicherungselement angeordnet, welche Sicherungselemente hintereinander in Reihe geschaltet sind und mit einer Steuerschaltung, vorzugsweise nämlich den Funktionswiderständen und der Triode, und einem Warngerät, wie beispielsweise einem Summer, zusammenwirken, um die Temperatur der in Reihe und parallel zueinander geschalteten Batteriezellen des Antriebsbatteriepacks, d. h. die Oberflächentemperatur der Batteriezellen, in Echtzeit zu überwachen, wobei bei Überschreiten eines Temperaturschwellenwerts der Summer zur automatischen Warnung veranlasst wird. Durch das Anordnen eines einzigen Sicherungselements an einer aus mehreren miteinander verbundenen, die gleiche Betriebstemperatur aufweisenden Batteriezellen bestehenden Batteriezellengruppe kann die Anzahl der anzuordnenden Sicherungselemente angemessen verringert werden. Eine derartige automatische Warnvorrichtung der Erfindung zeichnet sich durch einfachen Aufbau, einfache Verdrahtung, geringe Kosten und gute Anwendbarkeit aus und ermöglicht eine Echtzeit-Überwachung aller in Reihe und parallel zueinander geschalteten Batteriezellen in einem Antriebsbatteriepack auf thermisches Durchgehen mit entsprechender Vorwarnung, womit eine Erhöhung der Sicherheit und Zuverlässigkeit des Thermomanagements für Antriebsbatteriepacks verbunden ist. Auf diese Weise wird das Problem des Stands der Technik, dass bei dem derzeit bekannten Thermomanagement nicht alle Batteriezellen in Bezug auf Temperatur überwacht werden können und daher eine rechtzeitige Vorwarnung vor thermischem Durchgehen unmöglich ist, behoben.
  • Bevorzugterweise umfasst das erfindungsgemäße Sicherungselement einen Sicherungselement-Grundkörper und eine externe Leitung, welche miteinander verbunden sind. Der Sicherungselement-Grundkörper besteht aus drei Schichten, von innen nach außen nämlich einer Mittelschicht des Sicherungselement-Grundkörpers, einer Zwischenschicht des Sicherungselement-Grundkörpers und einer Außenschicht des Sicherungselement-Grundkörpers, wobei die Mittelschicht des Sicherungselement-Grundkörpers eine Kernschicht bildet und aus einem niedrigschmelzenden Legierungsstoff, nämlich einem Bismut-Blei-Antimon-Legierungsstoff, angefertigt ist. Außerdem kann die Außenschicht des Sicherungselement-Grundkörpers eine auf den jeweiligen Zellentyp abgestimmte Form haben, um dicht auf der Oberfläche der Batteriezelle aufzuliegen, wobei die Außenschicht des Sicherungselement-Grundkörpers vorzugsweise durch Verkleben oder Verschweißen mit der Oberfläche der Batteriezelle verbunden ist.
  • In bevorzugter Weise kann ein Ende des Sicherungselement-Strings zusätzlich mit einem Datenerfassungsmodul verbunden werden, um die Spannung an diesem Ende in Echtzeit zu erfassen, wobei sich das durch das Datenerfassungsmodul in Echtzeit erfasste Spannungssignal weiterhin an eine übergeordnete Leitstelle zur Datensicherung oder zur weiteren Auswertung und Verarbeitung weiterleiten lässt.
  • Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur automatischen Warnung vor thermischem Durchgehen von Antriebsbatterien, das der oben beschriebenen Vorrichtung zur automatischen Warnung vor thermischem Durchgehen von Antriebsbatterien entspricht und so angesehen werden kann, dass es auf Basis der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur automatischen Warnung vor thermischem Durchgehen von Antriebsbatterien realisiert wird. Dieses Verfahren zeichnet sich durch gute Verwendbarkeit und hohe Praxistauglichkeit aus und ermöglicht eine hocheffektive, schnelle und genaue automatische Warnung vor thermischem Durchgehen von Antriebsbatterien, wodurch die Sicherheit und Zuverlässigkeit des Thermomanagements für Antriebsbatteriepacks erhöht und eine Echtzeit-Überwachung von Batteriezellen auf thermisches Durchgehen mit entsprechender Vorwarnung erreicht wird. Insgesamt eignet es sich für das Thermomanagement von Antriebsbatteriepacks bei umweltschonenden Elektrokraftfahrzeugen und kann zur Förderung der Anwendung solcher neuartiger Fahrzeuge beitragen.
  • Darstellung der Abbildungen
  • Es zeigen
  • 1 den schematischen Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur automatischen Warnung vor thermischern Durchgehen von Antriebsbatterien,
  • 2 in schematischer Darstellung einen bevorzugten Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur automatischen Warnung vor thermischem Durchgehen von Antriebsbatterien,
  • 3 in schematischer Darstellung einen bevorzugten Aufbau eines erfindungsgemäßen Sicherungselements und
  • 4 einen Schnitt in Richtung A-A der 3.
  • Konkrete Ausführungsformen
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand beigefügter Zeichnungen beschrieben.
  • Die Erfindung offenbart eine Vorrichtung zur automatischen Warnung vor thermischem Durchgehen von Antriebsbatterien, die zur Überwachung von Antriebsbatteriezellen auf thermisches Durchgehen dient und ggf. eine Warnung abgibt. Wie in 1 dargestellt ist, umfasst diese automatische Warnvorrichtung mehrere Sicherungselemente 1 sowie eine Steuerschaltung und ein Warngerät. Hierbei sind die Sicherungselemente 1 jeweils an der Außenseite einer Batteriezelle 2 angeordnet, wobei bei Erreichen eines bestimmten Schwellenwerts durch die Oberflächentemperatur einer Batteriezelle 2 das jeweils zugeordnete Sicherungselement 1 durchbrennt. Alternativ dazu sind die Sicherungselemente 1 jeweils an einer aus mehr als zwei die gleiche Betriebstemperatur aufweisenden Batteriezellen 2 bestehenden Batteriezellengruppe angeordnet, wobei bei Erreichen eines bestimmten Schwellenwerts durch die Oberflächentemperatur einer Batteriezellengruppe das jeweils zugeordnete Sicherungselement durchbrennt. Zudem sind die Sicherungselemente 1 hintereinander in Reihe geschaltet, und zwar über eine in 1 gezeigte externe Leitung 102, um einen Sicherungselement-String zu bilden, welcher an einem Ende der Reihe nach mit der Steuerschaltung und dem Warngerät verbunden und am anderen Ende geerdet ist. Durch die Steuerschaltung wird die Tatsache, dass eine Triode beim Durchbrennen eines Sicherungselements eingeschaltet wird, benutzt, um das Warngerät zu betätigen und somit eine automatische Warnung zu realisieren.
  • Bei Vorhandensein einer sehr großen Anzahl (in der Regel mehr als 1000) an Batteriezellen in einem Antriebsbatteriepack ist es nur mit sehr hohem Aufwand möglich, an jeder Batteriezelle ein Sicherungselement anzuordnen. Daher wird es bevorzugt, dass zunächst mehrere Batteriezellen über ein wärmeleitendes, vorzugsweise hochwärmeleitendes, Element miteinander verbunden werden und dann an dieser Batteriezellengruppe ein Sicherungselement angeordnet wird. Im Einzelnen werden die Sicherungselemente 1 jeweils an einer aus mehr als zwei die gleiche Betriebstemperatur aufweisenden Batteriezellen 2 bestehenden Batteriezellengruppe angeordnet, wobei auf jeder der Batteriezellen 2 der Batteriezellengruppe ein Wärmeleitelement (in 1 nicht dargestellt) aufliegt, das dafür sorgt, dass die Batteriezellen 2 der Batteriezellengruppe die gleiche Betriebstemperatur haben. Dabei kann sich das Sicherungselement 1 an dem Wärmeleitelement oder an einer der Batteriezellen 2 der Batteriezellengruppe befinden (in 1 nicht dargestellt), um die Anzahl der anzuordnenden Sicherungselemente 1 zu reduzieren. Als Wärmeleitmaterial für das Wärmeleitelement wird vorzugsweise ein Kupfermetallwerkstoff eingesetzt, um die Gleichheit der Betriebstemperatur der Batteriezellen 2 einer jeden Batteriezellengruppe sicherzustellen und damit die Lebensdauer des Batteriepacks zu verlängern.
  • 2 zeigt in schematischer Darstellung einen bevorzugten Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur automatischen Warnung vor thermischem Durchgehen von Antriebsbatterien. In diesem Ausführungsbeispiel umfasst die Steuerschaltung einen Pull-Up-Widerstand 3, einen Klemmwiderstand 4, eine Triode 5, einen Strombegrenzungswiderstand 6 und eine Gleichspannungsquelle. Wie sich aus 2 ergibt, sind n Batteriezellen 2 in Reihe und parallel zueinander geschaltet, um ein Antriebsbatteriepack zu bilden. An den einzelnen, in Reihe und parallel zueinander geschalteten Batteriezellen 2, und zwar an der Oberfläche der Batteriezellen 2, ist jeweils ein Sicherungselement 1 (Hochtemperatur-Sicherungselement) angeordnet, wobei bei Erreichen eines bestimmten Schwellenwerts durch die Oberflächentemperatur einer Batteriezelle 2 das jeweils zugeordnete Sicherungselement 1 durchbrennt. Dabei sind die Sicherungselemente 1 hintereinander in Reihe geschaltet, und zwar über eine in 2 dargestellte externe Leitung 102, um einen Sicherungselement-String zu bilden, welcher an einem Ende sowohl mit einem Ende des Pull-Up-Widerstands 3 als auch mit einem Ende des Klemmwiderstands 4 verbunden und am anderen Ende geerdet ist. Darüber hinaus ist das andere Ende des Pull-Up-Widerstands 3 mit der Gleichspannungsquelle, deren Spannungswert bei Niederspannungssteuerung auf 5 V eingestellt werden kann, und das andere Ende des Klemmwiderstands 4 mit der Basis der Triode 5 verbunden, deren Kollektor wiederum mit einem Ende eines Summers 7 verbunden ist, wobei das andere Ende des Summers 7 an der Gleichspannungsquelle, deren Spannungswert bei Niederspannungssteuerung auf 5 V eingestellt werden kann, angeschlossen und der Emitter der Triode 5 über den Strombegrenzungswiderstand 6 geerdet ist. Mit der oben beschriebenen automatischen Warnvorrichtung der Erfindung kann die Temperatur der in Reihe und parallel zueinander geschalteten Batteriezellen 2 eines Antriebsbatteriepacks, d. h. die Oberflächentemperatur der Batteriezellen 2, in Echtzeit überwacht werden, wobei bei Überschreiten eines Temperaturschwellenwerts automatisch durch ein Warngerät, wie etwa den Summer 7, eine Warnung abgegeben wird, d. h. es wird die Tatsache, dass die Triode 5 beim Durchbrennen eines Sicherungselements 1 eingeschaltet wird, benutzt, um den Summer 7 zu betätigen und somit eine automatische Warnung zu realisieren. Bevorzugterweise kann der Sicherungselement-String an demjenigen Ende, an dem er sowohl mit einem Ende des Pull-Up-Widerstands 3 als auch mit einem Ende des Klemmwiderstands 4 verbunden ist, zusätzlich mit einem Datenerfassungsmodul, beispielsweise einer Datenerfassungskarte, verbunden sein (in 2 nicht dargestellt), um den Zustand der Sicherungselemente zu überprüfen und für eine Sicherheitsüberwachung mit einer übergeordneten Leitstelle zu kommunizieren. Mit dem Datenerfassungsmodul kann nämlich die Spannung an diesem Ende in Echtzeit erfasst und das durch das Datenerfassungsmodul in Echtzeit erfasste Spannungssignal an eine übergeordnete Leitstelle zur Datensicherung oder zur weiteren Auswertung und Verarbeitung weitergeleitet werden, wodurch z. B. eine Echtzeit-Überprüfung des Zustands der Sicherungselemente 1 oder eine Echtzeit-Kommunikation zur Sicherheitsüberwachung vorgenommen werden kann.
  • 3 und 4 zeigen in schematischer Darstellung einen bevorzugten Aufbau eines erfindungsgemäßen Sicherungselements 1, wobei 4 einen Schnitt in Richtung A-A der 3 darstellt. Wie in 3 und 4 zu erkennen ist, umfasst das Sicherungselement 1 einen Sicherungselement-Grundkörper 101 und eine externe Leitung 102, welche miteinander verbunden sind. Der Sicherungselement-Grundkörper 101 besteht aus drei Schichten, von innen nach außen nämlich einer Mittelschicht des Sicherungselement-Grundkörpers 1013, einer Zwischenschicht des Sicherungselement-Grundkörpers 1012 und einer Außenschicht des Sicherungselement-Grundkörpers 1011, wobei die beiden Enden der Mittelschicht des Sicherungselement-Grundkörpers 1013 jeweils über die externe Leitung 102 nach außen geführt sind und über die externe Leitung 102 hintereinander in Reihe geschaltet sein können. Es versteht sich, dass der so entstandene Sicherungselement-String an einem Ende auch über die externe Leitung 102 zum einen sowohl mit einem Ende des Pull-Up-Widerstands 3 als auch mit einem Ende des Klemmwiderstands 4 und zum anderen mit einem Datenerfassungsmodul verbunden ist. Bei der Seitenfläche der Außenschicht des Sicherungselement-Grundkörpers 1011, mit der sie auf einer Batteriezelle 2 aufliegt, kann es sich um eine Platten- oder bogenförmige Struktur handeln, über welche die Außenschicht des Sicherungselement-Grundkörpers mit der Oberfläche der Batteriezelle 2 verklebt oder verschweißt ist. Im Einzelnen bildet die Seitenfläche der Außenschicht des Sicherungselement-Grundkörpers 1011, mit der sie auf einer z. B. quaderförmigen Batteriezelle 2 aufliegt, eine Plattenstruktur, über welche die Außenschicht des Sicherungselement-Grundkörpers dicht auf der Oberfläche der quaderförmigen Batteriezelle 2 aufliegt und damit verbunden ist. Wenn hingegen als Batteriezelle 2 eine zylinderförmige Zelle verwendet wird, handelt es sich bei der Seitenfläche der Außenschicht des Sicherungselement-Grundkörpers 1011, mit der sie auf der zylinderförmigen Batteriezelle 2 aufliegt, um eine auf die Mantelfläche der zylinderförmigen Batteriezelle 2 abgestimmte bogenförmige Struktur, über welche die Außenschicht des Sicherungselement-Grundkörpers dicht auf der Mantelfläche der zylinderförmigen Batteriezelle 2 aufliegt und damit verbunden ist. Weiter bevorzugt kann die Mittelschicht des Sicherungselement-Grundkörpers 1013 aus einem Bismut-Blei-Antimon-Legierungsstoff, d. h. einem niedrigschmelzenden Legierungsstoff, angefertigt sein und die Mittelschicht des Sicherungselements weist einen Durchbrenntemperaturschwellenwert von 50–65°C auf, wobei dann durch den Summer 7 automatisch eine Warnung abgegeben wird, wenn die Temperatur der in Reihe und parallel zueinander geschalteten Batteriezellen 2 des Antriebsbatteriepacks diesen Temperaturschwellenwert überschreitet. Die Zwischenschicht des Sicherungselement-Grundkörpers 1012 kann aus wärmeleitender Keramik, vorzugsweise Aluminiumcarbid, hergestellt sein und dient dazu, bei Gewährleistung einer guten Wärmeübertragung zwischen der Außenschicht des Sicherungselement-Grundkörpers 1011 und der Mittelschicht des Sicherungselement-Grundkörpers 1013 die Außenschicht des Sicherungselement-Grundkörpers 1011 und die Mittelschicht des Sicherungselement-Grundkörpers 1013 elektrisch voneinander zu isolieren. Die Außenschicht des Sicherungselement-Grundkörpers ist aus einem elektrisch leitfähigen Werkstoff, vorzugsweise Kupfer oder Aluminium, gefertigt.
  • Nachstehend wird auf die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur automatischen Warnung vor thermischem Durchgehen von Antriebsbatterien näher eingegangen.
  • Im Normalbetrieb der einzelnen Batteriezellen 2 (in der Regel Lithium-Ionen-Zellen) des Antriebsbatteriepacks gemäß 2, d. h. wenn alle Batteriezellen 2 bei einer geeigneten Temperatur von beispielsweise 50°C betrieben werden, brennt kein Sicherungselement 1 durch. Im geschlossenen Zustand der in 2 gezeigten ganzen Schaltung weist das Sicherungselement 1 einen verhältnismäßig geringen Widerstandswert und der Pull-Up-Widerstand 3 hingegen einen verhältnismäßig hohen Widerstandswert auf, wobei dasjenige Ende des Sicherungselement-Strings, an dem er sowohl mit einem Ende des Pull-Up-Widerstands 3 als auch mit einem Ende des Klemmwiderstands 4 verbunden ist und das auch als „Kopfende des Sicherungselement-Strings” bezeichnet werden kann, ein Potential von Vcc·(R1/(Ra + R1)) (1) hat.
  • Dabei steht Vcc für die Spannung einer Gleichspannungsquelle, die bei Niederspannungssteuerung in der Regel einen Spannungswert von 5 V hat, Ra für den Widerstandswert des Pull-Up-Widerstands 3, der oft groß bemessen ist und z. B. 10 KΩ beträgt, und R1 für den Gesamtwiderstand einer Reihenschaltung der Sicherungselemente 1, nämlich R1 = n·R0, wobei R0 für den Widerstandswert eines Sicherungselements 1, der häufig niedrig bemessen ist und beispielsweise geringer als 1 Ω beträgt, und n für die Anzahl der in Reihe geschalteten Sicherungselemente 1 steht, die üblicherweise weniger als 1000 beträgt.
  • Aus der Formel (1) ergibt sich, dass im Normalbetrieb des Antriebsbatteriepacks bei V. = 5 V, Ra = 10 KΩ und R1 = 1000 Ω das Kopfende des Sicherungselement-Strings ein Potential von geringer als 0,7 V hat, wobei die Triode 5 nicht eingeschaltet und der Summer 7 nicht betätigt wird. Wenn die Temperatur einer Batteriezelle 1 den Temperaturschwellenwert überschreitet, brennt das jeweils zugeordnete Sicherungselement 1 durch und am Kopfende des Sicherungselement-Strings liegt eine Momentanspannung von 5 V (Vcc) an, wobei die Triode 5 eingeschaltet und der Summer 7 betätigt, d. h. zur Erzeugung eines summenden Tons als Warnung veranlasst wird. Da der Strombegrenzungswiderstand 6 einen geringen Widerstandswert Rc von häufig weniger als 100 Ω besitzt, liegt zu diesem Zeitpunkt am Kopfende des Sicherungselement-Strings eine Spannung von ungefähr Vcc·(Rb/(Ra + Rb)) (2) an.
  • Aus der Formel (2) ergibt sich, dass bei Ra = Rb an dem Kopfende eine Spannung von etwa 2,5 V anliegt, die sich von einem Datenerfassungsmodul, beispielsweise einer Datenerfassungskarte, erfassen und als Spannungssignal an eine übergeordnete Leitstelle weiterleiten lässt.
  • Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur automatischen Warnung vor thermischem Durchgehen von Antriebsbatterien, mit dem Antriebsbatteriezellen auf thermisches Durchgehen überwacht werden und ggf. eine Warnung abgegeben wird und das folgende Schritte umfasst: Anordnen eines Sicherungselements an der Außenseite jeder Batteriezelle, wobei bei Erreichen eines bestimmten Schwellenwerts durch die Oberflächentemperatur einer Batteriezelle das jeweils zugeordnete Sicherungselement durchbrennt, oder Anordnen eines Sicherungselements an jeder aus mehr als zwei die gleiche Betriebstemperatur aufweisenden Batteriezellen bestehenden Batteriezellengruppe, wobei bei Erreichen eines bestimmten Schwellenwerts durch die Oberflächentemperatur einer Batteriezellengruppe das jeweils zugeordnete Sicherungselement durchbrennt; Herstellen einer Reihenschaltung der Sicherungselemente, um einen Sicherungselement-String zu bilden, dessen eine Ende der Reihe nach mit einer Steuerschaltung und einem Warngerät, vorzugsweise einem Summer, verbunden und dessen andere Ende geerdet wird, wobei durch die Steuerschaltung die Tatsache, dass eine Triode beim Durchbrennen eines Sicherungselements eingeschaltet wird, benutzt wird, um das Warngerät zu betätigen und somit eine automatische Warnung zu realisieren. Mit dem erfindungsgemäßen automatischen Warnverfahren kann die Temperatur der in Reihe und parallel zueinander geschalteten Batteriezellen eines Antriebsbatteriepacks in Echtzeit überwacht werden, wobei bei Überschreiten eines Ternperaturschwellenwerts automatisch durch das Warngerät eine Warnung abgegeben wird.
  • Das oben beschriebene Anordnen eines Sicherungselements an jeder aus mehr als zwei die gleiche Betriebstemperatur aufweisenden Batteriezellen bestehenden Batteriezellengruppe erfolgt dadurch, dass auf jeder der Batteriezellen der Batteriezellengruppe ein Wärmeleitelement aufliegt, das dafür sorgt, dass die Batteriezellen der Batteriezellengruppe die gleiche Betriebstemperatur haben, wobei das Sicherungselement an dem Wärmeleitelement oder an einer der Batteriezellen der Batteriezellengruppe angeordnet wird.
  • Bevorzugterweise umfasst die zur Verwendung kommende Steuerschaltung eine Triode, einen Pull-Up-Widerstand, einen Klemmwiderstand, einen Strombegrenzungswiderstand und eine Gleichspannungsquelle, wie dies in FIG dargestellt, wobei ein Ende des Sicherungselement-Strings sowohl mit einem Ende des Pull-Up-Widerstands als auch mit einem Ende des Klemmwiderstands, das andere Ende des Pull-Up-Widerstands mit der Gleichspannungsquelle, deren Spannungswert bei Niederspannungssteuerung auf 5 V eingestellt werden kann, das andere Ende des Klemmwiderstands mit der Basis der Triode, der Kollektor der Triode mit einem Ende des Warngeräts und das andere Ende des Warngeräts mit der Gleichspannungsquelle, deren Spannungswert bei Niederspannungssteuerung auf 5 V eingestellt werden kann, verbunden und der Emitter der Triode über den Strombegrenzungswiderstand geerdet wird.
  • Des Weiteren kann das mit der Steuerschaltung verbundene Ende des Sicherungselement-Strings zusätzlich mit einem Datenerfassungsmodul, beispielsweise einer Datenerfassungskarte, verbunden werden, um den Zustand der Sicherungselemente zu überprüfen und für eine Sicherheitsüberwachung mit einer übergeordneten Leitstelle zu kommunizieren. Mit dem Datenerfassungsmodul kann nämlich die Spannung an diesem Ende in Echtzeit erfasst und das durch das Datenerfassungsmodul in Echtzeit erfasste Spannungssignal an eine übergeordnete Leitstelle zur Datensicherung oder zur weiteren Auswertung und Verarbeitung weitergeleitet werden, wodurch z. B. eine Echtzeit-Überprüfung des Zustands der Sicherungselemente 1 oder eine Echtzeit-Kommunikation zur Sicherheitsüberwachung vorgenommen werden kann.
  • Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass das Sicherungselement einen Sicherungselement-Grundkörper und eine externe Leitung, welche miteinander verbunden sind, umfasst, vgl. 3 und 4. Der Sicherungselement-Grundkörper umfasst von innen nach außen hintereinander eine Mittelschicht des Sicherungselement-Grundkörpers, eine Zwischenschicht des Sicherungselement-Grundkörpers und eine Außenschicht des Sicherungselement-Grundkörpers, wobei die beiden Enden der Mittelschicht des Sicherungselement-Grundkörpers jeweils über die externe Leitung nach außen geführt und über die externe Leitung hintereinander in Reihe geschaltet werden. Überdies ist die Seitenfläche der Außenschicht des Sicherungselement-Grundkörpers, mit der sie auf einer Batteriezelle aufliegt, als Platten- oder bogenförmige Struktur ausgebildet, über welche die Außenschicht des Sicherungselement-Grundkörpers mit der Oberfläche der Batteriezelle verklebt oder verschweißt ist. Weiterhin ist vorgesehen, dass die Mittelschicht des Sicherungselement-Grundkörpers aus einem Bismut-Blei-Antimon-Legierungsstoff, die Zwischenschicht des Sicherungselement-Grundkörpers aus wärmeleitender Keramik, vorzugsweise Aluminiumcarbid, und die Außenschicht des Sicherungselement-Grundkörpers aus einem elektrisch leitfähigen Werkstoff, vorzugsweise Kupfer oder Aluminium, angefertigt sein kann, wobei die Mittelschicht des Sicherungselements einen Durchbrenntemperaturschwellenwert von 50–65°C aufweist.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass die vorangehend beschriebenen konkreten Ausführungsformen lediglich dem besseren Verständnis der Erfindung dienen und die Erfindung keineswegs einschränken. Den Fachleuten auf diesem Gebiet wird daher klar sein, dass trotz der obenstehenden näheren Beschreibung der Erfindung unter Bezugnahme auf beigefügte Zeichnungen und Ausführungsbeispiele weitere Abänderungen oder gleichwertige Substitutionen möglich sind. Insgesamt sind alle Ausgestaltungen und Weiterbildungen, die nicht von den Grundideen der Erfindung abweichen, vom Schutzumfang der Erfindung umfasst.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Sicherungselement
    2
    Batteriezelle
    3
    Pull-Up-Widerstand
    4
    Klemmwiderstand
    5
    Triode
    6
    Strombegrenzungswiderstand
    7
    Summer
    101
    Sicherungselement-Grundkörper
    102
    Externe Leitung
    1011
    Außenschicht des Sicherungselement-Grundkörpers
    1012
    Zwischenschicht des Sicherungselement-Grundkörpers
    1013
    Mittelschicht des Sicherungselement-Grundkörpers

Claims (6)

  1. Vorrichtung zur automatischen Warnung vor thermischem Durchgehen von Antriebsbatterien, die zur Überwachung von Antriebsbatteriezellen auf thermisches Durchgehen dient und ggf. eine Warnung abgibt, dadurch gekennzeichnet, dass sie mehrere Sicherungselemente sowie eine Steuerschaltung und ein Warngerät umfasst, welche Sicherungselemente jeweils an der Außenseite einer Batteriezelle angeordnet sind, wobei bei Erreichen eines bestimmten Schwellenwerts durch die Oberflächentemperatur einer Batteriezelle das jeweils zugeordnete Sicherungselement durchbrennt, oder jeweils an einer aus mehr als zwei die gleiche Betriebstemperatur aufweisenden Batteriezellen bestehenden Batteriezellengruppe angeordnet sind, wobei bei Erreichen eines bestimmten Schwellenwerts durch die Oberflächentemperatur einer Batteriezellengruppe das jeweils zugeordnete Sicherungselement durchbrennt, wobei die Sicherungselemente hintereinander in Reihe geschaltet sind, um einen Sicherungselement-String zu bilden, welcher an einem Ende der Reihe nach mit der Steuerschaltung und dem Warngerät verbunden und am anderen Ende geerdet ist, wobei durch die Steuerschaltung die Tatsache, dass eine Triode beim Durchbrennen eines Sicherungselements eingeschaltet wird, benutzt wird, um das Warngerät zu betätigen und somit eine automatische Warnung zu realisieren.
  2. Vorrichtung zur automatischen Warnung vor thermischem Durchgehen von Antriebsbatterien gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung eine Triode, einen Pull-Up-Widerstand, einen Klemmwiderstand, einen Strombegrenzungswiderstand und eine Gleichspannungsquelle umfasst, wobei ein Ende des Sicherungselement-Strings sowohl mit einem Ende des Pull-Up-Widerstands als auch mit einem Ende des Klemmwiderstands, das andere Ende des Pull-Up-Widerstands mit der Gleichspannungsquelle, das andere Ende des Klemmwiderstands mit der Basis der Triode, der Kollektor der Triode mit einem Ende des Warngeräts und das andere Ende des Warngeräts mit der Gleichspannungsquelle verbunden und der Emitter der Triode über den Strombegrenzungswiderstand geerdet ist.
  3. Vorrichtung zur automatischen Warnung vor thermischem Durchgehen von Antriebsbatterien gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das mit der Steuerschaltung verbundene Ende des Sicherungselement-Strings zusätzlich mit einem Datenerfassungsmodul verbunden ist, und/oder dass das Warngerät ein Summer ist, und/oder dass für den Fall, dass die Sicherungselemente jeweils an einer aus mehr als zwei die gleiche Betriebstemperatur aufweisenden Batteriezellen bestehenden Batteriezellengruppe angeordnet sind, auf jeder der Batteriezellen der Batteriezellengruppe ein Wärmeleitelement aufliegt, das dafür sorgt, dass die Batteriezellen der Batteriezellengruppe die gleiche Betriebstemperatur haben, wobei sich das Sicherungselement an dem Wärmeleitelement oder an einer der Batteriezellen der Batteriezellengruppe befindet.
  4. Vorrichtung zur automatischen Warnung vor thermischem Durchgehen von Antriebsbatterien gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherungselement einen Sicherungselement-Grundkörper und eine externe Leitung, welche miteinander verbunden sind, umfasst, welcher Sicherungselement-Grundkörper von innen nach außen hintereinander eine Mittelschicht des Sicherungselement-Grundkörpers, eine Zwischenschicht des Sicherungselement-Grundkörpers und eine Außenschicht des Sicherungselement-Grundkörpers umfasst, wobei die beiden Enden der Mittelschicht des Sicherungselement-Grundkörpers jeweils über die externe Leitung nach außen geführt und über die externe Leitung hintereinander in Reihe geschaltet sind, wobei es sich bei der Seitenfläche der Außenschicht des Sicherungselement-Grundkörpers, mit der sie auf einer Batteriezelle aufliegt, um eine Platten- oder bogenförmige Struktur handelt, über welche die Außenschicht des Sicherungselement-Grundkörpers mit der Oberfläche der Batteriezelle verklebt oder verschweißt ist.
  5. Vorrichtung zur automatischen Warnung vor thermischem Durchgehen von Antriebsbatterien gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelschicht des Sicherungselement-Grundkörpers aus einem Bismut-Blei-Antimon-Legierungsstoff, die Zwischenschicht des Sicherungselement-Grundkörpers aus wärmeleitender Keramik und die Außenschicht des Sicherungselement-Grundkörpers aus einem elektrisch leitfähigen Werkstoff angefertigt ist.
  6. Vorrichtung zur automatischen Warnung vor thermischem Durchgehen von Antriebsbatterien gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass als wärmeleitende Keramik Aluminiumcarbid und als elektrisch leitfähiger Werkstoff Kupfer oder Aluminium verwendet wird, und/oder dass die Mittelschicht des Sicherungselements einen Durchbrenntemperaturschwellenwert von 50–65°C aufweist.
DE202017103776.2U 2016-07-22 2017-06-26 Vorrichtung zur automatischen Warnung vor thermischem Durchgehen von Antriebsbatterien Expired - Lifetime DE202017103776U1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610584554.X 2016-07-22
CN201610584554.XA CN106205029B (zh) 2016-07-22 2016-07-22 一种动力电池热失控自动报警装置及方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE202017103776U1 true DE202017103776U1 (de) 2017-11-14

Family

ID=57492375

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE202017103776.2U Expired - Lifetime DE202017103776U1 (de) 2016-07-22 2017-06-26 Vorrichtung zur automatischen Warnung vor thermischem Durchgehen von Antriebsbatterien

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN106205029B (de)
DE (1) DE202017103776U1 (de)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111817402A (zh) * 2020-07-28 2020-10-23 深圳市福光动力通信设备有限公司 一种全状态电池热失控安全管理的方法及装置
EP3734308A1 (de) * 2019-04-30 2020-11-04 Contemporary Amperex Technology Co., Limited Schaltung und verfahren zur detektion von thermischem durchgehen
EP3757590A4 (de) * 2019-04-30 2021-05-26 Contemporary Amperex Technology Co., Limited Schaltung zur erkennung von thermischem durchgehen
CN113962452A (zh) * 2021-10-15 2022-01-21 佛山科学技术学院 一种热失控蔓延预测方法及预测系统

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017218578A1 (de) * 2017-10-18 2019-04-18 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Speichereinrichtung zum Speichern von elektrischer Energie, insbesondere für ein Kraftfahrzeug
CN108390115A (zh) * 2018-03-05 2018-08-10 华霆（合肥）动力技术有限公司 电池管理系统、方法及汽车
CN109494419B (zh) * 2018-12-12 2021-03-09 安徽江淮汽车集团股份有限公司 一种动力电池热失控监测装置
CN110021790B (zh) * 2019-01-22 2021-06-25 中国矿业大学 一种动力电池的故障显示保护装置及保护方法
CN111596213B (zh) * 2019-02-20 2021-10-08 江苏师范大学 电池状态监控专用的电阻膜
CN110967642B (zh) 2019-04-30 2021-05-18 宁德时代新能源科技股份有限公司 热失控检测电路及方法
CN110398699A (zh) * 2019-06-26 2019-11-01 清华大学 多传感器信息融合的动力电池热失控预警方法
CN110525219A (zh) * 2019-09-04 2019-12-03 江铃汽车股份有限公司 一种电动汽车的动力电池组热失控检测与保护装置及其方法
CN111370784B (zh) * 2020-02-21 2022-05-13 清华大学 电池热失控预警方法
CN111544802A (zh) * 2020-02-28 2020-08-18 青岛能蜂电气有限公司 一种自动灭火装置
CN112234276B (zh) * 2020-03-27 2022-01-28 蜂巢能源科技有限公司 电芯热失控仿真电路及方法
KR20210142058A (ko) * 2020-05-15 2021-11-24 현대자동차주식회사 배터리 모듈의 과열 검출 장치 및 그 방법
CN111907329B (zh) * 2020-06-29 2022-04-29 东风汽车集团有限公司 可进行动力电池全时段热失控预警的监测系统及监测方法
CN112345943B (zh) * 2020-11-13 2022-03-18 东风汽车集团有限公司 一种电池热失控预警方法及装置
CN113517477B (zh) * 2021-03-04 2024-07-12 淮安骏盛新能源科技有限公司 一种电池包内动力电池热失控的辅助监测方法及报警装置
CN114397594B (zh) * 2022-01-17 2023-03-24 苏州清研精准汽车科技有限公司 一种电池组检测设备及使用方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101320506A (zh) * 2007-12-26 2008-12-10 张陈 一种串联分立式可恢复线型感温探测器
CN201674216U (zh) * 2010-05-19 2010-12-15 叶博飞 电动自行车铅酸蓄电池充电热失控保护装置
CN202331704U (zh) * 2011-11-28 2012-07-11 重庆卡福汽车制动转向系统有限公司 一种低熔断路报警线
US20150050531A1 (en) * 2012-03-05 2015-02-19 Husqvarna Ab Battery cell connector
CN203800141U (zh) * 2014-04-25 2014-08-27 中航锂电（洛阳）有限公司 一种具有热失控保护功能的动力电池系统
CN204008826U (zh) * 2014-08-12 2014-12-10 上海申通地铁集团有限公司 车辆电池安全监测系统

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3734308A1 (de) * 2019-04-30 2020-11-04 Contemporary Amperex Technology Co., Limited Schaltung und verfahren zur detektion von thermischem durchgehen
US10985575B2 (en) 2019-04-30 2021-04-20 Contemporary Amperex Technology Co., Limited Thermal runaway detection circuit and method
EP3757590A4 (de) * 2019-04-30 2021-05-26 Contemporary Amperex Technology Co., Limited Schaltung zur erkennung von thermischem durchgehen
CN111817402A (zh) * 2020-07-28 2020-10-23 深圳市福光动力通信设备有限公司 一种全状态电池热失控安全管理的方法及装置
CN111817402B (zh) * 2020-07-28 2024-05-31 深圳市福光动力通信设备有限公司 一种全状态电池热失控安全管理的方法及装置
CN113962452A (zh) * 2021-10-15 2022-01-21 佛山科学技术学院 一种热失控蔓延预测方法及预测系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN106205029A (zh) 2016-12-07
CN106205029B (zh) 2019-01-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE202017103776U1 (de) Vorrichtung zur automatischen Warnung vor thermischem Durchgehen von Antriebsbatterien
DE102012005979B4 (de) Elektrisches Überbrückungselement und Energiespeicher mit dem Überbrückungselement
DE202017103777U1 (de) Schnelle Überwachungs- und Warnvorrichtung für Antriebsbatterieausfälle
EP3166172B1 (de) Batteriezelle mit einer schnellentladeeinheit und schnellentladeverfahren für eine solche batteriezelle
DE2303362C2 (de) Elektrisches Stromversorgungssystem
EP3312907B1 (de) Kurzschlussschalter, schnellentladeeinheit, batteriezelle und arbeitsvorrichtung
DE3146141A1 (de) Ueberwachungseinrichtung fuer eine batterie
DE102013204526A1 (de) Batteriezelleinheit mit einer Batteriezelle und einer Überwachungs- und Ansteuerungseinheit zur Überwachung der Batteriezelle und Verfahren zur Überwachung einer Batteriezelle
DE102013214448A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Erkennung einer Temperaturerhöhung in einer Vielzahl elektrochemischer Speicherzellen
EP2792013A1 (de) Batteriesystem und kraftfahrzeug
DE102012017190A1 (de) Elektrochemische Energiespeicherzelle und elektrochemische Energiespeichervorrichtung mit wenigstens einer solchen elektrochemischen Energiespeicherzelle
EP2168134B1 (de) Verpolschutzeinrichtung
DE102013204073B4 (de) Batterie mit thermischem Auslöseelement
DE102017209183B4 (de) Fahrzeugenergiespeicher
DE102015200316A1 (de) Batterie und Batteriesystem aufweisend eine Batterie
DE102014221526A1 (de) Vorrichtung zur zellspannungssensitiven Überstromunterbrechung
DE102017111652A1 (de) Sicherungssystem zum Schutz eines Batteriesystems
EP2561325A2 (de) Temperaturüberwachungssystem
DE3641501A1 (de) Sicherung
WO2019115496A1 (de) Elektrochemisches energiespeichermodul und fahrzeug
DE102013200923A1 (de) Batterieterminal mit Sicherungselement
DE102018221687A1 (de) Batterie und Verfahren zum Betrieb einer Solchen
EP3166173A1 (de) Batteriesystem für ein fahrzeug
DE102020112849A1 (de) Elektrochemische Vorrichtung und Verfahren zum Abtrennen eines elektrochemischen Elements von einer Schaltungsanordnung
DE102022119248A1 (de) Batteriezellenmodul

Legal Events

Date Code Title Description
R207 Utility model specification
R156 Lapse of ip right after 3 years