DE4234551C1 - Sicherheitsvorrichtung zur Abschaltung einer Fahrzeugbatterie bei Unfall - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Sicherheitsvorrichtung zur Abschaltung einer Fahrzeugbatterie gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Es ist bereits eine gattungsgemäße Sicherheitsvorrichtung be­ kannt (DE 26 35 264 Al), welche mittels eines bei einem Unfall automatisch ausgelösten mechanischen Kontaktunterbrechers die Batterie vom Bordnetz trennt, um einen Fahrzeugbrand durch Kurzschluß zu verhindern. Der Kontaktunterbrecher ist außen an der Batterie angebracht und reagiert auf eine unfalltypische Verzögerung.

Weiterhin ist aus der DE 37 20 242 A1 eine Sicherheitsvorrichtung bekannt, bei der eine unfallbedingte Batterieabschaltung durch einen am Batteriepol angebrachten Unterbrecher erfolgt, der mittels eines Zugseils betätigt wird. Das Zugseil ist an Karosseriebauteilen befestigt und wird so verlegt, daß eine Verformung innerhalb der Knautschzone im vorderen Bereich des Fahrzeugs eine Straffung des Zugseils und damit eine Betätigung des Unterbrechers bewirkt.

Nachteilig an den bekannten Sicherheitsvorrichtungen ist, daß sie bei unfallbedingten inneren Kurzschlüssen einer aus mehreren Zellen aufgebauten Batterie nicht verhindern können, daß trotz Abschaltung der äußeren Last alle im inneren Kurzschußkreis liegenden Zellen ihre chemische Energie abgeben. Insbesondere bei Hochenergiebatterien, wie sie für Elektrofahrzeuge eingesetzt werden, kann die freiwerdende Energie so groß sein, daß durch starke Erwärmung der Batterie oder Funken ein Fahrzeugbrand verursacht wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Sicherheitsvorrichtung zu schaffen, welche eine unfallbedingte innere Kurzschlußleistung bei einer aus mehreren Zellen zusammengesetzten Fahrzeugbatte­ rie begrenzt.

Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Pa­ tentanspruchs 1 gelöst. Besondere Aus- und Weiterbildungen sind durch die Merkmale der Unteransprüche gekennzeichnet.

Es werden zwei Ausführungsbeispiele angegeben, die sich durch die Art der Auslösung der Kontaktunterbrecher unterscheiden.

Das erste Ausführungsbeispiel, bei dem die Kontaktunterbrecher als unabhängige, bei einer unfalltypischen Verzögerung auslö­ sende Einheiten aufgebaut sind, ermöglicht bei gleicher äußerer Gestaltgebung der Einheiten wie die Zellen, die Einheiten an beliebiger Stelle in den Zellenverband im Batteriekasten zu integrieren. In vorteilhafter Weise braucht beim Entwurf eines Batteriekastens nicht auf einen eventuellen Einbau von Kon­ taktunterbrechern Rücksicht genommen werden, da diese sich in ihrer äußeren Form und Verschaltung nicht von den Zellen un­ terscheiden.

Im zweiten Ausführungsbeispiel werden die Kontaktunterbrecher von einem gemeinsamen Auslösegerät betätigt, welches auf Verzö­ gerung und auf Zug an einem Zugseil reagiert. In vorteilhafter Weise kann damit, bei geeigneter Verlegung des Zugseils, die Betätigung der Kontaktunterbrecher durch eine unfallbedingte Verformung am Fahrzeug ausgelöst werden.

Die Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zei­ gen:

Fig. 1 eine Fahrzeugbatterie mit der erfindungsgemäßen Sicherheitsvorrichtung,

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Auslösegerät.

Die Fahrzeugbatterie in der Fig. 1 besteht aus einem Batterie­ kasten 1 mit mehreren elektrochemischen Zellen 2, welche durch Leiterbrücken 3 in Reihe geschaltet sind. Anfang und Ende der Reihe bilden den Minuspol 5 bzw. den Pluspol 4 der Batterie.

Eine (unfallbedingte) äußere Krafteinwirkung 6 auf den Batte­ riekasten 1 kann diesen verformen und unter Umständen einen inneren Kurzschluß der Batterie hervorrufen. Dabei können meh­ rere in Reihe geschaltete Zellen 2 einen Kurzschlußkreis bil­ den. Erfindungsgemäß sind daher mehrere, in den Ausführungs­ beispielen zwei Kontaktunterbrecher 7 vorgesehen, durch die der Stromweg im Kurzschlußstromkreis bei einem Unfall automatisch unterbrochen wird.

Im ersten Ausführungsbeispiel sind die Kontaktunterbrecher 7 als mechanische Unterbrecher ausgebildet, die in an sich be­ kannter Weise selbsttätig bei einer vorbestimmten Beschleuni­ gung auslösen. Ein solcher Kontaktunterbrecher ist beispiels­ weise in der DE 26 35 264 A1 beschrieben. Dieser Schrift fol­ gend wird mittels einer Kugel, die durch eine Druckbuchse mit einer Druckfeder gehalten wird, im Normalbetrieb ein Stromfluß ermöglicht, der bei einer durch die Stärke der Druckfeder vorgegebenen Beschleunigung durch Freigabe der Kugel unterbro­ chen wird. Vorzugsweise sind die Kontaktunterbrecher 7 in einem Gehäuse untergebracht, welches in das durch die Zellen 2 ge­ bildete Raster paßt. Bei einer Unterbringung der Kontaktunter­ brecher 7 in einem gleichen Gehäuse (nicht dargestellt) wie das der Zellen 2 ist es möglich, einen kompakten Zellverband auf­ zubauen, bei dem an beliebigen Stellen eine Zelle 2 durch einen Kontaktunterbrecher 7 ersetzt werden kann.

In dem zweiten Ausführungsbeispiel werden die Kontaktunterbre­ cher 7 von einem Auslösegerät 8 mittels eines Betätigungsmit­ tels 9 - beispielsweise einer Verbindungsstange, elektrischer oder hydraulischer Mittel - betätigt. Das Auslösegerät 8 ist so ausgebildet, daß die Betätigung der Kontaktunterbrecher 7 so­ wohl bei einer vorbestimmten Beschleunigung als auch durch Zug an einem Zugseil 10 ausgelöst wird.

Das Zugseil 10 dient dazu, eine unfallbedingte Deformation am Fahrzeug auf mechanischem Wege dem Auslösegerät 8 zu melden. In dem Ausführungsbeispiel ist das Zugseil 10 über Umlenkrollen oder -führungen 11 um drei Ecken des Batteriekastens 1 herum­ geführt und an der letzten Ecke 12 am Batteriekasten 1 befes­ tigt. Bei einer äußeren Krafteinwirkung 6 auf eine Seite des Batteriekastens 1 wird daher das Zugseil 10, welches auch als Zugband ausgeführt sein kann, gestrafft, wodurch das Auslöse­ gerät 8 über das Betätigungsmittel 9 die Kontaktunterbrecher 7 auslöst.

Es sind andere Varianten zur Verlegung des Zugseils 10 im Fahrzeug leicht denkbar. Beispielsweise kann das Zugseil 10 so geführt werden, daß eine Verformung charakteristischer Trag­ strukturelemente des Fahrzeugs, z. B. innerhalb der Knautschzone im vorderen Bereich des Fahrzeugs, eine Straffung des Zugseils 10 und damit eine Auslösung der Kontaktunterbrecher 7 bewirkt.

Die Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel zu einem erfindungs­ gemäßen Auslösegerät 8, welches im Bereitschaftszustand darge­ stellt ist. Als Betätigungsmittel zur Betätigung der Kontakt­ unterbrecher 7 wird eine Verbindungsstange 9 eingesetzt. Im Inneren eines geschlossenen Gehäuses 13 ist ein Betätigungs­ riegel 14 angeordnet, der über eine Kugel 18 und einen Entrie­ gelungsbolzen 19 in einer Lage festgehalten wird, bei der eine Riegelfeder 15 gespannt ist und die Verbindungsstange 9 am Einrücken in das Gehäuse 13 durch eine Riegelnase 17 gehindert wird. An einem Entriegelungsstift 20, welcher durch Einrasten in eine Bohrung den Entriegelungsbolzen 19 in seiner Lage festhält, ist außerhalb des Gehäuses 13 das Zugseil 10 befe­ stigt.

Wenn der Entriegelungsstift 20 durch Zug am Zugseil 10, ent­ gegen der Federkraft einer Entriegelungsstiftfeder 21, den Entriegelungsbolzen 19 freigibt, kann der Betätigungsriegel 14 der Federkraft der gespannten Riegelfeder 15 nachgeben und be­ wegt sich abwärts. Die Abwärtsbewegung hält solange an, bis die Riegelnase 17 an den Nasenanschlag 23 schlägt. Mit der Abwärts­ bewegung gibt die Riegelnase 17 der durch die Federkraft einer gespannten Verbindungsstangenfeder 16 einwärts bewegten Ver­ bindungsstange 9 den Weg frei. Die in der Fig. 2 eingezeich­ neten Pfeile zeigen die Bewegungsrichtung des durch einen Zug am Zugseil 10 ausgelösten Bewegungsablaufes, welcher zu einer Betätigung der Verbindungsstange 9 und damit zu der weiter oben beschriebenen Kontaktunterbrechung führt.

Nach einer Auslösung des Auslösegerätes 8 ragt ein Teil des Entriegelungsbolzens 19 durch eine Öffnung 22 im unteren Teil des Gehäuses 13. Durch manuelles Zurückdrücken des herausra­ genden Teils des Entriegelungsbolzens 19 kann dieser wieder in seine Ausgangslage gebracht werden, bei der der Entriegelungs­ stift 20 einrastet, sobald das Zugseil 10 der Entriegelungs­ stiftfeder 21 nachgeben kann. Damit kann das Auslösegerät 8, beispielsweise nach einem Funktionstest zur Zugseilauslösung, erneut in Bereitschaftsstellung versetzt werden.

Die Kugel 18 ist im Bereitschaftszustand zwischen Betätigungs­ riegel 14 und dem Entriegelungsbolzen 19 eingespannt. Bei einer starken Beschleunigung oder Verzögerung in Fahrtrichtung oder Querrichtung 24 weicht bei Überschreitung eines durch die Stärke der Riegelfeder 15 bestimmten Grenzwertes die Kugel 18 aufgrund ihrer trägen Masse aus und gibt den Betätigungsriegel 14 frei, durch dessen Abwärtsbewegung wiederum die Verbindungs­ stange 9 betätigt wird. Damit sind die Kontaktunterbrecher 7 auch bei einer unfalltypischen Verzögerung oder Beschleunigung auslösbar.

Um das Auslösegerät 8 nach einer Auslösung durch Ausweichen der Kugel 18 wieder in Bereitschaftsstellung zu versetzen, muß bei gezogenem Entriegelungsstift 20 der Entriegelungsbolzen 19 von Hand, durch Zug an dem aus der Öffnung 22 herausragenden Teil, nach unten gezogen werden, worauf die Kugel, der Schwerkraft folgend, die ursprüngliche Lage in der Mulde auf dem Ent­ riegelungsbolzen 19 einnimmt. Danach kann der Entriegelungs­ bolzen 19 zusammen mit dem Betätigungsriegel 14 eingedrückt werden, bis der Entriegelungsstift 20 einschnappt und den Ent­ riegelungsbolzen 19 in Bereitschaftsstellung fixiert.

Claims (9)

1. Sicherheitsvorrichtung zur Abschaltung einer Fahrzeugbatte­ rie bei Unfall, wobei die Fahrzeugbatterie aus mehreren in ei­ nem Batteriekasten aufgenommenen, in Reihe geschalteten Zellen zusammengesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicher­ heitsvorrichtung mehrere bei einem Unfall automatisch ausge­ löste mechanische Kontaktunterbrecher (7) enthält, welche die Reihenschaltung der Zellen (2) an mehreren Stellen unterbre­ chen.

2. Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet , daß die Kontaktunterbrecher (7) bei einer unfall­ typischen Verzögerung ausgelöst werden.

3. Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kontaktunterbrecher (7) als unabhängige, mit einem den Zellen (2) gleichgestalteten Gehäuse Einheiten aufgebaut sind.

4. Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet , daß die Kontaktunterbrecher (7) über eine Verbindungsstange, von einem zentralen Auslösegerät (8) betätigbar sind.

5. Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet , daß die Kontaktunterbrecher (7) bei einer unfall­ typischen Verzögerung und/oder bei Verformung charakteristi­ scher Elemente der Hüll- oder Tragstruktur der Fahrzeugbatterie oder des Fahrzeugs betätigt werden.

6. Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet , daß das Auslösegerät (8) mittels eines Zugseils (10) ausgelöst werden kann, wobei das Zugseil (10) an seinem anderen Ende an einem fahrzeugfesten Teil befestigt ist und über Um­ lenkrollen (11) so geführt ist, daß es durch eine (unfallbe­ dingte) Verformung im Bereich der Verlegung des Zugseils (10) gestrafft wird.

7. Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet , daß das Zugseil den Batteriekasten (1) umläuft und nach einem Umlauf am Batteriekasten (1) befestigt ist.

8. Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet , daß im Auslösegerät (8) ein Entriegelungsstift (20), an dem das Zugseil (10) befestigt ist, einen Entriegelungs­ bolzen (19) gegen die Spannung einer Riegelfeder (15) in eine Lage fixiert, bei der eine Riegelnase (17) einem mit der Ent­ spannung einer Verbindungsstangenfeder (16) verbundenen Ein­ rücken der Verbindungsstange (9) ins Auslösegerät (8) entge­ gensteht und erst, wenn durch Zug an dem Zugseil (10) der Ent­ riegelungsstift (20) aus einer Bohrung im Entriegelungsbolzen (19) herausgezogen wird, die Riegelnase (17) der Federkraft der Riegelfeder (15) nachgebend, die Einrückbewegung der Verbin­ dungsstange (9) freigibt.

9. Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet , daß eine Kugel (18) zwischen dem Entriegelungsbolzen (19) und einem Betätigungsriegel (14), welcher die Riegelnase (17) aufweist, eingespannt ist und durch die Spannung der Rie­ gelfeder (15) gehalten wird, wobei aufgrund einer starken Ver­ zögerung die Kugel (18) der einspannenden Kraft ausweichen kann, worauf der Betätigungsriegel (14) der Federkraft der Riegelfeder (15) nachgibt und die Einrückbewegung der Verbin­ dungsstange (9) freigibt.