EP2235765A1 - Sicherheitseinrichtung für nach galvanischen prinzipien arbeitenden elektrischen einrichtungen - Google Patents

Sicherheitseinrichtung für nach galvanischen prinzipien arbeitenden elektrischen einrichtungen

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Publication number
EP2235765A1
EP2235765A1 EP09703530A EP09703530A EP2235765A1 EP 2235765 A1 EP2235765 A1 EP 2235765A1 EP 09703530 A EP09703530 A EP 09703530A EP 09703530 A EP09703530 A EP 09703530A EP 2235765 A1 EP2235765 A1 EP 2235765A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
electrical
displacement
active
galvanic
cell
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP09703530A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Tim Schäfer
Andreas Gutsch
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.)
Li Tec Battery GmbH
Original Assignee
Li Tec Battery GmbH
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 Li Tec Battery GmbH filed Critical Li Tec Battery GmbH
Publication of EP2235765A1 publication Critical patent/EP2235765A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • 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
    • H01M50/572—Means for preventing undesired use or discharge
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L3/00—Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
    • B60L3/0007—Measures or means for preventing or attenuating collisions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
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    • B60L3/00—Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
    • B60L3/0023—Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train
    • B60L3/0046—Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train relating to electric energy storage systems, e.g. batteries or capacitors
    • H—ELECTRICITY
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    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
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    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/44—Methods for charging or discharging
    • H—ELECTRICITY
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    • H01M50/30—Arrangements for facilitating escape of gases
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    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
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    • 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
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    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • the present invention relates to a device for the controlled transfer of electrical devices operating according to galvanic principles from a first operating state to at least a second operating state, in which the functionality and in particular the reaction potential of the galvanic-based electrical device is reduced or completely eliminated.
  • a malfunction state is to be understood as meaning states which markedly impair or render impossible any further controlled or controllable and, in particular, safe operation of the accumulator.
  • Such malfunction states can be generated or triggered by a malfunction within the accumulator or by a malfunction in the environment of this accumulator.
  • a malfunctioning state to be treated separately is the dangerous state which occurs due to an accident of the supplied motor vehicle or due to other, at least partially destructive, events.
  • a dangerous state a controllable and safe operation of the accumulator is also no longer possible.
  • a possible uncontrolled discharge of the stored energy poses a particular hazard to the occupants of the motor vehicle or other persons in the surroundings of the motor vehicle, for example for rescue personnel.
  • the controlled transfer to this second operating state is desirable.
  • Another known from the patent application US 2006/0019150 A1 safety device provides to provide the housing of a cell or a cell stack with predetermined breaking points, which give in at a predetermined internal pressure and regularly evolved steam offer a deduction option. Furthermore, the predetermined breaking points are designed in such a way that, when they break apart, they interrupt the electrical conduction between the identically polarized electrodes of a cell and the corresponding current conductor of the assembly.
  • a disadvantage of this embodiment is that, for example, a cell stack with only one failed cell loses all of its functionality, i. the stored energy in the intact cells can no longer be used.
  • lithium-ion batteries Since the safety requirements for lithium-ion batteries, especially in the automotive industry are very high and such a battery should be simultaneously economical, it would be desirable if the lithium battery or at least a number of cells contained therein in particular in hybrid, electric or stationary operation in the malfunction state and / or failure the complete reaction potential, ie the stored electrical energy or the stored potential and thus would have lost its functionality.
  • the present invention is therefore an object of the invention to provide a safety device of the type mentioned above, which converts operating according to galvanic principles electrical equipment in malfunction mode of any kind and / or failure, controlled in a non-hazardous operating condition. Furthermore, a method is to be specified, which allows the detection of a malfunctioning state and ensures a controlled transfer of working according to galvanic principles electrical device.
  • the term "electrical device operating according to galvanic principles” includes, in particular, cells and cell stacks for batteries or primary batteries, and in particular rechargeable batteries or secondary batteries or accumulators. These cells and / or cell stacks preferably have a cylindrical or a rectangular format. Such a cell or such a cell stack is usually accommodated in a gas-tight packaging, which preferably serves to prevent the penetration of moisture into the component group.
  • At least one displacement device is provided, which displaces an active device from a first position into at least one second position.
  • the active device manipulates the components of the electrical device operating according to galvanic principles in such a way that their galvanic functionality is reduced or completely eliminated.
  • the separator of at least one cell is substantially irreversibly destroyed and / or the electrodes, i. the anode and the cathode of at least one cell are shorted.
  • the displacement device is either integrated stationary or housed in a designated, preferably portable, housing. In both cases, the displacement device is positioned such that the active device can be displaced into a position advantageous for the desired manipulation of the cell and / or the cells.
  • a transferable energy transferable from the transfer unit to the active device is determined by the interaction of the active device with the transfer device implemented according to galvanic principles operating electrical device in a drive-in.
  • the displacement energy is preferably chosen so that the resulting drive-in force is sufficiently large to penetrate at least one cell of the electrical device operating according to galvanic principles.
  • the size of the displacement energy to be transmitted to the active device is preferably chosen such that the active device selectively penetrates a predetermined number of cells of the electrical device operating according to galvanic principles. This adjustment offers the advantage that specifically the electrical potential of selected cells is substantially completely eliminated while the galvanic functionality of the remaining cells of the assembly essentially remains intact.
  • the displacement device has at least one internal and / or an external container, such as a magazine, for storing at least one active device.
  • a plurality of active devices preferably also of different lengths and / or preferably different embodiments, can be stored and, if required, can be removed manually, or preferably automatically.
  • the relocation device is assigned a release device which, after appropriate signaling, in particular by a control device, starts the functionality of the relocating device.
  • the release device is preferably signal-connected to the control device.
  • At least one active device is provided which manipulates the electrical device operating according to galvanic principles or at least one cell arranged therein such that its electrical potential and thus its galvanic functionality is reduced or completely eliminated.
  • the active device is essentially a three-dimensional body, which is electrically conductive in at least two dimensions, at least in sections. Depending on the configuration, individual volume elements of the active device can thus consist of non-conductive materials, such as ceramics.
  • the shape of the active device is rotationally and / or axially symmetrical.
  • the shape of the active device is ellipsoidal, conical, cylindrical, pyramidal, cuboidal or designed as a combination of these forms.
  • the shape of the active device is such that it extends from a two-dimensional first end face into the third dimension, thus has at least one lateral surface, and is closed off by a second end face.
  • This first face is bounded by a polygon or other closed line.
  • these faces are congruent, not rotated against each other and arranged in parallel.
  • the active device extends perpendicularly from this first end face.
  • the shape of the active device is not rotationally and / or axially symmetrical, but has a deviating shape, such as, for example, wave-shaped lateral and / or covering and / or lateral surfaces.
  • the active device can either be filled inside or have at least one cavity.
  • a hollow effecting device offers the particular advantage that this can result in the controlled transfer of the working according to galvanic principles electrical device in a non-hazardous operating condition regularly emerging smoke.
  • the active device is sufficiently thermally stable to withstand short-circuit currents flowing therethrough which are substantially in the range of one to several hundred amperes.
  • the mechanical stability of the active device is designed in such a way that energy can be transmitted from the displacement device to the active device, which is sufficient to penetrate at least one component and / or cell of the electrical device operating according to galvanic principles.
  • the active device is mechanically loadable so that at least one component and / or a cell and the shell of a working according to galvanic principles electrical device can be penetrated by it.
  • the active device is placed in a designated container, such as a magazine.
  • the container is mounted inside and / or outside of the displacement device such that, if necessary, the active device can be removed manually or preferably automatically.
  • the active device can also be designed as a component of the displacement device.
  • the device according to the invention has at least one control device, preferably a program-controlled microprocessor, which processes the incoming sensor signals and / or signals of the safety electronics and controls the transmission of control signals to the release and / or the displacement device.
  • a control device preferably a program-controlled microprocessor, which processes the incoming sensor signals and / or signals of the safety electronics and controls the transmission of control signals to the release and / or the displacement device.
  • the control device is preferably signal-connected to the sensor devices and / or electronics for detecting a malfunctioning state and / or failure.
  • this design of the control device has the advantage that it is not sensitive to interference signals, as would be the case for example in a wireless signal transmission.
  • the control device communicates wirelessly with the release and / or the displacement device and / or the sensor devices and / or the safety electronics.
  • the control device is then equipped with a corresponding transmitting device and / or a receiving device.
  • the transmitting device has its own control device, preferably a program-controlled microprocessor, which controls the emission of the control signals.
  • the transmitting device has a signaling device which generates an identification signal characteristic of the respective transmitting device. This signal is sent at least once before or after the transmission of the control signal.
  • a memory is associated with the receiving device, in which an identification comparison signal is stored, which is assigned to the identification signal of an individual transmitting device of the sensor devices and / or the security electronics.
  • the Jdenitechnischssignal either corresponds exactly to the identification comparison signal or is assigned to the identification comparison signal via a, preferably mathematical, relationship.
  • a comparison device is provided in the receiving device, which has the effect that further processing of a sensor device signal and / or a safety electronics signal only takes place when the identification signal emitted by the individual transmission device of a sensor device and / or safety electronics and received by the receiver device is identical to the identification comparison signal stored in the receiving device, or is associated therewith.
  • FIG. 1 shows the components of a basic cell of operating on galvanic principles electrical device.
  • FIG. 2 shows a highly schematic perspective view of a basic cell of electrical devices operating according to galvanic principles
  • FIG. 3 is a highly schematic plan view of an electrical device operating according to galvanic principles
  • FIG. Fig. 4 is a highly schematic side view of a galvanic
  • Fig. 5 a is a highly schematic perspective view of a cylindrical
  • Fig. 5 b is a highly schematic perspective view of a cuboid effecting device
  • Fig. 5 c is a highly schematic perspective view of a cylindrical
  • Telescopic device Fig. 6 a-b is a highly schematic, essentially mechanically based
  • Displacement device Fig. 7 a-b is a highly schematic, essentially chemically based
  • Displacement device Fig. 8 is a schematic block diagram of the control device
  • Fig. 1 shows the essential components of a basic cell 10 of operating on galvanic principles electrical device, such as a lithium-ion battery. Between the positively charged electrode (anode) 13 and the negatively charged electrode (cathode) 14, a separator 15 is attached. The anode 13 is equipped with a current collector 11, and the cathode 14 is equipped with a current collector 12. 2 shows a highly schematic perspective view of a basic cell 10 of electrical devices operating according to galvanic principles.
  • the basic cell 10 is essentially composed of an anode 13, a cathode 14 and a separator 15. These components are housed in a substantially gas-tight packaging 18.
  • the current collector 11 of the anode 13 and the current collector 12 of the cathode 14 protrude from the package.
  • FIG. 5 b shows a highly schematic perspective view of a parallelepipedic acting device 30 with a rectangular cover surface 34 and a rectangular base surface 36, which are connected by rectangular side surfaces 35, 39.
  • the height h, the width b and the depth t of the device 30 are selected application-specific. In particular, the width b and / or the depth t are not constant over the entire height, but can be varied.
  • FIG. 5 c shows a highly schematic perspective view of a cylindrical telescope-action device 30, which is composed of three cylindrical components 37, 38 and 40.
  • the components are displaceable against each other along a longitudinal axis 41.
  • the maximum total length Ig of the active device 30 results from the addition of the component length h of the component 37, the component length I2 of the component 38 and the component length h of the component 40.
  • the thicknesses d1, d2 and d3 of the components 37, 38 and 40 must be essentially the same satisfy mathematical condition di ⁇ d2 ⁇ d3.
  • the component lengths h, I2 and I3 and the component thicknesses di, d2 and d3 of the components 37, 38 and 40 are chosen application-specific
  • the enable device 64 Upon receipt of a corresponding enable signal, the enable device 64 releases the slide, whereby the energy stored in the spring elements 61 is transferred to the active unit 30 in the form of a displacement energy. After the release, the displacement device 60 is in a second operating state, which is shown very schematically in FIG. 6 b. The slide 63 is no longer held therein by the release device 64 and the spring elements 61 are substantially no longer tensioned.
  • FIG. 7 a shows a second, highly schematic embodiment of a displacement device 70, which is equipped with an active unit 30 and is in a first operational state.
  • the displacement device 30 consists of a housing 71 that has a clearly delimited opening on one side 72. The opening is designed such that the active unit 30 can be passed through it.
  • the storage of the necessary displacement energy is chemically, for example by a propellant charge 73.
  • This propellant 73 is located within a, through the movable slide 75 and the housing 71 substantially tightly closed, first volume of the displacement device 70.
  • the slide 75 is thereby in a first position.
  • the enabling device 74 for example an electronic detonator, starts the function of the displacing device 70.
  • the displacement device 70 is preferably in a second operating state, which is shown very schematically in FIG. 7 b.
  • the slide 75 is in a second position therein and the propellant 75 is substantially consumed.
  • the control device 80 of the device according to the invention is, as will become apparent from the following description with reference to FIG. 8, with at least one sensor device 87 and / or at least one safety electronics 88 and the release device 86 of the displacement device via electrical lines, which here and hereafter only always shown schematically connected.
  • the sensor device used is preferably a piezoelectric sensor. In such a sensor, a piezoceramic sensor plate converts dynamic pressure fluctuations into electrical signals, which can be further processed accordingly.
  • the signal of the sensor device which is analogous in the exemplary embodiment is converted into a digital signal in a signal conditioning circuit 81 by means of an A / D converter.
  • the digitally processed signal is fed to a microprocessor computing unit 83, which is connected to a memory 82.
  • a memory 82 which can be divided into individual, even different, memory areas, either in a read-only memory or in a memory whose contents are stored by the battery voltage long term, stored a program that controls the microprocessor.
  • the Microprocessor the input signals of at least one sensor device and / or the security electronics are evaluated.
  • the microprocessor 83 If a malfunction state and / or a failure is detected, the microprocessor 83 generates a corresponding transmission signal for the release device, which is a transmission output stage 84 is supplied. From the transmission output stage, the signal is transmitted to the release device 86 of the displacement device.
  • a battery preferably a lithium-ion battery is provided.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum kontrollierten Überführen von nach galvanischen Prinzipien arbeitenden elektrischen Einrichtungen von einem ersten Betriebszustand in mindestens einen zweiten Betriebszustand, in dem die Funktionalität und insbesondere das Reaktionspotential der nach galvanischen Prinzipien arbeitenden elektrischen Einrichtung reduziert oder vollständig beseitigt ist.

Description

Sicherheitseinrichtung für nach galvanischen Prinzipien arbeitenden elektrischen Einrichtungen
B e s c h r e i b u n g
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum kontrollierten Überführen von nach galvanischen Prinzipien arbeitenden elektrischen Einrichtungen von einem ersten Betriebszustand in mindestens einen zweiten Betriebszustand, in dem die Funktionalität und insbesondere das Reaktionspotential der nach galvanischen Prinzipien arbeitenden elektrischen Einrichtung reduziert oder vollständig beseitigt ist.
Im folgenden wird die Erfindung in Bezug auf einen Lithium-Ionen-Akkumulator beschrieben, der für die Versorgung eines Antriebs eines Kraftfahrzeugs bestimmt ist. Es wird aber darauf hingewiesen, dass dies beispielhaft erfolgt und die Erfindung nicht auf diese Anwendung bei Lithium-Ionen-Akkumulatoren und auch nicht auf die Anwendung bei Kraftfahrzeugen beschränkt ist. Mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und dem Verfahren zu deren Betrieb können auch andere nach galvanischen Prinzipien arbeitende elektrische Einrichtungen von einem ersten Betriebszustand in mindestens einen zweiten Betriebszustand überführt werden.
Nach galvanischen Prinzipien arbeitende elektrische Einrichtungen, wie beispielsweise Lithium-Ionen-Zellen, die zu einem Akkumulator verarbeitet werden, können sicherheitstechnisch, insbesondere durch keramisch determinierte Separatoren, wie Separion, verbessert werden. Diese, keramisches Material beinhaltende Separatoren, wie Separion, sind insbesondere für Lithium-Ionen Batterien geeignet, da sie sich durch eine höhere Resistenz gegenüber thermischen Einflüssen auszeichnen.
Kritisch wird eine Lithiumzelle des Stands der Technik in einem Akkumulator grundsätzlich im Fall eines Fehlbetriebszustands. Unter einem Fehlbetriebszustand sind solche Zustände zu verstehen, die einen weiteren kontrollierten bzw. kontrollierbaren und insbesondere sicheren Betrieb des Akkumulators merklich beeinträchtigen oder unmöglich machen. Solche Fehlbetriebszustände können durch eine Fehlfunktion innerhalb des Akkumulators oder durch eine Fehlfunktion in der Umgebung dieses Akkumulators erzeugt oder ausgelöst werden.
Ein gesondert zu behandelnder Fehlbetriebszustand ist der Gefahrenzustand, welcher durch einen Unfall des versorgten Kraftfahrzeugs oder durch andere, zumindest teilweise zerstörende, Ereignisse eintritt. In einem Gefahrenzustand ist ein kontrollierbarer und sicherer Betrieb des Akkumulators ebenfalls nicht mehr möglich. Auch geht von einer möglichen unkontrollierten Entladung der gespeicherten Energie eine besondere Gefährdung für die Insassen des Kraftfahrzeugs oder andere Personen in der Umgebung des Kraftfahrzeugs aus, beispielsweise für Rettungspersonal. Auch zu deren Sicherheit ist die kontrollierte Überführung in diesen zweiten Betriebszustand wünschenswert.
Zu einer Gefährdung kommt es vor allem dann, wenn die Zelle(n) durch starke Wärmeentwicklung überhitzen. Eine starke Wärmeentwicklung kann die Folge von internen und externen Kurzschlüssen, Reaktionen bei Überladung, Überlastung, externen Wärmequellen, Laden mit hohem Strom, Laden mit hohem Ladefaktor, Ladebeginn bei bereits hoher Temperatur und schlechter Kühlung sein. Durch die Temperaturerhöhung erhitzt sich das Elektrolyt innerhalb einer Zelle, bis es schließlich verdampft. Eine daraus resultierende Ansammlung von Elektrolyt-Dampf innerhalb der gasdicht versiegelten Zelle führt zu einem zunehmenden Innendruck. Überschreitet der Innendruck einen Grenzwert kann es zur Explosion der Zelle kommen, wobei die für Menschen schädlichen Zellinhaltsstoffe austreten oder ein Feuer entfacht wird. Es existieren Sicherheitseinrichtungen, welche einer übermäßigen Gasansammlung innerhalb einer gasdicht versiegelten Zelle und/oder Zellenstapels entgegenwirken, indem sie entstehenden Gasen ermöglichen zu entweichen, wenn der Innendruck der Zelle einen vorbestimmten Schwellwert überschreiten.
Aus dem Stand der Technik bekannte Sicherheitseinrichtungen weisen Ventile auf, welche einen Druckausgleich ermöglichen. Ein solcher Vorschlag findet sich z.B. in der Patentschrift US 5,523,178, welche ein Ventil für eine Zelle beschreibt. Die Realisierung derartiger Ventile stößt in der Praxis jedoch auf erhebliche Schwierigkeiten. Aufgrund der hohen Komplexität des Ventil-Designs steigt der Produktionsaufwand und damit auch die Kosten bei der Herstellung einer Zelle. Weniger komplex gestaltete Ventile haben den Nachteil, dass sie nur bei hohem Druck, oder nur in einem schmalen Druckbereich öffnen.
Eine weitere aus der Patentanmeldung US 2006/0019150 A1 bekannte Sicherheitseinrichtung sieht vor, das Gehäuse einer Zelle oder eines Zellenstapels mit Sollbruchstellen zu versehen, welche bei einem vorbestimmten Innendruck nachgeben und regelmäßig entstehendem Dampf eine Abzugsmöglichkeit bieten. Femer sind die Sollbruchstellen derart ausgestaltet, dass sie beim Auseinanderbrechen die elektrische Leitung zwischen den gleichartig polarisierten Elektroden einer Zelle und dem entsprechenden Stromableiter der Baugruppe unterbrechen. Ein Nachteil dieser Ausführung ist, dass dadurch beispielsweise ein Zellenstapel mit nur einer ausgefallenen Zelle seine gesamte Funktionalität verliert, d.h. die gespeicherte Energie in den intakten Zellen kann nicht mehr genutzt werden.
Beide aus dem Stand der Technik bekannten Sicherheitseinrichtungen weisen den Nachteil auf, dass sie nicht das Gefahrenpotential, d.h. das Reaktionspotential einer Zelle und/oder eines Zellenstapel bei Fehlbetriebszustand und/oder Ausfall reduzieren oder vollständig beseitigen, sondern lediglich die resultierenden Folgen, zumindest teilweise, eindämmen. Gleichzeitig erhöht sich die Komplexität des Zellen- und/oder des Zellstapel-Designs was zu einem erhöhten Produktionsaufwand und damit zu einer Kostensteigerung führt. Als Folge eines Ausfalls und/oder Fehlbetriebszustands können insbesondere Lithium-Ionen Akkumulatoren mehr als das 7-fache ihrer theoretischen Energie durch thermische Zerfallsreaktionen freisetzen. Dies lässt sich letztendlich durch Auswahl optimierter Komponenten und Design der Akkumulatoren nicht vermeiden, wenn der Akkumulator wirtschaftlich sein soll.
Da die Sicherheitsanforderungen an Lithium-Ionen Akkumulatoren, insbesondere in der Automobilindustrie sehr hoch sind und ein solcher Akkumulator gleichzeitig wirtschaftlich sein soll, wäre es wünschenswert, wenn der Lithiumakkumulator oder zumindest eine Anzahl der darin enthaltenen Zellen insbesondere im Hybrid-, Elektroantrieb oder im stationären Betrieb im Fehlbetriebszustand und/oder bei Ausfall das völlige Reaktionspotential, d.h. die darin gespeicherte elektrische Energie bzw. das gespeicherte Potential und somit seine Funktionalität verloren haben würde.
Die im Stand der Technik bekannten Sicherheitseinrichtungen können diese Sicherheitsanforderungen bei gleichzeitiger Wirtschaftlichkeit nicht erfüllen.
Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Sicherheitsvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche nach galvanischen Prinzipien arbeitende elektrische Einrichtungen im Fehlbetriebszustand jeglicher Art und/oder bei Ausfall, kontrolliert in einen nichtgefährlichen Betriebszustand überführt. Ferner soll ein Verfahren angegeben werden, welches die Feststellung eines Fehlbetriebszustands ermöglicht und eine kontrollierte Überführung der nach galvanischen Prinzipien arbeitenden elektrischen Einrichtung gewährleistet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb der Vorrichtung ist Gegenstand des Anspruchs 10. Zu bevorzugende Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Unter den Begriff einer nach galvanischen Prinzipien arbeitenden elektrischen Einrichtung fallen im Rahmen dieser Erfindung insbesondere Zellen und Zellenstapel für Batterien bzw. Primärbatterien sowie insbesondere wiederaufladbare Batterien bzw. Sekundärbatterien bzw. Akkumulatoren. Diese Zellen und/oder Zellenstapel haben vorzugsweise eine zylindrisches oder eine rechteckiges Format. Eine solche Zelle oder ein solcher Zellenstapel ist üblicherweise in einer gasdichten Verpackung aufgenommen, die vorzugsweise dazu dient, das Eindringen von Feuchtigkeit in die Bauteilgruppe zu verhindern.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist mindestens eine Verlagerungseinrichtung vorgesehen, welche eine Wirkeinrichtung von einer ersten Position in mindestens eine zweite Position verlagert.
In mindestens einer (mit Hilfe der Verlagerungseinrichtung) erreichbaren Position, manipuliert die Wirkeinrichtung die Bauteile der nach galvanischen Prinzipien arbeitenden elektrischen Einrichtung derart, dass deren galvanische Funktionalität reduziert oder vollständig beseitigt ist. Insbesondere wird im Zuge der Manipulation der Separator mindestens einer Zelle im Wesentlichen irreversibel zerstört und/oder die Elektroden, d.h. die Anode und die Kathode mindestens einer Zelle werden kurzgeschlossen.
Die Verlagerungseinrichtung ist entweder stationär integriert oder in einem dafür vorgesehenen, vorzugsweise tragbaren, Gehäuse untergebracht. In beiden Fällen ist die Verlagerungseinrichtung derart positioniert, dass die Wirkeinrichtung in eine für die angestrebte Manipulation der Zelle und/oder der Zellen vorteilhafte Position verlagerbar ist.
Eine von der Verlagerungseinheit auf die Wirkeinrichtung übertragbare Verlagerungsenergie wird bei dem Zusammenwirken der Wirkeinrichtung mit der nach galvanischen Prinzipien arbeitenden elektrischen Einrichtung in eine Eintreibkraft umgesetzt. Die Verlagerungsenergie wird vorzugsweise so gewählt, dass die daraus resultierende Eintreibkraft ausreichend groß ist, um mindestens eine Zelle der nach galvanischen Prinzipien arbeitenden elektrischen Einrichtung zu durchdringen.
Im Wesentlichen ist die Größe der auf die Wirkeinrichtung zu übertragenden Verlagerungsenergie vorzugsweise derart gewählt, dass die Wirkeinrichtung gezielt eine vorbestimmte Anzahl an Zellen der nach galvanischen Prinzipien arbeitenden elektrischen Einrichtung durchdringt. Diese Justierung bietet den Vorteil, dass gezielt das elektrische Potenzial ausgewählter Zellen im Wesentlichen vollständig beseitigt wird während die galvanische Funktionalität der restlichen Zellen der Baugruppe im Wesentlichen erhalten bleibt.
Die Verlagerungseinrichtung weist mindestens einen internen und/oder einen externen Behälter, wie beispielsweise ein Magazin, zur Lagerung von mindestens einer Wirkeinrichtung auf. Insbesondere sind aber mehrere Wirkeinrichtungen, bevorzugt auch unterschiedlicher Länge und/oder bevorzugt unterschiedlicher Ausführungsformen, lagerbar und bei Bedarf manuell, oder bevorzugt automatisch, entnehmbar.
Der Verlagerungseinrichtung ist eine Freigabeeinrichtung zugeordnet, welche nach entsprechender Signalisierung, insbesondere von einer Steuerungseinrichtung die Funktionalität der Verlagerungseinrichtung startet.
Die Freigabeeinrichtung ist bevorzugt mit der Steuerungseinrichtung signalverbunden.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist mindestens eine Wirkeinrichtung vorgesehen, welche die nach galvanischen Prinzipien arbeitende elektrische Einrichtung oder mindestens eine darin angeordnete Zelle derart manipuliert, dass deren elektrisches Potential und somit ihre galvanische Funktionalität reduziert oder vollständig beseitigt ist. Die Wirkeinrichtung ist im Wesentlichen ein dreidimensionaler Körper, der im Wesentlichen in mindestens zwei Dimensionen, zumindest abschnittsweise, elektrisch leitfähig ist. Je nach Ausgestaltung können somit einzelne Volumenelemente der Wirkeinrichtung aus nicht leitenden Materialien, wie beispielsweise Keramiken, bestehen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Form der Wirkeinrichtung rotations- und/oder achsensymmetrisch. Insbesondere ist die Form der Wirkeinrichtung ellipsoidförmig, kegelförmig, zylinderförmig, pyramidenförmig, quaderförmig oder als eine Kombination dieser Formen ausgestaltet.
In einer alternativen Ausgestaltung ist die Form der Wirkeinrichtung derart, dass sie sich ausgehend von einer zweidimensionalen ersten Stirnfläche in die dritte Dimension erstreckt, somit wenigstens eine Mantelfläche aufweist, und von einer zweiten Stirnfläche abgeschlossen wird. Diese erste Stirnfläche ist durch ein Vieleck oder eine andere geschlossene Linie begrenzt. Vorzugsweise sind diese Stirnflächen deckungsgleich, nicht gegeneinander verdreht und parallel angeordnet. Vorzugsweise erstreckt sich die Wirkeinrichtung senkrecht aus dieser ersten Stirnfläche.
In einer alternativen Ausgestaltung ist die Form der Wirkeinrichtung nicht rotations- und/oder achsensymmetrisch, sondern weist eine davon abweichende Form auf, wie beispielsweise wellenförmige Seiten- und/oder Deck- und/oder Mantelflächen.
Die Wirkeinrichtung kann entweder im Inneren gefüllt sein oder mindestens einen Hohlraum aufweisen. Eine hohle Wirkeinrichtung bietet insbesondere den Vorteil, dass dadurch bei der kontrollierten Überführung der nach galvanischen Prinzipien arbeitenden elektrischen Einrichtung in einen nichtgefährlichen Betriebszustand regelmäßig entstehender Rauch abziehen kann. Die Wirkeinrichtung ist insbesondere thermisch ausreichend stabil, um durch sie fließenden Kurzschlussströmen, die im Wesentlichen im Bereich von einem bis mehreren hundert Ampere liegen, standzuhalten.
Die mechanische Stabilität der Wirkeinrichtung ist derart ausgelegt, dass eine Energie von der Verlagerungseinrichtung auf die Wirkeinrichtung übertragen werden kann, welche ausreicht, um mindestens ein Bauteil und/oder Zelle der nach galvanischen Prinzipien arbeitenden elektrischen Einrichtung zu durchdringen. Zudem ist die Wirkeinrichtung mechanisch derart belastbar, dass mindestens ein Bauteil und/oder eine Zelle sowie die Hülle einer nach galvanischen Prinzipien arbeitenden elektrischen Einrichtung von ihr durchdrungen werden kann.
Die Wirkeinrichtung wird in einen dafür vorgesehen Behälter, wie beispielsweise einem Magazin abgelegt. Der Behälter ist dabei innerhalb und/oder außerhalb der Verlagerungseinrichtung derart angebracht, dass bei Bedarf die Wirkeinrichtung manuell oder bevorzugt automatisch entnommen werden kann.
Alternativ kann die Wirkeinrichtung auch als Bauteil der Verlagerungseinrichtung ausgestaltet sein.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist mindestens eine Steuereinrichtung auf, vorzugsweise einen programmgesteuerten Mikroprozessor, welcher die ankommenden Sensorsignalen und/oder Signale der Sicherheitselektroniken verarbeitet und die Aussendung von Steuersignalen an die Freigabe- und/oder die Verlagerungseinrichtung steuert.
Die Steuereinrichtung ist mit den Sensoreinrichtungen und/oder Elektroniken zum Feststellen eines Fehlbetriebszustands und/oder Ausfalls bevorzugt signalverbunden. Insbesondere bietet diese Gestaltung der Steuereinrichtung den Vorteil, dass sie nicht empfindlich gegenüber Störsignalen ist, wie das beispielsweise bei einer kabellosen Signalübertragung der Fall wäre. In einer alternativen Ausgestaltung kommuniziert die Steuereinrichtung kabellos mit der Freigabe- und/oder der Verlagerungseinrichtung und/oder den Sensoreinrichtungen und/oder den Sicherheitselektroniken. Die Steuereinrichtung ist dann mit einer entsprechenden Sendeeinrichtung und/oder einer Empfangseinrichtung ausgerüstet. Die Sendeeinrichtung weist eine eigene Steuereinrichtung auf, vorzugsweise einen programmgesteuerten Mikroprozessor, welcher die Ausstrahlung der Steuersignale steuert. Weiterhin weist die Sendeeinrichtung eine Signalisierungseinrichtung auf, welche ein für die jeweilige Sendeeinrichtung charakteristisches Identifϊkatϊonssignal generiert. Dieses Signal wird zumindest einmal vor oder nach der Aussendung des Steuersignals, ausgesandt.
Ein Speicher ist der Empfangseinrichtung zugeordnet, in dem ein Identifikations- Vergleichssignal abgelegt wird, das dem Identifikationssignal einer individuellen Sendeeinrichtung der Sensoreinrichtungen und/oder der Sicherheitselektroniken zugeordnet ist. Das Jdeniifikationssignal entspricht entweder genau dem Identifikations-Vergleichssignal oder ist dem Identifikations-Vergleichssignal über eine, vorzugsweise mathematische, Beziehung zugeordnet. In der Empfangseinrichtung ist eine Vergleichseinrichtung vorgesehen, welche bewirkt, dass eine Weiterverarbeitung eines Sensoreinrichtungs-Signals und/oder eines Sicherheitselektronik-Signals nur erfolgt, wenn das von der individuellen Sendeeinrichtung einer Sensoreinrichtung und/oder ein Sicherheitselektronik ausgestrahlte, und von der Empfangseinrichtung empfangene, Identifikationssignal mit dem in der Empfangseinrichtung abgespeicherten Identifikations- Vergleichssignal identisch ist, bzw. diesem zugeordnet ist.
Durch diese Gestaltung wird eine außerordentlich hohe Zuverlässigkeit der Steuereinrichtung und ein starker Schutz gegen Störungen der Datenübertragung zwischen Sendeeinrichtung und Empfangseinrichtung bewirkt.
Obige sowie weitere Merkmale und Vorteife der Erfindung werden aus den nachfolgenden Beschreibungen bevorzugter, nicht einschränkender, Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen besser verständlich. Darin zeigen:
Fig. 1 die Bauelemente einer Grundzelle von nach galvanischen Prinzipien arbeitenden elektrischen Einrichtung;
Fig. 2 eine stark schematisierte Perspektivansicht einer Grundzelle von nach galvanischen Prinzipien arbeitenden elektrischen Einrichtungen; Fig. 3 eine stark schematisierte Draufsicht einer nach galvanischen Prinzipien arbeitenden elektrischen Einrichtungen; Fig. 4 eine stark schematisierte Seitenansicht einer nach galvanischen
Prinzipien arbeitenden elektrischen Einrichtungen; Fig. 5 a eine stark schematisierte Perspektivansicht einer zylinderförmigen
Wirkeinrichtung
Fig. 5 b eine stark schematisierte Perspektivansicht einer quaderförmigen Wirkeinrichtung
Fig. 5 c eine stark schematisierte Perspektivansicht einer zylinderförmigen
Teleskop-Wirkeinrichtung Fig. 6 a-b eine stark schematisierte, im Wesentlichen mechanisch basierte,
Verlagerungseinrichtung Fig. 7 a-b eine stark schematisierte, im Wesentlichen chemisch basierte,
Verlagerungseinrichtung Fig. 8 ein schematisches Blockschaltbild der Steuereinrichtung
Anhand von Fig. 1 bis 4 wird zunächst der Grundaufbau einer nach galvanischen Prinzipien arbeitenden elektrischen Einrichtung beschrieben.
Fig. 1 zeigt die wesentlichen Bauelemente einer Grundzelle 10 von nach galvanischen Prinzipien arbeitenden elektrischen Einrichtung, wie beispielsweise einer Lithiumionen-Batterie. Zwischen der positiv geladenen Elektrode (Anode) 13 und der negativ geladenen Elektrode (Kathode) 14 wird ein Separator 15 angebracht. Die Anode 13 ist mit einem Stromableiter 11 ausgerüstet, und die Kathode 14 ist mit einem Stromableiter 12 ausgerüstet. Fig. 2 eine stark schematisierte Perspektivansicht einer Grundzelle 10 von nach galvanischen Prinzipien arbeitenden elektrischen Einrichtungen. Die Grundzelle 10 ist im Wesentlichen aus einer Anode 13, einer Kathode 14 und einem Separator 15 aufgebaut. Diese Bauteile sind in einer im Wesentlichen gasdichten Verpackung 18 untergebracht. Der Stromableiter 11 der Anode 13 und der Stromableiter 12 der Kathode 14 ragen aus der Verpackung heraus.
Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform bei der, einer vorbestimmten Beschaltung entsprechend, acht Lithium-Sekundär-Grundzellen 10 als Stapelzelle 20 integriert sind. Diese Zelle weist negative und positive Ausgangsklemmen 15, 17 auf.
In dieser Stapelzelle 20 sind die positiven Ausgangsklemmen 17 und die negativen Ausgangsklemmen 15 als unterscheidbare Steckverbindungen ausgeführt, welche ineinander passen. Die positiven Ausgangsklemmen 17 und die negativen Ausgangsklemmen 15 sind getrennt voneinander an vorbestimmten Positionen, einer vorderen Oberfläche 21 und einer dieser vorderen Oberfläche gegenüberliegenden hinteren Oberfläche 22, des Zellstapels angebracht. Die Positionen der Ausgangsklemmen 15, 17 sind derart gewählt, dass mehrere Stapelzellen 20 zu einem größeren Modul zusammengesteckt werden können. Die in Fig. 3 und Fig. 4 gezeigte Ausführungsform der nach galvanischen Prinzipien arbeitenden elektrischen Einrichtung ZQ liefert eine Ausgangsspannung von 24 Volt, indem acht Grundzeiten 10 mit einer Ausgangsspannung von jeweils 3 Volt in Reihe geschaltet sind.
Wie aus Fig. 3 und Fig. 4 ersichtlich, sind die Grundzellen 10 in einem Gehäuse 25 untergebracht und durch Trennelemente 27 voneinander getrennt. Die Grundzellen 10 sind abwechselnd derart angeordnet, dass jeweils der Stromableiter 11 der Anode 13 und der Stromableiter 12 der Kathode 14 benachbarter Grundzellen 10 dicht zusammenliegend angeordnet sind. Der Stromableiter 11 der Anode 13 ist seriell mit dem Stromableiter 12 der Kathode 14 der direkt benachbarten Grundzelle 10 elektrisch leitend durch Kurzschlusselemente 19 verbunden, wodurch eine Serienschaltung der Grundzellen 10 entsteht. Die beiden Endpole 14, 16 sind entsprechend ihrer Polarität über Leiterbahnen 26, 27 entweder mit den positiven Ausgangsklemmen 17 oder den negativen Ausgangsklemmen 15 verbunden. Fig. 5 a -Fig. 5 d zeigen bevorzugte Ausführungsformen der Wirkeinrichtung 30.
Fig. 5 a zeigt eine stark schematisierte Perspektivansicht einer zylinderförmigen
Wirkeinrichtung 30 mit einer kreisförmigen Deckfläche 31 und einer kreisförmigen Grundfläche 33, welche durch eine Mantelfläche 32 verbunden sind. Die Dicke d und die Länge I der Wirkeinrichtung 30 sind anwendungsspezifisch gewählt.
Insbesondere ist die Dicke d nicht über die gesamte Länge I konstant, sondern kann variiert werden. Insbesondere ist die Ausgestaltung der Deckfläche 31 und der
Grundfläche 33 variierbar. Beispielsweise können sie als Ellipsen ausgestaltet werden.
Fig. 5 b zeigt eine stark schematisierte Perspektivansicht einer quaderförmigen Wirkeinrichtung 30 mit einer rechteckförmigen Deckfläche 34 und einer rechteckförmigen Grundfläche 36, welche durch rechteckförmige Seitenflächen 35, 39 verbunden sind. Die Höhe h, die Breite b sowie die Tiefe t der Wirkeinrichtung 30 sind anwendungsspezifisch gewählt. Insbesondere sind die Breite b und/oder die Tiefe t nicht über die gesamte Höhe konstant, sondern können variiert werden.
Fig. 5 c zeigt eine stark schematisierte Perspektivansicht einer zylinderförmigen Teleskop-Wirkeinrichtung 30, welche aus drei zylinderförmigen Bauteilen 37, 38 und 40 zusammengesetzt ist. Die Bauteile sind entlang einer Längsachse 41 gegeneinander verschiebbar. Die maximale Gesamtlänge Ig der Wirkeinrichtung 30 ergibt sich durch Addition der Bauteillänge h des Bauteils 37, der Bauteillänge I2 des Bauteils 38 und der Bauteillänge h des Bauteils 40. Die Dicken d-i, d2 und d3 der Bauteile 37, 38 und 40 müssen im Wesentlichen der mathematischen Bedingung di < d2 < d3 genügen. Die Bauteillängen h, I2 und I3 sowie die Bauteildicken di, d2 und d3 der Bauteile 37, 38 und 40 sind anwendungsspezifisch gewählt
Fig. 5 d zeigt eine stark schematisierte Seitenansicht eines Schnitts entlang der Längsachse 41 der zylinderförmige Teleskop-Wirkeinrichtung 30 aus Fig. 5 c. Die Gesamtlänge !g ist dabei nicht maximal, da die Bauteile 37, 38 und 40 nicht vollständig auseinandergezogen sind.
Fig. 6 a zeigt ein erstes, stark schematisiertes, Ausführungsbeispiel einer Verlagerungseinrichtung 60, welche mit einer Wirkeinheit 30 ausgerüstet ist und sich in einem ersten, betriebsbereiten Zustand befindet. Die Verlagerungseinrichtung 30 besteht aus einem Gehäuse, das auf einer Seite 65 eine klar gegrenzte Öffnung aufweist. Die Öffnung ist derart ausgestaltet, dass die Wirkeinheit 30 durch sie hindurch geführt werden kann. Die Speicherung der notwendigen Verlagerungsenergie erfolgt mechanisch, beispielsweise durch gespannte Federelemente 61, wobei jeweils ein Ende der Federelemente 61 fest mit dem Gehäuse verbunden ist und das jeweils andere Ende der Federelemente 61 fest mit dem beweglichen Objektträger 63 verbunden ist. Der bewegliche Objektträger 63 wird, zur Erhaltung der in den Federelementen 61 gespeicherten Energie, von einer Freigabeeinrichtung 64, wie beispielsweise einem Elektromagneten, in einer ersten Position gehalten. Nach Erhalt eines entsprechenden Freigabesignals gibt die Freigabeeinrichtung 64 den Objektträger frei, wodurch die in den Federelementen 61 gespeicherte Energie in Form einer Verlagerungsenergie auf die Wirkeinheit 30 übertragen wird. Die Verlagerungseinrichtung 60 befindet sich nach der Freigabe in einem zweiten Betriebszustand, welcher stark schematisiert in Fig. 6 b dargestellt ist. Der Objektträger 63 wird darin nicht mehr von der Freigabeeinrichtung 64 gehalten und die Federelemente 61 sind im Wesentlichen nicht mehr gespannt.
Fig. 7 a zeigt ein zweites, stark schematisiertes, Ausführungsbeispiel einer Verlagerungseinrichtung 70, welche mit einer Wirkeinheit 30 ausgerüstet ist und sich in einem ersten betriebsbereiten Zustand befindet. Die Verlagerungseinrichtung 30 besteht aus einem Gehäuse 71, dass auf einer Seite 72 eine klar gegrenzte Öffnung aufweist. Die Öffnung ist derart ausgestaltet, dass die Wirkeinheit 30 durch sie hindurch geführt werden kann. Die Speicherung der notwendigen Verlagerungsenergie erfolgt chemisch, beispielsweise durch eine Treibladung 73. Diese Treibladung 73 befindet sich innerhalb eines, durch den beweglichen Objektträger 75 und dem Gehäuse 71 im Wesentlichen dicht abgeschlossenen, ersten Volumenteils der Verlagerungseinrichtung 70. Der Objektträger 75 befindet sich dabei in einer ersten Position. Nach Erhalt eines entsprechenden Freigabesignals startet die Freigabeeinrichtung 74, beispielsweise ein elektronischer Zünder, die Funktion der Verlagerungseinrichtung 70. Durch die bei der exothermen Reaktion der gezündeten Treibladung 73 freiwerdende Energie, in Verbindung mit einer entsprechenden Volumenänderung, wird der Objektträger 75 in Verlagerungsrichtung bewegt, wodurch die chemisch gespeicherte Energie im Wesentlichen als Verlagerungsenergie bevorzugt auf die Wirkeinheit 30 übertragen wird. Die Verlagerungseinrichtung 70 befindet sich nach der Freigabe vorzugsweise in einem zweiten Betriebszustand, welcher stark schematisiert in Fig. 7 b dargestellt ist. Der Objektträger 75 befindet sich darin in einer zweiten Position und die Treibladung 75 ist im Wesentlichen verbraucht.
Die Steuereinrichtung 80 der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist, wie aus der folgenden Beschreibung in Bezug auf Fig. 8 deutlich wird, mit mindestens einer Sensoreinrichtung 87 und/oder mindestens einer Sicherheitselektronik 88 und der Freigabeeinrichtung 86 der Verlagerungseinrichtung über elektrische Leitungen, die hier und im folgenden nur immer schematisch dargestellt sind, verbunden. Als Sensoreinrichtung wird vorzugsweise ein piezoelektrischer Sensor verwendet. In einem solchen Sensor wandelt ein piezokeramisches Sensorplättchen dynamische Druckschwankungen in elektrische Signale um, die entsprechend weiterverarbeitet werden können.
Das beim Ausführungsbeispiel analoge Signal der Sensoreinrichtung wird in einer Signalaufbereitungsschaltung 81 mittels eines A/D-Wandlers in ein Digitalsignal umgewandelt. Das digital aufbereitete Signal wird einer Mikroprozessor- Recheneinheit 83 zugeführt, welche mit einem Speicher 82 verbunden ist. Im Speicher 82, der beliebig in einzelne, auch unterschiedliche, Speicherbereiche aufgeteilt werden kann, ist entweder in einem Festwertspeicher oder in einem Speicher, dessen Inhalt durch die Batteriespannung langfristig gespeichert wird, ein Programm gespeichert, welches den Mikroprozessor steuert. Durch den Mikroprozessor werden die Eingangssignale mindestens einer Sensoreinrichtung und/oder der Sicherheitselektroniken ausgewertet. Wird ein Fehlbetriebszustand und/oder ein Ausfall festgestellt, erzeugt der Mikroprozessor 83 ein entsprechendes Sendesignal für die Freigabeeinrichtung, welches einer Sendeausgangsstufe 84 zugeführt wird. Von der Sendeausgangsstufe wird das Signal an die Freigabeeinrichtung 86 der Verlagerungseinrichtung übertragen. Zur Stromversorgung der Steuereinrichtung ist eine Batterie, vorzugsweise eine Lithiumionenbatterie vorgesehen.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Vorrichtung zum kontrolliertem Überführen von nach galvanischen Prinzipien arbeitenden elektrischen Einrichtungen, wie insbesondere Batterien, Akkumulatoren oder Brennstoffzellenstapel, von einem ersten Betriebszustand in mindestens einen zweiten Betriebszustand, in dem die
Funktionalität der elektrischen Einrichtung eingeschränkt ist, wobei wenigstens eine Wirkeinrichtung vorgesehen ist, welche im ersten Betriebszustand der elektrischen Einrichtung in wenigstens einer ersten Position gehalten ist und wenigstens eine Verlagerungseinrichtung, durch welche die Wirkeinrichtung von der ersten Position in wenigstens eine zweite Position verlagerbar ist, so dass die Wirkeinrichtung derart mit Bauteilen der elektrischen Einrichtung zusammenwirkt, dass deren galvanische Funktionalität reduziert oder vollständig beseitigt ist.
2. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verlagerungseinrichtung eine Verlagerungsenergie auf die Wirkeinrichtung derart übertragen kann, dass die Wirkeinrichtung zumindest eine Zelle der nach galvanischen Prinzipien arbeitenden elektrischen Einrichtung durchdringt.
3. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirkeinrichtung eine ausreichende Verlagerungsenergie speichern und diese derart in eine Eintreibkraft umsetzten kann, dass wenigstens eine Zelle der nach galvanischen Prinzipien arbeitenden elektrischen Einrichtung von der Wirkeinrichtung durchdrungen wird.
4. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirkeinrichtung in ihrer horizontalen uncl/oder vertikalen räumlichen Ausdehnung, zumindest abschnittsweise, elektrisch leitfähig ist.
5. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Freigabeeinrichtung vorgesehen ist, die im Wesentlichen die Funktionalität der Verlagerungseinrichtung startet.
6. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Steuerungseinrichtung vorgesehen ist, die mit wenigstens einer Freigabeeinrichtung und/oder einer Verlagerungseinrichtung signalverbunden ist.
7. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Steuerungseinrichtung mit wenigstens einer Sensoreinrichtung und/oder wenigstens einer elektronischen Einrichtung signalverbunden ist.
8. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die nach galvanischen Prinzipien arbeitende elektrische Einrichtung wenigstens eine Zelle aufweist, in der mindestens zwei getrennte Bereiche mit manipulierbaren elektrischen Potentialen vorgesehen sind.
9. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die nach galvanischen Prinzipien arbeitende elektrische Einrichtung insbesondere eine wiederaufladbare Vorrichtung zur elektrochemischen
Speicherung von elektrischer Energie ist.
10. Verfahren zum kontrollierten überführen von nach galvanischen Prinzipien arbeitenden elektrischen Einrichtungen, wie insbesondere Batterien, Akkumulatoren oder Brennstoffzellenstapel, von einem ersten Betriebszustand in mindestens einen zweiten Betriebszustand, in dem die Funktionalität der elektrischen Einrichtung eingeschränkt ist, wobei wenigstens eine Wirkeinrichtung, welche im ersten Betriebszustand der elektrischen Einrichtung in wenigstens einer ersten Position gehalten ist und durch wenigstens eine Verlagerungseinrichtung von der ersten Position in wenigstens eine zweite Position so verlagert wird, wodurch die Wirkeinrichtung derart mit Bauteilen der elektrischen Einrichtung zusammenwirkt, dass deren galvanische Funktionalität reduziert oder vollständig beseitigt ist.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirkeinrichtung eine ausreichende Verlagerungsenergie speichert und diese derart in eine Eintreibkraft umsetzt, dass wenigstens eine Zelle der nach galvanischen Prinzipien arbeitenden elektrischen Einrichtung von der Wirkeinrichtung durchdrungen wird.
12. Verfahren nach den Ansprüchen 10 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Verlagerungseinrichtung eine Verlagerungsenergie auf die Wirkeinrichtung derart überträgt, dass die Wirkeinrichtung zumindest eine Zelle der nach galvanischen Prinzipien arbeitenden elektrischen Einrichtung durchdringt.
13. Verfahren nach den Ansprüchen 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass im Wesentlichen mindestens eine Freigabeeinrichtung die Verlagerungseinrichtung auslöst.
14. Verfahren nach den Ansprüchen 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass
Sensoreinrichtungen und/oder elektrische Einrichtungen einen Fehlbetriebszustand oder Fehlbedienungsfall feststellen.
15. Verfahren nach den Ansprüchen 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass
Sensoreinrichtungen und/oder elektrische Einrichtungen nach der Feststellung eines Fehlbetriebszustand und/oder Fehlbedienungsfalls wenigstens eine Freigabe- und/oder eine Verlagerungseinrichtung ansteuern können.
16. Verfahren nach den Ansprüchen 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirkeinrichtung derart mit der nach galvanischen Prinzipien arbeitenden elektrischen Einrichtung zusammenwirkt, dass die galvanischen Funktionalität mindestens einer darin enthaltene Zelle reduziert oder vollständig beseitigt ist.
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