JP6247396B2 - バッテリシステム及びバッテリシステムを備えた車両 - Google Patents

Description

本発明は、独立請求項の導入部に記載のバッテリシステム、及び当該バッテリシステムを備えた車両に関する。

従来技術では、バッテリシステムの使用時に安全性を向上させるための装置が公知である。例えば、独国特許出願公開第１０２０１１００２６５９号明細書には、リチウムイオンバッテリセルを放電させるための短絡を形成する手段が設けられたリチウムイオンバッテリセルが開示されている。

本発明は、バッテリシステム、特にリチウムイオンバッテリシステムであって、バッテリシステムと他のシステムとを電気的に接触させるための少なくとも１つの端子と、バッテリシステムの使用時の安全性を向上させるための少なくとも１つのアクチュエータと、を備え、アクチュエータは、少なくとも１つの端子とバッテリシステムのハウジングとの間の、接触要素を用いた電気的接触の構築により、バッテリシステムを放電させることに適している、上記バッテリシステムに関する。

本発明は、独立請求項に記載の固有の特徴を備えたバッテリシステム、及び当該バッテリシステムを備えた車両に関する。

本発明の核心は、アクチュエータが、電気的接触のための少なくとも１つの端子に嵌め込まれていることである。

アクチュエータが電気的接触のための少なくとも１つの端子に嵌め込まれているという状況によって、バッテリシステム、及び／又は、当該バッテリシステムの周辺に存在する人間若しくは物体を、破損したバッテリシステムに起因する起こりうる影響から護るという本発明に基づく効果が得られる。さらに、アクチュエータが電気的接触のための少なくとも１つの端子に嵌め込まれることによって、バッテリシステムをその所与の形状のまま存置できるという本発明に基づく効果が得られる。さらに、アクチュエータが少なくとも１つの端子に嵌め込まれることで、設置場所が節約される。

本発明の背景には、バッテリシステムが破損した場合にバッテリシステムが放電させられ、従ってバッテリシステムが、可能な限り電位がゼロで（ｓｐａｎｎｕｎｇｓｆｒｅｉ）電圧が掛からないため安全な状態へと移行させられるということがある。

本発明の更なる別の有利な実施形態は、従属請求項の主題である。

本発明の次の好適な実施形態によれば、アクチュエータは、高インピーダンス状態になるよう設計され、特に、少なくとも１ｋΩ〜１０ｋΩの範囲の電気抵抗を有する。

アクチュエータが高インピーダンス状態になるよう設計され、特に１ｋΩ〜１０ｋΩの範囲の電気抵抗を有するという事実によって、電流強度が高い際に、例えば１０００Ａ〜２００００Ａである際に、接触要素が信頼性高く駆動されうるという本発明に基づく効果が得られる。これにより、例えば、高い放電電流への切り替えが可能であり、即ち、例示的な高い放電電流は、１０００Ａ〜２００００Ａである。

本発明の次の好適な実施形態によれば、接触要素は、低インピーダンス状態になるよう設計され、特に、最大で５０μΩ〜１５０μΩの範囲の電気抵抗を有する。

接触要素が低インピーダンス状態になるよう設計され、特に５０μΩ〜１５０μΩの範囲の電気抵抗を有するという事実によって、電流強度が高い際に、例えば１０００Ａ〜２００００Ａである際に、接触要素が信頼性高く駆動されうるという本発明に基づく効果が得られる。これにより、例えば、高い放電電流への切り替えが可能であり、即ち、例示的な高い放電電流は、１０００Ａ〜２００００Ａである。

本発明の次の好適な実施形態によれば、アクチュエータはコイルである。

アクチュエータとしてコイルを利用することによって、低コストで、特に僅かな管理コスト又は僅かな制御コストで、制御されて上記電気的接触が構築されるという本発明に基づく効果が得られる。

本発明の更なる別の好適な実施形態によれば、アクチュエータは、少なくとも１つの状態変数に従った、制御ユニットによる、好適には導体板による、特に回路基板による又はボードによる又はプリント基板による制御のために適しており、状態変数は、バッテリシステムの正常ではなく及び／又は安全ではない状態を表す。

アクチュエータの制御が、少なくとも１つの状態変数に従って制御ユニットによって行われ、その際に、状態変数はバッテリシステムの正常ではなく及び／又は安全ではない状態を表すという好適な実施形態によって、信頼性の高い制御という本発明に基づく効果が得られ、この信頼性の高い制御は、必要に応じて、即ちバッテリシステムの状態に従って行われうる。バッテリシステムの状態は、状態変数を用いて、制御装置によって決定されうる。

本発明の次の好適な実施形態によれば、アクチュエータは、接触要素を移動させることに適しており、接触要素は、少なくとも１つの端子とバッテリシステムのハウジングとの間の電気的接触を構築することに適しており、少なくとも１つの端子の内部に取り付けられる。

本発明の次の好適な実施形態によれば、アクチュエータは、接触要素を移動させることに適しており、接触要素は、少なくとも１つの端子とバッテリシステムのハウジングとの間の電気的接触を構築することに適しており、少なくとも１つの端子の外部に取り付けられる。

本発明の更なる別の好適な実施形態によれば、アクチュエータと接触要素とは、固定軸を介して互いに接続される。

固定軸を介したアクチュエータと接触要素との上記接続によって、アクチュエータによる接触要素の操作が、制御されて行われるようになる。

本発明の更なる別の好適な実施形態によれば、接触要素は、少なくとも２つのポジションを取ることに適しており、上記ポジションは、接触要素が少なくとも１つの端子とバッテリシステムのハウジングとを互いに電導的に接続しないように接触要素が配置される第１のポジションと、接触要素が少なくとも１つの端子とバッテリシステムのハウジングとを互いに電導的に接続する第２のポジションと、が関わっており、第１のポジションの接触要素には、弾性体によって、特に弾性板又は弾性の螺旋バネによって、第２のポジションの方向に予圧が加えられている。

弾性体により接触要素に予圧が加えられることによって、低コストでかつ信頼性高く電気的接触が保証される。さらに、記載された実施形態は、その使用適性（Ｅｉｎｓａｔｚｔａｕｇｌｉｃｈｋｅｉｔ）が簡単に検査される。

本発明の更なる別の好適な実施形態によれば、接触要素は、少なくとも２つのポジションを取ることに適しており、上記ポジションは、接触要素が少なくとも１つの端子とバッテリシステムのハウジングとを互いに電導的に接続せず、かつ、接触要素がピンによって固定的に位置付けられ、アクチュエータがピンを外すことに適している第１のポジションと、接触要素が少なくとも１つの端子とバッテリシステムのハウジングとを互いに電導的に接続させる第２のポジションと、が関わっている。

第１のポジションに接触要素を固定するためにピンを利用することによって、少なくとも１つの端子とバッテリシステムのハウジングとの間の望まれない電気的接触の構築が防止される。さらに、記載された実施形態は、その使用適性が簡単に検査される。

本発明の更なる別の有利な実施形態によれば、バッテリシステムの状態変数は、バッテリシステムの充電状態、バッテリシステムの２つの極の間の電圧、バッテリシステムの導線を流れる電流、バッテリシステムの内部若しくは外部の圧力、及び／又は、バッテリシステムの内部又は外部の温度である。

バッテリシステムの状態変数が、バッテリシステムの充電状態、バッテリシステムの２つの極の間の電圧、バッテリシステムの導線を流れる電流、バッテリシステムの内部若しくは外部の圧力、及び／又は、バッテリシステムの内部又は外部の温度であるという状況によって、制御ユニット及びバッテリシステムの使用適性及び信頼性が高められるという本発明に基づく効果が得られる。なぜならば、上記の状態変数によって、信頼性高くかつ充分にバッテリシステムの故障が示唆されるからである。

本発明の更なる別の好適な実施形態によれば、バッテリシステムは、車両で、特に原動機付きの車両で利用される。

以下では、本発明が、発明の更なる特徴が分かる実施例を用いて解説されるが、本発明は当該実施例の範囲には限定されない。上記実施例は図に示されている。
第１の実施形態に係るバッテリシステムの使用時の安全性を向上させるためのアクチュエータを備えた本発明に係るバッテリシステムの概略図を示す。 第２の実施形態に係るバッテリシステムの使用時の安全性を向上させるためのアクチュエータを備えた本発明に係るバッテリシステムの概略図を示す。 第３の実施形態に係るバッテリシステムの使用時の安全性を向上させるためのアクチュエータを備えた本発明に係るバッテリシステムの概略図を示す。

図１には、第１の実施形態に係るバッテリシステムの使用時の安全性を向上させるための少なくとも１つのアクチュエータを備えた本発明に係るバッテリシステム、特にリチウムイオンバッテリシステムが示されている。「Ｂ」によって、バッテリシステムが表される。「Ｇ」によって、バッテリシステムＢのハウジングが表され、「Ｔ」によって、バッテリシステムＢと他のシステムとの間の電気的接触を構築することに適した少なくとも１つの端子が表される。「Ｉ」によって、少なくとも１つの端子ＴとバッテリシステムＢのハウジングＧとの間に配置される絶縁体が表される。この絶縁体Ｉによって、少なくとも１つの端子ＴとバッテリシステムＢのハウジングＧとの間に望まれない電気的接触が起こり得ないことが保証される。

「ＰＣＢ」によって、制御ユニットが表される。制御ユニットＰＣＢは、状態変数に従って、「Ａ」で表されるアクチュエータを作動させることに適している。制御ユニットＰＣＢは、例えば導体板であってよく、特に回路基板、基板又はプリント基板であってよい。状態変数は、バッテリシステムＢの充電状態、バッテリシステムＢの２つの極の間の電圧、バッテリシステムＢの導線を流れる電流、バッテリシステムＢの内部若しくは外部の圧力、及び／又は、バッテリシステムＢの内部又は外部の温度である。さらに、制御ユニットＰＣＢは、図示されないバッテリ管理システムと接続され、バッテリシステムＢがその中で利用される図示されない装置の状態について報知される。例えば、バッテリシステムＢが車両で、特に原動機付きの車両で利用される場合には、車両についての情報、例えば、起こりうる車両の事故についての情報が、図示されないバッテリ管理システムから制御ユニットＰＣＢへと転送されうる。この情報に基づいて、制御ユニットＰＣＢはアクチュエータＡを作動させ、従って、バッテリシステムＢを放電させる。

アクチュエータＡは、特にコイルでありうる。アクチュエータＡは、少なくとも１つの端子Ｔの内部に配置されている。

「ＳＴ」によって、アクチュエータＡが「ＫＥ」で表される接触要素とそれを介して機械的に接続される固定軸が表される。固定軸ＳＴは、アクチュエータＡによる、接触要素ＫＥに対する制御された操作及び案内のために用いられる。

「ＫＳ」によって、接触要素ＫＥとバッテリシステムＢのハウジングＧの第１の部分Ａ１との間、及び、接触要素ＫＥと少なくとも１つの端子Ｔの第２の部分Ａ２との間、の接触空隙が表される。

アクチュエータＡが制御ユニットＰＣＢによりそれに従って作動される状態変数が、所定の閾値に達し又は当該閾値を上回る場合には、接触要素ＫＥは、アクチュエータＡによって操作されて、固定軸ＳＴを介してアクチュエータＡの方向Ｒに動かされる。その際に、接触要素ＫＥは、接触空隙ＫＳを空間的に越えて、ハウジングＧと少なくとも１つの端子Ｔとを互いに電導的に接続する。接触要素ＫＥによってハウジングＧと少なくとも１つの端子Ｔとが互いに電導的に接続されることによって、バッテリシステムＢがハウジングＧを介して放電させられる。

「ＤＬ」によって、シールストリップが表される。このシールストリップＤＬは、接触要素ＫＥと、アクチュエータＡと、制御ユニットＰＣＢと、を保護するために役立つ。特に、このシールストリップＤＬによって、第１の部分Ａ１及び第２の部分Ａ２の領域への電導性物質の進入であって、第１の部分Ａ１と第２の部分Ａ２との間の望まれぬ電導性の接続を引き起こし得る上記進入が大幅に防止される。

本発明の第１の実施形態に係るバッテリシステムＢは、車両で、特に原動機付きの車両で利用されうる。

図２には、第２の実施形態に係るバッテリシステムの使用時の安全性を向上させるための少なくとも１つのアクチュエータを備えた本発明に係るバッテリシステム、特にリチウムイオンバッテリシステムが示されている。図１に概略的に示された第１の実施形態とは異なって、接触要素ＫＥは、切頭円錐の形状に末端が細くなっている円筒形の形態により実現される。切頭円錐の形状に末端が細くなっている円筒形の形態により接触要素ＫＥが実現されるという状況によって、接触要素ＫＥ自身の面であって、当該接触要素ＫＥが純粋な円筒形である場合よりも大きな上記面を介して、接触要素ＫＥが第１の部分Ａ１及び第２の部分Ａ２と接触できるという本発明に基づく効果、即ち、接触要素の上記面が大きいほど、接触要素ＫＥを介して案内される電流が大きくなるという本発明に基づく効果が得られる。さらに、切頭円錐の形状に末端が細くなっている円筒形の形態により接触要素ＫＥが実現されるという状況によって、接触要素ＫＥ又は第１の部分Ａ１又は第２の部分Ａ２の表面の凹凸、即ち、接触要素ＫＥ上又は第１の部分Ａ１上又は第２の部分Ａ２上の異物と異物、例えば不純物があっても、接触要素ＫＥのより大きな平面により電気的接触が保障されうるという本発明に係る効果が得られる。

本発明の第２の実施形態に係るバッテリシステムＢは、車両で、特に原動機付きの車両で利用されうる。

図３には、第３の実施形態に係るバッテリシステムの使用時の安全性を向上させるための少なくとも１つのアクチュエータを備えた本発明に係るバッテリシステム、特にリチウムイオンバッテリシステムが示されている。図１に概略的に示された第１の実施形態とは異なって、接触要素ＫＥは、図２のように切頭円錐の形状に末端が細くなっている円筒形の形態により実現される。さらに、接触要素ＫＥは、少なくとも１つの端子Ｔの内部に配置されている。接触要素ＫＥは、少なくとも２つのポジションを取ることが可能であり、第１のポジションは「Ｐ１」で、第２のポジションは「Ｐ２」で表される。接触要素ＫＥが第１のポジションＰ１の状態にある場合には、少なくとも１つの端子ＴとハウジングＧとは、接触要素ＫＥを介しては、互いに電導的に接続されない。接触要素ＫＥが第２のポジションＰ２の状態にある場合には、接触要素ＫＥは、少なくとも１つの端子ＴとハウジングＧとを電導的に互いに接続する。
接触要素ＫＥを、第１のポジションＰ１から第２のポジションＰ２の方向Ｒ’へと移動させるために、及び／又は、接触要素ＫＥをポジションＰ２で固定するために、第１のポジションＰ１の接触要素ＫＥには、弾性体ＥＫによって、第２のポジションＰ２の方向Ｒ’へと予圧が加えられ又は付与される。弾性体ＥＫは、例えば弾性板又は弾性の螺旋バネであってよい。

第１のポジションＰ１から第２のポジションＰ２の方向Ｒ’への接触要素ＫＥの望まれない移動を防止するために、接触要素ＫＥは、ピンＳによって第１のポジションＰ１に固定される。図１への記載において言及された状態変数であって、アクチュエータＡが制御ユニットＰＣＢによりそれに従って作動される上記状態変数が、所定の閾値に達し又は当該閾値を上回る場合には、ピンＳがアクチュエータＡによって動かされて、接触要素ＫＥが開放される。ピンＳからの接触要素ＫＥの開放によって弾性体ＥＫが伸び、接触要素ＫＥが、第２のポジションＰ２の方向Ｒ’へと移動する。

さらに、本実施形態に係る制御ユニットＰＣＢは、少なくとも１つの端子Ｔの内部に配置される。

本発明の第３の実施形態に係るバッテリシステムＢは、車両で、特に原動機付きの車両で利用されうる。

Claims (17)

1. バッテリシステム（Ｂ）であって、
   前記バッテリシステム（Ｂ）と他のシステムとを電気的に接触させるための少なくとも１つの端子（Ｔ）と、バッテリシステム（Ｂ）の使用時の安全性を向上させるための少なくとも１つのアクチュエータ（Ａ）と、を備え、
   前記アクチュエータ（Ａ）は、前記少なくとも１つの端子（Ｔ）と前記バッテリシステム（Ｂ）のハウジング（Ｇ）との間の、接触要素（ＫＥ）を用いた電気的接触の構築により、前記バッテリシステム（Ｂ）を放電させることに用いられる、前記バッテリシステム（Ｂ）において、
   前記アクチュエータ（Ａ）は、前記電気的接触のための前記少なくとも１つの端子（Ｔ）に嵌め込まれていることを特徴とする、バッテリシステム（Ｂ）。
2. 前記アクチュエータ（Ａ）は、少なくとも１ｋΩ〜１０ｋΩの範囲の電気抵抗を有する高インピーダンス状態に設計されることを特徴とする、請求項１に記載のバッテリシステム（Ｂ）。
3. 前記接触要素（ＫＥ）は、最大で５０μΩ〜１５０μΩの範囲の電気抵抗を有する低インピーダンス状態に設計されることを特徴とする、請求項１又は２に記載のバッテリシステム（Ｂ）。
4. 前記アクチュエータ（Ａ）はコイルであることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のバッテリシステム（Ｂ）。
5. 前記アクチュエータ（Ａ）は、少なくとも１つの状態変数に従った、制御ユニット（ＰＣＢ）による制御のために用いられ、前記状態変数は、前記バッテリシステム（Ｂ）の正常ではなく及び／又は安全ではない状態を表すことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載のバッテリシステム（Ｂ）。
6. 前記制御ユニット（ＰＣＢ）が導体板であることを特徴とする、請求項５に記載のバッテリシステム（Ｂ）。
7. 前記導体板が、回路基板又は基板又はプリント基板であることを特徴とする、請求項６に記載のバッテリシステム（Ｂ）。
8. 前記アクチュエータ（Ａ）は、前記接触要素（ＫＥ）を移動させることに用いられ、前記接触要素（ＫＥ）は、前記少なくとも１つの端子（Ｔ）と前記バッテリシステム（Ｂ）の前記ハウジング（Ｇ）との間の前記電気的接触を構築することに用いられ、前記接触要素（ＫＥ）は、前記少なくとも１つの端子（Ｔ）の内部に取り付けられることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載のバッテリシステム（Ｂ）。
9. 前記アクチュエータ（Ａ）は、前記接触要素（ＫＥ）を移動させることに用いられ、前記接触要素（ＫＥ）は、前記少なくとも１つの端子（Ｔ）と前記バッテリシステム（Ｂ）の前記ハウジング（Ｇ）との間の前記電気的接触を構築することに用いられ、前記接触要素（ＫＥ）は、前記少なくとも１つの端子（Ｔ）の外部に取り付けられることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載のバッテリシステム（Ｂ）。
10. 前記アクチュエータ（Ａ）と前記接触要素（ＫＥ）とは、固定軸（ＳＴ）を介して互いに接続されることを特徴とする、請求項８又は９に記載のバッテリシステム（Ｂ）。
11. 前記接触要素（ＫＥ）は、少なくとも２つのポジション（Ｐ１、Ｐ２）を取り、前記ポジション（Ｐ１、Ｐ２）は、前記接触要素（ＫＥ）が前記少なくとも１つの端子（Ｔ）と前記バッテリシステム（Ｂ）の前記ハウジング（Ｇ）とを互いに電導的に接続しないように前記接触要素（ＫＥ）が配置される第１のポジション（Ｐ１）と、前記接触要素（ＫＥ）が前記少なくとも１つの端子（Ｔ）と前記バッテリシステムの前記ハウジング（Ｇ）とを互いに電導的に接続する第２のポジション（Ｐ２）と、が関わっており、前記第１のポジション（Ｐ１）の前記接触要素（ＫＥ）には、弾性体（ＥＫ）によって、前記第２のポジション（Ｐ２）の方向（Ｒ‘）へと予圧が加えられていることを特徴とする、請求項８に記載のバッテリシステム（Ｂ）。
12. 前記弾性体（ＥＫ）が、弾性板又は弾性の螺旋バネであることを特徴とする、請求項１１に記載のバッテリシステム（Ｂ）。
13. 前記接触要素（ＫＥ）は、少なくとも２つのポジション（Ｐ１、Ｐ２）を取り、前記ポジション（Ｐ１、Ｐ２）は、前記接触要素（ＫＥ）が前記少なくとも１つの端子（Ｔ）と前記バッテリシステム（Ｂ）の前記ハウジング（Ｇ）とを互いに電導的に接続せず、かつ、前記接触要素（ＫＥ）がピン（Ｓ）によって固定的に位置付けられ、前記アクチュエータ（Ａ）が前記ピン（Ｓ）を外すことに適している第１のポジション（Ｐ１）と、前記接触要素（ＫＥ）が前記少なくとも１つの端子（Ｔ）と前記バッテリシステムの前記ハウジング（Ｇ）とを互いに電導的に接続させる第２のポジション（Ｐ２）と、が関わっていることを特徴とする、請求項８又は１１に記載のバッテリシステム（Ｂ）。
14. 前記バッテリシステム（Ｂ）の前記状態変数は、前記バッテリシステム（Ｂ）の充電状態、前記バッテリシステム（Ｂ）の２つの極の間の電圧、前記バッテリシステム（Ｂ）の導線を流れる電流、前記バッテリシステム（Ｂ）の内部若しくは外部の圧力、及び／又は、前記バッテリシステム（Ｂ）の内部又は外部の温度であることを特徴とする、請求項５に記載のバッテリシステム（Ｂ）。
15. 前記バッテリシステム（Ｂ）が、リチウムイオンバッテリシステムである、請求項１〜１４のいずれか１項に記載のバッテリシステム（Ｂ）。
16. 請求項１〜１５のいずれか１項に記載のバッテリシステム（Ｂ）を備えた車両。
17. 前記車両が、原動機付きの車両であることを特徴とする、請求項１６に記載の車両。

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