WO2007025980A2 - Vorrichtung mit wenigstens einem doppelschichtkondensator - Google Patents

Vorrichtung mit wenigstens einem doppelschichtkondensator Download PDF

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WO2007025980A2
WO2007025980A2 PCT/EP2006/065806 EP2006065806W WO2007025980A2 WO 2007025980 A2 WO2007025980 A2 WO 2007025980A2 EP 2006065806 W EP2006065806 W EP 2006065806W WO 2007025980 A2 WO2007025980 A2 WO 2007025980A2
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capacitor
layer capacitor
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Markus Matthias Gaudenz
Alexander Hahn
Karsten Rechenberg
Manfred Waidhas
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/13—Energy storage using capacitors

Definitions

  • the invention relates to a device having at least one double-layer capacitor according to the preamble of claim 1. Specifically, it is about the appropriate training of a protective device for a double-layer capacitor or a module of several Doppel harshkonden- sators.
  • Intrinsic protection devices of double-layer capacitors and modules constructed therefrom are not known.
  • the only safety feature to date has been a bursting valve integrated in the housing wall, which opens at high pressure and allows the electrolyte to escape, including gaseous decomposition products.
  • the invention is a self-or intrinsically safe
  • Protective device for double-layer capacitors or modules designed for this purpose is understood to mean, in particular, that the protective independent of external initiation, by directly exploiting effects that could lead to a claim. Such effects can be, for example, overpressure, temperature, chemical reaction, overvoltage or the like, and according to the invention are used to bring the capacitor or the module into the safe state. Accepted and also specifically exploited is that the double-layer capacitor becomes inoperative, ie, if necessary, it is also irreversibly destroyed. The new protection device thus works as a one-time fuse.
  • Double-layer capacitors can not be compared with the electrostatic capacitors as electrochemical energy stores and, above all, must not be equated with them in terms of safety. Due to their high energy density and the specific, anhydrous and combustible electrolytes, the failure of double-layer capacitors (DSC) always creates the risk of fire, possibly resulting in greater secondary damage. For this reason in particular, the practical use of double-layer condensers (DSC) for industrial applications, in particular in passenger transport vehicle technology, has hitherto been limited.
  • the invention is therefore based on the finding that such damage can only be ruled out by the guarantee of intrinsic safety of the double-layer capacitors (DSC) or the modules constructed therewith, and thus their industrial use becomes possible.
  • FIG. 2 shows the plan view of a double-layer capacitor according to FIG. 1 from above
  • FIG. 3 shows the principle of a fuse element for a group of double-layer capacitors
  • FIG. 4 shows the installation of the fuse element according to FIG. 3 in a circuit with modules of double-layer capacitors
  • FIG. 6 shows a perspective view of a double-layer capacitor with a security element according to FIG. 5,
  • Figure 7 shows another principle of a fuse element
  • FIGS. 8 to 10 show different applications of the principle from FIG. 7,
  • FIG. 11 shows a further alternative for a security element which is suitable for double-layer capacitors
  • FIGS 15 to 17 electrical circuits that are suitable for modules with double-layer capacitors (DSC).
  • DSC double-layer capacitors
  • capacitor is always understood as a double-layer capacitor.
  • 1 denotes a cup for accommodating a double-layer capacitor, which is terminated at the upper edge by a lid 2.
  • the lid 2 is over a Insulation 3 electrically separated from the cup 1, wherein an electrical connection 4 is provided centrally in the lid 2.
  • the cup 1 is connected in an insulating manner with the lid 2 via a scraped edge.
  • an element 5 made of a low melting alloy.
  • a gap 6 is formed. If the melting point of the element 5 is reached by an unexpected increase in temperature, the alloy of the element 5 liquefies and flows into the gap 6. Thus, an electrical contact between + PoI and -Pol of the capacitor is produced, which leads to U- berbrucken the capacitor module ,
  • FIG. 3 shows a security element made up of two partial elements 10 and 20, which likewise exploits temperature effects.
  • one subelement 10 has a terminal 11 which is connected to the positive pole of the capacitor circuit and has three fingers 12, 13 and 14 opposite one another.
  • the other sub-element 20 has a terminal 21 which is connected to the negative pole of the capacitor circuit and opposite two fingers 22 and 23 has.
  • the fingers 12 to 14 and 22 and 23 of the elements 10 and 20 are also made of a material or alloy which melt low. Normally, the fingers engage each other, whereby no electrical contact is achieved. As soon as the material of the fuse melts due to an increase in temperature, an electrical contact is established and the system is switched off.
  • FIG. 5 shows a capacitor cup 50 with an associated lid 51.
  • an elastically deflected sub-element 52 On the base of the condenser cup 50 is an elastically deflected sub-element 52, which normally points inwards.
  • the cup 50 is introduced into a metallic arrangement 53 whose base extends at a distance from the cup bottom and is connected to the positive potential. If, for example, by a temperature effect, the elastic element expands - or by internal pressure increase - and jumps from the inwardly curved state in the outwardly arched state, creates an electrical contact and the capacitor assembly can be turned off.
  • a predetermined breaking point 56 is located here on the circumference of the cup 50, with a metallic part 57 extending at a distance therefrom. As soon as the predetermined breaking point responds and the bursting valve opens, a short-circuit occurs which causes the module to switch off.
  • FIG. 7 Another principle of the electrical see contact is shown.
  • the cup 70 of the capacitor module with associated lid 71 which are both electrically insulated from each other.
  • an element 72 with a recess 73 is covered by an insulation layer 74.
  • a counter element 75 which is designed as a mandrel, can move as a result of an external influence and penetrates with its tip the insulation layer 74. For example, this can be done by increasing the pressure.
  • FIGS. 8 to 10 Different realizations are shown in FIGS. 8 to 10, wherein the element 75 is in each case located in a cavity 76. Specifically in FIG.
  • a liquid boiling at low temperature is arranged in the cavity 76, which liquid expands as the temperature increases, thereby activating the element 75.
  • a coil spring 78 is located in the cavity 76, a coil spring 78.
  • Below the element 75 is either the insulating polymer layer or a melting at low temperature metal, the soil either melts or softens at least when the temperature increases and thus activates the element 75. When the cup bottom is touched, thus forming a short circuit.
  • FIG. 11 An alternative is given in FIG.
  • the structure largely corresponds to that of Figure 8, and has a cup 100 and a lid 101, which are electrically insulated from each other by an insulating layer 102.
  • the insulating layer 102 consists of an insulator material which melts at low temperature, so that the layer melts due to temperature increases and a direct electrical contact is produced.
  • a groove / wedge connection is present, so that a response of this fuse causes the slightest temperature increases
  • FIGS. 12 to 14 show that individual double-layer capacitors can be connected in different ways. For example, a parallel circuit according to Figure 12 and 13 or a series connection corresponding to Figure 14 is possible. In all cases, the cups 100, 100 'of the double-layer capacitors are arranged between metallic rails 120 and 130.
  • At least one element 142 consists of bimetal and deforms when the temperature rises.
  • a temperature-sensitive current conductor 145 is here so arranged between the two potential-leading rails 120 and 130 or 130 ', that upon reaching a predetermined temperature, a short circuit occurs.
  • FIGS. 15 to 17 in each case two limiting elements 161, 172 or 182 are connected in parallel in order to be able to execute redundant monitoring operations. In principle, however, for this function - with less redundancy requirements - only one element in each case is required.
  • the required monitoring function is achieved by push-pull connection of at least one blocking diode 151 to a thyristor 152.
  • the diode limited in the blocking voltage ignites the thyristor 152.
  • at least one varistor 161 is provided in addition to the thyristor 152, which ignites the thyristor 152 in the event of overvoltage.
  • FIG. 17 in which, instead of the two varistors 161 from FIG. 16, at least one zener diode 171 is connected in parallel to the thyristor 152.
  • the ignition of the thyristor 152 may also, as shown in Fig. 17, be controlled by other sensors, e.g. to respond to temperature or pressure, done.
  • individual modules of the entire energy storage can be monitored by means of a voltage and temperature detection hardware and out of the energy storage are distanced in case of error.
  • such sensors are implemented as a switch 155 which opens in the event of an error and is followed by a fuse 156, with a further switch 158.
  • light-emitting diodes 181 with upstream resistors 182 are present, via which a visual display can take place.
  • one opening switch 155 per DSK module 150 is advantageously present.
  • the components 151, 161, 171 of FIGS. 15 to 17 may also be connected in parallel in the event of an error.
  • a fuse response may occur without a separate electrical power supply, i. This is also true for the circuits according to FIGS. 15 to 17, since no comparators or other comparator circuits are required here, but instead switch through the components used on account of their specific characteristics. If necessary, this can also be achieved without thyristors.

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Abstract

Bei einer Vorrichtung mit wenigstens einem Doppelschichtkondensator bzw. mit aus wenigstens einem Doppelschichtkondensator aufgebautem Modul ist eine Schutzeinrichtung vorhanden, die eine selbstsichere Schutzabschaltung realisiert. Dazu benutzt die die Schutzeinrichtung physikalische und/oder chemisehe Großen, wie über Druck, Temperatur, chemische Reaktion, Überspannung o. dgl., als weisende Kraft, um den Doppelschichtkondensator oder das Modul aus einem ersten, gefahrlichen Zustand in einen zweiten, sicheren Zustand zu überfuhren.

Description

Beschreibung
Vorrichtung mit wenigstens einem Doppelschichtkondensator
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung mit wenigstens einem Doppelschichtkondensator gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Im Einzelnen geht es um die geeignete Ausbildung einer Schutzeinrichtung für einen Doppelschichtkondensator bzw. ein Modul aus mehreren Doppelschichtkonden- satoren.
.Doppelschichtk.ondens_atoren (DSK, engl, "double ^ayer c^apaci- tor" = DLC) finden als Energiespeicher zunehmend Eingang in die Technik. Erste Exemplare von Doppelschichtkondensatoren mit Kapazitäten ≤ 1 F kamen etwa 1970 auf den Markt. Aufgrund der geringen Kapazität waren sie als Energiespeicher technisch uninteressant. Erst als Einzelzellen mit Kapazitäten > 1000 F verfugbar waren, erfüllten diese die Voraussetzung, durch Zusammenschaltung mehrerer Doppelschichtkondensatoren praxistaugliche Speicher zur kurzzeitigen Bereitstellung hoher Leistungen zu realisieren. Für die meisten Anwendungen, z.B. für die Elektrotraktion oder für Unterwerke bei Schienenfahrzeugen, wird die Verschaltung zu größeren Modulen erforderlich, um sowohl den Leistungs- als auch den Spannungs- anforderungen zu genügen.
Insbesondere für letztere Module sind Verfahren und Vorrichtungen zum effektiven Schutz der Doppelschichtkondensatoren wichtig. Durch Überlast, Überspannung, insbesondere auch in Verbindung mit kritischen Umgebungstemperaturen, kann es zu einer Schädigung der Doppelschichtkondensatoren kommen. Dies kann zum Entweichen des Elektrolyten aus dem Doppelschichtkondensator und sogar zum explosiven Abbrand des Doppelschichtkondensators (DSK) fuhren. Besonders kritisch ist da- bei, wenn ein Doppelschichtkondensator (DSK) , bei dem das Berstventil bereits geöffnet hat, weiterhin an Spannung liegt . Jegliche fremde Sicherheitsuberwachung bzw. Sicherheitsmaßnahme unterliegt einer eigenen Störanfälligkeit und kann durch gegebenenfalls auftretende Schaden ebenfalls mit ausfallen. Derartige Sekundarschaden müssen zuverlässig verhin- dert werden.
Intrinsische Schutzvorrichtungen von Doppelschichtkondensatoren bzw. daraus aufgebaute Module sind nicht bekannt. Einziges Sicherheitsmerkmal ist bisher ein in der Gehausewand in- tegriertes Berstventil, welches bei Überdruck öffnet und den Elektrolyten einschließlich gasformiger Zersetzungsprodukte austreten lasst.
In der alteren deutschen Patentanmeldung der Anmelderin mit Akt. Z. 10 2005 018 339.5 wird eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erkennung unsicherer Betriebszustande vorbeschrieben, wobei dort unabhängig davon geeignete Schutzmaßnahmen getroffen werden können. Beispielsweise ist eine Spannungsbegrenzung, eine Stromlimitierung bis hin zum elektrischen Freischalten oder ein Entladen des Moduls möglich. Diese
Schutzmaßnahmen werden jedoch von außen herbeigeführt. Eigensichere Schutzkonzepte speziell für Doppelschichtkondensatoren und damit aufgebauten Modulen sind dagegen nicht bekannt.
Davon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung mit wenigstens einem Doppelschichtkondensator und einer Schutzeinrichtung zu schaffen, welche eine eigensichere Wirkung hat. Ein Eingriff äußerer Maßnahmen soll dabei nicht notwendig sein.
Die Aufgabe ist erfindungsgemaß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelost. Weiterbildungen sind in den abhangigen Ansprüchen angegeben.
Gegenstand der Erfindung ist eine selbst- bzw. eigensichere
Schutzeinrichtung für Doppelschichtkondensatoren bzw. kur damit aufgebauten Modulen. Unter dem Begriff „selbst-/ eigensicher" wird dabei insbesondere verstanden, dass die Schutzein- richtung unabhängig von einer externen Initiierung funktionsfähig ist, indem Effekte, die zu einem Schadensfall fuhren konnten, unmittelbar als treibende Kraft genutzt werden. Solche Effekte können beispielsweise Überdruck, Temperatur, che- mische Reaktion, Überspannung oder dergleichen sein und werden erfindungsgemaß dazu genutzt, um den Kondensator oder das Modul in den sicheren Zustand zu bringen. In Kauf genommen und auch gezielt ausgenutzt wird dabei, dass der Doppelschichtkondensator funktionsunfähig wird, d.h. ggf. auch ir- reversibel zerstört wird. Die neue Schutzeinrichtung arbeitet also als Einmal-Sicherung.
Mit der Erfindung wird den spezifischen Gegebenheiten von Doppelschichtkondensatoren (DSK) und insbesondere deren Un- terschieden zu herkömmlichen Kondensatoren Rechnung getragen. Doppelschichtkondensatoren (DSK) können als elektrochemische Energiespeicher nicht mit den elektrostatischen Kondensatoren verglichen werden und dürfen vor allem sicherheitstechnisch nicht damit gleichgesetzt werden. Aufgrund ihrer hohen Ener- giedichte und der spezifischen, wasserfreien und brennbaren Elektrolyten ist bei Versagen von Doppelschichtkondensatoren (DSK) immer eine Brandgefahr mit ggf. dadurch verursachten größeren Sekundarschaden gegeben. Vor allem aus diesem Grund war bisher der praktische Einsatz von Doppelschichtkondensa- toren (DSK) für industrielle Anwendungen, insbesondere auch in der Fahrzeugtechnik mit Personentransport, begrenzt.
Der Erfindung liegt also die Erkenntnis zugrunde, dass nur durch die Gewahrleistung einer Eigensicherheit der Doppel- Schichtkondensatoren (DSK) bzw. der damit aufgebauten Module solche Schaden ausgeschlossen werden können und somit erst deren industriemäßiger Einsatz möglich wird.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung von Ausfuhrungsbeispielen anhand der Zeichnung in Verbindung mit den Patentansprüchen. Es zeigen: Figur 1 einen Teilausschnitt eines Doppelschichtkondensators zur Erläuterung eines ersten erfindungsgemäßen Prinzips,
Figur 2 die Draufsicht auf einen Doppelschichtkondensator gemäß Figur 1 von oben,
Figur 3 das Prinzip eines Sicherungselementes für eine Gruppe von Doppelschichtkondensatoren,
Figur 4 den Einbau des Sicherungselementes gemäß Figur 3 in eine Schaltung mit Modulen von Doppelschichtkondensatoren,
Figur 5 ein anderes Prinzip für ein Sicherheitselement eines Doppelschichtkondensators in Schnittdarstellung,
Figur 6 eine perspektivische Ansicht eines Doppelschichtkondensators mit einem Sicherheitselement gemäß Figur 5,
Figur 7 ein weiteres Prinzip eines Sicherungselementes, die
Figuren 8 bis 10 unterschiedliche Anwendungen des Prinzips aus Figur 7,
Figur 11 eine weitere Alternative für ein bei Doppelschichtkondensatoren geeignetes Sicherheitselement, die
Figuren 12 bis 14 ein Sicherheitselement, das für die Schaltung mehrerer Doppelschichtkondensatoren geeignet ist sowie die
Figuren 15 bis 17 elektrische Schaltungen, die für Module mit von Doppelschichtkondensatoren (DSK) geeignet sind.
Die einzelnen Figuren werden jeweils gruppenweise gemeinsam bei Darstellung des gleichen Sicherheitsprinzips beschrieben. Unter dem Begriff Kondensator wird immer ein Doppelschichtkondensator verstanden.
In Figur 1 und Figur 2 bedeuten 1 einen Becher zur Aufnahme eines Doppelschichtkondensators, der an der oberen Kante von einem Deckel 2 abgeschlossen wird. Der Deckel 2 ist über eine Isolierung 3 vom Becher 1 elektrisch getrennt, wobei zentral im Deckel 2 ein elektrischer Anschluss 4 vorhanden ist.
Der Becher 1 ist über eine abgekropfte Kante isolierend mit dem Deckel 2 verbunden. Auf der abgekropften Kante befindet sich ein Element 5 aus einer niedrigschmelzenden Legierung. Durch entsprechende Ausformung des Deckels 2 wird dabei ein Zwischenraum 6 gebildet. Wenn durch eine unerwartete Temperaturerhöhung der Schmelzpunkt des Elementes 5 erreicht wird, verflüssigt sich die Legierung des Elementes 5 und fließt in den Zwischenraum 6. Damit wird ein elektrischer Kontakt zwischen +PoI und -Pol des Kondensators hergestellt, der zum U- berbrucken des Kondensatormoduls fuhrt.
In der Figur 3 ist ein Sicherheitselement aus zwei Teilelementen 10 und 20 dargestellt, das ebenfalls Temperatureffekte ausnutzt. Im Einzelnen hat das eine Teilelement 10 einen Anschluss 11, der mit dem Pluspol der Kondensatorschaltung verbunden ist und gegenüberliegend drei Finger 12, 13 und 14 aufweist. Das andere Teilelement 20 hat einen Anschluss 21, der mit dem negativen Pol der Kondensatorschaltung verbunden ist und gegenüberliegend zwei Finger 22 und 23 aufweist. Die Finger 12 bis 14 und 22 und 23 der Elemente 10 und 20 bestehen ebenfalls aus einem Material bzw. einer Legierung, die niedrig schmelzen. Im Normalfall greifen die Finger ineinander, wobei kein elektrischer Kontakt erreicht wird. Sobald durch Temperaturerhöhung das Material der Schmelzsicherung aufschmilzt, wird ein elektrischer Kontakt hergestellt und die Anlage ausgeschaltet.
Die Verschaltung des Elementes aus Figur 3 ist in der Figur 4 im Einzelnen dargestellt. Über die beiden Elemente 10 und 20 der Figur 3 sind hier jeweils zwei Batterien von Kondensatormodulen 31, 31' und 41, 41' dargestellt. Insbesondere für ei- ne solche Modulschaltung mit einer Vielzahl von parallel bzw. hintereinander geschalteten Doppelschichtkondensatoren ist eine funktionsfähige Sicherheitsschaltung mit Schmelzsicherung von besonderer Wichtigkeit. In Figur 5 ist ein Kondensatorbecher 50 mit einem zugehörigen Deckel 51 dargestellt. Auf der Grundfläche des Kondensatorbechers 50 befindet sich ein elastisch ausgelenktes Teilelement 52, das im Normalfall nach innen zeigt.
Der Becher 50 ist in eine metallische Anordnung 53 eingebracht, deren Grundfläche im Abstand zum Becherboden verläuft und mit dem positiven Potential verbunden ist. Wenn bei- spielsweise durch eine Temperatureinwirkung das elastische Element sich ausdehnt - oder durch Innendruckerhöhung - und von dem nach innen gewölbten Zustand in den nach außen gewölbten Zustand springt, entsteht ein elektrischer Kontakt und die Kondensatoranordnung kann ausgeschaltet werden.
Bei letztem Prinzip wird das aus anderen Technologien bekannte Phänomen „Knackfrosch" ausgenutzt, bei dem durch eine geringe physikalische Einwirkung ein schnelles Umschalten von einem ersten Zustand in einen zweiten Zustand bewirkt wird.
Das gleiche Prinzip mit einer Sollbruchstelle, die das bekannte Berstventil ersetzt, ist in Figur 6 dargestellt. Eine Sollbruchstelle 56 befindet sich hier am Umfang des Bechers 50, wobei im Abstand davon ein metallisches Teil 57 verläuft. Sobald die Sollbruchstelle anspricht und das Berstventil öffnet, entsteht ein Kurzschluss, der zum Abschalten des Moduls führt.
In den Figuren 7 bis 10 ist ein anderes Prinzip der elektri- sehen Kontaktgabe dargestellt. Gemeinsam ist den Figuren der Becher 70 des Kondensatormoduls mit zugehörigem Deckel 71, die beide gegeneinander elektrisch isoliert sind. Speziell in Figur 7 ist gezeigt, dass ein Element 72 mit einer Ausnehmung 73 von einer Isolationsschicht 74 bedeckt ist. Ein Gegenele- ment 75, das als Dorn ausgebildet ist, kann infolge eines äußeren Einflusses sich bewegen und durchdringt dabei mit seiner Spitze die Isolationsschicht 74. Beispielsweise kann dies durch Druckerhöhung erfolgen. In den Figuren 8 bis 10 sind dafür unterschiedliche Realisierungen gezeigt, wobei sich das Element 75 jeweils in einem Hohlraum 76 befindet. Speziell in Figur 9 ist im Hohlraum 76 eine bei niedriger Temperatur siedende Flüssigkeit angeordnet, die bei Temperaturerhöhung sich ausdehnt und damit das Element 75 aktiviert. In Figur 10 befindet sich im Hohlraum 76 eine Spiralfeder 78. Unterhalb des Elementes 75 befindet sich entweder die isolierende Polymerschicht oder ein bei niedriger Temperatur schmelzendes Metall, wobei der Boden entweder aufschmilzt oder sich zumindest bei Temperaturerhöhung erweicht und damit das Element 75 aktiviert. Wenn der Becherboden berührt wird, bildet sich somit ein Kurzschluss.
Eine Alternative ist in der Figur 11 angegeben. Der Aufbau entspricht weitgehend dem der Figur 8, und hat einen Becher 100 und einen Deckel 101, die durch eine Isolationsschicht 102 gegeneinander elektrisch isoliert sind. Wesentlich ist in Figur 11, dass die isolierende Schicht 102 aus einem bei niedriger Temperatur schmelzenden Isolatormaterial besteht, so dass durch Temperaturerhöhungen die Schicht schmilzt und ein direkter elektrischer Kontakt entsteht. Dazu ist vorteilhafterweise entsprechend der Ausschnittszeichnung der Figur 11 eine Nut-/Keilverbindung vorhanden, so dass ein Ansprechen dieser Sicherung bei geringsten Temperaturerhöhungen bewirkt
werden kann .
In den Figuren 12 bis 14 ist dargestellt, dass einzelne Doppelschichtkondensatoren in unterschiedlicher Weise verschal- tet werden können. Beispielsweise ist eine Parallelschaltung entsprechend Figur 12 und 13 oder auch eine Hintereinanderschaltung entsprechend Figur 14 möglich. In allen Fallen sind die Becher 100, 100' der Doppelschichtkondensatoren zwischen metallischen Schienen 120 und 130 angeordnet.
In Figur 12 befindet sich weiterhin ein Uberwachungselement
140 in der Anordnung, das aus zwei metallischen Teilelementen
141 und 142 besteht, von denen eines mit der (+) -Schiene 120 und das andere mit der (-) -Schiene 130 verbunden ist. Mindes- tens das eine Element 142 besteht dabei aus Bimetall und verformt sich bei Temperaturerhöhung. Durch geeignete Formgebung eines solchen Stromleiters als temperatursensitiver Ausdeh- nungswart kann erreicht werden, dass bei vorgegebener Temperaturerhöhung eine Kontaktgabe der Elemente 141 und 142 und damit der Kurzschluss erfolgt.
In Figur 13 ist dasjenige Element 142, das aus Bimetall besteht, jeweils unmittelbar mit elektrisch kontaktierend am Becher 100, 100' der Doppelschichtkondensatoren befestigt. Damit kann jeder einzelne Doppelschichtkondensator nach dem anhand von Figur 12 beschriebenen Prinzip überwacht werden.
Bei einer Hintereinanderschaltung einer Mehrzahl von Doppelschichtkondensatoren genügt im Allgemeinen ein einziges EIe- ment 140, wie es in Figur 14 gezeigt ist. Ein temperatursensitiver Stromleiter 145 ist hier so zwischen den beiden Potenzial fuhrenden Schienen 120 und 130 bzw. 130' angeordnet, dass bei Erreichen einer vorgegebenen Temperatur ein Kurzschluss entsteht.
Anhand der Figuren 15 bis 17 wird verdeutlicht, wie mit rein elektrischen Schaltmitteln eine eigensichere Überwachung von Doppelschichtkondensatoren erfolgen kann. In diesem Fall ist das als elektrischer Kondensator symbolisch dargestellte Modul, das entweder einen einzigen DSK oder auch mehrere DSK' en beinhaltet, mit 150 bezeichnet.
In den Fig. 15 bis 17 sind jeweils zwei Begrenzungselemente 161, 172 oder 182 parallel geschaltet, um redundante Überwachungen ausfuhren zu können. Im Prinzip ist jedoch für diese Funktion - bei geringeren Redundanzanforderungen -jeweils nur ein diesbezügliches Element erforderlich.
Speziell in Figur 15 wird durch Gegentaktschaltung mindestens einer Sperrdiode 151 zu einem Thyristor 152 die geforderte Uberwachungsfunktion erreicht. Im Fehlerfall zündet die in der Sperrspannung begrenzte Diode den Thyristor 152. Dagegen ist in Figur 16 neben dem Thyristor 152 mindestens ein Varistor 161 vorhanden, der bei Überspannung den Thyristor 152 zündet .
Entsprechendes gilt für die Figur 17, bei der statt der beiden Varistoren 161 aus Figur 16 mindestens einer Zehnerdiode 171 dem Thyristor 152 parallel geschaltet ist.
Die Zündung des Thyristors 152 kann auch, wie in Fig. 17 dar- gestellt, durch weitere Sensoren, die z.B. auf Temperatur oder Druck reagieren, erfolgen. Dadurch können einzelne Module des gesamten Energiespeichers mittels einer Spannungs- und Temperaturerfassung hardwaremaßig überwacht und im Fehlerfall aus dem Energiespeicher ausgruppiert werden.
In Figur 17 sind derartige Sensoren als ein im Fehlerfall öffnender Schalter 155, dem eine Sicherung 156 nachgeschaltet ist, mit einem weiteren Schalter 158 realisiert. Zusatzlich sind Leuchtdioden 181 mit vorgeschalteten Widerstanden 182 vorhanden, über die eine optische Anzeige erfolgen kann.
Vorteilhafterweise ist bei einem Aufbau gemäß Figur 17 jeweils ein öffnender Schalter 155 pro DSK-Modul 150 vorhanden. Alternativ können den Bauelementen 151, 161, 171 der Figuren 15 bis 17 auch im Fehlerfall schließende Schalter parallel geschaltet sein.
Bei allen funktionsmäßig unterschiedlich arbeitenden Ausführungsbeispielen ist die geforderte Eigensicherheit gegeben. Ein Ansprechen der Sicherung kann ohne separate elektrische Spannungsversorgung, d.h. allein durch die implementierten technischen, physikalischen und/oder chemischen Mittel erfol- gen. Dies gilt auch für die Schaltungen gemäß den Figuren 15 bis 17, da hier keine Komparatoren oder andere Vergleichsschaltungen benötigt werden, sondern die verwendeten Bauelemente aufgrund ihrer spezifischen Charakteristik durchschalten. Dies lässt sich gegebenenfalls auch ohne Thyristoren er- reichen.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung mit wenigstens einem Doppelschichtkondensator (DSK) oder mit einem Modul, das wenigstens einen Doppel- schichtkondensator (DSK) enthalt, sowie mit einer Schutzeinrichtung für den Doppelschichtkondensator (DSK) oder das Modul, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzeinrichtung Mittel für eine eigensichere Abschaltung (5; 20, 30; 55, 56; 75; 140) des wenigstens einen Doppelschichtkondensators (DSK) o- der des Moduls mit dem mit wenigstens einen Doppelschichtkondensators (DSK) enthalt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzeinrichtung als Abschaltmittel physikalische und/oder chemische Großen, wie Überdruck, Temperatur, chemische Reaktion, Überspannung o. dgl . , als treibende Kraft benutzt, um den Kondensator oder das Modul aus einem ersten Zustand in einen zweiten, sicheren Zustand zu überfuhren.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der sichere Zustand einen niederohmigen Kurzschluss, insbesondere eine elektrische Uberbruckung, darstellt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der sichere Zustand einen hochohmigen Zustand, insbesondere bis hin zur Freischaltung, darstellt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator oder das Modul eine Schmelzsicherung (5) enthalt, die bei Ubertemperatur auslost.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei jeder Doppelschichtkondensators aus einem Becher und einem Deckel besteht, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelzsicherung (5) zwischen Deckel (2) und Becher (1) des Doppelschichtkondensators (DKS) angebracht ist und bei Überschreitung einer Grenztemperatur einen Kurzschluss zwischen Deckel (1) und Becher (10) hervorruft.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelzsicherung (5) an einer thermisch exponierten Stelle (6), z.B. am Deckel des Kondensatorgehauses, angeordnet ist .
8. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator (DSK) einen Separator (5) mit einer geeigneten Schmelztemperatur enthalt, wobei der Separator (5) bei Überschreiten der Schmelztemperatur die elektrolytische Ver- bindung beider Elektroden (1, 2) verhindert und dadurch hoch- ohmig wird.
9. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator (DSK) oder das Modul ein druckempfindliches Element (55, 56) enthalt, welches im Schadensfall einen Kurz- schluss herbeifuhrt.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Gehauseboden oder in der Gehausewandung (50) des Kondensa- tors (DSK) ein Element (56) angeordnet ist, das sich bei
Überdrucken nach außen wölbt und mit dem Stromstrang (57) der Gegenelektrode (51) Kontakt herstellt.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Element als Berstsicherung ausgebildet ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Spindel vorhanden ist, die den Elektrodenwickel aufnimmt, wobei ein darin befindlicher Dorn bzw. Bolzen (75) im Schadensfall eine elektrische Verbindung zum Gehäuse (50) herstellt .
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die auslosende Kraft für den Dorn bzw. Bolzen (75) eine niedrig siedende Flüssigkeit ist, die bei Ubertemperatur den Bolzen (75) durch den Spindelboden (71) treibt.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die treibende Kraft des Dorns/Bolzens (75) eine unter mechanischer Spannung befindliche Feder (78) ist, wobei eine ruckhaltende Kraft durch eine Scheibe (72) im Spindelboden gebildet ist, welche bei definierter Temperatur schmilzt oder ihre mechanische Festigkeit verliert.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Dorn (75) bzw. der Bolzen nach dem Prinzip eines Re- duzierkolbens zum Gehauseboden (72) getrieben wird.
16. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zwischen Deckel (2) und Gehäuse (1) des Kondensators dichtende Isolator entweder bei einer kritischen Temperatur definiert schmilzt und durch im Deckel befindliche Dorne ein Kurzschluss hergestellt wird, wobei die treibende Kraft der Überdruck im Kondensatorinneren ist.
17. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein auf Temperatur reagierender Schalter vorhanden ist, der im Modul bei Ubertemperatur entweder das gesamte Modul, einzelne Strange und/oder einzelne Kondensatoren (100) kurzschließt oder die Stromanbindung des Moduls unterbindet.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass eine auf Temperatur reagierende Anordnung (140) am oder im Kondensator (100, 100') vorhanden ist, wobei bei Ubertemperatur ein Kurzschluss erzeugt wird.
19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass ein externer Leiter (14') vorhanden ist, der sich temperaturbedingt ausdehnt und einen Kurzschluss bewirkt.
20. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Doppelschichtkondensator oder das Modul als Mittel für eine eigensichere Abschaltung eine uberspannungssensitive Schutzbeschaltung (150 - 171) enthalt.
21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die uberspannungssensitive Schutzbeschaltung aus mindestens einer Diode (151) mit vorgegebener Sperrspannung besteht, wobei die Diode (151) den Doppelschichtkondensator oder das Doppelschichtkondensatoren enthaltende Modul (150) bei Überspannung in einen sicheren Kurzschluss überfuhrt.
22. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die uberspannungssensitive Schutzbeschaltung aus mindes- tens einem, parallel zum Modul oder einem oder mehreren der Doppelschichtkondensatoren (150) geschalteten Varistor (161) enthalt .
23. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die uberspannungssensitive Schutzeinrichtung aus mindestens einem parallel zum Modul oder einem oder mehreren der Doppelschichtkondensatoren (150) geschalteten Zenerdiode (171) enthalt.
24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die uberspannungssensitive Schutzeinrichtung einen Thyristor (152), der von der wenigstens einen Sperrdiode (151), Varistor (161) oder Zenerdiode (171) bei Überschreiten eines vorgegebenen Spannungswertes gezündet wird, enthalt.
25. Vorrichtung nach Anspruch 23 oder Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Zenerdiode (171) die Zündung des Kurzschließens durch eine Sicherung so lange verhindert wird, bis die Zenerdiode (171) durchlegiert ist und bei Wiederauf- schaltung der Spannung der in Reihe geschalteten Module (DKS) eine Spannungsaufnahme am defekten Modul (DKS) verhindert.
26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass Schmelzsicherungen und Uberdruckschalter derart verschaltet sind, dass auch bei Ubertemperatur oder Überdruck ein Zünden des Thyristors (161) bewirkt wird.
27. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Unterbrechen oder Kurzschließen der eigensicheren Schutzabschaltung durch eine chemische Reaktion mit im Schadensfall austretenden Komponenten bewerkstelligt wird.
28. Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass durch den austretenden Elektrolyten eine Schutzfolie
(73) zwischen zwei metallischen Kontakten, die mit den Polen des Kondensators (75) verbunden sind, auf- bzw. angelöst werden, wodurch ein Kurzschluss herbeigeführt wird.
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