WO2016120058A1 - Anordnung mit einem wärmeisolierenden schalter und einer wärmeisolierung - Google Patents

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WO2016120058A1
WO2016120058A1 PCT/EP2016/050447 EP2016050447W WO2016120058A1 WO 2016120058 A1 WO2016120058 A1 WO 2016120058A1 EP 2016050447 W EP2016050447 W EP 2016050447W WO 2016120058 A1 WO2016120058 A1 WO 2016120058A1
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switch
heat
arrangement
connection means
battery
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PCT/EP2016/050447
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Andreas Letsch
Joerg Thielen
Martin Tenzer
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/54—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the switching device and for which no provision exists elsewhere
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/658—Means for temperature control structurally associated with the cells by thermal insulation or shielding
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • 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
    • H01M50/574—Devices or arrangements for the interruption of current
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the invention relates to an arrangement with a heat-insulating switch and a heat insulation for forming an electrical line bushing through the thermal insulation, in particular for the electrical connection of a thermally insulated electrochemical battery with a consumer.
  • the invention further relates to a heat-insulated electrochemical battery and a battery management system for controlling the heat-insulated battery, wherein the heat-insulated battery for forming a cable feedthrough by the heat insulation has a heat-insulating switch.
  • Electrical conductors with a low electrical resistance usually also have a low thermal resistance. If an electrical conductor passed through a heat insulation, so is a
  • Cable cross-section is required to transport high electrical currents can also be expected a large heat loss. Regardless of whether an electric current flows, there is a loss of heat
  • the energy loss due to the heat loss may be a loss of a few percent of
  • Heat transfer in the range of a supply line can be reduced.
  • the arrangement on the side of the inner space has inner connection means
  • the arrangement on the side of the outer space has outer connection means
  • the switch in a closed state, the inner connection means with the outer connection means electrically conductive connects and in an open state electrically separates the inner connection means of the outer connection means, wherein the arrangement a
  • a current flowing through the switch is detected by the control unit, the switch is controllable by the control unit such that the switch is actuated only in a substantially de-energized state, and the switch is arranged in the heat insulation is that over the switch in the open state, a thermal insulation between the inner connection means and the outer connection means takes place.
  • Such an arrangement has the advantage that a heat dissipation over a line feedthrough formed by the arrangement is substantially only possible when the switch is closed. At times when no electrical power is needed, the switch can be opened, so that the heat flow can be substantially turned off.
  • the arrangement offers the advantage that the arranged in a thermal insulation switch is not actuated under load, so that no sparks or an arc arise through which the heat insulation could be inflamed.
  • the contacts of the switch are protected from welding or burning and thus from rapid wear.
  • connection means and / or outer connection means at least partially embedded in the thermal insulation has the advantage that the switch can be arranged such that it is arranged enclosed by the heat insulation.
  • the switch is arranged within the heat insulation such that the heat insulation is partially arranged between the switch and the interior and / or exterior space.
  • This embodiment has the advantage that the thermal bridge is prevented not only via the contacts of the switch, but also via the switch as a component or assembly.
  • the switch, as a component or assembly advantageously arranged in the heat insulation that this does not interrupt the heat insulation at any point, but is completely enclosed by it.
  • the switch can be arranged in the intermediate space.
  • the switch can be arranged completely between the inner and outer wall as a self-contained component with a housing surrounding the switch.
  • This embodiment has the advantage that the switch can be arranged within the heat insulation without the thermal insulation, for example by reducing the wall thickness, would have to be weakened.
  • the switch is arranged such that both between the switch and the
  • Heat insulation is arranged. In this way, it is not possible that the switch itself, for example due to heat-conducting housing, forms a thermal bridge.
  • Thermal insulation characterized by their interior or exterior facing surfaces and their wall thickness, so an interruption of the surfaces can be limited to the cross-sectional area of the connection means.
  • a partial vacuum is formed in the intermediate space.
  • Partial vacuum or low pressure vacuum heat transfer due to heat conduction between the inner and outer wall as well as between the contacts of the switch in the open state is largely prevented.
  • the switch disposed in or inside the thermal insulation is of a type
  • Control unit controllable. Such control by the control unit requires transmission of control signals to the switch, which is usually via signal lines.
  • the control unit is advantageously arranged in a region outside the heat insulation.
  • the control unit is in Outdoor space arranged. Since the control unit in addition to a signal line for controlling the switch usually further signal lines, such as for detecting a request for closing the switch, or for detecting a current flowing through the switch, allows an arrangement of the control unit in the outer space, the number of in the
  • the energy required to actuate the switch can be supplied by the control unit.
  • the switch is designed multipolar. To form a closed circuit several unipolar cable bushings or at least a multi-pole cable feedthrough are required.
  • the switch is preferably bipolar, for example, constructed to close a high current circuit.
  • the switch is trapezoidal or conical and has switching contacts, which are arranged along the cone or trapezoid.
  • such an embodiment has the advantage that in a translational movement of the inner cone along the axis of rotation between the inner and outer cone a variable in width gap arises, which ensures not only electrical, but also a thermal insulation. This applies to a trapezoidal structure
  • the switch further comprises an effector and actuator, which via a
  • Stamp are connected together. Such a configuration allows a additional heat insulation between the effect gate and actuator, in which, for example, the stamp is made heat-insulating.
  • a solenoid acting as an actuator can be thermally isolated from a thermo-insulating punch by an inner cone connected to the plunger and acting as an effector.
  • the switch could, for example, have an electromagnetically actuable tilting mechanism or a disk rotatable by a drive, in which contacts which are arranged, for example, at its circumference by rotation of the disk, can be electrically connected via a bridge arranged on the disk.
  • a battery and a battery management system for controlling the heat-insulated battery wherein the heat-insulated battery has an arrangement with a
  • the heat-insulated battery has an energy store, which is disposed within the space enclosed by the heat insulation interior, wherein the energy storage is connected in the interior with the inner terminal means, wherein the heat-insulated battery in a closed state of the switch via the external connection means loadable and / or is dischargeable, and wherein the function of the control unit is executable by the battery management system.
  • the battery management is advantageously set up such that the switch is actuated only in a substantially de-energized state.
  • Such a battery which may be embodied for example as LiS batteries with polymer electrolyte and in particular as a vehicle battery, has the advantage that in a rest mode in which it is discharged with no or substantially no current, even over the Cable bushings through the thermal insulation essentially no heat loses.
  • a rest mode in which it is discharged with no or substantially no current, even over the Cable bushings through the thermal insulation essentially no heat loses.
  • the Battery capacity which would have to be expended for a compensation of the heat loss can be saved.
  • means for current detection which are commonly available to a battery management system, can be used advantageously to control the operation of the switch beyond its usual use such that its operation only in the
  • Fig. 1 shows an arrangement with a switch in a thermal insulation according to the prior art
  • Fig. 2 shows a first embodiment of an inventive
  • Fig. 3 shows a second embodiment of an inventive
  • Fig. 4 shows a third embodiment of an inventive
  • FIG. 1 shows, as a prior art, a switch 300 designed as a circuit breaker on electrical supply lines or connection means 401, 501 of FIG
  • Fig. 2 shows a first embodiment of an inventive arrangement
  • the thermal insulation 100 insulates an interior space 5 from an exterior space 4.
  • the arrangement 1 has internal connection means 501 on the side of the interior 5 and outer connection means 401 on the side of the exterior space 4. In a closed
  • the switch 300 electrically connects the inner terminal means 501 with the outer terminal means 401, and in an open state of the switch 300, the inner terminal means 501 are external
  • Connection means 401 electrically isolated.
  • the arrangement 1 has a control unit 600 for controlling the
  • the switch 300 can be controlled by the control unit 600 via the first signal line 602 such that the switch 300 can only be actuated in a substantially currentless state. Further, the switch 300 is so in thermal insulation
  • Connection means 401 takes place. Further, the inner terminal means 501 and the outer terminal means
  • the switch 300 is disposed within heat insulation 100 such that thermal insulation 100 is disposed between switch 300 and interior 5 and between switch 300 and exterior 4. As a result, the switch 300 is completely enclosed by the heat insulation 100, so that the housing 300 of the switch 300 and the switch 300 as well
  • Fig. 3 shows a second embodiment of an inventive
  • Arrangement 1 The embodiment shown in Fig. 3 corresponds to
  • the inner connection means 501 are passed through the inner wall 205 and the outer connection means 401 are passed through the outer wall 204.
  • the gap between the inner wall 205 and the outer wall 204 is a free space, i. executed without insulation material.
  • the switch 300 is arranged in this intermediate space, which otherwise, apart from connection means 501, 401 and the first signal line 602, has a partial vacuum for improving the thermal insulation.
  • the control unit 600 is disposed in an area outside the heat insulation 200 in the exterior 4.
  • the energy required to actuate the switch 300 is the switch 300 through the control unit 600 via the first
  • Signal line 602 can be fed.
  • FIG 4 shows a third embodiment of an arrangement 1 according to the invention, in which the thermal insulation 200 is designed with an inner 205 and an outer wall 204, the switch 300 is arranged between the walls 204, 205, and the switch 300 has a conical design.
  • FIG. 4 Apart from the design of the switch 300, the embodiment shown in FIG. 4 essentially corresponds to the exemplary embodiment described above in FIG. 3. In addition to the design of the switch 300, FIG. 4 differs from FIG. 3 in that the measuring means for detecting a current flowing through the switch 300 is integral with the external connection means 400, 401, 402 are executed.
  • the inner connection means 500, 501, 502 and the outer connection means 400, 401, 402 are designed for two poles each.
  • the switch 300 shown in Fig. 4 is conical and has
  • the conical switch 300 is designed bipolar and allows the inner
  • Insulation is guaranteed.
  • Connection means 401, 402 at their respective ends planar contacts, which are arranged opposite one another in shape on an outer cone.
  • Two bridge contacts 301 and 302 are arranged on an inner cone such that when the inner cone is introduced into the outer cone, the contacts of the outer cone can be electrically connected by the bridge contacts 301 and 302.
  • the contacts are flat, so that when closing the switch 300 large contact surfaces for in
  • the arrangement of the contacts along the axis of rotation of a cone allows both the formation of planar contacts and a cascading.
  • a translational movement 306 of the inner cone along the axis of rotation between the inner and the outer cone is formed in its width variable gap, which ensures not only electrical, but also a thermal insulation.
  • the switch 300 has an effector in the form of bridge contacts 301, 302 and an actuator in the form of a magnetic coil 305, which are connected to one another via a plunger 303, 304.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung (1) mit einem wärmeisolierenden Schalter (300) und einer Wärmeisolierung (100), (200) zur Ausbildung einer elektrischen Leitungsdurchführung durch die Wärmeisolierung (100), (200). Dabei isoliert die Wärmeisolierung (100), (200) einen Innenraum (5) von einem Außenraum (4), wobei die Anordnung (1) auf der Seite des Innenraums (5) innere Anschlussmittel (500), (501 ), (502) und auf der Seite des Außenraums (4) äußere Anschlussmittel (400), (401), (402) aufweist, die durch den Schalter (300) elektrisch leitend verbindbar sind. Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass die Anordnung (1) eine Steuereinheit (600) zur Steuerung des Schalters (300) aufweist, ein über den Schalter (300) fließender Strom von der Steuereinheit (600) erfassbar ist, der Schalter (300) derart von der Steuereinheit (600) kontrollierbar ist, dass der Schalter (300) nur in einem im Wesentlichen stromlosen Zustand betätigbar ist, und der Schalter (300) derart in der Wärmeisolierung (100), (200) angeordnet ist, dass über den Schalter (300) im offenen Zustand eine thermische Isolierung zwischen den inneren Anschlussmitteln (500), (501), (502) und den äußeren Anschlussmitteln (400), (401), (402) erfolgt. Die Erfindung betrifft weiterhin eine wärmeisolierte elektrochemische Batterie und ein Batteriemanagementsystem zur Steuerung der wärmeisolierten Batterie, wobei die wärmeisolierte Batterie zur Ausbildung einer Leitungsdurchführung durch die Wärmeisolierung (100), (200) einen wärmeisolierenden Schalter (300) aufweist.

Description

Beschreibung
Titel
Anordnung mit einem wärmeisolierenden Schalter und einer Wärmeisolierung
Die Erfindung betrifft eine Anordnung mit einem wärmeisolierenden Schalter und einer Wärmeisolierung zur Ausbildung einer elektrischen Leitungsdurchführung durch die Wärmeisolierung, insbesondere zur elektrischen Verbindung einer wärmeisolierten elektrochemischen Batterie mit einem Verbraucher. Die
Erfindung betrifft weiterhin eine wärmeisolierte elektrochemische Batterie und ein Batteriemanagementsystem zur Steuerung der wärmeisolierten Batterie, wobei die wärmeisolierte Batterie zur Ausbildung einer Leitungsdurchführung durch die Wärmeisolierung einen wärmeisolierenden Schalter aufweist.
Stand der Technik
Elektrische Leiter mit einem niedrigen elektrischen Widerstand weisen in der Regel auch einen niedrigen thermischen Widerstand auf. Wird ein elektrischer Leiter durch eine Wärmeisolierung hindurchgeführt, so wird ein
wärmeisolierender Stoff mit einer niedrigen Wärmeleitfähigkeit zumindest punktuell von dem elektrischen Leiter mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit unterbrochen, sodass eine Wärmebrücke entsteht. Dabei ist ein Wärmeverlust über eine derartige Wärmebrücke umso größer, je größer der
Leitungsquerschnitt des elektrischen Leiter ist. Das Problem eines
unerwünschten Wärmeverlustes bzw. Wärmeaustausches steigt somit mit zunehmendem Leitungsquerschnitt. In den Fällen, in denen ein großer
Leitungsquerschnitt erforderlich ist um hohe elektrische Ströme transportieren zu können, ist auch ein großer Wärmeverlust zu erwarten. Unabhängig davon, ob ein elektrischer Strom fließt, erfolgt ein sich in einem Wärmeverlust
niederschlagender Wärmefluss, sobald eine thermische Differenz zwischen den Seiten einer Wärmeisolierung besteht. Ein Beispiel für eine derartige Situation stellt der Betrieb einer wärmeisolierten Hochtemperaturbatterie dar. Bei Batterien, die bei Temperaturen oberhalb der Umgebungstemperatur betrieben werden, wie zum Beispiel LiS-Batterien mit Polymer-Elektrolyt, fließt über die elektrischen Leiter neben der elektrischen Energie auch Energie in Form von Wärme ab. Wird die für den Betrieb der Batterie erforderliche Wärme von der Batterie selbst erzeugt, so reduziert die zur Kompensation des Wärmeverlustes erforderliche Energie die für einen
Verbraucher bereitstellbare elektrische Energie.
Während einer üblichen Entladung der Batterie ist ein derartiger Energieverlust nicht zu vermeiden, wobei bei geeigneter Wahl des Leitungsquerschnitts der Energieverlust aufgrund des Wärmestroms gegenüber der Energieentnahme aufgrund des elektrischen Stroms üblicherweise zu vernachlässigen ist. Wird eine elektrische Entladung jedoch zwischenzeitlich unterbrochen, wie dies beispielsweise in einem Elektrofahrzeug der Fall ist, kann der Energieverlust aufgrund des Wärmeverlusts einen Verlust von einigen Prozent der
Batteriekapazität verursachen. Um Wärmeströme von elektrischen Zuleitungen im Bereich einer Isolationshülle von elektrochemischen Einheiten zu reduzieren, ist aus der DE 10321 132 A1 ein Trennschalter im Bereich eines Durchgangs durch eine Wärmedämmung bekannt, durch den die elektrische Verbindung unterbrochen und ein
Wärmetransport im Bereich einer Zuleitung reduziert werden kann.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß vorgesehen ist eine Anordnung mit einem wärmeisolierenden Schalter und einer Wärmeisolierung zur Ausbildung einer elektrischen
Leitungsdurchführung durch die Wärmeisolierung, insbesondere zur elektrischen
Verbindung einer wärmeisolierten elektrochemischen Batterie mit einem
Verbraucher, wobei die Wärmeisolierung einen Innenraum von einem
Außenraum wärmeisoliert, die Anordnung auf der Seite des Innenraums innere Anschlussmittel aufweist, die Anordnung auf der Seite des Außenraums äußere Anschlussmittel aufweist, und der Schalter in einem geschlossenen Zustand die inneren Anschlussmittel mit den äußeren Anschlussmitteln elektrisch leitend verbindet und in einem offenen Zustand die inneren Anschlussmittel von den äußeren Anschlussmitteln elektrisch trennt, wobei die Anordnung eine
Steuereinheit zur Steuerung des wärmeisolierenden Schalters aufweist, ein über den Schalter fließender Strom von der Steuereinheit erfassbar ist, der Schalter derart von der Steuereinheit kontrollierbar ist, dass der Schalter nur in einem im Wesentlichen stromlosen Zustand betätigbar ist, und der Schalter derart in der Wärmeisolierung angeordnet ist, dass über den Schalter im offenen Zustand eine thermische Isolierung zwischen den inneren Anschlussmitteln und den äußeren Anschlussmitteln erfolgt.
Eine derartige Anordnung weist den Vorteil auf, dass ein Wärmeabfluss über eine durch die Anordnung ausgebildete Leitungsdurchführung im Wesentlichen nur möglich ist, wenn der Schalter geschlossen ist. Zu Zeitpunkten, in denen kein elektrischer Strom benötigt wird, kann der Schalter geöffnet werden, so dass auch der Wärmeabfluss im Wesentlichen abgestellt werden kann. Darüber hinaus bietet die Anordnung den Vorteil, dass der in einer Wärmeisolierung angeordnete Schalter nicht unter Last betätigt wird, so dass keine Funken oder ein Lichtbogen entstehen, durch die die Wärmeisolierung entflammt werden könnte. Als weiterer Vorteil werden die Kontakte des Schalters vor Verschweißen oder Abbrand und somit vor schnellem Verschleiß geschützt.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die inneren
Anschlussmittel und/oder äußeren Anschlussmittel zumindest teilweise in die Wärmeisolierung eingelassen. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass der Schalter derart angeordnet werden kann, dass dieser von der Wärmeisolierung umschlossen angeordnet ist. Vorteilhaft ist der Schalter derart innerhalb der Wärmeisolierung angeordnet, dass zwischen dem Schalter und dem Innenraum und/oder Außenraum teilweise die Wärmeisolierung angeordnet ist. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die Wärmebrücke nicht nur über die Kontakte des Schalters, sondern auch über den Schalter als Bauteil oder Baugruppe verhindert wird. Mit anderen Worten wird der Schalter, auch als Bauteil oder Baugruppe, vorteilhaft derart in der Wärmeisolierung angeordnet, dass dieser die Wärmeisolierung an keiner Stelle unterbricht, sondern vielmehr gänzlich von ihr umschlossen ist. Weiterhin vorteilhaft weist die Wärmeisolierung eine innere Wand und eine äußere Wand mit einem dazwischen angeordneten Zwischenraum auf. Dabei ist dieser Zwischenraum vorteilhaft als Freiraum ausgebildet. Eine derartige Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass der Schalter in dem Zwischenraum angeordnet werden kann. So kann der Schalter beispielsweise als in sich geschlossenes Bauteil mit einem den Schalter umgebenden Gehäuse komplett zwischen der inneren und äußeren Wand angeordnet sein. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass der Schalter innerhalb der Wärmeisolierung angeordnet werden kann, ohne dass die Wärmeisolierung, beispielsweise durch eine Reduzierung deren Wandstärke, geschwächt werden müsste. Der Schalter ist dabei derart angeordnet, dass sowohl zwischen dem Schalter und dem
Innenraum als auch zwischen dem Schalter und dem Außenraum
Wärmeisolierung angeordnet ist. Auf diese Weise ist es nicht möglich, dass der Schalter selbst, beispielsweise aufgrund wärmeleitenden Gehäuses, eine Wärmebrücke ausbildet.
Vorteilhaft sind die inneren Anschlussmittel durch die innere Wand
hindurchgeführt und/oder die äußeren Anschlussmittel durch die äußere Wand hindurchgeführt. Eine derartige Ausgestaltung erlaubt eine Schwächung der Wärmeisolierung sehr weit zu reduzieren. Wird die Geometire der
Wärmeisolierung durch ihre dem Innen- bzw. Außenraum zugewandte Flächen sowie ihre Wandstärke gekennzeichnet, so kann eine Unterbrechung der Flächen auf die Querschnittsfläche der Anschlussmittel beschränkt werden. Vorteilhaft ist in dem Zwischenraum ein Teilvakuum ausgebildet. Durch ein
Teilvakuum bzw. Niederdruckvakuum wird eine Wärmeübertragung aufgrund von Wärmeleitung zwischen innerer und äußerer Wand ebenso wie zwischen den Kontakten des Schalters im geöffneten Zustand weitestgehend unterbunden. Der in oder innerhalb der Wärmeisolierung angeordnete Schalter ist von einer
Steuereinheit kontrollierbar. Eine derartige Kontrolle durch die Steuereinheit erfordert eine Übermittlung von Steuersignalen an den Schalter, welche üblicherweise über Signalleitungen erfolgt. Um einen Wärmetransport über ebenfalls durch die Wärmeisolierung hindurchzuführende Signalleitungen gering zu halten bzw. zu vermeiden, ist die Steuereinheit vorteilhaft in einem Bereich außerhalb der Wärmeisolierung angeordnet. Vorteilhaft ist die Steuereinheit im Außenraum angeordnet. Da die Steuereinheit neben einer Signalleitung zur Kontrolle des Schalters in der Regel weitere Signalleitungen, wie beispielsweise zur Erfassung einer Anforderung auf ein Schließen des Schalters, oder zur Erfassung eines über den Schalter fließenden Stroms aufweist, erlaubt eine Anordnung der Steuereinheit im Außenraum die Anzahl der in die
Wärmeisolierung einzuführenden Signalleitungen und somit einen Wärmeverlust über Signalleitungen gering zu halten.
Vorteilhaft ist die zur Betätigung des Schalters erforderliche Energie durch die Steuereinheit zuführbar. Eine Zuführung der für eine Betätigung des Schalters erforderlichen Energie über die Steuereinheit, beispielsweise zur Ansteuerung eines Schalters in Form eines Relais, erlaubt die Anzahl der Signal- und
Versorgungsleitungen gering zu halten.
Weiterhin vorteilhaft ist der Schalter mehrpolig ausgeführt. Zur Ausbildung eines geschlossenen Stromkreises sind mehrere einpolige Leitungsdurchführungen oder zumindest eine mehrpolige Leitungsdurchführung erforderlich. Der Schalter ist vorzugsweise zweipolig, beispielsweise zur Schließung eines Hochstrom- Stromkreises aufgebaut. In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Schalter trapezförmig oder konisch aufgebaut und weist Schaltkontakte auf, die entlang des Konus bzw. Trapez angeordnet sind. Ein trapezförmiger oder konischer Aufbau eines Schalters, bei dem zwei Kontaktflächen auf einem Außenkonus einander gegenüberliegend angeordnet sind, und bei dem ein Brückenkontakt derart auf einem Innenkonus angeordnet ist, dass bei einer Einführung des Innenkonus in den Außenkonus die Kontakte des Außenkonus durch den Brückenkontakt elektrisch verbindbar sind, erlaubt eine Kaskadierung mehrerer auch großflächig ausgeführter Pole entlang der Rotationsachse des Konus. Dabei weist eine derartige Ausführung des Vorteil auf, dass bei einer translatorischen Bewegung des Innenkonus entlang der Rotationsachse zwischen dem Innen- und dem Außenkonus ein in seiner Breite veränderlicher Spalt entsteht, der nicht nur eine elektrische, sondern auch eine thermische Isolierung gewährleistet. Dies gilt bei einem trapezförmigen Aufbau
entsprechend. Vorteilhaft weist der Schalter ferner einen Effektor und Aktor auf, die über einen
Stempel miteinander verbunden sind. Eine derartige Ausgestaltung erlaubt eine zusätzliche Wärmeisolierung zwischen Effekttor und Aktor, in dem beispielsweise der Stempel wärmeisolierend ausgeführt ist.
So kann beispielsweise bei einem trapezförmig oder konisch aufgebauten Schalter eine als Aktor wirkende Magnetspule über einen wärmeisolierend ausgeführten Stempel thermisch von einem mit dem Stempel verbundenen und als Effektor wirkenden Innenkonus isoliert werden.
Alternativ könnte der Schalter beispielsweise einen elektromagnetisch auslösbaren Kippmechanismus oder eine durch einen Antrieb drehbare Scheibe aufweisen, bei welcher durch eine Drehung der Scheibe beispielsweise an ihrem Umfang angeordnete Kontakte über eine auf der Scheibe angeordnete Brücke elektrisch verbindbar sind. Erfindungsgemäß vorgesehen ist ferner eine wärmeisolierte elektrochemische
Batterie und ein Batteriemanagementsystem zur Steuerung der wärmeisolierten Batterie, wobei die wärmeisolierte Batterie eine Anordnung mit einem
wärmeisolierenden Schalter und einer Wärmeisolierung zur Ausbildung einer elektrischen Leitungsdurchführung durch die Wärmeisolierung zur elektrischen Verbindung der Batterie mit einem Verbraucher nach einem der vorherigen
Ansprüche aufweist, wobei die wärmeisolierte Batterie einen Energiespeicher aufweist, der innerhalb des von der Wärmeisolierung umschlossen Innenraums angeordnet ist, wobei der Energiespeicher in dem Innenraum mit den inneren Anschlussmitteln verbunden ist, wobei die wärmeisolierte Batterie bei einem geschlossenen Zustand des Schalters über die äußeren Anschlussmittel ladbar und/oder endladbar ist und wobei die Funktion der Steuereinheit durch das Batteriemanagementsystem ausführbar ist. Dabei ist das Batteriemanagement vorteilhaft derart eingerichtet, dass der Schalter nur in einem im Wesentlichen stromlosen Zustand betätigt wird.
Eine derartige Batterie, die zum Beispiel als LiS-Batterien mit Polymer-Elektrolyt und insbesondere als Fahrzeugbatterie ausgeführt sein kann, weist den Vorteil auf, dass sie in einem Ruhemodus, in dem sie mit keinem oder im Wesentlichen keinem Strom entladen wird, auch über die Leitungsdurchführungen durch die Wärmeisolierung im Wesentlichen keine Wärme verliert. Dadurch können bei einer Verwendung in einem Elektrofahrzeug täglich bis zu einigen Prozent der Batteriekapazität, welche für eine Kompensation des Wärmeverlustes aufgewendet werden müssten, eingespart werden. Darüber hinaus kann über das Batteriemanagement in vorteilhafter Weise die Steuerung des Schalters ausgeübt werden. Ferner können Mittel zur Stromerfassung, welche einem Batteriemanagementsystem üblicherweise zur Verfügung stehen, in vorteilhafter Weise dazu verwendet werden, über ihre übliche Nutzung hinaus die Betätigung des Schalters derart zu kontrollieren, dass seine Betätigung nur in im
Wesentlichen stromlosen Zustand erfolgt, so dass eine Entzündung der
Wärmeisolierung auf Grund von Funkenbildung ausgeschlossen werden kann. Damit wird vorteilhaft nicht nur ein Verschweißen oder ein Abbrand der Kontakte vermieden, sondern ein Entflammen der den Schalter umgebenden
Wärmeisolierung verhindert und somit eine Brandgefahr eliminiert.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden
Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsformen näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Anordnung mit einen Schalter in einer Wärmeisolierung nach dem Stand der Technik;
Fig. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Anordnung mit einem wärmeisolierenden Schalter innerhalb einer Wärmeisolierung und mit einer Steuereinheit zur Betätigung des Schalters;
Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Anordnung, bei welcher die Wärmeisolierung mit einer inneren und einer äußeren Wand ausgeführt ist;
Fig. 4 ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Anordnung, bei welcher die Wärmeisolierung mit einer inneren und einer äußeren Wand ausgeführt ist, der Schalter zwischen den Wänden angeordnet ist und wobei der Schalter eine konische Bauart aufweist. Fig. 1 zeigt als Stand der Technik einen als Trennschalter ausgeführten Schalter 300 an elektrischen Zuleitungen bzw. Anschlussmitteln 401 , 501 von
wärmeisolierten elektrochemischen Einheiten, wobei der Schalter 300 im Bereich des Durchgangs der elektrischen Zuleitungen bzw. Anschlussmittel 401 , 501 durch die Wärmeisolierung 100 die Zuleitungen bzw. Anschlussmittel 401 , 501 trennt und neben der Unterbrechung der elektrischen Verbindung auch die Wärmeströme über die elektrische Zuleitung erheblich reduziert.
Fig. 2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung
1 mit einem wärmeisolierenden Schalter 300 innerhalb einer Wärmeisolierung 100 und mit einer Steuereinheit 600 zur Betätigung des Schalters 300. Die in Fig.
2 gezeigte Anordnung 1 dient zur Ausbildung einer elektrischen
Leitungsdurchführung durch die Wärmeisolierung 100, wie sie beispielsweise für eine elektrische Verbindung einer wärmeisolierten elektrochemischen Batterie mit einem Verbraucher erforderlich ist. Dabei isoliert die Wärmeisolierung 100 einen Innenraum 5 von einem Außenraum 4. Die Anordnung 1 weist auf der Seite des Innenraums 5 innere Anschlussmittel 501 und auf der Seite des Außenraums 4 äußere Anschlussmittel 401 auf. In einem geschlossenen
Zustand verbindet der Schalter 300 die inneren Anschlussmittel 501 mit den äußeren Anschlussmitteln 401 elektrisch leitend, in einem offenen Zustand des Schalters 300 sind die inneren Anschlussmittel 501 von den äußeren
Anschlussmitteln 401 elektrisch getrennt.
Die Anordnung 1 weist eine Steuereinheit 600 zur Steuerung des
wärmeisolierenden Schalters 300 über eine erste Signalleitung 602 auf, wobei ein über den Schalter 300 fließenden Strom über ein Messmittel 603 und eine zweite Signalleitung 601 von der Steuereinheit 600 erfassbar ist. Der Schalter 300 ist über die erste Signalleitung 602 derart von der Steuereinheit 600 kontrollierbar, dass der Schalter 300 nur in einem im Wesentlichen stromlosen Zustand betätigbar ist. Ferner ist der Schalter 300 derart in der Wärmeisolierung
100 angeordnet, dass über den Schalter 300 im offenen Zustand eine thermische Isolierung zwischen den inneren Anschlussmitteln 501 und den äußeren
Anschlussmitteln 401 erfolgt. Ferner sind die inneren Anschlussmittel 501 und die äußeren Anschlussmittel
401 zumindest teilweise in die Wärmeisolierung 100, 200 eingelassen. Der Schalter 300 ist derart innerhalb der Wärmeisolierung 100 angeordnet, dass zwischen dem Schalter 300 und dem Innenraum 5 sowie zwischen dem Schalter 300 und dem Außenraum 4 die Wärmeisolierung 100 angeordnet ist. Dadurch wird der Schalter 300 von der Wärmeisolierung 100 vollständig umschlossen, so dass auch durch das Gehäuse des Schalters 300 bzw. den Schalter 300 als
Einheit keine Wärmebrücke ausgebildet wird.
Fig. 3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Anordnung 1. Das in Fig. 3 gezeigte Ausführungsbeispiel entspricht im
Wesentlichen dem zuvor beschrieben, in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel.
Im Unterscheid zum vorherigen Ausführungsbeispiel weist in diesem
Ausführungsbeispiel die Wärmeisolierung 200 eine innere Wand 205 und eine äußere Wand 204 mit einem dazwischen angeordneten Zwischenraum auf. Die inneren Anschlussmittel 501 sind durch die innere Wand 205 hindurchgeführt und die äußeren Anschlussmittel 401 sind durch die äußere Wand 204 hindurchgeführt. Der Zwischenraum zwischen der inneren Wand 205 und der äußeren Wand 204 ist als Freiraum, d.h. ohne Isolationsmaterial ausgeführt. Der Schalter 300 ist in diesem Zwischenraum angeordnet, welcher ansonsten, abgesehen von Anschlussmitteln 501 , 401 und der ersten Signalleitung 602, zur Verbesserung der Wärmeisolation ein Teilvakuum aufweist.
Die Steuereinheit 600 ist in einem Bereich außerhalb der Wärmeisolierung 200 im Außenraum 4 angeordnet. Die zur Betätigung des Schalters 300 erforderliche Energie ist dem Schalter 300 durch die Steuereinheit 600 über die erste
Signalleitung 602 zuführbar.
Fig. 4 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung 1 , bei welcher die Wärmeisolierung 200 mit einer inneren 205 und einer äußeren Wand 204 ausgeführt ist, der Schalter 300 zwischen den Wänden 204, 205 angeordnet ist und wobei der Schalter 300 eine konische Bauart aufweist.
Abgesehen von der Bauart des Schalters 300 entspricht das in Fig. 4 gezeigte Ausführungsbeispiel im Wesentlichen dem zuvor beschrieben, in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel. Neben der Bauart des Schalters 300 unterscheidet sich Fig. 4 von Fig. 3 darin, dass die Messmittel zur Erfassung eines über den Schalter 300 fließenden Stroms integral mit den äußeren Anschlussmitteln 400, 401 , 402 ausgeführt sind. Die inneren Anschlussmittel 500, 501 , 502 sowie die äußeren Anschlussmittel 400, 401 , 402 sind für jeweils zwei Pole ausgeführt.
Der in Fig. 4 gezeigte Schalter 300 ist konisch aufgebaut und weist
Schaltkontakte auf, die entlang des Konus angeordnet sind. Der konisch aufgebaute Schalter 300 ist zweipolig ausgeführt und erlaubt die inneren
Anschlussmittel 501 , 502 mit den äußeren Anschlussmitteln 401 , 402 zu verbinden, bzw. sie derart voneinander zu trennen, dass eine thermische
Isolierung gewährleistet ist.
Dazu weisen die inneren Anschlussmittel 501 , 502 sowie die äußeren
Anschlussmitteln 401 , 402 an ihren jeweiligen Enden flächige Kontakte auf, welche ihrer Form nach auf einem Außenkonus einander gegenüberliegend angeordnet sind. Zwei Brückenkontakte 301 und 302 sind derart auf einem Innenkonus angeordnet, dass bei einer Einführung des Innenkonus in den Außenkonus die Kontakte des Außenkonus durch die Brückenkontakte 301 und 302 elektrisch verbindbar sind. Die Kontakte sind flächig ausgeführt, so dass bei einem Schließen des Schalters 300 große Berührungsflächen zur im
Wesentlichen verlustfreien Durchleitung hoher Ströme entstehen.
Die Anordnung der Kontakte entlang der Rotationsachse eines Konus erlaubt sowohl die Ausbildung flächiger Kontakte als auch eine Kaskadierung. Bei einer translatorischen Bewegung 306 des Innenkonus entlang der Rotationsachse entsteht zwischen dem Innen- und dem Außenkonus ein in seiner Breite veränderlicher Spalt, der nicht nur eine elektrische, sondern auch eine thermische Isolierung gewährleistet.
Der Schalter 300 weist einen Effektor in Form von Brückenkontakten 301 , 302 und einen Aktor in Form einer Magnetspule 305 auf, die über einen Stempel 303, 304 miteinander verbunden sind.

Claims

Ansprüche
1 . Anordnung (1 ) mit einem wärmeisolierenden Schalter (300) und einer
Wärmeisolierung (100), (200) zur Ausbildung einer elektrischen
Leitungsdurchführung durch die Wärmeisolierung (100), (200), insbesondere zur elektrischen Verbindung einer wärmeisolierten elektrochemischen Batterie mit einem Verbraucher, wobei
die Wärmeisolierung (100), (200) einen Innenraum (5) von einem Außenraum (4) wärmeisoliert, die Anordnung (1 ) auf der Seite des Innenraums (5) innere Anschlussmittel (500), (501 ), (502) aufweist, die Anordnung (1 ) auf der Seite des Außenraums (4) äußere Anschlussmittel (400), (401 ), (402) aufweist, und der Schalter (300) in einem geschlossenen Zustand die inneren
Anschlussmittel (500), (501 ), (502) mit den äußeren Anschlussmitteln (400), (401 ), (402) elektrisch leitend verbindet und in einem offenen Zustand die inneren Anschlussmittel (500), (501 ), (502) von den äußeren
Anschlussmitteln (400), (401 ), (402) elektrisch trennt,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Anordnung (1 ) eine Steuereinheit (600) zur Steuerung des
wärmeisolierenden Schalters (300) aufweist, ein über den Schalter (300) fließender Strom von der Steuereinheit (600) erfassbar ist, der Schalter (300) derart von der Steuereinheit (600) kontrollierbar ist, dass der Schalter (300) nur in einem im Wesentlichen stromlosen Zustand betätigbar ist, und der Schalter (300) derart in der Wärmeisolierung (100), (200) angeordnet ist, dass über den Schalter (300) im offenen Zustand eine thermische Isolierung zwischen den inneren Anschlussmitteln (500), (501 ), (502) und den äußeren Anschlussmitteln (400), (401 ), (402) erfolgt.
2. Anordnung (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die inneren Anschlussmittel (500), (501 ), (502) und/oder äußeren Anschlussmittel (400), (401 ), (402) zumindest teilweise in die Wärmeisolierung (100), (200) eingelassen sind.
3. Anordnung (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass der Schalter (300) derart innerhalb der
Wärmeisolierung (100), (200) angeordnet ist, dass zwischen dem Schalter (300) und dem Innenraum (5) und/oder Außenraum (4) teilweise die
Wärmeisolierung (100), (200) angeordnet ist.
4. Anordnung (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Wärmeisolierung (200) eine innere Wand (205) und eine äußere Wand (204) mit einem dazwischen angeordneten Zwischenraum aufweist.
5. Anordnung (1 ) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die inneren Anschlussmittel (500), (501 ), (502) durch die innere Wand (205)
hindurchgeführt sind und/oder die äußeren Anschlussmittel (400), (401 ), (402) durch die äußere Wand (204) hindurchgeführt sind.
6. Anordnung (1 ) nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalter (300) in dem Zwischenraum angeordnet ist.
7. Anordnung (1 ) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Zwischenraum ein Teilvakuum ausgebildet ist.
8. Anordnung (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass der Schalter (300) mehrpolig ausgeführt ist.
9. Anordnung (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass der Schalter (300) trapezförmig oder konisch aufgebaut ist und Schaltkontakte aufweist, die entlang des Konus angeordnet sind.
10. Wärmeisolierte elektrochemische Batterie und Batteriemanagementsystem zur Steuerung der wärmeisolierten Batterie, wobei die wärmeisolierte Batterie eine Anordnung (1 ) mit einem wärmeisolierenden Schalter (300) und einer Wärmeisolierung (100), (200) zur Ausbildung einer elektrischen
Leitungsdurchführung durch die Wärmeisolierung (100), (200) zur elektrischen Verbindung der Batterie mit einem Verbraucher nach einem der vorherigen Ansprüche aufweist, wobei die wärmeisolierte Batterie einen Energiespeicher aufweist, der innerhalb des von der Wärmeisolierung (100), (200) umschlossen Innenraums (5) angeordnet ist, wobei der
Energiespeicher in dem Innenraum (5) mit den inneren Anschlussmitteln (500), (501 ), (502) verbunden ist,
wobei die wärmeisolierte Batterie bei einem geschlossenen Zustand des Schalters (300) über die äußeren Anschlussmittel (400), (401 ), (402) ladbar und/oder endladbar ist und wobei die Funktion der Steuereinheit (600) durch das Batteriemanagementsystem ausführbar ist.
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