WO2017036467A1 - Method and bridging unit for selectively short-circuiting a secondary battery - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a method for selectively short-circuiting a secondary battery using a bridging unit for connecting the terminals or poles of the secondary battery and a bridging unit suitable for this purpose. Furthermore, the invention relates to an electrical circuit with such a bridging unit.
  • the method according to the invention or the bridging unit according to the invention and the circuit according to the invention have the advantage that, when the secondary battery is discharged via the bridging unit, no ignition of the secondary battery occurs.
  • secondary batteries in particular lithium batteries or lithium-ion batteries.
  • a common problem with such secondary batteries is that they tend to overheat in the event of a short circuit, so that they can ignite and the secondary battery fires. It inevitably ignited the neighboring cells, which also results here in a battery fire, which can lead to the explosion of the cell, possibly even with undesirable thrust development.
  • disconnectors are installed in the circuits, which interrupt the circuit in an accident or as needed and thus prevent a short circuit of the secondary battery.
  • secondary batteries for electric and hybrid vehicles usually have battery terminal voltages between 600V and 1300V, such circuit breakers are not always reliable units to interrupt the circuit, since at such high voltages can cause arcing within the circuit breaker, which ultimately lead to the current from the battery can not be safely interrupted in the event of a short circuit. In extreme cases, even the circuit breaker can be set on fire or explode.
  • the wiring harness may have any possible load resistance for the battery in the case of the formation of multiple arcs in the wiring harness and between the wiring harness and the chassis or ground. If the load resistance applied to the electrical connections of a battery is substantially equal to the internal resistance of the battery, it will develop its optimum performance while maximally heating up. The temperature within the battery may rise to the ignition temperature of the battery materials - ie, the case materials and / or the electrolyte - causing the battery to ignite and catch fire.
  • Modern secondary batteries such as lithium batteries or lithium-ion batteries, as used in electric and hybrid vehicles, but also lithium polymer batteries, may be designed so that they are intrinsically safe in the short circuit of the electrical connections of the battery. This can be achieved in that after a short circuit, although initially a high, but only very short current peak and then a lower discharge current occurs until the energy of the battery is exhausted.
  • the current peak between about 10kA and 40kA and the discharge current only in the range of about 1 kA to 7kA.
  • This discharge current which is lower by about one order of magnitude, can be maintained over a longer period of time (for example several or many minutes), depending on the energy content of the battery, but during the entire discharge time there is no heating of the battery cells until their ignition. A burn of the battery cells and thus a burn of the whole battery and an associated endangerment of the environment is thus safely avoided.
  • circuit breakers circuit breakers
  • the object of the present invention to provide a method for the targeted short-circuiting of a secondary battery or a method for implementing the method.
  • the secondary battery in the case of an undesirable short circuit in the outer current path fed by the secondary battery, for example in the case of an electric or hybrid vehicle accident, the secondary battery can be selectively short-circuited without This is heated to an impermissibly high temperature, so that the associated risk of ignition and burning of the secondary batteries is largely reduced or completely avoided.
  • the invention achieves this object by means of a method for selectively short-circuiting a secondary battery or a bridging unit suitable for this purpose and an electrical circuit having such a bridging unit with the features of patent claims 1 or 13 and 11.
  • the electrical connections of the secondary battery are electrically bridged with a bridging unit, wherein the bridging unit has a load resistance R L ast, which is below the internal resistance R, the secondary battery.
  • the load resistance R Las t of the bridging unit preferably approaches 0, but is preferably in the range of 0 ⁇ R Las t ⁇ R 1.
  • the load resistance R Las t is smaller than the internal resistance R, the secondary battery, the secondary battery can not deliver the maximum possible power and the heating of the battery cells is therefore limited. In this way, there is a strong reduction in the risk of ignition of the secondary batteries, since operation during power adjustment, ie at RLast - Ri is avoided.
  • targeted short-circuiting is understood to mean a desired short-circuit of the secondary battery, which is performed by bypassing the two terminals of the secondary battery with the bridging unit, Preferably, the targeted short-circuiting is performed when a short circuit already occurs in the outer current path fed by the secondary battery is.
  • a secondary battery is a rechargeable accumulator for electrochemical-based electrical energy, also called an accumulator.
  • the external current path fed by the secondary battery is understood to mean the current path which the battery feeds independently of the current path of the bridging unit.
  • the load resistor Ri.ast is generally understood to mean the electrical resistance with which the secondary battery is loaded.
  • the load resistance Ri_ast of the bridging unit is understood to mean the resistance which the current path of the bridging unit has between the two terminals of the secondary battery.
  • the bridging unit is defined to start at the first terminal of the secondary battery and terminate at the second terminal of the secondary battery, in other words, the bridging unit connects the two terminals of the secondary battery, and the load resistance Ri_ast of the bridging unit is thus the entire resistance of this unit (FIG. without another external load resistance) between the terminals of the battery, ie in particular not only the resistance of a single component of the bridging unit.
  • the design-related loss factor is understood in the interior of the battery. At this falls under load of the battery with an external electrical load, a voltage U, and the terminal voltage of the battery decreases accordingly, although the source voltage U 0 remains constant inside the battery itself.
  • the size of the internal resistance is not constant in real running batteries, but is dependent on the load current, the charge or discharge of the battery, ie the respective state of chemistry of each battery cell, the temperature of the individual battery cells, the age of the battery cells, that is, the general state of the battery cell chemistry, the materials and electrolytes used, their purity and processing, and the structure of the battery cells and their internal interconnection.
  • the load resistance Ri_ast of the bridging unit according to the invention is preferably at least 10%, most preferably at least 90%, below the internal resistance R, of the secondary battery. In addition, the load resistance Ri_ast is preferably greater than 0.
  • the total load resistance Rcefeliast which results from the load resistance of the bridging unit and the external load resistance R L of the external current supplied by the secondary battery is less than the internal resistance of the secondary battery.
  • the current path fed by the secondary battery is defined to start at the first terminal of the secondary battery and terminate at the second terminal of the secondary battery; in other words, the current path supplied by the secondary battery connects the current path both terminals of the secondary battery.
  • the load resistance of the bridging unit is again defined as described above.
  • the internal resistance R 1 of suitable secondary batteries may, for example, be in the range of 3 mQ. If the external load resistance R L , ie the load resistance of all consumers connected to the battery (or the bridging unit) (including the line resistances), also in this area in case of accidents with cable damage, ie in an area in which there is power adjustment to a strong warming and possibly ignition of the secondary battery.
  • the load resistance Ri_ast of the bridging unit is therefore chosen according to the invention in a secondary battery with an internal resistance in the range of 3 mQ less than 3 mQ, preferably less than 2 mQ and most preferably in the range of greater than 0 mQ and less than or equal to 2 mQ.
  • a correspondingly low load resistance is usually made possible by all materials with good electrical conductivity.
  • the bridging unit preferably has a short-circuit switch.
  • the short-circuit switch can be transferred from a disconnected position to a reference position. In the Disconnect position, the electrical connections of the secondary battery no electrical contact via the bridging unit. In contrast, in the control position, the electrical connections of the secondary battery make electrical contact via the bridging unit.
  • the short circuit switch is transferred from a disconnected position to a reference position in the case of the short circuit mentioned above.
  • the short circuit switch may further comprise a sensor, such as wire or fiber optic or PVDF sensor, which is preferably arranged so that the sensor is destroyed or crushed or cut at a transition of the short-circuit switch from the disconnect to the switching position, without the would interfere with the shorting process or bridging the terminals of the secondary battery.
  • a sensor such as wire or fiber optic or PVDF sensor, which is preferably arranged so that the sensor is destroyed or crushed or cut at a transition of the short-circuit switch from the disconnect to the switching position, without the would interfere with the shorting process or bridging the terminals of the secondary battery.
  • a sensor offers the possibility of detecting whether the bridging has actually taken place.
  • the shorting switch preferably includes a first and a second contact, wherein each one of the contacts is connected to one of the terminals of the secondary battery.
  • the short-circuit switch preferably contains as switching element an electrically conductive switching piston, an electrically conductive membrane or an electrically conductive contact plate.
  • the switching element is subjected to a movement during the transition from the disconnected to the switching position of the short-circuiting switch, wherein two contacts of the short-circuiting switch are connected to each other, whereby the electrical connections of the secondary battery are bridged.
  • the electrically conductive switching piston as a switching element, it is preferred that in the disconnected position of the switching piston is connected to a first contact of the short-circuit switch and hits a movement of the control piston along its axis to a second contact of the connection switch and thus a connection between the first and the second contact of the short-circuit switch.
  • the switching piston can be solid in its material, but it can also be hollow inside, so that its mass is much smaller and can be accelerated faster than without excavation, with a short circuit is reached faster.
  • the cavity in the piston may be filled with a lighter material, for example, polyethylene or polyoxymethylene, or polystyrene, in order to keep the void volume for the activatable drive as small as possible.
  • propellant charge powder is saved and at the same time the switching piston can be accelerated faster and at higher speeds by the nevertheless higher combustion chamber pressure. This leads to a faster achieved short circuit.
  • the electrically conductive membrane in the disconnected position, is connected to a first contact of the short-circuit switch.
  • the membrane is preferably moved or expanded in a direction in which there is a second contact of the short-circuit switch. From a certain strain or movement size of the membrane, this is connected to the second contact of the short-circuit switch. In this way, current can flow through the shorting switch.
  • the contact plate itself is preferably not connected to any of the two contacts of the short circuit switch in the disconnected position.
  • the contact plate is simultaneously moved to the electrical contacts and connected to them. In this way, current can flow between the two contacts.
  • the contact plate may comprise two contact pins, and the two contacts may be configured as multi-contacts (multi-contact sockets), so that in the switching position, the contact pins of the contact plate are introduced into the contact-side multi-contacts.
  • the contact plate can also have multi-contacts, and the contacts themselves can be designed as contact pins, which are then inserted or retracted in the switch position into the plate-side multi-contacts.
  • the bridging unit or the external current path fed by the secondary battery has a circuit breaker as a fuse element in the case of a short circuit in the external current path.
  • the electrical connections of the secondary battery are then electrically bridged with the bridging unit when the circuit breaker does not turn off the current in the current path.
  • the triggering of the short-circuit switch from the disconnected position to the control position can be made for example by a control unit.
  • the control unit may be any conceivable control unit, for example, it may be a control unit, as used in the deployment of airbags.
  • the control unit preferably also triggers a transition of the disconnector from the Leit ein in the disconnected position.
  • the short-circuit switch of the bridging unit can also be used to support a circuit breaker by short-circuiting the short-circuit path of the bridging unit and thus briefly allows the discharge current of the battery to flow over the short-circuit path as far as possible.
  • the contacts of the circuit breaker can be opened without an arc.
  • short circuit of the battery connections can be completely or partially canceled, for example, to protect the battery and not heat further. It is also sufficient to close the short-circuit path at the same time or within a small time span of a maximum of about 1 to 1.5 ms after opening the circuit breaker, since in this short period of time an arc can not develop stably and would be deleted immediately.
  • the movement of the switching element will be effected by an activatable drive.
  • the activatable drive may be an inductive drive, an eddy current drive, a pin puller drive or a gas pressure drive, wherein in a gas pressure drive, the gas pressure is generated by means of a gas generating material, in particular by the combustion or oxidation of a liquid and / or solid gas generating material, in particular an activatable pyrotechnic gas-generating material.
  • a gas pressure drive the gas pressure is generated by means of a gas generating material, in particular by the combustion or oxidation of a liquid and / or solid gas generating material, in particular an activatable pyrotechnic gas-generating material.
  • an induction coil may be provided at a suitable distance from the switch housing.
  • the switching element may be suitably designed to be magnetic.
  • the switching element can also be equipped with an induction coil. It would also be conceivable to equip the switching element with an induction coil and to provide an electromagnetic reference point at a suitable distance from the switching element, for example a permanent magnet. In this way, the switching element can therefore be moved alternatively or additionally inductively.
  • the activatable drive is embodied as a forced-current drive, it preferably has a force coil, which is flowed through from outside for the desired switching by means of a surge current.
  • the switching element is preferably made of a highly electrically conductive material, whereby a current is induced by the surge current in the force coil, which is opposite to the exciting current in the force coil according to Lenz's rule, whereby the switching element repelled by the force coil extremely fast and with high force is tearing off while the connected in the housing sections of the connecting elements.
  • Wrd made the movement of the switching element by gas pressure, it is preferably transmitted to the switching element and thereby moved.
  • a gas pressure can be generated pyrotechnic or be constructed by suitable gas lines. If the gas pressure is generated pyrotechnically, then it is expedient to provide a combustion chamber located in the interior of the drive housing with incorporated propellant charge powder which can be activated by means of a firing or priming piece.
  • propellants in addition to propellants and liquid or gaseous fuels and oxidizers are used, which can be injected for example in the combustion chamber, which is preferably integrated into the switch.
  • fuels and oxidizers are referred to below as gas-generating materials.
  • the pyrotechnic gas-generating materials should also be encompassed by this. After the activation of the combustion or oxidation process, these gas-generating materials generate a gas pressure (or, in the case of already gaseous fuels and / or oxidizers, a gas pressure which is markedly higher than the initial state), which acts on the drive piston and the disengagement element connected thereto and the switch from the guide position moved to the disconnected position.
  • a gas pressure or, in the case of already gaseous fuels and / or oxidizers, a gas pressure which is markedly higher than the initial state
  • a spark plug, a glow wire or a lighter can be used.
  • the combustion chamber could already contain either fuel or oxidizers (in liquid, solid or gaseous form).
  • a pyrotechnic mixture In order to provide a pyrotechnic generation of gas pressure and thus the pyrotechnic triggering of the switch, only a pyrotechnic mixture must be inserted into a combustion chamber. At the desired time, this can then be ignited by an ignition or igniter.
  • the combustion chamber can also be equipped with a firing or priming piece.
  • a firing or priming piece In a suitably chosen ignition or ignition piece enough gas and / or exhaust products can be generated at its ignition, so that builds up a sufficient pressure in the combustion chamber. This can then move over an end plate, which is also referred to as a release plate acting as a sabot, the switching element a sufficiently large piece to be connected to the contact or the contacts of the short-circuit switch.
  • the pyrotechnic triggering of the switch is provided via a combustion chamber, then the rotation of the combustion chamber can be increased by introducing filler bodies into the combustion chamber. Such fillers can remove the unneeded empty volume. Reduce men in the combustion chamber, so that an already much smaller amount of gas applied to the movement of the sabot and thus the switching element required pressure.
  • a pin-puller drive is understood to mean a drive which does not move the switching element in an urging manner into the conducting position of the connecting switch but by pulling.
  • An electrical circuit comprises a secondary battery and a bridging unit, which is connected to an external current path with an electrical load, wherein the bridging unit has a current path for bridging the electrical connections of the secondary battery, in which a targeted triggering short-circuit switch is provided from a disconnected position into a Leit ein, and wherein the current path of the bridging unit in the Leit ein the short-circuiting switch has a load resistance R Las t, which is lower than the internal resistance R, the secondary battery, wherein the targeted triggering of the short-circuiting switch preferably in the case of a short circuit in the outer current path takes place.
  • the electrical load may be any electrical or electronic device or unit that can be operated by the or another secondary battery.
  • the bridging unit may additionally comprise a disconnect switch for disconnecting the outer current path that can be transferred from a conducting position to a disconnected position, wherein the disconnecting switch and the short-circuiting switch are preferably designed as a single structural unit in the form of a short-circuiting / disconnecting switch, and wherein the disconnecting switch and the shorting switch are preferably are configured or controllable, that the method according to one of the claims 3 to 5 is executed.
  • the bridging unit according to the invention or the electrical circuit according to the invention can additionally comprise a control unit for transferring the short-circuit Switch from the disconnected position in the Leit ein and / or for transferring the disconnector from the Leitwolf in the disconnected position.
  • the control unit may be any conceivable control unit, for example, it may be a control unit, as used in the deployment of airbags.
  • the present invention also relates to a bridging unit designed as a short-circuiting / disconnecting switch, wherein
  • the shorting / disconnecting switch can be transferred from a first position to a second position
  • the shorting / disconnecting switch comprises a housing, a first contact, a second contact, a third contact, a movable in the housing release element and at least one connecting element, in the first position of the switch, an electrical connection between the third contact and the makes second contact,
  • the housing has an inner space surrounding the at least one connecting element
  • At least one connecting element is attached at one end to the base side of the housing and at the other end to the disengaging element in the interior of the housing, and
  • the short-circuiting / disconnecting switch is designed so that a mechanical movement of the disengaging element can transfer the switch from the first position to the second position, wherein the disengagement element acts mechanically on the at least one connecting element extending in the interior such that the electrical connection between the third contact and the second contact at at least one separation point of the connecting element is interrupted, and thereby a connection between the first and the second contact is formed, preferably characterized that the release plate is electrically conductive and connects the first and the second contact.
  • the short-circuiting / disconnecting switch can be designed such that, by a mechanical movement of the disengaging element, it first completely or partially short-circuits the battery terminals and shortly afterwards begins to disconnect the external circuit.
  • the short-circuiting / disconnecting switch can also be designed such that, after the opening of the external circuit, the complete or partial short-circuit path of the battery is completely or partially opened again.
  • the bypass unit with such a shorting / disconnecting switch may have a certain electrical (non-zero) resistance in the short circuit path that is small enough to make the current flowing in the short circuit path when the switch is closed so large that the current in the external circuit is high is so low that, when the outer circuit is cut, arcing is prevented or weakened sufficiently and yet is so high that it can continue to bypass the battery terminals without the battery cells being overheated by the short-circuit current.
  • the short-circuiting / disconnecting switch according to the invention may also have two or more connecting elements between the base side and the disengaging plate, which connect the second and the third contact either electrically in parallel or electrically in series.
  • the short-circuiting / disconnecting switch (switch) according to the invention is preferably used for interrupting a first current path fed by a secondary battery and bypassing the two terminals of the secondary battery in a second current path.
  • the first terminal of the secondary battery is preferably connected to the first and the third contact of the switch, and the second terminal of the secondary battery is preferably connected to the second contact of the switch.
  • the switch according to the invention is preferably used in the invention. in accordance with the method, the uses according to the invention or the device according to the invention.
  • the switch according to the invention can also have an activatable unit, as described above.
  • Fig. 1a shows a short-circuit switch with a switching piston as a switching element in the disconnected position
  • Fig. 1 b shows the short-circuit switch of Figure 1a in the Leit ein.
  • FIG. 2a shows a short circuit switch with an electrically conductive membrane in the disconnected position
  • Fig. 2b shows the short circuit switch of Figure 2a in the Leit ein.
  • Fig. 3a shows a short-circuit switch with a contact plate as a switching element in the disconnected position
  • Fig. 3b shows the short-circuit switch of Figure 3a in the Leit ein.
  • FIG. 4a shows a short-circuit switch with a contact plate as a switching element with a pin-puller drive in the disconnected position
  • Fig. 4b shows the short-circuit switch of Figure 4a in the Leit ein.
  • Fig. 5a shows a short-circuit switch with a contact plate as a switching element with contact pin in the disconnected position
  • Fig. 5b shows the short-circuit switch of Figure 5a in the Leit ein .
  • 6a shows a short-circuit switch with a connection plate with contact-plate-side multicontacts in the disconnected position
  • Fig. 6b shows the short circuit switch of Figure 6a in the Leit ein.
  • Fig. 7b shows the switch of Fig. 7a in a second position
  • Fig. 8a shows a short-circuit / disconnect switch according to the invention in a first position, which allows the simultaneous interruption of a first current path with the connection of a second current path, wherein the separation of the first current path is made possible by the interruption of four serially connected connection elements;
  • FIG. 8b shows the switch of FIG. 8a in a second position
  • FIG. Fig. 9a shows a short-circuit / disconnect switch according to the invention in a first position, the simultaneous interruption of a first
  • Fig. 9b shows the switch of Fig. 9a in a second position
  • Fig. 10 shows a schematic diagram of a device for avoiding the ignition of a secondary battery with a short circuit / disconnect switch according to the invention.
  • FIG. 10 shows a secondary battery 200 to whose battery terminals a bridging unit 202 is connected, each having a first input port 204 and a second input port 206.
  • First and second output ports 208, 210 of bridging unit 202 are connected to an external circuit, which is shown as an external load resistor R L.
  • the external load resistance R L may be formed by any electrical load or by any interconnections of several electrical loads.
  • the secondary battery 200 may be, for example, a drive battery of an electrically operated vehicle, in particular a passenger car.
  • short-circuit proof lithium batteries for example lithium-ion batteries, are preferably used, which have an internal resistance in the range of a few milliohms.
  • the bridging unit 202 has in the illustrated embodiment both a series-connected to the external load resistor R L isolation switch 212, which is closed in the illustrated initial state, as well as a short-circuit switch 214.
  • the short-circuit switch 214 is in a short circuit path, which connects the first and second input ports 204, 206 of the bridging unit 202.
  • a load resistor R Las t which is connected to the battery poles of the secondary battery 200 upon closing the short-circuiting switch 214 opened in its initial state.
  • the load resistor R L will preferably be integrated into a corresponding device or unit which implements the switch 214.
  • the shorting switch 214 and the disconnecting switch 212 may also be formed as a unit, wherein the opening of the disconnecting switch 212 and the closing of the shorting switch 214 may be substantially simultaneous or at very short time intervals.
  • the switches 212, 214 may be designed so that they are transferred from their initial state into the respective other switching position when the external load resistance R L falls below a certain value or the load current flowing through the external load resistance R L exceeds a predetermined value.
  • a control unit 216 may be provided, which controls the switches 212, 214 in a suitable manner, also with regard to a time sequence of the switching operations.
  • the control unit 216 may also have one or more sensors which detect triggering events that are to lead to switching operations of the switches 212, 214.
  • a sensor may be designed such that it detects the current intensity in the outer current path, so that the control unit 216 can trigger necessary switching operations when a predetermined value is exceeded.
  • control unit 216 may also be provided outside the bridging unit 202.
  • the sensors can also be realized outside the control unit, in particular also inside switch units, which realize the disconnect switch 212 or the short-circuit switch 214.
  • the control unit 216 is not absolutely necessary if the switches 212, 214 are designed so that they each react independently to a specific event, which makes a switching operation required.
  • a bridging unit has at least the short-circuit switch 214 shown in FIG. Exceeds the current in the external circuit through the external load resistor R L a predetermined value, the short-circuit switch 214 is transferred to its closed position.
  • the load resistance Ri_ast of the bridging unit 202 is connected to the battery poles or connected in parallel to the external load resistance R L.
  • the resistance value of the load resistor R L is chosen to be smaller than the internal resistance R, the secondary battery 200. This ensures that in each case, the parallel connection of the two windings R Las t and R L has a total resistance Rcefeliast which is smaller than the internal resistance R, the secondary battery 200. Thus, a load on the secondary battery 200 is avoided with a load that corresponds to the internal resistance substantially or with only impermissibly small deviations. An operation in power matching is therefore avoided, whereby ignition of the battery cells and burning of the battery cells or the entire of the battery 202 is avoided.
  • the bridging unit 202 also has a circuit breaker 212 as shown in FIG. 10, in addition to bridging the battery poles of the secondary battery 200 by means of the load resistor R load, the external circuit R L may be disconnected from the secondary battery 200 become.
  • the short-circuiting switch 214 and the disconnecting switch 212 are substantially simultaneous or at short intervals, the generation of an arc between the contacts of the disconnecting switch 212 can be prevented. If the separation of the contacts of the circuit breaker 212 takes place after the short-circuiting of the battery poles by means of the short-circuit switch 214, the occurrence of an arc is prevented from the outset. If the operation of the circuit breaker 212 shortly after the actuation of the short-circuit switch 214, an arc is formed between the contacts of the circuit breaker 212 immediately deleted. Short-circuiting must be carried out within a period of approx. 1 to 1.5 ms in order to prevent the arc from forming stably.
  • the short-circuiting switch can also be opened again after disconnecting the outer current path by means of the disconnecting switch 212. In this way, the secondary battery can be spared and will not be constantly discharged. In particular, a harmful to the battery deep discharge is avoided.
  • the short-circuit current path between the two input ports of the bridging unit 202 can be separated again. This can be done either by means of a short-circuit switch 214, which can be transferred again from its closed working position to its open position or by means of a second, not shown in Fig. 10 further disconnector, which with the short-circuit switch 214 and the load resistor R Las t in series is switched, that is in the short circuit path.
  • This further circuit breaker can also be controlled via the control unit 216 so that the desired timing results, so first the disconnector 212 and the short-circuit switch 214 actuated substantially simultaneously (or first the short-circuit switch 214 and delayed release of the switch 212 actuated) and then the further disconnector in the short circuit path are actuated.
  • FIG. 1 a shows a short-circuiting switch (in the following, the short-circuiting switch 214 in FIG. 10 is also referred to as a short-circuiting switch) with a switching piston 1, which can be designed, for example, as a stable contact finger.
  • the shorting switch has an electrical contact 2 which is connected to a first terminal of the secondary battery.
  • the short-circuit switch also has an electrical see contact 1 1, which is connected to the second terminal of the secondary battery.
  • the electrical contacts 2 and 1 1 are held at a fixed distance from the housing 3, which connects the electrical contacts 2 and 1 1 firmly.
  • the electrical contact 11 is electrically connected in the short-circuit switch with the electrical control piston 1.
  • the switching piston 1 is movable in the direction of its extension axis and is in this case surrounded by the electrical contact 1 1, that this leads the control piston 1.
  • the switching piston 1 is preferably conically shaped at its tip, so that it can retract accurately into a preferably narrowing section of the electrical contact 2.
  • the control piston is injected directly into the electrical contact 2.
  • he can also enter there in a commercial multi-contact.
  • the contact 2 can also be carried out so that the control piston 1 digs during his flight here and so makes a good contact with the electrical contact 2. Due to the custom-fit design of electrical contact 2 and electrical contact 1 1, a direct welding of the control piston with the two contacts 2 and 11 can be achieved.
  • the switching piston 1 has at its end facing away from the electrical contact 2 preferably a piston-side latching / Wegbegrenzung, which is preferably carried out in the form of a thickening of the piston.
  • 1a shows the short-circuiting switch of FIG. 1a in its conducting position, in which the piston-side latching 7 of the piston 1 has arrived at the catch 6 and is firmly pressed into the electrical contact 11, as shown by reference numeral 9.
  • Reference numeral 10 shows how the switching piston 1 in the receiving bore for the accelerated piston, preferably tapered firmly pressed.
  • the short-circuiting switch according to FIGS. 1 a and 1 b has an actuatable drive 4, preferably in the form of a gas generator, which is capable of bringing the switching piston from the disconnecting position to the switching position upon activation. If the short-circuiting switch is in the switching position (FIG. 1 b), a gas-filled space 8 is created between the activatable drive 4 and the switching piston 1, which space is created after activation of the activatable drive 4. Instead of in Fig. 1a and Fig.
  • the 1 b drawn gas generator as activatable drive 4 can also be a finished force element occur, wherein before the control piston 1 no gas cushion would be built.
  • the control piston 1 or the diaphragm of the force element could then push the control piston 1 and thus accelerate.
  • the force element can also be closed by a concertina-like folded membrane. Conceivable here would be the acceleration of the control piston 1 by impulse transmission, for example, if there is a distance greater than 0 mm between the piston compensating surface of a force element and the piston underside.
  • the smaller control piston or the diaphragm of a force element would first be accelerated to almost or to final speed and then impinge on the control piston 1 and thus transmit its previously reached impulse to the control piston 1.
  • the free distance between a force element and the control piston 1 is preferably at a distance between 1 mm and 10 mm with regard to the intended short switching time.
  • the short circuit switch may further comprise a sensor, for example wire or fiberglass or PVDF sensor, which is preferably arranged so that the sensor at a transition of the short-circuit of the disconnector is destroyed or crushed without disturbing the shorting operation of the secondary battery terminals.
  • a sensor for example wire or fiberglass or PVDF sensor, which is preferably arranged so that the sensor at a transition of the short-circuit of the disconnector is destroyed or crushed without disturbing the shorting operation of the secondary battery terminals.
  • a sensor for example wire or fiberglass or PVDF sensor, which is preferably arranged so that the sensor at a transition of the short-circuit of the disconnector is destroyed or crushed without disturbing the shorting operation of the secondary battery terminals.
  • a sensor for example wire or fiberglass or PVDF sensor
  • the control piston 1 can be executed at this point with webs parallel to the direction of flight, so that in contact with the contact-side locking 6 with the electrical contact 1 1 bring about a higher surface pressure.
  • the same effect can be achieved when the inner surface of the electrical contact 11 at or in the vicinity of the brake point 6 or Needlesseiti- gene latching 6 is provided with these webs, in which case the switching piston 1 preferably does not need these webs themselves.
  • the contact-side latch 6 in the electrical contact 1 1 and / or the control piston 1 can be made slightly conical at this point to facilitate the compression by the wedge surfaces.
  • the webs on the control piston 1 at the serving as a pressing point contact-side latch 6 and in the electrical contact 11 are also also useful to prevent a double fit through the press point and the receiving bore.
  • the receiving bore 5 can also be equipped internally with webs / milling parallel to the direction of flight of the control piston 1, or conversely there again only the control piston 1 can be equipped with these webs parallel to the direction of flight.
  • the short-circuit switch includes an activatable drive 18, for example a lighter, a gas generator or a detonator, in a space closed off from the electrical contact 22 and the membrane 17 to the outside.
  • This closed space contains a fluid or gel filling 21 to reduce the void volume in the combustion chamber of the activatable drive 18 and / or the shock wave propagation between activatable drive 18 and diaphragm 17 to provide the smallest possible shock wave resistance.
  • the contact 20 is connected to a first electrical connection of the secondary battery, the electrical connection 22 being electrically connected to a second electrical connection of the secondary battery connected is.
  • the activatable drive 18 there is an expansion of the propellant contained therein, for example, so that the space surrounded by the membrane 17 and the electrical contact 22 expands and the membrane 17 is pressed against the electrical contact 20. Since the membrane 17 or the stretched membrane 19 is electrically conductive, the electrical contacts 20 and 22 are connected to each other.
  • 3a shows the schematic representation of a short-circuiting switch with a contact plate 12 and the electrical contacts 23 and 24.
  • the electrical contact 23 is according to the invention connected to the first electrical connection of the secondary battery, wherein the electrical contact 24 is connected to the second electrical connection of the secondary battery ,
  • the electrically conductive contact plate 12 is not in contact with the electrical contacts 23 and 24, so that the short-circuit switch is in the disconnected position.
  • the short circuit switch also has an activatable drive 13, which may be a force element, for example, and upon activation of a plunger / piston of the activatable drive 13, wherein the plunger / piston 14 is connected to the contact plate 12, the contact plate 12 against the electrical contacts 23rd and 24 presses. Since the contact plate 12 is electrically conductive, a connection between the electrical contacts 23 and 24 is made, whereby according to the invention a bridging of the first and the second terminal of the secondary battery takes place.
  • FIGS. 4a and 4b likewise show the schematic illustration of a short-circuit switch with a contact plate 12 and the electrical contacts 23 and 24.
  • the short-circuit switch of FIGS. 4a and 4b essentially does not differ from the short-circuit switch of FIG. 3a and Fig. 3b, however, has the difference that the contact plate 12 is not pressed at the transition from the separating into the Leit ein against the electrical contacts 23 and 24, but pulled by the designed as a pin-puller drive activatable drive 15.
  • the contact plate 12 is preferably connected to the pin-puller drive 15 via a pull rod 16 of the activatable drive 15.
  • FIGS. 6a and 6b show a connecting element similar to that shown in FIGS. 5a and 5b, in the conducting and disconnected positions, but here the electrical contacts 34 and 35 are designed as contact pins which fit exactly onto the contact plate 31 Multicontacts (plate side) are formed.
  • Fig. 7a and Fig. 7b show a first embodiment of a short-circuiting / disconnecting switch 1 10 according to the invention (further called only switch).
  • This switch 1 10 has a housing 112 which may be made substantially cylindrical.
  • the housing 112 has a base side 1 14 (left side), at which also the third contact 128 and the second contact 130, preferably isolated from each other, are present.
  • portions of connecting elements 122 parallel to each other to the release element 124 are provided, which at the base side 114 with the third and the second contact 128, 130 and are connected to the release element 124 on the other side.
  • the two parallel sections of the connecting elements 122 are also electrically in contact with one another along the disengaging element 124, so that the two sections of the connecting elements 122 are connected in series from the third contact 128 to the second contact 130.
  • the second contact is guided from the base side to the side opposite the base side.
  • the base side opposite side is composed of at least two electrically conductive parts, which are each insulated from each other.
  • the first part is the part connected to the second contact 130.
  • the second part is the first contact 131.
  • the sections of the connecting elements 122 preferably have mechanical cross-sectional weakenings 123, so that when the release element 124 moves in the direction of the side opposite the base side, the sections of the connecting elements 122 break at these points.
  • the release plate is preferably itself electrically conductive and is preferably moved so that it contacts the first and the second part of the opposite side of the base side of the housing. In this way, an electrical contact between the first and the second contact is made.
  • an activatable drive 126 Between the disengaging element 124 and the base side 1 14 in the interior of the housing 112 is an activatable drive 126 with a drive housing 136 and a drive piston 138 which communicates with the disengagement member 124.
  • the activatable drive 126 is configured as a gas pressure drive, which has a combustion chamber in the interior of the drive housing 136, which presses the drive piston 138 against the release element 124 when ignited.
  • FIGS. 8a and 8b show a further embodiment of a switch 110 according to the invention.
  • This switch is constructed essentially like the switch shown in FIGS. 7a and 7b, with the differences that it has four sections of connecting elements 122 and a collector 132.
  • the portions of the connecting elements 122 connected to the third contact 128 and the second contact 130 are fastened to the base side 14 and to the disengaging element 124.
  • These portions of the connecting elements 122 connected to the contacts are in contact with each other via two further sections of connecting elements 122, which are likewise connected to the disengaging element 123 on one side and on the other side (base side) to a collector 132, which is also the latter
  • Portions of the connecting elements 122 electrically connects to each other.
  • FIGS. 9a and 9b show a first embodiment of a short-circuiting / disconnecting switch 110 according to the invention (further referred to as a switch).
  • This switch 110 has a housing 112, which may be designed substantially cylindrical.
  • the housing 112 has a base side 1 14 (left side), on which the third contact 128 is present.
  • In the interior 118 of the housing 1 12 of the third contact 128 two sections of connecting elements 122 parallel to each other extending to the opposite side, where they are connected to the second contact 130 are.
  • the connecting elements 122 are fixedly connected to the release element 124, which is also electrically conductive.
  • the base side opposite side is composed of at least two electrically conductive parts, which are each insulated from each other.
  • the first part is the second contact 130.
  • the second part is the first contact 131, which is preferably located in the middle of the second contact 130.
  • the sections of the connecting elements 122 preferably have mechanical cross-sectional weakenings 123, such that when the release element 124 moves in the direction of the side opposite the base side, the sections of the connecting elements 122 break at these locations. In this way, the connection between the third contact 128 and the second contact is interrupted.
  • the release plate is preferably itself electrically conductive and is preferably moved so that it contacts the first and the second part of the opposite side of the base side of the housing. In this way, an electrical contact between the first and the second contact 130, 131 is produced.
  • an activatable drive 126 with a drive housing 136 and a drive piston 138, which is in communication with the disengagement element 124.
  • the activatable drive 126 is designed as a gas pressure drive, which has a combustion chamber in the interior of the drive housing 136, which presses the drive piston 138 against the release element 124 when it is triggered.
  • the portions of the connecting members 122 rupture at the cross-sectional weakenings 123, and at each of the portions of the connecting members 122, separation points are caused to break the electric current flow between the third contact 128 and the second contact 130.
  • All the switches according to FIGS. 7 to 9 can also be designed so that their connecting elements at the predetermined and weakened points in cross section also melt through an increased current flow in an external short circuit via the connecting elements and thus cause a (passive) separation of the connecting elements.
  • switches can thus both active, ie controllable, as well as passive, ie triggered by exceeding a rated current.
  • the switches can also be designed so that is dispensed with an active triggering and only a passive triggering is possible. This passive shutdown can be homogenized by surrounding the separation points with a priming mixture, which ignites at a certain, increased by the increased current flow temperature at these points of the connecting elements.
  • the separation points are heated in addition or further and brought the material there faster melting than by the triggering current flow alone.
  • a secondary battery which is intended to be selectively short-circuited with the method or the bridging unit according to the invention must be suitable for this purpose.
  • this is usually the case for all currently available, designated as intrinsically safe secondary batteries.
  • piston-side latching 7 of the piston 1 arrived at contact-side latching 6 and in this case firmly pressed into contact 11

Abstract

The present invention relates to a method for selectively short-circuiting a secondary battery, in particular in the case of a short circuit in an external current path which is fed by the secondary battery, wherein the electrical connections of the secondary battery are electrically bridged by a bridging unit, wherein the bridging unit comprises a short-circuiting switch which can be switched over from a disconnecting position to a conducting position, and wherein the bridging unit, when a short-circuiting switch is in the conducting position, has a load resistance RLoad between the electrical connections of the secondary battery, which load resistance is below the internal resistance R of the secondary battery. The invention further relates to an electrical circuit comprising a secondary battery and a bridging unit which is suitable for implementing the method, and also to a bridging unit of this kind. The method according to the invention and, respectively, the bridging unit according to the invention and the electrical circuit according to the invention have the advantage that, in the event of selective discharging of the secondary battery by means of the bridging unit, the electrical load on the battery is kept in a range in which overheating and the possibility of the secondary battery catching fire as a result are avoided.

Description

Verfahren und Überbrückungseinheit zum gezielten Kurzschließen  Method and bridging unit for targeted shorting
einer Sekundärbatterie  a secondary battery
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum gezielten Kurzschließen einer Sekundärbatterie unter Verwendung einer Überbrückungseinheit zum Verbinden der Anschlüsse bzw. Pole der Sekundärbatterie sowie eine hierfür geeignete Überbrückungseinheit. Weiterhin betrifft die Erfindung einen elektrischen Schaltkreis mit einer derartigen Überbrückungseinheit. Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Überbrückungseinheit und der erfindungsgemäße Schaltkreis weisen den Vorteil auf, dass bei einer Entladung der Sekundärbatterie über die Überbrückungseinheit keine Entzündung der Sekundärbatterie auftritt. The present invention relates to a method for selectively short-circuiting a secondary battery using a bridging unit for connecting the terminals or poles of the secondary battery and a bridging unit suitable for this purpose. Furthermore, the invention relates to an electrical circuit with such a bridging unit. The method according to the invention or the bridging unit according to the invention and the circuit according to the invention have the advantage that, when the secondary battery is discharged via the bridging unit, no ignition of the secondary battery occurs.
Bei Elektro- und Hybridfahrzeugen werden als Energiequellen Sekundärbatterien, insbesondere Lithium-Batterien beziehungsweise Lithium-Ionen-Batterien verwendet. Ein häufiges Problem solcher Sekundärbatterien ist es, dass sie bei Kurzschluss zur Überhitzung neigen, so dass sie sich entzünden können und es zu einem Brand der Sekundärbatterie kommt. Dabei werden unumgänglich auch die Nachbarzellen entzündet, was auch hier in einem Batteriebrand resultiert, der bis zur Explosion der Zelle führen kann, unter Umständen sogar mit unerwünschter Schubentwicklung. In electric and hybrid vehicles are used as energy sources secondary batteries, in particular lithium batteries or lithium-ion batteries. A common problem with such secondary batteries is that they tend to overheat in the event of a short circuit, so that they can ignite and the secondary battery fires. It inevitably ignited the neighboring cells, which also results here in a battery fire, which can lead to the explosion of the cell, possibly even with undesirable thrust development.
Um Kurzschlüsse in Sekundärbatterien, insbesondere bei Fahrzeugunfällen zu verhindern, werden in die Stromkreise sogenannte Trennschalter eingebaut, die bei einem Unfall oder je nach Bedarf den Stromkreis unterbrechen und somit einen Kurzschluss der Sekundärbatterie verhindern sollen. Da Sekundärbatterien für Elektro- und Hybridfahrzeuge in der Regel Batterieklemmspannungen zwischen 600V und 1300V aufweisen, sind solche Trennschalter nicht immer zuverlässige Einheiten zur Unterbrechung des Stromkreises, da es bei solch hohen Spannungen zu Lichtbögen innerhalb des Trennschalters kommen kann, die letzten Endes dazu führen, dass der Strom aus der Batterie im Kurzschlussfall eben doch nicht sicher unterbrochen werden kann. Dabei kann im Extremfall sogar der Trennschalter in Brand gesetzt werden oder explodieren. Weiterhin kann es im Fall eines Unfalls eines Kraftfahrzeuges beispielsweise zu schadhaften Stellen im Kabelbaum kommen, die im Fall der Bildung von multiplen Lichtbögen im Kabelbaum und zwischen Kabelbaum und Chassis bzw. Masse jeden möglichen Lastwiderstand für die Batterie haben können. Entspricht der Lastwiderstand, der an die elektrischen Anschlüsse einer Batterie angelegt wird, im Wesentlichen dem Innenwiderstand der Batterie, entwickelt diese ihre optimale Leistung, wobei sie sich auch maximal erwärmt. Die Temperatur innerhalb der Batterie kann dabei bis zur Entzündungstemperatur der Batteriematerialien - d.h. der Gehäusematerialien und/oder der Elektrolyten - steigen, wodurch sich die Batterie entzünden und in Brand geraten kann. Moderne Sekundärbatterien, wie beispielsweise Lithium-Batterien beziehungsweise Lithium-Ionen-Batterien, wie sie in Elektro- und Hybridfahrzeugen verbaut werden, aber auch Lithium-Polymer-Batterien, können so ausgebildet sein, dass sie beim Kurzschluss der elektrischen Anschlüsse der Batterie eigensicher sind. Dies kann dadurch erreicht werden, dass nach einem Kurzschluss zwar zunächst noch eine hohe, aber nur sehr kurze Stromspitze und anschließend ein niedrigerer Entladestrom auftritt, bis die Energie der Batterie erschöpft ist. Bei üblichen Sekundärbatterien für elektrisch angetriebene PKW liegen die Stromspitze zwischen etwa 10kA und 40kA und der Entladestrom nur noch im Bereich von etwa 1 kA bis 7kA. Dieser um etwa eine Größenordnung niedrigere Entladestrom kann, abhängig vom Energieinhalt der Batterie, über längere Zeit (beispielsweise mehrere bzw. viele Minuten) aufrechterhalten werden, jedoch kommt es während der gesamten Entladezeit nicht zu einer Erwärmung der Batteriezellen bis zu deren Entzündung. Ein Abbrand der Batteriezellen und damit ein Abbrand der ganzen Batterie sowie eine damit einhergehende Gefährdung der Umgebung wird somit sicher vermieden. In order to prevent short circuits in secondary batteries, especially in vehicle accidents, so-called disconnectors are installed in the circuits, which interrupt the circuit in an accident or as needed and thus prevent a short circuit of the secondary battery. Since secondary batteries for electric and hybrid vehicles usually have battery terminal voltages between 600V and 1300V, such circuit breakers are not always reliable units to interrupt the circuit, since at such high voltages can cause arcing within the circuit breaker, which ultimately lead to the current from the battery can not be safely interrupted in the event of a short circuit. In extreme cases, even the circuit breaker can be set on fire or explode. Furthermore, in the case of an accident of a motor vehicle, for example, there may be defective locations in the wiring harness, which may have any possible load resistance for the battery in the case of the formation of multiple arcs in the wiring harness and between the wiring harness and the chassis or ground. If the load resistance applied to the electrical connections of a battery is substantially equal to the internal resistance of the battery, it will develop its optimum performance while maximally heating up. The temperature within the battery may rise to the ignition temperature of the battery materials - ie, the case materials and / or the electrolyte - causing the battery to ignite and catch fire. Modern secondary batteries, such as lithium batteries or lithium-ion batteries, as used in electric and hybrid vehicles, but also lithium polymer batteries, may be designed so that they are intrinsically safe in the short circuit of the electrical connections of the battery. This can be achieved in that after a short circuit, although initially a high, but only very short current peak and then a lower discharge current occurs until the energy of the battery is exhausted. In conventional secondary batteries for electrically driven cars, the current peak between about 10kA and 40kA and the discharge current only in the range of about 1 kA to 7kA. This discharge current, which is lower by about one order of magnitude, can be maintained over a longer period of time (for example several or many minutes), depending on the energy content of the battery, but during the entire discharge time there is no heating of the battery cells until their ignition. A burn of the battery cells and thus a burn of the whole battery and an associated endangerment of the environment is thus safely avoided.
Da die Zuverlässigkeit von Trennschaltern (Sicherungsschaltern) durch die mögliche Bildung von Lichtbögen nicht immer gewährleistet werden kann, besteht ein großer Bedarf an einer zusätzlichen Sicherungsmöglichkeit, die gewährleistet, dass sich Sekundärbatterien beim Kurzschluss im Kabelbaum bzw. im von der Batterie gespeisten Strompfad nicht entzünden können. Since the reliability of circuit breakers (circuit breakers) can not always be ensured by the possible formation of arcs, there is a great need for an additional backup option, which ensures that secondary batteries can not ignite in the wiring harness or in the current supplied by the battery secondary circuit ,
Es war deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum gezielten Kurzschließen einer Sekundärbatterie bzw. eine zur Realisierung des Verfahrens ge- eignete Überbrückungseinheit sowie einen Schaltkreis mit einer derartigen Überbrü- ckungseinheit zu schaffen, wobei insbesondere im Falle eines unerwünschten Kurzschlusses in dem von der Sekundärbatterie gespeisten äußeren Strompfad, beispielsweise bei einem Unfall eines Elektro- bzw. Hybridfahrzeugs, die Sekundärbatterie gezielt kurzgeschlossen werden kann, ohne dass diese auf eine unzulässig hohe Temperatur erhitzt wird, so dass die damit einhergehende Gefahr des Entzündens und Abbrennens der Sekundärbatterien weitestgehend reduziert bzw. vollständig vermieden wird. It was therefore the object of the present invention to provide a method for the targeted short-circuiting of a secondary battery or a method for implementing the method. In particular, in the case of an undesirable short circuit in the outer current path fed by the secondary battery, for example in the case of an electric or hybrid vehicle accident, the secondary battery can be selectively short-circuited without This is heated to an impermissibly high temperature, so that the associated risk of ignition and burning of the secondary batteries is largely reduced or completely avoided.
Die Erfindung löst diese Aufgabe mittels eines Verfahrens zum gezielten Kurzschließen einer Sekundärbatterie bzw. einer hierfür geeigneten Überbrückungseinheit sowie einem elektrischen Schaltkreis mit einer derartigen Überbrückungseinheit mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 bzw. 13 und 11. The invention achieves this object by means of a method for selectively short-circuiting a secondary battery or a bridging unit suitable for this purpose and an electrical circuit having such a bridging unit with the features of patent claims 1 or 13 and 11.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zum gezielten Kurzschließen einer Sekundärbatterie werden die elektrischen Anschlüsse der Sekundärbatterie mit einer Überbrückungseinheit elektrisch überbrückt, wobei die Überbrückungseinheit einen Lastwiderstand RLast aufweist, der unterhalb des Innenwiderstands R, der Sekundärbatterie liegt. Dabei geht der Lastwiderstand RLast der Überbrückungseinheit vorzugsweise gegen 0, liegt jedoch vorzugsweise im Bereich von 0 < RLast < Ri- According to the method according to the invention for selectively shorting a secondary battery, the electrical connections of the secondary battery are electrically bridged with a bridging unit, wherein the bridging unit has a load resistance R L ast, which is below the internal resistance R, the secondary battery. In this case, the load resistance R Las t of the bridging unit preferably approaches 0, but is preferably in the range of 0 <R Las t <R 1.
Ist der Lastwiderstand RLast kleiner als der Innenwiderstand R, der Sekundärbatterie, so kann die Sekundärbatterie nicht die maximal mögliche Leistung abgeben und die Erwärmung der Batteriezellen hält sich deshalb in Grenzen. Auf diese Weise kommt es zu einer starken Verminderung der Gefahr der Entzündung der Sekundärbatterien, da ein Betrieb bei Leistungsanpassung, d.h. bei RLast - Ri vermieden wird. If the load resistance R Las t is smaller than the internal resistance R, the secondary battery, the secondary battery can not deliver the maximum possible power and the heating of the battery cells is therefore limited. In this way, there is a strong reduction in the risk of ignition of the secondary batteries, since operation during power adjustment, ie at RLast - Ri is avoided.
Unter dem Begriff„gezieltes Kurzschließen" wird ein gewollter Kurzschluss der Sekundärbatterie verstanden, der durch das Überbrücken der zwei Anschlüsse der Sekundärbatterie mit der Überbrückungseinheit durchgeführt wird. Vorzugsweise wird das gezielte Kurzschließen dann durchgeführt, wenn bereits ein Kurzschluss im von der Sekundärbatterie gespeisten äußeren Strompfad erfolgt ist. Eine Sekundärbatterie ist ein wiederaufladbarer Speicher für elektrische Energie auf elektrochemischer Basis, der auch Akkumulator genannt wird. The term "targeted short-circuiting" is understood to mean a desired short-circuit of the secondary battery, which is performed by bypassing the two terminals of the secondary battery with the bridging unit, Preferably, the targeted short-circuiting is performed when a short circuit already occurs in the outer current path fed by the secondary battery is. A secondary battery is a rechargeable accumulator for electrochemical-based electrical energy, also called an accumulator.
Unter dem von der Sekundärbatterie gespeisten äußeren Strompfad versteht man den Strompfad den die Batterie unabhängig von dem Strompfad der Überbrückungseinheit speist. The external current path fed by the secondary battery is understood to mean the current path which the battery feeds independently of the current path of the bridging unit.
Unter dem Lastwiderstand Ri.ast versteht man allgemein den elektrischen Widerstand, mit dem die Sekundärbatterie belastet wird. Unter dem Lastwiderstand Ri_ast der Überbrückungseinheit wird der Widerstand verstanden, den der Strompfad der Überbrückungseinheit zwischen den beiden Anschlüssen der Sekundärbatterie aufweist. Dabei ist die Überbrückungseinheit so definiert, dass sie an dem ersten Anschluss der Sekundärbatterie beginnt und an dem zweiten Anschluss der Sekundärbatterie endet, in anderen Worten verbindet die Überbrückungseinheit die beiden Anschlüsse der Sekundärbatterie und der Lastwiderstand Ri_ast der Überbrückungseinheit ist damit der gesamte Wderstand dieser Einheit (ohne einen weiteren äußeren Lastwiderstand) zwischen den Anschlüssen der Batterie, d.h. insbesondere nicht nur der Widerstand eines einzelnen Bauteils der Überbrückungseinheit. The load resistor Ri.ast is generally understood to mean the electrical resistance with which the secondary battery is loaded. The load resistance Ri_ast of the bridging unit is understood to mean the resistance which the current path of the bridging unit has between the two terminals of the secondary battery. In this case, the bridging unit is defined to start at the first terminal of the secondary battery and terminate at the second terminal of the secondary battery, in other words, the bridging unit connects the two terminals of the secondary battery, and the load resistance Ri_ast of the bridging unit is thus the entire resistance of this unit (FIG. without another external load resistance) between the terminals of the battery, ie in particular not only the resistance of a single component of the bridging unit.
Unter dem Innenwiderstand R, wird erfindungsgemäß der konstruktionsbedingte Verlustfaktor im Inneren der Batterie verstanden. An diesem fällt bei Belastung der Batterie mit einer äußeren elektrischen Last eine Spannung U, ab und die Klemmenspannung der Batterie verringert sich entsprechend, obwohl die Quellenspannung U0 im Inneren der Batterie selbst konstant bleibt. Under the internal resistance R, according to the invention, the design-related loss factor is understood in the interior of the battery. At this falls under load of the battery with an external electrical load, a voltage U, and the terminal voltage of the battery decreases accordingly, although the source voltage U 0 remains constant inside the battery itself.
Die Größe des Innenwiderstands ist bei real ausgeführten Batterien nicht konstant, sondern ist abhängig vom Laststrom, vom Lade- bzw. Entladezustand der Batterie, d.h. von dem jeweiligen Zustand der Chemie jeder einzelnen Batteriezelle, von der Temperatur der einzelnen Batteriezellen, vom Alter der Batteriezellen, d.h. vom generellen Zustand der Batteriezellenchemie, von den verwendeten Materialen und Elektrolyten sowie deren Reinheit und Aufbereitung und vom Aufbau der Batteriezellen und deren internen Verschaltung. Der Lastwiderstand Ri_ast der Überbrückungseinheit liegt nach der Erfindung vorzugsweise mindestens 10 %, höchst vorzugsweise mindestens 90 %, unterhalb des Innenwiderstands R, der Sekundärbatterie. Darüber hinaus ist der Lastwiderstand Ri_ast vorzugsweise größer als 0. The size of the internal resistance is not constant in real running batteries, but is dependent on the load current, the charge or discharge of the battery, ie the respective state of chemistry of each battery cell, the temperature of the individual battery cells, the age of the battery cells, that is, the general state of the battery cell chemistry, the materials and electrolytes used, their purity and processing, and the structure of the battery cells and their internal interconnection. The load resistance Ri_ast of the bridging unit according to the invention is preferably at least 10%, most preferably at least 90%, below the internal resistance R, of the secondary battery. In addition, the load resistance Ri_ast is preferably greater than 0.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es bevorzugt, dass der Gesamtlastwiderstand Rcesamtiast, der sich aus dem Lastwiderstand der Überbrückungseinheit und dem äußeren Lastwiderstand RL des von der Sekundärbatterie gespeisten äußeren Strompfads ergibt, geringer als der Innenwiderstand der Sekundärbatterie ist. Dabei (und auch ganz allgemein im Sinne dieser Erfindung) ist der von der Sekundärbatterie gespeiste Strompfad so definiert, dass er an dem ersten Anschluss der Sekundärbatterie beginnt und an dem zweiten Anschluss der Sekundärbatterie endet, in anderen Worten verbindet der von der Sekundärbatterie gespeiste Strompfad die beiden Anschlüsse der Sekundärbatterie. Der Lastwiderstand der Überbrückungseinheit ist dabei wiederum so definiert, wie vorstehend beschrieben. In a further embodiment of the method according to the invention, it is preferred that the total load resistance Rcesamtiast, which results from the load resistance of the bridging unit and the external load resistance R L of the external current supplied by the secondary battery is less than the internal resistance of the secondary battery. In this case (and also quite generally for the purposes of this invention), the current path fed by the secondary battery is defined to start at the first terminal of the secondary battery and terminate at the second terminal of the secondary battery; in other words, the current path supplied by the secondary battery connects the current path both terminals of the secondary battery. The load resistance of the bridging unit is again defined as described above.
Im Falle von Sekundärbatterien für rein elektrisch oder mittels eines Hybridantriebs angetriebene PKW kann der Innenwiderstand R, von geeigneten Sekundärbatterien beispielsweise im Bereich von 3 mQ liegen. Liegt der äußere Lastwiderstand RL, d.h. der Lastwiderstand aller an der Batterie (bzw. der Überbrückungseinheit) angeschlossenen Verbraucher (einschließlich der Leitungswiderstände), bei Unfällen mit Kabelbaumschäden ebenfalls in diesem Bereich, d.h. in einem Bereich, in dem Leistungsanpassung besteht, so kommt es zu einer starken Erwärmung und ggf. Entzündung der Sekundärbatterie. Der Lastwiderstand Ri_ast der Überbrückungseinheit wird daher erfindungsgemäß bei einer Sekundärbatterie mit einem Innenwiderstand im Bereich von 3 mQ kleiner als 3 mQ, vorzugsweise kleiner als 2 mQ und höchst bevorzugt im Bereich von größer als 0 mQ und kleiner oder gleich 2 mQ gewählt. Ein entsprechend geringer Lastwiderstand wird in der Regel durch alle elektrisch gut leitenden Materialien ermöglicht. In the case of secondary batteries for cars driven purely by electricity or by means of a hybrid drive, the internal resistance R 1 of suitable secondary batteries may, for example, be in the range of 3 mQ. If the external load resistance R L , ie the load resistance of all consumers connected to the battery (or the bridging unit) (including the line resistances), also in this area in case of accidents with cable damage, ie in an area in which there is power adjustment to a strong warming and possibly ignition of the secondary battery. The load resistance Ri_ast of the bridging unit is therefore chosen according to the invention in a secondary battery with an internal resistance in the range of 3 mQ less than 3 mQ, preferably less than 2 mQ and most preferably in the range of greater than 0 mQ and less than or equal to 2 mQ. A correspondingly low load resistance is usually made possible by all materials with good electrical conductivity.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens weist die Überbrückungseinheit vorzugsweise einen Kurzschlussschalter auf. Der Kurzschlussschalter kann von einer Trennstellung in eine Leitstellung überführt werden. Bei der Trennstellung weisen die elektrischen Anschlüsse der Sekundärbatterie keinen elektrischen Kontakt über die Überbrückungseinheit auf. In der Leitstellung hingegen weisen die elektrischen Anschlüsse der Sekundärbatterie einen elektrischen Kontakt über die Überbrückungseinheit auf. In dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es bevorzugt, dass der Kurzschlussschalter im Falle des weiter oben genannten Kurzschlusses von einer Trennstellung in eine Leitstellung überführt wird. In a further embodiment of the method according to the invention, the bridging unit preferably has a short-circuit switch. The short-circuit switch can be transferred from a disconnected position to a reference position. In the Disconnect position, the electrical connections of the secondary battery no electrical contact via the bridging unit. In contrast, in the control position, the electrical connections of the secondary battery make electrical contact via the bridging unit. In the method according to the invention, it is preferred that the short circuit switch is transferred from a disconnected position to a reference position in the case of the short circuit mentioned above.
Der Kurzschlussschalter kann weiterhin einen Sensor, beispielsweise Draht- oder Glasfaser- oder PVDF-Sensor enthalten, der vorzugsweise so angeordnet ist, dass der Sensor bei einem Übergang des Kurzschlussschalters von der Trenn- in die Schaltstellung zerstört beziehungsweise zerquetscht beziehungsweise zerschnitten wird, ohne dass das den Kurzschlussvorgang beziehungsweise das Überbrücken der Anschlüsse der Sekundärbatterie stören würde. Ein solcher Sensor bietet die Möglichkeit zu detek- tieren, ob die Überbrückung tatsächlich stattgefunden hat. The short circuit switch may further comprise a sensor, such as wire or fiber optic or PVDF sensor, which is preferably arranged so that the sensor is destroyed or crushed or cut at a transition of the short-circuit switch from the disconnect to the switching position, without the would interfere with the shorting process or bridging the terminals of the secondary battery. Such a sensor offers the possibility of detecting whether the bridging has actually taken place.
Der Kurzschlussschalter enthält vorzugsweise einen ersten und einen zweiten Kontakt, wobei jeweils einer der Kontakte mit einem der Anschlüsse der Sekundärbatterie verbunden ist. The shorting switch preferably includes a first and a second contact, wherein each one of the contacts is connected to one of the terminals of the secondary battery.
Der Kurzschlussschalter enthält als Schaltelement vorzugsweise einen elektrisch leitenden Schaltkolben, eine elektrisch leitende Membran oder eine elektrisch leitende Kontaktplatte. The short-circuit switch preferably contains as switching element an electrically conductive switching piston, an electrically conductive membrane or an electrically conductive contact plate.
Das Schaltelement wird beim Übergang von der Trenn- in die Schaltstellung des Kurzschlussschalters einer Bewegung unterzogen, wobei dabei zwei Kontakte des Kurzschlussschalters miteinander verbunden werden, wodurch die elektrischen Anschlüsse der Sekundärbatterie überbrückt werden. The switching element is subjected to a movement during the transition from the disconnected to the switching position of the short-circuiting switch, wherein two contacts of the short-circuiting switch are connected to each other, whereby the electrical connections of the secondary battery are bridged.
Im Falle des elektrisch leitenden Schaltkolbens als Schaltelement ist es bevorzugt, dass in der Trennstellung der Schaltkolben mit einem ersten Kontakt des Kurzschlussschalters verbunden ist und bei einer Bewegung des Schaltkolbens entlang seiner Achse auf einen zweiten Kontakt des Verbindungschalters trifft und somit eine Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Kontakt des Kurzschlussschalters her- stellt. Der Schaltkolben kann in seinem Material massiv ausgelegt sein, er kann jedoch auch innen hohl sein, so dass seine Masse deutlich kleiner wird und damit schneller als ohne Aushöhlung beschleunigt werden kann, wobei ein Kurzschluss schneller erreicht wird. Die Aushöhlung im Kolben kann durch ein leichteres Material zum Beispiel Polyethylen oder Polyoxymethylen, oder Styropor gefüllt sein, um das Leervolumen für den aktivierbaren Antrieb so klein wie möglich zu halten. Hierdurch wird Treibladungspulver eingespart und gleichzeitig kann der Schaltkolben durch den dennoch höheren Brennkammerdruck schneller und auf höhere Geschwindigkeiten beschleunigt werden. Dies führt zu einem schneller erreichten Kurzschluss. In the case of the electrically conductive switching piston as a switching element, it is preferred that in the disconnected position of the switching piston is connected to a first contact of the short-circuit switch and hits a movement of the control piston along its axis to a second contact of the connection switch and thus a connection between the first and the second contact of the short-circuit switch. provides. The switching piston can be solid in its material, but it can also be hollow inside, so that its mass is much smaller and can be accelerated faster than without excavation, with a short circuit is reached faster. The cavity in the piston may be filled with a lighter material, for example, polyethylene or polyoxymethylene, or polystyrene, in order to keep the void volume for the activatable drive as small as possible. As a result, propellant charge powder is saved and at the same time the switching piston can be accelerated faster and at higher speeds by the nevertheless higher combustion chamber pressure. This leads to a faster achieved short circuit.
Im Falle einer elektrisch leitenden Membran als Schaltelement ist es bevorzugt, dass in der Trennstellung die elektrisch leitende Membran mit einem ersten Kontakt des Kurzschlussschalters verbunden ist. Zur Überführung des Kurzschlussschalters in die Schaltstellung wird die Membran vorzugsweise in eine Richtung bewegt beziehungsweise gedehnt, in der sich ein zweiter Kontakt des Kurzschlussschalters befindet. Ab einer bestimmten Dehnung beziehungsweise Bewegungsgröße der Membran wird diese mit dem zweiten Kontakt des Kurzschlussschalters verbunden. Auf diese Weise kann Strom durch den Kurzschlussschalter fließen. In the case of an electrically conductive membrane as a switching element, it is preferred that in the disconnected position, the electrically conductive membrane is connected to a first contact of the short-circuit switch. For the transfer of the short-circuit switch in the switching position, the membrane is preferably moved or expanded in a direction in which there is a second contact of the short-circuit switch. From a certain strain or movement size of the membrane, this is connected to the second contact of the short-circuit switch. In this way, current can flow through the shorting switch.
Im Falle einer elektrisch leitenden Kontaktplatte als Schaltelement des Kurzschlussschalters ist in der Trennstellung die Kontaktplatte selbst vorzugsweise mit keinem der beiden Kontakte des Kurzschlussschalters verbunden. Zur Überführung des Kurzschlussschalters in die Leitstellung wird die Kontaktplatte gleichzeitig auf die elektrischen Kontakte bewegt und mit diesen verbunden. Auf diese Weise kann Strom zwischen den beiden Kontakten fließen. In the case of an electrically conductive contact plate as a switching element of the short circuit switch, the contact plate itself is preferably not connected to any of the two contacts of the short circuit switch in the disconnected position. To transfer the short-circuit switch in the Leitstellung the contact plate is simultaneously moved to the electrical contacts and connected to them. In this way, current can flow between the two contacts.
Im Falle der Verwendung einer Kontaktplatte als Schaltelement kann beispielsweise die Kontaktplatte zwei Kontaktstifte aufweisen, und die beiden Kontakte können als Multikontakte (Multikontaktbuchsen) ausgestaltet sein, so dass in der Schaltstellung die Kontaktstifte der Kontaktplatte in die kontaktseitigen Multikontakte eingebracht werden. Umgekehrt kann auch die Kontaktplatte Multikontakte aufweisen, und die Kontakte selbst als Kontaktstifte ausgestaltet sein, die dann in der Schaltstellung in die platten- seitigen Multikontakte eingebracht bzw. eingefahren werden. In einer weiteren Ausführungsform ist es bevorzugt, dass in dem erfindungsgemäßen Verfahren die Überbrückungseinheit oder der von der Sekundärbatterie gespeiste äußere Strompfad als Sicherungselement im Fall eines Kurzschlusses im äußeren Strompfad einen Trennschalter aufweist. Dabei ist es bevorzugt, dass die elektrischen Anschlüsse der Sekundärbatterie dann mit der Überbrückungseinheit elektrisch überbrückt werden, wenn der Trennschalter den Strom im Strompfad nicht abschaltet. Die Auslösung des Kurzschlussschalters von der Trennstellung in die Leitstellung überzugehen, kann beispielsweise durch eine Steuereinheit vorgenommen werden. Die Steuereinheit kann jegliche denkbare Steuereinheit sein, bspw. kann es eine Steuereinheit sein, wie sie beim Auslösen von Airbags verwendet wird. Die Steuereinheit löst dabei vorzugsweise auch einen Übergang des Trennschalters von der Leitstellung in die Trennstellung aus. In the case of using a contact plate as a switching element, for example, the contact plate may comprise two contact pins, and the two contacts may be configured as multi-contacts (multi-contact sockets), so that in the switching position, the contact pins of the contact plate are introduced into the contact-side multi-contacts. Conversely, the contact plate can also have multi-contacts, and the contacts themselves can be designed as contact pins, which are then inserted or retracted in the switch position into the plate-side multi-contacts. In a further embodiment it is preferred that in the method according to the invention, the bridging unit or the external current path fed by the secondary battery has a circuit breaker as a fuse element in the case of a short circuit in the external current path. It is preferred that the electrical connections of the secondary battery are then electrically bridged with the bridging unit when the circuit breaker does not turn off the current in the current path. The triggering of the short-circuit switch from the disconnected position to the control position, can be made for example by a control unit. The control unit may be any conceivable control unit, for example, it may be a control unit, as used in the deployment of airbags. The control unit preferably also triggers a transition of the disconnector from the Leitstellung in the disconnected position.
Der Kurzschlussschalter der Überbrückungseinheit kann auch dazu verwendet werden, einen Trennschalter zu unterstützen, indem dieser den Kurzschlusspfad der Überbrückungseinheit kurz schließt und somit kurzzeitig den Entladestrom der Batterie weitestgehend über den Kurzschlusspfad fließen lässt. Hierdurch können die Kontakte des Trennschalters geöffnet werden, ohne dass ein Lichtbogen entsteht. Kurz nach dem Öffnen des Trennschalters kann dann der durch die Überbrückungseinheit erreichte Kurzschluss der Batterieanschlüsse wieder ganz oder teilweise aufgehoben werden, um beispielsweise die Batterie zu schonen und nicht weiter aufzuheizen. Es genügt ebenfalls, den Kurzschlusspfad gleichzeitig oder innerhalb einer kleinen Zeitspanne von maximal ca. 1 bis 1 ,5 ms nach dem Öffnen des Trennschalters zu schließen, da sich in dieser kurzen Zeitspanne ein Lichtbogen nicht stabil ausbilden kann und sofort wieder gelöscht würde. The short-circuit switch of the bridging unit can also be used to support a circuit breaker by short-circuiting the short-circuit path of the bridging unit and thus briefly allows the discharge current of the battery to flow over the short-circuit path as far as possible. As a result, the contacts of the circuit breaker can be opened without an arc. Shortly after opening the circuit breaker then reached by the bridging unit short circuit of the battery connections can be completely or partially canceled, for example, to protect the battery and not heat further. It is also sufficient to close the short-circuit path at the same time or within a small time span of a maximum of about 1 to 1.5 ms after opening the circuit breaker, since in this short period of time an arc can not develop stably and would be deleted immediately.
Auch kann man durch die Wahl eines geeigneten Kolben- bzw. Kontaktplattenmaterials mit einem höheren spezifischen elektrischen Widerstand nur soviel Strom übernehmen, dass der Reststrom über den Trennschalter im Augenblick des Öffnens dessen Kontakte kein Lichtbogen gezogen wird bzw. sich der dennoch bildende Lichtbogen nur schwach ausbildet und ausreichend gut im Trennschalter gelöscht werden kann. Vorzugsweise wird die Bewegung des Schaltelements durch einen aktivierbaren Antrieb erfolgen. Also, you can only take so much power through the choice of a suitable piston or contact plate material with a higher electrical resistivity, that the residual current through the circuit breaker at the moment of opening the contacts no arc is pulled or the still forming arc forms only weak and can be deleted sufficiently well in the circuit breaker. Preferably, the movement of the switching element will be effected by an activatable drive.
Der aktivierbare Antrieb kann ein induktiver Antrieb, ein Wirbelstromantrieb, ein Pin- Puller-Antrieb oder ein Gasdruckantrieb sein, wobei bei einem Gasdruckantrieb der Gasdruck mittels eines gaserzeugenden Materials erzeugt wird, insbesondere durch die Verbrennung oder Oxidation eines flüssigen und/oder festen gaserzeugenden Materials, insbesondere eines aktivierbaren pyrotechnischen gaserzeugenden Materials. Solche aktivierbaren Antriebe haben den Vorteil, dass die Überbrückung mit dem angegebenen Lastwiderstand unterhalb des Innenwiderstandes innerhalb sehr kurzer Zeit erfolgen kann, und somit eine Erhitzung beziehungsweise ein Hitzeanstieg in der Sekundärbatterie verhindert wird. The activatable drive may be an inductive drive, an eddy current drive, a pin puller drive or a gas pressure drive, wherein in a gas pressure drive, the gas pressure is generated by means of a gas generating material, in particular by the combustion or oxidation of a liquid and / or solid gas generating material, in particular an activatable pyrotechnic gas-generating material. Such activatable drives have the advantage that the bridging can be done with the specified load resistance below the internal resistance within a very short time, and thus heating or a heat increase in the secondary battery is prevented.
Bei einem induktiven Antrieb kann dazu in geeignetem Abstand zum Schaltergehäuse eine Induktionsspule vorgesehen sein. Das Schaltelement kann in geeigneter weise magnetisch ausgeführt sein. Das Schaltelement kann aber auch mit einer Induktionsspule ausgerüstet sein. Ebenfalls wäre es denkbar, das Schaltelement mit einer Induktionsspule auszurüsten und in geeigneter Entfernung zum Schaltelement einen elektromagnetischen Bezugspunkt vorzusehen, beispielsweise einen Permanentmagneten. In dieser Weise kann das Schaltelement also alternativ oder zusätzlich induktiv bewegt werden. In an inductive drive, an induction coil may be provided at a suitable distance from the switch housing. The switching element may be suitably designed to be magnetic. The switching element can also be equipped with an induction coil. It would also be conceivable to equip the switching element with an induction coil and to provide an electromagnetic reference point at a suitable distance from the switching element, for example a permanent magnet. In this way, the switching element can therefore be moved alternatively or additionally inductively.
Ist der aktivierbare Antrieb als Wrbelstromantrieb ausgebildet, so weist dieser vorzugsweise eine Kraftspule auf, die für das gewünschte Schalten durch einen Stoßstrom von außen durchflössen wird. Hierzu ist das Schaltelement vorzugsweise aus einem elektrisch gut leitenden Material, wodurch durch den Stoßstrom in der Kraftspule ein Strom induziert wird, der entsprechend der Lenzschen Regel dem Erregerstrom in der Kraftspule entgegengesetzt ist, wodurch das Schaltelement von der Kraftspule extrem schnell und mit hoher Kraft abgestoßen wird und dabei die im Gehäuse angeschlossenen Abschnitte der Verbindungselemente abreißen. If the activatable drive is embodied as a forced-current drive, it preferably has a force coil, which is flowed through from outside for the desired switching by means of a surge current. For this purpose, the switching element is preferably made of a highly electrically conductive material, whereby a current is induced by the surge current in the force coil, which is opposite to the exciting current in the force coil according to Lenz's rule, whereby the switching element repelled by the force coil extremely fast and with high force is tearing off while the connected in the housing sections of the connecting elements.
Wrd die Bewegung des Schaltelements durch Gasdruck vorgenommen, so wird dieser vorzugsweise auf das Schaltelement übertragen und dabei bewegt. Ein solcher Gas- druck kann pyrotechnisch erzeugt werden oder durch geeignete Gasleitungen aufgebaut werden. Wird der Gasdruck pyrotechnisch erzeugt, so ist es zweckmäßig, eine im Inneren des Antriebsgehäuses befindliche Brennkammer mit eingebrachtem Treibladungspulver vorzusehen, das mittels eines Zünd- oder Anzündstücks aktivierbar ist. Als Treibladungen kommen jedoch neben Treibladungspulvern auch flüssige oder gasförmige Brennstoffe und Oxidatoren zum Einsatz, die beispielsweise in die Brennkammer eingespritzt werden können, die vorzugsweise in den Schalter integriert vorliegt. Solche Brennstoffe und Oxidatoren werden im Folgenden als gaserzeugende Materialien bezeichnet. Auch die pyrotechnischen gaserzeugenden Materialien, unabhängig davon, ob diese deflagrierend oder detonativ reagieren, sollen hierdurch um- fasst sein. Nach der Aktivierung des Verbrennungs- beziehungsweise Oxidationsvor- gangs erzeugen diese gaserzeugenden Materialien einen Gasdruck (beziehungsweise bei bereits gasförmigen Brennstoffen und/oder Oxidatoren einen gegenüber dem Ausgangszustand deutlich höheren Gasdruck), der den Antriebskolben und das damit verbundene Ausrückelement beaufschlagt und den Schalter aus der Leitstellung in die Trennstellung bewegt. Zur Zündung kann eine Zündkerze, ein Glühdraht oder ein Anzünder dienen. Alternativ oder zusätzlich könnte die Brennkammer auch bereits entweder Brennstoff oder Oxidatoren (in flüssiger, fester oder gasförmiger Form) enthalten. Um eine pyrotechnische Erzeugung von Gasdruck und damit die pyrotechnische Auslösung des Schalters vorzusehen, muss nur eine pyrotechnische Mischung in eine Brennkammer eingefügt werden. Zum gewünschten Zeitpunkt kann diese dann durch ein Zünd- oder Anzündmittel gezündet werden. Wrd made the movement of the switching element by gas pressure, it is preferably transmitted to the switching element and thereby moved. Such a gas pressure can be generated pyrotechnic or be constructed by suitable gas lines. If the gas pressure is generated pyrotechnically, then it is expedient to provide a combustion chamber located in the interior of the drive housing with incorporated propellant charge powder which can be activated by means of a firing or priming piece. As propellants, however, in addition to propellants and liquid or gaseous fuels and oxidizers are used, which can be injected for example in the combustion chamber, which is preferably integrated into the switch. Such fuels and oxidizers are referred to below as gas-generating materials. The pyrotechnic gas-generating materials, regardless of whether they react deflagrating or detonatively, should also be encompassed by this. After the activation of the combustion or oxidation process, these gas-generating materials generate a gas pressure (or, in the case of already gaseous fuels and / or oxidizers, a gas pressure which is markedly higher than the initial state), which acts on the drive piston and the disengagement element connected thereto and the switch from the guide position moved to the disconnected position. For ignition, a spark plug, a glow wire or a lighter can be used. Alternatively or additionally, the combustion chamber could already contain either fuel or oxidizers (in liquid, solid or gaseous form). In order to provide a pyrotechnic generation of gas pressure and thus the pyrotechnic triggering of the switch, only a pyrotechnic mixture must be inserted into a combustion chamber. At the desired time, this can then be ignited by an ignition or igniter.
Alternativ oder zusätzlich kann die Brennkammer auch mit einem Zünd- oder Anzündstück ausgerüstet werden. Bei einem geeignet gewählten Zünd- oder Anzündstück können bei dessen Zündung genügend Gas- und/oder Abgasprodukte erzeugt werden, so dass sich ein genügender Druck in der Brennkammer aufbaut. Dieser kann dann über eine Endplatte, die auch als Ausrückplatte bezeichnet wird, die als Treibspiegel wirkt, das Schaltelement ein ausreichend großes Stück bewegen, um mit dem Kontakt oder den Kontakten des Kurzschlussschalters verbunden zu sein. Wenn die pyrotechnische Auslösung des Schalters über eine Brennkammer vorgesehen wird, so kann die Wrkung der Brennkammer dadurch gesteigert werden, dass Füllkörper in die Brennkammer eingebracht werden. Solche Füllkörper können das nicht benötigte Leervolu- men in der Brennkammer reduzieren, so dass eine bereits viel kleinere Gasmenge den zur Bewegung des Treibspiegels und damit des Schaltelements erforderlichen Druck aufbringt. Alternatively or additionally, the combustion chamber can also be equipped with a firing or priming piece. In a suitably chosen ignition or ignition piece enough gas and / or exhaust products can be generated at its ignition, so that builds up a sufficient pressure in the combustion chamber. This can then move over an end plate, which is also referred to as a release plate acting as a sabot, the switching element a sufficiently large piece to be connected to the contact or the contacts of the short-circuit switch. If the pyrotechnic triggering of the switch is provided via a combustion chamber, then the rotation of the combustion chamber can be increased by introducing filler bodies into the combustion chamber. Such fillers can remove the unneeded empty volume. Reduce men in the combustion chamber, so that an already much smaller amount of gas applied to the movement of the sabot and thus the switching element required pressure.
Unter einem Pin-Puller-Antrieb versteht man einen Antrieb, der das Schaltelement nicht drückend in die Leitstellung des Verbinundgsschalters bewegt, sondern durch Zug. A pin-puller drive is understood to mean a drive which does not move the switching element in an urging manner into the conducting position of the connecting switch but by pulling.
Ein elektrischer Schaltkreis nach der Erfindung weist eine Sekundärbatterie und eine Überbrückungseinheit auf, welche mit einem äußeren Strompfad mit einem elektrischen Verbraucher verbunden ist, wobei die Überbrückungseinheit einen Strompfad zur Überbrückung der elektrischen Anschlüsse der Sekundärbatterie aufweist, in welchem ein gezielt auslösbarer Kurzschlussschalter vorgesehen ist, der von einer Trennstellung in eine Leitstellung überführbar ist, und wobei der Strompfad der Überbrückungseinheit in der Leitstellung des Kurzschlussschalters einen Lastwiderstand RLast aufweist, der geringer ist als der Innenwiderstand R, der Sekundärbatterie, wobei das gezielte Auslösen des Kurzschlussschalters vorzugsweise im Falle eines Kurzschlusses im äußeren Strompfad erfolgt. An electrical circuit according to the invention comprises a secondary battery and a bridging unit, which is connected to an external current path with an electrical load, wherein the bridging unit has a current path for bridging the electrical connections of the secondary battery, in which a targeted triggering short-circuit switch is provided from a disconnected position into a Leitstellung, and wherein the current path of the bridging unit in the Leitstellung the short-circuiting switch has a load resistance R Las t, which is lower than the internal resistance R, the secondary battery, wherein the targeted triggering of the short-circuiting switch preferably in the case of a short circuit in the outer current path takes place.
Der elektrische Verbraucher kann jegliche elektrische oder elektronische Vorrichtung oder Einheit sein, die von der oder einer anderen Sekundärbatterie betrieben werden kann. The electrical load may be any electrical or electronic device or unit that can be operated by the or another secondary battery.
Die Überbrückungseinheit kann zusätzlich einen von einer Leitstellung in eine Trennstellung überführbaren Trennschalter für das Auftrennen des äußeren Strompfades aufweisen, wobei der Trennschalter und der Kurzschlussschalter vorzugsweise als eine einzige Baueinheit in Form eines Kurzschluss-/Trennschalters ausgestaltet sind, und wobei der Trennschalter und der Kurzschlussschalter vorzugsweise so ausgestaltet oder ansteuerbar sind, dass das Verfahren nach einem der Patentansprüche 3 bis 5 ausgeführt wird. The bridging unit may additionally comprise a disconnect switch for disconnecting the outer current path that can be transferred from a conducting position to a disconnected position, wherein the disconnecting switch and the short-circuiting switch are preferably designed as a single structural unit in the form of a short-circuiting / disconnecting switch, and wherein the disconnecting switch and the shorting switch are preferably are configured or controllable, that the method according to one of the claims 3 to 5 is executed.
Die erfindungsgemäße Überbrückungseinheit bzw. der erfindungsgemäße elektrische Schaltkreis können zusätzlich eine Steuereinheit zum Überführen des Kurzschluss- Schalters von der Trennstellung in die Leitstellung und/oder zum Überführen des Trennschalters von der Leitstellung in die Trennstellung umfassen. Die Steuereinheit kann jegliche denkbare Steuereinheit sein, bspw. kann es eine Steuereinheit sein, wie sie beim Auslösen von Airbags verwendet wird. The bridging unit according to the invention or the electrical circuit according to the invention can additionally comprise a control unit for transferring the short-circuit Switch from the disconnected position in the Leitstellung and / or for transferring the disconnector from the Leitstellung in the disconnected position. The control unit may be any conceivable control unit, for example, it may be a control unit, as used in the deployment of airbags.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine als Kurzschluss-/Trennschalter ausgebildete Überbrückungseinheit, wobei The present invention also relates to a bridging unit designed as a short-circuiting / disconnecting switch, wherein
(a) der Kurzschluss-/Trennschalter aus einer ersten Stellung in eine zweite Stellung überführt werden kann, (a) the shorting / disconnecting switch can be transferred from a first position to a second position,
(b) der Kurzschluss-/Trennschalter ein Gehäuse, einen ersten Kontakt, einen zweiten Kontakt, einen dritten Kontakt, ein im Gehäuse bewegbares Ausrückelement und mindestens ein Verbindungselement aufweist, das in der ersten Stellung des Schalters eine elektrische Verbindung zwischen dem dritten Kontakt und dem zweiten Kontakt herstellt, (b) the shorting / disconnecting switch comprises a housing, a first contact, a second contact, a third contact, a movable in the housing release element and at least one connecting element, in the first position of the switch, an electrical connection between the third contact and the makes second contact,
(c) das Gehäuse einen das mindestens eine Verbindungselement umgebenden Innenraum aufweist, und (C) the housing has an inner space surrounding the at least one connecting element, and
(d) mindestens eine Verbindungselement an einem Ende an der Grundseite des Gehäuses und an dem anderen Ende an dem Ausrückelement im Inneren des Gehäuses befestigt ist, und (D) at least one connecting element is attached at one end to the base side of the housing and at the other end to the disengaging element in the interior of the housing, and
(e) der Kurzschluss-/Trennschalter so ausgebildet ist, dass eine mechanische Bewegung des Ausrückelements den Schalter von der ersten Stellung in die zweite Stellung überführen kann, wobei das Ausrückelement mechanisch so auf das im Innenraum verlaufende mindestens eine Verbindungselement wirkt, dass die elektrische Verbindung zwischen dem dritten Kontakt und dem zweiten Kontakt an mindestens einer Trennstelle des Verbindungselements unterbrochen wird, und dabei eine Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Kontakt entsteht, vorzugsweise dadurch, dass die Ausrückplatte elektrisch leitend ist und den ersten und den zweiten Kontakt verbindet. (e) the short-circuiting / disconnecting switch is designed so that a mechanical movement of the disengaging element can transfer the switch from the first position to the second position, wherein the disengagement element acts mechanically on the at least one connecting element extending in the interior such that the electrical connection between the third contact and the second contact at at least one separation point of the connecting element is interrupted, and thereby a connection between the first and the second contact is formed, preferably characterized that the release plate is electrically conductive and connects the first and the second contact.
Erfindungsgemäß kann der Kurzschluss-/Trennschalter so ausgebildet sein, dass er durch eine mechanische Bewegung des Ausrückelements zunächst die Batterieanschlüsse ganz oder teilweise kurzschließt und kurz danach mit dem Trennen des äußeren Stromkreises beginnt. According to the invention, the short-circuiting / disconnecting switch can be designed such that, by a mechanical movement of the disengaging element, it first completely or partially short-circuits the battery terminals and shortly afterwards begins to disconnect the external circuit.
Weiterhin kann der Kurzschluss-/Trennschalter auch so ausgebildet sein, dass nach dem erfolgten Öffnen des äußeren Stromkreises der vollständige oder teilweise Kurzschlusspfad der Batterie wieder ganz oder teilweise geöffnet wird. Furthermore, the short-circuiting / disconnecting switch can also be designed such that, after the opening of the external circuit, the complete or partial short-circuit path of the battery is completely or partially opened again.
Die Überbrückungseinheit mit einem so beschaffenen Kurzschluss-/Trennschalter kann im Kurzschlusspfad einen bestimmten elektrischen (von Null verschiedenen) Widerstand aufweisen, der klein genug ist, um den bei geschlossenem Schalter im Kurzschlusspfad fließenden Strom so groß werden zu lassen, dass im äußeren Stromkreis der Strom so niedrig ist, dass beim Auftrennen des äußeren Stromkreises eine Lichtbogenausbildung verhindert bzw. ausreichend stark geschwächt wird und dennoch so hoch ist, dass er weiter die Batterieanschlüsse überbrücken kann, ohne dass die Batteriezellen zu stark durch den Kurzschlussstrom erhitzt werden würden. The bypass unit with such a shorting / disconnecting switch may have a certain electrical (non-zero) resistance in the short circuit path that is small enough to make the current flowing in the short circuit path when the switch is closed so large that the current in the external circuit is high is so low that, when the outer circuit is cut, arcing is prevented or weakened sufficiently and yet is so high that it can continue to bypass the battery terminals without the battery cells being overheated by the short-circuit current.
Der erfindungsgemäße Kurzschluss-/Trennschalter kann auch zwei oder mehr Verbindungselemente zwischen der Grundseite und der Ausrückplatte aufweisen, die den zweiten und den dritten Kontakt entweder elektrisch parallel oder elektrisch in Reihe verbinden. The short-circuiting / disconnecting switch according to the invention may also have two or more connecting elements between the base side and the disengaging plate, which connect the second and the third contact either electrically in parallel or electrically in series.
Der erfindungsgemäße Kurzschluss-/Trennschalter (Schalter) wird vorzugsweise zum Unterbrechen eines ersten von einer Sekundärbatterie gespeisten Strompfades und zum Überbrücken der beiden Anschlüsse der Sekundärbatterie in einem zweiten Strompfad verwendet. Dabei ist der erste Anschluss der Sekundärbatterie vorzugsweise mit dem ersten und dem dritten Kontakt des Schalters und der zweite Anschluss der Sekundärbatterie vorzugsweise mit dem zweiten Kontakt des Schalters verbunden. In anderen Worten wird der erfindungsgemäße Schalter vorzugsweise in den erfindungs- gemäßen Verfahren, den erfindungsgemäßen Verwendungen bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung eingesetzt. The short-circuiting / disconnecting switch (switch) according to the invention is preferably used for interrupting a first current path fed by a secondary battery and bypassing the two terminals of the secondary battery in a second current path. In this case, the first terminal of the secondary battery is preferably connected to the first and the third contact of the switch, and the second terminal of the secondary battery is preferably connected to the second contact of the switch. In other words, the switch according to the invention is preferably used in the invention. in accordance with the method, the uses according to the invention or the device according to the invention.
Der erfindungsgemäße Schalter kann auch eine aktivierbare Einheit aufweisen, wie sie weiter oben beschrieben ist. The switch according to the invention can also have an activatable unit, as described above.
Alle in Verbindung mit dem zuerst genannten erfindungsgemäßen Verfahren zum Verhindern des Entzündens einer Sekundärbatterie aufgeführten Definitionen und bevorzugten Ausführungsformen und deren Bestandteile treffen vorzugsweise auch auf die weiteren erfindungsgemäßen Gegenstände, Ausführungsformen, Verfahren oder Vorrichtungen zu. Dies gilt auch umgekehrt. All definitions and preferred embodiments and their constituents listed in connection with the first-mentioned method according to the invention for preventing the ignition of a secondary battery preferably also apply to the further objects, embodiments, methods or devices according to the invention. This also applies vice versa.
Weitere Merkmale, aber auch Vorteile der Erfindung, ergeben sich aus den folgenden aufgeführten Zeichnungen und der dazugehörigen Beschreibung. In den Abbildungen und in den dazugehörigen Beschreibungen sind Merkmale der Erfindung in Kombination beschrieben. Diese Merkmale können allerdings auch in anderen Kombinationen von einem erfindungsgemäßen Gegenstand umfasst werden. Jedes offenbarte Merkmal ist also auch als in technisch sinnvollen Kombinationen mit anderen Merkmalen offenbart zu betrachten. Die Abbildungen sind teilweise leicht vereinfacht und schematisch dargestellt. Other features, but also advantages of the invention will become apparent from the following drawings and the accompanying description. In the figures and in the accompanying descriptions, features of the invention are described in combination. However, these features may also be included in other combinations of an article of the invention. Each disclosed feature is thus also to be regarded as disclosed in technically meaningful combinations with other features. The illustrations are partly slightly simplified and shown schematically.
Fig. 1a: zeigt einen Kurzschlussschalter mit einem Schaltkolben als Schaltelement in der Trennstellung; Fig. 1a: shows a short-circuit switch with a switching piston as a switching element in the disconnected position;
Fig. 1 b: zeigt den Kurzschlussschalter der Fig. 1a in der Leitstellung; Fig. 1 b: shows the short-circuit switch of Figure 1a in the Leitstellung.
Fig. 2a: zeigt einen Kurzschlussschalter mit einer elektrisch leitenden Membran in der Trennstellung; FIG. 2a shows a short circuit switch with an electrically conductive membrane in the disconnected position; FIG.
Fig. 2b: zeigt den Kurzschlussschalter der Fig. 2a in der Leitstellung; Fig. 2b: shows the short circuit switch of Figure 2a in the Leitstellung.
Fig. 3a: zeigt einen Kurzschlussschalter mit einer Kontaktplatte als Schaltelement in der Trennstellung; Fig. 3b: zeigt den Kurzschlussschalter der Fig. 3a in der Leitstellung; Fig. 3a: shows a short-circuit switch with a contact plate as a switching element in the disconnected position; Fig. 3b: shows the short-circuit switch of Figure 3a in the Leitstellung.
Fig. 4a: zeigt einen Kurzschlussschalter mit einer Kontaktplatte als Schaltelement mit einem Pin-Puller-Antrieb in der Trennstellung; 4a shows a short-circuit switch with a contact plate as a switching element with a pin-puller drive in the disconnected position;
Fig. 4b: zeigt den Kurzschlussschalter der Fig. 4a in der Leitstellung; Fig. 4b: shows the short-circuit switch of Figure 4a in the Leitstellung.
Fig. 5a: zeigt einen Kurzschlussschalter mit einer Kontaktplatte als Schaltelement mit Kontaktstift in der Trennstellung; Fig. 5a: shows a short-circuit switch with a contact plate as a switching element with contact pin in the disconnected position;
Fig. 5b: zeigt den Kurzschlussschalter der Fig. 5a in der Leitstellung.; Fig. 5b: shows the short-circuit switch of Figure 5a in the Leitstellung .;
Fig. 6a: zeigt einen Kurzschlussschalter mit einer Verbindungsplatte mit kon- taktplattenseitigen Multikontakten in der Trennstellung; 6a shows a short-circuit switch with a connection plate with contact-plate-side multicontacts in the disconnected position;
Fig. 6b: zeigt den Kurzschlussschalter der Fig. 6a in der Leitstellung; Fig. 6b: shows the short circuit switch of Figure 6a in the Leitstellung.
Fig. 7a: zeigt einen erfindungsgemäßen Kurzschluss-/Trennschalter in einer ersten Stellung, der die gleichzeitige Unterbrechung eines ersten Strompfads mit der Verbindung eines zweiten Strompfads ermöglicht, wobei die Trennung des ersten Strompfads durch die Unterbrechung von zwei seriell verbundenen Verbindungselementen ermöglicht wird; Fig. 7a shows a short-circuit / disconnect switch according to the invention in a first position, which allows the simultaneous interruption of a first current path with the connection of a second current path, wherein the separation of the first current path is made possible by the interruption of two serially connected connection elements;
Fig. 7b: zeigt den Schalter aus Fig. 7a in einer zweiten Stellung; Fig. 7b shows the switch of Fig. 7a in a second position;
Fig. 8a: zeigt einen erfindungsgemäßen Kurzschluss-/Trennschalter in einer ersten Stellung, der die gleichzeitige Unterbrechung eines ersten Strompfads mit der Verbindung eines zweiten Strompfads ermöglicht, wobei die Trennung des ersten Strompfads durch die Unterbrechung von vier seriell verbundenen Verbindungselementen ermöglicht wird; Fig. 8a shows a short-circuit / disconnect switch according to the invention in a first position, which allows the simultaneous interruption of a first current path with the connection of a second current path, wherein the separation of the first current path is made possible by the interruption of four serially connected connection elements;
Fig. 8b: zeigt den Schalter aus Fig 8a in einer zweiten Stellung; Fig. 9a: zeigt einen erfindungsgemäßen Kurzschluss-/Trennschalter in einer ersten Stellung, der die gleichzeitige Unterbrechung eines erstenFIG. 8b shows the switch of FIG. 8a in a second position; FIG. Fig. 9a: shows a short-circuit / disconnect switch according to the invention in a first position, the simultaneous interruption of a first
Strompfads mit der Verbindung eines zweiten Strompfads ermöglicht, wobei die Trennung des ersten Strompfads durch die Unterbrechung von zwei parallel geschalteten Verbindungselementen ermöglicht wird; Allows current paths with the connection of a second current path, wherein the separation of the first current path is made possible by the interruption of two parallel connection elements;
Fig. 9b: zeigt den Schalter aus Fig. 9a in einer zweiten Stellung; und Fig. 9b shows the switch of Fig. 9a in a second position; and
Fig. 10 zeigt ein Prinzipschaltbild für eine Vorrichtung zum Vermeiden des Entzündens einer Sekundärbatterie mit einem Kurzschluss-/Trennschalter nach der Erfindung. Fig. 10 shows a schematic diagram of a device for avoiding the ignition of a secondary battery with a short circuit / disconnect switch according to the invention.
Zum einfacheren Verständnis der Erfindung wird im Folgenden zunächst das ihr zu Grunde liegende Prinzip anhand Fig. 10 erläutert. For a better understanding of the invention, the principle underlying it will first be explained below with reference to FIG. 10.
Das Prinzipschaltbild in Fig. 10 zeigt eine Sekundärbatterie 200, an deren Batteriepole eine Überbrückungseinheit 202 mit jeweils einem ersten Eingangsport 204 und einem zweiten Eingangsport 206 angeschlossen ist. Ein erster und zweiter Ausgangsport 208, 210 der Überbrückungseinheit 202 sind mit einem äußeren Stromkreis verbunden, welcher als äußerer Lastwiderstand RL dargestellt ist. Selbstverständlich kann der äußere Lastwiderstand RL durch einen beliebigen elektrischen Verbraucher oder auch durch beliebige Verschaltungen mehrerer elektrischer Verbraucher gebildet sein. The block diagram in FIG. 10 shows a secondary battery 200 to whose battery terminals a bridging unit 202 is connected, each having a first input port 204 and a second input port 206. First and second output ports 208, 210 of bridging unit 202 are connected to an external circuit, which is shown as an external load resistor R L. Of course, the external load resistance R L may be formed by any electrical load or by any interconnections of several electrical loads.
Bei der Sekundärbatterie 200 kann es sich beispielsweise um eine Antriebsbatterie eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs, insbesondere eines PKW, handeln. Hierfür werden vorzugsweise kurzschlusssichere Lithium-Batterien, beispielsweise Lithium- Ionen-Batterien, verwendet, die einen Innenwiderstand im Bereich von wenigen Milli- ohm aufweisen. The secondary battery 200 may be, for example, a drive battery of an electrically operated vehicle, in particular a passenger car. For this purpose, short-circuit proof lithium batteries, for example lithium-ion batteries, are preferably used, which have an internal resistance in the range of a few milliohms.
Die Überbrückungseinheit 202 weist im dargestellten Ausführungsbeispiel sowohl einen mit dem äußeren Lastwiderstand RL in Serie geschalteten Trennschalter 212 auf, welcher im dargestellten Ausgangszustand geschlossen ist, als auch einen Kurzschlussschalter 214. Der Kurzschlussschalter 214 liegt in einem Kurzschlusspfad, welcher den ersten und zweiten Eingangsport 204, 206 der Überbrückungseinheit 202 verbindet. In diesem Kurzschlusspfad ist zudem ein Lastwiderstand RLast vorgesehen, welcher beim Schließen des in seinem Ausgangszustand geöffneten Kurzschlussschalters 214 mit den Batteriepolen der Sekundärbatterie 200 verbunden wird. In praktischen Ausführungsformen wird man den Lastwiderstand RL vorzugsweise in eine entsprechende Vorrichtung oder Einheit integrieren, welche den Schalter 214 realisiert. The bridging unit 202 has in the illustrated embodiment both a series-connected to the external load resistor R L isolation switch 212, which is closed in the illustrated initial state, as well as a short-circuit switch 214. The short-circuit switch 214 is in a short circuit path, which connects the first and second input ports 204, 206 of the bridging unit 202. In this short-circuit path, there is further provided a load resistor R Las t which is connected to the battery poles of the secondary battery 200 upon closing the short-circuiting switch 214 opened in its initial state. In practical embodiments, the load resistor R L will preferably be integrated into a corresponding device or unit which implements the switch 214.
Wie nachstehend beschrieben, können der Kurzschlussschalter 214 und der Trennschalter 212 auch als Einheit ausgebildet sein, wobei das Öffnen des Trennschalters 212 und das Schließen des Kurzschlussschalters 214 im Wesentlichen gleichzeitig oder mit sehr kurzen zeitlichen Abständen erfolgen kann. As described below, the shorting switch 214 and the disconnecting switch 212 may also be formed as a unit, wherein the opening of the disconnecting switch 212 and the closing of the shorting switch 214 may be substantially simultaneous or at very short time intervals.
Die Schalter 212, 214 können so ausgebildet sein, dass sie aus ihrem Ausgangszustand in die jeweils andere Schaltstellung überführt werden, wenn der äußere Lastwiderstand RL einen bestimmten Wert unterschreitet bzw. der durch den äußeren Lastwiderstand RL fließende Laststrom einen vorgegebenen Wert überschreitet. Hierzu kann auch eine Steuereinheit 216 vorgesehen sein, welche die Schalter 212, 214 in geeigneter Weise, auch hinsichtlich eines zeitlichen Ablaufs der Schaltvorgänge, ansteuert. Die Steuereinheit 216 kann auch über einen oder mehrere Sensoren verfügen, welche auslösende Ereignisse erfassen, die zu Schaltvorgängen der Schalter 212, 214 führen sollen. Beispielsweise kann ein Sensor so ausgebildet sein, dass dieser die Stromstärke im äußeren Strompfad erfasst, so dass die Steuereinheit 216 bei Überschreiten eines vorgegebenen Wertes erforderliche Schaltvorgänge auslösen kann. The switches 212, 214 may be designed so that they are transferred from their initial state into the respective other switching position when the external load resistance R L falls below a certain value or the load current flowing through the external load resistance R L exceeds a predetermined value. For this purpose, a control unit 216 may be provided, which controls the switches 212, 214 in a suitable manner, also with regard to a time sequence of the switching operations. The control unit 216 may also have one or more sensors which detect triggering events that are to lead to switching operations of the switches 212, 214. For example, a sensor may be designed such that it detects the current intensity in the outer current path, so that the control unit 216 can trigger necessary switching operations when a predetermined value is exceeded.
Selbstverständlich kann die Steuereinheit 216 auch außerhalb der Überbrückungseinheit 202 vorgesehen sein. Ebenso können die Sensoren auch außerhalb der Steuereinheit, insbesondere auch innerhalb von Schaltereinheiten realisiert sein, die den Trennschalter 212 bzw. den Kurzschlussschalter 214 realisieren. Die Steuereinheit 216 ist nicht zwingend erforderlich, wenn die Schalter 212, 214 so ausgebildet sind, dass diese jeweils eigenständig auf ein bestimmtes Ereignis reagieren, welches einen Schaltvorgang erforderlich macht. Nach dem der Erfindung zu Grunde liegenden Prinzip weist eine Überbrückungseinheit zumindest den in Fig. 10 dargestellten Kurzschlussschalter 214 auf. Überschreitet der Strom im äußeren Stromkreis durch den äußeren Lastwiderstand RL einen vorgegebenen Wert, so wird der Kurzschlussschalter 214 in seine geschlossene Stellung überführt. Hierdurch wird der Lastwiderstand Ri_ast der Überbrückungseinheit 202 mit den Batteriepolen verbunden bzw. parallel zum äußeren Lastwiderstand RL geschaltet. Of course, the control unit 216 may also be provided outside the bridging unit 202. Likewise, the sensors can also be realized outside the control unit, in particular also inside switch units, which realize the disconnect switch 212 or the short-circuit switch 214. The control unit 216 is not absolutely necessary if the switches 212, 214 are designed so that they each react independently to a specific event, which makes a switching operation required. According to the principle underlying the invention, a bridging unit has at least the short-circuit switch 214 shown in FIG. Exceeds the current in the external circuit through the external load resistor R L a predetermined value, the short-circuit switch 214 is transferred to its closed position. As a result, the load resistance Ri_ast of the bridging unit 202 is connected to the battery poles or connected in parallel to the external load resistance R L.
Der Widerstandswert des Lastwiderstands RL ist dabei kleiner gewählt als der Innenwiderstand R, der Sekundärbatterie 200. Damit ist sichergestellt, dass in jedem Fall auch die Parallelschaltung der beiden Wderstände RLast und RL einen Gesamtwiderstand Rcesamtiast aufweist, der kleiner ist als der Innenwiderstand R, der Sekundärbatterie 200. Damit wird eine Belastung der Sekundärbatterie 200 mit einer Last vermieden, die im Wesentlichen oder mit nur unzulässig kleinen Abweichungen dem Innenwiderstand entspricht. Ein Betrieb bei Leistungsanpassung wird daher vermieden, wodurch ein Entzünden der Batteriezellen und ein Abbrennen der Batteriezellen bzw. der gesamten der Batterie 202 vermieden wird. The resistance value of the load resistor R L is chosen to be smaller than the internal resistance R, the secondary battery 200. This ensures that in each case, the parallel connection of the two windings R Las t and R L has a total resistance Rcesamtiast which is smaller than the internal resistance R, the secondary battery 200. Thus, a load on the secondary battery 200 is avoided with a load that corresponds to the internal resistance substantially or with only impermissibly small deviations. An operation in power matching is therefore avoided, whereby ignition of the battery cells and burning of the battery cells or the entire of the battery 202 is avoided.
Weist die Überbrückungseinheit 202, wie in Fig. 10 dargestellt, auch einen Trennschalter 212 auf, so kann zusätzlich zu einer Überbrückung der Batteriepole der Sekundärbatterie 200 mittels des Lastwiderstands RLast ein Trennen des äußeren Stromkreises mit dem äußeren Lastwiderstand RL von der Sekundärbatterie 200 erreicht werden. If the bridging unit 202 also has a circuit breaker 212 as shown in FIG. 10, in addition to bridging the battery poles of the secondary battery 200 by means of the load resistor R load, the external circuit R L may be disconnected from the secondary battery 200 become.
Erfolgt das Betätigen des Kurzschlussschalters 214 und des Trennschalters 212 im Wesentlichen gleichzeitig oder mit zeitlich kurzen Abständen, so kann das Entstehen eines Lichtbogens zwischen den Kontakten des Trennschalters 212 verhindert werden. Erfolgt das Auftrennen der Kontakte des Trennschalters 212 zeitlich nach dem Kurzschließen der Batteriepole mittels des Kurzschlussschalters 214, so wird das Entstehen eines Lichtbogens von vornherein verhindert. Erfolgt das Betätigen des Trennschalters 212 kurz nach dem Betätigen des Kurzschlussschalters 214, so wird ein im Entstehen befindlicher Lichtbogen zwischen den Kontakten des Trennschalters 212 sofort wieder gelöscht. Das Kurzschließen muss hierfür innerhalb einer Zeitspanne von ca. 1 bis 1 ,5 ms erfolgen, um zu vermeiden, dass sich der Lichtbogen stabil ausbilden kann. Weist die Überbrückungseinheit 202 sowohl einen Trennschalter 212 als auch einen Kurzschlussschalter 214 auf, so kann der Kurzschlussschalter nach dem erfolgten Auftrennen des äußeren Strompfades mittels des Trennschalters 212 auch wieder geöffnet werden. Auf diese Weise kann die Sekundärbatterie geschont werden und wird nicht fortwährend entladen. Insbesondere wird eine für die Batterie schädliche Tiefentladung vermieden. If the operation of the short-circuiting switch 214 and the disconnecting switch 212 is substantially simultaneous or at short intervals, the generation of an arc between the contacts of the disconnecting switch 212 can be prevented. If the separation of the contacts of the circuit breaker 212 takes place after the short-circuiting of the battery poles by means of the short-circuit switch 214, the occurrence of an arc is prevented from the outset. If the operation of the circuit breaker 212 shortly after the actuation of the short-circuit switch 214, an arc is formed between the contacts of the circuit breaker 212 immediately deleted. Short-circuiting must be carried out within a period of approx. 1 to 1.5 ms in order to prevent the arc from forming stably. If the bridging unit 202 has both a disconnecting switch 212 and a short-circuiting switch 214, then the short-circuiting switch can also be opened again after disconnecting the outer current path by means of the disconnecting switch 212. In this way, the secondary battery can be spared and will not be constantly discharged. In particular, a harmful to the battery deep discharge is avoided.
Hierzu kann der Kurzschlussstrompfad zwischen den beiden Eingangsports der Überbrückungseinheit 202 erneut aufgetrennt werden. Dies kann entweder mittels eines Kurzschlussschalters 214 erfolgen, der erneut aus seiner geschlossenen Arbeitsstellung in seine geöffnete Stellung überführt werden kann oder mittels eines zweiten, in Fig. 10 nicht dargestellten weiteren Trennschalters, welcher mit dem Kurzschlussschalter 214 bzw. dem Lastwiderstand RLast in Serie geschaltet ist, d.h. im Kurzschlusspfad liegt. Dieser weitere Trennschalter kann ebenfalls über die Steuereinheit 216 so angesteuert werden, dass sich der gewünschte zeitliche Ablauf ergibt, also zunächst der Trennschalter 212 und der Kurzschlussschalter 214 im Wesentlichen gleichzeitig betätigt (bzw. zunächst der Kurzschlussschalter 214 und zeitlich verzögert der Trennschalter 212 betätigt) und anschließend der weitere Trennschalter im Kurzschlusspfad betätigt werden. For this purpose, the short-circuit current path between the two input ports of the bridging unit 202 can be separated again. This can be done either by means of a short-circuit switch 214, which can be transferred again from its closed working position to its open position or by means of a second, not shown in Fig. 10 further disconnector, which with the short-circuit switch 214 and the load resistor R Las t in series is switched, that is in the short circuit path. This further circuit breaker can also be controlled via the control unit 216 so that the desired timing results, so first the disconnector 212 and the short-circuit switch 214 actuated substantially simultaneously (or first the short-circuit switch 214 and delayed release of the switch 212 actuated) and then the further disconnector in the short circuit path are actuated.
Im Folgenden werden eine Reihe von Ausführungsformen für Kurzschlussschalter 214 bzw. Trennschalter 212 oder Kombinationen hieraus anhand der Fig. 1 bis 9 näher erläutert. Dabei sind in den Figuren 1 bis 9 die Anschlusskontakte für die betreffenden Schalter, ebenso wie in Fig. 10, mit den Bezugszeichen A bis D bezeichnet, wobei die betreffenden Kontakte A, B und C, D bei der Ausführungsform in Fig. 10 mit den Eingangsports 204, 206 bzw. den Ausgangsports 210, 208 der Überbrückungseinheit 202 identisch sind. In the following, a number of embodiments for short-circuit switch 214 or disconnector 212 or combinations thereof will be explained in more detail with reference to FIGS. 1 to 9. In the figures 1 to 9, the terminals for the respective switch, as well as in Fig. 10, denoted by the reference numerals A to D, wherein the respective contacts A, B and C, D in the embodiment in Fig. 10 with the Input ports 204, 206 and the output ports 210, 208 of the bridging unit 202 are identical.
Fig. 1 a zeigt einen Kurzschlussschalter (im Folgenden wird der Kurzschlussschalter 214 in Fig. 10 auch als Kurzschlussschalter bezeichnet) mit einem Schaltkolben 1 , der beispielsweise als stabiler Kontaktfinger ausgestaltet sein kann. Der Kurzschlussschalter weist einen elektrischen Kontakt 2 auf, der mit einem ersten Anschluss der Sekundärbatterie verbunden ist. Weiterhin weist der Kurzschlussschalter auch einen elektri- sehen Kontakt 1 1 auf, der mit dem zweiten Anschluss der Sekundärbatterie verbunden ist. Die elektrischen Kontakte 2 und 1 1 werden in einem festen Abstand von dem Gehäuse 3 gehalten, das die elektrischen Kontakte 2 und 1 1 fest verbindet. Der elektrische Kontakt 11 ist in dem Kurzschlussschalter mit dem elektrischen Schaltkolben 1 elektrisch verbunden. Der Schaltkolben 1 ist in Richtung seiner Erstreckungsachse bewegbar und wird hierbei so von dem elektrischen Kontakt 1 1 umgeben, dass dieser den Schaltkolben 1 führt. Der Schaltkolben 1 ist an seiner Spitze vorzugsweise konisch geformt, so dass er in einen vorzugsweise auch enger werdenden Bereichsausschnitt des elektrischen Kontakts 2 passgenau einfahren kann. Dadurch wird der Schaltkolben direkt in den elektrischen Kontakt 2 eingeschossen. Alternativ kann er jedoch auch dort in einen handelsüblichen Multikontakt einfahren. Der Kontakt 2 kann ebenfalls so ausgeführt werden, dass sich der Schaltkolben 1 während seines Flugs auch hier eingräbt und so einen guten Kontakt zu dem elektrischen Kontakt 2 herstellt. Durch die passgenaue Auslegung von elektrischem Kontakt 2 und elektrischem Kontakt 1 1 kann ein direktes Verschweißen des Schaltkolbens mit den beiden Kontakten 2 und 11 erreicht werden. Der Schaltkolben 1 hat an seinem dem elektrischen Kontakt 2 abgewandten Ende vorzugsweise eine kolbenseitige Verrastung/Wegbegrenzung, die vorzugsweise in Form einer Verdickung des Kolbens ausgeführt ist. Genauso weist der elektrische Kontakt 11 am Ende seiner Führung für den Schaltkolben 1 eine kolbenseitige Verrastung/Wegbegrenzung 6 auf, die vorzugsweise als Verengung des durch den elektrischen Kontakt 1 1 begrenzten Kolbenschacht ausgebildet ist. Fig. 1 b zeigt den Kurzschlussschalter der Fig. 1a in seiner Leitstellung, bei der die kolbenseitige Verrastung 7 des Kolbens 1 an der Verrastung 6 angekommen und hierbei in den elektrischen Kontakt 11 fest eingepresst ist, wie mit Bezugszeichen 9 gezeigt. Bezugszeichen 10 zeigt wie der Schaltkolben 1 in der Aufnahmebohrung für den beschleunigten Kolben, vorzugsweise konisch zulaufend fest eingepresst ist. Der Kurzschlussschalter nach Fig. 1a und Fig. 1 b weist einen aktvierbaren Antrieb 4, vorzugsweise in der Form eines Gasgenerators, auf, der in der Lage ist, bei Aktivierung den Schaltkolben von der Trenn- in die Schaltstellung zu bringen. Befindet sich der Kurzschlussschalter in der Schaltstellung (Fig. 1 b), so ist zwischen dem aktivierbaren Antrieb 4 und dem Schaltkolben 1 ein gasgefüllter Raum 8, der nach Auslösung des aktivierbaren Antriebs 4 entsteht. Anstelle des in Fig. 1a und Fig. 1 b gezeichneten Gasgenerators als aktivierbaren Antrieb 4 kann auch ein fertiges Kraftelement treten, wobei vor dem Schaltkolben 1 kein Gaspolster aufgebaut würde. In diesem Fall könnte der Schaltkolben 1 oder die Membran des Kraftelements dann den Schaltkolben 1 schieben und damit beschleunigen. Das Kraftelement kann auch durch eine ziehharmonikaähnlich gefaltete Membran abgeschlossen sein. Denkbar wäre hier auch die Beschleunigung des Schaltkolbens 1 durch Impulsübertragung, beispielsweise wenn zwischen der Kolbenausgleichsfläche eines Kraftelements und der Kolbenunterseite ein Abstand größer als 0 mm vorliegt. In diesem Fall würde der kleinere Schaltkolben beziehungsweise die Membran eines Kraftelements zunächst auf fast oder bis auf Endgeschwindigkeit beschleunigt werden und dann auf den Schaltkolben 1 auftreffen und so seinen bis dahin erreichten Impuls auf den Schaltkolben 1 übertragen. Bei optimaler Auslegung von Kraftelementkolben und Schaltkolben 1 würde damit die Schaltzeit weiter verkürzt werden. Der freie Abstand zwischen einem Kraftelement und dem Schaltkolben 1 liegt vorzugsweise hinsichtlich der gewollten kurzen Schaltzeit in einem Abstand zwischen 1 mm und 10 mm. 1 a shows a short-circuiting switch (in the following, the short-circuiting switch 214 in FIG. 10 is also referred to as a short-circuiting switch) with a switching piston 1, which can be designed, for example, as a stable contact finger. The shorting switch has an electrical contact 2 which is connected to a first terminal of the secondary battery. Furthermore, the short-circuit switch also has an electrical see contact 1 1, which is connected to the second terminal of the secondary battery. The electrical contacts 2 and 1 1 are held at a fixed distance from the housing 3, which connects the electrical contacts 2 and 1 1 firmly. The electrical contact 11 is electrically connected in the short-circuit switch with the electrical control piston 1. The switching piston 1 is movable in the direction of its extension axis and is in this case surrounded by the electrical contact 1 1, that this leads the control piston 1. The switching piston 1 is preferably conically shaped at its tip, so that it can retract accurately into a preferably narrowing section of the electrical contact 2. As a result, the control piston is injected directly into the electrical contact 2. Alternatively, however, he can also enter there in a commercial multi-contact. The contact 2 can also be carried out so that the control piston 1 digs during his flight here and so makes a good contact with the electrical contact 2. Due to the custom-fit design of electrical contact 2 and electrical contact 1 1, a direct welding of the control piston with the two contacts 2 and 11 can be achieved. The switching piston 1 has at its end facing away from the electrical contact 2 preferably a piston-side latching / Wegbegrenzung, which is preferably carried out in the form of a thickening of the piston. Similarly, the electrical contact 11 at the end of his leadership for the switching piston 1 on a piston-side latching / Wegbegrenzung 6, which is preferably designed as a constriction of limited by the electrical contact 1 1 piston shaft. 1a shows the short-circuiting switch of FIG. 1a in its conducting position, in which the piston-side latching 7 of the piston 1 has arrived at the catch 6 and is firmly pressed into the electrical contact 11, as shown by reference numeral 9. Reference numeral 10 shows how the switching piston 1 in the receiving bore for the accelerated piston, preferably tapered firmly pressed. The short-circuiting switch according to FIGS. 1 a and 1 b has an actuatable drive 4, preferably in the form of a gas generator, which is capable of bringing the switching piston from the disconnecting position to the switching position upon activation. If the short-circuiting switch is in the switching position (FIG. 1 b), a gas-filled space 8 is created between the activatable drive 4 and the switching piston 1, which space is created after activation of the activatable drive 4. Instead of in Fig. 1a and Fig. 1 b drawn gas generator as activatable drive 4 can also be a finished force element occur, wherein before the control piston 1 no gas cushion would be built. In this case, the control piston 1 or the diaphragm of the force element could then push the control piston 1 and thus accelerate. The force element can also be closed by a concertina-like folded membrane. Conceivable here would be the acceleration of the control piston 1 by impulse transmission, for example, if there is a distance greater than 0 mm between the piston compensating surface of a force element and the piston underside. In this case, the smaller control piston or the diaphragm of a force element would first be accelerated to almost or to final speed and then impinge on the control piston 1 and thus transmit its previously reached impulse to the control piston 1. With optimal design of power element piston and control piston 1 so that the switching time would be further reduced. The free distance between a force element and the control piston 1 is preferably at a distance between 1 mm and 10 mm with regard to the intended short switching time.
Der Kurzschlussschalter, wie er beispielsweise in den Fig. 1 a und 1 b gezeigt ist, kann weiterhin einen Sensor, beispielsweise Draht- oder Glasfaser- oder PVDF-Sensor enthalten, der vorzugsweise so angeordnet ist, dass der Sensor bei einem Übergang des Kurzschlussschalters von der Trenn- in die Schaltstellung zerstört bzw. zerquetscht bzw. zerschnitten wird, ohne dass das den Kurzschlussvorgang bzw. das Überbrücken der Anschlüsse der Sekundärbatterie stören würde. Bei einem Verbindungselement nach den Fig. 1a und 1 b würde sich ein solcher Sensor beispielsweise in der Aufnahmebohrung 5 befinden. Ein solcher Sensor könnte auch durch eine Querbohrung im elektrischen Kontakt 2 geführt sein und durch den einfahrenden Schaltkolben 1 zerstört werden. Um die Schneidwirkung des einfahrenden Schaltkolbens 1 zu verstärken, kann die Vorderseite des Schaltkolbens 1 ringförmig schneidenartig ausgebildet sein. Um das Verschweißen bzw. Verpressen des Schaltkolbens 1 im elektrischen Kontakt 11 und um den Übergangswiderstand nach dem Einfahren bzw. Anpressen des Schaltkolbens 1 zu verbessern, kann der Schaltkolben 1 an dieser Stelle mit Stegen parallel zur Flugrichtung ausgeführt sein, die damit beim Kontakt an der kontaktseitigen Verrastung 6 mit dem elektrischen Kontakt 1 1 eine höhere Flächenpressung herbeiführen. Der gleiche Effekt kann erzielt werden, wenn die Innenfläche des elektrischen Kontakts 11 an oder in der Nähe der Bremsstelle 6 bzw. kontaktseiti- gen Verrastung 6 mit diesen Stegen versehen ist, wobei dann der Schaltkolben 1 vorzugsweise diese Stege nicht selbst benötigt. Zusätzlich kann die kontaktseitige Verrastung 6 im elektrischen Kontakt 1 1 und/oder der Schaltkolben 1 an dieser Stelle leicht konisch ausgeführt werden, um das Verpressen durch die Keilflächen zu erleichtern. Die Stege am Schaltkolben 1 an der als Pressstelle dienenden kontaktseitigen Verrastung 6 beziehungsweise im elektrischen Kontakt 11 sind zudem auch dafür dienlich, eine Doppelpassung durch die Pressstelle und der Aufnahmebohrung zu verhindern. Um die Pressung bzw. die Kontaktierung weiter zu verbessern, kann die Aufnahmebohrung 5 innen ebenfalls mit Stegen/Fräsungen parallel zur Flugrichtung des Schaltkolbens 1 ausgestattet sein, bzw. umgekehrt dort auch wieder nur der Schaltkolben 1 mit diesen Stegen parallel zur Flugrichtung ausgestattet sein. The short circuit switch, as shown for example in FIGS. 1 a and 1 b, may further comprise a sensor, for example wire or fiberglass or PVDF sensor, which is preferably arranged so that the sensor at a transition of the short-circuit of the disconnector is destroyed or crushed without disturbing the shorting operation of the secondary battery terminals. In a connecting element according to FIGS. 1a and 1b, such a sensor would be located, for example, in the receiving bore 5. Such a sensor could also be guided by a transverse bore in the electrical contact 2 and be destroyed by the retracting control piston 1. In order to increase the cutting action of the retracting control piston 1, the front side of the control piston 1 may be formed annularly like a blade. In order to improve the welding or pressing of the control piston 1 in the electrical contact 11 and the contact resistance after retraction or pressing of the control piston 1, the control piston 1 can be executed at this point with webs parallel to the direction of flight, so that in contact with the contact-side locking 6 with the electrical contact 1 1 bring about a higher surface pressure. The same effect can be achieved when the inner surface of the electrical contact 11 at or in the vicinity of the brake point 6 or Kontaktseiti- gene latching 6 is provided with these webs, in which case the switching piston 1 preferably does not need these webs themselves. In addition, the contact-side latch 6 in the electrical contact 1 1 and / or the control piston 1 can be made slightly conical at this point to facilitate the compression by the wedge surfaces. The webs on the control piston 1 at the serving as a pressing point contact-side latch 6 and in the electrical contact 11 are also also useful to prevent a double fit through the press point and the receiving bore. In order to further improve the pressure or the contacting, the receiving bore 5 can also be equipped internally with webs / milling parallel to the direction of flight of the control piston 1, or conversely there again only the control piston 1 can be equipped with these webs parallel to the direction of flight.
Fig. 2a und 2b zeigen einen Kurzschlussschalter mit einer Membran 17 in der Trennstellung der Fig. 2a und der Membran 19 in der Leitstellung der Fig. 2b. Der Kurzschlussschalter enthält einen aktivierbaren Antrieb 18, beispielsweise einen Anzünder, einen Gasgenerator oder einen Detonator, in einem von dem elektrischen Kontakt 22 und der Membran 17 nach außen hin abgeschlossenen Raum. Dieser abgeschlossene Raum enthält eine Fluid- oder Gelfüllung 21 , um das Leervolumen in der Brennkammer des aktivierbaren Antriebs 18 zu verringern und/oder der Stoßwellenausbreitung zwischen aktivierbarem Antrieb 18 und Membran 17 einen möglichst kleinen Stoßwellenwiderstand zu bieten. Auf der dem elektrischen Kontakt 22 gegenüberliegenden Seite der Membran 17 befindet sich in einem bestimmten Abstand ein weiterer elektrischer Kontakt 20. Der Kontakt 20 ist erfindungsgemäß mit einem ersten elektrischen Anschluss der Sekundärbatterie verbunden, wobei der elektrische Anschluss 22 elektrisch mit einem zweiten elektrischen Anschluss der Sekundärbatterie verbunden ist. Bei Aktivierung des aktivierbaren Antriebs 18 kommt es zu einer Ausdehnung des darin beispielsweise enthaltenen Treibmittels, so dass sich der von der Membran 17 und dem elektrischen Kontakt 22 umgebene Raum ausdehnt und die Membran 17 gegen den elektrischen Kontakt 20 gedrückt wird. Da die Membran 17 bzw. die gedehnte Membran 19 elektrisch leitend ist, werden die elektrischen Kontakte 20 und 22 miteinander verbunden. Fig. 3a zeigt die schematische Darstellung eines Kurzschlussschalters mit einer Kontaktplatte 12 und den elektrischen Kontakten 23 und 24. Der elektrische Kontakt 23 ist erfindungsgemäß mit dem ersten elektrischen Anschluss der Sekundärbatterie verbunden, wobei der elektrische Kontakt 24 mit dem zweiten elektrischen Anschluss der Sekundärbatterie verbunden ist. In Fig. 3a befindet sich die elektrisch leitende Kontaktplatte 12 nicht im Kontakt mit den elektrischen Kontakten 23 und 24, so dass sich der Kurzschlussschalter in der Trennstellung befindet. Der Kurzschlussschalter weist zudem einen aktivierbaren Antrieb 13 auf, der beispielsweise ein Kraftelement sein kann, und bei Aktivierung eines Stößels/Kolbens des aktivierbaren Antriebs 13, wobei der Stößel/Kolben 14 mit der Kontaktplatte 12 verbunden ist, die Kontaktplatte 12 gegen die elektrischen Kontakte 23 und 24 drückt. Da die Kontaktplatte 12 elektrisch leitfähig ist, wird eine Verbindung zwischen den elektrischen Kontakten 23 und 24 hergestellt, wodurch erfindungsgemäß eine Überbrückung des ersten und des zweiten Anschlusses der Sekundärbatterie erfolgt. 2a and 2b show a short-circuit switch with a diaphragm 17 in the disconnected position of Fig. 2a and the diaphragm 19 in the Leitstellung of Fig. 2b. The short-circuit switch includes an activatable drive 18, for example a lighter, a gas generator or a detonator, in a space closed off from the electrical contact 22 and the membrane 17 to the outside. This closed space contains a fluid or gel filling 21 to reduce the void volume in the combustion chamber of the activatable drive 18 and / or the shock wave propagation between activatable drive 18 and diaphragm 17 to provide the smallest possible shock wave resistance. On the opposite side of the membrane 17 to the electrical contact 22 there is another electrical contact 20 at a certain distance. According to the invention, the contact 20 is connected to a first electrical connection of the secondary battery, the electrical connection 22 being electrically connected to a second electrical connection of the secondary battery connected is. Upon activation of the activatable drive 18 there is an expansion of the propellant contained therein, for example, so that the space surrounded by the membrane 17 and the electrical contact 22 expands and the membrane 17 is pressed against the electrical contact 20. Since the membrane 17 or the stretched membrane 19 is electrically conductive, the electrical contacts 20 and 22 are connected to each other. 3a shows the schematic representation of a short-circuiting switch with a contact plate 12 and the electrical contacts 23 and 24. The electrical contact 23 is according to the invention connected to the first electrical connection of the secondary battery, wherein the electrical contact 24 is connected to the second electrical connection of the secondary battery , In Fig. 3a, the electrically conductive contact plate 12 is not in contact with the electrical contacts 23 and 24, so that the short-circuit switch is in the disconnected position. The short circuit switch also has an activatable drive 13, which may be a force element, for example, and upon activation of a plunger / piston of the activatable drive 13, wherein the plunger / piston 14 is connected to the contact plate 12, the contact plate 12 against the electrical contacts 23rd and 24 presses. Since the contact plate 12 is electrically conductive, a connection between the electrical contacts 23 and 24 is made, whereby according to the invention a bridging of the first and the second terminal of the secondary battery takes place.
Die Fig. 4a und Fig. 4b zeigen ebenso die schematische Darstellung eines Kurzschlussschalters mit einer Kontaktplatte 12 und den elektrischen Kontakten 23 und 24. Der Kurzschlussschalter der Fig. 4a und Fig. 4b unterscheidet sich im Wesentlichen nicht von dem Kurzschlussschalter aus den Fig. 3a und Fig. 3b, weist jedoch den Unterschied auf, dass die Kontaktplatte 12 nicht beim Übergang von der Trenn- in die Leitstellung gegen die elektrischen Kontakte 23 und 24 gedrückt, sondern durch den als Pin-Puller-Antrieb ausgebildeten aktivierbaren Antrieb 15 gezogen wird. Auch hier ist die Kontaktplatte 12 mit dem Pin-Puller-Antrieb 15 vorzugsweise über eine Zugstange 16 des aktivierbaren Antriebs 15 verbunden. FIGS. 4a and 4b likewise show the schematic illustration of a short-circuit switch with a contact plate 12 and the electrical contacts 23 and 24. The short-circuit switch of FIGS. 4a and 4b essentially does not differ from the short-circuit switch of FIG. 3a and Fig. 3b, however, has the difference that the contact plate 12 is not pressed at the transition from the separating into the Leitstellung against the electrical contacts 23 and 24, but pulled by the designed as a pin-puller drive activatable drive 15. Again, the contact plate 12 is preferably connected to the pin-puller drive 15 via a pull rod 16 of the activatable drive 15.
Die Fig. 5a und Fig. 5b zeigen prinzipiell einen ähnlichen Kurzschlussschalter wie die Fig. 3a und Fig. 3b, jeweils in Trennstellung und in Leitstellung, jedoch mit dem Unterschied, dass die Kontaktplatte 30 zwei Kontaktstifte enthält, die passgenau zu den kontaktseitigen Multikontakten 26 und 27 ausgeformt sind. Die kontaktseitigen Multi- kontakte 26 und 27 sind auf den Multikontaktträgern 32 und 33 angebracht. Der kon- taktseitige Multikontakt 26 ist erfindungsgemäß mit dem ersten Anschluss der Sekundärbatterie und der kontaktseitige Multikontakt 27 mit dem zweiten Anschluss der Sekundärbatterie elektrisch verbunden. Die Fig. 6a und Fig. 6b zeigen ein ähnliches Verbindungselement wie die Fig. 5a und Fig. 5b, jeweils in Leit- und Trennstellung, jedoch sind hier die elektrischen Kontakte 34 und 35 als Kontaktstifte ausgeführt, die passgenau zu auf der Kontaktplatte 31 befindlichen Multikontakten (plattenseitig) ausgeformt sind. 3a and FIG. 3b, in each case in the disconnected position and in the conducting position, but with the difference that the contact plate 30 contains two contact pins which are precisely matching the contact-side multicontacts 26 and 27 are formed. The contact-side multi-contacts 26 and 27 are mounted on the multi-contact carriers 32 and 33. The contact-side multi-contact 26 is according to the invention with the first terminal of the secondary battery and the contact-side multi-contact 27 electrically connected to the second terminal of the secondary battery. FIGS. 6a and 6b show a connecting element similar to that shown in FIGS. 5a and 5b, in the conducting and disconnected positions, but here the electrical contacts 34 and 35 are designed as contact pins which fit exactly onto the contact plate 31 Multicontacts (plate side) are formed.
Fig. 7a und Fig. 7b zeigen eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kurzschluss-/Trennschalters 1 10 (weiterhin nur Schalter genannt). Dieser Schalter 1 10 weist ein Gehäuse 112 auf, das im Wesentlichen zylinderförmig ausgeführt sein kann. Das Gehäuse 112 weist eine Grundseite 1 14 (linke Seite) auf, an der auch der dritte Kontakt 128 und der zweite Kontakt 130, vorzugsweise isoliert voneinander, vorliegen. Im Innenraum 1 18 des Gehäuses 112 sind jeweils von dem dritten Kontakt 128 und dem zweiten Kontakt 130 Abschnitte von Verbindungselementen 122 zueinander parallel verlaufend bis hin zu dem Ausrückelement 124 vorhanden, die an der Grundseite 114 mit dem dritten und dem zweiten Kontakt 128, 130 und an der anderen Seite mit dem Ausrückelement 124 verbunden sind. Die beiden parallel verlaufenden Abschnitte der Verbindungselemente 122 stehen zudem entlang des Ausrückelements 124 miteinander elektrisch in Kontakt, so dass die beiden Abschnitte der Verbindungselemente 122 vom dritten Kontakt 128 bis hin zum zweiten Kontakt 130 in Reihe geschaltet sind. Der zweite Kontakt wird von der Grundseite zu der der Grundseite gegenüberliegenden Seite geführt. Die der Grundseite gegenüberliegende Seite ist aus mindestens zwei elektrisch leitenden Teilen zusammengesetzt, die jeweils voneinander isoliert sind. Der erste Teil ist der Teil, der mit dem zweiten Kontakt 130 verbunden ist. Der zweite Teil ist der erste Kontakt 131. Die Abschnitte der Verbindungselemente 122 weisen vorzugsweise mechanische Querschnittsschwächungen 123 auf, so dass bei einem Bewegen des Ausrückelements 124 in Richtung der der Grundseite gegenüberliegenden Seite die Abschnitte der Verbindungselemente 122 an diesen Stellen reißen. Auf diese Weise wird die Verbindung zwischen dem dritten Kontakt 128 und dem zweiten Kontakt unterbrochen. Die Ausrückplatte ist vorzugsweise selbst elektrisch leitend und wird vorzugsweise so weit bewegt, dass sie den ersten und den zweiten Teil der der Grundseite gegenüberliegenden Seite des Gehäuses berührt. Auf diese Weise wird ein elektrischer Kontakt zwischen dem ersten und dem zweiten Kontakt hergestellt. Zwischen dem Ausrückelement 124 und der Grundseite 1 14 im Inneren des Gehäuses 112 befindet sich ein aktivierbarer Antrieb 126 mit einem Antriebsgehäuse 136 und einem Antriebskolben 138, der mit dem Ausrückelement 124 in Verbindung steht. In Fig. 7 ist der aktivierbare Antrieb 126 als Gasdruckantrieb ausgestaltet, der im Inneren des Antriebsgehäuses 136 eine Brennkammer aufweist, die bei Zündung den Antriebskolben 138 gegen das Ausrückelement 124 drückt. Somit reißen die Abschnitte der Verbindungselemente 122 an den Querschnittsschwächungen 123 und an jedem der Abschnitte der Verbindungselemente 122 werden Trennstellen herbeigeführt, die den elektrischen Stromfluss zwischen dem dritten Kontakt 128 und dem zweiten Kontakt 130 durchbrechen. Fig. 7a and Fig. 7b show a first embodiment of a short-circuiting / disconnecting switch 1 10 according to the invention (further called only switch). This switch 1 10 has a housing 112 which may be made substantially cylindrical. The housing 112 has a base side 1 14 (left side), at which also the third contact 128 and the second contact 130, preferably isolated from each other, are present. In the interior 1 18 of the housing 112 of the third contact 128 and the second contact 130 portions of connecting elements 122 parallel to each other to the release element 124 are provided, which at the base side 114 with the third and the second contact 128, 130 and are connected to the release element 124 on the other side. The two parallel sections of the connecting elements 122 are also electrically in contact with one another along the disengaging element 124, so that the two sections of the connecting elements 122 are connected in series from the third contact 128 to the second contact 130. The second contact is guided from the base side to the side opposite the base side. The base side opposite side is composed of at least two electrically conductive parts, which are each insulated from each other. The first part is the part connected to the second contact 130. The second part is the first contact 131. The sections of the connecting elements 122 preferably have mechanical cross-sectional weakenings 123, so that when the release element 124 moves in the direction of the side opposite the base side, the sections of the connecting elements 122 break at these points. In this way, the connection between the third contact 128 and the second contact is interrupted. The release plate is preferably itself electrically conductive and is preferably moved so that it contacts the first and the second part of the opposite side of the base side of the housing. In this way, an electrical contact between the first and the second contact is made. Between the disengaging element 124 and the base side 1 14 in the interior of the housing 112 is an activatable drive 126 with a drive housing 136 and a drive piston 138 which communicates with the disengagement member 124. In Fig. 7, the activatable drive 126 is configured as a gas pressure drive, which has a combustion chamber in the interior of the drive housing 136, which presses the drive piston 138 against the release element 124 when ignited. Thus, the portions of the connecting members 122 rupture at the cross-sectional weakenings 123, and at each of the portions of the connecting members 122, separation points are caused to break the electric current flow between the third contact 128 and the second contact 130.
Fig. 8a und 8b zeigen eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schalters 110. Dieser Schalter ist im Wesentlichen wie der in Fig. 7a und 7b gezeigte Schalter aufgebaut, mit den Unterschieden, dass er vier Abschnitte von Verbindungselementen 122 sowie einen Kollektor 132 aufweist. Die mit dem dritten Kontakt 128 und dem zweiten Kontakt 130 verbundenen Abschnitte der Verbindungselemente 122 sind an der Grundseite 1 14 sowie an dem Ausrückelement 124 befestigt. Diese mit den Kontakten verbundenen Abschnitte der Verbindungselemente 122 stehen über zwei weitere Abschnitte von Verbindungselementen 122 miteinander in Kontakt, die ebenso mit dem Ausrückelement 123 auf der einen Seite und auf der anderen Seite (Grundseite) mit einem Kollektor 132 verbunden sind, der auch diese beiden Abschnitte der Verbindungselemente 122 elektrisch miteinander verbindet. Wird das Ausrückelement 124 in Richtung der der Grundseite 1 14 gegenüberliegenden Seite durch den aktivierbaren Antrieb 126 in der Mitte des Gehäuses bewegt, so reißen nicht nur, wie in der Ausführungsform der Fig. 7, zwei Verbindungselemente 122 an den Querschnittsschwächungen 123 ab, sondern alle vier Abschnitte der Verbindungselemente 122. Eine solche Ausführungsform erhöht somit die Sicherheit des erfindungsgemäßen Schalters. FIGS. 8a and 8b show a further embodiment of a switch 110 according to the invention. This switch is constructed essentially like the switch shown in FIGS. 7a and 7b, with the differences that it has four sections of connecting elements 122 and a collector 132. The portions of the connecting elements 122 connected to the third contact 128 and the second contact 130 are fastened to the base side 14 and to the disengaging element 124. These portions of the connecting elements 122 connected to the contacts are in contact with each other via two further sections of connecting elements 122, which are likewise connected to the disengaging element 123 on one side and on the other side (base side) to a collector 132, which is also the latter Portions of the connecting elements 122 electrically connects to each other. If the disengagement element 124 is moved in the direction of the side opposite the base side 14 by the activatable drive 126 in the middle of the housing, then not only, as in the embodiment of FIG. 7, two connecting elements 122 are torn off at the cross-sectional weakenings 123 but all four sections of the connecting elements 122. Such an embodiment thus increases the safety of the switch according to the invention.
Fig. 9a und Fig. 9b zeigen eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kurzschluss-/Trennschalters 110 (weiterhin nur Schalter genannt). Dieser Schalter 110 weist ein Gehäuse 112 auf, das im Wesentlichen zylinderförmig ausgeführt sein kann. Das Gehäuse 112 weist eine Grundseite 1 14 (linke Seite) auf, an der der dritte Kontakt 128 vorliegt. Im Innenraum 118 des Gehäuses 1 12 sind von dem dritten Kontakt 128 zwei Abschnitte von Verbindungselementen 122 zueinander parallel verlaufend bis hin zur gegenüberliegenden Seite, an der sie mit dem zweiten Kontakt 130 verbunden sind. Weiterhin sind die Verbindungselemente 122 mit dem Ausrückelement 124 fest verbunden, das auch elektrisch leitend ist. Die der Grundseite gegenüberliegende Seite ist aus mindestens zwei elektrisch leitenden Teilen zusammengesetzt, die jeweils voneinander isoliert sind. Der erste Teil ist der zweite Kontakt 130. Der zweite Teil ist der erste Kontakt 131 , der sich vorzugsweise in der Mitte des zweiten Kontakts 130 befindet. Die Abschnitte der Verbindungselemente 122 weisen vorzugsweise mechanische Querschnittsschwächungen 123 auf, so dass bei einem Bewegen des Ausrückelements 124 in Richtung der der Grundseite gegenüberliegenden Seite die Abschnitte der Verbindungselemente 122 an diesen Stellen reißen. Auf diese Weise wird die Verbindung zwischen dem dritten Kontakt 128 und dem zweiten Kontakt unterbrochen. Die Ausrückplatte ist vorzugsweise selbst elektrisch leitend und wird vorzugsweise so weit bewegt, dass sie den ersten und den zweiten Teil der der Grundseite gegenüberliegenden Seite des Gehäuses berührt. Auf diese Weise wird ein elektrischer Kontakt zwischen dem ersten und dem zweiten Kontakt 130, 131 hergestellt. Zwischen dem Ausrückelement 124 und der Grundseite 1 14 im Inneren des Gehäuses 112 befindet sich ein aktivierbarer Antrieb 126 mit einem Antriebsgehäuse 136 und einem Antriebskolben 138, der mit dem Ausrückelement 124 in Verbindung steht. In Fig. 9 ist der aktivierbare Antrieb 126 als Gasdruckantrieb ausgestaltet, der im Inneren des Antriebsgehäuses 136 eine Brennkammer aufweist, die bei Zündung den Antriebskolben 138 gegen das Ausrückelement 124 drückt. Somit reißen die Abschnitte der Verbindungselemente 122 an den Querschnittsschwächungen 123 und an jedem der Abschnitte der Verbindungselemente 122 werden Trennstellen herbeigeführt, die den elektrischen Stromfluss zwischen dem dritten Kontakt 128 und dem zweiten Kontakt 130 durchbrechen. FIGS. 9a and 9b show a first embodiment of a short-circuiting / disconnecting switch 110 according to the invention (further referred to as a switch). This switch 110 has a housing 112, which may be designed substantially cylindrical. The housing 112 has a base side 1 14 (left side), on which the third contact 128 is present. In the interior 118 of the housing 1 12 of the third contact 128 two sections of connecting elements 122 parallel to each other extending to the opposite side, where they are connected to the second contact 130 are. Furthermore, the connecting elements 122 are fixedly connected to the release element 124, which is also electrically conductive. The base side opposite side is composed of at least two electrically conductive parts, which are each insulated from each other. The first part is the second contact 130. The second part is the first contact 131, which is preferably located in the middle of the second contact 130. The sections of the connecting elements 122 preferably have mechanical cross-sectional weakenings 123, such that when the release element 124 moves in the direction of the side opposite the base side, the sections of the connecting elements 122 break at these locations. In this way, the connection between the third contact 128 and the second contact is interrupted. The release plate is preferably itself electrically conductive and is preferably moved so that it contacts the first and the second part of the opposite side of the base side of the housing. In this way, an electrical contact between the first and the second contact 130, 131 is produced. Between the disengaging element 124 and the base side 1 14 in the interior of the housing 112 is an activatable drive 126 with a drive housing 136 and a drive piston 138, which is in communication with the disengagement element 124. 9, the activatable drive 126 is designed as a gas pressure drive, which has a combustion chamber in the interior of the drive housing 136, which presses the drive piston 138 against the release element 124 when it is triggered. Thus, the portions of the connecting members 122 rupture at the cross-sectional weakenings 123, and at each of the portions of the connecting members 122, separation points are caused to break the electric current flow between the third contact 128 and the second contact 130.
Alle Schalter nach Fig. 7 bis 9 können zudem so ausgeführt werden, dass deren Verbindungselemente an den vorherbestimmten und im Querschnitt geschwächten Stellen auch durch einen bei einem äußeren Kurzschluss erhöhten Stromfluss über die Verbindungselemente so aufschmelzen und damit eine (passive) Trennung der Verbindungselemente verursachen. Derart ausgebildete Schalter können somit sowohl aktiv, d.h. ansteuerbar, als auch passiv, d.h. durch Überschreiten eines Nennstroms, ausgelöst werden. Darüber hinaus können die Schalter auch so ausgebildet sein, dass auf eine aktive Auslösung verzichtet wird und nur eine passive Auslösung möglich ist. Dieses passive Abschalten kann homogenisiert werden, indem man die Trennstellen mit einer Anzündmischung umgibt, die bei einer bestimmten, durch den erhöhten Stromfluss erhöhte Temperatur an diesen Stellen der Verbindungselemente zündet. Damit werden die Trennstellen zusätzlich bzw. weiter erhitzt und das Material dort schneller zum Schmelzen gebracht als durch den auslösenden Stromfluss alleine. All the switches according to FIGS. 7 to 9 can also be designed so that their connecting elements at the predetermined and weakened points in cross section also melt through an increased current flow in an external short circuit via the connecting elements and thus cause a (passive) separation of the connecting elements. Thus formed switches can thus both active, ie controllable, as well as passive, ie triggered by exceeding a rated current. In addition, the switches can also be designed so that is dispensed with an active triggering and only a passive triggering is possible. This passive shutdown can be homogenized by surrounding the separation points with a priming mixture, which ignites at a certain, increased by the increased current flow temperature at these points of the connecting elements. Thus, the separation points are heated in addition or further and brought the material there faster melting than by the triggering current flow alone.
Selbstverständlich muss eine Sekundärbatterie, die mit dem Verfahren bzw. der Über- brückungseinheit nach der Erfindung gezielt kurzgeschlossen werden soll, hierfür geeignet sein. Dies ist jedoch in der Regel bei allen heute verfügbaren, als eigensicher bezeichneten Sekundärbatterien gegeben. Of course, a secondary battery which is intended to be selectively short-circuited with the method or the bridging unit according to the invention must be suitable for this purpose. However, this is usually the case for all currently available, designated as intrinsically safe secondary batteries.
Bezugszeichenliste: LIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Schaltkolben, vorne und über die gesamte Länge vorzugsweise leicht konisch zulaufend, mit oder ohne Stege außen 1 control piston, front and over the entire length preferably slightly tapered, with or without webs outside
2 elektrischer Kontakt, mit einem Anschluss 1 der Sekundärbatterie verbunden 2 electrical contact, connected to a terminal 1 of the secondary battery
3 Gehäuse, verbindet die elektrischen Kontakte des Kurzschlussschalters3 housing, connects the electrical contacts of the short-circuit switch
4 aktivierbarer Antrieb, bspw. Gasgenerator oder Kraftelement 4 activatable drive, eg. Gas generator or force element
5 Aufnahmebohrung für beschleunigten Kolben, evtl. konisch zulaufend, Pressstelle  5 Mounting hole for accelerated piston, possibly conically tapering, pressing point
6 kontaktseitige Verrastung/Wegbegrenzer für Kolben  6 contact-side locking / Wegbegrenzer for pistons
7 kolbenseitige Verrastung/Wegbegrenzer  7 piston-side locking / travel limiter
8 gasgefüllter Raum nach Auslösung des aktivierbaren Antriebs 4  8 gas-filled room after triggering the activatable drive 4
9 kolbenseitige Verrastung 7 des Kolben 1 an kontaktseitiger Verrastung 6 angekommen und hierbei in Kontakt 11 fest eingepresst  9 piston-side latching 7 of the piston 1 arrived at contact-side latching 6 and in this case firmly pressed into contact 11
10 Kolbenkonus in kegelig zulaufender Bohrung 5 fest eingepresst  10 piston cone in tapered bore 5 firmly pressed
1 1 elektrischer Kontakt, mit einem Anschluss 2 der Sekundärbatterie verbunden 1 1 electrical contact, connected to a terminal 2 of the secondary battery
12 Kontaktplatte 12 contact plate
13 aktivierbarer Antrieb oder Kraftelement  13 activatable drive or power element
14 Stößel/Kolben des aktivierbaren Antriebs 13  14 plunger / piston of the activatable drive 13
15 aktivierbarer Antrieb, bspw. Pin-Puller Antrieb  15 activatable drive, eg Pin-Puller drive
16 Zugstange des aktivierbaren Antriebs 15  16 drawbar of the activatable drive 15
17 Membran, elektrisch leitend  17 membrane, electrically conductive
18 aktivierbarer Antrieb, z.B. Anzünder, Gasgenerator oder Detonator  18 activatable drive, e.g. Lighter, gas generator or detonator
19 Membran 17, verformt nach der Aktivierung des aktivierbaren Antriebs 18 19 diaphragm 17, deformed after the activation of the activatable drive 18
20 elektrischer Kontakt, mit einem Anschluss 1 der Sekundärbatterie verbunden20 electrical contact, connected to a terminal 1 of the secondary battery
21 Fluid- oder Gelfüllung 21 fluid or gel filling
22 elektrischer Kontakt, mit einem Anschluss 2 der Sekundärbatterie verbunden 22 electrical contact, connected to a terminal 2 of the secondary battery
23 elektrischer Kontakt, mit einem Anschluss 1 der Sekundärbatterie verbunden23 electrical contact, connected to a terminal 1 of the secondary battery
24 elektrischer Kontakt, mit einem Anschluss 2 der Sekundärbatterie verbunden24 electrical contact, connected to a terminal 2 of the secondary battery
25 Fluid-/Gelfüllung nach Auslösung bzw. Durchgang der vom aktivierbaren Antrieb 18 erzeugten Stoßwelle 25 fluid / gel filling after triggering or passage of the shock wave generated by the activatable drive 18
26 kontaktseitiger Multikontakt 1 kontaktseitiger Multikontakt 2 26 contact multicontact 1 contact multicontact 2
Kontaktplatte mit Kontaktstiften Contact plate with contact pins
Kontaktplatte mit MultikontakteinsätzenContact plate with multi-contact inserts
Multikontaktträger für Kontakt 1Multi contact carrier for contact 1
Multikontaktträger für Kontakt 2Multi contact carrier for contact 2
Kontaktstift für Kontakt 1 Contact pin for contact 1
Kontaktstift für Kontakt 2  Contact pin for contact 2
Kurzschluss-/Trennschalter  Short-circuit / break switch
Gehäuse  casing
Grundseite des Gehäuses  Base side of the housing
Innenraum des Gehäuses  Interior of the housing
Isolatormedium  insulator medium
Verbindungselemente  fasteners
Querschnittsschwächungen  Cross-sectional weaknesses
Ausrückelement  disengagement
aktivierbarer Antrieb activatable drive
dritter Kontakt third contact
zweiter Kontakt second contact
erster Kontakt first contact
Kollektor  collector
Antriebsgehäuse  drive housing
Antriebskolben  drive piston
Sekundärbatterie  secondary battery
Überbrückungseinheit  bridging unit
erster Eingangsport first entrance port
zweiter Eingangsport second input port
erster Ausgangsport first exit port
zweiter Ausgangsport second output port
Trennschalter  disconnectors
Kurzschlussschalter  Short-circuit switch

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zum gezielten Kurzschließen einer Sekundärbatterie, insbesondere im Falle eines Kurzschlusses in einem von der Sekundärbatterie gespeisten äußeren Strompfad, wobei die elektrischen Anschlüsse der Sekundärbatterie mit einer Überbrückungseinheit elektrisch überbrückt werden, wobei die Überbrückungs- einheit einen Kurzschlussschalter umfasst, der von einer Trennstellung in eine Leitstellung überführt werden kann, und wobei die Überbrückungseinheit bei einem in der Leitstellung befindlichen Kurzschlussschalter einen Lastwiderstand RLast zwischen den elektrischen Anschlüssen der Sekundärbatterie aufweist, der unterhalb des Innenwiderstands R, der Sekundärbatterie liegt. A method of selectively shorting a secondary battery, in particular in the case of a short circuit in an external current path fed by the secondary battery, wherein the electrical terminals of the secondary battery are electrically bridged with a bridging unit, the bridging unit comprising a short-circuiting switch which can be disconnected from a disconnected position a Leitstellung can be transferred, and wherein the bridging unit has a load resistance R L ast between the electrical terminals of the secondary battery, which is below the internal resistance R, the secondary battery at a located in the Leitstellung short-circuit switch.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei der Lastwiderstand RLast mindestens 10 %, vorzugsweise mindestens 90 %, unterhalb des Innenwiderstands R, der Sekundärbatterie liegt. 2. The method of claim 1, wherein the load resistance RLast at least 10%, preferably at least 90%, below the internal resistance R, the secondary battery is located.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Überbrückungseinheit oder der äußere Strompfad einen Trennschalter aufweisen, welcher im Fall eines Kurzschlusses im äußeren Strompfad aus einer geschlossenen Stellung in eine geöffnete Stellung überführt wird. 3. The method according to any one of the preceding claims, wherein the bridging unit or the outer current path comprise a circuit breaker, which is transferred in the case of a short circuit in the outer current path from a closed position to an open position.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die elektrischen Anschlüsse der Sekundärbatterie im Fall eines Kurzschlusses im äußeren Strompfad dann durch das Schließen des Kurzschlussschalters elektrisch überbrückt werden, wenn der Trennschalter den Strom im äußeren Strompfad nicht abschaltet. 4. The method of claim 3, wherein the electrical connections of the secondary battery in the case of a short circuit in the outer current path are then electrically bridged by the closing of the short-circuit switch when the circuit breaker does not turn off the power in the outer current path.
5. Verfahren nach Anspruch 3, wobei im Fall eines Kurzschlusses im äußeren 5. The method according to claim 3, wherein in the case of a short circuit in the outer
Strompfad im Wesentlichen zeitgleich oder mit einer geringen zeitlichen Verschiebung, welche kleiner ist als die für das Entstehen eines stabilen Lichtbogens im Trennschalter erforderliche Zeit, der Kurzschlussschalter geschlossen und der Trennschalter geöffnet wird, oder wobei im Fall eines Kurzschlusses im äußeren Strompfad zunächst der Kurzschlussschalter geschlossen und anschließend der Trennschalter geöffnet wird. Current path substantially simultaneously or with a small time shift, which is smaller than the time required for the occurrence of a stable arc in the circuit breaker, the short-circuit switch is closed and the disconnector is opened, or wherein in the case of a short circuit in the outer current path, the short circuit switch is first closed and then the disconnector is opened.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sekundärbatterie eine Li-Batterie bzw. Li-Ionen-Batterie ist. 6. The method according to any one of the preceding claims, wherein the secondary battery is a Li-battery or Li-ion battery.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kurzschlussschalter als Schaltelement einen elektrisch leitenden Schaltkolben (1), eine elektrisch leitende Membran (17, 19) oder eine elektrisch leitende Kontaktplatte (12) aufweist. 7. The method according to any one of the preceding claims, wherein the short-circuiting switch as a switching element has an electrically conductive switching piston (1), an electrically conductive membrane (17, 19) or an electrically conductive contact plate (12).
8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Schaltelement beim Übergang von der Trenn- in die Schaltstellung des Kurzschlussschalters einer Bewegung unterzogen wird, und dabei zwei Kontakte des Kurzschlussschalters miteinander verbindet, wodurch die elektrischen Anschlüsse der Sekundärbatterie überbrückt werden. 8. The method of claim 7, wherein the switching element is subjected to the transition from the disconnect to the switching position of the short-circuiting switch of a movement, thereby connecting two contacts of the shorting switch together, whereby the electrical connections of the secondary battery are bridged.
9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Bewegung des Schaltelements durch einen aktivierbaren Antrieb erfolgt. 9. The method of claim 8, wherein the movement of the switching element is effected by an activatable drive.
10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei der aktivierbare Antrieb als induktiver Antrieb, als Wirbelstromantrieb, als Pin-Puller-Antrieb oder als Gasdruckantrieb ausgebildet ist, bei dem der Gasdruck mittels eines gaserzeugenden Materials erzeugt wird, insbesondere durch Verbrennung oder Oxidation eines flüssigen und/oder festen gaserzeugenden Materials, insbesondere eines aktivierbaren pyrotechnischen gaserzeugenden Materials. 10. The method according to claim 9, wherein the activatable drive is designed as an inductive drive, as an eddy current drive, as a pin-puller drive or as a gas pressure drive, wherein the gas pressure is generated by means of a gas-generating material, in particular by combustion or oxidation of a liquid and / or solid gas-generating material, in particular an activatable pyrotechnic gas-generating material.
1 1. Elektrischer Schaltkreis mit einer Sekundärbatterie und einer Überbrückungsein- heit, welche mit einem äußeren Strompfad verbunden ist, der einen elektrischen Verbraucher aufweist, wobei die Überbrückungseinheit einen Strompfad zur Überbrückung der elektrischen Anschlüsse der Sekundärbatterie aufweist, in welchem ein gezielt auslösbarer Kurzschlussschalter vorgesehen ist, der von einer Trennstellung in eine Leitstellung überführbar ist, und wobei der Strompfad der Überbrückungseinheit in der Leitstellung des Kurzschlussschalters einen Lastwiderstand RLast aufweist, der geringer ist als der Innenwiderstand R, der Sekundärbatterie, wobei das gezielte Auslösen des Kurzschlussschalters vorzugsweise im Falle eines Kurzschlusses im äußeren Strompfad erfolgt. 1 1. An electrical circuit with a secondary battery and a bridging unit, which is connected to an outer current path having an electrical load, wherein the bridging unit has a current path for bridging the electrical connections of the secondary battery, in which a targeted triggering short-circuit switch is provided , which is convertible from a disconnected position in a Leitstellung, and wherein the current path the bridging unit in the control position of the short-circuit switch has a load resistance R Las t, which is lower than the internal resistance R, the secondary battery, wherein the targeted triggering of the short-circuiting switch is preferably in the case of a short circuit in the outer current path.
12. Elektrischer Schaltkreis nach Anspruch 11 , wobei die Überbrückungseinheit einen von einer Leitstellung in eine Trennstellung überführbaren Trennschalter für das Auftrennen des äußeren Strompfades aufweist, wobei der Trennschalter und der Kurzschlussschalter vorzugsweise als eine einzige Baueinheit in Form eines Kurzschluss-/Trennschalters ausgestaltet sind, und wobei der Trennschalter und der Kurzschlussschalter vorzugsweise so ausgestaltet oder ansteuerbar sind, dass das Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5 ausgeführt wird. 12. An electrical circuit according to claim 11, wherein the bridging unit comprises a switchable from a Leitstellung to a disconnected position disconnector for the separation of the outer current path, wherein the circuit breaker and the short-circuiting switch are preferably configured as a single unit in the form of a short-circuit / disconnector, and wherein the circuit breaker and the shorting switch are preferably configured or controllable, that the method according to one of claims 3 to 5 is executed.
13. Überbrückungseinheit für eine Vorrichtung nach Anspruch 1 1 , welche mit der Sekundärbatterie und dem äußeren Strompfad mit einem elektrischen Verbraucher verbindbar ist, wobei die Überbrückungseinheit einen Strompfad zur Überbrückung der elektrischen Anschlüsse der Sekundärbatterie aufweist, in welchem ein Kurzschlussschalter vorgesehen ist, der von einer Trennstellung in eine Leitstellung überführbar ist, und wobei der Strompfad der Überbrückungseinheit in der Leitstellung des Kurzschlussschalters einen Lastwiderstand RLast aufweist, der geringer ist als der Innenwiderstand R, der Sekundärbatterie. 13. A bridging unit for a device according to claim 1 1, which is connectable to the secondary battery and the outer current path with an electrical load, wherein the bridging unit has a current path for bridging the electrical connections of the secondary battery, in which a short-circuit switch is provided, of a Separation position can be converted into a Leitstellung, and wherein the current path of the bridging unit in the Leitstellung of the short-circuiting switch has a load resistance R Las t, which is less than the internal resistance R, the secondary battery.
14. Überbrückungseinheit nach Anspruch 13 für eine Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Überbrückungseinheit einen von einer Leitstellung in eine Trennstellung überführbaren Trennschalter für das Auftrennen des äußeren Strompfades aufweist, wobei der Trennschalter und der Kurzschlussschalter vorzugsweise als eine einzige Baueinheit in Form eines Kurzschluss-/Trennschalters ausgestaltet sind, und wobei der Trennschalter und der Kurzschlussschalter vorzugsweise so ausgestaltet oder ansteuerbar sind, dass das Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5 ausgeführt wird. 14. Bridging unit according to claim 13 for a device according to claim 12, wherein the bridging unit has a switchable from a Leitstellung to a disconnected position disconnector for the separation of the outer current path, wherein the circuit breaker and the shorting switch preferably as a single unit in the form of a short circuit / Circuit breaker are designed, and wherein the circuit breaker and the short-circuiting switch are preferably configured or controllable, that the method is carried out according to one of claims 3 to 5.
15. Überbrückungseinheit nach Anspruch 14, welche als Kurzschluss-/Trennschalter ausgebildet ist, welcher aus einer ersten Stellung in eine zweite Stellung überführt werden kann, welcher ein Gehäuse (112), einen ersten Kontakt (131), einen zweiten Kontakt (130), einen dritten Kontakt (128), ein im Gehäuse bewegbares Ausrückelement (124) und mindestens ein Verbindungselement (122) aufweist, das in der ersten Stellung des Schalters eine elektrische Verbindung zwischen dem dritten Kontakt und dem zweiten Kontakt herstellt, wobei das Gehäuse einen das mindestens eine Verbindungselement umgebenden Innenraum (118) aufweist und wobei das mindestens eine Verbindungselement an einem Ende an der Grundseite (1 14) des Gehäuses und an dem anderen Ende an dem Ausrückelement im Inneren des Gehäuses befestigt ist, und welcher so ausgebildet ist, dass eine mechanische Bewegung des Ausrückelements den Schalter von der ersten Stellung in die zweite Stellung überführen kann, wobei das Ausrückelement mechanisch so auf das im Innenraum verlaufende mindestens eine Verbindungselement wirkt, dass die elektrische Verbindung zwischen dem dritten Kontakt und dem zweiten Kontakt an mindestens einer Trennstelle des Verbindungselements unterbrochen wird, und dabei eine Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Kontakt entsteht. 15. Bridging unit according to claim 14, which is designed as a short circuit / disconnect switch, which can be transferred from a first position to a second position, which comprises a housing (112), a first contact (131), a second contact (130), a third contact (128), a release element (124) movable in the housing at least one connecting element (122) which establishes an electrical connection between the third contact and the second contact in the first position of the switch, wherein the housing has an inner space (118) surrounding the at least one connecting element and wherein the at least one connecting element is connected to one End is fixed to the base (1 14) of the housing and at the other end to the disengaging element in the interior of the housing, and which is designed so that a mechanical movement of the disengaging element can transfer the switch from the first position to the second position, wherein the disengagement element acts mechanically on the at least one connecting element extending in the interior, in that the electrical connection between the third contact and the second contact is interrupted at at least one separation point of the connection element, whereby a connection between the first and the second contact arises.
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